(57)【要約】【課題】小型化を図ることができ、消費電力も低減できるようなウォーターポンプを提供する。【解決手段】ウォーターポンプ１０は、コイル１５の通電時に駆動側クラッチ部材２４と従動側クラッチ部材３３とを離間させることで、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ回転力を伝達しない一方、コイル１５の非通電時に磁力により駆動側クラッチ部材２４と従動側クラッチ部材３３とを係合させることで、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ回転力を伝達するように構成されている。従動側クラッチ部材３３には、テーパ状の係合面３３ｂ，３３ｃを有する山部３３ａが設けられ、駆動側クラッチ部材２４には、テーパ状の係合面２４ｅ，２４ｆを有する谷部２４ｄが設けられ、谷部２４ｄは、コイル１５の非通電時に上記山部３３ａを挟持するように分割されて構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源からの駆動力が伝達されて回転する駆動側回転体と、この駆動側回転体に設けられる駆動側クラッチ部材と、ポンプ渦流室に配設されたポンプインペラを有する従動側回転体と、この従動側回転体に設けられる従動側クラッチ部材とを備え、
コイル通電時に駆動側クラッチ部材と従動側クラッチ部材とを離間させることで、駆動側回転体から従動側回転体へ回転力を伝達しない一方、
コイル非通電時に磁力により駆動側クラッチ部材と従動側クラッチ部材とを係合させることで、駆動側回転体から従動側回転体へ回転力を伝達するように構成されたウォーターポンプにおいて、
上記駆動側クラッチ部材および従動側クラッチ部材の一方には、テーパ状の係合面を有する凸部が設けられ、
上記駆動側クラッチ部材および従動側クラッチ部材の他方には、テーパ状の係合面を有する凹部が設けられ、上記凹部は、コイル非通電時に上記凸部を挟持するように分割されて構成されていることを特徴とするウォーターポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のウォーターポンプにおいて、
上記凸部の係合面同士のなす角は、上記凹部の係合面同士のなす角よりも大きく設定されていることを特徴とするウォーターポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動側回転体から従動側回転体への回転力の伝達をクラッチを介して行うウォーターポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
水冷式エンジンには、冷却系に冷却水を循環させるためのウォーターポンプが備えられている。この種のウォーターポンプとして、駆動源であるエンジンの駆動力を受けるウォーターポンププーリを含む駆動側回転体と、ポンプ渦流室に配設されたポンプインペラを含む従動側回転体とをそれぞれ配設し、駆動側回転体から従動側回転体への回転力の伝達を、クラッチを介して行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、クラッチの接続状態と切断状態を切り替えることで、駆動側回転体から従動側回転体への回転力の伝達／非伝達を切り替えて、ウォーターポンプの駆動状態と停止状態とを切り替えるようにしている。
【０００３】
クラッチの接続状態と切断状態を電気的（電磁的）に切り替える手段としては、例えば、特許文献２に記載されたようなものがある。具体的には、コイル通電時に駆動側クラッチ部材と従動側クラッチ部材とを離間させることでクラッチを切断状態とし、コイル非通電時に駆動側クラッチ部材と従動側クラッチ部材とを係合させることで、クラッチを接続状態としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−００６４３３号公報
【特許文献２】特表２００８−５２０８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、クラッチを平面同士が接触する構成とした場合、次のような点が懸念される。クラッチの接触面積が小さくなるため、必要な回転伝達力を確保するのにクラッチを大型化する必要があり、搭載性が悪化する。さらに、コストも高くなる。また、電気的に（電磁的に）クラッチを接断する場合には、消費電力が大きくなる点も懸念される。
