JP2009074480A

JP2009074480A - ウォータポンプ

Info

Publication number: JP2009074480A
Application number: JP2007245255A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Ueda; 満上田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】ハウジングに対して回転する軸部を支持する転がり軸受に冷却水が侵入することを防止できるウォータポンプを提供する。
【解決手段】このウォータポンプによれば、インペラ２０の軸部１２に嵌合,固定されるプーリ１０のフランジ部１３のうちの転がり軸受３０のシール部材３５に対向する対向面１３ａ,内外輪３１,３２の端面にコーティングされた撥水剤１５,３６,３７を有し、シール部材３５の弾性部材３５ｂは油等の撥水剤を含浸した。よって、冷却水は、隙間８０では撥水され、冷却水が毛管現象によって転がり軸受３０の開口または上記シール部材３５のリップ部(内輪３１の外周面)まで上昇することを回避でき、上記冷却水が上記転がり軸受３０内に浸入するのを防げる。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の冷却水を循環させるウォータポンプに関する。

従来、特許文献１(特開２００６−２６６１８７号公報)にウォータポンプが開示されている。このウォータポンプは、図３に示すように、ウォータポンプ１１０のボデー１１１は、締結手段１１２により、ハウジング１９０に、ガスケット１８０などを介して固定される。上記ボデー１１１には、大径部１１１ａおよび小径部１１１ｂ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１１１ｂの外周面には、転がり軸受１１３のインナーレースが圧入にて固定されている。

上記転がり軸受１１３のアウターレースには、回転体としてのシャフト１２１が固定されている。上記シャフト１２１は鋼板の板材をプレス加工することで成形されており、有底円筒状のシャフト部１２２と、アーム部１２３と、フランジ部１２４とを一体的に備えている。上記アーム部１２３は、シャフト部１２２の軸方向基端部に連続して同シャフト部１２２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、上記シャフト１２１は、アーム部１２３の外周部１２３ａが転がり軸受１１３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、上記シャフト１２１は、上記転がり軸受１１３に回転自在に支持されている。

上記シャフト１２１は、プーリ１３１に弾性部材１４１を介して一体的に回転するように連結されている。

上記シャフト部１２２の軸方向先端部には、ポンプ羽根車としてのインペラ１２５がシャフト部１２２と一体に嵌着されて回転可能になっている。このインペラ１２５は、上記ハウジング１９０の凹部の開口側がボデー１１１により閉塞されることで形成される水室１９１に配置される。この水室１９１は、冷却水回路の構成要素となっている。

上記シャフト部１２２の外周面とボデー１１１の大径部１１１ａの内周面との間にはメカニカルシール１２６が装着されて、水室１９１と転がり軸受１１３との間を封止している。上記アーム部１２３の上記インペラ１２５側の面は、上記小径部１１１ｂの端面との間に間隙を有している。

しかしながら、このウォータポンプ１１０において、上記メカニカルシール１２６は、水室１９１からの冷却水を完全には止水することはできない。このため、冷却水が上記メカニカルシール１２６から上記シャフト部１２２の外周面と上記ボデー１１１の小径部１１１ｂとの間の空間に漏出し、上記ウォータポンプ１１０の停止時に上記空間に貯留される。そして、上記転がり軸受１１３の温度が低下すると、貯留された冷却水が、上記アーム部１２３と上記小径部１１１ｂとの間の間隙に浸透して通過し、上記転がり軸受１１３に浸潤するという問題がある。

また、冷却水が、上記転がり軸受１１３に浸潤すると、上記転がり軸受１１３に封入したグリースが劣化したり、内輪、外輪、転動体が錆びたりし、上記転がり軸受１１３の耐久性を著しく悪化させるという問題がある。
特開２００６−２６６１８７号公報(図２)

そこで、この発明の課題は、ハウジングに対して回転する軸部を支持する転がり軸受に冷却水が侵入することを防止できるウォータポンプを提供することにある。

この課題を解決するために、この発明のウォータポンプは、ベルトが巻回される輪状部と、軸部と、上記輪状部と軸部とを連結するフランジ部とを有するプーリと、
上記プーリの軸部に固定されたインペラと、
上記インペラを収容すると共に筒状の支持部を有するハウジングと、
上記筒状の支持部と上記軸部との間をシールするメカニカルシールと、
上記筒状の支持部の外周面に支持されると共に上記プーリの輪状部の内周面を支持する転がり軸受と、
を備え、
上記転がり軸受は、内輪、外輪、転動体および上記内輪と外輪との間をシールするシール部材を有し、
上記プーリのフランジ部のうちの少なくとも上記シール部材に対向する部分または上記シール部材の少なくとも一方は、撥水剤を含んでいることを特徴としている。

