JP2007040210A - 遠心ポンプと該遠心ポンプ用インペラの製造方法及び遠心ポンプ用インペラ - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプの小型化を確保しつつ各羽根部の高さと枚数を増加させてポンプ吐出圧と吐出量を十分に得ることができる。
【解決手段】ウォーターポンプは、ハウジングの内部にインペラ７を回転自在に収容すると共に、インペラの内周側に吸入口が開口形成され、前記インペラの外周に排出口が形成されている。インペラは、複数の基部１７，１８と羽根部１９，２０とを有する前後２つのインペラ部材１３，１４によって構成され、各インペラ部材を、後側基部１４のクランク状に折り曲げた折曲部１８ｃを利用して両基部を前後から重合状態に配置して同一平面とし、各基部と各羽根部を互いに円周方向へ位置をずらせて溶接によって結合すると共に、各基部の背面に円環リング状の補強部材１６を固定した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車用エンジンの冷却装置に用いられるウォーターポンプなどの遠心ポンプと、この遠心ポンプ用インペラの製造方法、及び遠心ポンプ用インペラに関する。

この種の遠心ポンプの一つであるウォーターポンプとしては、例えば以下の特許文献１に記載されているものが知られている。

概略を説明すれば、このウォーターポンプは、ポンプハウジング内に、プーリーによって回転駆動される回転軸が回転自在に軸支されていると共に、該回転軸の外周にインペラが結合されている。また、ポンプハウジングの内部には、前記インペラの内周側に開口した吸入口と前記インペラの外周側に開口した排出口が形成されており、前記回転軸の回転駆動に伴ってインペラが回転することにより、前記吸入口から吸入された流体が遠心力によってインペラの外周側へ流動し、ここから前記吐出口へ吐出されてポンプ作用が行われるようになっている。

そして、前記インペラは、鋼管製のボス部と、該ボス部の外周に固定されたインペラ部材とから構成されている。

このインペラ部材は、１枚の金属板をプレス成形によって一体に形成されて、中心側の筒部外周に平板状のシュラウド（基部）を有し、該シュラウドの外周側がプレス時に切り起こされて軸方向へ折り曲げられた７枚の羽根部が形成されている。
実開昭５９−８４２９６号公報（図２，図５）

ところで、前記ウォーターポンプは、流体の十分な吐出量や吐出圧などを確保するために、前記インペラ部材の羽根部の枚数を可及的に多くすることが望まれていると共に、その高さも所定以上であることが必要になる。

しかしながら、前記従来のウォーターポンプのインペラ部材は、前述のように、一枚の金属板をプレスによって一体に成形しており、各羽根部は、前記シュラウドの外周側を切り起こして軸方向へ折り曲げることによって形成されているため、ある程度の高さを確保しつつ形成される羽根部の枚数は自ずと限界があり、枚数を所定以上多く形成しようとする場合は、隣接する羽根部までの長さしか羽根部の高さを設定することができない。

したがって、羽根部の枚数を多くする場合は、それぞれの高さを低く設定しなければならず、二律背反する状態になってしまう。この結果、ポンプ吐出量や吐出圧を十分に得ることが困難になっている。

そこで、本発明は、インペラ部材の羽根部の高さを十分に確保しつつ枚数を多くしてポンプ吐出量や吐出圧を十分に得ることのできる遠心ポンプを提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、遠心ポンプに関するもので、とりわけ、インペラを、それぞれ前記基部と羽根部とを有する複数のインペラ部材を結合することによって構成し、該各インペラ部材を、それぞれの前記基部と羽根部を互いに円周方向に異ならせた位置で結合したことを特徴としている。

この発明によれば、複数のインペラ部材を結合させてインペラ全体を構成しているため、複数の羽根部を基部から切り起こして折り曲げて成形したとしても、各羽根部を形成するための面積を十分に取れるので、該各羽根部の高さを低くする必要がなくなる。

