JP5897867B2

JP5897867B2 - ウォーターポンプ

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Publication number: JP5897867B2
Application number: JP2011230804A
Authority: JP
Inventors: 亮太郎竹内
Original assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN103062119A; JP2013087728A; CN103062119B

Description

本発明は、ポンプのケーシングにおいて該ケーシング内の蒸気をケーシング外へ排出する換気孔と、ポンプを駆動するためのベルト車の張力に対して補強するリブとのそれぞれの位置が干渉する場合であっても、両者を適正位置に確保することができるウォーターポンプに関する。

一般に、車両用のウォーターポンプは、ベアリング及びメカニカルシール等を具備し、該メカニカルシールでは冷却水をシール（密封）する機能を有するものの、ごく微量の冷却水は漏れ続ける状態となっている。その漏れた冷却水を逃がすため、メカニカルシールとベアリングとの間の空間には、ケーシング外に下方向に延びる水抜き孔と、ケーシング外に上方向に延びる換気孔（蒸気孔）が形成されるのが一般的である。

この種のものとして、特許文献１が存在する。なお、以下の説明において、部材に付された符号は、特許文献１に記載されたものをそのまま使用する。シール部材８と軸受け３との間に環状空間１０が配置されている。該環状空間１０から連通して上方に向かって排気口１ｅが形成されている。該排気口１ｅを取り囲むように円筒形状の突出部１ｆが、特許文献１における図２の左右方向及び図１，３の手前から奥方向に沿うように突出して形成されている。

前記排気口１ｅを取り囲むように形成される突出部１ｆは、回転軸４のほぼ真上となるように形成されている。これはドレン排水１ｃが回転軸４のほぼ真下となるように形成されるために、一直線上の排気口１ｅがほぼ回転軸４の真上となるためである。そして、特許文献１の図１，３に記載されているように、突出部１ｆを避けるようにしてボスの外周から右上方向に向かってリブが形成されている。

特開２００２−１２２１００号公報

特許文献１には、以下の課題が存在する。まず、前記突出部１ｆ（排気口１ｅやドレン排水１ｃ含む）が配置される位置にリブを形成することは出来ない。つまり、リブが配置される位置に、突出部１ｆ（排気口１ｅやドレン排水１ｃ含む）を形成することは、相互に位置が干渉することとなり、リブが補強としての機能を果たしえなくなる。

一般にリブは、駆動プーリ５に掛かるベルト荷重によってケーシングに生じる応力が極力小さくなるように配置されるが、そのリブの形成方向が突出部１ｆを避けることによって制限されてしまう。これによりケーシングに生じる応力が最小とならない位置にリブを形成しなければならないため、ポンプボディ１の強度及び耐久性を十分に高めることが出来ないという問題点がある。

逆に、リブの形成方向を最適な位置に配置すると、今度はリブが邪魔となって、排気口１ｅ、ドレン排水１ｃの位置が最適とならないため、漏れた冷却水がしっかりと排出されずに長時間経つと軸受け３にダメージを与える恐れがあるという問題点もある。また、特許文献１の３本のリブは、３本とも全て軸受け３が圧入されるポンプボディ１のボス部（円筒部分）の外周側まで形成されている。

