JP6266388B2 - ウォータポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車のエンジン冷却装置に適用され、該冷却装置内における冷却水の循環に供されるウォータポンプに関する。

この種の従来のウォータポンプとしては、以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

概略を説明すると、このウォータポンプは、内部にポンプ室を有するポンプハウジングと、該ポンプハウジングの外周側にベアリングを介して回転自在に支持されると共に、内側へ折曲形成された筒状ボス部を中心部に有するプーリと、前記ポンプハウジングの内部に挿通配置され、一端部が前記プーリの筒状ボス部に固定されたポンプ軸と、該ポンプ軸の他端部に固定されて、前記ポンプ室内に回転自在に収容されたインペラと、前記ポンプハウジングとポンプ軸との間に介装されたメカニカルシールと、を備えている。

前記メカニカルシールは、ポンプハウジングに固定されたカートリッジシートと、ポンプ軸に固定されて前記カートリッジシートに軸方向から摺接するシールリングとを有している。これらカートリッジシートとシールリングとによって、ポンプ室からポンプ軸を介して一端部方向（ベアリング方向）へ浸入しようとする冷却水の流動を阻止するようになっている。

ＵＳ２００８／０２７３９６６ Ａ１

しかしながら、前記メカニカルシールは、前記ポンプ室からベアリング方向への冷却水の流動を阻止するようにはなっているが、例えばポンプ始動時や停止時のポンプ軸の回転が低速あるいは停止した際には、前記カートリッジシートとシールリングとの間から漏出してしまう場合がある。

このため、ポンプ室からメカニカルシールを漏出してきた冷却水が、筒状ボス部の端縁からポンプハウジングの内周面へ滴下した後に、ポンプ軸の一端部方向へ流動することで前記ベアリング内に浸入してしまうおそれがある。この結果、冷却水の浸入を起因とした発錆等によってベアリングの耐久性が低下するおそれがある。

本発明は、前記従来のウォータポンプの技術的課題に鑑みて案出されたもので、ポンプ室からメカニカルシールを漏出してきた冷却水をベアリングとは反対の方向へ案内することによって、ベアリング内への冷却水の浸入を阻止し得るウォータポンプを提供することを目的としている。

本発明は、軸方向一端側に円筒部を有するポンプハウジングと、前記円筒部の外周を取り囲む筒状基部を有し、前記円筒部と前記筒状基部との間に介設された軸受を介して回転自在に支持され、外部から動力が伝達されて回転するプーリと、前記ポンプハウジングの内部に軸方向に沿って挿通配置され、一端部が前記プーリの中心部を内側に折曲させて形成した筒状ボス部の内周に固定された駆動軸と、前記駆動軸の他端部に固定され、前記駆動軸と一体回転可能に設けられたインペラと、前記円筒部の内周面と前記駆動軸の外周面との間に介装されたシール部材と、前記駆動軸の回転軸方向における前記シール部材と前記筒状ボス部間において、前記円筒部の重力方向下側に設けられた排水孔と、を備え、前記円筒部の前記プーリ側の先端部内周面の重力方向下側を、前記排水孔へ向かって下り傾斜状の傾斜面に形成したことを特徴としている。

かかる構成により、前記シール部材から漏出した冷却水は、前記駆動軸の外周面から前記円筒部のプーリ側先端部内周面に設けられた前記傾斜面へ滴下し、ここから該傾斜面に案内され前記排水孔へと導かれる。

本発明によれば、シール部材から漏出した冷却水が軸受内に浸入することを阻止することができる。この結果、軸受における発錆等が抑制され、軸受の耐久性低下を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態におけるウォータポンプの縦断面図である。 本実施形態におけるウォータポンプの分解斜視図である。 第１の実施形態におけるウォータポンプの要部断面図である。 第２の実施形態におけるウォータポンプの要部断面図である。 第３の実施形態におけるウォータポンプの要部断面図である。 第４の実施形態におけるウォータポンプの要部断面図である。 第５の実施形態におけるウォータポンプの要部断面図である。 第６の実施形態におけるウォータポンプの要部断面図である。 第７の実施形態におけるウォータポンプの要部断面図である。 第８の実施形態におけるウォータポンプの要部断面図である。

