WO2021162060A1 - 電動ウォータポンプ用ロータおよびウォータポンプ用滑り軸受装置 - Google Patents

Abstract

熱可塑性樹脂組成物からなるすべり軸受が、低コストで製造が可能でありながら、インサート成形前後で内径収縮し難く、低摩擦・低摩耗特性に優れる電動ウォータポンプ用ロータを提供する。電動ウォータポンプに用いるロータ１は、ポンプのインペラを支持する本体部２と、シャフトを回転自在に支承するすべり軸受３と、ステータに対向配置されるマグネット４とを有し、すべり軸受３は、ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物のアニール処理体であり、ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物は、該組成物全体積に対して、炭素繊維を５～３０体積％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を１～２０体積％、グラファイトを１～３０体積％含有しており、本体部２は、すべり軸受３の外径側にポリフェニレンサルファイド樹脂組成物とは異なる熱可塑性樹脂組成物を用いてインサート成形された射出成形体である。

Description

電動ウォータポンプ用ロータおよびウォータポンプ用滑り軸受装置

　本発明は、インペラとマグネットが取り付けられ、シャフトを中心にすべり軸受を介して支承される電動ウォータポンプ用ロータに関し、特に、自動車のインバータ、エンジンを冷却する電動ウォータポンプ用のロータに関する。また、本発明は、自動車のエンジン、インバータ、バッテリー、あるいは燃料電池などの冷却水の循環、給湯機、床暖房機器などの熱水の循環などに用いられるウォータポンプの滑り軸受装置に関する。

　従来、自動車のインバータやエンジンを冷却するなどの用途に使用される電動ウォータポンプとして特許文献１が提案されている。この種の電動ウォータポンプ用ロータの構造を図３に基づいて説明する。図３のロータ１１は、リング状のマグネット１２と、すべり軸受１３と、インペラ取付部１５を一体に有する本体部１４とを有する。

　すべり軸受１３は略円筒状であり、ポンプのシャフトを回転自在に支承する。すべり軸受１３の材質には、カーボン入りのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などの熱可塑性樹脂、焼結カーボン、セラミックが用いられる。また、特許文献２には、その他の水中用すべり軸受の材質として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリサルフォン（ＰＳＦ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、フェノール樹脂などが例示されている。

　本体部１４は、マグネット１２と、このマグネットの内側で同心円上に設置されたすべり軸受１３とを金型内に配置した状態で、ＰＰＳ樹脂などの熱可塑性樹脂を用いて射出成形されている。これにより、マグネット１２とすべり軸受１３と本体部１４とが一体とされている。

　図３のロータを用いた電動ウォータポンプの構造と動作を図４に基づいて説明する。ポンプ２１は、電磁鋼板を積層したステータコアにコイルを巻線したステータ２２と、水とステータとを仕切るシールボックス２３と、シールボックス２３とともにポンプ室を形成するケーシング２４と、が一体となったケースに、ロータ１１が収納されている。ＳＵＳやセラミックからなるシャフト２５は、一端がシールボックス２３の軸支持部に挿入され、他端がケーシング２４の軸支持部で支持されている。ステータ２２のコイルへの通電によって発生する磁界で、マグネット１２を有するロータ１１がシャフト２５を中心に回転する。インペラ２６はロータ１１に固定されているので、ロータ１１の回転に伴いインペラ２６も回転する。ポンプ室に吸入された水は、インペラ２６によって圧送される。

　また、自動車のエンジン、インバータ、バッテリー、あるいは燃料電池の冷却水の循環、給湯機、床暖房機器の熱水の循環などには、ウォータポンプが使用される。従来、このような用途に使用するウォータポンプの代表例として、特許文献４にあるようなマグネットポンプ、または、特許文献５にあるようなＤＣブラシレスポンプが知られている。従来のウォータポンプについて、図１６に基づいて説明する。図１６はＤＣブラシレスポンプの横断面図である。このポンプ５１では、モータ６２において、コイルを配した巻線５２を有することで磁界を発生し、制御部によりその磁界発生が制御される。発生磁界に追従するために、永久磁石５３が固定された羽根車５４が軸５５によって回転自在に支承されている。回転磁界に追従して羽根車５４が回転することで循環水が吸排水される。軸５５はケーシング５６に固定され、カバー５７の軸支え５７ａにより支持されている。羽根車５４は、滑り軸受５８を介して軸５５に対して回転自在に支承されており、軸５５と滑り軸受５８とが回転摺動する。さらに、滑り軸受５８の両端面は、カバー５７の軸支え５７ａ、ケーシング５６との間にそれぞれ設けたスラスト板５９、６０とスラスト方向の回転摺動を行なう。滑り軸受５８の両端面とスラスト板５９、６０との間には、それぞれ僅かに空隙を設けている。

　巻線５２より発生した回転磁界に伴い、羽根車５４は固定された永久磁石５３の吸引反発により追従して回転する。これによりポンプ作用が発生し、矢印Ｘ方向から循環水を吸込み、矢印Ｙ方向へ循環水を吐き出す。この時の差圧により羽根車５４はカバー５７側に押し付けられ、滑り軸受５８の端面とスラスト板５９とが回転摺動する。滑り軸受５８とケーシング５６側のスラスト板６０との摺動はほとんどなく、起動停止時の一瞬や、循環水がない状態でポンプが運転される空運転などの異常運転時に限る。そのため、ケーシング５６側ではスラスト板６０は使用せず、直接ケーシング５６で滑り軸受５８と摺動させる場合もある。

　上記のようなウォータポンプでは、滑り軸受またはスラスト受のどちらかに潤滑溝を設けることによって摩擦係数を低減することができる。ここで、特許文献６は、回転軸に直交する摺動面を有し、回転軸に固定されたカラーと、固定部材に固定され該摺動面に沿って相対的に回転するスラスト軸受とを備えたスラスト支持装置を開示している。このスラスト軸受には、カラーの摺動面と平行なランド部と、上記摺動面に対し傾斜し相対的回転によりカラーとの間の潤滑液に動圧を発生させるテーパ部と、溝とが設けられている。テーパ部によって動圧を発生させることで、摩擦係数の低減を図っている。

　また、本発明者は、循環水を、滑り軸受の一方の端面側から軸受内径面側に吸引する吸引手段、および、滑り軸受の軸受内径面側から他方の端面側に排出する排出手段から選ばれる少なくとも一つを有するウォータポンプを提案している（特許文献７）。このウォータポンプでは、摺動面への循環水の供給性（排出能力）を向上させることにより、低摩擦化を図っている。

特許第４８１２７８７号公報 特開平１１－３０１９６号公報 特開２０１７－２５７４２号公報 特許第３０９９４３４号公報 特開２００６－２００４２７号公報 特許第５７６１５６０号公報 特開２０１５－１８３６５０号公報

　ここで、電動ウォータポンプ用ロータについて、特許文献１では、上述のとおり、すべり軸受を金型にインサートし、熱可塑性樹脂を射出成形することで形成されている。すべり軸受として、焼結カーボン軸受またはセラミック軸受を選択すると、高コストになる上、該軸受を射出成形で製造できないために設計の自由度が小さくなる。そのため、カーボン入りのＰＰＳ樹脂などの熱可塑性樹脂がより好まれる。

　熱可塑性樹脂は、高温時に弾性率が低下することから、上述のインサート成形ですべり軸受とロータとを一体化する際、射出成形圧によってすべり軸受の内径が収縮するという課題がある。内径収縮量が大きいと、ラジアルすきま管理が難しくなる。発明者らは、この内径収縮量を低減する方法として、フェノール樹脂組成物の成形体をすべり軸受に用いたロータを提案している（特許文献３）。フェノール樹脂組成物は熱硬化性であるため、高温下で弾性率が低下し難く、インサート成形による内径収縮量を抑制することができる。さらに、このフェノール樹脂組成物は、フェノール樹脂を主成分とし、少なくとも（Ａ）炭素繊維と、（Ｂ）ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂およびグラファイトから選ばれる少なくとも１つの固体潤滑剤を含有するため、水中で低摩擦、低摩耗となる。

　しかしながら、特許文献３では、すべり軸受に熱可塑性樹脂組成物の成形体を用いた場合に、上述の内径収縮量を抑制する方法は提案されていない。

　本発明（下記の第１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、熱可塑性樹脂組成物からなるすべり軸受が、低コストで製造が可能でありながら、上述のインサート成形前後で内径収縮し難く、低摩擦・低摩耗特性に優れる電動ウォータポンプ用ロータを提供することを目的とする。

