(57)【要約】【課題】冷間時には、インペラ軸の回転を減速させることが可能な機構を備える可変容量ウォータポンプを提供する。【解決手段】冷間時の状態においては、可変容量ウォータポンプ１００は、プーリ軸１２の回転をインペラ軸１に減速して伝達する第１回転伝達状態が選択される。具体的には、プーリ軸１２の回転は遊星歯車機構Ｐ１により減速され、ワンウエイクラッチ２２の係合により減速された回転が、インペラ軸１に伝達される。【選択図】図１
2008008176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとラジエータとの間に冷却水を循環させる可変容量ウォータポンプであって、
インペラが連結するインペラ軸と、
エンジンにより回転駆動されるプーリ軸と、
冷間時には、前記プーリ軸の回転を前記インペラ軸に減速して伝達する第１回転伝達状態とし、温間時には、前記プーリ軸の回転を前記インペラ軸に等速に伝達する第２回転伝達状態とする、回転状態切替機構と、を有する可変容量ウォータポンプ。
【請求項２】
前記プーリ軸の回転を前記インペラ軸に減速して伝達する機構に遊星歯車機構を有し、
前記遊星歯車機構を構成するピニオンギアを保持するキャリアと前記インペラ軸との間にワンウエイクラッチを有する、請求項１に記載の可変容量ウォータポンプ。
【請求項３】
前記回転状態切替機構は、
前記インペラ軸内に配設され、冷間時には体積収縮し、温間時には体積膨張するサーモワックスと、
前記サーモワックスの体積膨張時には、前記第２回転伝達状態を実現するため、前記サーモワックスの体積膨張に連動して、前記インペラ軸と前記プーリ軸とを連結し、前記サーモワックスの体積収縮時には、前記第１回転伝達状態を実現するため、前記サーモワックスの体積収縮に連動して、前記インペラ軸と前記プーリ軸との連結を切り離す切替機構とを含む、請求項１または２に記載の可変容量ウォータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量ウォータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
水冷式内の燃機機関を冷却するウォータポンプには、内燃機関の冷間時には冷却水の循環流量を少なくし、内燃機関の温間時には冷却水の循環流量を多くするため、可変容量ウォータポンプが用いられる。この可変容量ウォータポンプには様々なものがあるが、たとえば、特許文献１（特開平０５−０４４４６７号公報）に開示されるウォータポンプにおいては、エンジンの回転力からベルト等などを介した回転駆動に加えて、油圧モータを用いて遊星ギヤを駆動させることで、ウォータポンプの吐出能力を向上させる構成が採用されている。
【０００３】
また、特許文献２（特開平１０−１２２１７７号公報）に開示されるウォータポンプにおいては、インペラをバイメタル等により可動とすることで、吐出容量を可変とする構成が採用されている。
【０００４】
しかしながら、いずれの構成であっても、インペラが連結するインペラ軸は、エンジンの回転力から回転駆動されるため、冷間時において、インペラ軸を回転させる必要が条件下であっても、インペラ軸は強制的に高速回転させられる結果、インペラ軸における熱損失、フリクションにおいて問題が発生することが懸念される。
【特許文献１】特開平０５−０４４４６７号公報
【特許文献２】特開平１０−１２２１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、可変容量ウォータポンプにおいて、冷間時においても、インペラが連結するインペラ軸が高速回転させられる結果、インペラ軸における熱損失、フリクションの問題が発生する点にある。したがって、この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本願発明の目的は、冷間時には、インペラが連結するインペラ軸の回転を減速させることが可能な機構を備える可変容量ウォータポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に基づいた可変容量ウォータポンプにおいては、エンジンとラジエータとの間に冷却水を循環させる可変容量ウォータポンプであって、インペラが連結するインペラ軸と、エンジンにより回転駆動されるプーリ軸と、冷間時には、上記プーリ軸の回転を上記インペラ軸に減速して伝達する第１回転伝達状態とし、温間時には、上記プーリ軸の回転を上記インペラ軸に等速に伝達する第２回転伝達状態とする回転状態切替機構と、を有している。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に基づいた可変容量ウォータポンプによれば、冷間時はプーリ軸の回転よりも、低回転でインペラ軸が駆動されるため、冷却水の系統内循環量が抑制され、エンジンの早期暖機を可能とする。また、インペラ軸の回転抵抗が減るため、フリクションが減り、燃料消費量を減ずることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に基づいた各実施の形態における可変容量ウォータポンプについて、図を参照しながら説明する。なお、各実施の形態において、同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。