JP6096308B2 - ウォータポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えばエンジンを冷却するための冷却水をエンジン内部に供給するために用いられるウォータポンプに関する。

従来のウォータポンプとしては、以下の特許文献１に記載された内燃機関の冷却装置に用いられたものが知られている。

概略を説明すると、ポンプハウジング内に駆動回転自在に支持された駆動軸と、該駆動軸の先端部に一体に形成された主インペラと、駆動軸に対して相対回転可能に嵌合された副インペラと、前記主インペラと副インペラとの間に介装されて、所定温度以上の場合に前記主インペラと副インペラとを連結する一方、所定温度未満の場合に、前記主インペラから副インペラを切り離すクラッチ機構と、を備えている。

すなわち、クラッチ機構は、例えば内燃機関の低温始動後の一定時間は、主インペラと副インペラの連結を遮断して暖機性能を向上させると共に、暖機完了後は、主インペラと副インペラを連結して機関の冷却を開始するようになっている。

特開平７−３１７６８８号公報

しかしながら、従来のウォータポンプにあっては、前記副インペラを主インペラが内側に抱持する形で径方向に多重に配置していることから、主インペラの外径が大きくなり、ポンプ室も必然的に径方向に大きくなってしまう。この結果、ポンプハウジングの外径が大きくなって、ウォータポンプ全体の大型化が余儀なくされている。

本発明は、前記従来のウォータポンプの実情に鑑みて案出されたもので、主インペラと副インペラを備えたウォータポンプの小型化を図り、機関への搭載性を向上させることを目的としている。

請求項１に記載の発明は、一端側から回転力が伝達され、他端側がポンプ室に挿通された駆動軸と、前記ポンプ室に収容されると共に、前記駆動軸の他端側にクラッチ機構を介して断続自在に設けられた主インペラと、前記駆動軸の前記主インペラよりも先端側に、前記駆動軸と一体回転可能に設けられ、前記主インペラよりも小径に形成された副インペラと、を備え、
前記クラッチ機構は、前記駆動軸と一体に回転する駆動リングと、前記主インペラの基部に貫通形成された保持孔内に設けられて、該主インペラと一体に回転する従動リングと、前記駆動リング及び従動リングの各外周面に跨って配置され、自身の弾性力によって縮径変形可能なクラッチスプリングと、前記クラッチスプリングの外周に環状隙間をもって回転可能に配置され、前記クラッチスプリングを拡径方向へ変形させる制御部材と、前記制御部材の回転を制限する回転制限機構と、を備え、
前記主インペラの保持孔の内周面と従動リングの外周面との間に、前記ポンプ室内に供給された冷却水を、前記クラッチスプリングの外周側の前記環状隙間に流入させる通路部が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、駆動軸の主インペラよりも軸方向先端側に副インペラを設けたことにより、ウォータポンプの小型化を図ることができる。

本発明に係るウォータポンプの第１実施形態を示す縦断面図である。 本施形態のウォータポンプの分解斜視図である。 本実施形態に供される副インペラを示し、Ａは斜視図、Ｂは正面図である。 本発明に係るウォータポンプの第２実施形態を示す縦断面図である。 本実施形態に供される副インペラを示し、Ａは側面図、Ｂは正面図である。 本発明に係るウォータポンプの第３実施形態を示す縦断面図である。 本実施形態に供される副インペラを示し、Ａは正面図、Ｂは側面図である。

以下、本発明に係るウォータポンプの各実施形態を図面に基づいて詳述する。

このウォータポンプ１は、自動車のラジエータとエンジンの間で冷却水である不凍液（エチレングリコール）を循環させる冷却装置に適用されている。
〔第１実施形態〕
このウォータポンプ１は、図１〜３に示すように、内燃機関のシリンダブロック０１の側部に複数の取付ボルト２８によって直接取り付けられ、シリンダブロック０１側の前端部凹溝との間に協働してポンプ室３が形成されたポンプハウジング２と、該ポンプハウジング２の後端側に、単一のボールベアリング５によって回転自在に支持されたプーリ４と、前記ポンプハウジング２の内部に挿通配置され、一端部が前記プーリ４に一体に連結された駆動軸６と、該駆動軸６の他端側に固定されて、前記ポンプ室３内に回転自在に収容された主インペラ７と、前記ポンプハウジング２と駆動軸６との間に介装されて、ポンプ室３と前記ボールベアリング５との間をシールするメカニカルシール８と、から主として構成されている。

前記シリンダブロック０１は、ウォータポンプ１側の外側部内に図外のラジエータ側から冷却水を導入する導入通路０３が形成されている。この導入通路０３は、前記ポンプ室３に対して軸直角方向から連通していると共に、通路内径が均一に形成されている。

前記ポンプハウジング２は、アルミニウム合金材で一体に形成され、ポンプ室３側にハウジング本体９が異形円環状に形成されていると共に、該ハウジング本体９の後端側に段差径状の筒状部１０を一体に有している。

