JP6107092B2

JP6107092B2 - ウオータポンプ

Info

Publication number: JP6107092B2
Application number: JP2012265496A
Authority: JP
Inventors: 潤一郎櫻井; 洋輔鈴木
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: EP2930368B1; EP2930368A4; EP2930368A1; JP2014109261A; WO2014087845A1

Description

本発明は、駆動機構により駆動回転される駆動回転体と、前記駆動回転体からの動力伝達により回転するポンプ軸と、前記ポンプ軸が挿通されるハウジングと、前記ポンプ軸の一端側に固定されたインペラと、前記駆動回転体から前記ポンプ軸への動力伝達を入り切りするクラッチ部を前記ポンプ軸の他端側に備えた電磁クラッチと、前記インペラと前記クラッチ部との間の位置で、前記ポンプ軸と前記ハウジングとに亘って装着されたメカニカルシールと、前記メカニカルシールを介して前記インペラの側から前記クラッチ部の側に漏れ出た液分を貯留可能な液溜空間と、を有し、前記電磁クラッチが、電磁コイルを保持するヨークを備え、前記液溜空間が前記ハウジングに形成されているウオータポンプに関する。

ポンプ軸とハウジングとに亘って装着されたメカニカルシールは、ポンプ軸の側に固定されたシール部材とハウジングの側に固定されたシール部材とを相対摺動させながら液漏れを防止している。
このため、シール部材どうしの僅かな隙間を通してインペラの側からクラッチ部の側に液分が漏れ出すことは避けられない。

特許文献１には、メカニカルシールを介して漏れ出た液分がハウジングの外部に流れ出さないように、そのような液分を貯留可能な液溜空間がハウジングに形成されたウオータポンプが開示されている。
ハウジングには、液溜空間をヨークの側に向けて開放する開口部が形成され、この開口部を塞ぐキャップを設けてある。
キャップには、液溜空間に溜まった液分をハウジングの外部に排出可能な排出孔が形成されている。
そして、電磁コイルへの通電による発熱で加熱されたヨークの熱を、ヨークをハウジングに固定している固定ブラケットを介してハウジングに伝導して液溜空間を加熱し、液溜空間に溜まった液分を蒸発させることができるように構成してある。
したがって、液溜空間に溜まった液分及びその蒸気を、キャップに形成した排出孔を通してハウジングの外部に排出することができる。

特開２０１０−２４２６２３号公報

特許文献１記載のウオータポンプは、電磁コイルの発熱で加熱されたヨークの熱を固定ブラケットを介してハウジングに伝導するので、ヨークの熱が液溜空間を十分に加熱する前に、固定ブラケットから外部に放熱され易い。
このため、ヨークの熱がハウジングに伝導されても、液溜空間が十分に加熱され難い。
その結果、液溜空間において蒸発させ得る液分の量が少なくなるので、液溜空間に溜まった液分が早期に増大して排出孔から外部に排出され易い。
液溜空間に溜まった液分が排出孔から外部に排出されると、その排出の痕跡などから、液分がポンプから不測に漏れ出すトラブルが生じていると誤解される不都合がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、液溜空間に溜まった液分が外部に排出され難いウオータポンプを提供することを目的とする。

本発明によるウオータポンプの第１特徴構成は、駆動機構により駆動回転される駆動回転体と、前記駆動回転体からの動力伝達により回転するポンプ軸と、前記ポンプ軸が挿通されるハウジングと、前記ポンプ軸の一端側に固定されたインペラと、前記駆動回転体から前記ポンプ軸への動力伝達を入り切りするクラッチ部を前記ポンプ軸の他端側に備えた電磁クラッチと、前記インペラと前記クラッチ部との間の位置で、前記ポンプ軸と前記ハウジングとに亘って装着されたメカニカルシールと、前記メカニカルシールを介して前記インペラの側から前記クラッチ部の側に漏れ出た液分を貯留可能な液溜空間と、を有し、前記電磁クラッチが、電磁コイルを保持するヨークを備え、前記液溜空間が前記ハウジングに形成されると共に、前記液溜空間を前記ヨークの側に向けて開放する開口部が前記ハウジングに形成され、前記ヨークが前記ハウジングに当接した状態で前記開口部を塞ぐように配置されている点にある。

