JP6046397B2 - ウォータポンプ用軸受 - Google Patents

Description

本発明は、ウォータポンプ用軸受に関し、特に自動車の水冷エンジンに好適なウォータポンプ用軸受に関する。

小型軽量化を目的としたＦＦ車の普及により、また、さらなる居住空間の拡大により、自動車はエンジンルームの縮小を余儀なくされている。また、環境への配慮から燃費向上を図るべく、駆動エネルギーの損失は極力抑えることが望まれている。このため、自動車用ウォータポンプにおいても、小型軽量化や、エネルギー損失の低減が求められている。自動車用ウォータポンプは、エンジン冷却水をプロペラの回転により循環する装置である。ベルトの張力をプーリを介して回転力に変換し、そのプーリと同期回転するシャフトの先端に取り付けられたプロペラが回転することにより、エンジンの冷却水を循環させ、エンジンの温度上昇を防ぐ機能を有している。

ウォータポンプの一般例を図４に基づいて説明する。図４はウォータポンプの一部切欠き斜視図である。ウォータポンプ２１は、エンジン出力をプーリ２２で受けて、プーリ２２に駆動されて回転する回転軸２３と、この回転軸２３をハウジング２４に対して回転自在に支持する転がり軸受２７と、回転軸２３に連接して冷却水を循環送水するプロペラ２５と、転がり軸受２７への冷却水の浸入を防止するメカニカルシール２６とから構成される。転がり軸受２７は、グリース潤滑され、内輪側で回転軸２３を支持する内輪回転式の軸受である。また、転がり軸受２７のプロペラ側およびプーリ側には、軸受への水の浸入を防止するとともに、軸受外部へのグリース漏洩を防止するため、ゴム成形体からなるシール部材（図示省略）が設けられている。

また、ウォータポンプにおけるプーリを支持する外輪回転式のラジアル転がり軸受として、例えば、特許文献１が提案されている。この軸受も、上記同様、内部に封入したグリースにより潤滑を行なっている。

実用新案登録第２５０３０８１号

しかしながら、ウォータポンプにおける回転軸やプーリを支持する従来のウォータポンプ用軸受では、（１）軸受の回転トルクが大きい、（２）軸受転走面および転動体に錆が発生するおそれがある、（３）軸受転走面および転動体について摩耗や剥離が発生するおそれがある、（４）ベルトとプーリとの間にすべりが生じるおそれがある、などの懸念があった。詳細には以下のとおりである。

（１）軸受に封入するグリースの粘度が高い場合、回転時に抵抗となり、エンジン駆動エネルギーの損失に繋がる。また、軸受には、耐水性・耐ダスト性・グリース漏れ防止のために、シール部材が設置されるが、シールと軸受との接触面の摩擦抵抗によっては、エンジン駆動エネルギーの損失に繋がる。さらに、プーリの材質が鋼材である場合やサイズが大きい場合、重量が重くなり、必要とする駆動力が増加するために、エンジン駆動エネルギーの損失に繋がる。

（２）軸受内部にウォータポンプ内から漏れた水分が浸入すると、転走面と転動体に錆びを生じ、軸受の早期破損の原因となる。なお、負荷域に水分が浸入すると、油膜が途切れ潤滑性の面でも不利である。（３）また、この軸受は路面に近い位置に配置されることから、軸受内部に路面からの塵埃（ダスト）が侵入すると、転走面と転動体との間でダストの噛み込みが生じ、軸受の早期破損の原因となる。（４）グリースが軸受内部より漏洩し、ベルトとプーリとの接触面に漏れたグリースが付着した場合、ベルトとプーリとの間にすべりが生じ、エンジン駆動エネルギーの損失に繋がる。

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あり、グリース漏洩およびダスト混入を防止しつつ、回転トルクの低いウォータポンプ用軸受の提供を目的とする。

