(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第1ユニットを前記第2ユニットから分離する際に、前記第1ユニットと前記第2ユニットとの合わせ面に設けられた連通室に貯留される前記冷媒を予め排出可能なドレン流路を前記第1ユニットに設けてある請求項1〜4の何れか一項に記載のウォーターポンプ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
エンジンの冷却水を循環させるウォーターポンプでは、回転軸を支持するベアリングの交換やメカニカルシールの交換等のメンテナンスを必要とすることがある。
【0006】
しかしながら、特許文献1に記載されるウォーターポンプではベアリングを交換する場合でも回転軸とインペラとを取り出す必要があるため、エンジンから冷却水を抜き取る作業を行わねばならずメンテナンスに手間が掛かるものであった。
【0007】
本発明の目的は、メンテナンス性を向上させたウォーターポンプを合理的に構成する点にある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の特徴は、回転駆動される駆動軸を有する第1ユニットと、前記駆動軸の挿通孔が形成された隔壁を有し、前記駆動軸の回転により
内燃機関を冷却する冷媒を
内部に流通させ、前記第1ユニットと前記隔壁を挟んで接続分離自在な第2ユニットとを備え、前記第2ユニットを
前記内燃機関に支持した状態で、前記第1ユニットを前記第2ユニットから分離した場合に、
前記駆動軸の回転軸芯に沿う方向に変位することで前記挿通孔を塞
ぎ、前記第2ユニットの内部の冷媒の漏出を阻止する閉塞部材を前記第2ユニットに備えている点にある。
【0009】
この構成によると、駆動軸が隔壁の挿通孔を挿通するので、駆動軸の回転により冷媒の循環が可能となる。また、第2ユニットを内燃機関に残した状態で、駆動軸を含む第1ユニットを、内燃機関に支持される第2ユニットから分離した場合には、隔壁の挿通孔を閉塞部材が塞ぐことになり、冷却水が外部に漏出することもない。
これにより、メンテナンスを行う場合にも、冷媒を抜き取り、組み立て後に冷媒を補給する等の作業が不要となり、メンテナンス性を向上させたウォーターポンプが合理的に構成された。
【0010】
本発明は、前記第2ユニットは前記冷媒を流通させるインペラを有し、前記インペラは前記
回転軸芯に沿って前記隔壁に近接移動可能に構成して前記閉塞部材を成しても良い。
【0011】
これによると、駆動軸の延出方向に沿ってインペラを隔壁に近接する方向に移動させ、隔壁に密着させることにより、このインペラで挿通孔を塞ぐことが可能となり、このインペラを閉塞部材に兼用することが可能となる。これにより、特別に閉塞部材を備えずに済み、部品点数を増大させることもない。
【0012】
本発明は、前記インペラを前記隔壁の側に押し付ける付勢部材を前記第2ユニットに備えても良い。
【0013】
これによると、第1ユニットを第2ユニットから分離した場合には、付勢部材の付勢力により駆動軸の延出方向に沿ってインペラを隔壁の方向に変位させ、密着させることが可能となる。これにより、挿通孔を塞ぐ操作を人為的に行わずとも、挿通孔を閉塞する状態に迅速に移行し、冷却水を殆ど漏出することもない。
【0014】
本発明は、前記インペラ
に対し前記隔壁とは反対側
にある支持軸により
前記インペラが回転自在に支持されると共に、前記第2ユニットに前記支持軸を支持する支持部材を有し、前記支持部材と前記インペラとの間に前記付勢部材としてのコイルスプリングを配置しても良い。
【0015】
これによると、インペラから駆動軸を分離した場合には、インペラを支持軸により支持し、インペラを回転軸芯上に保持することが可能となる。また、コイルスプリングの付勢力により、支持軸に沿ってインペラを変位させることから、隔壁の挿通孔を塞ぐために最適な姿勢でインペラを隔壁の方向に送り、挿通孔を確実に閉塞することが可能となる。
【0016】
