JP4952913B2 - ウォーターポンプ用密封装置 - Google Patents

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本発明は、密封技術に係る密封装置に関し、更に詳しくは、ウォーターポンプの軸封部に用いられるのに適した密封装置に関するものである。本発明の密封装置は例えば自動車エンジン冷却用ウォーターポンプに用いられ、またはその他の冷却用ウォーターポンプに用いられる。
従来からこの種のウォーターポンプに用いられる密封装置として、図4に示す密封装置101が知られており、この密封装置101は、ハウジング102に固定されるとともに軸103に摺動自在に密接するシールリップ104を複数並べて配置することにより、LLC等の密封流体が機内側Aから機外側Bへ漏洩しないようこれをシールしている。
しかしながら上記従来技術によると、その主たる機能である密封作動がもっぱら各シールリップ104の摺動作動のみに依存しているため、発揮し得る密封性能に限界を有している。またウォーターポンプ用の密封装置としては、密封性能のほかに以下の点に留意する必要がある。
(1)密封流体圧として機内側から0.2MPa程度の圧力が作用するので、耐圧性を考慮する必要がある。
(2)水潤滑でシールリップが摩耗しやすいので、耐摩耗性を考慮する必要がある。
(3)ポンプ内に存在する鋳砂、錆または砂粒等の異物が水中に混入してシールリップを摩耗させやすいので、この点からも耐摩耗性を考慮する必要がある。
特開2002−310095号公報
本発明は以上の点に鑑みて、上記LLC等の密封流体を密封するウォーターポンプ用密封装置において、その密封性能および耐摩耗性を向上させることが可能な密封装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の請求項1による密封装置は、LLCよりなる密封流体が機内側から機外側へ漏洩しないようハウジングおよび軸間に装着されるウォーターポンプ用密封装置において、スリーブ、第一リップシール部材および第二リップシール部材を有し、前記スリーブは、前記軸の外周に固定される筒状固定部の機内側端部に径方向外方へ向けてフランジ部を一体成形し、前記フランジ部の外周端部に機外側へ向けて筒状部を一体成形し、前記筒状部の機外側端部に径方向外方へ向けて外周フランジ部を一体成形したものであり、前記第一リップシール部材は、筒状部の機内側端部に径方向内方へ向けてフランジ部を一体成形した金属環にゴム状弾性体を被着したものであって、前記ゴム状弾性体によって、前記金属環の筒状部の外周面に被着された外周ゴム部と、前記金属環の筒状部の内周面に被着された内周ゴム部と、前記金属環のフランジ部に被着されたフランジゴム部と、前記フランジゴム部の内周側に配置された第一シールリップとが一体成形され、前記第一シールリップは、その受圧面を機内側に向け、この受圧面で密封流体圧を受けたときに前記スリーブの筒状固定部の外周面に押し付けられるように構成され、前記金属環には、前記第一リップシール部材の内周ゴム部の内周側に前記第二リップシール部材を固定したときにこの第二リップシール部材が軸方向に抜け出るのを防止するためのカシメ端部が前記筒状部の機外側端部に一体成形され、前記第二リップシール部材は、前記第一リップシール部材の内周ゴム部の内周側に固定される筒状固定部の内周面に第二シールリップを一体成形し、更にその機外側に第三シールリップを一体成形したものであって、前記第二および第三シールリップはそれぞれ前記第一シールリップと同様、その受圧面を機内側に向け、この受圧面で密封流体圧を受けたときに前記スリーブの筒状固定部の外周面に押し付けられるように構成され、前記スリーブにおける外周フランジ部の機外側端面が前記第一リップシール部材と軸方向に対向することによりラビリンスシールが設けられ、このラビリンスシールは、前記各シールリップが受ける密封流体圧を事前に減圧する減圧機構として作用することを特徴とすることを特徴とする。
また、本発明の請求項2による密封装置は、上記した請求項1記載のウォーターポンプ用密封装置において、前記ラビリンスシールを構成する軸方向一対の対向面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構を設けたことを特徴とする。
また、本発明の請求項3による密封装置は、上記した請求項1または2記載のウォーターポンプ用密封装置において、互いに摺動する前記第一シールリップおよび前記スリーブの摺動面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構を設けたことを特徴とする。
更にまた、本発明の請求項4による密封装置は、上記した請求項1または2記載のウォーターポンプ用密封装置において、互いに摺動する前記第一シールリップおよび前記スリーブの摺動面の少なくとも一方に、噛み込んだ異物を捕捉する作用を発揮する異物トラップ機構を設けたことを特徴とする。
