JP2004340210A - ウォータポンプ用軸受シール装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のウォータポンプ用軸受シール装置10は、シール部材20の弾性体21の主リップ部24及び副リップ部25を、回転軸6に接触されるとともに、弾性体21の第3リップ部26及び第4リップ部27を、スリンガー部30との間で非接触とされてラビリンスを形成される。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車の水冷エンジン等に使用され、回転軸を回転自在に支持するウォータポンプ用装置内への冷却水、水蒸気等の浸入を防止するウォータポンプ用軸受シール装置に関し、詳しくは軸受トルク及び生産コストを低減するための構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から回転軸を回転自在に支持するウォータポンプ用装置内への冷却水や水蒸気等の浸入を防止するウォータポンプ用軸受シール装置は知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。
【0003】
図5は、特許文献1で開示されているウォータポンプ用軸受シール装置を示す図である。図5に示されるように、ウォータポンプ用軸受シール装置50は、第1副リップ51、主リップ52、及び第2副リップ53を備えた外輪側シール環54と、回転軸55に嵌合固定された第1円筒部56、中間部57、及び第2円筒部58を備えた軸側シール環59とからなる。ウォータポンプ用軸受シール装置50において、外輪側シール環54の主リップ52は、軸側シール環59の第1円筒部56の外周面に接触されるとともに、外輪側シール環54の第2副リップ53は、軸側シール環59の第2円筒部58の外周面に接触されており、これらの接触シールにより外輪60と回転軸59との間がシールされている。
【0004】
図6は、特許文献2で開示されているウォータポンプ用軸受シール装置を示す図である。図6に示されるように、ウォータポンプ用軸受シール装置70において、外輪71の端部に形成されたシール溝71aには、シール部材72が設けられており、シール部材72は、ステンレス製のフリンガー73との組み合わせによって外輪71と回転軸74との間をシールしている。
【0005】
すなわち、シール部材72は、芯金75、シール体76、主リップ部77、副リップ部78、及び第3リップ部79を備えている。主リップ部77はフリンガー73の小円筒部73aの外周面に接触され、副リップ部78は回転軸74の外周面に接触され、第3リップ部79はフリンガー73の中円筒部73bの外周面に接触されて、それぞれシール機能を達成している。また、第3リップ部79は、フリンガー73の大円筒部73cによって外部から遮蔽されるように非接触状態で覆われ、冷却水の蒸気や水滴が直接降りかかることを防止されている。
【0006】
上述した図5及び図6に示すいずれのウォータポンプ用軸受シール装置50,70でも、3重リップ形式の接触式シールの採用による高いシール性が確保されており、ウォータポンプ用装置内への冷却水、水蒸気等の浸入による不具合は激減されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平9―21396号公報(第2〜3頁、第2図)
【特許文献2】
特開平11―13891号公報(第3頁、第1図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
近年、水浸入等に対する軸受シール性能が向上したのと同様に、メカニカルシールのシール性能も向上してきており、メカニカルシールを通過してウォータポンプ用装置内に浸入しようとする冷却水、水蒸気等が減少している。このため、必ずしも上述した図5及び図6に示すような3重リップ形式の接触式シールでなくても、ウォータポンプ用装置内への冷却水や水蒸気等の浸入を確実に防止できる可能性が出てきた。
【0009】
