(57)【要約】【課題】高温時における軸受の有効すきまの変動を抑制して、軸受寿命を向上することができる水ポンプ装置を提供する。【解決手段】水ポンプ装置１０は、外輪１１と内輪１２との間に複数の転動体１３が円周方向に転動可能に配設される転がり軸受１４と、外輪１１に嵌合されるプーリ１５と、内輪１２に嵌合されるケーシング１６の支持部１６ａと、支持部１６ａに貫通配置され、プーリ１５と一体的に回転するシャフト１７と、シャフト１７の端部に固定されるベーン１８と、を備え、内輪１２の径方向肉厚を外輪１１の径方向肉厚より厚くする。【選択図】図１
2007187103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と内輪との間に複数の転動体が円周方向に転動可能に配設される転がり軸受と、前記外輪に嵌合されるプーリと、前記内輪に嵌合されるケーシングの支持部と、前記支持部に貫通配置され、前記プーリと一体的に回転するシャフトと、前記シャフトの端部に固定されるベーンと、を備える水ポンプ装置であって、
前記内輪の径方向肉厚を前記外輪の径方向肉厚より厚くすることを特徴とする水ポンプ装置。
【請求項２】
外輪と内輪との間に複数の転動体が円周方向に転動可能に配設される転がり軸受と、前記外輪に嵌合されるプーリと、前記内輪に嵌合されるケーシングの支持部と、前記支持部に貫通配置され、前記プーリと一体的に回転するシャフトと、前記シャフトの端部に固定されるベーンと、を備える水ポンプ装置であって、
前記内輪と前記支持部との間に、前記内輪又は前記支持部より線膨張係数の小さい部材を介装することを特徴とする水ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水ポンプ装置に関するものであり、特に、自動車のエンジン等に使用される水ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題が重視される中、自動車においても燃費向上が開発課題となることが多く、各装置／部品の軽量化や性能向上、コスト低減が急務となっている。その中でも自動車に使用される水ポンプ装置は、専用設計されたものが殆どで、転動体がローラとボールとで構成されるタイプと両列ともボールで構成されるタイプとの２つのタイプがある。また、シャフトが内輪軌道面を兼ねるシャフト一体型の水ポンプ装置とすることにより、装置の組立性向上に貢献している。
【０００３】
例えば、図６に示す水ポンプ装置１００は、ケーシング１０１にアルミダイカストを用い、フロント列がローラ、リア列がボール、若しくは両列ともボールの軸一体型の転がり軸受１０２を装着している。プーリ１０３と一体回転するシャフト１０４の回転によりベーン１０５を回し、冷却水を循環させる。現状、もっともポピュラーな形式であるが、軽量化、部品点数の削減、コスト削減等の課題は残る。なお、図中１０６はメカニカルシールである。
【０００４】
また、図７に示す水ポンプ装置１１０は、複列の転がり軸受１０２の外輪１０２ａにプーリ１０３を外嵌し、転がり軸受１０２の内輪１０２ｂにアルミダイカスト製のケーシング１を内嵌したものであり、上記した水ポンプ装置１００と同様に、プーリ１０３と一体回転するシャフト１０４の回転によりベーン１０５を回し、冷却水を循環させる（例えば、特許文献１参照）。なお、転がり軸受１０２は、単列の転がり軸受であってもよい。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５０−７４８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記した水ポンプ装置１００の場合、転がり軸受１０２はアルミダイカスト製のケーシングに嵌合され、上記した水ポンプ装置１１０の場合、外輪１０２ａは炭素鋼等のプーリ１０３の内周面に嵌合され、内輪１０２ｂはアルミダイカスト製のケーシング１０１に嵌合される。いずれの場合も、低温から高温まで外輪１０２ａのクリープ防止のため、使用温度範囲で締め代が残るように締まりばめに設定にしてある。また、水ポンプ装置の機構特性として、メカニカルシール１０６のシール性安定化のためには、軸受のガタつきはできるだけ小さい方が好ましく、一方で、軸受の寿命向上のためには、大きな負すきまでの運転は避ける方が好ましい。
【０００７】
