JP2014181622A - ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】取付け及びメンテナンスが容易な構造を備えた利便性の高いウォータポンプを提供する。
【解決手段】流体を流通させる機器本体１２に対して自身を回転させて螺合するネジ機構１９を有するボディ１１と、ボディ１１に軸受１３を介して支持された回転軸１４と、回転軸１４の一端に設けられ、流体を搬送するインペラ１５と、インペラ１５と軸受１３との間の位置において回転軸１４とボディ１１とに亘って設けられたシール部材１８と、ボディ１１のうちシール部材１８を挟んでインペラ１５とは反対側の領域において回転軸１４の周囲を取り囲んだ状態で配置され、シール部材１８から進入した流体を受け止める流体進入部２０と、流体進入部２０から回転軸１４の外方に延出し、流体進入部２０の流体をボディ１１の外部に排出可能な複数のドレン流路２１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボディに軸受を介して支持された回転軸と、回転軸の一端に設けられ、流体を搬送するインペラと、インペラと軸受との間の位置において回転軸とボディとに亘って設けられたシール部材と、シール部材から進入した流体を受け止める流体進入部と、流体進入部から回転軸の外方に延出したドレン流路と、を備えたウォータポンプに関する。

従来の上記ウォータポンプにあっては、カバーとハウジングとをボルトで固定してボディを形成すると共に、該ボディをエンジンブロックにボルトで固定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このウォータポンプは、シール部材の僅かな隙間から漏れた流体を受け止める流体進入部からドレン流路を経由して、カバーとハウジングとの間に形成された鉛直方向下方に位置する溜部に流体が貯留される。

また、従来、ボディをエンジンブロックにボルトで固定し、ボディの径外方向に形成された凹部にプラグを圧入して、鉛直方向下方に溜部を形成するウォータポンプが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１５５９３０号公報 特開２００８−１２１４８８号公報

しかしながら、従来のウォータポンプは、エンジンブロックにボディを複数のボルトで締結しているので、取付けに手間がかかっていた。
また、溜部をボディに形成している従来のウォータポンプにあっては、流体を貯留する溜部が鉛直方向下方に位置するよう、エンジンブロックに対するボディの取付姿勢に注意を払う必要があった。

さらに、特許文献１の技術にあっては、ボディを締結するのに複数のボルトとボルト穴が必要となるので、部品点数が増えるのみならず、設置に手間やコストがかかる。故障などで取り外す時には、複数のボルトによりメンテナンスにも難があった。
特許文献２の技術においては、別途プラグが必要であるので部品点数が多くなり取付けに手間がかかる。また、ドレン流路などの目詰まりを防止すべく流体の蒸発による析出物を取除く際、プラグやその周辺部材を分解しなければならずメンテナンスが困難である。
本発明は、上記背景を鑑み、取付け及びメンテナンスが容易な構造を備えた利便性の高いウォータポンプを提供することを目的とする。

本発明に係るウォータポンプの特徴構成は、流体を流通させる機器本体に対して自身を回転させて螺合するネジ機構を有するボディと、当該ボディに軸受を介して支持された回転軸と、当該回転軸の一端に設けられ、前記流体を搬送するインペラと、当該インペラと前記軸受との間の位置において前記回転軸と前記ボディとに亘って設けられたシール部材と、前記ボディのうち前記シール部材を挟んで前記インペラとは反対側の領域において前記回転軸の周囲を取り囲んだ状態で配置され、前記シール部材から進入した前記流体を受け止める流体進入部と、当該流体進入部から前記回転軸の外方に延出し、前記流体進入部の流体を前記ボディの外部に排出可能な複数のドレン流路とを備えた点にある。

本構成によると、機器本体に対してボディ自体を螺合させるだけで、ウォータポンプの取付けが完了する。従って、複数のボルトを締結する必要がなく、メンテナンスの際もボディ自体を簡単に取外すことができるので、効率的である。

一方、ボディを機器本体に取付ける際、ネジ機構をボディに設けた構成であるので、締付けトルクや摩擦力が変動すると回転方向の締結位置が一定にならずに、製品ごとのばらつきが生じやすい。