本発明のウォータポンプ用軸受は、ハウジングに固定された内輪と、一端に冷却水を循環するプロペラが連接された回転軸と連結された外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、上記内輪および外輪の軸方向両端開口部をシールする一対のシール部材とを有し、上記転動体の周囲に、基油と増ちょう剤とを含むグリースを封入してなる、外輪回転式のウォータポンプ用軸受であって、上記外輪は、外径部にエンジン出力をベルトを介して受けるプーリが一体に設けられており、上記プーリの幅は外輪軸方向幅以下であり、上記ベルトからの負荷位置が軸受幅の中央部であり、上記プーリは合成樹脂の射出成形体であり、そのウェルドが該プーリの径方向に沿って位置し、かつ、該プーリの軸方向中心から外れて２箇所以上にあり、上記基油は、４０℃における動粘度が１３〜７３ｍｍ^２／ｓであり、上記増ちょう剤はウレア化合物であることを特徴とする。

上記基油が、エステル油およびポリ−α−オレフィン（以下、ＰＡＯと記す）油から選ばれた少なくとも１つの油であることを特徴とする。特に、上記エステル油が、ポリオールエステル油であることを特徴とする。

上記基油が、上記エステル油１５〜９５重量％と上記ＰＡＯ油５〜８５重量％の混合油であることを特徴とする。

上記ウレア化合物が、脂肪族ジウレア化合物、脂環族ジウレア化合物、または脂肪族−脂環族ジウレア化合物であることを特徴とする。特に、上記ウレア化合物が、脂肪族−脂環族ジウレア化合物であることを特徴とする。

上記グリースの封入量が、軸受内部の静止空間体積の８０％以下の体積比率となる量であることを特徴とする。ここで、「静止空間体積」とは、内輪と外輪とシール部材の空間体積における軸受回転時に転動体および保持器が通過しない空間の体積をいう。

上記シール部材が複数のリップ部を有し、少なくとも１つのリップ部が上記内輪とラジアル方向で接触することを特徴とする。また、上記リップ部は、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、またはフッ素ゴムから形成されることを特徴とする。

上記外輪と上記回転軸とが、プレートを介して連結されていることを特徴とする。

上記外輪の上記プーリとの係合部分に、軸方向溝および／または周方向溝が形成されていることを特徴とする。

本発明のウォータポンプ用軸受は、ハウジングに固定された内輪と、一端に冷却水を循環するプロペラが連接された回転軸と連結された外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、内輪および外輪の軸方向両端開口部をシールする一対のシール部材とを有し、転動体の周囲に基油と増ちょう剤とを含むグリースを封入してなる、外輪回転式の軸受であり、上記外輪は、外径部にプーリが一体に設けられており、上記基油は４０℃における動粘度が１３〜７３ｍｍ^２／ｓであり、上記増ちょう剤はウレア化合物であるので、シール部材によりグリース漏洩およびダスト混入を防いで早期破損などを防止しながら、封入するグリースに低粘度基油を用い、かつ、プーリを外輪外径部に一体（例えば、合成樹脂材料を用いてインサート成形）に設けて軽量化を行なうことで、回転トルクの低い軸受が実現できる。この結果、近年における、自動車用ウォータポンプに対する小型軽量化やエネルギー損失の低減の要求に対応し得る。

特に、グリースとして、基油にポリオールエステル油を含むものを用い、増ちょう剤に脂肪族−脂環族ジウレア化合物を用いることで、低温から高温までの広い温度範囲において長期間にわたり潤滑性に優れ、増ちょう剤量の低減も図れることから、さらなる回転トルクの低減が図れる。

本発明のウォータポンプ用軸受を示す軸方向断面図である。 プーリのウェルドを示す軸方向断面図である。 図１のシール部材周辺の一部拡大図である。 ウォータポンプの斜視図である。

本発明のウォータポンプ用軸受の一例を図１に基づいて説明する。図１は、ウォータポンプ用軸受の軸方向断面図である。図１に示すように、ウォータポンプ用軸受１は、ハウジング１０に固定された内輪２と、外径部にプーリ９が一体に設けられた外輪３と、内輪２および外輪３との間に介在する複数の転動体５と、内輪２および外輪３の軸方向両端開口部をシールする一対のシール部材４とを有している。この軸受１は、転動体５がボールである複列の玉軸受であり、各転動体５は保持器６により保持され、転動体５の周囲の軸受内部空間に後述の所定のグリースを封入している。