　一方で、近年、ウォータポンプには省エネルギー化のための摩擦係数低減や、静粛性向上のための振動低減が求められている。特許文献６のスラスト軸受には、相対的回転によりカラーとの間の潤滑液に動圧を発生させるテーパ部が設けられているが、テーパ部の角度や長さについて検討はなされていない。また、特許文献６に例示されているスラスト軸受では、テーパ部とランド部との境界がスラスト軸受の径方向に沿って形成されており、動圧効果において更なる改善の余地があると考えられる。

　本発明（下記の第２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、滑り軸受またはスラスト受の端面に設けられた潤滑溝に高い動圧効果を付与し、両者の間の摩擦係数を低減したウォータポンプ用滑り軸受装置を提供することを目的とする。

　本願の第１発明の電動ウォータポンプ用ロータは、シャフトを中心に回転するロータと、上記シャフトに対して同軸となる円周上に設置され、上記ロータを回転駆動するステータとを備えている電動ウォータポンプにおける上記ロータであって、上記ロータは、上記ポンプのインペラを支持する本体部と、上記シャフトを回転自在に支承するすべり軸受と、上記ステータに対向配置されるマグネットとを有し、上記すべり軸受は、ＰＰＳ樹脂組成物のアニール処理体であり、上記ＰＰＳ樹脂組成物は、該組成物全体積に対して、炭素繊維を５～３０体積％、ＰＴＦＥ樹脂を１～２０体積％、グラファイトを１～３０体積％含有しており、上記本体部は、上記すべり軸受の外径側に上記ＰＰＳ樹脂組成物とは異なる熱可塑性樹脂組成物を用いてインサート成形された射出成形体であることを特徴とする。
　ここで、本体部を形成するための、上記ＰＰＳ樹脂組成物とは異なる熱可塑性樹脂組成物とは、その組成が異なるという意味であり、すべり軸受と、本体部を構成する各原料が異なることのみならず、各原料が同一で組成比が異なる場合も含む。

　上記すべり軸受の外径側に上記熱可塑性樹脂組成物をインサート成形する前後において、上記すべり軸受の内径収縮量が、アニール処理を行っていない上記ＰＰＳ樹脂組成物の成形体からなるすべり軸受に比べて小さいことを特徴とする。

　上記ＰＰＳ樹脂組成物の成形体の曲げ弾性率が、１３０℃において３０００ＭＰａ以上であることを特徴とする。
　ここで、ＰＰＳ樹脂組成物の成形体は、アニール処理が施される前の状態の成形体を意味し、以降も同様とする。

　本願の第２発明のウォータポンプ用滑り軸受装置は、羽根車と、上記羽根車を固定するための軸と、上記軸に対し上記羽根車を回転自在に支承するための上記羽根車に固定された円筒状の滑り軸受と、上記滑り軸受のそれぞれの端面と摺動する円筒状のスラスト受と、上記羽根車を収納しポンプ室を形成するケーシングおよびカバーとを備え、上記羽根車の回転により上記ポンプ室を介して循環水を吸排出するウォータポンプに用いられるウォータポンプ用滑り軸受装置であって、上記ウォータポンプ用滑り軸受装置は、上記滑り軸受と上記スラスト受からなり、上記滑り軸受の少なくとも一方の端面および上記スラスト受の少なくとも一方の部材の端面に、摺動面となるランド部と、内径側から外径側に上記循環水を排出する潤滑溝とが設けられており、上記潤滑溝は、上記ランド部に対して傾斜した傾斜面を有し、上記滑り軸受と上記スラスト受との相対回転により動圧を発生させる溝であり、上記潤滑溝が設けられた端面を正面（軸方向）から見たときの投影図において、上記潤滑溝は、上記端面の内径側から外径側に繋がる線分Ａおよび線分Ｂと、内径面に沿った円弧Ｃと、外径面に沿った円弧Ｄとによって囲まれる領域からなり、上記円弧Ｃの長さが、上記円弧Ｄの長さと等しいか、もしくは長いことを特徴とする。

　本願の第２発明において、「スラスト受」とは、滑り軸受のスラスト荷重を受けるために設けられた専用のスラスト板のみならず、ケーシングなどの他部材でスラスト荷重を受ける場合には該他部材を含む。また、「循環水」とは、水だけでなく、不凍液、薬液なども含む。

　上記線分Ａと上記線分Ｂのなす角度が０°～１５°であることを特徴とする。

　上記線分Ａは、上記線分Ｂよりも相対回転方向の上流側に位置しており、上記潤滑溝において、上記線分Ａに対して直交する任意の切断面による断面形状が、上記傾斜面を斜辺とする略直角三角形であり、上記線分Ａと上記切断面との交点を頂点とする内角の角度が３°～３０°であることを特徴とする。ここで、「相対回転方向」とは、滑り軸受とスラスト受のうち、いずれか一方の部材が回転する場合において、自身が回転する場合は自身の回転方向をいい、相手材が回転する場合は相手材の回転方向とは逆の方向をいう。

　上記潤滑溝の最大深さが０.１ｍｍ～１．０ｍｍであることを特徴とする。

　上記潤滑溝が、上記端面に円周方向へ間隔を空けて複数配置されていることを特徴とする。

　上記潤滑溝が形成された上記部材は、上記線分Ａの延長線上に軸中心を有し、上記複数の潤滑溝は、上記部材の上記線分Ａを通る中心線よりも相対回転方向の下流側にオフセットされた位置に設けられていることを特徴とする。

　上記滑り軸受は、樹脂組成物の射出成形体であり、その少なくとも一方の端面に上記潤滑溝を有し、上記滑り軸受の外径面にゲート痕が形成されており、上記滑り軸受において、上記潤滑溝内にウェルド部が形成され、上記ランド部に上記ウェルド部が形成されていないことを特徴とする。

　本発明者は、電動ウォータポンプ用ロータにおいて、シャフトを中心に回転するロータと、シャフトに対して同軸となる円周上に設置され、ロータを回転駆動するステータとを備えている電動ウォータポンプにおけるロータであって、ロータは、ポンプのインペラを支持する本体部と、シャフトを回転自在に支承するすべり軸受と、ステータに対向配置されるマグネットとを有し、すべり軸受は、ＰＰＳ樹脂組成物のアニール処理体であり、ＰＰＳ樹脂組成物は、該組成物全体積に対して、炭素繊維を５～３０体積％、ＰＴＦＥ樹脂を１～２０体積％、グラファイトを１～３０体積％含有しており、本体部は、すべり軸受の外径側にＰＰＳ樹脂組成物とは異なる熱可塑性樹脂組成物を用いてインサート成形された射出成形体とすることで、熱可塑性樹脂組成物からなるすべり軸受が、低コストで製造が可能でありながら、インサート成形前後で内径収縮し難く、低摩擦・低摩耗特性に優れることを見出し、本願の第１発明に至った。低コストで製造が可能となるのは、熱可塑性樹脂組成物はフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂組成物に比べてすべり軸受の成形加工が容易であり、射出成形によってすべり軸受を製造する際に発生するスプール・ランナーの粉砕材を再利用できるためである。これにより、本願の第１発明の電動ウォータポンプ用ロータは経済性に優れる。

　すべり軸受の外径側に熱可塑性樹脂組成物をインサート成形する前後において、すべり軸受の内径収縮量が、アニール処理を行っていないＰＰＳ樹脂組成物の成形体からなるすべり軸受に比べて小さいので、インサート成形前後での内径収縮量もより小さくなることで、ラジアルすきまを精度よく管理でき、電動ウォータポンプを運転時のロータの振動低減、焼付き防止に寄与する。 

　ＰＰＳ樹脂組成物の成形体の曲げ弾性率が、１３０℃において３０００ＭＰａ以上であるので、高温時の剛性に優れ、インサート成形の前後におけるすべり軸受の内径収縮量を低減できる。

　本願の第２発明の滑り軸受装置は、滑り軸受またはスラスト受の少なくとも一方の部材の端面に、摺動面となるランド部と、循環水を排出する潤滑溝とが設けられており、潤滑溝は、ランド部に対して傾斜した傾斜面を有し、滑り軸受とスラスト受との相対回転により動圧を発生させる溝であり、さらに、該潤滑溝が所定の構成を有するので、優れた低摩擦特性を実現できる。優れた低摩擦特性が得られるのは、滑り軸受またはスラスト受の端面に設けられた潤滑溝が、その溝形状によって優れた動圧効果を発揮できるとともに、内径側から外径側へ潤滑溝が連通していることにより、循環水が滑り軸受とスラスト受との摺動面に容易に供給され、潤滑状態が改善されるためである。すなわち、潤滑溝単独で、動圧効果と、摺動面への循環水の供給性を向上させる効果とを併せ持つ。そのため、従来のスラスト軸受のような動圧を発生させるテーパ部と潤滑溝がそれぞれ設けられた構成に比べて、簡易な構成にでき低コスト化にも繋がる。

