(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの貫通孔に非接触状態で挿通されかつ外端にプーリが内端にインペラがそれぞれ取り付けられるポンプ軸と、ポンプ軸とハウジングの貫通孔との間の隙間に介装されるシール部材と、ポンプ軸をハウジングに対して回転可能に支持する軸受装置とを含むウォータポンプであって、
前記プーリの内方側には軸受装置取付用嵌合部が設けられており、ハウジングの外側面にプーリよりも大径の円筒部が貫通孔と同心状に設けられており、この円筒部の内周と前記軸受装置取付用嵌合部の外周との間に前記軸受装置が前記シール部材と軸方向で重複して配設されている、ことを特徴とするウォータポンプ。
【請求項２】
前記軸受装置が単列軸受であることを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプ。
【請求項３】
前記円筒部の付け根側には、シール部材から漏洩してプーリとポンプ軸との間の隙間を経て案内されたインペラ側の冷却水を回転遠心力でもって径方向外向きへ案内する水抜き孔が設けられている、請求項１または２に記載のウォータポンプ。
【請求項４】
前記漏洩冷却水の案内面となるプーリの内周面またはポンプ軸の外周面の少なくとも一方には、漏洩冷却水を前記円筒部の水抜き孔側へ強制的に送るための強制排出手段が設けられている、請求項３に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、主として自動車などの水冷式エンジンに備えられるウォータポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ウォータポンプは、エンジンの外壁を貫通するポンプ軸の外端にプーリを、また、内端にインペラをそれぞれ取り付けてあり、プーリを通じてエンジン動力の一部を取り込んでポンプ軸を回転駆動することにより、インペラをエンジン内部で回転させて冷却水を循環させるものである。従来のこの種のウォータポンプの具体例を、図６および図７に示す。
【０００３】
図６は、従来例１のウォータポンプの断面図である。図中、２１はエンジンブロック（図示せず）に取り付けられるハウジングである。このハウジング２１には、その内外に突出するボス部２１ａが設けられており、このボス部２１ａには、ポンプ軸２２が非接触状態に挿通されている。このポンプ軸２２の外端にプーリ２３が、また、内端にインペラ２４がそれぞれ取り付けられている。
【０００４】
そして、ポンプ軸２２は、内端側が小径に、外端側が大径の段付軸に形成されており、大径部２２ａとハウジング２１のボス部２１ａとの間には、軸受装置２５が介装されており、小径部２２ｂとハウジング２１のボス部２１ａとの間には、メカニカルシール等のシール部材２６が介装されている。
【０００５】
なお、ここでの軸受装置２５は、ポンプ軸２２を内輪とするインテグラルタイプのものが使用されているため、ポンプ軸２２の大径部２２ａには軌道溝２２ｃが形成されている。また、２７はシール部材２６から漏洩した冷却水を外部に排出するためにボス部２１ａの外方突出部分の付け根側に設けられた水抜き孔である。
【０００６】
図７は、従来例２のウォータポンプの断面図である。図中、３１はエンジンブロックＢに取り付けられるハウジング、３２はポンプ軸、３３はプーリ、３４はインペラである。
【０００７】
このウォータポンプにおいては、ハウジング３１のボス部３１ａが外方側へのみ突出するようになっていて、このボス部３１ａの外周にプーリ３３が被さる状態とされている。そして、ボス部３１ａの外周面とプーリ３３の内周面との間に二つの玉軸受を組み合わせてなる軸受装置３６が介装されている。また、プーリ３３に、水抜き孔３７が設けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例１，２のウォータポンプには、下記するような不具合がある。
【０００９】
まず、従来例１のウォータポンプは、シール部材２６と軸受装置２５とをハウジング２１のボス部２１ａとポンプ軸２２との間の空間に軸方向隣り合わせに並べて配置している関係より、シール部材２６から冷却水が漏洩したときに、この冷却水が即座に軸受装置２５へ到達して軸受装置２５に悪影響を及ぼしやすくなるとともに、ウォータポンプの軸方向寸法が長くなるために、ウォータポンプと対向配置されるエンジンの冷却ファンとの間の離間間隔が十分にとれないことも指摘される。しかも、軸受装置２５の外形寸法が規制されるので複列構造として負荷容量を可及的に大きく設定する必要があり、これが軸方向寸法を長くすることの要因にもなっている。さらに、ポンプ軸２が軸受装置２５の内輪を兼ねる構造であるため、プーリ２３に加わるベルト張力荷重等が全てポンプ軸２２に作用するようになっており、そのためにポンプ軸２２を段付形状として高強度に設定する必要があるなど、コスト面あるいは重量面での不具合が指摘される。
