JP4899366B2 - ウォータポンプ - Google Patents

Description

この発明に係るウォータポンプは、自動車用エンジンの冷却水を循環させる為に利用する。

自動車用エンジンの冷却水を循環させる為のウォータポンプとして、例えば特許文献１には、図６に示す様な構造のものが記載されている。軸受筒１の基端部（図６の右端部）には取付フランジ２が設けられている。エンジンのシリンダブロック３の前面には、冷却水通路４の開口部５が設けられている。上記取付フランジ２は、この開口部５を覆う状態で、上記シリンダブロック３の前面に固定している。上記軸受筒１の内側には回転軸６が、滑り軸受７によって回転自在に支持されている。

又、上記回転軸６の内端部（図６の右端部）で、上記冷却水通路４の内側部分には、インペラ８を固定して、この冷却水通路４内に冷却水の流れを惹起させる様にしている。又、このインペラ８と上記軸受筒１との間に、上記回転軸６の外周面とこの軸受筒１の内周面との間の水密保持を図る為の、メカニカルシール９を設けている。このメカニカルシール９は、受板２７を上記インペラ８の内径側部分に固定し、前記取付フランジ２の内周面に固定された保持環２８と上記受板２７との間に、ばね２９及びシール材３０を設け、このばね２９によりこのシール材３０をこの受板２７に向けて押圧する構造としている。尚、受板は、回転軸６に直接外嵌する場合もある。又、上記軸受筒１の基端寄り部分に、径方向に貫通する排水口３１、３１を形成しているが、上記回転軸６の外周面でこれら各排水口３１、３１の内径側位置にスリンガを外嵌し、これら各排水口３１、３１から、上記メカニカルシール９から漏出した蒸気や熱水を排出し易くする構造も、従来から知られている。

一方、上記回転軸６の外端部（図６の左端部）で、上記軸受筒１から突出した部分には、プーリ１０の基端部を外嵌固定している。このプーリ１０は、上記回転軸６の外端部に外嵌固定する短円筒状の基部１１の外端縁と、図示しないベルトを掛け渡す為の円筒部１２の外端縁とを、連続部１３により連続させる事で構成されている。そして、このうちの円筒部１２を、上記軸受筒１の外周面に、複列玉軸受１４を介して回転自在に支承している。

上述の様に構成されるウォータポンプは、エンジンのクランクシャフトにより、図示しないベルトを介して上記プーリ１０を回転させる。そして、このプーリ１０を固定した上記回転軸６を介して、この回転軸６の内端部に固定した前記インペラ８を回転させ、前記冷却水通路４内の冷却水を、図示しないラジエータ等との間で循環させる。

上述の図６に示した従来構造の場合には、回転軸６を軸受筒１に対し、複列玉軸受１４により回転自在に支持している。これに対して、特許文献２〜５には、プーリを軸受筒の外周面に単列の玉軸受で支承した構造が、記載されている。この様に、プーリを支持する転がり軸受として単列の玉軸受を使用すれば、ウォータポンプの軸方向寸法を短縮して、小型、軽量化を図れる。又、上記各特許文献のうち、特許文献２、３には、金属板をプレス成形する事により、特許文献４、５には、合成樹脂を射出成形する事により、回転軸とプーリとを一体に形成した構造が、それぞれ記載されている。この様に回転軸とプーリとを一体に形成すれば、更なる軽量化、部品点数の減少、組み立て性の向上を図れる。

但し、上述の各特許文献に記載された構造の場合、プーリを支承する転がり軸受を単列の玉軸受としている為、軸方向寸法の短縮化を図れる反面、プーリに加わるモーメント荷重に対する剛性が低くなる。このプーリには、このプーリに掛け渡した無端ベルトの張力に基づき、このプーリを傾斜させようとする、大きなモーメント荷重が加わる。上記各特許文献２〜５に記載された構造の場合、プーリを支承する転がり軸受として一般的な単列玉軸受を使用している為、上記モーメント荷重に対する剛性を大きくする事が難しく、上記プーリが傾斜し易くなる。このプーリが傾斜した場合には、異音や騒音が発生し易くなる他、このプーリの外周面と無端ベルトとの当接状態が不正に（片当たり状態と）なり、この無端ベルトの耐久性が損なわれる。

