JPWO2016021331A1 - ウォータポンプ及び該ウォータポンプの製造方法 - Google Patents

Abstract

内部にポンプ室（３）を有するポンプハウジング（２）と、ポンプハウジング（２）内に回転自在に支持された駆動軸（７）と、駆動軸（７）の一端部に固定されたフランジ壁（５ａ）を有し、ガラス繊維（２５）を含む合成樹脂材によって一体に形成されたプーリ（５）と、駆動軸（７）の他端部に一体回転可能に設けられ、ポンプ室（３）に収容されたインペラ（８）と、を備え、フランジ壁（５ａ）に６つの貫通孔（２３）を形成すると共に、各貫通孔（２３）の周囲のガラス繊維（２５ａ）をランダムに配向させた。これによって、プーリの強度低下を抑制することができる。

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及び該ウォータポンプの製造方法に関する。

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、前記ポンプ室内に回転自在に支持された合成樹脂製の駆動軸と、該駆動軸の一端部にフランジ壁を介して一体に結合された合成樹脂製のプーリと、該プーリの内周側に円筒状の金属製インサートを介して設けられ、前記駆動軸を軸受けするボールベアリングと、前記駆動軸の他端部に一体回転可能に設けられたインペラと、該インペラと前記プーリとの間に設けられたメカニカルシールと、を備えている。

また、前記フランジ壁には、複数の貫通孔が円周方向の等間隔位置に設けられている。この各貫通孔は、各構成部品を組み付ける際に、前記ボールベアリングの外輪をプーリの内周面に圧入する治具を挿通させる機能や、前記ポンプハウジング内で前記メカニカルシールから漏れ出た水を外部に排出する機能などを有している。

また、前記プーリ及び駆動軸を形成する前記合成樹脂材には、補強用のガラス繊維材が含まれており、これによって、前記プーリ及び駆動軸の強度が向上されている。

特開２０１４−４３８４８号公報

ところで、前記貫通孔の成形方法としては、予め射出成形金型の内部の前記フランジ壁に相当する位置に前記貫通孔と同一な形状の中子を配置し、フランジ壁の中央位置から放射方向へ向かって合成樹脂材を充填すると同時に前記各貫通孔を形成する方法が一般に用いられている。

しかしながら、この方法によって形成された前記プーリは、前記フランジ壁の貫通孔周囲の繊維材の配向が、フランジ壁の径方向に沿ってほぼ一定に配向しており、特に、前記貫通孔のフランジ壁の外径側にあっては、前記中子の外周面両側に分岐した前記合成樹脂材が合流する際に、いわゆるウェルドラインが発生してしまう。このため、プーリの強度が低下してしまうおそれがある。

本発明は、前記従来のウォータポンプの実情に鑑みて案出されたもので、貫通孔の周囲の繊維材をランダムに配向させることで、プーリの強度低下を抑制し得るウォータポンプを提供するものである。

本発明は、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内に回転自在に支持された駆動軸と、該駆動軸の一端部に固定された円盤状のフランジ壁を有し、補強用の繊維材を含む合成樹脂材によって一体に形成されたプーリと、前記駆動軸の他端部に一体回転可能に設けられ、前記ポンプ室に収容されたインペラと、を備え、前記フランジ壁に、該フランジ壁の内外を連通する複数の貫通孔を形成すると共に、該各貫通孔の周囲の前記繊維材をランダムに配向させたことを特徴としている。

本発明によれば、貫通孔の周囲の繊維材をランダムに配向させることによって、プーリの強度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。 第１の実施形態におけるウォータポンプの分解斜視図である。 図１のＡ矢視図である。 第１の実施形態に供されるインペラの背面側からみた斜視図である。 第１の実施形態に供されるインペラ及び駆動軸の分解斜視図である。 図１のＢ矢視図である。 第１の実施形態に係るプーリ及び駆動軸の樹脂材による成形工程を示し、（Ａ）は金型内に樹脂材を充填する前の状態を示す金型の縦断面図であり、（Ｂ）は第１工程後の状態を示す金型の縦断面図であり、（Ｃ）は第２工程後の状態を示す金型の縦断面図である。 同樹脂成形により成形されたプーリ及び駆動軸を取り出す工程を示し、（Ａ）は第２工程で移動させた押出しピンを元の位置に戻した状態を示す金型の縦断面図であり、（Ｂ）は金型の開いた状態を示す縦断面図であり、（Ｃ）は取り出されたプーリ及び駆動軸を示す縦断面図である。 同樹脂成形に供される押出しピンを示す斜視図である。 同樹脂成形の第１工程後のプーリ内部における補強用の繊維材の配向を示すプーリの正面図である。 第１の実施形態に係るプーリ内部の補強用の繊維材の配向を示し、（Ａ）はプーリの正面図、（Ｂ）はプーリの要部を断面して示す斜視図である。 従来技術において、貫通孔を樹脂充填と同時に形成した場合におけるプーリ内部の補強用の繊維材の配向を示し、（Ａ）はプーリの正面図、（Ｂ）はプーリの要部を断面して示す斜視図である。 従来技術において、貫通孔を後加工により形成した場合におけるプーリ内部の補強用の繊維材の配向を示し、（Ａ）はプーリの正面図、（Ｂ）はプーリの要部を断面して示す斜視図である。 第２の実施形態に供されるプーリの正面図である。 第３の実施形態に供されるプーリの正面図である。 第４の実施形態に供されるプーリの正面図である。 第５の実施形態に供されるプーリの正面図である。