上記構成を有する本発明の請求項1による密封装置においては、ハウジングに固定されるとともに軸に固定したスリーブに摺動自在に密接するシールリップが設けられているために、このシールリップが密封流体をシールする作用を発揮するとともに、シールリップの機内側にスリーブによりラビリンスシールが設定されているために、このラビリンスシールが密封流体圧を減圧させる作用を発揮する。ラビリンスシールは、スリーブとこれに対向する部品間に狭隘な軸方向間隙を形成し、この狭隘な間隙を流体が通過しにくいことから、減圧作用ないしシール作用を発揮する。したがって、ラビリンスシールによって減圧される比較的低圧の密封流体をシールリップがシールする構造となるために、相対にシールリップによるシール機能を高めることができ、よって密封性能を向上させることができる。
また、シールリップの機内側にラビリンスシールが配置されているために、機内側に存在する鋳砂等の異物がラビリンスシールを通過しにくく、シールリップに達しにくい。したがって、異物がリップ摺動部に侵入してシールリップが早期に摩耗するのを抑制することが可能とされている。また、ラビリンスシールが密封流体圧を低減させると、シールリップに作用する負荷が軽減され、シールリップの接触面圧が低減されることになる。したがって、異物がリップ摺動部に侵入することがあってもシールリップの受けるダメージを小さくすることができ、よってこの点からもシールリップの早期摩耗を抑制することが可能とされており、これらによりシールリップの耐摩耗性を向上させることができる。
尚、本発明では、その構成部品であるスリーブが、シールリップに対する摺動の相手方部品と、ラビリンスシールを形成する部品とを兼ねることになる。
また、上記構成を有する本発明の請求項1による密封装置においては、シールリップの機外側に第二シールリップが設けられているために、シールリップを通過する流体が生じたときにこの流体を第二シールリップでシールすることが可能とされている。したがって、密封装置全体として密封性能を一層向上させることができる。
また、本発明の請求項1による密封装置においては、シールリップをハウジングに固定するための金属環の軸方向端部に第二シールリップを軸方向に抜け止めするためのカシメ端部が一体に設けられているために、シールリップおよび第二シールリップが互いに非接着で組み立てられても、部品相互が強固に組み合わされ、シールリップから第二シールリップが脱落することがない。したがって、部品相互を強固に組み合わせ、その取り扱い作業性等を向上させることができる。
また、本発明の請求項2による密封装置においては、ラビリンスシールを構成する軸方向一対の対向面の少なくとも一方に戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構が設けられているために、回転時に発生する戻し流体圧によって密封流体を機内側へ戻すことが可能とされており、よって密封装置全体としての密封性能を一層向上させることができる。また、戻し流体圧によって異物を排除できることから、異物によってシールリップが早期摩耗するのを抑えることができる。
また、本発明の請求項3による密封装置においては、互いに摺動するシールリップおよびスリーブの摺動面の少なくとも一方に戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構が設けられているために、回転時に発生する戻し流体圧によって密封流体を機内側へ戻すことが可能とされており、よって密封装置全体としての密封性能を一層向上させることができる。また、戻し流体圧によって異物を排除できることから、異物によってシールリップが早期摩耗するのを抑えることができる。
更にまた、本発明の請求項4による密封装置においては、互いに摺動するシールリップおよびスリーブの摺動面の少なくとも一方に噛み込んだ異物を捕捉する作用を発揮する異物トラップ機構が設けられているために、摺動部に異物が侵入するとこれをトラップ機構内に噛み込んで捕捉することが可能とされている。したがって、異物によってシールリップが早期摩耗したり、異物が外部へ漏出したりするのを有効に抑えることができる。
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
第一実施例・・・
図1は、本発明の第一実施例に係る密封装置1の要部断面を示している。当該実施例に係る密封装置1は、密封流体(液体)であるLLC(ロングライフクーラント)が機内側(密封流体側)Aから機外側(大気側)Bへ漏洩しないよう自動車エンジン冷却用ウォーターポンプの軸封部に装着されるものであって、以下のように構成されている。