以下、本発明に係るウォータポンプの各実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車のラジエータとエンジンの間で冷却水である不凍液（エチレングリコール）を循環させる冷却装置に適用したものを示している。
〔第１の実施形態〕
ウォータポンプ１は、図１〜図３に示すように、エンジンを構成する図外のシリンダブロックの側部にボルト固定等により直接取り付けられ、シリンダブロック側の前端部内にポンプ室３が形成されたポンプハウジング２と、該ポンプハウジング２の外周側に、単一の軸受であるボールベアリング５によって回転自在に支持されたプーリ４と、前記ポンプハウジング２の内部に挿通配置され、一端部６ａが前記プーリ４に固定された駆動軸であるポンプ軸６と、該ポンプ軸６の他端部６ｂに固定されて、前記ポンプ室３内に回転自在に収容されたインペラ７と、前記ポンプハウジング２とポンプ軸６との間に介装されて、ポンプ室３と前記ボールベアリング５との間をシールするシール部材であるメカニカルシール８と、を備えている。

前記ポンプハウジング２は、例えばアルミニウム合金材料による鋳造（アルミダイキャスト）で一体に成形されてなり、ポンプ室３側に設けられ、異形円環状に形成されたハウジング本体９と、該ハウジング本体９の後端側に設けられた段差径状の筒状部１０と、を備えている。

前記ハウジング本体９は、前端にシリンダブロックの側部に設けられた平面部に当接する平坦な環状の取付面９ａを有していると共に、外周には、シリンダブロックに螺着固定される取付ボルトを挿通するボルト孔９ｂが形成されたボス部９ｃが複数突設されている。

前記筒状部１０は、図１に示すように、ポンプ室３側の大径部１０ａと、該大径部１０ａから前記ボールベアリング５方向へ延出した中径部１０ｂと、後述するプーリ４側の先端部にあたり、該中径部１０ｂからポンプ軸６の一端部６ａ方向へ延出した小径部１０ｃと、から構成されている。

前記中径部１０ｂは、軸方向のほぼ中央位置でかつ重力方向の下側に前記メカニカルシール８から漏れ出た冷却水の水滴をウォータポンプ１の外部に排出する排水孔であるドレン孔１１が上下方向に貫通形成されている。

前記小径部１０ｃは、図１に示すように、大径部１０ａや中径部１０ｂよりも軸方向へ長く形成されていると共に、その内周面のほぼ全体が、端縁側から中径部１０ｂへ向かって拡径するラッパ状に形成されている。すなわち、小径部１０ｃの内周面の下側には、図３に示すように、その端縁側から中径部１０ｂへ向かって所定角度をもって下り傾斜する傾斜面であるガイド面１２が形成されている。このガイド面１２は、高位部である一端縁１２ａが後述する筒状ボス部４ａの外周面の軸方向ほぼ中央位置に配置され、低位部である他端縁１２ｂが小径部１０ｃと中径部１０ｂとの内周側段差部にまで延設されている。

また、ガイド面１２と中径部１０ｂとの間の前記内周側段差部には、前記ガイド面１２の他端縁１２ｂに対して連続的に繋がる断面ほぼ円弧状の傾斜面である案内面１３が形成されており、この案内面１３は、中径部１０ｂの内周側におけるドレン孔１１の孔縁にまで延設されている。すなわち、案内面１３は、ガイド面１２の他端縁１２ｂからドレン孔１１へ至るまで下り傾斜状となるように形成されている。

さらに、小径部１０ｃの前記ガイド面１２と軸方向反対側の部位には、ガイド面１２とは逆傾斜状のテーパ部１４が前記ガイド面１２の一端縁１２ａから小径部１０ｃの先端側内端縁にかけて形成されている。このテーパ部１４は、小径部１０ｃの内部に後述する筒状ボス部４ａを挿通する際に、逃げ部としての役割を有している。