しかしながら、本構成では、シール部材から漏れた流体を受け止める流体進入部から回転軸の外方に延出するドレン流路を複数設けている。このため、ボディの機器本体に対する回転方向の締結位置に変動が生じても、何れかのドレン流路は、鉛直方向に対して下方及び上方に配置される。
すなわち、シール部材から漏れ出た流体は、鉛直方向下方のドレン流路に排出され、流体のうち気化した蒸気は、鉛直方向上方のドレン流路を通って大気へ排出される。従って、ボディの機器本体に対する取付姿勢に注意を払う必要がない。
このように、ボディ自体にネジ機構を備えると共に、回転軸の外方に延出した複数のドレン流路を備えることで、ウォータポンプの取付け及びメンテナンスが容易となる。

本発明のウォータポンプにあっては、前記複数のドレン流路が周方向に均等配置してあると好適である。

本構成のように、複数のドレン流路を均等に配置することで、ボディの取付姿勢が変化しても、何れかのドレン流路が、鉛直方向に対して下方及び上方に配置され易くなる。従って、ボディの機器本体に対する取付けが容易である。

本発明のウォータポンプにあっては、前記ボディにおける前記ドレン流路の開口部の近傍に前記回転軸に対して外方に突出するフランジ部を設けると共に、前記ボディを前記機器本体に螺合したとき、前記フランジ部が対向する前記機器本体の位置に凹部を形成し、 当該凹部と前記フランジ部とで形成される領域を、前記複数のドレン流路の少なくとも一つと連通して前記流体を貯留する溜部としてあると好適である。

本構成のようにボディにフランジ部を設け、機器本体に凹部を設けるといった簡単な構造を採用することによって、機器本体に対してボディ自体を螺合させるだけで溜部を形成することができる。また、ボディ自体を取外すことで、ボディ側のドレン流路と、機器本体側の溜部とを簡単に洗浄することができる。
このように、取付け及びメンテナンスが容易で、利便性の高いウォータポンプを提供できる。

本発明のウォータポンプにあっては、前記ボディにおける、前記複数のドレン流路のうち最も鉛直方向下方に沿うものの開口部に、前記流体を受け止め可能な溜部形成部材を接続してあると好適である。

一般的に、ウォータポンプは、クランクシャフトからの駆動力がボディの外側に形成されるプーリを介して伝達される。プーリの内周側と回転軸の外周側との間は、通常、空間部として形成される部分であってスペースも大きい。
本構成によると、前記空間部に溜部形成部材を挿入して取付けるだけで溜部を形成することができるので、設置が容易である。さらに、メンテナンスの際は溜部形成部材を単独で取替えることができるので、利便性が高い。

本実施形態におけるウォータポンプの要部を示す縦断面図である。 図１におけるII−II線断面図である。 別実施形態におけるウォータポンプの要部を示す縦断面図である。

以下に、本発明に係るウォータポンプの実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、一例として、車両用エンジン（駆動機構の一例）に装備された冷却水循環用のウォータポンプ１として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

ウォータポンプ１は、冷却水（流体の一例）を、車両のエンジン及び図示しないラジエータに循環させる。冷却水は、エンジンで発生した熱によって温められ、ラジエータで熱を放出することでエンジンを冷却する。

図１に示すように、ウォータポンプ１は、ボディ１１がエンジンブロック１２（機器本体の一例）に対して自身を回転させて螺合するネジ機構１９を有する。ボディ１１には軸受１３を介して回転軸１４が支持されている。回転軸１４の一端には冷却水を搬送するインペラ１５が設けられており、他端にはプーリブラケット１７を介して駆動プーリ１６が固定されている。また、インペラ１５と軸受１３との間には冷却水が回転軸１４の隙間から漏れ出ないよう、ボディ１１と回転軸１４とに亘ってメカニカルシール１８（シール部材の一例）が配設されている。
なお、図示しないが、クランクプーリからタイミングベルトを介して駆動プーリ１６を回転させても良いし、電動モータから駆動力を得る構成にしても良い。

