JP2003262232A - ウォーターポンプ軸受シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車等に装着されるウォーターポンプのイ
ンペラ回転用のウォーターポンプ軸受において、特にイ
ンペラ装着側におけるシール構造を極めて簡単で部品点
数を少なくし、且つ密封性は極めて良好に維持するこ
と。 【解決手段】 主リップ２，第１副リップ３及び第２副
リップ４を有するシール材Ａと、前記主リップ２及び第
２副リップ４が接触する軸Ｂと、該軸Ｂを転動体１３，
１３，…を介して包囲する外輪１２とからなり，該外輪
１２箇所がハウジング本体部２０のボス孔部２０ａ内に
支持固着されたウォーターポンプ軸受と、ハウジング本
体部２０のボス孔部２０ａ開口箇所に固着されたメカニ
カルシールＣとからなること。前記第１副リップ３が前
記メカニカルシールＣの内環体Ｃ₁に接触してなるこ
と。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に装着さ
れるウォーターポンプのインペラ回転用のウォーターポ
ンプ軸受において、特にインペラ装着側におけるシール
構造を極めて簡単で部品点数を少なくし、且つ密封性は
極めて良好に維持することができるウォーターポンプ軸
受シール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ウォーターポンプ軸受におい
て、インペラ装着側のシール構造として、シールに３箇
のリップが形成され、その３箇のリップのうち、２箇の
リップがウォーターポンプ軸の軸周表面に接触し、残り
の一箇のリップが軸方向に延出して、ウォーターポンプ
軸に装着されたスリンガに接触させた構造のものが存在
している。このようなシール構造が特開平１１−１５３
０９６号に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ウォーターポンプ軸受
のシール装置における３箇のリップによるシール構造
は、軸受の密封性を高めることが可能であるが、３箇の
リップの接触において必ず１箇以上のリップは、ウォー
ターポンプ軸とは別材となるスリンガに接触させてい
る。特に、典型的なスリンガとしては、その断面形状が
ほぼコ字形状又はＬ字形状等に形成され、シールリップ
との接触面が、多面的であり、たとえばスリンガを構成
する面の少なくとも一面が軸方向と直交する方向に突出
している。

【０００４】そして、そのスリンガの軸から突出した面
部分にシールリップが接触する構造であり、これによっ
て３個のシール間の間隔が適宜に広がることになり、た
とえ最初のシールリップから水が浸入しても、次位のシ
ールリップに向かって水が移動するときに、その水を低
減させ、次位のシールリップではほぼ確実に水の浸入を
遮断し、密封性をより一層，良好にするものである。こ
のため従来のシール構造では、複数のシールリップを形
成したシール材とスリンガとが必要となり、構成部品の
点数が増えることになる。

【０００５】また、そのスリンガの加工工程、すなわち
軸へスリンガを装着する工程においては、軸に対してス
リンガを極めて正確に装着しなければならないので、シ
ール表面の振れ精度の管理が必要になる。しかも、スリ
ンガの取付精度は、軸の回転動作時にシールリップが均
一な圧力で接触しなければならないために、その工作精
度には、極めて高い技術力が要求される。このようなこ
とから、従来のウォーターポンプ軸受は、極めて高価な
ものであった。

