(57)【要約】【課題】ポンプ損失や機械的損失が少なく安価で高効率のウォータポンプを提供する。【解決手段】ウォータポンプ１は、外部からの駆動力によって回転し、当該駆動力を出力する第１ギア１２を一体に備えた第１シャフト６と、第１シャフト６を回転自在に保持するポンプカバー１４と、第１ギア１２よりも歯数が少なく且つ第１ギア１２と噛合する第２ギア２２と、回転により冷却水を流動させるインペラと２６を一体に備えた第２シャフト２４と、第１ギア１２と第２ギア２２とを収容するギア室４２をポンプカバー１４との間で形成するようにポンプカバー１４に接合されたハウジング３４とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの駆動力によって回転し、当該駆動力を出力する第１ギアを一体に備えた第１シャフトと、
前記第１シャフトを回転自在に保持するポンプカバーと、
前記第１ギアよりも歯数が少なく且つ前記第１ギアと噛合する第２ギアと、回転により冷却水を流動させるインペラとを一体に備えた第２シャフトと、
前記第１ギアと前記第２ギアとを収容するギア室を前記ポンプカバーとの間で形成するように前記ポンプカバーに接合されたハウジングとを備えたウォータポンプ。
【請求項２】
前記インペラが配置された渦室と前記ギア室とを連通させて、前記インペラの回転によって吐出される前記渦室の冷却水の一部を前記ギア室との間で流通させる第１通路と、
前記ギア室にある前記冷却水が前記第１シャフトを伝って前記ギア室の外に漏れないように、前記第１シャフトと前記ポンプカバーとの間に配設されるメカニカルシールをさらに備えた、請求項１に記載のウォータポンプ。
【請求項３】
前記第２シャフトは、前記ハウジングに形成された貫通孔を貫通して前記ギア室から前記渦室に亘って延在し、前記第２シャフトの両端は第１ブッシュと第２ブッシュとに回転自在に支持されており、
前記第１通路は、前記第２シャフトと前記貫通孔との隙間である請求項２に記載のウォータポンプ。
【請求項４】
前記ギア室と前記渦室とを連通させて前記冷却水を流通させる、前記第１通路とは別の第２通路をさらに備えた請求項２又は３に記載のウォータポンプ。
【請求項５】
前記第２シャフトの前記第１通路を構成する部分と前記貫通孔の少なくとも一方に溝を形成した請求項３に記載のウォータポンプ。
【請求項６】
前記第２シャフトと前記インペラとが樹脂により一体的に形成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載のウォータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを冷却するために冷却水を循環させるウォータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンは、作動時の燃焼による発熱から自身を保護しつつ性能を維持するため、冷却水を循環させて温度の上昇を防いでいる。冷却水はウォータポンプにより循環される。ウォータポンプにおいては、ベルトを介して伝達されたエンジンのクランクシャフトの回転駆動力によりシャフトが回転し、シャフトの先端に取り付けられたインペラが回転することにより冷却水をエンジンに向けて圧送する。
【０００３】
特許文献１においては、ベルトを介して伝達されたエンジンのクランクシャフトの回転駆動力がプーリからプーリブラケットに伝達され、プーリブラケットに取り付けられたシャフトが回転することにより、シャフト先端のインペラが回転して冷却水を圧送するウォータポンプが開示されている。該ウォータポンプにおいては、圧送される冷却水がシャフトを伝って漏出しないように、シャフトの外周には環状のメカニカルシールが備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６９７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のウォータポンプにおいては、クランクシャフトの回転駆動力が伝達されるプーリとインペラとが同じシャフトに取り付けられているため、エンジンの回転数とインペラの回転数とは常に同期する。従って、エンジンの回転数が高いときはインペラの回転数も高くなり、メカニカルシールの摺動部は高速で摺動する。