JP4547976B2 - ウォータポンプ - Google Patents

Description

本発明は、エンジン冷却用等に用いるウォータポンプに関する。

従来のウォータポンプは、例えば特許文献１に記載されているように、プーリと、プーリと一体的に回転するシャフト部と、シャフト部と一体的に回転するインペラと、シャフトが挿通された略円筒状の支承部を有するボデーと、支承部の外周とプーリの内周との間に配設され、プーリを回転可能に支承するベアリングと、シャフト部の外周面と支承部の内周面との間に画成された空間の一端側を封止するメカニカルシールとを備え、蒸気化または微小水滴化してメカニカルシールから漏出した冷却液を大気側へ排出するドレン穴がプーリの前壁に穿設され、この前壁を覆う有底円筒形状のカバーがプーリの前面に固定されている。

このウォータポンプによれば、蒸気化または微小水滴化してメカニカルシールから漏出した冷却液がドレン穴を通ってカバー内に排出され、カバー内周面に凝結して付着するので、冷却液が外部に直接飛散することを防止できる。さらに、異物が外部から内部に侵入することをカバーにより防止することができる。
特開２００３−３１４４９１号公報（第３，４頁、図１）

上記した従来技術のウォータポンプによれば、蒸気化または微小水滴化してメカニカルシールから漏出した冷却液をカバーで捕捉して内周面に付着させることはできるが、付着した冷却液をカバー内に保留させることはできなかった。このため、カバーから流出した冷却液中の不凍液に含まれる着色されたエチレングリコールがプーリに付着し、メカニカルシールの破損と誤認し、或いは見栄えが悪くなる不具合があった。

また、従来技術のウォータポンプでは、鉄板をプレス成形されたプーリに樹脂製のカバーが固定されているので、カバーの磨耗により固定部にガタが生じ、これによりカバーがプーリを叩くタタキ音が発生し、また、回転変動などによりプーリが膜振動して音が発生する懸念があった。

そこで本発明は、シール部材から漏出した液体がカバー外に流出しないようにすると共に、プーリの膜振動を防止できるようにしたウォータポンプを提供することを、その技術的課題とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、ポンプボデーの前方に突設された円筒状支持部にプーリがベアリングにより回転可能に支承され、該プーリのシャフト部が前記円筒状支持部の中心穴を通って前記ポンプボデーにて画成されるポンプ室まで延在し後端部にインペラが一体的に設けられ、前記円筒状支持部の前記ポンプ室側端部内周面と前記シャフト部の後端部外周面との間にシール部材が介在され、前記プーリの前記ベアリングの外輪と嵌合する円筒部と前記シャフト部の前端とを接続する前壁部に貫通穴が軸線方向に穿設され、有底円筒状のカバーが前記前壁部および円筒部を前側から覆うように前記プーリに固定されたウォータポンプにおいて、前記カバーの円筒部内周面に該内周面に対して段差を有する壁面が軸線方向に形成されたことである。

請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記壁面が前記カバーの円筒部内周面に、前記貫通穴と該貫通穴に対して前記プーリの回転方向の後方に形成された切欠きとの間に形成されたことである。

請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１または２において、弾性部材が前記前壁部の前面と前記カバーの底面ボス部との間に圧縮して介在されたことである。

請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、 請求項３において、前記カバーの底面ボス部に前記弾性部材と対向する位置に弾性部材確認用貫通穴が穿設されたことである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、シール部材から漏出してカバーの内周面に付着しゲル状になった液体はカバーの壁面に堆積してカバー内に保留される。これにより、液体がカバー外部に漏出し液体に含まれる成分がプーリの表面に付着することを確実に防止できる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、プーリの円筒部内周面に製造上の都合等で切欠き形成しても、請求項１に係る発明と同様の効果を奏することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、蒸気化または微小水滴化してシール部材から漏出した液体は、カバー内周面に付着するので、冷却液が外部に直接飛散することを防止できる。弾性部材がプーリの前壁部の前面とカバーの底面ボス部との間に圧縮して介在されているので、カバーがプーリへの固定部で磨耗しても固定部にガタが生じることがなく、カバーがプーリを叩くタタキ音の発生を防止できる。また、鉄板をプレス成形されたプーリの膜振動が弾性部材により抑制されるので、プーリの回転変動等に起因する膜振動による音の発生が減少する。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、カバーの底面ボス部に弾性部材と対向する位置に弾性部材確認用貫通穴を設けたので、この貫通穴を通して弾性部材を目視することにより、弾性部材の存在を確認でき、弾性部材の組付け忘れを防止できる。

