(57)【要約】【課題】  極めて簡単な構造によって冷却水の移送効率を向上させることができるエンジンを冷却するためのウォーターポンプを提供すること。【解決手段】放射状に複数の羽根板片４３が形成され該羽根板片４３の頂部先端には輪状のフロントプレート４４が形成されたインペラ４と、内部に前記フロントプレート４４と適宜のクリアランスｃを有して前記インペラ４の羽根板片４３を収納する羽根板片収納室１２を有すること。前記インペラ４の中心箇所に吸入ポート１５と連通する吸入室１１が形成され、前記インペラ４の羽根板片４３形成側且つ外周側に対応する位置にポンプ吐出ポート１が位置するハウジング１とからなること。前記羽根板片収納室１２と吸入室１１との境に前記羽根板片４３側に向かって突出する円周状突起１３が形成されること。  【選択図】図１
2009008062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射状に複数の羽根板片が形成され該羽根板片の頂部先端には輪状のフロントプレートが形成されたインペラと、内部に前記フロントプレートと適宜のクリアランスを有して前記インペラの羽根板片を収納する羽根板片収納室を有し、前記インペラの中心箇所に吸入ポートと連通する吸入室が形成され、前記インペラの羽根板片形成側且つ外周側に対応する位置にポンプ吐出ポートが位置するハウジングとからなり、前記羽根板片収納室と吸入室との境に前記羽根板片側に向かって突出する円周状突起が形成されてなることを特徴とするウォーターポンプ。
【請求項２】
請求項１において、前記フロントプレートは前記羽根板片の回転方向前縁側から回転方向後縁側に向かって次第に低くなるように傾斜形成されると共に、前記羽根板片収納室の内周側壁面のクリアランス箇所は前記フロントプレートの外面側に沿って傾斜面としてなることを特徴とするウォーターポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記円周状突起の先端位置は、前記インペラのフロントプレートの内面側と略同一となるように設定されてなることを特徴とするウォーターポンプ。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記円周状突起の先端位置は、前記インペラのフロントプレートの外面側と略同一となるように設定されてなることを特徴とするウォーターポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極めて簡単な構造によって冷却水の移送効率を向上させることができるエンジンを冷却するためのウォーターポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンに冷却水を循環させるウォーターポンプが多く使用されている。一般に、ウォーターポンプ等の遠心ポンプではインペラの回転時に冷却水が羽根に当たることにより、該冷却水には遠心力が与えられて、前記インペラの遠心方向に移動する。そして遠心方向に吐出口が設置されると、該吐出口を通して冷却水が流れ出して行くことができる。このようなウォーターポンプにおいてインペラは、エンジンブロック等の相手部材と相互に干渉してインペラが回転しなくなったりすることがないようにするために、前記インペラと、相手部材との間には、若干のクリアランスを設けることが必要である。
【特許文献１】特開平４−３６２２９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、そのインペラの羽根と、相手部材とのクリアランス部分に流れた冷却水は、インペラがいくら回転しても、遠心力（エネルギー）が与えられない領域となっている。すなわち、インペラが冷却水に仕事を与えることができない領域となっている。そして、ポンプハウジングの吐出側よりも吸入側における圧力が低いため、一旦、吐出側に移動された冷却水は、クリアランス部分を通じて吸入側に逆流してしまうという現象が起きてしまう。
【０００４】
