JP2003097578A - 回転支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化に拘らず、外側ハブ１４に対し転が
り軸受１１の外輪２２がクリープしたり、この転がり軸
受１１の予圧が過大になるのを防止できる構造を、低コ
ストで実現する。 【解決手段】 上記外側ハブ１４の内周面と上記外輪２
２の外周面との間に、円筒状のスペーサ２５を設け、こ
のスペーサ２５を、これら両部材１４、２２に対し締り
嵌めで嵌合させる。このスペーサ２５を構成する金属材
料の線膨張係数を、上記外側ハブ１４を構成する金属材
料の線膨張係数と、上記外輪２２を構成する金属材料の
線膨張係数との中間の値とする。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明に係る回転支持装置は、
例えば、自動車の走行用のエンジンにより、このエンジ
ンに冷却水を流通させる為のウォータポンプと、この冷
却水を放熱する為のラジエータに送風する為のファンと
を回転駆動する為のエンジン用冷却装置の駆動装置に組
み込んで、内側ハブと外側ハブとを相対回転自在に組み
合わせる為に利用する。 【０００２】 【従来の技術】前置エンジン・後輪駆動車（ＦＲ車）用
エンジンに冷却水を流通させる為のウォータポンプ、並
びに、この冷却水を放熱する為のラジエータに送風する
為の冷却ファンは、エンジンのクランクシャフトにより
ベルトを介して駆動する。即ち、上記クランクシャフト
の端部に固定した駆動プーリと、上記ウォータポンプを
構成するインペラ及び上記冷却ファンを回転駆動する為
の回転軸に固定した従動プーリとの間にベルトを掛け渡
し、上記クランクシャフトの回転に伴って上記回転軸を
回転駆動する。 【０００３】図２は、この様なエンジン用冷却装置の駆
動装置を示している。回転軸１は、ウォータポンプ２の
ハウジング３に支持した軸受ユニット４により、その中
間部を回転自在に支持している。そして、上記回転軸１
の内端部（図２の右端部）で上記ハウジング３内に位置
する部分にインペラ５を、同じく外端部（図２の左端
部）で上記ハウジング３外に位置する部分に従動プーリ
６を、それぞれ固定している。そして、この従動プーリ
６と、図示しないクランクシャフトの端部に固定した駆
動プーリとの間にベルト７を掛け渡して、エンジンの運
転時に上記回転軸１を回転駆動自在としている。尚、こ
の回転軸１の一部で、上記インペラ５と軸受ユニット４
との間にはメカニカルシール８を設けて、上記ハウジン
グ３内を流通する冷却水が軸受ユニット４側に入り込ま
ない様にしている。 【０００４】一方、上記従動プーリ６を上記回転軸１の
外端部に固定する為の内側ハブ９の外半部（図２の左半
部）に冷却ファン１０を、転がり軸受１１及び流体継手
１２を介して支持している。これら転がり軸受１１と流
体継手１２とは、上記内側ハブ９の外半部に上記回転軸
１と同心に設けた軸部１３に、動力の伝達方向に対して
互いに並列に配置している。即ち、上記冷却ファン１０
の中央部に設けた外側ハブ１４の一部を上記内側ハブ９
の中間部に、上記転がり軸受１１により回転自在に支持
している。又、上記内側ハブ９の外端部で上記転がり軸
受１１よりも外方に突出した部分に、上記流体継手１２
を構成するロータ１５を外嵌固定している。そして、こ
のロータ１５と上記転がり軸受１１との間に、粘性流体
である、シリコンオイル１６を充填している。 【０００５】エンジンの運転に伴って上記回転軸１及び
内側ハブ９が回転すると、この回転は、軸受トルクと上
記シリコンオイル１６の粘性とに基づき、上記ロータ１
５から外側ハブ１４に伝わる。この場合に於いて、エン
ジンルーム内でラジエータに隣接した部分の温度が低
く、このラジエータの通風量をあまり多くする必要がな
い場合には、上記流体継手１２部分の粘性抵抗はあまり
大きくはならず、上記冷却ファン１０がゆっくりと回転
する。これに対して、エンジンルーム内の温度が上昇す
ると、バイメタル１７の作用により、ラビリンス部１８
