JP3979123B2 - ウォータポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォータポンプに関するものであり、特に、シャフト部の保護を図るウォータポンプの構造に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に用いられるウォータポンプは、動力源となるエンジンの一部に取り付けられ、エンジンの動力を利用してインペラを回転させ、インペラの回転によりエンジン内部に冷却水を循環させ、エンジンの冷却が図られる。
【０００３】
例えば、特開平１１−３３６６９９号公報には、シリンダブロックにボルト等の固定部材によりボデーが固定され、このボデーには軸受を介して回転軸が回転自在に支持され、回転軸の一端にはプーリブラケットを介してプーリが、ボルト等の固定部材により固定されていると共に、回転軸の他端には、インペラが圧入により固着され、インペラがプーリと一体回転を行うウォータポンプが開示されている。
【０００４】
この公報に示されるウォータポンプでは、回転軸とプーリと別体で構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した公報に示されるウォータポンプでは、ボデーに軸受を介して回転軸が支持された状態で、プーリブラケットを介してプーリがボルト等の固定部材によって、固定される構成となっている。このため、ウォータポンプの構造が複雑になり、部品点数が多くなってしまう。
【０００６】
そこで、この様な問題点を解決するために、本出願人は、プーリと回転軸を一体でプレス成形し、プーリにシャフト部を備えたウォータポンプを、特願２０００−２８４０１７号において示した。
【０００７】
つまり、このウォータポンプでは、プーリとシャフト部がプレスにより一体で成形される。そして、このウォータポンプでは、ハウジングにボルト等の固定部材によりボデー底部が固定され、ボデー底部とプーリとの間にベアリングが配設され、このベアリングによって回転自在となっている。
【０００８】
一方、シャフト部はボデー底部の内径に配設される軸シール部材によってシールされ、シャフト部の先端にはインペラが圧入されて、プーリとインペラは一体回転する構成となっている。
【０００９】
しかし、シャフト部を、単にプレス成形（例えば、深絞りプレス）によってプーリと一体成形した場合には、シャフト部の内部は袋状となり、シャフト部の一側は開口するものとなる。
【００１０】
上記したウォータポンプを、車両に取り付ける場合、ウォータポンプはエンジンルーム内において、エンジン本体等に取り付けると、車両走行中に水跳ね等によりシャフト部の開口から水滴等が、開口内部に侵入し易く、開口から侵入した水滴等が開口内部に溜まることを防止する必要がある。
【００１１】
例えば、シャフト部の開口内部に水滴等が溜まった状態が継続すると、シャフト部が金属材より成る場合にはシャフト部の内部が錆び付き、その結果、シャフト部の強度が低下し、破損してしまい、軸シール部材やロータの回転を支持できなくなるおそれがある。
【００１２】
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な方法によって、シャフト部の確実な保護を図ることを技術的課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、流体室を区画するボデーと、一端側が開口され他端側が閉塞された中空のシャフト部と一体的に回転し、動力源から動力が入力される回転部材と、前記シャフト部を前記ボデーに回転自在に支承するベアリングと、前記シャフト部の他端に固定され、前記流体室内に位置するインペラと、前記シャフト部と前記ボデー間に配設され、前記流体室を密閉するシール部材とを備えたウォータポンプにおいて、前記シャフト部は板状部材をプレス成形したものであり、軸方向略全域にかけて中空部が形成され、プレス成形または樹脂成形によって形成された前記回転部材と一体的に前記シャフト部の一端開口を閉塞する閉塞部を設けたことである。
【００１４】
上記した技術的手段によれば、板状部材をプレス成形し軸方向略全域にかけて中空部が形成されたシャフト部の一端開口が回転部材の閉塞部によって塞がれるので、開口から開口内部に向かって水滴等が外部から侵入することが閉塞部によって確実に防止される。これによって、水滴等がシャフト部の内部に溜まらなくなり、シャフト部の保護が図れ、シャフト部内部の錆び付き等によるシャフト部の劣化が防止される。
【００１５】
この場合、閉塞部は、プレス成形または樹脂成形することによって、回転部材と一体的に成形される。閉塞部は簡単なプレス成形により作られる場合には、コストアップすることなく、シャフト部の保護を図ることが可能となる。また、閉塞部は樹脂成形によって、回転部材と一体的に成形される場合には、樹脂成形による簡単な方法構成により、シャフト部の保護を図ることが可能となる。