そのため、エンジンの高回転時においては、インペラの直近に備えられたメカニカルシールは摺動部の摩耗によってシール性が悪化し、水漏れが発生するおそれがあった。また、インペラを高回転数で使用する場合には、ベアリングの転がり寿命を確保するために、大型のベアリングを使用する必要があるが、この場合は転がり抵抗の増大や、コスト増に繋がるおそれがあった。さらに、大型のベアリングとメカニカルシールを備えていることにより、特にインペラの高速回転時にはベアリングとメカニカルシールとはいずれもフリクションが大きくなる。そのため、長期間にわたる使用においては、ベアリングの転がり摩耗による回転時のシャフトの振れ回りやメカニカルシールの摩耗のよる水漏れが発生してウォータポンプの信頼性が低下すると共に、これらの機械的損失によってウォータポンプの作動効率が低下し、燃費悪化につながるおそれもあった。
【０００６】
上記問題に鑑み、本発明は、ポンプ損失や機械的損失が少なく安価で高効率のウォータポンプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るウォータポンプの特徴構成は、外部からの駆動力によって回転し、当該駆動力を出力する第１ギアを一体に備えた第１シャフトと、前記第１シャフトを回転自在に保持するポンプカバーと、前記第１ギアよりも歯数が少なく且つ前記第１ギアと噛合する第２ギアと、回転により冷却水を流動させるインペラとを一体に備えた第２シャフトと、前記第１ギアと前記第２ギアとを収容するギア室を前記ポンプカバーとの間で形成するように前記ポンプカバーに接合されたハウジングとを備えた点にある。
【０００８】
このような特徴構成とすれば、第１シャフトの回転数よりもインペラを備えた第２シャフトの回転数の方が高くなるので、エンジンの低回転時においても多量の冷却水を吐出することができる。逆に言うと、冷却水で必要な吐出量を得るためのエンジン回転数を低く抑えることができる。また、高回転時においても、従来のウォータポンプと比較して多量の冷却水を循環させることができるので、エンジンの温度上昇を効果的に防止することができる。また、第１ギアと第２ギアのギア比を変えるだけで、エンジン回転数に対するインペラ回転数を変えることができるので、所望の回転数でインペラを回転させることができ、所望の量の冷却水を吐出することが可能になる。さらに、インペラの回転数に関する仕様が変更された場合であっても、第１ギアと第２ギアのギア比だけを変更し、それ以外の部品を共通にして対応することができるので、ウォータポンプのコストを低減することができる。
【０００９】
本発明に係るウォータポンプにおいては、前記インペラが配置された渦室と前記ギア室とを連通させて、前記インペラの回転によって吐出される前記渦室の冷却水の一部を前記ギア室との間で流通させる第１通路と、前記ギア室にある前記冷却水が前記第１シャフトを伝って前記ギア室の外に漏れないように、前記第１シャフトと前記ポンプカバーとの間に配設されるメカニカルシールをさらに備えると好適である。
【００１０】
通常ウォータポンプはエンジンに取り付けられるので、エンジンの作動に伴いウォータポンプ自体の温度も高くなる。特に、回転により摺動が連続する第１ギア、第２ギア、メカニカルシールの温度は高くなりやすい。ギアやメカニカルシールの温度が高くなると発熱による摩耗が発生し、表面が荒れてしまう。また、メカニカルシールにおいては、摩耗によりシール性能が低下するおそれがある。しかし、このような構成とすれば、インペラの回転に伴い、冷却水が第１通路を通ってギア室の内部が冷却水で満たされるので、第１ギア、第２ギア、メカニカルシールの温度を下げることができ、発熱による摩耗を抑制すると共に、長寿命化を実現することができる。また、冷却水が潤滑剤の役割も果たすので、ギアやメカニカルシールの摩耗をさらに抑制し、さらなる長寿命化を実現することができる。
【００１１】
このような構成とすれば、上述したように、冷却水で必要な吐出量を得るためのエンジン回転数を低く抑えることができる。エンジン回転数を低く抑えることで、必要な吐出量を得るための第１シャフトの回転数を低く抑えることができる。第１シャフトの回転数が低いと、メカニカルシールのフリクションを低減することができ、メカニカルシールの長寿命化を実現することができると共に、回転時にメカニカルシールから発生する異音である「鳴き」を抑制することもできる。また、フリクション低減によりウォータポンプの作動効率を高めることができ、燃費低減に貢献することができる。
