JP2005048780A

JP2005048780A - Seal ring for water pump, rotary supporting device for water pump, and water pump

Info

Publication number: JP2005048780A
Application number: JP2003171066A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Iketani; 正道池谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2005-02-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve durability of a water pump by improving sealability by an inner diameter side seal lip 25, restricting increase of rotation resistance of a rotary shaft 3. <P>SOLUTION: A seal ring element 20 and a flinger 21 are combined with each other to structure a seal device for preventing intrusion of a foreign material into a rolling bearing 6a. The inner diameter side seal lip 25 structuring the seal ring element 20 is restricted by a gutter spring 24, and the inner peripheral edge of the inner diameter side seal lip 25 is brought in slide-contact with the peripheral surface of an inner diameter side cylinder part 29 structuring the flinger. Tensile force of the gutter spring 24 when using is regulated in a range at 0.1-1.0 N. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係るウォータポンプ用シールリングとウォータポンプ用回転支持装置とウォータポンプは、自動車用エンジンの冷却水を循環させる為のウォータポンプのシール装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジンの冷却水を循環させる為のウォータポンプとして例えば特許文献１には、図８に示す様な構造のものが記載されている。円筒形のハウジング１は、内端部（軸方向に関して内とは、エンジン寄りの側を言い、各図の右側。本明細書全体で同じ。）外周面に形成した取付フランジ２を利用して、エンジンのシリンダブロックに固定される。このハウジング１の内径側には回転軸３を、内側の玉軸受４と外側（軸方向に関して外とは、エンジンから遠い側を言い、各図の左側。本明細書全体で同じ。）のころ軸受５とを組み合わせて成る転がり軸受ユニット６により、回転自在に支持している。この転がり軸受ユニット６の軸方向（図８の左右方向）両端部にはシールリング７、７を設けて、内部に封入したグリースの漏出防止と、外部に存在する塵芥や水蒸気等の異物の侵入防止とを図っている。又、上記回転軸３の外端部で上記ハウジング１の外端開口から突出した部分に、プーリ８を固定している。
【０００３】
エンジンへの組み付け状態では、このプーリ８に図示しないベルトを掛け渡し、上記回転軸３をエンジンのクランクシャフトにより回転駆動する。一方、この回転軸３の内端部で上記取付フランジ２の内側面から突出した部分に、インペラ９を固定している。この取付フランジ２をエンジンのシリンダブロックに固定した状態で上記インペラ９は、このシリンダブロック内に設けたウォータジャケットの内側に入り込む。そして、上記回転軸３の回転に伴って、上記ウォータジャケット内の冷却水を、図示しないラジエータ等との間で循環させる。
【０００４】
更に、回転軸３の外周面とハウジング１の内周面との間にはメカニカルシール１０を設けている。このメカニカルシール１０は、エンジンの運転時、回転軸３の回転を許容しつつ、ウォータジャケット内を流れる冷却水である熱水が外部に漏出するのを防止する。但し、上記メカニカルシール１０では完全なシールは困難であり、このメカニカルシール１０のシール面で発生する摩擦熱により、凍結防止剤や防錆剤等の化学物質を含んだ冷却水が蒸発して水蒸気となり、上記転がり軸受ユニット６側に漏出すると同時に、この蒸発によって上記化学物質が濃縮された冷却水も、上記転がり軸受ユニット６側に漏出してくる。この為に、上記回転軸３の中間部で上記メカニカルシール１０と内側のシールリング７との間にスリンガ１１を、上記ハウジング１の中間部でこのスリンガ１１の外周縁部に対向する部分に給排孔（図示省略）を、それぞれ設けて、上記メカニカルシール１０から漏出した水蒸気乃至は熱水を、上記ハウジング１外に排出自在としている。即ち、上記給排口は、軸方向に関して上記メカニカルシール１０と上記内側のシールリング７との間に設けられた、水蒸気室として機能する空間と外部とを連通して、この空間内の水蒸気及び熱水を、外部に排出自在としている。
【０００５】
上述の図８に示した従来構造の第１例の場合には、上記内側のシールリング７を構成する１対のシールリップ１２、１２の内周縁を上記回転軸３の中間部外周面に、全周に亙って摺接させている。上記内側のシールリング７と上記スリンガ１１とは、関連付ける事なく、互いに独立した状態で設けている。
【０００６】
これに対して、特許文献２には、図９に示す様に、シールリング７ａとスリンガ１１ａとを互いに関連付けて設置する事により、シール性向上を図った構造が記載されている。この構造の場合、上記シールリング７ａを構成する３本のシールリップ１２ａ、１２ｂ、１２ｃのうち、２本のシールリップ１２ａ、１２ｂを回転軸３ａの外周面に、全周に亙って摺接させている。これに対して、残り１本のシールリップ１２ｃの先端縁を上記スリンガ１１ａの外側面に、全周に亙って摺接させている。この様に構成する事により、図８に示した従来構造の第１例の場合に比べてシール性を向上させ、上記回転軸３ａを支持している転がり軸受ユニット内への、水蒸気や熱水等の異物進入防止をより有効に図れる。
【０００７】
更に、特許文献３には図１０に示す様な、特許文献４には図１１に示す様な、それぞれウォータポンプの回転支持部に関する発明が記載されている。
このうちの特許文献３に記載された構造は、図１０に示す様に、シールリング１３とスリンガ１４とを組み合わせる事により、転がり軸受ユニット６ａ内への異物進入防止の為のシール装置を構成している。又、上記シールリング１３を構成するサイドシールリップ１５の先端縁を、上記スリンガ１４の外側面に当接させると共に、このサイドシールリップ１５の圧縮量δを、このサイドシールリップ１５の自由状態での高さＨの１／１０以上、７／１０以下としている。又、上記スリンガ１４の外側面で上記サイドシールリップ１５の先端縁が摺接する部分の粗さを、算術平均粗さＲａで０．２〜２．０μｍ、最大高さＲｙで０．８〜８．０μｍとしている。
【０００８】
又、特許文献４に記載された構造は、図１１に示す様に、シールリング１３を構成するサイドシールリップ１５ａの先端縁をスリンガ１４ａの外周縁部に形成した外径側円筒部１６の外周面に当接させると共に、このサイドシールリップ１５ａの弾性変形量δ´を、このサイドシールリップ１５ａの自由状態での高さＨ´の１／１０以上、７／１０以下としている。又、上記外径側円筒部１６の外周面で上記サイドシールリップ１５ａの先端縁が摺接する部分の粗さを、算術平均粗さＲａで０．２〜２．０μｍ、最大高さＲｙで０．８〜８．０μｍとしている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−２５４２１３号公報
【特許文献２】
特開平１１−１５３０９６号公報
【特許文献３】
特開２００３−６５２８９号公報
【特許文献４】
特開２００３−７４４９１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示した従来構造の第１例の場合、回転軸３の高速回転時に、この回転軸３の外周面と各シールリップ１２、１２の内周縁との接触圧を必ずしも十分に確保できず、シール性能が不足する可能性がある。
