JP2007032280A - Water pump - Google Patents
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Abstract
Description
この発明に係るウォータポンプは、自動車用エンジンの冷却水を循環させる為に利用する。 The water pump according to the present invention is used to circulate cooling water of an automobile engine.
自動車用エンジンの冷却水を循環させる為のウォータポンプとして、例えば特許文献1には、図7に示す様な構造のものが記載されている。軸受筒1の基端部(図7の右端部)には取付フランジ2が設けられている。エンジンのシリンダブロック3の前面には、冷却水通路4の開口部5が設けられている。上記取付フランジ2は、この開口部5を覆う状態で、上記シリンダブロック3の前面に固定している。上記軸受筒1の内側には回転軸6が、滑り軸受7によって回転自在に支持されている。
As a water pump for circulating the cooling water of an automobile engine, for example, Patent Document 1 describes a structure as shown in FIG. A
又、上記回転軸6の内端部(図7の右端部)で、上記冷却水通路4の内側部分には、インペラ8を固定して、この冷却水通路4内に冷却水の流れを惹起させる様にしている。又、このインペラ8と上記軸受筒1との間に、上記回転軸6の外周面とこの軸受筒1の内周面との間の水密保持を図る為の、メカニカルシール9を設けている。このメカニカルシール9は、受板27を上記インペラ8の内径側部分に固定し、前記取付フランジ2の内周面に固定された保持環28と上記受板27との間に、ばね29及びシール材30を設け、このばね29によりこのシール材30をこの受板27に向けて押圧する構造としている。尚、受板は、回転軸6に直接外嵌する場合もある。又、上記軸受筒1の基端寄り部分に、径方向に貫通する排水口31、31を形成しているが、上記回転軸6の外周面でこれら各排水口31、31の内径側位置にスリンガを外嵌し、これら各排水口31、31から、上記メカニカルシール9から漏出した蒸気や熱水を排出し易くする構造も、従来から知られている。
Further, an impeller 8 is fixed to an inner portion of the cooling water passage 4 at an inner end portion (right end portion in FIG. 7) of the rotating shaft 6, and a flow of the cooling water is caused in the cooling water passage 4. I try to let them. Further, a mechanical seal 9 is provided between the impeller 8 and the bearing cylinder 1 for maintaining watertightness between the outer peripheral surface of the rotating shaft 6 and the inner peripheral surface of the bearing cylinder 1. This mechanical seal 9 fixes the
一方、上記回転軸6の外端部(図7の左端部)で、上記軸受筒1から突出した部分には、プーリ10の基端部を外嵌固定している。このプーリ10は、上記回転軸6の外端部に外嵌固定する短円筒状の基部11の外端縁と、図示しないベルトを掛け渡す為の円筒部12の外端縁とを、連続部13により連続させる事で構成されている。そして、このうちの円筒部12を、上記軸受筒1の外周面に、複列玉軸受14を介して回転自在に支承している。
On the other hand, a base end portion of the
上述の様に構成されるウォータポンプは、エンジンのクランクシャフトにより、図示しないベルトを介して上記プーリ10を回転させる。そして、このプーリ10を固定した上記回転軸6を介して、この回転軸6の内端部に固定した前記インペラ8を回転させ、前記冷却水通路4内の冷却水を、図示しないラジエータ等との間で循環させる。
The water pump configured as described above rotates the
上述の図7に示した従来構造の場合には、回転軸6を軸受筒1に対し、複列玉軸受14により回転自在に支持している。これに対して、特許文献2〜5には、プーリを軸受筒の外周面に単列の玉軸受で支承した構造が、記載されている。この様に、プーリを支持する転がり軸受として単列の玉軸受を使用すれば、ウォータポンプの軸方向寸法を短縮して、小型、軽量化を図れる。又、上記各特許文献のうち、特許文献2、3には、金属板をプレス成形する事により、特許文献4、5には、合成樹脂を射出成形する事により、回転軸とプーリとを一体に形成した構造が、それぞれ記載されている。この様に回転軸とプーリとを一体に形成すれば、更なる軽量化、部品点数の減少、組み立て性の向上を図れる。
In the case of the conventional structure shown in FIG. 7 described above, the rotary shaft 6 is rotatably supported by the double-row ball bearing 14 with respect to the bearing cylinder 1. On the other hand,
但し、上述の各特許文献に記載された構造の場合、プーリを支承する転がり軸受を単列の玉軸受としている為、軸方向寸法の短縮化を図れる反面、プーリに加わるモーメント荷重に対する剛性が低くなる。このプーリには、このプーリに掛け渡した無端ベルトの張力に基づき、このプーリを傾斜させようとする、大きなモーメント荷重が加わる。上記各特許文献2〜5に記載された構造の場合、プーリを支承する転がり軸受として一般的な単列玉軸受を使用している為、上記モーメント荷重に対する剛性を大きくする事が難しく、上記プーリが傾斜し易くなる。このプーリが傾斜した場合には、異音や騒音が発生し易くなる他、このプーリの外周面と無端ベルトとの当接状態が不正に(片当たり状態と)なり、この無端ベルトの耐久性が損なわれる。