前記プーリ４は、図１に示すように、金属プレート材をプレス成形によって円盤状に一体に形成されており、プーリ４の中央部に設けられ、前記ポンプ軸６の一端部６ａが圧入固定される筒状ボス部４ａと、該筒状ボス部４ａの軸方向端縁からポンプ軸６の径方向に延出した小径フランジ壁４ｂと、該小径フランジ壁４ｂの外周縁からポンプ軸６の軸方向に折曲された大径状の筒状基部４ｃと、該筒状基部４ｃの軸方向端縁からポンプ軸６の径方向に折曲形成された大径フランジ壁４ｄと、該大径フランジ壁４ｄの外周縁から折り返し状に形成されたベルト装着部４ｅと、から構成されている。

前記筒状ボス部４ａは、小径フランジ壁４ｂの中央部が窪むように内部軸方向へ折曲形成され、その内周面にポンプ軸６の一端部６ａが圧入固定されるようになっている。また、筒状ボス部４ａの先端縁４ｆは、ポンプ軸６に対して軸直角となるように形成されている。この先端縁４ｆの内周側には、後述するポンプ軸６の一端部６ａを圧入させやすくするための面取り部１５が形成されている。

前記小径フランジ壁４ｂは、図３に示すように、複数の小径貫通孔１６が径方向のほぼ中央位置でかつ、円周方向のほぼ等間隔位置に穿設されている。この各小径貫通孔１６は、前記筒状部１０の小径部１０ｃの外周に前記ボールベアリング５の内輪５ａを圧入する際に図外の圧入用治具を挿入する作業用孔としての役割を有している。

前記筒状基部４ｃは、内周面に前記ボールベアリング５の外輪５ｂが圧入固定されるようになっており、その軸方向の長さが前記外輪５ｂの軸方向の長さよりも僅かに大きく形成されていると共に、内径が前記外輪５ｂの外径よりも圧入代を考慮して僅かに小さく形成されている。

前記大径フランジ壁４ｄは、前記インペラ７方向へ膨出状に折曲形成され、これによって剛性を確保するようになっている。また、大径フランジ壁４ｄの径方向のほぼ中央位置には、複数の大径貫通孔１７が円周方向のほぼ等間隔位置に穿設されている。この各大径貫通孔１７は、プーリ４を軽量化するための肉抜き孔としての役割を有している。

前記ベルト装着部４ｅは、波形歯状に形成された外周に、図外のクランクシャフトの先端部に固定された駆動プーリに巻回された伝達ベルトが巻回されて回転力が伝達されるようになっている。

前記ポンプ軸６は、金属材によって全体がほぼ均一な外径に形成され、図外のクランクシャフトからプーリ４に伝達された回転力を後述するインペラ７へ伝達するようになっている。

前記インペラ７は、プレス成形によって一体に形成され、前記ポンプ軸６の他端部６ｂに圧入固定された円筒状の圧入固定部７ａと、該圧入固定部７ａの軸方向端縁から径方向に延出した複数の羽根部７ｂとから構成されている。

前記ボールベアリング５は、一般的なもので、前記小径部１０ｃに圧入された内輪５ａと、前記筒状基部４ｃに圧入された外輪５ｂと、前記内輪５ａと外輪５ｂとの間に保持器を介して転動自在に設けられた複数のボール５ｃとから構成されている。

前記内輪５ａは、その軸方向の最大圧入位置が前記筒状部１０の中径部１０ｂの前端縁によって規制されている一方、外輪５ｂは、内輪５ａの位置決めによって、筒状基部４ｃへの圧入の際に自ずと軸方向の位置が設定される。

また、前記内輪５ａと外輪５ｂの前後端には、内部に水や塵芥などの浸入を阻止する一対の環状ゴム材からなるベアリングシール１９ａ、１９ｂがそれぞれ設けられている。この各ベアリングシール１９ａ、１９ｂは、外周部が前記外輪５ｂの軸方向の各端部に固定されている一方、内周部が前記内輪５ａに摺動自在に形成されて、内部をシールするようになっている。

また、前記小径部１０ｃの外周には、図２に示すように、小径部１０ｃに圧入固定された保持部材２１と前記内輪５ａとに挟まれて固定された薄肉円環板状の遮蔽板２０ａ及び、前記内輪５ａと前記中径部１０ｂとに挟まされて固定された薄肉円環板状の遮蔽板２０ｂが設けられている。この遮蔽板２０ａ、２０ｂは、前記ボールベアリング５の前後端縁を覆った状態に配置されて、外部から水や塵芥などが前記ボールベアリング５へ浸入するのを阻止するようになっている。

