JP2007182848A - 水ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立後の軸受すきまのバラツキを小さくすることができ、軽量化及び組立性の向上を図ることができ、生産性の向上を図ることができる水ポンプ装置を提供する。
【解決手段】水ポンプ装置１０は、軸受１３の外周面に樹脂製プーリ１４が一体成形されると共に、軸受１３の内周面側に樹脂製プーリ１４と一体に回転するシャフト１５が貫通配置され、シャフト１５の端部に径方向外方に延びる連結部材２４を設けると共に、連結部材２４と樹脂製プーリ１４の軸方向端面とを嵌合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水ポンプ装置に関するものであり、例えば、自動車のエンジン等に使用される外輪回転の水ポンプ装置に関する。

近年、環境問題が重視される中、自動車においても燃費向上が開発課題となることが多く、各装置／部品の軽量化や性能向上、コスト低減が急務となっている。その中でも自動車に使用される水ポンプ装置は、専用設計されたものが殆どで、転動体がローラとボールとで構成されるタイプと両列ともボールで構成されるタイプとの２つのタイプがある。また、シャフトが内輪軌道面を兼ねるシャフト一体型の水ポンプ装置とすることにより、装置の組立性向上に貢献している（例えば、特許文献１〜７参照）。

従来の水ポンプ装置は、アルミダイカストホディ及びそれに嵌合される支持軸受、支持軸受への冷却水（ロングライフクーラント：ＬＬＣ）の浸入を遮断するメカニカルシール、冷却水を循環させるベーン、プーリを締結するハブ及びプーリ等、部品点数が多く、重量増加やコスト増となる場合がある。

また、支持軸受がアルミダイカストボディに嵌合されるため、低温から高温まで軸受外輪のクリープ防止を狙って、高温時でもしめしろが残るようなしまりばめ設定にしている。また、水ポンプ装置の機構特性として、メカニカルシールのシール性安定化のため、支持軸受のガタはできるだけ小さい方が好ましい。

しかしながら、アルミニウムと軸受鋼との材料線膨張係数の違いから、低温時と高温時とで軸受外輪の面圧に大きく差がでるため、その結果、軸受内部すきまは、温度及び嵌合条件の影響を大きく受けて、それに伴い変化する。

例えば、図５に示す水ポンプ装置５０は、ボディ１にアルミダイカストを用い、フロント列がローラ、リア列がボール、若しくは両列ともボールのシャフト一体型軸受２を装着している。プーリ３と一体回転するシャフト４の回転によりベーン５を回し、冷却水を循環させる。現状、もっともポピュラーな形式であるが、軽量化、部品点数の削減、コスト削減等の課題がある。なお、図中６はメカニカルシールである。

一方、アルミダイカストボディに支持軸受が嵌合される仕様とは異なる低コスト／軽量化仕様の水ポンプ装置が開発され、徐々に市場に投入されつつある。
例えば、図６に示す水ポンプ装置６０は、プレス加工したプーリ３及びボディ１を用い、軸受２の外輪２ａにプーリ３を外嵌し、軸受２の内輪２ｂにボディ１を内嵌したものであるが、アルミダイカストほどの線膨張係数の差はないものの、プレス加工によるプーリ３及びボディ１の形状的制限やプレス精度等の嵌合相手部材の条件により、嵌合部の公差や真円度等の精度面においてバラツキを生じ、軸受残留すきまの適正狙い値のレンジが広くなってしまう（例えば、特許文献８参照）。

また、図７に示す水ポンプ装置７０は、リング３ａが内周部に埋め込まれたプーリ３とシャフト４とが樹脂の一体成形品とされ、軸受２の外輪２ａにリング３ａを介してプーリ３が嵌合されたものであるが、樹脂射出時でのリング３ａの変形及びリング３ａの寸法精度誤差等の積み重ねにより、軸受すきまへの影響が大きくなる（例えば、特許文献９参照）。

