JP2003307225A - ウォーターポンプ軸受シール装置 - Google Patents

ウォーターポンプ軸受シール装置

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JP2003307225A
JP2003307225A JP2002112749A JP2002112749A JP2003307225A JP 2003307225 A JP2003307225 A JP 2003307225A JP 2002112749 A JP2002112749 A JP 2002112749A JP 2002112749 A JP2002112749 A JP 2002112749A JP 2003307225 A JP2003307225 A JP 2003307225A
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shaft
outer ring
seal
circumferential
lips
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Osamu Sato
佐藤  修
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Yamada Seisakusho KK
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    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
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    • F16C33/7893Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members mounted to a cage or integral therewith
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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、シール
材が劣化するに伴い、漏洩した水が軸受構造部内へ浸入
するのを極めて簡単な構造にて防止すること。 【解決手段】 複数のリップを有するシール材Aと、前
記複数のリップが接触する軸Bと、該軸Bを転動体1
3,13,…を介して包囲する外輪12と、前記軸Bと
外輪12との間に装着され,インペラ21装着側のシー
ル材A寄りの端部箇所に円周突出条16cが形成され,
前記転動体13,13,…を等間隔に保持する保持具1
6とからなること。前記円周突出条16cと前記軸Bの
外周面,及び前記円周突出条16cと前記外輪12の内
周面との間をそれぞれ微小隙間Δsとしてなること。

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、シール材が劣化するに伴い、漏洩し
た水が軸受構造部内へ浸入するのを極めて簡単な構造に
て防止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、ウォーターポ
ンプ軸に密着するシール材には、2箇所のシールリップ
を備えたものが一般的に使用されている。そのシール材
は、軸受構造部の外側近傍箇所に設けられたシール材で
あり、軸受構造部の外側から内側へ浸入しようとする水
をその軸受構造部の外側近傍でシールするものである。
そのようなシール材のみを軸受構造部の外側近傍に設け
たウォーターポンプ軸受シール装置がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そのシール材における
インペラ側のシールリップは、長期の使用に亘り、磨耗
してシール性が劣化し、水が浸入し易くなる。そして、
その劣化したシール材から水(水分)が浸入してくる
と、軸受構造部の内部に水が入り込むことになる。そし
て、さらにその劣化したシール材から浸入した水は、軸
受構造部の内部に自由に広がり、内部に充填されている
グリースを劣化させ、またさらに、その後グリースの劣
化を促進させることになる。そして、そのグリースは、
潤滑材としての役目を充分に果たすことができず、ひい
てはウォーターポンプ軸を円滑に支持することができな
くなる。
【0004】このように、劣化したシール材から水が軸
受構造内部に水が入ることを防止するのに、シール材を
高い性能のものにすることが考えられる。しかしなが
ら、このように性能の高いシール材が装着されたとして
も、長期に亘り使用すれば、やがては、シールは磨耗
し、劣化してしまうものである。そして、軸受構造部内
に水が浸入し、内部のグリースが水に浸かり、グリース
の性能が劣化する。そこで、シール構造を強化するため
にメカニカルシールに高価なものが使用されることもあ
るが、これではコストが高くなり、極めて限定された車
種にしか使用することができないことになる。このよう
なことから、本発明の目的は、軸受構造部内のシール性
を高め、軸受の耐久性を向上させることにある。
【0005】
【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、
複数のリップを有するシール材と、前記複数のリップが
接触する軸と、該軸を転動体を介して包囲する外輪と、
前記軸と外輪との間に装着され,インペラ装着側のシー
ル材寄りの端部箇所に円周突出条が形成され,前記転動
体を等間隔に保持する保持具とからなり、前記円周突出
条と前記軸の外周面,及び前記円周突出条と前記外輪の
内周面との間をそれぞれ微小隙間と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、シール材が劣
化するに伴い、漏洩した水が軸受構造部内へ浸入するの
を極めて簡単な構造にて防止することができ、上記課題
を解決したものである。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。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り、複数の実施形態が存在し、その