駆動プーリ１６により回転軸１４が駆動されると、インペラ１５が回転して、エンジンブロック１２内部で流通した冷却水が冷却水入口から吸入され、冷却水出口より排出される。このとき、ボディ１１のうちメカニカルシール１８を挟んでインペラ１５とは反対側の領域において回転軸１４の周囲を取り囲んだ状態で配置される流体進入部２０には、メカニカルシール１８と回転軸１４との間の微小な隙間を通って、冷却水が漏洩する。すなわち、流体進入部２０は、メカニカルシール１８から進入した冷却水を受け止める。

また、ボディ１１には、図２に示すように、流体進入部２０から回転軸１４の外方に延出し、流体進入部２０の流体をボディ１１の外部に排出可能な複数のドレン流路２１が放射状に形成される。なお、ドレン流路２１は、鉛直方向に対して傾斜させても良いし、傾斜させなくても良い。
メカニカルシール１８から漏洩した冷却水の一部は、回転によって高温になった回転軸１４やボディ１１からの伝熱を受けて気化され、蒸気となる。
なお、本発明における流体とは、冷却水のうち、液分と蒸気とを含んだものとして定義され、以降、特に区分する必要がある場合を除いて流体として説明する。

流体のうち液分は、複数のドレン流路２１において鉛直方向下方にあるドレン流路２１ａを経由して、エンジンブロック１２において鉛直方向下方で周方向に沿って形成された溜部２２に貯留される。
詳細は後述するが、溜部２２に貯留される液分が外部に排出されないよう、ボディ１１に形成されたフランジ部２４によって溜部２２が閉塞される。
溜部２２に排出された液分は、高温になったボディ１１から伝熱されて蒸気となる。このため、基本的に液分が外部に流出されることがないが、溜部２２の許容貯留量をオーバーした場合のみ外部に放出するよう、フランジ部２４のうち、回転軸１４側にドレン孔２５を形成している。
なお、ドレン孔２５を設けなくても良いし、溜部２２の内部に吸水性の良い面状部材などを設け、表面積を増大させることで蒸発を促進させても良い。

流体のうち蒸気は、複数のドレン流路２１において鉛直方向上方に沿うドレン流路２１ｂを経由して、エンジンブロック１２の鉛直方向上方に形成された蒸気排出部２３から外部へ排出される。
詳細は後述するが、蒸気排出部２３に流入した蒸気が大気解放されるよう、蒸気排出部２３はボディ１１に形成されたフランジ部２４によって閉塞されない。

次に、本実施形態におけるボディ１１のエンジンブロック１２への取付けについて説明する。
ボディ１１のうち、軸受１３よりメカニカルシール１８側には、螺旋状のねじ山を有する雄ネジ部１９ａが形成されている。エンジンブロック１２には、雄ネジ部１９ａを螺入させる雌ネジ部１９ｂが形成されている。ボディ１１とエンジンブロック１２との当接部１１ａ、１２ａの間には、例えば、金属部材の両面にゴム、合成樹脂等の非金属部材をコーティングした円環状のメタルガスケット２７が挟着配置される。メタルガスケット２７によって、エンジンブロック１２内部を流通する流体が、ボディ１１の外部に漏洩するのが防止される。
なお、メタルガスケット２７に代えて、平座金やばね座金などのワッシャで形成しても良いし、合成樹脂や比較的硬質のゴムなど若干の弾性を備えた材料で形成しても良く、特に限定されない。

本実施形態では、雄ネジ部１９ａ及び雌ネジ部１９ｂとメタルガスケット２７とでネジ機構１９が構成される。ネジ機構１９は、エンジンブロック１２の当接部１２ａの周方向に亘ってメタルガスケット２７を配設した後、ボディ１１自身をエンジンブロック１２に螺合するものである。従って、ウォータポンプ１の取付けが容易で、雄ネジ部１９ａの締付力でメタルガスケット２７のシール性が発揮されるので流体の漏洩を防止できる。