【００１６】
更に、シャフト部の一端側には、径方向外方に延びるフランジ部と、該フランジ部の端部からシャフト部の他端側に延びる円筒部が形成され、該円筒部とボデーとの間にベアリングが配設されると共に、フランジ部と回転部材との間に形成される空間にボデーとシャフト部の外周面との間の隙間を連通する開口がフランジ部に設けられれば、簡単な構成によって、空間に微量な水滴等を溜めることが可能となる。これによって、ウォータポンプ外部に対してポンプ内部の流体が漏れにくくなり、ウォータポンプの信頼性が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態においては、ポンプ１を車両におけるウォータポンプに適用した場合について説明を行うが、これに限定されるものではなく、例えば、油圧装置において流体（例えば、作動油）を外部に吐出するポンプに適用が可能である。
【００１８】
（第１実施形態）
図１に第１実施形態におけるポンプ１の構成を示す。図１に示すポンプ１は、主に、中央の軸方向における一側に開口２５を有し、他側には軸方向に延在する円筒部２０ｅによって環状凹部が形成されるシャフト部２０の外周面２０ｄに取り付けられてシャフト部２０と一体で、エンジンのクランクシャフトの回転に同期して回転を行うプーリ１０と、流体室（ここでは、流体に冷却水を使用するため、水室となる）６１の軸方向におけるシールを図るための軸シール部材５０と、ハウジング６０に固定されたボデー６４に対してシャフト部２０およびプーリ１０を回転自在に支持するベアリング４０と、複数の羽根３０ｃを周方向に有し、前記シャフト部２０と一体回転するインペラ３０とを備える。
【００１９】
プーリ１０は、一枚の金属より成る鋼板等の板状部材からプレス成形により作られている。プーリ１０は、中央に凹部１０ｇを有する円筒状を呈し、外周面には軸方向において複数の溝部１０ｅが並んで形成されている。プーリ１０の溝部１０ｅには、図示しないが、エンジンのクランクシャフトおよびエンジンの吸排気を制御するカムシャフトの回転と同期した回転が行える様、プーリ１０には、クランクシャフトとカムシャフトに耐屈曲性に優れる材質（例えば、アラミド繊維）の芯線を有するベルトがかけられる。プーリ１０は一定のベルト張力が保たれた状態で、プーリ１０が回転できる様になっている。つまり、プーリ１０の外周面の溝部１０ｅにベルトがかけられ、プーリ１０がベルトによって駆動されると、回転を伴わないハウジング６０に対して、回転自在に支持される。
【００２０】
プーリ１０の凹部１０ｇには、同じく金属の板状部材がプレス成形されたシャフト部２０が圧入等（例えば、溶接）により固定され、プーリ１０はシャフト部２０と一体回転が行える様になっている。シャフト部２０の中央は軸方向の一側に開口２５を有し、その外径には環状凹部が形成される。シャフト部の軸方向における凹部側は径方向に向かって延在した後、シャフト部２０の中央と同じ、軸方向に突出した円筒部２０ｅを有する。
【００２１】
シャフト部２０とプーリ１０は同軸となっており、シャフト部２０の円筒部２０ｅがプーリ１０の凹部１０ｇの中に圧入等により固定され、プーリ１０とシャフト部２０は一体回転する。この場合、シャフト部２０の軸方向における開口はプーリ１０の軸方向端部に形成された閉塞部１０ｄによって。塞がれる様になっている。また、シャフト部２０には、シャフト部２０の径方向に延在する軸方向端部２０ｃの一部に開口２０ｆが形成されていると共に、シャフト部２０が凹部１０ｇに圧入等がされた状態で、径方向において開口２０ｆの位置に一致した位置に開口１０ｆが、プーリ１０の閉塞部１０ｄとなる軸方向端部に形成されている。
【００２２】
インペラ３０は、円盤状またはプロペラ状の基部３０ｂと、基部３０ｂから軸方向に突出した数枚の羽根３０ｃを有する。インペラ３０の基部３０ｂの中心には、シャフト部２０の円筒状となった軸方向端部２０ｇが取り付けられる凹部３０ａが形成されている。このインペラ３０の凹部３０ａに対して、シャフト部２０のハウジング側の軸方向端部２０ｇは圧入等により固定され、インペラ３０はプーリ１０と一体回転する。
【００２３】
一方、ウォータポンプ１が取り付けられるハウジング（例えば、エンジン本体等）６０には、図示しない吸込口、吐出口が設けられている。また、ハウジング６０の内部には、冷却水や潤滑油と言った流体(例えば、本実施形態においては、冷却水)が流れる凹部６１が形成されており、インペラ３０が回転すると、図示しない吸入口から吐出口に対して冷却水が流れる。そして、エンジン内部を冷却水が通り、エンジンの発熱を冷却水により吸熱することによって、エンジンを冷却する。
