JP2009197656A - ウォーターポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】
【技術分野】ポンプ作動時の圧力によってインペラ軸が軸方向にずれて、インペラがポンプ室内面と接触することを、極めて簡単な構造によって防止することができるウォーターポンプとすること。
【解決手段】ポンプボディ1と、インペラシャフト２と、インペラ３と、被駆動ギア４とから構成されたポンプ本体Ａと、前記被駆動ギア４と噛合する駆動ギア５が備えられた駆動源Ｂとからなること。前記被駆動ギア４は前記ポンプボディ１の外部に位置して前記インペラシャフト２に装着されること。該インペラシャフト２を軸方向にのみ不動とする固定手段Ｃが前記被駆動ギア４又は駆動ギア５の少なくともいずれか一方側に設けられること。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ作動時の圧力によってインペラ軸が軸方向にずれて、インペラがポンプ室内面と接触することを、極めて簡単な構造によって防止することができるウォーターポンプに関する。

一般に、自動二輪車においてエンジン冷却用の冷却水を循環させるウォーターポンプが存在する。この種のウォーターポンプの従来技術として、駆動源となるモータ,ポンプ等に接続されたギアにより、ウォーターポンプを回転させ、そのポンプ内のインペラの回転軸をオイルシール，ボディ側軸受け部にて回転自在に軸支する構造のものが存在し、特許文献１（特開平２−１６３２３号）にて開示されている。特許文献１では、ウォーターポンプの吸入口から冷却水が吸い込まれると、吸入口が負圧、吐出口が正圧となり、通常回転時にはインペラが吸入口側へ引っ張られる力が作用する。また、インペラの底面部とポンプ室との間には適正なクリアランスが設けられ、インペラの回転が円滑に行われるようになっている。

ポンプにおける回転数は、エンジンの回転数によって変動するため、ポンプ圧が変動し、吸入口側とオイルシール側でインペラａはシャフトｂを介して軸方向に移動するように負荷がかかる〔図９（Ａ）参照〕。そのため吸入圧及び吐出圧のそれぞれの変動時には、インペラａには吸入口側に引っ張られる力の反作用として逆方向の力が働き、シャフトｂが軸方向にずれて、インペラａの底部とポンプ室内との間に適正なクリアランスが維持できなくなり、インペラａがボディのポンプ室内面に接触し、回転動作が阻害され、ポンプの効率が下がるおそれがある〔図９（Ｂ）参照〕。
特開平２−１６３２３号

上記特許文献１に見られるように、ポンプ作動時にインペラがポンプ室内の内面に接触することを防止する手段として、シャフトｂの長手方向中間部に軸径が変化する段差部ｃが形成され、該段差部ｃをポンプボディの軸受端部面に当接させて、シャフトｂのポンプボディ内の軸移動を防止することがある〔図９（Ｃ）参照〕。しかし、このような手段によれば、シャフトｂには段差部ｃを形成しなくてはならず、それゆえに、ポンプボディに装着された外部から回転伝達を受ける被駆動ギア装着領域を形成するための段差部と共に、シャフトにおける段差部加工箇所が増加してしまう。

また、ポンプボディ内部に装着されたオイルシールと、シャフトとの接触部及びシャフトとポンプボディ側の軸受け部箇所との軸接触部とは、前記シャフトの同一軸面上に存在せず、段差部の両側にてオイルシール及び軸受箇所にそれぞれ支持される。そのため、シャフトの段差によって異なる軸径箇所において軸径中心を合わせる加工が行われなくてはならず、シャフトの加工により一層高い精度が要求され、コスト増加につながりかねないものである。本発明の目的は、スラスト荷重によるインペラの軸方向の変位を低減し、効率の低下を抑えたウォーターポンプを提供することにある。

