JP6125185B2 - ウォータポンププーリユニット - Google Patents

Description

本発明は、ウォータポンププーリユニットに関し、特に自動車の水冷エンジンに好適なウォータポンププーリユニットに関する。

自動車用ウォータポンプは、エンジン冷却水をイン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イン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５に基づいて説明する。図５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インペラ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、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、外輪回転式のラジアル転がり軸受でプーリを支持するウォータポンプとして、例えば、特許文献１が提案されている。特許文献１のウォータポンプは、ハウジングに突設されたポンプ軸貫通用の筒部の外周面に外輪回転型の軸受を支持する軸受支持部を設け、ポンプ軸に連結されたプーリが軸受外周面に回転自在に支持された構造を有しており、ハウジングとポンプ軸との間はオイルシールおよびメカニカルシールによりシールされている。

実用新案登録第２５０３０８１号

自動車では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おり、自動車用ウォータポンププーリユニットにおいても、小型軽量化や回転抵抗の低減などが求められている。

しかしながら、従来のウォータポンププーリユニットには、水浸入を防ぐためにハウジングと軸との間に強固なシールが設置されており、大きな回転抵抗となっている。例えば、図５のメカニカルシール２６、特許文献１におけるシール７および９（図１）がこれに相当する。

また、ＦＲエンジンではインペラ（ポンプの羽根車）から冷却用のファンまでが同一軸上に配置され、その間に駆動用のプーリが設置されている。そのため、回転軸の軸長が長くなり、重量が増加するという問題が生じる。また、荷重のアンバランスが生じやすく、軸端にある冷却ファンの回転による振動や振れ回りが大きくなる場合がある。

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、低回転トルク化や軽量化が図れ、かつ、振動発生などを防止できるウォータポンププーリユニットの提供を目的とする。

本発明のウォータポンププーリユニットは、ハウジングと、一端に冷却水を循環するインペラが連接された回転軸と、上記ハウジングに固定される内輪および上記回転軸に連結される外輪を有する主軸受と、プーリとを備えてなる外輪回転式のウォータポンププーリユニットであって、上記主軸受の内輪は、上記ハウジングの円筒段部に固定され、上記回転軸は、該円筒段部の軸孔を通して配置され、上記軸孔の内径面と上記回転軸との間に軸受部材を有し、該軸受部材および上記主軸受により上記ハウジングに対して上記回転軸を回転自在に支持しており、上記プーリは、その軸方向中心位置が、上記回転軸における上記主軸受による支持部と、上記回転軸における上記軸受部材による支持部との間に位置することを特徴とする。

上記軸受部材が、上記主軸受の軸方向中心から離れた位置に配置されることを特徴とする。

上記軸受部材が、転がり軸受であることを特徴とする。また、上記転がり軸受が、シール付き軸受であることを特徴とする。また、上記主軸受および上記転がり軸受が、グリースで潤滑されることを特徴とする。

上記軸受部材が滑り軸受であり、該滑り軸受が、溶製金属材、焼結金属材、もしくは樹脂材、または、これらを組み合せた軸受であることを特徴とする。

上記ウォータポンププーリユニットは、上記回転軸の他端に冷却ファンが連接されており、上記回転軸は、上記冷却ファンとの連接側と上記インペラとの連接側とで軸径が異なることを特徴とする。

上記回転軸は、上記外輪端部に係合されたプレートを介して該外輪と連結されており、該プレートの上記冷却ファン側幅面の軸方向位置を境界に軸径が異なることを特徴とする。また、上記回転軸が、上記冷却ファンとの連接側の軸部と、上記インペラとの連接側の軸部とを接合してなることを特徴とする。

