JP4228178B2 - 水ポンプ用軸受 - Google Patents
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Description
【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
Claims (2)
- 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。 - 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。
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