〔第１実施形態〕
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詳述する。このウォータポンプ１は、自動車のラジエータと内燃機関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されている。

このウォータポンプ１は、図１及び図２に示すように、図外の内燃機関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を有するポンプハウジング２と、該ポンプハウジング２の前端側に軸受部である単一のボールベアリング４によって回転自在に支持されたプーリ５と、該プーリ５とボールベアリング４の間に介装された筒状の金属部材であるインサート６と、前記ポンプハウジング２の内部に挿通配置され、一端側が前記プーリ５と一体形成された駆動軸７と、該駆動軸７の他端側に固定されて、前記ポンプ室３内に回転自在に収容されたインペラ８と、前記ポンプハウジング２と駆動軸７との間に介装されて、前記ポンプ室３とボールベアリング４との間をシールするメカニカルシール９と、から主として構成されている。

前記ポンプハウジング２は、アルミニウム合金材で一体に形成され、ポンプ室３側のハウジング本体１０が異形円環状に形成されていると共に、該ハウジング本体１０の後端側に段差径状の円筒部１１を一体に有している。

前記ハウジング本体１０は、前端にシリンダブロックの側部に有する平面部に当接する平坦な環状の取付面１０ａが形成されていると共に、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が挿通されるボルト孔１０ｂが形成されたボス部１０ｃが複数突設されている。

また、このハウジング本体１０の内部には、図外のラジエータ側の吸入ポートからポンプ室３に流入した冷却水をインペラ８の回転に伴ってシリンダブロック内のウォータジャケット内に吐出する吐出ポート１０ｄが形成されている。

前記円筒部１１は、図１及び図２に示すように、ポンプ室３側の大径筒部１１ａと、該大径筒部１１ａから前記ボールベアリング４方向へ延出した中径筒部１１ｂと、該中径筒部１１ｂから駆動軸７の一端側へ延出した小径筒部１１ｃと、から構成されている。

前記中径筒部１１ｂは、図１及び図２に示すように、重力方向下側に前記メカニカルシール９から漏れ出た冷却水の水滴を流下させるドレン孔１２が上下方向に貫通形成されていると共に、該ドレン孔１２の下側には該ドレン孔１２から滴下した水滴を捕集貯留するドレンチャンバ１３が前記大径筒部１１ａの内部に跨って形成されている。このドレンチャンバ１３は、下端開口がドレンキャップ１４によって液密的に封止されている。

前記ボールベアリング４は、一般的なものであって、図１及び図２に示すように、前記小径筒部１１ｃに圧入された内輪４ａと、前記インサート６に圧入された外輪４ｂと、前記内輪４ａと外輪４ｂ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４ｃと、から構成されている。

前記内輪４ａは、その軸方向の最大圧入位置が前記円筒部１１の中径筒部１１ｂの前端面によって規制されている。一方、外輪４ｂは、予め前記インサート６内への圧入長さで軸方向の位置が設定される。

前記ボールベアリング４の軸方向前後端には、図１及び図２に示すように、ボールベアリング４内部に塵芥などの侵入を阻止する一対の第１，第２シール部材１５，１６がそれぞれ設けられており、この両シール部材１５，１６は、ほぼ円環状に形成されると共に、ボールベアリング４の軸方向両側を覆うように対向配置されている。

前記第１シール部材１５は、前記中径筒部１１ｂと内輪４ａの一端面との間に挟持状態に固定されている。一方、第２シール部材１６は、保持部材であるリテーナ１７によって内輪４ａの他端面との間に挟持状態に固定されている。

前記プーリ５は、図１，図２及び図５に示すように、後述するガラス繊維２５の配合された合成樹脂材により前記駆動軸７と一体成形されており、該駆動軸７の一端側から径方向に延出した円盤状の端壁であるフランジ壁５ａと、該フランジ壁５ａの外周縁から駆動軸７の軸方向に折曲された大径状の筒状基部５ｂと、該筒状基部５ｂの外周面に突設されたベルト装着部５ｃと、を備えている。

前記筒状基部５ｂは、図１に示すように、内周側に金属円筒状の前記インサート６が設けられている。このインサート６は、円筒状の本体６ａと、該本体６ａの先端に一体に有するフランジ部６ｂと、から構成され、前記プーリ５の樹脂成形時に前記フランジ部６ｂが筒状基部５ｂに埋設されて一体的に固定されている。

前記ベルト装着部５ｃ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によって回転力が伝達されるようになっている。

前記駆動軸７は、図１，図２及び図５に示すように、後述するガラス繊維２５が配合された合成樹脂材によって円柱状でかつ段差形状に形成され、前記プーリ５のフランジ壁５ａの中央に軸方向から一体に結合された一端部である大径軸部７ａと、該大径軸部７ａの他端縁から軸方向に延出された他端部である中径軸部７ｂと、該中径軸部７ｂの他端縁から軸方向に延出された同じく他端部である小径軸部７ｃと、から構成されている。