しかしながら、上記した水ポンプ装置１１０のように、プーリ１０３に炭素鋼、ケーシング１０１にアルミダイカストを用いた場合、内輪１０２ｂの材料である軸受鋼とケーシング１０１の材料であるアルミニウムとの材料線膨張係数の違いから、高温時におけるケーシング１０１の熱膨張量が内輪１０２ｂよりも大きくなる。このため、高温時における軸受の有効すきまが低温時と比べて小さくなり、場合によっては大きな負すきまで使用されることになり、軸受寿命を低下させる原因になる。
【０００８】
本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、高温時における軸受の有効すきまの変動を抑制して、軸受寿命を向上することができる水ポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  外輪と内輪との間に複数の転動体が円周方向に転動可能に配設される転がり軸受と、外輪に嵌合されるプーリと、内輪に嵌合されるケーシングの支持部と、支持部に貫通配置され、プーリと一体的に回転するシャフトと、シャフトの端部に固定されるベーンと、を備える水ポンプ装置であって、内輪の径方向肉厚を外輪の径方向肉厚より厚くすることを特徴とする水ポンプ装置。
（２）  外輪と内輪との間に複数の転動体が円周方向に転動可能に配設される転がり軸受と、外輪に嵌合されるプーリと、内輪に嵌合されるケーシングの支持部と、支持部に貫通配置され、プーリと一体的に回転するシャフトと、シャフトの端部に固定されるベーンと、を備える水ポンプ装置であって、内輪と支持部との間に、内輪又は支持部より線膨張係数の小さい部材を介装することを特徴とする水ポンプ装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の水ポンプ装置によれば、内輪の径方向肉厚を外輪の径方向肉厚より厚くする、或いは、内輪と支持部との間に、内輪又は支持部より線膨張係数の小さい部材を介装するため、内輪より線膨張係数の大きいアルミダイカスト製のケーシングを用いた場合においても、高温時におけるケーシングの支持部の熱膨張による軸受の有効すきまの変動を抑制することができる。これにより、使用温度範囲での軸受の有効すきまの変化量を小さくすることができ、高温時に軸受が大きな負すきまで運転されることを回避できるので、軸受寿命を向上することができる。
【００１１】
また、本発明の水ポンプ装置によれば、使用温度範囲での軸受の有効すきまの変化量を小さくすることができるため、軸受のガタつきを低減することができるので、メカニカルシールのシール性能を安定化させることができる。
【００１２】
また、本発明の水ポンプ装置によれば、使用温度範囲での内輪とケーシングの支持部との間の締め代の変化量を低減することができるので、クリープが発生しない締め代の設定を行う場合に、締め代が異常に大きくなることや、締め代がなくなることを回避することができる。
【００１３】
さらに、本発明の水ポンプ装置によれば、使用温度範囲での軸受の有効すきまの変化量を小さくすることができるため、高温時に負すきまにならないように軸受の初期すきまを大きく設定する必要がないので、軸受製造時や輸送時に傷等がつくのを防止することができ、軸受品質の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る水ポンプ装置の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明に係る水ポンプ装置の第１実施形態について説明する。
図１は本発明に係る水ポンプ装置の第１実施形態を説明するための断面図である。
【００１６】
本実施形態の水ポンプ装置１０は、外輪１１と内輪１２との間に複数の転動体１３が円周方向に転動可能に配設される転がり軸受１４と、外輪１１に外筒部１５ａが外嵌されるプーリ１５と、内輪１２に内嵌されるケーシング１６の支持筒（支持部）１６ａと、支持筒１６ａに貫通配置されると共に、一端部（図１の左端部）にプーリ１５の内筒部１５ｂが外嵌されて、プーリ１５と一体的に回転するシャフト１７と、シャフト１７の他端部（図１の右端部）に固定されるベーン１８と、ベーン１８の軸方向内側位置でケーシング１６とシャフト１７との間に介装されるメカニカルシール１９と、を備えている。
【００１７】
外輪１１及び内輪１２の材質としては、炭素鋼を使用し、ケーシング１６の材質としては、アルミダイカストを使用する。
【００１８】