【０００６】
本発明は、上述のような問題点を鑑みてなされたものであって、小型化を図ることができ、消費電力も低減することができるようなウォーターポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、ウォーターポンプであって、駆動源からの駆動力が伝達されて回転する駆動側回転体と、この駆動側回転体に設けられる駆動側クラッチ部材と、ポンプ渦流室に配設されたポンプインペラを有する従動側回転体と、この従動側回転体に設けられる従動側クラッチ部材とを備え、コイル通電時に駆動側クラッチ部材と従動側クラッチ部材とを離間させることで、駆動側回転体から従動側回転体へ回転力を伝達しない一方、コイル非通電時に磁力により駆動側クラッチ部材と従動側クラッチ部材とを係合させることで、駆動側回転体から従動側回転体へ回転力を伝達するように構成されている。そして、上記駆動側クラッチ部材および従動側クラッチ部材の一方には、テーパ状の係合面を有する凸部が設けられ、上記駆動側クラッチ部材および従動側クラッチ部材の他方には、テーパ状の係合面を有する凹部が設けられ、上記凹部は、コイル非通電時に上記凸部を挟持するように分割されて構成されていることを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、駆動側クラッチ部材および従動側クラッチ部材の互いの係合面をテーパ状とし、さらに、凸部の係合面を凹部の係合面により挟持する構成としたので、平面同士が接触する構成と比べて、接触面積が拡大され、摩擦力（係合力）が増大される。これにより、駆動側回転体から従動側回転体への回転力の伝達性能を向上させることができる。そして、駆動側クラッチ部材と従動側クラッチ部材とを係合させる磁石の磁力が小さくても、駆動側回転体から従動側回転体へ確実に回転力を伝達することができる。このため、強力な磁力を有する高価な磁石を使用しなくてもよくなり、コスト低減を図ることができる。また、磁石の小型化を図ることができ、ウォーターポンプ自体の小型化にも貢献できる。しかも、コイル通電にともなう消費電力も低減することができる。
【０００９】
また、駆動側クラッチ部材および従動側クラッチ部材の互いの係合面が係合する際、凹部が分割されると、その分割面間に隙間ができる。このため、その隙間から異物や水分が外部へ排出されやすくなり、それぞれの係合面に付着した異物や水分を取り除くことが可能になる。これにより、異物混入によるそれぞれの係合面の磨耗を抑制することができる。また、水分付着によるスリップ等を防ぐことができ、駆動側回転体から従動側回転体への回転力の伝達効率の低下を抑制することができる。
【００１０】
本発明において、上記凸部の係合面同士のなす角は、上記凹部の係合面同士のなす角よりも大きく設定されていることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、駆動側クラッチ部材および従動側クラッチ部材の互いの係合面が係合する際、楔効果により凸部が凹部にくい込むことで、摩擦力（係合力）がさらに増大される。これにより、駆動側回転体から従動側回転体へ回転力を効率的に伝達できるようになり、ウォーターポンプのさらなる小型化、コスト低減、消費電力の低減等を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、駆動側クラッチ部材および従動側クラッチ部材が平面同士で接触する構成と比べて、駆動側クラッチ部材および従動側クラッチ部材の摩擦力（係合力）が増大されるので、駆動側回転体から従動側回転体への回転力の伝達性能を向上させることができる。その結果、ウォーターポンプの小型化を図ることができ、消費電力も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係るウォーターポンプを示す断面図であって、コイルの通電時の状態を示す図である。
