JP3675321B2 - ウォータポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の冷媒を循環させるウォータポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平4−262096号公報にはポンプケースに回転軸を囲繞する円筒状の支持部が設けられ、該支持部から外方に突出した回転軸の外端には支持部を囲繞する円筒状に形成されたプーリが一体的に結合され、プーリの内面及び支持部の外面間にはベアリングが介設され、支持部の内面及び回転軸間にはベアリングと同心状に配置されるシール部材のみが介設されるウォータポンプが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のウォータポンプにおいては、軸シール部材(メカニカルシール)から漏れた冷媒がベアリングに侵入すると、ベアリングに腐食が生じて、その摺動抵抗が増大したり、ベアリングが破壊されたりする不具合を生じる。
【0004】
このため、従来のウォータポンプにおいては、軸シール部材から漏れた冷媒がベアリングへの侵入するのを防止するために、ハウジングの支持部内面と回転軸との間に軸シール部材とは別に複数のシール部材を介設している。しかしながら、このような構成ではベアリングへの冷媒の侵入を防止することは可能であるが、ハウジングへの取付部品が増大して、その形状や加工が複雑になると共に、軸シール部材と、シール部材の双方が必要となるため部品コストが増大するという問題が生じる。
【0005】
それゆえ、本発明は、小型、軽量かつ簡単な構成で軸シール部材から漏れた冷媒のベアリングへの侵入を防止することができるウォータポンプを提供することを、その課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために請求項1の発明にて講じた技術的手段は、プーリと、該プーリと板状部材で一体成形され一体的に回転するシャフト部と、該シャフト部と一体的に回転するインペラと、該インペラが配設される水室を形成するボデーと、前記プーリを回転自在に前記ボデーに支承するベアリングと、該ベアリングを前記水室に対してシールする軸シール部材と、前記ベアリングと前記軸シール部材を固定する、前記ボデーから円筒状に突出して設けられる円筒部とを備えてなり、前記ベアリングの外輪は前記プーリの内周面に取り付けられるウォータポンプにおいて、前記ベアリングの内輪は前記円筒部の外周面に取り付けられ、前記軸シール部材は前記円筒部の内周面に取り付けられていることである。
【0007】
上記した手段によれば、前記ベアリングの内輪は前記円筒部の外周面に取り付けられ、前記軸シール部材は前記円筒部の内周面に取り付けられていることによって、従来、シャフト部の軸方向に延在して設けられていた軸シール部材とベアリングとを軸方向の同一の位置に同心状に配置することが可能となる。このため、ウォータポンプのシャフト部の軸方向長さを短縮することができ、エンジンへの搭載性を向上させることができる。
【0008】
また、上記した課題を解決するために請求項2の発明にて講じた技術的手段は、請求項1に記載の発明に加えて、前記インペラの取付部が袋状に構成されると共に、前記シャフト部の前記インペラに固定される側の端面に貫通孔が設けられていることである。
【0009】
上記した手段によれば、シャフト部のインペラに固定される側の端面に貫通孔が設けられていることによって、シャフト部とプーリを板状部材で一体成形する際の加工性を向上させることができる。また、シャフト部とインペラとを組み付ける際の取り付け位置精度を向上できる。
【0010】
また、上記した課題を解決するために請求項3の発明にて講じた技術的手段は、請求項1、または2に記載の発明に加えて、前記円筒部に前記軸シール部材の外径よりも小径となる部位が一体で設けられていることである。
【0011】
上記した手段によれば、軸シール部材から冷媒が漏出しても、ボデーの円筒部に設けられた軸シール部材よりも小径となる部位に漏出した冷媒が溜り、ベアリングへの漏出した冷媒の侵入を防止でき、ベアリングの腐食を防止し、その耐久性を向上させることができる。
【0012】
また、上記した課題を解決するために請求項4の発明にて講じた技術的手段は、請求項1または2に記載の発明に加えて、前記円筒部に前記ベアリングの内径よりも大径となる部位が一体で設けられていることである。
【0013】
上記した手段によって、ベアリングよりも大径となる部位と、プーリとの間にラビリンス(迷路状の)形状を構成することができる。このため、軸シール部材から漏出した冷媒は容易にベアリングに侵入することがなく、ベアリングの腐食が防止され、ベアリングの耐久性を向上させることができる。
【0014】
