JP2001004013A - メカニカルシール付き液体ポンプにおける騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メカニカルシール付き液体ポンプの騒音を低
減する。 【解決手段】 回転軸５のハウジング１、２外の部分に
従動プーリ２１を固定し、回転軸５がベルト伝動機構を
経て回転駆動される構成にし、回転軸５のハウジング
１、２内の部分に回転リング１２を、回転軸５が貫通し
たハウジング１の軸孔４に非回転リング１４を取り付
け、回転リング１２と非回転リング１４の一方を他方に
軸心方向に押し付ける弾性体１６を設けたメカニカルシ
ール付き液体ポンプにおいて、起振源の両リング１２、
１４から回転軸５を経て従動プーリ２１の外周面又は側
面に至る振動伝達経路の途中に、その振動系の減衰を正
にする減衰材３１を介在した騒音低減装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メカニカルシール
を装着した液体ポンプにおいて発生する騒音を低減する
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジンの冷却水を循環させる
冷却水ポンプは、その回転軸のハウジング外の軸端に従
動プーリを固定し、エンジンのクランク軸の軸端に駆動
プーリを固定し、駆動プーリと従動プーリに無端のベル
トを掛け渡している。回転軸がベルト伝動機構を経てエ
ンジンによって回転駆動される。

【０００３】冷却水ポンプは、その回転軸とこれが貫通
したハウジングの軸孔の間から冷却水が漏れ出るのを防
止するメカニカルシールを装着している。

【０００４】メカニカルシールは、回転軸のハウジング
内の部分に、これと一緒に回転する回転リングを取り付
け、ハウジングの軸孔に、回転軸と一緒に回転しない非
回転リングを取り付け、同心状に並列した回転リングと
非回転リングの一方を、軸心方向に移動不可能なシート
リングに、他方を軸心方向に移動可能な従動リングに
し、従動リングをシートリングに押し付ける弾性体を設
け、従動リングの端面をシートリングの端面に弾性体の
弾性力で押し付けて、密接する両端面を密封端面にして
いる。

【０００５】冷却水ポンプの回転軸が回転すると、メカ
ニカルシールの回転リングが回転し、非回転リングが回
転せず、回転リングの密封端面が非回転リングの密封端
面に対して滑る。

【０００６】メカニカルシールの両リングの密封端面
は、製作や組立の誤差、使用時の熱変形や磨耗によっ
て、微小なうねり、凹凸や傾きがある。両密封端面の間
から微小な液漏れがある。両密封端面の間の液体が密封
端面を潤滑する液膜になる。

【０００７】メカニカルシールの密閉性を高めるため、
両リングの押し付け力を高めると、メカニカルシールの
リングなどや、冷却水ポンプの回転軸や従動プーリなど
が振動して騒音が発生する。

【０００８】メカニカルシールを装着した冷却水ポンプ
ではなく、冷却水ポンプを駆動するエンジンにおいて発
生するクランク軸のねじり振動やトルク変動の影響を低
減するため、次のような発明がなされた。

【０００９】第１従来技術（特開昭６２−２９７５５７
号、特開平１０−１９６７１９号公報） エンジンのクランク軸に固定する駆動プーリをダンパプ
ーリにする。ダンパプーリは、クランク軸に固定する中
心ハブ部と、ベルトを掛ける外周溝部の間にゴムの弾性
環を介在し、外周溝部の質量体と弾性環の弾性体で副振
動系を構成し、副振動系の固有振動数を、主振動系を構
成するクランク軸の特定のねじり振動数に一致させる。

【００１０】エンジンの作動によりクランク軸がその一
部に周期的に力を受けてねじり振動すると、ダンパプー
リの副振動系がその固有振動数で振動して振動エネルギ
を吸収し、主振動系のクランク軸は、副振動系の固有振
動数に一致する振動数のねじり振動が低減される。

【００１１】第２従来技術（実開昭６３−６８５４０
号、特開平１０−２６７０８３号公報） エンジンのクランク軸に固定する駆動プーリをトルク変
動吸収ダンパにする。このダンパは、クランク軸に固定
する中心ハブ部と、ベルトを掛ける外周溝部の間にベア
リングを介在し、中心ハブ部とこれに対して回転可能な
外周溝部をゴムのカップリングで連結している。

【００１２】エンジンの作動によりクランク軸が間欠的
に力を受けてクランク軸のトルクが変動すると、クラン
ク軸のトルク変動がダンパプーリのカップリングで吸収
され、ダンパプーリの外周溝部側、即ち、エンジンのク
ランク軸に連結される補機に伝達されるトルク変動が低
減される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、メカニカル
シール又はこれを装着した冷却水ポンプないし液体ポン
プにおいて発生する振動や騒音を低減する従来技術は、
見当たらない。

