(57)【要約】【課題】必要に応じてウォータポンプの回転軸の回転を停止又は抑制することができるウォータポンプの駆動装置を提供することを課題とする。【解決手段】駆動装置１００は、主軸１、その先端に固定されたドライブディスク２、ドライブディスク２を取り囲むと共に軸受３を介して主軸１に対して回転可能に支持されたハウジング４とを備える。ハウジング４の外周縁には従動プーリ２０がハウジング４と一体に装着される。主軸１には、ウォータポンプ２１の回転軸２２が接合される。ハウジング４の内部はセパレートプレート５によって貯留室６とトルク伝達室７とに区画されている。トルク伝達室７内にはドライブディスク２が収容される。ドライブディスク２の外周域近傍にはラビリンス部８が形成されている。貯留室６とトルク伝達室７との間でシリコンオイルの行き来は、感熱弁１３によって調整される。【選択図】図１
2009103000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
従動プーリと、
ウォータポンプの回転軸への前記従動プーリの回転伝達状態を変更するカップリング部と、
を備えたことを特徴とするウォータポンプの駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載のウォータポンプの駆動装置において、
前記カップリング部は、感温部を備え、当該感温部が感知する温度に応じて前記従動プーリの回転を前記ウォータポンプの駆動軸へ伝達し、又は、遮断することを特徴としたウォータポンプの駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載のウォータポンプの駆動装置において、
前記カップリング部は、
前記ウォータポンプの回転軸と接合される主軸と、
該主軸の先端に固定されたドライブディスクと、
当該ドライブディスクを取り囲むと共に軸受を介して前記主軸に対して回転可能に支持されたハウジングと、
当該ハウジング内に形成されたトルク伝達室及び当該トルク伝達室に連通する貯留室と、
前記ドライブディスクの外周部に設けられたラビリンス部と、
温度に応じて前記貯留室と前記トルク伝達室間のトルク伝達流体の増減を調節する感温弁と、
を備え、
前記従動プーリは、前記ハウジングと一体に設けられたことを特徴とするウォータポンプの駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載のウォータポンプの駆動装置において、
前記カップリング部は、
前記従動プーリと一体とされる主軸と、
該主軸の先端に固定されたドライブディスクと、
当該ドライブディスクを取り囲むと共に軸受を介して前記主軸に対して回転可能に支持されたハウジングと、
当該ハウジング内に形成されたトルク伝達室及び当該トルク伝達室に連通する貯留室と、
前記ドライブディスクの外周部に設けられたラビリンス部と、
温度に応じて前記貯留室と前記トルク伝達室間のトルク伝達流体の増減を調節する感温弁と、
を備え、
前記ウォータポンプの回転軸は、前記感温弁と接触しつつ前記ハウジングと一体とされたことを特徴とするウォータポンプの駆動装置。
【請求項５】
請求項１記載のウォータポンプの駆動装置において、
前記カップリング部は、ダンパーを介して前記ウォータポンプの回転軸と一体化されたクラッチハブと、
通電されることによって前記クラッチハブを前記従動プーリ側へ引き寄せるステータコイルと、
を、備えたことを特徴としたウォータポンプの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン内に冷媒を循環させるウォータポンプの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの冷却装置として、内部に冷媒としての冷却水を循環させるウォータポンプや、ラジエータの効率を向上させるためのファンが実用化されている。これらの冷却装置は、エンジンのクランク軸の回転を駆動プーリ及び従動プーリを介して動力が伝達され、稼働するものが知られている。このような冷却装置のうち、ファンを駆動する装置としてファンカップリング装置の提案が多数されている。このようなファンカップリング装置は、外部周囲の温度に応じて稼働状態が自動制御される構成となっている。このようなファンカップリング装置は、例えば、特許文献１等に開示されている。また、ウォータポンプのインペラを支持した回転軸が必要以上に高速で回転し、過剰に冷却水を流通させることを回避するエンジン用冷却装置の駆動装置が特許文献２に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１０６６０７号公報
