特開 2024-136279 ウォーターポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024136279

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】ウォーターポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/24 20060101AFI20240927BHJP

   F04D 29/22 20060101ALI20240927BHJP

   F04D 13/06 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

F04D29/24 C

F04D29/22 C

F04D13/06 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023047356

(22)【出願日】2023-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】竹田 光一

(72)【発明者】

【氏名】樋口 幸洋

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA03

3H130AB22

3H130AB47

3H130AC13

3H130BA66C

3H130BA72C

3H130CA05

3H130CB01

3H130CB05

3H130DD01Z

3H130DD04X

3H130EB02C

3H130EB04C

(57)【要約】

【課題】高精度の金型を用いることなく効率の良いウォーターポンプを提供する。
【解決手段】本発明のウォーターポンプ（１００）は、流体の流入部（１２３）および流体の流出部（１２５）を有するケーシング（１２０）と、ケーシング（１２０）の内側に回転可能に支持されたインペラ（１４０）と、を備え、インペラ（１４０）は、ベース（１４２）と、当該ベース（１４２）に設けられた複数の羽根（１４５）とを有し、羽根（１４５）は、流体に対する負圧側面（１４５ａ）と圧力側面（１４５ｂ）を有し、負圧側面（１４５ａ）の内周側の端部には流入部から流入される流体の流入角度に沿うように所定角度に傾斜して形成された傾斜面（１４６）を有し、羽根（１４５）の延在方向において、ベース（１４２）は、傾斜面（１４６）に隣接した貫通孔（１４３ｈ）を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の流入部および前記流体の流出部を有するケーシングと、
前記ケーシングの内側に回転可能に支持されたインペラと、
を備え、
前記インペラは、ベースと、当該ベースに設けられた複数の羽根とを有し、
前記羽根は、前記流体に対する負圧側面と圧力側面を有し、
前記負圧側面の内周側の端部には前記流入部から流入される流体の流入角度に沿うように所定角度に傾斜して形成された傾斜面を有し、
前記羽根の延在方向において、前記ベースは、前記傾斜面に隣接した貫通孔を有する、
ウォーターポンプ。

【請求項2】

前記貫通孔は、前記ベースに対して前記羽根の側にある空間と、前記ベースに対して前記羽根の側とは反対側にある空間とをつなぐ、請求項１に記載のウォーターポンプ。

【請求項3】

径方向において、前記貫通孔は、前記傾斜面に対して内側に設けられている、請求項１または２に記載のウォーターポンプ。

【請求項4】

前記貫通孔の数は、前記複数の羽根と同数または前記複数の羽根の数の倍数である、請求項１に記載のウォーターポンプ。

【請求項5】

前記貫通孔は、円形状または弧状である、請求項１に記載のウォーターポンプ。

【請求項6】

前記貫通孔は、前記傾斜面に沿って配置されている、請求項５に記載のウォーターポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウォーターポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、冷却水の流入時、入口側端部および出口側端部の羽根厚さを薄くすることにより、流入された冷却水と羽根の入口側端部との衝突損失やウェークを低減し、ポンプ効率を向上させたウォーターポンプが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

【0003】

この特許文献１のウォーターポンプでは、インペラ１の複数の羽根３がシャフト１３の径方向から周方向に向かって湾曲するような円弧状に形成されており、インペラ１の回転運動により冷却水を羽根３に沿って流動させることにより冷却水吐出口１２から吐出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－６７６１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このように先行文献１のウォーターポンプにおいて、羽根３の先端は入口円４に沿った吸力面入口部８ｃを有しており、入口側端部に近づくほど羽根３の板厚が薄くなっている。このため、先行文献１のウォーターポンプでは、冷却水が吸入される際に発生する衝突損失を低減し、ポンプ効率を向上させているが、更なるポンプ効率の向上が求められている。

【0006】

本発明は、以上の点を鑑み、更にポンプ効率が向上した簡易な構成のウォーターポンプを提供することを課題の一例とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のウォーターポンプは、流体の流入部および前記流体の流出部を有するケーシングと、前記ケーシングの内側に回転可能に支持されたインペラと、を備え、前記インペラは、ベースと、当該ベースに設けられた複数の羽根とを有し、前記羽根は、前記流体に対する負圧側面と圧力側面を有し、前記負圧側面の内周側の端部には前記流入部から流入される流体の流入角度に沿うように所定角度に傾斜して形成された傾斜面を有し、前記羽根の延在方向において、前記ベースは、前記傾斜面に隣接した貫通孔を有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの外観構成を示す斜視図である。