本発明は、シール機能を低下させることなく、シールトルクを低減することができるとともに、シール温度の上昇及びシール音を抑制することができるウォータポンプ用軸受シール装置を提供することを目的としている。また、金型の分割数を減少させることができ、コスト低減を図ることができるウォータポンプ用軸受シール装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のウォータポンプ用軸受シール装置は、ハウジングに固定された外輪と、一端部にプーリを設けられるとともに、他端部にインペラを設けられた回転軸と、外輪及び回転軸間に軸方向に沿って複数列に設けられた転動体とを備え、各転動体によって回転軸を外輪を介してハウジングに回転自在に支持するウォータポンプ用装置において、外輪と回転軸との間を、外輪側に設けられたシール部材及び回転軸側に設けられたスリンガー部によってシールするウォータポンプ用軸受シール装置であって、前記シール部材は、弾性体に補強材を組み合わされてなり、且つ弾性体は、外輪の内周面に形成されたシール取付溝に圧入される基端部と、軸方向外向きに延設され、回転軸又はスリンガー部に接触される主リップ部と、主リップ部と反対側向きに延設され、回転軸又はスリンガー部に接触される副リップ部と、主リップ部より外径側に主リップ部と同じ向きに延設され、スリンガー部に非接触とされる第3リップ部と、主リップ部と第3リップ部との間に第3リップ部と所定の間隔をあけて、主リップ部及び第3リップ部と同じ向きに延設され、スリンガー部に非接触とされる第4リップ部とを備え、前記主リップ部及び副リップ部を、回転軸又はスリンガー部に接触されるとともに、前記第3リップ部及び第4リップ部を、スリンガー部との間で非接触とされてラビリンスを形成されることを特徴とする。
【0011】
前記構成のウォータポンプ用軸受シール装置によれば、第3リップ部及び第4リップが、スリンガー部と積極的に接触することなく、ラビリンスを形成してシール機能を果たす。すなわち、第3リップ部及び第4リップ部は、例えばメカニカルシールを通過してウォータポンプ用装置内に浸入しようとする冷却水、水蒸気等を、第3リップ部とスリンガー部との間に形成されたラビリンス、及び第4リップ部とスリンガー部との間に形成されたラビリンスにより確実に阻止する。
この際、第3リップ部及び第4リップが、スリンガー部と積極的に接触しないので、シールトルクが低減されるとともに、シール温度の上昇及びシール音が抑制される。また、金型の分割数を減少させることができ、コスト低減が図られる。
【0012】
なお、本発明のウォータポンプ用軸受シール装置が適用される軸受は、ウォータポンプ用に限定されるものではなく、類似条件で使用されるあらゆる軸受に適用可能であり、それらの軸受においても同様な作用効果を期待できるものである。また、適用可能な軸受のサイズ及び用途に何等制限はなく、あらゆるサイズ及び用途の軸受に適用可能である。
【0013】
前記シール部材の弾性体材料が、NBR又はS−NBRであることが好ましい。
【0014】
前記構成のウォータポンプ用軸受シール装置によれば、回転軸又はスリンガー部に接触される主リップ部及び副リップ部には、近傍のグリースによって潤滑されることから温度上昇が小さい。また、第3リップ部及び第4リップ部は、スリンガー部との間で積極的に接触しないことから温度上昇が小さい。したがって、弾性体材料が低価格材料としてのNBR又はS−NBRであっても、十分な性能が確保され、コスト低減が図られる。
【0015】
前記シール部材の弾性体の基端部には、軸方向外側又は内側に切り欠きが設けられることが好ましい。
【0016】
前記構成のウォータポンプ用軸受シール装置によれば、切り欠きは、例えば肉抜きにより形成されており、弾性体の基端部が外輪の内周面に形成されたシール取付溝に圧入される際、基端部を弾性変形し易くさせ、圧入性及び作業性を向上させる。
【0017】
前記シール部材の弾性体の第3リップ部及び第4リップ部が、厚さを均一に形成されることが好ましい。
【0018】
前記構成のウォータポンプ用軸受シール装置によれば、第3リップ部及び第4リップ部の厚さが均一であることにより、シール部材製造時の型抜きが容易となり、コスト低減及び作業性向上が図られる。
【0019】
前記スリンガー部の材料が、SECC材又は真鍮材であることが好ましい。
【0020】