【特許文献２】特開２００２−１１５５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１等に開示されたファンカップリング装置は外部周囲の温度に応じてファンの稼働を制御するものとなっている。従って、ウォータポンプのインペラを回転させる回転軸自体は、常に回転状態となっている。また、特許文献２に開示されたエンジン用冷却装置の駆動装置も流体継手の作用により、回転軸の過剰な回転を抑制するものであるが、エンジンが稼働状態にあるときは、ウォータポンプの回転軸は常時駆動された状態となっている。このように従来のエンジンの冷却装置では、エンジンの冷却必要熱量に関係なく冷却水を循環させることになり、場合によっては機関温度を適正に保つことができず、過冷却状態となったり、その過回転により駆動力を浪費して燃料消費量が増大したりする。
【０００５】
そこで、本発明は、必要に応じてウォータポンプの回転軸の回転を停止又は抑制することができるウォータポンプの駆動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を達成するための、本発明のウォータポンプの駆動装置は、従動プーリと、ウォータポンプの回転軸への前記従動プーリの回転伝達状態を変更するカップリング部と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このようなウォータポンプの駆動装置における、前記カップリング部は、従動プーリの回転をウォータポンプの回転軸へ伝達したり、遮断したりする。また、両者間に滑りを生じさせる等して回転の伝達を抑制したりする。このようなカップリング部は、感温部を備え、当該感温部が感知する温度に応じて前記従動プーリの回転を前記ウォータポンプの駆動軸へ伝達し、又は、遮断する構成とすることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、冷却水の循環が不要である低温のときにはウォータポンプの回転軸の駆動を抑制することができる。これにより、エンジンの過冷却状態を回避できるとともに、エンジンの負荷を軽減することができる。
【０００７】
また、前記カップリング部は、前記ウォータポンプの回転軸と接合される主軸と、該主軸の先端に固定されたドライブディスクと、当該ドライブディスクを取り囲むと共に軸受を介して前記主軸に対して回転可能に支持されたハウジングと、当該ハウジング内に形成されたトルク伝達室及び当該トルク伝達室に連通する貯留室と、前記ドライブディスクの外周部に設けられたラビリンス部と、温度に応じて前記貯留室と前記トルク伝達室間のトルク伝達流体の増減を調節する感温弁と、を備え、前記従動プーリは、前記ハウジングと一体に設けられた構成とすることができる（請求項３）。このような構成とすることにより、外部温度が上昇したときにラビリンス部を介してドライブディスクとハウジングとを十分な連結状態とすることができ、従動プーリの回転によるウォータポンプの駆動を行うことができる。
【０００８】
また、前記カップリング部は、前記従動プーリと一体とされる主軸と、該主軸の先端に固定されたドライブディスクと、当該ドライブディスクを取り囲むと共に軸受を介して前記主軸に対して回転可能に支持されたハウジングと、当該ハウジング内に形成されたトルク伝達室及び当該トルク伝達室に連通する貯留室と、前記ドライブディスクの外周部に設けられたラビリンス部と、温度に応じて前記貯留室と前記トルク伝達室間のトルク伝達流体の増減を調節する感温弁と、を備え、前記ウォータポンプの回転軸は、前記感温弁と接触しつつ前記ハウジングと一体とされた構成とすることができる（請求項４）。このような構成とすることによりウォータポンプの回転軸の温度が上昇したときにラビリンス部を介してドライブディスクとハウジングとを十分な連結状態とすることができ、従動プーリの回転によるウォータポンプの駆動を行うことができる。通常、ウォータポンプは発熱源となるエンジンの近くに配置される。このため、ウォータポンプの回転軸もエンジンの温度上昇に伴って、上昇する。このような場合、ウォータポンプの稼働も必要となるが、感熱弁が反応することによってウォータポンプを稼働状態とすることができる。