すなわち先ず、ハウジング2の軸孔内周に固定されるとともに軸3の外周に固定したスリーブ11の外周面に摺動自在に密接するシールリップ(第一シールリップ)24が設けられており、このシールリップ24よりも機内側Aにスリーブ11によってラビリンスシール(ラビリンス機構)41が設定されている。シールリップ24よりも機外側Bには第二シールリップ33が設けられている。シールリップ24は金属環25の嵌合代によってハウジング2の軸孔内周に固定されるもので、金属環25の軸方向端部には、第二シールリップ33を軸方向に抜け止めするためのカシメ端部25cが一体成形されている。
また、当該実施例に係る密封装置1は、その構成部品として、スリーブ11、第一リップシール部材21および第二リップシール部材31を有している。
このうち、スリーブ11は、軸3の外周に固定される比較的長尺な筒状固定部12の機内側端部に径方向外方へ向けてフランジ部13を一体成形し、このフランジ部13にその一部としてラビリンスシール形成部(詳細後述)14を設けたものである。またこのスリーブ11は、SUS等よりなる金属板の単品(板金プレス品)により構成されている。
第一リップシール部材21は、ハウジング2の軸孔内周に固定される筒状固定部22の機内側端部に径方向内方へ向けてフランジ部23を一体成形し、このフランジ部23に、スリーブ11の筒状固定部12の外周面に摺動自在に密接する第一シールリップ24を一体成形したものである。またこの第一リップシール部材21は、筒状部25aの機内側端部に径方向内方へ向けてフランジ部25bを一体成形した金属環25にゴム状弾性体26を被着(加硫接着)したものであって、このゴム状弾性体26によって、金属環25の筒状部25aの外周面に被着された外周ゴム部26aと、金属環25の筒状部25aの内周面に被着された内周ゴム部26bと、金属環25のフランジ部25bの機内側および機外側端面ならびに内周部に被着されたフランジゴム部26cと、フランジゴム部26cの内周側に配置された第一シールリップ24とが一体に成形されている。外周および内周ゴム部26a,26bは金属環25の筒状部25aとともに上記筒状固定部22をなしている。フランジゴム部26cは金属環25のフランジ部25bとともに上記フランジ部23をなしている。第一シールリップ24は、その受圧面24aを機内側Aに向け、この受圧面24aで密封流体圧を受けたときにスリーブ11の筒状固定部12の外周面に押し付けられるように構成されている。更にまた、金属環25には、第一リップシール部材21の筒状固定部22の内周に第二リップシール部材31を固定(嵌合)したときにこの第二リップシール部材31が軸方向に抜け出るのを防止するためのカシメ端部25cが筒状部25aの機外側端部に一体成形されている。
第二リップシール部材31は、第一リップシール部材21の筒状固定部22の内周に固定される筒状固定部32の内周面に、スリーブ11の筒状固定部12の外周面に摺動自在に密接する第二シールリップ33を一体成形し、更にその機外側Bに第三シールリップ34を一体成形したものである。またこの第二リップシール部材31は、ゴム状弾性体の単品よりなり、このゴム状弾性体によって、上記筒状固定部32ならびに第二および第三シールリップ33,34が一体に成形されている。第二および第三シールリップ33,34はそれぞれ、第一シールリップ24と同様、その受圧面33a,34aを機内側Aに向け、この受圧面33a,34aで密封流体圧を受けたときにスリーブ11の筒状固定部12の外周面に押し付けられるように構成されている。
ラビリンスシール41は、スリーブ11と第一リップシール部材21との間に微少な軸方向間隙として設定されている。すなわちスリーブ11のフランジ部13にその一部としてラビリンスシール形成部14が設けられ、このラビリンスシール形成部14と第一リップシール部材21の機内側端面との間にラビリンスシール41が設定されている。ラビリンスシール形成部14は、フランジ部13の外周端部に機外側Bへ向けて一体成形された筒状部14aと、この筒状部14aの機外側端部に径方向外方へ向けて一体成形された外周フランジ部14bとよりなるので、この外周フランジ部14bの機外側端面が第一リップシール部材21のフランジ部23の機内側端面と微少な軸方向間隙をもって対向し、これによりここにラビリンスシール41が設けられている。
ハウジング2側に固定される上記第一リップシール部材21および第二リップシール部材31はそれぞれ別体にて製作され、接着剤を用いることなく非接着にて組み立てられるものである。
上記構成の密封装置1がウォーターポンプの軸封部に装着されると、機内側Aの第一シールリップ24が一次シールをなすとともに機外側Bの第二および第三シールリップ33,34が二次および三次シールをなし、更に第一シールリップ24の機内側Aに減圧機構として作用するラビリンスシール41が配置されることになる。したがって上記密封装置1においては、以下の作用効果が発揮される。