However, in the case of the structure described in each of the above-mentioned patent documents, since the rolling bearing for supporting the pulley is a single row ball bearing, the axial dimension can be shortened, but the rigidity against the moment load applied to the pulley is low. Become. A large moment load is applied to the pulley to tilt the pulley based on the tension of the endless belt stretched over the pulley. In the case of the structures described in
又、上述した各特許文献2〜5に記載された発明のうち、金属板にプレス成形を施してプーリを形成する構造の場合、真円度等の形状精度にばらつきが生じる場合があり、このプーリと玉軸受とを嵌合した状態で、この玉軸受の内部隙間が変化する可能性がある。この様な玉軸受の内部隙間の変化は、回転軸と軸受筒との間に設置されたメカニカルシールのシール性に影響を及ぼす可能性がある。即ち、プーリと回転軸とは、軸受筒に対して玉軸受により回転自在に支持されている。この為、この玉軸受の内部隙間の変化により、上記回転軸が、上記軸受筒内周面に対して偏心したり、傾斜したりする可能性がある。上記メカニカルシールを構成する受板を、この回転軸に直接外嵌する構造の場合、この回転軸が上記軸受筒内周面に対して傾斜等すると、この受板もこの軸受筒内周面に対して傾斜する等して、この受板とシール材との当接圧が一部で低下する可能性がある。この結果、上記メカニカルシールのシール性が低下し、蒸気や熱水の漏出量が増大する可能性がある。
In addition, among the inventions described in the
本発明は、上述の様な事情に鑑み、軸方向寸法の短縮化を図れる構造で、プーリに加わるモーメント荷重に対する剛性を確保できる構造を実現すべく、発明したものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention has been invented in order to realize a structure capable of reducing the axial dimension and ensuring the rigidity against the moment load applied to the pulley.
本発明は、前述の各特許文献2〜5に記載された従来構造と同様に、軸受筒と、回転軸と、インペラと、メカニカルシールと、プーリと、転がり軸受とを備える。
このうちの軸受筒は、エンジンのシリンダブロック前面に、冷却水通路の開口部を覆う状態で固定される。
又、上記回転軸は、この軸受筒の内側を挿通されている。
又、上記インペラは、この回転軸の内端部で、上記冷却水通路の内側部分に固定されている。
又、上記メカニカルシールは、上記回転軸の外周面と上記軸受筒との間に設けられている。
又、上記プーリは、上記回転軸の外端部で、この軸受筒から突出した部分に固定されている。
又、上記転がり軸受は、このプーリをこの軸受筒の外周部に回転自在に支持するものである。又、この転がり軸受は、内周面に単列の外輪軌道を有する外輪と、外周面に単列の内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備えた単列の玉軸受である。
特に、本発明のウォータポンプに於いては、この玉軸受を、上記外輪軌道と内輪軌道とのうちの少なくとも一方と上記各玉とが、これら各玉毎に2点ずつで接触する多点接触型のものとしている。
The present invention includes a bearing cylinder, a rotating shaft, an impeller, a mechanical seal, a pulley, and a rolling bearing, similarly to the conventional structures described in
Of these, the bearing cylinder is fixed to the front surface of the cylinder block of the engine so as to cover the opening of the cooling water passage.
The rotating shaft is inserted through the inside of the bearing cylinder.
The impeller is fixed to the inner part of the cooling water passage at the inner end of the rotating shaft.
The mechanical seal is provided between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the bearing cylinder.
The pulley is fixed to a portion protruding from the bearing cylinder at the outer end of the rotating shaft.
The rolling bearing supports the pulley rotatably on the outer peripheral portion of the bearing cylinder. The rolling bearing is provided between the outer ring having a single row outer ring raceway on the inner peripheral surface, the inner ring having a single row inner ring raceway on the outer peripheral surface, and the outer ring raceway and the inner ring raceway. It is a single row ball bearing provided with a plurality of balls.