【００１２】
さらに、第１シャフトの回転数が低いと、ベアリングのフリクションを低減することができるので、第１シャフトをスムーズに回転させるベアリングに小型ベアリングを用いてもベアリングの転がり寿命を確保することができる。従って、ベアリングのフリクションを低減することができると共に、ベアリングのコストダウンを図ることができる。また、ベアリングの転がり抵抗低減によるフリクション低減により、ウォータポンプの作動効率の向上と、燃費低減を実現することができる。
【００１３】
本発明に係るウォータポンプにおいては、前記第２シャフトは、前記ハウジングに形成された貫通孔を貫通して前記ギア室から前記渦室に亘って延在し、前記第２シャフトの両端は第１ブッシュと第２ブッシュとに回転自在に支持されており、前記第１通路は、前記第２シャフトと前記貫通孔との隙間であると好適である。
【００１４】
第２シャフトを両端支持の構成にすることにより、シャフトの振れ回りを起こすことなく、安定して滑らかに回転させることができると共に、第２シャフトの中央部にベアリング等の軸支部材を設ける必要がないので、第１通路のようなシャフトに沿った通路を容易に形成することができる。
【００１５】
本発明に係るウォータポンプにおいては、前記ギア室と前記渦室とを連通させて前記冷却水を流通させる、前記第１通路とは別の第２通路をさらに備えると好適である。
【００１６】
第２通路を設けることにより、渦室、第１通路、ギア室、第２通路を冷却水が一方向に流通して循環する。その結果、ギアやメカニカルシールを冷却して高温になったギア室の冷却水は渦室に還流される。そして、温度の低い新たな冷却水が渦室からギア室に流入する。このように、ギア室の冷却水の温度が高温になってもその状態が続くことがなく、常に新たな冷却水がギア室に流入するので、冷却水によるギアやメカニカルシールの冷却効果や潤滑効果を継続的に得ることができる。
【００１７】
本発明に係るウォータポンプにおいては、前記第２シャフトの前記第１通路を構成する部分と前記貫通孔の少なくとも一方に溝を形成すると好適である。
【００１８】
ウォータポンプにおいて、同じ冷却水を長期間使用すると、ベアリングやメカニカルシール、ギア、ブッシュ等において摺動による摩耗が発生し、摩耗粉が冷却水と共に流通する場合がある。また、何らかの原因で冷却水の中に異物が混入してしまうこともありうる。そのような摩耗粉や異物が冷却水と共に流通すると、ウォータポンプやラジエータ、エンジンの故障の原因になるおそれがある。しかし、このような構成とすれば、第１通路を流通する冷却水の流速と比較して溝にある冷却水の流速は遅いので、冷却水が第１通路を流通する途中で溝に入り込んだ摩耗粉や異物を溝に留まらせることができる。それにより、冷却水中の摩耗粉や異物を取り除き、予期せぬ故障等を未然に防止することができる。
【００１９】
本発明に係るウォータポンプにおいては、前記第２シャフトと前記インペラとが樹脂により一体的に形成されていると好適である。
【００２０】
通常、インペラはシャフトに圧入して固定される。シャフトのうちインペラを圧入する箇所においては、圧入時の強度を確保するため、その部分のシャフトの外径を他の部分の外径より大きくしている。また、インペラが回転して多量の冷却水を流通させるためには、羽根の大きさは大きい方がよい。しかし、ウォータポンプの大きさの制約からインペラ全体の外径が決められている場合、シャフトのインペラを圧入する箇所の外径が大きくなると、相対的に羽根の大きさが小さくなってしまい、必要な量の冷却水を吐出するためには、インペラの回転数を高めなければならない。インペラの回転数が高くなると、第１ブッシュ、第２ブッシュ、第２ギア等の摺動部品で発生する発熱や摩耗が多くなり、不具合を引き起こすおそれがある。
【００２１】