【０００６】このようにスリンガと，該スリンガに接触
する３箇のシールリップを有するシール材との組み合わ
せによる構造におけるシール装置は、極めて高価で且つ
そのコスト低減が困難なものであった。したがって、本
発明の目的は、ウォーターポンプ軸受において、従来の
良好な密封性は維持しつつも、そのシール構造をさらに
極めて簡単なものとし、且つ低価格に提供可能にするこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、発明者は上記課
題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、本発明を、
主リップ，第１副リップ及び第２副リップを有するシー
ル材と、前記主リップ及び第２副リップが接触する軸
と、該軸を転動体を介して包囲する外輪とからなり，該
外輪箇所がハウジング本体部のボス孔部内に支持固着さ
れたウォーターポンプ軸受と、ハウジング本体部のボス
孔部開口箇所に固着されたメカニカルシールとからな
り、前記第１副リップが前記メカニカルシールの内環体
に接触してなるウォーターポンプ軸受シール装置とした
ことにより、シール構造を簡単にするとともに、その密
封性を一定の水準に維持することができ上記課題を解決
したものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。まず、本発明は、自動車等の輸送
機等や産業機械等のエンジンにおいて装着されるウォー
ターポンプの軸受に適用されるものである。まず、ウォ
ーターポンプの軸受は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、ハウジング本体部２０とハウジングカバー部とから
構成されたポンプハウジング内に納められており、ポン
プ室内のインペラ２１を回転させるものである。そのポ
ンプハウジングには、軸受を装着するためのボス孔部２
０ａが形成されており、該ボス孔部２０ａ内に後述する
軸受の外輪１２部分が装着される。

【０００９】軸受は、主にシール材Ａ，軸Ｂ，外輪１２
及び転動体１３等から構成されている。まずその第１実
施形態から述べると、図２（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、そのシール材Ａは、環状部１の内周面側に主リップ
２，第１副リップ３及び第２副リップ４が形成されてい
る。これら３個のリップは、断面ほぼ三角山形状に形成
されたもので、各リップは、前記軸Ｂの外表面の適宜の
位置に接触状態となるものである。主リップ２は、前記
第１副リップ３と第２副リップ４との中間に位置して形
成されており、また第１副リップ３は軸Ｂの外側に面す
る位置となり、第２副リップ４は軸Ｂの内部側に位置す
るものである。さらに、主リップ２と第２副リップ４と
は、前記環状部１の同一内周面上に形成されている。

【００１０】また、前記第１副リップ３は、前記主リッ
プ２及び第２副リップ４とは、異なる方向に向かって突
出形成されるものであり、具体的には、図１（Ｂ），図
２（Ｂ）等に示すように、前記主リップ２の突出方向
と、第１副リップ３の突出方向とが直交し，且つリップ
接触方向は同一方向としたり、或いは図４（Ａ）に示す
ように、前記主リップ２の突出方向と第１副リップ３と
の突出方向を反対となるようにしたり、図４（Ｂ）に示
すように、主リップ２突出と第１副リップ３とのリップ
接触方向をほぼ直角となるようにしたもの等が存在す
る。また、前記環状部１の外周側には、ほぼ鍔状に外方
に向かって広がって形成された固定環状部１ａが設けら
れている。前記環状部１には、図２（Ｂ）に示すよう
に、補強環７が装着され、シール材Ａは、その補強環７
によって後述する外輪１２に強固に装着固定することが
できるようになっている。

【００１１】前記環状部１は、ゴム材にて形成されたも
のであり、前記補強環７は、金属材にて形成される。さ
らに前記シール材Ａの第１副リップ３より外方側には、
図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、非接触包囲部５が形
成されている。該非接触包囲部５は、前記環状部１に対
して扁平円筒状をなしており、その内周側面と、前記軸
Ｂの外周面との間には、微小隙間ｓが形成されるように
なっている。その非接触包囲部５は、比較的肉厚に形成
されており、特に、その非接触包囲部５のほぼ全体或い
は先端部分の断面形状がほぼ円形状に形成されることも
ある。この厚肉状としたことで、リップ部，特に第１副
リップ３を弾性的に強化し、変形しにくくすることがで
きる。また前記非接触包囲部５は、ラビリンス効果を発
揮し、メカニカルシールより漏れる水の浸入を抑制する
ことができる。また、図５（Ｂ）に示すように、前記非
接触包囲部５の軸Ｂ側面、即ち微小隙間ｓ側には、凹凸
面５ａが形成されることもある。その凸部位は、前記軸
Ｂの軸周面とは非接触状態にある。このように凹凸面５
ａが形成されることで、前記ラビリンス効果がより一層
発揮されることになる。

