JP2002070792A - ウオータポンプ用インペラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウオータポンプに用いられるインペラＲのベ
ーン部１３の剛性を高めるとともにポンプ性能の向上を
図る。 【構成】 ウオータポンプ用のインペラＲは、回転軸２
２が嵌合されるボス部１０と、ボス部１０から外側方に
延びる板状のフランジ部１２と、フランジ部１２に立設
される複数のベーン部１３とによって形成される。各ベ
ーン部１３の先端部１３Ａは環状をなす環状板部１によ
って接続固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、二輪車、農業
機械、等の内燃機関において、機関を冷却する冷却水を
循環させる為に用いられるウオータポンプに関し、その
うち特に冷却水を昇圧するインペラに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関にあっては、機関を
冷却する為に水が用いられるもので、ラジエターの冷却
水をエンジンジャケットに向けて循環させる為にウオー
タポンプが用いられる。ウオータポンプＷＰは図７に示
されるもので、対向して配置されるポンプハウジング２
０Ａ、２０Ｂ間に形成されるポンプ室Ｐ内にインペラＲ
が回転自在に配置されるとともに該インペラには、機関
の回転と連動して回転するプーリー２１によって回転力
が付与される回転軸２２が圧入嵌合される。回転軸２２
は下側のポンプハウジング２０Ａにベアリング２３を介
して回転自在に支持されるとともにポンプ室Ｐと回転軸
２２との間にはフローティングシート、シールリング、
弾圧スプリング等からなるメカニカルシール２４が配置
され、ポンプ室Ｐからベアリング２３に向かって漏洩す
る冷却水がこのメカニカルシール２４によって阻止され
る。前記インペラは、中央部にあって下方に向かって軸
孔１１が開口するボス部１０と、ボス部１０の周囲にあ
って外側方に向かって延出する板状のフランジ部１２
と、フランジ部１２から上方に向かって立設され、略放
射状に延びるとともにフランジ部１２の周方向において
略等間隔に複数形成されたベーン部１３とによって形成
される。このインペラＲは図８によく示される。そし
て、機関が運転され、機関の回転が図示されないベルト
等によってプーリー２１に伝達され、回転軸２２が回転
することによってポンプ室Ｐ内に配置されるインペラＲ
が回転すると、吸入路２５から冷却水がポンプ室Ｐ内に
吸入され、次いで昇圧された冷却水が吐出路２６から吐
出される。かかる吸入路２５、吐出路２６は、ラジエタ
ーとエンジンジャケット間を連絡する冷却水循環路に接
続されるものであり、これによってエンジンジャケット
に向けて冷却水を循環させることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来のウオータ
ポンプにおいて、インペラは鋳造によって形成される鋳
物インペラ。薄板金属材料をプレス成型によって形成す
る薄板金属製インペラ。合成樹脂材料を射出成型によっ
て形成する合成樹脂製インペラ。更には前記インペラを
複合的に形成する複合インペラ（例えば筒部を薄板金属
で製作し、フランジ部を含むベーン部と合成樹脂材料で
形成する。）によって形成される。ここで前記インペラ
のベーン部について着目すると、ベーン部は板状のフラ
ンジ部から上方に向かって壁状をなして立設されるもの
で、その基部がフランジ部に一体的に固定され、先端部
が自由端をなす片持ち形状をなすものである。そして、
インペラがポンプ室内を回転することによると、ベーン
部には強い大なる流体圧（水圧）が作用するもので、ベ
ーン部１３はこの流体圧に対して充分に抗する剛性を備
える必要がある。而して、ベーン部の設計に当たって
は、ベーン部が充分なる剛性を備えるよう、ベーン部の
肉厚、補強リブ、補強ポンプ等の対応が図られる必要が
あり、この対応には多くの開発工数（例えば耐久テスト
等）を要するとともに狭いポンプ室内においてその対応
の自由度は制限される。一方、ウオータポンプのポンプ
容量は、機関の大排気量化に伴い、増量する必要があ
り、このポンプ容量の増加は、ベーン部の高さ、周方向
の長さを変更することによって対応される。これによる
と、ベーン部に加わる流体圧力は大きく上昇傾向にあ
り、かかる変更に際し、ベーン部の剛性対応は更に困難
をきわめる。