前記構成のウォータポンプ用軸受シール装置によれば、低価格材料としてのSECC材又は真鍮材が選定され、スリンガー部の耐久性低下を生じることなく、コスト低減が図られる。すなわち、ウォータポンプ用装置におけるメカニカルシールの性能向上によって、ウォータポンプ用装置内への冷却水、水蒸気等の浸入自体も減少されており、スリンガー部の材質として、例えば防錆効果の高いSUS材を選定せず、低価格材料としてのSECC材又は真鍮材を選定しても、錆発生による耐久性低下の問題等を生じなくなった。したがって、スリンガー部の耐久性低下を生じることなく、コスト低減が図られる。
【0021】
前記スリンガー部の材料が、耐熱性プラスチック材であることが好ましい。
【0022】
前記構成のウォータポンプ用軸受シール装置によれば、軽量かつ低価格な材料としての耐熱性プラスチック材が選定され、スリンガー部の耐久性低下を生じることなく、コスト低減及び軽量化が図られる。すなわち、ウォータポンプ用装置におけるメカニカルシールの性能向上によってウォータポンプ用装置内への冷却水、水蒸気等の浸入自体も減少されており、スリンガー部の材質として、例えば高耐蝕性を有するSUS材を選定せず、軽量かつ低価格な材料としての耐熱性プラスチック材を選定しても、腐食発生による耐久性低下の問題等を生じなくなった。したがって、スリンガー部の耐久性低下を生じることなく、コスト低減及び軽量化が図られる。
なお、耐熱性プラスチック材の具体例としては、ナイロン66、PES、PEI等が挙げられる。
【0023】
前記シール部材の弾性体の主リップ部の形状は、主リップ部のボリュームが所定値以上となるように設定されることが好ましい。
【0024】
前記構成のウォータポンプ用軸受シール装置によれば、主リップ部のボリュームが所定値以上であるので、主リップ部の追従性又は剛性が向上され、生産コストを増大させることなく、軸受内への冷却水、水蒸気等の浸入が確実に防止される。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のウォータポンプ用軸受シール装置の実施形態を図1〜4に基づいて詳細に説明する。
【0026】
図1は、本発明の第1実施形態であるウォータポンプ用軸受シール装置を適用されたウォータポンプを示す断面図であり、図2は図1のウォータポンプ用軸受シール装置のA部拡大断面図、図3は図1のウォータポンプ用軸受シール装置のシール部材の弾性体の基端部及び切り欠きを示す要部拡大断面図である。
【0027】
図1〜図3に示すように、第1実施形態のウォータポンプ用軸受シール装置10を適用されたウォータポンプ用装置1は、ハウジング2に固定された外輪3と、一端部にプーリ4を設けられるとともに、他端部にインペラ5を設けられた回転軸6と、外輪3及び回転軸6間に、軸方向(図1中左右方向)に沿って複数列に設けられた転動体(図示しない)とを備えており、各転動体によって回転軸6を外輪3を介してハウジング2に回転自在に支持させる。
【0028】
ウォータポンプ用軸受シール装置10は、上記ウォータポンプ用装置1において、外輪3と回転軸6との間を、外輪3側に設けられたシール部材20及び回転軸6側に設けられたスリンガー部30によってシールする。
【0029】
シール部材20は、NBR又はS−NBRからなる弾性体21に補強材22を組み合わされてなる。弾性体21は、基端部23、主リップ部24、副リップ部25、第3リップ部26、及び第4リップ部27を備える。また、スリンガー部30は、SECC材又は真鍮材で図2中クランク形状に形成されており、基端部(図2中右端部)31を回転軸6の外周面に嵌合されている。
【0030】
シール部材20において、弾性体21は、基端部23を外輪3の内周面に形成されたシール取付溝3aに圧入により嵌合されて外輪3に固定された状態で、主リップ部24及び副リップ部25をそれぞれ回転軸6の外周面に接触されるとともに、第3リップ部26及び第4リップ部27をそれぞれスリンガー部30との間で非接触とされてラビリンスを形成している。
【0031】
すなわち、主リップ部24は、軸方向外向き(図2中右向き)に延設されており、回転軸6の外周面に接触されている。副リップ部25は、主リップ部24と反対側向き(図2中左向き)に延設されており、回転軸6の外周面に接触されている。
【0032】