【００２４】
ハウジング６０の端部には、ウォータポンプ１をハウジング６０に対して、取り付けるためのポンプ１のボデー６４が取り付けられる。本実施形態において、ハウジング６０はエンジン本体とするが、エンジン本体に限るものではなく、アルミニウムダイキャスト鋳物等によって、形成されていても良い。また、ハウジング６０は、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良い。
【００２５】
ボデー６４は、耐食処理された鋼板等の板状部材からプレス成形された略円盤状を呈する。ボデー６４は、図１に示す如く、外径端部６４ａがわずかながら軸方向に屈曲したフランジを有しても良い。また、ボデー６４は中央に開口を有し、中心に行くに従って小径となる段部６４ｂを有し、ボデー６４は軸方向において円筒状に突出する。このボデー６４は、ハウジング６０にシール部材８０を介して、図示しないボルト等の締結部材によって固定されている。これによって、ハウジング６０の内部で冷却水が流れる凹部６１と、ボデー６４との間は、シール性が保たれた空間が形成される。
【００２６】
この空間が流体室（例えば、冷却水が流れる場合には水室となる）７０を構成し、インペラ３０は、この水室７０内に回転自在に配置される。
【００２７】
ボデー６４の段部６４ｂの内周面６４ｄには、軸シール部材５０が圧入等で固定されており、軸シール部材５０の外周面５０ｂが内周面６４ｄに対して、相対回転不能に圧入等で固定されている。一方、シャフト部２０の外周面２０ａには、軸シール部材５０の内周面５０ａが当接し、軸シール部材５０によって、水室７０とのシール性が保たれた状態で、シャフト部２０に対して軸シール部材５０がシャフト部２０に摺接する様、取り付けられる。この場合、ボデー６４とシャフト部２０とは、軸シール部材５０により図１に示す軸シール部材左右のシール性が確保された状態下で、シャフト部２０がボデー６４により回転自在に支持されて、ハウジング６０に対してシャフト部２０が相対回転自在となっている。尚、軸シール部材５０は、本実施形態においては公知のメカニカルシールを採用しており、ここでは軸シール部材５０の詳細な説明は省略する。
【００２８】
また、ボデー６４の円筒状となった内径端部６４ｃの外周面６４ｅには、ベアリング４０の内輪４０ａが内径端部６４ｃに対して圧入等で固定され、相対回転不能に取り付けられている。一方、シャフト部２０における円筒部２０ｅの内周面には、ベアリング４０の外輪４０ｂが圧入等によって、プーリ１０に対して相対回転不能に取り付けられている。本実施形態において、ベアリング４０は公知のころがり軸受を使用している。これによって、プーリ１０は、ベアリング４０によって、ハウジング６０に固定されるボデー６４に対して、相対回転自在に支持されるものとなる。
【００２９】
次に、作動について説明する。
【００３０】
プーリ１０は、エンジンの出力軸であるクランクシャフトからの回転力が、プーリ１０の外径の外周面に張設されたベルトで駆動し、プーリ１０が回転する。プーリ１０が回転すると、その回転に伴ってプーリ１０と一体でプレス成形されたシャフト部２０も回転する。そして、シャフト部２０に圧入等で固定されるインペラ３０が、ハウジング６０内の水室７０内で回転を行う。
【００３１】
この場合、水室７０内にはエンジンを冷却する冷媒として冷却水が満たされるが、インペラ３０の回転に伴う遠心力によって、水室７０の中心付近にある冷却水を、インペラ３０の外周側へと導くようになっている。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る。その結果、冷却水がインペラ３０の回転中心付近に設けられる吸込口からウォータポンプ内部へと吸い込まれる。そして、インペラ３０の回転によってインペラ３０の外周側へ圧送され、インペラ３０の外周側に設けられた図示しない吐出口から、エンジン内部の被冷却各部へと供給されることにより、エンジンが冷却水の循環によって冷却される。
【００３２】
この場合、水室７０内には冷却水が満たされた状態で、プーリ１０の一側（図１に示す左側）は大気開放される構成となるが、ハウジング６０とボデー６４との間はシール部材８０によって冷却水はシールされる。また、シャフト部２０の外周面２０ａとボデー６４の段部６４ｂの内周面６４ｄとは、軸シール部材５０によりシールされ、シャフト部２０の外周面２０ａを伝わってベアリング側に侵入する冷却水は防止される。
【００３３】
本実施形態では、シャフト部２０の開口２５は、プーリ１０の閉塞部１０ｄにより閉塞される。このため、ポンプ１が車両のエンジンルーム内に配設されるエンジン本体に取り付けられた場合、車両の走行時の水跳ね等により、ポンプ１の表面に水滴が付着することが起こり得る。この場合であっても、シャフト部２０の開口２５は、プーリ１０の凹部１０ｇにシャフト部２０を圧入等で固定する際、閉塞部１０ｄによって開口２５は確実に塞がれ、開口２５の内部への湿気や水滴等の侵入を、簡単な構成により防止することができる。
