JP2004324561A

JP2004324561A - 水ポンプ

Info

Publication number: JP2004324561A
Application number: JP2003121476A
Authority: JP
Inventors: Yoshizumi Sakata; 佳純坂田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】玉軸受の組み込みによるすきまの変化を小さくし、アキシアルすきまおよび角すきまを小さくして、異音、短寿命、ベルトの脱落などを防止できる水ポンプを提供する。
【解決手段】水ポンプは、ともに鋼板のプレス加工により形成された内側の固定側部材２の円筒部２ａと外側の回転側部材３の円筒部３ｃの間に玉軸受５が介在させられているものであって、玉軸受５の内輪５ａが固定側部材２の円筒部２ａの外周に、圧入され、外輪５ｂが回転側部材３の円筒部３ｃの内周に圧入されている。回転側部材３の円筒部３ｃの外側に、ベルトをかけるためのプーリ部３ｅが外側フランジ部３ｄを介して一体に形成されており、円筒部３ｃの厚みｔ１が外側フランジ部３ｄの厚みｔの０．５倍以上でかつ０．９３倍以下とされている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用エンジンの冷媒循環などに使用される水ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水ポンプは、シャフト、プーリおよびインペラを含む回転部分が固定部分であるハウジングに対して回転するようになっており、従来は、回転部分のシャフトの部分が２列の玉軸受によってハウジングに回転支持されていた。
【０００３】
近年、水ポンプの小型化、軽量化、低コスト化を図るため、回転部分をプレス加工により成形した部材により構成し、プレス加工により成形した固定側部材を固定部分に固定し、内側の固定側部材の円筒部に対し、外側の回転部分の円筒状のプーリ部を１列の玉軸受で回転支持するものが提案されている（特許文献１・特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−０８９４８６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−１５５８９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の水ポンプでは、玉軸受の軌道輪は、脱落を防止するため、円筒部に圧入により固定されている。
【０００７】
水ポンプに使用される玉軸受については、プーリ部にかけられたベルトのばたつき、せり出しなどを抑えるとともに、メカニカルシールのシール性を十分に発揮させるために、アキシアルすきまおよび角すきまを小さくする必要がある。一方、玉軸受の異音防止、寿命の面より、玉軸受のすきまが負にならないようにすることが必要である。ところが、上記の従来の水ポンプの場合、円筒部がプレス成形されたもので、精度が悪く、寸法ばらつきが大きいため、次に説明するように、組み込み後の軸受すきまの調整が困難である。
【０００８】
軌道輪を円筒部に圧入すると、軌道輪が変形して、すきまが変化するが、円筒部の寸法ばらつきが大きいため、玉軸受の初期ラジアルすきまが同じであっても、組み込み後のすきまにばらつきが生じる。玉軸受のアキシアルすきまおよび角すきまを小さくするには、組み込み前の初期ラジアルすきまを小さくすればよいが、初期ラジアルすきまをあまり小さくすると、円筒部の寸法のばらつきのために、すきまが負になって、とくにグリースが硬い低温雰囲気において軸受転がり音が増加することがある。これを避けるためには、円筒部の寸法ばらつきを考慮して、玉軸受の初期ラジアルすきまをある程度大きくする必要があるが、そうすると、玉軸受のアキシアルすきまおよび角すきまが過大になって、異音、短寿命、プーリ部からのベルトの脱落などの問題が生じることがある。