上記回転軸が、中空穴を有することを特徴とする。

本発明のウォータポンププーリユニットは、ハウジングと、一端に冷却水を循環するインペラが連接された回転軸と、ハウジングに固定される内輪および回転軸に連結される外輪を有する主軸受とを備えてなる外輪回転式のユニットであり、主軸受の内輪は、ハウジングの円筒段部に固定され、回転軸は、該円筒段部の軸孔を通して配置され、軸孔の内径面と回転軸との間に軸受部材を有し、該軸受部材および主軸受によりハウジングに対して回転軸を回転自在に支持するので、回転抵抗が低減でき、低トルク化、ひいては燃費向上が期待できる。また、軸受部材（特にシール付き軸受）によりシール性を維持でき、メカニカルシールなどの強固なシールを廃止でき、部品点数が削減できる。また、回転軸を軸受部材で支持することで、ＦＲエンジンにおいて軸長が長くなる場合でも、冷却ファンの回転による振動や振れ回りを抑制できる。

冷却ファンとインペラとを同一回転軸にそれぞれ連接する構成において、該回転軸を、冷却ファンとの連接側とインペラとの連接側とで軸径が異なる構造にすることで、軸の不要な余肉を削減でき、重量軽減が可能となる。加えて、重量バランスを調整できるので、振動抑制効果も期待できる。さらには、軸の加工工数や組み立て工数を軽減するメリットも享受できる。また、上記回転軸が、中空穴を有するので、重量バランスの調整とともに軽量化が実現できる。

本発明のウォータポンププーリユニットの一例（軸受部材が転がり軸受）を示す軸方向断面図である。 図１における軸受部材の軸方向断面図である。 本発明のウォータポンププーリユニットの他の例（軸受部材が滑り軸受）を示す軸方向断面図である。 本発明のウォータポンププーリユニットの他の例（回転軸が異径）を示す軸方向断面図である。 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プーリユニットの一例を図１に基づいて説明する。図１は、ウォータポンププーリユニットの軸方向断面図である。図１に示すように、ウォータポンププーリユニット１は、ハウジング１０と、一端に冷却水を循環するインペラ１１が連接された回転軸１２と、主軸受である転がり軸受７とを備えてなる。転がり軸受７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。この転がり軸受７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グリースを封入している。なお、この転がり軸受７の形式としては、図に示す形成に限定されず、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なども採用できる。

本発明のウォータポンププーリユニット１では、主軸受である転がり軸受７とは別に、ハウジング１０の円筒段部１０ａの軸孔内径面１０ｃと回転軸１２との間に、軸受部材１３を設けている。この軸受部材１３および転がり軸受７によりハウジング１０に対して回転軸１２を回転自在に支持している。これにより、主軸受である外輪回転式の転がり軸受７のみで回転軸１２を支持する場合と比較して、軸端にある冷却ファン１４の回転による振動や振れ回りを抑制できる。

軸受部材１３の軸方向位置は、主軸受である転がり軸受７の軸方向中心から離れた位置に配置することが好ましい。このような配置とすることで、特に振動や振れ回りを抑制しやすくなる。また、軸受部材１３の軸方向位置は、主軸受である転がり軸受７よりも軸方向でインペラ１１側に離れた位置に配置することがより好ましい。なお、軸受部材１３は、必要に応じて、軸方向に隣接または離間して複数個設けてもよい。

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。また、プーリ９の材質は、鋼材、樹脂材など任意の材料を採用できる。軽量化を図れることから、樹脂材を用いることが好ましい。また、製造工程の簡略化が図れることや、係合部不良の発生を防止できることから、樹脂材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。

回転軸１２は、一端部に冷却水を循環するインペラ１１が連接され、他端部に空冷のための冷却ファン１４が連接されている。特にＦＲエンジンでは、インペラ１１と冷却ファン１４とが、このように同一回転軸上に配置される構造となっている。

外輪３と回転軸１２とは、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１２が回転する。このようにウォータポンププーリユニット１は、その主軸受である転がり軸受７が、内輪２が固定されてプーリを備えた外輪３が回転する外輪回転式の構造となっている。この態様のウォータポンププーリユニットでは、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。

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１２の冷却ファン１４側の軸方向中間部に圧入にて係合されている。回転軸１２は、転がり軸受７の内輪２が圧入固定されたハウジング１０の円筒段部１０ａの軸孔を通して、円筒段部１０ａの軸心と並行に配置されている。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。インペラ１１側に存在する冷却水が、軸受部材１３をこえて、円筒段部１０ａの端部に設けられた鍔部１０ｂと回転軸１２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浸入した場合でも、上記穴部８ａから浸入した冷却水を外部に排出できる。

