JPH04143498A - エンジン冷却水循環ポンプとそのインペラの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエンジン冷却水を循環させるためのポンプと、
その製造方法に関するものである。この発明に係わるポ
ンプは特に車両用エンジンの冷却に好適に用いられるも
のであり、またこの発明に係わる製造方法は特にこのポ
ンプに用いられるインペラの製造方法を改良したもので
ある。

［従来の技術］ この種ポンプでは通常そのインペラが金属材料で成形さ
れている。ただし技術的提案としてはインペラを樹脂で
成形する試みが示されており、例えば実開昭６１−３９
９４号、あるいは実開昭６１−３３９９８号公報等に記
載されている。これら公報記載の技術ではインペラとメ
カニカルシールのフローティングシールとを一体成形す
る技術を提案している。

［発明が解決しようとする課題］ エンジン冷却水は通常８０〜９０℃になっているため、
インペラは熱膨張する。また樹脂の熱膨張率は通常金属
よりも大きい。そしてこの状態でインペラはシャフトに
よって高温の冷却水中で強制的に回転させられる。この
ためインペラを普通の方法で樹脂成形しておくと、長時
間運転される間にシャ″フトとインペラ間の結合力が低
下、シャフトのみが空転する故障が発生する可能性が存
在する。

本発明者が種々の耐久性試験を行ったところこの心配は
現実のものであり、これを克服しないと樹脂製インペラ
は現実には使用できないことを確認した。

そこで本発明者は、樹脂製のインペラでありながら高温
中で長時間使用されてもシャフトとの接合力を確保でき
るようにするための種々の試みをテストし、本発明を完
成するに至った。

［課題を解決するための手段とその作用］上記の目的は
、インペラを、シャフトに圧入固定される金属筒のまわ
りにシャフトの熱膨張係数よりも低い樹脂ないし複合樹
脂がインサート成形されたものとすることにより解決さ
れる。このインペラによるとシャフトと金属筒間は金属
同士が圧入される結果長期にわたって強固に接合される
。

また金属筒と樹脂部とはインサート成形されているため
にその接合力が高く、容易なことではその接合力が失わ
れない。さらにこれに加えて樹脂部の方がシャフト部よ
りも熱膨張係数が低いため、エンジン冷却水が８０〜９
０℃程度に達している間は樹脂部が、樹脂部と金属筒、
金属筒とシャフト間の接合力を強めるように外周から締
付ける。

このようにして本構造のインペラを用いると、インペラ
とシャフト間の遊転を長期にわたって禁止することが可
能となる（以上第１請求項に対応）。

このようなインペラを製造するためには、その金属筒を
樹脂成形用の金型内に予め位置決めする工程と、その金
型内にそのシャフトよりも熱膨張係数の低い樹脂ないし
複合樹脂を注入する工程を有するインペラの製造方法が
用いられる（以上請求項４に対応）。

また上記目的は、該インペラの樹脂部にシャフトおよび
該樹脂自体よりも熱膨張係数の低いフィラー状補強材が
該インペラの半径方向に配向されていることによってよ
りよく解決される。このインペラによるとフィラー状補
強材によってインペラが半径方向外側へ膨張する率が一
層低下し、インペラと金属筒、金属筒とシャフト間の接
合力はより確実に確保される（以上請求項２に対応する
）。

このようなインペラを製造するためには、金型内に注入
される複合樹脂中にシャフトおよび樹脂自体よりも熱膨
張係数の低いフィラー状補強材を混入しておき、これを
インペラの中心部近傍から注入して補強材混入複合樹脂
をインペラの中心側から外側に向かって充填させる方法
が好適に用いられる。このようにすると樹脂中に混入さ
れているフィラー状補強材は樹脂の流れに沿って配向さ
れ、フィラー状補強材がインペラの半径方向に配向され
るのである（以上請求項５に対応する）。

さらにまたシャフトに圧入される金属筒の外周に段差部
を設けておき、この段差部がインサート成形された樹脂
ないし複合樹脂で被われていると、シャフトとインペラ
の接合力はより長期にわたって確保される。インペラ周
縁はエンジン冷却水であり、金属筒と樹脂部の接合面に
冷却水が浸入するおそれがあるが、段差部が設けられて
いると水がこれ以上侵入することが防止され、金属筒外
周に腐食が発生して金属筒と樹脂部の接合力が低下する
ことが防止される（以上請求項３に対応する）。