本発明は、前記第1ユニットを前記第2ユニットから分離する際に、前記第1ユニットと前記第2ユニットとの合わせ面に設けられた連通室に貯留される前記冷媒を予め排出可能なドレン流路を前記第1ユニットに設けても良い。
【0017】
この種のウォーターポンプでは、第1ユニットと第2ユニットとの合わせ面に設けられた連通室に、挿通孔より冷媒が漏出する。この構成によると、連通室に設けられたドレン流路より、予め連通室に漏出した冷媒を抜き出し、第1ユニットを取り外すことでメンテナンス性を向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図1〜
図3に示すように、プーリ12からの回転駆動力で回転する駆動軸13を有する第1ユニット10と、駆動軸13が挿通する挿通孔22Hが形成された隔壁22及び駆動軸13からの駆動力で回転するインペラ23(閉塞部材の一例)を有し、第1ユニット10に対して分離自在に構成された第2ユニット20とを備えてウォーターポンプが構成されている。
【0020】
このウォーターポンプは、乗用車等のエンジンEのクランクシャフトからの駆動力が無端ベルトによりプーリ12に伝えられ、この回転駆動力を駆動軸13からインペラ23に伝えることによりエンジン内部の冷却水(冷媒の一例)の循環を実現する。
【0021】
図1と
図2とには第1ユニット10と第2ユニット20とが連結する状態を示し、この連結状態では、インペラ23と駆動軸13とが回転軸芯Xと同軸芯上に配置され、インペラ23に形成された嵌合孔23Tに対して駆動軸13の一方の端部に形成した嵌合部13Tが嵌合連結している。嵌合孔23Tは、嵌合部13Tに対して挿入した嵌合状態と、分離する分離状態とに切換自在に構成され、嵌合状態では駆動軸13のトルクをインペラ23に伝えることが可能となる。
【0022】
尚、嵌合部13Tと嵌合孔23Tとの断面形状は、トルクを伝えるために非円形であれば良く、例えば、断面形状がDカット形状や、二面幅形状や、スプラインのように内歯歯車状等に形成される。
【0023】
このウォーターポンプでは、インペラ23が回転軸芯Xに沿う方向(駆動軸13の延出方向)への変位により隔壁22に近接可能に構成されている。これにより、例えば、メンテナンス時に、第1ユニット10を第2ユニット20から分離した場合には、インペラ23が隔壁22の挿通孔22Hを覆う位置まで変位して挿通孔22Hを塞ぐことにより冷却水の漏出を阻止する。つまり、インペラ23が閉塞部材として機能する。
【0024】
〔第1ユニット〕
第1ユニット10は、フランジ状部11Aと、このフランジ状部11Aから回転軸芯Xに沿って外方に突出し駆動軸13を回転自在に支持する軸支部11Bとを一体形成した第1ユニットハウジング11を有している。この第1ユニットハウジング11には、駆動軸13を回転自在に支持する軸受としてのボールベアリング14と、冷却水の漏出を阻止するメカニカルシール15とが備えられている。
【0025】
駆動軸13の内端部(一方の端部)は、隔壁22の挿通孔22Hを貫通する位置に配置され、この内端部には前述した嵌合部13Tが形成されている。また、駆動軸13の外端部(他方の端部)にはプーリ12が連結固定され、このプーリ12は、エンジンEのクランクシャフトで駆動される駆動ベルトが巻き掛けられる。
【0026】
軸支部11Bには、メカニカルシール15より外端側で駆動軸13を取り囲む内部空間Sが形成され、メカニカルシール15より内側に連通室Tが形成されている。第1ユニット10には、内部空間Sに漏れ出た冷却水を下方に送るドレン回収路11Dと、この内部空間Sに空気の流入を可能にする通気路11Eとが形成されている。また、第1ユニットハウジング11と第2ユニットハウジング21とに亘る領域にはドレン回収路11Dから送られる冷却水を貯留する貯留空間Dが形成されている。更に、連通室Tの冷却水を外部に抜き出すことが可能なドレン流路11Fが第1ユニット10に形成され、このドレン流路11Fには開閉自在な栓部材17が備えられている。
【0027】