本構成のウオータポンプは、前記ヨークが前記ハウジングに当接している。
このため、電磁コイルへの通電による発熱で加熱されたヨークが保有する熱を、ヨークとハウジングとの間に介在している部材を介することなく、ハウジングに効率良く伝導することができる。
したがって、本構成のウオータポンプであれば、液溜空間の温度が上昇し易くなり、液溜空間において蒸発させ得る液分の量が多くなるので、液溜空間に溜まる液分の早期増大を抑制することができる。
よって、液溜空間に溜まった液分が外部に排出され難くなり、液分がポンプから不測に漏れ出すトラブルが生じていると誤解される不都合も生じ難い。

本構成であれば、ヨークが保有する熱をハウジングを介さずに液溜空間に放熱させて、液溜空間の温度上昇を促進することができる。

他の特徴構成は、前記ヨークの前記液溜空間に臨む面に凹凸部を設けてある点にある。

本構成であれば、ヨークから液溜空間への放熱面積を増大させることができる。

他の特徴構成は、前記液溜空間の下部が、前記ヨークの側ほど低くなる底面で区画されている点にある。

本構成であれば、液溜空間に流入した液分をヨークの側に自重で流動させてその蒸発を促進することができる。

本発明によるウオータポンプを示す縦断面図である。図１におけるII−II線断面図である。本発明によるウオータポンプの第２実施形態を示す縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、車両用エンジン（駆動機構の一例）Ｅに装備された冷却水循環用の本発明によるウオータポンプＰを示す。

ウオータポンプＰは、エンジンＥにより駆動回転される駆動プーリ（駆動回転体の一例）１と、駆動プーリ１からの動力伝達により回転するポンプ軸２と、ポンプ軸２が挿通されるポンプハウジング３と、ポンプ軸２の一端側に固定されたインペラ４と、駆動プーリ１からポンプ軸２への動力伝達を入り切りするクラッチ部５ａをポンプ軸２の他端側に備えた電磁クラッチ５と、インペラ４とクラッチ部５ａとの間の位置で、ポンプ軸２とポンプハウジング３とに亘って装着されたメカニカルシール６と、メカニカルシール６を介してインペラ４の側からクラッチ部５ａの側に漏れ出た液分を貯留可能な液溜空間７とを有している。

ポンプハウジング３は、エンジンＥに固定される固定フランジ部８と、ポンプ軸２が挿通される円筒状の筒軸部９とをアルミ合金などの金属材料で一体に形成してある。
固定フランジ部８には回転軸芯Ｘを中心とする円形の軸挿通孔８ａを形成してあり、筒軸部９は軸挿通孔８ａに連通するように回転軸芯Ｘと同芯で一体に形成されている。

筒軸部９は、固定フランジ部８に連設された大径筒軸部９ａと、この大径筒軸部９ａに連設された小径筒軸部９ｂとを一体に備えている。
大径筒軸部９ａの内径は軸挿通孔８ａと同径で形成され、小径筒軸部９ｂの内径は軸挿通孔８ａよりも小径に形成されている。

ポンプ軸２は軸挿通孔８ａと筒軸部９の内側とに亘って挿通され、ポンプ軸受１０を介して、小径筒軸部９ｂの内周側に回転軸芯Ｘの周りで回転自在に支持されている。
メカニカルシール６は、ポンプ軸２の外周部と軸挿通孔８ａの内周部とに亘って装着されている。

駆動プーリ１は、プーリ軸受１１を介して、小径筒軸部９ｂの外周側に回転軸芯Ｘの周りで回転自在に支持されている。したがって、ポンプ軸２と駆動プーリ１０は回転軸芯Ｘの周りで相対回転自在に支持されている。

駆動プーリ１は、鉄材やニッケル合金材等の磁性体材料で形成してあり、回転軸芯Ｘを中心とする円筒状の外周壁１ａと、外周壁１ａの内側で回転軸芯Ｘを中心とする円筒状の内周壁１ｂと、外周壁１ａ及び内周壁１ｂの、インペラ４の側とは逆の端部どうしを連結する側端壁１ｃとを一体に備えている。
側端壁１ｃは、回転軸芯Ｘに対して直交する姿勢で設けてある。

駆動プーリ１には、外周壁１ａと内周壁１ｂと側端壁１ｃとに囲まれて、インペラ４の側に向けて開放された環状空間１２が形成され、この環状空間１２に電磁クラッチ５の電磁ソレノイド１３を入り込ませてある。

