JP2016148261A - 遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】流体の吐出量調節が円滑に行え、回転軸の軸芯方向のサイズがコンパクトな遠心ポンプを提供する。【解決手段】ハウジング１と、ハウジング１の内部に回転自在に収容され、流体を回転軸５ｂの軸芯Ｘ方向から吸入して、吸入した流体を回転軸の周方向に吐出するインペラ４と、インペラ４を駆動回転させる駆動回転部材５と、ハウジング１の内部に形成され、インペラ４の外周側を囲むハウジング１の周壁面１１に流体を吐出する吐出口３を設けてあるポンプ室６と、吐出口３の開度を調節する開度調節機構７と、を有し、開度調節機構７が、インペラ４と周壁面１１との間に設けられ、回転軸５ｂの軸芯Ｘ周りでの回動により、吐出口３の開度を調節する調節部材７ａを備えた遠心ポンプ。【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸の軸芯方向から吸入した流体をインペラによって旋回流動させながら吐出口から吐出する遠心ポンプに関する。

従来、この種の遠心ポンプとしては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが存在する。特許文献１には、流体を回転軸の軸芯方向から吸入し、かつ、吸入した流体を回転軸の周方向に吐出するインペラと、インペラを駆動回転させる駆動回転部材と、インペラを回転自在に収容し、当該インペラの外周側を囲む周壁面に吐出口が開口しているポンプ室と、吐出口の開度を調節する開度調節機構とを有する遠心ポンプが記載されている。
開度調節機構は、インペラの外周側を一連に囲む環状の調節部材を備え、この調節部材を回転軸の軸芯方向に移動させることにより、吐出口の開度を調節するように構成してある。

特表２００９−５２０８９９号公報

上記従来の遠心ポンプは、調節部材の回転軸芯方向の移動ストロークを確保する必要がある。そのために、インペラに対して軸芯方向にオフセットした位置に調節部材の駆動機構等を配置しなければならず、遠心ポンプの大型化が避けられなかった。例えば遠心ポンプが自動車のエンジンに取り付けられるウォーターポンプである場合、回転軸の軸芯方向の延長は即ちエンジン表面からの突出スペースの増大を意味する。エンジンルーム内の空間には制限があることを鑑みれば、このような軸芯方向のサイズの増大は改善する必要がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、流体の吐出量調節が円滑に行え、回転軸の軸芯方向のサイズがコンパクトな遠心ポンプを提供することを目的とする。

本発明による遠心ポンプの特徴構成は、ハウジングと、前記ハウジングの内部に回転自在に収容され、流体を回転軸の軸芯方向から吸入して、吸入した流体を回転軸の周方向に吐出するインペラと、前記インペラを駆動回転させる駆動回転部材と、前記ハウジングの内部に形成され、前記インペラの外周側を囲む前記ハウジングの周壁面に前記流体を吐出する吐出口を設けてあるポンプ室と、前記吐出口の開度を調節する開度調節機構と、を有し、前記開度調節機構が、前記インペラと前記周壁面との間に設けられ、前記回転軸の軸芯周りでの回動により、前記吐出口の開度を調節する調節部材を備えている点にある。

本構成のごとく、吐出口の開度を調節するために、インペラとポンプ室の周壁面との間にあって回転軸の軸芯周りで回動する調節部材を備えることにより、調節部材の回転軸芯方向における移動ストロークの確保が不要となる。よって、回転軸の軸芯方向においてコンパクトな遠心ポンプを得ることができる。
また、一般的な遠心ポンプの構造上、流体の吐出口は、円周方向において一部分に開口形成されている。この吐出口に対してインペラの回転方向上手側においては流体の流路が形成され、所定の空間が確保されている。本構成の如く、吐出口の開度を調節する調節部材を回転軸の軸芯周りで回転させるものであれば、吐出口を遮蔽する部材を前記流体の流路の一部を利用したり、隣接させた状態で配置することが可能である。よって、本構成であれば、調節部材の配置スペースそのものが小さくて済み、遠心ポンプの全体をコンパクトに構成することができる。

本発明の遠心ポンプにあっては、前記調節部材が、前記インペラの周囲に流体の流路を形成しつつ前記インペラを内包し、前記ポンプ室の内部で前記回転軸の軸芯周りに回転することで前記吐出口に対して連通・遮断する連通開口を備えたものに構成することができる。

本構成では、調節部材の内部でインペラが回転し、調節部材の内部であってインペラの周囲に流体の流路が形成される。調節部材とインペラとの位置関係はインペラが調節部材に対して相対回転すること以外は不変である。例えば、インペラと調節部材の内面との間の隙間寸法や、流路のサイズも変わらない。よって、インペラによる流体の吐出能力が安定的に維持される。一方、流体を吐出口から吐出する場合には、調節部材全体を回転させ、調節部材に形成した連通開口が吐出口に位置合わせされる。この回転角度は、回転軸の軸芯を中心とする周方向に沿って少なくとも連通開口の幅寸法だけ回動できればよい。これにより、吐出口を全開状態と全閉状態とに切り替えることができる。さらに、調節部材を回転軸の軸芯周りで回転させる機構は、調節部材を遠心ポンプの本体に対して回転指示するだけでよいから容易に形成することができる。このように、本構成の調節部材を備えることで、流体の良好な吐出性能を維持しながら、開度調節機構を簡便に構成することができる。