また、前記駆動軸７は、前記大径軸部７ａから小径軸部７ｃの先端へと漸次小径するテーパ形状、つまりプーリ５との結合部である大径軸部７ａの剛性を確保しつつ、射出成形後の型から引き抜く際の抜き勾配を考慮した形状に形成されている。

前記中径軸部７ｂは、軸方向ほぼ中央位置から小径軸部７ｃ側の端縁までの外周面が横断面ほぼ繭形状の繭状部位１８に形成されており、この繭状部位１８と前記小径軸部７ｃとの間には、前記インペラ８が後述する嵌合孔２０を介して跨るように嵌挿されている。

前記小径軸部７ｃは、前記インペラ８を組み付ける際のガイド部としての役割を有しており、該インペラ８の前端側から先端部が突出するように形成されていると共に、その先端外周面７ｄが組み付けを容易にするためにテーパ状に形成されている。

また、前記中径軸部７ｂの繭状部位１８と小径軸部７ｃとの結合個所には、円環状の第１段差部１９が形成されている。

前記インペラ８は、合成樹脂材によって一体に形成され、図１〜図５及に示すように、ほぼ円盤状の基部８ａと、該基部８ａの中央部から前後軸方向へ突設された筒状軸部８ｂと、前記基部８ａの前面側でかつ前記筒状軸部８ｂの外周面から放射状に形成された８枚の羽根部８ｃと、から構成されている。

前記基部８ａは、所定肉厚に形成されて、背面が前記ポンプ室３に臨んでいると共に、図２〜図４に示すように、その円周方向１８０°位置でかつ径方向ほぼ中間位置に一対の小径貫通孔８ｄが軸方向へ貫通形成されており、該各小径貫通孔８ｄ，８ｄを介して冷却水を基部８ａの背面側へ流入させることによって、前記メカニカルシール９を冷却して、前記駆動軸７との摺動摩擦による焼き付きを抑制するようになっている。

前記筒状軸部８ｂの内部軸方向には、前記駆動軸７の他端部が嵌入する嵌合孔２０が貫通形成されている。この嵌合孔２０は、図４に示すように、前記駆動軸７と嵌合した際の中径軸部７ｂの繭状部位１８と相当する位置が、該繭状部位１８の横断面形状とほぼ同一な繭形状を有する繭状孔部２０ａに形成されており、該両者１８，２０ａが嵌合することで前記駆動軸７及びインペラ８の相対回転位置規制（回り止め）がなされている。

また、前記嵌合孔２０は、図１，図２及び図４に示すように、前記駆動軸７と嵌合した際の小径軸部７ｃと相当する位置が、該小径軸部７ｃの外周面形状に倣った円形状孔部２０ｂに形成されており、該円形状孔部２０ｂと前記繭状孔部２０ａとの間には、円環状の第２段差部２１が形成されている。

前記インペラ８は、この第２段差部２１と駆動軸７の第１段差部１９との当接によって大径軸部７ａ側への軸方向の移動が規制されると共に、前記円形状孔部２０ｂを介して前記インペラ８の前面側から突出した前記小径軸部７ｃの先端部に係入固定されたプッシュナット２２によって駆動軸７先端側への軸方向の移動が規制され、これにより、駆動軸７と強固に結合されるようになっている。

前記メカニカルシール９は、図１及び図２に示すように、一般的なものであって、前記円筒部１１の中径筒部１１ｂの内周面に固定されたカートリッジ部９ａと、前記駆動軸７の中径軸部７ｂの外周面に支持されたスリーブ部９ｂと、前記カートリッジ部９ａの内周側と前記スリーブ部９ｂの外周側との間に設けられて摺動するシール部９ｃと、から構成されている。

そして、前記プーリ５のフランジ壁５ａには、図１及び図２に示すように、径方向の中央位置よりもやや外周側の位置でかつ、円周方向のほぼ等間隔位置に６つの貫通孔２３が軸方向に沿って貫通形成されている。

この各貫通孔２３は、図１，図２及び図６に示すように、前記フランジ壁５ａの径方向に沿って延びた長円（楕円）形状に形成されており、前記円筒部１１の小径筒部１１ｃの外周に前記ボールベアリング４の内輪４ａ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と共に、前記ドレンチャンバ１３内などから蒸発して前記小径筒部１１ｃの内部に到達した水蒸気を外部に排出させる役割も有している。

また、前記各貫通孔２３の内周面２３ａの径方向の最外周部２３ｂは、図１及び図６に示すように、前記フランジ壁５ａの前記筒状基部５ｂの内周面５ｄ（インサート６の本体６ａの内周面）よりも外周側の位置に形成され、該内周面５ｄに対して一段低い段差面となっている。つまり、前記最外周部２３ｂは、前記ボールベアリング４よりも前記フランジ壁５ａの外周側に配置されている。