外輪３は、一端部７ａに冷却水を循環するプロペラ１１が連接された回転軸７の他端部７ｂに、プレート８を介して連結されている。エンジン出力をプーリ９で受けて、プレート８を介して回転軸７が回転する。このように、ウォータポンプ用軸受１は、内輪２が固定されてプーリ付きの外輪３が回転する、外輪回転式の転がり軸受となっている。この態様のウォータポンプ用軸受では、内輪回転式と比較して、軸受外径を大きくでき、大径ボールが採用可能であり、高負荷容量化および長寿命化が可能となる。また、ウォータポンプ重量の低減が図れる。

ウォータポンプ用軸受１は、外輪３の外径部にプーリ９が一体に設けられていることを特徴としている。また、プーリ９は、回転軸７と一体ではなく、回転軸７に直接には連結されていない。プーリ材質に樹脂を採用することで、軸受を含むプーリ全体の小型化や軽量化が図れる。また、ベルトからの負荷位置を軸受幅の中央部とする設計が可能となり、軸受内部面圧が低減され、軸受の長寿命化が図れる。また、プーリを別部材として形成した後に、外輪と組み合わせる場合と比較して、製造工程が簡略化でき、また、係合部の不良も発生しにくい。

なお、ウォータポンプ用軸受の形式としては、単列の深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受などを組み合わせることで複列軸受とした形式や、前出の玉軸受の内外輪の少なくとも一つを複数の軸受間で一体化して複列軸受とした形式がある。

プーリ９の外径形状は、フラット形状、タイミング歯車形状、Ｖリブド形状など、任意の形状とできる。また、プーリ９のサイズは、特に限定されないが、プーリ幅は外輪軸方向幅以下とすることが、小型化を図れるため好ましい。

プーリ９を外輪３の外径部に一体に設ける方法は特に限定されないが、軽量化を図れることから、合成樹脂材料を用いてインサート成形により所定形状に一体成形することが好ましい。従来、プーリは鋼材で構成されているものが多く、プーリの駆動に際して大きな動力を必要とし、エネルギーの損失を生じていた。これに対して、樹脂製プーリを採用することで大幅な軽量化が図れる。特に、本発明のウォータポンプ用軸受は、外輪回転式で外輪外径部に樹脂プーリを一体に設けた所定構造とし、全体として小型軽量化を図りつつ、後述する封入グリースによる低トルク化や、シール部の低トルク化も併せて図られている。このため、自動車の燃費向上に大きく寄与することができる。

インサート成形では、金型内に外輪を配置し、これに合成樹脂材料（必要に応じて充填剤を含む）を充填して、所望の形状のプーリを外輪外径部に一体成形する。合成樹脂材料としては、インサート成形可能であり、エンジン周辺の高温環境下でも高い剛性を確保できるものであれば、任意の材料を採用できる。ここで、プーリにおいて、成形時のウェルドは径方向に位置することが好ましい。これは、軸方向に位置する場合と比較して、運転時にライン部分に発生する応力を均質化させることが可能となるからである。ウェルドを径方向に調整するには、成形時のゲートをプーリの円環リングの両端面などに配置し、射出成形する方法などが採用できる。

より好ましくは、図２に示すように、成形時のウェルド１３を径方向で２箇所以上とし、かつ、軸方向中心から外れた位置にする。これにより、応力が分散される効果を期待できる。同様の理由で、ベルト１２の負荷位置から外れた位置にすることも好ましい。これらウェルド１３の位置は、上述のとおり成形時のゲート位置やゲート数を適宜設定することで調整可能である。

外輪３の外径部におけるプーリ９との係合部分３ｂには、軸方向溝、周方向溝、もしくはこれらを組み合わせた溝を形成することが好ましい。プーリ９のインサート成形時において、これらの溝にも樹脂が入り込み、成形後においてプーリ９の外輪３からの脱落や位置ずれなどを防止できる。また、外輪３の端面に周方向溝を設けて、樹脂を該端面まで回り込ませて、プーリ９と外輪３とを係合することもできる。