このドレン回収路11Dが形成されることにより、メカニカルシール15の部位で駆動軸13の外周面に沿って冷却水が内部空間Sに漏出した場合には、冷却水をドレン回収路11Dにより下方に案内し貯留空間Dに貯留することが可能となる。
【0028】
第1ユニットハウジング11は、フランジ状部11Aに貫通する複数の連結ボルト16により第2ユニット20に連結している。従って、この連結ボルト16による締結を解除することにより第2ユニット20から分離可能となる。また、分離を行う場合には、予めドレン流路11Fの栓部材17を取り外し、ドレン流路11Fにより連通室Tの冷却水を排出することにより、メンテナンス性を向上させることができる。
【0029】
〔第2ユニット〕
第2ユニット20は、ケース状の外壁を構成する第2ユニットハウジング21を有すると共に、この第2ユニットハウジング21の開口部分を覆う位置に板状となる隔壁22を備え、第2ユニットハウジング21の内部にインペラ23を収容して構成されている。
【0030】
駆動軸13とインペラ23とは共通する回転軸芯Xと同軸芯上に配置され、第2ユニットハウジング21の内部に支持した支持部材24に対し回転軸芯Xと同軸芯で支持軸25を備えている。
【0031】
インペラ23は、円盤状のディスク部23Aと、このディスク部23Aの中央に突出する形態で形成されるボス部23Bと、このボス部23Bの外周側に形成される複数の翼体23CとをPPS樹脂のように高耐久性の樹脂で一体形成して構成されている。ボス部23Bのうち、外端側(ディスク部側)には嵌合孔23Tが形成され、内端側には支持孔23Sが形成され、この嵌合孔23Tと支持孔23Sとは非連通となるように独立して形成されている。
【0032】
尚、このインペラ23は、全体を金属もしくは樹脂で形成される。そして、ディスク部23Aのうち隔壁22に対向する面に対しては柔軟に変形し得る樹脂層を形成することにより、隔壁22との密着性を向上させても良い。
【0033】
支持軸25は、突出側の端部をインペラ23の支持孔23Sに挿入することによりインペラ23を回転自在に支持すると共に、インペラ23が隔壁22に近接する方向へ変位する場合と、隔壁22から離間する方向に変位する場合とにおいて、インペラ23の姿勢を維持するためのガイド部材として機能する。また、支持軸25は、インペラ23から駆動軸13が分離した状態でインペラ23を回転軸芯X上に保持する保持部材としても機能する。これらの機能により、インペラ23が隔壁22に接触する時点で、ディスク部23Aと隔壁22とが平行となり、隔壁22に対してインペラ23を密着させることが可能となる。しかも、駆動軸13が分離した状態ではインペラ23の位置保持が可能となる。
【0034】
また、支持軸25にはワッシャ26が遊嵌されている。支持部材24にはワッシャ26を介してインペラ23に付勢力を作用させるコイルスプリング27(付勢部材の一例)が収容されている。このコイルスプリング27は、インペラ23を回転軸芯Xに沿う方向(駆動軸13の延出方向)に変位させ、隔壁22に押し付ける付勢部材として機能する。また、ワッシャ26は回転するインペラ23との間で摺動材としても機能する。
【0035】
支持部材24には、ワッシャ26の外周に嵌合することにより、ワッシャ26を回転不能、かつ、回転軸芯Xの方向にスライド移動自在に支持するガイド部24Gが形成されている。具体的な構成として、ワッシャ26の外周を六角状等の非円形に成形し、支持部材24の開口の内周には、ガイド部24Gとして、ワッシャ26の外周に嵌合する六角状等の非円形となる嵌合面が形成されている。
【0036】
ワッシャ26は、低摩擦性を有するフッ素、テフロン等を表面にコーティングしたり材質に含ませても良く、また、耐摩耗性、耐腐食性の高いステンレススチールを用いても良い。このワッシャ26の外面の形状としては、外周の一部を除去したDカット形状や、外周の2箇所を平行姿勢で除去した二面幅形状や、外歯歯車形状であっても良い。これに対応して、ガイド部24Gの断面形状がDカット形状や、二面幅形状や、内歯歯車状等に形成される。
【0037】
