(57)【要約】【課題】簡単な構造で、冷間運転中における冷却水の循環を停止し、冷却水がある温度に達すると自動的に冷却水を循環させるようにしたウオータポンプを提供する。【解決手段】吸入ポート２、吐出ポート３及びこれら間に設けられたインペラ室４を有する本体部１と、本体部１に回転自在に支持された駆動軸８と、駆動軸８に連結部を介して装着されインペラ室４内に配設されたインペラ１０とを備え、連結部は駆動軸８とインペラ１０との間に感温変形部材２０が介装され、冷却液の温度に応じた感温変形部材２０の変形により駆動軸８とインペラ１０との結合力を調整するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入ポート、吐出ポート及びこれら間に設けられたインペラ室を有する本体部と、該本体部に回転自在に支持された駆動軸と、該駆動軸に連結部を介して装着され前記インペラ室内に配設されたインペラとを備え、
前記連結部は、駆動軸とインペラとの間に感温変形部材が介装され、冷却液の温度に応じた前記感温変形部材の変形により前記駆動軸とインペラとの結合力を調整するように構成したことを特徴とするウオータポンプ。
【請求項２】
前記インペラはボスを介して前記駆動軸の外周に装着され、前記感温変形部材は、円弧状又は円環状で前記ボスの内周面と駆動軸の外周面との間に介装されることを特徴とする請求項１記載のウオータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷式エンジンの冷却液を循環させるウオータポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１により、従来のウオータポンプについて説明する。なお、図１は本発明に係るウオータポンプの構成説明図であるが、従来のウオータポンプも基本構造は本発明のウオータポンプとほぼ同じなので、以下、図１を用いて従来のウオータポンプを説明する。
【０００３】
図１において、１はポンプ本体で、２はラジエータに接続された吸入ポート、３はエンジンに接続された吐出ポート、４は吸入ポート２と吐出ポート３の間に設けられて両者を連通するインペラ室である。５はポンプ室４の反対側に設けられたほぼ有底円筒状の保持室で、蒸気抜き穴６及び水抜き穴７が設けられている。
【０００４】
８は保持器５の中心部を貫通し、吸入ポート２と直交して設けられた駆動軸で、その先端部はインペラ室４内に位置しており、保持部５との間に設けた軸受部９により回転自在に支持されている。１０は中心部に設けたボス１１が駆動軸８のインペラ室４内に位置する部分（以下、先端部という）に固定されてインペラ室４内に配設されたインペラ、１２は保持部５の外周に配置され駆動軸８に固定されたプーリである。
【０００５】
上記のように構成したウオータポンプは、プーリ１２とエンジンのクランクシャフトとの間にベルトが掛けられ、エンジンの駆動により駆動軸８が回転駆動されてこれに固定したインペラ１０が回転する。これにより、ラジエータで冷却された冷却液が吸込ポート２から矢印方向に吸い込まれ、ポンプ室４を介して吐出ポート３からエンジンに送られ、シリンダ等を冷却する。
【０００６】
この場合、エンジンの始動時（以下、冷間運転中という）は冷却液は低温であるが、ウオータポンプのインペラ１０はクランクシャフトと同期して回転し、ラジエータで冷却された冷却液をシリンダに送水して冷却してエンジンの温度上昇を妨げるため、燃料の燃焼が不安定になるという問題があった。
【０００７】
このような問題を解決するために、水温センサで検知した冷却水の温度が所定温度以下のとき、すなわち、エンジンが冷間運転中のときは、電磁弁を弁開状態にしてバイパス通路を流通する冷却水の流量を増加させてエンジンに供給される冷却水の流量を減少させ、エンジンの温度を速やかに上昇させて暖機時間を短縮させ、早期に燃焼安定化をはかるようにした車輌用エンジンの冷却装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−９８５０号公報（第７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の冷却装置は、バイパス通路や電磁弁を設けてエンジンの冷間運転中の冷却水の流量を制御するようにしているが、構造が複雑でコストアップになるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、簡単な構造で冷間運転中における冷却液の循環を停止し、冷却液がある温度に達すると自動的に冷却液を循環させるようにしたウオータポンプを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るウオータポンプは、吸入ポート、吐出ポート及びこれら間に設けられたインペラ室を有する本体部と、該本体部に回転自在に支持された駆動軸と、該駆動軸に連結部を介して装着され前記インペラ室内に配設されたインペラとを備え、前記連結部は、駆動軸とインペラとの間に感温変形部材が介装され、冷却液の温度に応じた前記感温変形部材の変形により前記駆動軸とインペラとの結合力を調整するように構成したものである。
【００１２】
また、上記のインペラはボスを介して前記駆動軸の外周に装着され、前記感温変形部材は、円弧状又は円環状で前記ボスの内周面と駆動軸の外周面との間に介装されたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本実施の形態によれば、ウオータポンプの駆動軸と、インペラとの間に感温変形部材を介装し、エンジンの冷間運転中は冷却液の循環を停止又は循環量を低減し、冷却液の温度に応じた感温変形部材の変形により駆動軸とインペラとの結合力を調整して冷却液を循環させるようにしたので、きわめて簡単な構造で冷間運転中のエンジン、したがって燃料の燃焼の安定化をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るウオータポンプの構成説明図である。なお、従来技術として説明した部分は同じ構造なので、説明を省略する。また、説明を容易にするために、以下の説明では周面の一部を誇張して示してある。
本実施の形態は、駆動軸８の先端部の外周面とインペラ１０のボス１１の内周面との間にすき間を設け、このすき間に、形状記憶合金やバイメタル、あるいは各種の樹脂材料の如く、温度によって変形する感温変形部材２０を介装したものである。
【００１５】
図２は図１の要部の拡大断面図、図３は図２の感温変形部材の正面図及び中央断面図である。
本実施の形態においては、図２に示すように、ボス１１の内径ｄ1を駆動軸８の外径ｄより若干大きく形成し、両者の間にすき間ｇが形成されるようになっていて、連結部を形成している。また、感温変形部材２０は、図３に示すように円環状に形成され、その外径ｄ3はボス１１の内径ｄ1とほぼ等しく、内径ｄ2は駆動軸８の外径ｄより若干大きく形成されており、その幅ｗはボス１１の軸方向の幅とほぼ等しいか、又はこれより狭く形成され、厚みｔは駆動軸８とボス１１との間のすき間ｇより若干薄く形成されている。なお、この感温変形部材２０は、常温では図示の形状になっており、ある温度（例えば、８０℃程度）になると変形を開始し、又は十分な変形量になるような性能を有している。
【００１６】
上記のような感温変形部材２０はボス１１内に挿入され、接着剤等によりその外周面がボス１１の内周面に接合される。そして、ボス１１を駆動軸８に嵌合すると、駆動軸８の外周面と感温変形部材２０の内周面との間には、僅かなすき間Δｇが形成される。
【００１７】
上記のように構成した本実施の形態にかかるウオータポンプにおいて、エンジンの始動時、したがって冷間運転中には、冷却液の温度が低いため、この冷却液が存在するインペラ室４内に配置された感温変形部材２０は変形せず、駆動軸８の外周面と感温変形部材２０の内周面との間には、すき間Δｇが存在する。このため、駆動軸８とインペラ１０は非結合状態となり、駆動軸８は空転してその回転がインペラ１０には伝達されないので、低温の冷却液は循環しない。
【００１８】
エンジンの温度が上昇して冷却液がある温度まで上昇すると、感温変形部材２０が径方向に変形し、駆動軸８の外周面とインペラ１０のボス１１の内周面に圧着して一体化する。これにより、駆動軸８の回転が感温変形部材２０を介してインペラ１０に伝達され、インペラ１０を回転駆動して冷却液を循環させ、ラジエータで冷却された冷却液をエンジンに送り、シリンダ等の必要か所を冷却する。
【００１９】
図４は本実施の形態の他の例の要部の拡大断面図である。