　特に、本願の第２発明では、潤滑溝において内径面に沿った円弧Ｃの長さが、外径面に沿った円弧Ｄの長さと等しいか、もしくは長くなっており、循環水の流れ方向において出口が入口と同じか、入口よりも狭くなっているので、従来のスラスト軸受のように、出口が入口よりも広い構成に比べて、動圧を一層発生させやすくなる。

　また、滑り軸受は、樹脂組成物の射出成形体であり、その少なくとも一方の端面に潤滑溝を有し、滑り軸受において、潤滑溝内にウェルドラインが形成され、ランド部にウェルドラインが形成されていないので、ランド部の平面度を向上できる。平面度の向上によって、摺動時に発生する振動を低減させることができ、優れた静粛性を実現できる。

本願の第１発明の電動ウォータポンプ用ロータの軸方向断面図である。 本願の第１発明の実施例におけるロータのすべり軸受の寸法を示す軸方向断面図である。 従来の電動ウォータポンプ用ロータの軸方向断面図である。 電動ウォータポンプの一例を示す図である。 ＰＰＳ樹脂組成物の成形体のＤＳＣチャートである。 ＰＰＳ樹脂組成物のアニール処理体のＤＳＣチャートである。 本願の第２発明の滑り軸受装置を使用したウォータポンプの横断面図である。 本願の第２発明における滑り軸受の端面を正面から見た投影図である。 潤滑溝の断面形状を示す断面図である。 本願の第２発明における滑り軸受の他の例を示す断面図である。 摺動面の摩耗による変化を示すための図である。 実施例Ｂ１～Ｂ４の試験片の端面を正面から見た投影図である。 実施例Ｂ５～Ｂ１１の試験片の端面を正面から見た投影図である。 比較例Ｂ１の試験片の端面を正面から見た投影図である。 比較例Ｂ２の試験片の端面を正面から見た投影図である。 従来のウォータポンプの横断面図である。

　本願の第１発明の電動ウォータポンプ用ロータは、ポンプのインペラを支持する本体部と、シャフトを回転自在に支承するすべり軸受と、ステータに対向配置されるマグネットとを有する。ここで、すべり軸受は、ＰＰＳ樹脂組成物のアニール処理体であり、ＰＰＳ樹脂組成物は、該組成物全体積に対して、炭素繊維を５～３０体積％、ＰＴＦＥ樹脂を１～２０体積％、グラファイトを１～３０体積％含有しており、本体部は、すべり軸受の外径側に上述のＰＰＳ樹脂組成物とは異なる熱可塑性樹脂組成物を用いてインサート成形された射出成形体である。すなわち、所定のＰＰＳ樹脂組成物を用いて予め成形し、アニール処理したすべり軸受を本体部形成用の金型にインサートした状態で、該金型に熱可塑性樹脂組成物を射出充填することにより、すべり軸受の外径側に本体部を射出成形して一体化している。

　すべり軸受のアニール処理の温度パターンは、特に限定されるものではないが、アニール処理の最高温度の好ましい範囲としては２００～２６０℃である。より好ましくは２２０～２６０℃であり、さらに好ましくは２２０～２４０℃である。また、２２０～２６０℃の範囲内の最高温度においては、２時間以上保持することが好ましい。より好ましくは４時間以上である。アニール処理によって、すべり軸受内部の残留応力を除去し、インサート成形時の内径収縮量を抑制することができる。

　アニール処理したすべり軸受について、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を行うと、昇温の過程でアニール処理なしの場合にはみられない吸熱ピーク（以下、熱履歴による吸熱ピークとする）が現れる。熱履歴による吸熱ピークは、アニール処理の最高温度と同等か、もしくは少し高い温度（＋２０度以内）に現れるため、アニール処理の最高温度の推定が可能である。本願の第１発明のすべり軸受では、熱履歴による吸熱ピークが２００～２８０℃の範囲に現れる。

　本願の第１発明に用いるＰＰＳ樹脂組成物の成形体について、アニール処理を行わなかった場合のＤＳＣチャートの一例を図５に示す。さらに、この成形体を、最高温度２４０℃で４時間保持してアニール処理体とした場合のＤＳＣチャートの一例を図６に示す。図６では、図５には現れなかった熱履歴による吸熱ピークが２５３℃にみられた。図５の２８１℃、図６の２８２℃にみられる吸熱ピークはＰＰＳ樹脂の融点によるものである。なお、図５、図６のＤＳＣチャートは、昇温速度１５度／分、窒素ガス中で測定したものである。

　本願の第１発明の電動ウォータポンプ用ロータの一実施例を図１に基づいて説明する。図１は、本願の第１発明の電動ウォータポンプ用ロータの断面図である。このロータが使用される電動ウォータポンプの構成は図４に示すものと同様である。すなわち、ロータの中心軸となるシャフトと、シャフトに対して同軸となる円周上に設置されロータを回転駆動するステータと、水を圧送するためのインペラとを備えている。図１に示すように、この形態のロータ１は、ポンプのインペラを支持する本体部２と、シャフトを回転自在に支承するすべり軸受３と、ステータに対向配置されるマグネット４と、インペラ取付部５とを有する。

　すべり軸受３は、シャフトを回転自在に支承するための軸受孔３ａを径方向中央部に有する円筒体である。軸受孔３ａを構成する円筒内径面がラジアル軸受面（摺動面）となる。すべり軸受３の外径形状（例えば、円筒外径に対する円筒長さの割合や円筒肉厚）は特に限定されず、電動ウォータポンプの構成に応じて適宜設定できる。本願の第１発明では、すべり軸受に用いられるＰＰＳ樹脂組成物の成形体の１３０℃における曲げ弾性率が３０００ＭＰａ以上であるので、高温時の剛性に優れ、本体部成形時の内径収縮量が低減されている。このため、任意のすべり軸受形状に対してラジアルすきま管理が容易であり、軸受孔３ａの精度に優れる。

　図１に示すすべり軸受３は、円筒一端に鍔部３ｂを有する。鍔部３ｂの端面は、本体部２の端面よりも軸方向に突出した形状としている。ポンプ回転時には、差圧によりインペラが軸方向一方側に押し付けられる。この際に鍔部３ｂの端面をスラスト軸受面とすることが可能であり、この場合には、別途のスラスト軸受を省略できる。また、すべり軸受３に鍔部３ｂを設けることで、すべり軸受３と、該すべり軸受の外径側にインサート成形された本体部２とを強固に結合でき、使用時の抜けや回りを防止できる。なお、同様の結合強化の目的で、予め、すべり軸受３の外径側に突起や凹凸形状などを形成してもよい。

　すべり軸受３を形成するＰＰＳ樹脂組成物は、該組成物全体積に対して、炭素繊維を５～３０体積％、ＰＴＦＥ樹脂を１～２０体積％、グラファイトを１～３０体積％含有する。

　ここで、主成分であるＰＰＳ樹脂は、該ＰＰＳ樹脂組成物全体積に対して５０体積％をこえて配合され、好ましくは６０体積％以上配合される。

　ＰＰＳ樹脂は、ベンゼン環がパラの位置で、硫黄結合によって連結されたポリマー構造を持つ結晶性の熱可塑性樹脂である。ＰＰＳ樹脂は、融点が約２８０℃、ガラス転移点（Ｔｇ）が９３℃であり、極めて高い剛性と、優れた耐熱性、寸法安定性、耐摩耗性などを有する。ＰＰＳ樹脂は、その分子構造により、架橋型、半架橋型、直鎖型、分岐型などのタイプがあるが、本願の第１発明ではこれらの分子構造や分子量に限定されることなく使用できる。

　上記ＰＰＳ樹脂組成物において、炭素繊維の配合量は、樹脂組成物全体積に対して５～３０体積％が好ましく、１０～３０体積％がより好ましく、１０～２０体積％がさらに好ましい。５体積％未満では補強効果に乏しく耐摩耗性が悪くなり、３０体積％を超えると高コストとなる。

　上記ＰＰＳ樹脂組成物は、ＰＰＳ樹脂と炭素繊維の他に、ＰＴＦＥ樹脂およびグラファイト（黒鉛）を含むことが好ましい。ＰＴＦＥ樹脂の配合割合は、樹脂組成物全体積に対して１～２０体積％が好ましく、３～２０体積％がより好ましく、５～１５体積％がさらに好ましい。また、グラファイトの配合割合は、樹脂組成物全体積に対して１～３０体積％が好ましく、３～３０体積％がより好ましく、１０～３０体積％がさらに好ましい。

