JP2006266188A - ウォータポンプ用羽根車装置及びウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 高い組付け精度や加工精度を必要とせず、補機を作動させる駆動側回転体の回転を従動側回転体に伝達してポンプ羽根車を回転させることができるウォータポンプ用羽根車装置及びウォータポンプを提供する。
【解決手段】 ウォータポンプ１０は、径方向外側に配置された平面部２４ａを有し、補機を作動させるプーリ３１と同軸上に配置されるとともに、プーリの径方向内側に突設された介在部材４１と平面部において係合してプーリと一体回転するように連結されるシャフト２１と、シャフト２１と一体回転するインペラとを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウォータポンプ用羽根車装置及びウォータポンプに関するものである。

従来、ウォータポンプとして種々のものが提案されている。例えば特許文献１のウォータポンプは、補機を作動させる駆動側回転体としての駆動軸（３８）と同軸上に配置されて同駆動軸に回転一体に連結される従動側回転体（３６）と、従動側回転体と一体回転するポンプ羽根車（３７）とを備えている。このウォータポンプは、駆動軸及び従動側回転体がボルト−ナットの締結又はドッグカム状の継手により軸中心で同軸上に連結されて、同駆動軸からの動力が伝達される。

また、特許文献２のウォータポンプは、駆動側回転体としてのエンジンの出力軸と平行に配置されて同出力軸にベルト（８５）を介して回転一体に連結される従動側回転体（１８，２５）と、従動側回転体と一体回転するポンプ羽根車（３０）とを備えている。このウォータポンプは、エンジンの出力軸及び従動側回転体がベルトを介して連結されて、同出力軸からの動力が伝達される。
特開平８−１００６５２号公報（第３図） 特開２００４−５２７２３号公報（第１図）

ところで、特許文献１のウォータポンプは、クランクケース内部で構成されているため、その外観を目視点検することができない。また、従動側回転体は、駆動軸と軸中心で同軸上に直結されるため、これら駆動軸及び従動側回転体の軸心合わせに高い精度が要求されることになり、精度確保のためには製造コストの増大を余儀なくされる。さらに、補機と連結部（継手等）とウォータポンプとが、単純に軸方向にずらして配置されることから、同方向に確保すべきスペースが増大してしまう。

特に、駆動側回転体及び従動側回転体がドッグカム状の継手にて連結される場合において、同継手が硬質材（金属など）からなる場合には、継手における金属接触により異音が発生することになる。

一方、特許文献２のウォータポンプは、駆動のための専用のベルトの取り回しが必要となり、そのためのスペース確保が必須となる。また、従動側回転体としてのプーリは、円滑な回転伝達のためにその外形に高精度の真円度が要求されることになり、精度確保のためには製造コストの増大を余儀なくされる。さらに、ウォータポンプにはベルト荷重が直接加わることから、その構成部品（プーリやボデー、ベアリングなど）に十分な強度と耐久性とが要求される。

本発明の目的は、高い組付け精度や加工精度を必要とせず、補機を作動させる駆動側回転体の回転を従動側回転体に伝達してポンプ羽根車を回転させることができるウォータポンプ用羽根車装置及びウォータポンプを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、径方向外側に配置された平面部を有し、補機を作動させる駆動側回転体と同軸上に配置されるとともに、該駆動側回転体の径方向内側に突設された介在部材と該平面部において係合して該駆動側回転体と一体回転するように連結される従動側回転体と、前記従動側回転体と一体回転するポンプ羽根車とを備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、前記平面部は、径方向外側に延出する平板部が軸方向と平行に屈曲されてなることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、前記平面部は複数であって、該複数の平面部は、径方向外側に延出する環状の平板部が軸方向と平行に多角筒形状に屈曲されてなることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、前記平面部において、該平面部と該平面部に直交する経線との交点から回転方向に最進行する側の前記介在部材の作用点までの長さは、該交点から回転方向に最逆行する側の該介在部材の作用点までの長さよりも大きく設定されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、前記介在部材の周方向中心を通る経線に直交する周方向の直線と、前記平面部の延長線とが交差するように設定されていることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、前記駆動側回転体は、有底円筒状のプーリであって、前記平面部は、前記介在部材とともに前記プーリの内側に収容されることを要旨とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置を備えたウォータポンプであることを要旨とする。
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、補機を作動させる駆動側回転体の回転は、前記介在部材と係合する前記平面部を介して前記従動側回転体へと伝達され、前記ポンプ羽根車を回転させる。この回転伝達に係る駆動側回転体及び従動側回転体は同軸上に配置されるものの、これらの間の軸心ずれは前記平面部に沿った前記介在部材との間の滑りで吸収しうることから、軸心合わせに要求される精度を低減させることができる。そして、例えば前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の組付け精度を、前記介在部材と係合する前記平面部を介して低減させることができる。

