JP3000344B2 - 水ポンプ及びその製造方法 - Google Patents

水ポンプ及びその製造方法

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インペラを先端に
固着した回転軸を支承する軸受をハウジングにて支持し
てなる水ポンプ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の水ポンプにあっては回転
軸を支承する軸受と、これを支持するハウジングとは別
々に構成され、この両者は焼ばめ圧入によって一体化さ
れている。また軸受の空間内に潤滑油としてグリースを
充填している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、
軸受のほかに、ハウジングのボス部に、この軸受が嵌合
するための穴加工を施す必要があり、その分機械加工す
る工程が多くなり、さらに、これらの加工は精度を出さ
なければならないため、このことからも製造工程が多く
かかっていた。また軸受とハウジングは抜け方向及び回
転方向に十分強固に結合されなければならないが、現在
の焼ばめ圧入やカシメ等に代る簡単な方法で信頼性のあ
る結合手段が望まれている。
【0004】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、ハウジングのボス部の軸受との嵌合部の加工を必
要としなくなって機械加工の工数を少なくでき、また抜
き方向の抵抗を大きくでき、また、軸受室内への潤滑油
の充填量を多くできると共に、この潤滑油を随時補充で
きるようにできる水ポンプを提供すると共に、製造工程
を大幅に少なくできるようにした上記水ポンプの製造方
法を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る水ポンプは、回転軸の中間部をハウジ
ングのボス部に嵌着された軸受にて支承し、この回転軸
の軸受よりハウジングの外側に突出する部分に回転体を
固着し、ハウジングのうず巻き室内に突出する部分にメ
カニカルシール等のシール部材とインペラを固着した水
ポンプにおいて、軸受の外筒をハウジングのボス部に
包みにより一体結合し、また回転軸をハウジングの外
側へ突出する方の一端を開放し、奥側を閉じた中空にす
ると共に、この中空部と軸受室とを連通し、この中空部
と軸受室とに潤滑油を充填し、回転軸の開放側端部に、
回転軸の中空部内に潤滑油を補充可能にした栓体を設け
た構成になっている。
【0006】また上記水ポンプの製造方法は、回転軸
と、この回転軸に嵌合し、かつ外筒を有する軸受とによ
り軸部アッセンブリ体を構成し、この軸部アッセンブリ
体をハウジングを成形する金型装置内に設置し、この軸
部アッセンブリ体の軸受の外筒をハウジングのボス部に
鋳包みにより一体成形してハウジングを成形するように
した。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図1は本発明に係る水ポンプを示すもの
で、図中1は回転軸であり、この回転軸1の中間部はハ
ウジング2のボス部2aに嵌着された軸受3に支承され
ている。そしてこの軸受3よりハウジング2の内側であ
るうず巻き室4側に突出する内側端部にメカニカルシー
ル5とインペラ6とが嵌着されており、軸受3よりハウ
ジング2の外側へ突出する外側端部にプーリのボス部材
7が嵌着されている。8はうず巻き室4は閉じる蓋体で
ある。
【0008】上記回転軸1と軸受3とは図2に示すよう
に軸部アッセンブリ体Aとしてあらかじめ組立てられる
ようになっていて、この軸部アッセンブリ体Aは、回転
軸1と、軸受3の外筒9と、この両者の間に介装したボ
ール10及び軸方向両側を閉じるシール部材11a,1
1bとからなっている。上記ボール10は回転軸1の外
周に環状に設けたインナレース12と外筒9の内周に環
状に設けたアウタレース13に嵌合して円周方向に複数
