(57)【要約】【目的】ウォーターポンプの低速回転では吐出性能を高くし、高速回転では吐出性能を低くできると共に他の部材で吐出性能を低下させないこと。  【構成】放射方向に長溝１２ａが底部円板１２上に複数形成された収納ケース１と、放射方向に羽根摺動長孔２３が形成され且つ収納ケース１上に固定するインペラベース２と、単位羽根板３１が立設された摺動板３２の下面には摺動軸３３が設けられた羽根体３と、両側に切欠き長溝４１が形成され且つ下端に長溝１２ａを摺動する摺動角軸４３が設けられたウェイト４とからなること。収納ケース１内に複数収納されたウェイト４が遠心力を圧縮ばね５で弾発構成し、羽根体３の摺動板３２は各羽根摺動長孔２３に対応しつつ摺動可能に設けられ、摺動軸３３はウェイト４の切欠き長溝４１を摺動可能に設けられ、圧縮ばね５の弾発力にてエンジンの低回転領域には摺動軸３３がインペラベース２の外側に位置するように構成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射方向に長溝が底部円板上に複数形成された収納ケースと、放射方向に複数の羽根摺動長孔が形成され且つ前記収納ケース上に固定するインペラベースと、単位羽根板が立設された摺動板の下面には摺動軸が設けられた羽根体と、両側に切欠き長溝が形成され且つ下端に前記長溝を摺動する摺動角軸が設けられたウェイトとからなり、前記ウェイトが前記収納ケース内に複数収納され、前記ウェイトと該ウェイトが遠心力にて放射方向に摺動する側と前記収納ケースの外側間には圧縮ばねが介在され、前記羽根体の摺動板は前記インペラベースの各羽根摺動長孔に対応しつつ摺動可能に設けられると共に、前記摺動軸は前記ウェイトの切欠き長溝を摺動可能に設けられてなり、前記圧縮ばねの弾発力にてエンジンの低回転領域には前記摺動軸が前記インペラベースの外側に位置するように構成されてなることを特徴とするウォーターポンプにおけるインペラ。
【請求項２】
請求項１において、エンジンの高回転領域には前記ウェイトに加わる圧縮ばねの弾発力に抗して前記摺動角軸が前記長溝を放射方向に外方に摺動すると共に、前記羽根体の摺動板は前記インペラベースの羽根摺動長孔の内側に摺動するように構成されてなることを特徴とするウォーターポンプにおけるインペラ。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記インペラベースの隣接する羽根摺動長孔間の角度よりは、前記両切欠き長溝間の角度が小さくなるように形成されてなることを特徴とするウォーターポンプにおけるインペラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォーターポンプの低速回転では、吐出性能を高くし、高速回転では、吐出性能を低くできると共に、他の部材で吐出性能を低下させないようにしたウォーターポンプにおけるインペラに関する。
なお、本明細書では、ウォーターポンプの吐出性能とは単位回転数あたりの吐出流量のことを意味し、ウォーターポンプの吐出流量とは単位時間あたりのウォーターポンプが吐出する冷却水の流量のことを意味する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の低燃費化に対する要請は益々高まってきている。それに対応するため、車両に搭載された各構成部品の高効率化に対する要望も益々高まってきている。車両に搭載された構成部品の中で、ウォーターポンプはエンジンや各種電子回路やヒータコア等の温度を調整し、最適な温度に保つという大事な機能を有する部品である。
【０００３】
ウォーターポンプには大きく分けて、機械駆動式のウォーターポンプと電気駆動式のウォーターポンプの２種類が存在する。電気駆動式のウォーターポンプは近年採用が増加しつつあるが、価格が高価であるため、使用されている割合としては機械駆動式のウォーターポンプの方が多いというのが現状である。
【０００４】
ウォーターポンプの吐出性能への寄与が大きいものとして羽根部材の外径の大きさが挙げられる。その羽根部材の外径の大きさを可変にすることによってポンプの吐出性能を可変にした文献として特許文献１が挙げられる。特許文献１の羽根部材１３は第１のワックスタイプサーモスタット１５及び第２のワックスタイプサーモスタット１９によって径方向に移動させられるため、羽根部材１３の移動のトリガーとしては冷却水の水温の高低を使用している。
【０００５】
さらに、特許文献１の構成としては次の通りである。羽根部材１３の根元側に円板状のディスク部材１１が配置される。そのディスク部材１１の外周部には９０度間隔に半径方向の切欠溝１１Ａが設けられている。切欠溝１１Ａにはそれぞれ直方体形状の羽根部材１３が径方向に摺動自在に設けられている。羽根部材１３の内周側には棒状のガイドロッド１３Ａが設けられており、ポンプインペラ部材１０の中心近傍まで達している。ディスク部材１１の中心部には内部空間である環状室１１Ｃが形成され、第１のワックスタイプサーモスタット１５が内蔵されている。