また、上記した課題を解決するために請求項5の発明にて講じた技術的手段は、請求項1乃至4のいずれか1つに記載の発明に加えて、前記円筒部に大径部と小径部を設け、前記ベアリングは前記小径部の外周面に取り付け、前記軸シール部材は、前記大径部の内周面に取り付けたことである。
【0015】
上記した手段によって、ベアリングを軸シール部材の外径および内径に関係なく選択することができるので、ベアリングをより小型のものにすることができ、プーリの小型化ができ、その径方向の大きさを低減してウォータポンプの搭載性を向上できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明に従った実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0017】
図1は、本発明の第1実施形態を示すウォータポンプの断面図である。
【0018】
図1において、ウォータポンプ1は、プーリ10、インペラ30、ベアリング40、軸シール部材50、ハウジング(ボデー)60、シール部材80から構成されている。
【0019】
プーリ10は、円筒カップ形状を呈しており、その底面の中心には、底面から遠ざかる方向に向かって筒状に突出するシャフト部20をが形成されている。このシャフト部20とプーリ10の外周面は同心に配置されている。このプーリ10は、耐食処理された鋼板などの板状部材をプレス工法などにより成形されている。
【0020】
インペラ30は、円盤状の基部30bと、そこから突出した数葉の羽根30cをもつ、所謂オープンタイプの羽根車である。インペラ30の基部30bの中心にはシャフト部20を取り付けるための凹部30aが形成されている。この凹部30aと、シャフト部20とは、本実施形態においては圧入によって相対回転不能に取り付けられている。
【0021】
ハウジング60は、図示しない吸込口、吐出口、及び凹部61を有する主ボデー部62と、主ボデー部62の端面に取り付けられるボデー底部64とから構成されている。主ボデー部62は、例えば、アルミニウムダイカスト鋳物等で形成されていてもよいし、エンジンのシリンダブロックや、タイミングベルトケース等と一体的に構成されていてもよい。
【0022】
ボデー底部64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62の外径よりも小径の円筒部63が、主ボデー部62から離れる方向に突出して形成されている。このボデー底部64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。主ボデー部62と、ボデー底部64とは、シール部材80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62の凹部と、ボデー底部64との間には水密が保たれた空間が形成される。
【0023】
この空間が水室70を構成し、インペラ30は、この水室70内に配置されている。
【0024】
ボデー底部64の円筒部63の内周面63aには軸シール部材50の外周面50b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。また、シャフト部20の外周面にも同様に圧入などによって軸シール部材50の内周面50aが相対回転不能に取り付けられている。ここで、軸シール部材50の内外周面50a、50bは、図示しないが相対回転可能とされている。シャフト部20は、軸シール部材50によって、ハウジング60に対し回転可能に支承される。ここで、軸シール部材50は、公知のメカニカルシールである。
【0025】
また、ボデー底部64の円筒部63の外周面63bにはベアリング40の内輪40a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、プーリ10の内周面にはベアリング40の外輪40b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。ここでベアリング40は公知のころがり軸受である。
【0026】
これにより、プーリ10は、ベアリング40によって、ハウジング60に対して相対回転可能に支承されている。
【0027】
軸シール部材50とベアリング40の位置は、軸方向において、各々の少なくとも一部が重なり合って配置されている。
【0028】
次に本第1実施形態の作動について説明する。
【0029】
プーリ10の外周面に張設された図示しないベルトを介して、図示しないエンジンの出力軸から伝達される回転力によりプーリ10が回転する。プーリ10の回転に伴って、プーリ10と一体成形されたシャフト部20も同一方向に回転する。そして、シャフト部20と一体となったインペラ30が、ハウジング60内の水室70内で回転する。