【０００４】本発明になるウオータポンプ用インペラは
前記不具合に鑑み成されたもので、板状のフランジ部か
ら立設されるベーン部の剛性を極めて簡単な方法によっ
て高めることを第１の目的とし、更にはポンプの性能
（吐出量、吐出圧力）をより一層向上することを第２の
目的とする。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】本発明になるウオータポン
プ用インペラは前記目的達成の為に、回転軸が嵌合され
るボス部と、ボス部から外側方に向かって延出する板状
のフランジ部と、フランジ部に立設され、略放射状に延
びる複数のベーン部とを備えるウオータポンプ用インペ
ラにおいて、個別に立設される各ベーン部の先端部を、
環状板部にて接続固定したことを第１の特徴とする。

【０００６】又、本発明は前記第１の特徴に加え、前記
環状板部の外周方向に向かう幅を、ベーン部の先端部の
長さに対して任意の幅に設定したことを第２の特徴とす
る。

【０００７】更に、本発明は前記第１の特徴に加え、前
記ベーン部の先端部と環状板部とを、一側に設けた凹部
と、それに挿入される突状部とによってカシメ接続した
ことを第３の特徴とする。

【０００８】更に又、本発明は前記第１の特徴に加え、
前記インペラの少なくともベーン部を、薄板金属材料又
は合成樹脂材料によって形成したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の第１の特徴によると、板状のフランジ
部から固別に立設される各ベーン部は、その基部がフラ
ンジ部に接続固定され、先端部の自由端が環状板部に接
続固定されることによりベーン部の両端が固定される。
従ってベーン部の剛性を極めて簡単な構成をもって大き
く向上できる。又、ベーン部の先端部が接続板部によっ
て閉塞されることになるのでポンプ性能の向上を達成で
きる。

【００１０】又、本発明の第２の特徴によると、ベーン
部の先端部が接続板部によって閉塞され、その閉塞度合
が変えられるもので、この閉塞度合に応じてポンプ性能
を可変とすることができる。

【００１１】更に本発明の第３の特徴によると、ベーン
部の先端部と環状板部とは凹部に突状部が挿入されてカ
シメ接続されるので、両者の接続固定作業を容易に行な
うことができるとともにより一層確実に両者を固定でき
る。

【００１２】更に又、本発明の第４の特徴によると、前
記によってベーン部の剛性を大きく向上できたので、ベ
ーン部として薄板金属材料又は合成樹脂材料の採用に何
等の制限を受けることがなく極めて容易となったもので
ある。

【００１３】

【実施例】以下、本発明になるウオータポンプ用インペ
ラの一実施例を図１から図３によって説明する。図１は
本発明になるインペラの上部平面図。図２は図１のＸ−
Ｘ線における縦断面図。図３は環状板部の縦断面図。で
ある。尚、本発明に用いられるインペラは図８に示され
るインペラＲが用いられるもので説明は省略するととも
に同符号を用いる。各ベーン部１３の先端部１３Ａは上
方に向かって開口されるもので、先端部１３Ａの中心側
１３Ｂが高く、外側１３Ｃが低く形成されて傾斜面をな
す。１は例えば薄板金属材料によって形成された環状板
部であり、その断面は各ベーン部１３の中心側１３Ｂか
ら外側１３Ｃに向かう先端部１３Ａに当接される形状を
なすもので、本例にあってはドーナツ状をなす円すい形
状に形成された。これは図３によく示される。そして前
記環状板部１が各ベーン部１３の先端部１３Ａに当接配
置され、この状態において、環状板部１が先端部１３Ａ
に接続固定される。この状態は図１、図２によく示され
るもので、このとき環状板部１の内方端１Ａはベーン部
１３Ａの中心側１３Ｂより中心側に向かって大きく突出
させないことが望ましいものであり、又外方端１Ｂはベ
ーン部１３Ａの外側１３Ｃより外側に向かって大きく突
出させないことが望ましい。尚、前記環状板部１とベー
ン部１３の先端部１３Ａとの接続固定は格別に限定され
るものでなく、金属材料にあってはプロジェクション溶
接、スポット溶接、等が用いられ、合成樹脂材料にあっ
ては、振動溶着、超音波溶着、熱板溶着等が用いられ
る。更に環状板部１はフランジ部１２、ベーン部１３と
一体成形あるいはアウトモールド成形されてもよい。