しかし、第２シャフトとインペラを樹脂により一体成形すると、インペラを第２シャフトに圧入する必要がないので、インペラを形成した箇所における第２シャフトの外径を他の箇所の外径と同等に小さくすることができる。その結果、インペラ全体の外径を変えることなく、羽根の面積を大きくすることができる。これにより、より多くの冷却水を吸入して吐出することができるので、ウォータポンプの吐出能力を向上させることができ、結果的にインペラの回転数を抑え、摺動部品の摩耗を抑制することができる。また、圧入工程がなくなり組立工数が低減されるので、ウォータポンプのコストダウンを実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係るウォータポンプの構造を表す縦断面図である。
【図２】第１実施形態の変形例に係るウォータポンプの第１通路の構造を表す部分拡大断面図である。
【図３】第１実施形態の別の変形例に係るウォータポンプの構造を表す縦断面図である。
【図４】第２実施形態に係るウォータポンプの構造を表す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
１．第１実施形態
〔ウォータポンプの構造〕
以下、本発明に係るウォータポンプ１の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るウォータポンプ１の構造を表す縦断面図である。図１に示すように、ウォータポンプ１は、プーリ２、第１シャフト６、ベアリング８、第１ギア１２、第２ギア２２、第２シャフト２４、インペラ２６、ポンプカバー１４、第１ハウジング３４、第２ハウジング３８、プレート４８を備えて構成される。第１ハウジング３４はハウジングの一例である。
【００２４】
プーリ２は、外径の異なる２種類の円筒が積層された形状を有している。それぞれの円筒は共通の軸心Ｘを有する。大きい円筒の外周面には滑り止めの溝が形成され、不図示のベルトが巻回されている。ベルトは不図示のエンジンのクランクシャフトの回転軸に亘って巻回されており、これによりクランクシャフトの回転駆動力をプーリ２に伝達し、クランクシャフトとプーリ２とは同期回転する。
【００２５】
小さい円筒の内周面には、第１シャフト６の一方の端部が圧入されている。第１シャフト６は鉄系の棒材を切削加工することにより形成される。第１シャフト６の軸心は軸心Ｘと同軸心である。第１シャフト６は３種類の外径を有しており、プーリ２に圧入された一方の端部から他方の端部に向かうにつれて外径が段階的に小さくなっている。プーリ２に圧入された端部を含む箇所が第１部分６ａ、第１部分６ａよりも小さい外径を有する箇所が第２部分６ｂ、第２部分６ｂよりも小さい外径を有する箇所が第３部分６ｃである。
【００２６】
第２部分６ｂ寄りの第１部分６ａには表面に環状の溝８ａ、８ａが２箇所形成されており、その溝８ａに沿って周方向全体に亘って転動体（玉）８ｂが配設され、転動体８ｂの外側には外輪８ｃが取り付けられている。外輪８ｃはポンプカバー１４に圧入されることにより固定され、溝８ａ、転動体８ｂ、外輪８ｃによりベアリング８が形成されている。すなわち、溝８ａが設けられた第１シャフト６がベアリング８の内輪を兼ねており、これにより第１シャフト６はポンプカバー１４に対して回転自在に保持されている。なお、本実施形態においては、第１シャフト６に溝８ａを設けてベアリング８を構成したが、外輪、内輪、転動体、リテーナを備えた通常のボールベアリングを第１シャフト６に圧入して使用することができるのは言うまでもない。
【００２７】
第２部分６ｂには、回転側が第２部分６ｂに圧入され、固定側がポンプカバー１４に圧入された状態で構成されたメカニカルシール１０が配設されている。さらに、第３部分６ｃには、外歯歯車である第１ギア１２が取り付けられている。第１ギア１２は、ボルトによって第３部分６ｃの先端に固定されている。第１ギア１２の軸心は軸心Ｘと同軸心であり、第１ギア１２は燒結金属から形成されている。プーリ２にクランクシャフトから回転駆動力が印加されると、第１シャフト６と第１ギア１２は、プーリ２の回転と同期して回転し、第１ギア１２は回転駆動力を出力する。第１ギア１２は、ポンプカバー１４と、ポンプカバー１４との間に環状シール１６を配設することにより液密が維持されるように接合された第１ハウジング３４とにより形成された空間であるギア室４２に配設されている。第３部分６ｃの端部は第１ギア１２が取り付けられているためベアリング等によって支持されておらず、自由端となっている。
【００２８】