を上記シリコンオイル１６が通過する様になり、上記流
体継手１２部分の粘性抵抗が大きくなり、上記冷却ファ
ン１０の回転速度が増す。この様にエンジンルーム内の
温度に対応して、シリコンオイル１６の粘性抵抗に基づ
き、上記冷却ファン１０を適切に回転させる事により、
上記回転軸１の回転上昇に拘らず、上記冷却ファン１０
の回転速度が過度に上昇する事を防止し、動力の消費を
軽減する。 【０００６】上記転がり軸受１１は、上記流体継手１２
部分での滑りに基づく、上記内側ハブ９と上記外側ハブ
１４との回転速度の差を吸収する為のもので、一般的に
は単列深溝型の玉軸受を利用する。この様な転がり軸受
１１は、外周面に内輪軌道１９を有する内輪２０と、内
周面に外輪軌道２１を有する外輪２２と、これら内輪軌
道１９と外輪軌道２１との間に転動自在に設けられた複
数の転動体（玉）２３、２３とから成る。これら各転動
体２３、２３は、図示しない保持器により保持されてい
る。又、これら各転動体２３、２３を設置した空間の両
端開口部は、それぞれシール板２４、２４により塞いで
いる。この様な転がり軸受１１は、上記内輪２０を、軸
部材である上記内側ハブ９の軸部１３に、締り嵌めで外
嵌固定すると共に、上記外輪２２を、ハウジングである
上記外側ハブ１４に、締り嵌めで内嵌固定している。 【０００７】上記転がり軸受１１の構成各部材２０、２
２、２３は、必要な強度を確保する為に、軸受鋼等の鉄
系金属により造るのに対して、上記外輪２２を内嵌固定
する上記外側ハブ１４は、軽量化の為、アルミニウム合
金等の軽合金により造る。この為、互いに締り嵌めで嵌
合する部材である、上記外輪２２と上記外側ハブ１４と
の間で、線膨張係数に無視できない程の差が生じる事が
避けられない。具体的には、上記外側ハブ１４に関する
線膨張係数が、上記外輪２２に関する線膨張係数に比べ
て大きくなる。そして、この線膨張係数の差に起因し
て、温度変化に伴って上記外側ハブ１４と上記外輪２２
との嵌合部の締め代が、無視できない程に変動する。例
えば、この嵌合部の締め代が、常温で適正値であったと
仮定した場合、この締め代は、温度上昇時に過度の低下
若しくは喪失し、温度低下時に過度に上昇する。 【０００８】一方、エンジンルーム内に設置されるエン
ジン用冷却装置の駆動装置の場合、周囲の温度が−４０
℃〜＋２００℃にも及ぶ為、上記締め代の変化が相当に
大きくなって、種々の問題発生の原因となる。例えば、
温度上昇時に於ける締め代の低下若しくは喪失は、上記
外側ハブ１４に対し上記外輪２２がクリープし、この外
側ハブ１４の内周面が摩耗する他、前記流体継手１２を
構成するシリコンオイル１６が漏洩する原因となる。反
対に、温度低下時に於ける締め代の過大な上昇は、前記
転がり軸受１１の過大な予圧（例えば−３０〜−５０μ
ｍ程度の負の隙間）に結び付く。そして、この転がり軸
受１１内部の転がり接触部の面圧が過度に上昇して、こ
の転がり軸受１１の回転抵抗が増大する。しかもこの状
態では、この転がり軸受１１の内部に封入したグリース
の流動性が、温度低下に伴う粘度上昇に伴って低下して
いる為、上記転がり接触部へのグリースの供給が円滑に
行なわれない。この結果、この転がり接触部で異音に結
び付く振動が発生したり、摩耗が増大したり、著しい場
合には焼き付き等の損傷が発生する可能性が生じる。こ
の様に、単に鉄系金属製の外輪２２を軽合金製の外側ハ
ブ１４に外嵌しただけの構造では、上述の様に広い、全
使用温度範囲で、上記締め代を適正範囲に納める事は非
常に難しい。 【０００９】この様な事情に鑑みて従来から、実公昭５
７−５３８７３号公報に記載されている様に、外輪の外
周面に形成した凹溝内に、軽合金よりも線膨張係数が大
きい合成樹脂製のリングを保持する構造や、特開２００
０−１８６７２５号公報に記載されている様に、ハウジ
ングに軸受鋼製の円筒をインサートし、この円筒に外輪
を内嵌する構造が知られている。前者の構造の場合に
は、線膨張係数の高い合成樹脂製のリングが、軸受鋼製