これに対して、図９〜１１に示した従来構造の第２〜４例の場合、上記第１例の構造に比べてシール性が良好ではあるが、各シールリップの先端縁と相手面との摺接部の面圧を長期間に亙り確保する面からは限度がある。従って、シール性に対する要求がより厳しくなった場合には、やはり改良の余地がある。
【００１１】
シールリングに設けたシールリップの先端縁と相手面との摺接部の面圧を長期間に亙って十分に確保する為には、回転軸３の外周面、又は、スリンガ等この回転軸３と共に回転する部材の一部外周面に摺接するシールリップに、金属の引っ張りばねであるガータスプリングを外嵌する、ガータスプリング付シールリングを採用する事が考えられる。この様なガータスプリング付シールリングを採用する事により、上記シールリップの内周縁と上記外周面との摺接部の面圧を確保し、シール性の向上を図れる。
【００１２】
但し、単にガータスプリング付シールリングを採用しただけでは、必ずしも上記回転軸３の回転抵抗を抑えつつ、十分なシール性能を得る事はできない。即ち、ガータスプリング付シールリングを使用した場合でも、上記摺接部の面圧を適正範囲に収めないと、上記回転軸３の回転抵抗が過大になったり、シール性が不足したりする。
更には、構成各部材の寸法誤差により、上記シールリップのうちで上記ガータスプリングを外嵌した部分に関する直径が設計値よりも小さくなると、このガータスプリングの弾性が不足し、上記摺接部の面圧が低下する可能性もある。
本発明のウォータポンプ用シールリングとウォータポンプ用回転支持装置とウォータポンプは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のウォータポンプ用シールリングとウォータポンプ用回転支持装置とウォータポンプのうち、請求項１、３、４に記載したウォータポンプ用シールリングは、回転しない部材の内周面とこの部材に挿通されたウォータポンプを構成する回転軸の外周面との間を塞ぐ為、この部材の内周面に係止自在とした外周縁と、内径寄り部分に設けられてその内周縁を上記回転軸若しくはこの回転軸と共に回転する部材の外周面に摺接自在としたシールリップとを備える。
特に、上記請求項１、３、４に記載したウォータポンプ用シールリングに於いては、直径を縮める方向の弾力を有する環状のガータスプリングが、上記シールリップに外嵌されている。
【００１４】
そして、請求項１に記載したウォータポンプ用シールリングの場合には、上記ガータスプリングの使用時の張力が０．１〜１．０Ｎである。この場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、上記ガータスプリングの使用時の張力を０．２〜１．０Ｎに規制する。
又、請求項３に記載したウォータポンプ用シールリングの場合には、上記ガータスプリングのばね定数が、０．０１７〜０．２７Ｎ／ｍｍに規制されている。
又、請求項４に記載したウォータポンプ用シールリングの場合には、上記シールリップの内周縁と、上記回転軸若しくはこの回転軸と共に回転する部材の外周面との摺動トルク（摺動部の摩擦に基づいて生じる、上記回転軸が回転する事に対する抵抗）が、０．０９８〜２．９４Ｎ・ｃｍである。
【００１５】
又、請求項６に記載したウォータポンプ用回転支持装置は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する、ウォータポンプを構成する回転軸と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、外周縁を上記外輪の端部内周面に係止したシールリングとを備える。
そして、このシールリングの内径寄り部分に設けられたシールリップの内周縁を、上記回転軸若しくはこの回転軸と共に回転する部材の外周面に摺接させている。
特に、上記請求項６に記載したウォータポンプ用回転支持装置に於いては、上記シールリングが、上述した様なウォータポンプ用シールリングである。
【００１６】
更に、請求項７に記載したウォータポンプは、ハウジングと、このハウジングの内周面に直接又は別体の外輪を介して設けられた外輪軌道と、外周面に内輪軌道を有する回転軸と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、外周縁を上記外輪の内端部内周面に係止したシールリングと、上記回転軸の外端部に固定したプーリと、この回転軸の内端部に固定したインペラと、軸方向に関してこのインペラと上記シールリングとの間部分で、上記ハウジングの内周面と上記回転軸の外周面との間に設けられたメカニカルシールと、軸方向に関してこのメカニカルシールと上記シールリングとの間に設けられた空間とを備える。
そして、上記シールリングの内径寄り部分に設けられたシールリップの内周縁を、上記回転軸若しくはこの回転軸と共に回転する部材の外周面に摺接させている。
特に、請求項７に記載したウォータポンプに於いては、上記シールリングが、前述した様なウォータポンプ用シールリングである。
【００１７】
【作用】
上述の様に構成する本発明のウォータポンプ用シールリングとウォータポンプ用回転支持装置とウォータポンプによれば、ウォータポンプの回転軸の回転抵抗の増大を抑えつつ、この回転軸を支持する転がり軸受ユニット内への、化学物質を含んだ冷却水や水蒸気等の異物侵入防止を有効に図れる。
即ち、ガータスプリング付シールリングを使用する事により、回転軸若しくはこの回転軸と共に回転する部材の外周面にその内周縁を摺接させるシールリップを径方向内方に弾性的に抑え付けている為、これら外周面と内周縁との摺接部の面圧を確保できる。
又、上記ガータスプリングの張力、或はばね定数、若しくは上記摺接部の摩擦抵抗に基づく摺動トルクを適切に規制しているので、シールリングを設ける事に伴う回転抵抗の増大を抑えつつ、上記摺動部のシール性を確保できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、転がり軸受ユニット６ａを構成する外輪１８の内端部内周面と、回転軸３の中間部外周面との間に設ける組み合わせシールリング１９の構造及び特性を適切に規制する事により、メカニカルシール１０（図８参照）を通過した水蒸気或は熱水が、複数の転動体（玉）３１を含む転がり軸受ユニット６ａの側に入り込みにくくする点にある。ウォータポンプの全体構造等、その他の部分の構造及び作用は、先に説明した上記図８に示した構造を含め、従来から知られているウォータポンプと同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略乃至は簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００１９】
上記組み合わせシールリング１９は、シールリング素子２０とスリンガ２１とを組み合わせて成る。このうちのシールリング素子２０は、芯金２２と、弾性材２３と、ガータスプリング２４とから成る。又、このうちの芯金２２は、ＳＰＣＣ等の炭素鋼板、ＳＥＣＣ等の亜鉛メッキ鋼板、或はステンレス鋼板等の鉄系金属板を円輪状に形成して成る。又、上記弾性材２３は、水素化ニトリルブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）或はフッ素ゴムの如きゴム材料等のエラストマーにより、全体を円環状に形成しており、上記芯金２２により補強されている。
【００２０】
更に、上記弾性材２３は、サイドシールリップ１５ｂに加えて、特許請求の範囲に記載したシールリップに相当する、内径側シールリップ２５を備える。この内径側シールリップ２５は、上記芯金２２よりも径方向内方に突出する状態で形成されており、断面形状は、外径側が開口した略Ｖ字形である。そして、上記内径側シールリップ２５に、上記ガータスプリング２４を外嵌している。従ってこの内径側シールリップ２５には、自身の弾性に加えて上記ガータスプリング２４の弾力が、この内径側シールリップ２５の内径を縮める方向の力として作用する。又、上記弾性材２３の外周縁部は、全周に亙って上記芯金２２の外周縁よりも径方向外方に突出して、当該部分に係止部２６を構成している。組立状態でこの係止部２６は、上記外輪１８の内端部内周面に形成した係止溝２７に、全周に亙って、シール性を確保した状態で係止される。
【００２１】
一方、上記スリンガ２１は、ステンレス鋼板、ＳＥＣＣ等の亜鉛メッキ鋼板の如き、耐蝕性を有する金属板を曲げ形成する事により、断面略Ｌ字形で全体を円環状に形成して成る。この様なスリンガ２１は、平坦な円輪部２８と、この円輪部２８の内周縁から上記シールリング素子２０に向けて直角に折れ曲がった内径側円筒部２９と、この円輪部２８の外周縁からこの内径側円筒部２９と同方向に直角に折れ曲がった外径側円筒部３０とから成る。尚、この外径側円筒部３０の先端部（図１の左端部）外周面を、上記外輪１８の端部内周面に近接対向させて、この部分でラビリンスシールを形成している。この様なスリンガ２１と前記シールリング素子２０とを組み合わせて前記組み合わせシールリング１９を構成した状態で、前記内径側シールリップ２５の内周縁は、上記内径側円筒部２９の外周面に全周に亙って弾性的に当接する。又、前記サイドシールリップ１５ｂの先端縁は、上記円輪部２８の片側面に近接対向して、当該部分にラビリンスシールを構成する。尚、上記内径側シールリップ２５の内周縁が摺接する、上記内径側円筒部２９の外周面は、表面粗さが算術平均粗さＲａで０．２０〜０．８０μｍの、平滑面としている。そして、上記外周面と上記内径側シールリップ２５の内周縁との摺動抵抗を抑えると共に、この内周縁の摩耗防止を図っている。