【０００９】
さらに、前記カップリング部は、ダンパーを介して前記ウォータポンプの回転軸と一体化されたクラッチハブと、通電されることによって前記クラッチハブを前記従動プーリ側へ引き寄せるステータコイルと、を、備えた構成とすることができる（請求項５）。例えば、冷却水温度や、油温、エンジン負荷等から冷却水の循環が必要であるか否かの判断を行う制御部を備え、この制御部の指令に基づいて、ステータコイルに通電する構成とすることができる。ステータコイルへの通電により、クラッチハブを従動プーリとを一体として回転させることができ、ウォータポンプを稼働状態とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外部周囲やエンジンが高温となり冷却水の循環が必要となるときに従動プーリの駆動力をウォータポンプの回転軸に十分に伝達するようにしたので、エンジンの過冷却を回避するとともに、駆動力の浪費を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明のウォータポンプの駆動装置（以下、単に「駆動装置」という）１００を断面とした概略構成図である。駆動装置１００は、主軸１と、この主軸１の先端に固定されたドライブディスク２と、このドライブディスク２を取り囲むと共に軸受３を介して主軸１に対して回転可能に支持されたハウジング４とを備えている。これらの構成要素が本発明におけるカップリング部の主要部を形成している。
【００１３】
ハウジング４の外周縁には従動プーリ２０がハウジング４と一体に装着されている。この従動プーリ２０には、図示しないエンジンのクランクシャフトの端部に固定した駆動プーリとの間にベルトが掛け渡されクランクシャフトの回転に応じて回転するようになっている。
【００１４】
主軸１には、ウォータポンプ２１の回転軸２２が接合されている。回転軸２２は、ウォータポンプ２１のハウジング２３に支持した軸受ユニット２４により、その中間部を回転自在に支持している。そして、回転軸１の内端部（図１の右端部）でハウジング２３内に位置する部分にインペラ２５を固定している。回転軸２２は、インペラ２５と軸受ユニット２４との間にメカニカルシール８を設けて、ハウジング２３内を流通する冷却水が軸受ユニット２４側に入り込まない構成としている。
【００１５】
ハウジング４の内部はセパレートプレート５によって貯留室６とトルク伝達室７とに区画されている。トルク伝達室７内にはドライブディスク２が収容されている。ドライブディスク２の外周域の前後面及びそれら前後面にそれぞれ対向するトルク伝達室７の前後壁面部には複雑に入り組んだ凹凸が形成され、その対向する凹凸間にはラビリンス溝が確保されている。即ち、ドライブディスク２の外周域近傍にはラビリンス部８が形成されている。
【００１６】
そして、貯留室６及びトルク伝達室７には、粘性流体であるシリコンオイル（即ちトルク伝達流体）が所要量入れられている。更にセパレートプレート５には、貯留室６とトルク伝達室７との間でシリコンオイルの行き来を許容する二つの連通路９、１０が形成されている。二つの連通路９、１０のうちの下側連通路１０に対応して、貯留室６内には板バネからなる弁体１１（一部分のみ図示）が配設されている。この弁体１１は、外気温によって熱変位する弁体作動用の熱変位素子（バイメタル）１２と作動連結されている。この弁体１１とバイメタル１２とを組み合わせたものが本発明における感熱弁１３に相当する。この感熱弁１３は温度に応じて貯留室６とトルク伝達室７間のシリコンオイルの増減を調節する。
【００１７】
このように構成された駆動装置１００は、次のように作動する。従動プーリ２０により駆動されるハウジング４の回転に伴い、ハウジング４の遠心作用によってトルク伝達室７内のシリコンオイルがドライブディスク２の外周部におけるラビリンス部８周囲に集まってくる。そのシリコンオイルはドライブディスク２とハウジング４の回転速度差から生じるポンピング作用によって上側連通路９を介して貯留室６に送り込まれる。
【００１８】