前記ハウジング本体９は、前端にシリンダブロック０１の側部に有する平面部に当接する平坦な環状の取付面９ａが形成されていると共に、外周にはシリンダブロック０１に螺着固定される取付ボルト２８が挿通されるボルト孔９ｂを構成するボス部９ｃが複数突設されている。

また、このハウジング本体９の内部には、前記導入通路０３からポンプ室３に流入した冷却水を主インペラ７の回転に伴って図外のウォータジャケット内に吐出する吐出ポート９ｄが形成されている。この吐出ポート９ｄは、一部が前記シリンダブロック０１の前端部外面に形成された凹部との間に形成されている。

前記筒状部１０は、図１に示すように、ポンプ室３側の大径部１０ａと、該大径部１０ａから前記ボールベアリング５方向へ延出した中径部１０ｂと、該中径部１０ｂから駆動軸６の大径軸部方向へ延出した小径部１０ｃと、から構成されている。
前記中径部１０ｂは、重力方向の下側に前記メカニカルシール８から漏れ出た冷却水の水滴を流入させる環状空間室１１が形成されていると共に、該環状空間室１１の下側には、該環状空間室１１から滴下した水滴を捕集貯留する図外のドレンチャンバが形成されている。

前記プーリ４は、合成樹脂製によって円盤状に一体に形成されており、中央に前記駆動軸６がインサート成形によって結合された中央固定部４ａと、該中央固定部４ａの軸方向前端縁から駆動軸６の径方向に延出した円盤状のフランジ壁４ｂと、該フランジ壁４ｂの外周縁から駆動軸６の軸方向に折曲された大径状の円筒部４ｃと、該円筒部４ｃの外周面に突設されたベルト装着部４ｄとから構成されている。
前記円筒部４ｃは、内周面に金属円筒状のインサート１２を介して前記ボールベアリング５の外輪５ｂが圧入固定されている。前記ベルト装着部４ｄは、波形歯状に形成された外周に、図外のクランクシャフトの先端部に固定された駆動プーリに巻回された伝達ベルトが巻回されて回転力が伝達されるようになっている。

前記ボールベアリング５は、一般的なもので、前記筒状部１０の小径部１０ｃ外周面に圧入された内輪５ａと、前記インサート１２の内周に面に圧入された前記外輪５ｂと、前記内輪５ａと外輪５ｂとの間に保持器を介して転動自在に設けられた複数のボール５ｃとから構成されている。
また、前記小径部１０ｃの外周には、図２にも示すように、薄肉円環状の遮蔽板１３が前記内輪５ａと前記中径部１０ｂの前記環状突部に挟まれて固定されている。この遮蔽板１３は、前記ボールベアリング５の後端縁側を覆った状態に配置されて、外部からの塵芥などが前記ボールベアリング５へ侵入するのを阻止するようになっている。
前記駆動軸６は、金属材によって形成されていると共に、図１及び図２に示すように、該プーリ４側の一端部側に形成された大径軸部６ａと、該大径軸部６ａの主インペラ７側の端部側に一体に有する中径軸部６ｂと、該中径軸部６ｂの先端側に一体に有する小径軸部６ｃと、を備え、大径軸部６ａから小径軸部６ｃまで段差小径状に形成されている。

前記大径軸部６ａのプーリ４側の先端側外周には、環状溝６ｄが形成され、この環状溝６ｄは、この溝端縁で切られた水滴を前記環状空間室１１から該環状空間室１１の下部に設けられた図外の貯留室に滴下させるようになっている。

また、前記中径軸部６ｂの小径軸部６ｃと連結された部位の外周面には、駆動リング１４が軸方向から圧入固定されている。この駆動リング１４は、金属材によって一体に形成され、前記中径軸部６ｂの外周面に軸方向から圧入固定される円筒状本体１４ａと、該円筒状本体１４ａの前端に一体に形成された規制フランジ部１４ｂとから構成されている。前記円筒状本体１４ａは、内径が前記中径軸部６ｂの外径よりも僅かに小径に形成されて、中径軸部６ｂに圧入されている。

前記規制フランジ部１４ｂは、前記円筒状本体１４ａ側の一側面に段差小径状の環状凸部（段差部）１４ｃが一体に形成されている。

前記小径軸部６ｃは、軸方向へ比較的長く延設されて、軸方向のほぼ中央部の外周には、軸受部１５（水中軸受）が回転自在に設けられている。この軸受部１５は、カーボン材によって筒状一体に形成され、軸方向長さが前記小径軸部６ｃの軸方向の長さよりも短く設定されている。

なお、前記駆動リングは前記駆動軸６と一体的に形成されていても良い。

前記軸受部１５の外周には、円筒状の従動リング１６が圧入固定されている。この従動リング１６は、ステンレス材によって一体に形成された円筒状のリング本体１６ａと、該リング本体１６ａの前記駆動リング１４と反対側の軸方向一端部に一体に設けられたフランジ部１６ｂと、該フランジ部１６ｂの内側面の円周方向の等間隔位置に一体に設けられた複数の突起部１６ｃと、から主として構成されている。

