JP2002139045A - ウォータポンプ用滑り軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン冷却液との高温、長時間での接触下
においても摺動特性と耐摩耗性に優れ、機械的強度を保
持できる。 【解決手段】 エンジン冷却液を循環させる循環手段
と、この循環手段が一端に固定された回転軸を回転可能
に支持する樹脂製のウォータポンプ用滑り軸受であっ
て、上記樹脂がポリエーテルケトン系樹脂からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウォータポンプ用
滑り軸受に関し、特に不凍液あるいはロングライフクー
ラント等の冷却液との接触において優れた耐久性を有す
る樹脂製の自動二輪車または自動車の電動ウォータポン
プ用樹脂製滑り軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等のエンジンを冷却する不凍液あ
るいはロングライフクーラント等の冷却液を循環させる
ための従来のウォータポンプは、例えば実開昭58-1639
0、実開昭61-204918 、実開昭63-190594 等に記載され
ているように、ハウジングに転がり軸受を介して回転可
能に支持された回転軸の一端にインペラーを固定し、こ
のインペラーと転がり軸受間にメカニカルシールが設け
られていた。メカニカルシールにより、インペラーが収
容される作動室と転がり軸受との間を隔絶して、転がり
軸受に冷却液が侵入するのを防止していた。しかし、冷
却液が蒸気化すると、その蒸気に対してメカニカルシー
ルではシール性を十分確保することが困難なため、転が
り軸受側に冷却液が漏洩してしまうことがある。この漏
洩した冷却液が転がり軸受に到達し浸透すると転がり軸
受の耐久性が低下するという問題が生じた。この問題を
解決して装置の簡略化や軽量化を達成するため、メカニ
カルシールや転がり軸受の代わりに滑り軸受を使用する
ウォータポンプが知られている（特開2000-213490）。
このウォータポンプは滑り軸受を介してハウジングに支
持され外周面に永久磁石を配する回転子と、ハウジング
の内周側に固設されて回転子の軸心に向かって突出する
複数の突出部を有するコアおよびコアに巻回されるコイ
ルとからなる固定子とを備え、コイルへの通電を制御す
ることで回転子の一端に設けられたインペラーを駆動し
て冷却液を循環させている。

【０００３】一方、冷却液中で使用が可能な自動車ウォ
ータポンプ用部品として、ポリフェニレンスルフィド系
樹脂組成物（特開平6-116494）、メチレン基およびプロ
ピレン基をケトン結合で連結したポリケトン樹脂組成物
（特開平11-181273 ）が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウォー
タポンプに使用されている滑り軸受は、メカニカルシー
ル等のシール部材がないため、ポンプ内を流れる冷却液
と高温、長時間接触するという極めて厳しい使用条件に
ある。ポリフェニレンスルフィド系樹脂組成物、ポリケ
トン樹脂組成物であっても、優れた摺動特性および耐摩
耗性とともに、機械的強度を保持することができないた
め、自動車のウォータポンプ用樹脂製滑り軸受には使用
できないという問題がある。

【０００５】本発明は、このような問題に対処するため
になされたもので、冷却液との高温、長時間での接触下
においても摺動特性と耐摩耗性に優れ、機械的強度を保
持できるウォータポンプ用滑り軸受を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、冷却液を循環
させる循環手段と、この循環手段が一端に固定された回
転軸を回転可能に支持する樹脂製のウォータポンプ用滑
り軸受であって、上記樹脂がポリエーテルケトン系樹脂
（以下、ＰＥＫと略称する）からなることを特徴とす
る。