ギア室４２には、第１ギア１２と噛合するように第２ギア２２が第２シャフト２４に取り付けられている。第２ギア２２は第１ギア１２より歯数が少なく、例えば、第１ギア１２と第２ギア２２のギア比は２／１である。第２ギア２２も焼結金属により形成されている。第２ギア２２は、第２シャフト２４と一体となって回転する。第２ギア２２と第２シャフト２４は共通の軸心Ｙを有する。
【００２９】
第２シャフト２４は、その一方の端部が樹脂製の第１ブッシュ２８に保持されており、第１ハウジング３４に形成された断面が円形の貫通孔３２を貫通し、他方の端部が第２ブッシュ３０に保持されている。第２シャフト２４は鉄系の棒材を切削加工することにより形成される。第１ブッシュ２８と第２ブッシュ３０とは、潤滑性のよい樹脂で形成されている。貫通孔３２、第１ブッシュ２８、第２ブッシュ３０の軸心はいずれも軸心Ｙと同軸心である。第２シャフト２４は、４種類の外径を有している。第１ブッシュ２８に保持された第１部分２４ａは外径が最も小さく、続く第２部分２４ｂはやや外径が大きくなっており、第１部分２４ａ寄りの箇所にはネジ溝が形成されている。第２ギア２２は、その両側をワッシャで挟まれてナットで締結されることにより、第２部分２４ｂに固定されている。
【００３０】
第２部分２４ｂに続く第３部分２４ｃは第２部分２４ｂよりも外径が大きくなっている。第３部分２４ｃは貫通孔３２と対向する部分であり、第３部分２４ｃと貫通孔３２との間には、冷却水が流通可能な隙間が形成される。当該隙間を第１通路４４と称する。第１通路４４を冷却水が流通することにより、ギア室４２全体は冷却水で満たされている。
【００３１】
第３部分２４ｃに続く第４部分２４ｄは、第３部分２４ｃよりも大幅に外径が大きくなっている。第４部分２４ｄにはインペラ２６が圧入されている。第４部分２４ｄの外径が他と比べて大きくなっているのは、インペラ２６の圧入強度を確保するためである。第４部分２４ｄに続く第５部分２４ｅは第２部分２４ｂと同じ外径を有している。第５部分２４ｅは第２ブッシュ３０に保持される部分である。第１ブッシュ２８はポンプカバー１４に形成された凹部に挿入されており、第２ブッシュ３０はプレート４８に形成された凹部に挿入されている。
【００３２】
このように、第２シャフト２４を両端支持の構成にすることにより、シャフトの振れ回りを起こすことなく、安定して滑らかに回転させることができると共に、第２シャフト２４の中央部にベアリング等の軸支部材を設ける必要がないので、第１通路４４のような第２シャフト２４に沿った通路を容易に形成することができる。
【００３３】
第１ハウジング３４に対してポンプカバー１４と反対側に環状シール４０を配設することにより、第１ハウジング３４と第２ハウジング３８が液密に接合されている。また、第２ハウジング３８に対して第１ハウジング３４と反対側に環状シール５２を配設することにより、第２ハウジング３８とプレート４８が液密に接合されている。すなわち、ポンプカバー１４、第１ハウジング３４、第２ハウジング３８、プレート４８は、それぞれ隣接する部材との間では液密な状態で接合されている。
【００３４】
第１ハウジング３４と第２ハウジング３８により渦室５０が形成されている。プレート４８は第２ブッシュ３０を保持する箇所以外は大きく開口して渦室５０と連通しており、冷却水を渦室５０に流入させる。
【００３５】
インペラ２６は、渦室５０に配設されている。インペラ２６は第２ギア２２、第２シャフト２４と一体となって回転する。インペラ２６は複数枚の羽根を有しており、インペラ２６が回転することにより、プレート４８の側から流入した冷却水を吐出する。第１ハウジング３４と第２ハウジング３８には、吐出された冷却水がエンジンに向けて流出する不図示の通路が形成されている。
【００３６】
第１ハウジング３４には、貫通孔３２とは別の貫通孔による第２通路４６が形成され、ギア室４２と渦室５０とを連通させている。第１通路４４と第２通路４６とを形成することにより、渦室５０とギア室４２との間で冷却水を循環させることができる。すなわち、冷却水は、渦室５０、第１通路４４、ギア室４２、第２通路４６を一方向に流れて循環する。
【００３７】
本実施形態においては、第２ハウジング３８とプレート４８をウォータポンプ１の構成部品として扱ったが、必ずしもウォータポンプ１がこれらの部品を備えている必要はない。第２ハウジング３８とプレート４８の替わりにエンジン側が同様の形状に加工され、第１ハウジング３４をエンジンに当接させてウォータポンプ１を取り付けたときに、ウォータポンプ１が同等の機能を発揮できるように構成されていてもよい。