前記従動リング１６は、前記フランジ部１６ｂを含む軸方向全体の長さが前記軸受部１５の軸方向長さとほぼ同一に設定されていると共に、内径が前記軸受部１５の外径よりも僅かに小さく形成されて圧入代が確保されている。

前記リング本体１６ａは、軸方向の他端面がこれに対向する前記駆動リング１４の円筒状本体１４ａの対向面に軸方向から摺動自在、または若干の隙間をもって対向していると共に、その外径が前記円筒状本体１４ａの外径とほぼ同一に設定されて、互いに連続した外周面に形成されている。

前記フランジ部１６ｂの各突起部１６ｃの間には、後述するクラッチスプリング２０の一端部２０ａが係止固定される係止溝１６ｄが形成されている。

なお、前記従動リング１６は前記主インペラ７と一体的に形成されていても良い。

前記主インペラ７は、アルミ合金材によって一体に形成され、図１及び図２に示すように、ほぼ円盤状の基部７ａと、該基部７ａの前面外周側に中央部側から放射状に形成された６枚の羽根部７ｂと、から主として構成されている。

この主インペラ７は、前記駆動軸６の小径軸部６ｃ外周側に軸受部（水中軸受）１５と従動リング１６を介して配置され、前記基部７ａの中央に円柱状の保持孔７ｃが軸方向へ貫通形成されている。この保持孔７ｃは、比較的大径に形成されていると共に、前記従動リング１６の約２／３程度が収容配置される軸方向の長さを有している。

また、前記保持孔７ｃの孔縁が前記従動リング１６のフランジ部１６ｂの近傍の部位にかしめ固定されている。したがって、この主インペラ７は、従動リング１６を介して前記軸受部１５と一体に回転すると共に、前記駆動軸６に対しては相対回転するようになっている。さらに、前記保持孔７ｃは、内周で後述する制御部材２１を嵌合保持するようになっている。

そして、前記駆動軸６の小径軸部６ｃの先端部には、副インペラ３２が圧入固定されている。この副インペラ３２はいわゆる軸流型であって、図１及び図３Ａ、Ｂに示すように、前記導入通路０３内のポンプ室３に臨む位置に配置されており、合成樹脂材によって一体に形成されて、軸方向に延出したほぼ円筒状の基部３２ａと、該基部３２ａの先端部外周面から放射状に突設された６つの羽根部３２ｂと、該各羽根部３２ｂの外端縁に一体に設けられた円環部３２ｃと、から主として構成されている。

前記基部３２ａは、先端内部が中実状に形成されているが後端部３２ｄの内部軸心方向に前記駆動軸６の小径軸部６ｃ先端部が圧入される圧入用穴３２ｅが形成されている。

前記圧入用穴３２ｅは、後端部３２ｄの後端面から内部軸方向へ所定長さまで形成されていると共に、内径が前記小径軸部６ｃの外径よりも僅かに小さく形成されて圧入代が形成されている。

前記各羽根部３２ｂは、基部３２ａの外周面に円周方向の約６０°位置に配置され、それぞれが平板状に形成されていると共に、前端側から後端側に掛けて水流を得るために同じ方向へ傾斜状に形成されている。また、前記円環部３２ｃの外径は、前記導入通路０３の内径よりも小さく形成されて、外周縁と導入通路０３の内周面との間に所定の隙間Ｓが形成されている。

前記基部３２ａの後端面と前記軸受部１５の前端面との間には、図１、図２に示すように、金属製円盤状の保持板１７が介装されている。この保持板１７は、中央に前記小径軸部６ｃが圧入される圧入孔１７ａが形成されていると共に、外径が従動リング１６に外径より僅かに大きく形成されて、外周部側で前記軸受部１５と従動リング１６の軸方向の自由な移動を規制するようになっている。

前記駆動リング１４の円筒状本体１４ａと従動リング１６のリング本体１６ａの両外周側には、クラッチ機構が設けられている。

前記クラッチ機構は、前記駆動リング１４と従動リング１６の両外周側に配置されたクラッチスプリング２０と、該クラッチスプリング２０の外周側に配置され、前記駆動リング１４と従動リング１６に対するクラッチスプリング２０による連結を制御する前記制御部材２１と、該制御部材２１の回転を制御する回転制限機構２２とにより構成されている。

前記クラッチスプリング２０は、軸方向に長いコイル状に形成されて、前記円筒状本体１４ａと前記リング本体１６ａの各外周面に軸方向から跨って巻装され、常時縮径する方向にばね力が作用して前記駆動リング１４と従動リング１６を連結するようになっている。

また、このクラッチスプリング２０は、軸方向に折曲形成された一端部２０ａが前記従動リング１６の係止溝１６ｄに係止固定されていると共に、径方向に折曲形成された他端部２０ｂが前記制御部材２１の軸方向一端側に形成された係合溝２１ｃに係合固定されている。