【図２】実施形態に係るウォーターポンプを示す断面図であって、コイルの非通電時の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１５】
この実施形態では、自動車用エンジンに搭載され、エンジンからの駆動力を受けることで作動する車両用ウォーターポンプに本発明を適用した例について説明する。
【００１６】
まず、ウォーターポンプ１０の全体的な構成について、図１を参照して説明する。なお、ウォーターポンプ１０は、回転中心Ｃ１に対して略対称な構成となっているため、図１では、ウォーターポンプ１０の上半分の構成だけを示している。
【００１７】
ウォーターポンプ１０は、例えば、エンジン前面（縦置きエンジンの場合には車両前方側の面、横置きエンジンの場合には車両側方側の面）に配設される。ウォーターポンプ１０は、ウォーターポンプハウジング１１が、エンジン前面側に設けられたタイミングチェーンケース（ケース部材）１２にボルト１３によって一体的に取り付けられている。このウォーターポンプハウジング１１には、コイル１５がブラケット１６を介して取り付けられている。コイル１５は、図示しない配線を通じて制御装置と接続されており、コイル１５に通電を行うことにより、その周囲に磁界を発生するようになっている。
【００１８】
ウォーターポンプ１０は、ウォーターポンププーリ２１が設けられた駆動側回転体２０と、ポンプインペラ（ロータ）３１が設けられた従動側回転体３０とを備えており、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力（トルク）の伝達がクラッチ機構部ＣＬ１を介して行われるように構成されている。駆動側回転体２０および従動側回転体３０は、それぞれウォーターポンプハウジング１１に回転自在に支持されている。
【００１９】
駆動側回転体２０は、ウォーターポンププーリ２１と、駆動側ケーシング２２と、マグネット２３と、駆動側クラッチ部材２４を備えており、これらが水平軸まわりに一体的に回転するように構成されている。駆動側回転体２０は、その水平軸まわりに略回転対称な形状になっている。
【００２０】
ウォーターポンププーリ２１のベルト巻き掛け部２１ａの外周面には、補機ベルト１４が巻き掛けられている。補機ベルト１４は、エンジンのクランクシャフトに取り付けられた図示しないクランクプーリの他、種々の補機類に備えられたプーリに掛け渡されている。このため、エンジンの駆動時には、エンジンのクランクシャフトの回転駆動力が、補機ベルト１４を介して、各補機類に伝達されるとともに、ウォーターポンププーリ２１にも伝達され、このウォーターポンププーリ２１が水平軸まわりに回転するようになっている。
【００２１】
駆動側ケーシング２２は、断面視で略「Ｈ」字状に形成されている。具体的には、駆動側ケーシング２２は、軸方向（回転軸方向）に延びる略円筒状の内側筒部２２ａおよび外側筒部２２ｂと、径方向に延び、内側筒部２２ａおよび外側筒部２２ｂと接続するリング状の径方向部２２ｃとが一体的に設けられている。内側筒部２２ａと外側筒部２２ｂとは、所定の間隔をあけて配置されており、内側筒部２２ａと外側筒部２２ｂとの間に径方向部２２ｃが配置されている。
【００２２】
内側筒部２２ａは、ボールベアリング２５を介して、ウォーターポンプハウジング１１に回転自在に支持されている。外側筒部２２ｂは、ウォーターポンププーリ２１と一体的に設けられている。また、径方向部２２ｃの内部には、リング状のマグネット（永久磁石）２３が埋め込まれている。マグネット２３の磁力は、コイル１５の通電により発生する磁界によってキャンセルされ得る値に設定されている。
【００２３】
駆動側ケーシング２２には、駆動側クラッチ部材２４が保持されている。より詳細には、内側筒部２２ａと外側筒部２２ｂと径方向部２２ｃとによって囲まれた空間２６内に、駆動側クラッチ部材２４が、従動側クラッチ部材３３との間で動力伝達可能な状態で収容されている。駆動側クラッチ部材２４は、周方向に等間隔で複数（例えば８つ）設けられている。
【００２４】