本例は、感温変形部材２０の内径ｄ2を駆動軸８の外径ｄとほぼ等しく、外径ｄ3をボス１１の内径ｄ1より若干小さく形成し、感温変形部材２０を駆動軸８に嵌合して接着剤等により接合し、ボス１１の内周面と感温変形部材２０の外周面との間に僅かなすき間Δｇを形成したものである。なお、感温変形部材２０をボス１１と駆動軸８のいずれにも結合させず、浮遊状態で介装してもよい。これにより、冷却液の温度上昇時に、圧接力と摩擦力でこれらを結合することができる。
本例の作用は、図１、図２の場合とほぼ同様である。
【００２０】
図５は本実施の形態のさらに他の例の要部の拡大断面図である。
本例は、円環状の感温変形部材２０の一部を切除２１して有端形状とし、その外周面をボス１１の内周面に、又は内周面を駆動軸８の外周面に接着剤等により接合したものである。
本例の作用は、図１、図２の場合とほぼ同様である。
【００２１】
上記の説明では、感温変形部材２０と、駆動軸８の外周面又はボス１１の内周面との間に僅かなすき間Δｇを設けた場合を示したが、これらは弱い力で接触するようにしてもよい。つまり、冷間運転時に駆動軸８が空転し又はインペラ１０のボス１１との結合力を弱めて、冷却液の搬送能力を低減するように結合力を調整できればよいのである。
【００２２】
本実施の形態によれば、ウオータポンプの駆動軸８と、インペラ１０のボス１１との間に感温変形部材２０を介装し、エンジンの冷間運転中は駆動軸８が空転して冷却液の循環を停止し又は弱めて、冷却液がある温度に達すると感温変形部材２０が変形して駆動軸８の回転をインペラ１０に伝達して冷却液を循環するようにしたので、きわめて簡単な構造で冷間運転中のエンジン、したがって燃料の燃焼の安定化をはかることができる。
【００２３】
［実施の形態２］
図６は本発明の実施の形態２に係るウオータポンプの要部の説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、駆動軸８の先端部の外周の軸方向の複数箇所に溝８ａ（図には２箇所の場合が示してある）を設け、この溝８ａに感温変形部材２０を嵌合したものである。なお、感温変形部材２０の内周面は溝８ａの外周面に接着しなくてもよい。
【００２４】
この場合、感温変形部材２０の幅は溝８ａの幅より若干狭く、厚みはボス１１を駆動軸８に嵌合したときに、その外周面とボス１１の内周面との間にすき間Δｇが形成されるか又は弱い力で接触する程度に、溝８ａの深さより厚く形成され、かつ、図５に示すように、一部が切除された有端形状のものが用いられる。
【００２５】
上記の説明では駆動軸８に溝８ａを設けた場合を示したが、ボス１１の内周面に溝を設け、この溝に感温変形部材２０を嵌合して、その内周面と駆動軸８の外周面との間にすき間Δｇを形成し、又は弱い力で接触するようにしてもよい。
また、上記の説明では、駆動軸８の２箇所に幅狭の溝８ａを設けた場合を示したが、駆動軸８又はボス１１に３箇所以上の溝８ａを設けてもよく、あるいは、適宜幅の１個の溝を設けてもよい。
本実施の形態に係るウオータポンプの作用、効果は、実施の形態１の場合とほぼ同様である。
【００２６】
［実施の形態３］
図７は本発明の実施の形態３に係るウオータポンプの要部の説明図である。なお、実施の形態２と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
２０ａは感温変形部材で、実施の形態２の感温変形部材２０を周方向に複数に分割（３分割又はそれ以上に分割）して円弧状に形成したもので、常温時において、内周の半径ｒ1を駆動軸８の半径ｒとほぼ等しく、長さを駆動軸８の円周長の２分の１以下に形成し、溝８ａ内にほぼ等間隔で配置したものである。そして、ボス１１を駆動軸８に嵌合したときは、ボス１１の内周面と感温変形部材２０ａの外周面との間には、すき間Δｇが形成される。
【００２７】
上記のように構成した本実施の形態において、エンジンの冷間運転時には、図７に示すように、感温変形部材２０ａの外周面とボス１１の内周面との間には、すき間Δｇが形成され又は小さな力で接触しており、このため、駆動軸８は空転してその回転はインペラ１０に伝達されないか又は伝達力が低下するので、冷却液の循環が停止し又は循環能力が停止するように調整されている。
【００２８】
エンジンの温度が上昇して冷却液がある温度に達すると、図８に示すように感温変形部材２０ａが変形してその半径ｒ1が拡大し、中央部が駆動軸８に圧着された状態で両端部がボス１１の内周面に圧着される。これにより、駆動軸８の回転は感温変形部材２０ａを介してインペラ１０に強く伝達され、インペラ１０の回転によって冷却液が大量に循環し、エンジンのシリンダ等を冷却する。
