JP2768818B2 - 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

エンジン冷却水循環ポンプとそのインペラの製造方法

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

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61−3994
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80〜90℃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50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46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いないしベアリング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、しか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50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50間に形成される
インペラ10の周辺の空間62は図示しないラジエータとエ
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10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60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10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12a,b,c,d,e,f,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、外周面には左右の両端部にそれ
ぞれがリング状の段差部14a,14bが設けられており、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16a,b,c,d,e,f,
g,hは各注入孔19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。このように樹脂はインペラの中
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(10-5/℃)であるのに対し、ガラス繊
維で補強されたPPSの繊維方向の膨張係数は0.7である。
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10はこれを
外側から包み込むようになり、インペラ10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12i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
ート成形中変形することがなく、シャフト46に圧入する
際に必要な圧入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II−II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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F04D 29/18 - 29/38

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
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