駆動側クラッチ部材２４は、径方向に２分割されたクラッチ板２４ａ，２４ｂがバネ２４ｃにより連結された構成となっている。２つのクラッチ板２４ａ，２４ｂは、ともに、断面視で先端側（図１では左端側）が３角形に形成されている。そして、２つのクラッチ板２４ａ，２４ｂの先端側の互いに向き合う面２４ｅ，２４ｆにより３角形の谷部（凹部）２４ｄを形成するように、２つのクラッチ板２４ａ，２４ｂが配置されている。この谷部２４ｄを形成する面２４ｅ，２４ｆが、従動側クラッチ部材３３と係合する係合面となっており、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ回転力を伝達する伝達面となっている。谷部２４ｄの係合面２４ｅ，２４ｆには、摩擦係数を高くする表面加工が施されている。
【００２５】
バネ２４ｃの付勢力は、２つのクラッチ板２４ａ，２４ｂを互いに近付ける方向に作用している。クラッチ機構部ＣＬ１の切断状態では、バネ２４の付勢力によって２つのクラッチ板２４ａ，２４ｂが接しており、２つのクラッチ板２４ａ，２４ｂの係合面２４ｅ，２４ｆにより形成される谷部２４ｄの角度がαとなっている。
【００２６】
２つのクラッチ板２４ａ，２４ｂは、上記空間２６内において、径方向に移動可能に設けられており、また、先端側が後端側（図１では右端側）よりも僅かだけ大きく開くように傾動可能に設けられている（図２参照）。そして、図２に示すように、クラッチ機構部ＣＬ１の接続状態では、クラッチ板２４ａが径方向外側に移動して外側筒部２２ｂに接するとともに、クラッチ板２４ｂが径方向内側に移動して内側筒部２２ａに接するようになっている。
【００２７】
駆動側ケーシング２２の、内側筒部２２ａと外側筒部２２ｂと径方向部２２ｃとによって囲まれたもう一方の空間２７内には、コイル１５を支持するブラケット１６が収容されている。つまり、マグネット２３を挟んだ軸方向の両側の空間２６，２７に駆動側クラッチ部材２４とコイル１５とがそれぞれ配置されている。なお、駆動側ケーシング２２は、ブラケット１６とは非接触となっている。
【００２８】
従動側回転体３０は、ポンプインペラ３１と、軸部材３２と、従動側クラッチ部材３３と、支持板３４とを備えており、これらが水平軸まわりに一体的に回転するように構成されている。従動側回転体３０は、その水平軸まわりに略回転対称な形状になっている。
【００２９】
ポンプインペラ３１は、タイミングチェーンケース１２の表面に設けられた凹陥部１２ａにより形成されるポンプ渦流室１２ｂに配設されている。このポンプインペラ３１の回転により、ポンプ渦流室１２ｂ内の冷却水がエンジンの冷却水通路に送り出され、これにより冷却水の循環動作が行われるようになっている。
【００３０】
ポンプインペラ３１は、軸部材３２の一方の端部３２ａに一体的に取り付けられている。軸部材３２は、ボールベアリング３５を介して、ウォーターポンプハウジング１１に回転自在に支持されている。また、ポンプインペラ３１とボールベアリング３５との間の領域であって、軸部材３２の外周囲には、環状のメカニカルシール３６が配設されており、このメカニカルシール３６により軸部材３２の外周囲からの冷却水の漏れを防止している。
【００３１】
軸部材３２の他方の端部３２ｂの外周囲には、フランジ部３４ａが設けられており、このフランジ部３４ａには、従動側クラッチ部材３３を支持する支持板３４が取り付けられている。支持板３４は、皿バネとして構成されており、ウォーターポンプ１０の軸方向への変位が可能となっている（図２参照）。
【００３２】
支持板３４の外端部には、リング状の従動側クラッチ部材３３が取り付けられている。従動側クラッチ部材３３は、マグネット（永久磁石）により構成されており、上述したマグネット２３との間に引力が作用するように配置されている。そして、マグネット２３および従動側クラッチ部材３３の磁力は、両者２３，３３間に作用する引力により支持板３４のバネ力に抗して従動側クラッチ部材３３を駆動側クラッチ部材２４に係合させることが可能な値に設定されている。
【００３３】
従動側クラッチ部材３３は、断面視で先端側（図１では右端側）が３角形に形成されている。そして、従動側クラッチ部材３３の先端側の山部（凸部）３３ａの角度がβに設定されている。この山部３３ａを形成する面３３ｂ、３３ｃが、駆動側クラッチ部材２４と係合する係合面となっており、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ回転力を伝達する伝達面となっている。山部３３ａの係合面３３ｂ，３３ｃには、摩擦係数を高くする表面加工が施されている。