【図2】本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの構成を示す縦断面図である。

【図3】本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプのインペラの上側から見た外観構成を示す斜視図である。

【図4】本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の内側先端部に形成された傾斜面の傾斜角度が２８度であることを示す部分拡大図である。

【図5】本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の内側先端部に形成された傾斜面の傾斜角度が３８度であることを示す部分拡大図である。

【図6】本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の傾斜角度が２８度の場合の静圧を示すグラフである。

【図7】本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の傾斜角度が２８度の場合のポンプ効率を示すグラフである。

【図8】本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の傾斜角度が３８度の場合の静圧を示すグラフである。

【図9】本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の傾斜角度が３８度の場合のポンプ効率を示すグラフである。

【図10】本発明の一例である他の実施の形態にかかるウォーターポンプのインペラの構成（１）を示す上面図である。

【図11】本発明の一例である他の実施の形態にかかるウォーターポンプのインペラの構成（２）を示す上面図である。

【図12】本発明の一例である他の実施の形態にかかるウォーターポンプのインペラの構成（２）を示す部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜実施の形態＞
以下、本発明の一例である実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの外観構成を示す斜視図である。図２は、本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの構成を示す縦断面図である。図３は、本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプのインペラの上側から見た外観構成を示す斜視図である。

【0010】

図４は、本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の内側先端部に形成された傾斜面の傾斜角度が２８度であることを示す部分拡大図である。図５は、本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の内側先端部に形成された傾斜面の傾斜角度が３８度であることを示す部分拡大図である。

【0011】

図６は、本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の傾斜角度が２８度の場合の静圧を示すグラフである。図７は、本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の傾斜角度が２８度の場合のポンプ効率を示すグラフである。図８は、本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の傾斜角度が３８度の場合の静圧を示すグラフである。図９は、本発明の一例である実施の形態にかかるウォーターポンプの羽根の傾斜角度が３８度の場合のポンプ効率を示すグラフである。

【0012】

なお、本実施の形態の説明において、説明の便宜上、軸Ｘに沿った矢印ａ方向を上側または一方側とする。軸Ｘに沿った矢印ｂ方向を下側または他方側とする。ここで、矢印ａｂ方向を上下方向またはＸ軸方向と称する。ただし、上下方向は、鉛直方向とは必ずしも一致しない。また、矢印ｃｄ方向を径方向と称し、軸Ｘから離れる矢印ｃ方向を外側または径方向一方側、軸Ｘに近づく矢印ｄ方向を内側または径方向他方側と称する。

【0013】

＜ウォーターポンプの構成＞
図１に示すように、ウォーターポンプ１００は、例えばエンジンの冷却水を移送するいわゆる遠心ポンプである。

【0014】

ウォーターポンプ１００は、当該ウォーターポンプ１００をエンジンルーム等に取り付けるための３つのフランジ１３５（図１では２個のフランジ１３５だけが表示されている）、その内部のインペラ収容空間１８０ｓ（図２）にインペラ１４０等を収容する側面視略円錐形の上ケーシング１２０、その内部に駆動源であるモータ１７０（図２）を収容する円筒形状または略円筒形状の下ケーシング１３０を有している。

【0015】

ウォーターポンプ１００のフランジ１３５は、下ケーシング１３０の下ケーシング本体部１３１の外周面に対して互いに１２０度間隔かつ外側へ向かって放射状に延びる部分である。フランジ１３５は、先端の略円形の開口部１３５ａを有している。したがって、ウォーターポンプの１００は、フランジ１３５の開口部１３５ａを介してエンジンルーム等（図示せず）に取り付けられる。

【0016】

＜上ケーシング＞
ウォーターポンプ１００の上ケーシング１２０は、樹脂の射出成形により形成された成型品である。

【0017】

図１および図２に示すように、上ケーシング１２０は、内部にポンプとして作用するためのインペラ１４０を収容する筐体からなる上ケーシング本体部１２１、その上ケーシング本体部１２１の外周面の中心には軸方向の上側（矢印ａ方向）に突出し、外部からインペラ１４０に冷却水を流入するための円筒形状の流入部１２３と、上ケーシング本体部１２１の外周面から流入部１２３とは直交する径方向へ突出し、インペラ１４０の回転によって冷却水を外部へ吐出するための円筒形状の流出部１２５とを有している。