一般に、前記クリアランスを小さくするほど効率が向上し、流量も増加することが可能であるが、あまりクリアランスを少なくしすぎると、相手部材と干渉して、インペラが回転しなくなってしまうため、前記クリアランスは一般的にある程度の大きさを設けて設計されている。そこで、特許文献１では、クリアランスの大きさを小さめに設定するのではなく、クリアランスの領域を長くすることで冷却水の逆流を減少させていることが開示されている。上記手段により、クリアランス部分における冷却水の逆流を減少させ、効率・流量の向上が可能となる。
【０００５】
しかし、特許文献１による方法では、次に述べるような問題が存在する。まず、インペラ案内部で吸入径が絞られるために、そこで流速が増加し、キャビテーションが起き易くなる。次に、相手側部材との微小クリアランス領域がインペラ外径部から案内部先端までかなり広い領域となるため、かなり厳しい製造精度が必要となる。このように厳しく製造管理が行われないと、インペラのいずれかの部分が相手側部材とこすれてしまい、インペラの疲労破壊の誘因となる。
【０００６】
また、上記インペラを樹脂で製作すると、樹脂材は熱膨張による変形が大きいため、安全を考えクリアランスを小さくすることができず、そのために、冷却水が逆流し、冷却水が高温のときの効率の向上に限界があった。さらに流量を保つためには、滑らかに流路の断面積を変化させる必要があるため、案内部の先端の肉厚は薄くせざるを得ないものである。そのような構造にしなければ、案内部のサイド面（先端横面）に水がぶつかって、効率，流量が低下してしまう。
【０００７】
しかし、そのために案内部の力学的強度は低くなる。また、合成樹脂製とした場合には高温の冷却水中に水没していると膨潤（冷却水を吸い込んで膨らむ）と、熱変形は避けられず、且つそれは肉厚の薄い箇所により多く現れるため、案内部の先端は弱点となっていた。本発明の目的は、ウォーターポンプにおけるポンプ効率，流量を良好に維持することができ、且つその力学的強度を保ちながら製造コストがかからないウォーター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】
【０００８】
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、放射状に複数の羽根板片が形成され該羽根板片の頂部先端には輪状のフロントプレートが形成されたインペラと、内部に前記フロントプレートと適宜のクリアランスを有して前記インペラの羽根板片を収納する羽根板片収納室を有し、前記インペラの中心箇所に吸入ポートと連通する吸入室が形成され、前記インペラの羽根板片形成側且つ外周側に対応する位置にポンプ吐出ポートが位置するハウジングとからなり、前記羽根板片収納室と吸入室との境に前記羽根板片側に向かって突出する円周状突起が形成されてなるウォーターポンプとしたことにより、上記課題を解決した。
【０００９】
請求項２の発明を、前述の構成において、前記フロントプレートは前記羽根板片の回転方向前縁側から回転方向後縁側に向かって次第に低くなるように傾斜形成されると共に、前記羽根板片収納室の内周側壁面のクリアランス箇所は前記フロントプレートの外面側に沿って傾斜面としてなるウォーターポンプとしたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、前述の構成において、前記円周状突起の先端位置は、前記インペラのフロントプレートの内面側と略同一となるように設定されてなるウォーターポンプとしたことにより、上記課題を解決した。
【００１０】
請求項４の発明を、前述の構成において、前記円周状突起の先端位置は、前記インペラのフロントプレートの外面側と略同一となるように設定されてなるウォーター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】
【００１１】
請求項１の発明によって、ポンプハウジングには、インペラの羽根板片が収納される羽根板片収納室と、冷却水を吸入する吸入室とが設けられ、前記羽根板片収納室と吸入室との境には、前記羽根板片側に向かって突出する円周状突起が形成されているので、インペラの回転によって一旦、羽根板片収納室に入り込んだ冷却水がインペラのフロントプレートと、羽根板片収納室（ポンプハウジング等の相手部材）との間のクリアランスに流れ込んだとしても、円周状突起によって堰き止められ、冷却水が吸入室に逆流することを防止することができる。
【００１２】