また該インペラが半径方向に伸びる複数の翼と、その翼
の軸方向の一端側を相互に連結する円板状のフランジを
有するものである場合には、樹脂ないし複合樹脂をイン
ペラの中心部近傍の翼の根本部でこのフランジが成形さ
れる側から注入する方法によって良好なインペラが製造
される。フランジの成形される側には金型内にフランジ
成形用の空間が設けられており、樹脂の注入圧はこの空
間中で分散される。このためインサート成形時に金属筒
にかかる圧力を安定化させることができ金属筒の形状精
度を維持し易い。このため金属筒をシャフトに圧入する
際の変形量を精度よく管理することが可能となり、シャ
フトとインペラ間の必要接合力を安定的に確保すること
ができる（以上請求項６に対応する）。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本実施例に係わるエンジン冷却水循環ポンプの
一部断面図を示している。図中５０はポンプケーシング
であって、中央に開孔を有してそこにシャフト４６が貫
通している。シャフト４６はベアリング４８によってポ
ンプケーシング５゜に回転可能に支承されており、図中
左端にプーリシート４４とプーリー４０とからなる回転
力付与手段が固定されている。プーリシート４４とプー
リー４０はボルト４２で結合されており、プーリ４０に
は図示しないベルトがかけられてエンジンの回転力がシ
ャフト４６に伝達される構造となっている。シャフト４
６の図示右方端には後で詳しく説明するインペラ１０が
固定されており、インペラ１０とプーリー４０ないしベ
アリング４８間にはメカニカルシール６０が設けられて
いる。

メカニカルシール６０はシャフト４６がケーシング５０
に対して回転可能で、しがもメカニカルシールの左右、
すなわち空間５８と６２間を液密に封じている。ポンプ
ケーシング５ｏの図示右側にはインペラ１０を収容した
状態でガスケット６６を介してアルミカバー６４が固定
されている。

アルミカバー６４とポンプケーシング５ｏ間に形成され
るインペラ１０の周辺の空間６２は図示しないラジェー
タとエンジンのウォータジャケットに接続されエンジン
冷却水の循環路の一部をなしている。

すなわちシャフト４６の一端４６ｂはエンジン冷却水の
循環路６２中に突出し、ここにシャフト４６によって回
転されるインペラ１ｏが設けられ、また該シャフト４６
の他端４６ａは循環路外に伸び、そこに回転力付与手段
４０．４４が固定されており、循環路内外はメカニカル
シール６ｏで液密に封じられているのである。なお図中
５４，５６はメカニカルシール６０から漏れ出る水、特
に水蒸気を換気するための通路であり、５２はそれに異
物が侵入しないようにする通風可能なキャップである。

さて次にインペラｌＯの側面、正面、裏面を示す第２．
３．４図を参照して、インペラ１０の詳細を説明する。

このインペラ１０は中心に金属筒１４が樹脂部１２中に
インサート成形されており、樹脂部１２は８枚の翼１２
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅｔｆ、ｇ＋　　ｈと各翼の軸方向端
縁を相互に連結する略円板状のディスクフランジ１２ｉ
を有している。

この金属筒１４の詳細は第５，６図に示されており、外
周面には２箇所に段差部１４ａ、１４ｂか設けられてお
り、その間の表面１４ｃにはローレット加工が施されて
いる。その内面１４ｄの内径はシャフト４６の外径より
僅かに小さく圧入固定可能となっている。

さてこの金属筒１４は樹脂部１２の成形用金型内に位置
決めされた後その金型内に樹脂が注入されてインサート
成形される。ここで樹脂は第２図に示すように、インペ
ラ１０の中心近傍、すなわち金属筒１４に沿った位置の
翼の根本部でフランジ１２ｉが成形される側に形成され
ている注入孔１９から注入される。この注入孔は円周方
向等間隔に８個設けられている。第４図に示す部位１６
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈは各注入孔Ｉ９に対応
する部位に形成された樹脂の盛り上がりを示している。

このように樹脂（よインペラの中心近傍から注入される
ため、樹脂は矢印Ｆに示すように中心から半径方向外側
へ流れ、内側から外側の順に充填されてゆく。ここで注
入される樹脂は軸受鋼製のシャフト４６とほぼ同等の熱
膨張係数を有する樹脂に、それよりも熱膨張係数の低い
繊維状に伸びた補強用フィラー材１８が混入された複合
樹脂である。このような樹脂にはＰ、Ｐ、Ｓ（ポリフェ
ニレンサルファイド樹脂）が、またフィラーにはガラス
繊維が特に好適に用いられる。