雄ネジ部１９ａは、駆動プーリ１６の正面視における回転方向が反時計回りの場合、左ねじに、いわゆる逆ねじに形成される。すなわち、駆動プーリ１６の回転方向はネジ機構１９が締まる方向となるので、ボディ１１がエンジンブロック１２に対して緩むことがない。また、ネジ機構１９の締付力によって、メタルガスケット２７のシール性が高まる。
なお、駆動プーリ１６が回転する際、ネジ機構１９が締まる方向に回転トルクが伝達されるものであれば、雄ネジ部１９ａは右ねじでも良い。

ボディ１１は、ドレン流路２１ａの開口部近傍に回転軸１４に対して外方に突出した環状のフランジ部２４を有する。また、エンジンブロック１２は、雌ネジ部１９ｂ周端の外方を、周方向に沿って切削している。

図１に示すように、ボディ１１をエンジンブロック１２に螺合した時、フランジ部２４の対向する位置に、雄ネジ部１９ａとエンジンブロック１２とで凹部２６が形成される。凹部２６ａとフランジ部２４とで形成される領域が、溜部２２となり、凹部２６ｂとフランジ部２４とで形成される領域が、蒸気排出部２３となる。
凹部２６ａの開口は、フランジ部２４によって完全に覆われるよう径方向を小さくし、凹部２６ｂの開口は、フランジ部２４によって覆われない所定の領域を形成するよう径方向を大きくしている。
なお、凹部２６とフランジ部２４との間の僅かな隙間を通って液分が外部に漏れないよう、凹部２６の外周壁部とフランジ部２４との間にはメタルガスケットなどのシール材を挟着しても良い。

本実施形態では、ボディ１１自身を回転させてエンジンブロック１２に螺合するネジ機構１９を形成しているので、締付トルクが異なると、ボディ１１のエンジンブロック１２に対する軸芯周りの取付け位置が一定とならない。
そこで、図２に示すように、エンジンブロック１２に形成される溜部２２及び蒸気排出部２３に、夫々少なくとも一つのドレン流路２１ａ、２１ｂが連通するよう、ボディ１１には、ドレン流路２１が周方向に対して所定の間隔で均等に配置されている。すなわち、ネジ機構１９による締付トルクが変動しても、必ず何れかドレン流路２１は、溜部２２及び蒸気排出部２３に連通される。

さらに、凹部２６ａを、軸芯に垂直な断面視で長円状に形成することで、ドレン流路２１の箇所数を少なくすることができると共に、溜部２２においては液分の貯留量を多く確保できる。
なお、ドレン流路２１は均等配置でなくても良いし、締付トルクによる回転方向の変動範囲を設定して、必要箇所だけ設けても良い。また、凹部２６ａは、長円状ではなく、軸芯に垂直な断面視で円形状に形成しても良いし、矩形状に形成しても良い。

［別実施形態］
図３には、本発明に係る別実施形態が示される。なお、上述した実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
上述した実施形態ではエンジンブロック１２に溜部２２を形成したが、本実施形態では液分を受け止め可能な流体進入部を有するドレンポケット２８（溜部形成部材の一例）を設けている。ドレンポケット２８は、内部空間に溜部２２と、溜部２２を取り囲んで壁部２９とで形成される。本実施形態におけるドレン流路２１は、エンジンブロック１２の外側に配設される。また、エンジンブロック１２に溜部２２を形成しないので、フランジ部２４を設けていない。

ドレンポケット２８は、ドレン流路２１のうち最も鉛直方向下方に沿うものの開口部に接続される。ドレンポケット２８は、ボディ１１に対して、ネジ締結、先端にフックを設けたスナップフィットなどにより接続される。また、ドレンポケット２８とボディ１１との接合面には、シール材を介在させて液分を外部に流出させない構成が好適である。
なお、ネジ機構１９におけるメタルガスケット２７は、上述した実施形態のごとくフランジ部２４を設けてエンジンブロック１２との間に挟着しても良い。この場合、フランジ部２４は、メタルガスケット２７を配設できる最小限の幅があれば良い。

本実施形態では、冷却液が蒸発することによる析出物が溜部２２に付着しても、ドレンポケット２８のみ取り外せばよく、ウォータポンプ１を分解してメンテナンスする必要がない。また、ドレンポケット２８の大きさを変更すれば、液分の必要貯留量を適宜変更できる。
上述の実施形態では、溜部２２の容量をオーバーした液分をドレン孔２５から排出させる構成にしたが、本実施形態では、ドレンポケット２８に連通されない他のドレン流路２１から排出されるので、ドレン孔２５を必ずしも設ける必要がない。