【００１４】本発明者の研究によると、メカニカルシー
ルを装着した冷却水ポンプにおいて、ハウジング内のメ
カニカルシールで発生する振動は、回転軸を経て主にハ
ウジング外の従動プーリに伝わり、従動プーリの外周面
や側面から騒音が放射される。そして、この騒音に関与
する回転軸系の振動は、固有振動数が多数存在する。例
えば、５５８、６９１、８６４、１６６１、１９５２、
１９５７、１９９４、１９９９、２５１８、２５２５、
２５２８、２５３０、２７００と２７２７Ｈｚの１４個
である。

【００１５】従って、第１従来技術では、ダンパプーリ
が特定の１個の振動数に共振させる副振動系を構成する
ので、１４個もの多数の副振動系を構成することが実質
上不可能である。

【００１６】また、第２従来技術では、トルク変動吸収
ダンパの中心ハブ部と外周溝部が金属製のベアリングを
介して接触しているので、中心ハブ部を固定した軸のね
じり振動以外の振動が中心ハブ部と金属製ベアリングを
経て外周溝部に伝わる。外周溝部の外周面や側面から騒
音が放射される。

【００１７】結局、第１、第２従来技術では、メカニカ
ルシールを装着した液体ポンプにおいて発生する騒音を
低減することができない。

【００１８】

【課題を解決するための研究】メカニカルシールを装着
した冷却水ポンプにおいて騒音が発生する機構を研究し
た。

【００１９】メカニカルシールは、密閉性を高めるた
め、両リングの押し付け力を高めると、両リング間の液
膜が薄くなり、両リング間の流体摩擦が減少して固体摩
擦が現れ、流体摩擦と固体摩擦が混合した潤滑状態にな
る。両リング間の摩擦力は、両リングの相対速度が零か
ら増加するに従って減少し、流体摩擦とは異なり、相対
速度の増加により摩擦力が減少する、いわゆる負の抵抗
となり、両リングの相対速度がある値を超えると、両リ
ングの相対速度が増加するに従って増加し、流体摩擦と
同様に、相対速度の増加により摩擦力が増加する正の抵
抗となる。

【００２０】両リングを起振源とする振動系は、両リン
グの相対速度が小さい範囲では、両リングの相対速度が
増加するに従って減少する負の抵抗ないし負の減衰を有
することとなり、いわゆる自励振動が発生する。自励振
動は、図１に破線で示すように、時間の経過に伴って振
幅が増大する。

【００２１】メカニカルシールを装着した冷却水ポンプ
においては、メカニカルシールの両リングで発生する自
励振動が冷却水ポンプの回転軸を経て冷却水ポンプの従
動プーリに伝わり、従動プーリの外周面や側面から騒音
が放射される。そして、時間の経過に伴って自励振動の
振幅が増大するに従って騒音が増大する。このように、
騒音の発生機構が明らかになった。

【００２２】そこで、メカニカルシールの両リングを起
振源とする振動系に、自励振動の発生源となる負の抵抗
ないし負の減衰を正にするため、正の減衰材、即ち、変
形速度が増加するに従って抵抗が増加するゴムのような
減衰材を付加することを思い付いた。ゴムのような減衰
材の付加によって振動系の減衰が正になると、その振動
系は、図１に実線で示すように、時間の経過に伴って振
幅が減少し、自励振動が発生しない。

【００２３】また、騒音は、冷却水ポンプの従動プーリ
の外周面や側面から放射されるので、起振源の両リング
から回転軸を経て従動プーリの外周面又は側面に至る振
動伝達経路の途中にゴムのような減衰材を介在すると、
従動プーリの外周面又は側面が大きく振動せず、従動プ
ーリの外周面又は側面から大きな騒音が発生しない。

【００２４】例えば、従動プーリは、回転軸に嵌合する
中心ボス部の中間にゴムの円筒形状の減衰材を介在した
本発明の場合、図２に本発明を太い実線で、従来例を細
線で示すように、従動プーリの外周面の振動レベルは、
減衰材のない従来例におけるそれに比較して、広い周波
数範囲において、大きく低下する。振動数が約５００〜
３０００Ｈｚの広い範囲で、振動レベルを２０ｄＢ以上
も低減することができる。

