(57)【要約】【課題】玉軸受の初期ラジアルすきまを小さくしなくても、アキシアルすきまおよび角すきまを小さくして、異音、短寿命、ベルトの脱落などを防止できる水ポンプ用玉軸受装置を提供する。【解決手段】水ポンプ用玉軸受装置は、ともに鋼板のプレス加工により形成された内側の固定側部材２の円筒部２ａと外側の回転側部材３の円筒状プーリ部３ｃの間に玉軸受５が介在させられているものであり、玉軸受５の外輪軌道の曲率半径が玉径の５０．５％〜５１．５％である。【選択図】  図１
2004232683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ともに金属板のプレス加工により形成された内側の固定側部材の円筒部と外側の回転側部材の円筒部の間に玉軸受が介在させられている水ポンプ用玉軸受装置において、
玉軸受の外輪軌道の曲率半径が玉径の５０．５％〜５１．５％であることを特徴とする水ポンプ用玉軸受装置。
【請求項２】
回転側部材の円筒部がプーリ部であることを特徴とする請求項１の水ポンプ用玉軸受装置。
【請求項３】
回転側部材が、一端が閉鎖して他端が開口した円筒状のシャフト部と、シャフト部の開口端部の外側に一体に形成されたフランジ部と、フランジ部の外周部のシャフト部閉鎖端側に形成された円筒状のプーリ部とからなり、シャフト部の閉鎖端部に、インペラの円筒部が圧入により固定されていることを特徴とする請求項２の水ポンプ用玉軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用エンジンの冷媒循環などに使用される水ポンプ用玉軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水ポンプは、シャフト、プーリおよびインペラを含む回転部分が固定部分であるハウジングに対して回転するようになっており、従来は、回転部分のシャフトの部分が２列の玉軸受によってハウジングに回転支持されていた。
【０００３】
近年、水ポンプの小型化、軽量化、低コスト化を図るため、回転部分をプレス加工により成形した部材により構成し、プレス加工により成形した固定側部材を固定部分に固定し、内側の固定側部材の円筒部に対し、外側の回転部分の円筒状のプーリ部を１列の玉軸受で回転支持するものが提案されている（特許文献１・特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−０８９４８６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−１５５８９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の水ポンプでは、玉軸受の軌道輪は、脱落を防止するため、円筒部に圧入により固定されている。
【０００７】
水ポンプに使用される玉軸受については、プーリ部にかけられたベルトのばたつき、せり出しなどを抑えるとともに、メカニカルシールのシール性を十分に発揮させるために、アキシアルすきまおよび角すきまを小さくする必要がある。一方、玉軸受の異音防止、寿命の面より、玉軸受のすきまが負にならないようにすることが必要である。ところが、上記の従来の水ポンプの場合、円筒部がプレス成形されたもので、精度が悪く、寸法ばらつきが大きいため、次に説明するように、組み込み後の軸受すきまの調整が困難である。
【０００８】
軌道輪を円筒部に圧入すると、軌道輪が変形して、すきまが変化するが、円筒部の寸法ばらつきが大きいため、玉軸受の初期ラジアルすきまが同じであっても、組み込み後のすきまにばらつきが生じる。玉軸受のアキシアルすきまおよび角すきまを小さくするには、組み込み前の初期ラジアルすきまを小さくすればよいが、初期ラジアルすきまをあまり小さくすると、円筒部の寸法のばらつきのために、すきまが負になって、とくにグリースが硬い低温雰囲気において軸受転がり音が増加することがある。これを避けるためには、円筒部の寸法ばらつきを考慮して、玉軸受の初期ラジアルすきまをある程度大きくする必要があるが、そうすると、玉軸受のアキシアルすきまおよび角すきまが過大になって、異音、短寿命、プーリ部からのベルトの脱落などの問題が生じることがある。
【０００９】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、玉軸受の初期ラジアルすきまを小さくしなくても、アキシアルすきまおよび角すきまを小さくして、異音、短寿命、ベルトの脱落などを防止できる水ポンプ用玉軸受装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による水ポンプ用玉軸受装置は、ともに金属板のプレス加工により形成された内側の固定側部材の円筒部と外側の回転側部材の円筒部の間に玉軸受が介在させられている水ポンプにおいて、玉軸受の外輪軌道の曲率半径が玉径（直径）の５０．５％〜５１．５％であることを特徴とするものである。
【００１１】
水ポンプなどに使用される従来の標準設計の玉軸受では、玉径に対する外輪軌道の曲率半径の比率は５２．５％〜５３．５％であるのに対し、この発明では、５０．５％〜５１．５％である。玉径に対する内輪軌道の曲率半径の比率は、従来と同じでよく、たとえば、５１．５％〜５２．５％である。