ドレン流路２１をエンジンブロック１２の外側に設けているので、駆動プーリ１６の内側と回転軸１４の外側との間のスペースが大きい。さらに、駆動プーリ１６の端部とエンジンブロック１２と間には、大きな隙間が形成される。このため、ドレンポケット２８の形状に関する自由度が高く、ドレンポケット２８の出し入れもし易い。

［その他の実施形態］
（１）上記の実施形態では、ネジ機構１９を、雄ネジ部１９ａ及び雌ネジ部１９ｂとメタルガスケット２７とで構成したが、雄ネジ部１９ａと雌ネジ部１９ｂとで構成しても良い。この場合、例えば、雄ネジ部１９ａの先端部に、シール材を接着したり、ワッシャを一体成形するなどすればシール機能を確保できる。
（２）ドレン流路２１、溜部２２及び蒸気排出部２３の数量については、特に限定されない。ドレン流路２１は２箇所以上あれば良く、溜部２２及び蒸気排出部２３の数量及び大きさに応じ、ネジ機構１９によってドレン流路２１が必ず連通するよう位置決めされる配置であれば適宜変更可能である。
（３）上記の実施形態では、エンジンブロック１２を切削して凹部２６を形成したが、さらにフランジ部２４の合わせ面を切削しても良い。この場合、溜部２２において、液分の貯留量をより多くすることができる。
（４）上記の実施形態では、エンジンブロック１２の蒸気排出部２３を凹部２６の内部空間に形成する例を示したが、エンジンブロック１２に外部へ連通する貫通孔を設けて蒸気を排出しても良い。
（５）ウォータポンプ１をモータ駆動する場合、駆動プーリ１６の内側と回転軸１４の外側との間のスペースに、ウォータポンプ１の回転速度を可変することができる可変機構を設けても良い。

本発明に係るウォータポンプは、各種車両における幅広い冷却対象に用いられるウォータポンプに利用可能である。

１ ウォータポンプ
１１ ボディ
１２ エンジンブロック（機器本体）
１３ 軸受
１４ 回転軸
１５ インペラ
１８ メカニカルシール（シール部材）
１９ ネジ機構
２０ 流体進入部
２１ ドレン流路
２２ 溜部
２４ フランジ部
２８ ドレンポケット（溜部形成部材）

Claims (4)

1. 流体を流通させる機器本体に対して自身を回転させて螺合するネジ機構を有するボディと、
   当該ボディに軸受を介して支持された回転軸と、
   当該回転軸の一端に設けられ、前記流体を搬送するインペラと、
   当該インペラと前記軸受との間の位置において前記回転軸と前記ボディとに亘って設けられたシール部材と、
   前記ボディのうち前記シール部材を挟んで前記インペラとは反対側の領域において前記回転軸の周囲を取り囲んだ状態で配置され、前記シール部材から進入した前記流体を受け止める流体進入部と、
   当該流体進入部から前記回転軸の外方に延出し、前記流体進入部の流体を前記ボディの外部に排出可能な複数のドレン流路とを備えたウォータポンプ。
2. 前記複数のドレン流路が周方向に均等配置してある請求項１に記載のウォータポンプ。
3. 前記ボディにおける前記ドレン流路の開口部の近傍に前記回転軸に対して外方に突出するフランジ部を設けると共に、
   前記ボディを前記機器本体に螺合したとき、前記フランジ部が対向する前記機器本体の位置に凹部を形成し、
   当該凹部と前記フランジ部とで形成される領域を、前記複数のドレン流路の少なくとも一つと連通して前記流体を貯留する溜部としてある請求項１又は２に記載のウォータポンプ。
4. 前記ボディにおける、前記複数のドレン流路のうち最も鉛直方向下方に沿うものの開口部に、前記流体を受け止め可能な溜部形成部材を接続してある請求項１または２に記載のウォータポンプ。

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