外気温が低い場合、バイメタル１２によって弁体１１は下側連通路１０を閉じるため、この連通路１０を介して貯留室６からトルク伝達室７へのオイルの戻し（再供給）は止められている。従って、トルク伝達室７内のシリコンオイル量が減少し、ハウジング４からドライブディスク２へのトルク伝達が小さくなりウォータポンプ２１の回転軸２２の回転速度が低下する。他方、外気温、例えば、ラジエータの後方の温度が高くなると、バイメタル１２によって弁体１１は下側連通路１０を開けるため、貯留室６からトルク伝達室７へのオイルの戻しが許容される。従って、トルク伝達室７には必要量のシリコンオイルが常に確保され、ハウジング４からドライブディスク２へのトルク伝達が維持されてウォータポンプ２１の回転軸２２の高速回転が保たれる。これにより、エンジン内部の冷却水の循環を促進し、冷却性能を確保することができる。
【実施例２】
【００１９】
本発明の実施例２について図面を参照しつつ説明する。図２は、本発明のウォータポンプの駆動装置（以下、単に「駆動装置」という）２００を断面とした概略構成図である。駆動装置２００は、主軸５１と、この主軸５１の先端に固定されたドライブディスク５２と、このドライブディスク５２を取り囲むと共に軸受５３を介して主軸５１に対して回転可能に支持されたハウジング５４とを備えている。これらの構成要素が本発明におけるカップリング部の主要部を形成している。主軸５１は、従動プーリ７０と一体に成形されている。この従動プーリ７０には、図示しないエンジンのクランクシャフトの端部に固定した駆動プーリとの間にベルトが掛け渡されクランクシャフトの回転に応じて回転するようになっている。
【００２０】
ハウジング４の内部はセパレートプレート５５によって貯留室５６とトルク伝達室５７とに区画されている。トルク伝達室５７内にはドライブディスク５２が収容されている。ドライブディスク５２の外周域の前後面及びそれら前後面にそれぞれ対向するトルク伝達室５７の前後壁面部には複雑に入り組んだ凹凸が形成され、その対向する凹凸間にはラビリンス溝が確保されている。即ち、ドライブディスク５２の外周域近傍にはラビリンス部５８が形成されている。
【００２１】
そして、貯留室５６及びトルク伝達室５７には、粘性流体であるシリコンオイル（即ちトルク伝達流体）が所要量入れられている。更にセパレートプレート５５には、貯留室５６とトルク伝達室５７との間でシリコンオイルの行き来を許容する二つの連通路５９、６０が形成されている。二つの連通路５９、６０のうちの下側連通路６０に対応して、貯留室５６内には板バネからなる弁体６１（一部分のみ図示）が配設されている。この弁体６１は、温度によって熱変位する弁体作動用の熱変位素子（バイメタル）６２と作動連結されている。この弁体６１とバイメタル６２とを組み合わせたものが本発明における感熱弁６３に相当する。この感熱弁６３は温度に応じて貯留室５６とトルク伝達室５７間のシリコンオイルの増減を調節する。
【００２２】
ウォータポンプ２１の回転軸２２は、このような感熱弁１３のバイメタル６２と接触しつつハウジング５４と一体化されている。回転軸２２は、ウォータポンプ２１のハウジング２３に支持した軸受ユニット２４により、その中間部を回転自在に支持している。そして、回転軸１の内端部（図１の右端部）でハウジング２３内に位置する部分にインペラ２５を固定している。回転軸２２は、インペラ２５と軸受ユニット２４との間にメカニカルシール８を設けて、ハウジング２３内を流通する冷却水が軸受ユニット２４側に入り込まない構成としている。
【００２３】
このように構成された駆動装置２００は、次のように作動する。従動プーリ７０により駆動されるドライブディスク５２の回転に伴い、ドライブディスク５２の遠心作用によってトルク伝達室５７内のシリコンオイルがドライブディスク５２の外周部におけるラビリンス部５８周囲に集まってくる。そのシリコンオイルはドライブディスク５２とハウジング５４の回転速度差から生じるポンピング作用によって上側連通路５９を介して貯留室５６に送り込まれる。
【００２４】
ウォータポンプ２１の回転軸２２の温度が低い場合、バイメタル６２によって弁体６１は下側連通路６０を閉じるため、この連通路６０を介して貯留室５６からトルク伝達室５７へのオイルの戻し（再供給）は止められている。従って、トルク伝達室５７内のシリコンオイル量が減少し、ドライブディスク２からハウジング５４へのトルク伝達が小さくなりウォータポンプ２１の回転軸２２の回転速度が低下する。他方、エンジンの温度の上昇に伴って回転軸２２の温度が高くなると、バイメタル６２によって弁体６１は下側連通路６０を開けるため、貯留室５６からトルク伝達室５７へのオイルの戻しが許容される。従って、トルク伝達室５７には必要量のシリコンオイルが常に確保され、ドライブディスク２からハウジング４へのトルク伝達が維持されてウォータポンプ２１の回転軸２２の高速回転が保たれる。これにより、エンジン内部の冷却水の循環を促進し、冷却性能を確保することができる。