プレート８とハウジング１０（円筒段部１０ａ）とに囲まれた空間は、冷却水通路ではなく、冷却水が浸入した場合でも外部に排出されるため、主軸受である転がり軸受７において、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に採用する強固なシール部材・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、主軸受の回転トルクを低減させることができる。

主軸受である転がり軸受７において、このような接触シール部材を設けることで、微量な冷却水（蒸気）の浸入や、外部からのダストの侵入を防止でき、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、ダストの噛み込みによる早期破損を防止できる。また、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も防止できる。

図１に示す形態では、軸受部材１３として転がり軸受である深溝玉軸受１３ａを採用している。この深溝玉軸受１３ａの拡大図を図２に示す。深溝玉軸受１３ａは、外周面に転走面１５ａを有する内輪１５と、内周面に転走面１６ａを有する外輪１６とが同心に配置され、内輪の転走面１５ａと外輪の転走面１６ａとの間に複数個の転動体１７が介在して配置される。各転動体１７は、保持器１８により保持され、転動体１７の周囲の軸受内部空間にグリースを封入している。また、軸方向両端開口部に一対のシール部材１９を有している。軸受部材１３（１３ａ）は、外輪１６の外径が円筒段部１０ａの軸孔内径面１０ｃに固定され、内輪１５の内径で回転軸１２を支持している（図１参照）。

シール部材１９は、金属板（芯金）１９ｂと、ゴム材などからなるリップ部１９ａとを有している。シール部材１９は、外輪１６に固定され、リップ部１９ａが内輪１５と接触する。このような接触シール部材を採用することで、軸受部材内部のグリースの漏洩防止に加えて、軸受部材のインペラ側に存在する冷却水の軸受部材内部への浸入、および、反対側のユニット内部への冷却水の浸入を防止できる。これにより、従来、該軸受部材の箇所に設置していたメカニカルシールなどの別体の強固なシール部材を廃止でき、シール性を維持しつつ低回転トルク化を図れる。

シール部材１９のリップ部１９ａ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。なお、主軸受である転がり軸受７（図１）のシール部材のリップ部も同様のゴム材が使用できる。

また、図１に示す形態において、軸受部材１３とは別体の水止め用シール部材を該軸受部材に並設してもよい。この場合、軸受部材１３の存在により、別体の水止め用シール部材は、回転抵抗が大きく増加するような強固なシール構造とする必要はなく、簡易なシール部材を採用できる。

また、更なる低回転トルク化を図るために、軸受部材１３においてシール部材１９の少なくとも一方を非接触シールにすることもできる。例えば、インペラ側のシール部材を水止めに特化した接触シールとし、他方をグリース漏洩防止に特化したシールあるいは非接触シールとすることができる。

軸受部材１３として転がり軸受を用いる場合の軸受形式としては、上述した深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受などの玉軸受の他、円筒ころ軸受、針状ころ（ニードル）軸受などのころ軸受も使用できる。いずれの形式においても、シール部材付きの転がり軸受とすることが好ましい。

本発明のウォータポンププーリユニットの他の例を図３に基づいて説明する。図３は、ウォータポンププーリユニットの軸方向断面図である。図３に示すウォータポンププーリユニット１は、軸受部材１３として滑り軸受１３ｂを用いている以外は、図１に示す形態と同じである。滑り軸受１３ｂは円筒部材であり、円筒外径が円筒段部１０ａの軸孔内径面１０ｃに固定され、円筒内径で回転軸１２と摺動している。この軸受部材１３（１３ｂ）および転がり軸受７によりハウジング１０に対して回転軸１２を回転自在に支持している。

軸受部材１３として滑り軸受１３ｂを用いる場合も、転がり軸受である深溝玉軸受１３ａを用いる場合（図１）と同様に、冷却ファンの回転による回転軸の振動や振れ回りを抑制できる。また、滑り軸受１３ｂの内径面（軸受面）には、へリングボーンタイプなどの動圧溝を形成することが好ましい。該溝により、介在させる潤滑油や冷却水による動圧流体膜が形成され、回転精度などに優れる。

