JP2006266187A - ウォータポンプ用羽根車装置及びウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 高い組付け精度や加工精度を必要とせず、補機を作動させる駆動側回転体の回転を従動側回転体に伝達してポンプ羽根車を回転させることができるウォータポンプ用羽根車装置及びウォータポンプを提供する。
【解決手段】 ウォータポンプ１０は、補機を作動させるプーリ３１と一体回転するように連結される弾性部材４１と、プーリ３１と同軸上に配置されて弾性部材４１と一体回転するように連結されるシャフト２１と、シャフト２１と一体回転するインペラ２５とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ウォータポンプ用羽根車装置及びウォータポンプに関するものである。

従来、ウォータポンプとして種々のものが提案されている。例えば特許文献１のウォータポンプは、補機を作動させる駆動側回転体としての駆動軸（３８）と同軸上に配置されて同駆動軸に回転一体に連結される従動側回転体（３６）と、従動側回転体と一体回転するポンプ羽根車（３７）とを備えている。このウォータポンプは、駆動軸及び従動側回転体がボルト−ナットの締結又はドッグカム状の継手により軸中心で同軸上に連結されて、同駆動軸からの動力が伝達される。

また、特許文献２のウォータポンプは、駆動側回転体としてのエンジンの出力軸と平行に配置されて同出力軸にベルト（８５）を介して回転一体に連結される従動側回転体（１８，２５）と、従動側回転体と一体回転するポンプ羽根車（３０）とを備えている。このウォータポンプは、エンジンの出力軸及び従動側回転体がベルトを介して連結されて、同出力軸からの動力が伝達される。
特開平８−１００６５２号公報（第３図） 特開２００４−５２７２３号公報（第１図）

ところで、特許文献１のウォータポンプは、クランクケース内部で構成されているため、その外観を目視点検することができない。また、従動側回転体は、駆動軸と軸中心で同軸上に直結されるため、これら駆動軸及び従動側回転体の軸心合わせに高い精度が要求されることになり、精度確保のためには製造コストの増大を余儀なくされる。さらに、補機と連結部（継手等）とウォータポンプとが、単純に軸方向にずらして配置されることから、同方向に確保すべきスペースが増大してしまう。

特に、駆動側回転体及び従動側回転体がドッグカム状の継手にて連結される場合において、同継手が硬質材（金属など）からなる場合には、継手における金属接触により異音が発生することになる。また、この継手に摩耗が生じることから、長寿命化のためにはオイル潤滑等を行う必要があり、油路の配置等で構造が複雑化してしまう。

一方、特許文献２のウォータポンプは、駆動のための専用のベルトの取り回しが必要となり、そのためのスペース確保が必須となる。また、従動側回転体としてのプーリは、円滑な回転伝達のためにその外形に高精度の真円度が要求されることになり、精度確保のためには製造コストの増大を余儀なくされる。さらに、ウォータポンプにはベルト荷重が直接加わることから、その構成部品（プーリやボデー、ベアリングなど）に十分な強度と耐久性とが要求される。

本発明の目的は、高い組付け精度や加工精度を必要とせず、補機を作動させる駆動側回転体の回転を従動側回転体に伝達してポンプ羽根車を回転させることができるウォータポンプ用羽根車装置及びウォータポンプを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、補機を作動させる駆動側回転体と一体回転するように連結される弾性部材と、前記駆動側回転体と同軸上に配置されて、前記弾性部材と一体回転するように連結される従動側回転体と、前記従動側回転体と一体回転するポンプ羽根車とを備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、前記駆動側回転体は、有底円筒状のプーリであって、前記弾性部材は、前記プーリの内側に収容されることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、前記弾性部材は、前記プーリの内径と同等の外径を有する円環状に形成されており、前記弾性部材の外周面には、前記プーリの内周面との間に間隙を設定する切り欠きが形成されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、前記弾性部材は、肉厚が非同一となるように成形されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置を備えたウォータポンプであることを要旨とする。
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、補機を作動させる駆動側回転体の回転は、前記弾性部材を介して前記従動側回転体へと伝達され、前記ポンプ羽根車を回転させる。この回転伝達に係る駆動側回転体及び従動側回転体は同軸上に配置されるものの、これらの間の軸心ずれは前記弾性部材の弾性変形で吸収しうることから、軸心合わせに要求される精度を低減させることができる。そして、例えば前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の組付け精度を、前記弾性部材を介して低減させることができる。