また、各実施の形態における温間時とは、冷却水の温度が、約８０°Ｃ〜約９０°Ｃに達した状態を意味し、冷間時とは、温間時の温度未満の場合を意味する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１から図５を参照して、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ１００について説明する。なお、図１は、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ１００の全体構造を示す部分拡大模式図（冷間時）であり、図２は、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図であり、図３は、図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。また、図４は、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ１００に用いられるロックプレート１１の拡大斜視図であり、図５は、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ１００の全体構造を示す部分拡大模式図（温間時）である。
【００１０】
（可変容量ウォータポンプ１００の構成）
まず、図１から図４を参照して、可変容量ウォータポンプ１００の構成について説明する。図１に示すように、この可変容量ウォータポンプ１００は、エンジン（図示省略）とラジエータ（図示省略）との間に冷却水を循環させる可変容量ウォータポンプであり、インペラ２をその一端の外周面に連結するインペラ軸１を有している。なお、インペラ軸１は一部破断して示している。
【００１１】
インペラ軸１の他方端側にはローラベアリング１３を介してプーリ軸１２が同軸に連結されている。このプーリ軸１２は、小径に設けられるとともに、後述の遊星歯車機構Ｐ１の一部を構成する太陽部１４と、プーリベルトが巻き掛けられる大径のベルト巻きかけ部１５とを有している。
【００１２】
図２に示すように、遊星歯車機構Ｐ１は、太陽部１４と外輪部１７との間に、５個の遊星歯車１６が配置されている。外輪部１７は、ボディ部１８にねじ１９等により固定されている。遊星歯車１６の外周に設けられた平歯車１６ａは、太陽部１４に設けられた平歯車１４ａおよび外輪部１７に設けられた内歯車１７ａと噛み合っている。
【００１３】
図３に示すように、遊星歯車１６の歯車軸１６ｂのそれぞれは、円環状の遊星キャリア２１に支持されている。遊星キャリア２１の内周面２１ａとインペラ軸１の外周面１ａとは対向し、内周面２１ａと外周面１ａとの間には、インペラ軸１に対する遊星キャリア２１の回転方向を規制するためのワンウエイクラッチ２２が円周状４箇所設けられている。このワンウエイクラッチ２２は、遊星キャリア２１の内周面２１ａ側に設けられる可動クラッチ２２ａと、インペラ軸１の外周面１ａ側に設けられる固定クラッチ２２ｂとを有している。
【００１４】
図３に示すワンウエイクラッチ２２においては、インペラ軸１の回転速度（反時計回転方向）よりも遊星キャリア２１の回転速度が速い場合には、可動クラッチ２２ａと固定クラッチ２２ｂとが当接し、遊星キャリア２１の回転速度がインペラ軸１に伝達される。一方、遊星キャリア２１の回転速度よりもインペラ軸１の回転速度が速い場合には、可動クラッチ２２ａが固定クラッチ２２ｂにより押し込まれ、ワンウエイクラッチ２２が空回りすることとなる。
【００１５】
再び、図１を参照して、インペラ軸１には、軸方向に沿って軸穴１ｃおよび１ｄが設けられている。軸穴１ｄは、軸穴１ｃよりも小径に設けられている。まず、軸穴１ｃには、所定の筐体３に封入されたサーモワックス４が圧入されている。筐体３の軸穴１ｄ側には、ダイヤフラム５が設けられている。サーモワックス４は外部の温度によりその体積が変化する性質を有しており、冷間状態では、図１に示すようにダイヤフラム４は、筐体３側に凹んだ状態となっている。
【００１６】
ダイヤフラム５の外側に位置する軸穴１ｄには、粘性体６がゴム栓７により封入されている。また、ゴム栓７には、ピストン８が当接するように挿入され、コイルばね９を介在して、ばね止め１０により軸穴１ｄが閉ざされている。また、ピストン８には、他の領域よりも小径に設けられた首部８ａが設けられている。この首部８ａが位置するインペラ軸１の対向領域には、収容空間１１Ａが形成され、この収容空間１１Ａには、図４においてその構造を詳細に示すロックプレート１１が収容されている。
【００１７】
図４に示すように、ロックプレート１１は、下端面が楕円形状の一部をなすように設けられた本体プレート部１１ｂを有し、本体プレート部１１ｂの下端部中央領域には、係合凸部１１ａが設けられている。再び図１を参照して、このロックプレート１１は、インペラ軸１に設けられた収容空間１１Ａ内において揺動可能に、かつ、係合凸部１１ａが、ピストン８の首部８ａに係合可能に収容されている。
【００１８】
（可変容量ウォータポンプ１００の動作）
次に、上記構成からなる可変容量ウォータポンプ１００の動作について、冷間時の状態における動作と温間時の状態における動作とを説明する。なお、ここでの温間時とは、冷却水の温度が、約８０度〜約９０度に達した状態を意味し、冷間時とは、温間時の温度未満の場合を意味する。
【００１９】