個配置されていて、これが軸方向に2列となっている。
なおインナレースは環状の別部材にて構成してもよい。
【0009】回転軸1はこれの外側端部から軸受3との
嵌合部にわたって中空になっていて、この中空部14は
軸受3のシール部材11a,11bで閉じられた軸受室
3a内に回転軸1に設けた連通孔15にて連通されてい
る。そしてこの中空部14の開口端は、中空部14にグ
リースを注入した後に栓16にて閉じるようになってい
る。なおこの栓16は着脱可能にするか、あるいはこの
栓16にグリースニップルを用いて、グリースの補給が
できるようにする。また図1において鎖線で示すよう
に、回転軸1の外側端部に嵌着するボス部材7aにて閉
じるようにしてもよい。軸受3の外筒9の外周には環状
溝17が設けてある。なお、上記回転軸1は、これの構
成材料に鋼管を用い、これを直径方向外側から絞り込ん
で中実部を構成し、管状部を残して中空部14とするよ
うにしてもよい。
【0010】上記軸部アッセンブリ体Aはハウジング2
のボス部2aに鋳包みにより一体構成となっている。図
3はその鋳包む手段を示すもので、ハウジング2を成形
するキャビティ12a,12bを有する分割金型18
a,18b内に軸部アッセンブリ体Aをセットし、つい
で分割金型18a,18bを型締めし、これのキャビテ
ィ12a,12b内に溶融状態のハウジング2の構成材
料、例えばアルミニウム合金を流し込んで成形する。こ
のとき、通常の圧力による普通鋳造、あるいは加圧した
ダイカスト鋳造のいずれでもよい。このとき、軸部アッ
センブリ体Aの外筒9とハウジング2のボス部2aとは
強固に結合される。特に、外筒9の外周面に複数本(2
本)の溝17が設けてあることにより、この外筒9とハ
ウジング2のボス部2aとは軸方向(抜け方向)に強固
に結合される。なおこれは溝に限るものではなく、単に
凹凸を有しているだけでもよい。
【0011】上記ハウジング2の構成材料は所定の強度
を有していると共に、モールディング成形できる材料な
ら特に限定されない。因みにこの構成材料としては、ア
ルミニウム合金以外に、マグシウム合金等の非鉄の軽量
合金や鋳鉄等の金属材料が用いられ、さらにそのほか
に、合成樹脂でもよい。この合成樹脂としては、フェノ
ール樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹
脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ふっ素樹脂
等の熱可塑化樹脂、さらに、高強度(ガラス繊維入
り)、耐熱性、耐薬品性に優れたエンジニアリングプラ
スチック等がある。
【0012】上記成形後、型から取り出して、必要に応
じてハウジング2の機械加工をする。このとき、ハウジ
ング2の加工は軸部アッセンブリ体Aを基準にして行わ
れるため、全体の仕上り精度を良く行うことができる。
例えば、ハウジング2のうず巻き室4の内周面は上記軸
部アッセンブリ体Aを基準として鋳包みされているた
め、精度よく成形されていて、うず巻き室4の内周とイ
ンペラ6の外周との間の隙間であるチップクリアランス
は未加工にもかかわらず狭められる。
【0013】上記ハウジング2の加工後、軸部アッセン
ブリ体Aの回転軸1にメカニカルシール5、インペラ6
及びプーリのボス部材7を嵌合する。このとき、メカニ
カルシール5を嵌合する前に、ハウジング2の外側から
メカニカルシール嵌合部の内側に向けて水抜き孔19を
穿設し、かつこれの切りくずをきれいに排除してからメ
カニカルシール5を圧入する。またこの組立て時に、回
転軸1の中空部14にグリースを、これが連通孔15を
通って軸受室3a内に圧入されるまで圧入して栓16に
て閉じる。さらに、上記ハウジング2に蓋体8を固着し
て組立てが終了する。
【0014】上記構成において、軸受3の外筒9に、ハ
ウジング2のボス部2aの外側に連通して設けられる水
抜き孔19をあらかじめ穿設しておき、これの鋳包み
に、この水抜き孔19に棒状また管状等の栓体を、外筒