【００１４】以上によれば、各ベーン部１３の先端部１
３Ａは環状板部１によって接続固定されるもので、これ
によると各ベーン部１３の基部１３Ｄはインペラのフラ
ンジ部１２に接続固定され、先端部１３Ａは、環状板部
１に接続固定される。更に隣接する各ベーン部１３、１
３との間に形成される上方に向かって開口する開口部Ｙ
は環状板部１によって閉塞されることになる。前記開口
部の理解を深める為に、図１において１ケ所の開口部Ｙ
のみ斜線で示された。

【００１５】そして、前記によって形成されたインペラ
Ｒが従来と同様に回転軸２２に固定され、これがポンプ
ハウジング２０Ａ、２０Ｂ内に形成されるポンプ室Ｐ内
に回転自在に配置される。

【００１６】以上よりなる本発明のウオータポンプ用イ
ンペラによると、以下の格別な作用、効果を達成でき
る。第１にはベーン部１３の流体圧に対する剛性を大き
く向上できたことである。すなわち、各ベーン部１３に
ついて着目すれば、ベーン部１３の基部１３Ｄはフラン
ジ部１２に接続固定され、ベーン部１３の先端部１３Ａ
は全てのベーン部１３を含めて環状板部１に接続固定さ
れ、ベーン部１３の両端が固定支持されたことによるも
のである。そして、前記によってベーン部１３の剛性を
大きく高めることができたことによると、ベーン部１３
の剛性を高める為にベーン部１３の肉厚を厚くする必要
がなくなり、インペラを小型化でき、もってウオータポ
ンプの小型化を達成できる。（ウオータポンプの小型化
は自動車において狭いエンジンルーム内へのウオータポ
ンプの設置上好ましい。）又、ベーン部１３に対する開
発工数を大きく削減できたもので、これは耐久テスト等
の実技確認テストを大幅に削減できたことによる。更に
ウオータポンプのポンプ性能を変更する際、ベーン部１
３の高さ及びベーン部の先端部の周方向の長さ等を変え
ることによって対処されることがあり、これによるとベ
ーン部１３に作用する流体圧が変化（増加）するもので
あるが、本発明にあっては格別な剛性向上対策を講じる
ことなくこれら流体圧の変化に対し充分なる余裕をもっ
て対応することができる。（これは前述の如く、ベーン
部１３が充分な剛性を備えることによる）更に又、ベー
ン部１３の先端部１３Ａが環状板部１によって閉塞さ
れ、先端部１３Ａが直接外部に向かって開口することが
なく、環状板部１によって保護されるので、その製造過
程における運搬時、組付け作業時において、ベーン部１
３が曲がったり損傷したりすることがなく、ポンプ性能
の安定化を達成でき、製造品質上極めて好ましい。

【００１７】第２には、ポンプ性能（吐出量、吐出圧
力）を向上できる。かかるインペラを用いたウオータポ
ンプは、隣接するベーン部１３、１３間に形成される空
間部内にある冷却水を、インペラの回転によって生ずる
外周方向に向かう遠心力の遠心作用によって放出し、こ
れが連続的に行なわれることによってポンプ室内の冷却
水を昇圧して吐出するものであるが、本発明のものにあ
っては、隣接するベーン部１３、１３の先端部の開口Ｙ
が環状板部１によって積極的に閉塞保護されることか
ら、一方の空間部からとなりの他方の空間部内への冷却
水の洩れを完全に阻止できたものであり、これによると
空間部内における冷却水の遠心作用を全て有効に使用で
き、ポンプの吐出量及び吐出圧力を効果的に向上できた
ものである。従って従来のウオータポンプに採用すれば
前記ポンプ性能を大きく向上でき、一方従来のポンプ性
能を維持するにはウオータポンプを小型化できることに
なる。尚、環状板部１の形状は本実施例の円すい形状に
限定されるものでなく、要するにベーン部１３の先端部
１３Ａに当接する形状であればよい。