本発明の他の特徴構成は、前記連通開口および前記吐出口を前記回転軸の周方向で間隔を隔てて複数配置してある点にある。

流体が吐出口から放出される際には、流体の流量に応じた反力が調節部材に作用する。流体の吐出方向は回転軸の軸芯に対する径方向の成分を有するから、流体の吐出に際して調節部材には回転軸の軸芯に対して直角方向の成分を有する外力が作用する。その結果、回転軸が一方方向に押し付けられ、回転軸の軸受部などに摩擦力が生じることとなる。

しかしながら、本構成のごとく、連通開口および吐出口を回転軸の周方向で間隔を隔てて複数配置することで、上記のごとく回転軸を径方向に押す外力を複数に分散させ、しかも、夫々の作用方向を異ならせることができる。その結果、例えば調節部材の軸受部に作用する摩擦力が軽減され、調節部材の回転動作を極めて円滑なものにすることができる。また、異音の発生も抑制できる。このように本構成であれば、軸受部などの摩擦力が低減する結果、開度調節機構の耐久性・信頼性等が向上することとなる。

本発明の他の特徴構成は、前記複数の連通開口の夫々は同じ開口面積を備え、前記回転軸の周方向で等間隔に配置してある点にある。

本構成であれば、流体の吐出に伴ってインペラの回転軸に作用する反力が回転軸の周方向でより均等に分散されることとなり、インペラの回転がより円滑なものとなってインペラの耐久性・信頼性がさらに向上することとなる。

本発明の他の特徴構成は、前記開度調節機構が、前記ハウジングに対して前記回転軸の軸芯周りにソレノイドコイルを分散配置すると共に、前記調節部材において前記ソレノイドコイルに対向する状態に前記回転軸の周方向に沿って導電部材を分散配置し、前記ソレノイドコイルに通電することで前記調節部材を前記周方向に沿って回転させるように構成された点にある。

本構成であれば、ソレノイドコイルと、導電部材とを回転軸の軸芯周りに対向する状態に容易に配置することができる。また、ソレノイドコイルに対する通電量を変化させることで、導電部材の移動量は任意に決定可能である。よって、ソレノイドコイルの位置が、前記吐出口の位置に対して径方向の外側や内側の何れかにあって、導電部材の回転角度と吐出口の開閉角度とに差がある場合でも、適切な通電量の設定によって吐出口の開閉操作を確実に行うことができる。

本発明の他の特徴構成は、前記回動装置は、ソレノイドへの通電時に前記調節部材を開度減少側に回動させ、前記ソレノイドへの通電停止時に前記調節部材を開度最大位置に保持する点にある。

本構成であれば、ソレノイドへの通電停止時には、インペラの回転数に応じた最大流量を確保することができる。よって、例えばソレノイドが故障するなど、ソレノイドに通電できないような事態が生じても流体を確実に吐出させることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記調節部材は、前記インペラで前記回転軸の周方向に吐出される流体によって前記開度最大位置に向けて押圧される押圧面を備えている点にある。

本構成であれば、ソレノイドへの通電停止時に、押圧面を押圧する流体圧で調節部材を開度最大位置に保持することができる。これにより、例えば、当該遠心ポンプを自動車エンジンの冷却ポンプとして装着した場合など、エンジンが稼働している場合には、原則として冷却水の循環が必要なものにおいては、ソレノイドへの通電を行うことなく冷却機能を発揮させることができる。即ち、遠心ポンプの機能を発揮させながら、電力消費量を最小に留めることができる。また、ソレノイドが故障した場合等にも調節部材の開度が最大となって流体の流量を確保することができ、信頼性の高い遠心ポンプを得ることができる。

本発明の遠心ポンプにあっては、前記調節部材を開度最大位置に向けて付勢する付勢機構を備えておくことができる。

本構成であれば、調節部材を常に開度最大位置に向けて付勢することができ、ソレノイドに対する通電の有無や、インペラの回転状態に拘らず流体の流通が可能な状態となる。よって、例えばインペラの回転初期から流体を確実に流通させることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記調節部材は、前記インペラによる流体の吐出方向とは逆向きの流体圧が作用する流体圧受け面を備え、前記吐出口から吐出された流体の流体圧を前記流体圧受け面に作用させる圧力導入路を設けた点にある。

調節部材の内部を流体が流動する場合、調節部材の内側に形成した流体の流路には流体の摩擦力が作用する。そのため、調節部材は、流体の流通方向即ちインペラの回転方向下手側に外力が作用する。この外力はインペラの回転速度に応じて変化する。

本構成の遠心ポンプでは、インペラの回転数の如何に拘らず流体の吐出流量を変化させたい場合がある。しかし、インペラの回転数によって調節部材に作用する外力の大きさが変化すると、調節部材をソレノイドによって応答性良く駆動操作したい場合に、ソレノイドの操作力を十分大きなものに設定しておく必要がある。