そこで、上記のような不都合を解消するために、図８に示す水ポンプ装置８０が提案されており、この水ポンプ装置８０は、ボディ１に軸受２を介して支持されている樹脂製のプーリ３と、プーリ３と一体成形された樹脂製のシャフト４と、を備え、軸受２及びプーリ３が、軸受２、プーリ３及びシャフト４のインサート射出成形によって結合されたものである。また、プーリ３とシャフト４とは、シャフト４の端部から径方向外方に延びるウェブ７を介して一体に連結される（例えば、特許文献１０参照）。

特開２００２−８９４８６号公報 特開２００３−２０６８８８号公報 特開２００３−２１４３８２号公報 特開２００３−２５４２９０号公報 特開２００４−５２７２３号公報 特開２００４−８４６１０号公報 特開２００４−１２４７１４号公報 特開２００３−２５４２８９号公報 特開２００２−３４９４８１号公報 特開２００４−２３２４７０号公報

しかしながら、上記特許文献１０に記載の水ポンプ装置８０においては、軸受２、プーリ３及びシャフト４が、インサート射出成形によって一体的に形成されるため、インサート射出成形後の軸受２とウェブ７との間の部分の型抜きが難しく、生産性が低下してしまう可能性がある。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、組立後の軸受すきまのバラツキを小さくすることができ、軽量化及び組立性の向上を図ることができ、生産性の向上を図ることができる水ポンプ装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 軸受の外周面に樹脂製プーリが一体成形されると共に、軸受の内周面側に樹脂製プーリと一体に回転するシャフトが貫通配置される水ポンプ装置であって、シャフトの端部に径方向外方に延びる連結部材を設けると共に、連結部材と樹脂製プーリの軸方向端面とを嵌合することを特徴とする水ポンプ装置。

（２） 軸受の内輪にボディの支持筒を圧入すると共に、支持筒とシャフトとの間にメカニカルシールを介装することを特徴とする（１）に記載の水ポンプ装置。

（３） シャフト及び連結部材が樹脂製であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の水ポンプ装置。

本発明の水ポンプ装置によれば、シャフトの端部に径方向外方に延びる連結部材を設けると共に、連結部材と樹脂製プーリの軸方向端面とを嵌合するため、シャフトと樹脂製プーリとを連結部材により一体的に連結できると共に、軸受及び樹脂製プーリとシャフト及び連結部材とを別々に射出成形することができるので、射出成形後の型抜きが容易になり、生産性の向上を図ることができる。

また、本発明の水ポンプ装置によれば、軸受の外周面に樹脂製プーリが一体成形されるため、従来のような、軸受の外輪にプーリを嵌合することによる軸受すきまの変化がなくなるので（射出成形後の軸受すきまを管理）、この嵌合後の軸受すきまのバラツキは軸受の内周面側の嵌合条件のみになる。これにより、装置組立後の軸受すきまのバラツキが小さくなり、設計狙い値付近のすきまで安定した運転が可能となるので、メカニカルシールのシール性能を安定化させることができる。

また、本発明の水ポンプ装置によれば、少なくともプーリに樹脂材料を用いているため、装置の軽量化を図ることができると共に、プレス加工では困難な複雑な形状にも対応することができる。

さらに、本発明の水ポンプ装置によれば、軸受と樹脂製プーリとがユニット化されるため、部品点数が削減されて、製造コストを削減でき、装置の組立性の向上を図ることができる。

以下、本発明に係る水ポンプ装置の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、本発明に係る水ポンプ装置の第１実施形態について説明する。
図１は本発明に係る水ポンプ装置の第１実施形態を示す図であり、（ａ）はフランジ部を軸方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、図２は図１のフランジ部と樹脂製プーリとの嵌合構造の変形例を示す要部拡大断面図である。

本実施形態の水ポンプ装置１０は、図１に示すように、不図示のエンジンの側面部に取り付けられるポンプボディ（ボディ）１１と、ポンプボディ１１の支持筒１２に圧入嵌合される軸受１３と、軸受１３の外周面にインサート成形等により一体に成形される樹脂製プーリ１４と、軸受１３の内周面側に貫通配置され、樹脂製プーリ１４と一体に回転するシャフト１５と、支持筒１２とシャフト１５との間に介装されるメカニカルシール１６と、シャフト１５の軸方向端部に取り付けられるベーン１７と、を備えている。

