(57)【要約】【目的】インペラによる吐出量を水温の昇降に応じて適正に変化させることができるウォータポンプとすること。【構成】インペラ基板部３１と羽根板３２とを有するインペラ３と、軸方向の中間より一方側にテーパ軸部２１を有する駆動軸２と、羽根板３２が出没可能となる出没開口部４２を有する固定ベース板４と、形状記憶合金製で高温になるに従い内径が拡大する貫通孔５１ａを有するストッパ５と、弾性部材６と、ポンプハウジング１とを備えること。テーパ軸部２１の小径側から大径側に向かってインペラ３，ストッパ５，弾性部材６の順に配置装着され、弾性部材６はインペラ３を常時、テーパ軸部２１の小径側に弾性付勢する構成とし、固定ベース板４の中心部分に対向する位置に吸入口１１ａが設けられること。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動孔が形成された摺動ボス部を有するインペラ基板部と該インペラ基板部の外周付近に等間隔に設けられた複数の羽根板とを有するインペラと、軸方向の中間より一方側にテーパ軸部を有する駆動軸と、前記インペラ基板部が近接離間することにより前記羽根板が出没可能となる出没開口部を有する固定ベース板と、形状記憶合金製で高温になるに従い内径が拡大する貫通孔を有するストッパと、弾性部材と、ポンプハウジングとを備え、前記テーパ軸部は、前記駆動軸の軸方向端部側で大径となり前記駆動軸の中間側にて小径とし、前記テーパ軸部の小径側から大径側に向かって前記インペラ，前記ストッパ，前記弾性部材の順に配置装着され、前記固定ベース板は前記テーパ軸部の大径側に固着され、前記弾性部材は前記インペラを常時、前記テーパ軸部の小径側に弾性付勢する構成とし、前記固定ベース板の中心部分に対向する位置に吸入口が設けられてなることを特徴とするウォータポンプ。
【請求項２】
請求項１において、前記ストッパの前記貫通孔の内周面をテーパ内周面とし、該テーパ―内周面の傾斜角度と、前記テーパ軸部との傾斜角度とは同一としてなることを特徴とするウォータポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記ストッパは、周方向の一部に離間部を有してなることを特徴とするウォータポンプ。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記ストッパは、軸方向に直交する断面形状を連続する円形状としてなることを特徴とするウォータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラによる吐出量を水温の昇降に応じて適正に変化させることができるウォータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンの冷却装置としてウォータポンプが使用される。ウォータポンプは、エンジンの回転が伝達されてインペラが回転するタイプでは、エンジンの回転数が増加するにつれて、インペラの回転数も増加する。そして、冷却水の水温が高い時には、吐出量を増加して冷却回路に多く冷却水を流し、また冷却水の水温が低い時には、吐出量を減少させて冷却回路に少ない冷却水を流すことが好ましものといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−９６７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、冷却水の水温によって、ウォータポンプの吐出量を変化させることができるものが特許文献１として存在する。特許文献１では、エンジンにより駆動される回転軸に、冷却水を強制的に供給するポンプインペラ手段を固定したエンジン冷却用ウォータポンプにおいて、前記ポンプインペラ手段を、相互にインペラ部が重なり合うような第１，第２ポンプインペラから構成し、エンジンの運転状態を検出する手段により、前記第１，第２ポンプインペラの少なくとも一方を軸方向に移動させる構成としたものである。
【０００５】