【０００７】上記ＰＥＫが分子内に下記構造単位（Ｉ）
および（ＩＩ）を有するＰＥＫであることを特徴とす
る。

【化２】

【０００８】また、上記ＰＥＫ 100 重量部に少なくと
も繊維状充填剤が 3〜60 重量部配合されてなることを
特徴とする。

【０００９】上記ウォータポンプが自動二輪車または自
動車の電動ウォータポンプであることを特徴とする。

【００１０】本発明のウォータポンプ用滑り軸受は、Ｐ
ＥＫ、特に芳香族ＰＥＫを用いることにより、芳香族系
樹脂の優れた耐熱性とエーテル結合およびケトン結合と
の優れた耐加水分解性により、高温の冷却液中において
も耐熱性と耐加水分解性に優れた滑り軸受となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】ウォータポンプ用滑り軸受の使用
態様について図１により説明する。図１は自動車の電動
ウォータポンプの構成を示す図である。電動ウォータポ
ンプは、例えば矢印Ａの方向に冷却液を循環させる循環
手段２と、この循環手段２を一端に固定した回転軸３
と、この回転軸３を回転可能に支持する樹脂製の滑り軸
受１、１とを備え、滑り軸受１はハウジング４に固定さ
れている。循環手段２は回転軸３の回転に伴い冷却液を
エンジン内に循環できる手段であればよく、例えばイン
ペラーなどが挙げられる。回転軸３が外周面に永久磁石
を配して回転子を形成し、ハウジング４の内周側に固設
されて回転子の軸心に向かって突出する複数の突出部を
有するコアおよびコアに巻回されるコイル５ａとからな
る固定子５を形成することでモータが構成され、コイル
５ａへの通電を制御することで回転軸３が回転する。回
転軸３は、滑り軸受１、１により回転可能に支持されて
おり、滑り軸受１、１は循環する冷却液と接している。
このため、冷却液などの共存下で滑り軸受１、１は摺動
部においてラジアルおよびスラスト方向の摩擦による高
温と回転軸３を支える機械的強度が必要とされる。

【００１２】本発明に用いるＰＥＫは、エーテル結合
（−Ｏ−）とケトン結合（−ＣＯ−）の両者を含むケト
ン系ポリマーであればよい。特にエーテル結合（−Ｏ
−）とケトン結合（−ＣＯ−）とが芳香族環により結合
した芳香族ＰＥＫであることが好ましい。芳香族ＰＥＫ
の中でも、分子内に上記構造単位（Ｉ）および（ＩＩ）
を組み合わせた構造を有するＰＥＫであることが、結晶
性の樹脂であり、また工業的利用のしやすさから好まし
い。

【００１３】本発明で使用できる市販芳香族ＰＥＫの例
を以下に列記する。

【化３】 化３は、ビクトレックスＭＣ社よりＰＥＫ２２０Ｇの商
品名で市販されているＰＥＫである。

【００１４】

【化４】 化４は、ビクトレックスＭＣ社よりＰＥＥＫ１５０Ｐの
商品名で市販されているＰＥＫである。

【００１５】

【化５】 化５は、ヘキスト社よりＨＯＳＴＡＴＥＣの商品名で市
販されているＰＥＫである。

【００１６】

【化６】 なお、上記各ＰＥＫは、例えば特開昭S4-90265等に記載
されている方法で作製することもできる。

【００１７】本発明に用いるＰＥＫは、繊維状、板状、
粉末状、粒状などの充填剤を配合できる。充填剤の配合
により、機械的強度が向上する。具体的には、例えば、
ガラス繊維、ＰＡＮ系やピッチ系の炭素繊維、ステンレ
ス繊維、アルミニウム繊維や黄銅繊維などの金属繊維、
芳香族ポリアミド繊維などの有機繊維、石膏繊維、セラ
ミック繊維、アスベスト繊維、ジルコニア繊維、アルミ
ナ繊維、シリカ繊維、酸化チタン繊維、炭化ケイ素繊
維、ロックウール、チタン酸カリウムウィスカ、チタン
酸バリウムウィスカ、ほう酸アルミウィスカ、窒化ケイ
素ウィスカなどの繊維状、針状充填剤、ガラスビーズ、
ガラスフレーク、ガラスマイクロバルーン、二硫化モリ
ブデン、ウォラストナイト、酸化チタン、酸イヒ亜鉛、ポ
リリン酸カルシウム、グラファイトなどの粉状、粒状あ
るいは板状の充填剤が挙げられる。