軸受１３は、本実施形態では、単列の玉軸受が用いられており、外輪１８と内輪１９との間に複数の転動体２０が転動可能に配設されている。外輪１８の外周面には、周溝２１が形成されており、この周溝２１に樹脂製プーリ１４の内周面側の樹脂を入り込ませてクリープを防止するようにしている。

樹脂製プーリ１４は、外輪１８の軸方向両端部を挟み込むように外輪１８に装着されており、その外周面には、ベルトが掛け渡されるベルト溝２２が形成されている。また、樹脂製プーリ１４の軸方向端面（図１（ｂ）の左端面）には、複数の嵌合凸部２３が円周方向に所定の間隔を存して形成されている。

シャフト１５は、本実施形態では合成樹脂で形成されており、その軸方向端部（図１（ｂ）の左端部）には、径方向外方に延びるフランジ部（連結部材）２４が一体に形成される。このフランジ部２４には、樹脂製プーリ１４の嵌合凸部２３を嵌合させるための嵌合穴２５が嵌合凸部２３に対応する位置にそれぞれ形成されている。なお、シャフト１５及びフランジ部２４は、鉄やステンレスなどの各種金属で形成されていてもよい。

そして、軸受１３と樹脂製プーリ１４との一体成形品に対して、シャフト１５を軸受１３の内輪１９に貫通配置し、樹脂製プーリ１４の嵌合凸部２３とフランジ部２４の嵌合穴２５とを嵌合することによって、樹脂製プーリ１４とシャフト１５とがフランジ部２４を介して一体的に連結される。

従って、本実施形態の水ポンプ装置１０によれば、シャフト１５の端部に径方向外方に延びるフランジ部２４を設けると共に、フランジ部２４の嵌合穴２５と樹脂製プーリ１４の軸方向端面の嵌合凸部２３とを嵌合するため、シャフト１５と樹脂製プーリ１４とをフランジ部２４により一体的に連結できると共に、軸受１３及び樹脂製プーリ１４とシャフト１５及びフランジ部２４とを別々に射出成形することができるので、射出成形後の型抜きが容易になり、生産性の向上を図ることができる。

また、本実施形態の水ポンプ装置１０によれば、軸受１３の外周面に樹脂製プーリ１４が一体成形されるため、従来のような、軸受の外輪にプーリを嵌合することによる軸受すきまの変化がなくなるので（射出成形後の軸受すきまを管理）、この嵌合後の軸受すきまのバラツキは、軸受１３の内輪１９とポンプボディ１１の支持筒１２との嵌合条件のみになる。これにより、装置組立後の軸受すきまのバラツキが小さくなり、設計狙い値付近のすきまで安定した運転が可能となるので、メカニカルシール１６のシール性能を安定化させることができる。

また、本実施形態の水ポンプ装置１０によれば、樹脂製プーリ１４、シャフト１５及びフランジ部２４に樹脂材料を用いているため、装置の軽量化を図ることができると共に、プレス加工では困難な複雑な形状にも対応することができる。

また、本実施形態の水ポンプ装置１０によれば、軸受１３と樹脂製プーリ１４とがユニット化されるため、部品点数を削減することができるので、製造コストを削減でき、装置の組立性の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態の水ポンプ装置１０によれば、ポンプボディ１１の支持筒１２に、外輪１８の外周面に樹脂製プーリ１４がインサート成形される軸受１３を圧入嵌合した後、内輪１９の内周面側にシャフト１５を挿入し、樹脂製プーリ１４の嵌合凸部２３とフランジ部２４の嵌合穴２５とを嵌合するため、上記圧入嵌合する際に使用する圧入ジグを挿入するための貫通穴をフランジ部２４に形成する必要がない。