すなわち先ず、上記構成の密封装置1においては、ハウジング2の軸孔内周に固定されるとともに軸3の外周に固定したスリーブ11の外周面に摺動自在に密接するシールリップ24が設けられているために、このシールリップ24が密封流体をシールする作用を発揮し、シールリップ24よりも機内側Aにスリーブ11によってラビリンスシール41が設定されているために、このラビリンスシール41が密封流体圧を減圧させる作用を発揮する。したがって、後者のラビリンスシール41によって減圧される比較的低圧の密封流体を前者のシールリップ24がシールする構造であるために、相対にシールリップ24によるシール機能を高めることができ、よって密封性能を向上させることができる。
また、シールリップ24よりも機内側Aにラビリンスシール41が配置されているために、機内側Aに存在する鋳砂等の異物は狭隘なラビリンスシール41を通過しにくく、よってシールリップ24に達しにくいものである。したがって、異物がリップ摺動部に侵入してシールリップ24が早期に摩耗するのを抑制することが可能とされている。また、ラビリンスシール41が密封流体圧を低減させると、シールリップ24に作用する負荷が軽減され、シールリップ24の接触面圧が低減されることになる。したがって、異物がリップ摺動部に侵入してもシールリップ24の受けるダメージを小さくすることができ、よってこの点からもシールリップ24の早期摩耗を抑制することが可能とされている。したがって、これらによりシールリップ24の耐摩耗性を向上させることができる。
また、シールリップ24よりも機外側Bに第二および第三シールリップ33,34が設けられているために、シールリップ24を通過した密封流体をこの第二および第三シールリップ33,34でシールすることが可能とされている。したがって、密封装置1全体として密封性能を一層向上させることができる。
また、シールリップ24を有する第一リップシール部材21をハウジング2に固定するための金属環25の軸方向端部に第二および第三シールリップ33,34を有する第二リップシール部材31を軸方向に抜け止めするためのカシメ端部25cが一体成形されているために、第一および第二リップシール部材21,31が互いに非接着にて組み立てられても、部品相互が強固に組み合わされ、第二リップシール部材31が脱落することがない。したがって、部品相互を強固に組み合わせ、その取り扱い作業性等を向上させることができる。
尚、上記第一実施例に係る密封装置1は、その構成を以下のように付加・変更することが考えられる。
第二実施例・・・
上記第一実施例では、シールリップ24をゴム状弾性体製としたが、これに代えてシールリップ24を樹脂製とする。図2の例では、シールリップ24はPTFE等の樹脂(プレート状樹脂)の単品により構成されており、その外周部24bをもって第一リップシール部材21のフランジ部23と第二リップシール部材31の筒状固定部32との間に挟み込まれている。また、この挟み込みを強化するため、第二リップシール部材31には金属環35が埋設されている。
第三実施例・・・
上記第一実施例の構成に加えて、ラビリンスシール41を構成する軸方向一対の対向面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構を設ける。図3の例では、ラビリンスシール41を構成する軸方向一対の対向面がスリーブ11におけるラビリンスシール形成部14の機外側端面と第一リップシール部材21におけるフランジ部23の機内側端面とよりなるので、このうちのフランジ部23の機内側端面にポンピング機構51が設けられ、より詳細には、フランジゴム部26cの機内側端面にポンピング機構51が設けられている。ポンピング機構51は、1本または複数本の螺旋溝(ネジ溝)よりなり、回転時に発生する戻しポンプ作用によって流体を機内側Aへ押し戻し、また異物を排出するものである。
また、上記第一実施例の構成に加えて、互いに摺動するシールリップ24およびスリーブ11の摺動面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構を設ける。図3の例では、互いに摺動する摺動面がシールリップ24の内周面とスリーブ11における筒状固定部12の外周面とよりなるので、このうちのシールリップ24の内周面にポンピング機構61が設けられている。ポンピング機構61は上記したように、1本または複数本の螺旋溝(ネジ溝)よりなり、回転時に発生する戻しポンプ作用によって流体を機内側Aへ押し戻し、また異物を排出するものである。
また、このシールリップ24およびスリーブ11の摺動面の少なくとも一方にポンピング機構61に代えて、噛み込んだ異物を捕捉する作用を発揮する異物トラップ機構(図示せず)を設けるようにしても良い。異物トラップ機構は、1本または複数本の環状溝(複数本の場合は平行溝となる)よりなり、溝内に異物を噛み込んで捕捉(保持)するものである。