上記特許文献１の第５図において、第２ポンプインペラを移動させる手段として、第１スプリングと第２スプリングが使用されている。第２ポンプインペラの軸方向の一方側に第１スプリングが配置され、他方側に第２スプリングが配置されている。そして、第２スプリングは形状記憶合金製であり、冷却水の水温によって変形し、第２ポンプインペラを軸方向に移動させる役目をなす。そして、第１スプリングは、第２ポンプインペラの移動が円滑に行われるように補助する役目をなす。
【０００６】
しかし、特許文献１では、形状記憶合金製の第２スプリングと、通常のスプリングとで、第２ポンプインペラの動作を高い精度で制御することは、第２ポンプインペラへの水圧による力を考えると極めて困難である。そこで、本発明の目的は、冷却水の吐出量を温度により可変可能なポンプをより一層簡単な構成で且つ正確に吐出量を制御できる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】
【０００７】
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、摺動孔が形成された摺動ボス部を有するインペラ基板部と該インペラ基板部の外周付近に等間隔に設けられた複数の羽根板とを有するインペラと、軸方向の中間より一方側にテーパ軸部を有する駆動軸と、前記インペラ基板部が近接離間することにより前記羽根板が出没可能となる出没開口部を有する固定ベース板と、形状記憶合金製で高温になるに従い内径が拡大する貫通孔を有するストッパと、弾性部材と、ポンプハウジングとを備え、前記テーパ軸部は、前記駆動軸の軸方向端部側で大径となり前記駆動軸の中間側にて小径とし、前記テーパ軸部の小径側から大径側に向かって前記インペラ，前記ストッパ，前記弾性部材の順に配置装着され、前記固定ベース板は前記テーパ軸部の大径側に固着され、前記弾性部材は前記インペラを常時、前記テーパ軸部の小径側に弾性付勢する構成とし、前記固定ベース板の中心部分に対向する位置に吸入口が設けられてなるウォータポンプとしたことにより、上記課題を解決した。
【０００８】
請求項２の発明を、請求項１において、前記ストッパの前記貫通孔の内周面をテーパ内周面とし、該テーパ―内周面の傾斜角度と、前記テーパ軸部との傾斜角度とは同一としてなるウォータポンプとしたことにより、上記課題を解決した。
【０００９】
請求項３の発明を、請求項１又は２において、前記ストッパは、周方向の一部に離間部を有してなるウォータポンプとしたことにより、上記課題を解決した。請求項４の発明を、請求項１又は２において、前記ストッパは、軸方向に直交する断面形状を連続する円形状としてなるウォータポンプとしたことにより、上記課題を解決した。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明では、ストッパを形状記憶合金製とし、駆動軸のテーパ軸部に対してストッパは、その貫通孔が低水温から高水温に亘って変化する構成としたものである。そして、低水温から高水温に亘って、貫通孔の内径が変化することにより、ストッパのテーパ軸部の軸方向に対する位置は変化し、これにともなってインペラの回転によって生じる吸入負圧によりインペラはテーパ軸部の軸方向に沿って移動し、固定ベース板の各出没開口部からインペラの羽根板の突出する量が変化し、冷却水の吐出量を水温の昇降に応じて変化させることができる。
【００１１】
請求項２の発明では、前記ストッパの貫通孔の内周面は前記テーパ軸部とは傾斜角度は同一とする構成により、ストッパは、テーパ軸部に対して何れの位置で固定されても、貫通孔の内周面とテーパ軸部の外周面とは均一に面接触することができる。請求項３の発明では、前記ストッパの軸方向に直交する断面形状はＣ字形状としたことにより、ストッパの貫通孔の内径が冷却水の水温によって変化し易いものにできる。請求項４の発明では、前記ストッパの軸方向に直交する断面形状は円形状としたことにより、ストッパの形状を極めて簡単なものにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）は本発明の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の(α)部拡大図、（Ｃ）は駆動軸とインペラと固定ベース板とストッパとを分離した状態の縦断側面図である。