この発明のウォータポンプによれば、上記メカニカルシールから漏出した冷却水が上記プーリの平板状フランジ部と上記転がり軸受との間の隙間に達しても、上記プーリのフランジ部,上記シール部材に含まれる撥水剤により、毛管現象が働き難くなる。よって、上記冷却水が上記隙間から上記転がり軸受の中に侵入するのを防止できる。

したがって、上記転がり軸受のグリースが冷却水によって劣化することなく、また、転がり軸受が錆びないので、上記転がり軸受の耐久性を向上させることができる。

また、一実施形態のウォータポンプでは、上記撥水剤は、上記フランジ部にコーティングされたＰＴＦＥ(ポリテトラフフルオロエチレン)、上記シール部材の表面にコーティングされたＰＴＦＥ、上記シール部材に含まれる油分のうちの少なくとも１つである。

この実施形態によれば、上記撥水剤をＰＴＦＥとしたことで優れた撥水性を発揮できる。また、上記撥水剤がシール部材に含まれる油分である場合には、撥水剤コーティングを不要にできる。

この発明のウォータポンプによれば、上記プーリのフランジ部のうちの少なくとも上記シール部材に対向する部分または上記シール部材の少なくとも一方は、撥水剤を含んでいる。したがって、上記メカニカルシールから漏出した冷却水が上記プーリの平板状フランジ部と上記転がり軸受との間の隙間に達しても、上記プーリのフランジ部,上記シール部材に含まれる撥水剤により、毛管現象が働き難くなる。よって、上記冷却水が上記隙間から上記転がり軸受の中に侵入するのを防止できる。したがって、上記転がり軸受のグリースが冷却水によって劣化することなく、また、転がり軸受が錆びないので、上記転がり軸受の耐久性を向上させることができる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明のウォータポンプの実施形態の断面図である。また、図２は、この実施形態のウォータポンプの転がり軸受３０周辺の要部拡大断面図である。

図１に示すように、この実施形態のウォータポンプ１は、プーリ１０と、インペラ２０と、転がり軸受３０と、メカニカルシール４０と、ハウジング５０とを備えている。

上記プーリ１０は、ベルトが巻回される輪状部１１と、有底円筒状軸部１２と、上記輪状部１１の一端と上記軸部１２の一端とを連結する平板状フランジ部１３とを有している。上記軸部１２と輪状部１１の外周面は同心に配置されている。上記平板状フランジ部１３には、周方向に適宜間隔を存して複数の貫通穴１４が形成されている。上記プーリ１０は、鋼板などの板状部材をプレス工法などにより成形され、亜鉛メッキ等の耐食処理がなされている。図２に示すように、上記プーリ１０のフランジ部１３のうちの転がり軸受３０のシール部材３５に対向する面１３ａを含む部分に撥水剤１５がコーティングされている。この撥水剤１５としては、例えば、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素樹脂コーティング,各種シリコン系撥水剤,フッ素系撥水剤等が挙げられる。

図１に示すように、上記インペラ２０は、円盤状の基部２１と、この基部２１から突出した数葉の羽根２２を有する。このインペラ２０は所謂オープンタイプの羽根車である。上記インペラ２０の基部２１の中心には上記軸部１２が挿入されて取り付けられる凹部２３が形成されている。この凹部２３と軸部１２とは、この実施形態では圧入によって相対回転不能に取り付けられている。

また、上記ハウジング５０は、図示しない吸込口、吐出口、および凹部５１を有する主ボデー部５２と、この主ボデー部５２の端面に取り付けられるボデー底部５４とを有している。このボデー底部５４は、略円盤形状を呈しており、その中心付近には主ボデー部５２の外径よりも小径の筒状の支持部５３を有している。この筒状の支持部５３は、主ボデー部５２から軸方向に離れる方向に突出している。上記ボデー底部５４は、耐食処理された鋼板等の板状部材から、プレス工法等によって成形されている。上記主ボデー部５２と、ボデー底部５４とは、シール部材７０を介して図示しないボルト等によって結合されている。これにより、主ボデー部５２の凹部５１と、ボデー底部５４との間には水密が保たれた空間が形成される。この空間が水室６０を構成し、上記インペラ２０は、この水室６０内に配置されている。