そこで、発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、ポンプボディと、インペラシャフトと、インペラと、被駆動ギアとから構成されたポンプ本体と、前記被駆動ギアと噛合する駆動ギアが備えられた駆動源とからなり、前記被駆動ギアは前記ポンプボディの外部に位置して前記インペラシャフトに装着され、該インペラシャフトを軸方向にのみ不動とする固定手段が前記被駆動ギア又は駆動ギアの少なくともいずれか一方側に設けられてなるウォーターポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項２の発明を、前述の構成において、前記固定手段は、前記被駆動ギア又は前記駆動ギアの歯形部における、前記ポンプボディ又は前記駆動源の側面で、且つ前記歯形部の直径方向に向かって円形状に延出形成された鍔状部とし、該鍔状部は前記駆動ギア又は前記被駆動ギアの前記歯形部の側面に当接されてなるウォーターポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項３の発明を、前述の構成において、前記固定手段は、前記被駆動ギアの被駆動歯形部におけるポンプボディ側寄りの側面で且つ前記被駆動ギアの直径方向に向かって、且つ前記被駆動歯形部の歯先円から突出するように延出形成された鍔状部とし、前記駆動ギアの歯形部におけるポンプボディ側で且つ歯形部の歯底部より直径方向中心側寄りで且つ円周方向に沿って当接面部が形成され、該当接面部は前記被駆動ギアの鍔状部に当接されてなるウォーターポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、インペラにかかる圧力によるスラスト荷重（軸方向荷重）を駆動源の駆動ギアで受けることにより、インペラの軸方向の変位を低減することができる。特に、本発明では、ポンプ本体に備えられた被駆動ギアと、駆動源の駆動ギアによる組み合わせによって、駆動ギアから被駆動ギアに回転を伝達すると共に、ポンプ本体側のインペラシャフトを軸方向に不動状態にして、ポンプの動作を安定させることができる。すなわち、ポンプボディやインペラシャフト等に何ら、加工することなく、ポンプ作動時におけるインペラシャフトの軸方向の移動によるガタツキや、このようなガタツキによって生じるインペラとポンプ室部との接触の防止を極めて簡単な構成にて実現することができる。

また、前記インペラシャフトには、オイルシールのシャフト接触部と、ボディ側軸受け部シャフト接触部を同じ径にすることができ、それゆえに、インペラシャフトは軸方向に不動とするための周方向段差部を形成する必要がなく、軸の加工数を最小限に抑えることができ、このことにより、オイルシールのシャフト接触部の中心と、ボディ側軸受け部の中心を一致させることが容易になり、シャフトの同軸度の精度を容易に向上させることができる。

請求項２の発明では、前記固定手段は、前記被駆動ギア又は前記駆動ギアの歯形部における、前記ポンプボディ又は前記駆動源寄りで、且つ前記歯形部の直径方向に向かって円形状に延出形成された鍔状部とし、前記駆動ギアは、側面側を前記被駆動ギアの側面に当接させるのみで、駆動ギアによって被駆動ギアの軸方向における移動を極めて簡単な構造にて防止することができる。

請求項３の発明によって、前記固定手段は、前記被駆動ギアの鍔状部と、前記駆動ギアの当接面部とが当接されることにより、被駆動ギアと駆動ギアの歯の側面が他方側に当接しない構成とすることができ、被駆動ギア及び駆動ギアのいずれも摩耗しにくい状態にでき、耐久性を有するものにできる。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。本発明の構成は、図１（Ａ）,図２に示すように、ポンプ本体Ａと駆動源Ｂとからなり、前記ポンプ本体Ａは、ポンプボディ１，インペラシャフト２，インペラ３，被駆動ギア４からなる。前記ポンプボディ１は、２分割されており、ボディ部１１とカバー部１２とから構成され、ボディ部１１には軸受け部１３,シール材収納部１４が形成されている。またカバー部１２には、ポンプ室１５，吸入部１６，吐出部１７が形成されている。

前記ボディ部１１と前記カバー部１２とを密封接合することによって、前記ポンプ室１５は空間を構成し、前記インペラ３が収納配置される〔図１（Ａ）参照〕。また、インペラシャフト２は、ボディ部１１の軸受け部１３にオイルシールを介して軸支されており、その軸方向一端側は、前記ポンプ室１５に位置し、インペラ３が装着され、他端側は、ポンプボディ１から外部に突出する構成となっている。前記ポンプ室１５は、前記吸入部１６及び前記吐出部１７が連通し、ポンプ室１５内でインペラ３が回転し、前記吸入部１６から吐出部１７に水を循環させる。ポンプ本体Ａのポンプボディ１には、駆動源Ｂが一体的となるように装着できる構成となっている〔図１（Ａ）参照〕。