また、前記フランジ壁５ａには、前記プーリ５の剛性の向上に供される補強リブ２４が一体に設けられている。この補強リブ２４は、図１，図２及び図６に示すように、前記フランジ壁５ａの外面の径方向中央位置から突出する円柱状の突出部２４ａと、該突出部２４ａの外周縁から前記フランジ壁５ａの外周縁にまで放射方向へ沿って延出された６つの延出部２４ｂと、から構成されている。

前記各延出部２４ｂは、図６に示すように、前記フランジ壁５ａの円周方向ほぼ等間隔位置でかつ、前記６つの貫通孔２３と干渉しないように回転位相をほぼ３０°ずらした位置に形成されており、前記各貫通孔２３と各延出部２４ｂとが前記フランジ壁５ａの円周方向に対して均等な間隔をもって交互に配置されるようになっている。

また、前記プーリ５と駆動軸７とは、前述したように、補強用の繊維材であるガラス繊維２５を含む合成樹脂材により一体に形成されており、したがって、前記プーリ５及び駆動軸７の内部には、前記ガラス繊維２５が遍在している。

このガラス繊維２５は、前記プーリ５及び駆動軸７内部の部位毎に、ある程度の傾向を有して配向されるようになっており、例えば、樹脂成形時に金型と接していた部位の近傍においては合成樹脂材の流動方向に沿うように配向するといった傾向にあるが、前記フランジ壁５ａの各貫通孔２３の周囲のガラス繊維２５ａにおいては、後述する特異な成形方法を採ったことによって、その配向がランダムとなっている（図１１（Ａ），（Ｂ）の矢印参照）。

また、前記補強リブ２４側では、前記特異な成形方法の影響を受けていないため、図１１（Ａ）に示すように、前記各延出部２４ｂの表面付近のガラス繊維２５ｂは、合成樹脂材の流動方向に沿って前記フランジ壁５ａの径方向へと配向されている。
〔プーリ及び駆動軸の成形方法（ウォータポンプの製造方法）〕
以下、前記プーリ５及び駆動軸７の樹脂成形方法について図７〜図１１に基づいて説明する。

まず、前記樹脂成形用の金型２６及び該金型２６による成形作業に際して前記各貫通孔２３を形成する孔開け治具２７について簡単に説明する。

前記金型２６は、プーリ５及び駆動軸７を一体に樹脂成形するもので、図７（Ａ）に示すように、主として駆動軸７を成形する第１金型２６ａと、該第１金型２６ａの一端部両側に配置されてプーリ５のベルト装着部５ｃの外周面を成形する半円弧状の２つの第２金型２６ｂ，２６ｂと、前記第１金型２６ａの一端部と前記両第２金型２６ｂ，２６ｂの外端側に配置されて、主としてプーリ５のフランジ壁５ａなどを成形する第３金型２６ｃと、を備えている。

前記金型２６は、図７（Ａ）などで示す型締め状態において、内部にキャビティ２８が隔成されると共に、図８（Ｂ）に示すように、前記第１金型２６ａ及び第３金型２６ｃが図中の左右方向に沿って分離移動し、前記両第２金型２６ｂ，２６ｂが図中の上下方向に沿って分離移動することで型開きするようになっている。

また、前記第１金型２６ａの図７（Ａ）中右側には、前記金型２６の外部からキャビティ２８内部へ加熱溶融された合成樹脂材を注入する注入口２９がラッパ状に形成されている。

さらに、前記第１金型２６ａには、図７（Ａ）中の左右軸方向に沿って複数の突出しピン２６ｄが設けられており、成形された前記プーリ５及び駆動軸７を図中左側へと突き出し、第１金型２６ａの表面から引き剥がすようになっている。

前記孔開け治具２７は、図９に示すように、円盤状の基部２７ａと、該基部２７ａの一端面から突出された６つの押出しピン２７ｂと、を備えている。

前記各押出しピン２７ｂは、前記基部２７ａの径方向ほぼ中央位置でかつ、円周方向のほぼ等間隔位置に配置されると共に、横断面形状が、前記基部２７ａの径方向に沿って延びた長円（楕円）形状に形成されている。

また、前記各押出しピン２７ｂは、その先端面２７ｃが前記基部２７ａの一端面とほぼ平行な面に形成されており、このため、すべての押出しピン２７ｂの先端面２７ｃがほぼ同一平面上に位置するようになっている。

そして、前記第３金型２６ｃには、図７（Ａ）に示すように、前記孔開け治具２７の６つの押出しピン２７ｂを前記キャビティ２８内に挿入させる６つの挿通孔３０が貫通形成されている。この各挿通孔３０は、前記各押出しピン２７ｂとほぼ同一な外形の長円（楕円）形状に形成されていると共に、該各押出しピン２７ｂに対応した位置に６つ配設され、それぞれの内周面に、各押出しピン２７ｂの外周面が摺接するようになっている。

これにより、前記孔開け治具２７は、図外の油圧シリンダなどから駆動力が作用すると、前記各挿通孔３０と各押出しピン２７ｂを介して、図中の左右方向に沿って移動するようになっている。