In particular, in the water pump of the present invention, this ball bearing has a multi-point contact in which at least one of the outer ring raceway and the inner ring raceway and each ball comes into contact with each ball at two points. It is of type.
上述の様に構成される本発明の場合、プーリを単列の玉軸受により支持している為、軸方向寸法の短縮化を図れる。
特に、本発明の場合には、上記玉軸受を多点接触型のものとしている為、プーリに加わるモーメント荷重に対する剛性を十分に確保できる。
In the case of the present invention configured as described above, since the pulley is supported by the single-row ball bearing, the axial dimension can be shortened.
In particular, in the case of the present invention, since the ball bearing is of a multipoint contact type, sufficient rigidity against moment load applied to the pulley can be secured.
本発明を実施する場合に好ましくは、少なくとも回転軸の一部とプーリとを一体に形成する。
この様に構成すれば、更なる軽量化、部品点数の減少、組み立て性の向上を図れる。
又、より好ましくは、少なくともプーリを合成樹脂製とする。
この様に構成すれば、プーリを、玉軸受の外輪の外径側にモールド成形により、この外輪と一体的に形成できる。この為、このプーリと上記玉軸受との嵌合により、この玉軸受の内部隙間が変化する事は殆どない。この結果、回転軸と軸受筒との間に設置されたメカニカルシールのシール性が低下する事を防止できる。
Preferably, when carrying out the present invention, at least a part of the rotating shaft and the pulley are integrally formed.
If comprised in this way, the further weight reduction, the reduction of a number of parts, and the improvement of an assembly property can be aimed at.
More preferably, at least the pulley is made of a synthetic resin.
If comprised in this way, a pulley can be integrally formed with this outer ring by molding on the outer diameter side of the outer ring of the ball bearing. For this reason, the internal clearance of the ball bearing hardly changes due to the fitting between the pulley and the ball bearing. As a result, it is possible to prevent the sealing performance of the mechanical seal installed between the rotating shaft and the bearing cylinder from being deteriorated.
図1〜2は、本発明の実施例1を示している。尚、本発明の特徴は、プーリを単列の玉軸受16により支持すると共に、この玉軸受16を多点接触型のものとする点にある。ウォータポンプの基本的構造及び作用は、前述の図7で説明した従来構造と同様である為、重複する図示及び説明を省略若しくは簡略にし、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。 1 and 2 show Embodiment 1 of the present invention. The feature of the present invention is that the pulley is supported by a single row ball bearing 16 and the ball bearing 16 is of a multipoint contact type. Since the basic structure and operation of the water pump are the same as those of the conventional structure described with reference to FIG. 7, overlapping illustrations and descriptions will be omitted or simplified, and the following description will focus on the features of this embodiment.