【００１２】次に、軸Ｂは、図３（Ｃ）に示すように、
大径軸部８と小径軸部９とからなり、前記大径軸部８と
小径軸部９との間に段差面部１０が形成されている。そ
の大径軸部８は、後述する外輪とともに回転支持部を構
成する部位である。また、前記小径軸部９は、前記ポン
プ室内に向かって突出し、その先端箇所には、インペラ
２１が装着される。前記段差面部１０は、前記軸Ｂの大
径軸部８から小径軸部９に変化する段差箇所であり、且
つ前記シール材Ａの第１副リップ３が接触する部位であ
る。

【００１３】その段差面部１０の段差面は、前記軸Ｂの
軸方向に直交する平坦面となるように形成された直角段
差面としたものである。また、その段差面部１０が円錐
状段差面として形成されることもある。その軸Ｂの大径
軸部８の外周には、その軸周方向に沿って形成された外
周転動溝８ａが軸方向に複数列設けられている。また、
外輪１２は、円筒状に形成され、前記大径軸部８ととも
に前記軸Ｂの回転支持部分を構成する部材であるが、そ
の外輪１２の内周面には、前記外周転動溝８ａ，８ａ，
…に対応する位置に複数の内周転動溝１２ａ，１２ａ，
…が形成されている。

【００１４】そして、大径軸部８の外周転動溝８ａ，８
ａ，…及び外輪１２の内周転動溝１２ａ，１２ａ，…と
の間に前記転動体１３，１３，…が配列され、該転動体
１３，１３，…がリテーナ等にて所定間隔を維持するよ
うに設定され、大径軸部８の外周を包囲するようにして
外輪１２が装着される。前記転動体１３は、具体的には
球体であるが、その他の形状として円筒状或いはローラ
状のものであってもよい。また、図示された大径軸部８
の外周転動溝８ａ，８ａ，…及び外輪１２の内周転動溝
１２ａ，１２ａ，…は、夫々２箇所に形成されている。

【００１５】次に、その外輪１２のインペラ装着側の開
口付近の内周側には、前記シール材Ａの固定環状部１ａ
が装着される固定溝１２ｂが周方向に形成されている。
該固定溝１２ｂにシール材Ａの固定環状部１ａが挿入状
態で固着され、そのシール材Ａの内周側においては、主
リップ２，第２副リップ４が軸Ｂに接触している。

【００１６】次に、メカニカルシールＣは、図１
（Ａ），（Ｂ）に示すように、ポンプのハウジング本体
部２０のボス孔２０ａ開口周縁に支持固着されるもので
ある。そのメカニカルシールＣは、内環体Ｃ₁ と外環体
Ｃ₂ とから構成されている。そして、その外環体Ｃ₂ が
前記ボス孔２０ａに圧入状態に配置されメカニカルシー
ルＣがボス孔２０ａに固着され、また外環体Ｃ₂ にはス
プリングなどが組み込まれている。その内環体Ｃ₁ と外
環体Ｃ₂ には耐蝕性の高いステンレス材等により形成さ
れることが好ましいが、それに限定されることなく、そ
の他の金属材，非金属材，合成樹脂等が適宜選択され
る。

【００１７】前記内環体Ｃ₁ は、図１（Ｂ），図３
（Ｂ）等に示すように、メカニカルシールＣを前記軸Ｂ
へ圧入固着するための部位として、円筒状に形成された
内筒部１７を有している。そして、図１（Ｂ）及び図２
（Ａ），（Ｂ）等に示すように、その内筒部１７の軸受
部側に対向する端部から外径方向に向かって拡開する摺
動面部１８が屈曲形成されている。該摺動面部１８に
は、前記第１副リップ３が接触する部位である。また、
前記摺動面部１８は、メカニカルシールＣの端部から前
記軸Ｂの軸受部側に向かって伸びるように延出形成され
たものである。したがって、その摺動面部１８は、前記
軸Ｂの段差面部１０付近に達しており、さらにその摺動
面部１８の先端部分は大径軸部８に対して軸方向に交わ
る状態となっている。