【００２５】図２において、発明例２は、発明例１の減
衰材の縦弾性係数を３倍にした場合、発明例３は、発明
例１の減衰材の縦弾性係数を１０倍にした場合を示す。
減衰材の縦弾性係数が小さいほど、振動減衰効果が高
い。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸に従動
プーリを固定し、回転軸がベルト伝動機構を経て回転駆
動される構成にし、回転軸に、これと一緒に回転する回
転リングを、回転軸が貫通したハウジングの軸孔に、回
転軸と一緒に回転しない非回転リングを取り付け、回転
リングと非回転リングの一方を他方に軸心方向に押し付
ける弾性体を設けたメカニカルシール付き液体ポンプに
おいて、起振源の両リングから回転軸を経て従動プーリ
の外周面又は側面に至る振動伝達経路の途中に、その振
動系の減衰を正にする減衰材を介在したことを特徴とす
る騒音低減装置である。

【００２７】

【発明の効果】本発明においては、従動プーリの外周面
又は側面が大きく振動せず、従動プーリの外周面又は側
面から大きな騒音が発生しない。

【００２８】

【発明の実施の形態】［第１例（図３と図４参照）］本
例は、自動車のエンジンの冷却水を循環させるメカニカ
ルシール付き冷却水ポンプにおける騒音低減装置であ
る。

【００２９】冷却水ポンプは、図３に示すように、前後
のハウジング１、２を結合して渦巻液室３を形成し、前
側ハウジング１の軸孔４に回転軸５を貫通して転がり軸
受６で軸受けし、渦巻液室３に突出した回転軸５の内端
側細径部に渦巻室３内のインペラ７を固定している。

【００３０】渦巻液室３の冷却水が前側ハウジング１の
軸孔４と回転軸５の間から漏れ出るのを防止するメカニ
カルシールは、図３に示すように、インペラ７の内周部
に円環形状のパッキング１１を介して円環形状のシート
リング１２を同心状に固定し、回転リングのシートリン
グ１２を回転軸５の内端側細径部に軸心方向に移動不可
能に固定している。

【００３１】前側ハウジング１の軸孔４の開口内端に
は、円環形状のケース１３を嵌合して固定し、溝形状断
面のケース１３の内周壁先端部外周に円環形状の従動リ
ング１４を嵌合し、ケース１３の内周壁先端部外周面と
従動リング１４の内周面に軸心方向に沿って形成した突
状と溝を嵌合して、非回転リングの従動リング１４を軸
孔４に軸心方向に移動可能に同心状に取り付けている。

【００３２】従動リング１４とシートリング１２は、前
後に同心状に並列し、向かい合った端面を重ね合わせて
いる。

【００３３】従動リング１４とケース１３の底面の間に
は、ゴム製のベローズ１５を嵌め込み、ベローズ１５の
前端部と後端部をそれぞれケース１３の底面と従動リン
グ１４に接着し、ベローズ１５の前端部と後端部の間
に、ベローズ１５の外周に嵌合した弾性体の螺旋ばね１
６を嵌め込み、螺旋ばね１６の弾性力で従動リング１４
をシートリング１２に押し付け、従動リング１４とシー
トリング１２の重ね合わさった端面を密接して密封端面
にしている。

【００３４】前側ハウジング１の外に突出した回転軸５
の外端側細径部には、従動プーリ２１を固定している。
従動プーリ２１は、図示しないが、エンジンのクランク
軸の軸端に固定した駆動プーリとの間に無端のベルトを
掛け渡している。回転軸５がベルト伝動機構を経てエン
ジンによって回転駆動される。

【００３５】従動プーリ２１は、図３に示すように、回
転軸５の外端側細径部に嵌合する厚肉円筒形状の中心ボ
ス部２２、ベルトを掛ける円筒形状の外周溝部２３と、
中心ボス部２２と外周溝部２３を連結する円輪板形状の
支持部２４を有し、中心ボス部２２の中間にゴムの円筒
形状の減衰材３１を介在している。減衰材３１は、起振
源の両リング１４、１２から回転軸５を経て従動プーリ
２１の外周溝部２３の内外周面と両側面に至る振動伝達
経路の途中に位置する。

【００３６】従動プーリ２１の中心ボス部２２は、内筒
部２５と外筒部２６に分割し、内筒部２５と外筒部２６
の間に減衰材３１を圧入している。

【００３７】減衰材３１は、金属製の薄肉円筒基体３２
の外周面にゴム３３を円筒形状に加硫成形して固着して
いる。

【００３８】ゴム３３は、内部摩擦が多くて減衰能力の
高い高減衰ゴムが望ましいが、ＮＲ／ＳＢＲのような通
常品でもよい。ゴム３３の縦弾性係数は、減衰材３１の
振動減衰効果と従動プーリ２１の耐久性を考慮して選択
する。圧入状態で０．１〜１kgf/cm²になるのが望まし
い。