なお、前記各挿通孔３０は、前記キャビティ２８における前記補強リブの各延出部２４ｂに相当する部位と回転位相をほぼ３０°ずらした位置に配置されている。

次に、前記金型２６による樹脂成形作業を、図７（Ａ）〜図８（Ｃ）に基づいて工程別に説明する。

図７（Ａ）は、前記金型２６のキャビティ２８内に溶融された合成樹脂材を充填する前の状態を示し、前記金型２６が型締め状態でかつ、前記各押出しピン２７ｂの先端面２７ｃが、前記キャビティ２８の前記プーリ５のフランジ壁５ａ外面と相当する位置（初期位置）に配置されている。

ここで、前記第１金型２６ａには、前記型締め前に前記キャビティ２８内に前記インサート６が予め挿入配置されている。

まず、第１工程として、図７（Ｂ）に示すように、ガラス繊維２５が含有された溶融合成樹脂材を、前記閉状態の金型２６の前記注入口２９から前記キャビティ２８内へ注入する。この注入口２９から注入された合成樹脂材は、図中左側へ流動して前記第３金型２６ｃにまで達すると、ここから図中上下方向に流動して、前記キャビティ２８全体に充填される。

すなわち、注入された溶融合成樹脂材は、軸方向に沿って大径軸部７ａの前記プーリ５のフランジ壁５ａとの結合部と対応する位置まで流動すると、今度は前記プーリ５のベルト装着部５ｃの外周縁と対応する位置へ向かって放射方向へと連続的に流動し、これにより、前記キャビティ２８全体に充填される。

このとき、前記合成樹脂材に配合されたガラス繊維２５は、前記金型２６と接している部位において合成樹脂材の流動方向へ配向される傾向にあることから、この時点における前記フランジ壁５ａに相当する部位の表面付近のガラス繊維２５は、図１０に示すように、前記補強リブ２４を含めておおむねフランジ壁５ａの中央位置から放射方向に沿った配向となっている。

次に、第２工程として、図７（Ｃ）に示すように、合成樹脂材の充填が完了してから固化するまでの所定の時機に、前記孔開け治具２７によって前記プーリ５のフランジ壁５ａに前記各貫通孔２３を形成する。

すなわち、前記孔開け治具２７を、油圧シリンダなどにより図中右方へ移動させて、前記各押出しピン２７ｂを、半固形状（半練り状）の合成樹脂材の内部へと圧入させつつ、前記各先端面２７ｃが前記第１金型の平坦な当接面２６ｅ（前記キャビティ２８のフランジ壁５ａ内面と相当する位置）に当接する位置まで挿入する。

そして、前記各先端面２７ｃを、前記当接面２６ｅに当接させた状態で、前記キャビティ２８内に充填された合成樹脂材が完全に固化するまで維持する。これによって、前記プーリ５及び駆動軸７が一体形成されると同時に、該プーリ５のフランジ壁５ａに前記各貫通孔２３が形成される。

このとき、前記各貫通孔２３の周囲のガラス繊維２５ａは、前記各押出しピン２７ｂの先端面２７ｃによって該先端面２７ｃの外周側へ押し出されたことにより、図１１の矢印で示すように、特定の方向への配向を持たない、つまりランダムな配向となる。

また、前記各押出しピン２７ｂに押し出された合成樹脂材は、半固形状であるため大幅に流動することなく、その多くが前記各貫通孔２３の周囲に密集し、ここで完全に固化する。これに伴い、前記各貫通孔２３が形成される領域（図１０の一点鎖線参照）に配向されていたガラス繊維２５もまた、流動しつつも前記各貫通孔２３の周囲に留められることから、図１１に示すように、該各貫通孔２３周囲のガラス繊維２５ａの密度が向上する。

なお、前記補強リブ２４の内部に配向されたガラス繊維２５にあっては、各延出部２４ｂが前記フランジ壁５ａから凸状に突出していることから、ガラス繊維２５がランダム配向の影響を受けにくくなっており、図１１（Ａ）に示すように、前記各延出部２４ｂの表面付近のガラス繊維２５ｂは、合成樹脂材を充填した直後の状態（図１０参照）と変わらずに、フランジ壁５ａの中央位置から放射方向へと沿った配向を有している。

次に、第３工程として、図８（Ａ）に示すように、前記キャビティ内に充填した合成樹脂材が完全に固化した後に、前記孔開け治具２７を図中左方向側の初期位置へと戻す。

続いて、第４工程として、図８（Ｂ）に示すように、前記金型２６の型開きを行った後に、前記注入口２９内に残留した合成樹脂材を、前記駆動軸７から切り離す。そして、前記プーリ５及び駆動軸７が前記各突出しピン２６ｄによって図中左側へと突き出され、前記第１金型２６ａから取り出されることをもって、一連の樹脂成形作業が完了する（図８（Ｃ）参照）。
〔従来技術と本実施形態との作用効果の比較〕
一般に、従来のウォータポンプにおける貫通孔の成形方法としては、予め金型の内部に貫通孔に相当する形状の中子を配置して樹脂充填と同時に成形する方法か、もしくは、成形後にドリルなどで後加工を施す方法が用いられているが、ガラス繊維を含む合成樹脂材により形成されたプーリにあっては、これらの方法ではプーリの強度を十分に確保できないおそれがあった。