【００１８】前記摺動面部１８は、断面形状は、前記内
筒部１７の端部から外方に拡開形成された前記内筒部１
７に対してほぼ直角状の拡開部１８ｂが形成され、該拡
開部１８ｂから摺動接触面１８ａが形成される。その摺
動接触面１８ａと拡開部１８ｂとが、ほぼ逆「Ｌ」字形
状となる。その摺動面部１８の外周側にて前記第１副リ
ップ３と接触する構造となっている。その接触構造に
は、種々のタイプが存在し、その第１タイプとしては、
図１（Ｂ），図２（Ａ），（Ｂ）等に示すように、前記
摺動面部１８の外方側を摺動接触面１８ａとして第１副
リップ３と接触したり、或いはその第２タイプとして図
４（Ａ）に示すように、摺動面部１８の内方側を摺動接
触面１８ａとして第１副リップ３と接触する構造として
いる。さらに、第３タイプとして、図４（Ｂ）に示すよ
うに、摺動面部１８の摺動接触面１８ａがほぼ垂直面状
に形成され、第１副リップ３がその垂直面状の摺動接触
面１８ａに接触する構造とすることもある。

【００１９】次に、本発明の第２実施形態としては、前
記軸Ｂの軸周方向に、図６に示すように、シール溝１１
が形成されたものである。具体的には、図６（Ｂ）に示
すように、前記大径軸部８の軸周方向に沿ってシール溝
１１が形成され、図６（Ａ）に示すように、そのシール
溝１１内に前記シール材Ａの主リップ２，第２副リップ
４が接触したり、或いは前記主リップ２又は第２副リッ
プ４のいずれか一方が接触する構造としたものである。
なお、前記第１副リップ３は、前記摺動面部１８の摺動
接触面１８ａに接触している。

【００２０】次に、本発明の第３実施形態としては、前
記軸Ｂの段差面部１０付近には、図７（Ａ），（Ｂ）に
示すように、カラー材Ｂ₁ が装着されることもある。す
なわち、軸Ｂは、前記大径軸部８，小径軸部９及び段差
面部１０からなる軸本体と、カラー材Ｂ₁ とから構成さ
れる２部材構成としたものである。そのカラー材Ｂ₁の
材質は、主に金属材であるが、特に好ましくはステンレ
ス製である。カラー材Ｂ₁ をステンレス材とすること
で、錆びることがなく、且つシール材Ａとの接触性も極
めて良好である。また、カラー材Ｂ₁ のその他の材質と
しては、耐久性のある合成樹脂材，非金属材等で、特に
回転作動部位を構成する部材として好適な材質で且つ所
望の形状への加工性が良好なものであれば、その材質は
どのようなものでも構わない。

【００２１】カラー材Ｂ₁ は、図７（Ｂ）に示すよう
に、前記段差面部１０を被覆する段差被覆部１４と、前
記大径軸部８の段差面部１０寄側の軸周面を被覆する大
径軸被覆部１５とから構成される。そして、前記大径軸
被覆部１５が大径軸部８を被覆し、且つ前記段差被覆部
１４が段差面部１０に対してほぼストッパとしての役目
をなすようにして、前記カラー材Ｂ₁ が軸Ｂに装着固定
されるものである。そして、前記カラー材Ｂ₁ の大径軸
被覆部１５に前記主リップ２及び第２副リップ４とが接
触する。また、前記大径軸被覆部１５には、主リップ２
のみが接触し、第２副リップ４は軸Ｂの大径軸部８の軸
周面に接触することもある。