【００３８】
〔ウォータポンプの動作〕
エンジンが作動し、クランクシャフトが回転すると、クランクシャフトの一端にあるクランクシャフトプーリに巻回されたベルトが回転し、クランクシャフトの回転駆動力がプーリ２に伝達される。プーリ２が回転すると第１シャフト６が回転し、第１ギア１２に回転駆動力が伝達され、第１ギア１２が回転する。第１ギア１２が回転すると、その回転は第２ギア２２に伝達され、第２ギア２２が連れ回りする。第２ギア２２が回転すると第２シャフト２４を介してインペラ２６が回転する。
【００３９】
第１ギア１２と第２ギア２２とのギア比の関係により、第１シャフト６の回転数よりも第２シャフト２４の回転数の方が高くなる。インペラ２６が回転すると、プレート４８の側から冷却水が渦室５０に流入しインペラ２６の回転により吐出され、ほとんどの冷却水はエンジンに向けて圧送される。
【００４０】
インペラ２６が回転する直前では、第１通路４４、ギア室４２、第２通路４６は既に冷却水で満たされている。そして、インペラ２６が回転すると、その吐出圧力により、渦室５０内の冷却水の一部が第１通路４４を通ってギア室４２に流入し、それにより、ギア室４２に溜まっている冷却水が第２通路４６を通って渦室５０に還流する。若しくは、渦室５０内の冷却水の一部が第２通路４６を通ってギア室４２に流入し、それにより、ギア室４２に溜まっている冷却水が第１通路４４を通って渦室５０に還流する。
【００４１】
このように、ウォータポンプ１の作動時には、第１シャフト６の回転数よりもインペラ２６を備えた第２シャフト２４の回転数の方が高くなるので、エンジンの低回転時においても多量の冷却水を吐出することができる。また、高回転時においても、従来のウォータポンプ１と比較して多量の冷却水を循環させることができるので、エンジンの異常な温度上昇を効果的に防止することができる。また、第１ギア１２と第２ギア２２のギア比を変えるだけで、エンジン回転数に対するインペラ２６の回転数を変えることができるので、所望の回転数でインペラ２６を回転させることができ、所望の量の冷却水を吐出することが可能になる。さらに、インペラ２６の回転数に関する仕様が変更された場合であっても、第１ギア１２と第２ギア２２のギア比だけを変更し、それ以外の部品を共通にして対応することができるので、ウォータポンプ１のコストを低減することができる。
【００４２】
本実施形態の構成とすれば、必要な吐出量を得るための第１シャフト６の回転数を低く抑えることができる。第１シャフト６の回転数が低いと、メカニカルシール１０のフリクションを低減することができ、メカニカルシール１０の長寿命化を実現することができると共に、回転時にメカニカルシール１０から発生する異音である「鳴き」を抑制することもできる。また、フリクション低減によりウォータポンプ１の作動効率を高めることができ、燃費低減に貢献することができる。
【００４３】
さらに、第１シャフト６の回転数が低いと、ベアリング８のフリクションを低減することができるので、第１シャフト６をスムーズに回転させるベアリング８に小型ベアリングを用いてもベアリング８の転がり寿命を確保することができる。従って、ベアリング８のフリクションを低減することができると共に、ベアリング８のコストダウンを図ることができる。また、ベアリング８の転がり抵抗低減によるフリクション低減により、ウォータポンプ１の作動効率の向上と、燃費低減を実現することができる。
【００４４】
通常ウォータポンプ１はエンジンに取り付けられるので、ウォータポンプ１自体の温度も高くなる。特に、回転により摺動が連続する第１ギア１２、第２ギア２２、メカニカルシール１０の温度は高くなりやすい。第１ギア１２、第２ギア２２、メカニカルシール１０の温度が高くなると発熱による摩耗が発生し、表面が荒れてしまう。また、メカニカルシール１０においては、摩耗によりシール性能が低下するおそれがある。しかし、本実施形態の構成とすれば、インペラ２６の回転に伴い、冷却水が第１通路４４を通ってギア室４２の内部が冷却水で満たされるので、第１ギア１２、第２ギア２２、メカニカルシール１０の温度を下げることができ、発熱による摩耗を抑制し、長寿命化を実現することができる。また、冷却水が潤滑剤の役割も果たすので、第１ギア１２、第２ギア２２、メカニカルシール１０の摩耗をさらに抑制し、さらなる長寿命化を実現することができる。