前記制御部材２１は、図１及び図２に示すように、ほぼ円筒状に形成された本体２１ａと、該本体２１ａの外周面の径方向対称位置に形成された一対のアーム部２１ｂ、２１ｂとを有し、前記本体２１ａの内周面が僅かな隙間をもって前記クラッチスプリング２０の外周面を覆う形で配置されている。

前記本体２１ａは、軸方向に沿って所定長さに設定されていると共に、外径が前記主インペラ７の保持孔７ｃの内径よりも僅かに小さく設けられ、軸方向の一端部が保持孔７ｃの内周面に摺動自在に嵌合されている一方、他端部は、前記環状凸部１４ｃの外周面に摺動自在に嵌合されている。

すなわち、この制御部材２１は、いずれかの部材に固定されることなく、前記本体２１ａの一端部が前記保持孔７ｃの内周面に摺動自在に嵌合保持されていると共に、他端部が、前記環状凸部１４ｃの外周面に摺動自在に嵌合保持されている。また、他端部が前記規制フランジ部１４ｂの内側面に軸方向から当接している。なお、この他端部には、ほぼ横Ｕ字形状に形成された係合溝２１ｃが軸方向に沿って切欠形成されている。

前記両アーム部２１ｂ，２１ｂは、本体２１ａの外周面の軸方向のほぼ中央位置に固定された固定基部と、該固定基部から径方向へ突出して軸方向へ折曲されて前記メカニカルシール８の外周位置まで延設された先端部とから構成されている前記両アーム部２１ｂは、外周面が前記本体２１ａの周方向に沿って断面円弧状に形成されている。

この制御部材２１は、前記クラッチスプリング２０の一端部２０ａを介して前記従動リング１６及び軸受部１５と一体的に回転するようになっていると共に、前記ポンプハウジング２に設けられた前記回転制限機構２２によって適宜その回転が制限（規制）され、この制限作用によって前記クラッチスプリング２０を拡径変形させるようになっている。

前記回転制限機構２２は、図１、図２に示すように、電磁ソレノイドによって構成され、ポンプハウジング２の大径部１０ａ側の側部に形成された保持孔２ａ内に収容固定されたソレノイドボディ２３と、該ソレノイドボディ２３の後端側に設けられたソレノイド部２４とから構成されている。

前記ソレノイドボディ２３は、ほぼ円筒状に形成されて、外周のシール溝に環着固定されたシールリング３４を介して前記保持孔２ａ内に液密滴に収容保持されていると共に、先端壁のほぼ中央位置に前記ポンプハウジング２に形成された貫通孔２ｂと連続した摺動孔２３ａが貫通形成されている。

前記ソレノイド部２４は、ケーシングの内部に電磁コイルや固定コア、可動プランジャ２５などが収容配置されていると共に、先端部には前記可動プランジャ２５に固定されたプッシュロッド２６が設けられている。また、ソレノイド部２４の外端部には、後述の電子コントローラに電気的に接続されるコネクタ部２４ａが一体に設けられている。

このプッシュロッド２６は、基端部が前記可動プランジャに固定されていると共に、先端部が前記摺動孔２３ａと貫通孔２ｂ内の挿通しつつ前記制御部材２１のアーム部２１ｂ方向へ進退自在に設けられている。つまり、このプッシュロッド２６は、前記電磁コイルに通電されると、前記可動プランジャを介して進出作動して先端部が前記いずれか一方のアーム部２１ｂの一側面に径方向から当接して、制御部材２１の駆動軸６と同方向の自由な回転を規制制限する一方、電磁コイルへの通電が遮断されると、先端部の外周に巻回されたコイルスプリング２７のばね力によって後退作動して前記いずれか一方のアーム部２１ｂとの当接がなくなる。前記ソレノイド部２４の電磁コイルは、図外の電子コントローラから制御電流が供給あるいは供給が遮断されるようになっている。

この電子コントローラは、クランク角センサやエアフローメータ、機関の水温センサなどからの情報信号に基づいて現在の機関状態を検出して燃料噴射弁などの各種機器類を制御するようになっている。特に、前記機関水温センサからの情報信号に基づいて、前記ソレノイド部２４の電磁コイルに制御電流を供給あるいは遮断して前記制御部材２１を介してクラッチスプリング２０を縮径変形あるいは拡径変形させるようになっている。

そして、前記主インペラ７の前記クラッチスプリング２０のほぼ軸方向で対向する位置に、ポンプ室３内に供給された冷却水を主インペラ７の背後（メカニカルシール８方向）に導く貫通孔である２つの導水孔３０が形成されている。

また、主インペラ７の基部７ａの前記保持孔７ｃの内周面と、該保持孔７ｃの内部に挿入固定された前記従動リング１６のリング本体１６ａの外周面との間に、環状の通路が形成されている。この通路は、図１に示すように、主インペラ７の基部７ａの径方向ほぼ中央側の位置に形成されて、前記クラッチスプリング２０外周側の環状隙間と軸方向から連通していると共に、前記制御部材２１にも軸方向から連通するようになっている。