本発明の第１の実施形態に係るウォータポンプをエンジン冷却用ウォータポンプに適用した例について、図１乃至図６に基づいて説明する。図１、図２及び図３において、ウォータポンプのボデー１０は、ボルト等の締結手段により、エンジンボデーに設けられたポンプ本体９０にシール部材８０を介して固定される。

ポンプボデー１０のほぼ中央部にはウォータポンプの前方（図示左方向）に突出した円筒状の第１支持部１１と、第１支持部１１より小径でさらに図示左方向に突出する円筒状の第２支持部１２が形成されている。ポンプボデー１０は、鋼板の板材を、第１支持部１１及び第２支持部１２が互いに同心となるようにプレス成形され、その後、メッキ又は塗装等により耐蝕処理される。

ポンプボデー１０の第２支持部１２の外周にはベアリング５０を介してプーリ２０が回転可能に支持されている。プーリ２０は、ベルト掛け部２１、ベアリング保持部２２、シャフト部２３からなっている。シャフト部２３はプーリ２０の中央部に設けられ、ポンプボデー１０の第１支持部１１および第２支持部１２の中心穴を貫通して図示右方向に突出する有底円筒形状をなしている。シャフト部２３の底部は後述するポンプ室まで延在されている。

シャフト部２３の開口付近の外周には円筒形状のベアリング保持部２２が形成され、ベアリング保持部２２の前端とシャフト部２３の前端とは前壁部２４により接続されている。ベアリング保持部２２の円筒面はシャフト部２３の円筒面より大径であり、同心円状に配置されている。前壁部２４には後述する圧入工具を挿入するための貫通穴２４ａが円周上等間隔に複数個、本実施の形態では３個設けられている。

ベアリング保持部２２の外周にはベアリング保持部２２の円筒面と同心円状に配置される大径の円筒面からなるベルト掛け部２１が設けられている。ベルト掛け部２１の後端は円盤状の後壁部２５によりベアリング保持部２２の円筒面の後端と接続されている。後壁部２５はシャフト部２３の突出方向に向かいながら拡径する円錐状をなし、後壁部２５には後述するカバーの脚部を係合するための係合穴部２５ａが円周上等間隔に複数個、例えば３個設けられている。

ベルト掛け部２１、後壁部２５、ベアリング保持部２２、前壁部２４及びシャフト部２３を一体化したプーリ２０は、鋼板の板材を、ベルト掛け部２１、ベアリング保持部２２及びシャフト部２３が互いに同心となるようにプレス成形され、その後、メッキ又は塗装等により耐蝕処理される。

シャフト部２３の後端部には、インペラ３０が一体回転可能に固定されている。インペラ３０は基部３０ａと基部３０ａの後端面から突出した複数の羽根３０ｂ及び基部３０ａの中央部から右方向に突出する中空突起部３０ｃが一体に形成されている。この中空突起部３０ｃを中空のシャフト部２３の後端部に外嵌することにより、シャフト部２３の後端部にインペラ３０が一体回転可能に固定される。なお、インペラ３０は鋼板の板材をプレス成形した後、耐蝕処理してもよい。インペラ３０は、ポンプ本体９０の内部に形成され且つ開口部がポンプボデー１０により閉塞して画成されたポンプ室９５内に配設される。ポンプ室９５は、図示されないエンジン冷却液回路の構成要素となっている。

ポンプボデー１０の第１支持部１１の内周面とシャフト部２３の外周面との間にはシール部材であるメカニカルシール４０が設けられている。メカニカルシール４０は、シャフト部２３の後端部外周面に液密的に固定された回転リング４０ａと、ポンプボデー１０の第１支持部１１の内周面に液密的に取り付けられ圧縮スプリングのバネ力により回転リング４０ａに押圧されて回転リング４０ａに対して相対回転可能且つ常時液密関係を確立すべく摺接する当接リング４０ｂとから構成される。メカニカルシール４０は、シャフト部２３の回転時には、回転リング４０ａと当接リング４０ｂとの摺接部に液膜を保持しながらシールする。

ポンプボデー１０の第２支持部１２の外周面とプーリ２０のベアリング保持部２２の内周面との間に配置されるベアリング５０は、シールドベアリングからなっている。ベアリング５０の内輪はポンプボデー１０の第２支持部１２の外周面に嵌着され、外輪はベアリング保持部２２の内周面に嵌着される。ベアリング５０はポンプボデー１０とプーリ２０との間に以下のように組付けられる。まず、プーリ２０のベアリング保持部２２の内周面にベアリング５０が外輪を押して圧入される。次いで、プーリ２０に圧入されたベアリング５０の内輪がポンプボデー１０の第２支持部１２の外周面に圧入される。この際、プーリ２０に形成された貫通穴２４ａを通って挿入された圧入工具により内輪が直接押され、ポンプボデー１０の第２支持部１２の外周面に圧入される。従って、ベアリング５０を組付ける際、ボールには圧入の応力が加わらず、ベアリング５０の寿命が低下するのを防止できる。