【００２２】これによって、第１副リップ３，主リップ
２，第２副リップ４は、内環体Ｃ₁の摺動面部１８及び
軸Ｂ（カラー材Ｂ₁ も含む）に対して夫々異なる面での
接触となり、多面的なシール接触とすることができる。
それゆえに、前記シール材Ａと軸Ｂとの接触構造は、実
際にはスリンガを使用しないものでありながら、あたか
もスリンガを使用した場合の構造とほぼ同一にすること
ができ、その密封性を良好に維持することができる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１の発明は、主リップ２，第１副
リップ３及び第２副リップ４を有するシール材Ａと、前
記主リップ２及び第２副リップ４が接触する軸Ｂと、該
軸Ｂを転動体１３，１３，…を介して包囲する外輪１２
とからなり，該外輪１２箇所がハウジング本体部２０の
ボス孔部２０ａ内に支持固着されたウォーターポンプ軸
受と、ハウジング本体部２０のボス孔部２０ａ開口箇所
に固着されたメカニカルシールＣとからなり、前記シー
ル材Ａの第１副リップ３が前記メカニカルシールＣの内
環体Ｃ₁ に接触してなるウォーターポンプ軸受シール装
置としたことにより、まず第１に、従来のシール装置に
装着されていたスリンガを廃止することでき、ひいては
構成部品の点数及びコストを低減し、組立，製造が極め
て容易にできるし、第２に製造における組付精度の負担
を低減することができ、第３に密封性を良好に維持する
ことができる等の効果を奏する。

【００２４】上記効果を詳述すると、本発明では、シー
ル材ＡとともにメカニカルシールＣを使用するものであ
り、メカニカルシールＣを装着するのみで、メカニカル
シールＣ装着箇所のみならず、シール材Ａ装着箇所の密
封性をさらに向上させようとすることができる。シール
材Ａの軸Ｂへの接触と同時にメカニカルシールＣと接触
することで、メカニカルシールＣの内環体Ｃ₁ が軸Ｂを
包囲するので水分が直接、触れることなく、軸Ｂを保護
することができる。

【００２５】請求項２の発明は、請求項１において、前
記内環体Ｃ₁ は前記軸Ｂの外周面に装着固定されるとと
もに、前記シール材Ａ側に向かって延出され且つ前記第
１副リップ３付近にて外径方向に拡開形成された摺動面
部１８を有し、該摺動面部１８に前記第１副リップ３が
接触してなるウォーターポンプ軸受シール装置としたこ
とにより、第１副リップ３と摺動面部１８との接触が最
も行いやすい構造にできる。

【００２６】請求項３の発明は、請求項１又は２におい
て、前記第１副リップ３より外方側に前記内環体Ｃ₁ の
外周面との間に微小隙間ｓが形成される非接触包囲部５
が形成されてなるウォーターポンプ軸受シール装置とし
たことにより、非接触包囲部５は、その非接触包囲部５
から浸入しようとする流体が第１副リップ３に達するま
でに低減させるラビリンス効果とほぼ同等の現象を生じ
ることができる。これによって、非接触包囲部５の開口
から浸入した流体は、前記第１副リップ３の箇所に到達
した状態でさらに低減させることができ、第１副リップ
３からの水の浸入をより一層抑制し、ひいては密封性を
より一層向上させることができる。

【００２７】請求項４の発明は、請求項３において、前
記非接触包囲部５は、厚肉状にしてなるウォーターポン
プ軸受シール装置としたことにより、リップを強固にす
ることができる。

【００２８】請求項５の発明は、請求項１，２，３又は
４において、前記軸Ｂには軸周方向にシール溝１１が形
成され、該シール溝１１に前記主リップ２，副第２副リ
ップ４の少なくとも一つが接触してなるウォーターポン
プ軸受シール装置としたことにより、さらに一層，密封
性を向上させることができる。すなわち、前記主リップ
２，副第２副リップ４の少なくとも一つがシール溝１１
に接触することで、シール溝１１による深さの分だけ主
リップ２，第１副リップ３或いは第２副リップ４とのリ
ップ間距離を大きくしたり、広くしたりすることができ
るので、たとえ水が浸入したとしても、そのリップ間距
離が増加した分だけ水の浸入が減り、それ以上の浸入が
生じないようにすることができ、ひいては密封性をより
一層良好にできる。