【0018】

流入部１２３は、上ケーシング本体部１２１の頂部からＸ軸方向の上側（矢印ａ方向）に延びる円筒形状を有し、例えば、水、冷却水等の流体を流入する部位である。流出部１２５は、上ケーシング本体部１２１の外周面から流入部１２３とは直交する径方向の外側（矢印ｃ方向）へ延びる円筒形状を有し、流入部１２３から流入された流体がインペラ１４０の回転によって外部へ流出（圧送）する部位である。

【0019】

上ケーシング本体部１２１は、側面視略円錐形のお椀形状からなり、外周側の底面に環状の突部１２１ｐを有すると共に、その突部１２１ｐよりも内側（矢印ｄ方向）にはインペラ１４０を収容可能な円錐状または略円錐状のインペラ収容空間１８０ｓを有している。

【0020】

上ケーシング本体部１２１の突部１２１ｐは、樹脂の成型品からなるステータホルダ１８０に埋め込まれた後に熱溶着される部分であり、上ケーシング本体部１２１およびステータホルダ１８０の両者が一体に形成されている。

【0021】

上ケーシング本体部１２１は、流入部１２３の下側部分からインペラ収容空間１８０ｓに所定の長さだけ突出する軸支部１２４を有している。軸支部１２４は、流入部１２３の内周面に対して、所定の角度間隔で設けられた複数本（例えば３本）の腕部１２４ａによって流入部１２３と一体に結合されている。

【0022】

複数本の腕部１２４ａの中心には、略円筒状のシャフト支持部１２４ｐが設けられ、そのシャフト支持部１２４ｐの下側（矢印ｂ方向）の端部の内周面において、後述するシャフト１６５の上側（矢印ａ方向）の端部を軸支している。

【0023】

この場合、シャフト１６５のＸ軸方向における下側（矢印ｂ方向）の端部は、後述するステータホルダ１８０の内側円板部１８５と一体に固定され、かつ、Ｘ軸方向における上側（矢印ａ方向）の端部が軸支部１２４に支持されているので、当該シャフト１６５の振れ周りが抑制されている。

【0024】

軸支部１２４のシャフト支持部１２４ｐは、その下側（矢印ｂ方向）の外周端に径方向（矢印ｃｄ方向）の外側（矢印ｃ方向）へ僅かに延びた環状のフランジ部１２４ｄを有している。フランジ部１２４ｄは、流入部１２３から流入した流体をインペラ１４０の羽根１４５（図２）へ導く機能を有する方向変換部位である。

【0025】

＜下ケーシング＞
図２に示すように、下ケーシング１３０は、樹脂の射出成形により形成された成型品であり、有底円筒形状の下ケーシング本体部１３１と、その下ケーシング本体部１３１の上側（矢印ａ方向）の端部から径方向の外側（矢印ｃ方向）へ向かって延びた環状のフランジ部１３２とを有している。

【0026】

下ケーシング１３０のフランジ部１３２は、ステータホルダ１８０のフランジ部１８３を間に介在した状態で上ケーシング本体部１２１の突部１２１ｐと対向配置される部分である。下ケーシング１３０のフランジ部１３２の外径と、上ケーシング本体部１２１の外径およびステータホルダ１８０のフランジ部１８３の外径は全て同じである。

【0027】

下ケーシング１３０の内側には、ステータホルダ１８０が一体に固定されている。これにより、下ケーシング１３０の下ケーシング本体部１３１の底板部分１３１ｂとステータホルダ１８０の内側円筒部１８２とによってモータ１７０のステータ１６０を収容可能なステータ収容空間１３０ｓを形成している。

【0028】

下ケーシング本体部１３１の下側（矢印ｂ方向）の端部とステータホルダ１８０下側（矢印ｂ方向）の端部との接合面には、例えばОリングからなる防水シール１８９が介在されており、外部から水等が進入して内部の回路基板１９１に到達することを防止している。

【0029】

＜ステータホルダ＞
ステータホルダ１８０は、樹脂の射出成形により形成された成型品であり、外側円筒部１８１、内側円筒部１８２、フランジ部１８３、外側円板部１８４および内側円板部１８５を有している。

【0030】

ステータホルダ１８０の外側円筒部１８１は、下ケーシング１３０における下ケーシング本体部１３１の内側の面と一体に形成される円筒状の部位であり、下ケーシング本体部１３１の底板部分１３１ｂに到達する程度の長さを有している。