そして、リブとしての機能は、リブのみで果たされており、突出部１ｆとリブとは、全く別機能のものとして設けられている。そのために、リブの総重量に加えて突出部１ｆ分の重量がそのままケーシング重量の増加となってしまうという問題点もある。本発明の目的（解決しようとする技術的課題）は、ケーシング内の蒸気をケーシング外へ排出する換気孔と、ポンプを駆動するためのベルト車の張力に対して補強するリブとのそれぞれの位置が干渉する場合であっても、両者が適正位置を確保できる構造とし、ポンプケーシングを軽量且つコンパクトにすることである。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、ベアリングボス部と該ベアリングボス部の軸方向に対して直交方向に延出するポンプハウジング部とからなるケーシングにおいて、該ケーシングのベアリングボス部の内周側のベアリング室と、ポンプハウジング部内のシール装着室と、前記ベアリング室と前記シール装着室との間に形成された空隙室と、前記ケーシングの前記空隙室における内部上方と外部上方とを連通する換気孔と、前記ベアリングボス部の外側面上方の所定位置に形成されると共に前記換気孔の開口を覆う換気屋根部と、該換気屋根部の上面と前記ポンプハウジング部との間に亘って形成されたリブとからなり、前記換気屋根部は前記ポンプハウジング部側より前記ベアリングボス部の軸方向に沿って突出形成されてなるウォーターポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項２の発明を、請求項１において、前記換気屋根部は、所定間隔をおいて２個形成され、前記両換気屋根部に前記リブが形成されると共に、前記両換気屋根部のいずれか一方にのみ前記換気孔が形成されてなるウォーターポンプとしたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項１において、前記換気屋根部は、側壁部と、頂部とからなり、該頂部と前記ベアリングボス部との間に仕切り壁が設けられて屋根開口が仕切られ、該屋根開口のいずれか一方にのみ前記換気孔が形成され、且つ前記換気屋根部の頂部は連続且つ一体形成され、前記リブは１個としてなるウォーターポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、ポンプハウジング部とベアリングボス部とを繋ぐように形成されたリブは、換気孔が配置された位置であっても、相互に避けること無くリブを形成することが出来る。つまり、換気孔の外側面に形成される開口を覆うようにして換気屋根部が形成され、該換気屋根部とポンプハウジング部との間に亘ってリブが形成されることにより、前記換気屋根部が換気孔の開口を確保しつつ、換気屋根部がリブと連続する構成となり、リブと共に換気屋根部も補強の役目を十分に果たすことができる。

したがって、リブ及び換気孔の両方は、何ら他方に対して障害とならず、相互に干渉せずに、最適な角度に配置することが出来るようになる。そして、これによりベルト荷重によるケーシングに掛かる応力を何の邪魔も無く最小にでき、ケーシングの強度及び耐久性を向上させることが出来る。

また、リブの内周側が換気屋根部によって二股形状に分かれているため、ポンプに掛かったベルト荷重は分散されるため、リブに掛かるベルト荷重による応力は小さくなる。これによって、ケーシングの強度及び耐久性を向上できる。また、従来通りのケーシングの強度及び耐久性で十分なものとするならば、リブを小さくできるため、ケーシングの軽量化にも繋がる。

さらに、換気屋根部の壁は、リブの機能を兼ね備えているため、換気屋根部の壁の分だけリブの長さを短くすることができることになる。つまり、換気屋根部を形成する壁自体がリブの機能を兼ね備えるため、リブ自体の長さを短くできることにより、その分だけケーシングの重量を削減することが出来る。

請求項２の発明では、換気屋根部は、所定間隔をおいて２個形成され、前記両換気屋根部に前記リブが形成されたことにより、２個のリブからさらに２個の換気屋根部の壁によって４個の枝分かれした壁が構成され、ベルト荷重をこれら４個の壁に分散させることが出来る。これにより、ケーシングの強度をより一層、向上させ、同時にケーシングの軽量化を図ることが出来る。

請求項３の発明では、前記換気屋根部は、側壁部と、頂部とからなり、該頂部と前記ベアリングボス部との間に仕切り壁が設けられて屋根開口が仕切られ、いずれか一方にのみ前記換気孔が形成され、且つ前記換気屋根部の頂部は連続且つ一体形成され、前記リブは１個としてなるウォーターポンプとしたことにより、換気屋根部の頂部箇所壁は一体化され、形状が単純であり、鋳造金型費や加工費を安くすることが出来る。

（Ａ）は本発明の第１実施形態の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ1−Ｙ１矢視断面図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の（ア）部拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）のＸ1−Ｘ１矢視拡大断面図である。本発明におけるベルト荷重による応力が換気屋根部及びリブによって分散された作用を示す要部拡大正面図である。（Ａ）は本発明の第２実施形態を示す要部斜視図、（Ｂ）は第２実施形態の要部正面図、（Ｃ）は本発明の第３実施形態を示す要部正面図である。（Ａ）は本発明におけるケーシングの縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ2−Ｙ2矢視断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本発明は、複数の実施形態が存在し、まず第１実施形態について説明する。主に、ケーシングＡと、シャフト付きベアリング９１と、メカニカルシール９２と、インペラー９３とから構成される。前記ケーシングＡは、アルミ合金製であるが、その他の材質でも構わない。