【００１０】
一方、従来例２のウォータポンプでは、上記従来例１のようにシール部材３５から漏洩した冷却水が即座に軸受装置３６に到達することがない点で優れているものの、上記従来例１と同様、全体の軸方向寸法が長くならざるを得ないことが指摘される。それはつまり、軸受装置３６の軸方向位置決めや抜け止めを行うために、図示していないが、ボス部３１ａの軸端にナットを螺着したり、あるいは止め輪を係合したりする必要があることと、設置スペースやベルトレイアウトの関係より外形寸法が規制されるプーリ３３の内周に軸受装置３６を配置しているために、上記従来例１と同様、軸受装置３６として小径の単列軸受を複数組み合わせて負荷容量を可及的に大きく設定する必要があることが原因である。
【００１１】
したがって、本発明は、ウォータポンプにおいて、軸方向寸法を縮小しながら、負荷容量の可及的に大きい軸受装置を使用可能な構造とすることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のウォータポンプは、ハウジングの貫通孔に非接触状態で挿通されかつ外端にプーリが内端にインペラがそれぞれ取り付けられるポンプ軸と、ポンプ軸とハウジングの貫通孔との間の隙間に介装されるシール部材と、ポンプ軸をハウジングに対して回転可能に支持する軸受装置とを含むもので、前記プーリの内方側には軸受装置取付用嵌合部が設けられており、ハウジングの外側面にプーリよりも大径の円筒部が貫通孔と同心状に設けられており、この円筒部の内周と前記軸受装置取付用嵌合部の外周との間に前記軸受装置が前記シール部材と軸方向で重複して配設されている。
軸受装置は、好ましくは、単列軸受とする。
【００１３】
なお、前述の円筒部の付け根側には、シール部材から漏洩してプーリとポンプ軸との間の隙間を経て案内されたインペラ側の冷却水を回転遠心力でもって径方向外向きへ案内する水抜き孔が設けられている。また、前記漏洩冷却水の案内面となるプーリの内周面またはポンプ軸の外周面の少なくとも一方には、漏洩冷却水を前記円筒部の水抜き孔側へ強制的に送るための強制排出手段が設けられている。
【００１４】
上記構成では、シール部材と軸受装置とを径方向内外に振り分けて配置しているので、シール部材と軸受装置とを軸方向で重複配置させることが可能となるなど、ウォータポンプ全体の軸方向寸法を縮小できるようになる。しかも、プーリの外周に軸受装置を配置しているから、プーリの外形寸法が規制されてもその影響を受けず、大径で負荷容量の大きな軸受装置を利用できるようになる。
【００１５】
また、プーリに対するベルト張力荷重を軸受装置を介してハウジングで受けさせて、ポンプ軸に作用しないようにしているから、ポンプ軸を高強度に設計する必要がなくなる。ちなみに、ポンプ軸を小径に設定した場合だと、ポンプ軸の周速が遅くできるので、シール部材の水密信頼性が向上する。
【００１６】
さらに、水抜き孔や強制排出手段を設けた場合には、シール部材から漏洩した冷却水を効率よく外部へ排出できるようになり、軸受装置の防水に役立つ。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図１ないし図５の実施例に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るウォータポンプの断面図である。図中、１はエンジンブロック（図示省略）に取り付けられるハウジングであり、このハウジング１は鋳鉄あるいはアルミニウム合金により形成される。
【００１９】
このハウジング１の中心には、貫通孔１１が設けられており、この貫通孔１１の外周において小径のボス部１１ａが外方へ突出するように設けられているとともに、このボス部１１ａの外周に同心状に大径の円筒部１２が外方へ突出するように設けられている。
【００２０】
ハウジング１の貫通孔１１には、ストレートなポンプ軸２が非接触状態で挿通されており、ハウジング１のボス１１ａとポンプ軸２との間の環状空間にシール部材３が介装されている。
【００２１】