また、圧入工具を通す貫通穴２４ａとしては、ベアリング５０の内輪に沿って屈曲した長穴が円周上３個設けられているので、例えば円形穴を４個設ける場合に比較して、総開口面積が同じでも、圧入工具と内輪との当接面積を広くとれると共に、圧入工具とベアリング内輪との面出しが確実にでき、ベアリング内輪を円周上均等な力で圧入できる。

プーリ２０の前方には有底円筒形状を呈する樹脂製のカバー６０が、プーリ２０のベアリング保持部２２及び前壁部２４を覆うように配設されている。図４乃至図６に詳細に示すように、カバー６０の外周部には後方に延びる円筒部６０ａが形成され、底部６０ｂの中央部には後方に僅かに突出する底面ボス部６１ａが形成されている。

カバー６０の円筒部６０ａの外方にはプーリ２０の係合穴部２５ａに係合される第１取付け部としての取付け部６３が設けられている。取付け部６３は円筒部６０ａに結合される基部６０ｃと、基部６０ｃから円筒部６０ａと同じ方向に板状に延設される２列の脚部６３ａと、２列の脚部６３ａの先端部にカバー６０の円周方向に突出して形成された係合部６３ｂとから構成される。係合部６３ｂはプーリ２０の係合穴部２５ａに挿入され、脚部６３ａの弾性変形作用によりプーリ２０の係合穴部２５ａに弾性係合される。取付け部６３は円周方向等間隔に複数個所、例えば３個所でカバー６０の円筒部６０ａの外方に設けられている。

カバー６０の底面ボス部６１ａの中心部にはプーリ２０のシャフト部２３の開口端に係合される第２取付け部としての挿入部６１ｂが後方に突出して形成されている。挿入部６１ｂはその先端部から直径方向に切り欠きが形成されて半径方向に弾性変形可能となっている。挿入部６１ｂの外径は自由状態においてシャフト部２３の開口端の内径より僅かに大径となっており、シャフト部２３の開口端に挿入されて弾性係合される。底面ボス部６１ａには中心部から半径方向に偏倚した位置にカバー６０の外面側とカバー６０の内面側とを貫通する小径の弾性部材確認用貫通穴６０ｅが設けられている。

基部６０ｃが設けられている部分には各基部６０ｃの円周方向両側に円筒部６０ａから内方のボス部６１ａに向かって２列ずつのリブ６０ｄが放射方向に形成されている。リブ６０ｄはカバー６０の底部６０ｂの裏面から円筒部６０ａの裏側にかけて、一定の高さ突出して設けられ、段差を持つ壁面６０ｈを軸線方向に形成している。カバー６０の円筒部６０ａはプーリ２０への組付け状態において、プーリ２０の後壁部２５に向かってほとんど隙間がなくなる位置まで延設されている。基部６０ｃの両側に設けられた２列のリブ６０ｄの間では円筒部６０ａが切り欠かれ、基部６０ｃの内側に円筒部６０ａが存在しないようになっている。円筒部６０ａを切り欠くことにより、カバー６０を樹脂で成形するための成形型において、円筒部６０ａの外周面と２列の脚部６３ａとの間の薄肉部をなくして型寿命を長くすることができる。このように、円筒部６０ａに取付け部６３部分で切欠き６０ｊを設けることは、プーリ２０が小型化されるほど必要になる。

また、リブ６０ｄはカバー６０の強度を補強する機能を有し、これによってカバー６０を薄くできるので、軽量化及び低コスト化を達成できる。カバー６０を軽くすることによりプーリ２０のイナーシャが小さくなり、回転変動に対して係合部６３ｂの樹脂の摩耗を少なくできる。メカニカルシール４０から蒸気または微小水滴となって漏出した冷却液に混入された不凍液に含まれるエチレングリコールがゲル状になってリブ６０ｄの壁面６０ｈに堆積し、冷却液がプーリ２０の前面に流出することを防止できる。