請求項２に記載の発明は、遠心ポンプ用インペラの製造方法であって、板状部材を打ち抜いて前記中心部と基部及び羽根部とを形成してなるインペラ部材の原型を複数成形する工程と、前記各インペラ部材における前記基部の周方向一側を切り起こして折り曲げることにより前記羽根部を成形する工程と、前記各インペラ部材を、それぞれの前記基部と羽根部を互いに周方向に異ならせた位置で結合する工程と、を備えたことを特徴としている。

この発明によれば、請求項１の発明と同じく、該各羽根部の高さを低くする必要がないと共に、単に複数のインペラ部材を周方向へ位置をずらせて結合するだけであるから、その成形作業も容易である。

請求項３に記載の発明は、遠心ポンプ用インペラに関するものであって、前記インペラを、それぞれ前記基部と羽根部とを有する複数のインペラ部材を結合することによって構成し、該各インペラ部材を、それぞれの前記基部と羽根部を互いに円周方向に異ならせた位置で結合したことを特徴としている。

この発明も請求項１に記載の発明と同様な作用効果が得られる。

以下、本発明に係る遠心ポンプなどの実施形態を図面に基づいて説明する。

この実施形態では、自動車用エンジンの冷却装置に用いられるウォーターポンプに適用したものであって、このウォーターポンプは、エンジンブロックの前面に配置され、クランクシャフトの回転力を動力源として冷却水をエンジンブロック内に循環させるものである。

すなわち、このウォーターポンプは、図５及び図６に示すように、エンジンブロック１の前面に形成された凹部２と、その凹部２に取り付けられるカバープレート３によってポンプハウジング４が構成され、凹部２とカバープレート３の間にポンプ室５が形成されている。

このポンプ室５内には、回転軸６に連結されたポンプインペラ７が回転自在に収容配置されていると共に、凹部２側に前記ポンプインペラ７のほぼ中央に指向した吸入口８が形成されている。また、前記ポンプ室５の側部には、吐出室（ディフューザ）９が形成されている。

前記カバープレート３は、その外周縁部３ａがエンジンブロック１にボルトによって結合される一方、中心部側にエンジンブロック１の外部に向かって突出する円筒壁１０が形成されている。該円筒壁１０の内部には、前記回転軸６が軸受１１を介して挿入されていると共に、該円筒壁１０の中央の内周面と回転軸６との間には、冷却水の漏れを防止する軸シールとしてのメカニカルシール１２が介装されている。

なお、前記円筒壁１０の基端部側には、メカニカルシール８から漏れ出て円筒壁１０の内部に流入した水や水蒸気等を排出する複数の開口部１０ａが形成されている。

前記ポンプインペラ７は、図１〜図５にも示すように、前後から重合状態に結合された２つのインペラ部材１３、１４と、両インペラ部材１３，１４の前面側のほぼ中央に結合されて、前記回転軸６の先端部６ａと結合されたボス部材１５と、該両インペラ部材１３，１４の背面に固定されて、該両インペラ部材１３，１４を補強する補強部材１６とから構成されている。

前記各インペラ部材１３，１４は、それぞれ金属製の板材をプレス成形によって一体に形成されたもので、中央部に貫通形成されて、前記メカニカルシール１２の一部が嵌入する比較的大径な嵌入孔１３ａ、１４ａと、該嵌入孔１３ａ、１４ａの孔縁部から径方向に延びた基部１７，１８と、該基部１７，１８の周方向の一側を切り起こして前方に折曲形成されたそれぞれ４枚の羽根部１９、２０とから構成されている。