まず、機関が所定の温度以下の冷機始動時には、前記機関水温センサからの情報信号によって電子コントローラが前記ソレノイド部２４の電磁コイルへ通電して励磁させる。そうすると、可動プランジャを介して、プッシュロッド２６がコイルスプリング２７のばね力に抗して進出して、プッシュロッド先端部が制御部材２１の一方のアーム部２１ｂの先端部側面に径方向から当接して前記制御部材２１の回転を制限する。

これによって、クラッチスプリング２０の他端部２０ｂを介して該クラッチスプリング２０が拡径方向へ変形するため、前記クラッチスプリング２０の内周面が、前記駆動リング１４と従動リング１６の各外周面から離間して両者１４，１６の接続を切り離す。したがって、前記駆動リング１４は、そのまま駆動軸６と一体に回転を継続するが、従動リング１６は回転が停止されることから主インペラ７も回転が停止される。

このとき、副インペラ３２は、駆動軸６と共に常時回転していることから、導入通路０３内の冷却水を引き込んでポンプ室３を介して吐出ポート９ｄに送り出しているが、この送り出す冷却水は僅かである。

このように、主インペラ７によるポンプ作用が停止して、副インペラ３２のみが回転していることから、冷却水は導入通路０３からポンプ室３内へ僅かに供給されて吐出ポート９ｄから機関のウォータジャケット内に少量の冷却水が供給される。したがって、冷機始動時における暖機性能に大きな影響を与えることがない。

その後、機関温度が所定以上に上昇した場合は、これを検出した水温センサによって電子コントローラからソレノイド部２４の電磁コイルへの通電が遮断される。このため、前記プッシュロッド２６が、コイルスプリング２７のばね力によって後退することからアーム部２１ｂとの当接が解除されて、前記制御部材２１の自由な回転が許容される。

よって、クラッチスプリング２０は、自身の縮径変形力によって原状に復帰して、前記駆動リング１４と従動リング１６を緊締し両者１４，１６を一体的に接続する。したがって、主インペラ７は、駆動軸６の回転力によって一体に回転してポンプ作用を行い、図１の矢印で示すように、導入通路０３から前記ポンプ室３に冷却水を引き込み導入して、吐出ポート９ｄからウォータジャケット内に供給することから、機関を効率良く冷却することができる。

このとき、前記副インペラ３２も回転していることから、このアシストポンプ作用（過給作用）により主インペラ７によるポンプ効率が向上して機関冷却効果が大きくなる。

一方、前記ポンプ室３内の高圧な冷却水は、その一部が図１の矢印で示すように、前記主インペラ７の保持孔７ｃの内周面と、従動リング１６のリング本体１６ａの外周面との間に形成された前記通路を通って、前記制御部材２１の外面やクラッチスプリング２０の外周側の環状隙間などに流入して、そのままメカニカルシール８方向へ流入して、ここからポンプ室３内に戻される。
これにより、暖機完了後は、ポンプ室３の冷却水が、前記通路を通って前記クラッチスプリング２０やこの周辺に冷却水が強制的に供給されることから、クラッチスプリング２０の作動による摩擦粉などが洗い流されて摩擦粉の付着がなくなるため、クラッチ機構の性能の低下を抑制することができる。

これにより、暖機完了後は、ポンプ室３の冷却水が、各導水孔３０を介して前記クラッチスプリング２０やこの周辺に冷却水が強制的に供給されることから、クラッチスプリング２０の作動による摩擦粉などが洗い流されて摩擦粉の付着がなくなるため、クラッチ機構の性能の低下を抑制することができる。

また、前記メカニカルシール８方向に流入した冷却水によって、該メカニカルシール８のスリーブ部が積極的に冷却されて、駆動軸６との摺動摩擦による焼き付きを効果的に抑制することができる。

なお、前述のように、低温始動中に主インペラ７が回転せずにポンプ作用をしていない場合でも、前記副インペラ３２の常時回転に伴って冷却水が僅かでも前記通路からクラッチスプリング２０やこの周辺に冷却水が強制的に供給されることから、クラッチスプリング２０の作動による摩擦粉などが洗い流されて摩擦粉の付着がなくなる。

また、前記低温始動時には、主インペラ７が回転しないが、副インペラ３２が回転して僅かながらも冷却水の流れ確保されていることから、機関に設けられた水温センサの誤作動の発生を抑制することができる。すなわち、例えばウォータジャケット内で冷却が全く流れずに滞ってしまうと、前記水温センサが誤作動を起こして機関がオーバヒートを発生するおそれがある。しかし、ウォータジャケット内で僅かながらも流動していると、水温センサの誤作動が回避されて正常な作動が維持されることから、機関のオーバヒートの発生を抑制できるのである。

そして、本実施形態では、前述したように、副インペラ３２を、主インペラ７より前方に離間した駆動軸６の小径軸部６ｃの先端部に設けたことにより、前記従来技術のような、主インペラ７の外径を大きくする必要がなくなる。したがって、副インペラ３２を設けてもウォータポンプ１の外径の拡大化が抑制されて、小型化を図ることが可能になる。