第1実施形態を図1乃至図4に基づいて説明する。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20a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。
【0007】軸受は、図1(B)に示すように、主にシ
ール材A,軸B,外輪12,転動体13及び保持具16
等から構成されている。特に、上記軸Bに外輪12が装
着されている箇所を軸受構造部と称する。該軸受構造部
は、シール材A,上記転動体13,13,…及び保持具
16等が構成部材として含まれる。まずその第1実施形
態から述べると、図2に示すように、そのシール材A
は、環状部1の内周面側に複数のリップが形成されてい
る。すなわち、主リップ2,副リップ3の二つのリップ
が形成されている。これらのリップは、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の外周
面に接触し、シールの役目をなす。
【0008】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。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。
【0009】次に、軸Bは、図1(A),(B)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
ある。
【0010】その軸Bの大径軸部8の外周には、図1
(B)に示すように、その外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,1
2a,…が形成されている。
【0011】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、それぞれ2箇所に形成されてい
る。
【0012】次に、その外輪12のインペラ21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、
図1(B)に示すように、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,副リップ3
が軸Bに接触している。
【0013】次に、保持具16は、図1(A),(B)
に示すように、軸Bと外輪12との間に配置され、前記
転動体13,13,…が常時,一定間隔をおいて配列さ
れるようにする役目をなすものである。その保持具16
は、図3(A),(B)に示すように円筒状部16aに
等間隔をおいて複数の保持孔16b,16b,…が形成
されたものである。該保持孔16b,16b,…の数
は、一つの保持具16に装着される転動体13,13,
…の数と同一である。また換言すれば、一つの外周転動
溝8aに配列される転動体13,13,…の数に等し
い。
【0014】また、各保持孔16bの形状は、使用する
転動体13の形状によって決定されるものであり、たと
えば転動体13の形状が球体タイプであれば、図3に示
すように、保持孔16bの形状は円形状の貫通孔であ
る。また転動体13が円筒状のローラタイプであれば、
前記保持孔16bは長方形状に形成されている。この保
持具16は、図1(A),(B)に示すように、前記軸
Bの軸方向に沿って形成された二列の外周転動溝8a,
8a及び外輪12側の2列の内周転動溝12a,12a
に転動体13,13,…が装着配置される。そして、そ
の両保持具16,16間に、図1(B)に示すように、
グリースgが充填されている。
【0015】そして、インペラ21の装着側の保持具1
6において、円筒状部16aの断面形状は、ほぼ長方形
状に形成されている。ここでインペラ21の装着側と
は、図1(A),(B)等に示すように、軸Bの軸方向
において、インペラ21が装着されている側のことをい
う。その保持具16のインペラ21装着側寄りの端部箇
所には、円周突出条16cが形成されている。該円周突
出条16cは、前記円筒状部16aにおいて、前記シー
ル材Aの装着側寄りとなる端部箇所に形成されたもので
ある。
【0016】その円周突出条16cは円筒状部16aの
円周の縁に沿って形成された環状体をなしている。そし
て、その円周突出条16cは、前記軸Bの外周面と、前
記外輪12の内周面側に向かって突出し、且つ前記両面
に対して微小隙間Δsをおいて近接するように形成され
ている。その軸Bの外周面側の円周突出条16cは内周
突出条16c1 と称する。また、前記外輪12の内周側
の円周突出条16cは外周突出条16c2 と称する。
【0017】その内周突出条16c1 と軸Bの外周面と
の微小隙間Δsは0.1mm以下とすることが好ましい。
また外周突出条16c2 と外輪12の内周面との微小隙
間Δsも同様に0.1mm以下とすることが好ましい。そ
の内周突出条16c1 と外周突出条16c2 の各頂面は
平坦状である。その内周突出条16c1 の頂面16c 11
と軸Bの外周面とは、図2に示すように、軸方向に沿っ
て微小隙間Δsをおいて平行である。
【0018】また、同様に前記外周突出条16c2 の頂
面16c22と,前記外輪12の内周面とは軸方向に沿っ
て微小隙間Δsをおいて平行である(図2参照)。これ
によって、微小隙間Δsの範囲がそれぞれの頂面16c
11,頂面16c22の範囲に亘り面状に広くなり、防水性
を高めるものである。
【0019】次に、本発明の第2実施形態の第1タイプ
は、図5(A),(B),(C)に示すように、前記シ
ール材Aに前記保持具16に微小隙間Δtをおいて近接
するシール突条5が形成されるものである。該シール突
条5は、前記シール材Aが前記外輪12に装着された状
態にて、前記保持具16側に対向する面に近接してい
る。そのシール突条5は、シール材Aを構成する補強環
7に形成されたものである。そのシール突条5は、具体
的には、前記保持具16のインペラ21装着側寄りのシ
ール材Aに対向する面である端面16c3 に微小隙間Δ
tにて近接している。該微小隙間Δtは、前述した微小
隙間Δsと同様に0.1mm以下であることが好ましい。
【0020】次に、第2実施形態の第2タイプとして
は、図6(A)に示すように、軸受構造部内の防水性を
さらに向上させるために、保持具16に外周突出条16
2 が形成されたものである。さらに、第2実施形態の
第3タイプとしては、図6(B)に示すように、前記シ
ール突条5は、シール材Aのリップを構成する一部とし
て主リップ2側から前記保持具16の端面16c3 に向