ケーシングＡは、図１，図５に示すように、略中空円筒形状のベアリングボス部１と平板形状のポンプハウジング部２とから構成される。ベアリングボス部１とポンプハウジング部２とは一体的に形成されている。ベアリングボス部１は、内周側に包囲されたベアリング室１１が形成される。また、ポンプハウジング部２にはメカニカルシール９２が装着されるシール装着室２１が形成されている。

ベアリング室１１には、シャフト付きベアリング９１のベアリング部が装着され、シール装着室２１には、メカニカルシール９２が装着される〔図１（Ｂ）参照〕。シャフト付きベアリング９１のシャフト９１ａは、メカニカルシール９２によって外周側面が水密的にシールされつつ、メカニカルシール９２を貫通している。そして、シャフト９１ａの軸方向一端には、インペラー９３が装着される。また、シャフト９１ａにはベルト車９４が装着され、該ベルト車９４にはベルト９５が装着される（図１参照）。

ケーシングＡのベアリング室１１とシール装着室２１との間には、空隙室３が形成される〔図１（Ｂ），図５（Ａ）参照〕。該空隙室３は、ベアリング室１１に装着されたシャフト付きベアリング９１のベアリング部分と、シール装着室２１に装着されたメカニカルシール９２との間に構成されたスペースとなる。ケーシングＡには、水抜き孔４と換気孔５とがシャフト付きベアリング９１に対して上下方向且つ垂直方向に形成される〔図１（Ｂ），図５（Ａ）参照〕。

前記水抜き孔４及び換気孔５は、前記ケーシングＡ内部と外部とを貫通する孔であり、メカニカルシール９２とシャフト付きベアリング９１の間に構成された空隙室３に漏れて溜まった冷却水をケーシングＡの外部に排出する役目を有する。前記水抜き孔４及び換気孔５は、ケーシングＡにおける空隙室３の内部側と外部側とを貫通する管路状の孔であり、共に直線状の孔であり、水抜き孔４と換気孔５とは、１直線上に並んで形成される（図１，図５参照）。

ケーシングＡの外側には、換気屋根部６が形成されている。さらに具体的には、換気屋根部６は、前記ベアリングボス部１の外側面上方の所定位置に形成され、且つ前記ポンプハウジング部２側より前記ベアリングボス部１の軸方向に沿って突出形成される。具体的には、換気屋根部６は、シャフト付きベアリング９１のシャフト９１ａの軸方向に沿うようにして立ち上がった形状となっている。換気屋根部６は、前記換気孔５のケーシングＡの外部側で、且つ換気孔５の排出側である換気開口５１を覆うと共にケーシングＡの補強としての役目を果たす。

換気屋根部６は、ベアリングボス部１の外周側面の上方位置に略半割管形状又はトンネル形状に形成された略アーチ状の形成物である〔図２（Ａ），（Ｂ）参照〕。そして、換気孔５の換気開口５１は、さらに換気屋根部６の内側を通過して、ケーシングＡの外部と連通する。また、換気屋根部６の壁の高さは、本実施例ではベアリングボス部１の高さの略半分程度の高さとしているが、この大きさに限定するものではない。

また、換気屋根部６の屋根開口６１の面積は、前記換気孔５の換気開口５１の面積より僅かに大きい程度となっている。換気屋根部６は、換気孔５の換気開口５１の必要な面積を確保しつつ、換気屋根部６の屋根開口６１の面積は出来る限り小さい面積にすることが好ましい。換気屋根部６の屋根開口６１の面積を小さくすることで、換気孔５より内部への水や泥の浸入を抑制することができる。

その浸入の抑制手段として、換気屋根部６の通路には、該換気屋根部６の屋根開口６１と、換気孔５の換気開口５１との間に堰形状の段差部６２が形成されることもある〔図２（Ｃ）参照〕。該段差部６２によって、換気孔５の換気開口５１からケーシングＡの内部に水や泥の浸入を抑制することができる。

また、換気屋根部６の屋根開口６１の部位では頂部からベアリングボス部１側に近づくにしたがって、ポンプハウジング部２から遠ざかるようにベアリングボス部１側とのすそ野が長くなるように形成されている。これにより換気屋根部６の屋根開口６１の端面に付着した水はすそ野形状に沿って屋根開口６１から遠ざかりながら垂れて行き、これにより換気孔６より内部への水や泥の浸入を抑制している。