【図２】（Ａ）は図１（Ｃ）のストッパにおけるＹ1−Ｙ１矢視図、（Ｂ）は図１（Ｃ）のインペラにおけるＹ2−Ｙ2矢視図、（Ｃ）は図１（Ｃ）の固定ベース板におけるＹ3−Ｙ3矢視図である。
【図３】（Ａ）は低水温におけるテーパ軸部に対するストッパの位置を示す要部断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ4−Ｙ4矢視断面図、（Ｃ）は高水温におけるテーパ軸部に対するストッパの位置を示す要部断面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＹ5−Ｙ5矢視断面図。
【図４】（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明において低水温から高水温に移行するときのストッパ及びインペラの動作を示す行程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明は、主に、ポンプハウジング１と、駆動軸２と、インペラ３と、固定ベース板４と、ストッパ５と、弾性部材６とを備えた構成である〔図１（Ａ）乃至（Ｃ）参照〕。ポンプハウジング１は、その内部に、ポンプ室１１と軸受室１２とが形成されている。ポンプ室１１に吸入口１１ａと、図示されない吐出口が存在する。軸受室１２は、前記ポンプ室１１と連続する部屋であり、前記駆動軸２の軸受が内装される。
【００１４】
駆動軸２は、テーパ軸部２１と軸受軸部２２と軸支軸部２３とから構成されている。テーパ軸部２１は、駆動軸２の軸方向の中間から一方側の全ての範囲で形成されたものである。駆動軸２の中間よりも他方側の位置には軸受軸部２２が位置し、前記テーパ軸部２１と前記軸受軸部２２との間に軸支軸部２３が存在する。
【００１５】
テーパ軸部２１は、円錐形状の外周面を有しており、駆動軸２の軸方向中間箇所における端部が内端とし、外方に向かう部分を外端とする。テーパ軸部２１は、軸方向の内端より外端に向かって直径が次第に大きくなり、具体的には、駆動軸２の軸方向中間側がテーパ軸部２１の最小直径となる小径部で、軸方向外端側がテーパ軸部２１の最大径となる大径部となる〔図１（Ｃ）参照〕。テーパ軸部２１は、前記ポンプハウジング１のポンプ室１１に位置するように装着され、且つテーパ軸部２１の大径部側の軸端は、前記吸入口１１ａと対向するように配置構成となる〔図１（Ａ）参照〕。
【００１６】
軸受軸部２２は、その外周に球溝が形成され、該球溝に球が嵌め込まれ、さらに外周に外輪２４が装着され、該外輪２４がポンプハウジング１の軸受室１２に配置固着される。軸支軸部２３は、ポンプ室１１と軸受室１２との間に亘って配置され、軸受室１２と軸支軸部２３との間にメカニカルシール２５が配置されてポンプハウジング１に装着される。
【００１７】
インペラ３は、円板状のインペラ基板部３１の外周付近に等間隔に複数の羽根板３２，３２，…が設けられている〔図２（Ｂ）参照〕。また、インペラ基板部３１の直径中心には円筒形状の摺動ボス部３３が形成され、該摺動ボス部３３には摺動孔３３ａが形成されている。固定ベース板４は、円板部４１の外周寄りの部分に前記インペラ３の羽根板３２，３２，…と同数で且つ同間隔となるように出没開口部４２，４２，…が形成されている〔図２（Ｃ）参照〕。
【００１８】
該出没開口部４２は、インペラ３がテーパ軸部２１を軸方向に摺動しつつ、固定ベース板４に対して軸方向に近接及び離間することにより前記羽根板３２が円板部４１の背面から正面に向かって羽根板３２が出没することができるような形状に形成されており、具体的には円板部４１の外周に形成された溝形状の空隙部である。