本発明の第一実施例に係る密封装置の要部断面図 本発明の第二実施例に係る密封装置の要部断面図 本発明の第三実施例に係る密封装置の要部断面図 従来例に係る密封装置の断面図
符号の説明
1 密封装置
2 ハウジング
3 軸
11 スリーブ
12,22,32 筒状固定部
13,23,25b フランジ部
14 ラビリンスシール形成部
14a,25a 筒状部
14b 外周フランジ部
21 第一リップシール部材
24 シールリップ(第一シールリップ)
24a,33a,34a 受圧面
24b 外周部
25,35 金属環
25c カシメ端部
26 ゴム状弾性体
26a 外周ゴム部
26b 内周ゴム部
26c フランジゴム部
31 第二リップシール部材
33 第二シールリップ
34 第三シールリップ
41 ラビリンスシール
51,61 ポンピング機構
A 機内側
B 機外側

Claims (4)

  1. LLCよりなる密封流体が機内側(A)から機外側(B)へ漏洩しないようハウジング(2)および軸(3)間に装着されるウォーターポンプ用密封装置(1)において、
    スリーブ(11)、第一リップシール部材(21)および第二リップシール部材(31)を有し、
    前記スリーブ(11)は、前記軸(3)の外周に固定される筒状固定部(12)の機内側端部に径方向外方へ向けてフランジ部(13)を一体成形し、前記フランジ部(13)の外周端部に機外側(B)へ向けて筒状部(14a)を一体成形し、前記筒状部(14a)の機外側端部に径方向外方へ向けて外周フランジ部(14b)を一体成形したものであり、
    前記第一リップシール部材(21)は、筒状部(25a)の機内側端部に径方向内方へ向けてフランジ部(25b)を一体成形した金属環(25)にゴム状弾性体(26)を被着したものであって、前記ゴム状弾性体(26)によって、前記金属環(25)の筒状部(25a)の外周面に被着された外周ゴム部(26a)と、前記金属環(25)の筒状部(25a)の内周面に被着された内周ゴム部(26b)と、前記金属環(25)のフランジ部(25b)に被着されたフランジゴム部(26c)と、前記フランジゴム部(26c)の内周側に配置された第一シールリップ(24)とが一体成形され、前記第一シールリップ(24)は、その受圧面(24a)を機内側(A)に向け、この受圧面(24a)で密封流体圧を受けたときに前記スリーブ(11)の筒状固定部(12)の外周面に押し付けられるように構成され、前記金属環(25)には、前記第一リップシール部材(21)の内周ゴム部(26b)の内周側に前記第二リップシール部材(31)を固定したときにこの第二リップシール部材(31)が軸方向に抜け出るのを防止するためのカシメ端部(25c)が前記筒状部(25a)の機外側端部に一体成形され、
    前記第二リップシール部材(31)は、前記第一リップシール部材(21)の内周ゴム部(26b)の内周側に固定される筒状固定部(32)の内周面に第二シールリップ(33)を一体成形し、更にその機外側(B)に第三シールリップ(34)を一体成形したものであって、前記第二および第三シールリップ(33)(34)はそれぞれ前記第一シールリップ(24)と同様、その受圧面(33a)(34a)を機内側(A)に向け、この受圧面(33a)(34a)で密封流体圧を受けたときに前記スリーブ(11)の筒状固定部(12)の外周面に押し付けられるように構成され、
    前記スリーブ(11)における外周フランジ部(14b)の機外側端面が前記第一リップシール部材(21)と軸方向に対向することによりラビリンスシール(41)が設けられ、このラビリンスシール(41)は、前記各シールリップ(24)(33)(34)が受ける密封流体圧を事前に減圧する減圧機構として作用することを特徴とするウォーターポンプ用密封装置。
  2. 請求項1記載のウォーターポンプ用密封装置において、
    前記ラビリンスシール(41)を構成する軸方向一対の対向面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構(51)を設けたことを特徴とするウォーターポンプ用密封装置。
  3. 請求項1または2記載のウォーターポンプ用密封装置において、
    互いに摺動する前記第一シールリップ(24)および前記スリーブ(11)の摺動面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構(61)を設けたことを特徴とするウォーターポンプ用密封装置。
  4. 請求項1または2記載のウォーターポンプ用密封装置において、
    互いに摺動する前記第一シールリップ(24)および前記スリーブ(11)の摺動面の少なくとも一方に、噛み込んだ異物を捕捉する作用を発揮する異物トラップ機構を設けたことを特徴とするウォーターポンプ用密封装置。
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