本実施例の場合、回転軸6aとプーリ10aとを合成樹脂製とし、射出成形により一体に形成している。即ち、このプーリ10aは、外周面にベルトを掛け渡す外径側円筒部15と、上記玉軸受16に外嵌固定する内径側円筒部17と、これら各円筒部15、17とを連結する連結部18とから成る。そして、このうちの内径側円筒部17の外端(図1の左端)縁と上記回転軸6aの外端部とを、連続部19により連続させている。又、上記玉軸受16は、図示しないシリンダブロックの前面に固定された、やはり図示しない軸受筒と上記プーリ10aの内径側円筒部17との間に配置され、このプーリ10aをこの軸受筒の外周面に回転自在に支持するものである。
In the case of the present embodiment, the
又、上記玉軸受16は、図2に詳示する様に、4点接触型の単列玉軸受としている。即ち、この玉軸受16は、内周面に単列の外輪軌道20を有する外輪21と、外周面に単列の内輪軌道22を有する内輪23と、これら外輪軌道20と内輪軌道22との間に転動自在に設けられた複数個の玉24とを備えている。特に、本実施例の場合には、上記玉軸受16を、これら各玉24の転動面と、上記外輪軌道20と内輪軌道22とが、これら各玉24毎にそれぞれ2点ずつで接触する4点接触型のものとしている。この為に、上記外輪軌道20及び内輪軌道22の断面形状を、上記各玉24の直径の1/2よりも大きな曲率半径を有し、互いに中心が異なる1対の円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ状としている。
The
又、本実施例の場合、上記玉軸受16を構成する外輪21の外周面に、円周方向に対して傾斜した溝32を、全周に亙って形成している。そして、この外輪21の外周面に前記プーリ10aを固設した状態で、このプーリ10aの内径側円筒部17の内周面に存在する突条33と、上記溝32とを係合させる事により、このプーリ10aの上記外輪21に対するクリープの防止を図っている。尚、前述の図7に示した構造では、回転軸を軸受筒の内周面に、滑り軸受を介して支持しているが、前述の特許文献2〜5に記載されている様に、この滑り軸受を設けず、回転軸と軸受筒との間に隙間を設ける場合もある。この場合には、回転軸が、プーリを介して、上記玉軸受16のみで支持される。
In the case of the present embodiment, a
上述の様に構成される本実施例の場合、プーリを単列の玉軸受16により支持している為、軸方向寸法の短縮化を図れる。特に、本実施例の場合、この玉軸受16を4点接触型のものとしている為、プーリ10aに加わるモーメント荷重に対する剛性を、十分に確保できる。この結果、運転時に、上記玉軸受16から異音や騒音が発生する事を防止できると共に、上記プーリ10aに掛け渡した無端ベルトに発生する偏摩耗を緩和できる。
In the case of the present embodiment configured as described above, the pulley is supported by the single-
又、本実施例の場合、回転軸6aとプーリ10aとを一体に形成している為、ウォータポンプの更なる軽量化、部品点数の減少、組み立て性の向上を図れる。更に、上記回転軸6a及びプーリ10aを合成樹脂製としている為、このプーリ10aを、上記玉軸受16の外輪21の外径側にモールド成形により、この外輪21と一体的に形成できる。この為、上記プーリ10aと上記外輪21との嵌合により、上記玉軸受16の内部隙間が変化する事は殆どなく、この玉軸受16の内部隙間の変化に対して影響を及ぼすのは、ほぼ軸受筒とこの玉軸受16との嵌合状態のみとなる。従って、この玉軸受16の内部隙間に影響を与える要素を少なくして、この内部隙間の変化を抑えられる。
In the case of this embodiment, since the
この結果、上記回転軸6aが前記軸受筒内周面に対し傾斜等する事を防止して、これら回転軸と軸受筒との間に設置されたメカニカルシールのシール性が低下する事を防止できる。又、本実施例の場合、上記回転軸6aと上記プーリ10aとを一体としている為、これら回転軸6aとプーリ10aとの同軸度を確保し易い。従って、この点からも、回転軸6aが軸受筒内周面に対し傾斜等する事を防止して、上記メカニカルシールのシール性の低下を防止できる。
As a result, the
尚、上記プーリ10aを支持する玉軸受として、図3に示した様な3点接触型の玉軸受16aを使用する事もできる。即ち、この玉軸受16aの場合、外輪21の内周面に、各玉24の転動面とこれら各玉24毎にそれぞれ2点ずつで接触する、外輪軌道20を有する。又、内輪23aの外周面に、これら各玉24の転動面とこれら各玉24毎にそれぞれ1点ずつで接触する、内輪軌道22aを有する。この為に、上記外輪軌道20の断面形状のみ、上記各玉24の直径の1/2よりも大きな曲率半径を有し、互いに中心が異なる1対の円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ状とし、上記内輪軌道22aは、一般的な深溝型の玉軸受と同様に、単一の円弧により形成している。尚、外輪軌道と内輪軌道との形状に関する関係が、上述した場合と逆であっても良い。即ち、内輪軌道が各玉毎にそれぞれ2点ずつで接触し、外輪軌道が各玉毎にそれぞれ1点ずつで接触する様にしても良い。
As a ball bearing for supporting the