【００３４】
上述のように構成されたウォーターポンプ１０において、クラッチ機構部ＣＬ１を介して駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達が行われるようになっている。この実施形態では、クラッチ機構部ＣＬ１は、上記コイル１５、マグネット２３、駆動側クラッチ部材２４、従動側クラッチ部材３３等によって構成されている。
【００３５】
クラッチ機構部ＣＬ１は、コイル１５の通電時には、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達を行わない非伝達状態（切断状態）に切り替わり、ウォーターポンプ１０が停止状態に切り替わる。一方、コイル１５の非通電時には、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達を行う伝達状態（接続状態）に切り替わり、ウォーターポンプ１０が駆動状態に切り替わる。以下、図１、図２を参照して説明する。
【００３６】
まず、コイル１５の通電時、コイル１５の周囲には磁界が発生し、この磁界により、マグネット２３の磁界が打ち消される（もしくは弱められる）。すると、マグネットとしての従動側クラッチ部材３３がマグネット２３側に引き寄せられなくなるので、図１に示すように、支持板３４のバネ力により従動側クラッチ部材３３が駆動側クラッチ部材２４から離間され、駆動側クラッチ部材２４の谷部２４ｄの係合面２４ｅ，２４ｆと、従動側クラッチ部材３３の山部３３ａの係合面３３ｂ、３３ｃとが非接触状態となり、摩擦力が作用しなくなる。これにより、駆動側クラッチ部材２４と従動側クラッチ部材３３との係合が解除される。つまり、クラッチ機構部ＣＬ１が切断状態（解放状態）となる。このため、ウォーターポンププーリ２１が回転しても、駆動側回転体２０が空転し、その回転力が従動側回転体３０へ伝達されなくなり、ウォーターポンプ１０が停止状態になる。
【００３７】
一方、コイル１５の非通電時、コイル１５の周囲に上述のような磁界は発生しないので、マグネット２３の磁界は打ち消されない（もしくは弱められない）。このため、図２に示すように、従動側クラッチ部材３３が支持板３４のバネ力に抗してマグネット２３側に引き寄せられる。そして、駆動側クラッチ部材２４の谷部２４ｄの係合面２４ｅ，２４ｆと、従動側クラッチ部材３３の山部３３ａの係合面３３ｂ、３３ｃとが接触状態となり、摩擦力が作用するようになる。これにより、駆動側クラッチ部材２４と従動側クラッチ部材３３とが係合する。つまり、クラッチ機構部ＣＬ１が接続状態（係合状態）となる。そして、ウォーターポンププーリ２１が回転すると、駆動側回転体２０の回転力がクラッチ機構部ＣＬ１を介して従動側回転体３０へ伝達されるようになり、ウォーターポンプ１０が駆動状態になる。
【００３８】
この実施形態では、図２に示すように、駆動側クラッチ部材２４の谷部２４ｄは、コイル１５の非通電時に従動側クラッチ部材３３の山部３３ａを挟持するように分割されて構成されている。この場合、バネ２４ｃの付勢力により、山部３３ａの係合面３３ｂ，３３ｃが、谷部２４ｄの係合面２４ｅ，２４ｆで挟持されるようになっている。この構成によれば、次のような効果が得られる。
【００３９】
駆動側クラッチ部材２４および従動側クラッチ部材３３が平面同士で接触する構成と比べて、接触面積が拡大され、摩擦力（係合力）が増大される。これにより、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達性能を向上させることができる。そして、駆動側クラッチ部材２４と従動側クラッチ部材３３とを係合させるマグネット２３の磁力が小さくても、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ確実に回転力を伝達することができる。このため、強力な磁力を有する高価な磁石を使用しなくてもよくなり、コスト低減を図ることができる。また、磁石の小型化を図ることができ、ウォーターポンプ１０自体の小型化にも貢献できる。しかも、コイル１５の通電にともなう消費電力も低減することができる。