具体的に説明すると、図１２（Ａ），（Ｂ）に示す前者の成形方法で各貫通孔２３が形成されたプーリ５にあっては、前記フランジ壁５ａの各貫通孔２３周囲のガラス繊維２５ａの配向が、フランジ壁５ａの径方向に向かってほぼ一定に配向しており、特に、前記貫通孔２３のフランジ壁５ａの外径側にあっては、前記中子の外周面両側に分岐した合成樹脂材が合流する際に、いわゆるウェルドラインＷが生じてしまうことから、これらを起因としたプーリ５の強度低下が懸念される。

また、図１３（Ａ），（Ｂ）に示す後者の成形方法で各貫通孔２３が形成されたプーリ５にあっては、各貫通孔２３の周囲のフランジ壁５ａ内部にウェルドラインＷは生じていないものの、同図（Ｂ）に示すように、各貫通孔２３を切り欠き形成したことから、前記フランジ壁５ａの各貫通孔２３周囲のガラス繊維２５ａが断ち切られており、同様に強度の低下が懸念される。

これに対して、本実施形態では、各貫通孔２３の周囲のガラス繊維２５ａがランダムに配向されていることから、前記ウェルドラインＷが発生しておらず、また、各貫通孔２３の周囲のガラス繊維２５ａは断ち切られてもいない。さらに、ランダム配向に伴い、各貫通孔２３の周囲のガラス繊維２５ａが網の目状となって強固に結合されている。

したがって、本実施形態によれば、各貫通孔２３の周囲におけるフランジ壁５ａの強度低下を確実に抑制できる。

また、本実施形態では、前記各貫通孔２３を、樹脂成形作業の樹脂充填から固化までの間の所定の時機に、前記孔開け治具２７の押圧力によって半固形状（半練り状）の合成樹脂材を押し広げるように形成したことで、前記各貫通孔２３の周囲の樹脂密度及びガラス繊維２５ａの密度が高くなっていることから、各貫通孔２３の周囲におけるフランジ壁５ａの強度を飛躍的に向上させることができる。

さらに、本実施形態では、前記フランジ壁５ａの外面に補強リブ２４を一体に設けたことから、フランジ壁５ａの強度がさらに向上しており、とりわけ、該フランジ壁５ａのほぼ中央位置から放射方向へ延びる各延出部２４ｂを有していることから、フランジ壁５ａの径方向の強度が大きく向上している。

また、前記各延出部２４ｂの表面付近のガラス繊維２５ｂは、ランダム配向の影響をほとんど受けることなく径方向に沿って配向されており、この整列されたガラス繊維２５ｂが径方向の力に対して突っ張ることから、フランジ壁５ａの径方向の強度がより向上する。

さらに、前記各貫通孔２３と補強リブ２４の各延出部２４ｂとを、前記フランジ壁５ａに対して規則的に配置したことから、偏りなくフランジ壁５ａの強度を向上させることができる。

また、本実施形態における前記プーリ５と駆動軸７とは、前述したように、該駆動軸７の先端面と相当する位置に注入口２９が設けられた前記金型２６によって一体に樹脂成形されている。

このとき、前記合成樹脂材は、前記金型２６のキャビティ２８の駆動軸７とプーリ５との結合位置に差し掛かると、それまで軸方向に沿って流れていたものが放射方向へ広がるように流動するが、これに伴い前記ガラス繊維２５が駆動軸７とプーリ５との間に連なるようにして配向されることから、前記プーリ５と駆動軸７との結合強度を向上させることができる。

また、本実施形態にあっては、前記各貫通孔２３が前記フランジ壁５ａの円周方向等間隔位置に設けられていることから、前記プーリ５の回転位置によらず筒状基部５ｂの内部に浸入した水や塵芥などを速やかに排出することができる。

さらに、本実施形態では、前記各貫通孔２３を、樹脂成形時に前記各押出しピン２７ｂを前記フランジ壁５ａの外面側から内面側へ向かって押し込み貫通させることによって形成しており、前記各押出しピン２７ｂを前記フランジ壁５ａの内面側から外面側へ向かって押し込んで形成する場合と比べると、前記筒状基部５ｂの内径に制約を受けないことから前記各貫通孔２３を比較大径に形成することができる。

これにより、前記各貫通孔２３の内周面２３ａの最外周部２３ｂが、前記筒状基部５ｂの内周面５ｄ、つまり前記ボールベアリング４の外輪４ｂの外周面位置よりも一段低い段差面となって、筒状基部５ｂの内部に浸入した水や塵芥などが、各貫通孔２３の内周面２３ａを通って外部に案内されつつ速やかに排出されることから、排出性能がより一層向上する。

また、前記筒状基部５ｂの内周面５ｄに圧入されたインサート６は、機関運転時にボールベアリング４に生じた機関熱が伝達されて高温となる。このとき、前記筒状基部５ｂの内部に浸入した水は、高温のインサート６と接触することで蒸発して、ここから各貫通孔２３を介して外部へ排出される。