ベアリングボス部１とポンプハウジング部２との間には、複数のリブ７が形成されている。リブの高さはベアリングボス部１に向かうに従って徐々に高くなっていく。リブ７は、ベアリングボス部１の外周において略等間隔に５箇所配置されている。リブ７の個数は、必ずしも５に限定されるものではなく、５以下でも、或いは５以上であっても構わないが、全体のバランスを考慮して形成されるものである。

リブ７は、板片状に形成されたものであり、ポンプハウジング部２の外周縁に形成された複数のボルト取付部２２，２２，…から、ベアリングボス部１の直径中心に向かって連続的に繋がるようにして形成されている。それぞれのリブ７の外端寄りの高さは、ポンプハウジング部２からベアリングボス部１の軸方向に突出するボルト取付部２２の高さ寸法と略同等である。そして、リブ７とベアリングボス部１の外周側面との連続箇所では、ベアリングボス部１の軸方向に沿って延びるように形成されている。

複数のリブ７，７，…は、ベアリングボス部１の外周側面に連続形成されるものであるが、その中の一部は、前記換気屋根部６に連続形成される。該リブ７は、前記換気屋根部６の頂部箇所に形成される。１箇所のボルト取付部２２から２本のリブ７が換気屋根部６に向かって形成され、換気屋根部６を構成する左右両側の側壁部６ａ，６ａによって、略二股形状に分岐形成される。

つまりリブ７のベアリングボス部１側では、換気屋根部６の側壁部６ａ，６ａによって二股状に分岐形成される。そして、リブ７と換気屋根部６の二岐状の側壁部６ａ，６ａによって、一つの補強リブが構成されることになり、換気孔５の換気開口５１は、換気屋根部６にて排気可能に覆われ、リブ７と換気孔５との最適位置が一致しても、共に最適位置を確保しつつ相互の干渉も防止でき、補強リブとして十分に機能を果たすことができる。

本発明の第１実施形態では、前記換気屋根部６は、所定間隔をおいて２箇所に形成される。そして、１つのボルト取付部２２から、２個の換気屋根部６，６の両方に向かってリブ７，７が形成される。そして、１箇所のボルト取付部２２から２本のリブ７，７が２個の換気屋根部６，６に向かって形成され、２個のそれぞれのリブ７から換気屋根部６を構成する側壁部６ａ，６ａによって、略二股形状に分岐形成される。つまり換気屋根部の壁は四つ股に分かれる。

この第１実施形態では、前述したように、２個の換気屋根部６，６と、この２個の換気屋根部６，６に対応する２個のリブ７，７を有するものである。そして、２個の換気屋根部６，６は、そのいずれか一方がケーシングＡの頂部に位置するように設定できるようになっている。つまり、本発明のウォーターポンプを装着するエンジンによって、取付角度が変更する場合が存在するが、換気屋根部６が２個具備されたものであり、これによっていずれか一方の換気屋根部６がケーシングＡの頂部に位置するように設定される。

そして、ケーシングＡの頂部に位置する側の換気屋根部６に換気孔５が形成され、他方の換気屋根部６には換気孔５は形成されていない。つまり、予めケーシングＡには２個の換気屋根部６，６と、これに対応する２個のリブ７，７が形成され、頂部に位置する換気屋根部６にのみ換気孔５を形成することで、エンジンへの種々の取付状態に対応することができ、鋳造金型費や加工費を安くすることが出来る。

第１実施形態では、２個の換気屋根部６，６のいずれか一方に換気孔５が形成され、該換気孔５の換気開口５１が覆われることになる。２個の換気屋根部６，６において、いずれに換気孔５が形成されるかを決定するには、ケーシングＡがエンジンに取り付けられた状態で、２個の換気屋根部６，６のいずれか高い位置となる方の換気屋根部６の形成箇所に換気孔５が形成される。つまり、換気孔５は、ケーシングＡの空隙室３の上方となる位置が好ましいからである。

リブ７は、換気屋根部６によって二股形状に分かれているため、ポンプのベルト車９４に掛かったベルト９５によるベルト荷重Ｆは分散された応力ｆ，ｆ，…となるため、リブ７に掛かるベルト荷重Ｆによる応力は小さくなる（図３参照）。これによって、ケーシングＡの強度及び耐久性を向上できる。また、従来通りのケーシングＡの強度及び耐久性で十分なものとするならば、リブ７を小さくできるためケーシングＡの軽量化にも繋がる。