【００２２】
上記内径側シールリップ２５に上記内径側円筒部２９に向かう弾力を付与する為の、前記ガータスプリング２４は、ステンレスのばね鋼等、耐食性を有する弾性金属材製の引っ張りコイルばねの両端部同士を結合する事で、全体を円環状に構成している。本例の場合、この様なガータスプリング２４の使用状態での張力、即ち、前記組み合わせシールリング１９を組み立てた使用状態での張力が、０．１〜１．０Ｎとなる様に、各部の寸法を規制している。上記ガータスプリング２４の張力を上記範囲（０．１〜１．０Ｎ）内に納めれば、前記回転軸３が回転する事に対する抵抗を低く抑えつつ、上記摺接部のシール性を十分に確保できる。尚、シール性能をより十分に確保する為に好ましくは、上記張力を０．２Ｎ以上確保する。
【００２３】
又、本例の場合、上記ガータスプリング２４のばね定数は、０．０１７〜０．２７Ｎ／ｍｍの範囲に規制している。尚、この様なガータスプリング２４のばね定数の測定作業は、このガータスプリング２４の素材となる上記引っ張りコイルばねを、その両端部を結合する以前の、直線状のままの状態で行なう。言い換えれば、上記ガータスプリング２４は、ばね定数が０．０１７〜０．２７Ｎ／ｍｍである引っ張りコイルばねの両端を結合して、全体を円環状にする事により構成している。この様に規制するガータスプリング２４のばね定数のうち、上限を規制する（ばね定数の低いガータスプリング２４を使用する）理由は、上記摺接部を構成する前記内径側円筒部２９の外径寸法や、前記内径側シールリップ２５の肉厚寸法の製品毎の寸法誤差（ばらつき）によって、上記ガータスプリング２４の全長（周長）が設計値に対して多少ずれた場合でも、このガータスプリング２４が上記内径側シールリップ２５を抑え付ける（上記内径側円筒部２９の外周面に向け押圧する）弾力が大きく変化するのを防止する為である。
【００２４】
上記ばね定数が大きいと、上記寸法誤差に基づいて上記ガータスプリング２４の全長が設計値よりも少し短くなっただけでも、このガータスプリング２４の弾力が設計値に比べて小さくなる程度が著しくなる。そして、このガータスプリング２４が上記内径側シールリップ２５を抑え付ける力が不足して、この内径側シールリップ２５の内周縁と上記内径側円筒部２９の外周面との摺接部の面圧が低くなり、この摺接部のシール性が不足する。
【００２５】
これに対して、上記ガータスプリング２４のばね定数を０．２７Ｎ／ｍｍ以下に規制すれば、このガータスプリング２４の全長が設計値よりも多少短くなっても、上記ガータスプリング２４の弾性が不足するのを防止して、上記摺接部のシール性を確保できる。
【００２６】
尚、本発明の対象となるウォータポンプ用シールリングのガータスプリング２４に関して、ばね定数を０．０１６Ｎ／ｍｍ以下のものを造る事は、現状では困難であるので、上記ばね定数の下限値を０．０１７Ｎ／ｍｍとした。
【００２７】
以上に述べた様に、上記ガータスプリング２４の張力を上記範囲に規制する事による、前記回転軸３の回転抵抗の増大を抑えつつ、上記摺接部のシール性を確保すると言った作用・効果、更には、ばね定数を上記範囲に規制する事による、シール性を確保すると言った作用・効果は、上記内径側シールリップ２５が摺接する円筒面の直径（本例の場合には上記内径側円筒部２９の外径）が１５〜２７ｍｍの場合に良好に得られる。好ましくは、この直径を１５〜２２ｍｍの範囲、更に好ましくは１５〜１９ｍｍの範囲に規制した場合に、得られる上記作用・効果が顕著になる。
【００２８】
ガータスプリング２４の適切な仕様に関しては、上記内径側シールリップ２５と上記内径側円筒部２９の外周面との摺接部の摩擦抵抗の面からも規制できる。即ち、上記内径側シールリップ２５の内周縁と上記内径側円筒部２９の外周面との摺接部の摺動トルクを０．０９８〜２．９４Ｎ・ｃｍ（１０〜３００ｇｆ・ｃｍ）の範囲に規制する事で、上記回転軸３の回転抵抗を抑えつつシール性確保を図れる。上記摺動トルクが０．０９８Ｎ・ｃｍ未満となる程上記摺接部の面圧が低い場合には、この摺接部のシール性を十分に確保する事が難しい。これに対して、上記摺動トルクが２．９４Ｎ・ｃｍを越えると、上記回転軸３の回転抵抗が大きくなり過ぎて、ウォータポンプを組み込んだエンジンの性能悪化が問題となる。尚、このエンジンの性能悪化防止をより有効に図る為には、上記摺動トルクを０．０９８〜１．４７Ｎ・ｃｍ（１０〜１５０ｇｆ・ｃｍ）の範囲に規制する事が好ましい。この様に摺動トルクの面から規制する場合でも、上記ガータスプリングのばね定数を前記範囲に規制する事は、摩耗に伴うシール性低下を防止する為に有効である。
【００２９】
次に、図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、上述した第１例の場合よりもサイドシールリップ１５を長くして、このサイドシールリップ１５の先端縁を、スリンガ２１の円輪部２８の側面に、全周に亙って摺接させている。このサイドシールリップ１５の圧縮量は、このサイドシールリップ１５の自由状態での高さの１／１０以上、７／１０以下とし、上記スリンガ１４の外側面で上記サイドシールリップ１５の先端縁が摺接する部分の粗さを、算術平均粗さＲａで０．２〜２．０μｍ、最大高さＲｙで０．８〜８．０μｍとしている。この点は、前述した特許文献３に記載された発明の場合と同様である。又、上記サイドシールリップ１５以外の部分の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様である。
【００３０】
次に、図３〜４は、本発明の実施の形態の第３〜４例を示している。これら各例の場合には、軸方向に関して、内径側シールリップ２５ａを、サイドシールリップ１５ｂ（図３）、１５（図４）と逆方向に形成している。その他の部分の構成及び作用は、図３に示した第３例は前述した第１例と、図４に示した第４例は上述した第２例と、それぞれ同様である。
【００３１】
次に、図５は、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、スリンガ２１ａの断面形状をクランク形とし、このスリンガ２１ａの内周縁部に形成した内径側円筒部２９を、このスリンガ２１ａの円輪部２８に関して、シールリング素子２０と逆側に配置している。そして、このシールリング素子２０の内径側シールリップ２５の内周縁を、回転軸３の外周面に直接摺接させている。これに伴って本例の場合には、この回転軸３の外周面で上記内径側シールリップ２５の内周縁が摺接する部分の直径を１５〜２７ｍｍ（好ましくは１５〜２２ｍｍ、更に好ましくは１５〜１９ｍｍ）の範囲に規制すると共に、この部分を、算術平均粗さＲａで０．２０〜０．８０μｍの平滑面としている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例と同様である。
【００３２】
次に、図６は、本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合には、シールリング素子２０ａを構成する芯金２２ａとして、中間部に段差部を有する、断面クランク形のものを使用している。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例と同様である。
【００３３】
次に、図７は、本発明の実施の形態の第７例を示している。本例の場合には、シールリング素子２０ｂにサイドシールリップを設けず、代わりに、内径側シールリップ２５と並べて設けた第二の内径側シールリップ３２の先端縁を、スリンガ２１の内径側円筒部２９の外周面に摺接させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例と同様である。
【００３４】
【実施例】
次に、本発明の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。実験では、図１に示す構造を有する組み合わせシールリング１９に組み込んだガータスプリング２４の張力、ばね定数、摺動トルクを種々変化させる事により、シール性と回転抵抗との良否に就いて判定した。その結果を、次の表１〜２に示す。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【表２】