9からボス部2aの外側にわたるように挿入しておいて
もよい。
【0015】また、ハウジング構成材料が、合成樹脂等
成形時の溶融温度が200℃以下の構成材料である場
合、回転軸に使用される潤滑油にリチウムグリース、ナ
トリウムグリース等の耐熱性の基油が使用されるものに
あっては、回転軸は中実にて構成し、鋳包み前に、軸受
3の軸受室内にこれらのグリースを充填しておいてもよ
い。ただし、熱劣化の恐れのあるグリースが使用される
場合は、シール部材11a,11bの一方を鋳包み
取り外しておき、ハウジング成形後に軸受室内へグリー
スを注入し、上記取り外したシール部材を嵌めて密封を
することができる。
【0016】また上記実施例では、メカニカルシール5
はハウジング2の鋳包み後に軸部アッセンブリ体Aに組
立てた例を示したが、このメカニカルシール5のゴム部
分がハウジング2の鋳包み時の熱に耐えられるものであ
れば、鋳包み前にあらかじめ組立てておき、その後鋳包
してもよい。この場合水抜き孔19は上記したように
鋳包み前で、かつメカニカルシール5の嵌合前にあけて
おく必要があり、鋳包み前にこれを栓体で閉じておき、
鋳包み成形後にこの栓体を取り除くか、栓体に用いた鋼
管等を固着する。
【0017】上記構成による本発明のハウジング2の構
成材料にアルミニウム合金を用いた実施例における水ポ
ンプと、軸受とハウジングとの結合を焼きばめ圧入を行
った第1の従来例と、焼きばめ圧入と外筒の端部でカシ
メとを組合わせた第2の従来例とを、ハウジング2の軸
部2aに対する外筒9の抜け力を比較した結果、図4に
示すようになった。図中aは本発明の実施例を示し、b
は上記第1の従来例、cは第2の従来例を示し、本発明
の実施例のものの方が抜け方向の抵抗力が格段に大きか
った。
【0018】また回転軸1を中空にし、ここから軸受3
の軸受室3aのグリースを圧入するようにした本発明の
実施例による水ポンプと、回転軸1を中空にはせず、軸
受3の軸受室3aにこの軸受3の組立て時にあらかじめ
グリースを充填した従来の水ポンプをそれぞれ回転数が
7200r.p.mで回転したときの軸受部の温度上昇
を比較した結果、図5に示すようになった。図中aは本
発明の実施例、bは従来例を示し、本発明の実施例のも
のの方が10℃低かった。これは、回転軸1の中空化に
より放熱面積が拡大したこと、さらに中空部14内の大
量のグリースが熱伝導を助長し、過度に温度が上昇する
のを防止したためと思われる。
【0019】また上記比較体において、起動トルクを調
べた結果、図6に示すようになり、回転軸1を中空に
し、これにグリースを注入した本発明の実施例を示すa
の方が従来例を示すbより小さかった。これは大量のグ
リースにより十分な潤滑結果が得られたことによるもの
と思われる。
【0020】さらに、上記比較体において、両者を72
00r.p.mで回転した高速耐久試験を水温90℃
(±3℃)で行った結果、図7に示すようになり、グリ
ースを充填した中空の回転軸を用いた本発明に係る水ポ
ンプの結果を示すaは600Hrと、従来のものbの4
50Hrに比べて格段に耐久性を有している。これもグ
リースを大量に軸受内に供給できたことによるものと思
われる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、水ポンプの軸受の外筒
をハウジングのボス部に鋳包みにより結合したことによ
り、ハウジングのボス部内径面の軸受嵌合用の機械加工
を省略することができて機械加工の減少を図ることがで
きると共にカシメ加工を必要とせず、その上、従来焼ば
めに必要としていた加熱装置もいらなくなる。さらに、
従来のハウジングに軸受の圧入が行われないため、圧入
による軸受ボールの損傷を全くなくすことができる。ま
た上記軸受の外筒とハウジングとの結合が強固になり抜
け方向の抵抗を従来の焼ばめ圧入等の手段によるのに比
較して極めて大きくすることができ、信頼性の向上を図
ることができる。またハウジングの他の部分の機械加工