すなわち、本実施形態では、金属製のインサート６に蓄えられた熱を、筒状基部５ｂの内部に浸入した水の排出に利用することから、排出性能がさらに向上する。

したがって、本実施形態によれば、前記筒状基部５ｂの内部に浸入した水や塵芥などが前記ボールベアリング４側へ流入することがなくなるため、該ボールベアリング４内部での錆などの発生を十分に抑制することが可能になる。
〔第２実施形態〕
図１４〜図１７は本発明の他の実施形態を示し、前記各貫通孔２３の形状を変更したものである。

図１４に示す第２実施形態の各貫通孔２３は、個々の内周面２３ａ形状がほぼ三角おむすび状に形成され、各頂面２３ｃが前記フランジ壁５ａの中心方向に指向していると共に、前記各貫通孔２３の周方向の巾長さが、頂面２３ｃからフランジ壁５ａの外周側の底面２３ｄにかけて大きくなるように形成されている。

また、前記各貫通孔２３の底面２３ｄは、前記フランジ壁５ａの前記筒状基部５ｂの内周面５ｄ位置よりも外側に配置され、つまり、該内周面５ｄよりもさらに外側の位置の一段低い段差面になっている。

したがって、この実施形態によれば、第１実施形態と同様な作用効果が得られるのに加え、筒状基部５ｂの内部に浸入した水が、大きく開口されてかつ一段低い各貫通孔２３の底面２３ｄを通って外部に案内されつつ排出されることから、排出の流動速度が速くなって排出性能が一層向上する。
〔第３，第４実施形態〕
図１５に示す第３実施形態の各貫通孔２３は、それぞれ円形状に形成されていると共に、内周面２３ａの最外周部２３ｂが、前記フランジ壁５ａの前記筒状基部５ｂの内周面５ｄ位置よりも外周側に配置されている。

図１６に示す第４実施形態の各貫通孔２３は、それぞれ前記フランジ壁５ａの径方向を長手とする矩形状（長方形状）に形成されていると共に、内周面２３ａの最外周部２３ｂが、前記フランジ壁５ａの前記筒状基部５ｂの内周面５ｄ位置よりも外周側に配置されている。

したがって、前記第３，第４実施形態によっても、第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
〔第５実施形態〕
図１７に示す第５実施形態の各貫通孔２３は、それぞれ円形状に形成されているが、第３実施形態と比べて小径となっており、また、形成位置も他の実施形態と比べてフランジ壁５ａの内周側に寄っている。

すなわち、前記各貫通孔２３は、ボールベアリング４の圧入用治具を挿通させる作業用孔としての役割を果たすのに最低限必要な内径及び位置に形成されたものである。

しかしながら、この実施形態では、各貫通孔２３が小径であることから、外部からの水や塵芥などの浸入を抑制することができると共に、前記筒状基部５ｂの内部に浸入した水にあっては、前記インサート６に蓄えられた熱によって蒸発させて各貫通孔２３から外部へ排出できることから、排出性能が損なわれることはない。

さらに、樹脂成形時においては、半固体状となった合成樹脂材を押し広げる際に非常に大きな押圧力が必要となるが、この実施形態にあっては、形成すべき各貫通孔２３が小径であることから、前記孔開け治具２７にかける押圧力が比較的小量で済むため、各貫通孔２３の形成を容易に行うことができる。

なお、この実施形態においては、各貫通孔２３の内周面２３ａの最外周部２３ｂが、前記フランジ壁５ａの前記筒状基部５ｂの内周面５ｄ位置よりも内周側に形成されていることから、各貫通孔２３を、前記孔開け治具２７の各押出しピン２７ｂを前記フランジ壁５ａの内面側から外面側へ向かってスライドさせることによって形成することも可能である。

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、本実施形態においては、上述の成形方法によって前記プーリ５及び駆動軸７を形成すると共に、前記フランジ壁５ａの各貫通孔２３周囲のガラス繊維２５ａをランダムに配向させたが、成形方法はこれに限定されない。

また、前記各実施形態では、前記駆動軸７とプーリ５とが一体に成形されたものとして説明したが、これらは別体に成形されたものであってもよい。

さらに、前記各実施形態では、合成樹脂材に補強部材であるガラス繊維２５を含有させることによってプーリ５や駆動軸７の剛性を向上させているが、この補強部材は合成樹脂材に配合可能な繊維状部材であれば良く、例えばカーボン繊維を適用することも可能である。

また、前記各実施形態では、前記補強リブ２４を前記フランジ壁５ａの外面側に設けることによってプーリ５の剛性を向上させているが、この補強リブ２４は、フランジ壁５ａの内面側に設けることも可能であり、また、フランジ壁５ａの両面に設けることも当然に可能である。

さらに、前記各貫通孔２３を、前記各実施形態の貫通孔２３の組み合わせによって構成することも可能である。

Claims (18)