【００３７】
先ず、表１には、ガータスプリング２４の張力（Ｎ）と、シール性と、回転抵抗（摺動トルク）との関係に就いて示している。上記表１に示した各符号のうち、「Ａ」は、前記組み合わせシールリング１９を通じての水の侵入がないか、あっても実用上問題とならない程度の極少量であり、且つ、回転抵抗が十分に低かった事を、「Ｂ」は、上記組み合わせシールリング１９を通じて水の侵入はあったが実用上問題とならない程度の少量であり、且つ、回転抵抗が十分に低かった事を、「Ｃ」は、上記組み合わせシールリング１９を通じての水の侵入は殆どなかったが、回転抵抗が高めであった事を、「Ｄ」は、実用上問題となる程水の侵入があった事を、それぞれ表している。この様な実験の結果を表した表１から明らかな通り、上記ガータスプリング２４の張力を０．１Ｎ以上確保すれば、実用上問題となる程水の侵入を防止できる。又、この張力を０．２Ｎ以上確保すれば、上記水の侵入をより少なく抑えられる。更に、上記張力を１．０Ｎ以下に抑えれば、上記回転抵抗を十分に低く抑えられる。
【００３８】
次に、表２には、組み合わせシールリング１９を構成する内径側シールリップ２５の内周縁とスリンガ２１の内径側円筒部２９の外周面との摺動トルクと、上記組み合わせシールリング１９のシール性と回転抵抗（摺動トルク）との関係に就いて示している。上記表２に示した各符号のうち、「Ａ」は、上記組み合わせシールリング１９を通じて実用上問題となる程の水の侵入がなく、しかも回転抵抗が低かった事を、「Ｂ」は、実用上問題となる程の水の侵入はなかったが、回転抵抗が少し高かった事を、「Ｃ」は、実用上問題となる程の水の侵入がなかったが、回転抵抗が問題となる程高かった事を、「Ｄ」は、実用上問題となる程水の侵入があった事を、それぞれ表している。この様な実験の結果を表した表２から明らかな通り、上記内径側シールリップ２５の内周縁と上記内径側円筒部２９の外周面との摺動トルクを０．０９８Ｎ・ｃｍ以上確保すれば、上記組み合わせシールリング１９を通じて実用上問題となる程の水の侵入が生じる事を防止できる。又、上記摺動トルクを２．９４Ｎ・ｃｍ以下に抑えれば、上記回転抵抗を実用上問題ない程度に低く抑えられる。更に、上記摺動トルクを１．４７Ｎ・ｃｍ以下に抑えれば、上記回転抵抗を十分に低く抑えられる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、回転軸の回転抵抗の増大を抑えつつ、十分なシール性を確保できる様にして、ウォータポンプの耐久性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を、シールリングをウォータポンプに組み込んだ状態で示す部分断面図。
【図２】同第２例を示す、図１と同様の図。
【図３】同第３例を示す、図１と同様の図。
【図４】同第４例を示す、図１と同様の図。
【図５】同第５例を示す、図１と同様の図。
【図６】同第６例を示す、図１と同様の図。
【図７】同第７例を示す、図１と同様の図。
【図８】従来から知られているウォータポンプの第１例を示す断面図。
【図９】同第２例を示す部分断面図。
【図１０】同第３例を示す部分断面図。
【図１１】同第４例を示す部分断面図。
【符号の説明】
１ハウジング
２取付フランジ
３回転軸
４玉軸受
５ころ軸受
６、６ａ転がり軸受ユニット
７、７ａシールリング
８プーリ
９インペラ
１０メカニカルシール
１１、１１ａスリンガ
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃシールリップ
１３シールリング
１４、１４ａスリンガ
１５、１５ａ、１５ｂサイドシールリップ
１６外径側円筒部
１７シールリング
１８外輪
１９組み合わせシールリング
２０、２０ａ、２０ｂシールリング素子
２１、２１ａスリンガ
２２、２２ａ芯金
２３弾性材
２４ガータスプリング
２５、２５ａ内径側シールリップ
２６係止部
２７係止溝
２８円輪部
２９内径側円筒部
３０外径側円筒部
３１転動体
３２第二の内径側シールリップ[0001]
[Industrial application fields]
A water pump seal ring, a water pump rotation support device, and a water pump according to the present invention relate to an improvement of a water pump seal device for circulating cooling water of an automobile engine.
[0002]
[Prior art]
As a water pump for circulating the cooling water of an automobile engine, for example, Patent Document 1 describes a structure as shown in FIG. The cylindrical housing 1 uses an attachment flange 2 formed on the outer peripheral surface (the inner side in the axial direction means the side closer to the engine, the right side of each figure. The same applies throughout the present specification). Fixed to the cylinder block of the engine. On the inner diameter side of the housing 1, the rotating shaft 3, the inner ball bearing 4, and the outer side (outer in the axial direction means the side far from the engine, the left side of each figure. The same applies throughout this specification). A rolling bearing unit 6 that is combined with the bearing 5 is rotatably supported.