さらに、外輪３の係合部分３ｂは、インサート成形後の樹脂製のプーリ９との密着性を高めるために、その表面をショットブラスト、機械加工などにより、凹凸形状に荒らすことが好ましい。また、同部分に、酸性溶液処理、アルカリ性溶液処理などの化学表面処理を施すこともできる。化学表面処理により形成された微細凹凸形状は、機械的に単純に荒らした形状とは異なり、多孔質のような複雑な立体構造となっているため、アンカー効果を発揮しやすく、強固な密着が可能となる。

本発明のウォータポンプ用軸受に封入するグリースについて説明する。
このグリースの基油は、４０℃における動粘度が１３〜７３ｍｍ^２／ｓであり、より好ましくは２０〜５５ｍｍ^２／ｓであり、最も好ましくは２２〜４０ｍｍ^２／ｓである。４０℃における動粘度が１３ｍｍ^２／ｓ 未満の場合は粘度が低すぎて油膜切れを起こしやすくなる。一方、４０℃における動粘度が７３ｍｍ^２／ｓより高いと、撹拌抵抗による発熱量が大きくなり、高速回転時の軸受温度が高温（例えば１４０℃以上）となり、グリースが劣化するおそれがある。上記範囲内の動粘度の基油は、低粘度であり回転トルク低減を図りながら、所要の潤滑性を有し、軸受の温度上昇も抑制できる。なお、基油として混合油を用いる場合は、この混合油の動粘度が上記範囲内であることが好ましい。

上記グリースの基油の種類としては、上記動粘度範囲を満たすものであれば、特に限定されず、通常グリースの分野で使用される一般的なものを使用できる。例えば、鉱油、合成油、またはこれらの混合油が挙げられる。

上記鉱油としては、例えば、石油精製業の潤滑油製造プロセスで通常行われている方法により得られるもの、より具体的には、原油を常圧蒸留及び減圧蒸留して得られた潤滑油留分を溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理などの処理を１つ以上行って精製したものが挙げられる。

上記合成油としては、エステル油；ポリブテン、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマーなどのＰＡＯ油またはこれらの水素化物；アルキルナフタレン；アルキルベンゼン；ポリオキシアルキレングリコール；ポリフェニルエーテル；ジアルキルジフェニルエーテル；シリコーン油；フッ素油；フィッシャー・トロプシュ法により合成されるＧＴＬ油；などが挙げられる。

これらの中でも、耐熱性や耐酸化性に優れることから、エステル油およびＰＡＯ油から選ばれた少なくとも１つの油を用いることが好ましい。特に、エステル油を必須とすることが好ましく、必要に応じてエステル油とＰＡＯ油との混合油とすることが好ましい。エステル油とＰＡＯ油の混合油とする場合、基油全量に対して、エステル油１５〜９５重量％−ＰＡＯ油５〜８５重量％の混合割合とすることが好ましい。

エステル油は、分子内にエステル基を有し室温で液状を示す化合物であり、例えば、ポリオールエステル油、リン酸エステル油、ポリマーエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ジエステル油などが挙げられる。これらの中でも、芳香族エステル油またはポリオールエステル油が好ましい。

芳香族エステル油は、芳香族多塩基酸またはその誘導体と、高級アルコールとの反応で得られる化合物が好ましい。芳香族多塩基酸としては、トリメリット酸、ビフェニルトリカルボン酸、ナフタレントリカルボン酸などの芳香族トリカルボン酸、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸などの芳香族テトラカルボン酸、またはこれらの酸無水物などの誘導体が挙げられる。高級アルコールとしては、オクチルアルコール、デシルアルコールなどの炭素数４以上の脂肪族１価アルコールが好ましい。芳香族エステル油の例としては、トリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテートなどが挙げられる。

ポリオールエステル油は、ポリオールと一塩基酸との反応で得られる分子内にエステル基を複数個有する化合物が好ましい。ポリオールに反応させる一塩基酸は単独で用いてもよく、また混合物として用いてもよい。なお、オリゴエステルの場合には二塩基酸を用いてもよい。ポリオールエステル油は、高粘度指数で使用温度範囲も広いため、ウォータポンプ用軸受に封入するグリースの基油として特に好ましい。