【0031】

外側円筒部１８１は、その上側（矢印ａ方向）の端部から外側（矢印ｃ方向）に向かって延びるフランジ部１８３、および、その上側（矢印ａ方向）の端部から内側（矢印ｄ方向）に向かって延びる円環状の外側円板部１８４と一体に形成されている。

【0032】

フランジ部１８３は、上ケーシング本体部１２１の突部１２１ｐと対応する位置に設けられた環状の凹溝１８３ｍを有している。フランジ部１８３の凹溝１８３ｍに上ケーシング本体部１２１の突部１２１ｐが嵌め込まれた状態で両者は一体に形成されている。

【0033】

内側円筒部１８２は、外側円筒部１８１よりも内側（矢印ｄ方向）に設けられると共に、外側円筒部１８１とＸ軸方向（矢印ａｂ方向）に沿って平行に設けられている。内側円筒部１８２は、外側円板部１８４の内側（矢印ｄ方向）の端部から下側（矢印ｂ方向）に向かって所定の長さだけ延びる部位である。内側円筒部１８２は、外側円筒部１８１よりも上下方向（矢印ａｂ方向）の長さが短く形成されている。

【0034】

外側円板部１８４は、外側円筒部１８１の上側（矢印ａ方向）の端部と、内側円筒部１８２の上側（矢印ａ方向）の端部とを繋ぐ円環状かつ薄い板状の部位である。外側円板部１８４の下側（矢印ｂ方向）にはステータ収容空間１３０ｓが形成されており、このステータ収容空間１３０ｓにステータ１６０が収容されている。具体的には、内側円筒部１８２の外周面に対してステータ１６０のステータコア１６１が固定されている。

【0035】

内側円板部１８５は、内側円筒部１８２の下側（矢印ｂ方向）の端部と一体に設けられた円板状の部位であり、後述するインペラ収容空間１８０ｓを構成する底部となっている。内側円板部１８５は、その中心となる部分に平面視円形の貫通孔１８５ｈを有している。内側円板部１８５の貫通孔１８５ｈには、シャフト１６５の下側（矢印ｂ方向）の端部が圧入され、両者が一体化されている。

【0036】

内側円筒部１８２の内側（矢印ｄ方向）であって、かつ、内側円板部１８５の上側（矢印ａ方向）には、インペラ収容空間１８０ｓが形成されており、そのインペラ収容空間１８０ｓにインペラ１４０のインペラ本体部１４１が収容されている。

【0037】

内側円板部１８５は、貫通孔１８５ｈの周囲部分が下側（矢印ｂ方向）に向かって僅かに突出した突出部１８５ｐを有している。突出部１８５ｐの外径は内側円板部１８５の外径よりも小さく、突出部１８５ｐの外周面には、薄い円環状の回路基板支持プレート１８８が固定されている。回路基板支持プレート１８８の外径は、外側円筒部１８１の内径よりも僅かに小さい。

【0038】

外側円板部１８１の内側（矢印ｄ方向）であって、かつ、内側円板部１８５および回路基板支持プレート１８８の下側（矢印ｂ方向）には、モータ駆動するためのモータ駆動制御回路を構成する各種の電子部品１９３が実装された回路基板１９１が配置されている。回路基板１９１は、回路基板支持プレート１８８に対して支柱１８７を介して一体に取り付けられている。

【0039】

＜ステータ＞
ステータ収容空間１３０ｓに収容されたステータ１６０は、ステータコア１６１、インシュレータ１６２およびコイル１６３を有している。ステータ１６０は、ステータホルダ１８０の内側円筒部１８２の外側（矢印ｃ方向）の外周面と一体に固定されている。

【0040】

すなわち、ステータ１６０は、インペラ収容空間１８０ｓに配置されたインペラ１４０のインペラ本体部１４１およびロータマグネット１５９を囲繞するように配置されている。

【0041】

このステータ１６０においては、インシュレータ１６２を介してコイル１６３の巻回されたステータコア１６１がステータホルダ１８０の内側円筒部１８２の外周面と一体になって固定されている。つまり、ステータ１６０は、ステータホルダ１８０と一体化されている。

【0042】

ステータコア１６１は、軟磁性材からなる電磁鋼板を複数枚積層された積層体によって形成されており、円環状のコアバック、コイル１６３が巻回されたティース（図示せず）、および、突極（図示せず）を有している。

