(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に単一の内輪側軌道溝が形成されてなるポンプ軸と、内周面に前記内輪側軌道溝に対向する単一の外輪側軌道溝が形成されてなる外輪と、前記ポンプ軸および外輪の軌道溝間に形成されるボール軌道内に配置された複数のボールと、を備えた水ポンプ用軸受であって、
前記各軌道溝が、異なる曲率中心を持つ複合曲面から形成され、前記ボール軌道が、前記各ボールと４点で接触する単列軌道を形成しているとともに、
これら軌道溝の少なくとも一方は、同一の曲率半径で、かつ、互いの曲率中心が軸受径方向および軸受軸方向に互いにずらされており、前記互いの曲率中心の位置ずれ長さが前記曲率半径の０．１％以下とされた２つの円弧からなる複合曲面に形成されていることを特徴とする水ポンプ用軸受。
【請求項２】
前記ポンプ軸外周面と外輪内周面の間に形成された環状空間内に潤滑油が充填され、この環状空間の軸方向両端の開口がシール部材により密封されているとともに、
軸受の回転時には、前記各ボールがその自転軸を軸受の軸方向に対して傾斜させた状態で転動することにより、前記潤滑油が偏ることなく環状空間内を循環することを特徴とする請求項１に記載の水ポンプ用軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量かつコンパクトな水ポンプ用軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載される水ポンプ（ウォータポンプ）は、一般に、一端がメカニカルシール等を介してポンプ内のインペラに、他端がエンジン等に繋がるプーリにそれぞれ接続されるポンプ軸の外周面に、軸方向に所定の間隔を開けて２つの内輪側の軌道面を形成して軸受の内輪を兼用させ、その各軌道面に対応して、内周に２つの外輪側軌道面が形成された外輪をハウジングに固定し、その外輪およびポンプ軸間に形成される２列の転がり軸受軌道にそれぞれ複数の転動体を配置した構造をとる。
【０００３】
この種の軸受には、図４の一部断面図に示すように、ポンプ軸１０１と外輪１０２の間に形成される２列の転がり軸受軌道の双方をボール軌道としてそれぞれにボール１０３列を設けた、実質的に複列の深溝玉軸受を構成したタイプと、図５の一部断面図に示すように、同じくポンプ軸２０１と外輪２０２の間に形成される２列の転がり軸受の軌道のうち、インペラ（図示右方）側をボール軌道としてボール２０３列を設け、プーリ（図示左方）側をローラ軌道としてローラ２０４列を設けた、深溝玉軸受と円筒ころ軸受とからなる複合軸受を構成したタイプの２つのタイプが、主として用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような水ポンプ用軸受において、軸受部の軸方向寸法の短縮を求められる場合があった。この軸受部の短軸化には、転動体を小径化するか、あるいは転動体を単列化する手段等が考えられる。
【０００５】
しかしながら、転動体を小径化する場合、負荷容量とのバランス等を考慮すると、転動体数を増やさねばならず、複列の深溝玉軸受あるいは深溝玉軸受と円筒ころ軸受とからなる複合軸受を有する構造のままでは、機構が複雑化しコストアップは避けられない。
【０００６】
また、転動体の単列化を考えた場合、水ポンプ用軸受は、プーリ等による入力回転が軸受中心に対してオフセットした位置に加えられるため、単列化するとポンプ軸の振れ回りが発生し、転動体の軌道溝肩部への乗り上げや水ポンプのメカニカルシールの作動不良等を引き起こす恐れがある。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、単列の転がり軸受でありながら、ポンプ軸の振れ回りを抑えることで、軽量かつコンパクトに製作することのできる水ポンプ用軸受を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、外周面に単一の内輪側軌道溝が形成されてなるポンプ軸と、内周面に前記内輪側軌道溝に対向する単一の外輪側軌道溝が形成されてなる外輪と、前記ポンプ軸および外輪の軌道溝間に形成されるボール軌道内に配置された複数のボールと、を備えた水ポンプ用軸受であって、
前記各軌道溝が、異なる曲率中心を持つ複合曲面から形成され、前記ボール軌道が、前記各ボールと４点で接触する単列軌道を形成しているとともに、
これら軌道溝の少なくとも一方は、同一の曲率半径で、かつ、互いの曲率中心が軸受径方向および軸受軸方向に互いにずらされており、前記互いの曲率中心の位置ずれ長さが前記曲率半径の０．１％以下とされた２つの円弧からなる複合曲面に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、ボール軌道を単列とすることで、従来の複列の転動体軌道を有する水ポンプ用軸受に比べ、軸受部を短軸化することができ、軽量かつコンパクトな水ポンプ用軸受を製作することが可能になる。また、この単列ボール軌道を断面視４点接触タイプとすることで、プーリ等による入力回転が、軸受中心に対してオフセットした位置に加えられ場合でも、ポンプ軸の振れ回りが抑制され、ボールの軌道溝肩部への乗り上げや水ポンプのメカニカルシールの作動不良等の発生が抑えられる。
