(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの回転駆動力が伝えられるプーリが固設された第一回転体とインペラが固設された第二回転体とを粘性流体を液媒とする湿式多板クラッチで連結し、その湿式多板クラッチを、上記第一回転体に係合される複数の第一クラッチプレートと上記第二回転体に係合される複数の第二クラッチプレートとを交互に配設して構成し、上記エンジンの冷却水温度に応じて変形して上記湿式多板クラッチを断接する感温部材を設けたウォータポンプにおいて、
上記第一クラッチプレートの熱膨張係数を上記第二クラッチプレートより大きくすると共に、上記第一クラッチプレートを上記第二クラッチプレートより厚くしたことを特徴とするウォータポンプ。
【請求項２】
上記第一回転体が上記第二回転体の外周側に相対回転可能に同軸に連結され、これら回転体同士の径方向の隙間に上記湿式多板クラッチが形成されると共に、上記第一回転体が、上記湿式多板クラッチを端部から押圧可能なクラッチ押圧部材と、該クラッチ押圧部材から上記第二回転体の軸心部を通過して冷却水路まで延出する操作シャフトとを備え、該操作シャフトの延出端部に上記感温部材が設けられ、上記冷却水路中での上記感温部材の変形により上記操作シャフト及び上記クラッチ押圧部材が軸方向に移動されて上記湿式多板クラッチが断接される請求項１記載のウォータポンプ。
【請求項３】
上記第一クラッチプレートは、上記クラッチ押圧部材に最も近い１枚を除き上記第二クラッチプレートより厚くされた請求項２記載のウォータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用エンジン等に適用されるウォータポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両用エンジンのウォータポンプではその駆動プーリがクランクプーリにベルトを介して連結され、駆動プーリがインペラに直結される。従って、ウォータポンプの吐出量は水温等と無関係にエンジン回転に対してほぼリニアに変化する。
【０００３】
しかし、低水温時には暖機を促進するためポンプ吐出量はそれ程必要としない。上記構造だとこのときにもエンジン回転に応じてポンプが駆動されてしまい、フリクションの増大や燃費の悪化を招いていた。
【０００４】
そこで、低水温時にポンプの作動を実質停止してフリクションの減少、燃費の悪化防止を図る技術が▲１▼実公平8-2433号公報、▲２▼特開平10-159874 号公報、▲３▼実開昭60-139028 号公報及び▲４▼特開平4-121416号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼及び▲２▼の技術では、ウォータポンプにおけるプーリ側からインペラ側への駆動力伝達を流体継手（一種のビスカスカップリング）を介して行い、低水温時に継手を滑らせて駆動力を遮断している。これだけでは高水温時に十分な吐出量が得られないので、▲１▼では電磁クラッチを、▲２▼では電気粘性流体を使用し、プーリ側とインペラ側とを直結可能としている。
【０００６】
しかし、このような電気的制御を必要とする構成では構造が複雑になり過ぎ、高コストとなる。
【０００７】
一方、▲３▼及び▲４▼の技術では、バイメタルや形状記憶合金を利用してクラッチを断接し、プーリ側からインペラ側への駆動力伝達の有無を切り換えるようにしている。
【０００８】
しかし、▲３▼ではバイメタル又は形状記憶合金が外気に感応するため、水温即ちエンジン暖機状態に基づいた正確な制御ができない。一方、▲４▼では形状記憶合金が冷却水に感応するものの、クラッチが摩擦クラッチ又は噛み合いクラッチであるため、クラッチ接続が急激に行われそのときのエンジン回転の落ち込みが激しい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るウォータポンプは、エンジンからの回転駆動力が伝えられるプーリが固設された第一回転体とインペラが固設された第二回転体とを粘性流体を液媒とする湿式多板クラッチで連結し、その湿式多板クラッチを、上記第一回転体に係合される複数の第一クラッチプレートと上記第二回転体に係合される複数の第二クラッチプレートとを交互に配設して構成し、上記エンジンの冷却水温度に応じて変形して上記湿式多板クラッチを断接する感温部材を設けたウォータポンプにおいて、上記第一クラッチプレートの熱膨張係数を上記第二クラッチプレートより大きくすると共に、上記第一クラッチプレートを上記第二クラッチプレートより厚くしたものである。
【００１０】
本発明においては、湿式多板クラッチを冷却水に感応するサーモスタット等の感温部材で断接するので、構成がシンプルで低コストとなり、水温に基づいた正確な制御が可能になると共に、水温の上昇に応じて滑らかに伝達駆動力を上昇させることができる。また高水温時にはクラッチが直結状態となり駆動力を完全に伝達できる。
【００１１】