前記ポンプ本体Ａには、被駆動ギア４が備わっており、前記駆動源Ｂには駆動ギア５が備わっている。駆動源Ｂには、動力としてモータ7（図１,図４及び図６参照）又はオイルポンプ８（図７参照）が使用される。被駆動ギア４は、前記ポンプボディ１の外部に位置するようにして装着されている。具体的には、ボディ部１１側の軸受け部１３によって軸支されたインペラシャフト２が前記ボディ部１１の内部から外部に突出しており、前記インペラシャフト２の突出部分に前記被駆動ギア４が装着されている（図１,図４及び図６参照）。

前記インペラシャフト２は、軸方向に沿って直径が変化する段差部は、形成されていない。また軸方向端部にのみ被駆動ギア４を装着するための小径部が必要に応じて形成されることもある。インペラ３は、インペラボス部３１の周囲に複数の羽片３２が形成されている。前記インペラボス部３１の底面３１ａにはボス孔３１ｂが形成され、該ボス孔３１ｂに前記インペラシャフト２の軸方向端部が挿入固着されている。

ポンプ本体Ａの被駆動ギア４は、図３（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）に示すように、略円板状のボス部４１の外周に被駆動歯形部４２が形成されている。前記ボス部４１には、軸孔４１ａが形成され、前記インペラシャフト２が挿入固着される。前記被駆動歯形部４２は、歯車としての歯部を構成する部位である。駆動源Ｂの駆動ギア５は、図３（Ｄ）,（Ｅ）に示すようにボス部５１の外周に駆動歯形部５２が形成されている。前記駆動ギア５のボス部５１には、軸孔５１ａが形成され、前記駆動源Ｂの駆動シャフト６が挿入固着される。前記被駆動ギア４と駆動ギア５との少なくともいずれか一方側には固定手段Ｃが設けられている。

固定手段Ｃには、複数の実施形態が存在し、その第１実施形態は、図１乃至図３に示すように、前記被駆動ギア４に、その被駆動歯形部４２におけるポンプボディ１側寄りの側面で且つ前記被駆動ギア４の直径方向に向かって円形状に延出形成された鍔状部４３が設けられたものである。前記被駆動ギア４のポンプボディ１側寄りの側面とは、前記被駆動ギア４が前記ポンプボディ１のインペラシャフト２に組付け固定された状態で、前記被駆動ギア４のポンプボディ１に対向する側面のことをいう〔図１（Ａ）,図２参照〕。

固定手段Ｃを構成する前記鍔状部４３は、図３（Ａ）,（Ｃ）に示すように円形状に形成されたものであり、その具体的な形状としては、輪（環）状又は円板形状に形成されている。鍔状部４３のポンプボディ１側とは反対側の面には、被当接面４３ａが形成されている。該被当接面４３ａは、平坦面に形成された部位であり、被駆動ギア４の回転方向に沿って、凹凸の存在しない、均一な平坦に形成されたものである。鍔状部４３は、前述したように、前記被駆動ギア４の直径方向に向かって円形状に延出形成され、且つ該鍔状部４３が被駆動歯形部４２に隣接するように構成されている。

鍔状部４３は、前記被駆動歯形部４２の歯底部４２ｂの歯底円直径よりも大きな直径であり、好ましくは、前記鍔状部４３の直径は被駆動歯形部４２の歯先部４２ａ箇所の歯先円直径と同等か、又はそれ以上の大きさとなるように形成される。すなわち、前記鍔状部４３の直径を被駆動歯形部４２の歯先部４２ａ箇所の歯先円直径と同等とした場合には、被駆動歯形部４２の各歯形間の歯溝に形成された状態である〔図３（Ｃ）参照〕。

駆動源Ｂの動力源（モータ７又はオイルポンプ８）が始動して、駆動シャフト６が回転し駆動ギア５が回転すると、駆動歯形部５２から被駆動歯形部４２に回転を伝達して被駆動ギア４を回転させる。このとき、前記駆動ギア５の駆動歯形部５２が前記被駆動ギア４の鍔状部４３の被当接面４３ａに当接しているので、前記インペラシャフト２及び被駆動ギア４がポンプボディ１から軸方向に突出しようとするスラスト荷重に対抗して、前記駆動ギア５の駆動歯形部５２の側面が前記被駆動ギア４の鍔状部４３の被当接面４３ａに当接して押圧力Ｆａが作用し、前記インペラシャフト２の軸方向移動を抑え、軸方向を不動状態にする〔図８（Ａ）,（Ｂ）参照〕。