そこで、本構成の如く、流体による摩擦力を打ち消す方向に圧力を導入する構成とすることで、インペラの回転速度に拘らず、調節部材に作用する外力をある一定の範囲に設定することができる。よって、ソレノイドの電力容量を大きなものとせずとも、調節部材を応答性良く駆動させることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記調節部材は、滑り軸受けを介して前記駆動回転部材に相対回転自在に支持されている点にある。

本構成であれば、調節部材と駆動回転部材との組み付け精度を高めて、調節部材のガタ付きや異音の発生を防止することができる。

本発明の他の特徴構成は、前記調節部材は、前記インペラの外周部を前記回転軸の軸芯に直交する方向から囲む周壁部と、前記外周部を前記回転軸の軸芯方向の一端側から囲む第１側壁部と、前記外周部を前記回転軸の軸芯方向の他端側から囲む第２側壁部とを備え、前記周壁部が、前記第１側壁部と一体の第１周壁部と、前記第２側壁部と一体の第２周壁部とに前記回転軸の軸芯方向に分割され、前記第１周壁部および前記第２周壁部が、外周側に突出する第１鍔板および第２鍔板を各別に備えると共に、前記第１鍔板と前記第２鍔板とが連結具によって挟持され、前記連結具が、前記第１鍔板および前記第２鍔板に対して周方向に沿って連続して当接する挟持片を備えている点にある。

本構成のように、調節部材がインペラの外周部を囲む周壁部と第１側壁部と第２側壁部とを備えていれば、回転軸の軸芯方向から吸入した流体を周壁部と第１側壁部と第２側壁部とで区画された領域内において効率良く旋回流動させることができる。

また、周壁部を、第１側壁部と一体の第１周壁部と、第２側壁部と一体の第２周壁部とに回転軸の軸芯方向に分割してあるので、インペラを第１側壁部と第２側壁部との間に容易に組み付けることができる。

さらに、第１周壁部および第２周壁部が外周側に突出する第１鍔板および第２鍔板を各別に備え、第１鍔板と第２鍔板とを挟持する連結具が、第１鍔板および第２鍔板に対して周方向に沿って連続して当接する挟持片を備えている。

このため、周壁部の内側に作用する流体圧力により第１，第２周壁部どうしの間に隙間ができるような変位が生じるときは、第１，第２周壁部の互いに離間する方向への変位に伴って第１，第２鍔板の夫々が挟持片に押し当てられる。これにより、第１，第２周壁部どうしの隙間から連結具の側に漏れ出た流体の、第１，第２鍔板の夫々と挟持片との間からの流出を抑制することができ、インペラの回転数に応じた流体の吐出量を確保し易い。

遠心ポンプの縦断面図である。 全開位置の調節部材を吸入口の側から見た平面図である。 全閉位置の調節部材を吸入口の側から見た平面図である。 開度調節機構の詳細を示す断面図である。 第２実施形態の遠心ポンプを示す縦断面図である。 第３実施形態の遠心ポンプを示す縦断面図である。 第４実施形態の遠心ポンプを示す要部の縦断面図である。 第４実施形態の遠心ポンプにおける全開位置の調節部材を吸入口の側から見た平面図である。 第４実施形態の遠心ポンプにおける全閉位置の調節部材を吸入口の側から見た平面図である。 第４実施形態の遠心ポンプを示す要部の分解斜視図である。 第５実施形態の遠心ポンプにおける連結具を示す斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図３は、自動車用エンジンに装備される本実施形態の遠心ポンプを示す。この遠心ポンプは、エンジン冷却水（流体の一例）をエンジンとラジエータとに亘って循環させるウォータポンプとして装備される。

遠心ポンプは、エンジン本体（図示せず）に固定されるハウジング１の内部に、吸入口２から吸入した冷却水を吐出口３から吐出するインペラ４と、インペラ４を横向きの回転軸芯Ｘの周りで駆動回転させる駆動回転部材５と、インペラ４を回転自在に収容するポンプ室６と、吐出口３の開度を調節する開度調節機構７とを有する。

駆動回転部材５は、エンジンのクランクシャフトと連動回転する駆動プーリ５ａと、駆動プーリ５ａおよびインペラ４が固定された駆動軸５ｂとを有する。駆動軸５ｂが回転軸芯Ｘの周りで回転する回転軸に相当する。
ハウジング１は、駆動軸５ｂを収容している第１ハウジング部１ａと、ポンプ室６を形成する第２ハウジング部１ｂとを一体に連結して構成してある。

第１ハウジング部１ａは、駆動軸５ｂが横向きに挿通されるボス部８と、ポンプ室６から第１ハウジング部の内部への水分（ドレン）の流入を阻止する第１メカニカルシール９ａとを設けてある。
駆動軸５ｂの上部は転がり軸受け１０を介してボス部８に回転自在に支持され、下部は第１メカニカルシール９ａを介して第１ハウジング部１ａに支持されている。

第２ハウジング部１ｂは、ラジエータ（図示せず）などに接続される冷却水の吸入口２と、エンジンのウォータージャケット（図示せず）に接続される回転軸芯Ｘの周りで複数（本実施形態では二つ）の吐出口３（図２，図３参照）とを備えている。