かって接触するように形成されたものである。この場合
においては、前記シール突条5は、主リップ2と同様に
ゴム材である。
【0021】次に、本発明の第3実施形態としては、前
記軸Bの軸周方向に、図7(A),(B)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、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、前記主リップ2又は副リップ3のいずれか一
方が接触する構造としたものである。この第3実施形態
には、二つのタイプが存在し、図7(A)は、第3実施
形態の第1タイプの拡大断面図として、前記保持具16
に外周突出条16c2 が形成されたものであり、また、
図7(B)は、第3実施形態の第2タイプとして、シー
ル突出条5を前記保持具16に近接させ微小隙間Δtを
形成したものである。
【0022】次に、本発明の第4実施形態としては、前
記軸Bの段差面部10付近には、図8(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。この第4実施形態
は、二つのタイプが存在する。図8(A)は、第4実施
形態の第1タイプの保持具16に外周突出条16c2
形成されたものであり、図8(B)は、第4実施形態の
第2タイプのシール突出条5を保持具16に近接させ、
微小隙間Δtを形成したものである。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B 1 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。
【0023】カラー材B1 は、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
寄り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及び副リップ3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、副リップ3は
軸Bの大径軸部8の軸周面に接触することもある。
【0024】
【発明の効果】請求項1の発明は、複数のリップを有す
るシール材Aと、前記複数のリップが接触する軸Bと、
該軸Bを転動体13,13,…を介して包囲する外輪1
2と、前記軸Bと外輪12との間に装着され,インペラ
21装着側のシール材A寄りの端部箇所に円周突出条1
6cが形成され,前記転動体13,13,…を等間隔に
保持する保持具16とからなり、前記円周突出条16c
と前記軸Bの外周面,及び前記円周突出条16cと前記
外輪12の内周面との間をそれぞれ微小隙間Δsとして
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、たとえシール材Aから流体が浸入しても、内部への
浸入を防止すると共にグリースgの劣化をシールリップ
周辺の限定された領域に制限し、内部のグリースgの劣
化を遅らせることができ、さらに軸受構造部内に流体が
浸入することを防止できるし、さらにこのような二重の
防水構造を有しながらもその構造は極めて簡単にするこ
とができる等の効果を奏する。
【0025】上記効果を詳述すると、本発明において、
軸受構造部における転動体13,13,…を等間隔に保
持する保持具16に円周突出条16cが形成されてい
る。該円周突出条16cと前記軸Bの外周面との間を微
小隙間Δsとし、同様に外輪12の内周面との間も微小
隙間Δsとなるように設定されるものである。したがっ
て、前記シール材Aにより軸受構造部内への流体の浸入
を防止できるが、長期の亘る使用により、リップが磨耗
するなどして、たとえ流体がシール材Aから浸入しても
前記保持具16の円周突出条16cが前記軸B及び外輪
12との間に微小隙間Δsを形成するので、それ以上の
流体の浸入を防止することができる。前記微小隙間Δs
にグリースgが存在する場合、そのグリースgにより流
体の浸入を防止することができる。
【0026】それゆえに、軸受構造部内のグリースgに
流体が混ざらないようにし、グリースの品質を維持し、
ひいては転動体13,13,…を潤滑に動作するように
維持し、ひいてはウォータポンプ軸受の耐久性を向上さ
せることができる。さらに前記保持具16の円周突出条
16cは、前記、軸B及び外輪12とは微小隙間Δsを
おいており、接触していないので、軸Bの回転動作を妨
げることがなく、保持具16側も磨耗することがなく、
劣化しにくい構造となる利点もある。
【0027】請求項2の発明は、複数のリップとシール
突条5とを有するシール材Aと、前記複数のリップが接
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、前記軸Bと外輪12との間に装着
され,インペラ21装着側のシール材A寄りの端部箇所
に円周突出条16cが形成され,前記転動体13,1
3,…を等間隔に保持する保持具16とからなり、前記
円周突出条16cと前記軸Bの外周面,及び前記円周突
出条16cと前記外輪12の内周面との間をそれぞれ微
小隙間Δsとし、且つ前記シール材Aのシール突条5と
前記保持具16の円周突出条16c形成側正面との間を
微小隙間Δtと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、前記保持具16はその円周突出条
16cによって前記軸Bとの間隔が微小隙間Δsとなる
ようにし、さらにシール材Aにはシール突条5が形成さ
れ、該シール突条5と保持具16の端面16c3 との間
隔が微小隙間Δtとなるようにしているので、軸受構造
部内に複数の微小隙間部を容易に設けることができ、良
好な防水状態を維持することができるものである。その
他は、請求項1と同等の効果を有する。
【0028】請求項3の発明は、複数のリップを有する
シール材Aと、前記複数のリップが接触する軸Bと、該
軸Bを転動体13,13,…を介して包囲する外輪12
と、前記軸Bと外輪12との間に装着され,インペラ2
1装着側のシール材A寄りの端部箇所に円周突出条16
cが形成され,前記転動体13,13,…を等間隔に保
持する保持具16とからなり、前記円周突出条16cと
前記軸Bの外周面,及び前記円周突出条16cと前記外
輪12の内周面との間をそれぞれ微小隙間Δsとし、且
つ前記シール材Aのリップを前記保持具16の円周突出