そして、本実施形態では、転がり軸受１４の内輪１２の径方向肉厚を外輪１１の径方向肉厚より厚くして、内輪１２の剛性を高めている。
【００１９】
従って、本実施形態の水ポンプ装置１０によれば、内輪１２の径方向肉厚を外輪１１の径方向肉厚より厚くするため、内輪１２より線膨張係数の大きいアルミダイカスト製のケーシング１６を用いた場合においても、高温時におけるケーシング１６の支持筒１６ａの熱膨張による軸受１４の有効すきまの変動を抑制することができる。これにより、使用温度範囲での軸受１４の有効すきまの変化量を小さくすることができ、高温時に軸受１４が大きな負すきまで運転されることを回避できるので、軸受寿命を向上することができる。
【００２０】
また、本実施形態の水ポンプ装置１０によれば、使用温度範囲での軸受１４の有効すきまの変化量を小さくすることができるため、軸受１４のガタつきを低減することができるので、メカニカルシール１９のシール性能を安定化させることができる。
【００２１】
また、本実施形態の水ポンプ装置１０によれば、使用温度範囲での内輪１２とケーシング１６の支持筒１６ａとの間の締め代の変化量を低減することができるので、クリープが発生しない締め代の設定を行う場合に、締め代が異常に大きくなることや、締め代がなくなることを回避することができる。
【００２２】
さらに、本実施形態の水ポンプ装置１０によれば、使用温度範囲での軸受１４の有効すきまの変化量を小さくすることができるため、高温時に負すきまにならないように軸受１４の初期すきまを大きく設定する必要がないので、軸受製造時や輸送時に傷等がつくのを防止することができ、軸受品質の安定化を図ることができる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、図２及び図３を参照して、本発明に係る水ポンプ装置の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
図２は本発明に係る水ポンプ装置の第２実施形態を説明するための断面図、図３は第２実施形態の水ポンプ装置の変形例を示す断面図である。
【００２４】
本実施形態の水ポンプ装置２０は、図２に示すように、外輪１１と内輪２２との間に複数の転動体１３が円周方向に転動可能に配設される転がり軸受２４と、外輪１１に外筒部１５ａが外嵌されるプーリ１５と、内輪２２に内嵌されるケーシング１６の支持筒１６ａと、支持筒１６ａに貫通配置されると共に、一端部（図１の左端部）にプーリ１５の内筒部１５ｂが外嵌されて、プーリ１５と一体的に回転するシャフト１７と、シャフト１７の他端部（図１の右端部）に固定されるベーン１８と、ベーン１８の軸方向内側位置でケーシング１６とシャフト１７との間に介装されるメカニカルシール１９と、を備えている。
【００２５】
そして、本実施形態では、内輪２２とケーシング１６の支持筒１６ａとの間に、炭素鋼製の内輪１２又はアルミダイカスト製の支持筒１６ａより線膨張係数の小さい材質（例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼、ガラス繊維を含有した合成樹脂など）からなる円筒部材２１を介装している。
【００２６】
従って、本実施形態の水ポンプ装置２０によれば、内輪２２とケーシング１６の支持筒１６ａとの間に、内輪１２又は支持筒１６ａより線膨張係数の小さい材質からなる円筒部材２１を介装するため、内輪２２より線膨張係数の大きいアルミダイカスト製のケーシング１６を用いた場合においても、高温時におけるケーシング１６の支持筒１６ａの熱膨張を円筒部材２１で押さえて、軸受２４の有効すきまの変動を抑制することができる。これにより、使用温度範囲での軸受２４の有効すきまの変化量を小さくすることができ、高温時に軸受２４が大きな負すきまで運転されることを回避できるので、軸受寿命を向上することができる。
【００２７】
また、本実施形態の水ポンプ装置２０によれば、使用温度範囲での軸受２４の有効すきまの変化量を小さくすることができるため、軸受２４のガタつきを低減することができるので、メカニカルシール１９のシール性能を安定化させることができる。
【００２８】
また、本実施形態の水ポンプ装置２０によれば、使用温度範囲での内輪２２とケーシング１６の支持筒１６ａとの間の締め代の変化量を低減することができるので、クリープが発生しない締め代の設定を行う場合に、締め代が異常に大きくなることや、締め代がなくなることを回避することができる。