【００２９】請求項６の発明は、請求項１，２，３，４
又は５において、前記軸Ｂには前記主リップ２，第２副
リップ４の少なくとも一つが接触するカラー材Ｂ₁ が装
着されてなるウォーターポンプ軸受シール装置としたこ
とにより、カラー材Ｂ₁ は前記軸Ｂの軸本体とは異なる
材質のものから、該軸Ｂの外周面を構成することができ
るし、カラー材Ｂ₁ を所望の形状に形成して軸Ｂの段差
面部１０の形状を適宜変形させることができる。上記効
果を詳述すると、カラー材Ｂ₁ は軸Ｂの段差面部１０箇
所及びその付近における外周面を構成するものであり、
該カラー材Ｂ₁の材質をステンレス材とすることにより
錆びることがなく、シール材Ａの各リップとの接触状態
を良好に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は第１実施形態の第１タイプにおけるハ
ウジング本体部に装着された軸受の縦断側面図 （Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図

【図２】（Ａ）は図１（Ｂ）の要部拡大断面図 （Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図

【図３】（Ａ）は第１実施形態の第１タイプにおけるシ
ール材の断面図 （Ｂ）は第１実施形態の第１タイプにおけるメカニカル
シールの断面図 （Ｃ）は第１実施形態の第１タイプにおける軸の一部断
面にした要部側面図

【図４】（Ａ）は第１実施形態の第２タイプにおける摺
動面部とシール材との接触構造の拡大断面図 （Ｂ）は第１実施形態の第３タイプにおける摺動面部と
シール材との接触構造の拡大断面図

【図５】（Ａ）は非接触包囲部の拡大断面図 （Ｂ）は非接触包囲部の変形例の拡大断面図

【図６】（Ａ）は本発明の第２実施形態における要部拡
大断面図 （Ｂ）は第２実施形態における一部断面にした軸の要部
側面図

【図７】（Ａ）は本発明の第３実施形態における要部拡
大断面図 （Ｂ）は第３実施形態における一部断面にした軸の要部
側面図

【符号の説明】

Ａ…シール材 Ｂ…軸 Ｂ₁ …カラー材 Ｃ…メカニカルシール Ｃ₁ …内環体 ２…主リップ ３…第１副リップ ４…第２副リップ ５…非接触包囲部 １１…シール溝 １２…外輪 １３…転動体 １８…摺動面部 ２０…ハウジング本体部 ２０ａ…ボス孔部 ｓ…微小隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA06 CA12 CA27 DA04 DA20 3J006 AE16 AE45 3J016 AA01 BB03 BB05 BB13 BB15 BB16 BB17 CA02 CA06 CA07 CA08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主リップ，第１副リップ及び第２副リッ
   プを有するシール材と、前記主リップ及び第２副リップ
   が接触する軸と、該軸を転動体を介して包囲する外輪と
   からなり，該外輪箇所がハウジング本体部のボス孔部内
   に支持固着されたウォーターポンプ軸受と、ハウジング
   本体部のボス孔部開口箇所に固着されたメカニカルシー
   ルとからなり、前記第１副リップが前記メカニカルシー
   ルの内環体に接触してなることを特徴とするウォーター
   ポンプ軸受シール装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記内環体は前記軸
   の外周面に装着固定されるとともに、前記シール材側に
   向かって延出され且つ前記第１副リップ付近にて外径方
   向に拡開形成された摺動面部を有し、該摺動面部に前記
   第１副リップが接触してなることを特徴とするウォータ
   ーポンプ軸受シール装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記第１副リ
   ップより外方側に前記内環体の外周面との間に微小隙間
   が形成される非接触包囲部が形成されてなることを特徴
   とするウォーターポンプ軸受シール装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記非接触包囲部
   は、厚肉状にしてなることを特徴とするウォーターポン
   プ軸受シール装置。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３又は４において、前記
   軸には軸周方向にシール溝が形成され、該シール溝に前
   記主リップ，副第２副リップの少なくとも一つが接触し
   てなることを特徴とするウォーターポンプ軸受シール装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１，２，３，４又は５において、
   前記軸には前記主リップ，第２副リップの少なくとも一
   つが接触するカラー材が装着されてなることを特徴とす
   るウォーターポンプ軸受シール装置。