さらに、前記円周状突起によって冷却水の逆流が堰き止められることによって、クリアランス領域内には冷却水が滞留することになり、この滞留している冷却水によって、それ以上の冷却水がクリアランス領域に入り込むことを防止することができ、ポンプ効率をさらに向上させることができる。また、請求項１では、前述したように、前記羽根板片収納室と吸入室との境には、前記羽根板片側に向かって突出する円周状突起が形成されるのみの極めて簡単な構造にて、上記効果を奏することができるものであり、このような効果を有するものでありながら、製造コストがかからず、低価格にて提供されるものである。
【００１３】
請求項２の発明によって、前記羽根板片の頂部は回転方向前縁側から回転方向後縁側に向かって次第に低くなるように傾斜形成されると共に、前記羽根板片収納室の内周側壁面は前記羽根板片頂部に沿って傾斜面としてなるウォーターポンプとしたことにより、クリアランス領域は傾斜面形状となり、クリアランス領域が長くなり、前記円周状突起と合わせてより一層、冷却水を逆流し難いものにすることができる。請求項３の発明によれば、前記円周状突起の先端位置は、前記インペラのフロントプレートの内面側と略同一となるように設定されてなることにより、たとえ円周状突起から僅かに冷却水が漏れ出したとしても、円周状突起がフロントプレートの内面側に位置しているので、羽根板片によって遠心力を与えられ、吐出ポートに送り込まれるものである。
【００１４】
請求項４の発明によって、前記円周状突起の先端位置は、前記インペラのフロントプレートの外面側と略同一となるように設定されたことにより、逆流を食い止めつつ、吸入断面積は確保されるため、良好な吸い込みも保たれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ポンプハウジング１には、図１，図２，図３に示すように、吸入室１１と羽根板片収納室１２とが形成されている。前記吸入室１１は、後述するインペラ４の羽根板片４３が収納される部位である。具体的には、羽根板片４３の羽根ベース部４２，羽根板片４３及びフロントプレート４４の外周及び頂部箇所を覆うようにして収納することができる部位である。そして、前記吸入室１１はインペラ４の中心箇所に位置し、吸入ポート１５と連通し、前記羽根板片収納室１２は吐出ポート１６に連通している。また該吐出ポート１６は、インペラ４の羽根板片４３の形成側で且つ外周側に対応する位置となっている。
【００１６】
前記羽根板片収納室１２には、インペラ４のフロントプレート４４と対向する側面、すなわちクリアランスｃが設定される略円周状の内周側壁面１２１が形成されている。また該内周側壁面１２１は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、インペラ４のフロントプレート４４の外形に従う形状に形成されたものである。フロントプレート４４は、羽根板片４３の頂部は回転方向前縁４３１から回転方向後縁４３２に向かって次第に低くなるように傾斜形成されたタイプ、すなわち、扁平円錐状に形成された場合には、その形状に合わせて、前記羽根板片収納室１２の内周側壁面１２１は傾斜面として形成される〔図１，図２及び図３（Ｂ）参照〕。
【００１７】
前記吸入室１１と羽根板片収納室１２との境は角の部位であり、この角形状とした境には、図１，図２乃至図３等に示すように、円周状突起１３が形成されている。該円周状突起１３は、前記インペラ４の羽根板片４３側に向かって突出するもので、円周状の輪を構成するように突起が形成されたものである。具体的には、円周状突起１３の先端が前記インペラ４の羽根板片４３の回転方向前縁４３１に沿って羽根板片４３を支持する羽根ベース部側に向かって食い込むようにして形成されたものである。
【００１８】
前記円周状突起１３は、その先端１３１の位置が、前記インペラ４のフロントプレート４４の内面側４４ｂと同一（略同一も含む）となるように設定されている〔図４（Ａ），（Ｂ），図６参照〕。ここで、前記フロントプレート４４が扁平円錐形状に形成されている場合には、前記円周状突起１３の先端１３１の位置は、前記フロントプレート４４の外周縁の位置と略同一位置となるように設定される。
【００１９】