【０００９】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、玉軸受の組み込みによるすきまの変化を小さくし、アキシアルすきまおよび角すきまを小さくして、異音、短寿命、ベルトの脱落などを防止できる水ポンプを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による水ポンプは、ともに金属板のプレス加工により形成された内側の固定側部材の円筒部と外側の回転側部材の円筒部の間に玉軸受が介在させられている水ポンプにおいて、玉軸受の外輪が回転側部材の円筒部の内周に圧入により固定されており、回転側部材は、円筒部の一端部の内側に一体に形成されたフランジ部、および円筒部と同心となるようにフランジ部の内周部に一体に形成された円筒状のシャフト部を有し、外輪圧入時に円筒部が径方向外方へ変形可能なように、同部の厚みが他の部分よりも薄肉に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明の水ポンプによれば、回転側部材の円筒部が外輪圧入時に径方向外方へ変形可能であるので、組み込みによる外輪の寸法変化が小さくなり、したがって、軸受すきまの変化のばらつきをを小さくすることができる。このため、圧入部の寸法、すなわち、玉軸受の内径および外径、固定側部材の円筒部の外径、回転側部材の円筒部の内径の精度は現状のままで、初期ラジアルすきまを小さくして、アキシアルすきまおよび角すきまを小さくすることができ、したがって、過大なすきまによる異音、短寿命、ベルトの脱落などを防止することができる。
【００１２】
玉軸受の内輪は、通常、固定側部材の円筒部の外周に圧入すなわちしまりばめによりはめられるが、しまりばめに代えて、すきまばめによりはめられてもよい。
【００１３】
この発明の水ポンプにおいて、回転側部材の円筒部の外側に、ベルトをかけるためのプーリ部が外側フランジ部を介して一体に形成されており、円筒部の厚みが外側フランジ部の厚みの０．５倍以上でかつ０．９３倍以下とされていることが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、プーリ部の厚みを相対的に厚肉とすることができるので、プーリ部の強度を確保することができ、しかも、プーリ部の外径が玉軸受の外径に制約されることがないので、プーリ部の外径の設定の自由度が大きくなる。
【００１５】
円筒部の厚みは、絞り成形を行うことにより、外側フランジ部の厚みの０．９５倍程度まで薄くなるが、より積極的に薄肉とすることにより、外輪圧入時における円筒部の径方向外方への変形が保証される。円筒部の厚みが外側フランジ部の厚みの０．９３倍よりも大きいと、円筒部の径方向外方への変形効果が小さくなり、円筒部の厚みが外側フランジ部の厚みの０．５倍よりも小さいと、外輪の保持力が不足する。円筒部の厚みは、外側フランジ部の厚みの０．７０倍以上でかつ０．９０倍以下であることがより好ましい。
【００１６】
上記の水ポンプにおいて、たとえば、シャフト部は、一端が閉鎖して他端が開口しており、内側フランジ部は、シャフト部の開口端部側に、プーリ部は、外側フランジ部のシャフト部閉鎖端側にそれぞれ形成されており、シャフト部の閉鎖端部に、インペラの円筒部が圧入により固定されている。
【００１７】
このようにすれば、回転側部材とインペラを含む回転部分を軽量化することができる。
【００１８】
たとえば、回転側部材は、大径円筒部であるプーリ部と、プーリ部の一端部の内側に一体に形成されたフランジ部と、フランジ部の内周部に一体に形成された小径円筒部とからなり、小径円筒部がシャフトの一端部に圧入により固定され、プーリ部の内周に玉軸受の外輪が圧入により固定される。その場合、シャフト部とインペラがプレス加工により一体に形成されてもよい。
【００１９】
このようにした場合も、プーリ部、シャフト部およびインペラを含む回転部分を軽量化することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、水ポンプの全体構成を示している。以下の説明において、図１の左右を左右とする。
【００２２】