なお、プーリ２０は一方向にしか回転しないため、リブ６０ｄは必ずしも基部６０ｃに対して２列ずつ設ける必要はなく、少なくとも貫通穴２４ａと貫通穴２４ａに対してプーリ２０の回転方向の後方に形成された切欠き６０ｊとの間に形成すればよい。しかし、基部６０ｃの円周方向両側に円筒部６０ａから内方のボス部６１ａに向かって２列ずつのリブ６０ｄを放射方向に形成すると、貫通穴２４ａの両側にリブ６０ｄが延在するので、貫通穴２４ａから蒸気または微小水滴となって流出する冷却液を良好に捕捉することができる。

各基部６０ｃの脚部６３ａと反対側にはカバー６０の組付け時に押圧工具が当接する補強リブ６０ｆが形成されている。これにより、カバー６０の組付け時に押圧工具が補強リブ６０ｆを押圧して円周上複数の脚部６３ａに均等な力が作用する。

カバー６０は、プーリ２０の係合穴部２５ａに脚部６３ａの係合部６３ｂが挿入されて弾性係合され、外周部を円周上複数個所で固定される。さらにカバー６０は、挿入部６１ｂがシャフト部２３の開口部に挿入されて弾性係合され、中心部を嵌合支持される。シャフト部２３の開口部は挿入部６１ｂにより閉塞されて外部からの異物の侵入を防止できるため、シャフト部２３の底部にメッキ又は塗装等による耐蝕処理がうまく施せなかった場合でも、シャフト部２３の底部を錆び等から防ぐことができる。

カバー６０の底面ボス部６１ａとこれに対向するプーリ２０の前壁部２４との間には弾性部材としての円盤状のゴムシート７０が配置されている。ゴムシート７０は底面ボス部６１ａの後面とプーリ２０の前壁部２４との間に圧縮して介在されている。ゴムシート７０の組付けにより小径の貫通穴６０ｅがゴムシート７０によって閉塞され、貫通穴６０ｅをプーリ２０の外部から目視することにより、ゴムシート７０の存在を確認でき、ゴムシート７０の組付け忘れを容易に防止できる。

次に本第１の実施形態の作用について説明する。プーリ２０のベルト掛け部２１に係合されたベルト８５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２０が回転され、プーリ２０の回転に伴って、プーリ２０と一体成形されたシャフト部２３が同一方向に回転される。そして、シャフト部２３と一体となったインペラ３０が、ポンプボデー１０により閉塞されたポンプ室９５内で回転される。

いま、ポンプ室９５内には冷却液が満たされているので、インペラ３０は回転による遠心力によってポンプ室９５の中心付近にある冷却液を、インペラ３０の外周方向へと運ぶ。このポンプ作用によりポンプ室９５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圧力差が生じ、冷却液がポンプ本体９０にインペラ３０の回転軸線上に設けられた吸込ポート９５ａからポンプ室９５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ポートからエンジンの被冷却各部へと供給され、冷却液が循環される。

このようなポンプ作用において、メカニカルシール５０は当接リング４０ｂと回転リング４０ａとの摺接部に液膜を保持しながらシールしているので、長時間の運転により冷却液が蒸発または微小水滴となってメカニカルシール５０から漏出し、この蒸気化または微小水滴化した冷却液がシャフト部２３とポンプボデー１０の第２突出部１２との隙間を通って貫通穴２４ａよりプーリ２０と一体に回転しているカバー６０内に排出される。蒸気化または微小水滴化してカバー６０内に排出された冷却液は、遠心力により円筒部６０ａ内周面に凝結して付着し、ゲル状になった冷却液はリブ６０ｄの壁面６０ｈに流れを阻止されて堆積し、やがては乾燥してカバー６０内に保留される。従って、冷却液がカバー６０の外部に流出することを防止でき、冷却液に混入された不凍液に含まれる着色されたエチレングリコールがプーリ２０の前面に付着することがなく、見栄えがよくなり、商品性が高められる。

また、カバー６０は圧縮されたゴムシート７０を介在してプーリ２０の前壁部２４に接合されているので、プーリの回転変動により樹脂製のカバー６０の係合部６３ｂが係合穴部２５ａと擦れて磨耗しても、係合部６３ｂと係合穴部２５ａとの間にガタが生じることがなく、カバー６０がプーリ２０を叩くタタキ音の発生が防止される。そして、鉄板をプレス成形されたプーリ２０はゴムシート７０が圧着されて振動を抑制されるので、プーリ２０の回転変動等に起因する膜振動が効果的に低減される。