滑り軸受１３ｂを構成する材質としては、溶製金属材、焼結金属材、樹脂材のいずれも使用できる。溶製金属材としては、高炭素クロム軸受鋼、クロムモリブデン鋼、機械構造用炭素鋼、ステンレス鋼、鋳鉄、アルミニウム合金、黄銅などが挙げられる。滑り軸受１３ｂは、冷却水と接触する環境で使用されることから、上記の中でも、ステンレス鋼（マルテンサイト系、オーステナイト系）を用いることが好ましい。また、摺接による摩耗損傷を軽減するためには、焼入れなどの処理を施し、表面硬度を高めることが好ましい。なお、防錆を目的として、ニッケルめっき、クロムめっきなどの表面処理を施してもよい。

焼結金属材としては、Ｆｅ系焼結金属、Ｃｕ系焼結金属、Ｆｅ−Ｃｕ系焼結金属が挙げられ、成分としてＣ、Ｚｎ、Ｓｎを含んでもよい。また、成形性などを向上させるためバインダーを少量添加してもよい。さらに、アルミニウム系でＣｕ、Ｍｇ、Ｓｉを配合した材料や金属−合成樹脂で鉄粉をエポキシ系の合成樹脂で結合させた材料でもよい。高い寸法精度および回転精度と共に、機械的強度および耐久性に優れた滑り軸受を得る場合には、上記の中でもＦｅ系焼結金属を用いることが好ましい。ここで、「Ｆｅ系」とはＦｅの含有量が質量比で９０％以上であることを意味する。この条件を満たす限り、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃなどの他の成分を含有していてもよい。また、「Ｆｅ」にはステンレスも含まれる。滑り軸受１３ｂは、冷却水と接触する環境で使用されることから、Ｆｅ系焼結金属の中でも、ステンレス焼結金属を用いることが特に好ましい。

焼結金属材からなる滑り軸受は、原料金属粉末を所定形状に成形し、脱脂し、焼成して得られた焼結体に、必要に応じてサイジングなどの後処理を施して製造できる。焼結金属の内部には多孔質組織による多数の内部細孔があり、また、その表面には内部細孔が外部に開口して形成された多数の表面開孔がある。内部細孔には、例えば真空含浸によって潤滑油などを予め含浸させることができる。

樹脂材としては、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂などのフッ素樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は単独で使用しても、２種類以上混合したポリマーアロイとしてもよい。これらの中でも、低摩擦摩耗特性であり、射出成形が可能で製造が容易であることから、ＰＥＫＥＫＫ樹脂、ＰＥＫ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＡ樹脂、ＰＥ樹脂、ＰＯＭ樹脂などを用いることが好ましい。

これらの合成樹脂をベース樹脂とし、周知の樹脂用の配合剤を適宜配合できる。配合剤としては、グラファイト、炭素繊維と、炭酸カルシウム粉末、タルクなどの無機充填剤とを併用して配合することが好ましい。摺動面に冷却水などの水が存在する用途においては、樹脂にこれらを組み合わせて配合することにより、摩擦摩耗特性に優れる。樹脂材からなる滑り軸受は、用いる樹脂材の種類に応じて射出成形や押し出し成形により製造できる。

また、図３では円筒部材（１部材）から構成される例を示したが、これに限定されるものではなく、本体を金属製とし摺動面に樹脂層を設けた滑り軸受や、内輪とこれと摺接する外輪との２部材からなる滑り軸受なども使用できる。摺動面を樹脂層とする滑り軸受は、例えば、焼結金属製本体の摺動面に、樹脂層を射出成形により重ねて一体成形することで得られる。

軸受部材１３として滑り軸受１３ｂを用いる場合において、転がり軸受を用いる場合と同様に、該軸受部材とは別体のシール部材を軸受部材１３に並設してもよい。

主軸受である転がり軸受７および軸受部材１３には、グリースを封入・塗布してグリース潤滑を行なうことが好ましい。転がり軸受７および軸受部材１３に封入・塗布するグリースは同種であっても異なってもよい。

