(57)【要約】【課題】外輪の圧入による転動面の変形によって転動体が軸方向に押し付けられることを抑制することができる水ポンプ用軸受を提供する。【解決手段】水ポンプ用軸受１は、ポンプハウジング６の軸受組付用筒７内に圧入され、その内周面に外側転動面３ａが形成された外輪３と、外輪３の内側に配置されたシャフト２の外周面に形成された内側転動面２ａと外輪３の外側転動面３ａとの間に転動自在に介装された円筒形状の転動体４と、外輪３とシャフト２との間をシールするフロント側シール部材１３とを備え、外輪３は、軸受組付用筒７内に圧入される前の状態において、外側転動面３ａの内径が開口端部側から軸受圧入方向に向かって大きくなるように形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受圧入側の開口端部から軸受圧入方向に向かって肉厚が厚くなるポンプハウジングの軸受組付用筒内に組み付けられる水ポンプ用軸受であって、
前記軸受組付用筒内に圧入され、内周面に転動面が形成された外輪と、
前記外輪の内側に配置された内側回転部材の外周面に形成された転動面と前記外輪の前記転動面との間に転動自在に介装された円筒形状の転動体と、
前記外輪と前記内側回転部材との間をシールするシール部材とを備え、
前記外輪は、前記軸受組付用筒内に圧入される前の状態において、前記転動面の内径が前記開口端部側から前記軸受圧入方向に向かって大きくなるように形成されている
水ポンプ用軸受。
【請求項２】
前記外輪は、前記軸受組付用筒内に組み付けられた状態において、その中心軸線に対して前記転動面が平行になるように形成されている請求項１に記載の水ポンプ用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水ポンプ用軸受に関し、特に自動車の内燃機関における冷却水用のポンプに使用される水ポンプ用軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水ポンプ用軸受は、エンジンの高出力化及び負荷能力の増大に伴いエンジン側に加わる荷重が高くなってきている。
【０００３】
従来、この種の水ポンプ用軸受には、内輪を兼用する回転シャフトと、この回転シャフトの外周囲に配置された外輪と、この外輪と回転シャフトとの間に介在する複列の転動体とを備え、その内部空間がフロント側シール部材及びリヤ側シール部材によって密封されたものがある（例えば特許文献１）。
【０００４】
回転シャフトは、複列の転動体を転動させる内側転動面を外周面に有し、ポンプハウジングの軸受組付用筒内に回転可能に配置されている。回転シャフトのフロント側端部にはプーリシートを介してプーリが、またそのリヤ側端部には水ポンプ用のインペラがそれぞれ取り付けられている。
【０００５】
外輪は、複列の転動体を転動させる外側転動面を内周面に有し、ポンプハウジングの軸受組付用筒内に固定され、全体が円筒部材によって形成されている。
【０００６】
複列の転動体は、負荷の比較的小さい一方側列の転動体がボールによって、また負荷の比較的大きい他方側列の転動体がローラによってそれぞれ構成されている。一方側列の転動体は、水ポンプ用軸受のリヤ側に配置され、かつボール保持器によって保持されている。また、他方側列の転動体は、水ポンプ用軸受のフロント側に配置され、かつローラ保持器によって保持されている。
【０００７】
以上の構成により、車両のエンジン側からトルクが駆動力伝達部材を介してプーリに伝達されると、プーリが回転シャフトと共に回転する。回転シャフトにはインペラが取り付けられているため、エンジン側からのトルクがインペラにも伝達され、インペラが回転シャフトと共に回転する。
【０００８】