また、例えば駆動側回転体の回転をベルトを介して従動側回転体に伝達する場合のように、従動側回転体に高精度の真円度が要求されることはなく、その加工精度を低減させることができる。さらに、ウォータポンプ専用のベルトの取り回しがなくなる分、スペースの有効利用を図ることができる。

さらにまた、前記駆動側回転体及び前記従動側回転体間の回転伝達が、前記弾性部材により緩衝されて行われることで、異音の発生を抑制することができる。
請求項２に記載の発明によれば、前記弾性部材は、有底円筒状のプーリの内側に収容されることで、前記従動側回転体の一部とともに該プーリ（駆動側回転体）と径方向で重なる軸方向の位置でこれらプーリ、弾性部材及び従動側回転体が連結される。従って、前記プーリ、弾性部材及び従動側回転体が径方向に重ねられて連結される分、軸方向に確保すべきスペースを全体として低減させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、前記プーリの内径と同等の外径を有する円環状の弾性部材は、前記プーリに対する径方向の締め代が略皆無で該プーリに取り付けられる。しかしながら、前記切り欠きにより、前記弾性部材の外周面と前記プーリの内周面との間に間隙が設定されることで、前記弾性部材は、前記プーリの内周面全周に亘って装着（嵌合）されることはなく、前記プーリに対し前記弾性部材等を組付け若しくは取外し（分解）する際の作業性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記弾性部材は、肉厚の薄い部分（薄肉部）で弾性変形が容易になるため、前記駆動側回転体、弾性部材及び従動側回転体間の軸心ずれをより好適に吸収することができる。

請求項５に記載の発明によれば、高い組付け精度や加工精度を必要とせず、補機を作動させる駆動側回転体の回転を従動側回転体に伝達してポンプ羽根車を回転させることができるウォータポンプを提供することができる。

以上詳述したように、請求項１乃至５に記載の発明では、高い組付け精度や加工精度を必要とせず、補機を作動させる駆動側回転体の回転を従動側回転体に伝達してポンプ羽根車を回転させることができる。

以下、本発明をウォータポンプ用羽根車装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、自動車のエンジンルーム内に搭載されるウォータポンプ１０を示す正面図であり、図２及び図３は、それぞれ図１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿った断面図である。同図に示されるように、ウォータポンプ１０のボデー１１は、締結手段１２により、ハウジング９０に、ガスケット８０などを介して固定される。上記ボデー１１には、大径部１１ａ及び小径部１１ｂを備える段付形状の筒部が形成されている。そして、上記小径部１１ｂの外周面には、ベアリング１３のインナーレースが圧入にて固定されている。

上記ベアリング１３のアウターレースには、従動側回転体としてのシャフト２１が固定されている。すなわち、上記シャフト２１は鋼板の板材をプレス加工することで成形されており、図４（ａ）（ｂ）に併せ示したように、有底円筒状のシャフト部２２と、アーム部２３と、フランジ部２４とを一体的に備えている。上記アーム部２３は、シャフト部２２の軸方向基端部（開口端部）に連続して同シャフト部２２と逆方向に開口するように径方向外側に有底円筒状に形成されており、図２及び図３に示すように、前記シャフト２１は、アーム部２３の外周部２３ａがベアリング１３のアウターレースの外周面に圧入される態様で固定されている。これにより、前記シャフト２１は、前記ベアリング１３等に回転自在に支持されている。

なお、前記フランジ部２４は、前記アーム部２３の開口端部に連続して径方向一側及び他側（図４（ａ）の上側及び下側）に延出しており、各フランジ部２４には挿通孔２４ａが形成されている。このフランジ部２４は、後述する補機（ウォータポンプ１０以外の補機）との連結に供される。