図１に示すように、水ポンプは、固定部分であるハウジング（１）、ハウジング（１）に固定された固定側部材（２）、回転部分を構成する回転側部材（３）およびインペラ（４）、固定側部材（２）に対して回転側部材（３）を回転支持する１列の密封型玉軸受（５）、ならびに固定側部材（２）と回転側部材（３）の間をシールするシール部材（６）を備えている。
【００２３】
ハウジング（１）には、左端が開口した水室（１０）が設けられている。固定側部材（２）は、冷間圧延鋼板やＳＰＣＣなどの鋼板をプレス成形することにより一体に形成されたものであり、左右方向の水平軸を中心とする小径円筒部（２ａ）、円筒部（２ａ）の右端部の外側に一体に形成された内側フランジ部（２ｂ）、小径円筒部（２ａ）と同心となるようにフランジ部（２ｂ）の外周部の右側に一体に形成された大径円筒部（２ｃ）、および円筒部（２ｃ）の右端部の外側に一体に形成された外側フランジ部（２ｄ）よりなる。そして、外側フランジ部（２ｄ）が、水室（１０）の開口部の周囲のハウジング（１）の左端面にシール（１１）を介して固定されている。
【００２４】
回転側部材（３）は、固定側部材（２）と同様の鋼板をプレス成形することにより一体に形成されたものであり、左右方向の水平軸を中心とし右端部が閉鎖して左端部が開口した比較的長い有底円筒状のシャフト部（３ａ）、シャフト部（３ａ）の左端部の外側に一体に形成され内側フランジ部（３ｂ）、シャフト部（３ａ）と同心となるようにフランジ部（３ｂ）の外周部の右側に一体に形成された内側円筒部（３ｃ）、円筒部（３ｃ）の右端部の外側に一体に形成された外側フランジ部（３ｄ）、およびフランジ部（３ｄ）の外周部の左側に一体に形成されたプーリ部（外側円筒部）（３ｅ）よりなる。回転側部材（３）は、固定側部材（２）と同心となるように配置されている。シャフト部（３ａ）は、固定側部材（２）の小径円筒部（２ａ）の内側に左側から挿入され、これらの間にシール部材（６）が介在させられている。シャフト部（３ａ）の右端部は、ハウジング（１）の水室（１０）内に位置している。内側フランジ部（３ｂ）は、固定側部材（２）の小径円筒部（２ａ）の左端部に近接している。内側円筒部（３ｃ）は、固定側部材（２）の小径円筒部（２ａ）の外側に位置しており、これらの間に玉軸受（５）が介在させられている。回転側部材（３）のフランジ部（３ｂ）には、シール部材（６）を通過してきた水（水蒸気）を逃がすための複数の開口（１２）が形成されている。図示は省略したが、プーリ部（３ｅ）には、回転側部材（３）に回転駆動力を伝達するためのベルトがかけられる。
【００２５】
インペラ（４）は、鋼板をプレス成形することにより一体に形成されたものであり、左右方向の水平軸を中心とし右端部が閉鎖して左端部が開口した比較的短い有底円筒部（４ａ）、円筒部（４ａ）の左端部の外側に一体に形成されたフランジ部（４ｂ）、およびフランジ部（４ｂ）の右側に一体に形成された複数の羽根（４ｃ）よりなる。インペラ（４）の円筒部（４ａ）が、回転側部材（３）のシャフト部（３ａ）の右端部外側に右側から圧入されて固定されており、インペラ（４）全体がハウジング（１）の水室（１０）内に位置している。
【００２６】
玉軸受（５）は深みぞ玉軸受であり、内輪（５ａ）、外輪（５ｂ）、これらの間に介在させられた複数の玉（５ｃ）、および内外輪（５ａ）（５ｂ）間の両端部に設けられた密封部材（５ｄ）を備えている。内輪（５ａ）は、固定側部材（２）の小径円筒部（２ａ）の外周に圧入により固定されている。外輪（５ｂ）は、回転側部材（３）の内側円筒部（３ｃ）の内周に圧入により固定されている。
【００２７】
シール部材（６）は、詳細な説明は省略したが、公知のメカニカルシールであり、内周側部分が回転側部材（３）のシャフト部（３ａ）の外周に圧入により固定され、外周側部分が固定側部材（２）の小径円筒部（２ａ）の内周に圧入により固定されている。
【００２８】