また、例えば駆動側回転体の回転をベルトを介して従動側回転体に伝達する場合のように、従動側回転体に高精度の真円度が要求されることはなく、その加工精度を低減させることができる。さらに、ウォータポンプ専用のベルトの取り回しがなくなる分、スペースの有効利用を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記平面部は、径方向外側に延出する平板部を軸方向と平行に屈曲することで成形されるため、前記平面部を曲げ加工にて容易に成形することができる。

請求項３に記載の発明によれば、径方向外側に延出する環状の平板部を軸方向と平行に屈曲することで成形される前記複数の平面部は、多角筒形状をなして連続することで、その強度を好適に確保することができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記平面部において、該平面部と該平面部に直交する経線との交点から回転方向に最進行する側の前記介在部材の作用点までの長さは、該交点から回転方向に最逆行する側の該介在部材の作用点までの長さよりも大きく設定されている。従って、前記平面部において、回転方向に最進行する側の前記介在部材の作用点までの軸中心からの長さは、回転方向に最逆行する側の該介在部材の作用点までの軸中心からの長さよりも大きく設定されることになり、これらが同等に設定される場合に比べて前記従動側回転体（平面部）に伝達する駆動トルクを増大させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、前記介在部材の周方向中心を通る経線に直交する周方向の直線と、前記平面部の延長線とが交差することで、前記平面部が前記介在部材から受ける回転力の成分を増大し、回転効率を向上させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、前記平面部は、前記介在部材とともに有底円筒状のプーリの内側に収容されることで、該プーリ（駆動側回転体）と径方向で重なる軸方向の位置でこれらプーリ、介在部材及び従動側回転体が連結される。従って、前記プーリ、介在部材及び従動側回転体が径方向に重ねられて連結される分、軸方向に確保すべきスペースを全体として低減させることができる。

請求項７に記載の発明によれば、高い組付け精度や加工精度を必要とせず、補機を作動させる駆動側回転体の回転を従動側回転体に伝達してポンプ羽根車を回転させることができるウォータポンプを提供することができる。

以上詳述したように、請求項１乃至７に記載の発明では、高い組付け精度や加工精度を必要とせず、補機を作動させる駆動側回転体の回転を従動側回転体に伝達してポンプ羽根車を回転させることができる。

以下、本発明をウォータポンプ用羽根車装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２は、それぞれ自動車のエンジンルーム内に搭載されるウォータポンプ１０を示す正面図及び縦断面図である。同図に示されるように、ウォータポンプ１０のボデー１１は、締結手段１２により、ハウジング９０に、ガスケット８０などを介して固定される。上記ボデー１１には、大径部１１ａ及び小径部１１ｂを備える段付形状の筒部が形成されている。そして、上記小径部１１ｂの外周面には、ベアリング１３のインナーレースが圧入にて固定されている。