【実施例３】
【００２５】
次に、本発明の実施３について図３、図４を参照しつつ説明する。図３、図４は、いずれも本発明のウォータポンプの駆動装置（以下、単に「駆動装置」という）３００を断面とした概略構成図であり、図３は、ウォータポンプ２１の回転軸２２が従動プーリ７５と分離した状態、図４は、ウォータポンプ２１の回転軸２２が従動プーリ７５と一体化した状態を示している。なお、ウォータポンプ２１の構成は実施例１及び実施例２と同様であり、共通の参照番号を付している。
【００２６】
駆動装置３００は、ウォータポンプ２１の回転軸２２に軸受７６、７７を介して回転自在に装着された従動プーリ７５を備えている。この従動プーリ７５には、図示しないエンジンのクランクシャフトの端部に固定した駆動プーリとの間にベルトが掛け渡されクランクシャフトの回転に応じて回転するようになっている。従動プーリ７５は、内部にステータコイル７４を備えている。このステータコイル７４は、図示しないＥＣＵ（Electronic  control  unit）によって通電制御されるようになっている。
【００２７】
回転軸２２の先端には端部ディスク７１が固定されており、この端部ディスク７１には、ダンパー７２を介してクラッチハブ７３が装着されている。ダンパー７２は伸縮性を有するゴム材からなっている。クラッチハブ７３は鉄板からなり、ステータコイル７４に通電されると従動プーリ７５側へ引き寄せられる。なお、ダンパー７２は、ステータコイル７４への通電が遮断されたときにクラッチハブ７３を従動プーリ７５から遠ざけることができるものであれば度のようなものであってもよく、例えば、スプリングとしてもよい。
【００２８】
以上の用に構成される駆動装置３００は、ＥＣＵによるステータコイル７４に対する通電指令がないときには図３に示すようにウォータポンプ２１の回転軸２２が従動プーリ７５と分離した状態となる。図示しない駆動プーリによって駆動される従動プーリ７５は、この状態では回転軸２２周りで空転するのみで回転軸２２自体は回転しない。これにより、ウォータポンプ２２は停止状態となる。
【００２９】
一方、冷却水温度、油温、エンジン負荷等に基づいてＥＣＵがウォータポンプ２２の稼働による冷却が必要であると判断しときは、ＥＣＵは、ステータコイル７４への通電指令を発する。これにより、クラッチハブ７３が磁力により従動プーリ７５側へ引き寄せられ、従動プーリ７５との摩擦によって一体となって回転するようになる。これによりウォータポンプ２２は稼働状態となる。この結果、エンジン内部の冷却水の循環を促進し、冷却性能を確保することができる。
【００３０】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例１のウォータポンプの駆動装置を断面とした概略構成図である。
【図２】実施例２のウォータポンプの駆動装置を断面とした概略構成図である。
【図３】実施例３のウォータポンプの駆動装置を断面とした概略構成図であり、ウォータポンプの回転軸が従動プーリと分離した状態を示す図である。
【図４】実施例３のウォータポンプの駆動装置を断面とした概略構成図であり、ウォータポンプの回転軸が従動プーリと一体化した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１、５１  主軸
２、５２  ドライブディスク
３、５３  軸受
４、５４  ハウジング
５、５５  セパレートプレート
６、５６  貯留室
７、５７  トルク伝達室
８、５８  ラビリンス部
９、５９  上側連通路
１０、６０  下側通路
１１、６１  弁体
１２、６２  バイメタル
１３、６３  感温弁
２０、７０、７５  従動プーリ
２１  ウォータポンプ
２２  回転軸
２３  ハウジング
２４  軸受ユニット
２５  インペラ
７１  端部ディスク
７２  ダンパー
７３  クラッチハブ
７４  ステータコイル
７６、７７  軸受
１００、２００、３００  駆動装置
【図１】
2009103000.tif 000003
【図２】
2009103000.tif 000004
【図３】
2009103000.tif 000005
【図４】
2009103000.tif 000006