冷間時の状態においては、可変容量ウォータポンプ１００は、図１に示す状態となる。この状態においては、プーリ軸１２の回転をインペラ軸１に減速して伝達する第１回転伝達状態が選択される。具体的には、プーリ軸１２の回転は遊星歯車機構Ｐ１により減速され、ワンウエイクラッチ２２の係合により減速された回転が、インペラ軸１に伝達されることとなる。
【００２０】
次に、温間時の状態においては、可変容量ウォータポンプ１００は、図５に示す状態となる。この状態においては、プーリ軸１２の回転がインペラ軸１に等速に伝達する第２回転伝達状態が選択される。具体的には、サーモワックス４は外部の温度によりその体積が膨張し、ダイヤフラム５が粘性体６側に膨出する。これによりピストン８が、図中において左方向に移動する。
【００２１】
このとき、ピストン８の首部８ａに係合していたロックプレート１１の係合凸部１１ａも移動し、ロックプレート１１が回転することで、シャフト１からロックプレート１１は露出する状態となる。その結果、ロックプレート１１がプーリ軸１２の太陽部１４と係合し、シャフト１の回転とプーリ軸１２との回転が同期することとなる。なお、温間時の状態においては、遊星歯車機構Ｐ１も回転しているが、シャフト１の回転の方が高速で回転することから、ワンウエイクラッチ２２が空回りすることとなる。
【００２２】
（作用・効果）
以上、本実施の形態の形態における可変容量ウォータポンプ１００によれば、冷間時はプーリ軸１２の回転よりも、低回転でインペラ軸１が駆動されるため、冷却水の系統内循環量が抑制され、エンジンの早期暖機を可能とする。また、インペラ軸の回転抵抗が減るため、フリクションが減り、燃料消費量を減ずることができる。
【００２３】
また、減速機構として、メカニカルな遊星歯車機構Ｐ１を用いることで、切替機構に不具合が発生したときにおいても、たとえば電動ウォータポンプが電気的にフェールしたときのような不動状態に陥ることなく、可変容量ウォータポンプ１００の吐出水流を確保することができる。
【００２４】
また、第１回転伝達状態と第１回転伝達状態との切り替えに冷却水の水温を感知し反応するサーモワックス４を用いることで、電気的な構成が不要となり、可変容量ウォータポンプ１００の製造コストの上昇を抑制し、信頼性に優れたエンジンとラジエータとの間に冷却水を循環させるシステムの提供が可能となる。
【００２５】
（実施の形態２）
次に、図６および図７を参照して、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ２００について説明する。なお、図６は、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ２００の全体構造を示す部分拡大模式図（冷間時）であり、図７は、図６中ＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。
【００２６】
（可変容量ウォータポンプ２００の構成）
両図を参照して、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ２００の基本的構成は、上記可変容量ウォータポンプ１００と同じである。相違点は、上記可変容量ウォータポンプ１００においては、減速機構としてメカニカルな遊星歯車機構Ｐ１を用いていたが、本実施の形態おいては、遊星部を歯車はなくゴムボールとした遊星機構Ｐ２を採用している。
【００２７】
具体的には、図６および図７に示すように、太陽部１４と外輪部１７との間に、５個のゴムボール２６が配置され、これらのゴムボール２６は、キャリア２７に軸２６ａにより支持されている。キャリア２７の内周面とインペラ軸１の外周面とには、上記実施の形態１と同様のワンウエイクラッチ２２が設けられている。
【００２８】
以上、減速機構として上記遊星機構Ｐ２からなる可変容量ウォータポンプ２００においても、上記実施の形態１と同様の作用効果を得ることが可能である。
【００２９】
（実施の形態３）
次に、図８から図１０を参照して、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ３００について説明する。なお、図８は、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ３００の全体構造を示す部分拡大模式図（冷間時）であり、図９は、図８中ＩＸ−ＩＸ線矢視断面図であり、図１０は、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ３００の全体構造を示す部分拡大模式図（温間時）である。
【００３０】
（可変容量ウォータポンプ３００の構成）
両図を参照して、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ３００の基本的構成は、上記可変容量ウォータポンプ１００と同じである。相違点は、上記実施の形態１における可変容量ウォータポンプ１００においては、回転状態切替機構としてロックプレート１１を用いていたが、本実施の形態おいては、磁石を用いた回転状態切替機構を採用している。
【００３１】