1. 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内に回転自在に支持された駆動軸と、
   該駆動軸の一端部に固定された円盤状のフランジ壁を有し、補強用の繊維材を含む合成樹脂材によって一体に形成されたプーリと、
   前記駆動軸の他端部に一体回転可能に設けられ、前記ポンプ室に収容されたインペラと、
   を備え、
   前記フランジ壁に、該フランジ壁の内外を連通する複数の貫通孔を形成すると共に、該各貫通孔の周囲の前記繊維材をランダムに配向させた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、
   前記フランジ壁に、該フランジ壁の径方向中央位置から突出する突出部と、該突出部の外周面から放射方向に延出した複数の延出部とを有する補強リブを一体に設け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、
   前記貫通孔を、前記フランジ壁の円周方向における前記延出部の間に配置したことを特徴とするウォータポンプ。
4. 請求項３に記載のウォータポンプにおいて、
   前記繊維材は、ガラス繊維である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、
   前記フランジ壁の外周部に、該フランジ壁と一体に結合された筒状基部を設けると共に、該筒状基部と前記ポンプハウジングとの間に、前記駆動軸を回転自在に軸受けする軸受部が介装され、前記貫通孔の前記フランジ壁の径方向最外周部を、該フランジ壁の前記軸受部よりも外側に配置したことを特徴とするウォータポンプ。
6. 請求項５に記載のウォータポンプにおいて、
   前記各貫通孔を、前記フランジ壁の円周方向の等間隔位置に形成したことを特徴とするウォータポンプ。
7. 請求項６に記載のウォータポンプにおいて、
   前記各貫通孔を、前記フランジ壁の径方向に沿って延びる楕円形状に形成したことを特徴とするウォータポンプ。
8. 請求項６に記載のウォータポンプにおいて、
   前記各貫通孔を、前記フランジ壁の円周方向の巾長さが中央側から外径方向へ向かって大き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。
9. 請求項８に記載のウォータポンプにおいて、
   前記各貫通孔を、三角おむすび形状に形成したことを特徴とするウォータポンプ。
10. 請求項６に記載のウォータポンプにおいて、
    前記各貫通孔を、円形状に形成したことを特徴とするウォータポンプ。
11. 請求項６に記載のウォータポンプにおいて、
    前記各貫通孔を、矩形状に形成したことを特徴とするウォータポンプ。
12. 請求項５に記載のウォータポンプにおいて、
    前記軸受部は、内輪が前記ポンプハウジングに固定され、外輪が前記筒状基部に固定された単一のボールベアリングによって構成されていることを特徴とするウォータポンプ。
13. 軸方向一端側に円筒部を有するポンプハウジングと、
    該ポンプハウジング内に回転自在に支持され、繊維材を含む合成樹脂材によって形成された駆動軸と、
    該駆動軸の一端部に固定された円盤状の端壁及び該端壁の外周縁に結合されて前記円筒部を囲繞するように設けられた筒状基部を有し、補強用の繊維材を含む合成樹脂材によって一体に形成されたプーリと、
    前記筒状基部の内周に固定された筒状の金属部材と、
    該金属部材と前記円筒部との間に介装されて、前記駆動軸を回転自在に軸受けする軸受部と、
    前記駆動軸の他端部に該駆動軸と一体回転可能に設けられ、繊維材を含む合成樹脂材によって形成されたインペラと、
    該インペラを前記駆動軸の他端側より固定する固定部材と、
    を備え、
    前記端壁に、該端壁の内外を連通する複数の貫通孔を形成すると共に、該各貫通孔の周囲の前記繊維材をランダムに配向させたことを特徴とするウォータポンプ。
14. 請求項１３に記載のウォータポンプにおいて、
    前記端壁に、該端壁の径方向中央位置から突出する突出部と、
    該突出部の外周面から放射方向に延出した複数の延出部と、
    を有する補強リブを一体に設けると共に、前記貫通孔を前記端壁の円周方向における前記延出部の間に配置したことを特徴とするウォータポンプ。
15. 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内に回転自在に支持された駆動軸と、
    該駆動軸の一端部に固定された円盤状のフランジ壁を有し、補強用の繊維材を含む合成樹脂材によって一体に形成されたプーリと、
    前記駆動軸の他端部に一体回転可能に設けられ、前記ポンプ室に収容されたインペラと、
    前記フランジ壁に貫通形成され、前記フランジ壁の内外を連通する複数の貫通孔と、
    を備えたウォータポンプの製造方法であって、
    前記プーリの成形金型内に溶融させた合成樹脂材を充填する第１工程と、
    前記合成樹脂材を充填した後から固化するまでの間に、孔開け治具によって前記合成樹脂材を押し込んで前記複数の貫通孔を形成する第２工程と、
    を有することを特徴とするウォータポンプの製造方法。
16. 請求項１５に記載のウォータポンプの製造方法において、
    前記第２工程では、前記孔開け治具に設けられた押出しピンを、前記フランジ壁の前記インペラと反対側から前記インペラ側へ向かって前記合成樹脂材内に押し込み貫通させることを特徴とするウォータポンプの製造方法。
17. 請求項１６に記載のウォータポンプの製造方法において、
    前記プーリと駆動軸は、補強用の繊維材を含む合成樹脂材を前記成形金型へ充填することにより一体に成形されると共に、合成樹脂材の注入口は、前記成形金型の前記駆動軸の先端部に対応した位置に形成されていることを特徴とするウォータポンプの製造方法。
18. 請求項１７に記載のウォータポンプの製造方法において、
    前記押出しピンの横断面形状を、楕円形状に形成したことを特徴とするウォータポンプの製造方法。

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