ポリオールとしては、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ネオペンチルグリコール、２-メチル-２-プロピル-１，３-プロパンジオールなどが挙げられる。一塩基酸としては、炭素数４〜１８の１価の脂肪酸が挙げられる。例えば、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、エナント酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、牛脂酸、ステアリン酸、カプロレイン酸、ウンデシレン酸、リンデル酸、ツズ酸、フィゼテリン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、ペトロセリン酸、オレイン酸、エライジン酸、アスクレピン酸、バクセン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、サビニン酸、リシノール酸などが挙げられる。

これらを用いたポリオールエステル油の具体的な例としては、トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールペラルゴネートなどが挙げられる。

その他、ジエステル油の例としては、ジトリデシルグルタレート、ジ２−エチルヘキシルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジ３−エチルヘキシルセバケートなどが挙げられる。

本発明のウォータポンプ用軸受に封入するグリースの増ちょう剤は、ウレア化合物を使用する。ウレア化合物としては、ジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、他のポリウレア化合物などが挙げられる。ジウレア化合物は、例えば下記式（１）で表わされる。

式中においてＲ² は、炭素原子数６〜１５の芳香族炭化水素基を、Ｒ¹ およびＲ³ は、互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基、炭素原子数６〜２０の脂環族炭化水素基、および炭素原子数６〜２０の脂肪族炭化水素基から選ばれた少なくとも一つの基を示す。

ウレア化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。基油中で上記反応を行なうことで、ウレア化合物を増ちょう剤とするベースグリースが得られる。

式（１）で表されるジウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミンとの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜などが挙げられる。モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、アニリン、ｐ−トルイジン、シクロヘキシルアミンなどが挙げられる。

ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートと、モノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられる。ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどが挙げられる。

本発明においては、耐熱性、回転トルク、付着性などに優れることから、ジイソシアネートと、脂肪族モノアミンおよび脂環族モノアミンから選ばれた少なくとも１つのモノアミンとを反応させて得られる、脂肪族ジウレア化合物、脂環族ジウレア化合物、または脂肪族−脂環族ジウレア化合物が好ましい。

特に、脂肪族−脂環族ジウレア化合物が好ましい。増ちょう剤のジウレア化合物が、脂肪族基を有することで低トルク化などを図れ、脂環族基を有することで、耐熱性に優れ、かつ、適度な流動性によりシール部からの漏洩を防止できる。さらに、脂環族基は極性を有することから、基油としてポリオールエステル油などのエステル油を採用する場合において、該基油との親和性に優れる。このため、基油の保持力に優れ、増ちょう剤量の低減が図れ、グリースの撹拌抵抗および回転トルクの低減が図れる。

基油と増ちょう剤とからなるベースグリース１００重量部中に占める増ちょう剤の含有量は、３〜４０重量部が好ましい。増ちょう剤の含有量が３重量部未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化が困難となる。また、４０重量部をこえると得られたベースグリースが硬くなりすぎ、撹拌抵抗が大きくなる。

本発明のウォータポンプ用軸受では、回転トルクの低減を図るため、増ちょう剤量を極力減らすことが好ましい。よって、上記含有量としては、５〜３０重量部がより好ましく、５〜１５重量部がさらに好ましく、５〜１０重量部が特に好ましい。例えば、基油の主成分としてエステル油を採用し、増ちょう剤として上述の脂肪族−脂環族ウレア化合物を採用することで、十分なちょう度（Ｎｏ．２グレード）を維持したまま、増ちょう剤量を５〜１０重量部程度にまで削減することが可能になる。

上記グリースの混和ちょう度（ＪＩＳ Ｋ ２２２０）は、２００〜３５０の範囲にあることが好ましい。ちょう度が２００未満である場合は、撹拌抵抗が大きくなる。一方、ちょう度が３５０をこえる場合は、グリースが軟質でシール部から漏洩しやすくなる。

上記グリースには、機能を損なわない範囲で、必要に応じて公知の添加剤を添加できる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗抑制剤、エステル系、カルボン酸系化合物などのなどの防錆剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイトなどの固体潤滑剤、エステル、アルコールなどの油性剤、などが挙げられる。これらを単独または２種類以上組み合せて添加できる。

