JP2008106672A - メカニカルシール付き流体ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】流体加圧用のインペラを有して外部の動力源により回転駆動されるシャフトが偏心して回転する状態に維持されるようなメカニカルシール付き流体ポンプとして、その軸封部に設けられるメカニカルシールとしてのシール性能の低下を抑制する。
【解決手段】この流体ポンプ（ウォータポンプ）は、冷却水加圧用のインペラ４を有してエンジン出力軸により回転駆動されるシャフト２を備える。またこのポンプは、シャフト２と共に回転する回転側支持部材６１に支持されたメーティングリング６３とケーシング１に固定された固定側支持部材６４に傾動可能に支持されたシールリング６７との追従した面接触を通じて軸封部をシールするメカニカルシール６を備える。シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との対向部には、シールリング６７の内周面に対する固定側支持部材６４の先端側外周部の機械的干渉を規制するカラー１６８が設けられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばエンジンの冷却水の循環に用いられるウォータポンプ等、軸封部にメカニカルシールが用いられたメカニカルシール付き流体ポンプに関する。

従来、このようなメカニカルシール付き流体ポンプとしては、例えば特許文献１に見られるような車載エンジンのウォータポンプがある。図５に、この特許文献１に記載のポンプも含め、こうしたメカニカルシール付きポンプとして従来一般に採用されているポンプの構造を断面図として示す。また図６に、この流体ポンプを図５のＡ方向から見た正面構造を併せて示す。

まずは図５に示されるように、この流体ポンプは、ケーシング１、並びにこのケーシング１内に回転可能に支持されたシャフト２、そしてこのシャフト２の基端に取り付けられたプーリ３、さらには同シャフト２の先端に取り付けられたインペラ４を基本的に備えて構成されている。なお、上記ケーシング１の内周面の一部にはボールベアリング５が設けられており、上記シャフト２はこのボールベアリング５によって回転可能に軸支されている。

また、図６に示されるように、上記インペラ４は、上記ケーシング１の内部に形成された渦室１４内に収容されている。そして、エンジン出力軸などの外部の動力源の駆動力が上記プーリ３を通じてシャフト２に伝達され、この駆動力によってシャフト２が回転することにより、同シャフト２と共にインペラ４が回転して渦室１４内に周方向の圧力流が形成される。その結果、当該ポンプの正面方向にあたる吸入ポート１４Ａ（図５参照）を通じて渦室１４に吸入されたエンジン冷却水等の流体は、この渦室１４内で加圧されつつ吐出ポート１４Ｂから吐出されて外部の流体通路に供給されるようになる。

一方、この流体ポンプには、先の図５に示されるように、上記シャフト２を軸支するボールベアリング５とインペラ４との間に、上記ケーシング１の内周面とシャフト２との間の隙間をシールして、流体がインペラ４側からボールベアリング５側へ浸入することを防止するためのメカニカルシール６が設けられている。このメカニカルシール６は、その全体が円筒状をなしており、大きくは、上記シャフト２の外周面に圧入嵌合されるステンレス鋼からなる回転側支持部材６１、及び上記ケーシング１の内壁に圧入嵌合される同じくステンレス鋼からなる固定側支持部材６４を備える構成となっている。そしてこのうち、上記回転側支持部材６１には、その一部をなすフランジ６１Ａに固定された緩衝ゴム６２を介して例えばセラミックスからなる回転側シール部材としてのメーティングリング６３が設けられており、このメーティングリング６３が軸封部としての一端を担っている。また、上記固定側支持部材６４には、上記シャフト２の軸方向及び径方向に所定の自由度を持って例えばカーボンからなる固定側シール部材としてのシールリング６７を支持するためのパッキン６５及びスプリング６６が設けられている。この固定側支持部材６４は、その先端部６４Ａ、正確には先端側外周部とケーシング１の内壁との間に形成されて上記パッキン６５、上記スプリング６６及び上記シールリング６７を収容する収容部６４Ｂと、同収容部６４Ｂの基端側から延設されて上記ケーシングの内壁に内嵌されるフランジ部６４Ｃとを有する構成となっている。そして、上記スプリング６６による付勢力によって上記シールリング６７が上記メーティングリング６３に押圧されつつ、その押圧力が上記緩衝ゴム６２によって受け止められることで、シールリング６７とメーティングリング６３とによる軸封、すなわちケーシング１の内周面とシャフト２との間のシーリングが図られるようになっている。