吸入口２および吐出口３は第２ハウジング部１ｂの内外に亘って貫通している。吸入口２は回転軸芯Ｘと同軸芯で開口している。二つの吐出口３は回転軸芯Ｘに直交する方向に向けて開口している。

ポンプ室６は、インペラ４の外周側を囲む周壁面１１を備え、この周壁面１１の回転軸芯Ｘを中心とする点対称の位置に二つの吐出口３が開口している。
二つの吐出口３の夫々は同じ開口面積を備えた一辺が回転軸芯Ｘの方向に沿う矩形に形成され、回転軸５ｂの周方向で等間隔を隔てて配置してある。
インペラ４は、冷却水を吸入口２を通して回転軸芯Ｘの方向から吸入し、かつ、吸入した冷却水を駆動軸５ｂの周方向に旋回流動させながら二つの吐出口３から吐出する。

ポンプ室６の周壁面１１は、図２，図３に示すように、回転軸芯Ｘを中心とする円弧状の二つの第１周壁面１１ａと、第１周壁面１１ａよりも回転軸芯Ｘに近い位置に沿って設けてある二つの第２周壁面１１ｂと、回転軸芯Ｘに直交する方向に沿う扁平な二つの第３周壁面１１ｃとを有する。
吐出口３は第１周壁面１１ａの周方向中央位置に開口している。
第２周壁面１１ｂは、回転軸芯Ｘからの距離がインペラ回転方向Ａの下手側ほど長くなる形状に湾曲している。

第１周壁面１１ａの夫々は、回転軸芯Ｘを中心とする点対称に配置してある。
第２周壁面１１ｂの夫々は、インペラ回転方向Ａの下手側が第１周壁面１１ａのインペラ回転方向Ａの上手側に互いに直交する状態で連続している。
第３周壁面１１ｃの夫々は、第１周壁面１１ａのインペラ回転方向Ａの下手側と第２周壁面１１ｂのインペラ回転方向Ａの上手側とに互いに直交する状態で連続している。

開度調節機構７は、インペラ４とポンプ室６の周壁面１１との間に設けられ、回転軸芯Ｘの周りでの回動により二つの吐出口３の開度を同時に調節自在な調節部材（ロータリバルブ）７ａと、調節部材７ａを駆動回動させるソレノイド式の回動装置７ｂと、回動装置７ｂの作動を制御する制御部７ｃとを備えている。

調節部材７ａは、インペラ４の外周部を回転軸芯Ｘに直交する方向から囲む周壁部１２と、インペラ４の外周部を回転軸芯Ｘに沿う方向の一端側（吸入口２の側）から囲む環状の第１側壁部１３と、インペラ４の外周部を回転軸芯Ｘに沿う方向の他端側（第１メカニカルシール９ａの側）から囲む環状の第２側壁部１４とを一体に備えている。

調節部材７ａは、ポンプ室６の周壁面１１とインペラ４との間において回転軸芯Ｘの周りに一定回転角度の範囲内で回動可能に支持されている。
インペラ４の外周部は、周壁部１２と第１側壁部１３と第２側壁部１４とで環状に囲まれた領域を回転する。

図２，図３に示すように、周壁部１２には、周壁部１２の内側と吐出口３とを連通・遮断する連通開口１５ｂを有するシャッター部１２ａを回転軸５ｂの周方向で等間隔を隔てて二つ備えている。図２は連通開口１５ｂが吐出口３に連通し、吐出量が最大となる状態である。一方、図３は、連通開口１５ｂが第１周壁面１１ａに対向し、ポンプの吐出量がゼロとなった状態である。シャッター部１２ａのうち連通開口１５ｂの隣には、回転軸芯Ｘを中心とする円弧状であって第１周壁面１１ａに対向する摺接面１７ａを備えている。二つの摺接面１７ａは回転軸芯Ｘを中心とする点対称に配置してある。摺接面１７ａからみて中心側には、周接面１７ａが吐出口３に開口するとき流水の吐出を遮断するシャッター部１５ａが形成してある。

シャッター部１５ａは、第１周壁面１１ａに摺接する摺接面１７ａと、案内流路１６に臨む第１端面１７ｂと、第３周壁面１１ｃに対向する第２端面１７ｃとを備えている。

このシャッター部１５ａには、調節部材７ａの内部を通って冷却水が導かれる。調節部材７ａの一部として形成される周壁部１２ｂは、各シャッター部１５ａからインペラ回転方向Ａの下手側に向けて湾曲形状に形成してある。この湾曲形状は、回転軸芯Ｘからの距離がインペラの回転方向Ａの下手側ほど長くなるものであり、周壁部１２ｂとインペラ４との間に冷却水の案内流路１６が形成されている。冷却水は、インペラ４の回転に伴い、インペラ４の外方に振り出されたあと、案内流路１６を介して連通開口１５ｂに案内される。より具体的には、案内流路１６は、周壁部１２ｂおよび第１側壁部１３、第２側壁部１４によって形成されている。案内流路１６は、インペラ４の外周側に吐出された冷却水が順次合流できるよう、流路断面積がインペラ回転方向Ａの下手側ほど広がるように形成してある。