【０００６】
ディスク部材１１の切欠溝１１Ａの回転方向の側面の近傍には柱状空間１１Ｂが形成されて、柱状空間１１Ｂを回動中心とするレバー部材１６が設けられる。レバー部材１６の回動中心には戻しばね１７が取り付けられ、レバー部材１６の先端部１６Ｂが係合する羽根部材１３を中心方向（径方向内周側）に付勢している。羽根部材１３の軸方向反対側で、且つディスク部材１１に組み合わさるようにカバー部材１２が配置される。カバー部材１２の中心部にも第２のワックスタイプサーモスタット１９が内蔵されている。
【０００７】
このような構成で、冷却水の水温が低い場合には、第１のワックスタイプサーモスタット１５及び第２のワックスタイプサーモスタット１９共にワックスが収縮するため、戻しばね１７の付勢力によって羽根部材１３は径方向内周側に移動し、羽根部材１３の外径は小さくなる。これにより冷却水の水温が低い場合でのウォーターポンプの吐出性能を低くすることができる。これにより冷却水の水温が低い場合は、無駄仕事が削減される。
【０００８】
逆に、このような構成で、冷却水の水温が高い場合には、第１のワックスタイプサーモスタット１５及び第２のワックスタイプサーモスタット１９共にワックスが膨張するため、戻しばね１７の付勢力よりもワックスの力の方が上回り、羽根部材１３は径方向外周側に移動し、羽根部材１３の外径は大きくなる。これにより冷却水の水温が高い場合のポンプの吐出性能を高くすることができる。これにより冷却水の水温が高い時に懸念されるオーバーヒートが抑制される。
【０００９】
特許文献１では、エンジンの冷却水の水温が低い場合はポンプの吐出性能を低くすることで無駄仕事を削減し、エンジンの冷却水の水温が高い場合ではポンプの吐出性能を高くすることでオーバーヒートを抑制している。しかしながら、特許文献１では次のような課題が残されている。つまり、特許文献１では、冷却水の水温に関連しており、エンジン回転数には関連していないことに重大な問題がある。
【００１０】
一般には、エンジン回転数をトリガーとしてポンプの吐出性能を可変させる場合は、エンジン回転数が低回転領域ではポンプの吐出流量自体が少ないので冷却水の流量を確保するためにポンプの吐出性能を高くし、エンジン回転数が高回転領域ではポンプの吐出流量自体が多いのでキャビテーションを抑制するためにポンプの吐出性能を低くした方が良いとされている。
【００１１】
ところで、特許文献１での羽根部材１３には遠心力が働くため、一般的に考えれば、エンジン回転数が低回転領域では遠心力は小さいため羽根部材１３は中心方向（径方向内周側）に移動し、エンジン回転数が高回転領域では遠心力は大きいため羽根部材１３は径方向外周側に移動する。すると、エンジン回転数が低回転領域ではポンプの吐出性能は一層低くなり、エンジン回転数が高回転領域ではポンプの吐出性能は一層高くなるため、所望の制御と逆となってしまい使用できない重大な欠点が存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平４−３２１７９７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このため、本発明が解決しようとする課題（技術的課題又は目的等）は、遠心力が作用しながらも、エンジン回転数が低回転領域では吐出性能を高くし、エンジン回転数が高回転領域では吐出性能を低くすると共に、確実に動作するようにしたウォーターポンプのインペラの開発を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、放射方向に長溝が底部円板上に複数形成された収納ケースと、放射方向に複数の羽根摺動長孔が形成され且つ前記収納ケース上に固定するインペラベースと、単位羽根板が立設された摺動板の下面には摺動軸が設けられた羽根体と、両側に切欠き長溝が形成され且つ下端に前記長溝を摺動する摺動角軸が設けられたウェイトとからなり、前記ウェイトが前記収納ケース内に複数収納され、前記ウェイトと該ウェイトが遠心力にて放射方向に摺動する側と前記収納ケースの外側間には圧縮ばねが介在され、前記羽根体の摺動板は前記インペラベースの各羽根摺動長孔に対応しつつ摺動可能に設けられると共に、前記摺動軸は前記ウェイトの切欠き長溝を摺動可能に設けられてなり、前記圧縮ばねの弾発力にてエンジンの低回転領域には前記摺動軸が前記インペラベースの外側に位置するように構成されてなることを特徴とするウォーターポンプにおけるインペラとしたことにより、前記課題を解決した。