次に、第２の実施形態に係るウォータポンプに用いられるカバーを図７，８に基づいて説明する。この第２実施形態では、カバー６０の形状を変更し、前記リブ６０ｄに代えて扇形状の拡径部６０ｇを設けて段差を有する壁面６０ｈを形成したことが主に異なるだけであるので、第１実施形態と同一の構成については同一の番号符号を付し、説明を省略する。すなわち、第２の実施形態においては、カバー６０の円筒部６０ａには脚部６３ａの各間において所定の角度範囲で扇形状に拡径された拡径部６０ｇが設けられている。円筒部６０ａと拡径部６０ｇとの境界段部には壁面６０ｈが軸線方向に形成され、この壁面６０ｈは、リブ６０ｄの壁面６０ｈと同様に、蒸気化または微小水滴化してメカニカルシール４０より漏出し、貫通穴２４ａから排出されて拡径部６０ｇの内周面にゲル状になって付着した冷却液を堆積させ、カバー６０の外部に流出することを防止する。

次に、第３の実施形態に係るウォータポンプに用いるカバーを図９，１０に基づいて説明する。第１の実施形態では、カバー６０の取付け部６３に２列の脚部６３ａが設けられ、各脚部６３ａの先端部に係合部６３ｂがカバー６０の円周方向に突出して形成されているのに対し、第３の実施形態では、カバー６０の取付け部６４に１本の脚部６４ａが設けられ、脚部６４ａの先端部にゴム製の係合部６４ｂが固着され、係合部６４ｂの先端に係合爪部が半径方向内側に突出されている。係合部６４ｂはプーリ２０の係合穴部２５ａに弾性的に伸びた状態で挿入され、係合爪部がプーリ２０の係合穴部２５ａに係合される。これにより、カバー６０は、底面ボス部６１ａの後面をプーリ２０の前壁部２４の前面にガタを生じることなく弾性的に圧着されるので、カバー６０がプーリ２０を叩くタタキ音の発生が防止される。そして、鉄板をプレス成形されたプーリ２０はゴム製の係合部６４ｂの弾性力で振動を抑制されるので、プーリ２０の回転変動等に起因する膜振動が効果的に低減される。

本発明の第１の実施形態に係るウォータポンプの縦断面図。 図１に示すウォータポンプの正面図。 図１に示すウォータポンプの背面図。 図１におけるカバーを示す断面図。 図４に示すカバーの正面図。 図４に示すカバーの背面図。 第２の実施形態に係るカバーの断面図。 図７に示すカバーの背面図。 第３の実施形態に係るカバーの断面図。 図９に示すカバーの背面図。

符号の説明

１０・・・ポンプボデー、１１・・・第１支持部、１２・・・第２支持部、２０・・・プーリ、２１・・・ベルト掛け部、２２・・・ベアリング保持部、２３・・・シャフト部、２４・・・前壁部、２４ａ・・・貫通穴、２５・・・後壁部、３０・・・インペラ、４０・・・メカニカルシール、５０・・・ベアリング、６０・・・カバー、６０ａ・・・円筒部、６０ｂ・・・底部、６０ｃ・・・基部、６０ｄ・・・リブ、６０ｅ・・・確認用貫通穴、６０ｈ・・・壁面、６０ｊ・・・切欠き、６１ａ・・・底面ボス部、６１ｂ・・・挿入部、６３，６４・・・取付け部、６３ｂ，６４ｂ・・・係合部、７０・・・ゴムシート（弾性部材）、９５・・・ポンプ室。

Claims (4)

1. ポンプボデーの前方に突設された円筒状支持部にプーリがベアリングにより回転可能に支承され、該プーリのシャフト部が前記円筒状支持部の中心穴を通って前記ポンプボデーにて画成されるポンプ室まで延在し後端部にインペラが一体的に設けられ、前記円筒状支持部の前記ポンプ室側端部内周面と前記シャフト部の後端部外周面との間にシール部材が介在され、前記プーリの前記ベアリングの外輪と嵌合する円筒部と前記シャフト部の前端とを接続する前壁部に貫通穴が軸線方向に穿設され、有底円筒状のカバーが前記前壁部および円筒部を前側から覆うように前記プーリに固定されたウォータポンプにおいて、
   前記カバーの円筒部内周面に該内周面に対して段差を有する壁面が軸線方向に形成されたことを特徴とするウォータポンプ。
2. 請求項１において、前記壁面が前記カバーの円筒部内周面に、前記貫通穴と該貫通穴に対して前記プーリの回転方向の後方に形成された切欠きとの間に形成されたことを特徴とするウォータポンプ。
3. 請求項１又は２において、
   弾性部材が前記前壁部の前面と前記カバーの底面ボス部との間に圧縮して介在されたことを特徴とするウォータポンプ。
4. 請求項３において、前記カバーの底面ボス部に前記弾性部材と対向する位置に弾性部材確認用貫通穴が穿設されたことを特徴とするウォータポンプ。

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