【００１８】又、前記理論に基づくと単一のウオータポ
ンプを用い、環状板部１のみを変更することによって各
種ポンプ性能を得ることが可能である。図４を用いて説
明する。図４は図１と同様なるインペラＲの上部平面図
であり、要部のみ記載される。同一構造は同一符号を用
いる。環状板部１は図１のものと同じく各ベーン部１３
の先端部１３Ａに接続固定されるものであるが、本例に
おける環状板部１の外周方向に向かう幅Ａはベーン部１
３の先端部１３Ａの長さＬに対して任意の幅に設定され
る。すなわち単一のウオータポンプ内において、大なる
ポンプ性能（大なる吐出量、大なる吐出圧力）を得る場
合、環状板部１の外周方向に向かう幅Ａはベーン部１３
の先端部１３Ａの全長Ｌに相当する幅に設定される。す
なわち、環状板部１の内方端１Ａは先端部１３Ａの中心
側１３Ｂにあり、環状板部１の外方端１Ｂは先端部１３
Ａの外側１３Ｃにあり、この状態の環状板部１は、図４
において実線で示される。以上によれば、ベーン部１
３、１３間に形成される空間部から隣接するとなりの空
間部内へ、ベーン部１３の先端部１３Ａを介して洩れる
冷却水の量は最少に抑止されるもので、これによって大
なるポンプ性能を得ることができる。

【００１９】次いで、中なるポンプ性能（中なる吐出
量、中なる吐出圧力）を得る場合、環状板部１の外周方
向に向かう幅Ａ１はベーン部１３の先端部１３Ａの長さ
Ｌ１に相当する幅に設定される。（Ｌ１はＬより小さ
い）すなわち、環状板部１の内方端１Ａ１は先端部１３
Ａの１３Ｂ１位置にあり、環状板部１の外方端１Ｂは先
端部１３Ａの外側１３Ｃにあり、この状態の環状板部１
は、図４において点線で示される。以上によれば、ベー
ン部１３、１３間に形成される空間部から隣接するとな
りの空間部内へ、ベーン部１３の先端部１３ＡのＣの範
囲を介して冷却水が洩れることになり、その洩れに相当
して中なるポンプ性能を得ることができる。（いいかえ
ると前記大なるポンプ性能に対し、洩れに相当する分、
ポンプ性能を意識的に低下させたということである。）

【００２０】更に小なるポンプ性能（小なる吐出量、小
なる吐出圧力）を得る場合、環状板部１の外周方向に向
かう幅Ａ２はベーン部１３の先端部１３Ａの長さＬ２に
相当する幅に設定される。（Ｌ２はＬ１より小さい）す
なわち、環状板部１の内方端１Ａ２は先端部１３Ａの１
３Ｂ２位置にあり、環状板部１の外方端１Ｂは先端部１
３Ａの外側１３Ｃにあり、この状態の環状板部１は、図
４において一点鎖線で示される。以上によれば、ベーン
部１３、１３間に形成される空間部から隣接するとなり
の空間部内へ、ベーン部１３の先端部１３ＡのＤの範囲
を介して冷却水が洩れることになり、その洩れに相当し
て小なるポンプ性能を得ることができる。（いいかえる
と前記中なるポンプ性能に対し、洩れに相当する分、ポ
ンプ性能を意識的に低下させたということである。）

【００２１】以上述べた通り、本実施例にあっては単に
環状板部１の幅Ａを変えることによってポンプ性能を変
えることが可能と成ったものであり、単一のウオータポ
ンプを種々の機関に適用することができ、ウオータポン
プの汎用性を高めることができたもので、開発効率、生
産効率を大きく向上できたものである。尚、前記説明に
おいて、ポンプ性能に関し、大、中、小という表現を用
いたが性能の差異を明確に表現する為に用いたにすぎな
いものでその絶対値の大きさを言うものでない。又、前
記実施例において、環状板部１の外方端１Ｂを常にベー
ン部１３の外側１３Ｃに配置した状態において環状板部
１の幅Ａを調整したが、これによるとインペラ回転時の
遠心作用上好ましいものではある。