【0043】

＜ロータ＞
図２に示すように、ロータ１５０は、インペラ本体部１４１およびロータマグネット１５９からなる。ここで、インペラ本体部１４１は、ロータとして機能する部分でもあるため、以下、ロータ本体部１４１と呼ぶ場合があるものとする。

【0044】

ロータ１５０は、ステータホルダ１８０の内側円板部１８５に固定されたシャフト１６５に対して、当該シャフト１６５を回転中心として回転する。シャフト１６５は、ステータホルダ１８０の内側円板部１８５によって回転不能な固定状態でインペラ収容空間１８０ｓに配置されている。このため、ロータ１５０が回転するのに対し、シャフト１６５は非回転であり、ステータホルダ１８０と一体に固定されている。

【0045】

ロータ１５０は、ステータホルダ１８０のインペラ収容空間１８０ｓに配置されており、ロータ本体部１４１およびロータマグネット１５９の外径が内側円筒部１８２の内径よりも小さい。これにより、ロータ１５０が回転したときにロータ本体部１４１およびロータマグネット１５９がインペラ収容空間１８０ｓを形成している内側円筒部１８２の内周面と接触することが予め防止されている。

【0046】

このようにモータ１７０は、ステータ１６０とロータ１５０によって構成されたインナーロータ型の三相のブラシレスＤＣモータである。但し、モータ１７０は、三相のブラシレスＤＣモータに限るものではなく、例えば単相ブラシレスＤＣモータ等、その他のモータであってもよい。

【0047】

＜インペラ＞
図２に示すように、インペラ１４０は、熱可塑性樹脂材である例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）の射出成形により形成された成型品である。

【0048】

インペラ１４０は、Ｘ軸方向（矢印ａｂ方向）に沿って延びる円柱状のインペラ本体部１４１、そのインペラ本体部１４１の上側（矢印ａ方向）の端部に一体に形成された円盤状のベース１４２と、そのベース１４２の中心部分において上側（矢印ａ方向）に向かってなだらかに膨出した膨出部１４３と、その膨出部１４３の周囲であってベース１４２の上に立設された複数の羽根１４５とを有している。

【0049】

インペラ１４０のインペラ本体部１４１、ベース１４２、膨出部１４３、および、複数の羽根１４５は全て一体に形成されている。ただし、これに限るものではなく、例えば、インペラ本体部１４１とベース１４２等とが別々に形成された後に溶着等によって一体形成されていてもよい。

【0050】

インペラ本体部（ロータ本体部）１４１は、所定の外径を有する円柱体からなり、ステータホルダ１８０の内側円筒部１８２の内側に形成されたインペラ収容空間１８０ｓに収容される部分である。

【0051】

インペラ本体部１４１は、その外周面に凹状に凹んだ環状の凹部を有し、そこにロータマグネット１５９が接着等により固定されている。ロータマグネット１５９は、永久磁石からなり、Ｓ極に着磁された領域と、Ｎ極に着磁された領域とに分けられ、周方向に沿って交互に配置されている。

【0052】

因みに、磁石粉末を含んだ樹脂材でロータマグネット１５９を射出成形し、磁石粉末を含まない樹脂材でインペラ本体部１４１とベース１４２および羽根１４５を射出成形により形成した後に、両者を結合するようにしてもよい。

【0053】

ロータマグネット１５９の外径は、インペラ本体部１４１の外径と同じであり、ロータマグネット１５９の外周面とインペラ本体部１４１の外周面とは面一である。なお、インペラ本体部１４１およびロータマグネット１５９は、ステータホルダ１８０の内側円筒部１８２の内周面と接触することのない大きさの外径を有している。要は、インペラ１４０の回転時にインペラ本体部１４１が、ステータホルダ１８０の内側円筒部１８２と接触することなく回転できればよい。

【0054】

ベース１４２は、薄い円盤状の部材であり、インペラ本体部１４１の上側（矢印ａ方向）の端部において一体に形成されている。ベース１４２の外径は、インペラ収容空間１８０ｓの内径よりも小さい。

【0055】

インペラ本体部１４１は、その中心においてＸ軸方向（矢印ａｂ方向）に沿って貫通した貫通孔１４１ｈを有している。この貫通孔１４１ｈの内径は、後述するシャフト１６５の外径よりも僅かに大きく形成されている。この場合、インペラ１４０におけるインペラ本体部１４１の貫通孔１４１ｈの内周面と、シャフト１６５の外周面とはスリーブ軸受として機能する。