の外輪と軽合金製のハウジングとの熱膨張（熱収縮）量
の差を補償する。又、後者の構造の場合には、円筒と外
輪との間で熱膨張量の差がない為、この外輪が円筒に対
しクリープする事を防止できる。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】上述した従来構造のう
ち、実公昭５７−５３８７３号公報に記載された、合成
樹脂製のリングを使用する構造の場合には、耐熱性を確
保する事が難しい。即ち、例えばエンジン用冷却装置の
駆動装置に組み込む回転支持装置の場合、前述した通
り、周囲温度が２００℃程度にまで達する事がある。こ
の様な高温状態では、合成樹脂が弾性を喪失し、外輪の
外周面とハウジングの内周面とに強く押された状態のま
ま塑性変形する場合がある。そして、塑性変形した場合
には、温度低下時に上記外輪とハウジングとの嵌合部の
締め代確保を行なえなくなる。 【００１１】又、特開２０００−１８６７２５号公報に
記載された、外輪と同材質の円筒を軽合金製のハウジン
グにインサートする構造の場合には、これら外輪と円筒
との間のクリープは防止できても、この円筒と上記ハウ
ジングとの間のクリープ防止は不完全となる。これら円
筒の外周面とハウジングの内周面とを、インサートに伴
って凹凸係合させれば、これら円筒とハウジングとの間
のクリープ防止効果は確実になるが、これら円筒とハウ
ジングとの組み合わせ作業が面倒になり、コストが嵩む
事が避けられない。本発明の回転支持装置は、上述の様
な事情に鑑みて、特にコストを高くする事なく、鉄系合
金製の外輪が、軽合金製のハウジングに対しクリープし
たり、この外輪を含む転がり軸受の耐久性が損なわれた
りする事を有効に防止すべく発明したものである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明の回転支持装置
は、前述した従来のエンジン用冷却装置等に組み込まれ
ている回転支持装置と同様に、軸部材と、外輪の内径側
に転動体を介して内輪を、この外輪に対する相当回転自
在に保持して成る転がり軸受と、ハウジングとを備え
る。このハウジングを構成する材料の線膨張係数が、上
記外輪を構成する材料の線膨張係数よりも大きい。そし
て、この外輪を上記ハウジングに内嵌すると共に上記内
輪に軸部材を内嵌する事により、このハウジングに対し
上記軸部材を相対回転自在に支持している。特に、本発
明の回転支持装置に於いては、上記ハウジングの内周面
と上記外輪の外周面との間に、このハウジングを構成す
る材料の線膨張係数とこの外輪を構成する材料の線膨張
係数との中間の線膨張係数を有する材料により造られた
スペーサを挟持している。尚、上記スペーサを構成する
材料の線膨張係数は、必ずしも上記ハウジングを構成す
る材料の線膨張係数とこの外輪を構成する材料の線膨張
係数との平均値（中央値）である必要はないが、平均値
に近い程、本発明の効果を十分に得る事ができる。従っ
て、上記スぺーサを構成する材料の線膨張係数を、上記
平均値を中心として、上記ハウジングを構成する材料と
上記外輪を構成する材料との線膨張係数の差の±１／６
の範囲（中央１／３の範囲）に収める事が好ましい。
又、上記スペーサの径方向に関する厚さは、極端に大き
くする必要はないが、相手部材への締り嵌めを持った嵌
合固定に伴う弾性変形量を僅少に抑えられる（締り嵌め
に伴う嵌合強度を十分に大きくできる）程度の厚さを確
保する事が好ましい。 【００１３】 【作用】上述の様に構成される本発明の回転支持装置に
よれば、ハウジングに対して外輪が回転する事の防止を
効果的に行なえる。この理由は、本発明の回転支持装置
の場合には、上記ハウジングの内周面と上記外輪の外周
面との間にスペーサを設ける事により、この外輪をこの
ハウジングに対し、外径側、内径側、２個所の嵌合部を
介して嵌合支持している事による。即ち、本発明の回転
支持装置の場合には、上記外輪を上記スペーサに対し締
り嵌めで内嵌支持（内径側嵌合部）し、更にこのスペー