図２及び図３に示すように、前記シャフト部２２の軸方向先端部には、ポンプ羽根車としてのインペラ２５が一体回転可能に嵌着されている。このインペラ２５は、前記ハウジング９０の形成する凹部の開口側がボデー１１により閉塞されることで形成される水室９１に配置される。この水室９１は、図示されないエンジン冷却水回路の構成要素となっている。

前記シャフト部２２の外周面とボデー１１の大径部１１ａの内周面との間にはメカニカルシール２６が装着されて、水室９１とベアリング１３との間を封止している。このメカニカルシール２６は、冷却水が外部（ベアリング１３側）に漏れないように、外部と水室９１とを水密的に隔離している。

前記シャフト２１は、補機を作動させる駆動側回転体としてのプーリ３１に弾性部材４１を介して一体回転するように連結されている。詳述すると、このプーリ３１は、シャフト２１側に開口する有底円筒状に形成されており、その外周部３１ａに掛けられた図示しないベルトを介してエンジンの出力軸から動力伝達されることで、その中心部の取付孔３１ｂに固着される図示しない駆動軸と一体で回転する。そして、上記プーリ３１は、取付孔３１ｂに固着される駆動軸を介して補機を作動させる。

前記プーリ３１は、前記シャフト２１（シャフト部２２）と軸心Ｏにて同軸上に配置されている。そして、プーリ３１には、前記弾性部材４１が一体回転するように連結されている。この弾性部材４１はゴム又は樹脂等の軟質材料からなり、前記プーリ３１の内径と同等の外径、前記外周部２３ａの外径よりも大きい内径及びプーリ３１の内周面の軸方向の長さよりも小さい軸方向の長さ（板厚ｔ、図３参照）を有して円環状に成形されている。また、図５（ａ）（ｂ）に併せ示したように、上記弾性部材４１の径方向一側及び他側（図５（ａ）の左右両側）には、板厚ｔよりも大きい板厚ｔ１を有して軸方向と平行にシャフト２１側に突出する第１取付部４１ａが形成されている。各第１取付部４１ａには、軸方向と平行に貫通する第１貫通穴４１ｂが形成されており、前記プーリ３１は、第１貫通穴４１ｂに挿通された第１カラー４２に同プーリ３１を貫通する第１締結用ボルト４３が締め付けられることで弾性部材４１に固定されている。このとき、前記弾性部材４１は、前記プーリ３１の内側に収容されている。

また、上記弾性部材４１の径方向一側及び他側（図５（ａ）の上下両側）には、板厚ｔ１よりも更に大きい板厚ｔ２を有して軸方向と平行にシャフト２１側に突出する第２取付部４１ｃが形成されている。各第２取付部４１ｃには、前記シャフト２１（フランジ部２４）の挿通孔２４ａと軸方向に対向するように同方向と平行に貫通する第２貫通穴４１ｄが形成されており、前記弾性部材４１は、挿通孔２４ａとともに第２貫通穴４１ｄに挿通された第２カラー４４に第２締結用ボルト４５が締め付けられることでシャフト２１に固定されている。この際、前記シャフト２１の一部（アーム部２３）は、前記ベアリング１３等とともに弾性部材４１の内側に収容されている。なお、プーリ３１には、第２カラー４４に第２締結用ボルト４５を締め付ける際に使用する開口部３１ｃが形成されている。

上記弾性部材４１は、各隣接する第１及び第２取付部４１ａ，４１ｃ間（即ち弾性部材４１とシャフト２１若しくはプーリ３１との接合部以外の箇所）に板厚ｔを有する薄肉部４１ｅを形成している。つまり、弾性部材４１は、肉厚が非同一（ｔ、ｔ１，ｔ２）となるように成形されている。そして、上記弾性部材４１の径方向一側及び他側（図５（ａ）の右下側及び左上側）に配置される薄肉部４１ｅの外周面には、前記プーリ３１の内周面との間に間隙Ｃ（図１参照）を設定する切り欠き４１ｆが形成されている。この切り欠き４１ｆは、前記弾性部材４１が前記プーリ３１の内周面全周に亘って装着（嵌合）されることを回避して、前記プーリ３１に対し前記弾性部材４１等を組付け若しくは取外し（分解）する際の作業性を向上させるためのものである。