【0056】

これによりインペラ１４０は、ステータホルダ１８０の内側円板部１８５に固定されたシャフト１６５に対して回転可能とすることができる。なお、これに限るものではなく、インペラ本体部１４１に対して円筒状の焼結軸受を設けるようにしてもよい。

【0057】

複数の羽根１４５は、回転軸となるシャフト１６５を中心として膨出部１４３の周囲に放射状に配置されている。図３に示すように、羽根１４５は、弧状に湾曲しており、シャフト１６５から径方向の外側（矢印ｃ方向）へ離れるに連れてその高さが次第に低くなっている（図２参照）。この場合、羽根１４５は例えば７枚設けられているが、これに限るものではなく、他の枚数であってもよい。

【0058】

複数の羽根１４５は、全て同一の構造および形状を有している。羽根１４５は、インペラ１４０の回転方向が図中時計回り方向（太矢印で示す）の場合、図３において図示しないシャフト１６５と対向する側の面が負圧側面１４５ａ、その負圧側面１４５ａと背向する側の面が圧力側面１４５ｂとなる。羽根１４５の負圧側面１４５ａと圧力側面１４５ｂとは同じ曲率を有している。

【0059】

図４に示すように、羽根１４５の内側の先端部（以下、これを「内側先端部」と呼ぶ。）１４５ｔの負圧側面１４５ａには、所定の傾斜角度に形成された傾斜面１４６を有している。

【0060】

図４に示すように、傾斜面１４６は、羽根１４５の厚さ方向に対する中心線１４５Ｌの接線ＴＬ１と、７個の羽根１４５の傾斜面１４６同士を繋ぐ仮想円ｉｃの接線ＴＬ２とによって形成される狭い方の角度（以下、これを「狭角」という。）が例えば２８度となるように傾斜している。ここで、仮想円ｉｃは、流入部１２３から流入される流体の流入角度に沿っている。

【0061】

また、図５に示すように、傾斜面１４６は、羽根１４５の厚さ方向に対する中心線１４５Ｌの接線ＴＬ３と、７個の羽根１４５の傾斜面１４６同士を繋ぐ仮想円ｉｃの接線ＴＬ４とによって形成される狭い方の角度（以下、これを「狭角」という。）が例えば３８度となるように傾斜していてもよい。

【0062】

したがって、流入部１２３の内径と、仮想円ｉｃの内径とが同じであり、図４および図５に示すように、仮想円ｉｃと傾斜面１４６とが傾斜角度２８度や傾斜角度３８度で接している場合、傾斜面１４６と流入部１２３から流入される流体とが衝突することがない。ただし、傾斜角度については、２８度乃至３８度が好ましいが、これに限るものではない。

【0063】

これにより、羽根１４５の内側先端部１４５ｔの負圧側面１４５ａは、傾斜角度２８度または傾斜角度３８度に形成された傾斜面１４６の存在によって流体との衝突損失を低減し、ポンプ効率を向上させることが可能となる。

【0064】

また、図３に示すようにインペラ１４０の膨出部１４３には、シャフト１６５を中心として約１２０度間隔で配置された複数の平面視円形からなる３個の貫通孔１４３ｈを有している。３個の貫通孔１４３ｈは、径方向において、傾斜面１４６に対して内側に設けられている。

【0065】

図２に示すように、インペラ１４０のインペラ本体部１４１には、シャフト１６５を中心として膨出部１４３の貫通孔１４３ｈと上下方向（矢印ａｂ方向）において対応する位置に有底円筒状の凹部空間１４１ｒが設けられており、その凹部空間１４１ｒと膨出部１４３の貫通孔１４３ｈとが連通している。

【0066】

このように膨出部１４３の貫通孔１４３ｈおよびインペラ本体部１４１の凹部空間１４１ｒは互いに連通している。このため、インペラ１４０のベース１４２を境にして複数の羽根１４５が設けられた上側（矢印ａ方向）の空間と、複数の羽根１４５が設けられていない下側（矢印ｂ方向）の空間とは、貫通孔１４３ｈおよび凹部空間１４１ｒを介して互いにつながって（連通して）いることになる。

【0067】

＜ウォーターポンプの動作および効果＞
ウォーターポンプ１００においては、モータ１７０のロータ１５０とステータ１６０との電磁気的作用によりシャフト１６５を中心としてインペラ１４０のインペラ本体部（ロータ本体部）１４１が回転する。