ところで、この種の水ポンプ用軸受においては、ポンプハウジングに対する組み付けがフロント側からリヤ側に向かって漸次大きくなる筒径をもつ軸受組付用筒内に圧入することにより行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２５８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に示す水ポンプ用軸受によると、ポンプハウジングの軸受組付用筒に対する圧入による組み付けによって軸受組付用筒に変形が生じ、これに伴い外輪の収縮量にも軸方向で差が生じ、ローラを転動させる外輪の外側転動面がリヤ側からフロント側に向かって漸次大きくなるテーパ形状になっていた。この結果、図５に示すように、ローラ１００に回転シャフト１０１側から放射方向（矢印Ｙ方向）の高荷重が加わると、ローラ１００の軸方向の一側に位置するフロント側のシール部材（図示せず）向かってローラ１００が矢印Ｘ方向に押し付けられ、シール部材との干渉によって発熱や磨耗が生じ、寿命が低下するという問題があった。
【００１１】
従って、本発明の目的は、外輪の圧入による転動面の変形によって転動体が軸方向に押し付けられることを抑制することができる水ポンプ用軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、軸受圧入側の開口端部から軸受圧入方向に向かって肉厚が厚くなるポンプハウジングの軸受組付用筒内に組み付けられる水ポンプ用軸受であって、前記軸受組付用筒内に圧入され、内周面に転動面が形成された外輪と、前記外輪の内側に配置された内側回転部材の外周面に形成された転動面と前記外輪の前記転動面との間に転動自在に介装された円筒形状の転動体と、前記外輪と前記内側回転部材との間をシールするシール部材とを備え、前記外輪は、前記軸受組付用筒内に圧入される前の状態において、前記転動面の内径が前記開口端部側から前記軸受圧入方向に向かって大きくなるように形成されている水ポンプ用軸受を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、外輪の圧入による転動面の変形によって転動体が軸方向に押し付けられることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る水ポンプ用軸受の全体を説明するために示す断面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る水ポンプ用軸受のポンプハウジングに対する非組付状態と組付状態における外輪を示す断面図。（ａ）は非組付状態の外輪を、また（ｂ）は組付状態の外輪をそれぞれ示す。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る水ポンプ用軸受の外輪において、転動面のテーパ角を求める方法について説明するために示す断面図。（ａ）は水ポンプ用軸受のポンプハウジングへの組付前を、また（ｂ）は水ポンプ用軸受のポンプハウジングへの組付後をそれぞれ示す。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る水ポンプ用軸受の組付方法を説明するために示す断面図。（ａ）は水ポンプ用軸受のポンプハウジングへの組付前を、また（ｂ）は水ポンプ用軸受のポンプハウジングへの組付後をそれぞれ示す。
【図５】従来の水ポンプ用軸受における不具合を説明するために示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[実施の形態]
（水ポンプ用軸受の全体構成）
図１は水ポンプ用軸受を示す。図２（ａ）及び（ｂ）は水ポンプ用軸受における組付前と組付後の外輪を示す。図１に示すように、水ポンプ用軸受１は、ポンプハウジング６に組み付けられた外輪３と、この外輪３と軸受の内輪を兼用する内側回転部材としてのシャフト２との間に介在する複列の転動体４，５とを備え、外輪３は、ポンプハウジング６の軸受組付用筒７内に圧入によって組み付けられている。
【００１６】
本実施の形態では、ポンプハウジング６はアルミニウムから形成され、外輪３は軸受鋼から形成される。すなわちポンプハウジング６と外輪３とは、それぞれの材質の熱膨張係数が異なるので、水ポンプ用軸受１の使用温度範囲を考慮して、その温度範囲内でポンプハウジング６と外輪３とが相対移動することがないように圧入代が設定されている。
