JP3897013B2 - ウォータポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の水冷エンジン等に好適なウォータポンプ用軸受シール装置、軸受およびウォータポンプ、詳しくは、ウォータポンプ回転軸を支持する軸受内に水、水蒸気などが侵入するのを防止し、同時に軸受内のグリースの流出を防止するウォータポンプ用軸受シール装置、ウォータポンプ用軸受およびウォータポンプに関するものである。

エンジンの冷却水を圧送するウォータポンプは一般に、インペラが固定された回転軸を、軸方向に間隔を置いて配した複数個のベアリング（転がり軸受）によりケーシングに支承して形成され、通常のポンプと同様に上記軸受内への冷却水の侵入を防止するため、軸受はシール付き密封軸受となっている。

ところがエンジンにおいては運転、停止が繰り返されるため、上記シール付き密封軸受は加熱、冷却されて膨張、収縮を繰り返し、シール機能を損ないやすくなっている。

特にエンジン運転時にエンジン冷却水が加熱されることによって発生した水蒸気は、シール装置を通過して軸受内に侵入しやすくなる。
ポンプ回転軸を支持する軸受内には通常、軸受を潤滑するグリース等の潤滑剤が収納されているが、上述のようにして軸受内に冷却水、水蒸気が侵入すると特にこの潤滑剤の潤滑性能、耐久性が劣下して潤滑不良をきたしポンプ回転軸の回転抵抗の増大や焼付き等を招く危険がある。

そこで、従来の軸受シール装置を見てみると、例えば実開昭６２−６６０２６号公報記載のものが知られており、該公報の第２図、第３図および第４図に開示されているように、軸受は外周部が外輪端部に固定され、内周部に形成された複数のラジアルリップが軸の外周面と摺接する構造のシール体によってシールされている（特許文献１参照）。
しかし、この種の従来技術にあっては、内周部に形成されたラジアルリップのみによってシールされているため、エンジン運転時にエンジン冷却水が加熱されることによって発生した水蒸気が軸受内に侵入しやすい。

さらに従来技術として、実開昭６１−１１２１１９号に記載のものも知られている（特許文献２参照）。
しかし、実開昭６１−１１２１１９号に開示のシール装置は、回転体に嵌合固定された円筒部と、これよりも外径側に延びた中間部と、これに続き軸方向に延びた大径円筒部とから構成されるスリーブと、該スリーブの円筒部外周に接する外向きリップと、スリーブの大径円筒部の内周に摺接する内向きリップとから構成されるシール体からなるものである。
しかしながら、該従来技術は、３重シール構造ではなく軸受内のグリースの流出を防止することは不十分であった。
実開昭６２− ６６０２６号公報 実開昭６１−１１２１１９号公報

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、軸受内部に侵入しようとする冷却水や水蒸気などをほぼ確実に防止し、同時に軸受内のグリースの流出を防止するウォータポンプ用軸受シール装置、ウォータポンプ用軸受およびウォータポンプを提供することである。

上記課題を解決するための技術的手段は次の通りである。
第１の発明は、ケーシングに固定された外輪と、一端側にプーリを備え、他端側にインペラを備えた軸体との間に複数列の転動体を有し、かつ前記外輪の両端部に固定されたシール環によって軸体との間をシールしてなるウォータポンプ用軸受シール装置において、前記シール環のうち、インペラ側のシール環は、補強環とゴム、合成樹脂などの弾性体で形成したリップを備えた外輪側シール環と、ゴム、合成樹脂などの弾性体で形成したリップを有し、軸体に嵌合固定された軸側シール環よりなり、前記外輪側シール環のリップが軸体の外周面と接し、前記軸側シール環のリップが前記外輪の端部の内周面と接していることを特徴とするウォータポンプ用軸受シール装置としたことである。
また、第２の発明は、ケーシングに固定された外輪と、一端側にプーリを備え、他端側にインペラを備えた回転する軸体と、上記外輪と軸体との間に配される複数列の転動体と、補強環とゴム、合成樹脂などの弾性体で形成したリップを備えた外輪側シール環およびゴム、合成樹脂などの弾性体で形成したリップを有し、軸体に嵌合固定された軸側シール環とからなるインペラ側のシール装置とによって構成され、前記外輪側シール環のリップが軸体の外周面と接し、前記軸側シール環のリップが前記外輪の端部の内周面と接していることを特徴とするウォータポンプ用軸受としたことである。
さらに、第３の発明は、自動車の水冷用ウォータポンプとして、端部にインペラを有し、ケーシングに固定された上記第２の発明のウォータポンプ用軸受を使用したことである。