ここで、上記第一回転体が上記第二回転体の外周側に相対回転可能に同軸に連結され、これら回転体同士の径方向の隙間に上記湿式多板クラッチが形成されると共に、上記第一回転体が、上記湿式多板クラッチを端部から押圧可能なクラッチ押圧部材と、このクラッチ押圧部材から上記第二回転体の軸心部を通過して冷却水路まで延出する操作シャフトとを備え、この操作シャフトの延出端部に上記感温部材が設けられ、冷却水路中での上記感温部材の変形により上記操作シャフト及び上記クラッチ押圧部材が軸方向に移動されて上記湿式多板クラッチが断接されるのが好ましい。
【００１２】
また、上記第一クラッチプレートは、上記クラッチ押圧部材に最も近い１枚を除き上記第二クラッチプレートより厚くされたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１に本発明に係るウォータポンプを示す。ウォータポンプ１はエンジン２の外側面部で且つ冷却水導入穴３のある位置に設けられる。冷却水導入穴３はエンジン２内部の冷却水通路４に連通される。なおこれら冷却水導入穴３と冷却水通路４とはエンジン冷却系の冷却水路の一部を構成している。ウォータポンプ１はポンプボディ５を有し、ポンプボディ５は冷却水導入穴３を塞ぐようにエンジン２にボルト６で取り付けられる。
【００１５】
ウォータポンプ１は、プーリ７が固設された第一回転体８と、インペラ９が固設された第二回転体１０とを備える。第一回転体８はアウターリング１４からなり、その外周面部にプーリ７が一体に形成されている。図中プーリ７の断面は直線で描かれているが、これは相手方のベルト断面形状（Ｖ形、波形等）に応じていかようにも変更できる。第二回転体１０は、ポンプボディ５の軸受部１１に回転自在に支持されたポンプシャフト１２と、ポンプシャフト１２の先端部に固設されたインナーリング１３とから構成される。インペラ９は板金製の支持ディスク１５に羽根１６を複数取り付けてなり、支持ディスク１５にはポンプシャフト１２の基端部に圧入固定される筒状部１７が形成される。
【００１６】
インペラ９が回転するとその径方向外側から冷却水が導入され、冷却水導入穴３へと吐出される。インペラ９に隣接してシール部１８が設けられ、冷却水の漏洩が防止されるが、仮に漏洩してもこれはポンプボディ５の水抜き穴１９からポンプ外に排出される。シール部１８はシールベアリング２０を含み、ポンプシャフト１２の支持も行う。
【００１７】
このように構成された第二回転体１０は、ポンプボディ５に対して軸方向に移動できぬようになっている。
【００１８】
インナーリング１３は、軸受部１１を径方向外側から囲繞する円筒部２１を有する。そしてこの円筒部２１の外周側にボールベアリング２２を介してアウターリング１４が相対回転可能に同軸に取り付けられる。ただしアウターリング１４はインナーリング１３ないし第二回転体１０に対して軸方向に相対移動できない。アウターリング１４の前端（図中左側が前）が開放され、当該開放部にクラッチディスク２３（本発明のクラッチ押圧部材をなす）が軸方向摺動可能に挿入される。インナーリング１３とアウターリング１４との接合部、及びアウターリング１４とクラッチディスク２３との接合部がＯリング２４，２５によりシールされる。これによりインナーリング１３とアウターリング１４との間に密閉空間ができあがる。
【００１９】
第一回転体８と第二回転体１０とは湿式多板クラッチ２６で連結される。即ち、円筒部２１とアウターリング１４とがなす径方向の隙間であって、且つクラッチディスク２３の後部側に湿式多板クラッチ２６が形成される。湿式多板クラッチ２６は、アウターリング１４に係合される複数の第一クラッチプレート２７（アウタープレート）と、円筒部２１に係合される複数の第二クラッチプレート２８（インナープレート）とが軸方向に交互に配設されてなる。これらクラッチプレート２７，２８とアウターリング１４及び円筒部２１との係合は、図２に示すようにクラッチプレート２７，２８に周方向等間隔で四ヶ所形成された係合溝２９，３０と、アウターリング１４の内周面及び円筒部２１の外周面に設けられ軸方向に延出する係合突起３１，３２とで行われる。湿式多板クラッチ２６の液媒は、上記密閉空間に充満された粘性流体３３、例えばシリコンオイルからなる。
【００２０】
この湿式多板クラッチ２６にあっては、クラッチディスク２３の軸方向の移動に応じてクラッチプレート２７，２８が密着・離反され、クラッチ２６が断接される。ただしこのときのクラッチディスク２３のストロークは僅かである。即ち、クラッチ分断時のクラッチプレート２７，２８及びクラッチディスク２３相互の隙間は僅かであり、よってこのときには粘性流体３３の引摺りによって若干の駆動力が伝えられる。
【００２１】
クラッチディスク２３にはその軸方向の移動を生じさせるべく操作シャフト３４が連結される。操作シャフト３４は、その前端部がクラッチディスク２３の軸心部に挿通され、ナット３５で固定される。そして操作シャフト３４はクラッチディスク２３から後方に延出してポンプシャフト１２の軸心部を通過し、冷却水導入穴３まで延びている。操作シャフト３４の後端には拡径半球状のストッパ３６が一体に形成されており、そのストッパ３６と、インペラ９の筒状部１７の後端面との間に、感温部材としてのサーモスタット３８が操作シャフト３４に外挿して取り付けられている。
【００２２】
サーモスタット３８は、冷却水に直接触れてその温度に応じて軸方向に伸縮する。こうなるとインペラ９の筒状部１７ないし第二回転体１０全体が反力受け  （突っ張り）となって、操作シャフト３４及びクラッチディスク２３が一体的に軸方向に移動する。