【００１７】
（シャフト２の構成）
シャフト２は、図１に示すように、複列の転動体４，５をそれぞれ転動させる内側転動面２ａ，２ｂを外周面に有し、ポンプハウジング６の軸受組付用筒７内にて、外輪３の中心軸線Ｏの回りに回転可能に配置されている。そして、シャフト２は、一方の内側転動面２ａが転動体４を、また他方の内側転動面２ｂが転動体５をそれぞれ転動させるように構成されている。シャフト２のフロント側（図１の左側）端部にはプーリシート８を介してプーリ９が、またそのリヤ側（図１の右側）端部には水ポンプ用のインペラ１０がそれぞれ取り付けられている。
【００１８】
プーリ９は、エンジン側に駆動力伝達ベルト（図示せず）を介して連結されている。インペラ１０は、基部１０ａ及び羽根部１０ｂを有し、ポンプハウジング６内に回転可能に収容されている。これにより、プーリ９がエンジン側からの駆動トルクを受けると、シャフト２及びインペラ１０が中心軸線Ｏの回りに回転駆動され、インペラ１０によってエンジンの冷却水が循環される。
【００１９】
ポンプハウジング６は、インペラ１０を内部に収容する収容空間６ａ、及びこの収容空間６ａに連通する貫通孔６ｂを有し、水ポンプ用軸受１のリヤ側に配置され、その内部がハウジング用シール部材１１によって密封されている。
【００２０】
軸受組付用筒７は、ポンプハウジング６における貫通孔６ｂの外側開口周縁に一体に設けられ、外部に開口して収容空間６ａに連通する円筒部材によって形成されている。また、軸受組付用筒７は、その径方向の肉厚が軸受圧入側（図１の左側）の開口端部から水ポンプ用軸受１の圧入方向（矢印ａ方向）に向かって漸次大きくなる形状に形成されている。
【００２１】
（外輪３の構成）
外輪３は、図１に示すように、複列の転動体４，５をそれぞれ転動させる外側転動面３ａ，３ｂを内周面に有し、シャフト２の外周囲に配置され、かつポンプハウジング６の軸受組付用筒７内に固定され、中心軸線Ｏに沿って両方向に開口する円筒部材によって形成されている。そして、外輪３は、一方の外側転動面３ａが転動体４を、また他方の外側転動面３ｂが転動体５をそれぞれ転動させるように構成されている。一方の外側転動面３ａの詳細については後述する。
【００２２】
（転動体４，５の構成）
一方側列の転動体４は、図１に示すように、円筒状の転動面を有するローラからなり、水ポンプ用軸受１のフロント側すなわち軸受組付用筒７の軸受圧入側に配置され、かつローラ保持器１２によって転動自在に保持されている。転動体４のフロント側には、シャフト２の外周面と外輪３の内周面との間に介在するフロント側シール部材１３が配置されている。フロント側シール部材１３は、外輪３とシャフト２との間を液密にシールしている。
【００２３】
他方側列の転動体５は、図１に示すように、鋼球からなり、水ポンプ用軸受１のリヤ側すなわち軸受組付用筒７の軸受反圧入側（軸受圧入側とは反対側）に配置され、かつボール保持器１４によって転動自在に保持されている。転動体５のリヤ側には、シャフト２の外周面と外輪３の内周面との間に介在するリヤ側シール部材１５が配置されている。
【００２４】
次に、外輪３の一方の外側転動面３ａにつき、図２（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図２（ａ）はポンプハウジング６に対する水ポンプ用軸受１の外輪３の組付前の状態を示し、図２（ｂ）は同組付後の状態を示す。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、一方の外側転動面３ａは、軸受組付用筒７（図１に示す）への水ポンプ用軸受１（図１に示す）の非組付状態において、中心軸線Ｏに対し正方向にテーパ角θをもって傾斜するテーパ面、すなわち内径２Ｒが矢印方向ａに向かって漸次大きくなる寸法に設定されたテーパ面で形成されている。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、外輪３がポンプハウジング６の軸受組付用筒７に圧入された状態では、外輪３の外形が収縮し、その収縮量は軸受圧入側よりも軸受組付用筒７の肉厚が厚い軸受反圧入側で大きくなる。従って、外輪３が軸受組付用筒７に圧入される前の状態ではテーパ角θをもって傾斜していた外側転動面３ａが、中心軸線Ｏに対して平行になるように変形する。すなわち外側転動面３ａと中心軸線Ｏとがなす角の大きさが、圧入前よりも小さくなる。