【００１５】
請求項２の発明を、請求項１において、エンジンの高回転領域には前記ウェイトに加わる圧縮ばねの弾発力に抗して前記摺動角軸が前記長溝を放射方向に外方に摺動すると共に、前記羽根体の摺動板は前記インペラベースの羽根摺動長孔の内側に摺動するように構成されてなることを特徴とするウォーターポンプにおけるインペラとしたことにより、前記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項１又は２において、前記インペラベースの隣接する羽根摺動長孔間の角度よりは、前記両切欠き長溝間の角度が小さくなるように形成されてなることを特徴とするウォーターポンプにおけるインペラとしたことにより、前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明では、エンジン回転数が低回転領域ではインペラを径方向外周側に位置させて、吐出性能を高くでき、エンジン回転数が高回転領域ではインペラを通常とは逆方向の動作である径方向内周側に移動させることにより、ウォーターポンプの吐出性能を低下させることができる。これによりキャビテーションの抑制とウォーターポンプの無駄仕事の削減が達成できる。
【００１７】
また、本発明では、インペラ部分だけで構成されており、インペラ部分以外のウォーターポンプ部分は全く変更する必要が無いため、既存品への適応も容易に行える利点がある。他の部材で吐出性能を低下させないようにできる利点がある。さらに、請求項２及び３の発明においては、請求項１と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）は羽根体全体が最小径となった本発明の斜視図、（Ｂ）は羽根体全体が最大径となっており、且つ左右側が異なる箇所とした本発明の断面図、（Ｃ）はウェイト箇所に左右側の羽根体が遊挿された状態の要部断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の分解斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＰ−Ｐ矢視断面図である。
【図３】（Ａ）は低回転領域における本発明の平面図、（Ｂ）は（Ａ）において圧縮ばねが作用してウェイトが動かない状態図、（Ｃ）は高回転領域における本発明の平面図、（Ｄ）は（Ｃ）において圧縮ばねに対抗しているウェイトが動いている状態図である。
【図４】（Ａ）は本発明の主要部材の斜視図、（Ｂ）は低回転領域における本発明の動作状態図、（Ｃ）は高回転領域となる本発明の動作状態図である。
【図５】（Ａ）は低回転領域における本発明の動作状態図、（Ｂ）は（Ａ）の直後の本発明の動作状態図、（Ｃ）は本発明の動作状態を示す略示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明すると、図１乃至図２は本発明の実施形態図である。本発明のウォーターポンプのインペラは、主に、収納ケース１，インペラベース２，羽根体３，ウェイト４，圧縮ばね５とから構成されている。前記収納ケース１は、中央のボス部１１の下端より外方に底部円板１２が形成され、該底部円板１２の最外周囲に立上り部１３が形成されている。前記ボス部１１と立上り部１３とは同等高さに形成されている。前記底部円板１２は厚肉に形成されると共に、放射状に複数（実施形態では３本）の長溝１２ａが形成されている。
【００２０】
前記ボス部１１と底部円板１２と立上り部１３との収納箇所に、前記ウェイト４及び圧縮ばね５が収納される。前記ボス部１１には、ウォーターポンプの回転軸が挿入固定される。ボス部１１の孔部１１ａと回転軸との固定手段としては、インペラベースと同様に、キー止め若しくは圧入等であるが、キー止めの場合は前記ボス部１１の孔部１１ａ内にキー溝が設けられることもある。
【００２１】
前記インペラベース２は、中央に膨出部２１が形成されつつ周囲は円板部２２が形成され、平面的には前記収納ケース１と同形状をなしている。前記円板部２２には、放射方向に羽根摺動長孔２３が形成されている。該羽根摺動長孔２３を前記羽根体３が摺動するように構成されている。実施形態では、６枚の羽根体３が、円周を等間隔にした６本の羽根摺動長孔２３にそれぞれ設けられている。前記羽根体３の摺動する距離は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ストロークＳとして構成されている。前記インペラベース２が前記収納ケース１の上側に載置されて蓋としての役割をなす。
【００２２】