また、前記副インペラ３２の回転に伴って常に冷却水が主インペラ７方向へ流入して前記ポンプ室３内で所定の圧力が維持されることから、主インペラ７の回転が始まっても低圧部と高圧部の大きな差圧の発生を抑制できるため、キャビティーションの発生を抑制することが可能になる。この点からもポンプ効率の向上が図れる。

さらに、前記クラッチスプリング２０と、前記制御部材２１及び回転制限機構２２とにより構成されているクラッチ機構をポンプハウジング内部に設けたことから、この点でもウォータポンプ１の小型化を図ることができる。

また、前述したように、前記制御部材２１の一端部が前記保持孔７ｃの内周面によって摺動自在に嵌合保持されていると共に、前記他端部が前記環状凸部１４ｃの外周面によって摺動自在に嵌合保持されている。したがって、制御部材２１は、保持孔７ｃの内周面と環状凸部１４ｃの外周面に摺動自在に保持されることによって径方向の位置決めがされている。また、前記他端部が前記規制フランジ部１４ｂの内側面に当接していることから軸方向の位置決めがされている。

このように、前記制御部材２１の径方向の位置決めと軸方向の位置決めがなされることによって振れが抑制されて、前記制御部材２１の常時安定した作動が得られる。また、前記制御部材２１の両端部が摺動自在に保持され、径方向と軸方向の位置決めがされることによって振れが抑制されることにより、制御部材２１の回転負荷が軽減される。
〔第２実施形態〕
図４は第２実施形態を示し、基本構成は第１実施形態と同様であるが、異なるところは、副インペラ３１を斜流型としたものである。

すなわち、副インペラ３１は、図４及び図５Ａ、Ｂに示すように、前記導入通路０３内のポンプ室３に臨む位置に配置されており、合成樹脂材によって一体に形成されて、先端先細り状に軸方向に延出したほぼ円錐状の基部３１ａと、該基部３１ａのテーパ状外周面に一体に設けられた６枚の羽根部３１ｂとから主として構成されている。

前記基部３１ａは、先端面３１ｄが冷却水の流動抵抗を低減するために球面状に形成されていると共に、拡径状の後端部に円柱状の突部３１ｃを一体に有し、この内部軸心方向に前記駆動軸６の小径軸部６ｃ先端部が圧入される圧入用穴３１ｅが形成されている。

前記圧入用穴３１ｅは、突部３１ｃの後端面から内部軸方向へ所定長さまで形成されていると共に、内径が前記小径軸部６ｃの外径よりも僅かに小さく形成されて圧入代が形成されている。

前記各羽根部３１ｂは、基部３１ａの外周面に円周方向の約６０°位置に配置されて、基部３１ａの先端部から後端部まで傾斜拡径状に形成されていると共に、先端側から後端側に掛けて水流を得るために捩り形状になっている。また各羽根部３１ｂの外径は、前記導入通路０３の内径よりも小さく形成されて、外周縁と導入通路０３の内周面との間に所定の隙間Ｓが形成されている。

したがって、この実施形態によれば、副インペラ３１の常時回転に伴うポンプ作用によって前記第１実施形態と同様な作用効果が得られると共に、特に、本実施形態では副インペラ３１を斜流型としたことによって、ポンプ室３への冷却水の引き込み性が高くなることから、主インペラ７の過給作用が向上すると共に、キャビティーションの発生をさらに抑制することが可能になる。

また、他の構成は、第１実施形態と同様であるから、ウォータポンプ１の小型化や、前記クラッチスプリング２０による冷機始動時の暖機性能の向上や暖機完了後の速やかな機関冷却作用などは第１実施形態と同様である。
〔第３実施形態〕
図６は第３実施形態を示し、副インペラ１９を遠心型にしたものである。すなわち、この副インペラ１９は、合成樹脂材によって一体に形成され、図６に示すように、前記導入通路０３のポンプ室３に臨む位置に配置されており、図７Ａ，Ｂに示すように、ほぼ流線形状の基部１９ａと、該基部１９ａの外周面から径方向に突出した６枚の羽根部１９ｂとから主として構成されている。

前記基部１９ａは、先端面１９ｅが冷却水の流動抵抗を低減するために球面状に形成されていると共に、後端部に円柱状の突部１９ｃを一体に有し、この内部軸心方向に前記駆動軸６の小径軸部６ｃ先端部が圧入される圧入用穴１９ｄが形成されている。前記圧入用穴１９ｄは、突部１９ｃの後端面から内部軸方向へ所定長さまで形成されていると共に、内径が前記小径軸部６ｃの外径よりも僅かに小さく形成されて圧入代が形成されている。

前記各羽根部１９ｂは、基部１９ａの外周面に円周方向の約６０°位置に配置されて、径方向のほぼ中央が最大凹部となるように湾曲状に折曲形成され、外径が前記導入通路０３の内径よりも小さく形成されて、外周縁と導入通路０３の内周面との間に所定の隙間Ｓが形成されている。