Sealing rings

7 and 7 are provided at both ends of the rolling bearing unit 6 in the axial direction (left and right direction in FIG. 8) to prevent leakage of grease sealed inside, and intrusion of foreign matters such as dust and water vapor existing outside. We are trying to prevent it. A pulley 8 is fixed to a portion protruding from the outer end opening of the housing 1 at the outer end portion of the rotating shaft 3.
[0003]
In the assembled state to the engine, a belt (not shown) is stretched around the pulley 8 and the rotary shaft 3 is driven to rotate by the crankshaft of the engine. On the other hand, an impeller 9 is fixed to a portion protruding from the inner surface of the mounting flange 2 at the inner end of the rotating shaft 3. With the mounting flange 2 fixed to the cylinder block of the engine, the impeller 9 enters the inside of a water jacket provided in the cylinder block. Then, as the rotary shaft 3 rotates, the cooling water in the water jacket is circulated with a radiator or the like (not shown).
[0004]
Further, a mechanical seal 10 is provided between the outer peripheral surface of the rotating shaft 3 and the inner peripheral surface of the housing 1. The mechanical seal 10 prevents the hot water, which is the cooling water flowing in the water jacket, from leaking outside while allowing the rotation of the rotating shaft 3 during operation of the engine. However, it is difficult to completely seal with the mechanical seal 10, and the cooling water containing chemical substances such as antifreeze agent and rust preventive agent evaporates due to frictional heat generated on the sealing surface of the mechanical seal 10. Thus, at the same time as it leaks to the rolling bearing unit 6 side, the cooling water in which the chemical substance is concentrated by this evaporation also leaks to the rolling bearing unit 6 side. For this purpose, a slinger 11 is provided between the mechanical seal 10 and the inner seal ring 7 at the intermediate portion of the rotating shaft 3 and a portion of the housing 1 facing the outer peripheral edge of the slinger 11 at the intermediate portion. Exhaust holes (not shown) are provided so that water vapor or hot water leaked from the mechanical seal 10 can be discharged out of the housing 1. That is, the supply / exhaust port communicates a space functioning as a water vapor chamber provided between the mechanical seal 10 and the inner seal ring 7 with respect to the axial direction and the outside. Hot water can be discharged to the outside.
[0005]
In the case of the first example of the conventional structure shown in FIG. 8 described above, the inner peripheral edge of the pair of seal lips 12, 12 constituting the inner seal ring 7 is the outer peripheral surface of the intermediate portion of the rotary shaft 3. It is slid over the entire circumference. The inner seal ring 7 and the slinger 11 are provided independently of each other without being associated with each other.
[0006]
On the other hand, as shown in FIG. 9, Patent Document 2 describes a structure in which a seal ring 7a and a slinger 11a are installed in association with each other to improve sealing performance. In the case of this structure, of the three