上記ボデー底部５４の筒状の支持部５３の内周面５３ｂと上記軸部１２の外周面との間に圧入などによって環状メカニカルシール４０が回転自在に取り付けられている。上記プーリ１０の軸部１２と上記ボデー底部５４の支持部５３との間の空間は、上記メカニカルシール４０によって、上記ハウジング５０の水室６０に対してシールされる。

また、上記ボデー底部５４の筒状の支持部５３の外周面５３ａには転がり軸受３０の内輪３１が圧入などによって相対回転不能に取り付けられている。一方、上記プーリ１０の輪状部１１の内周面には上記転がり軸受３０の外輪３２が、圧入などによって相対回転不能に取り付けられている。

これにより、上記プーリ１０は、上記転がり軸受３０によって、上記ハウジング５０に対して相対回転可能に支持されている。また、上記メカニカルシール４０と上記転がり軸受３０とは、少なくとも一部の軸方向位置が重複するように配置されている。

図２に示すように、上記転がり軸受３０は、上記内輪３１と上記外輪３２と上記内輪３１と外輪３２の間で転動する複数の玉３３とこの玉３３を所定間隔に保持する保持器３４と上記内輪３１と外輪３２との間の開口を密封する環状シール部材３５を有している。この環状シール部材３５は、芯金３５ａとゴム等の樹脂製の弾性部材３５ｂから構成されている。この環状シール部材３５は、外輪３２に固定され、上記内輪３１の外周面にそのリップ部を摺接させて摺動するようになっている。なお、上記環状シール部材３５は転がり軸受３０の両側の開口部に設けてもよい。

そして、上記シール部材３５の弾性部材３５ｂは、油等の撥水剤を含浸した弾性材料で作製されている。この弾性材料としては、例えば、加硫,成形した材料(例えば含油ＮＢＲ(ニトリルブチルゴム)等の含油ゴム)を採用できる。

また、上記フランジ部１３に軸方向に対向する転がり軸受３０の内輪３１,外輪３２の軸方向端面には、撥水剤３６,３７がコーティングされている。なお、上記シール部材３５の弾性部材３５ｂのうちの、上記フランジ部１３に面する表面にも撥水剤を塗布してもよい。なお、上記撥水剤としては、例えば、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素樹脂コーティング,各種シリコン系撥水剤,フッ素系撥水剤等が挙げられる。

上記プーリ１０のフランジ部１３のインペラ側の内面１３ａと上記転がり軸受３０の環状シール部材３５の上記フランジ部１３側の端面との間には隙間８０が形成されている。

次に、この実施形態のウォータポンプの動作を説明する。

上記プーリ１０の輪状部１１の外周面には、ベルト(図示せず)が巻回され、このベルトを介して、エンジン(図示せず)の出力軸から伝達される回転力により上記プーリ１０が回転する。上記プーリ１０の回転に伴って、上記プーリ１０と一体に成形された軸部１２も同一方向に回転する。そして、上記軸部１２に固定されている上記インペラ２０が、ハウジング５０内の水室６０内で回転する。

上記水室６０内には冷却水が満たされているので、上記インペラ２０の回転による遠心力によって、上記インペラ２０は、上記水室６０の中心付近にある冷却水を、上記インペラ２０の外周方向へと運ぶ。このように、上記インペラ２０の中心から外側に向かって、遠心力によるポンプ作用が発生する。これにより、上記水室６０内における上記インペラ２０の回転中心付近とその外周側との間には圧力差が生じ、冷却水が上記インペラ２０の回転中心付近に設けられる図示しない吸込ポートから上記ウォータポンプ１内へと吸い込まれる。そして、上記インペラ２０のポンプ作用により外周側へ圧送され、外周側に設けられた図示しない吐出口からエンジンの被冷却各部へと供給される。

この第１実施形態においては、上記転がり軸受３０と、上記メカニカルシール４０が同一の部材すなわち上記ボデー底部５４の筒状の支持部５３の外周面５３ａと内周面５３ｂとに取り付けられている。これによって、従来では軸方向に並べて配置していた上記転がり軸受３０と上記メカニカルシール４０を、少なくとも部分的に同一の軸方向位置に配置することが可能になる。つまり、両者を軸方向に重なり合わせて配置することが可能になる。このため、上記ウォータポンプ１の軸方向長さを短縮することが可能となり、上記ウォータポンプ１のエンジンへの搭載スペースを削減できる。

上記水室６０に充満する冷却水は、上記プーリ１０の軸部１２と上記ボデー底部５４およびメカニカルシール４０によって、上記水室６０に密封されている。しかし、上記メカニカルシール４０は、上記水室６０を完全には密封できない。このため、上記メカニカルシール４０から漏出した冷却水は、上記プーリ１０の軸部１２の外周面と上記筒状の支持部５３の内周面５３ｂとの間の空間を経由して上記フランジ部１３の貫通穴１４から外部に放出される。