第１側壁部１３は、周壁部１２ｂの周縁に沿って回転軸芯Ｘの側に向けて環状に延設された環状板部１３ａと、環状板部１３ａの内周縁に沿って延設された支持板部１３ｂと、環状板部１３ａと支持板部１３ｂとの境界に沿って吸入口２の側に向けて円筒状に突設された筒状板部１３ｃとを備えている。

環状板部１３ａは、吸引口２の側に突出する円錐台形状に形成されている。
支持板部１３ｂは、吸入口２からの冷却水をインペラ４の側に流入させる周方向で複数の流入開口１８と、駆動軸５ｂの先端部に外嵌された有底筒状のボス１９とを備えている。

ボス１９（調節部材７ａ）は、駆動軸５ｂの先端部に第１滑り軸受け２０を介して回転軸芯Ｘの周りで相対回転自在に圧入されている。第１滑り軸受け２０は、駆動軸５ｂとボス１９との間に介在させた樹脂などの滑り部材２０ａを備えている。

第２側壁部１４は、周壁部１２ｂの周縁に沿って回転軸芯側に向けて環状に延設されている。筒状板部１３ｃは、環状板部１３ａに対して回転軸芯Ｘの方向に沿って筒状に突出している。この環状板部１３ａは、第２ハウジング部１ｂの吸入口２の内面に挿入された状態で保持される。よってこの部位は、第２ハウジング部１ｂにおける調節部材７ａの軸支部として機能する。

ハウジング１には、調節部材７ａの開度増大側への回動範囲を規制する第１規制部２２と、調節部材７ａの開度減少側への回動範囲を規制する第２規制部２３とを設けてある。
第１規制部２２としては、ハウジング１に設けた第３周壁面１１ｃが機能する。この第３周壁面１１ｃに調節部材７ａの第２端面１７ｃが当接することで、吐出口３の開度が全開に設定される。
一方、第２規制部２３としては、回転軸芯Ｘの径方向に沿って第２周壁面１１ｂから第１周壁面１１ａに至る領域に形成された平面１１ｄが該当する。この平面１１ｄに調節部材の一部が当接することで、吐出口３が全閉状態に保持される。

シャッター部１５ａの第１端面１７ｂのうち最も内周側に位置する部位は、インペラ４の回転経路ａに対して接線方向に形成されている。一方、第１端面１７ｂのうち最も外周側の部位は摺接面１７ａに直交する状態に形成されている。このように第１端面１７ｂは湾曲形状に形成され、旋回流動する冷却水（インペラ４で回転軸５ｂの周方向に吐出される冷却水に相当する。）の流通方向を約９０度変化させて吐出口３に導く。また、冷却水が第１端面１７ｂに作用させる力と、冷却水が調節部材７ａの内周面に及ぼす摩擦力とによって調節部材７ａは回転方向Ａの側に回転する。特に、第１端面１７ｂの外周側の部位の角度は径方向に沿う角度となるので、この部位の曲面は、冷却水が調節部材７ａを回転させる際の良好な押圧面２４となる。

第３周壁面１１ｃには、吐出口３から分岐した圧力導入路２６が開口している。この構成により、調節部材７ａの第２端面１７ｃに対して、冷却水の圧力を回転方向Ａと反対方向に作用させることができる。ただし、当該圧力は、前記第１端面１７ｂによる回転方向Ａに沿う方向の圧力よりもやや小さい値に設定してある。これにより、例えば、後述するソレノイドを作用させずにインペラ４が回転する場合に、連通開口１５ｂは全開状態となるものの、シャッター部１５ａが第３周壁面１１ｃに押し付けられる力は、圧力導入路２６がない場合に比べて大幅に緩和されるものとなる。よって、インペラ４の回転途中で連通開口１５ｂを全閉状態に操作したい場合でも、後述するソレノイドに発生させる力が弱いもので済み、効率よくポンプの吐出量を調節することができるようになる。

図１に示すように、第１ハウジング部１ａは、第１メカニカルシール９ａから漏れ出た水分（ドレン）を外部に排出する二つの排出路２７ａ，２７ｂを有する。第１排出路２７ａは駆動プーリ５ａの側から外部に連通している。第２排出路２７ｂはドレンポケット２８を介してドレン孔２８ａから外部に連通している。

回動装置７ｂは、ソレノイド２９への通電により調節部材７ａを回転軸芯Ｘの周りで周方向に磁気吸引して開度減少側に駆動回動させる。ソレノイド２９は、転がり軸受け１０と第１メカニカルシール９ａとの間の位置において駆動軸５ｂの回転軸芯Ｘ周りに分散配置してある。

ソレノイド２９は、第２側壁部１４の内周縁から回転軸芯Ｘの方向に円筒状に延設した導電部材であるアーマチャ２９ａと、ソレノイドコイル２９ｂと、ソレノイドコイル２９ｂを巻き付けてある円筒状のコア２９ｃおよび円環板状のヨーク２９ｄ，２９ｅとを備えている。調節部材７ａおよびアーマチャ２９ａは導電性を備えた金属で一体に形成されている。アーマチャ２９ａは、第２滑り軸受け３０を介して第１ハウジング部１ａに相対回転自在に保持されている。
コア２９ｃは回転軸芯Ｘと同芯の円筒部分４４ａの両端に円環板状の第１鍔４４ｂおよび第２鍔４４ｃを備えた円筒状に形成されている。ソレノイドコイル２９ｂは円筒部分４４ａと第１鍔４４ｂと第２鍔４４ｃとで囲まれた円環状の周溝部分４４ｄに巻き付けられている。