【００３４】
よって、プレス成形されたシャフト部２０の内部は、通常では表面処理膜がのりにくく、腐食（例えば、錆び付き等）に対して弱いが、開口２５は閉塞されるので、外部からの水滴等の侵入が防止でき、シャフト部内部の腐食を防止することができる。また、この構成を取れば、シャフト部内部の錆び付きによるシャフト部２０の強度低下や、シャフト部２０の破損または孔あきによる水漏れ等を防止することができると共に、プーリ１０とベアリング４０の嵌合強度が向上し、プーリ１０からのベルト抜けが防止できる。
【００３５】
更に、本実施形態においては、軸シール部材５０に異物が噛み込んだ場合等の一時的な漏れが発生した場合でも、ベアリング４０の軸方向において、水室７０から軸シール部材５０を介してシャフト部２０の外周面２０ａを通り、ベアリング４０の一方の端部に冷却水が導かれる。しかし、ポンプ１では、シャフト部２０の一方の軸方向端部（フランジ部）２０ｃには、ベアリング４０の外輪４０ｂとボデー６４の内径端部６４ｃとの間の大きさを有する開口２０ｆが形成されているので、その開口２０ｆから、軸方向に漏れてきた冷却水がプーリ１０の軸方向端部１０ｈとシャフト部２０の軸方向端部２０ｃとによって形成される空間２６の間に溜まる。
【００３６】
これによって、水室７０から軸シール部材５０を通って漏れてきた冷却水を、空間２６で微量な冷却水の漏れを溜めることができるドレインポケットの機能を有するものとなる。このため、シール不良とは見なされない微量な冷却水の漏れを空間２６に溜めることにより、ポンプ外部への冷却水の漏れを防止できる。よって、ウォータポンプの信頼性が向上する。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図２を参照して説明する。図１に示す第１実施形態では、別部材から成るシャフト部２０をプーリ１０の凹部１０ｇに圧入等で固定することによって、２部材からプーリ１０を構成した。しかし、第２実施形態では、シャフト部２１を樹脂によりインサート成形することにより、プーリ１１を構成している点が異なる。その以外のポンプ１の部分は、第１実施形態と同じ構成である。このため、第１実施形態と同じ構成の部分についての説明は、ここでは割愛し、主に、異なる部分についての説明を行う。
【００３８】
第２実施形態では、ベアリング４０の内輪４０ａは、ハウジング６４にボルト等の締結部材６５によってエンジン等に固定されるボデー６４に対し、回転不能に圧入等で固定される。また、ベアリング４０の外輪４０ｂは、中央に円筒状の軸を有するシャフト部２１の外周に形成された凹部２１ｇに圧入等により固定されている。
【００３９】
シャフト部２１はプレスにより成形され、中央に円筒状を呈す。このシャフト部２１の一側は、図２に示す如く、径方向に延在した後、再度、軸方向に延在して円筒部２１ｅが形成されている。更に、シャフト部２１は径方向にフランジ状の端部２１ｆが形成されている。このフランジ２１ｆを含み、円筒部２１ｅの外径にはプーリ１１が、樹脂成形により形成されている。プーリ１１は軸方向において円筒状を呈し、外周面に図示しないベルトが張設される溝部１１ｅが一体で形成されている。このシャフト部２１をインサート成形する樹脂によって、シャフト部２１の中央の開口を手前で閉塞する閉塞部１１ｄが形成される。
【００４０】
このため、ポンプ１が車両のエンジンルーム内に配設されるエンジン本体に取り付けられた場合、車両の走行中、水跳ね等により、図２に示すポンプ１の表面に水滴が付着する場合であっても、閉塞部１１ｄによって開口２５が確実に塞がれるので、開口２５の内部への湿気や水滴等の侵入を、簡単な構成により防止することができる。よって、シャフト部内部には、水滴が入らない構成とすることができ、シャフト内部の錆び付きが防止できる。また、シャフト部内部の錆び付きによるシャフト部２１の強度低下や、シャフト部２１の破損または孔あきによる水漏れ等を防止することができると共に、プーリ１１とベアリング４０の嵌合強度が向上し、プーリ１１からのベルト抜けが防止できる。
【００４１】
（第３実施形態）
図３に、第３実施形態の構成を示す。第３実施形態において、基本的な構成は、図２に示す第２実施形態と同じである。つまり、図２ではシャフト部２１に対して樹脂成形してプーリ１１を作る場合に、開口２５を閉塞する閉塞部１１ｄを樹脂成形により成形する様にしている。しかし、第３実施形態においては、シャフト部２２の開口２５はプーリ１１を形成する樹脂とは別の閉塞部材（例えば、樹脂、ゴム、プラスチック等から成る栓部材）によって閉塞しても、第２実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００４２】