　上記ＰＰＳ樹脂組成物は、炭素繊維の配合によって、成形体の弾性率を向上させている。炭素繊維は、原材料から分類されるピッチ系またはＰＡＮ系のいずれのものであってもよい。また、ミルドファイバーまたはチョップドファイバーのいずれのものであってもよい。炭素繊維の平均繊維径は２０μｍ以下、好ましくは５～１５μｍである。２０μｍをこえる太い炭素繊維では、極圧が発生するため、シャフトがＳＵＳ製の場合、その摩耗損傷が大きくなるおそれがある。平均繊維径は、本分野において通常使用される電子顕微鏡や原子間力顕微鏡などにより測定できる。また、平均繊維径は、上記測定に基づき数平均繊維径として算出できる。

　本願の第１発明に使用できる市販品のミルドファイバーとしては、ピッチ系炭素繊維として、クレハ社製：クレカ　Ｍ－１０１Ｓ、Ｍ－１０１Ｆ、Ｍ－２０１Ｓ、三菱ケミカル社製：ダイアリードＫ２２３ＨＭ－２００μｍ、ダイアリードＫ２２３ＨＭ－５０μｍ、日本グラファイトファイバー社製：ＨＣ－６００－１５Ｍなどである。また、同様のＰＡＮ系炭素繊維として、東邦テナックス社製：ベスファイト　ＨＴ　Ｍ１００　１６０ＭＵ、ＨＴ　Ｍ１００　４０ＭＵ、または、東レ社製：トレカ　ＭＬＤ－３０、ＭＬＤ－３００などが挙げられる。チョップドファイバーとしては、ピッチ系炭素繊維として、三菱樹脂社製：ダイアリード　Ｋ２２３ＨＥ、ＰＡＮ系炭素繊維として、東レ社製：トレカ　Ｔ０１０－００３などが挙げられる。

　ＰＴＦＥ樹脂は、固体潤滑剤であり、水膜が形成されない水切れ状態の場合など、境界潤滑下における成形体の動摩擦係数を低減できる。ＰＴＦＥ樹脂として、懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合法によるファインパウダー、再生ＰＴＦＥのいずれを採用してもよい。ＰＰＳ樹脂組成物の流動性を安定させるためには、成形時のせん断により繊維化し難く、溶融粘度を増加させ難い再生ＰＴＦＥを採用することが好ましい。再生ＰＴＦＥとは、熱処理（熱履歴が加わったもの）粉末、γ線または電子線などを照射した粉末のことである。例えば、モールディングパウダーまたはファインパウダーを熱処理した粉末、また、この粉末をさらにγ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーの成形体を粉砕した粉末、また、その後γ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーをγ線または電子線を照射した粉末などのタイプがある。

　本願の第１発明に使用できる市販品のＰＴＦＥ樹脂としては、喜多村社製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＫＴＬ－４００Ｈ、三井・デュポン・フロロケミカル社製：テフロン（登録商標）７－Ｊ、ＴＬＰ－１０、旭硝子社製：フルオンＧ１６３、Ｌ１５０Ｊ、Ｌ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊ、ダイキン工業社製：ポリフロンＭ－１５、ルブロンＬ－５、住友スリーエム社製：ダイニオンＴＦ９２０５、ＴＦ９２０７などが挙げられる。また、パーフルオロアルキルエーテル基、フルオルアルキル基、またはその他のフルオロアルキルを有する側鎖基で変性されたＰＴＦＥ樹脂であってもよい。上記の中でγ線または電子線などを照射したＰＴＦＥ樹脂としては、喜多村社製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＫＴＬ－８Ｆ、旭硝子社製：フルオンＬ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊなどが挙げられる。

　グラファイト（黒鉛）は、固体潤滑剤であり、ＰＴＦＥ樹脂と同様に境界潤滑下の動摩擦係数を低減できる。また、グラファイトは摩耗特性、弾性率の向上とともに、射出成形時のすべり軸受の寸法精度を向上させる効果もある。グラファイトとしては、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれを用いてもよい。粒子の形状は、鱗片状、球状などがあるが、鱗片状が摺動時の脱落が少ないため、より好ましい。天然黒鉛としては、日本黒鉛工業社製：ＡＣＰ、人造黒鉛としてはイメリス・ジーシー・ジャパン社製：ＫＳ－６、ＫＳ－２５、ＫＳ－４４などが挙げられる。

　なお、この発明の効果を阻害しない程度に、ＰＰＳ樹脂組成物に対して周知の樹脂用添加剤を配合してもよい。添加剤としては、例えば、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの摩擦特性向上剤、炭素粉末、酸化鉄、酸化チタンなどの着色剤が挙げられる。

　上記ＰＰＳ樹脂組成物を構成する各材料を、必要に応じて、ヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダーなどにて混合した後、二軸混練押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレットを得ることができる。なお、充填材の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用いて射出成形することにより、ＰＰＳ樹脂組成物の成形体が得られる。

　上記ＰＰＳ樹脂組成物の成形体の物性について、その曲げ弾性率が、１３０℃において３０００ＭＰａ以上であることが好ましい。このような範囲とすることで、熱可塑性樹脂組成物を用いて、本体部を射出成形する際においても、すべり軸受の内径収縮量を低減できる。曲げ弾性率のより好ましい範囲としては３０００～９０００ＭＰａであり、さらに好ましい範囲は４０００～７０００ＭＰａである。曲げ弾性率はＡＳＴＭ　Ｄ７９０準拠の試験片（１２７ｍｍ×１２.７ｍｍ×厚さ３.１ｍｍ）を用い、支点間距離５０ｍｍ、クロスヘッド速度１.３ｍｍ／ｍｉｎとした３点曲げ試験等で測定できる。

　ＰＰＳ樹脂組成物の成形体を、アニール処理することで、すべり軸受が得られる。

　本体部は、得られたすべり軸受を本体部形成用の金型にインサートした状態で、該金型に熱可塑性樹脂組成物を射出充填することにより得られる。また、マグネットも同時に上記金型にインサートした状態として本体部を射出成形してもよい。射出成形方法（インサート成形方法）の条件などは、特に限定されず、公知の方法・条件を採用できる。

　本体部を形成する熱可塑性樹脂組成物の主成分としては、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂などの合成樹脂が挙げられる。これらの各樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。

　電動ウォータポンプでは、送液する液体として水以外には不凍液が使用される。不凍液に対する耐薬品性の点から、熱可塑性樹脂組成物の主成分としては、非晶性樹脂より結晶性樹脂が好ましく、具体的にはＰＰＳ樹脂が好ましい。ＰＰＳ樹脂は高耐熱性であるため、水または不凍液の温度が上昇しても剛性が高い。また、低吸水性であるため、使用中における寸法変化が非常に小さい。

　本体部を形成する熱可塑性樹脂組成物には、配合剤を配合することが好ましい。例えば、高強度化、高弾性化、高寸法精度化のためにガラス繊維、炭素繊維、ウィスカ、マイカ、タルクなどの補強剤を、射出成形収縮の異方性除去などのためにミネラル、炭酸カルシウム、ガラスビーズなどの無機充填剤を、それぞれ配合してもよい。

　特に好ましい形態としては、ベース樹脂にＰＰＳ樹脂組成物を用い、ガラス繊維をＰＰＳ樹脂組成物全体に対して、１０～３０体積％含むＰＰＳ樹脂組成物である。

　本体部の形状について、図１に示す形態では、ロータ１の本体部２にインペラ取付部５が一体に形成されている。本願の第１発明はこれに限定されず、例えば、インペラ全体を本体部と一体に形成する形態としてもよい。

　本願の第２発明の滑り軸受装置を使用したウォータポンプの一例を図７に基づき説明する。図７に示すように、ウォータポンプ３１では、ケーシング３６とカバー３７とが固定され、羽根車３４を収納するポンプ室を形成している。ケーシング３６とカバー３７とは、パッキン４１を介することでシールされ、ポンプ室内の循環水が漏れることを防止している。モータ４２が、コイルを配した巻線３２を有することで磁界を発生し、制御部によりその磁界発生が制御される。この発生磁界に追従するため、永久磁石３３が固定された羽根車３４が、ポンプ室内で軸３５により回転自在に支承されている。羽根車３４が回転磁界に追従してポンプ室内で回転することで、循環水が吸排水される。詳細には、巻線３２より発生した回転磁界に伴い、羽根車３４が、固定された永久磁石３３の吸引反発により追従して回転し、これによりポンプ作用が発生して矢印Ｘ方向から循環水を吸込み、矢印Ｙ方向へ循環水を吐き出す。