外周壁１ａの外周面には、駆動ベルト１４が巻回されるベルト巻回部１４ａを形成してある。また、内周壁１ｂの内周面にアウタレースを接触させる状態で、プーリ軸受１１を配置してある。
側端壁１ｃの電磁ソレノイド１３の側とは逆方向の外面側が、アーマチュア（クラッチプレート）１５を吸着するクラッチ面１６を形成している。
側端壁１ｃにはクラッチ面１６を貫通する周方向に長い複数の貫通孔１６ａを周方向に間隔を隔てて形成してある。

駆動ベルト１４は、エンジンＥのクランクシャフトに備えた出力プーリと、駆動プーリ１とに亘って巻き掛けられ、エンジンＥの稼動時には駆動プーリ１を継続的に駆動回転させる。
電磁クラッチ５による動力伝達の入り切り動作は、例えば冷却水の水温を検出する温度センサ（図示せず）の検出結果に基づいて制御される。

例えば、エンジンＥの始動直後のように冷却水温度が低い（エンジンＥの暖機が充分でない）ときには「クラッチ切り」の状態（遮断状態）に維持して暖機を促進し、冷却水温度が設定値を超えたときには「クラッチ入り」の状態（伝動状態）に切り換えてインペラ４の駆動回転により冷却水を循環させる。

電磁クラッチ５は、駆動プーリ１の環状空間１２に収容された電磁ソレノイド１３と、ポンプ軸２と一体回転するクラッチユニット１７とを備えている。
駆動プーリ１は、電磁ソレノイド１３からの磁束をアーマチュア１５に作用させる磁気回路を形成する。

電磁ソレノイド１３は、通電により磁束を発生させるソレノイド部１８と、このソレノイド部１８からの磁束を駆動プーリ１に伝えるように鉄材やニッケル合金材等の磁性体材料で形成したヨーク１９とを備えている。

ヨーク１９は、回転軸芯Ｘと同芯状に配置した円筒状の内筒部１９ａ及び外筒部１９ｂと、内筒部１９ａ及び外筒部１９ｂのインペラ４の側の端部どうしを連結する環状の連結板部１９ｃとを一体に備えた断面形状がコの字状の環状に形成されている。
内筒部１９ａは内周壁１ｂに近接配置され、外筒部１９ｂは外周壁１ａに近接配置され、連結板部１９ｃは回転軸芯Ｘに対して直交する姿勢で配置されている。

ソレノイド部１８は、ボビン１８ａに電磁コイル１８ｂを巻回してあり、ボビン１８ａをヨーク１９の内側に嵌合してある。
したがって、電磁クラッチ５は、電磁コイル１８ｂを内側に保持するヨーク１９を備えている。

クラッチユニット１７は、ポンプ軸２の端部に外嵌されたブッシュ２０と、環状のアーマチュア１５をブッシュ２０に支持すると共に駆動プーリ１の側端壁１ｃから離間するように付勢する複数のバネ板２１とを備えている。

アーマチュア１５は、鉄材やニッケル合金材等の磁性体で形成されている。
バネ板２１は、バネ鋼のように弾性変形可能な板材が用いられ、ブッシュ２０のフランジ部に一端を連結し、他端をアーマチュア１５に連結してある。

アーマチュア１５は、電磁ソレノイド１３に通電しないときは、バネ板２１の付勢力により側端壁１ｃのクラッチ面１６から離間して、電磁クラッチ５が「クラッチ切り」の状態に切り換えられている。

電磁ソレノイド１３に通電すると、ヨーク１９と駆動プーリ１とで構成される磁気回路に形成された磁束の一部が側端壁１ｃの貫通孔１６ａを通して外方に漏れ出してアーマチュア１５に作用し、アーマチュア１５がクラッチ面１６に吸着して、電磁クラッチ５が
「クラッチ入り」の状態に切り換えられる。
したがって、クラッチユニット１７が、駆動プーリ１からポンプ軸２への動力伝達を入り切りするクラッチ部５ａを構成している。