インペラ４は、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、ボス部４１の周囲には放射状に複数の羽根ベース部４２，４２，…が形成されており、各羽根ベース部４２の外端箇所から羽根板片４３が形成されている。前記ボス部４１は、円筒形状に形成されたものである。前記羽根板片４３は、略台形状に形成されている。そして、前記羽根板片４３は、回転方向前縁４３１が回転方向後縁４３２よりもボス部４１側寄りとなるようにして、前記羽根ベース部４２に対して略直角に折曲形成されたものである。フロントプレート４４は、羽根板片４３の頂部に形成されたものであり、扁平円錐状に形成された実施形態〔図７（Ｃ）参照〕と、円板形状の輪として形成された実施形態が存在する〔図７（Ｄ）参照〕。
【００２０】
さらに、インペラ４の別の実施形態としては、図８に示すように、一枚の金属板からなり、基礎円部４１１の周囲には放射状に複数の羽根ベース部４２が同一平面となるように形成され、回転方向前縁４３１が回転方向後縁４３２よりも中心側に位置するようにして適宜の傾斜角度を有する羽根板片４３が略直角に折曲形成され、該羽根板片４３の外端から略直角に羽根カバー片４４１が折曲形成され、各羽根カバー片４４１の外端側は隣接する羽根カバー片４４１の内端側に略近接して、複数の羽根カバー片４４１，４４１，…によって略輪状に連続形成されたフロントプレート４４が形成されたものである〔図８（Ａ），（Ｂ）参照〕。
【００２１】
原板からインペラを組み立てるには、まず図８（Ｄ）の状態から、第１折曲仮想線Ｔａに沿って前記羽根板片４３を前記羽根ベース部４２に対して直角に折り曲げる。次に、前記第２折曲仮想線Ｔｂに沿って、羽根カバー片４４１を直角に折り曲げる。このとき、該羽根カバー片４４１の折り曲げは、前記羽根ベース部４２と羽根板片４３との折り曲げ方向とは反対方向となるように折り曲げられる。具体的には前記羽根ベース部４２，羽根板片４３と羽根カバー片４４１とは、略「乙」字形状を構成するようにして折り曲げ形成されている〔図８（Ｃ）参照〕。
【００２２】
羽根ベース部４２，羽根板片４３と羽根カバー片４４１は、すべて直角に折曲されている。そして、各羽根カバー片４４１の外端側４４１ｂは、隣接する羽根カバー片４４１の内端側４４１ａに略近接するように仕上げられるものである。実際には、原板からインペラ４を形成する工程は、１つのプレス加工ライン上で行われ、全ての羽根板片４３と、全ての羽根カバー片４４１とが略順番にプレス加工により折曲形成されるものである。
【００２３】
さらに、前記羽根カバー片４４１の外端側４４１ｂは、隣接する羽根カバー片４４１の内端側４４１ａに溶接手段によって溶接される実施形態も存在する。これによって、複数の独立した羽根カバー片４４１，４４１，…は、一つの円板形状の輪を一体的に形成することとなり、これによって力学的強度を備えたフロントプレート４４を形成することができる。また、インペラ４は、金属製であるが、フロントプレート４４が羽根板片４３とは別部材で構成され、溶接等の固着手段にて固着されたものであってもよい。合成樹脂にてボス部４１，羽根板片４３及びフロントプレート４４等の構成部材が一体的に形成されたものでもよい。
【００２４】
前記インペラ４の回転方向は、冷却水をインペラ４の外方に吹飛ばす方向であり、前記羽根板片４３の回転方向後縁４３２から冷却水が飛び出すようになっている。前記フロントプレート４４は、前記羽根板片４３の頂部に扁平円錐形状の輪として形成されている〔図７（Ａ），（Ｃ）参照〕。或いは、前記フロントプレート４４は、平坦板状の輪として形成される実施形態も存在する〔図６，図７（Ｄ）参照〕。フロントプレート４４は、羽根板片４３が冷却水にエネルギを与える領域内に冷却水を留めておく役目をなすものである。インペラ４は、ボス部４１が軸受付き駆動シャフト２を介してポンプハウジング１に装着される。前記軸受付き駆動シャフト２は、ポンプハウジング１の内部にてメカニカルシール３にて防水されている。
【００２５】
次に、本発明における円周状突起１３について説明する。前記羽根板片収納室１２と、前記インペラ４のフロントプレート４４との間には、クリアランス（隙間）ｃが存在している。該クリアランスｃの領域は、インペラ４のフロントプレート４４の外面側４４ａと、該外面側４４ａの内周側面（前記羽根板片４３の回転方向前縁４３１寄りの端縁）に亘る範囲である。該クリアランスｃは、比較的大きなもので構わない。前記吸入室１１と前記羽根板片収納室１２との境には、前述したように円周状突起１３が形成されている。