上記ベアリング１３のアウターレースには、従動側回転体としてのシャフト２１が固定されている。すなわち、上記シャフト２１は鋼板の板材をプレス加工することで成形されており、有底円筒状のシャフト部２２と、アーム部２３と、複数（本実施形態では４つ）の延出部２４とを一体的に備えている。上記アーム部２３は、シャフト部２２の軸方向基端部（開口端部）に連続して同シャフト部２２と逆方向に開口するように径方向外側に有底円筒状に形成されており、図２に示すように、前記シャフト２１は、アーム部２３の外周部２３ａがベアリング１３のアウターレースの外周面に圧入される態様で固定されている。これにより、前記シャフト２１は、前記ベアリング１３等に回転自在に支持されている。

なお、前記各延出部２４は、前記アーム部２３の開口端部に連続して径方向外側に所定角度（９０度）ごとに延出しており、その先端側には軸方向と平行にシャフト部２２の逆方向に屈曲された平面部２４ａを備えている。図２に便宜的に示したように、この平面部２４ａは、前記アーム部２３の開口端部に連続して径方向外側に所定角度（９０度）ごとに延出する複数（本実施形態では４つ）の平板部Ｐ１を軸方向と平行に屈曲することで成形される。図１に示すように、各平面部２４ａは、その周方向中心を通る経線Ｌ１，Ｌ２に直交する周方向（平面部２４ａの周方向中心における軸中心Ｏ周りの接線方向）に平坦に広がっており、各対応する経線Ｌ１，Ｌ２に関して線対称に形成されている。この延出部２４は、後述する補機（ウォータポンプ１０以外の補機）との連結に供される。

図２に示すように、前記シャフト部２２の軸方向先端部には、ポンプ羽根車としてのインペラ２５が一体回転可能に嵌着されている。このインペラ２５は、前記ハウジング９０の形成する凹部の開口側がボデー１１により閉塞されることで形成される水室９１に配置される。この水室９１は、図示されないエンジン冷却水回路の構成要素となっている。

前記シャフト部２２の外周面とボデー１１の大径部１１ａの内周面との間にはメカニカルシール２６が装着されて、水室９１とベアリング１３との間を封止している。このメカニカルシール２６は、冷却水が外部（ベアリング１３側）に漏れないように、外部と水室９１とを水密的に隔離している。

前記シャフト２１は、補機を作動させる駆動側回転体としてのプーリ３１に複数（本実施形態では４つ）の介在部材４１を介して一体回転するように連結されている。詳述すると、このプーリ３１は、シャフト２１側に開口する有底円筒状に形成されており、その外周部３１ａに掛けられた図示しないベルトを介してエンジンの出力軸から動力伝達されることで、その中心部の取付孔３１ｂに固着される図示しない駆動軸と一体で回転する。そして、上記プーリ３１は、取付孔３１ｂに固着される駆動軸を介して補機を作動させる。

前記プーリ３１は、前記シャフト２１（シャフト部２２）と軸中心Ｏにて同軸上に配置されている。そして、プーリ３１には、前記複数の介在部材４１が一体回転するように連結されている。各介在部材４１はゴム又は樹脂等の軟質材料からなり、前記プーリ３１の内周面の軸方向の長さよりも小さい軸方向の長さを有している。これら介在部材４１は、前記プーリ３１の内周面から径方向内側に突設される態様で、締結用ボルト４２により同プーリ３１に締結されている。このとき、全ての介在部材４１が前記プーリ３１の内側に収容されていることはいうまでもない。

各介在部材４１の内周側の端面は、前記平面部２４ａに径方向に対向して同平面部２４ａと係合する係合面４１ａを形成している。従って、前記シャフト２１の一部（アーム部２３、延出部２４）は、前記ベアリング１３等とともに介在部材４１の内側に収容されている。図１に示すように、各係合面４１ａは、その周方向中心を通る経線Ｌ１，Ｌ２に直交する周方向（係合面４１ａの周方向中心における軸中心Ｏ周りの接線方向）に平坦に広がっており、各対応する経線Ｌ１，Ｌ２に関して線対称に形成されている。また、各係合面４１ａは、前記平面部２４ａの周方向の幅よりも小さい周方向の幅を有している。さらに、各係合面４１ａは、その周方向中心を通る経線Ｌ１，Ｌ２を前記平面部２４ａの周方向中心に交差させたときの径方向の距離が、同平面部２４ａの径方向の距離よりも若干長くなるように設定されている。