【００２７】
外輪３は、ポンプハウジング６の軸受組付用筒７に圧入された状態における外側転動面３の内径が、矢印ａ方向に沿って均一な寸法になるように形成することが望ましい。また、テーパ角θは、例えば０．１〜１．０°に設定するとよい。
【００２８】
外側転動面３ａのテーパ角θは、例えば次に示す方法によって求めることができる。図３（ａ）及び（ｂ）はポンプハウジングに対する水ポンプ用軸受の組付前と組付後を示す。
【００２９】
先ず、図３（ａ）に示すように、外側転動面１０１ａの内径２ｒが矢印ａ方向に沿って均一な寸法に設定された外輪１０１を有する水ポンプ用軸受１００を用意してポンプハウジング６（図１に示す）における軸受組付用筒７の中心軸線Ｏ１上に配置する。すなわち、水ポンプ用軸受１００の中心軸線Ｏと軸受組付用筒７の中心軸線Ｏ１とが一致するようにして軸受組付用筒７の軸受圧入側にポンプ用軸受１００を配置する。
【００３０】
次いで、図３（ｂ）に示すように、軸受組付用筒７の孔７ａ内に端面７ｂの側から水ポンプ用軸受１００を圧入して組み付ける。この際、軸受組付用筒７が水ポンプ用軸受１００の外輪１０１から作用力Ｐを受けて内径を大きくする方向に変形する。このため、水ポンプ用軸受１００の外輪１０１が軸受組付用筒７から反作用力（−Ｐ）を受けて収縮する。この反作用力（−Ｐ）は、軸受組付用筒７の肉厚に応じて、水ポンプ用軸受１００の圧入方向（矢印ａ方向）と反対の方向に沿って漸次小さくなる。
【００３１】
これにより、軸受組付用筒７に対する水ポンプ用軸受１００の組付後において、外輪１０１の外側転動面１０１ａは、中心軸線Ｏに対し負方向にテーパ角θをもって傾斜するテーパ面、すなわち外側転動面１０１ａの内径２ｒが矢印ａ方向に沿って漸次小さくなる寸法に設定されたテーパ面で形成される。しかる後、外側転動面１０１ａの内径を中心軸線Ｏ方向の複数箇所で測定し、テーパ角（−θ）を求める。このテーパ角の絶対値によってテーパ角θが求められる。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、実験によって外側転動面３０ａのテーパ角θを求める場合について説明したが、この他例えば有限要素法（Finite Element Method：FEM）による数値シミュレーションを実施して求めたテーパ角（−θ）からテーパ角θを求めることもできる。
【００３３】
（水ポンプ用軸受１の組付方法）
次に、水ポンプ用軸受１の組付方法につき、図４（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）及び（ｂ）はポンプハウジング６に対する水ポンプ用軸受１の組付前と組付後を示す。
【００３４】
先ず、図４（ａ）に示すように、ポンプハウジング６（図１に示す）における軸受組付用筒７の中心軸線Ｏ１上に水ポンプ用軸受１を配置する。すなわち、水ポンプ用軸受１の中心軸線Ｏと軸受組付用筒７の中心軸線Ｏ１とが一致するようにして軸受組付用筒７の軸受圧入側にポンプ用軸受１を配置する。
【００３５】
次に、図４（ｂ）に示すように、軸受組付用筒７の孔７ａ内に端面７ｂの側から水ポンプ用軸受１を矢印ａ方向に圧入して組み付ける。この際、軸受組付用筒７が水ポンプ用軸受１の外輪３から作用力Ｐを受けて内径を大きくする方向に変形する。このため、水ポンプ用軸受１の外輪３が軸受組付用筒７から反作用力（−Ｐ）を受けて収縮する。この反作用力（−Ｐ）は、水ポンプ用軸受１の圧入方向（矢印ａ方向）と反対の方向に沿って漸次小さくなる。これにより、軸受組付用筒７に対する水ポンプ用軸受１の組付後において、外輪３の外側転動面３ａは、組付け前の状態よりも中心軸線Ｏに対し平行になるように、すなわち外側転動面３ａの内径２Ｒが矢印ａ方向に沿って均一な寸法に近くなるように変形した状態となる。なお、ここで「平行」とは、外側転動面３ａと中心軸線Ｏとが実質的に平行になることをいい、外側転動面３ａと中心軸線Ｏのなす角が±０．５°以下、より好適には±０．２°以下であることをいう。すなわち、テーパ角θは、外側転動面３ａと中心軸線Ｏとが実質的に平行になるように、つまり、外側転動面３ａと中心軸線Ｏのなす角が±０．５°以下、より好適には±０．２°以下となるように設定する。