又、上述した各特許文献２〜５に記載された発明のうち、金属板にプレス成形を施してプーリを形成する構造の場合、形状精度にばらつきが生じる場合があり、このプーリと玉軸受とを嵌合した状態で、この玉軸受の内部隙間が変化する可能性がある。ここで、プーリと回転軸とは、軸受筒に対して玉軸受により回転自在に支持されている為、この玉軸受の内部隙間の変化により、上記回転軸が、上記軸受筒内周面に対して偏心したり、傾斜したりする可能性がある。上記メカニカルシールを構成する受板を、上記回転軸に直接外嵌する構造の場合、この回転軸が上記軸受筒内周面に対して傾斜等すると、上記受板もこの軸受筒内周面に対し傾斜する等して、上記メカニカルシールのシール性が低下する可能性がある。

実開平４−１３２４９７号公報 特開２００３−２５４２８９号公報 特開２００４−１１６４８６号公報 特開２００２−３４９４８１号公報 特開２００４−２３２４７０号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、軸方向寸法の短縮化を図れる構造で、プーリに加わるモーメント荷重に対する剛性を確保でき、しかも、ウォータポンプの更なる軽量化、部品点数の減少、組み立て性の向上、更にはメカニカルシールのシール性低下防止を図れる構造を実現すべく、発明したものである。

本発明は、前述の各特許文献２〜５に記載された従来構造と同様に、軸受筒と、回転軸と、インペラと、メカニカルシールと、プーリと、転がり軸受とを備える。
このうちの軸受筒は、エンジンのシリンダブロック前面に、冷却水通路の開口部を覆う状態で固定される。
又、上記回転軸は、この軸受筒の内側を挿通されている。
又、上記インペラは、この回転軸の内端部で、上記冷却水通路の内側部分に固定されている。
又、上記メカニカルシールは、上記回転軸の外周面と上記軸受筒との間に設けられている。
又、上記プーリは、上記回転軸の外端部で、この軸受筒から突出した部分に固定されている。
又、上記転がり軸受は、このプーリをこの軸受筒の外周部に回転自在に支持するものである。又、この転がり軸受は、内周面に単列の外輪軌道を有する外輪と、外周面に単列の内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備えた単列の玉軸受である。
特に、本発明のウォータポンプに於いては、上記外輪の外周面に円周方向に対し傾斜した溝が、全周に亙って形成されており、上記回転軸と上記プーリとは、合成樹脂の射出成形により一体成形されたものである。そして、このうちのプーリは、上記外輪の外径側にモールド成形されていて、このプーリを構成する合成樹脂の一部が上記溝に入り込み、上記外輪に対するこのプーリのクリープ防止を図っている。更に、上記玉軸受を、上記外輪軌道と内輪軌道とのうちの少なくとも一方と上記各玉とが、これら各玉毎に２点ずつで接触する多点接触型のものとしている。又、上記メカニカルシールの内周縁と上記回転軸の外周面との間部分、及び、上記軸受筒の内周面とこの回転軸の外周面との間部分には、それぞれ隙間を設けており、この回転軸を上記プーリを介して上記玉軸受のみで支持している。

上述の様に構成される本発明の場合、プーリを単列の玉軸受により支持している為、軸方向寸法の短縮化を図れる。
特に、本発明の場合には、上記玉軸受を多点接触型のものとしている為、プーリに加わるモーメント荷重に対する剛性を十分に確保できる。
更に、回転軸とプーリとを、合成樹脂により一体に形成している為、ウォータポンプの更なる軽量化、部品点数の減少、組み立て性の向上を図れる。更に、上記プーリを、上記玉軸受の外輪と一体的に形成でき、この玉軸受の内部隙間の変化を抑えると共に、上記回転軸と上記プーリとの同軸度を確保して、この回転軸の傾斜等を防止し、この回転軸と軸受筒との間に設置されたメカニカルシールのシール性が低下する事を防止できる。又、外輪の外周面に円周方向に対して傾斜した溝を全周に亙って形成し、プーリを構成する合成樹脂の一部をこの溝に係合されている為、このプーリの上記外輪に対するクリープの防止を図れる。