　軸３５はケーシング３６の略中央に固定され、カバー３７の軸支え３７ａにより支持されている。羽根車３４は、その中心に固定された円筒状の滑り軸受３８を介して、軸３５に対して回転自在に支承されている。軸３５は固定軸（回転しない）であり、軸３５の外径面と、滑り軸受３８の内径面とが回転摺動する。滑り軸受３８の両端面は、カバー３７の軸支え３７ａおよびケーシング３６との間にそれぞれ設けたスラスト受であるスラスト板３９、４０と、スラスト方向の回転摺動を行なう。なお、「滑り軸受」とは、内径および端面で荷重を受け、摺動する部品であり、必ずしも１部品に限定されるものではなく、２部品以上に分割され、さらには材質が異なっていてもよい。

　本願の第２発明ではこのウォータポンプにおいて、羽根車３４の回転時における、スラスト受（スラスト板３９、４０）と滑り軸受３８との相対回転によって、循環水を滑り軸受３８の内径側から外径側に排出する潤滑溝が設けられている。この潤滑溝は、滑り軸受３８の循環水排出側の端面および該端面と摺動するスラスト受（スラスト板３９、４０）から選ばれる少なくとも一方のスラスト摺動面に形成される。

　図７の形態では、回転時において、羽根車３４は差圧により、カバー３７側に押し付けられ、滑り軸受３８の一方の端面がスラスト板３９と回転摺動する。滑り軸受３８の他方の端面とケーシング３６側のスラスト板４０との摺動はほとんどない。差圧による水の流れ方向は、スラスト板４０側からスラスト板３９側である。図７では、滑り軸受３８のスラスト板３９と摺動する端面に潤滑溝が形成されており、この端面を正面から見たときの投影図を図８に示す。

　図８の投影図（平面図）に示すように、滑り軸受３８は、円環状の軸受端面に、摺動面となるランド部４３と、内径面３８ａと外径面３８ｂとを連通する潤滑溝４４とを有する。なお、滑り軸受３８は、潤滑溝４４以外の部分はランド部４３のみであり、軸受端面に他の溝や凹部は形成されていない。また、図８中の矢印Ｚは、滑り軸受３８の回転方向を示している。

　図８に示すように、潤滑溝４４は、ランド部４３に対して傾斜した溝底面４４ａ（図９参照）を有し、滑り軸受３８とスラスト受との相対回転により動圧を発生させる溝である。潤滑溝４４は、軸受端面において円周方向に間隔を空けて３本設けられている。複数の潤滑溝４４は、円周方向に等間隔に設けられることが好ましく、図８では、隣り合う溝同士の角度間隔は１２０°である。この間隔は、各潤滑溝４４の線分Ａ同士がなす角度の間隔である。なお、潤滑溝４４の数は特に限定されない。潤滑溝４４の数が多いほど動圧効果が大きくなるが、滑り軸受３８とスラスト受との摺動面の面圧が高くなるため、使用条件などを考慮して設定される。

　また、潤滑溝４４の線分Ａは、その延長線が滑り軸受３８の軸中心Ｏを通っている。この場合、複数の潤滑溝４４は、滑り軸受３８の線分Ａを通る中心線ＯＡよりも回転方向の下流側にオフセットされた位置に設けられている。

　図８に示すように、各潤滑溝４４は、軸受端面の内径側から外径側に繋がる線分Ａと、線分Ａよりも滑り軸受３８の回転方向の下流側に位置し、軸受端面の内径側から外径側に繋がる線分Ｂと、内径面３８ａに沿った円弧Ｃと、外径面３８ｂに沿った円弧Ｄとによって囲まれる領域から構成される。図８の滑り軸受３８では、円弧Ｃの長さが、円弧Ｄの長さよりも長いことを特徴としている。滑り軸受３８の回転時において、循環水は内径側から外径側に排出され、この流れ方向において潤滑溝４４の形状が末狭まり形状になっていることで、動圧効果を高めることができる。また、円弧Ｃの長さと円弧Ｄの長さの比は、１／３≦（円弧Ｄの長さ）／（円弧Ｃの長さ）≦１であり、円弧Ｃの長さよりも円弧Ｄの長さが短い方が好ましい。

　また、潤滑溝４４において、内径側の開口部の面積は、外径側の開口部の面積と等しいか、もしくは大きいことが好ましい。なお、「内径側の開口部の面積」は、滑り軸受の中心線ＯＡから線分Ａに沿って内径側を見たときの矢視図から計算できる。また、「外径側の開口部の面積」は、外径側から線分Ａに沿って中心線ＯＡを見たときの矢視図から計算できる。

　図８において、角度θ１は、潤滑溝４４の線分Ａと線分Ｂのなす角度を示している。より詳細には、線分Ａの延長線と、線分Ｂの延長線とのなす角度のうち、鋭角（０°以上９０°以下）を指す。角度θ１が大きいほど動圧効果が向上するが面圧が高くなるため、角度θ１は０°～１５°が好ましい。図８では、線分Ａおよび線分Ｂは平行ではなく、角度θ１は０°よりも大きい角度になっている。この形態において、角度θ１は５°～１５°がより好ましく、１０°～１５°がさらに好ましい。

　なお、後述の実施例で示すように、線分Ａと線分Ｂは互いに平行（角度θ１＝０°）であってもよい。その場合も、円弧Ｃの長さが、円弧Ｄの長さよりも長くなる。

　続いて、図９には、図８のａ－ａ線断面図を示す。図９は、潤滑溝を線分Ａに対して直交する面で切断した断面図である。図９に示すように、潤滑溝４４の断面形状は直角三角形である。この直角三角形は、線分Ａと切断面との交点ｖ_１と、線分Ｂと切断面との交点ｖ_２と、溝底面４４ａおよび溝側面４４ｂの交点ｖ_３をそれぞれ頂点としている。また、直角三角形の斜辺が潤滑溝４４の溝底面４４ａに相当する。溝底面４４ａは、ランド部４３に対して傾斜した傾斜面であり、回転方向Ｚの上流側に向かって溝深さが浅くなる。滑り軸受３８の回転時には、潤滑溝４４内に供給された循環水が交点ｖ_１に向かって押し込まれるように作用する。そのため、このような潤滑溝４４を設けることで、循環水による動圧が発生する。

　溝底面４４ａのランド部４３に対する傾斜角度θ２（交点ｖ_１を頂点とする内角でもある）は、３°～３０°であることが好ましい。角度θ２が３°未満であると、潤滑溝を通過する循環水の流量が低下し、滑り軸受とスラスト受との摺動面への循環水の供給が不十分になるおそれがある。角度θ２が３０°を超えると、動圧効果が不十分になるおそれがある。また、角度θ２は、５°～２０°であることがより好ましい。なお、角度θ２は、内径側から外径側にかけて一定でもよく、連続的に変化してもよい。角度θ２が変化する場合、任意の断面における各角度θ２が３°～３０°の範囲内であることが好ましく、５°～２０°の範囲内であることがより好ましい。

　潤滑溝４４において、滑り軸受３８の軸方向における最大深さＨは、０．１～１．０ｍｍであることが好ましい。最大深さＨは、ランド部４３から潤滑溝４４の最深部までの深さである。最大深さＨが０.１ｍｍ未満であると、潤滑溝４４を通過する循環水の流量が低下し、端面のランド部４３とスラスト受との摺動面への循環水の供給が不十分になるおそれがある。また、最大深さＨが、１．０ｍｍを超えると、交点ｖ_１に向かって循環水が押し込まれることによる動圧効果が不十分になるおそれがある。図９では、潤滑溝４４の最深部は、内径側から外径側に向かって線状に形成される。なお、潤滑溝４４の溝深さは、内径側から外径側にかけて変化していてもよく、その場合、最大深さＨが０.１～１．０ｍｍの範囲に入っていることが好ましい。

　例えば、潤滑溝４４の最大深さＨが内径側から外径側にかけて一定であり、潤滑溝４４の断面形状が直角三角形であり、さらに角度θ１（図８参照）が０°でない場合、角度θ２は内径側から外径側にかけて連続的に大きくなる。

　図９では、潤滑溝４４の断面形状が直角三角形の場合を示したが、略三角直角形であってもよい。例えば、溝底面４４ａを構成する斜辺や、溝側面４４ｂを構成する辺を、本願の第２発明の効果を阻害しない範囲で、若干湾曲させてもよい。また、線分Ｂと切断面との交点ｖ_２における内角を７０°～９０°（好ましくは８０°～９０°）の角度としてもよい。溝側面４４ｂをランド部４３に対して直角に近くすることが好ましい。また、交点ｖ_２には面取りやＲを設けてもよい。