【0068】

これによりウォーターポンプ１００では、インペラ本体部１４１と共に羽根１４５が回転し、流入部１２３から流入した流体を複数の羽根１４５の作用により径方向の外側（矢印ｃ方向）の流出部１２５から圧送することができる。

【0069】

また、ウォーターポンプ１００では、インペラ１４０における複数の羽根１４５の内側先端部１４５ｔの負圧側面１４５ａに傾斜面１４６を設けると供に、ベース１４２の膨出部１４３に傾斜面１４６と隣接するように複数の貫通孔１４３ｈを設けるようにした。

【0070】

これによりウォーターポンプ１００では、羽根１４５の内側先端部１４５ｔの負圧側面１４５ａに設けられた傾斜面１４６によって、流入部１２３から流入される流体との衝突損失を低減し、ポンプ効率を向上させることができる。

【0071】

同時に、ウォーターポンプ１００では、インペラ１４０の膨出部１４３に設けられた３個の貫通孔１４３ｈの存在により、複数の羽根１４５が設けられたベース１４２の上側（矢印ａ方向）の空間と、複数の羽根１４５が設けられていないベース１４２の下側（矢印ｂ方向）の空間とが連通し、ベース１４２の上側空間と下側空間との間に大きな圧力差が生じないようにすることができる。

【0072】

従来のウォーターポンプでは、インペラ１４０の膨出部１４３に貫通孔１４３ｈは存在しておらず、ベース１４２の上側空間と下側空間との間で圧力差が生じ、インペラ１４０全体がシャフト１５６に沿って上側（矢印ａ方向）に上昇し、上ケーシング本体部１２１の内周面と接触してしまうおそれがあった。

【0073】

しかしながら、ウォーターポンプ１００は、ベース１４２の上側空間と下側空間との間で圧力差が生じなくなるので、シャフト１５６に対してインペラ１４０が上側（矢印ａ方向）に上昇して上ケーシング本体部１２１と接触することを防止することができる。

【0074】

これによりウォーターポンプ１００では、インペラ１４０が上ケーシング本体部１２１と接触することなく安定して回転することができるので、その分だけ確実にポンプ効率を向上させることができる。

【0075】

実際に、図６および図７に示すように、羽根１４５の内側先端部１４５ｔの負圧側面１４５ａに設けられた傾斜面１４６の傾斜角度２８度の場合のＰＱ性能およびポンプ効率について検証した。この場合、羽根１４５の圧力側面１４５ｂにだけ傾斜角度２８度の傾斜面１４６が設けられた場合、および、両方に傾斜角度２８度の傾斜面１４６が設けられた場合についても比較対象として同時に検証した。

【0076】

この場合、図６（Ａ）の折れ線グラフ、および、図６（Ｂ）の棒グラフに示すように、流出部１２５からの流出量が中域レベル（Ｍ）のとき静圧[Ｐａ]が最も高くなるのは、負圧側面１４５ａにだけ傾斜面１４６が設けられた場合であることが示されている。

【0077】

また、図７（Ａ）の折れ線グラフ、および、図７（Ｂ）の棒グラフに示すように、流出部１２５からの流出量が中域レベル（Ｍ）のときポンプ効率が最も高くなるのは、この場合も負圧側面１４５ａにだけ傾斜面１４６が設けられた場合であることが示されている。ここで、ポンプ効率とは、駆動軸（この場合、インペラ１４０とインペラ本体部１４１）によって入力される軸動力と、このウォーターポンプ１００によって出力される水動力の比である。

【0078】

同様に、図８および図９に示すように、羽根１４５の内側先端部１４５ｔの負圧側面１４５ａに設けられた傾斜面１４６が傾斜角度３８度の場合のＰＱ性能およびポンプ効率について検証した。この場合、羽根４５の圧力側面１４５ｂにだけ傾斜角度３８度の傾斜面１４６が設けられた場合、および、両方に傾斜角度３８度の傾斜面１４６が設けられた場合についても比較対象として同時に検証した。

【0079】

この場合、図８（Ａ）の折れ線グラフ、および、図８（Ｂ）の棒グラフに示すように、流出部１２５からの流出量が中域レベル（Ｍ）のとき静圧[Ｐａ]が最も高くなるのは、負圧側面１４５ａにだけ傾斜面１４６が設けられた場合であることが示されている。