図１〜２は、本発明の実施例１を示している。尚、本発明の特徴は、プーリ１０ａを単列の玉軸受１６により支持すると共に、この玉軸受１６を多点接触型のものとする点、及び、回転軸６ａとプーリ１０ａとを合成樹脂製とし、射出成形により一体に形成する点にある。ウォータポンプの基本的構造及び作用は、前述の図６で説明した従来構造と同様である為、重複する図示及び説明を省略若しくは簡略にし、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。

本実施例の場合、回転軸６ａとプーリ１０ａとを合成樹脂製とし、射出成形により一体に形成している。即ち、このプーリ１０ａは、外周面にベルトを掛け渡す外径側円筒部１５と、上記玉軸受１６に外嵌固定する内径側円筒部１７と、これら各円筒部１５、１７同士とを連結する連結部１８とから成る。そして、このうちの内径側円筒部１７の外端（図１の左端）縁と上記回転軸６ａの外端部とを、連続部１９により連続させている。又、上記玉軸受１６は、図示しないシリンダブロックの前面に固定された、やはり図示しない軸受筒と上記プーリ１０ａの内径側円筒部１７との間に配置され、このプーリ１０ａをこの軸受筒の外周面に回転自在に支持するものである。

又、上記玉軸受１６は、図２に詳示する様に、４点接触型の単列玉軸受としている。即ち、この玉軸受１６は、内周面に単列の外輪軌道２０を有する外輪２１と、外周面に単列の内輪軌道２２を有する内輪２３と、これら外輪軌道２０と内輪軌道２２との間に転動自在に設けられた複数個の玉２４とを備えている。特に、本実施例の場合には、上記玉軸受１６を、これら各玉２４の転動面と、上記外輪軌道２０と内輪軌道２２とが、これら各玉２４毎にそれぞれ２点ずつで接触する４点接触型のものとしている。この為に、上記外輪軌道２０及び内輪軌道２２の断面形状を、上記各玉２４の直径の１／２よりも大きな曲率半径を有し、互いに中心が異なる１対の円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ状としている。

又、本実施例の場合、上記玉軸受１６を構成する外輪２１の外周面に、円周方向に対して傾斜した溝３２を、全周に亙って形成している。そして、この外輪２１の外周面に前記プーリ１０ａを固設した状態で、このプーリ１０ａの内径側円筒部１７の内周面に存在する突条３３と、上記溝３２とを係合させる事により、このプーリ１０ａの上記外輪２１に対するクリープの防止を図っている。尚、前述の図６に示した構造では、回転軸を軸受筒の内周面に、滑り軸受を介して支持しているが、前述の特許文献２〜５に記載されている様に、この滑り軸受を設けず、回転軸と軸受筒との間に隙間を設ける場合もある。この場合には、回転軸が、プーリを介して、上記玉軸受１６のみで支持される。

上述の様に構成される本実施例の場合、プーリを単列の玉軸受１６により支持している為、軸方向寸法の短縮化を図れる。特に、本実施例の場合、この玉軸受１６を４点接触型のものとしている為、プーリ１０ａに加わるモーメント荷重に対する剛性を、十分に確保できる。この結果、運転時に、上記玉軸受１６から異音や騒音が発生する事を防止できると共に、上記プーリ１０ａに掛け渡した無端ベルトに発生する偏摩耗を緩和できる。