【００１２】
この発明の水ポンプ用玉軸受装置によれば、玉径に対する外輪軌道の曲率半径の比率が５１．５％〜５２．５％であって、従来のものより小さいので、玉軸受の初期ラジラルすきまを小さくしなくても、アキシアルすきまおよび角すきまを小さくすることができ、したがって、過大なすきまによる異音、短寿命、ベルトの脱落などを防止することができる。
【００１３】
この発明の水ポンプ用玉軸受装置において、たとえば、回転側部材の円筒部がプーリ部である。
【００１４】
このようにすれば、プーリ部の直径が玉軸受の外径より少し大きくなるだけで、回転部分を小型化することができる。
【００１５】
上記の水ポンプ用玉軸受装置において、たとえば、回転側部材が、一端が閉鎖して他端が開口した円筒状のシャフト部と、シャフト部の開口端部の外側に一体に形成されたフランジ部と、フランジ部の外周部のシャフト部閉鎖端側に形成された円筒状のプーリ部とからなり、シャフト部の閉鎖端部に、インペラの円筒部が圧入により固定されている。
【００１６】
このようにすれば、回転側部材とインペラを含む回転部分を軽量化することができる。
【００１７】
たとえば、回転側部材は、大径円筒部であるプーリ部と、プーリ部の一端部の内側に一体に形成されたフランジ部と、フランジ部の内周部に一体に形成された小径円筒部とからなり、小径円筒部がシャフトの一端部に圧入により固定され、プーリ部の内周に玉軸受の外輪が圧入により固定される。その場合、シャフト部とインペラがプレス加工により一体に形成されてもよい。
【００１８】
このようにした場合も、プーリ部、シャフト部およびインペラを含む回転部分を軽量化することができる。
【００１９】
たとえば、回転側部材において、内周に軸受の外輪が固定される小径の円筒部の外側に、ベルトをかけるためのプーリ部がフランジ部を介して一体に形成される。
【００２０】
このようにすれば、プーリ部の外径が玉軸受の外径に制約されることがなく、プーリ部の外径の設定の自由度が大きくなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、水ポンプの全体構成を示している。以下の説明において、図１の左右を左右とする。
【００２３】
図１に示すように、水ポンプは、固定部分であるハウジング（１）、ハウジング（１）に固定された固定側部材（２）、回転部分を構成する回転側部材（３）およびインペラ（４）、固定側部材（２）に対して回転側部材（３）を回転支持する１列の密封型玉軸受（５）、ならびに固定側部材（２）と回転側部材（３）の間をシールするシール部材（６）を備えている。
【００２４】
ハウジング（１）には、左端が開口した水室（１０）が設けられている。固定側部材（２）は、冷間圧延鋼板やＳＰＣＣなどの鋼板をプレス成形することにより一体に形成されたものであり、左右方向の水平軸を中心とする小径円筒部（２ａ）、円筒部（２ａ）の右端部の外側に一体に形成された内側フランジ部（２ｂ）、小径円筒部（２ａ）と同心となるようにフランジ部（２ｂ）の外周部の右側に一体に形成された大径円筒部（２ｃ）、および円筒部（２ｃ）の右端部の外側に一体に形成された外側フランジ部（２ｄ）よりなる。そして、外側フランジ部（２ｄ）が、水室（１０）の開口部の周囲のハウジング（１）の左端面にシール（１１）を介して固定されている。
【００２５】
回転側部材（３）は、固定側部材（２）と同様の鋼板をプレス成形することにより一体に形成されたものであり、左右方向の水平軸を中心とし右端部が閉鎖して左端部が開口した比較的長い有底円筒状のシャフト部（３ａ）、シャフト部（３ａ）の左端部の外側に一体に形成されフランジ部（３ｂ）、およびシャフト部（３ａ）と同心となるようにフランジ部（３ｂ）の外周部の右側に一体に形成された円筒状のプーリ部（円筒部）（３ｃ）よりなる。回転側部材（３）は、固定側部材（２）と同心となるように配置されている。シャフト部（３ａ）は、固定側部材（２）の小径円筒部（２ａ）の内側に左側から挿入され、これらの間にシール部材（６）が介在させられている。シャフト部（３ａ）の右端部は、ハウジング（１）の水室（１０）内に位置している。フランジ部（３ｂ）は、固定側部材（２）の小径円筒部（２ａ）の左端部に近接している。プーリ部（３ｃ）は、固定側部材（２）の小径円筒部（２ａ）の外側に位置しており、これらの間に玉軸受（５）が介在させられている。回転側部材（３）のフランジ部（３ｂ）には、シール部材（６）を通過してきた水（水蒸気）を逃がすための複数の開口（１２）が形成されている。図示は省略したが、プーリ部（３ｃ）には、回転側部材（３）に回転駆動力を伝達するためのベルトがかけられる。
【００２６】
インペラ（４）は、鋼板をプレス成形することにより一体に形成されたものであり、左右方向の水平軸を中心とし右端部が閉鎖して左端部が開口した比較的短い有底円筒部（４ａ）、円筒部（４ａ）の左端部の外側に一体に形成されたフランジ部（４ｂ）、およびフランジ部（４ｂ）の右側に一体に形成された複数の羽根（４ｃ）よりなる。インペラ（４）の円筒部（４ａ）が、回転側部材（３）のシャフト部（３ａ）の右端部外側に右側から圧入されて固定されており、インペラ（４）全体がハウジング（１）の水室（１０）内に位置している。