この構成から、コイルスプリング27の付勢力が作用するワッシャ26がインペラ23のボス部23Bに接触するため、コイルスプリング27の付勢力によりインペラ23は支持軸25に案内される状態で隔壁22に近接する方向に変位する。また、このようにインペラ23が変位する方向は回転軸芯Xに沿う方向であり、この変位時にはインペラ23と共にワッシャ26が変位し、この変位時においてもガイド部24Gがワッシャ26に対する嵌合状態を維持するようにガイド部24Gの回転軸芯Xに沿う方向での長さが設定されている。尚、インペラ23が回転する際には、回転不能状態にあるワッシャ26に対してインペラ23のボス部23Bの突出端が接触して回転することになるが、この接触部位には冷却水が入り込み潤滑するため円滑な回転を可能にしている。
【0038】
〔第2ユニット:隔壁〕
隔壁22は、駆動軸13が挿通するために回転軸芯Xを中心にする円形の挿通孔22Hが形成されている。この隔壁22は、第2ユニットハウジング21に対して複数のビス28により固定されている。
【0039】
また、インペラ23のディスク部23Aが隔壁22に密着する状態では、コイルスプリング27の付勢力がインペラ23を介して隔壁22に作用する。この力による隔壁22の変形を抑制する目的から隔壁22の中央部分にはインペラ側に段状に膨らむ膨出面22Aを形成し、この膨出面22Aに挿通孔22Hが形成されている。
【0040】
〔連結と分離〕
第1ユニットハウジング11は、フランジ状部11Aに貫通する複数の連結ボルト16により第2ユニットハウジング21に連結している。この連結ボルト16による締結を解除することにより第2ユニットハウジング21から第1ユニットハウジング11を分離することが可能となる。
【0041】
第1ユニット10を第2ユニット20に連結した状態では、前述したように駆動軸13の嵌合部13Tがインペラ23の嵌合孔23Tに嵌合し、インペラ23の支持孔23Sに対して支持軸25が挿通する状態となる。更に、エンジンEの停止時には、支持軸25に遊嵌するワッシャ26がインペラ23のボス部23Bの突出側の端部に当接し、このワッシャ26を介してコイルスプリング27からの付勢力がインペラ23に作用するためインペラ23が隔壁22に密着する。これにより挿通孔22Hはインペラ23によって塞がれる。
【0042】
これに対して、エンジンの稼働時にはプーリ12の回転に伴い駆動軸13が回転し、インペラ23が回転する。このインペラ23の回転により冷却水は、回転軸芯Xに沿う方向に冷却水を吸引すると共に、遠心方向に冷却水を送り出す。このように冷却水に水流を作ることからインペラ23には回転軸芯Xに沿う方向に吐出と吸引との差圧が作用し、この差圧の作用により、
図1、
図2に示すように、インペラ23はディスク部23Aを隔壁22から離間させる方向に変位する。
【0043】
この変位により、エンジンEの稼働時にはインペラ23が隔壁22から離間する状態に維持され、冷却水を良好に送ることになる。
【0044】
例えば、ボールベアリング14やメカニカルシール15を交換するために第1ユニット10を第2ユニット20から分離する場合には、エンジンEが停止する状態で複数の連結ボルト16を取り外す操作を行う。この後に、第1ユニット10を回転軸芯Xに沿う方向に引き出す操作を行うことにより駆動軸13の嵌合部13Tがインペラ23の嵌合孔23Tから抜き出され、
図3に示す如く、第1ユニット10の分離が可能となる。
【0045】
そして、第1ユニット10を分離する場合には、第1ユニット10を全体的に回転軸芯Xに沿って第2ユニット20から分離する方向に移動させる。この移動により、駆動軸13が、この駆動軸13の嵌合部13Tをインペラ23の嵌合孔23Tから抜き出す方向に変位し、駆動軸13とインペラ23との分離が行われる。
【0046】
また、エンジンEが停止している状態では、コイルスプリング27の付勢力の作用によって、インペラ23のディスク部23Aが挿通孔22Hを塞ぐように隔壁22に密着している。この密着により、第1ユニット10を分離した際には、隔壁22の挿通孔22Hからエンジン側の冷却水が外部に漏れ出すことはない。
【0047】