上記グリースの封入量は、軸受内部の静止空間体積の８０％以下の体積比率となる量であることが好ましい。静止空間体積の８０％をこえてグリースを充填すると、軸受からグリースが漏れ出るおそれがある。また、そのような過剰量を封入すると、軸受温度が上昇する傾向が高まる。なお、下限としては、所望の潤滑性を確保できる範囲であれば特に限定されないが、静止空間体積の６５％以上であることが好ましい。静止空間体積の６５％未満では、グリースの油分のシール溝（図３の２ａ）への到達性が低下するなどのおそれがある。

グリースの封入量を静止空間体積の６５％〜８０％（体積比率）にすることで、潤滑性を十分に発揮しながら、シール部材のリップ部の摺動抵抗を緩和することができ、グリースの攪拌抵抗の低減と相まって、回転トルクの大幅な低減が図れる。

本発明のウォータポンプ用軸受におけるプレートとシール部分についての構造を以下に説明する。

図１に示すように、プレート８は金属製であり、外輪３の外輪端部３ａに加締にて係合され、かつ、回転軸７の端部７ｂに圧入にて係合されている。回転軸７は、ハウジング１０における内輪２が圧入された小径段部１０ａの軸孔に配置されている。プレート８は、外輪３から回転軸７にトルクを伝達するとともに、軸振れを抑制する機能を有する。

また、プレート８は、軸方向側面に穴部８ａが形成されている。プロペラ１１と小径段部１０ａとの間にはメカニカルシール１４が配置されている。メカニカルシール１４と回転軸７との摺接面は冷却水で潤滑されているため、一部冷却水が図中右側に流れ出している。冷却水が、小径段部１０ａの端部に設けられた鍔部１０ｂと回転軸７との隙間を通り、プレート８とハウジング１０とに囲まれた空間に侵入した場合でも、上記穴部８ａから侵入した冷却水を外部に排出できる。

このように、プレート８とハウジング１０（小径段部１０ａ）とに囲まれた空間は、冷却水通路ではなく、冷却水が侵入した場合でも外部に排出されるため、該空間側をシールするシール部材４は、冷却水とほとんど接しない。また、反対側のシール部材４は、外気側をシールするものであり、同様に冷却水と接しない。このため、シール部材４としては、軸受側に冷却水が接触しやすい構造の場合（図４など）に採用する緊密なシール部材・構造を採用する必要がなく、例えば、ラジアル方向に軽接触するタイプのシールを採用できる。この結果、軸受の回転トルクを低減させることができる。

シール部材４としては、内輪側にリップ部を有し、そのリップ部の少なくとも１つを軸受内部に嵌めこむ方式のシール部材を採用することが好ましい。また、複数のリップ部を有し、それらのうち１つ以上（特に、外気に近い側）がラジアル方向で接触する方式のシール部材が好ましい。このようなシール部材を採用することで、外部からのダストの侵入を防止でき、かつ、グリースの外部への漏洩を防止できる。また、上述のとおり、冷却水とほぼ接しない構造であるが、微量な冷却水（蒸気）の侵入もこのシール部材によって防止できる。よって、軸受内部への水分混入に起因する、転走面と転動体における錆びや、油膜切れなどを防止できる。

シール部材４の構造の一例を図３に基づいて説明する。図３は図１のシール部材周辺の一部拡大図である。図３に示すように、シール部材４は、外輪３の内周面に形成されているシール部材係止溝３ｃに係止される外周縁部４ａと、シール部材を補強する金属板（芯金）４ｂと、内外２枚のリップ部４ｃ、４ｄとを有している。軸受内側のリップ部４ｃは、内輪２の外周面に設けられたシール溝２ａの内側壁に設けられたシール摺接面２ｂと接触し、外側（外気に近い側）のリップ部４ｄは、シール溝２ａの外側に設けられたシール摺接面２ｃとラジアル方向で接触している。グリースの油分は、シール溝２ａまでは流入するが、リップ部４ｄにより軸受外部には漏洩しない。よって、ベルトとプーリの間に漏れたグリースが付着することや、グリース漏れによる潤滑性能の低下などを防止できる。また、リップ部４ｄにより外部からのダストの侵入を防止でき、ダストの噛み込みによる早期破損を防止できる。