【0080】

また、図９（Ａ）の折れ線グラフ、および、図９（Ｂ）の棒グラフに示すように、流出部１２５からの流出量が中域レベル（Ｍ）のときポンプ効率が最も高くなるのは、負圧側面１４５ａにだけ傾斜面１４６が設けられた場合であることが示されている。

【0081】

このように、ウォーターポンプ１００では、羽根１４５の内側先端部１４５ｔの負圧側面１４５ａに設けられた傾斜面１４６、および、インペラ１４０の膨出部１４３に設けられた３個の貫通孔１４３ｈの存在によって、従来に比してポンプ効率を向上することができる。

【0082】

＜他の実施の形態＞
以上、本発明のウォーターポンプについて、好ましい実施の形態を挙げて説明したが、本発明のウォーターポンプは上記実施の形態の構成に限定されるものではない。

【0083】

なお、実施の形態におけるインペラ１４０においては、膨出部１４３に３個の貫通孔１４３ｈを設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１０に示すように、７個の羽根１４５と同数の７個の貫通孔１４３ｈ、または、複数の羽根１４５の個数の倍数となる例えば１４個や２１個等の貫通孔１４３ｈを設けるようにしてもよい。貫通孔１４３ｈの個数を増やした場合、貫通孔１４３ｈの内径を小さくしてインペラ１４０のベース１４２の上側空間と下側空間との圧力差を調整することができる。

【0084】

例えば、７個の貫通孔１４３ｈを設ける場合、羽根１４５の傾斜面１４６と周方向において対向するように配置してもよい。ただし、これに限るものではなく、７個の貫通孔１４３ｈは、羽根１４５の傾斜面１４６と径方向において対向するように配置されていてもよい。

【0085】

また、１４個の貫通孔を設ける場合、羽根１４５の内側先端部１４５ｔを径方向において挟むように２個ずつ配置されるようにすればよい。ただし、これに限るものではなく、１４個の貫通孔１４３ｈは、羽根１４５の傾斜面１４６と周方向において２個ずつ対向するように配置されていてもよく、羽根１４５の傾斜面１４６と径方向において２個ずつ対向するように配置されていてもよい。

【0086】

また、実施の形態におけるインペラ１４０においては、膨出部１４３に３個の円形の貫通孔１４３ｈを設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１１に示すように、周方向に沿って複数（この場合３個）の長円形の貫通孔２８３ｈを設けるようにしてもよい。

【0087】

この場合、図１２に示すように、羽根１４５の傾斜面１４６と貫通孔２８３ｈとは線接触しており、少ない数の貫通孔２８３ｈだけでインペラ１４０のベース１４２の上側空間と下側空間との圧力差を調整することができる。

【0088】

さらに、インペラ１４０では、インペラ本体部１４１がインペラ１４０の一部であり、かつ、ロータ１５０の一部としてベース１４２、膨出部１４３および羽根１４５と一体に設けられているようにした構成について述べたが、本発明はこれに限らず、ロータ１５０とインペラ１４０とは別部品として形成された後に溶着等により一体に結合するようにしてもよい。

【0089】

さらに、実施の形態におけるウォーターポンプ１００においては、エンジンルーム等に取り付けられる場合を一例として説明したが、本発明はこれに限らず、近年普及したハイブリッド車や電気自動車において、インバータ等の電動機器に対して冷却水を強制循環させる場合に用いるようにしてもよい。

【0090】

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のウォーターポンプを適宜改変し、また各種構成の組み合わせを変更することができる。かかる変更によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

【符号の説明】

【0091】

１００…ウォーターポンプ、１２０…上ケーシング、１２１…上ケーシング本体部、１２１ｐ…突部、１２３…流入部、１２４…軸支部、１２４ａ…腕部、１２４ｄ…フランジ部、１２４ｐ…シャフト支持部、１２５…流出部、１３０…下ケーシング、１３０ｓ…ステータ収容空間、１３１…下ケーシング本体部、１３２…フランジ部、１３５…フランジ、１４０…インペラ、１４１…インペラ本体部（ロータ本体部）、１４２…ベース、１４３…膨出部、１４５……羽根、１５０…ロータ、１５９…ロータマグネット、１６０…ステータ、１６１…ステータコア、１６２…インシュレータ、１６３…コイル、１６５…シャフト、１７０…モータ、１８０ｓ…インペラ収容空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】