【００４５】
第１ギア１２、第２ギア２２、メカニカルシール１０を冷却して高温になったギア室４２の冷却水は第１通路４４若しくは第２通路４６を通って渦室５０に還流される。そして、温度の低い新たな冷却水が渦室５０からギア室４２に流入する。このように、ギア室４２の冷却水の温度が高温になってもその状態が続くことがなく、常に新たな冷却水がギア室４２に流入するので、冷却水による第１ギア１２、第２ギア２２、メカニカルシール１０の冷却効果や潤滑効果を継続的に得ることができる。
【００４６】
２．第１実施形態の変形例
次に、本発明に係るウォータポンプ１の第１実施形態の変形例を図面に基づいて説明する。図２に示すように、本変形例においては、第２シャフト２４の内、第１通路４４を構成する箇所において、周方向に沿って複数の溝３６が形成されている点が第１実施形態と異なり、他の点は同じである。
【００４７】
ウォータポンプ１において、同じ冷却水を長期間に亘って使用すると、ベアリング８やメカニカルシール１０、第１ギア１２、第２ギア２２、第１ブッシュ２８、第２ブッシュ３０等において摺動による摩耗が発生し、発生した摩耗粉は冷却水と共に流通する。また、何らかの原因で冷却水の中に異物が混入してしまうこともありうる。そのような摩耗粉や異物が冷却水と共に流通すると、ウォータポンプ１や不図示のラジエータ、エンジンの故障の原因になるおそれがある。
【００４８】
しかし、溝３６を第２シャフト２４に設けると、第１通路４４を流通する冷却水の流速と比較して溝３６にある冷却水の流速は遅いので、冷却水が第１通路４４を流通する途中で溝３６に入り込んだ摩耗粉や異物を溝３６に留まらせることができる。それにより、冷却水中の摩耗粉や異物を取り除き、予期せぬ故障等を未然に防止することができる。このとき、図２に示すように、溝３６の深さを第１通路４４の径方向の幅よりも深くすると、より確実に摩耗粉や異物を溝３６内に留まらせることができる。
【００４９】
本変形例においては、溝３６を第２シャフト２４に形成したが、溝３６は、貫通孔３２に形成されてもよい。貫通孔３２に溝３６を形成する加工は、第２シャフト２４に溝３６を加工するよりも複雑であるが、貫通孔３２はそれ自身回転しないので、摩耗粉や異物をより確実に溝３６に留まらせることができる。当然ながら、第２シャフト２４と貫通孔３２の両方に溝３６を設けてもよいことは言うまでもない。
【００５０】
次に、本発明に係るウォータポンプ１の第１実施形態の別の変形例を図面に基づいて説明する。図３に示すように、本変形例においては、第２シャフト２４とインペラ２６とが樹脂により一体成形されている点が第１実施形態と異なり、他の点は同じである。
【００５１】
第１実施形態において説明したように、インペラ２６は通常、第２シャフト２４に圧入して固定される。第２シャフト２４のうちインペラ２６を圧入する箇所である第４部分２４ｄにおいては、圧入時の強度を確保するため、その部分のシャフトの外径を他の部分の外径より大きくしている。また、インペラ２６が回転して多量の冷却水を流通させるためには、羽根の大きさは大きい方がよい。しかし、ウォータポンプ１の大きさに制約がある場合、インペラ全体の外径は必然的に決まってしまう。そのため、第４部分２４ｄの外径が大きくなると、相対的に羽根の大きさが小さくなってしまい、必要な量の冷却水を吐出するためにインペラ２６の回転数を高めなければならい。インペラ２６の回転数が高くなると、第１ブッシュ２８、第２ブッシュ３０、第２ギア２２等の摺動部品で発生する発熱や摩耗が多くなり、不具合を引き起こすおそれがある。
【００５２】
しかし、第２シャフト２４とインペラ２６を樹脂により一体成形すると、インペラ２６を第２シャフト２４に圧入する必要がないので、第４部分２４ｄの外径を他の箇所の外径と同等に小さくすることができる。その結果、インペラ２６全体の外径を変えることなく、羽根の面積を大きくすることができる。これにより、より多くの冷却水を吸入して吐出することができるので、ウォータポンプ１の吐出能力を向上させることができ、結果的にインペラ２６の回転数を抑え、摺動部品の摩耗を抑制することができる。また、組立工数が低減されるので、ウォータポンプ１のコストダウンにも繋がる。
【００５３】
３．第２実施形態