一方、インペラ２０の回転停止時には、メカニカルシール４０から漏出した冷却水は、上記フランジ部１３の貫通穴１４の存在しない部分と上記転がり軸受３０と間の隙間８０に達する場合がある。仮に、この隙間８０に流入した冷却水が、毛管現象によって、シール部材３５に達して上記転がり軸受３０内に浸入した場合には、グリースの劣化、構成部材の磨耗の原因となる。

これに対して、この実施形態では、プーリ１０のフランジ部１３の対向面１３ａに撥水剤１５がコーティングされ、内,外輪３１,３２の端面に撥水剤３６,３７がコーティングされ、さらに、シール部材３５の弾性部材３５ｂには撥水剤が含浸してある。つまり、上記隙間８０を規定する軸方向両側の面をなすフランジ部１３の対向面１３ａ、内,外輪３１,３２の端面、シール部材３５の弾性部材３５ｂに撥水剤が存在している。よって、上記隙間８０に達した冷却水は、隙間８０を規定するこれらの面で撥水される。したがって、上記隙間８０内では毛細管現象が抑えられ、冷却水が撥水されるため、上記隙間８０を規定する面に冷却水が付着する(濡れる)ことが回避される。よって、隙間８０を規定する面では、上記冷却水が流入しても、あたかも乾燥した状態を維持する。その結果、上記隙間８０に冷却水が溜まった場合にも、上記転がり軸受３０内に冷却水が浸入するのが防がれて、グリースの劣化や軸受構成部材の磨耗を防ぐことができる。

また、この実施形態によれば、上記転がり軸受３０がシール部材３５を有しているので、上記冷却水が上記転がり軸受３０の中に浸入することを防止でき、転がり軸受３０の耐久性を向上できる。

上述の如く、この実施形態によれば、上記平板状フランジ部１３の対向面１３ａ,内外輪３１,３２の端面にコーティングされた上記撥水剤１５,３６,３７は、例えばＰＴＦＥコーティング等からなり、また、シール部材の弾性部材３５ｂは油等の撥水剤を含浸した。よって、冷却水は、隙間８０では撥水され、冷却水が毛管現象によって転がり軸受３０の開口または上記シール部材３５のリップ部(内輪３１の外周面)まで上昇することを回避でき、上記冷却水が上記転がり軸受３０内に浸入するのを防げる。したがって、上記転がり軸受３０のグリースが冷却水によって劣化することがなく、また、転がり軸受３０が錆びないので、転がり軸受３０の耐久性を向上できる。

尚、上記平板状フランジ部１３の対向面１３ａにコーティングされた上記撥水剤１５およびシール部材３５の弾性部材３５ｂの撥水剤のうちのいずれか一方だけを備えてもよい。また、内外輪３１,３２の端面にコーティングされた上記撥水剤３７はなくてもよい。

この発明のウォータポンプの実施形態の断面図である。この発明のウォータポンプの転がり軸受周辺の要部拡大断面図である。従来のウォータポンプの断面図である。

符号の説明

１ウォータポンプ
１０プーリ
１１輪状部
１２軸部
１３フランジ部
１５撥水剤
２０インペラ
３０転がり軸受
３１内輪
３２外輪
３５環状シール部材
３６、３７撥水剤
４０メカニカルシール
５０ハウジング
６０水室
８０隙間

Claims

ベルトが巻回される輪状部、と軸部と、上記輪状部と軸部とを連結するフランジ部とを有するプーリと、
上記プーリの軸部に固定されたインペラと、
上記インペラを収容すると共に筒状の支持部を有するハウジングと、
上記筒状の支持部と上記軸部との間をシールするメカニカルシールと、
上記筒状の支持部の外周面に支持されると共に上記プーリの輪状部の内周面を支持する転がり軸受と、
を備え、
上記転がり軸受は、内輪、外輪、転動体および上記内輪と外輪との間をシールするシール部材を有し、
上記プーリのフランジ部のうちの少なくとも上記シール部材に対向する部分または上記シール部材の少なくとも一方は、撥水剤を含んでいることを特徴とするウォータポンプ。
請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
上記撥水剤は、上記フランジ部にコーティングされたＰＴＦＥ、上記シール部材の表面にコーティングされたＰＴＦＥ、上記シール部材に含まれる油分のうちの少なくとも１つであることを特徴とするウォータポンプ。