シール部材３は、エンジン冷却水が外部へ漏洩することを防止するもので、図２(Ａ)に示すような周知のメカニカルシールや、図２(Ｂ)に示すような軸シールを任意に使用することができる。図２(Ａ)のメカニカルシールにおいて、３１は固定リング、３２は回転リング、３３は緩衝部である。図２(Ｂ)の軸シールにおいて、３４はゴム製の封止リング、３５は芯金、３６は締着部材である。
【００２２】
また、ポンプ軸２の外端部にはプーリ４がボルト６を介して取り付けられ、また、ポンプ軸２の内端部にはインペラ５が圧入により取り付けられている。
【００２３】
プーリ４は、中心にボルト挿通孔４１ａが形成されたプーリシート部４１と、プーリシート部４１の径方向外端部から後方に延びる筒部４２とを備えた有底円筒形に形成されている。筒部４２の外方側領域の外周面には、ベルト巻掛け部４２ａが、また、内方側領域の外周面には後述する軸受装置７の取付用の嵌合部４２ｂが形成されている。このプーリ４は、ポンプ軸２に対して取り付けた状態において、ハウジング１の円筒部１２の内周に嵌合部４２ｂが入り込む状態とされて、ベルト巻掛け部４２ａが外方に突出する状態になっている。
【００２４】
そして、ハウジング１の円筒部１２の内周面とプーリ４の嵌合部４２ｂの外周面との間に軸受装置７が配置されている。ここでの軸受装置７は、単列ラジアル深溝型玉軸受とされており、内・外輪７１，７２と、内・外輪７１，７２間に配置され保持器７３により保持される複数のボール７４と、内・外輪７１，７２の両側に装着されて軸受内部を密封するシールリング７５，７５とを備えている。そして、内輪７１がプーリ４の嵌合部４２ｂの外周面に、また、外輪７２がハウジング１の円筒部１２の内周面にそれぞれ嵌合される。
【００２５】
ここで、ハウジング１の円筒部１２及びプーリ４の嵌合部４２ｂの軸方向寸法は、軸受装置７の内・外輪７２，７３の軸方向幅寸法にほぼ同じ寸法に設定されており、軸受装置７の内端面は、装着状態において、ハウジング１の垂直壁部分に対して微小隙間を介して対向する状態となる。このハウジング１の円筒部１２の付け根には、径方向内外に貫通する水抜き孔１３が形成されている。また、プーリ４とポンプ軸２との間には、空間８が形成されており、この空間８が前述の水抜き孔１３に対して連通されている。
【００２６】
以上説明したように、シール部材３と軸受装置７とを径方向内外に振り分けて配置しているので、シール部材３と軸受装置７とを軸方向で重複配置させることが可能となるなど、ウォータポンプ全体の軸方向寸法を縮小できるようになる。しかも、プーリ４の外周に軸受装置７を配置しているから、プーリ４の外形寸法が規制されてもその影響を受けず、大径の軸受装置７を利用できるようになる。このようなことから、軸受装置７として仮に単列構造とした場合でも大きな負荷容量を確保しながら、軸方向寸法の縮小化を達成できる。
【００２７】
また、プーリ４に対するベルト張力荷重をハウジング１で受けて、ポンプ軸２に対して作用させないようにしているから、ポンプ軸２を高強度に設計する必要がなくなる。ちなみに、ポンプ軸２として図示するように小径のストレート軸を使用した場合だと、ポンプ軸２の周速が遅くできるので、シール部材３の水密信頼性が向上する。
【００２８】
ところで、通常、インペラ５側の冷却水がシール部材３から漏洩するのを完全に防止することは不可能であるが、上記構成によれば、シール部材３から漏洩した冷却水は、まず、空間８へ到達し、回転遠心力により水抜き孔１３から外部へ放出されることになる。
【００２９】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るウォータポンプの断面図である。この実施形態では、軸受装置７として複列アンギュラ玉軸受を使用することにより、耐荷重を一層増大させたものとしている。
【００３０】
この他、プーリ４はプーリシート部４１の中心に設けた嵌合孔４１ｂをポンプ軸２に圧入嵌合により固定支持される構成とするとともに、プーリシート部４１に複数の通気孔４３を設けている。この場合、シール部材３から漏洩した冷却水は、まず、空間８へ到達し、回転遠心力によりプーリ４の通気孔４３から外部へ放出されたり、水抜き孔１３から外部へ放出されたりすることになる。
【００３１】
図４は、本発明の第３の実施形態に係るウォータポンプの断面図である。この実施形態では、上記第２実施形態においてプーリ４と軸受装置７との嵌合構造が相違している。
【００３２】