【0030】
いま、水室70内には冷媒が満たされているので、インペラ30の回転による遠心力によって、インペラ30は、水室70の中心付近にある冷媒を、インペラ30の外周方向へと運ぶ。このように、インペラ30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、水室70内におけるインペラ30の回転中心付近とその外周側との間には圧力差が生じ、冷媒がインペラ30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ウォータポンプ1内へと吸い込まれる。そして、インペラ30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。
【0031】
水室70内には冷媒が満たされているが、一方のプーリ10は大気開放されている。しかしながら、主ボデー部62と、ボデー底部64の間はシール部材80によって、シャフト部20は軸シール部材50が配置されていることによって、密閉されている。
【0032】
上記したように、第1実施形態においては、ベアリング40と、軸シール部材50が同一の部材、即ち、ボデー底部64の円筒部63の外周面63bと内周面63a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ベアリング40と軸シール部材50を、少なくとも部分的に同一の軸方向位置、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、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、ウォータポンプ1のエンジンへの搭載性を向上させることができる。
【0033】
図2は、本発明の第2実施形態を示すウォータポンプ101の断面図である。図2は、シャフト部120及びボデー底部164の形状の一部が異なるだけで、その他の構成は第1実施形態と同じであることから、図1の番号符号に対して100を付した番号符号を用い、第1実施形態と重複する構成についての説明は省略する。
【0034】
図2において、シャフト部120の端面120aには貫通孔120bが設けられている。この貫通孔120bはインペラ130をシャフト部120に圧入などによって相対回転不能に取り付ける際に、その軸方向の位置決めのために使用される。インペラ130の羽根130cと、ハウジング160との間のクリアランスが大きいと、インペラ130のポンプ能力は低下し、クリアランスが小さいとインペラ130がハウジング160に衝突する可能性がある。このため、インペラ130とシャフト部120の軸方向の取り付け位置には高い精度が必要である。
【0035】
しかしながら、シャフト部120の端面120aに貫通孔120bを設けることによって、治具を挿入してインペラ130とシャフト部120との位置を測定しながら取り付けることができるので、インペラ130の軸方向位置を精度よく取り付けることができるようになる。
【0036】
一方、プーリ110とインペラ130の軸方向の距離は、両者を接続するシャフト部120の長さによって決まる。このため、シャフト部120にはある程度の長さが必要となるが、プレスなどの工法によって板状部材から細長い中空形状を成形する際には、細長い中空形状の底(シャフト部120の端面120aに相当)となる部分に、しわが寄ったり、亀裂が生じたりする場合がある。このため、シャフト部120の端面120aに貫通孔120bを設けることでしわや亀裂の発生を防止でき、プーリ110の成形時の加工性を向上させることができる。
【0037】
また、ボデー底部164の円筒部163のプーリ110側端面には、軸シール部材150の外周面150bよりも縮径する方向に向かって折り曲げて一体で形成される鍔部165が円筒部の全周に渡って設けられている。この鍔部165と、軸シール部材150と、円筒部163の内周面163aとによって溝状の空間166が形成される。この溝状の空間166は次のように作用する。軸シール部材150は、その特性として、微少な冷媒漏れが生じることがある。しかしながら、軸シール部150と、円筒部163の内周面163a、鍔部165とで形成される溝状の空間166によって、軸シール部材150から漏出した冷媒は、この溝状の空間166にひとまず溜まる。軸シール部材150から漏出する冷媒はごく微量であるため、この溝状の空間166からあふれてベアリング140の近傍に到達することは殆ど無い。しかも、この溝状の空間166に溜まった漏出した冷媒は、ベアリング140の回転によって生じる摩擦熱などによって蒸発して、プーリ110に形成される孔110aから外部に放出され、漏出した冷媒はベアリング140の近辺まで到達することがない。
【0038】