【００３９】振動減衰効果の比較例本例と従来例のメカ
ニカルシール付き冷却水ポンプにおいて、それぞれ、イ
ンペラ７をその回転方向に加振し、従動プーリ２１の外
周溝部２３の外周面における軸心方向の振動を求める
と、図4に本例を太い実線で、従来例を細線で示すよう
になる。

【００４０】図4から明らかなように、減衰材３１のあ
る本例においては、減衰材３１のない従来例に比較し
て、振動レベルが広い振動数範囲で大きく低減する。即
ち、従動プーリ２１の外周溝部２３の内外周面と両側面
及び支持部２４の両側面から放射される騒音が大きく低
減される。

【００４１】［第２例（図５参照）］本例は、前例にお
いて、減衰材３１の介在位置を変更したものである。

【００４２】従動プーリ２１は、図５に示すように、外
周溝部２３の中間に第１例におけるのと同様な減衰材３
１を第１例におけるのと同様に介在している。減衰材３
１は、起振源の両リング１４、１２から回転軸５を経て
従動プーリ２１の外周溝部２３の外周面に至る振動伝達
経路の途中に位置する。

【００４３】その他の構成は、第１例におけるのと同様
である。

【００４４】減衰材３１のある本例においては、減衰材
３１のない従来例に比較して、振動レベルが広い振動数
範囲で大きく低減する。従動プーリ２１の外周溝部２３
の外周面から放射される騒音が大きく低減される。

【００４５】本例は、第１例におけるように従動プーリ
２１の中心ボス部２２に減衰材３１を介在することが寸
法上困難であって、従動プーリ２１の外周溝部２３の外
周面が騒音の主な放射面である場合に適している。

【００４６】［第３例（図６参照）］本例は、第１例に
おいて、従動プーリ２１の構造を変更したものである。

【００４７】従動プーリ２１は、図６に示すように、減
衰材３１を介在した中心ボス部２２とその外周に突出し
た取付片４１からなる内周部と、外周溝部２３と支持部
２４からなる外周部との２部材で構成し、内周部の取付
片４１と外周部の支持部２４をボルト４２で連結してい
る。

【００４８】従動プーリ２１の内周部と外周部は、減衰
材３１を除き、第１例、第２例における従動プーリ２１
と同様に鋳造品である。

【００４９】［変形例］ １）減衰材３１の介在位置は、従動プーリ２１の中心ボ
ス部２２と回転軸５の外端側細径部の間にする。

【００５０】２）従動プーリ２１に、油圧ポンプのよう
な回転機械を回転駆動する駆動用の外周溝部を付設す
る。

【００５１】３）第３例の従動プーリ２１において、外
周部は、鋼板製又は合成樹脂製にする。内周部は、鉄系
焼結材製にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明と従来例における振動の時間経過による
振幅変化の様子を示す線図。

【図２】本発明と従来例における振動レベルを示す線
図。

【図３】本発明の実施形態の第１例における騒音低減装
置を備えたメカニカルシール付き冷却水ポンプの断面
図。

【図４】同冷却水ポンプと従来例における振動レベルを
示す線図。

【図５】実施形態の第２例における騒音低減装置を備え
たメカニカルシール付き冷却水ポンプの一部断面図。

【図６】実施形態の第３例における騒音低減装置を備え
たメカニカルシール付き冷却水ポンプの一部断面図。

【符号の説明】

１、２ ハウジング ４ 軸孔 ５ 回転軸 １２ 回転リングのシートリング １４ 非回転リングの従動リング １６ 螺旋ばね、弾性体 ２１ 従動プーリ ３１ 減衰材

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｊ 15/34 Ｆ１６Ｊ 15/34 Ｚ (72)発明者 寺澤 真夕 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA03 CA10 CA12 CA23 DA11 3H032 AA01 AA10 3J031 AA04 CA02 3J041 AA02 BA04 BA10 BD06 DA20

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に従動プーリを固定し、回転軸が
   ベルト伝動機構を経て回転駆動される構成にし、 回転軸に、これと一緒に回転する回転リングを、回転軸
   が貫通したハウジングの軸孔に、回転軸と一緒に回転し
   ない非回転リングを取り付け、回転リングと非回転リン
   グの一方を他方に軸心方向に押し付ける弾性体を設けた
   メカニカルシール付き液体ポンプにおいて、 起振源の両リングから回転軸を経て従動プーリの外周面
   又は側面に至る振動伝達経路の途中に、その振動系の減
   衰を正にする減衰材を介在したことを特徴とする騒音低
   減装置。