このような構成にあって、プーリ３１の外周部３１ａに掛けられたベルトを介して同プーリ３１にエンジンの出力軸からの動力が伝達されると、同プーリ３１は、その回転に伴い取付孔３１ｂに固着される駆動軸を介して補機を作動させる。この際、上記プーリ３１の回転は、前記弾性部材４１を介してシャフト２１に伝達され、同シャフト２１は一体回転する。そして、シャフト２１と一体となったインペラ２５が、前記水室９１内で回転する。これにより、水室９１内に満たされている冷却水が押し出され、エンジン冷却水回路を流れる（循環する）冷却水の水流が作られる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、補機を作動させるプーリ３１の回転は、前記弾性部材４１を介して前記シャフト２１へと伝達され、前記インペラ２５を回転させる。この回転伝達に係るプーリ３１及びシャフト２１は同軸上に配置されるものの、これらの間の軸心ずれは前記弾性部材４１の弾性変形で吸収しうることから、軸心合わせに要求される精度を低減させることができる。そして、例えば前記プーリ３１に対する前記シャフト２１の組付け精度を、前記弾性部材４１を介して低減させることができる。

また、例えば駆動側回転体（プーリ）の回転をベルトを介して従動側回転体（シャフト）に伝達する場合のように、従動側回転体に高精度の真円度が要求されることはなく、その加工精度を低減させることができる。さらに、ウォータポンプ専用のベルトの取り回しがなくなる分、スペースの有効利用を図ることができる。

さらにまた、前記プーリ３１及び前記シャフト２１間の回転伝達が、前記弾性部材４１により緩衝されて行われることで、異音の発生を抑制することができる。
（２）本実施形態では、前記弾性部材４１は、有底円筒状のプーリ３１の内側に収容されることで、前記シャフト２１の一部（アーム部２３等）とともに同プーリ３１と径方向で重なる軸方向の位置でこれらプーリ３１、弾性部材４１及びシャフト２１が連結される。従って、前記プーリ３１、弾性部材４１及びシャフト２１が径方向に重ねられて連結される分、軸方向に確保すべきスペースを全体として低減させることができる。

（３）本実施形態では、前記プーリ３１の内径と同等の外径を有する円環状の弾性部材４１は、前記プーリ３１に対する径方向の締め代が略皆無で同プーリ３１に取り付けられる。しかしながら、前記切り欠き４１ｆにより、前記弾性部材４１の外周面と前記プーリ３１の内周面との間に間隙Ｃが設定されることで、前記弾性部材４１は、前記プーリ３１の内周面全周に亘って装着（嵌合）されることはなく、前記プーリ３１に対し前記弾性部材４１等を組付け若しくは取外し（分解）する際の作業性を向上させることができる。

（４）本実施形態では、前記弾性部材４１は、肉厚の薄い部分（薄肉部４１ｅ）で弾性変形が容易になるため、前記プーリ３１、弾性部材４１及びシャフト２１間の軸心ずれをより好適に吸収することができる。また、プーリ３１及びシャフト２１間での、組付け誤差による軸心ずれや振動によってウォータポンプ１０に作用する力を緩和することができる。

さらに、薄肉部４１ｅを設ける分、材料コストの削減と、弾性部材４１の軽量化を図ることができる。
（５）本実施形態では、高い組付け精度や加工精度を必要とせず、補機を作動させるプーリ３１の回転をシャフト２１に伝達してインペラ２５を回転させることができるウォータポンプ１０を提供することができる。

（６）例えば特許文献１の継手のように摩耗が生じることがないため、長寿命化のためにオイル潤滑等を行う必要もなく、構造をより簡易化することができる。
（７）例えば特許文献２のように、ウォータポンプ１０にベルト荷重が直接加わることがないため、その構成部品（ボデー１１、ベアリング１３など）に要求される強度や耐久性を緩和することができる。従って、ウォータポンプ１０の構成部品の長寿命化を図ることができ、あるいは過剰な性能確保を回避して製造コストの削減を図ることができる。特に、ベアリング１３に要求される強度等が緩和されることで、同ベアリング１３をより小型化することができる。