上記したように、第2実施形態においては、シャフト部120の端面120aに貫通孔120bが設けられていることによって、シャフト部120にインペラ130を取り付ける際の軸方向の取り付け位置の精度を向上させることができると共に、シャフト部120、プーリ110の加工性を向上させることができる。
【0039】
また、円筒部163のプーリ110側端面を軸シール部材150の外周面150bよりも縮径する方向に向かって折り曲げて形成する鍔部165を円筒部163の全周に設けることによって、軸シール部材150から漏出した冷媒を一時的に溜めることができる溝状の空間166を設けることができ、漏出した冷媒がベアリング140の近傍に侵入することを防止することができる。
【0040】
図3は、本発明の第3実施形態を示すウォータポンプ201の要部断面図である。図3は、ボデー底部264の形状が一部異なるだけでその他の構成は第1実施形態と同じであることから、図1の番号符号に対して200を付した番号符号を用い、第1実施形態と重複する構成についての説明は省略する。
【0041】
図3において、ボデー底部264の円筒部263のプーリ210側端面には、ベアリング240の内輪240aよりも拡径する方向に向かって折り曲げて一体で形成された鍔部265が設けられている。この鍔部265とベアリング240との軸方向の隙間は微少なものに形成されている。これによって、ベアリング240のプーリ210側端面と、鍔部265のハウジング260側端面との間には、微少な隙間を有するラビリンス形状266を形成することができる。このラビリンス形状266によって、軸シール部材250から生じる漏出した冷媒はベアリング240の端面まで侵入しにくくなる。
【0042】
上記したように、第3実施形態においては、ボデー底部264の円筒部263のプーリ210側端面をベアリング240の内輪240aよりも拡径する方向に向かって折り曲げて一体的に形成された鍔部265によって、ベアリング240のプーリ210側端面にラビリンス形状266を形成することができる。これによって、軸シール部材250から生じる漏出した冷媒が、ベアリング240の端面からベアリング240内部に侵入することを防止することができる。
【0043】
図4は本発明の第4実施形態を示すウォータポンプの断面図である。
【0044】
図4は、図1と比較してボデー底部364の形状が一部異なるだけで、その他の構成は第1実施形態と同じであることから、図1の番号符号に対して300を付した番号符号を用い、第1実施形態と重複する構成についての説明は省略する。
【0045】
ボデー底部364には、主ボデー部362側に向かって、ベアリング340の内輪が取り付けられる小径の円筒部367が設けられている。また、それよりも主ボデー362側に向かって、軸シール部材350の外周面が取り付けられる大径の円筒部368が設けられている。これらの円筒部367、368は、ボデー底部364と同一の部材で構成されている。小径の円筒部367と、大径の円筒部368は段状に形成されている。
【0046】
これによって、軸シール部材350と、ベアリング340とがその径方向で重なり合って配置することが可能になるため、プーリ310の径方向の大きさを低減することができる。これによって、ウォータポンプのエンジンへの搭載性を向上させることができる。
【0047】
また、ベアリングの内径が、軸シール部材の外径よりも小さくてもよいので、ベアリングを小型化することができ、質量やコストを低減することができる。
【0048】
【発明の効果】
以上の如く、上記した請求項1の発明にて講じた技術的手段によれば、ベアリングの内輪がボデーに形成された円筒部の外周面に取り付けられ、軸シール部材は円筒部の内周面に取り付けられているので、従来、シャフト部の軸方向に延在する位置に配設されていた軸シール部材とベアリングを軸方向少なくともその一部が重なり合うように配設することが可能となり、ウォータポンプのシャフト部の軸方向長さを短縮することができる。これによって、ウォータポンプが小型化されてその搭載性を向上させることができる。
【0049】
また、上記した請求項2の発明にて講じた技術的手段によれば、インペラにシャフト部の取付部が袋状に構成されると共に、シャフト部のインペラに固定される側の端面に貫通孔が設けられていることによって、シャフト部とプーリを板状部材で一体成形する際に加工性を向上させることができる。これによって、シャフト部とプーリの生産性を向上させることができる。
【0050】
また、上記した請求項3の発明にて講じた技術的手段によれば、前記円筒部に前記軸シール部材の外径よりも小径となる部位が一体で設けられていることによって、軸シール部材から冷媒が漏出した際に、ハウジングの円筒部に設けられた軸シール部材よりも小径となる部位に漏出した冷媒を溜めることができる。これによって、通常、軸シール部材から発生する程度の冷媒の漏出ではベアリングの内部にまで冷媒が侵入することはなく、ベアリングの腐食を防止してその寿命を向上させることができる。