したがって、この実施形態によれば、副インペラ３２の常時回転に伴うポンプ作用によって前記第１実施形態と同様な作用効果が得られる。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成を変更することも可能である。

前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
内燃機関のシリンダブロック内に形成されて、前記ポンプ室に冷却水を導入する導入通路を有し、
前記副インペラは、複数の羽根部を有すると共に、該羽根部の一部が前記導入通路内に配置されていることを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、副インペラの羽根部の一部を導入通路に配置したことによって、空間を有効活用できるためウォータポンプの小型化を促進できる。
〔請求項ｂ〕請求項ａに記載のウォータポンプであって、
前記副インペラは、前記羽根部が前記導入通路と前記ポンプ室に跨って配置されていることを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、駆動軸の先端側に副インペラを設けてもウォータポンプ全体の軸方向の長さを長くする必要がなくなると共に、副インペラで生成された冷却水の流れを主インペラに伝達することから、過給効果によりポンプ効率の向上が図れる。
〔請求項ｃ〕請求項ｂに記載のウォータポンプであって、
前記副インペラは、前記羽根部が導入通路内に全て収容されていることを特徴とするウォータポンプ。
〔請求項ｄ〕請求項１に記載のウォータポンプであって、
前記副インペラは、回転に伴って軸流を形成する軸流型であることを特徴とするウォータポンプ。

副インペラを軸流型とすることによって、該副インペラで吸入した冷却水を主インペラに流動させることができることから、ポンプ効率の向上が図れると共に、キャビティーションの発生を抑制できる。
〔請求項ｅ〕請求項ａに記載のウォータポンプであって、
前記副インペラは、遠心型であることを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、軸流は発生しないが、流れは発生させることができるので、主インペラのポンプ駆動をアシストすることが可能になる。
〔請求項ｆ〕請求項１に記載のウォータポンプであって、
前記副インペラは、回転に伴って斜流を形成する斜流型であることを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、羽根部から吐出される冷却水の流れが駆動軸の中心を軸とする円錐面上にあることから、そのまま主インペラの回転の過給効果を発揮することができるのでポンプ効率の大幅な向上が図れると共に、キャビティーションの発生を抑制できる。
〔請求項ｇ〕請求項ｄに記載のウォータポンプであって、
前記副インペラは、導入通路内に収容されていることを特徴とするウォータポンプ。
〔請求項ｈ〕請求項３に記載のウォータポンプにおいて、
前記制御部材は、前記駆動リング又は前記インペラに設けられた保持部によって摺動自在に保持されていることを特徴とするウォータポンプ。
〔請求項ｉ〕請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
前記副インペラは、樹脂により一体に成形されると共に、中央部に有する円錐状の基部と、該基部の外周側に設けられた複数の羽根部とによって構成されていることを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、樹脂成形によって副インペラの形状を自由に設定できる。
〔請求項ｊ〕請求項３に記載のウォータポンプにおいて、
前記制御部材は、鉄系金属により形成されていることを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、前記制御部材の熱による劣化がなくなる。また、インペラも鉄系金属であるならば、線膨張係数が近いので嵌合のクリアランスが変化しない。
〔請求項ｋ〕請求項ｈに記載のウォータポンプにおいて、
前記保持部は、前記駆動リング又は前記主インペラに設置された軸受により構成されていることを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、軸受けによって摺動しているから滑らかな摺動性が得られる。また、樹脂インペラにおいては、樹脂の熱膨張による嵌合隙間の変動を抑える効果がある。
〔請求項ｌ〕請求項３に記載のウォータポンプにおいて、
前記制御部材は、円筒状の本体が前記主インペラの内周側に設けられた円筒状の保持部の外周面に嵌合保持されていることを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、外周側から押さえることで傾きを押さえる面積を広くとれるので安定した保持が得られる。
〔請求項ｍ〕請求項３に記載のウォータポンプにおいて、
前記制御部材は、円筒状の本体が前記インペラの裏側に軸方向に沿って延設された円筒状の保持部の外周側に嵌合保持されていることを特徴とするウォータポンプ。
〔請求項ｎ〕請求項３に記載のウォータポンプにおいて、
前記制御部材は、円筒状の本体が前記駆動リングの外周に設けられた円筒状の保持部に嵌合保持されていることを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、駆動リングを利用して制御部材を保持することにより、駆動軸と制御部材の間には、駆動リングのみであり、介在する部品が少ないので部品点数の増加が抑制されると共に、より精度の高い振れ防止が可能となる。
〔請求項ｏ〕請求項３に記載のウォータポンプにおいて、
前記軸受と前記主インペラとの間に従動リングが設けられていると共に、
該従動リングは、一端部に径方向に延設された延設部と、前記延設部の外周縁から軸方向に延設され、前記制御部材の一端部の外周面が摺動自在に嵌合保持される円筒状の振れ抑制部を有することを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、従動リングに振れ抑制部を設けることもできるため、設計の自由度が上がる。
〔請求項ｑ〕請求項ｈに記載のウォータポンプにおいて、
前記保持部は、前記駆動リングのみに設けられていることを特徴とするウォータポンプ。
〔請求項ｒ〕請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
前記保持部は、前記インペラのみに設けられていることを特徴とするウォータポンプ。
〔請求項ｓ〕請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
前記保持部は、前記駆動リングと前記インペラの両方に設けられることを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、制御部材の両端部が保持されることにより、振れ抑制効果がさらに向上する。
〔請求項ｔ〕請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
前記保持部は、前記制御部材の軸方向移動を規制する規制部を有していることを特徴とするウォータポンプ。