すなわち、駆動ギア５と被駆動ギア４とは回転を伝達すると共に、固定手段Ｃを介して前記駆動ギア５と被駆動ギア４とがインペラシャフト２の軸方向のみを不動状態にすることも行っている。これによって、インペラシャフト２に装着されたインペラ３は、ポンプ室１５内で軸方向に位置がずれることなく、インペラ３の底面３１ａと、ポンプ室１５の内面とが接触することなく、適正なクリアランスｄを維持しながら常時安定したポンプ動作を得ることができる〔図８（Ａ）参照〕。

前記固定手段Ｃの第２実施形態は、図４,図５に示すように、前記鍔状部４３は、前記被駆動ギア４の被駆動歯形部４２におけるポンプボディ１側寄りの側面で且つ前記被駆動ギア４の直径方向に向かって、前記被駆動歯形部４２の歯先円から突出するように延出形成されたものである〔図５（Ａ）,（Ｂ）参照〕。また前記駆動ギア５には、前記駆動歯形部５２におけるポンプボディ１側で且つ駆動歯形部５２の歯底部５２ｂより直径方向中心側寄りで且つ円周方向に沿って当接面部５３が形成されている〔図５（Ｃ）,（Ｄ）参照〕。該当接面部５３は、前記駆動歯形部５２のポンプボディ１側の側面から突出する面として形成され、円周方向に沿って、凹凸の存在しない均一且つ平坦な面として形成されている。前記当接面部５３は、被駆動ギア４と駆動ギア５とが噛合った状態で、前記被駆動ギア４の鍔状部４３に当接された状態となっている（図４参照）。

このとき、被駆動歯形部４２と駆動歯形部５２とが噛合いながら、駆動歯形部５２は前記鍔状部４３に当接しないで、前記当接面部５３と鍔状部４３とが当接することになる〔図４（Ｂ）参照〕。これによって、駆動歯形部５２と被駆動歯形部４２とは、駆動ギア５から被駆動ギア４への回転を伝達する役目のみであり、インペラシャフト２を軸方向に不動状態とする役目は、前記当接面部５３と鍔状部４３とによって行われることになり、被駆動歯形部４２と駆動歯形部５２の動力的負担を軽減することができる。

次に、固定手段Ｃの第３実施形態は、図６に示すように、前記駆動ギア５に鍔状部５４が形成されたものであり、前記被駆動ギア４には鍔状部４３は形成されない。前記鍔状部５４は、前記駆動ギア５の駆動歯形部５２におけるポンプボディ１側と反対側の側面で且つ前記駆動歯形部５２の直径方向に向かって略円環状に延出形成されたものである〔図６（Ｃ）,（Ｄ）参照〕。該鍔状部５４は、第１実施形態と同様に、駆動歯形部５２の歯底部５２ｂの歯底円直径よりも大きく形成され、好ましくは、駆動歯形部５２の歯先部５２ａの歯先円の直径と同等か又はそれ以上の大きさに形成される。

前記鍔状部５４のポンプボディ１側の面は、被当接面５４ａとして形成される。該被当接面５４ａは、平坦面に形成された部位であり、駆動ギア５の回転方向に沿って、凹凸の存在しない、均一な平坦に形成されたものである。そして、前記被駆動ギア４のポンプボディ１側とは反対側の被駆動歯形部４２の側面に駆動ギア５の鍔状部５４の被当接面５４ａが当接される。このような構成としたことによって、前記第１実施形態と略同等の構造にて、前記インペラシャフト２の軸方向移動のみを固定し、インペラ３のポンプ室１５内面との接触を防止することができる。

次に、駆動源Ｂの動力部には、図７に示すように、オイルポンプ８が使用される実施形態が存在する。オイルポンプ８は、ハウジング８１内にロータ８２と、該ロータ８２に装着された駆動シャフト６が内装されている。該駆動シャフト６には、ハウジング８１の外部に突出し、その突出部分に前記駆動ギア５が装着固定されている。オイルポンプは、トロコイドポンプが使用され、ロータ８２はトロコイド歯形を有するインナーロータとアウターロータの２つのロータから構成される。前記被駆動ギア４と駆動ギア５の少なくともいずれか一方には、固定手段Ｃが設けられている。該固定手段Ｃは、前述の第１乃至第３実施形態のものが使用されている。図７では、被駆動ギア４に固定手段Ｃとして鍔状部４３が形成されている。また、ポンプ作動時において、電動モータを排除し極めて静かな状態でポンプ動作を行うことができる。また、前記被駆動ギアは、合成樹脂により形成されたことによって、容易に目的の寸法に成形でき、前記駆動ギアに対する位置決めをより一層行い易く、容易にできる。