【0051】
また、上記した請求項4の発明にて講じた技術的手段によれば、円筒部にベアリングの内径よりも大径となる部位が一体で設けられていることによって、ベアリングよりも大径となる部位と、プーリとの間のラビリンス形状を構成することができる。これによって、軸シール部材から漏出した冷媒はラビリンス形状によって容易にベアリングの端面には侵入することができない。このため、漏出した冷媒がベアリング内部に侵入して、ベアリングが腐食することを防止でき、ベアリングの寿命を向上させることができる。
【0052】
また、上記した請求項5の発明にて講じた技術的手段よれば、軸シール部材と、ベアリングとをその径方向に重なり合わせて配置することが可能になるため、プーリの径方向の大きさを低減することができる。これによって、ウォータポンプのエンジンへの搭載性を向上させることができる。また、ベアリングの内径が、軸シール部材の外径よりも小さくてもよいので、ベアリングを小型化することができ、質量やコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の第1実施形態を示すウォータポンプの断面図である。
【図2】図2は本発明の第2実施形態を示すウォータポンプの断面図である。
【図3】図3は本発明の第3実施形態を示すウォータポンプの要部断面図である。
【図4】図4は本発明の第4実施形態を示すウォータポンプの要部断面図である。
【符号の説明】
1、101、201、301…ウォータポンプ
10、110、210、310…プーリ
10a、110a、210a、310a…プーリの内周面
20、120、220、320…シャフト部
20a、120a、220a、320a…端部
220b…貫通孔
30、130、230、330…インペラ
30a、130a、230a、330a…凹部
40、140、240、340…ベアリング
40a、140a、240a、340a…ベアリングの内輪
40b、140b、240b、340b…ベアリングの外輪
50、150、250、350…軸シール部材
50a、150a、250a、350a…内周面
50b、150b、250b、350b…外周面
60、160、260、360…ハウジング
62、162、262、362…主ボデー部
63、163、263…円筒部
64、164、264、364…ボデー底部(ハウジングの一部)
64a、164a、264a…円筒部の内周面
64b、164b、264b…円筒部の外周面
67、167、267、367…水室
165…小径部(軸シール部材の外周面より小径となる部位)
166…溝状の空間
265…大径部(ベアリングの内輪より大径となる部位)
266…ラビリンス形状
367…小径の円筒部
368…大径の円筒部
Claims (5)
- プーリと、該プーリと板状部材で一体成形され一体的に回転するシャフト部と、該シャフト部と一体的に回転するインペラと、該インペラが配設される水室を形成するボデーと、前記プーリを回転自在に前記ボデーに支承するベアリングと、該ベアリングを前記水室に対してシールする軸シール部材と、前記ベアリングと前記軸シール部材を固定する、前記ボデーから円筒状に突出して設けられる円筒部とを備えてなり、前記ベアリングの外輪は前記プーリの内周面に取り付けられるウォータポンプにおいて、前記ベアリングの内輪は前記円筒部の外周面に取り付けられ、前記軸シール部材は前記円筒部の内周面に取り付けられていることを特徴とするウォータポンプ。
- 前記インペラの取付部が袋状に構成されると共に、前記シャフト部の前記インペラに固定される側の端面に貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のウォータポンプ。
- 前記円筒部に前記軸シール部材の外径よりも小径となる部位が一体で設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のウォータポンプ。
- 前記円筒部に前記ベアリングの内径よりも大径となる部位が一体で設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のウォータポンプ。
- 前記円筒部に大径部と小径部を設け、前記ベアリングは前記小径部の外周面に取り付け、前記軸シール部材は、前記大径部の内周面に取り付けたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載のウォータポンプ。
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