本発明の構成によれば、軸側シール環は、軸の回転と一緒に回転するため、メカニカルシールから漏れ出て、この軸側シール環のところまで来た冷却水は、軸側シール環の遠心力で外径方向に飛ばされる。
このように遠心力で外径方向に飛ばされた冷却水は、ケーシングの内周に当たり、その一部が軸受シール装置方向に跳ね返ってくることが多分にあり、この時、外輪と軸側シール環との間に何等シール部が存していないと、跳ね返ってきた冷却水の一部が内側のシール部（特許請求の範囲の請求項でいう外輪側シール）に入ってきてしまい、シール性が悪くなる可能性がある。
しかし、本発明によれば、軸側シール環に外輪と接するリップを有するため、ケーシングの内周に当たり跳ね返ってきた冷却水は、前記外輪と接するリップによって内側のシール部へと入ってくることが防がれる。

本発明によれば、軸側シール環は、軸の回転と一緒に回転するため、メカニカルシールから漏れ出て、この軸側シール環のところまで来た冷却水は、軸側シール環の遠心力で外径方向に飛ばされる。
このように遠心力で外径方向に飛ばされた冷却水は、ケーシングの内周に当たり、その一部が軸受シール装置方向に跳ね返ってくることが多分にあるが、軸側シール環に外輪と接するリップを有するため、ケーシングの内周に当たり跳ね返ってきた冷却水は、前記外輪と接するリップによって内側のシール部へと入ってくることが防がれるため、シール性が向上する。
従って、軸受内部に侵入しようとする冷却水や水蒸気などをほぼ確実に防止し、同時に軸受内のグリースの流出を防止するウォータポンプ用軸受シール装置、ウォータポンプ用軸受およびウォータポンプを提供できる。

以下図に基づいて本発明の技術的手段の一実施例を説明する。

図１は本発明装置を組込んだウォータポンプの一例を示す要部縦断面図、図２は図１の要部拡大断面図である。

10はウォータポンプ用転がり軸受の全体を表す。
101 は転がり軸受10の外輪で、該外輪101 はケーシング11の内周面に固定され、該外輪101 の内周面には複数列の軌道溝1011が形成されると共にその両端部にシール溝1012が形成されている。

12は前記外輪101 内に複数列の転動体13を介して嵌挿された軸体で、該軸体12の一端側にはプーリ130 を備え、他端側にはインペラ14を備えている（図１参照）。
121 は外輪101の軌道溝1011と対向して軸体12の外周面に形成された軌道溝である。

15は前記外輪101 のインペラ14側のシール溝1012に固定された外輪側シール環151と軸側シール環152からなるシール装置で、該シール装置15の外輪側シール環151は補強環1511とゴム、合成樹脂などの弾性体でもって形成された少なくとも軸方向内向きの第１副リップ1512と軸方向外向きの主リップ1513と該主リップ1513よりも外径側に位置して軸方向外側に延びた第２副リップ1514とから構成されてなる。
また、補強環1511は、一端部1511aを外輪101に固定され、円筒状に形成された中間部1511bを介して他端部1511cが軸体側に延びている（図２参照）。

次に、前記軸側シール環152は耐腐蝕性にとむ特殊鋼板例えばステンレス鋼板を用いて成形されたもので、その形状は断面ほぼコ字状にして前記軸体12に緊密嵌合固定される円筒部（以下第１円筒部ともいう。各実施例においても同じ。）1521とこれよりも外径側に延びた中間部1522とこれに続き軸方向内側に延びた第２円筒部1523とから構成されてなる。尚、本実施例においては、この中間部1522と第２円筒部1523により外径方向部分を構成する。この外径方向部分の構成は本実施例に限定されない。また、以下各実施例においても同じである。
第２円筒部1523は、外周縁部1823の周囲にゴム、合成樹脂等の弾性体を備えて形成され、その周縁部にリップが形成されている。

前記外輪側シール環151の前記第１副リップ1512が軸方向内向きに設けられて軸体12の外周面122と接触し、主リップ1513が軸方向外向きに設けられて前記軸側シール環152の第１円筒部1521の外周面1524と接してシール部を形成し、また前記第２円筒部1523は前記第２副リップ1514の外方傾斜面1816とこれに対応する内方傾斜面1826のすきまＣ6 によりラビリンスシールが形成される。
そして、前記第２円筒部1523はその周縁部のリップが外輪101 の端部1013の内周面1014に接触して接触型シール部1825が形成される。