なお、本実施形態の変形例として、図２に示すように、樹脂製プーリ１４の嵌合凸部２３の先端部に、フランジ部２４の嵌合穴２５の周囲を係止する弾性変形可能なテーパ形状の係止部２６を設けるようにしてもよい。この場合、嵌合穴２５から嵌合凸部２３が抜けてしまうことを防止できる。

（第２実施形態）
次に、図３及び図４を参照して、本発明に係る水ポンプ装置の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
図３は本発明に係る水ポンプ装置の第２実施形態を示す図であり、（ａ）はフランジ部を軸方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図、図４は図３のフランジ部と樹脂製プーリとの嵌合構造の変形例を示す要部拡大断面図である。

本実施形態の水ポンプ装置３０は、図３に示すように、樹脂製プーリ１４の軸方向端面（図３（ｂ）の左端面）に、複数の嵌合穴３１が円周方向に所定の間隔を存して形成されると共に、フランジ部２４の軸方向端面（図３（ｂ）の右端面）に、樹脂製プーリ１４の嵌合穴３１に嵌合させるための嵌合凸部３２が嵌合穴３１に対応する位置にそれぞれ形成されている。

そして、軸受１３と樹脂製プーリ１４との一体成形品に対して、シャフト１５を軸受１３の内輪１９に貫通配置し、樹脂製プーリ１４の嵌合穴３１とフランジ部２４の嵌合凸部３２とを嵌合することによって、樹脂製プーリ１４とシャフト１５とがフランジ部２４を介して一体的に連結される。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。

なお、本実施形態の変形例として、図４に示すように、フランジ部２４の嵌合凸部３２の外周面に係止溝３３を設けると共に、樹脂製プーリ１４の嵌合穴３１の内周面に嵌合凸部３２の係止溝３３を係止する弾性変形可能なテーパ形状の係止片３４を設けるようにしてもよい。この場合、嵌合穴３１から嵌合凸部３２が抜けてしまうことを防止できる。

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、本実施形態では、正面掛けタイプのプーリを装備した水ポンプ装置に本発明を適用した場合を例示したが、これに代えて、背面掛けタイプのプーリを装備した水ポンプ装置に本発明を適用してもよい。

本発明に係る水ポンプ装置の第１実施形態を示す図であり、（ａ）はフランジ部を軸方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図１のフランジ部と樹脂製プーリとの嵌合構造の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る水ポンプ装置の第２実施形態を示す図であり、（ａ）はフランジ部を軸方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 図３のフランジ部と樹脂製プーリとの嵌合構造の変形例を示す要部拡大断面図である。 従来の水ポンプ装置の一例を示す断面図である。 従来の他の水ポンプ装置を示す断面図である。 従来の他の水ポンプ装置を示す断面図である。 従来の他の水ポンプ装置を示す断面図である。

符号の説明

１０，３０ 水ポンプ装置
１１ ポンプボディ（ボディ）
１２ 支持筒
１３ 軸受（玉軸受）
１４ 樹脂製プーリ
１５ シャフト
１６ メカニカルシール
１７ ベーン
１８ 外輪
１９ 内輪
２０ 転動体
２１ 周溝
２２ ベルト溝
２３，３２ 嵌合凸部
２４ フランジ部
２５，３１ 嵌合穴
２６ 係止部
３３ 係止溝
３４ 係止片

Claims (3)

1. 軸受の外周面に樹脂製プーリが一体成形されると共に、軸受の内周面側に前記樹脂製プーリと一体に回転するシャフトが貫通配置される水ポンプ装置であって、
   前記シャフトの端部に径方向外方に延びる連結部材を設けると共に、
   前記連結部材と前記樹脂製プーリの軸方向端面とを嵌合することを特徴とする水ポンプ装置。
2. 前記軸受の内輪にボディの支持筒を圧入すると共に、前記支持筒と前記シャフトとの間にメカニカルシールを介装することを特徴とする請求項１に記載の水ポンプ装置。
3. 前記シャフト及び前記連結部材が樹脂製であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水ポンプ装置。

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