【００１８】本発明においては、ＰＥＫの機械強度を向
上させるため特に繊維状充填剤を配合するのが好まし
い。特に好適な繊維状充填剤は炭素繊維である。さら
に、炭素繊維とともにウィスカを配合すればミクロ補強
も行なわれ、最も有効な補強効果が得られ、なかでもモ
ース硬度 5 未満のウィスカを採用すれば相手材への非
攻撃性がほとんどなく好ましい。モース硬度 5 未満の
ウィスカは、例えばウォラストナイトウィスカ（モース
硬度 4.5）、硫酸カルシウムウィスカ（モース硬度
3）、炭酸カルシウムウィスカ（モース硬度 3.5〜4）、
チタン酸カリウムウィスカ（モース硬度 3.5）などが挙
げられる。

【００１９】繊維状充填剤は、ＰＥＫ 100 重量部に少
なくとも 3〜60 重量部、好ましくは20〜60 重量部配合
する。 3 重量部未満であると、補強効果が期待できな
く、60 重量部をこえると成形性が悪くなる。

【００２０】また、本発明に使用できるＰＥＫは、固体
潤滑剤を添加すると摺動特性がさらに向上する。固体潤
滑剤としては、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、四
フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル
共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂粉末、黒鉛、タル
ク、二硫化モリブデン、シリカ等が例示できる。これら
固体潤滑剤の添加量は、ＰＥＫ 100 重量部に対して 1
〜40 重量部、好ましくは5〜30 重量部、さらに好まし
くは 5〜20 重量部である。さらに、本発明の目的を損
なわない範囲内でヒンダードフェノール系、リン系、イ
オウ系酸化防止剤などの酸化防止剤や熱安定剤、紫外線
吸収剤（例えばレゾルシノール、サリシレート、ベンゾ
トリアゾール、ベンゾフェノン等）、着色防止剤（亜リ
ン酸塩、次亜リン酸塩等）、可塑剤、難燃剤、離型剤、
帯電防止剤、および染料・顔料を含む着色剤（硫化カド
ミウム、フタロシアニン等）などの添加剤を１種以上添
加できる。

【００２１】

【実施例】実施例および比較例で使用した樹脂材料、補
強剤およびその他の添加剤を以下に示す。なお、（ ）
内は表中で用いた略称である。 １）ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ）：ビク
トレックスＭＣ社製、ＰＥＥＫ１５０Ｐ ２）ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）：トー
プレン社製、Ｔ−４ ３）ポリシアノアリールエーテル（ＰＥＮ）：出光石油
化学社製、ＰＥＮ−ＩＤ３００ ４）炭素繊維（ＣＰ）：呉羽化学工業社製、クレカチョ
ップＭ１０４Ｔ ５）ガラス繊維（ＧＦ）：旭ファイバーグラス社製、Ｍ
Ｆ０６ＪＢ１−２０Ａ ６）チタン酸カリウムウィスカ（ＴＫＷ）：大塚化学社
製、ティスモＮ ７）四フッ化エチレン樹脂紛末（ＰＴＦＥ）：喜多村社
製、ＫＴ４００Ｈ ８）タルク：村松産業社製、クラウンタルクＰＰ

【００２２】実施例１〜実施例４、比較例１、比較例２ 表１に示した配合割合により、各種ベース樹脂 100 重
量部、その他充填剤をヘンシェルミキサーでドライブレ
ンドした後、スクリュー式２軸押出機により溶融混練後
ペレットとした。得られたぺレットを乾燥後、射出成形
機（ソディック社製）を用いて、以下に示すウォータポ
ンプ用滑り軸受としての各評価試験に用いる試験片を射
出成形して作製した。なお、比較例１、比較例２の樹脂
組成物は、高温での水中摺動材として用いられている樹
脂組成物である。