第3リップ部26は、主リップ部24より外径側に主リップ部24と同じ向きに延設されており、第4リップ部27との間隙に位置されるスリンガー部30の先端部32に非接触とされている。第4リップ部27は、主リップ部24と第3リップ部26との間に第3リップ部26と所定の間隔をあけて、主リップ部24及び第3リップ部26と同じ向きに延設されており、スリンガー部30の先端部32に非接触とされている。
【0033】
基端部23には、切り欠き23aが、軸方向外側(図2及び図3中右側)に設けられる。切り欠き23aは、肉抜きにより断面視略半円形状に形成されており、基端部23が外輪3の内周面に形成されたシール取付溝3aに圧入される際、基端部23を弾性変形し易くさせる。これにより、外輪3のシール取付溝3aへの基端部23の圧入性及び作業性を向上させる。
【0034】
また、主リップ部24の形状は、主リップ部24のボリュームが所定値以上となるように設定されている。これにより、主リップ部24の追従性又は剛性が向上され、生産コストを増大させることなく、ウォータポンプ用装置1内への冷却水、水蒸気等の浸入が確実に防止される。
更に、第3リップ部26及び第4リップ部27は、厚さを均一に形成されている。これにより、シール部材20製造時の型抜きが容易となり、コスト低減及び作業性向上が図られる。
【0035】
本実施形態の作用を説明する。
ウォータポンプ用軸受シール装置10では、シール部材20の弾性体21において、主リップ部24及び副リップ部25がそれぞれ、回転軸6の外周面に接触されてシール機能を果たすとともに、第3リップ部26及び第4リップ部27がそれぞれ、スリンガー部30と非接触状態でラビリンスを形成してシール機能を果たす。
【0036】
すなわち、第3リップ部26及び第4リップ部27は、回転軸6におけるシール部材20よりインペラ5側(図1中右側)に設けられたメカニカルシール8を通過してウォータポンプ用装置1内に浸入しようとする冷却水、水蒸気等を、第3リップ部26とスリンガー部30との間に形成されたラビリンス、及び第4リップ部27とスリンガー部30との間に形成されたラビリンスにより確実に阻止する。この際、第3リップ部26及び第4リップ部27がそれぞれスリンガー部30と接触しないので、シールトルクが低減されるとともに、シール温度の上昇及びシール音が抑制される。また、シール部材20製造用金型の分割数を減少させることができ、コスト低減が図られる。
【0037】
次に、本発明の第2実施形態であるウォータポンプ用軸受シール装置を説明する。図4は、本発明の第2実施形態であるウォータポンプ用軸受シール装置の要部拡大断面図である。
【0038】
図4に示すように、第2実施形態のウォータポンプ用軸受シール装置40において、スリンガー部41は、図4中ほぼコの字状形状に形成されており、シール部材20の弾性体21の主リップ部24が、スリンガー部41の基端部42に接触されている。
その他の構成及び作用については、上記第1実施形態と同様である。
【0039】
以上のように上記各実施形態によれば、シール部材20の弾性体21の主リップ部24及び副リップ部25を、回転軸6(第1実施形態)又はスリンガー部41(第2実施形態)に接触されるとともに、弾性体21の第3リップ部26及び第4リップ部27を、スリンガー部30,41との間で非接触とされてラビリンスを形成される。したがって、シール機能を低下させることなく、シールトルクを低減することができるとともに、シール温度の上昇及びシール音を抑制することができる。また、シール部材20製造用金型の分割数を減少させることができ、コスト低減を図ることができる。
【0040】
なお、上記各実施形態において、スリンガー部30,41の材料をナイロン66、PES、PEI等の耐熱性プラスチック材とすることもできる。軽量かつ低価格な材料としての耐熱性プラスチック材を選定することにより、スリンガー部30,41の耐久性低下を生じることなく、コスト低減及び軽量化を図ることができる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のウォータポンプ用軸受シール装置によれば、シール部材の弾性体の主リップ部及び副リップ部を、回転軸又はスリンガー部に接触されるとともに、弾性体の第3リップ部及び第4リップ部を、スリンガー部との間で接触又は非接触とされてラビリンスを形成される。したがって、シール機能を低下させることなく、シールトルクを低減することができるとともに、シール温度の上昇及びシール音を抑制することができる。また、金型の分割数を減少させることができ、コスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態であるウォータポンプ用軸受シール装置を適用されたウォータポンプを示す断面図である。