具体的には、図８および図９に示すように、インペラ軸１Ａの軸穴１ｄに、ゴム栓７の粘性体６とは反対側に導電体からなるピストン８、および、小径の絶縁部材からなる棒状部材３１を配置し、さらにこの棒状部材３１の反対側をコイルばね９により押圧している。インペラ軸１Ａの外周面には、この外周面を取囲むように、コの字型の導電体からなる籠部材３３が、３０°ピッチで合計１２個配置されている。籠部材３３の一端側は、絶縁層３２により電気にインペラ軸１Ａと絶縁された状態で固定されている。一方、導電体からなるピストン８が、絶縁層３２の下方に移動することで、インペラ軸１Ａと籠部材３３とが導通し、籠部材３３とインペラ軸１Ａとの間で電気回路が構成される。
【００３２】
また、インペラ軸１Ａと同軸上に設けられ、このインペラ軸１Ａとは分離配置された回転軸１Ｂには、ガイドキャリア３５が設けられている。籠部材３３のインペラ軸１Ａとの平行部３３ａと対向するガイドキャリア３５には、磁石３４が９０°ピッチ合計４個配置されている。なお、回転軸１Ｂの他端側には、プーリベルトが巻き掛けられるプーリ１２が取り付けられ、また、ローラベアリング１３を介してフレーム３６が取り付けられている。フレーム３６とインペラ軸１Ａとの間には、遊星機構が設けられているが（図示省略）、この遊星機構としては、上記実施の形態１または２において採用した遊星機構の適用が可能である。
【００３３】
（可変容量ウォータポンプ３００の動作）
次に、上記構成からなる可変容量ウォータポンプ３００の動作について、冷間時の状態における動作と温間時の状態における動作とを説明する。
【００３４】
冷間時の状態においては、可変容量ウォータポンプ３００は、図８に示す状態となる。この状態においては、籠部材３３とインペラ軸１Ａとは、絶縁層３２により絶縁されていることから電気回路は構成されない。その結果、籠部材３３に発生する渦電流が弱く、回転軸１Ｂの回転をインペラ軸１に減速して伝達する第１回転伝達状態が選択される。
【００３５】
次に、温間時の状態においては、可変容量ウォータポンプ３００は、図１０に示す状態となる。この状態においては、回転軸１Ｂの回転をインペラ軸１に等速に伝達する第２回転伝達状態が選択される。具体的には、サーモワックス４は外部の温度によりその体積が膨張し、ダイヤフラム５が粘性体６側に膨出する。これによりピストン８が、図中において左方向に移動する。このとき、導電体からなるピストン８が、絶縁層３２の下方に移動することで、インペラ軸１Ａと籠部材３３とが電気的に導通し、籠部材３３とインペラ軸１Ａとの間で電気回路が構成される。これにより、籠部材３３を通過する渦電流の量が増加する結果、籠部材３３とガイドキャリア３５との間に強い電磁力が発生し、インペラ軸１Ａと回転軸１Ｂとの回転を同期させることとなる。
【００３６】
以上、本実施の形態における可変容量ウォータポンプ３００においても、上記実施の形態１と同様の作用効果を得ることが可能である。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明に基づいた実施の形態１における可変容量ウォータポンプの全体構造を示す部分拡大模式図（冷間時）である。
【図２】図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】この発明に基づいた実施の形態１における可変容量ウォータポンプに用いられるロックプレート１１の拡大斜視図である。
【図５】この発明に基づいた実施の形態１における可変容量ウォータポンプの全体構造を示す部分拡大模式図（温間時）である。
【図６】この発明に基づいた実施の形態２における可変容量ウォータポンプの全体構造を示す部分拡大模式図（冷間時）である。
【図７】図６中ＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。
【図８】この発明に基づいた実施の形態３における可変容量ウォータポンプの全体構造を示す部分拡大模式図（冷間時）である。
【図９】図８中ＩＸ−ＩＸ線矢視断面図である。
【図１０】この発明に基づいた実施の形態３における可変容量ウォータポンプの全体構造を示す部分拡大模式図（温間時）である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１Ａ  インペラ軸、１Ｂ  回転軸、１ａ  外周面、１ｂ，１ｃ，１ｄ  軸穴、２  インペラ、３  筐体、４  サーモワックス、５  ダイヤフラム、６  粘性体、７  ゴム栓、８  ピストン、８ａ  首部、９  コイルばね、１０  ばね止め、１１  ロックプレート、１１Ａ  収容空間、１１ａ  係合凸部、１１ｂ  本体プレート部、１２  プーリ軸、１３  ローラベアリング、１４  太陽部、１４ａ  平歯車、１５  ベルト巻きかけ部、１６  遊星歯車、１６ａ  平歯車、１６ｂ  歯車軸、１７  外輪部、１７ａ  内歯車、１８  ボディ部、１９  ねじ、２１  遊星キャリア、２１ａ  内周面、２２  ワンウエイクラッチ、２２ａ  可動クラッチ、２２ｂ  固定クラッチ、２６  ゴムボール、２７  キャリア、２６ａ  軸、３１  棒状部材、３３  籠部材、３２  絶縁層、３５  ガイドキャリア、３３ａ  平行部、３４  磁石、３６  フレーム、１００，２００，３００  可変容量ウォータポンプ、Ｐ１  遊星歯車機構、Ｐ２  遊星機構。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008008176.tif 000011
【図１０】
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