まず、プーリ４は、その筒部４２において嵌合部４２ｂを無くしてベルト巻掛け部４２ａのみを設けた構成である。また、軸受装置７は、その内輪７１を外方に突出するように延長した構成である。つまり、軸受装置７の内輪７１の延長部７１ａの外周面にプーリ４の筒部４２を外嵌するようにしている。この構成では、プーリ４を単純な形状にでき、部品管理のうえで有利である。
【００３３】
図５は、本発明の第４の実施形態に係るウォータポンプの断面図である。この実施形態では、上記第２実施形態において、シール部材３の配置状態ならびに漏洩冷却水の排出構造が相違している。
【００３４】
まず、ハウジング１のボス１１ａを延長して空間８に大きく入り込ませることにより、空間８を小さくしている。また、プーリシート部４１には複数の通気孔が設けられる。そして、ボス１１ａの外周面と、プーリ４の嵌合部４２ｂの内周面とのいずれか一方、ここでは、プーリ４の嵌合部４２ｂの内周面に、強制排出手段としての螺旋状の動圧溝９を形成している。この構成では、動圧溝９の存在によってプーリ４の回転に伴いボス１１ａの外周面とプーリ４の嵌合部４２ｂの内周面との間に動圧が発生するため、シール部材３から漏洩した冷却水が空間８に存在するとき、この冷却水がハウジング１の円筒部１２に設けてある水抜き孔１３側へと速やかに送られて、この水抜き孔１３から外部に排出されることになる。このように、シール部材３から冷却水が漏洩しても、この冷却水が空間８に滞留して、軸受装置７に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００３６】
（１）  軸受装置７としては、上記各実施形態で示したような玉軸受の他、ころ軸受など、軸受形態は特に限定されない。
【００３７】
（２）  第４実施形態での動圧溝９については、第１〜第３の実施形態でのプーリ４の内周面やポンプ軸２の外周面に設けることができる。
【００３８】
（３）  動圧溝９を設けずに、空間８において軸受装置７の近傍にラビリンス構造密封部を設け、このラビリンス構造密封部のシール効果で、漏れた冷却水を軸受装置７側へ到達させないようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明では、シール部材と軸受装置とを径方向内外に振り分けて配置しているので、シール部材と軸受装置とを軸方向で重複配置させることが可能となるなど、ウォータポンプ全体の軸方向寸法を縮小できるようになる。しかも、プーリの外周に軸受装置を配置しているから、プーリの外形寸法が規制されてもその影響を受けず、大径で負荷容量の大きな軸受装置を利用できるようになる。このようなことから、エンジンのコンパクト化を達成することができ、エンジンルームの縮小化あるいはウォータポンプとエンジン冷却ファンとの間に十分に広い作業空間を確保することができる。
【００４０】
また、プーリに対するベルト張力荷重を軸受装置およびハウジングで受けさせて、ポンプ軸に作用しないようにしているから、ポンプ軸を高強度に設計する必要がなくなる。ちなみに、ポンプ軸を小径に設定した場合だと、ポンプ軸の周速が遅くできるので、シール部材の水密信頼性が向上する。
【００４１】
さらに、本発明は、水抜き孔や強制排出手段を設けることにより、シール部材から漏洩した冷却水を効率よく外部へ排出できるようになり、軸受装置の防水に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るウォータポンプを示す断面図
【図２】２種類のシール部材の上半分の断面図
【図３】本発明の第２の実施形態に係るウォータポンプを示す断面図
【図４】本発明の第３の実施形態に係るウォータポンプを示す断面図
【図５】本発明の第４の実施形態に係るウォータポンプを示す断面図
【図６】従来例１のウォータポンプを示す断面図
【図７】従来例２のウォータポンプを示す断面図
【符号の説明】
１    ハウジング
１１    ハウジングの貫通孔
１１ａ  ハウジングのボス
１２    ハウジングの円筒部
１３    円筒部の水抜き孔
２    ポンプ軸
３    シール部材
４    プーリ
４１    プーリシート部
４２    プーリの円筒部
４２ｂ  円筒部の嵌合部
７    軸受装置
８    空間
【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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