　本願の第２発明における滑り軸受の他の例を図１０に示す。図１０は、図９と同様、潤滑溝を線分Ａに対して直交する面で切断した断面図である。図１０に示すように、溝底面４６ａの回転方向Ｚの上流側の端部とランド部４５との境界部には、溝底面４６ａよりも急勾配の傾斜面４６ｃが設けられている。この場合、傾斜面４６ｃの回転方向Ｚの上流側の端部の軌跡が線分Ａになる。この例では、ランド部４５に対する傾斜面４６ｃの傾斜角度θ３は、角度θ２よりも大きい角度であればよく、例えば２０°～９０°であり、好ましくは４０°～６０°である。角度θ３が２０度よりも緩勾配であると、ランド部４５の摩耗が生じた時に、ランド部４５の面積変化が大きくなり、所望の効果が得られないおそれがある。

　続いて、図１０の構成による効果を図１１に示す。図１１（ａ）に示すように、この滑り軸受は、溝底面４６ａとランド部４５（摺動面）との境界部に、溝底面４６ａよりも急勾配の傾斜面４６ｃが設けられているため、その傾斜面を設けない場合（図１１（ｂ））と比較して、摺動面が同程度摩耗した場合でも摺動面の表面積の増加が小さく、トルクの変化が抑えられる。

　本願の第２発明において、滑り軸受の材質は、特に限定されず、合成樹脂、カーボン材、金属などを用いることができる。これらの中でも、合成樹脂を用いることが好ましく、成形加工のし易さの点から熱可塑性樹脂を用いることがより好ましい。特に、滑り軸受は、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物の射出成形体であることが好ましい。射出成形時には、滑り軸受の外径面にゲートが少なくとも１ヵ所以上配置され、そのゲートから溶融した樹脂組成物がキャビティ内に流入する。ゲートが多点ゲートの場合、ゲート同士の間隔は周方向に等間隔であることが好ましい。

　ここで、ゲートの位置について、図８を用いて説明する。図８の滑り軸受３８は、黒矢印で示す３ヵ所のゲート（３点ゲート）を用いて射出成形された射出成形体であり、外径面にゲート痕を有する。ゲート同士の間隔は円周方向に１２０°に設定される。ゲートの位置は特に限定されないが、図８に示すように、潤滑溝４４内にウェルド部Ｗが形成され、潤滑溝４４を除く部分（ランド部４３）にはウェルド部Ｗが形成されないことが好ましい。ウェルド部Ｗは隣り合うゲートの中間付近に形成されるため、図８では、３箇所のウェルド部Ｗが３ヶ所の潤滑溝４４内にそれぞれ形成されるようにゲートの位置を調整している。

　ウェルド部は、溶融樹脂が合流した部分に形成され、ウェルド部は、ウェルド部がない部分に比べて、凸となる場合がある。そのため、端面のランド部４３にウェルド部を形成しないことによってランド部４３の平面度を小さくすることができる。なお、ウェルド部に起因する凸部が、ウェルド部を中心にある程度広い範囲にわたっている場合は、その凸部全体が潤滑溝内に収まっていることは必須ではない。また、ウェルド部の位置は、顕微鏡観察などの既知の方法で確認できる。なお、滑り軸受３８において、ゲートの軸方向の位置は限定されるものではないが、滑り軸受３８の軸方向の長さの中央付近が好ましい。

　また、ランド部４３の平面度は０.０８ｍｍ以下であることが好ましく、０.０５ｍｍであることがより好ましい。なお、平面度はＪＩＳ　Ｂ０６２１－１９８４の定義による。平面度の測定方法は、ダイヤルゲージなどを用いた接触式の測定、レーザー光を照射するなどして得られた高さ情報を用いる非接触式の測定のいずれであってもよい。滑り軸受３８の軸受端面において、潤滑溝４４を除く平坦部分（ランド部４３）の平面度を向上させることで、摺動時に発生する振動を低減させることができる。

　本願の第２発明における滑り軸受には、上述した端面に加えて、滑り軸受の内径面のラジアル摺動面にも溝を形成することが好ましい。例えば、軸方向に平行な直線溝、あるいは螺旋溝を形成できる。また、この溝を動圧溝にすることが好ましい。動圧溝を設けることで、閉塞した摺動面に水を押込み、水を多く供給することが可能となり、反負荷方向の荷重を発生させ、水膜が形成され、低摩擦係数となる。また、水切れの異常状態においても、空冷効果が期待できる。上記螺旋溝において、螺旋回転方向を軸の回転方向と同じにすることで、動圧を発生し易くなる。また、この溝は、連通溝（軸受の一方の端面から、他方の端面へ連通した溝）と非連通溝とを併用することが好ましい。

　以下には、滑り軸受を射出成形体とした場合の樹脂組成物について説明する。樹脂組成物のベース樹脂は、熱可塑性樹脂であることが好ましい。熱可塑性樹脂の種類は限定されるものではないが、耐熱性、耐薬品性の点から、エンプラまたはスーパーエンプラであることが好ましい。具体的には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。これらの樹脂の中でも、耐薬品性が特に優れ、吸水率の小さいＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂が好ましい。経済性の点から、ＰＰＳ樹脂が特に好ましい。ＰＰＳ樹脂をベース樹脂とした樹脂組成物を用いることで、安価な滑り軸受を提供することができる。

　ＰＰＳ樹脂は、ベンゼン環がパラの位置で、硫黄結合によって連結されたポリマー構造を持つ結晶性の熱可塑性樹脂である。ＰＰＳ樹脂は、融点が約２８０℃、ガラス転移点が９３℃であり、極めて高い剛性と、優れた耐熱性、寸法安定性、耐摩耗性などを有する。ＰＰＳ樹脂は、その分子構造により、架橋型、半架橋型、直鎖型、分岐型などのタイプがあるが、本願の第２発明ではこれらの分子構造や分子量に限定されることなく使用できる。

　ＰＥＥＫ樹脂は、ベンゼン環がパラの位置で、カルボニル基とエーテル結合によって連結されたポリマー構造を持つ結晶性の熱可塑性樹脂である。ＰＥＥＫ樹脂は、融点が約３４０℃、ガラス転移点が１４３℃であり、優れた耐熱性、耐クリープ性、耐荷重性、耐摩耗性、摺動特性、疲労特性などに加え、優れた成形性を有する。

　上記樹脂組成物において、水膜が形成されない水切れ状態の摩擦特性を付与するために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂を配合することが好ましい。また、循環水中での摩擦特性を付与するために、グラファイト（黒鉛）を配合することが好ましい。さらに、グラファイトは、射出成形時の滑り軸受の寸法精度を向上させる効果もある。グラファイトを配合することにより、ランド部の平面度も低減できる。

　ＰＴＦＥ樹脂として、懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合法によるファインパウダー、再生ＰＴＦＥのいずれを採用してもよい。樹脂組成物の流動性を安定させるためには、成形時のせん断により繊維化し難く、溶融粘度を増加させ難い再生ＰＴＦＥを採用することが好ましい。再生ＰＴＦＥとは、熱処理（熱履歴が加わったもの）粉末、γ線または電子線などを照射した粉末のことである。例えば、モールディングパウダーまたはファインパウダーを熱処理した粉末、また、この粉末をさらにγ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーの成形体を粉砕した粉末、また、その後γ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーをγ線または電子線を照射した粉末などのタイプがある。本願の第２発明に使用できる市販品のＰＴＦＥ樹脂には、上述の本願の第１発明で列挙したＰＴＦＥ樹脂を適宜使用できる。

　グラファイト（黒鉛）は、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれを用いてもよい。粒子の形状は、鱗片状、球状などがあるが、鱗片状が摺動時の脱落が少ないため、より好ましい。天然黒鉛としては、日本黒鉛工業社製：ＡＣＰ、人造黒鉛としてはイメリス・ジーシー・ジャパン社製：ＫＳ－６、ＫＳ－２５、ＫＳ－４４などが挙げられる。

　上記樹脂組成物において、滑り軸受としての剛性、耐摩耗性、寸法精度の向上のため、炭素繊維を配合することが好ましい。炭素繊維は、原材料から分類されるピッチ系またはＰＡＮ系のいずれのものであってもよい。炭素繊維の平均繊維径は２０μｍ以下、好ましくは５μｍ～１５μｍである。上記範囲をこえる太い炭素繊維では、極圧が発生しやすく、耐荷重性の向上効果が乏しく、回転軸またはスラスト受などの相手材がステンレス鋼の場合、その相手材の摩耗損傷が大きくなるおそれがある。