seal lips

12a, 12b and 12c constituting the seal ring 7a, the two

seal lips

12a and 12b are slidably contacted with the outer peripheral surface of the rotary shaft 3a over the entire periphery. I am letting. On the other hand, the leading edge of the remaining one seal lip 12c is brought into sliding contact with the outer surface of the slinger 11a over the entire circumference. Such a configuration improves the sealing performance as compared with the case of the first example of the conventional structure shown in FIG. 8, and the steam and hot water into the rolling bearing unit supporting the rotating shaft 3a. It is possible to more effectively prevent foreign matter from entering.
[0007]
Further, Patent Document 3 describes an invention relating to a rotation support portion of a water pump, as shown in FIG. 10 and Patent Document 4 as shown in FIG.
Of these, the structure described in Patent Document 3 constitutes a sealing device for preventing foreign matter from entering the rolling bearing unit 6a by combining a seal ring 13 and a slinger 14 as shown in FIG. ing. Further, the end edge of the side seal lip 15 constituting the seal ring 13 is brought into contact with the outer surface of the slinger 14 and the compression amount δ of the side seal lip 15 is set in the free state of the side seal lip 15. The height H is set to 1/10 or more and 7/10 or less. The roughness of the outer surface of the slinger 14 where the tip edge of the side seal lip 15 is in sliding contact is 0.2 to 2.0 μm in arithmetic average roughness Ra and 0.8 to 8 in maximum height Ry. .0 μm.
[0008]
Further, as shown in FIG. 11, the structure described in Patent Document 4 has an outer periphery of an outer diameter side cylindrical portion 16 in which a tip edge of a side seal lip 15 a constituting a seal ring 13 is formed on an outer peripheral edge portion of a slinger 14 a. The elastic deformation amount δ ′ of the side seal lip 15a is set to 1/10 or more and 7/10 or less of the height H ′ of the side seal lip 15a in the free state. Further, the roughness of the outer peripheral surface of the outer diameter side cylindrical portion 16 where the tip edge of the side seal lip 15a is in sliding contact is 0.2 to 2.0 μm in arithmetic average roughness Ra, and 0 in the maximum height Ry. .8 to 8.0 μm.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-8-254213
[Patent Document 2]
JP-A-11-153096
[Patent Document 3]
JP 2003-65289 A
[Patent Document 4]
JP 2003-74491 A
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the first example of the conventional structure shown in FIG. 8, the contact pressure between the outer peripheral surface of the rotary shaft 3 and the inner peripheral edges of the seal lips 12 and 12 cannot always be sufficiently ensured when the rotary shaft 3 rotates at high speed. The sealing performance may be insufficient.
On the other hand, in the case of the second to fourth examples of the conventional structure shown in FIGS. 9 to 11, the sealing performance is better than that of the structure of the first example. There is a limit in terms of securing the surface pressure of the sliding contact portion over a long period of time. Therefore, there is still room for improvement when the requirement for sealing performance becomes more severe.
[0011]
In order to sufficiently secure the surface pressure of the sliding contact portion between the tip edge of the seal lip provided on the seal ring and the mating surface over a long period of time, the outer peripheral surface of the rotating shaft 3 or the rotating shaft such as a slinger It is conceivable to employ a seal ring with a garter spring in which a garter spring, which is a metal tension spring, is fitted on a seal lip that is in sliding contact with a part of the outer peripheral surface of a member that rotates together with 3. By adopting such a seal ring with a garter spring, the surface pressure of the sliding contact portion between the inner peripheral edge of the seal lip and the outer peripheral surface can be secured, and the sealing performance can be improved.
[0012]
However, by simply adopting a seal ring with a garter spring, it is not always possible to obtain sufficient sealing performance while suppressing the rotational resistance of the rotary shaft 3. That is, even when a seal ring with a garter spring is used, if the surface pressure of the sliding contact portion is not within an appropriate range, the rotational resistance of the rotary shaft 3 becomes excessive or the sealing performance is insufficient.
Furthermore, if the diameter of the seal lip where the garter spring is externally fitted becomes smaller than the design value due to a dimensional error of each component member, the elasticity of the garter spring is insufficient, and the surface of the sliding contact portion There is also the possibility that the pressure drops.
The seal ring for water pump, the rotation support device for water pump, and the water pump of the present invention have been invented in view of such circumstances.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Among the water pump seal ring, the water pump rotation support device, and the water pump according to the present invention, the water pump seal ring according to claims 1, 3, and 4 is inserted into the inner peripheral surface of the non-rotating member and the member. In order to close the space between the outer peripheral surface of the rotating shaft that constitutes the water pump, an outer peripheral edge that can be locked to the inner peripheral surface of this member, and an inner peripheral edge provided on a portion closer to the inner diameter, the inner peripheral edge is connected to the rotating shaft or And a seal lip that is slidable on the outer peripheral surface of the member that rotates together with the rotating shaft.
In particular, in the water pump seal ring according to the first, third, and fourth aspects of the present invention, an annular garter spring having elasticity in the direction of reducing the diameter is externally fitted to the seal lip.
[0014]
And in the case of the seal ring for water pumps described in claim 1, the tension when the garter spring is used is 0.1 to 1.0N. In this case, preferably, as described in claim 2, the tension during use of the garter spring is regulated to 0.2 to 1.0 N.
In the case of the water pump seal ring according to claim 3, the spring constant of the garter spring is regulated to 0.017 to 0.27 N / mm.
Further, in the case of the water pump seal ring according to claim 4, the sliding torque (sliding portion of the sliding portion) between the inner peripheral edge of the seal lip and the outer peripheral surface of the rotating shaft or a member rotating together with the rotating shaft. The resistance to the rotation of the rotating shaft generated based on the friction is 0.098 to 2.94 N · cm.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a rotary support device for a water pump, comprising: an outer ring having an outer ring raceway on an inner peripheral surface; a rotary shaft having an inner ring raceway on an outer peripheral surface; And a plurality of rolling elements provided so as to be freely rotatable, and a seal ring having an outer peripheral edge engaged with an inner peripheral surface of an end portion of the outer ring.
The inner peripheral edge of the seal lip provided near the inner diameter of the seal ring is brought into sliding contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft or a member that rotates together with the rotating shaft.
Particularly, in the water pump rotation support device according to the sixth aspect, the seal ring is a water pump seal ring as described above.
[0016]
Furthermore, a water pump according to a seventh aspect of the present invention includes a housing, an outer ring raceway provided on the inner peripheral surface of the housing directly or via a separate outer ring, a rotating shaft having an inner ring raceway on the outer peripheral surface, A plurality of rolling elements provided between the outer ring raceway and the inner ring raceway so as to be freely rotatable, a seal ring having an outer peripheral edge engaged with an inner peripheral surface of the inner end portion of the outer ring, and an outer end portion of the rotary shaft A fixed pulley, an impeller fixed to the inner end of the rotating shaft, and a portion between the impeller and the seal ring in the axial direction between the inner peripheral surface of the housing and the outer peripheral surface of the rotating shaft. A mechanical seal provided, and a space provided between the mechanical seal and the seal ring in the axial direction.
The inner peripheral edge of the seal lip provided near the inner diameter of the seal ring is brought into sliding contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft or a member that rotates together with the rotating shaft.
Particularly, in the water pump according to claim 7, the seal ring is a seal ring for a water pump as described above.
[0017]
[Action]
According to the water pump seal ring, the water pump rotation support device, and the water pump of the present invention configured as described above, the rolling bearing that supports the rotating shaft while suppressing an increase in the rotational resistance of the rotating shaft of the water pump. It is possible to effectively prevent foreign substances such as cooling water and water vapor containing chemical substances from entering the unit.
That is, by using a seal ring with a garter spring, the seal lip that slides the inner periphery of the rotating shaft or the outer peripheral surface of the member that rotates together with the rotating shaft is elastically suppressed radially inward. The surface pressure of the sliding contact portion between the outer peripheral surface and the inner peripheral edge can be ensured.
In addition, since the sliding torque based on the tension of the garter spring, or the spring constant, or the frictional resistance of the sliding contact portion is appropriately regulated, an increase in rotational resistance due to the provision of the seal ring is suppressed, The sealing property of the sliding part can be ensured.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a first example of an embodiment of the present invention. The feature of this example is that the structure and characteristics of the combination seal ring 19 provided between the inner peripheral surface of the inner end of the outer ring 18 constituting the rolling bearing unit 6a and the outer peripheral surface of the intermediate portion of the rotary shaft 3 are appropriately regulated. By doing this, the steam or hot water that has passed through the mechanical seal 10 (see FIG. 8) is less likely to enter the side of the rolling bearing unit 6a including a plurality of rolling elements (balls) 31. The structure and operation of other parts such as the overall structure of the water pump are the same as those of the conventionally known water pump including the structure shown in FIG. 8 described above. Is omitted or simplified, and the following description will focus on the features of the present invention.
[0019]
The combination seal ring 19 is formed by combining a seal ring element 20 and a slinger 21. Among these, the seal ring element 20 includes a cored bar 22, an elastic material 23, and a garter spring 24. Of these, the cored bar 22 is formed by forming an iron metal plate such as a carbon steel plate such as SPCC, a galvanized steel plate such as SECC, or a stainless steel plate into an annular shape. The elastic member 23 is formed in an annular shape as a whole by an elastomer such as a hydrogenated nitrile butadiene rubber (H-NBR) or a fluorine rubber, and is reinforced by the cored bar 22. .
[0020]