条16c形成側正面に接触させ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、前記保持具16はそ
の円周突出条16cによって前記軸Bとの間隔が微小隙
間Δsとなるようにし、さらにシール材Aにはシール突
条5が形成され、該シール突条5が保持具16の端面1
6c3 に接触しているので、軸受構造部内のシール性を
高めることができ、良好な防水状態を維持することがで
きるものである。その他は、請求項1と同等の効果を有
する。
【0029】請求項4の発明は、請求項1,2又は3に
おいて、前記軸Bには外周方向にシール溝11が形成さ
れ、該シール溝11に前記シール材Aの複数のリップの
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、リップ部がシール溝11に
接触することで、リップ間距離を多くすることができ、
密封性をより一層良好にできる。
【0030】請求項5の発明は、請求項1,2又は3に
おいて、前記軸Bには前記シール材Aの複数のリップの
少なくとも一つが接触するカラー材B1 が装着されてな
ることを特徴とす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B 1 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実施形態の軸受をハウジング本体
部に装着した縦断側面図 (B)は第1実施形態の要部拡大断面図
【図2】図1(B)の要部最拡大断面図
【図3】(A)は保持具の一部切除した斜視図 (B)は保持具の要部断面図
【図4】(A)は図1(B)のX1 −X1 矢視における
全体断面図 (B)は図1(B)のX2 −X2 矢視における全体断面
【図5】(A)は第2実施形態における第1タイプの要
部拡大断面図 (B)は(A)の要部最拡大断面図 (C)は第2実施形態における第1タイプのシール材の
縦断側面図
【図6】(A)は第2実施形態における第2タイプの要
部最拡大断面図 (B)は第2実施形態における第3タイプの要部最拡大
断面図
【図7】(A)は第3実施形態における第1タイプの要
部最拡大断面図 (B)は第3実施形態における第2タイプの要部最拡大
断面図
【図8】(A)は第4実施形態における第1タイプの要
部拡大断面図 (B)は第4実施形態における第2タイプの要部拡大断
面図
【符号の説明】
A…シール材 B…軸 B1 …カラー材 5…シール突条 11…シール溝 12…外輪 13…転動体 16…保持具 16c…円周突出条 21…インペラ Δs…微小隙間 Δt…微小隙間
───────────────────────────────────────────────────── 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) F16C 33/38 F16C 33/38

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のリップを有するシール材と、前記
    複数の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、前記軸と外輪との間に装着され,インペ
    ラ装着側のシール材寄りの端部箇所に円周突出条が形成
    され,前記転動体を等間隔に保持する保持具とからな
    り、前記円周突出条と前記軸の外周面,及び前記円周突
    出条と前記外輪の内周面との間をそれぞれ微小隙間とし
    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】 複数のリップとシール突条とを有するシ
    ール材と、前記複数の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、前記軸と外輪との間に装
    着され,インペラ装着側のシール材寄りの端部箇所に円
    周突出条が形成され,前記転動体を等間隔に保持する保
    持具とからなり、前記円周突出条と前記軸の外周面,及
    び前記円周突出条と前記外輪の内周面との間をそれぞれ
    微小隙間とし、且つ前記シール材のシール突条と前記保
    持具の円周突出条形成側正面との間を微小隙間としてな
    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】 複数のリップを有するシール材と、前記
    複数の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、前記軸と外輪との間に装着され,インペ
    ラ装着側のシール材寄りの端部箇所に円周突出条が形成
    され,前記転動体を等間隔に保持する保持具とからな
    り、前記円周突出条と前記軸の外周面,及び前記円周突
    出条と前記外輪の内周面との間をそれぞれ微小隙間と
    し、且つ前記シール材のリップを前記保持具の円周突出
    条形成側正面に接触させ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1,2又は3において、前記軸に
    は外周方向にシール溝が形成され、該シール溝に前記シ
    ール材の複数の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。
  5. 【請求項5】 請求項1,2又は3において、前記軸に
    は前記シール材の複数の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。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2423521A1 (en) * 2009-04-22 2012-02-29 NTN Corporation Needle bearing and needle bearing device
DE102008063959B4 (de) * 2008-12-19 2021-03-04 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wälzkörperkäfig mit Abstandhalter

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