さらに、換気屋根部６の側壁部６ａ，６ａは、リブ７と略同等の機能を兼ね備えているため、換気屋根部６の側壁部６ａ，６ａだけリブ７の長さを短くすることができる。これによって、リブ７自体の長さを短くできることにより、その分だけケーシングＡの重量を削減することが出来る。

特に、第１実施形態では、換気屋根部６は、所定間隔をおいて２個形成されているので、２個のリブ７，７からそれぞれ２個の換気屋根部６，６の合計４個の両側壁部６ａ，６ａ，…によって４個に枝分かれしており、ベルト荷重Ｆがこれら４個の側壁部６ａ，６ａ，…によって、より一層小さい分力ｆに分散させることが出来る。これにより、ケーシングＡの強度をより一層、向上させ、同時にケーシングＡの軽量化を図ることが出来る。

次に本発明の第２実施形態について述べる。前記換気屋根部６の屋根開口６１は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、２個形成されると共に、前記換気屋根部６の頂部は連続且つ一体形成される。具体的には、換気屋根部６の最も離間した位置に形成される２つの側壁部６ａ，６ａと、両側壁部６ａ，６ａに亘って形成された頂部６bとから構成される。

頂部６ｂは、ベアリングボス部１の外周側面の周方向に沿って略円弧状の板片部として形成されたものである。そして、前記頂部６ｂとポンプハウジング部２との間にリブ７が形成される。該リブ７は１個形成される。具体的には、頂部６ｂの周方向において、略中間位置にリブ７が形成される。

また、両側壁部６ａ，６ａで、且つ頂部６ｂの周方向の略中間位置と、ベアリングボス部１との間で、仕切り壁７１が形成される。該仕切り壁７１は、前述した頂部６ｂとポンプハウジング部２との間に形成されたリブ７と頂部６ｂを挟んで連続したものであり、仕切り壁７１は、リブ７と共に換気屋根部６の補強の役目をなす。

本発明の第３実施形態では、図４（Ｃ）に示すように、前記換気屋根部６は、１箇所に形成される。そして、１つのボルト取付部２２から、１個の換気屋根部６に向かって１本のリブ７が形成される。そして、１個の換気屋根部６を構成する側壁部６ａ，６ａによって、略二股形状に分岐形成される。１個の換気屋根部６には、換気孔５が形成される。この第３実施形態では、換気屋根部６が最も高い位置となるようにして、ケーシングＡがエンジンに取り付けられる。つまり、換気孔５がケーシングＡの空隙室３の上方となる位置となるようにケーシングＡがエンジンに装着される。

Ａ…ケーシング、１…ベアリングボス部、１１…ベアリング室、
２…ポンプハウジング部、２１…シール装着室、３…空隙室、５…換気孔、
６…換気屋根部、７…リブ。

Claims

ベアリングボス部と該ベアリングボス部の軸方向に対して直交方向に延出するポンプハウジング部とからなるケーシングにおいて、該ケーシングのベアリングボス部の内周側のベアリング室と、ポンプハウジング部内のシール装着室と、前記ベアリング室と前記シール装着室との間に形成された空隙室と、前記ケーシングの前記空隙室における内部上方と外部上方とを連通する換気孔と、前記ベアリングボス部の外側面上方の所定位置に形成されると共に前記換気孔の開口を覆う換気屋根部と、該換気屋根部の上面と前記ポンプハウジング部との間に亘って形成されたリブとからなり、前記換気屋根部は前記ポンプハウジング部側より前記ベアリングボス部の軸方向に沿って突出形成されてなることを特徴とするウォーターポンプ。
請求項１において、前記換気屋根部は、所定間隔をおいて２個形成され、前記両換気屋根部に前記リブが形成されると共に、前記両換気屋根部のいずれか一方にのみ前記換気孔が形成されてなることを特徴とするウォーターポンプ。
請求項１において、前記換気屋根部は、側壁部と、頂部とからなり、該頂部と前記ベアリングボス部との間に仕切り壁が設けられて屋根開口が仕切られ、該屋根開口のいずれか一方にのみ前記換気孔が形成され、且つ前記換気屋根部の頂部は連続且つ一体形成され、前記リブは１個としてなることを特徴とするウォーターポンプ。