【００２７】
玉軸受（５）は深みぞ玉軸受であり、ＳＵＪ２などの軸受鋼製の内輪（５ａ）、外輪（５ｂ）、およびこれらの間に介在させられた複数の玉（５ｃ）を備えている。内輪（５ａ）は、固定側部材（２）の小径円筒部（２ａ）の外周に圧入により固定されている。外輪（５ｂ）は、回転側部材（３）のプーリ部（３ｃ）の内周に圧入により固定されている。
【００２８】
シール部材（６）は、詳細な説明は省略したが、公知のメカニカルシールであり、内周側部分が回転側部材（３）のシャフト部（３ａ）の外周に圧入により固定され、外周側部分が固定側部材（２）の小径円筒部（２ａ）の内周に圧入により固定されている。
【００２９】
図２は、玉軸受（５）の部分を拡大して示したものである。
【００３０】
図２において、Ｒ１は内輪（５ａ）の軌道（１３）の曲率半径、Ｒ２は外輪（５ｂ）の軌道（１４）の曲率半径、Ｄは玉（５ｃ）の直径（玉径）を表わしている。
【００３１】
上記の水ポンプでは、玉径Ｄに対する外輪軌道（１４）の曲率半径Ｒ１の比率Ａ１（＝Ｒ１／Ｄ）は５０．５％〜５１．５％である。また、玉径Ｄに対する内輪軌道（１３）の曲率半径Ｒ２比率Ａ２（＝Ｒ２／Ｄ）は５１．５％〜５２．５％である。
【００３２】
上記の水ポンプでは、プーリ部（３ｃ）にかけられたベルトにより、回転側部材（３）およびインペラ（４）が回転させられ、玉軸受（５）の外輪（５ｂ）が内輪（５ａ）に対して回転する。
【００３３】
玉軸受（５）における上記比率Ａ１が５１．５％〜５２．５％であって、従来のものより小さいので、玉軸受（５）の初期ラジラルすきまを小さくしなくても、アキシアルすきまおよび角すきまを小さくすることができ、したがって、過大なすきまによる異音、短寿命、ベルトの脱落などを防止することができる。また、内輪軌道（１３）の曲率半径Ｒ１と外輪軌道（１４）の曲率半径Ｒ２が互いに異なるので、焼付のおそれがない。
【００３４】
図３および図４は、上記の水ポンプに使用されている玉軸受（５）と従来の標準設計の玉軸受について、初期ラジアルすきまとアキシアルすきまおよび角すきまとの関係を調べた結果を示すグラフであり、図３はアキシアルすきまとの関係、図４は角すきまとの関係を示している。対象とした玉軸受は型番６００４のものである。また、図３および図４において、○印は上記の水ポンプに使用されている玉軸受（５）の場合、×印は従来の玉軸受の場合を示している。従来の玉軸受の場合、比率Ａ１は５２．５％〜５３．５％、比率Ａ２は５１．５％〜５２．５％である。これに対し、上記の水ポンプに使用されている玉軸受（５）の場合、上記のように、比率Ａ１は５０．５％〜５１．５％、比率Ａ２は５１．５％〜５２．５％である。
【００３５】
図３および図４より明らかなように、上記の水ポンプで使用されている玉軸受（５）では、従来の玉軸受に比べて、初期ラジアルすきまが同じであっても、アキシアルすきまおよび角すきまが２０％以上小さくなり、初期ラジアルすきまが大きいほどその効果が大きい。
【００３６】
上記実施形態では、シャフト部とプーリ部が一体にプレス成形されて回転側部材を構成しているが、プーリ部だけで回転側部材を構成するようにしてもよい。その場合、たとえば、回転側部材は、大径円筒部であるプーリ部と、プーリ部の一端部の内側に一体に形成されたフランジ部と、フランジ部の内周部に一体に形成された小径円筒部とからなり、小径円筒部がシャフトの一端部に圧入により固定され、プーリ部の内周に玉軸受の外輪が圧入により固定される。その場合、シャフト部とインペラがプレス加工により一体に形成されてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、玉軸受（５）の外輪（５ｂ）が固定される円筒部がプーリ部（３ｃ）となっているが、玉軸受の外輪が固定される小径の円筒部の外側に、ベルトをかけるためのプーリ部がフランジ部を介して一体に形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施形態を示す水ポンプの主要部の縦断面図である。
【図２】図２は、図１の玉軸受の一部を拡大して示す拡大縦断面図である。
【図３】図３は、この発明による水ポンプの玉軸受と従来の標準設計の玉軸受について、初期ラジアルすきまとアキシアルすきまとの関係を調べた結果を示すグラフである。
【図４】図４は、この発明による水ポンプの玉軸受と従来の標準設計の玉軸受について、初期ラジアルすきまと角すきまとの関係を調べた結果を示すグラフである。
【符号の説明】
（２）                固定側部材
（２ａ）              円筒部
（３）                回転側部材
（３ａ）              シャフト部
（３ｂ）              フランジ部
（３ｃ）              プーリ部
（４）                インペラ
（５）                玉軸受
【図１】
2004232683.tif 000003
【図２】
2004232683.tif 000004
【図３】
2004232683.tif 000005
【図４】
2004232683.tif 000006