図４は図１のIV−IV矢視位置における断面図である。図４に示すように、ヨーク２９ｄ，２９ｅは、アーマチャ２９ａに近接する四箇所の幅広部４５ａとアーマチャ２９ａから離間する四箇所の幅狭部４５ｂとを周方向に交互に備えている。アーマチャ２９ａの先端部分は、ソレノイドコイル２９ｂへの通電により磁気吸引される四箇所の被吸引部２９ｆを構成する。被吸引部２９ｆは駆動軸５ｂの周方向に沿って断続的に設けられている。

制御部７ｂは、ソレノイド２９のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により調節部材７ａの回動量を制御して、吐出口３の開度を０〜１００％の範囲で調節する。
ソレノイドコイル２９ｂへの通電が行われず、調節部材７ａが開度最大位置（全開位置）に位置している状態では、図４に示すように、各被吸引部２９ｆのうちインペラ回転方向Ａで上手側の一部分がヨーク２９ｄ，２９ｅの幅広部４５ａに回転径方向で重なるように配置される。

ヨーク２９ｄ，２９ｅの幅広部４５ａは、ソレノイドコイル２９ｂに通電したときの磁束密度が幅狭部４５ｂよりも高い部分である。このため、ソレノイドコイル２９ｂに通電すると、各被吸引部２９ｆが磁束密度が高い対応する幅広部４５ａに向けて吸引され、アーマチャ２９ａが矢印Ｂで示す方向に回転して調節部材７ａが吐出口３を閉じる側に回動する。

このために、旋回流動する冷却水によって開度最大位置に向けて押圧される押圧面２４と、調節部材７ａを開度最大位置に向けてバネ付勢する付勢機構３１とを備えている。付勢機構３１は、捩りコイルバネを回転軸芯Ｘと同芯で第２側壁部１４とハウジング１とに亘って装着することにより構成してある。

なお、バネ式の付勢機構３１を設けずに、旋回流動する冷却水によって開度最大位置に向けて押圧される押圧面２４のみを設けてあってもよい。この場合は、インペラ４の回転中におけるソレノイドコイル２９ｂへの通電停止時に調節部材７ａを開度最大位置に保持することができる。

冷却水が旋回流動する方向（インペラ４による冷却水の吐出方向）とは逆向きの水圧が作用する水圧受け面２５は、インペラ４の回転中には、押圧面２４に作用する押圧力や付勢機構３１のバネ付勢力に抗して、調節部材７ａを開度減少側に軽い操作力で回動できるように設けてある。

制御部７ｂは、インペラ４の回転中に吐出口３の開度調節指令が入力されると、ソレノイド２９のＰＷＭ制御により、吐出口３の開度が指令された開度になるように調節部材７ａを回動させる。

〔第２実施形態〕
図５は第２実施形態を示す。
本実施形態では、第１メカニカルシール９ａから漏れ出た水分（ドレン）を第２排出路２７ｂを通してリザーブタンク（図示せず）に回収する回収機構３２を有する点で第１実施形態と異なっている。

回収機構３２は、吐出口３の一つを吸入口２に連通する連通路３２ａと、連通路３２ａを吸入口２に向けて流れる冷却水により回転する軸流ポンプ羽根３２ｂと、軸流ポンプ羽根３２ｂの回転により駆動される容積ポンプロータ３２ｃと、容積ポンプロータ３２ｃを収容するロータ室３２ｄとを有する。

容積ポンプロータ３２ｃは、第２排出路２７ｂを通して吸入した水分（ドレン）をリザーブタンク（図示せず）に向けて吐出する。軸流ポンプ羽根３２ｂと容積ポンプロータ３２ｃとを連結する連結軸３２ｅに、ロータ室３２ｄと連通路３２ａとを水密に区画する第２メカニカルシール９ｂを設けてある。

本構成であれば、吐出口３から吸入口２に冷却水を還流させる構造により、エンジンによる駆動構造を追加することなく、第１メカニカルシール９ａから漏れ出た水分のハウジング１からの漏れ出しを防止することができる。その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第３実施形態〕
図６は第３実施形態を示す。
本実施形態では、回収機構３２に加えて、軸流ポンプ羽根３２ｂにより容積ポンプロータ３２ｃと共に駆動回転される発電機３３を装備してある点で第２実施形態と異なる。発電機３３の入力軸３３ａは連結軸３２ｅに同芯で連結されている。