従って、各係合面４１ａの周方向中心を通る経線Ｌ１，Ｌ２を前記平面部２４ａの周方向中心に交差させたとき、これら係合面４１ａ及び平面部２４ａ間に径方向の間隙Ｃが形成されるようになっている。この間隙Ｃは、前記介在部材４１の締結されたプーリ３１を前記シャフト２１に組付ける際の軸心ずれを吸収するためのものである。

そして、各平面部２４ａにおいて係合面４１ａと係合するシャフト２１は、前記プーリ３１の回転に伴い、各平面部２４ａが係合面４１ａに押圧されることで、同プーリ３１と一体回転する。

このような構成にあって、プーリ３１の外周部３１ａに掛けられたベルトを介して同プーリ３１にエンジンの出力軸からの動力が伝達されると、同プーリ３１は、その回転に伴い取付孔３１ｂに固着される駆動軸を介して補機を作動させる。この際、上記プーリ３１の回転は、前記介在部材４１を介してシャフト２１に伝達され、同シャフト２１は一体回転する。そして、シャフト２１と一体となったインペラ２５が、前記水室９１内で回転する。これにより、水室９１内に満たされている冷却水が押し出され、エンジン冷却水回路を流れる（循環する）冷却水の水流が作られる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、補機を作動させるプーリ３１の回転は、前記介在部材４１と係合する前記平面部２４ａを介して前記シャフト２１へと伝達され、前記インペラ２５を回転させる。この回転伝達に係るプーリ３１及びシャフト２１は同軸上に配置されるものの、これらの間の軸心ずれは前記平面部２４ａに沿った前記介在部材４１との間の滑りで吸収しうることから、軸心合わせに要求される精度を低減させることができる。そして、例えば前記プーリ３１に対する前記シャフト２１の組付け精度を、前記介在部材４１と係合する前記平面部２４ａを介して低減させることができる。

また、例えば駆動側回転体（プーリ）の回転をベルトを介して従動側回転体（シャフト）に伝達する場合のように、従動側回転体に高精度の真円度が要求されることはなく、その加工精度を低減させることができる。さらに、ウォータポンプ専用のベルトの取り回しがなくなる分、スペースの有効利用を図ることができる。

（２）本実施形態では、前記平面部２４ａは、径方向外側に延出する平板部Ｐ１を軸方向と平行に屈曲することで成形されるため、前記平面部２４ａを曲げ加工にて容易に成形することができる。そして、シャフト２１の製造コストを削減することができる。

（３）本実施形態では、前記平面部２４ａは、前記シャフト２１の一部（アーム部２３等）とともに有底円筒状のプーリ３１の内側に収容されることで、同プーリ３１と径方向で重なる軸方向の位置でこれらプーリ３１、介在部材４１及びシャフト２１が連結される。従って、前記プーリ３１、介在部材４１及びシャフト２１が径方向に重ねられて連結される分、軸方向に確保すべきスペースを全体として低減させることができる。

（４）本実施形態では、高い組付け精度や加工精度を必要とせず、補機を作動させるプーリ３１の回転をシャフト２１に伝達してインペラ２５を回転させることができるウォータポンプ１０を提供することができる。

（５）本実施形態では、各介在部材４１を軟質材料にて成形した。従って、前記プーリ３１及び前記シャフト２１間の回転伝達が、前記介在部材４１により緩衝されて行われることで、異音の発生を抑制することができる。

（６）例えば特許文献２のように、ウォータポンプ１０にベルト荷重が直接加わることがないため、その構成部品（ボデー１１、ベアリング１３など）に要求される強度や耐久性を緩和することができる。従って、ウォータポンプ１０の構成部品の長寿命化を図ることができ、あるいは過剰な性能確保を回避して製造コストの削減を図ることができる。特に、ベアリング１３に要求される強度等が緩和されることで、同ベアリング１３をより小型化することができる。