前記メカニカルシール８は、一般的なものであって、前記筒状部１０の中径部１０ｂの内周面に固定されたカートリッジシート８ａと、前記ポンプ軸６の外周面６ｃに支持されたシールリング８ｂとから構成されている。
〔本実施形態の作用〕
したがって、この実施形態によれば、機関のクランクシャフトが回転駆動して前記プーリ４が回転駆動されると、前記ポンプ軸６を介して前記インペラ７が回転してポンプ作用を行い、冷却水をポンプ室３内から機関のウォータジャケットに圧送してエンジンの冷却を行う。

このとき、前記高圧となったポンプ室３内の冷却水は、大部分が前記メカニカルシール８によってポンプ軸６の一端部６ａ側への漏出を規制されるものの、例えばポンプ始動時や停止時のポンプ軸６の回転が低速あるいは停止した場合に、一部が前記カートリッジシート８ａと前記シールリング８ｂとの摺動面から漏出した後、ポンプ軸６の外周面６ｃを伝って一端部６ａ側に流動する。

このポンプ軸６の外周面６ｃを伝ってきた冷却水は、筒状ボス部４ａの先端縁４ｆで切られて前記小径部１０ｃの内周面に設けられたガイド面１２へ滴下する。特に、本実施形態にあっては、ガイド面１２の一端縁１２ａが筒状ボス部４ａの内周面の軸方向のほぼ中央位置に形成されていることから、より確実にガイド面１２へ滴下するようになっている。

そして、このガイド面１２に滴下した冷却水は、該ガイド面１２を伝って前記案内面１３に案内されながらドレン孔１１に到達し、ここから速やかにウォータポンプ１の外部へ排出される。

すなわち、筒状ボス部４ａの先端縁４ｆから小径部１０ｃの内周面に滴下した冷却水は、メカニカルシール８方向に下り傾斜状のガイド面１２と、該ガイド面１２の他端縁１２ｂに対して連続的に繋がる案内面１３によってドレン孔１１へ案内され、このドレン孔１１から外部へ排出されるようになっている。

したがって、この漏出したその殆どの冷却水は、ガイド面１２及び案内面１３の効果的な案内作用によってボールベアリング５方向への流動が阻止される。

また、この筒状ボス部４ａの先端縁４ｆによって切られた冷却水は、たとえガイド面１２を逆行してボールベアリング５方向へ流れようとしても、前記小径部１０ｃの内周面と筒状ボス部４ａの外周面との間隙が十分に狭く、表面張力が生じてその場に保持されることから、ボールベアリング５内に到達することがなくなる。

さらに、前記各ベアリングシール１９ａ、１９ｂによって、ボールベアリング５の内部がシールされていることから、該ボールベアリング５内への水や塵芥などの浸入をさらに効果的に阻止することが可能になる。

また、前記各遮蔽板２０ａ、２０ｂによって、ボールベアリング５の前後端縁が覆われていることから、該ボールベアリング５内部への水や塵芥などの浸入をさらに阻止することができる。

この結果、前記ボールベアリング５内部での錆の発生が抑制されて、該ボールベアリング５の耐久性の向上が図れる。

また、本実施形態では、ポンプ軸６の外周面６ｃは、切り欠きのない均一な外径に形成されていることから、該ポンプ軸６の剛性を十分に確保することができる。
〔第２の実施形態〕
以下、図４〜図１０は他の実施形態を示し、図４に示す第２の実施形態は、小径部１０ｃの先端側内端縁にテーパ部１４を設けずに、該小径部１０ｃの内周面全体を中径部１０ｂに向かって拡径するラッパ状に形成したものである。すなわち、小径部１０ｃの内周面の下側には、その外端縁から案内面１３方向に所定角度をもって一様に下り傾斜状のガイド面１２が形成されている。