【００２６】
該円周状突起１３は、前記インペラ４の各羽根板片４３の回転方向前縁４３１且つ頂部付近に近接且つ非接触状態で食い込むように形成されたものである。前記円周状突起１３の先端１３１の位置は、インペラ４のフロントプレート４４の内面側４４ｂと略同一に形成された第１実施形態（図４参照）と、前記円周状突起１３の先端１３１の位置が前記インペラ４のフロントプレート４４の外面側４４ａと略同一に形成された第２実施形態が存在する（図５参照）。
【００２７】
まず、吸入ポート１５から吸入室１１に吸い込まれた冷却水は、羽根板片収納室１２に送り込まれ、その多くは吐出ポート１６から吐出される。しかしながら、吐出ポート１６側に送り込まれた冷却水の僅かな量が前記クリアランスｃに流れ込もうとする。そしてクリアランスｃに流れ込んだ冷却水は、前記円周状突起１３によって吸入室１１側に流れ込むことを防止される。
【００２８】
さらに、クリアランスｃ内に流れ込んだ冷却水は、吸入室１１まで流れ込むことがないので、図４（Ｂ），図５（Ａ）に示すように、クリアランスｃ内に滞留することとなり、このクリアランスｃ内に滞留した冷却水がさらなる冷却水のクリアランスｃ内への流入を遮ることとなり、冷却水がクリアランスｃを逆流することを防止できるものである。冷却水の逆流が防止されるときの冷却水の流れは、図４（Ｂ）及び図５に矢印で示している。以上は、第１及び第２実施形態における円周状突起１３によって、冷却水の逆流を防止するものである。
【００２９】
また、第２実施形態の円周状突起１３の先端１３１の位置は、前記インペラ４のフロントプレート４４の外面側４４ａと略同一に形成されたものであり、逆流を防止しつつ、吸入断面積も確保できる（図５参照）。
【００３０】
以上述べたように、円周状突起１３によって、クリアランスｃが比較的大きく形成されたとしても、該クリアランスｃから冷却水が逆流することを防止し、或いは逆流の量を最小限に食い止めることができ、ポンプ効率を極めて良好にすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一部断面にした側面図である。
【図２】ポンプハウジングとインペラの構成を示す一部切除した拡大断面図である。
【図３】（Ａ）は図１のＸａ−Ｘａ矢視断面図、（Ｂ）はポンプハウジングの要部断面図である。
【図４】（Ａ）は第１実施形態の円周状突起を示す要部拡大断面図、（Ｂ）は（Ａ）の作用を示す拡大断面図である。
【図５】第２実施形態の円周状突起及びその作用を示す拡大断面図である。
【図６】平坦円板状のフロントプレートを有するインペラが装着された実施形態の拡大断面図である。
【図７】（Ａ）はインペラの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＸｂ−Ｘｂ矢視断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＸｃ−Ｘｃ矢視断面図、（Ｄ）は別の実施形態のインペラの断面図である。
【図８】（Ａ）は金属原板によって一体成形されたインペラの斜視図、（Ｂ）はインペラの平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＸｄ−Ｘｄ矢視断面図、（Ｄ）はインペラの展開図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…ポンプハウジング、１１…吸入室、１２…羽根板片収納室、１２１…内周側壁面、
１３…円周状突起、１５…吸入ポート、１６…吐出ポート、４…インペラ、
４３…羽根板片、４３１…回転方向前縁、４３２…回転方向後縁、
４４…フロントプレート、４４ａ…羽根カバー片、４４ｂ…内面側、ｃ…クリアランス。
【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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