図4は、本発明の実施例2を示している。本実施例の場合、プーリ10bの外径側円筒部15aの外周面を、上述の実施例1と異なり、軸方向に関して径がほぼ変化しない、略円筒面としている。即ち、上述の実施例1に示した構造の場合、プーリ10aの外径側円筒部15の外周面の断面形状を波形としているのに対して、本実施例の場合には、上記外径側円筒部15aの断面形状を略円筒面としている。そして、この外径側円筒部15aの外周面に、無端ベルトを背面掛けする(外周面を当接させる)様にしている。その他の構造及び作用は、上述の実施例1と同様である。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the case of this embodiment, the outer peripheral surface of the outer diameter side
図5は、本発明の実施例3を示している。本実施例の場合、回転軸6bを、合成樹脂製の円杆部25と、この円杆部25を覆う、ステンレス鋼や表面をメッキ処理した耐食性を有する金属製のカバー26とから構成している。即ち、本実施例の場合、プーリ10aと上記円杆部25とを合成樹脂により一体に形成し、この円杆部25に上記カバー26を外嵌している。このカバー26は、軸方向一端側(図5の左端側)のみ開口した中空円柱状に形成されている。この為、上記カバー26を上記円杆部25に外嵌し、このカバー26の軸方向一端部を、上記プーリ10aとこの円杆部25との連続部19に突き当てる事により、この円杆部25の全体が上記カバー26により覆われる。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. In the case of the present embodiment, the
上述の様に構成される本実施例の場合、回転軸6bの外径側を金属製としている為、この回転軸6bに、メカニカルシールの受板、或は、蒸気や熱水を外部に排出する為のスリンガを外嵌した場合に、これら各部材の嵌合強度を確保し易い。即ち、回転軸全体が合成樹脂製の場合、上記受板或はスリンガを締り嵌めで嵌合した場合に、剛性が低い為に嵌合強度が十分に確保できない可能性がある。これに対して、本実施例の様に、回転軸6bの外径側を金属製とすれば、この回転軸6bの外径側部分の剛性を高くでき、この回転軸6bと上記受板或はスリンガとの嵌合強度を確保し易くなる。
In the case of the present embodiment configured as described above, the outer diameter side of the
尚、本実施例の場合、回転軸6bの外径側部分を金属製のカバー26に覆っている為、部品点数の削減は図れない。但し、上記回転軸6bの内径側部分は合成樹脂製としている為、回転軸全体を金属製とした構造と比べて軽量化を図る事ができる。又、上記回転軸6bの円杆部25とプーリ10aとを一体に形成している為、この回転軸6bとプーリ10aとの同軸度を確保し易く、又、上記カバー26aは上記円杆部25に外嵌するだけなので、回転軸とプーリとを別体とした構造と比べて、組み立て性の向上を図る事ができる。その他の構造及び作用は、前述の実施例1と同様である。
In the case of the present embodiment, since the outer diameter side portion of the
図6は、本発明の実施例4を示している。本実施例の場合、プーリ10cと回転軸6cとを別体としている。そして、このうちのプーリ10cを合成樹脂製とし、この回転軸6cを金属製としている。従って、本実施例の場合、この回転軸6cの外端部に、上記プーリ10cを外嵌固定している。この様に構成される本実施例の場合、回転軸6cを金属製としている為、上述した実施例3と同様に、メカニカルシールを構成する受板やスリンガとの嵌合強度を確保し易い。尚、本実施例の場合、プーリ10cと回転軸6cとを別体としている為、軽量化、部品点数の減少、組み立て性に於いて、上述した各実施例よりも不利となる。
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention. In the case of the present embodiment, the
但し、本実施例の場合も、プーリ10cを合成樹脂製としている為、このプーリ10cを、玉軸受16の外輪21の外径側にモールド成形により形成できる。従って、このプーリ10cをこの外輪21に嵌合する事により、上記玉軸受16の内部隙間が変化する事は殆どない。この為、上記プーリ10cと上記回転軸6cとの嵌合部の影響は存在するものの、上記玉軸受16の内部隙間の影響をなくして、メカニカルシールのシール性の低下を抑える事ができる。尚、図示の例では、上記プーリ10cの内径側円筒部17の外端縁から内径側に折り曲げる様に形成された円輪部34と、上記回転軸6cの外端部とを嵌合させているが、実際には、この円輪部34の内周縁部の肉厚を大きくする等して、この円輪部34と上記回転軸6cとの嵌合部の強度を確保する。その他の構造及び作用は、前述の実施例1と同様である。
However, also in this embodiment, since the
1 軸受筒
2 取付フランジ
3 シリンダブロック
4 冷却水通路
5 開口部
6、6a、6b、6c 回転軸
7 滑り軸受
8 インペラ
9 メカニカルシール
10、10a、10b、10c プーリ
11 基部
12 円筒部
13 連続部
14 複列玉軸受
15、15a 外径側円筒部
16、16a 玉軸受
17 内径側円筒部
18 連結部
19 連続部
20 外輪軌道
21 外輪
22、22a 内輪軌道
23、23a 内輪
24 玉
25 円杆部
26 カバー
27 受板
28 保持環
29 ばね
30 シール材
31 排水口
32 溝
33 突条
34 円輪部
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