前記各基部１７、１８は、後側がほぼ矩形状、前側がほぼ円環状にそれぞれ形成された内周部１７ａ、１８ａと、該各内周部１７ａ、１８ａの外周縁から径方向に延びた４つの外周部１７ｂ、１８ｂとを備え、該各外周部１７ｂ、１８ｂは、先端側が基端側から回転方向（図５矢印方向）へ所定角度で折曲形成されていると共に、円周方向の約９０°の角度位置にそれぞれ４つ形成されている。また、前側のインペラ部材１３の基部１７は、各外周部１７ａの基端側が平坦状に形成されているのに対して、後側のインペラ部材１４の基部１８は、図２、図３にも示すように、各外周側１８ｂの基端側が前方へ突出するように横断面ほぼクランク状に折曲されて、インペラ部材１３の肉厚分の段差状の折曲部１８ｃが形成されている。

前記各羽根部１９，２０は、各基部１７，１８の外周部１７ｂ，１８ｂの回転方向前側の側縁から前方に突出されていると共に、円周方向へほぼへ字形状に折曲形成されている。

また、この各羽根部１９，２０は、それぞれ円周方向の等間隔位置（角度約９０°）にそれぞれ４枚づつ形成されていると共に、円周方向で隣接する各羽根部の円周方向に隙間が形成されて、この隙間内に前後の各羽根部１９，２０が互いに配置され、したがって、両インペラ部材１３，１４が、後述するように結合された状態では全部で８枚となる。

そして、前記各インペラ部材１３，１４は、各基部１７、１８の内周部１７ａ、１８ａが軸方向から互いに重合状態に配置されて、該各基部１７，１８が溶接によって結合されている。

すなわち、各インペラ部材１３，１４は、両基部１７，１８を前後から重合させた際に、後側の基部１８が内周部１８ａ側の折曲部１８ｃを介して前側の各基部１８の内周部１７ａに嵌合状態に配置すると、各基部１７，１８の外周部１７ｂ、１８ｂが前記折曲部１８ｃによって肉厚分の段差が吸収されてほぼ同一平面上に配置されることになる。また、この重合状態に配置する際には、後側の各外周部１８ｂを前側の各外周部１７ｂ間の中央に配設することによって、後側の４枚の羽根部２０が前側の４枚の羽根部１９間の中央に配置されることになる。

このように、各基部１７，１８の外周部１７ｂ、１８ｂ同士が同一平面になることから、前記８枚の羽根部１９，２０は、その突出先端も均一な突出量になる。

この状態で、前記各基部１７，１８の内周部１７ａ、１８ａを、溶接によって結合することによって、両インペラ部材１３，１４が一体的に結合されて、インペラ７が構成されるようになっている。

前記ボス部材１５は、金属プレス成形によって段差径状の円筒状に形成されて、最大径のフランジ状の基端部１５ａが前後のインペラ部材１３，１４の基部１７，１８の内周部１７ａ、１８ａ前面に溶接によって固定されていると共に、小径なカップ状の先端部１５ｂ内に前記回転軸６の先端部６ａが嵌入固定されている。

前記補強部材１６は、前記インペラ部材１３，１４の肉厚とほぼ同じ肉厚の金属材をプレス成形によって円環リング状に形成され、その内径が前記後側のインペラ部材１４の折曲部１８ｃの外径よりも僅かに大きく設定されていると共に、外径が各基部１７，１８の外周部１７ｂ、１８ｂの半径方向のほぼ中央位置までの大きさに設定されている。

また、該補強部材１６は、内周縁の円周方向のほぼ等間隔位置に４つの突部２１が一体に設けられていると共に、外周縁の円周方向のほぼ等間隔位置に４つの円弧溝２２が形成されている。この各円弧溝２２は補強部材１６をインペラ部材１３，１４に固定する際の円周方向の位置決めに用いられている。

また、この補強部材１６は、前記各基部１７，１８の外周部１７ｂ、１８ｂの各背面に溶接によって固定されている。

なお、この補強部材１６は、リング状であれば、外形が多角形などであってもよい。

以下、本実施形態の作用について説明する。まず、インペラ７の各構成部材の組付手順を簡単に説明すると、板材をプレス成形によって打ち抜いて、各基部１７，１８や羽根部１９，２０などが形成される２つのインペラ部材１３，１４の原型を成形する。