グリースの基油としては、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。鉱油としては、ナフテン系、パラフィン系、流動パラフィン、水素化脱ろう油などが挙げられる。合成油としては、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、ジエステル油などのエステル油；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、ＰＡＯ油、またはこれらの混合油を用いることが好ましい。

グリースの基油の４０℃における動粘度としては、１００ｍｍ^２／ｓ以下が好ましく、２０〜５０ｍｍ^２／ｓがより好ましい。このような範囲内の動粘度とすることで、低粘度であり、ユニット全体としての回転トルク低減を図りながら、所要の潤滑性を有する。

グリースの増ちょう剤としては、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、金属石けん、複合金属石けんなどの石けん系増ちょう剤、ベントン、シリカゲル、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物などの非石けん系増ちょう剤を使用できる。金属石けんとしては、ナトリウム石けん、カルシウム石けん、アルミニウム石けん、リチウム石けんなどが、ウレア化合物およびウレア・ウレタン化合物としては、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、ジウレタン化合物などが使用できる。これらの中でも、ウレア化合物、特にジウレア化合物の使用が好ましい。

ウレア化合物は、ポリイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応して得られる。ウレア化合物を増ちょう剤とする場合は、基油中でポリイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応させてベースグリースを作製する。ポリイソシアネート成分としては、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ソシアネート、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使用できる。また、モノアミン成分としては、脂肪族モノアミン、脂環族モノアミンおよび芳香族モノアミンを用いることができる。脂肪族モノアミンとしては、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミンなどが使用できる。脂環族モノアミンとしては、シクロヘキシルアミンなどが使用できる。芳香族モノアミンとしては、アニリン、ｐ-トルイジンなどが使用できる。

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抵抗が大きくなる。回転トルクの低減を図るためには、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い。

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、金属スルフォネート系、カルボン酸ポリアルキレングリコール系などの界面活性剤、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、エステル系化合物などの防錆剤、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。特に、軸受部材１３は、冷却水の浸入が懸念されるため、界面活性剤を適宜配合した耐水グリースなどを用いることが好ましい。

本発明のウォータポンププーリユニットの他の例を図４に基づいて説明する。図４は、ウォータポンププーリユニットの軸方向断面図である。図４に示すウォータポンププーリユニット１は、回転軸１２が一定径でない以外は、図１に示す形態と同じである。

回転軸１２は、インペラ１１との連接側の軸部１２ａと、冷却ファン１４との連接側の軸部１２ｂとで軸径が異なる。図４に示す形態では、インペラ１１との連接側の軸部１２ａの軸径φｄ１が、冷却ファン１４との連接側の軸部１２ｂの軸径φｄ２よりも大きい。また、回転軸１２は、プレート８の冷却ファン１４側幅面の軸方向位置を境界に軸径が異なる構造としている。この構造により、ユニットに保持される部分である軸部１２ａの形状を変更せずに、冷却ファン側の軸部１２ｂにおける不要な余肉を削減でき、重量軽減が可能となる。この場合、ユニット側の支持構造の設計変更も不要である。さらに、重量バランスの調整ができ、振動抑制効果も期待できる。なお、重量バランスなどを考慮し、軸径の大小関係を逆（φｄ１＜φｄ２）としてもよい。また、３段階以上に分けて軸径が異なる構造にすることもできる。

異径の回転軸は、一体部材または複数部材を接合したものである。一体部材としては、例えば、異径に成形した部材や、一定径に成形後にスウェージング（絞り）加工した部材などが挙げられる。また、複数部材を接合したものとしては、径の異なる軸部を溶接や圧接で接合したものが挙げられる。例えば、回転軸を、冷却ファンとの連接側の軸部と、インペラとの連接側の軸部とを接合してなる構造とすることで、各々の軸部の加工が容易となり、工数が軽減でき、その後の溶接や圧接での接合により必要な機能を確保できる。