前記羽根体３は、傾斜形成された単位羽根板３１が方形状の摺動板３２の上面に一体形成されている。該摺動板３２は、前記羽根摺動長孔２３を摺動可能に設けられている。具体的には、前記摺動板３２の両側の摺動側部３２ａ，３２ａが、前記羽根摺動長孔２３の摺動側壁２３ａ，２３ａに摺動（スライド）可能に構成されている。さらに、前記摺動板３２の下面には、摺動軸３３が一体形成されている。
【００２３】
前記ウェイト４は、インペラの回転に応じての遠心力にて放射方向にスライドする部材である。具体的には変形３の字状をなしている。切欠き長溝４１，４１が左右対称に設けられ、平面的に見てハの字状をなしている。この平面的に見た切欠き長溝４１，４１の角度βとする。実施形態では、４５度となっている。両切欠き摺動溝４１，４１の中央には凹部４２が形成され、ここに前記圧縮ばね５が介在される。前記ウェイト４の略中央下側には、断面方形状の摺動角軸４３が設けられている。該摺動角軸４３が前記底部円板１２の長溝１２ａを摺動する。
【００２４】
本発明の動作について説明する。まず、エンジン回転数が低回転領域では圧縮ばね５の弾発力（付勢力）の方がウェイト４の遠心力よりも大きいため、ウェイト４は径方向内周側（中心側）に位置している〔図１（Ｂ），図３（Ａ）及び（Ｂ）参照〕。同時に、そのウェイト４に対応して前記羽根体３は径方向外周側に位置している〔図１（Ｂ），図３（Ａ）及び（Ｂ）参照〕。つまり、前記羽根体３全体の外形円は最大径をなしている。エンジン回転数が低回転領域は元々ウォーターポンプの吐出流量は少ないため、本発明のようにウォーターポンプの吐出性能を高くすることで、冷却水不足を解消できる。
【００２５】
また、エンジン回転数が高回転領域では圧縮ばね５の弾発力（付勢力）よりもウェイト４の遠心力の方が大きくなって、ウェイト４は径方向外周側に位置するようになる〔図３（Ｂ）から（Ｃ）状態〕。すると、ウェイト４の角度βの切欠き長溝４１が図３（Ｂ）において上方に動くと前記羽根体３の摺動軸３３が下方向に動く。この動作は、該摺動軸３３に一体化された羽根体３は、角度αで摺動可能に構成された前記インペラベース２の羽根摺動長孔２３を内方に動く。
【００２６】
この点を、詳細に説明すると、図５（Ａ）に示すように、前記摺動軸３３の外形をかなり太径とし、該摺動軸３３が遊挿されているウェイト４が径方向外周側に移動（実際には遠心力で図５（Ａ）において上側移動）すると、角度βの切欠き長溝４１ゆえに、下方向の力Ｐβとなるが、ここで前記摺動軸３３に固着された前記羽根体３の摺動軸３３は角度αで摺動可能に構成されているために、下方向の力Ｐαとなって角度α方向の下方側に進み、図５（Ｂ）の状態となり、さらにウェイト４が径方向外周側に移動（実際には遠心力で図５（Ｂ）において上側移動）すると、羽根体３は、摺動軸３３は下方向の力Ｐαとなって角度α方向に進む。この様子を単純化すると、図５（Ｃ）の状態である。
【００２７】
また、このような状態を簡略化すると、図４（Ａ）において、遠心力にてウェイト４が向う側に移動すると、同時に羽根体３は手前側に移動するものである。つまり、図４（Ｂ）に示すように、エンジン回転数が低回転領域では圧縮ばね５の弾発力（付勢力）の方がウェイト４の遠心力よりも大きくなっており、前記羽根体３は径方向外周側に位置している。このとき前記インペラベース２の中心から摺動軸３３までの距離は最大でＬ０となっている〔図４（Ｂ）参照〕。そして、高回転領域となると、圧縮ばね５の弾発力（付勢力）よりもウェイト４の遠心力の方が大きくなって、ウェイト４は径方向外周側に位置するようになる〔図４（Ｂ）から（Ｃ）状態〕。
【００２８】
同時に、摺動軸３３はβ角度の下方向と共に、羽根体３は角度αの下方向に進み、図４（Ｃ）の状態となり、該羽根体３は中心側に移動し、前記羽根体３全体の外形円は最小径をなす。このとき前記インペラベース２の中心から摺動軸３３までの距離は少ない距離Ｌ´〔図４（Ｃ）参照〕となる。このようにエンジン回転数が高回転領域では、ウォーターポンプの吐出性能を低くすることで、キャビテーションを回避できる。
【００２９】
ウォーターポンプの吐出性能を変更させる回転数となる所望の回転数を変更するためにはウェイト４の重さを変更するか、或いは圧縮ばね５のスプリングの強さを変えさえすれば良い。つまり、ウェイト４の重さや圧縮ばね５のスプリングの強さを適宜変更することで、ウォーターポンプの吐出性能の変更も容易にできる。
【符号の説明】
【００３０】
１…収納ケース、１２…底部円板、１２ａ…長溝、２…インペラベース、
２３…羽根摺動長孔、３…羽根体、３１…単位羽根板、３２…摺動板、３３…摺動軸、
４…ウェイト、４１…切欠き長溝、４３…摺動角軸、５…圧縮ばね。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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