又、本実施例の場合、回転軸６ａとプーリ１０ａとを一体に形成している為、ウォータポンプの更なる軽量化、部品点数の減少、組み立て性の向上を図れる。更に、上記回転軸６ａ及びプーリ１０ａを合成樹脂製としている為、このプーリ１０ａを、上記玉軸受１６の外輪２１の外径側にモールド成形により、この外輪２１と一体的に形成できる。この為、上記プーリ１０ａと上記外輪２１との嵌合により、上記玉軸受１６の内部隙間が変化する事は殆どなく、この玉軸受１６の内部隙間の変化に対して影響を及ぼすのは、ほぼ軸受筒とこの玉軸受１６との嵌合状態のみとなる。従って、この玉軸受１６の内部隙間に影響を与える要素を少なくして、この内部隙間の変化を抑えられる。

この結果、上記回転軸６ａが前記軸受筒内周面に対し傾斜等する事を防止して、これら回転軸と軸受筒との間に設置されたメカニカルシールのシール性が低下する事を防止できる。又、本実施例の場合、上記回転軸６ａと上記プーリ１０ａとを一体としている為、これら回転軸６ａとプーリ１０ａとの同軸度を確保し易い。従って、この点からも、回転軸６ａが軸受筒内周面に対し傾斜等する事を防止して、上記メカニカルシールのシール性の低下を防止できる。

尚、上記プーリ１０ａを支持する玉軸受として、図３に示した様な３点接触型の玉軸受１６ａを使用する事もできる。即ち、この玉軸受１６ａの場合、外輪２１の内周面に、各玉２４の転動面とこれら各玉２４毎にそれぞれ２点ずつで接触する、外輪軌道２０を有する。又、内輪２３ａの外周面に、これら各玉２４の転動面とこれら各玉２４毎にそれぞれ１点ずつで接触する、内輪軌道２２ａを有する。この為に、上記外輪軌道２０の断面形状のみ、上記各玉２４の直径の１／２よりも大きな曲率半径を有し、互いに中心が異なる１対の円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ状とし、上記内輪軌道２２ａは、一般的な深溝型の玉軸受と同様に、単一の円弧により形成している。尚、外輪軌道と内輪軌道との形状に関する関係が、上述した場合と逆であっても良い。即ち、内輪軌道が各玉毎にそれぞれ２点ずつで接触し、外輪軌道が各玉毎にそれぞれ１点ずつで接触する様にしても良い。

図４は、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合、プーリ１０ｂの外径側円筒部１５ａの外周面を、上述の実施例１と異なり、軸方向に関して径がほぼ変化しない、略円筒面としている。即ち、上述の実施例１に示した構造の場合、プーリ１０ａの外径側円筒部１５の外周面の断面形状を波形としているのに対して、本実施例の場合には、上記外径側円筒部１５ａの断面形状を略円筒面としている。そして、この外径側円筒部１５ａの外周面に、無端ベルトを背面掛けする（外周面を当接させる）様にしている。その他の構造及び作用は、上述の実施例１と同様である。

図５は、本発明の実施例３を示している。本実施例の場合、回転軸６ｂを、合成樹脂製の円杆部２５と、この円杆部２５を覆う、ステンレス鋼や表面をメッキ処理した耐食性を有する金属製のカバー２６とから構成している。即ち、本実施例の場合、プーリ１０ａと上記円杆部２５とを合成樹脂により一体に形成し、この円杆部２５に上記カバー２６を外嵌している。このカバー２６は、軸方向一端側（図５の左端側）のみ開口した中空円柱状に形成されている。この為、上記カバー２６を上記円杆部２５に外嵌し、このカバー２６の軸方向一端部を、上記プーリ１０ａとこの円杆部２５との連続部１９に突き当てる事により、この円杆部２５の全体が上記カバー２６により覆われる。