（７）本実施形態では、ウォータポンプ１０以外の補機とウォータポンプ１０とを同軸で駆動するレイアウトが可能であるため、エンジンルーム内での搭載性を向上させることができる。

（８）本実施形態では、プーリ３１によりウォータポンプ１０の一部が包囲されるため、特にベアリング１３の内部に外部からの異物が侵入することを抑制することができる。
（９）本実施形態では、ウォータポンプ１０は、ハウジング９０に対し外付けで固定されるため、外観目視点検を容易に行うことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、平面部２４ａ及びこれと係合する介在部材４１は、１つ以上であれば何個であってもよい。ただし、複数配設する場合には、回転伝達のバランスを考慮して、対をなす平面部及び介在部材を所定角度ごとに均等に配置することが好ましい。

・図３に示したシャフト４６のように、平面部４６ａを回転方向に偏在させ、これに対応する介在部材４７を前記プーリ３１に設けてもよい。すなわち、この平面部４６ａにおいて、平面部４６ａと同平面部４６ａに直交する経線Ｌ３との交点Ｉから回転方向に最進行する側の前記介在部材４７の作用点Ｗ１までの長さＤ１は、同交点Ｉから回転方向に最逆行する側の同介在部材４７の作用点Ｗ２までの長さＤ２よりも大きく設定されている。この場合、前記平面部４６ａにおいて、回転方向に最進行する側の前記介在部材４７の作用点Ｗ１までの軸中心Ｏからの長さＲ１は、回転方向に最逆行する側の同介在部材４７の作用点Ｗ２までの軸中心Ｏからの長さＲ２よりも大きく設定されることになり、これらが同等に設定される場合に比べてシャフト４６（平面部４６ａ）に伝達する駆動トルクを増大させることができる。

なお、図３に示したシャフト４６では、前記介在部材４７の周方向中心を通る経線Ｌ４に直交する周方向（介在部材４７の周方向中心における軸中心Ｏ周りの接線方向）の直線Ｌ５と、前記平面部４６ａの延長線Ｌ６とが交差するように設定されている。従って、前記平面部４６ａが前記介在部材４７から受ける回転力の成分を増大し、回転効率を向上させることができる。

また、図４に示したシャフト４８のように、平面部４８ａを更に回転方向に偏在させ、これに対応する介在部材４９をその固定部（締結用ボルト４２）から回転方向に偏在させて前記プーリ３１に設けてもよい。

・図５及び図６（ａ）（ｂ）に示したシャフト５１のように、複数（６個）の平面部５１ａを多角筒（六角筒）形状に連続するように設けてもよい。図６（ｂ）に併せ示したように、これら平面部５１ａは、前記アーム部２３の開口端部に連続して径方向外側に延出する環状の平板部Ｐ２を軸方向と平行にシャフト部２２の逆方向に屈曲することで成形される。これら平面部５１ａは、プレス加工（絞り加工）にて成形されるもので、各隣り合う平面部５１ａ間には、その加工を容易にするための切り欠き５１ｂが形成されている。なお、前記プーリ３１には、径方向に対向する１組（２個）の平面部５１ａのみに対応してその内周面から径方向内側に介在部材４１が突設されている。この介在部材４１の個数は１個以上（ここでは、６個まで）であればよいが、回転伝達のバランスを考慮して偶数個（２個、４個、６個）であることが好ましい。このように変更した場合、複数の平面部５１ａは、多角筒形状をなして連続することで、その強度を好適に確保することができる。

・介在部材４１，４７，４９は、例えば金属などの硬質材料で成形してもよい。この場合、簡易な製法で介在部材４１，４７，４９の強度を確保することができる。
・前記実施形態において、プーリ３１とシャフト２１等とを軸方向に離隔配置してもよい。例えばプーリ３１（取付孔３１ｂ）に固着される駆動軸を介在部材４１側に延出させて、この駆動軸に前記介在部材４１を連結可能な駆動側回転体としての固定部を固着する。そして、この固定部において、前記介在部材４１を介してシャフト２１を同軸に連結する。この場合、プーリ３１の軸方向への配置自由度が増す分、設計の自由度を増大させることができる。