したがって、この実施形態によれば、第１の実施形態と同様な作用効果が得られると共に、筒状ボス部４ａと小径部１０ｃの内周縁との間隙が第１の実施形態よりも狭まることから、ボールベアリング５方向への冷却水の伝達をさらに阻止して、ボールベアリング５内への冷却水の浸入を抑制することができる。
〔第３の実施形態〕
図５に示す第３の実施形態は、第２の実施形態をさらに変形させたもので、筒状ボス部４ａの外周面を先端縁４ｆから小径フランジ壁４ｂに向かって拡径するラッパ状に形成したものである。すなわち、筒状ボス部４ａの外周面の下側には、その先端縁４ｆから小径フランジ壁４ｂ方向に一様に下り傾斜状のテーパ面２２が形成されている。

したがって、本実施形態によっても第２の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
〔第４の実施形態〕
図６に示す第４の実施形態は、基本的には第１実施形態のものと同じであるが、小径部１０ｃの内周面を、筒状ボス部４ａの先端縁４ｆと対応する位置から案内面１３にかけてラッパ状に形成したものである。すなわち、小径部１０ｃの内周面の下側には、一端縁１２ａが筒状ボス部４ａの先端縁４ｆと対応する位置にまで延設されると共に、案内面１３方向に所定角度をもって下り傾斜状のガイド面１２が形成されている。また、ガイド面１２とテーパ部１４との間には、平坦面２３が形成されている。

したがって、本実施形態によっても第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
〔第５の実施形態〕
図７に示す第５の実施形態は、基本的には第４の実施形態のものと同じであるが、テーパ部１４がガイド面１２の一端縁１２ａから小径部１０ｃの先端側内端縁にかけて形成されている。

この実施形態によってもガイド面１２及び案内面１３による案内作用は十分に得られるうえ、テーパ部１４を第１実施形態よりも大きく形成していることから、ポンプハウジング２の小径部１０ｃ内に筒状ボス部４ａを挿通する際のプーリ４に求められる成形精度が緩和される。
〔第６の実施形態〕
図８に示す第６の実施形態は、基本的には第４の実施形態のものと同じであるが、小径部１０ｃの内周縁にテーパ部１４を設けていない。すなわち、小径部１０ｃの内周面には、その端縁からガイド面１２の一端縁１２ａにかけて平坦面２３が形成されている。

したがって、本実施形態によっても第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
〔第７の実施形態〕
図９に示す第７の実施形態では、基本的には第１実施形態の構造と同じであるが、メカニカルシール８側の筒状ボス部４ａの先端縁４ｆが拡径するように屈曲形成されている。すなわち、筒状ボス部４ａの外端縁が重力方向の下側に凸の突起部２４を形成するようになっている。

したがって、先端縁４ｆによって切られた冷却水が突起部２４に集められ、より確実にガイド面１２へ滴下するようになると共に、ガイド面１２を逆行してボールベアリング５方向へ流動しようとする冷却水の伝達を抑制することができる。
〔第８の実施形態〕
図１０に示す第８の実施形態では、基本的には第１実施形態の構造と同じであるが、筒状ボス部４ａの先端部に径の大きな筒状の拡径部２５が形成されている。この拡径部２５を設けたことによって、該拡径部２５の内周面によってポンプ軸６の外周面６ｃを伝達する冷却水を効果的に堰き止めることができる。また、小径部１０ｃの内周面と筒状ボス部４ａの外周面との間隙がより狭まることから、ガイド面１２を逆行してボールベアリング５方向へ流動しようとする冷却水の伝達を抑制することができる。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成を変更することも可能である。

例えば、第１の実施形態などでは、ドレン孔１１に到達した冷却水をそのまま外部へ排出するように説明したが、ドレン孔１１の重力方向の下側に、該ドレン孔１１から流下した冷却水を捕集するドレンチャンバを設けて、ここに冷却水を貯留することもできる。さらに、ドレンチャンバの底部に冷却水を液密的に封止するドレンキャップを設けることもできる。かかる場合には、ウォータポンプ１の外面に冷却水が付着しないので、故障による冷却水漏れとの誤認を防止することができる。