以下、本発明に係るウォータポンプ１の第２実施形態を図面に基づいて説明する。図４は、本実施形態に係るウォータポンプ１の構造を表す縦断面図である。本実施形態においては、メカニカルシール１０の配設位置が第１シャフト６ではなく第２シャフト２４である点、及び第２通路４６が形成されていない点が第１実施形態とは異なっており、その他の構造は同じである。よって、本実施形態の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。
【００５４】
本実施形態においては、メカニカルシール１０が第２シャフト２４に取り付けられており、又、第２通路４６が形成されていないので、渦室５０の冷却水がギア室４２に流入して、第１ギア１２、第２ギア２２を冷却したり、潤滑したりすることはない。潤滑性の確保については、第１ギア１２と第２ギア２２の組み立て時にオイルを差すことにより実現できる。
【００５５】
本実施形態においては、第２シャフト２４にメカニカルシール１０が取り付けられているので、メカニカルシール１０によるフリクションは第１シャフト６にメカニカルシール１０が取り付けられた第１実施形態と比べて大きくなる。ベアリング８のフリクション低減の程度は第１実施形態と同じである。
【００５６】
本実施形態においては、第２シャフト２４は、第１ブッシュ２８、第２ブッシュ３０により両端を支持され、メカニカルシール１０により中央部を支持されているが、第２シャフト２４を十分支持できるのであれば、第２ブッシュ３０をなくして、第１ブッシュ２８とメカニカルシール１０で第２シャフト２４を支持するようにしてもよい。この場合は、プレート４８も不要になる。また、可能であれば、第１ブッシュ２８もなくして、メカニカルシール１０のみで第２シャフト２４を支持するようにしてもよい。
【００５７】
さらに、第２実施形態からメカニカルシール１０のみをなくして、第１ブッシュ２８と第２ブッシュ３０とで第２シャフト２４を支持するような構成としてもよい。この場合は、第２シャフト２４と貫通孔３２との隙間を可能な限り小さくして、すなわち第１通路４４を極力狭くして、冷却水がギア室４２に流入するのを防ぐ必要がある。しかし、メカニカルシール１０がないので、第１通路４４がわずかな隙間であったとしても、渦室５０の冷却水の一部がギア室４２に流入する。このとき、第１シャフト６にはメカニカルシール１０が取り付けられていないため、ギア室４２に流入した冷却水がベアリング８内に浸入するおそれがある。そこで、ギア室４２に不図示のドレインポケットを設ければ、ギア室４２に流入した冷却水を回収して、ベアリング８に冷却水が浸入することを抑制することができる。
【００５８】
ドレインポケットはメカニカルシール１０がない場合だけでなく、メカニカルシール１０が第２シャフト２４に取り付けられた場合に設けられていてもよい。これにより、メカニカルシール１０のシール性が低下するなどの理由でメカニカルシール１０内を流通してギア室４２に冷却水が流入した場合であっても、ドレインポケットで冷却水を回収できるので、ベアリング８の内部に冷却水が浸入するのを抑制することができる。
【００５９】
上述した実施形態及び変形例のそれぞれの構成は、可能な限り、組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、エンジンを冷却するために冷却水を循環させるウォータポンプに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１        ウォータポンプ
６        第１シャフト
１０      メカニカルシール
１２      第１ギア
１４      ポンプカバー
２２      第２ギア
２４      第２シャフト
２６      インペラ
２８      第１ブッシュ
３０      第２ブッシュ
３２      貫通孔
３４      第１ハウジング（ハウジング）
３６      溝
４２      ギア室
４４      第１通路
４６      第２通路
５０      渦室
【図１】
2015059441.tif 000003
【図２】
2015059441.tif 000004
【図３】
2015059441.tif 000005
【図４】
2015059441.tif 000006