前記オイルポンプ８では、ウォーターポンプと同様に、吐出口の圧力を正とすると吸入口は負圧となり、吐出口から吸入口へかかる圧力がロータ８２にかかり、該ロータ８２と駆動シャフト６とがハウジング８１内のロータ室を軸方向に移動しようとする。この圧力により前記駆動シャフト６のスラスト荷重Ｆがポンプ本体Ａのポンプボディ１側に向かって作用する〔図７（Ｂ）参照〕。

さらに、駆動シャフト６を介してスラスト荷重Ｆが駆動ギア５にかかり、前記ポンプ本体Ａの被駆動ギア４を固定手段Ｃを介して押圧し、前記インペラシャフト２の軸方向を不動状態に維持することができる。このことにより、ポンプ本体Ａのポンプ室１５内におけるインペラ３の位置の軸方向における不動状態は強固なものとなる。また、特に図示しないが、前記固定手段Ｃでは、前記被駆動ギア４に鍔状部４３が形成され、前記駆動ギア５にも鍔状部５４が形成され、鍔状部４３と鍔状部５４とがそれぞれ他方側の歯形部の側面に当接する構成とすることもある。

（Ａ）は第１実施形態の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のア部拡大図である。 本発明の分解断面図である。 （Ａ）は被駆動ギアの斜視図、（Ｂ）は被駆動ギアの縦断側面図、（Ｃ）は被駆動ギアの要部拡大斜視図、（Ｄ）は駆動ギアの斜視図、（Ｅ）は駆動ギアの縦断側面図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のイ部拡大図である。 （Ａ）は第２実施形態における被駆動ギアの縦断側面図、（Ｂ）は被駆動ギアの要部斜視図、（Ｃ）は第２実施形態における駆動ギアの縦断側面図、（Ｄ）は駆動ギアの要部拡大断面図である。 （Ａ）は本発明の第３実施形態の縦断側面図、（Ｂ）はウ部拡大図、（Ｃ）は第３実施形態の駆動ギアの縦断側面図、（Ｄ）は（Ｃ）の要部拡大図である。 （Ａ）は駆動源にオイルポンプを使用した実施形態の縦断側面図、（Ｂ）は駆動源箇所の要部拡大図である。 （Ａ）は本発明の作用を示す要部の略示縦断側面図、（Ｂ）は本発明の作用を示す要部の略示斜視図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は従来技術を示す略示図である。

符号の説明

Ａ…ポンプ本体、１…ポンプボディ、２…インペラシャフト、３…インペラ、
４…被駆動ギア、Ｂ…駆動源、５…駆動ギア、Ｃ…固定手段、４２…被駆動歯形部、
４３…鍔状部、５２…駆動歯形部、５３…当接面部、５４…鍔状部、８…オイルポンプ、
８２…ロータ。

Claims (3)

1. ポンプボディと、インペラシャフトと、インペラと、被駆動ギアとから構成されたポンプ本体と、前記被駆動ギアと噛合する駆動ギアが備えられた駆動源とからなり、前記被駆動ギアは前記ポンプボディの外部に位置して前記インペラシャフトに装着され、該インペラシャフトを軸方向にのみ不動とする固定手段が前記被駆動ギア又は駆動ギアの少なくともいずれか一方側に設けられてなることを特徴とするウォーターポンプ。
2. 請求項１において、前記固定手段は、前記被駆動ギア又は前記駆動ギアの歯形部における、前記ポンプボディ又は前記駆動源の側面で、且つ前記歯形部の直径方向に向かって円形状に延出形成された鍔状部とし、該鍔状部は前記駆動ギア又は前記被駆動ギアの前記歯形部の側面に当接されてなることを特徴とするウォーターポンプ。
3. 請求項１において、前記固定手段は、前記被駆動ギアの被駆動歯形部におけるポンプボディ側寄りの側面で且つ前記被駆動ギアの直径方向に向かって、且つ前記被駆動歯形部の歯先円から突出するように延出形成された鍔状部とし、前記駆動ギアの歯形部におけるポンプボディ側で且つ歯形部の歯底部より直径方向中心側寄りで且つ円周方向に沿って当接面部が形成され、該当接面部は前記被駆動ギアの鍔状部に当接されてなることを特徴とするウォーターポンプ。

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