また、回転軸１２は、中空穴１２ｃおよび１２ｄを有する。中空穴１２ｃは軸部１２ａのインペラ１１側軸端に開口した穴であり、中空穴１２ｄは軸部１２ｂの冷却ファン１４側軸端に開口した穴である。これらの中空穴は、重量軽減・調整のための肉抜き部であり、回転軸の周方向の重量バランスを損なわない形状であれば、径方向断面は円形、角形などの任意の形状とでき、軸端からの深さも任意の深さとできる。また。中空穴は、回転軸を軸方向に貫通する貫通穴とし、水漏れ防止のため該貫通穴に埋め込みボルトや樹脂部材などからなる止め栓を設けた構造にすることもできる。

本発明のウォータポンププーリユニッでは、軸受部材および主軸受によりハウジングに対して回転軸を回転自在に支持することで、回転軸の軸長が長くなる場合でも、振動や振れ回りを抑制できる。これに加えて、回転軸について、上述の異径にすることや中空穴の形成により、重量バランスの調整が可能になり、さらなる振動の抑制が可能になる。

以上、図１〜図４に基づき説明したが、本発明のウォータポンププーリユニット構造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プーリユニットは、低回転トルク化や軽量化が図れ、かつ、振動発生などを防止できるので、自動車のエンジン（特にＦＲエンジン）冷却用のウォータポンプに用いられるユニットとして好適に利用できる。

１ ウォータポンププーリユニット
２ 内輪
３ 外輪
４ シール部材
５ 転動体
６ 保持器
７ 転がり軸受（主軸受）
８ プレート
９ プーリ
１０ ハウジング
１１ インペラ
１２ 回転軸
１３ 軸受部材
１３ａ 深溝玉軸受
１３ｂ 滑り軸受
１４ 冷却ファン
１５ 内輪
１６ 外輪
１７ 転動体
１８ 保持器
１９ シール部材
２１ ウォータポンプ
２２ プーリ
２３ 回転軸
２４ ハウジング
２５ インペラ
２６ メカニカルシール
２７ 転がり軸受

Claims (9)

1. ハウジングと、一端に冷却水を循環するインペラが連接された回転軸と、前記ハウジングに固定される内輪および前記回転軸に連結される外輪を有する主軸受と、プーリとを備えてなる外輪回転式のウォータポンププーリユニットであって、
   前記主軸受の内輪は、前記ハウジングの円筒段部に固定され、前記回転軸は、該円筒段部の軸孔を通して配置され、
   前記軸孔の内径面と前記回転軸との間に軸受部材を有し、該軸受部材および前記主軸受により前記ハウジングに対して前記回転軸を回転自在に支持しており、
   前記プーリは、その軸方向中心位置が、前記回転軸における前記主軸受による支持部と、前記回転軸における前記軸受部材による支持部との間に位置し、
   前記ウォータポンププーリユニットは、前記回転軸の他端に冷却ファンが連接されており、前記回転軸は、前記冷却ファンとの連接側と前記インペラとの連接側とで軸径が異なることを特徴とするウォータポンププーリユニット。
2. 前記軸受部材が、前記主軸受の軸方向中心から離れた位置に配置されることを特徴とする請求項１記載のウォータポンププーリユニット。
3. 前記軸受部材が、転がり軸受であ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プーリユニット。
4. 前記転がり軸受が、シール付き軸受であることを特徴とする請求項３記載のウォータポンププーリユニット。
5. 前記主軸受および前記転がり軸受が、グリースで潤滑されることを特徴とする請求項３または請求項４記載のウォータポンププーリユニット。
6. 前記軸受部材が滑り軸受であり、該滑り軸受が、溶製金属材、焼結金属材、もしくは樹脂材、または、これらを組み合せた軸受であ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プーリユニット。
7. 前記回転軸は、前記外輪端部に係合されたプレートを介して該外輪と連結されており、該プレートの前記冷却ファン側幅面の軸方向位置を境界に軸径が異なることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項記載のウォータポンププーリユニット。
8. 前記回転軸が、前記冷却ファンとの連接側の軸部と、前記インペラとの連接側の軸部とを接合してなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項記載のウォータポンププーリユニット。
9. 前記回転軸が、中空穴を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項記載のウォータポンププーリユニット。

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