・前記実施形態においては、シャフト部２２、アーム部２３及び延出部２４を一体的に備えたシャフト２１を採用したが、前記インペラ２５と一体回転するように連結されるのであれば、同シャフト２１を複数の部品で構成してもよい。

・前記実施形態において、シャフト２１は樹脂成形やその他の成形方法で製造してもよい。
・前記実施形態においては、エンジンの出力軸により回転駆動される駆動側回転体（プーリ３１）を採用したが、その他の駆動軸や電動モータなどで回転駆動される駆動側回転体であってもよい。また、駆動側回転体への動力伝達も、ベルト伝動に限らず、ギヤ連結などであってもよい。

・前記実施形態において、駆動側回転体（プーリ３１）が作動させる補機として、エアコン、オルタネータ、パワステポンプ、バキュームポンプなどの適宜の補機を採用すればよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）径方向外側に配置された平面部を有し、補機を作動させる駆動側回転体と同軸上に配置されるとともに、該駆動側回転体の径方向内側に突設された介在部材と該平面部において係合して該駆動側回転体と一体回転するように連結される従動側回転体と、
前記従動側回転体と一体回転するポンプ羽根車と、
前記ポンプ羽根車が配置される水室を形成するボデーと、
前記ボデーと前記従動側回転体との間に設けられ、該従動側回転体を回転自在に支持するベアリングと、
前記水室と前記ベアリングとの間を封止するメカニカルシールとを備えたことを特徴とするウォータポンプ。

本発明の一実施形態を示す平面図。 同実施形態の縦断面図。 本発明の変形形態を示す平面図。 本発明の変形形態を示す平面図。 本発明の変形形態を示す平面図。 （ａ）（ｂ）は、シャフトを示す側面図及び断面図。

符号の説明

１０…ウォータポンプ、２１、４６，４８，５１…従動側回転体としてのシャフト、２５…ポンプ羽根車としてのインペラ、２４ａ，４６ａ，４８ａ，５１ａ…平面部、３１…駆動側回転体としてのプーリ、４１，４７，４９…介在部材、Ｐ１，Ｐ２…平板部。

Claims (7)

1. 径方向外側に配置された平面部を有し、補機を作動させる駆動側回転体と同軸上に配置されるとともに、該駆動側回転体の径方向内側に突設された介在部材と該平面部において係合して該駆動側回転体と一体回転するように連結される従動側回転体と、
   前記従動側回転体と一体回転するポンプ羽根車とを備えたことを特徴とするウォータポンプ用羽根車装置。
2. 請求項１に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、
   前記平面部は、径方向外側に延出する平板部が軸方向と平行に屈曲されてなることを特徴とするウォータポンプ用羽根車装置。
3. 請求項１に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、
   前記平面部は複数であって、該複数の平面部は、径方向外側に延出する環状の平板部が軸方向と平行に多角筒形状に屈曲されてなることを特徴とするウォータポンプ用羽根車装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、
   前記平面部において、該平面部と該平面部に直交する経線との交点から回転方向に最進行する側の前記介在部材の作用点までの長さは、該交点から回転方向に最逆行する側の該介在部材の作用点までの長さよりも大きく設定されていることを特徴とするウォータポンプ用羽根車装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、
   前記介在部材の周方向中心を通る経線に直交する周方向の直線と、前記平面部の延長線とが交差するように設定されていることを特徴とするウォータポンプ用羽根車装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置において、
   前記駆動側回転体は、有底円筒状のプーリであって、
   前記平面部は、前記介在部材とともに前記プーリの内側に収容されることを特徴とするウォータポンプ用羽根車装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のウォータポンプ用羽根車装置を備えたことを特徴とするウォータポンプ。

Images