【００１９】
また、円板部４１の直径中心の位置には固定ボス部４３が形成されている。該固定ボス部４３は、固定ベース板４を駆動軸２のテーパ軸部２１の軸方向外端に装着する役目と、後述するストッパ５及び弾性部材６を収納する役目をなす部位である。固定ボス部４３は、円筒形状をなし、その先端且つ直径中心には取付貫通孔４３ａが形成されている。
【００２０】
そして、前記駆動軸２のテーパ軸部２１の軸方向外端には、突出部２１ａが形成されている。該突出部２１ａはテーパ軸部２１の軸方向外端の直径よりも小さい直径の円筒部であり、突出部２１ａが前記固定ボス部４３の取付貫通孔４３ａに貫通し、止め輪等の固着具４４を介して固定される。固定ボス部４３は、駆動軸２の回転と共に回転するものであり、セレーション又はキー等の固定手段にて固定される。
【００２１】
ストッパ５は、形状記憶合金から環形状に形成されたものである。具体的には、略円筒形状に形成され、直径中心に貫通孔５１が形成されている。また、ストッパ５には、円筒の周方向の一部に離間部５２が形成されている〔図２（Ａ）参照〕。該離間部５２によってストッパ５は、軸方向に直交する断面の形状がＣ字形状となるように形成されている。
【００２２】
ストッパ５は、形状記憶合金製であり、高温と低温とで形状が変化するようにしたものである。この変化によって、前記貫通孔５１は変形し、特に内径が変化する。この変化は、高温で、貫通孔５１の内径が大きくなり、低温で内径は小さくなる。また、その変化は温度の変化に伴って比例的且つ連続的に変化するものである。貫通孔５１の内径は、冷却水の温度により拡大及び縮小するものであり、その設定範囲としては、テーパ軸部２１の小径側の外径から大径側の外径の範囲で拡大及び縮小するものである。
【００２３】
前記テーパ軸部２１の傾斜角度をθａとし、貫通孔５１の内周面を円錐状の傾斜面としてテーパ内周面５１ａとする。前記テーパ軸部２１の傾斜角度θａと、前記テーパ内周面５１ａの傾斜角度θｂとは同一とする〔図１（Ｃ）参照〕。これによって、ストッパ５の貫通孔５１は、どのような水温によって、拡大及び縮小しても、テーパ軸部２１に対して常に面接触状態にすることができ、ストッパ５はテーパ軸部２１に確実に固定できる。
【００２４】
ストッパ５は、軸方向に直交する断面形状を円形状とした実施形態も存在する。この実施形態では前記離間部５２は存在しない。つまり、貫通孔５１の内径が冷却水の温度により拡大及び縮小するものである。弾性部材６は、前記インペラ３を常時、テーパ軸部２１の軸方向内端側つまり小径側に弾性付勢する役目をなすものである。弾性部材６は、具体的にはコイルバネが使用され、複数のコイルバネとした弾性部材６，６，…が前記固定ベース板４の固定ボス４３の内部に取り付けられている。
【００２５】
次に、本発明のウォータポンプの組付について説明する。まず、駆動軸２のテーパ軸部２１には軸方向において、小径側から大径側に向かってインペラ３，ストッパ５，弾性部材６の順に配置装着される〔図１（Ａ）乃至（Ｃ）参照〕。テーパ軸部２１の大径側には固定ベース板４が装着される〔図１（Ａ），（Ｂ）参照〕。
【００２６】
これによって、弾性部材６は、インペラ３を常時、テーパ軸部２１の小径側に弾性付勢する構成としている。また、テーパ軸部２１の外端は、吸入口１１ａに対向し、これによって、該吸入口１１ａ側付近では冷却水が吸入されることで負圧の領域となり、インペラ３のインペラ基板部３１は、ポンプ稼動中に略回転数に対応した力で、常時吸入口１１ａ側に引き寄せられるように作用する。また、インペラ３の摺動ボス部３３には摺動孔３３ａの内径は、テーパ軸部２１の大径側の直径程度には大きく、テーパ軸部２１の軸方向全体に亘って摺動することができるようになっている。
【００２７】
次に、本発明におけるウォータポンプの作動状態について説明する。動作の基本は、ストッパ５によって、テーパ軸部２１の軸方向における位置が決定される。つまり、テーパ軸部２１の小径側付近でインペラ３が停止するときは、ストッパ５の貫通孔５１の内径が冷却水の低温によりテーパ軸部２１の小径側の外径と一致しストッパ５がテーパ軸部２１の小径側寄りで固定される〔図３（Ａ），（Ｂ）参照〕。