この発明によれば、軸方向移動を規制することで水流や水圧により制御部材が軸方向移動してクラッチスプリングが無理な姿勢となって、偏摩耗が起こるのを防止できる。

Claims (17)

1. 一端側から回転力が伝達され、他端側がポンプ室に挿通された駆動軸と、
   前記ポンプ室に収容されると共に、前記駆動軸の他端側にクラッチ機構を介して断続自在に設けられた主インペラと、
   前記駆動軸の前記主インペラよりも先端側に、前記駆動軸と一体回転可能に設けられ、前記主インペラよりも小径に形成された副インペラと、を備え、
   前記クラッチ機構は、前記駆動軸と一体に回転する駆動リングと、
   前記主インペラの基部に貫通形成された保持孔内に設けられて、該主インペラと一体に回転する従動リングと、
   前記駆動リング及び従動リングの各外周面に跨って配置され、自身の弾性力によって縮径変形可能なクラッチスプリングと、
   前記クラッチスプリングの外周に環状隙間をもって回転可能に配置され、前記クラッチスプリングを拡径方向へ変形させる制御部材と、
   前記制御部材の回転を制限する回転制限機構と、
   前記主インペラの保持孔の内周面と従動リングの外周面との間に形成され、前記ポンプ室内に供給された冷却水を、前記クラッチスプリングの外周側の前記環状隙間に流入させる通路と、
   を備えたことを特徴とするウォータポンプ。
2. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
   前記制御部材は、前記駆動リング又は前記インペラに設けられた保持部によって摺動自在に保持されていることを特徴とするウォータポンプ。
3. 請求項２に記載のウォータポンプにおいて、
   前記保持部は、前記駆動リング又は前記主インペラに設置された軸受により構成されていることを特徴とするウォータポンプ。
4. 請求項２に記載のウォータポンプにおいて、
   前記保持部は、前記駆動リングのみに設けられていることを特徴とするウォータポンプ。
5. 請求項２に記載のウォータポンプにおいて、
   前記保持部は、前記インペラのみに設けられていることを特徴とするウォータポンプ。
6. 請求項２に記載のウォータポンプにおいて、
   前記保持部は、前記駆動リングと前記インペラの両方に設けられることを特徴とするウォータポンプ。
7. 請求項２に記載のウォータポンプにおいて、
   前記保持部は、前記制御部材の軸方向移動を規制する規制部を有していることを特徴とするウォータポンプ。
8. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
   前記制御部材は、鉄系金属により形成されていることを特徴とするウォータポンプ。
9. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
   前記制御部材は、円筒状の本体が前記主インペラの内周側に設けられた円筒状の保持部の外周面に嵌合保持されていることを特徴とするウォータポンプ。
10. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
    前記制御部材は、円筒状の本体が前記インペラの裏側に軸方向に沿って延設された円筒状の保持部の外周側に嵌合保持されていることを特徴とするウォータポンプ。
11. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
    前記制御部材は、円筒状の本体が前記駆動リングの外周に設けられた円筒状の保持部に嵌合保持されていることを特徴とするウォータポンプ。
12. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
    前記軸受と前記主インペラとの間に従動リングが設けられていると共に、
    該従動リングは、一端部に径方向に延設された延設部と、前記延設部の外周縁から軸方向に延設され、前記制御部材の一端部の外周面が摺動自在に嵌合保持される円筒状の振れ抑制部を有することを特徴とするウォータポンプ。
13. 請求項１に記載のウォータポンプであって、
    前記副インペラは、回転に伴って斜流を形成する斜流型であることを特徴とするウォータポンプ。
14. 請求項１に記載のウォータポンプであって、
    前記副インペラは、遠心型であることを特徴とするウォータポンプ。
15. 請求項１に記載のウォータポンプであって、
    前記副インペラは、回転に伴って軸流を形成する軸流型であることを特徴とするウォータポンプ。
16. 請求項１に記載のウォータポンプであって、
    前記副インペラは、導入通路内に収容されていることを特徴とするウォータポンプ。
17. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
    前記副インペラは、樹脂により一体に成形されると共に、中央部に有する円錐状の基部と、該基部の外周側に設けられた複数の羽根部とによって構成されていることを特徴とするウォータポンプ。

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