（８）本実施形態では、ウォータポンプ１０以外の補機とウォータポンプ１０とを同軸で駆動するレイアウトが可能であるため、エンジンルーム内での搭載性を向上させることができる。

（９）本実施形態では、プーリ３１によりウォータポンプ１０の一部が包囲されるため、特にベアリング１３の内部に外部からの異物が侵入することを抑制することができる。
（１０）本実施形態では、ウォータポンプ１０は、ハウジング９０に対し外付けで固定されるため、外観目視点検を容易に行うことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、プーリ３１とシャフト２１等とを軸方向に離隔配置してもよい。例えばプーリ３１（取付孔３１ｂ）に固着される駆動軸を弾性部材４１側に延出させて、この駆動軸に前記弾性部材４１を連結可能な駆動側回転体としての固定部を固着する。そして、この固定部において、前記弾性部材４１を介してシャフト２１を同軸に連結する。この場合、プーリ３１の軸方向への配置自由度が増す分、設計の自由度を増大させることができる。

・前記実施形態においては、シャフト部２２、アーム部２３及びフランジ部２４を一体的に備えたシャフト２１を採用したが、前記インペラ２５と一体回転するように連結されるのであれば、同シャフト２１を複数の部品で構成してもよい。

・前記実施形態において、シャフト２１は樹脂成形やその他の成形方法で製造してもよい。
・前記実施形態において、弾性部材４１全体の肉厚が同一（均一）になるように成形してもよい。

・前記実施形態において、弾性部材４１は、プーリ３１の内周面に嵌合させなくてもよい。この場合、プーリ３１の外形は円環状でなくてもよい。
・前記実施形態においては、エンジンの出力軸により回転駆動される駆動側回転体（プーリ３１）を採用したが、その他の駆動軸や電動モータなどで回転駆動される駆動側回転体であってもよい。また、駆動側回転体への動力伝達も、ベルト伝動に限らず、ギヤ連結などであってもよい。

・前記実施形態において、駆動側回転体（プーリ３１）が作動させる補機として、エアコン、オルタネータ、パワステポンプ、バキュームポンプなどの適宜の補機を採用すればよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）補機を作動させる駆動側回転体と同軸上に配置されて、該駆動側回転体と一体回転するように連結される弾性部材と、
前記弾性部材と同軸上に配置されて、該弾性部材と一体回転するように連結される従動側回転体と、
前記従動側回転体と一体回転するポンプ羽根車と、
前記ポンプ羽根車が配置される水室を形成するボデーと、
前記ボデーと前記従動側回転体との間に設けられ、該従動側回転体を回転自在に支持するベアリングと、
前記水室と前記ベアリングとの間を封止するメカニカルシールとを備えたことを特徴とするウォータポンプ。

本発明の一実施形態を示す平面図。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 （ａ）はシャフトを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図。 （ａ）は弾性部材を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図。

符号の説明

１０…ウォータポンプ、２１…従動側回転体としてのシャフト、２５…ポンプ羽根車としてのインペラ、３１…駆動側回転体としてのプーリ、４１…弾性部材、４１ｅ…薄肉部、４１ｆ…切り欠き。

Claims (5)

1. 補機を作動させる駆動側回転体と一体回転するように連結される弾性部材と、
   前記駆動側回転体と同軸上に配置されて、前記弾性部材と一体回転するように連結される従動側回転体と、
   前記従動側回転体と一体回転するポンプ羽根車とを備えたことを特徴とするウォータポンプ用羽根車装置。
2. 請求項１に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、
   前記駆動側回転体は、有底円筒状のプーリであって、
   前記弾性部材は、前記プーリの内側に収容されることを特徴とするウォータポンプ用羽根車装置。
3. 請求項２に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、
   前記弾性部材は、前記プーリの内径と同等の外径を有する円環状に形成されており、
   前記弾性部材の外周面には、前記プーリの内周面との間に間隙を設定する切り欠きが形成されていることを特徴とするウォータポンプ用羽根車装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、
   前記弾性部材は、肉厚が非同一となるように成形されていることを特徴とするウォータポンプ用羽根車装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置を備えたことを特徴とするウォータポンプ。

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