【００４０】
ここで、従動側クラッチ部材３３の山部３３ａの角度βが、駆動側クラッチ部材２４の谷部２４ｄの角度αよりも大きく設定されているので（β＞α）、谷部２４ｄの係合面２４ｅ，２４ｆと、山部３３ａの係合面３３ｂ、３３ｃとが係合する際、楔効果により山部３３ａが谷部２４ｄにくい込むことで、摩擦力（係合力）がさらに増大される。これにより、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ回転力を効率的に伝達できるようになり、ウォーターポンプ１０のさらなる小型化、コスト低減、消費電力の低減等を図ることができる。
【００４１】
また、駆動側クラッチ部材２４の谷部２４ｄの係合面２４ｅ，２４ｆと、従動側クラッチ部材３３の山部３３ａの係合面３３ｂ、３３ｃとが係合する際、クラッチ部材２４の谷部２４ｄが分割されると、２つのクラッチ板２４ａ，２４ｂ間に隙間２８ができる。このため、この隙間２８から異物や水分が外部へ排出されやすくなり、係合面２４ｅ，２４ｆ，３３ｂ、３３ｃに付着した異物や水分を取り除くことが可能になる。つまり、係合面２４ｅ，２４ｆ，３３ｂ、３３ｃに付着した異物や水分を隙間２８へ寄せ集め、その隙間２８を通して外部へ排出することで、係合面２４ｅ，２４ｆ，３３ｂ、３３ｃの異物堆積を防ぎ、水はけを良好にしている。これにより、異物混入によるそれぞれの係合面２４ｅ，２４ｆ，３３ｂ、３３ｃの磨耗を抑制することができる。また、水分付着によるスリップ等を防ぐことができ、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達効率の低下を抑制することができる。
【００４２】
−他の実施形態−
上記実施形態では、駆動側クラッチ部材２４に谷部（凹部）２４ｄが設けられ、従動側クラッチ部材３３に山部（凸部）３３ａが設けられている例を挙げたが、これとは逆に、駆動側クラッチ部材２４に山部（凸部）を設け、従動側クラッチ部材３３に谷部（凹部）を設ける構成としてもよい。
【００４３】
上記実施形態では、駆動側クラッチ部材２４の谷部２４ｄおよび従動側クラッチ部材３３の山部３３ａの断面形状が３角形である例を挙げたが、これらの断面形状は、テーパ状の係合面を有する凹部および凸部であれば、３角形以外の形状であってもよい。
【００４４】
上記実施形態では、従動側クラッチ部材３３そのものがマグネットとなっている例を挙げたが、別体のマグネットを従動側クラッチ部材３３と一体的に設ける構成としてもよい。
【００４５】
上記実施形態では、自動車用エンジンに搭載され、エンジンからの駆動力を受けることで作動する車両用ウォーターポンプに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車用以外の用途に使用されるウォーターポンプに対しても適用することができる。また、ウォーターポンプの駆動源としてもエンジン（内燃機関）に限定されるものではなく、電動機（電動モータ）から駆動力を受けるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、駆動側回転体から従動側回転体への回転力の伝達をクラッチを介して行うウォーターポンプに利用できる。詳細には、本発明は、小型化を図ることができ、消費電力も低減できるようなウォーターポンプとして有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１０    ウォーターポンプ
１２ｂ    ポンプ渦流室
１５    コイル
２０    駆動側回転体
２３    マグネット
２４    駆動側クラッチ部材
２４ａ，２４ｂ    クラッチ板
２４ｃ    バネ
２４ｄ    谷部（凹部）
２４ｅ，２４ｆ    係合面
３０    従動側回転体
３１    ポンプインペラ
３３    従動側クラッチ部材
３３ａ    山部（凸部）
３３ｂ，３３ｃ    係合面
ＣＬ１    クラッチ機構部
【図１】
2010203406.tif 000003
【図２】
2010203406.tif 000004