【００１０】
ここで、前記単列ボール軌道を４点接触とするには、前記軌道溝の少なくとも一方を、同一の曲率半径で、かつ、互いの曲率中心の軸受径方向および軸受軸方向の相対位置ずれ長さがそれぞれ前記曲率半径の０．１％以下とされた２つの円弧からなる複合曲面に形成すれば良い。このように、曲率中心の位置ずれ長さを、曲率半径の０．１％以下とすることにより、軸受寿命の低下や転がり音の増加を抑えることができる。
【００１１】
従って、本発明の水ポンプ用軸受は、コンパクトでありながら、長寿命の水ポンプ用軸受とすることができる。そして、このような構造により、材料費や加工費が低減され、水ポンプ用軸受全体としてのコストダウンを達成することが可能になる。
【００１２】
なお、前記ポンプ軸外周面と外輪内周面の間に形成された環状空間内に潤滑油が充填され、この環状空間の軸方向両端の開口がシール部材により密封された水ポンプ用軸受の場合は、軸受の回転時に、前記各ボールがその自転軸を軸受の軸方向に対して傾斜させた状態で転動するため、前記潤滑油が偏ることなく環状空間内全体を循環し、好適である（請求項２）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しつつこの発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態における水ポンプ用軸受の構造を示す一部断面図である。また、図２は、本発明の第２の実施の形態における水ポンプ用軸受の構造を示す要部拡大断面図であり、図３は、その軸受に形成された軌道溝の形成方法を示す説明図である。
【００１４】
この水ポンプ用軸受は、ポンプ軸１と、ポンプ軸１の周囲に配置された外輪２と、ポンプ軸１と外輪２との間に配置された複数のボール３，３，・・・とを有する。この回転軸１は、軸受鋼材等を用いて旋削加工により、軸受の内輪として機能する大径の太軸部１１と、その両端に位置する小径の細軸部１２ａ，１２ｂが一体に形成されている。また、ポンプ軸１の太軸部１１の外周面１１ｘには、軸方向略中央に内輪側軌道溝１１ｙが形成され、この内輪側軌道溝１１ｙに対向する外輪２の内周面２ｘにも、同様な外輪側軌道溝２ｙが形成されている。そして、これら軌道溝の間には、保持器５によって所定の間隔で保持された複数のボール３列が配置され、単列の深溝玉軸受を形成している。
【００１５】
また、太軸部（内輪）外周面１１ｘと外輪内周面２ｘによって形成される軸受の環状空間は、環状空間内に充填される潤滑油の保持と防水のために、外輪２両端部に配設されたシール部材４，４により密閉されている。なお、一方の細軸部１２ａの外側端部（図示左方）には、エンジン等に繋がる入力用のプーリが取り付けられるとともに、他方の細軸部１２ｂの外側端部（図示右方）は、メカニカルシール等を介して水ポンプ内に配置され、インペラが取り付けられることとなる。
【００１６】
本実施の形態における水ポンプ用軸受の構造的特長は、軸受の荷重を支えるボール３軌道が単列に形成されており、この単列軌道と各ボールとが断面視４点で接触しつつ転動するいわゆる４点接触玉軸受を形成しているとともに、これらボール３軌道を形成する各軌道溝１１ｙ，２ｙが、互いにずれた曲率中心を持つ２つの円弧から形成されている点である。また、これら各各軌道溝１１ｙ，２ｙは、同一の曲率半径ｒで、かつ、互いの曲率中心ｅ，ｆの軸受径方向および軸受軸方向の相対位置ずれ長さが、それぞれ曲率半径ｒの０．１％以下とされた２つの円弧からなる複合曲面に形成されている。
【００１７】
外輪側軌道溝２ｙは、その軌道溝の幅方向（図示左右方向）両側に形成された２つの円弧、曲率中心ｅからなる円弧２ｅおよび曲率中心ｆからなる円弧２ｆとから形成されている。これらの曲率中心ｅ，ｆは、玉軸受の径方向（図示上下方向）および軸方向（図示左右方向）にわずかに互いにずらされており、玉軸受の回転時に、これら円弧２ｅおよび２ｆは、それぞれＥ点およびＦ点でボール３と接触しつつ、ボール３にスピンを発生させるようになっている。同様に、内輪側軌道溝１１ｙは、曲率中心ｇからなる円弧１１ｇと、曲率中心ｈからなる円弧１１ｈとから形成されており、これらの曲率中心ｇ，ｈは、玉軸受の径方向および軸方向にわずかに互いにずらされている。そして、これらの円弧１１ｇおよび１１ｈは、玉軸受の回転時に、それぞれＧ点およびＨ点でボール３と接触しつつ、ボール３にスピンを発生させるようになっている。
【００１８】