（第４実施形態）
図４に、第４実施形態の構成を示す。第４実施形態において、基本的な構成は、図２に示す第２実施形態と同じである。つまり、図２ではシャフト部２１の開口手間の部分のみを樹脂成形によって開口を閉塞しているが、第４実施形態においては、シャフト部２２の開口全体を樹脂で充填して開口を塞ぐこともできる。これにより、開口は樹脂によって完全に閉塞されるので、シャフト内部には水滴等が入らなくなり、第２実施形態や第３実施形態よりも、確実にシャフト部２１を水滴等からの腐食から保護できるという効果を奏する。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、板状部材をプレス成形し軸方向略全域にかけて中空部が形成されたシャフト部の一端開口が回転部材の閉塞部によって塞がれるので、開口から開口内部に向かって水滴等が外部から侵入することが閉塞部によって確実に防止することができる。これによって、水滴等がシャフト部の開口内部に溜まらなくなり、シャフト部の保護を図ることができる。これによって、シャフト内部での錆び付き、穴空き、漏れ等によるシャフト部の劣化を確実に防止でき、ウォータポンプの信頼性を向上させることができる。
【００４４】
この場合、閉塞部は、プレス成形によって、回転部材と一体的に成形されると、簡単なプレス成形により閉塞部をコストアップすることなく作る事ができ、シャフト部の保護を図ることができる。
【００４５】
また、閉塞部は、樹脂成形によって、回転部材と一体的に成形されると、樹脂成形による簡単な方法により、シャフト部の保護を図ることができる。
【００４６】
更に、シャフト部の一端側には、径方向外方に延びるフランジ部と、該フランジ部の端部からシャフト部の他端側に延びる円筒部が形成され、該円筒部とボデーとの間にベアリングが配設されると共に、フランジ部と回転部材との間に形成される空間にボデーとシャフト部の外周面との間の隙間を連通する開口がフランジ部に設けられれば、簡単な構成によって、開口を通して微量に漏れた冷却水を溜めることができ、冷却水をウォータポンプ外部に対して漏れにくくすることができるので、ウォータポンプの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態におけるポンプの構成を示す断面図である。
【図２】 本発明の第２実施形態におけるポンプの構成を示す断面図である。
【図３】 本発明の第３実施形態におけるポンプの構成を示す断面図である。
【図４】 本発明の第４実施形態におけるポンプの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・ウォータポンプ（ポンプ）
１０・・・プーリ（回転部材）
１０ｄ・・・閉塞部
１０ｅ・・・溝部
１０ｆ・・・開口
１１・・・プーリ（回転部材）
１１ｄ・・・閉塞部
２０，２１・・・シャフト部
２０ｄ・・・外周面
２０ｆ・・・開口
２５・・・開口
２６・・・空間
３０・・・インペラ
３０ｃ・・・羽根
４０・・・ベアリング
５０・・・軸シール部材
６０・・・ハウジング（非回転部材）
６４・・・ボデー（非回転部材）
７０・・・水室（流体室）
８０・・・シール部材

Claims (2)

1. 流体室を区画するボデーと、
   一端側が開口され他端側が閉塞された中空のシャフト部と一体的に回転し、動力源から動力が入力される回転部材と、
   前記シャフト部を前記ボデーに回転自在に支承するベアリングと、
   前記シャフト部の他端に固定され、前記流体室内に位置するインペラと、
   前記シャフト部と前記ボデー間に配設され、前記流体室を密閉するシール部材とを備えたウォータポンプにおいて、
   前記シャフト部は板状部材をプレス成形したものであり、軸方向略全域にかけて中空部が形成され、プレス成形または樹脂成形によって形成された前記回転部材と一体的に前記シャフト部の一端開口を閉塞する閉塞部を設けたことを特徴とするウォータポンプ。
2. 前記シャフト部の一端側には、径方向外方に延びるフランジ部と、
   該フランジ部の端部から前記シャフト部の他端側に延びる円筒部が形成され、該円筒部と前記ボデーとの間に前記ベアリングが配設されると共に、
   前記フランジ部と前記回転部材との間に形成される空間に前記ボデーと前記シャフト部の外周面との間の隙間を連通する開口が前記フランジ部に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。

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