上記説明では、駆動軸８の全周に亘って溝８ａを設けた場合を示したが、感温変形部材２０ａを配設する部分のみに溝を設けてもよい。
本実施の形態によれば、実施の形態１，２の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００２９】
［実施の形態４］
図９は本発明の実施の形態４に係るウオータポンプの要部の説明図である。
図において、２５は内径が駆動軸８の外径とほぼ等しい環状部２５ａと、その一方の側の外周に設けたフランジ部２５ｂとからなる第１の内輪、２６は内径が第１の内輪２５の環状部２５ａの外径とほぼ等しい環状部２６ａと、その他方の側の外周に設けたフランジ部２６ｂとからなる第２の内輪、２７は外径がボス１１の内径とほぼ等しい環状部２７ａと、その一方の側の内周に設けたフランジ部２７ｂとからなる外輪である。
【００３０】
これら第１、第２の内輪２５，２６及び外輪２７は、ある程度の剛性を有する金属板や合成樹脂からなり、第１の内輪２５の環状部２５ａは駆動軸８に嵌合されて接着剤等により接合され、第２の内輪２６はその環状部２６ａが第１の内輪２５の環状部２５ａの外周に圧入され、又は嵌合されて接着剤等により接合されている。また、外輪２７はその環状部２７ａがボス１１に嵌入され、接着剤等により接合されている。
【００３１】
２０ｂは環状の感温変形部材で、図１０に示すように、幅方向の両縁部２１ａ，２１ｂの間には、周方向に所定の間隔で、常温時には周方向に傾斜したほぼ菱形状の複数の傾斜した貫通穴２２が設けられており、貫通穴２２の間には両縁部２１ａ，２１ｂを連結する連結片２３が設けられている。
この感温変形部材２０ｂの内径ｄ4は第２の内輪２６の環状部２６ａの外径とほぼ等しいかこれより若干大きく、幅ｗ1は後述の溝状部２８の幅とほぼ等しいか、又はこれより僅かに狭く形成されており、厚みｔ1は第２の内輪２５のフランジ部２５ｂの高さより薄く形成されている。そして、この感温変形部材２０ｂの縁部２１ａ側の端面は、第２の内輪２６のフランジ部２６ｂの内周面に接着剤等により接合されている。
【００３２】
次に、本実施の形態の組立手順の一例について説明する。
先ず、外輪２７が取付けられたボス１１を、第１の内輪２５が取付けられた駆動軸８に嵌合し、そのフランジ部２７ｂを第１の内輪２５のフランジ部２５ｂと対峙させる。ついで、感温変形部材２０ｂが取付けられた第２の内輪２６の環状部２６ａを、第１の内輪２５の環状部２５ａの外周に圧入（又は嵌合して接着）し、感温変形部材２０ｂを、第２の内輪２６のフランジ部２６ｂと外輪２７のフランジ部２７ｂとの間に形成された溝状部２８内に位置させる。
【００３３】
このとき、外輪２７のフランジ部２７ｂの外周面は、第１の内輪２５のフランジ部２５ｂの内周面に弱い力で接触し、また、感温変形部材２８ｂの縁部２１ｂ側の端面は、外輪２７のフランジ部２７ｂの内周面に弱い力で接触する（図１１（ａ）参照）。
【００３４】
上記のように構成したウオータポンプにおいて、エンジンの冷間運転中は、駆動軸８が回転すると、図１１（ａ）に示すように、第１、第２の内輪２５，２６及び感温変形部材２０ｂも同時に回転するが、第１の内輪２５のフランジ部２５ｂ及び感温変形部材２０ｂの周端面は、外輪２７のフランジ部２７ｂに弱い力で接触しており、一方、インペラ１０の負荷は大きいので、駆動軸８は空転してその回転力がインペラ１０には伝達されず、このため、冷却液は循環しないか、又は伝達力が弱まって冷却液の循環能力が低下する。
【００３５】
エンジンの温度が上昇して冷却液がある温度に達すると、感温変形部材２０ｂは、図１１（ｂ）に示すように、軸方向（幅方向）に変形してｗ2に拡幅され、外輪２７のフランジ部２７ｂに圧着してこれを押圧し、さらに、フランジ部２７ｂを押圧して第１の内輪２５のフランジ部２５ｂに圧着する。
これにより、駆動軸８の回転は、第１の内輪２５、外輪２７を介してインペラ１０に伝達されてインペラ１０を回転させ、冷却液を循環させてシリンダを冷却する。
【００３６】
図１２は本実施の形態の他の例の要部の説明図である。