ところで、このような流体ポンプにおいては通常、外部の動力源の駆動力が上記プーリ３に伝達され、これによってシャフト２が回転する際、プーリ３に伝達されるベルト荷重Ｌｂを通じて、あるいは上記渦室１４内を流通する流体の圧力変化等を通じて、シャフト２が偏荷重を受けた状態で回転する。ただしこのような場合であれ、ケーシング１の内周面とシャフト２との間、すなわち軸封部に上記メカニカルシール６が設けられることにより、シャフト２と共に回転する上記メーティングリング６３のシール面６３Ｆに対して上記シールリング６７のシール面６７Ｆは常に追従するかたちで傾動する。そしてこれにより、こうした軸封部におけるシール性も維持されるようになる。
特開平９−７９１８２号公報

このように、メカニカルシール付き流体ポンプにあっては、シャフト２が偏荷重を受けた状態で、すなわち極端には偏心した状態で回転することとなるが、上記メカニカルシール６の採用によって、シャフト２のこうした偏心に起因するシール性の悪化は抑えられるようになる。ただし、シャフト２、ひいてはメーティングリング６３がこのように偏心して回転する状態が長時間にわたるなどして、その偏心の度合いが拡大されるようなことがあると、メーティングリング６３のシール面６３Ｆに追従して傾動する上記シールリング６７の傾動幅も自ずと拡大されるようになる。そして、シールリング６７の傾動幅がこうして拡大されるようになると、同シールリング６７の内周面と上記固定側支持部材６４の自由端となる先端部６４Ａとの間での接触・摺接といった機械的干渉が繰り返されるようになり、カーボン等からなるシールリング６７にとっては、その内周面の局所的な摩耗も避けられない。さらに、シールリング６７内周面のこうした局所的な摩耗は固定側支持部材６４の先端部６４Ａのいわゆる引っかかり等を誘発することにもなりかねず、こうした引っかかりが生じるようになると、シールリング６７の上記メーティングリング６３に対する追従性自体が妨げられるようになる。そしてその結果、メーティングリング６３のシール面６３Ｆとシールリング６７のシール面６７Ｆとの接触状態が適正に保たれなくなり、上述したメカニカルシール６としてのシール性能の低下も避けられないものとなる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体加圧用のインペラを有して外部の動力源により回転駆動されるシャフトが偏心して回転する状態に維持されるような場合であれ、その軸封部に設けられるメカニカルシールとしてのシール性能の低下を抑制することのできるメカニカルシール付き流体ポンプを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、ケーシングに回転可能に軸支されつつ、流体加圧用のインペラを有して外部の動力源により回転駆動されるシャフトを備えるとともに、該シャフトのケーシングに対する軸封部に設けられるメカニカルシールとして、回転側のシール部材である円環状のメーティングリングを支持するフランジを有して前記シャフトに外嵌され、同シャフトと共に回転する円筒状の回転側支持部材と、固定側のシール部材である円筒状のシールリングを前記メーティングリング側に付勢しつつ、かつ傾動可能に、同シールリングをその内周面側から支持する収容部を有し、該収容部の基端側から延設されたフランジ部が前記ケーシングの内壁に内嵌される固定側支持部材とを備え、前記回転側支持部材と共に回転するメーティングリングのシール面に対する前記固定側支持部材の収容部に傾動可能に支持されたシールリングのシール面の追従した面接触を通じて前記軸封部がシールされるメカニカルシール付き流体ポンプとして、前記シールリングの内周面と同シールリングの収容部にあたる前記固定側支持部材の先端側外周部との対向部に、前記シールリングの内周面に対する前記固定側支持部材の先端側外周部の機械的干渉を規制する干渉規制手段が設けられるものとしている。

メカニカルシール付き流体ポンプとしてのこのような構造によれば、上記シールリングの内周面と同シールリングの収容部にあたる上記固定側支持部材の先端側外周部との対向部に上記干渉規制手段が設けられていることから、シールリングの内周面と固定側支持部材の自由端となる先端部との間での接触・摺接といった機械的干渉そのものが規制されるようになる。すなわち、シールリングの内周面の摩耗等は的確に抑制され、ひいてはシールリングの内周面の摩耗によって上記固定側支持部材の先端部のいわゆる引っかかり等が誘発されることもなくなる。このため、メーティングリングに対するシールリングの追従性を維持することができるようになり、メカニカルシールとしてのシール性能の低下も抑制されるようになる。

また、上記請求項１に記載のメカニカルシール付き流体ポンプにおいて、請求項２に記載の発明では、前記干渉規制手段を、前記シールリングの内周面に設けられた耐摩耗性の材料によって形成されるカラーとした。