Further, the elastic member 23 includes an inner diameter side seal lip 25 corresponding to the seal lip described in the claims in addition to the side seal lip 15b. The inner diameter side seal lip 25 is formed in a state of projecting inward in the radial direction from the core metal 22, and the cross-sectional shape is substantially V-shaped with the outer diameter side opened. The garter spring 24 is externally fitted to the inner diameter side seal lip 25. Therefore, in addition to its own elasticity, the elastic force of the garter spring 24 acts on the inner diameter side seal lip 25 as a force in a direction to reduce the inner diameter of the inner diameter side seal lip 25. Further, the outer peripheral edge portion of the elastic member 23 protrudes outward in the radial direction from the outer peripheral edge of the cored bar 22 over the entire periphery, and constitutes a locking portion 26 at the portion. In the assembled state, the locking portion 26 is locked to a locking groove 27 formed on the inner peripheral surface of the inner end portion of the outer ring 18 in a state where a sealing property is secured over the entire circumference.
[0021]
On the other hand, the slinger 21 is formed by bending a corrosion-resistant metal plate such as a stainless steel plate or a galvanized steel plate such as SECC, thereby forming an entire ring shape with a substantially L-shaped cross section. Such a slinger 21 includes a flat annular portion 28, an inner diameter side cylindrical portion 29 bent at a right angle from the inner peripheral edge of the annular portion 28 toward the seal ring element 20, and an outer portion of the annular portion 28. It consists of the inner diameter side cylindrical portion 29 from the periphery and the outer diameter side cylindrical portion 30 bent at a right angle in the same direction. The outer peripheral surface of the distal end portion (left end portion in FIG. 1) of the outer diameter side cylindrical portion 30 is opposed to the inner peripheral surface of the end portion of the outer ring 18 to form a labyrinth seal at this portion. In a state in which the combination seal ring 19 is configured by combining such a slinger 21 and the seal ring element 20, the inner peripheral edge of the inner diameter side seal lip 25 is all around the outer peripheral surface of the inner diameter side cylindrical portion 29. It comes in contact elastically. Further, the front end edge of the side seal lip 15b is close to and opposed to one side surface of the annular ring portion 28 and constitutes a labyrinth seal at that portion. In addition, the outer peripheral surface of the inner diameter side cylindrical portion 29 with which the inner peripheral edge of the inner diameter side seal lip 25 is in sliding contact is a smooth surface having an arithmetic average roughness Ra of 0.20 to 0.80 μm. The sliding resistance between the outer peripheral surface and the inner peripheral edge of the inner diameter side seal lip 25 is suppressed, and wear of the inner peripheral edge is prevented.
[0022]
The garter spring 24 for applying elasticity toward the inner diameter side cylindrical portion 29 to the inner diameter side seal lip 25 is formed by connecting both ends of a tensile coil spring made of an elastic metal material having corrosion resistance such as stainless spring steel. By connecting, the whole is formed in an annular shape. In the case of this example, the dimensions of each part are set so that the tension in the use state of such a garter spring 24, that is, the tension in the use state in which the combination seal ring 19 is assembled is 0.1 to 1.0N. Is regulated. If the tension of the garter spring 24 falls within the above range (0.1 to 1.0 N), the resistance to the rotation of the rotating shaft 3 is kept low and the sealing performance of the sliding contact portion is sufficiently secured. it can. In order to secure sufficient sealing performance, preferably, the tension is secured to 0.2 N or more.
[0023]
In the case of this example, the spring constant of the garter spring 24 is restricted to a range of 0.017 to 0.27 N / mm. Note that the measurement of the spring constant of the garter spring 24 is performed in a state in which the tension coil spring, which is a material of the garter spring 24, remains in a straight line state before both ends thereof are coupled. In other words, the garter spring 24 is configured by joining both ends of a tension coil spring having a spring constant of 0.017 to 0.27 N / mm to form an annular shape as a whole. The reason why the upper limit of the spring constant of the garter spring 24 to be regulated in this way is regulated (the garter spring 24 having a low spring constant is used) is that the outer diameter dimension of the inner diameter side cylindrical portion 29 constituting the sliding contact portion. Even if the overall length (circumferential length) of the garter spring 24 is slightly deviated from the design value due to dimensional error (variation) of the thickness of the inner diameter side seal lip 25 for each product, This is to prevent the elasticity of pressing the inner diameter side seal lip 25 (pressing toward the outer peripheral surface of the inner diameter side cylindrical portion 29) from changing greatly.
[0024]
If the spring constant is large, even if the total length of the garter spring 24 is slightly shorter than the design value based on the dimensional error, the degree to which the elasticity of the garter spring 24 becomes smaller than the design value becomes significant. Then, the force with which the garter spring 24 suppresses the inner diameter side seal lip 25 is insufficient, and the surface pressure of the sliding contact portion between the inner peripheral edge of the inner diameter side seal lip 25 and the outer peripheral surface of the inner diameter side cylindrical portion 29 is increased. It becomes low and the sealing property of this sliding contact part is insufficient.
[0025]
On the other hand, if the spring constant of the garter spring 24 is restricted to 0.27 N / mm or less, even if the overall length of the garter spring 24 is slightly shorter than the design value, the elasticity of the garter spring 24 is insufficient. Can be prevented, and the sealing performance of the sliding contact portion can be secured.
[0026]
It should be noted that it is difficult at present to make a spring constant of 0.016 N / mm or less for the garter spring 24 of the water pump seal ring which is the subject of the present invention, so the lower limit of the spring constant is set to 0. 017 N / mm.
[0027]
As described above, the operation and effect of ensuring the sealing performance of the sliding contact portion while suppressing an increase in the rotational resistance of the rotating shaft 3 by restricting the tension of the garter spring 24 to the above range. Furthermore, the action and effect of securing the sealing performance by restricting the spring constant to the above range is the diameter of the cylindrical surface with which the inner diameter side seal lip 25 is in sliding contact (in the case of this example, the inner diameter side). Good results are obtained when the outer diameter of the cylindrical portion 29 is 15 to 27 mm. Preferably, when the diameter is regulated within a range of 15 to 22 mm, and more preferably within a range of 15 to 19 mm, the obtained action and effect become remarkable.
[0028]
Appropriate specifications of the garter spring 24 can also be regulated from the surface of the frictional resistance of the sliding contact portion between the inner diameter side seal lip 25 and the outer peripheral surface of the inner diameter side cylindrical portion 29. That is, the sliding torque of the sliding contact portion between the inner peripheral edge of the inner diameter side seal lip 25 and the outer peripheral surface of the inner diameter side cylindrical portion 29 is in the range of 0.098 to 2.94 N · cm (10 to 300 gf · cm). By restricting, the sealing performance can be ensured while suppressing the rotational resistance of the rotating shaft 3. When the surface pressure of the sliding contact portion is so low that the sliding torque is less than 0.098 N · cm, it is difficult to sufficiently secure the sealing performance of the sliding contact portion. On the other hand, if the sliding torque exceeds 2.94 N · cm, the rotational resistance of the rotating shaft 3 becomes too large, and the performance of the engine incorporating the water pump becomes a problem. In order to effectively prevent the deterioration of the performance of the engine, it is preferable to regulate the sliding torque within a range of 0.098 to 1.47 N · cm (10 to 150 gf · cm). Even in the case where the sliding torque is restricted in this way, restricting the spring constant of the garter spring to the above range is effective for preventing deterioration of the sealing performance due to wear.
[0029]
Next, FIG. 2 shows a second example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the side seal lip 15 is made longer than in the case of the first example described above, and the tip edge of this side seal lip 15 is placed on the side surface of the annular portion 28 of the slinger 21 around the entire circumference. Slid in contact. The compression amount of the side seal lip 15 is set to 1/10 or more and 7/10 or less of the height of the side seal lip 15 in a free state, and the leading edge of the side seal lip 15 is formed on the outer surface of the slinger 14. The roughness of the sliding contact portion is 0.2 to 2.0 μm in arithmetic average roughness Ra and 0.8 to 8.0 μm in maximum height Ry. This is the same as the case of the invention described in Patent Document 3 described above. Further, the configuration and operation of the portions other than the side seal lip 15 are the same as in the case of the first example described above.
[0030]
Next, FIGS. 3 to 4 show third to fourth examples of the embodiment of the present invention. In each of these examples, the inner diameter side seal lip 25a is formed in the opposite direction to the side seal lips 15b (FIG. 3) and 15 (FIG. 4) in the axial direction. The configuration and operation of the other parts are the same as the first example described above for the third example shown in FIG. 3 and the second example described above for the fourth example shown in FIG.
[0031]
Next, FIG. 5 shows a fifth example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the slinger 21a has a crank-shaped cross section, and the inner cylindrical portion 29 formed on the inner peripheral edge of the slinger 21a is opposite to the seal ring element 20 with respect to the annular portion 28 of the slinger 21a. Arranged on the side. The inner peripheral edge of the inner diameter side seal lip 25 of the seal ring element 20 is in direct sliding contact with the outer peripheral surface of the rotary shaft 3. Accordingly, in the case of this example, the diameter of the portion where the inner peripheral edge of the inner diameter side seal lip 25 is in sliding contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft 3 is 15 to 27 mm (preferably 15 to 22 mm, more preferably 15 to 19 mm), and this portion is a smooth surface with an arithmetic average roughness Ra of 0.20 to 0.80 μm. The configuration and operation of the other parts are the same as in the first example described above.
[0032]
Next, FIG. 6 shows a sixth example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the cored bar 22a constituting the seal ring element 20a is a crank-shaped one having a stepped portion at the intermediate portion. The configuration and operation of the other parts are the same as in the first example described above.
[0033]
Next, FIG. 7 shows a seventh example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the seal ring element 20b is not provided with a side seal lip. Instead, the tip edge of the second inner diameter side seal lip 32 provided side by side with the inner diameter side seal lip 25 is used as the inner diameter side cylinder of the slinger 21. The outer periphery of the portion 29 is in sliding contact. The configuration and operation of the other parts are the same as in the first example described above.
[0034]
【Example】
Next, an experiment conducted for confirming the effect of the present invention will be described. In the experiment, the quality of the sealing performance and the rotational resistance were judged by variously changing the tension, the spring constant, and the sliding torque of the garter spring 24 incorporated in the combination seal ring 19 having the structure shown in FIG. The results are shown in the following Tables 1-2.
[0035]
[Table 1]