【図2】図1のウォータポンプ用軸受シール装置のA部拡大断面図である。
【図3】図1のウォータポンプ用軸受シール装置のシール部材の弾性体の基端部及び切り欠きを示す要部拡大断面図である。
【図4】本発明の第2実施形態であるウォータポンプ用軸受シール装置の要部拡大断面図である。
【図5】従来のウォータポンプ用軸受シール装置を示す要部断面図である。
【図6】従来の別のウォータポンプ用軸受シール装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
1 ウォータポンプ用装置
2 ハウジング
3 外輪
3a シール取付溝
4 プーリ
5 インペラ
6 回転軸
10 ウォータポンプ用軸受シール装置
20 シール部材
21 弾性体
22 補強材
23 基端部
23a 切り欠き
24 主リップ部
25 副リップ部
26 第3リップ部
27 第4リップ部
30 スリンガー部
31 スリンガー部の基端部
32 スリンガー部の先端部
Claims (7)
- ハウジングに固定された外輪と、一端部にプーリを設けられるとともに、他端部にインペラを設けられた回転軸と、外輪及び回転軸間に軸方向に沿って複数列に設けられた転動体とを備え、各転動体によって回転軸を外輪を介してハウジングに回転自在に支持するウォータポンプ用装置において、外輪と回転軸との間を、外輪側に設けられたシール部材及び回転軸側に設けられたスリンガー部によってシールするウォータポンプ用軸受シール装置であって、
前記シール部材は、弾性体に補強材を組み合わされてなり、且つ弾性体は、外輪の内周面に形成されたシール取付溝に圧入される基端部と、
軸方向外向きに延設され、回転軸又はスリンガー部に接触される主リップ部と、主リップ部と反対側向きに延設され、回転軸又はスリンガー部に接触される副リップ部と、
主リップ部より外径側に主リップ部と同じ向きに延設され、スリンガー部に非接触とされる第3リップ部と、
主リップ部と第3リップ部との間に第3リップ部と所定の間隔をあけて、主リップ部及び第3リップ部と同じ向きに延設され、スリンガー部に非接触とされる第4リップ部とを備え、
前記主リップ部及び副リップ部を、回転軸又はスリンガー部に接触されるとともに、前記第3リップ部及び第4リップ部を、スリンガー部との間で非接触とされてラビリンスを形成されることを特徴とするウォータポンプ用軸受シール装置。 - 前記シール部材の弾性体材料が、NBR又はS−NBRであることを特徴とする請求項1記載のウォータポンプ用軸受シール装置。
- 前記シール部材の弾性体の基端部には、軸方向外側又は内側に切り欠きが設けられることを特徴とする請求項1又は2記載のウォータポンプ用軸受シール装置。
- 前記シール部材の弾性体の第3リップ部及び第4リップ部が、厚さを均一に形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のウォータポンプ用軸受シール装置。
- 前記スリンガー部の材料が、SECC材又は真鍮材であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のウォータポンプ用軸受シール装置。
- 前記スリンガー部の材料が、耐熱性プラスチック材であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のウォータポンプ用軸受シール装置。
- 前記シール部材の弾性体の主リップ部の形状は、主リップ部のボリュームが所定値以上となるように設定されることを特徴とする請求項1記載のウォータポンプ用軸受シール装置。
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