上記構造によれば、上記シールリングの内周面に耐摩耗性の材料によって形成されるカラーが設けられることから、シールリングの内周面は勿論、同カラーの内周面の摩耗についてもこれを抑制することができるようになる。

またこの場合、例えば請求項３に記載の発明によるように、前記カラーが前記固定側支持部材と同一部材からなる金属カラーとして形成されるものとすれば、同カラーとしての耐摩耗性も容易に、しかも的確に実現されるようになる。

一方、上記請求項１に記載のメカニカルシール付き流体ポンプにおいて、請求項４に記載の発明では、前記干渉規制手段を、前記シールリングよりも軟質の材料からなって前記固定側支持部材の先端側外周部を被覆する軟質被覆部材とした。

上記構造によれば、シールリングよりも軟質の材料からなる軟質被覆部材によって固定側支持部材の先端側外周部が被覆されることから、シールリングの内周面が固定側支持部材の先端側外周部から確実に保護されるようになる。すなわち、これによってもシールリングの内周面の摩耗は的確に抑制されるようになる。

またこの場合、例えば請求項５に記載の発明によるように、前記軟質被覆部材が樹脂製のキャップによって形成されるものとすれば、シールリングよりも軟質の材料からなって固定側支持部材の先端側外周部を被覆する上記軟質被覆部材を容易に実現することができるようになる。しかもこの場合、軟質被覆部材がキャップ状に形成されていることから、上記固定側支持部材に対する同軟質被覆部材の取り付けも容易となる。

また一方、上記請求項１に記載のメカニカルシール付き流体ポンプにおいて、請求項６に記載の発明では、前記干渉規制手段を、前記シールリングの内周面と前記固定側支持部材の先端側外周部との間に介装された緩衝材からなるリング部材とした。

上記構造によれば、上記シャフトが偏荷重を受けたとしても、上記シールリングの内周面と上記固定側支持部材の先端側外周部との間に介装される上記リング部材を通じて同偏荷重が吸収されるとともに、シールリングの内周面と固定側支持部材の先端側外周部との機械的干渉自体が同リング部材によって阻止されるようになり、これによってもシールリングの内周面の摩耗は的確に抑制されるようになる。

またこの場合、例えば請求項７に記載の発明によるように、前記リング部材が発泡ゴムによって形成されるものとすれば、上記緩衝材として機能するリング部材を容易に実現することができるようになるとともに、その重量増加についても最小限に抑えることができるようになる。

また一方、上記請求項１に記載のメカニカルシール付き流体ポンプにおいて、請求項８に記載の発明では、前記干渉規制手段を、前記シールリングの内周面と前記固定側支持部材の先端側外周部との間に介装された潤滑性材料からなるリング部材とした。

上記構造によれば、上記シールリングの内周面と上記固定側支持部材の先端側外周部との間に潤滑性材料からなるリング部材が介装されることから、同リング部材を通じてシールリングの内周面と固定側支持部材の先端側外周部との潤滑性が高められるようになり、ひいてはシールリングの内周面の摩耗についてもこれを的確に抑制することができるようになる。

そしてこの場合、例えば請求項９に記載の発明によるように、前記リング部材がポリアミド樹脂及びフッ素系樹脂のいずれかによって形成されるものとすれば、上記潤滑性材料として機能するリング部材を容易に実現することができるようになる。なお、この場合も、重量増加についてはこれを小さく抑えることができるようになる。

他方、請求項１〜９に記載のメカニカルシール付き流体ポンプにおいて、請求項１０に記載の発明では、当該流体ポンプが、エンジンの出力軸に駆動連結されたプーリを介して前記シャフトが回転駆動されつつ、該シャフトに設けられたインペラを通じて同エンジンの冷却水を循環せしめるウォータポンプであるとした。

このようなウォータポンプにあっては、上記メカニカルシールとしてのシール性能が特に重要であり、しかも先の課題にて記載したシール性能に関する問題も特に顕著である。この点、上述したメカニカルシール付き流体ポンプをこうしたウォータポンプに適用することで、上記各種効果も最大限に活かされるようになり、ウォータポンプの軸封部に設けられるメカニカルシールとしてのシール性能も最大限に維持されるようになる。

＜第１の実施の形態＞
以下、この発明にかかるメカニカルシール付き流体ポンプを車載エンジンのウォータポンプに具体化した第１の実施の形態について図１に基づき説明する。なお図１は、先の図５に対応する図として、この実施の形態にかかるウォータポンプの断面構造を示した断面図であって、特にメカニカルシールを中心に示した部分断面図である。また、この図１において、先の図５に示した従来のウォータポンプの各要素と基本的に同一の機能を有する要素については、便宜上、それぞれ同一の符号を付して示している。