[0036]
[Table 2]

[0037]
First, Table 1 shows the relationship between the tension (N) of the garter spring 24, the sealing performance, and the rotational resistance (sliding torque). Among the symbols shown in Table 1, “A” is a very small amount that does not cause water intrusion through the combination seal ring 19 or does not cause any practical problem, and has a rotational resistance. “B” indicates that the amount of water entering through the combination seal ring 19 is small enough not to cause a problem in practice, and that the rotational resistance is sufficiently low. ”Means that water hardly penetrated through the combination seal ring 19 but the rotational resistance was high, and“ D ”means that water entered so as to be a practical problem. Represents. As is apparent from Table 1 showing the results of such an experiment, if the tension of the garter spring 24 is secured to 0.1 N or more, the invasion of water can be prevented to the extent that it becomes a practical problem. Further, if the tension is secured at 0.2 N or more, the intrusion of water can be suppressed to a minimum. Furthermore, if the tension is suppressed to 1.0 N or less, the rotational resistance can be suppressed sufficiently low.
[0038]
Next, Table 2 shows the sliding torque between the inner peripheral edge of the inner diameter side seal lip 25 constituting the combination seal ring 19 and the outer peripheral surface of the inner diameter side cylindrical portion 29 of the slinger 21, and the sealing performance of the combination seal ring 19. And the rotational resistance (sliding torque). Among the symbols shown in Table 2 above, “A” indicates that water did not enter the combination seal ring 19 so as to cause practical problems, and “B” indicates that the rotational resistance was low. Although there was no water invasion to the extent that it was a problem, the rotation resistance was a little high, “C” was that there was no water invasion that was a problem in practice, but the rotation resistance was a problem. “D” indicates that there was water intrusion so as to be a practical problem. As is apparent from Table 2 showing the results of such an experiment, if the sliding torque between the inner peripheral edge of the inner diameter side seal lip 25 and the outer peripheral surface of the inner diameter side cylindrical portion 29 is ensured to be 0.098 N · cm or more. Thus, it is possible to prevent water from entering to the extent that is a practical problem through the combination seal ring 19. Further, if the sliding torque is suppressed to 2.94 N · cm or less, the rotational resistance can be suppressed to a level that does not cause a practical problem. Furthermore, if the sliding torque is suppressed to 1.47 N · cm or less, the rotational resistance can be suppressed sufficiently low.
[0039]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured and operates as described above, the durability of the water pump can be improved by ensuring sufficient sealing performance while suppressing increase in rotational resistance of the rotating shaft.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a first example of an embodiment of the present invention with a seal ring incorporated in a water pump.
FIG. 2 is a view similar to FIG. 1, showing the second example.
FIG. 3 is a view similar to FIG. 1, showing the third example.
FIG. 4 is a view similar to FIG. 1, showing the fourth example.
FIG. 5 is a view similar to FIG. 1, showing the fifth example.
FIG. 6 is a view similar to FIG. 1, showing the sixth example.
FIG. 7 is a view similar to FIG. 1, showing the seventh example.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a first example of a conventionally known water pump.
FIG. 9 is a partial sectional view showing the second example.
FIG. 10 is a partial sectional view showing the third example.
FIG. 11 is a partial sectional view showing the fourth example.
[Explanation of symbols]
1 Housing
2 Mounting flange
3 Rotating shaft
4 Ball bearing
5 Roller bearing
6, 6a Rolling bearing unit
7, 7a Seal ring
8 pulley
9 Impeller
10 Mechanical seal
11, 11a Slinger
12, 12a, 12b, 12c Seal lip
13 Seal ring
14, 14a Slinger
15, 15a, 15b Side seal lip
16 Outer diameter side cylindrical part
17 Seal ring
18 Outer ring
19 Combination seal ring
20, 20a, 20b Seal ring element
21, 21a Slinger
22, 22a Core
23 Elastic material
24 Garta Spring
25, 25a Inner diameter side seal lip
26 Locking part
27 Locking groove
28 torus
29 Inner diameter side cylindrical part
30 Outer diameter side cylindrical part
31 Rolling elements
32 Second inner diameter side seal lip

Claims

To close the space between the inner peripheral surface of the non-rotating member and the outer peripheral surface of the rotating shaft constituting the water pump inserted through this member, an outer peripheral edge that can be locked to the inner peripheral surface of this member, and a portion closer to the inner diameter In a water pump seal ring provided with a seal lip whose inner peripheral edge is slidably contactable with the rotary shaft or an outer peripheral surface of a member rotating together with the rotary shaft, the elasticity in the direction of reducing the diameter is provided. An annular garter spring having an outer fit on the seal lip, and a tension when the garter spring is used is 0.1 to 1.0 N.

The water pump seal ring according to claim 1, wherein the tension during use of the garter spring is 0.2 to 1.0 N.

To close the space between the inner peripheral surface of the non-rotating member and the outer peripheral surface of the rotating shaft constituting the water pump inserted through this member, an outer peripheral edge that can be locked to the inner peripheral surface of this member, and a portion closer to the inner diameter In a water pump seal ring provided with a seal lip whose inner peripheral edge is slidably contactable with the rotary shaft or an outer peripheral surface of a member rotating together with the rotary shaft, the elasticity in the direction of reducing the diameter is provided. An annular garter spring having an outer fit on the seal lip, and a spring constant of the garter spring is regulated to 0.017 to 0.27 N / mm.

To close the space between the inner peripheral surface of the non-rotating member and the outer peripheral surface of the rotating shaft constituting the water pump inserted through this member, an outer peripheral edge that can be locked to the inner peripheral surface of this member, and a portion closer to the inner diameter In a water pump seal ring provided with a seal lip whose inner peripheral edge is slidably contactable with the rotary shaft or an outer peripheral surface of a member rotating together with the rotary shaft, the elasticity in the direction of reducing the diameter is provided. An annular garter spring having an outer periphery is fitted on the seal lip, and a sliding torque between the inner peripheral edge of the seal lip and the outer peripheral surface of the rotary shaft or a member rotating with the rotary shaft is 0.098 to 2.94 N. -Seal ring for water pumps characterized by being cm.

The seal ring for a water pump according to claim 4, wherein a sliding torque between the inner peripheral edge of the seal lip and the rotary shaft or the outer peripheral surface of a member rotating together with the rotary shaft is 0.098 to 1.47 N · cm.

An outer ring having an outer ring raceway on the inner peripheral surface, a rotary shaft having an inner ring raceway on the outer peripheral surface constituting a water pump, and a plurality of rolling elements provided between the outer ring raceway and the inner ring raceway so as to be freely rollable. And a seal ring in which the outer peripheral edge is engaged with the inner peripheral surface of the end portion of the outer ring, and the inner peripheral edge of the seal lip provided in the portion closer to the inner diameter of the seal ring rotates with the rotary shaft or the rotary shaft. A water pump rotation support device in sliding contact with the outer peripheral surface of the water pump, wherein the seal ring is the water pump seal ring according to any one of claims 1 to 5. Support device.

Rollable between the outer ring raceway and the inner ring raceway, an outer ring raceway provided on the inner circumference surface of the housing directly or through a separate outer ring, a rotating shaft having an inner ring raceway on the outer circumference surface A plurality of rolling elements provided on the outer ring, a seal ring whose outer peripheral edge is locked to the inner peripheral surface of the inner end of the outer ring, a pulley fixed to the outer end of the rotary shaft, and an inner end of the rotary shaft A mechanical seal provided between the inner peripheral surface of the housing and the outer peripheral surface of the rotary shaft at a portion between the impeller and the seal ring in the axial direction, and the mechanical seal in the axial direction. A space provided between the seal and the seal ring, and the inner peripheral edge of the seal lip provided near the inner diameter of the seal ring is provided on the outer peripheral surface of the rotary shaft or a member rotating with the rotary shaft. In the water pump which is tangent, water pump the seal ring, characterized in that it is a water pump seal ring according to either one of claims 1 to 5.