本構成であれば、吐出口３から吸入口２に還流させる冷却水が有するエネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第４実施形態〕
図７〜図１０は第４実施形態を示す。
本実施形態では、図７に示すように、周壁部１２ｂの夫々が、第１側壁部１３と一体の第１周壁部３４ａと、第２側壁部１４と一体の第２周壁部３４ｂとに回転軸芯方向に分割され、図８，図９に示すように、周壁部１２が回転軸芯Ｘとは異なる中心Ｙ１，Ｙ２の周りで半円形の二つの周壁部１２を回転軸芯Ｘを中心とする点対称の位置に有している点で第１実施形態と異なっている。図８は全開位置の調節部材７ａを吸入口２の側から見た平面図である。図９は全閉位置の調節部材７ａを吸入口２の側から見た平面図である。

図７に示すように、第１周壁部３４ａの周方向に沿う端部が外周側に突出する第１鍔板３５ａを備え、第２周壁部３４ｂの周方向に沿う端部が外周側に突出する第２鍔板３５ｂを備えている。第１鍔板３５ａの周方向に沿う端部が第１周壁部３４ａと平行に折り返した第１折り返し片３７ａを備え、第２鍔板３５ｂの周方向に沿う端部が第２周壁部３４ｂと平行に折り返した第２折り返し片３７ｂを備えている。

第１周壁部３４ａ、第１鍔板３５ａ及び第１折り返し片３７ａの表裏両面を周方向に沿って一連に覆う合成ゴムなどからなる第１鍔樹脂材３８ａを接着してある。第２周壁部３４ｂ、第２鍔板３５ｂ及び第２折り返し片３７ｂの表裏両面を周方向に沿って一連に覆う合成ゴムなどの樹脂材料からなる第２鍔樹脂材３８ｂを接着してある。

第１鍔樹脂材３８ａと第２鍔樹脂材３８ｂとの接合面が扁平面に形成されている。第１，第２鍔樹脂材３８ａ，３８ｂのうち、第１側壁部１３と第２側壁部１４との間に入り込んでいる部分の内周面が案内流路１６の側面を形成している。

第１周壁部３４ａと第２周壁部３４ｂは、第１鍔板３５ａと第２鍔板３５ｂとを回転軸芯Ｘに沿う方向から挟持する連結具３６によって回転軸芯Ｘの方向に連結されている。図８〜図１０に示すように、連結具３６は、回転軸芯Ｘに沿う方向視で周壁部１２ｂと同芯の円弧状に形成され、図７にも示すように、第１鍔板３５ａと第２鍔板３５ｂとを回転軸芯Ｘに沿う方向から挟み付ける断面形状がＣ字状の金属製挟持フレーム３９と、挟持フレーム３９に接着された合成ゴムなどの樹脂材料からなるフレーム樹脂材４０とを有する。

挟持フレーム３９は、第１鍔板３５ａに対して周方向に沿って連続して当接する第１挟持片３６ａと、第２鍔板３５ｂに対して周方向に沿って連続して当接する第２挟持片３６ｂとを一体に備えた断面Ｃ字状に形成してある。

挟持フレーム３９は、回転軸芯Ｘに沿う方向視で周壁部１２ｂと同芯の円弧状に形成されている。フレーム樹脂材４０は、第１挟持片３６ａおよび第２挟持片３６ｂの表裏両面を周方向に沿って一連に覆うように接着してある。

アーマチャ２９ａは、第２側壁部１４の内周縁から円筒状に延設した円筒部４１ａと、ソレノイド２９への通電に伴って磁路を構成する複数の磁性板４１ｂと、円筒部４１ａと磁性板４１ｂとを一体に連結する合成ゴムなどの樹脂からなる筒状樹脂材４１ｃとを備える。磁性板４１ｂはステンレス鋼などの磁性体で構成され、回転軸芯Ｘの周りに沿って互いに間隔を隔てて筒状樹脂材４１ｃの内周側に固定されている。
磁性板４１ｂが、ソレノイドコイル２９ｂへの通電により磁気吸引される四箇所の被吸引部２９ｆを構成する。

図８，図９に示すように、連結具３６には、シャッター部１２ａの摺接面１７ａを形成する例えば樹脂製の摺接部材４２を接着してある。摺接面１７ａは、回転軸芯Ｘと同芯で周壁面１１の内径よりも僅かに小さい外径の円弧状に形成されている。連通開口１５ｂは、連結具３６、第１鍔板３５ａと第２鍔板３５ｂとの重なり部分、及び、第１鍔樹脂材３８ａと第２鍔樹脂材３８ｂとの重なり部分を貫通する状態で摺接面１７ａに開口している。

本実施形態のように、第１，第２鍔板３５ａ，３５ｂと連結具３６とを回転軸芯Ｘに沿う方向視で同芯の円弧状に形成してあれば、図１０に示すように、第１挟持片３６ａと第２挟持片３６ｂとの間に第１，第２鍔板３５ａ，３５ｂが入り込むよう、連結具３６を矢印方向に装着し易い。その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第５実施形態〕
図１１は第４実施形態の変形例を示す。
本実施形態では、合成ゴムなどの樹脂で円弧状に形成した樹脂材４３の内部に周方向で複数の金属製挟持フレーム３９を間隔を隔てて埋設することにより、連結具３６を構成してある。

これらの挟持フレーム３９は、扁平な矩形の第１挟持片３６ａと第２挟持片３６ｂとを一体に備えた断面Ｃ字状で、平板材を直線に沿って直角に屈曲させた形状に形成してあり、第４実施形態で示したような回転軸芯Ｘに沿う方向視で円弧状には形成されていない。