軸受鋼の線膨張係数は１．３４　（１０−’／’Ｃ）で
あさてこのようなフィラー混入複合樹脂が中心から半径
方向外側に流動すると、フィラー１８は第３図（Ｂ）に
示すように流動方向すなわち半径方向に配向される。こ
のためインペラ１０の樹脂部１２の半径方向への熱膨張
係数は小さく抑えられており、エンジン冷却水が８０〜
９０℃になるためにシャフト４６が熱膨張するとインペ
ラＩＯはこれを外側から包み込むようになり、インペラ
ＩＯとシャフト４６間の接合力は高められる。

なおここで樹脂注入孔１９はフランジ１２ｉが形成され
る側から注入されるため、樹脂の注入圧はフランジ１２
ｉの成形用空間中で分散され、金属筒１４に局所的圧力
が作用することがない。さらにまた複数の注入孔から注
入されるため注入圧も分散される。このため金属筒１４
はインサート成形生変形することがなく、シャフト４６
に圧入する際に必要な正大変形量を確保することができ
る。

なおインペラにインサート成形される金属筒はシャフト
と同一材質で製造されるのが好ましい。

また金属筒１４の段差部１４ａ、１４ｂはインサート成
形によって樹脂によって被われ、樹脂と金属筒間に水が
侵入することが禁止される。

［発明の効果］ さて本発明によると、ポンプ運転中インペラの樹脂部が
インサート成形されている金属筒とシャフトを締付ける
ため、樹脂部と金属筒、金属筒とシャフト間の接合力を
長期にわたって保持することができ、樹脂製のインペラ
を実用上使用できるものとすることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例に係わるポンプの縦断面図、第２図は
インペラの側断面図（正確には第３図の■−■線に沿っ
た図）、第３図（Ａ）はインペラの正面図、第３図（Ｂ
）はその一部を拡大して示す図、第４図はインペラの裏
面図、第５図と第６図は金属筒の詳細を示す図である。 １０・・・インペラ １２・・・樹脂部 １２ａ−ｈ・・・翼 １２ｉ・・・フランジ １４・・・金属筒 １８・・・フィラー材 ４０、４４・・・回転力付与手段 ４６・・・シャフト ４６ａ・・・シャフトの循環路外端部 ４６ｂ・・・シャフトの循環路内端部 ６０・・・メカニカルシール ６２・・・エンジン冷却水循環路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジン冷却水循環路中に一端が突出するシャフト
   によって回転されるインペラと、該シャフトが該循環路
   外に伸びる部位で該シャフトに回転力を付与する手段と
   、該インペラと該回転力付与手段の間で該循環路内外を
   液密に封じるメカニカルシールとを有するエンジン冷却
   水循環ポンプにおいて、 該インペラは、該シャフトに圧入固定される金属筒のま
   わりに該シャフトよりも熱膨張係数の低い樹脂ないし複
   合樹脂がインサート成形されたものであることを特徴と
   するエンジン冷却水循環ポンプ。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のエンジン冷却水循環
   ポンプにおいて、該インペラの樹脂部に該シャフトおよ
   び該樹脂自体よりも熱膨張係数の低いフィラー状補強材
   が該インペラの半径方向に配向されていることを特徴と
   するエンジン冷却水循環ポンプ。 ３、特許請求の範囲第１項に記載のエンジン冷却水循環
   ポンプにおいて、該金属筒の外周に段差部が設けられて
   おり、この段差部がインサート成形された樹脂ないし複
   合樹脂で被われていることを特徴とするエンジン冷却水
   循環ポンプ。 ４、エンジン冷却水循環路中に一端が突出するシャフト
   に固定される、エンジン冷却水循環ポンプ用のインペラ
   の製造方法であって、 該シャフトに圧入固定される金属筒を樹脂成形用金型内
   に位置決めする工程と、 該金型内に該シャフトよりも熱膨張係数の低い樹脂ない
   し複合樹脂を注入する工程とを有するインペラの製造方
   法。 ５、特許請求の範囲第４項に記載の製造方法において、 該金型内に注入される樹脂中に該シャフトおよび該樹脂
   自体よりも熱膨張係数の低いフィラー状補強材が混入さ
   れており、かつ 該複合樹脂が該インペラの中心部近傍から注入されて半
   径方向外側に向けて充填されることを特徴とするインペ
   ラの製造方法。 ６、特許請求の範囲第４項に記載の製造方法において、 該インペラは半径方向に伸びる複数の翼と、該翼の軸方
   向一端側を相互に連結するディスク状フランジを有する
   ものであり、該樹脂が該インペラの中心部近傍の該翼の
   根本部でかつこのディスク状フランジの成形側から注入
   されることを特徴とするインペラの製造方法。