上述の様に構成される本実施例の場合、回転軸６ｂの外径側を金属製としている為、この回転軸６ｂに、メカニカルシールの受板、或は、蒸気や熱水を外部に排出する為のスリンガを外嵌した場合に、これら各部材の嵌合強度を確保し易い。即ち、回転軸全体が合成樹脂製の場合、上記受板或はスリンガを締り嵌めで嵌合した場合に、剛性が低い為に嵌合強度が十分に確保できない可能性がある。これに対して、本実施例の様に、回転軸６ｂの外径側を金属製とすれば、この回転軸６ｂの外径側部分の剛性を高くでき、この回転軸６ｂと上記受板或はスリンガとの嵌合強度を確保し易くなる。

尚、本実施例の場合、回転軸６ｂの外径側部分を金属製のカバー２６に覆っている為、部品点数の削減は図れない。但し、上記回転軸６ｂの内径側部分は合成樹脂製としている為、回転軸全体を金属製とした構造と比べて軽量化を図る事ができる。又、上記回転軸６ｂの円杆部２５とプーリ１０ａとを一体に形成している為、この回転軸６ｂとプーリ１０ａとの同軸度を確保し易く、又、上記カバー２６ａは上記円杆部２５に外嵌するだけなので、回転軸とプーリとを別体とした構造と比べて、組み立て性の向上を図る事ができる。その他の構造及び作用は、前述の実施例１と同様である。

本発明の実施例１の構造を、プーリと回転軸と玉軸受とのみを取り出して示す断面図。 本発明に適用する玉軸受の１例を示す半部断面図。 同じく玉軸受の別例を示す半部断面図。 本発明の実施例２の構造を示す、図１と同様の図。 同実施例３の構造を示す、図１と同様の図。 従来構造のウォータポンプの１例を示す部分断面図。

１ 軸受筒
２ 取付フランジ
３ シリンダブロック
４ 冷却水通路
５ 開口部
６、６ａ、６ｂ、６ｃ 回転軸
７ 滑り軸受
８ インペラ
９ メカニカルシール
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ プーリ
１１ 基部
１２ 円筒部
１３ 連続部
１４ 複列玉軸受
１５、１５ａ 外径側円筒部
１６、１６ａ 玉軸受
１７ 内径側円筒部
１８ 連結部
１９ 連続部
２０ 外輪軌道
２１ 外輪
２２、２２ａ 内輪軌道
２３、２３ａ 内輪
２４ 玉
２５ 円杆部
２６ カバー
２７ 受板
２８ 保持環
２９ ばね
３０ シール材
３１ 排水口
３２ 溝
３３ 突条

Claims (1)

1. エンジンのシリンダブロック前面に、冷却水通路の開口部を覆う状態で固定した軸受筒と、この軸受筒の内側を挿通された回転軸と、この回転軸の内端部で、上記冷却水通路の内側部分に固定されたインペラと、この回転軸の外周面と上記軸受筒との間に設けられたメカニカルシールと、上記回転軸の外端部で、この軸受筒から突出した部分に固定されたプーリと、このプーリをこの軸受筒の外周部に回転自在に支持する転がり軸受とを備え、この転がり軸受は、内周面に単列の外輪軌道を有する外輪と、外周面に単列の内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備えた単列の玉軸受であるウォータポンプに於いて、上記外輪の外周面に円周方向に対し傾斜した溝が、全周に亙って形成されており、上記回転軸と上記プーリとは、合成樹脂の射出成形により一体成形されたものであって、このうちのプーリは、上記外輪の外径側にモールド成形されていて、このプーリを構成する合成樹脂の一部が上記溝に入り込み、上記外輪に対するこのプーリのクリープ防止を図っており、上記玉軸受が、上記外輪軌道と内輪軌道とのうちの少なくとも一方と上記各玉とが、これら各玉毎に２点ずつで接触する多点接触型のものであり、上記メカニカルシールの内周縁と上記回転軸の外周面との間部分、及び、上記軸受筒の内周面とこの回転軸の外周面との間部分には、それぞれ隙間が設けられており、この回転軸が上記プーリを介して上記玉軸受のみで支持されている事を特徴とするウォータポンプ。

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