これにより第1ユニット10のボールベアリング14の交換等のメンテナンス時において、エンジンEの冷却水を抜き取る作業を行わずに済み、容易に作業を行える。また、第1ユニット10を分離した状態では、貯留空間Dが開放するので内部に冷却水が貯留されていても、この冷却水を排出することが可能となる。
【0048】
これとは逆に、第1ユニット10を第2ユニット20に連結する場合には、逆の操作を行うことになる。この操作では駆動軸13の嵌合部13Tをインペラ23の嵌合孔23Tに対して嵌合させる回転位相で挿入することに注意すれば困難性はない。
【0049】
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。
【0050】
(a)インペラ23のディスク部23Aのうち隔壁22に対向する面、又は、隔壁22のうちインペラ23に対向する面に柔軟に変形し得る弾性材を備える。
【0051】
この別実施形態(a)の具体例として、
図4には、インペラ23のディスク部23Aのうち、隔壁22に対向する面において、回転軸芯Xを中心とする環状となる領域に弾性材としてリップ部23Rを突出する形状に形成している。尚、同図では複数のリップ部23Rを同心円状に形成しているが、このリップ部23Rは単一でも良い。
【0052】
このようにリップ部23Rを形成することにより、隔壁22の表面に多少の凹凸が存在しても、インペラ23が隔壁22に接触する位置に変位した場合には、リップ部23Rが柔軟に弾性変形することによりインペラ23と隔壁22との間隙をなくし、挿通孔22Hを良好に塞ぎ、冷却水の漏出を阻止できる。
【0053】
この別実施形態(a)の変形例として、隔壁22のうちインペラ23と対向する表面に対して挿通孔22Hを取り囲む領域に弾性材を備えても良い。このような構成でも、インペラ23と隔壁22との間隙をなくし、挿通孔22Hを良好に塞ぎ、冷却水の漏出を阻止できる。
【0054】
(b)
図5に示すように、隔壁22の挿通孔22Hを塞ぐ専用のディスク状の閉塞部材35を備える。この構成では、閉塞部材35の中央にインペラ側に突出する突出部35Aを形成し、この突出部35Aの内部に駆動軸13の嵌合部13Tが嵌合する嵌合凹部35Bが形成されている。また、突出部35Aの外面には、インペラ23の嵌合孔23Tに嵌合する嵌合面35Cが形成され、インペラ23と閉塞部材35との間にはスプリング36が介装されている。
【0055】
この構成から、駆動軸13が抜き取られる方向に変位した場合に、スプリング36の付勢力により閉塞部材35が隔壁22に接近する方向に変位し、隔壁22に密着し隔壁22の挿通孔22Hを閉じる状態に達する。
【0056】
このように構成したものでは、インペラ23を回転軸芯Xに沿う方向に変位させるための構成を必要とせず、インペラ23を支持する構成が単純化する。
【0057】
この別実施形態(b)の変形例として、駆動軸13が抜き取られる方向に変位した場合に、隔壁22の面に沿ってスライドすることにより挿通孔22Hを閉塞するように閉塞部材を構成することも考えられる。
【0058】
(c)コイルスプリング27に代えて、例えば、通電することによりインペラ23を隔壁22の方向に付勢する付勢部材として電磁ソレノイドを用いる。このように電磁ソレノイドを用いる構成では、エンジンEの稼働時には非通電状態に維持することにより、インペラ23を隔壁22の方向に変位させる力を作用させることがなく、インペラ23を常に軽快に回転させることが可能となる。また、第1ユニット10を第2ユニット20から分離する場合には、電磁ソレノイドに通電することによりインペラ23を第2ユニット20に密着させ、隔壁22の挿通孔22Hからの冷却水の漏出を確実に抑制する。
【0059】
(d)本発明のウォーターポンプは、エンジンEの駆動力によって駆動軸13が駆動されるものに限るものではなく、例えば、電動モータの駆動力が駆動軸13に伝えられる電動型のウォーターポンプとして構成可能である。このように構成したものでも、電動モータと駆動軸13とを第1ユニット10と共に分離でき、メンテナンス性は向上する。