次に、後側の基部１８の外周部１８ｂの基端側をプレス機によりクランク状に折り曲げて段差状の折曲部１８ｃを形成する。

その後、前記各インペラ部材１３，１４における各基部１７，１８の周方向一側を切り起こして前方に折り曲げることによって前記それぞれ４つの各羽根部１９，２０を形成する。

続いて、前側のインペラ部材１３の基部１３ａに後側インペラ部材１４の基部１８を背面から当接しつつ折曲部１８ｃを介して径方向の位置決めを行うと共に、円周方向の位置合わせを行って後側の各羽根部２０を前側各羽根部１９間の中央に配置する。この状態で、前記各基部１７，１８の内周部１７ａ、１８ａを溶接によって結合する。

次に、前記ボス部１５を、前記折曲部１８ｃによって同一平面になった各基部１７、１８の前面ほぼ中央に位置決めしつつ溶接によって結合する。

さらに、前記補強部材１６を、各基部１７，１８の外周部１７ｂ、１８ｂの背面に当接させつつ前記折曲部１８ｃを利用して径方向の位置決めを行って、所定位置に溶接によって固定する。これによって、インペラ７の各構成部材の組み付け作業が完了する。

その後、該インペラ７を、前記ボス部１５を介して回転軸６の先端部６ａに組み付ける。

したがって、この実施形態によれば、２つのインペラ部材１３，１４を結合させてインペラ７全体を構成しているので、各インペラ部材１３，１４の各羽根部１９，２０を形成するための円周方向の面積を大きく取れるため、各羽根部１９，２０を切り起こして折り曲げて成形したとしても、該各羽根部１９，２０の高さを低くする必要がなくなる。

この結果、ポンプ容積を増加させることなく、つまり、ウォーターポンプの大型化を抑制しつつポンプ吐出圧と吐出量を十分に確保することが可能になる。

また、前記後側のインペラ部材１４の基部１８に段差状の折曲部１８ｃを形成して、互いに連結された前後のインペラ部材１３，１４の各基部１７，１８の外周部１７ｂ、１８ｂを同一平面にでき、これによって、前後の羽根部１９，２０の前方への突出量を同一（均一）にすることができる。この結果、各羽根部１９，２０の回転によるポンプ効率を向上させることが可能になる。

さらに、予め互いに溶接によって結合されている各インペラ部材１３，１４を、補強部材１６によっても連結したため、該各インペラ部材１３，１４の結合強度を向上させることができる。

補強部材１６をリング状に形成することによって、該１つの補強部材１６によって全てのインペラ部材１３，１４を連結することができるので、部品点数の増加を抑制でき、コストの低減化が図れる。

また、前記補強部材１６は、前記折曲部１８ｃの外周側に設けられていることによって、該補強部材１６の肉厚が前記折曲部１８ｃによって吸収された形になるので、インペラ部材１３，１４全体の回転軸方向の幅寸法が大きくなるのを十分に防止できる。この結果、インペラ７の大型化を抑制できる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、インペラ部材をさらに３つ設けることも可能であると共に、各羽根部の枚数や高さをさらに増加することも可能である。

また、補強部材１６をリング状ではなく、半円環状に形成することも可能である。

さらに、本実施形態では遠心ポンプを、自動車のウォーターポンプに適用したが、これに限定されるものではなく、他のポンプにも適用可能である。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。

請求項（１）前記それぞれのインペラ部材の前記各基部に固定されて、両インペラ部材を結合する補強部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。

この発明によれば、予め互いに連結されている各インペラ部材を、補強部材によっても連結したため、該各インペラ部材の結合強度を向上させることができる。

請求項（２）前記補強部材をリング状に形成したことを特徴とする請求項（１）に記載の遠心ポンプ。

補強部材をリング状に形成することによって、全てのインペラ部材を１つの補強部材によって連結することができるので、部品点数の増加を抑制でき、コストの低減化が図れる。なお、リング状とは、必ずしも円環だけではなく、多角形であってもよい。