　炭素繊維はチョップドファイバー、ミルドファイバーのいずれであってもよいが、繊維長が１ｍｍ未満のミルドファイバーの方が好ましく、より好ましくは、平均繊維長は２０μｍ～２００μｍである。２０μｍ未満では充分な剛性、補強効果が得られにくく、耐摩耗性に劣るおそれがある。２００μｍをこえる場合は、極圧が発生しやすく、回転軸またはスラスト受などの相手材がステンレス鋼の場合、相手材の摩耗損傷が大きくなるおそれがある。平均繊維径は、本分野において通常使用される電子顕微鏡や原子間力顕微鏡などにより測定できる。また、平均繊維径は、上記測定に基づき数平均繊維径として算出できる。本願の第２発明に使用できる市販品のミルドファイバーおよびチョップドファイバーには、上述の本願の第１発明で列挙したものを適宜使用できる。

　なお、この発明の効果を阻害しない程度に、樹脂組成物に対して周知の樹脂用添加剤を配合してもよい。添加剤としては、例えば、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの摩擦特性向上剤、炭素粉末、酸化鉄、酸化チタンなどの着色剤が挙げられる。

　上記樹脂組成物における配合割合は、少なくともＰＴＦＥ樹脂および／またはグラファイトの配合割合が３～３０体積％、より好ましくは５～２０体積％、炭素繊維が５～３０体積％、より好ましくは１０～２０体積％、残部がベース樹脂であることが好ましい。さらに、ＰＴＦＥ樹脂、グラファイトは併用する方が好ましい。

　上記樹脂組成物を構成する各材料を、必要に応じて、ヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダーなどにて混合した後、二軸混練押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレットを得ることができる。なお、充填材の投入は、二軸混練押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用いて射出成形により滑り軸受を成形する。

　本願の第２発明の滑り軸受装置において、スラスト受の材質は、特に限定されないが、金属を用いることが好ましく、ステンレス鋼を用いることがより好ましい。また、スラスト受の表面にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ－Ｌｉｋｅ－Ｃａｒｂｏｎ）によるコーティング、樹脂コーティングなどの既知のコーティングを施してもよい。

　なお、上記図７～図１１では、滑り軸受の軸受端面に、液体排出用でかつ動圧を発生させる潤滑溝を設けたが、この構成に代えてまたは加えて、スラスト受の摺動面に同様の潤滑溝を設けてもよい。また、ウォータポンプにおける循環水は、水だけに限らず、不凍液や薬液などであっても好適に利用できる。

実施例Ａ１～Ａ４、比較例Ａ１～Ａ３
　実施例Ａ１～Ａ４および比較例Ａ１～Ａ３に用いた樹脂組成物の原材料を一括して以下に示す。
（１）ポリフェニレンサルファイド樹脂〔ＰＰＳ〕
　東ソー社製：Ｂ－０４２
（２）炭素繊維〔ＣＦ〕
　クレハ社製：クレカ Ｍ１０７Ｔ
（平均繊維長０.４ｍｍ、平均繊維径１８μｍ）
（３）ＰＴＦＥ樹脂〔ＰＴＦＥ〕
　喜多村社製：ＫＴＬ－６１０（再生ＰＴＦＥ）
（４）グラファイト〔ＧＲＰ〕
　イメリス・ジーシー・ジャパン社製：ＫＳ－２５（人造黒鉛、鱗片状）
　実施例Ａ１～Ａ４、および比較例Ａ１～Ａ３のＰＰＳ樹脂組成物を表１に示す。図２に示した寸法形状のすべり軸受は、このＰＰＳ樹脂組成物を用いて射出成形し、さらにアニール処理を行うことで製作した。なお、図２における寸法数値の単位はｍｍである。得られたすべり軸受（図２の寸法形状）とマグネットとを金型にインサートし、ガラス繊維（２６体積％）入りＰＰＳ樹脂（７４体積％）を用いて本体部を射出成形して、図１のロータを形成した。図１に示す６が、金型のパーティングライン（ＰＬ）である。インサート成形前後について、すべり軸受の内径寸法をピンゲージで測定（貫通する径の寸法を内径寸法とした）し、内径収縮量を算出した結果を表１下段に示す。

　表１において、１３０℃における曲げ弾性率は、アニール処理が施される前のＰＰＳ樹脂組成物の成形体の曲げ弾性率を意味する。表１に示すとおり、実施例Ａ１～Ａ４（アニール処理が施される前の弾性率４１００ＭＰａ、アニール温度２００～２６０℃のすべり軸受）は、比較例Ａ１（アニールなし）に比べて内径収縮量が小さい値であった。比較例Ａ２（アニール温度２７５℃のすべり軸受）はアニール処理した時点で軸受の変形が大きく、インサート成形出来なかったため、射出成形体とすることが出来なかった。そのため、比較例Ａ２については、内径収縮量の測定が出来なかった。また、比較例Ａ３（アニール処理が施される前の弾性率２０００ＭＰａ）の内径収縮量は、実施例Ａ１～Ａ３の２倍であった。

実施例Ｂ１～実施例Ｂ１１、比較例Ｂ１～比較例Ｂ２
　実施例Ｂ１～実施例Ｂ１１および比較例Ｂ１～比較例Ｂ２に用いた円筒状試験片（内径１０ｍｍ、外径１７ｍｍ、高さ１３ｍｍ）は、ＰＰＳ樹脂をベース樹脂とした樹脂組成物を用いて射出成形により作製した。該樹脂組成物は、ＰＴＦＥ樹脂を５体積％、グラファイトを１５体積％、炭素繊維を１０体積％配合し、残部をＰＰＳ樹脂とした組成である。各材料の詳細は以下のとおりである。
〔ＰＰＳ樹脂〕
東ソー社製：Ｂ－０４２
〔ＰＴＦＥ樹脂〕
喜多村社製：ＫＴＬ－６１０（再生ＰＴＦＥ）
〔炭素繊維〕
クレハ社製：クレカ　Ｍ１０７Ｔ（平均繊維長０.４ｍｍ、平均繊維径１８μｍ）
〔グラファイト〕
イメリス・ジーシー・ジャパン社製：ＫＳ－２５（人造黒鉛、鱗片状）

　実施例Ｂ１～Ｂ４に用いた円筒状試験片の端面を正面から見た投影図を図１２に示す。図１２の円筒状試験片４７では、潤滑溝を線分Ａに直交する任意の面で切断した断面形状が直角三角形となっており、潤滑溝の最大深さは径方向の位置によらず一定である。また、円弧Ｃの長さが、円弧Ｄの長さよりも長くなっている。実施例Ｂ１～Ｂ４では角度θ１が０°でないため、外径側に近づくに伴って潤滑溝の溝幅が狭くなり、角度θ２（図９参照）は内径側から外径側に向けて徐々に大きくなる。なお、実施例Ｂ１～Ｂ４では、線分Ａの内径側端部と線分Ｂの内径側端部の間の線分Ａの垂直方向の長さＬを１．７０ｍｍに固定した。

　実施例Ｂ５～Ｂ１１に用いた円筒状試験片の端面を正面から見た投影図を図１３に示す。図１３の円筒状試験片４８では、潤滑溝を線分Ａに直交する任意の面で切断した断面形状が直角三角形となっており、潤滑溝の最大深さは径方向の位置によらず一定である。また、円弧Ｃの長さが、円弧Ｄの長さよりも長くなっている。実施例Ｂ５～Ｂ１１では線分Ａと線分Ｂは平行であり（角度θ１＝０°）、角度θ２は内径側から外径側にかけて一定である。また、実施例Ｂ５～Ｂ１１では長さＬを変化させた。

　比較例Ｂ１に用いた円筒状試験片の端面を正面から見た投影図を図１４に示す。図１４の円筒状試験片４９では、潤滑溝を線分Ａに直交する任意の面で切断した断面形状が直角三角形となっており、潤滑溝の最大深さは径方向の位置によらず一定である。また、円弧Ｃの長さが、円弧Ｄの長さより短くなっている。そのため、外径側に近づくに伴って潤滑溝の溝幅は広くなり、角度θ２は徐々に小さくなる。

　比較例Ｂ２に用いた円筒状試験片の端面を正面から見た投影図を図１５に示す。図１５の円筒状試験片５０は端面に潤滑溝が設けられていない。

　作製した各円筒状試験片のランド部の平面度（ＪＩＳ　Ｂ０６２１－１９８４に準拠）をダイヤルゲージによって測定した。また、ランド部におけるウェルドの有無を光学顕微鏡によって観察した。