すなわち、曲率中心ｅ，ｆおよびｇ，ｈを互いにずらせることにより、玉軸受の回転時におけるボール３と各軌道溝２ｙ，１１ｙとの接触状態が軸方向に左右非対称となり、接触点Ｅ，Ｈ点（図示左方）において円弧２ｅおよび１１ｈからボール３に作用する摩擦力と、接触点Ｆ，Ｇ点（図示右方）において円弧２ｆおよび１１ｇからボール３に作用する摩擦力とに差が生じる。よって、ボール３の回転軸が軸方向に傾き、ボール３の回転にスピンが発生することとなる。
【００１９】
以上の構成により、本実施の形態における水ポンプ用軸受は、プーリ等による入力回転が、軸受中心に対してオフセットした位置に加えられ場合でも、ポンプ軸１の振れ回りが抑制され、ボール３の軌道溝１１ｙ，２ｙ肩部への乗り上げや水ポンプのメカニカルシールの作動不良等の発生を防止することができる。従って、従来の複列の転動体軌道を有する水ポンプ用軸受に比べ、軸受部の軸方向寸法を短くすることができ、軽量かつコンパクトで長寿命な水ポンプ用軸受を製作することが可能になる。
【００２０】
また、各ボール３が、その回転軸（自転軸）が軸受軸方向に対して傾いた状態で転動することから、軌道溝の軸方向中心に対するオフセット量に関わらず、環状空間内に保持されるグリースが十分に循環し、部分的なグリースの供給不良が生じるのを防止することができる。よって、玉軸受の長寿命化を図ることが可能である。
【００２１】
なお、以上のように曲率中心のずれた２つの円弧からなる複合曲面を形成する場合、図３に示すように、軌道溝２ｙを形成する円弧２ｅ，２ｆの曲率中心ｅ，ｆの位置ずれ長さＬは、円弧２ｅ，２ｆの曲率半径ｒの０．１％以下に設定されることが望ましい。このように、曲率中心の位置ずれ長さを、曲率半径の０．１％以下とすることにより、軸受寿命の低下や転がり音の増加を抑えることができる。
【００２２】
また、本実施の形態では、外輪２および太軸部１１の軌道溝２ｙ，１１ｙの断面形状について、それぞれ図示左側の円弧２ｅ，１１ｈの曲率中心ｅ，ｈと右側の円弧２ｆ，１１ｇの曲率中心ｆ，ｇとを、径方向および軸方向に互いにずらした例において説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、軸受の回転時に、常にボール３にスピンを発生させることができる断面形状であれば良い。具体的には、例えば外輪２の軌道溝２ｙにおいてのみ、これを形成する左右の円弧２ｅ，２ｆの曲率中心ｅ，ｆを少なくとも径方向に互いにずらせ、ボール３にスピンを与える構造としても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の水ポンプ用軸受によれば、ボール軌道を単列とすることで、従来の複列の転動体軌道を有する水ポンプ用軸受に比べ、軸受部を短軸化することが可能になる。また、この単列ボール軌道をいわゆる４点接触タイプとすることで、ポンプ軸の振れ回りが抑制され、ボールの軌道溝肩部への乗り上げや水ポンプのメカニカルシールの作動不良等の発生が抑えられる。従って、本発明の水ポンプ用軸受は、コンパクトでありながら、長寿命の水ポンプ用軸受とすることができる。
【００２４】
そして、このような軸受の構造により、材料費や加工費が低減され、水ポンプ用軸受全体としてのコストダウンを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態における水ポンプ用軸受の構造を示す一部断面図である。
【図２】  本発明の第２の実施の形態における水ポンプ用軸受の構造を示す要部拡大断面図である。
【図３】  本発明の第２の実施の形態における水ポンプ用軸受に形成される軌道溝の曲率中心のずれを示す説明図である。
【図４】  従来の複列深溝玉軸受を用いた水ポンプ用軸受の構造を示す一部断面図である。
【図５】  従来の深溝玉軸受と円筒ころ軸受を用いた水ポンプ用軸受の構造を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１  ポンプ軸
２  外輪
２ａ，２ｂ，２ｅ，２ｆ  円弧
２ｘ  内周面
２ｙ  外輪側軌道溝
３  ボール
４  シール部材
５  保持器
１１  太軸部（内輪）
１１ｃ，１１ｄ，１１ｇ，１１ｈ  円弧
１１ｘ  外周面
１１ｙ  内輪側軌道溝
１２ａ，１２ｂ  細軸部
１０１  ポンプ軸
１０２  外輪
１０３  ボール
２０１  ポンプ軸
２０２  外輪
２０３  ボール
２０４  ローラ
Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ  接触点
ｅ，ｆ，ｇ，ｈ  曲率中心
Ｌ  曲率中心の位置ずれ長さ
ｒ  曲率半径
【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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