【００２２】図５、図６にはベーン部１３の先端部１３
Ａと環状板部１との接続固定の実施例が示されるもの
で、それらは簡略されて描かれる。図５について説明す
ると、１３Ｆは先端部１３Ａから更に上方に向かって部
分的に突出して形成された突状部であり、１Ｆは前記突
状部に挿入又は圧入される凹部であり、本実施例におけ
る凹部は孔として形成された。以上によれば、ベーン部
１３と環状板部１との接続固定は環状板部１の凹部１Ｆ
をベーン部１３の突状部１３Ｆに挿入、又は圧入しそれ
らをカシメることによって行なわれるもので、凹部１Ｆ
内に突状部１３Ｆが挿入又は圧入されてカシメられるこ
とによって両者の接続、固定作業が正確に位置決めさ
れ、且つ確実に行なわれる。又、図６について説明する
と、１３Ｇは先端部１３Ａから下方に向かって凹設され
た凹部であり、１Ｇは前記凹部１３Ｇに挿入又は圧入さ
れる突状部であり、環状板部１の突状部１Ｇをベーン部
１３の凹部１３Ｇ内に挿入又は圧入することによって両
者の接続、固定作業が行なわれる。そして、前記による
接続固定は、プロジェクション溶接、スポット溶接、振
動溶着、超音波溶着と併わせて行なうことができるとと
もに前記突状部、凹部を複数設けてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上の如く、本発明になるウオータポン
プ用インペラによると、回転軸が嵌合されるボス部と、
ボス部から外側方に向かって延出する板状のフランジ部
と、フランジ部に立設され、略放射状に延びる複数のベ
ーン部とを備えるウオータポンプ用インペラにおいて、
個別に立設される各ベーン部の先端部を、環状板部にて
接続固定したので、ベーン部の剛性を大きく高めること
ができ、これによってベーン部を含むウオータポンプを
小型化できる。効率的なウオータポンプの開発を実施す
ることができる。ポンプ性能の変更実施が容易である。
ポンプ性能の安定化と製造品質を向上できる。という格
別な効果を達成できる。又ベーン部の先端部が環状板部
によって閉塞されたことによってポンプ性能の向上を達
成できるとともにウオータポンプを小型化できるという
効果を備える。又、環状板部の外周方向に向かう幅を、
ベーン部の先端部の長さに対して任意の幅に設定したこ
とによると、単一のウオータポンプを用い、環状板部を
変更するのみで各種のポンプ性能を得ることができ、単
一のウオータポンプの汎用性を高めることができて、開
発効率及び生産効率を大きく向上できた。又、ベーン部
の先端部と環状板部とを、一側に設けた凹部と、それに
挿入される突状部とによってカシメ接続したことによる
と、両者の接続固定が極めて正確に行なうことができる
とともに、他の接合方法と組合わせて実施することによ
り接合の信頼度を更に向上できる。更に、インペラの少
なくともベーン部を、薄板金属材料又は合成樹脂材料に
よって形成することは、ベーン部の剛性を高めることに
よって実施できたものであり、これによってベーン部の
薄肉化、軽量化が達成されてウオータポンプを小型化で
き、更には材料費の低減を加えてインペラの製造コスト
の低減を図ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウオータポンプ用インペラの一実施例
を示す上部平面図。

【図２】図１のＸ−Ｘにおける縦断面図。

【図３】本発明のウオータポンプ用インペラに用いられ
る環状板部の一実施例を示す縦断面図。

【図４】本発明のウオータポンプ用インペラにおけるベ
ーン部の先端の長さＬと環状板部の幅Ａとの関係を示す
上方概略図。

【図５】本発明のベーン部と環状板部との接続方法の一
実施例を示す簡略図。

【図６】本発明のベーン部と環状板部との接続方法の他
の実施例を示す簡略図。

【図７】従来のウオータポンプの縦断面図。

【図８】図７のウオータポンプに用いられるインペラの
上部平面図。

【符号の説明】

１ 環状板部 Ｒ インペラ １３ ベーン部 １３Ａ ベーン部の先端部 Ａ 環状板部の幅 Ｌ ベーン部の先端部の長さ ＷＰ ウオータポンプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸が嵌合されるボス部と、ボス部か
   ら外側方に向かって延出する板状のフランジ部と、フラ
   ンジ部に立設され、略放射状に延びる複数のベーン部と
   を備えるウオータポンプ用インペラにおいて、個別に立
   設される各ベーン部１３、１３・・の先端部１３Ａを、
   環状板部１にて接続固定したことを特徴とするウオータ
   ポンプ用インペラ。
2. 【請求項２】 前記環状板部の外周方向に向かう幅Ａ
   を、ベーン部１３の先端部１３Ａの長さＬに対して任意
   の幅に設定したことを特徴とする請求項１記載のウオー
   タポンプ用インペラ。
3. 【請求項３】 前記ベーン部の先端部１３Ａと環状板部
   １とを、一側に設けた凹部と、それに挿入される突状部
   とによってカシメ接続したことを特徴とする請求項１記
   載のウオータポンプ用インペラ。
4. 【請求項４】 前記インペラの少なくともベーン部１３
   を、薄板金属材料又は合成樹脂材料によって形成したこ
   とを特徴とする請求項１記載のウオータポンプ用インペ
   ラ。