【００２９】
また、本実施形態の水ポンプ装置２０によれば、使用温度範囲での軸受２４の有効すきまの変化量を小さくすることができるため、高温時に負すきまにならないように軸受２４の初期すきまを大きく設定する必要がないので、軸受製造時や輸送時に傷等がつくのを防止することができ、軸受品質の安定化を図ることができる。
【００３０】
さらに、本実施形態の水ポンプ装置２０によれば、円筒部材２１の肉厚を変更することによって、軸受２４の有効すきまを調整することができる。なお、円筒部材２１の材質を内輪２２と同一とすることにより、上記第１実施形態と同様の効果が得られ、さらに、従来設計の転がり軸受を使用することができる。
【００３１】
なお、本実施形態の変形例として、水ポンプ装置２０は、円筒部材２１の代わりに、図３に示すような円筒部材３１を使用してもよい。この円筒部材３１は、内輪２２及びケーシング１６より軸方向外側（図３の左方向）に突出して、円筒部材３１の軸方向端部（図３の左端部）とプーリ１５の側壁部１５ｃとの間にラビリンスシール部３０を形成している。この場合、ラビリンスシール部３０によって、冷却水の浸入を防止することができる。
【００３２】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、各実施形態では、転がり軸受として複列の深溝玉軸受を例示したが、単列の転がり軸受でもよく、また、単列又は複列の軸受で接触角を有する転がり軸受であってもよい。
また、各実施形態では、背面掛けタイプのプーリを装備した水ポンプ装置に本発明を適用した場合を例示したが、これに代えて、正面掛けタイプのプーリを装備した水ポンプ装置に本発明を適用してもよい。
【実施例】
【００３３】
以下に、本発明の水ポンプ装置１０（本実施例）の作用効果を確認するための計算結果について説明する。
【００３４】
本計算では、本実施例に図１に示す第１実施形態の水ポンプ装置の計算モデルを使用し、引用例に図７に示す従来の水ポンプ装置の計算モデルを使用して、それぞれの計算モデルの軸受の有効すきまと温度、及び内輪の締め代と温度を計算し、その関係を調査した。図４に軸受の有効すきまと温度との関係を調査したグラフ図を示し、図５に内輪の締め代と温度との関係を調査したグラフ図を示す。なお、内輪の厚さ以外については、本実施例及び従来例共に同一条件とした。
【００３５】
図４から明らかなように、本実施例は従来例に対して、温度上昇に伴う軸受の有効すきまの変動が最大値及び最小値共に小さいことがわかり、図５から明らかなように、本実施例は従来例に対して、温度上昇に伴う内輪の締め代の変動が最大値及び最小値共に小さいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る水ポンプ装置の第１実施形態を説明するための断面図である。
【図２】本発明に係る水ポンプ装置の第２実施形態を説明するための断面図である。
【図３】第２実施形態の水ポンプ装置の変形例を示す断面図である。
【図４】本実施例及び従来例における軸受の有効すきまと温度との関係を示すグラフ図である。
【図５】本実施例及び従来例における内輪の締め代と温度との関係を示すグラフ図である。
【図６】従来の水ポンプ装置を示す断面図である。
【図７】従来の他の水ポンプ装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０，２０    水ポンプ装置
１１          外輪
１２，２２    内輪
１３          転動体
１４，２４    転がり軸受
１５          プーリ
１６          ケーシング
１６ａ        支持筒（支持部）
１７          シャフト
１８          ベーン
１９          メカニカルシール
２１，３１    円筒部材（内輪又は支持部より線膨張係数の小さい部材）
３０          ラビリンスシール部
【図１】
2007187103.tif 000003
【図２】
2007187103.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007187103.tif 000006
【図５】
2007187103.tif 000007
【図６】
2007187103.tif 000008
【図７】
2007187103.tif 000009