JP2005048780A - Seal ring for water pump, rotary supporting device for water pump, and water pump - Google Patents
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Abstract
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
[0003]
In the assembled state to the engine, a belt (not shown) is stretched around the pulley 8 and the
[0004]
Further, a mechanical seal 10 is provided between the outer peripheral surface of the rotating
[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
[0006]
On the other hand, as shown in FIG. 9,
[0007]
Further,
Of these, the structure described in
[0008]
Further, as shown in FIG. 11, the structure described in Patent Document 4 has an outer periphery of an outer diameter side
[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
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
[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
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
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
In the case of the water pump seal ring according to
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
[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
[0019]
The
[0020]
Further, the
[0021]
On the other hand, the
[0022]
The
[0023]
In the case of this example, the spring constant of the
[0024]
If the spring constant is large, even if the total length of the
[0025]
On the other hand, if the spring constant of the
[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
[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
[0028]
Appropriate specifications of the
[0029]
Next, FIG. 2 shows a second example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the
[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
[0031]
Next, FIG. 5 shows a fifth example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the
[0032]
Next, FIG. 6 shows a sixth example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the cored
[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
[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
[0035]
[Table 1]
[0036]
[Table 2]
[0037]
First, Table 1 shows the relationship between the tension (N) of the
[0038]
Next, Table 2 shows the sliding torque between the inner peripheral edge of the inner diameter
[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 (7)
Priority Applications (1)
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JP2011144937A (en) * | 2011-05-06 | 2011-07-28 | Ntn Corp | Rolling bearing |
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-
2003
- 2003-06-16 JP JP2003171066A patent/JP2005048780A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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