本実施例において、外輪側シール環151の第１副リップ1512は軸方向内向きに設けられて軸体12の外周面122に接触していることにより軸受内のグリースが洩れるのを防ぐと共に、主リップ1513が軸側シール環152の第１円筒部1521の外周面1524と接することにより外部からの異物の侵入を防止する中間シールの役目をなしシール部が形成される。
尚、本実施例においては第１副リップ1512は軸体12の外周面122 に接触していることにより、軸側シール環152と軸体12とのはめあい面から軸受内のグリースが洩れるのを防ぐのにも効果的である。

また、外輪側シール環151の第２副リップ1514が軸側シール環152の第２円筒部1523の内周面に非接触により外部シールの役目をなすシール部が形成され、また該シール部は、軸側シール環152の中間部1522と第２円筒部1523との協働作用により軸受側に侵入しようとする冷却水、水蒸気を振り切ることができる。

要するに、本発明の軸受シール装置は、第１副リップ1512が軸体12の外周面122と接触によるシール部、また主リップ1513が第１円筒部1521の外周面1524と接触によるシール部、さらに第２副リップ1514が第２円筒部1523の内周面との間で非接触によるシール部の三重構造が形成される。

また、外輪側シール環151 の補強環1511は、一端部1511a が外輪101 に固定され、円筒状に形成された中間部1511b を介して、他端部1511c が軸体側に延びているので、他端部1511c は一端部1511a より軸方向外側に位置し、他端部1511c は第１副リップ1512を補強している。
このため、第１副リップ1512 は軸体12の外周面122 と緊迫力をもって摺接することができ、ガータスプリング等を使用する必要がない。

図３は本発明の実施例２を示す要部拡大断面図で、前記実施例１と異なる点は、軸側シール環152 の第２円筒部1523の外周縁部を半径方向外方に延ばしたフランジ部1527の周囲にゴム、合成樹脂などの弾性体よりなる半径方向外向きの接触型シール部1528を設けたところにある。
該接触型シール部1528はそのリップが外輪101 の端部1013の内周面1014に接触してシールが形成される。
また、外輪側シール環151の第２副リップ1514が、軸側シール環152 の第２円筒部1523の内周面1525との間で接触のシール部を形成する。
また、外輪側シール環151の第２副リップ1514が軸側シール環152の第２円筒部1523の内周面に接触により外部シールの役目をなすシール部が形成され、また該シール部は、軸側シール環152の中間部1522と第２円筒部1523との協働作用により軸受側に侵入しようとする冷却水、水蒸気を振り切ることができる。

本発明装置を組込んだウォータポンプの要部断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 本発明の実施例２を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

101 ：外輪
11：ケーシング
12：軸体
13：転動体
130 ：プーリ
14：インペラ
15：シール装置
151：外輪側シール環
1511：補強環
1512：第１副リップ
1514：第２副リップ
1513：主リップ
152：軸側シール環
1521：第１円筒部
1522：中間部
1523：第２円筒部

Claims (3)

1. ケーシングに固定された外輪と、一端側にプーリを備え、他端側にインペラを備えた軸体との間に複数列の転動体を有し、かつ前記外輪の両端部に固定されたシール環によって軸体との間をシールしてなるウォータポンプ用軸受シール装置において、前記シール環のうち、インペラ側のシール環は、補強環とゴム、合成樹脂などの弾性体で形成したリップを備えた外輪側シール環と、ゴム、合成樹脂などの弾性体で形成したリップを有し、軸体に嵌合固定された軸側シール環よりなり、前記外輪側シール環のリップが軸体の外周面と接し、前記軸側シール環のリップが前記外輪の端部の内周面と接していることを特徴とするウォータポンプ用軸受シール装置。
2. ケーシングに固定された外輪と、一端側にプーリを備え、他端側にインペラを備えた回転する軸体と、上記外輪と軸体との間に配される複数列の転動体と、補強環とゴム、合成樹脂などの弾性体で形成したリップを備えた外輪側シール環およびゴム、合成樹脂などの弾性体で形成したリップを有し、軸体に嵌合固定された軸側シール環とからなるインペラ側のシール装置とによって構成され、前記外輪側シール環のリップが軸体の外周面と接し、前記軸側シール環のリップが前記外輪の端部の内周面と接していることを特徴とするウォータポンプ用軸受。
3. 端部にインペラを有し、ケーシングに固定された請求項２に記載のウォータポンプ用軸受を使用したことを特徴とする自動車の水冷用ウォータポンプ。

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