本例は、フランジ部２６ｂに感温変形部材２０ｂが取付けられ、環状部２６ａが駆動軸８に固定された内輪２６（図９の第２の内輪２６と同じ構造）と、環状部２７ａがボス１１に固定された外輪２７とからなり、ボス１１を駆動軸８に嵌合したときは、外輪２７のフランジ部２７が感温変形部材２０ｂの端面に弱い力で接触するようにしたものである。
本例の作用は、図９のウオータポンプの場合とほぼ同様である。
【００３７】
図１３は本実施の形態のさらに他の例の説明図である。
図１３（ａ）において、２９はその内周面が駆動軸８に固定された円環状の内輪、３０はその外周面がボス１１に固定された円環状の外輪、２０ｃは、内輪２９と外輪３０との間に介装された円環状の感温変形部材である。
【００３８】
この感温変形部材２０ｃは、図１３（ｂ）に示すように、側面の軸方向に、周方向に所定の間隔で常温では周方向に傾斜したほぼ菱形状の複数の貫通穴２２ａが設けられており、その内周面が内輪２９に固定され、外周面が外輪３０に弱い力で接触する。
【００３９】
本例においては、エンジンが冷間運転中は、駆動軸８が回転してもその回転がインペラ１０には伝達されず、冷却液は循環されないが、冷却液がある温度まで上昇すると、感温変形部材２０ｃが径方向に変形して外輪３０に圧着され、駆動軸８の回転がインペラ１０に伝達されて冷却液を循環させる。
【００４０】
上記の説明では、感温変形部材２０ｃを内輪２９に固定した場合を示したが、外輪３０に固定して内輪２９に弱い力で接触させるようにしてもよい。
また、感温変形部材２０ｃを、外輪３０又は内輪２９のフランジ部３０ｂ若しくは２９ｂに弱い力で接触させた場合を示したが、僅かなすき間を隔てて対峙させるようにしてもよい。
さらに、内輪２９と外輪３０を省略し、感温変形部材２０ｃを直接駆動軸８又はボス１１に取付けてもよい。
【００４１】
上記の説明では、駆動軸８の外周面とインペラ１０のボス１１の内周面との間に感温変形部材２０ｂ，２０ｃを介装した場合を示したが、これに限定するものではなく、感温変形部材２０ｂ，２０ｃを、例えば駆動軸の内周面とボスの外周面との間に介装し、あるいは、駆動軸の端面とインペラの端面との間に介装してもよい。このように、感温変形部材２０ｂ，２０ｃは、駆動軸とインペラを連結する種々の形態の連結部に適用することができる。
本実施の形態の作用、効果は、実施の形態１の場合とほぼ同様である。
【００４２】
上記の各実施の形態においては、図示のウオータポンプに本発明を実施した場合を示したが、これに限定するものではなく、他の構造のウオータポンプにも本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るウオータポンプの構成説明図である。
【図２】図１の要部の拡大断面図である。
【図３】図２の感温変形部材の正面図及び中央断面図である。
【図４】実施の形態１の他の例の要部の拡大断面図である。
【図５】実施の形態１のさらに他の例の要部の拡大断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るウオータポンプの要部の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るウオータポンプの要部の説明図である。
【図８】図７の作用説明図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係るウオータポンプの要部の説明図である。
【図１０】図９の感温変形部材の側面図及び正面図である。
【図１１】図１０の作用説明図である。
【図１２】実施の形態４の他の例の要部の説明図である。
【図１３】実施の形態４のさらに他の例の要部の説明図及び感温変形部材の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  本体部、２  吸入ポート、３  吐出ポート、４  インペラ室、８  駆動軸、１０  インペラ、１１  ボス、１２  プーリ、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  感温変形部材、２２，２２ａ  貫通穴、２５  第１の内輪、２６  第２の内輪、２７，３０  外輪、２９  内輪。
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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