サを上記ハウジングに対し締り嵌めで内嵌支持（外径側
嵌合部）している。これら両嵌合部の締め代に関して
も、温度変化に伴って変化するが、その変化の程度（締
め代が増減する程度）は、上記ハウジングに対し上記外
輪を直接内嵌する場合に比べて低く抑える事ができる。 【００１４】この点に就いて、上記スペーサを構成する
材料の線膨張係数が、上記ハウジングを構成する材料の
線膨張係数とこの外輪を構成する材料の線膨張係数との
平均値である場合を例にして説明する。この場合には、
温度変化に伴う、上記内径側嵌合部及び上記外径側嵌合
部の締め代の変化量は、上記ハウジングに対し上記外輪
を直接内嵌する場合の１／２となる。この為、温度変化
が１／２になったのと同様に、温度変化に拘らず、上記
内径側、外径側両嵌合部の締め代を適正範囲内に納める
事が容易になる。 【００１５】 【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態の１
例を示している。本例の構造は、前述の図２に示した従
来構造と同様に、ハウジングである外側ハブ１４と、軸
部材である内側ハブ９の軸部１３とを、転がり軸受１１
を介して相対回転自在に組み合わせて成る。特に、本例
の場合には、上記外側ハブ１４の内周面と、上記転がり
軸受１１を構成する外輪２２の外周面との間に、円筒状
のスペーサ２５を介在させている。この外輪２２は上記
外側ハブ１４に対し、このスペーサ２５を介して、締り
嵌めにより内嵌固定している。即ち、上記外輪２２をこ
のスペーサ２５に対し締り嵌めで内嵌固定し、更にこの
スペーサ２５を上記外側ハブ１４に対し締り嵌めで内嵌
固定している。 【００１６】又、本発明の回転支持装置の場合には、上
記スペーサ２５を構成する材料の線膨張係数を、上記外
側ハブ１４を構成する材料の線膨張係数と、上記外輪２
２を構成する材料の線膨張係数との中間の値としてい
る。この場合に於いて、上記スペーサ２５を構成する材
料の線膨張係数は、必ずしも上記外側ハブ１４を構成す
る材料の線膨張係数と上記外輪２２を構成する材料の線
膨張係数との平均値（中央値）である必要はないが、平
均値に近い程、本発明の効果を十分に得る事ができる。
例えば、上記外側ハブ１４を、線膨張係数が２３．７×
１０^-6程度のアルミニウム合金製とし、上記外輪２２
を、線膨張係数が１２．５×１０^-6程度の軸受鋼製とし
た場合に、上記スペーサ２５を、オーステナイト系のス
テンレス鋼（線膨張係数＝１６．３×１０^-6程度）、銅
（線膨張係数＝１６．２×１０^-6程度）、或は高力黄銅
（線膨張係数＝１９．１×１０^-6程度）等により造る事
が適切である。 【００１７】又、上記スペーサ２５の径方向に関する厚
さｔは、極端に大きくする必要はないが、相手部材への
締り嵌めを持った嵌合固定、即ち、上記外輪２２に対す
る外嵌固定及び上記外側ハブ１４に対する内嵌固定に伴
う弾性変形量を僅少に抑えられる程度の厚さを確保する
事が好ましい。但し、嵌合固定により上記スペーサ２５
が塑性変形しない範囲であれば、多少の弾性変形は差し
支えない。要は、上記スペーサ２５の厚さｔは、このス
ペーサ２５と相手部材との嵌合強度を確保できる程度に
大きく、外径が過大になって上記外側ハブ１４の肉厚確
保が難しくならない程度に薄くする事を考慮して、設計
的に定める。 【００１８】上述の様に構成される本例の回転支持装置
によれば、上記外側ハブ１４に対して上記外輪２２が回
転する事の防止を効果的に行なえる。この理由は、本例
の回転支持装置の場合には、上記外側ハブ１４の内周面
と上記外輪２２の外周面との間に上記スペーサ２５を設
ける事により、この外輪２２を上記外側ハブ１４に対
し、外径側、内径側、２個所の嵌合部２６、２７を介し
て嵌合支持している事による。即ち、本発明の回転支持
装置の場合には、上記外輪２２を上記スペーサ２５に対
し締り嵌めで内嵌支持（内径側嵌合部２７）し、更にこ
のスペーサ２５を上記外側ハブ１４に対し締り嵌めで内
嵌支持（外径側嵌合部２６）している。これら両嵌合部