また、ベアリングとしては、前記ボールベアリング５に限定されるものではなく、例えば複列式のボールベアリング、ニードルベアリングなどであってもよい。

１…ウォータポンプ
２…ポンプハウジング
４…プーリ
４ａ…筒状ボス部
４ｃ…筒状基部
４ｆ…先端縁
５…ボールベアリング（軸受）
５ａ…内輪
５ｂ…外輪
５ｃ…ボール
６…ポンプ軸（駆動軸）
６ａ…一端部
６ｂ…他端部
７…インペラ
８…メカニカルシール（シール部材）
１０…円筒部
１０ｃ…小径部（プーリ側の先端部）
１１…ドレン孔（排水孔）
１２…ガイド面（傾斜面）
１２ａ…一端縁
１２ｂ…他端縁
１３…案内面（傾斜面）
１４…テーパ部

Claims (8)

1. 軸方向一端側に円筒部を有するポンプハウジングと、
   前記円筒部の外周を取り囲む筒状基部と、前記筒状基部の内周側を前記ポンプハウジングの軸方向一端側から他端側へ向かって内側に折り曲げて前記円筒部の内周面と対向するように形成された筒状ボス部とを有し、前記円筒部と前記筒状基部との間に介設された軸受を介して回転自在に支持され、外部から動力が伝達されて回転するプーリと、
   前記ポンプハウジングの内部に軸方向に沿って挿通配置され、一端部が前記筒状ボス部の内周に固定された駆動軸と、
   前記駆動軸の他端部に固定され、前記駆動軸と一体回転可能に設けられたインペラと、
   前記円筒部の内周面と前記駆動軸の外周面との間に介装されたシール部材と、
   前記駆動軸の回転軸方向における前記シール部材と前記筒状ボス部間において、前記円筒部の重力方向下側に設けられた排水孔と、
   前記筒状ボス部の先端縁によって、前記駆動軸の外周側に拡径状に形成された段部と、
   を備え、
   前記段部と対向する前記円筒部の内周面に、前記排水孔へ向かって下り傾斜状の傾斜面が形成されていることを特徴とするウォータポンプ。
2. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
   前記円筒部の内周面と前記筒状ボス部の外周面との間隙が前記円筒部の前記プーリ側へ向かって狭くなるように形成したことを特徴とするウォータポンプ。
3. 請求項２に記載のウォータポンプにおいて、
   前記駆動軸の全体をほぼ均一な外径に形成したことを特徴とするウォータポンプ。
4. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
   前記シール部材方向へ延設された前記筒状ボス部の軸方向先端部を拡径形成したことを特徴とするウォータポンプ。
5. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
   前記排水孔を大気へ開放するように形成したことを特徴とするウォータポンプ。
6. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
   前記排水孔の重力方向下側に排水を貯留するドレンチャンバを設けたことを特徴とするウォータポンプ。
7. 請求項１に記載のウォータポンプにおいて、
   前記軸受は内輪と外輪及びこの間のボールとから構成された単列型であることを特徴とするウォータポンプ。
8. 軸方向一端側に円筒部を有するポンプハウジングと、
   前記円筒部の外周を取り囲む筒状基部と、前記筒状基部の内周側を前記ポンプハウジングの軸方向一端側から他端側へ向かって内側に折り曲げて前記円筒部の内周面と対向するように形成された筒状ボス部とを有し、前記筒状基部と前記円筒部との間に介設された軸受を介して回転自在に支持され、外部から動力が伝達されて回転するプーリと、
   前記ポンプハウジングの内周側に軸線方向に沿って挿通配置され、一端部が前記筒状ボス部の内周に固定された駆動軸と、
   前記駆動軸の他端部に固定され、前記駆動軸と一体回転可能に設けられたインペラと、
   前記円筒部の内周面と前記駆動軸の外周面との間に介装されたシール部材と、
   前記駆動軸の回転軸方向における前記シール部材と前記筒状ボス部間において、前記円筒部の内周面の重力方向下側に設けられた排水孔と、
   前記筒状ボス部の先端縁によって、前記駆動軸の外周側に拡径状に形成された段部と、
   を備え、
   前記段部と対向する前記円筒部の内周面が、前記排水孔へ向かって拡径状に形成されていることを特徴とするウォータポンプ。

Images