外輪（５ｂ）が圧入されている回転側部材（３）の内側円筒部（３ｃ）の厚みは、内側円筒部（３ｃ）が外輪（５ｂ）圧入時に径方向外方へ変形可能なように、回転側部材（３）の他の部分よりも薄肉に形成されている。すなわち、図２において、回転側部材（３）の外側フランジ部（３ｄ）の厚みをｔ、内側円筒部（３ｃ）の厚みをｔ１として、０．５ｔ≦ｔ１≦０．９３ｔ、より好ましくは、０．７０ｔ≦ｔ１≦０．９０ｔとされている。ここで、円筒部（３ｃ）の厚みは、通常の絞り成形を行うことにより、外側フランジ部（３ｄ）の厚みの０．９５倍程度まで薄くなるが、追加の絞り成形を行うことにより、上記厚みの範囲内に収まるようにさらに薄肉化される。追加の絞り成形に代えて、内側円筒部（３ｃ）を切削することにより、上記厚みの範囲内に収まるように薄肉化することもできる。切削により薄肉化する場合には、プーリ部（３ｅ）の左端部の仕上げ加工時に行うことにより、工程数の増加を抑えることができる。
【００２９】
上記の水ポンプでは、プーリ部（３ｅ）にかけられたベルトにより、回転側部材（３）およびインペラ（４）が回転させられ、玉軸受（５）の外輪（５ｂ）が内輪（５ａ）に対して回転する。
【００３０】
この発明の水ポンプによれば、回転側部材（３）の円筒部（３ｃ）が外輪（５ｂ）圧入時に径方向外方へ変形可能であるので、組み込みによる外輪（５ｂ）の寸法変化が小さく、したがって、軸受すきまの変化のばらつきをを小さくすることができる。このため、圧入部の寸法、すなわち、玉軸受（５）の内径および外径、固定側部材（２）の円筒部（２ａ）の外径、回転側部材（３）の円筒部（３ｃ）の内径の精度は現状のままで、初期ラジアルすきまを小さくして、アキシアルすきまおよび角すきまを小さくすることができ、したがって、組み込み後のラジアルすき間は、適正な値、例えば＋０μｍ〜＋２０μｍに維持され、過大なすきまによる異音、短寿命、ベルトの脱落などを防止することができる。しかも、回転側部材（３）のプーリ部（３ｃ）の厚みは、薄肉とされていないので、ベルト荷重がかかるプーリ部（３ｃ）の強度は確保される。
【００３１】
上記実施形態では、回転部分が、インペラ（４）と、残りの部分が一体に形成された回転側部材（３）とから構成されているが、回転部分は、シャフト部とインペラが一体に形成された部材と、残りの部分が一体に形成された部材とから構成されてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、玉軸受（５）の外輪（５ｂ）が固定される内側円筒部（３ｃ）の外側に、ベルトをかけるためのプーリ部（３ｅ）が外側フランジ部（３ｄ）を介して一体に形成されているが、外側フランジ部（３ｄ）とプーリ部（３ｅ）を除き、円筒部（３ｃ）をプーリ部としてもよい。この場合には、このプーリ部が薄肉化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施形態を示す水ポンプの主要部の縦断面図である。
【図２】図２は、図１の要部の拡大縦断面図である。
【符号の説明】
（２）固定側部材
（２ａ）円筒部
（３）回転側部材
（３ａ）シャフト部
（３ｂ）内側フランジ部
（３ｃ）内側円筒部（円筒部）
（３ｄ）外側フランジ部
（３ｅ）プーリ部
（４）インペラ
（５）玉軸受
（５ａ）内輪
（５ｂ）外輪

Claims

ともに金属板のプレス加工により形成された内側の固定側部材の円筒部と外側の回転側部材の円筒部の間に玉軸受が介在させられている水ポンプにおいて、
玉軸受の外輪が回転側部材の円筒部の内周に圧入により固定されており、回転側部材は、円筒部の一端部の内側に一体に形成された内側フランジ部、および円筒部と同心となるように内側フランジ部の内周部に一体に形成された円筒状のシャフト部を有し、外輪圧入時に円筒部が径方向外方へ変形可能なように、同部の厚みが他の部分よりも薄肉に形成されていることを特徴とする水ポンプ。
回転側部材の円筒部の外側に、ベルトをかけるためのプーリ部が外側フランジ部を介して一体に形成されており、円筒部の厚みが外側フランジ部の厚みの０．５倍以上でかつ０．９３倍以下とされていることを特徴とする請求項１の水ポンプ。
シャフト部は、一端が閉鎖して他端が開口しており、内側フランジ部は、シャフト部の開口端部側に、プーリ部は、外側フランジ部のシャフト部閉鎖端側にそれぞれ形成されており、シャフト部の閉鎖端部に、インペラの円筒部が圧入により固定されていることを特徴とする請求項１または２の水ポンプ。