JP3961212B2

JP3961212B2 - ウォータポンプ用滑り軸受

Info

Publication number: JP3961212B2
Application number: JP2000334827A
Authority: JP
Inventors: 正彦水谷; 覚福澤; 雅史渡辺
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: JP2002139045A

Description

【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58-16390、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、ＰＥＫ、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、ＭＦ０６ＪＢ１−２０Ａ
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、ＬＬＣ 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ＰＥＮ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

Claims

自動二輪車または自動車のエンジンを冷却する冷却液を循環させるためのウォータポンプに用いられ、該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 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ウォータポンプ用滑り軸受。
前記繊維状充填剤が炭素繊維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。
前記繊維状充填剤がガラス繊維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。
前記繊維状充填剤とともにウィスカを配合してな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。
前記繊維状充填剤とともに固体潤滑剤をポリエーテルケトン系樹脂 100 重量部に対して 1〜40 重量部配合してな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。