請求項（３）前記各インペラ部材のそれぞれの基部間を、互いの基部が周方向で重合しないような幅に形成すると共に、前記背面側に位置するインペラ部材の基部を、前面側に位置するインペラ部材の基部と回転軸方向において同一位置となるように段差状に折曲形成して、前後の両基部を重合配置した際に、前後の各インペラ部材の回転軸方向の位置がほぼ同一となるように形成したことを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。

この発明によれば、互いに連結された前後のインペラ部材の回転軸方向の位置、つまり前後の羽根部の回転軸方向の位置が同一になることから、ポンプ効率を向上させることが可能になる。

請求項（４）前記基部の折曲部の外周側に板状の補強部材を固定したことを特徴とする請求項（３）に記載の遠心ポンプ。

前記折曲部の外周側に前記補強部材を設けることによって、該補強部材の肉厚が前記折曲部によって吸収された形になるので、インペラ部材全体の回転軸方向の幅寸法が大きくなるのを十分に防止できる。この結果、インペラの大型化を抑制できる。

請求項（５）前記各インペラ部材を溶接によって互いに連結したことを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。

本発明が適用されたウォーターポンプのインペラを示す斜視図である。 本実施形態に供されるインペラを示す正面図である。 同インペラの縦断面図である。 同インペラの背面図である。 本実施形態のウォーターポンプを示す正面図である。 同ウォーターポンプの縦断面図である。

符号の説明

３…カバープレート
４…ポンプハウジング
５…ポンプ室
６…回転軸
７…ポンプインペラ（インペラ）
８…吸入口
９…吐出口
１３・１４…インペラ部材
１５…ボス部
１６…補強部材
１７・１８…基部
１７ａ・１８ａ…内周部
１７ｂ・１８ｂ…外周部
１８ｃ…折曲部
１９・２０…羽根部

Claims (3)

1. 中心部から円周方向に複数設けられた基部と、該基部の周方向一側を切り起こして折曲形成され、流体を遠心力によって外周側に案内する羽根部とを備えたインペラと、
   該インペラに回転力を伝達する動力伝達機構と、
   前記インペラを内部に収容すると共に、前記インペラの内周側に開口した吸入口と前記インペラの外周側に開口した排出口とを有するハウジングと、
   を備えた遠心ポンプであって、
   前記インペラを、それぞれ前記基部と羽根部とを有する複数のインペラ部材を結合することによって構成し、
   該各インペラ部材を、それぞれの前記基部と羽根部を互いに円周方向に異ならせた位置で結合したことを特徴とする遠心ポンプ。
2. 中心部から円周方向に複数設けられた基部と、該基部の周方向一側に設けられた羽根部とから構成された遠心ポンプ用インペラの製造方法であって、
   板状部材を打ち抜いて前記中心部と基部及び羽根部とを形成してなるインペラ部材の原型を複数成形する工程と、
   前記各インペラ部材における前記基部の周方向一側を切り起こして折り曲げることにより前記羽根部を成形する工程と、
   前記各インペラ部材を、それぞれの前記基部と羽根部を互いに周方向に異ならせた位置で結合する工程と、
   を備えたことを特徴とする遠心ポンプ用インペラの製造方法。
3. 中心部から円周方向に複数設けられた基部と、該基部の周方向一側を切り起こして折曲形成され、流体を遠心力によって外周側に案内する羽根部とを備えた遠心ポンプ用インペラであって、
   前記インペラを、それぞれ前記基部と羽根部とを有する複数のインペラ部材を結合することによって構成し、
   該各インペラ部材を、それぞれの前記基部と羽根部を互いに円周方向に異ならせた位置で結合したことを特徴とする遠心ポンプ用インペラ。
   

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