　作製した円筒状試験片および円板状相手材（ＳＵＳ３０４）を用いて、リングオンディスク型試験機により不凍液中（エチレングリコール５０％：水５０％）の動摩擦係数を測定した。なお、試験条件は、速度１２５ｍ／ｍｉｎ、荷重３８Ｎ、温度３０℃とした。各円筒状試験片の寸法および試験結果を表２および表３に示す。なお、表２に示す円筒状試験片は、角度θ２が径方向に連続的に変化するため最小値と最大値を示す。

　表２に示すように、実施例Ｂ１（θ２＝１０～１６°）、実施例Ｂ２（θ２＝１０～２３°）、および実施例Ｂ４（θ２＝１０～４３°）は、いずれも角度θ２の最小値が１０°、最大深さが０.３ｍｍであり、角度θ１の設定が異なる。実施例Ｂ１（θ１＝１０°）および実施例Ｂ２（θ１＝１５°）は、実施例Ｂ４（θ１＝２０°）よりも低摩擦であった。また、実施例Ｂ３（θ２＝１６～３６°、最大深さ＝０．５ｍｍ）は、実施例Ｂ１および実施例Ｂ２よりもθ２が大きく、動摩擦係数が高い値であった。これはθ２が大きくなることで、動圧発生効果が低下したためと考えられる。一方、比較例Ｂ１（θ２＝７～１０°）はθ２が小さいものの、円弧Ｃの長さが円弧Ｄの長さより短く（Ｃ＜Ｄ）、外径側に向けて溝幅が広がることで動圧発生効果が低下した。その結果、比較例Ｂ１の動摩擦係数は、実施例Ｂ１～Ｂ２および実施例Ｂ５～Ｂ１１よりも高い値であった。

　また、表３に示すように、実施例Ｂ５～Ｂ１１は、いずれも線分Ａと線分Ｂが平行であり、角度θ２および最大深さが異なる。θ２が５～３０°で、且つ、最大深さが０.１～０.６ｍｍである実施例Ｂ５～Ｂ６および実施例Ｂ８～Ｂ１１は、動摩擦係数０.０３１～０.０４３であり、低摩擦であった。一方、平面度が０.０９ｍｍの実施例Ｂ７の動摩擦係数は０.０５１であり、若干高い値を示した。また、比較例Ｂ２は端面に潤滑溝がないものであり、動摩擦係数は０.０６６と、いずれの実施例よりも高い値であった。また、実施例Ｂ５および実施例Ｂ８～実施例Ｂ１１は、隣り合うゲートの中間付近に潤滑溝があり、潤滑溝内にウェルドラインが形成された。一方、実施例Ｂ６および実施例Ｂ７は、隣り合うゲート中間付近から離れた位置に潤滑溝があり、ランド部にウェルドラインが形成された。

　本願の第１発明の電動ウォータポンプ用ロータは、低コストで製造が可能でありながら、精度よくラジアルすきまを管理できるので、自動車のインバータやエンジンを冷却する電動ウォータポンプ用のロータとして好適に利用できる。また、本願の第２発明の滑り軸受装置は、低摩擦特性および静粛性に優れるので、自動車のエンジン、インバータ、バッテリー、あるいは燃料電池などの冷却水の循環、給湯機、床暖房機器などの熱水の循環を行なうためのウォータポンプの滑り軸受装置として好適に利用できる。なお、本願の第２発明の滑り軸受装置は水を循環させるウォータポンプ用だけに限定するものではなく、水を移動供給するポンプとしても有用である。また、媒体が水以外の薬液、溶剤、オイル、飲料などの液体を循環、移動供給するポンプであっても同様の効果が期待できる。

　１　　電動ウォータポンプ用ロータ
　２　　本体部
　３　　すべり軸受
　４　　マグネット
　５　　インペラ取付部
　６　　パーティングライン（ＰＬ）
　３１　ウォータポンプ
　３２　巻線
　３３　永久磁石
　３４　羽根車
　３５　軸
　３６　ケーシング
　３７　カバー
　３８、３８’　滑り軸受
　３９　スラスト板
　４０　スラスト板
　４１　パッキン
　４２　モータ
　４３　ランド部
　４４　潤滑溝
　４５　ランド部
　４６　潤滑溝
　４７　円筒状試験片
　４８　円筒状試験片
　Ｗ　　ウェルド部

Claims (10)

1. 　シャフトを中心に回転するロータと、前記シャフトに対して同軸となる円周上に設置され、前記ロータを回転駆動するステータとを備えている電動ウォータポンプにおける前記ロータであって、
   　前記ロータは、前記ポンプのインペラを支持する本体部と、前記シャフトを回転自在に支承するすべり軸受と、前記ステータに対向配置されるマグネットとを有し、
   　前記すべり軸受は、ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物のアニール処理体であり、
   　前記ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物は、該組成物全体積に対して、炭素繊維を５～３０体積％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を１～２０体積％、グラファイトを１～３０体積％含有しており、
   　前記本体部は、前記すべり軸受の外径側に前記ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物とは異なる熱可塑性樹脂組成物を用いてインサート成形された射出成形体であることを特徴とする電動ウォータポンプ用ロータ。
2. 　前記すべり軸受の外径側に前記熱可塑性樹脂組成物をインサート成形する前後において、前記すべり軸受の内径収縮量が、アニール処理を行っていない前記ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物の成形体からなるすべり軸受に比べて小さいことを特徴とする請求項１記載の電動ウォータポンプ用ロータ。
3. 　前記ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物の成形体の曲げ弾性率が、１３０℃において３０００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載の電動ウォータポンプ用ロータ。
4. 　羽根車と、前記羽根車を固定するための軸と、前記軸に対し前記羽根車を回転自在に支承するための前記羽根車に固定された円筒状の滑り軸受と、前記滑り軸受のそれぞれの端面と摺動する円筒状のスラスト受と、前記羽根車を収納しポンプ室を形成するケーシングおよびカバーとを備え、前記羽根車の回転により前記ポンプ室を介して循環水を吸排出するウォータポンプに用いられるウォータポンプ用滑り軸受装置であって、
   　前記ウォータポンプ用滑り軸受装置は、前記滑り軸受と前記スラスト受からなり、前記滑り軸受の少なくとも一方の端面および前記スラスト受の少なくとも一方の部材の端面に、摺動面となるランド部と、内径側から外径側に前記循環水を排出する潤滑溝とが設けられており、
   　前記潤滑溝は、前記ランド部に対して傾斜した傾斜面を有し、前記滑り軸受と前記スラスト受との相対回転により動圧を発生させる溝であり、
   　前記潤滑溝が設けられた端面を正面から見たときの投影図において、前記潤滑溝は、前記端面の内径側から外径側に繋がる線分Ａおよび線分Ｂと、内径面に沿った円弧Ｃと、外径面に沿った円弧Ｄとによって囲まれる領域からなり、前記円弧Ｃの長さが、前記円弧Ｄの長さと等しいか、もしくは長いことを特徴とするウォータポンプ用滑り軸受装置。
5. 　前記線分Ａと前記線分Ｂのなす角度が０°～１５°であることを特徴とする請求項４記載のウォータポンプ用滑り軸受装置。
6. 　前記線分Ａは、前記線分Ｂよりも相対回転方向の上流側に位置しており、
   　前記潤滑溝において、前記線分Ａに対して直交する任意の切断面による断面形状が、前記傾斜面を斜辺とする略直角三角形であり、前記線分Ａと前記切断面との交点を頂点とする内角の角度が３°～３０°であることを特徴とする請求項４記載のウォータポンプ用滑り軸受装置。
7. 　前記潤滑溝の最大深さが０.１ｍｍ～１．０ｍｍであることを特徴とする請求項４記載のウォータポンプ用滑り軸受装置。
8. 　前記潤滑溝が、前記端面に円周方向へ間隔を空けて複数配置されていることを特徴とする請求項４記載のウォータポンプ用滑り軸受装置。
9. 　前記潤滑溝が形成された前記部材は、前記線分Ａの延長線上に軸中心を有し、
   　前記複数の潤滑溝は、前記部材の前記線分Ａを通る中心線よりも相対回転方向の下流側にオフセットされた位置に設けられていることを特徴とする請求項８記載のウォータポンプ用滑り軸受装置。
10. 　前記滑り軸受は、樹脂組成物の射出成形体であり、その少なくとも一方の端面に前記潤滑溝を有し、
    　前記滑り軸受の外径面にゲート痕が形成されており、前記滑り軸受において、前記潤滑溝内にウェルド部が形成され、前記ランド部に前記ウェルド部が形成されていないことを特徴とする請求項４記載のウォータポンプ用滑り軸受装置。

Images