ポンプハウジング３を構成している固定フランジ部８のヨーク１９の側に、回転軸芯Ｘと同芯の筒壁部２２を一体に設けて、筒壁部２２にヨーク１９を固定してある。

液溜空間７は、筒壁部２２と大径筒軸部９ａとの間に環状に形成してあり、筒壁部２２の端部と大径筒軸部９ａの端部との間が、液溜空間７をヨーク１９の側に向けて開放する開口部２３として形成されている。
ヨーク１９は、連結板部１９ｃが筒壁部２２に直接的に当接しており、連結板部１９ｃが液溜空間７の開口部２３のうちの外周側部分を塞ぐように配置されている。

大径筒軸部９ａには、メカニカルシール６からポンプ軸受１０の側に漏れ出た冷却水などを液溜空間７に自重で流入させる流入孔２４を筒径方向に貫通形成してある。
筒壁部２２の上部や側部には、図２にも示すように、液溜空間７において気化した冷却水などを外部に排出可能な排出孔２６を貫通形成してある。
排出孔２６は単一であっても複数であってもよく、液溜空間７に溜まった冷却水（液分）Ｗの水蒸気をポンプハウジング３の上方に排出することができる。

したがって、電磁コイル１８ｂへの通電による発熱で加熱されたヨーク１９が保有する熱を、連結板部１９ｃ及び筒壁部２２を介して液溜空間７に効率良く伝導して、液溜空間７に溜まった冷却水の蒸発を促進することができる。

液溜空間７の開口部２３を全周かつ全面に亘って塞ぐ樹脂製又は金属製の板状キャップ２５が、連結板部１９ｃの板面に接触する状態で装着されている。
尚、ヨーク１９と筒軸部９との隙間のみを塞ぐキャップ２５を設けて、或いは、キャップ２５を装着せずに、ヨーク１９を液溜空間７に露出させてあってもよい。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明によるウオータポンプの別実施形態を示す。
本実施形態では、液溜空間７の下側部分を、ヨーク１９の側ほど低くなる底面２７で区画してある。
つまり、筒壁部２２の内周面のうちの鉛直方向下端側の部分をヨーク１９の側ほど低くなる傾斜底面２７に形成してある。

このような傾斜する底面２７を備えることにより、液溜空間７に流入した冷却水をヨーク１９の側に自重で近づくように流動させてその蒸発を促進することができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第３実施形態〕
図示しないが、ヨーク１９の液溜空間７に露出して臨む面に、例えばその面を凹凸面や粗面に形成することによって、或いは、例えば金属製のフィンなどを突出固定することによって、凹凸部を設けてあってもよい。
このような凹凸部を設けることにより、ヨーク１９から液溜空間７への放熱面積を一層増大させて、冷却水の蒸発効果をさらに高めることができる。

〔その他の実施形態〕
１．本発明によるウオータポンプは、ヨークとハウジングとを磁性体材料で一体形成してあってもよい。
２．本発明によるウオータポンプは、電磁クラッチを備えた各種ウオータポンプに利用することができる。

１駆動回転体
２ポンプ軸
３ハウジング
４インペラ
５電磁クラッチ
５ａクラッチ部
６メカニカルシール
７液溜空間
１８ｂ電磁コイル
１９ヨーク
２３開口部
２７底面
Ｅ駆動機構

Claims

駆動機構により駆動回転される駆動回転体と、
前記駆動回転体からの動力伝達により回転するポンプ軸と、
前記ポンプ軸が挿通されるハウジングと、
前記ポンプ軸の一端側に固定されたインペラと、
前記駆動回転体から前記ポンプ軸への動力伝達を入り切りするクラッチ部を前記ポンプ軸の他端側に備えた電磁クラッチと、
前記インペラと前記クラッチ部との間の位置で、前記ポンプ軸と前記ハウジングとに亘って装着されたメカニカルシールと、
前記メカニカルシールを介して前記インペラの側から前記クラッチ部の側に漏れ出た液分を貯留可能な液溜空間と、を有し、
前記電磁クラッチが、電磁コイルを保持するヨークを備え、
前記液溜空間が前記ハウジングに形成されると共に、前記液溜空間を前記ヨークの側に向けて開放する開口部が前記ハウジングに形成され、
前記ヨークが前記ハウジングに当接した状態で前記開口部を塞ぐように配置されているウオータポンプ。
前記ヨークの前記液溜空間に臨む面に凹凸部を設けてある請求項１記載のウオータポンプ。
前記液溜空間の下部が、前記ヨークの側ほど低くなる底面で区画されている請求項１又は２に記載のウオータポンプ。