【００２８】
そして、テーパ軸部２１の大径側付近でインペラ３が停止するときは、ストッパ５の貫通孔５１の内径が冷却水の高温によりテーパ軸部２１の大径側の外径と一致しストッパ５がテーパ軸部２１の大径側寄りで固定される〔図３（Ｃ），（Ｄ）参照〕。インペラ３は、まず、ウォータポンプが停止している状態では、ストッパ５の低温状態で貫通孔５１は、直径が小さく、テーパ軸部２１の小径部側の領域で相互に内径と外径とが一致し、ストッパ５がテーパ軸部２１の小径部側で固定され、インペラ３の位置が決定される。この位置では、インペラ３の羽根板３２，３２，…は、固定ベース板４の出没開口部４２，４２，…から僅かに突出している〔図４（Ａ）参照〕。
【００２９】
駆動軸２が駆動することによって、固定ベース板４が回転すると、インペラ３は、吸入口１１ａ付近の冷却水の負圧によって、インペラ３がテーパ軸部２１の軸方向に沿ってテーパ軸部２１の大径側に引き寄せられる。そして、固定ベース板４の出没開口部４２，４２，…から羽根板３２，３２，…が突出し、該羽根板３２，３２，…の突出量によってによって、冷却水の吸入量及び吐出量を変化させることができる。
【００３０】
そこで、まず、本発明のウォータポンプの可動直後は、冷却水は低温であり、テーパ軸部２１の小径側の外径と、ストッパ５の貫通孔５１の内径とが一致し、ストッパ５がテーパ軸部２１の小径側で固定される。そのために、固定ベース板４の出没開口部４２，４２，…から突出する羽根板３２，３２，…の突出量が小さい状態で固定ベース板４とインペラ３とが回転すると、吸入量及び吐出量は少ない。これによって、エンジン始動直後では、エンジン本体も低温なので少ない冷却水で冷却でき、無駄に冷却水をエンジンに送り出すことを防止する。
【００３１】
次に、本発明のウォータポンプの可動直後から僅かに時間が経過した後には、エンジンが低温から温度が上昇し、冷却水が中水温となる〔図４（Ｂ）参照〕。ストッパ５は、冷却水の温度が上昇することにより、貫通孔５１の内径が増加する。そのために、ストッパ５は、テーパ軸部２１の軸方向において、貫通孔５１の内径とテーパ軸部２１の外径とが一致する箇所まで移動することになる。したがって、固定ベース板４の出没開口部４２，４２，…から、インペラ３の羽根板３２，３２，…の突出量が増加し、冷却水の吸入量及び吐出量が増加する。
【００３２】
本発明のウォータポンプの可動直後からさらに時間が経過し、通常状態の域に到達すると、エンジンは高温となり、冷却水が高水温となる〔図４（Ｃ）参照〕。ストッパ５は、冷却水の温度がさらに上昇することにより、貫通孔５１の内径がさらに増加する。そのために、ストッパ５は、テーパ軸部２１の軸方向において、冷却水が中水温のときよりも、大径側に移動する。
【００３３】
固定ベース板４の出没開口部４２，４２，…から、インペラ３の羽根板３２，３２，…の突出量は最大となり、冷却水の吸入量及び吐出量は最大となる。これによって、通常走行では、冷却水が多量にエンジンに送り込まれ、効率の良いエンジンの冷却が行われる。本発明により、インペラ３に吸入負圧による力が掛かってもストッパ５によりインペラ３の移動がストップ（停止）される。これにより弾性部材６のバネ荷重が小さくて済む利点がある。
【符号の説明】
【００３４】
１…ポンプハウジング、１１ａ…吸入口、２…駆動軸、２１…テーパ軸部、
３…インペラ、インペラ基板部３１、３２…羽根板、３３…摺動ボス部、
３３ａ…摺動孔、４…固定ベース板、４２…出没開口部、５…ストッパ、５１…貫通孔、
５１ａ…テーパ内周面、５２…離間部、６…弾性部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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