シール部材のリップ部は、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、またはフッ素ゴムなどで形成される。これらのゴムは、耐熱性の限界をこえて使用すると、熱劣化し、硬化して弾性が損なわれ、極端な場合はリップ部にクラックが生じ、シール性能が低下するおそれがある。このため、使用環境（温度）に応じて適宜選択し、例えば１４０℃まではニトリルゴムを、１６０℃まではアクリルゴムを、１８０℃をこえるような場合は、シリコーンゴムやフッ素ゴムを用いることが好ましい。また、必要に応じて、水素添加ニトリルゴム、耐エステルアクリルゴム、または、冷却水に含まれるクーラントやグリースに含まれるエステル油、ウレア化合物などに対する耐性を向上させたフッ素ゴムなどを採用できる。

以上、図１〜図３に基づき説明したが、本発明の軸受構造などはこれらに限定されるものではない。

本発明のウォータポンプ用軸受は、グリース漏洩およびダスト混入を防止しつつ、回転トルクを低減できるので、小型軽量化やエネルギー損失の低減が求められる自動車のエンジン冷却用のウォータポンプに用いられる軸受として好適に利用できる。

１ ウォータポンプ用軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ シール部材
５ 転動体
６ 保持器
７ 回転軸
８ プレート
９ プーリ
１０ ハウジング
１１ プロペラ
１２ ベルト
１３ ウェルド
１４ メカニカルシール
２１ ウォータポンプ
２２ プーリ
２３ 回転軸
２４ ハウジング
２５ プロペラ
２６ メカニカルシール
２７ 転がり軸受

Claims (11)

1. ハウジングに固定された内輪と、一端に冷却水を循環するプロペラが連接された回転軸と連結された外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、前記内輪および外輪の軸方向両端開口部をシールする一対のシール部材とを有し、前記転動体の周囲に、基油と増ちょう剤とを含むグリースを封入してなる、外輪回転式のウォータポンプ用軸受であって、
   前記外輪は、外径部にエンジン出力をベルトを介して受けるプーリが一体に設けられており、
   前記プーリの幅は外輪軸方向幅以下であり、前記ベルトからの負荷位置が軸受幅の中央部であり、
   前記プーリは合成樹脂の射出成形体であり、そのウェルドが該プーリの径方向に沿って位置し、かつ、該プーリの軸方向中心から外れて２箇所以上にあり、
   前記基油は、４０℃における動粘度が１３〜７３ｍｍ^２／ｓであり、前記増ちょう剤は、ウレア化合物であることを特徴とするウォータポンプ用軸受。
2. 前記基油が、エステル油およびポリ−α−オレフィン油から選ばれた少なくとも１つの油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軸受。
3. 前記エステル油が、ポリオールエステル油であることを特徴とする請求項２記載のウォータポンプ用軸受。
4. 前記基油が、前記エステル油１５〜９５重量％と前記ポリ−α−オレフィン油５〜８５重量％の混合油であることを特徴とする請求項２または請求項３記載のウォータポンプ用軸受。
5. 前記ウレア化合物が、脂肪族ジウレア化合物、脂環族ジウレア化合物、または脂肪族−脂環族ジウレア化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のウォータポンプ用軸受。
6. 前記ウレア化合物が、前記脂肪族−脂環族ジウレア化合物であることを特徴とする請求項５記載のウォータポンプ用軸受。
7. 前記グリースの封入量が、軸受内部の静止空間体積の８０％以下の体積比率となる量であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載のウォータポンプ用軸受。
8. 前記シール部材が複数のリップ部を有し、少なくとも１つのリップ部が前記内輪とラジアル方向で接触することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のウォータポンプ用軸受。
9. 前記リップ部は、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、またはフッ素ゴムから形成されることを特徴とする請求項８記載のウォータポンプ用軸受。
10. 前記外輪と前記回転軸とが、プレートを介して連結されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項記載のウォータポンプ用軸受。
11. 前記外輪の前記プーリとの係合部分に、軸方向溝および／または周方向溝が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項記載のウォータポンプ用軸受。

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