【００３６】
このようして、本実施の形態に示す水ポンプ用軸受１を軸受組付用筒７内に組み付けることができる。
【００３７】
従って、本実施の形態においては、転動体４にシャフト２（内輪）側から放射方向の荷重が加わっても、従来のようには転動体４のフロント側シール部材１３への移動力が発生せず、このため転動体４及びフロント側シール部材１３の発熱や磨耗を防止することができる。
【００３８】
[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
【００３９】
（１）ポンプハウジングに組み付けられる前の状態における外輪の外輪転動面を、外輪の中心軸線に平行に形成した場合に比較して、外輪３のポンプハウジング６への組み付け後における外輪転動面３ａが中心軸線Ｏに対して平行に近くなるようにすることができるので、転動体４が滑らかに回転すると共に、転動体４がフロント側シール部材１３に向かって押し付けられる力が小さくなるので、フロント側シール部材１３に損傷が発生することを抑制できる。
【００４０】
（２）転動体４が軸方向の軸受反圧入側において外輪３から局部的に押し付けられることが抑制されるので、転動体４又は外輪３に損傷が発生することが抑えられる。
【００４１】
［他の実施の形態］
以上、本発明の水ポンプ用軸受を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
【００４２】
（１）上記実施の形態では、軸受組付用筒７の軸受圧入側すなわちフロント側の転動体４が円筒ローラによって形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、フロント側の転動体のみならずリヤ側の転動体を円筒ローラによって形成してもよい。要するに、本発明は、軸受組付用筒の少なくとも軸受圧入側にローラからなる転動体を含む複列の転動体を備えていればよい。
【００４３】
（２）上記実施の形態では、軸受圧入側の転動体４が円筒ローラである場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばニードルローラなど他の転動体であってもよい。
【００４４】
（３）上記実施の形態では、ポンプハウジング６の軸受組付用筒７の径方向の肉厚が軸受圧入側の開口端部から水ポンプ用軸受１の圧入方向に向かって漸次大きくなる形状に形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、軸受組付用筒７の肉厚が水ポンプ用軸受１の圧入方向に向かって段階的に大きくなるように形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１…水ポンプ用軸受、２…シャフト、２ａ，２ｂ…内側転動面、３…外輪、３ａ，３ｂ…外側転動面、４，５…転動体、６…ポンプハウジング、６ａ…収容空間、６ｂ…貫通孔、７…軸受組付用筒、７ａ…孔、７ｂ…端面、８…プーリシート、９…プーリ、１０…インペラ、１０ａ…基部、１０ｂ…羽根部、１１…ハウジング用シール部材、１２…ローラ保持器、１３…フロント側シール部材、１４…ボール保持器、１５…リヤ側シール部材、１００…水ポンプ用軸受、１０１…外輪、１０１ａ…外側転動面、Ｏ，Ｏ１…中心軸線、Ｐ…作用力、−Ｐ…反作用力、２Ｒ，２ｒ…内径
【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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