本構成であれば、第４実施形態で示したような円弧状の挟持フレーム３９を用いることなく、板金加工が容易な形状の挟持フレーム３９を用いて連結具３６を安価に製作することができる。その他の構成は第４実施形態と同様である。

〔その他の実施形態〕
１．本発明による遠心ポンプは、吸入した流体を単一の吐出口から吐出させるインペラを有していてもよい。
２．本発明による遠心ポンプは、開度調節機構が、回転軸芯周りでの電動モータや手動による回動操作により、吐出口の開度を調節自在な調節部材を備えていてもよい。

本発明は、インペラを有する各種用途の遠心ポンプや流量調整バルブとして利用できる。

１ ハウジング
３ 吐出口
４ インペラ
５ 駆動回転部材
６ ポンプ室
７ 開度調節機構
７ａ 調節部材
７ｂ 回動装置
１１ 周壁面
１２ 周壁部
１３ 第１側壁部
１４ 第２側壁部
１５ｂ 連通開口
２０ 滑り軸受け
２４ 押圧面
２５ 流体圧受け面
２６ 圧力導入路
２９ ソレノイド
３１ 付勢機構
３４ａ 第１周壁部
３４ｂ 第２周壁部
３５ａ 第１鍔板
３５ｂ 第２鍔板
３６ 連結具
３６ａ，３６ｂ 挟持片
Ｘ 回転軸芯

Claims (11)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングの内部に回転自在に収容され、流体を回転軸の軸芯方向から吸入して、吸入した流体を回転軸の周方向に吐出するインペラと、
   前記インペラを駆動回転させる駆動回転部材と、
   前記ハウジングの内部に形成され、前記インペラの外周側を囲む前記ハウジングの周壁面に前記流体を吐出する吐出口を設けてあるポンプ室と、
   前記吐出口の開度を調節する開度調節機構と、を有し、
   前記開度調節機構が、前記インペラと前記周壁面との間に設けられ、前記回転軸の軸芯周りでの回動により、前記吐出口の開度を調節する調節部材を備えている遠心ポンプ。
2. 前記調節部材が、前記インペラの周囲に流体の流路を形成しつつ前記インペラを内包し、前記ポンプ室の内部で前記回転軸の軸芯周りに回転することで前記吐出口に対して連通・遮断する連通開口を備えている請求項１に記載の遠心ポンプ。
3. 前記連通開口および前記吐出口を前記回転軸の周方向で間隔を隔てて複数配置してある請求項１または２に記載の遠心ポンプ。
4. 前記複数の連通開口の夫々は同じ開口面積を備え、前記回転軸の周方向で等間隔に配置してある請求項３記載の遠心ポンプ。
5. 前記開度調節機構が、前記ハウジングに対して前記回転軸の軸芯周りにソレノイドコイルを分散配置すると共に、前記調節部材において前記ソレノイドコイルに対向する状態に前記回転軸の周方向に沿って導電部材を分散配置し、前記ソレノイドコイルに通電することで前記調節部材を前記周方向に沿って回転させるように構成してある請求項１〜４のいずれか一項記載の遠心ポンプ。
6. 前記回動装置は、ソレノイドへの通電時に前記調節部材を開度減少側に回動させ、前記ソレノイドへの通電停止時に前記調節部材を開度最大位置に保持する請求項５記載の遠心ポンプ。
7. 前記調節部材は、前記インペラで前記回転軸の周方向に吐出される流体によって前記開度最大位置に向けて押圧される押圧面を備えている請求項１〜６のいずれか一項記載の遠心ポンプ。
8. 前記調節部材を開度最大位置に向けて付勢する付勢機構を備えている請求項１〜７のいずれか一記載の遠心ポンプ。
9. 前記調節部材は、前記インペラによる流体の吐出方向とは逆向きの流体圧が作用する流体圧受け面を備え、前記吐出口から吐出された流体の流体圧を前記流体圧受け面に作用させる圧力導入路を設けてある請求項５〜８のいずれか一記載の遠心ポンプ。
10. 前記調節部材は、滑り軸受けを介して前記駆動回転部材に相対回転自在に支持されている請求項１〜９のいずれか一項記載の遠心ポンプ。
11. 前記調節部材は、前記インペラの外周部を前記回転軸の軸芯に直交する方向から囲む周壁部と、前記外周部を前記回転軸の軸芯方向の一端側から囲む第１側壁部と、前記外周部を前記回転軸の軸芯方向の他端側から囲む第２側壁部とを備え、
    前記周壁部が、前記第１側壁部と一体の第１周壁部と、前記第２側壁部と一体の第２周壁部とに前記回転軸の軸芯方向に分割され、
    前記第１周壁部および前記第２周壁部が、外周側に突出する第１鍔板および第２鍔板を各別に備えると共に、前記第１鍔板と前記第２鍔板とが連結具によって挟持され、
    前記連結具が、前記第１鍔板および前記第２鍔板に対して周方向に沿って連続して当接する挟持片を備えている請求項１〜１０のいずれか一項記載の遠心ポンプ。

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