【００２３】
湿式多板クラッチ２６において、第一クラッチプレート２７と第二クラッチプレート２８との熱膨張係数が互いに異ならされる。即ち、第一クラッチプレート２７が樹脂製、第二クラッチプレート２８がスチール等の金属製とされ、前者の熱膨張係数が後者より大きくされる。第一クラッチプレート２７は最前の１枚を除き第二クラッチプレート２８より厚くされる。その最前の１枚は第二クラッチプレート２８と等厚である。
【００２４】
次に、作用を述べる。
【００２５】
このウォータポンプ１ではプーリ７に図示しないベルトを介してクランクプーリから回転駆動力が伝えられる。この回転駆動力は、クラッチ２６の断接状態に応じて適宜インペラ９に伝えられる。
【００２６】
エンジン始動直後等の低水温時、サーモスタット３８は収縮状態にある。するとクラッチディスク２３が前側に移動（解放）され、クラッチプレート２７，２８同士が密着されない。こうなると粘性流体３３の引き摺り（せん断トルク）によってのみ第二回転体１０、特にインペラ９が駆動され、インペラ９は低速回転し、ポンプ吐出量は抑制される。このように低水温時にポンプの作動を実質停止できるので、フリクションの減少、燃費の悪化防止が図れる。
【００２７】
一方、エンジンの暖機が進んで高水温となると、サーモスタット３８が伸張し、クラッチディスク２３が操作シャフト３４を介して後方に引っ張られ、このクラッチディスク２３に押されてクラッチプレート２７，２８同士が密着する。こうなるとクラッチ２６が完全に接続され、プーリ７の駆動力は全てインペラ９に伝えられる。これによって通常通りエンジン回転に応じたリニアなポンプ吐出量が得られ、通常の性能を満足できる。
【００２８】
このように本実施形態においては、湿式多板クラッチ２６を冷却水に感応するサーモスタット３８で断接するので、電気的制御が不要となり、構成がシンプルとなり低コストとなる。また水温に基づいた正確な制御が可能になる。サーモスタット３８が水温の上昇に応じて滑らかに伸張するので、その水温上昇に応じて滑らかにクラッチ２６を接続していき、伝達トルクを上昇できる。また高水温時にはクラッチが直結状態となり駆動力を完全に伝達できる。
【００２９】
ここで低水温時、エンジンが急激に吹け上がったような場合は、クラッチ２６が切れているものの、クラッチプレート２７，２８の差動によって粘性流体３３が発熱し高温となる。するとこの熱で第一クラッチプレート２７が熱膨張し、第二クラッチプレート２８に密着し、クラッチ２６が繋がり、インペラ９が通常と同じように回転駆動されて高いポンプ吐出量が得られる。
【００３０】
このように第一クラッチプレート２７と第二クラッチプレート２８との熱膨張係数を互いに異ならせ、特に一方のクラッチプレート（ここでは第一クラッチプレート２７）を、熱膨張係数の比較的大きい材質（ここでは樹脂）で形成したため、低水温時でもポンプ吐出量を必要とする状況下でこれを与えることができ、熱対策上非常に有利となる。なお、この効果を得るため低水温かつクラッチ分断時のクラッチプレート２７，２８同士の隙間はできるだけ小さくしている。
【００３１】
ここで低水温低回転の場合でもこれを長時間続けてるとやがて粘性流体３３が発熱し、第一クラッチプレート２７の熱膨張によりクラッチ２６が接続されてしまう。これを防止するためには、かかる接続に先行してサーモスタット３８を伸張させ、クラッチ２６が接続されるようセッティングする必要がある。
【００３２】
なお、本実施形態ではプーリ７やクラッチ２６をポンプボディ５の軸受部１１を囲繞するように設けたのでコンパクト化に有利である。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態は他にも種々考えられる。例えば第二クラッチプレート２８に第一クラッチプレート２７より熱膨張係数の大きい材質を使用したり、両方のクラッチプレート２７，２８に熱膨張係数の大きい材質を使用したり、両クラッチプレート２７，２８の材質の組み合わせをスチール及び樹脂以外としたり、粘性流体３３にシリコンオイル以外のものを使用したりすることが考えられる。感温部材もサーモスタット３８以外にバイメタル、形状記憶合金等が可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３５】
（１）  構成がシンプルとなり低コストとなる。
【００３６】
（２）  低水温時でも必要に応じて高いポンプ吐出量が得られ、熱対策上有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】第一及び第二クラッチプレートを示し、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１  ウォータポンプ
３  冷却水導入穴
７  プーリ
８  第一回転体
９  インペラ
１０  第二回転体
２３  クラッチディスク
２６  湿式多板クラッチ
２７  第一クラッチプレート
２８  第二クラッチプレート
３３  粘性流体
３４  操作シャフト
３８  サーモスタット
【図１】
0004174930.tif 000002
【図２】
0004174930.tif 000003