部はすでにハウジングと一体となっている軸受を基準と
して加工できるので、全体的な加工精度を向上すること
ができる。
【0022】またこの水ポンプにおいて、上記軸受にて
支承される回転軸をハウジングの外側へ突出する方の一
端を開放し、奥側を閉じた中空にすると共に、この中空
部と軸受室とを連通し、この中空部と軸受室とに潤滑油
を充填し、回転軸の開放側端部に、回転軸の中空部内に
潤滑油を補充可能にした栓体を設けた構成となっている
ことにより、軸受に対する潤滑油の充填量が多くなって
冷却伝熱性の改善が図られると共に、回転軸が中空にな
っていることによる放熱効果により、軸受部の温度上昇
を抑制することができた。その上、上記潤滑油の充填量
が多くなることにより、回転軸の起動トルクが小さくな
ると共に、高速耐久性を著しく向上することができた。
そしてさらに、潤滑油は経時的に消耗されるが、栓体よ
りこれを随時補充することができる。
【0023】そしてさらに、上記水ポンプの製造方法
は、回転軸と、この回転軸に嵌合し、かつ外筒を有する
軸受とにより軸部アッセンブリ体を構成し、これをハウ
ジングを成形する金型装置内に設置してこの軸受の外筒
にハウジングのボス部を鋳包み成形したことにより、ハ
ウジングの鋳包みと同時に上記軸部アッセンブリ体がハ
ウジングのボス部に強固な結合された状態で鋳包み結合
される。また製造工程を大幅に少なくすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用しようとする水ポンプを示す断面
図である。
【図2】軸部アッセンブリ体を示す一部破断面図であ
る。
【図3】軸部アッセンブリ体をハウジング成形金型内に
設置した状態を示す断面図である。
【図4】抜け力の比較を示す線図である。
【図5】軸受部の温度上昇の比較を示す線図である。
【図6】起動トルクの比較を示す線図である。
【図7】耐久時間の比較を示す線図である。
【符号の説明】
1…回転軸、2…ハウジング、2a…ボス部、3…軸
受、3a…軸受室、4…うず巻き室、5…メカニカルシ
ール、6…インペラ、7,7a…ボス部材、8…蓋体、
9…外筒、10…ボール、11a,11b…シール部
材、12…インナレース、13…アウタレース、14…
中空部、15…連通孔、16…栓、17…環状溝、18
a,18b…分割金型、19…水抜き孔、A…軸部アッ
センブリ体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04D 29/04 - 29/06 B29C 45/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸の中間部をハウジングのボス部に
    嵌着された軸受にて支承し、この回転軸の軸受よりハウ
    ジングの外側に突出する部分に回転体を固着し、ハウジ
    ングのうず巻き室内に突出する部分にメカニカルシール
    等のシール部材とインペラを固着した水ポンプにおい
    て、軸受の外筒をハウジングのボス部に鋳包みにより
    結合、また回転軸をハウジングの外側へ突出する
    方の一端を開放し、奥側を閉じた中空にすると共に、こ
    の中空部と軸受室とを連通し、この中空部と軸受室とに
    潤滑油を充填し、回転軸の開放側端部に、回転軸の中空
    部内に潤滑油を補充可能にした栓体を設けたことを特徴
    とする水ポンプ。
  2. 【請求項2】 回転軸と、この回転軸に嵌合し、かつ外
    筒を有する軸受とにより軸部アッセンブリ体を構成し、
    この軸部アッセンブリ体をハウジングを成形する金型装
    置内に設置し、この軸部アッセンブリ体の軸受の外筒を
    ハウジングのボス部に鋳包みにより一体結合してハウジ
    ングを成形するようにしたことを特徴とする水ポンプの
    製造方法。
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