２７、２６の締め代に関しても、温度変化に伴って変化
するが、その変化の程度（締め代が増減する程度）は、
上記外側ハブ１４に対し上記外輪２２を直接内嵌する場
合に比べて低く抑える事ができる。 【００１９】この点に就いて、上記外側ハブ１４を線膨
張係数が２３．７×１０^-6のアルミニウム合金製とし、
上記外輪２２を線膨張係数が１２．５×１０^-6の軸受鋼
製とし、上記スペーサ２５を線膨張係数が１６．３×１
０^-6のオーステナイト系のステンレス鋼により構成した
場合を例にして説明する。この場合には、上記外側ハブ
１４に対し上記外輪２２に直接内嵌した場合には、嵌合
部を構成する２種類の材料の線膨張係数の差は、１１．
２×１０^-6となる。この様に大きな線膨張係数の差に拘
らず、−４０℃〜＋２００℃と言った、広範な温度範囲
に亙って上記嵌合部の嵌合強度を確保する事は難しい。 【００２０】これに対して本例の場合には、上記内径側
嵌合部２７を構成する２種類の金属材料（軸受鋼とオー
ステナイト系ステンレス鋼と）の線膨張係数の差は、
３．８×１０^-6となる。又、上記外径側嵌合部２６を構
成する２種類の金属材料（オーステナイト系ステンレス
鋼とアルミニウム合金と）の線膨張係数の差は７．４×
１０^-6となる。この様に、上記スペーサ２５を設ける事
により、上記各嵌合部２７、２６を構成するそれぞれ２
種類ずつの金属材料の線膨張係数の差を小さく抑え、そ
の分、温度変化に伴う、上記内径側嵌合部２７及び上記
外径側嵌合部２６の締め代の変化量を、上記外側ハブ１
４に対し上記外輪２２を直接内嵌する場合に比べて小さ
くできる。この為、温度変化が小さくなったのと同様
に、温度変化に拘らず、上記内径側、外径側両嵌合部２
７、２６の締め代を適正範囲内に納める事が容易にな
る。 【００２１】 【発明の効果】本発明の回転支持装置は、以上に述べた
通り構成され作用するので、特にコストを高くする事な
く、鉄系合金製の外輪が、軽合金製のハウジングに対し
クリープしたり、この外輪を含む転がり軸受の耐久性が
損なわれたりする事を有効に防止できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、図２のＡ部
に相当する拡大断面図。 【図２】従来構造の１例を示す断面図。 【符号の説明】 １ 回転軸 ２ ウォータポンプ ３ ハウジング ４ 軸受ユニット ５ インペラ ６ 従動プーリ ７ ベルト ８ メカニカルシール ９ 内側ハブ １０ 冷却ファン １１ 転がり軸受 １２ 流体継手 １３ 軸部 １４ 外側ハブ １５ ロータ １６ シリコンオイル １７ バイメタル １８ ラビリンス部 １９ 内輪軌道 ２０ 内輪 ２１ 外輪軌道 ２２ 外輪 ２３ 転動体 ２４ シール板 ２５ スペーサ ２６ 外径側嵌合部 ２７ 内径側嵌合部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五島 房輔 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3J017 AA01 CA06 DA01 DB07

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 軸部材と、外輪の内径側に転動体を介し
   て内輪を、この外輪に対する相対回転自在に保持して成
   る転がり軸受と、ハウジングとを備え、このハウジング
   を構成する材料の線膨張係数が上記外輪を構成する材料
   の線膨張係数よりも大きく、この外輪を上記ハウジング
   に内嵌すると共に上記内輪に軸部材を内嵌する事によ
   り、このハウジングに対し上記軸部材を相対回転自在に
   支持している回転支持装置に於いて、このハウジングの
   内周面と上記外輪の外周面との間に、このハウジングを
   構成する材料の線膨張係数とこの外輪を構成する材料の
   線膨張係数との中間の線膨張係数を有する材料により造
   られたスペーサを挟持している事を特徴とする回転支持
   装置。