【００２３】１）摩耗特性 φ17mm×φ21mm×10mm の筒状試験片を 120℃の冷却液
（デンソー社製、ＬＬＣ 50 重量％水溶液）中で 3000
時間浸漬した後、スラスト摩耗試験（速度 120m/min.、
荷重 2160kPa、運転時間 25 時間、相手材ステンレス）
を行ない重量差（摩耗試験後の重量−初期重量）（g）
を測定した。結果を表１に示す。 ２）相手攻撃性 上記スラスト摩耗試験に用いた相手材の摺動面の損傷度
を目視で確認し、損傷なしを◎、深さ 0.1mm 未満の損
傷ありを△、深さ 0.1mm 以上の損傷ありを×で評価し
た。結果を表１に示す。 ３）強度維持性 ダンベル試験片を 140℃の冷却液（デンソー社製、ＬＬ
Ｃ 50 重量％水溶液）中で 1500 時問浸漬した後、引っ
張り試験をＡＳＴＭ−Ｄ６３８に基づき行ない、強度維
持率（％）を求めた。なお、比較例２は相手攻撃性が高
かったため、本評価試験を中止した。結果を表１に示
す。

【００２４】

【表１】

【００２５】実施例１〜実施例４はいずれも摩耗による
重量変化が小さく、相手攻撃性も小さかった。また、冷
却液に対しても強度低下が小さく、耐冷却液性を有して
おり、高温の冷却液中で使用する自動二輪車および自動
車の電動ウォータポンプ用滑り軸受として好適である。
一方、ＰＥＫの代わりに、耐薬品性が高いＰＰＳやＰＥ
Ｎを用いた比較例では、摩耗特性が明らかに劣ってい
た。

【００２６】

【発明の効果】本発明のＰＥＫ、特に芳香族ＰＥＫから
なるウォータポンプ用滑り軸受は、不凍液あるいはロン
グライフクーラント等の冷却液との高温、長時間での接
触下においても優れた耐摩耗性と低い相手攻撃性を有
し、かつ高い機械的強度を保持する。また、少なくとも
繊維状充填剤を樹脂 100 重量部に 3〜60 重量部配合す
るので、上記優れた耐摩耗性とともに、成形性および機
械的強度に優れる。その結果、自動二輪車または自動車
の電動ウォータポンプに好適に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電動ウォータポンプの構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 滑り軸受 ２ 循環手段 ３ 回転軸 ４ ハウジング ５ 固定子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｂ 21/00 Ｎ (72)発明者 渡辺 雅史 静岡県磐田市東貝塚1578番地 ＮＴＮ株式 会社内 Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA06 CA13 CA54 DA13 3H071 AA01 BB03 CC26 DD46 EE07 3J011 NA00 SC01 4F071 AA51 AB03 AB20 AB28 AC11A AD01 AE17 AF27 AF28 AH18 CA02 CB08 CC06 EA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却液を循環させる循環手段と、この循
   環手段が一端に固定された回転軸を回転可能に支持する
   樹脂製のウォータポンプ用滑り軸受であって、前記樹脂
   がポリエーテルケトン系樹脂からなることを特徴とする
   ウォータポンプ用滑り軸受。
2. 【請求項２】 前記ポリエーテルケトン系樹脂が分子内
   に下記構造単位（Ｉ）および（ＩＩ）を有するポリエー
   テルケトン系樹脂であることを特徴とする請求項１記載
   のウォータポンプ用滑り軸受。 【化１】
3. 【請求項３】 ポリエーテルケトン系樹脂 100 重量部
   に少なくとも繊維状充填剤が 3〜60 重量部配合されて
   なることを特徴とする請求項１または請求項２記載のウ
   ォータポンプ用滑り軸受。
4. 【請求項４】 前記ウォータポンプが自動二輪車または
   自動車の電動ウォータポンプであることを特徴とする請
   求項１、請求項２または請求項３記載のウォータポンプ
   用滑り軸受。