この実施の形態では、以下に詳述するように、シールリングの内周面に例えばステンレス鋼からなるカラーを設けることで、シールリングの内周面はもとより、同カラーの内周面についてもその摩耗に対する耐性の向上を図るようにしている。

図１に示されるように、この実施の形態のウォータポンプも、ケーシング１、並びにこのケーシング１内に回転可能に支持されたシャフト２、そしてこのシャフト２の基端に取り付けられたプーリ（図５参照）、さらには同シャフト２の先端に取り付けられたインペラ４を基本的に備えて構成されている。そして、このウォータポンプにあっても、上記ケーシング１の内周面の一部にはボールベアリング（図５参照）が設けられており、上記シャフト２はこのボールベアリングによって回転可能に軸支されている。

また、上記インペラ４は、これも前述のように、上記ケーシング１の内部に形成された渦室１４内に収容されている。そして、エンジン出力軸の駆動力が上記プーリを通じてシャフト２に伝達され、この駆動力によってシャフト２が回転することにより、同シャフト２と共にインペラ４が回転して渦室１４内に周方向の圧力流が形成される。その結果、当該ポンプの正面方向にあたる吸入ポートを通じて渦室１４に吸入されたエンジン冷却水は、この渦室１４内で加圧されつつ吐出ポートから吐出されて外部の冷却水通路に供給されるようになる。

一方、このウォータポンプにあっても、同図１に示されるように、上記シャフト２を軸支するボールベアリングとインペラ４との間には、上記ケーシング１の内周面とシャフト２との間の隙間をシールして、冷却水がインペラ４側からボールベアリング側へ浸入することを防止するためのメカニカルシール６が設けられている。そして、このメカニカルシール６も、その全体が円筒状をなしており、大きくは、上記シャフト２の外周面に圧入嵌合されるステンレス鋼からなる回転側支持部材６１、及び上記ケーシング１の内壁に圧入嵌合される同じくステンレス鋼からなる固定側支持部材６４を備える構成となっている。このうち、上記回転側支持部材６１には、その一部をなすフランジ６１Ａに固定された緩衝ゴム６２を介して例えばセラミックスからなるメーティングリング６３が設けられており、このメーティングリング６３が軸封部としての一端を担っている。また、上記固定側支持部材６４には、上記シャフト２の軸方向及び径方向に所定の自由度を持って例えばカーボンからなるシールリング６７を支持するためのパッキン６５及びスプリング６６が設けられている。この固定側支持部材６４は、その先端部６４Ａ、これも正確には先端側外周部とケーシング１の内壁との間に形成されて上記パッキン６５、上記スプリング６６及び上記シールリング６７を収容する収容部６４Ｂと、同収容部６４Ｂの基端側から延設されて上記ケーシングの内壁に内嵌されるフランジ部６４Ｃとを有する構成となっている。そして、上記スプリング６６による付勢力によって上記シールリング６７が上記メーティングリング６３に押圧されつつ、その押圧力が上記緩衝ゴム６２によって受け止められることで、シールリング６７とメーティングリング６３とによる軸封、すなわちケーシング１の内周面とシャフト２との間のシーリングが図られるようになっている。

また一方、この実施の形態のウォータポンプにおいて、上記シールリング６７の内周面には、同図１からも明らかなように、円筒状のカラー１６８が設けられている。このカラー１６８は、固定側支持部材６４を形成する材料と同一の材料である例えばステンレス鋼からなって上記シールリング６７の内周面を覆うようにこれに内嵌されている。すなわちこのカラー１６８は、上記シールリング６７の内壁に対して固定される一方で、上記固定側支持部材６４の先端側外周部に対しては適度な隙間を介して対向するように設けられている。このようなカラー１６８の採用により、シールリング６７の内周面はもとより、カラー１６８自体の内周面についてもその摩耗に対する耐性が高められるようになり、上記固定側支持部材６４の先端部６４Ａとの間で前述した機械的干渉が生じる場合であれ、カラー１６８共々、シールリング６７の内周面での摩耗は抑制されるようになる。

したがって、こうしたウォータポンプにおいて、エンジンの出力軸の駆動力が上記プーリに伝達され、これによってシャフト２が回転する際、前述同様、シャフト２が偏荷重を受けた状態で回転するような場合であれ、その軸封部におけるシール性能も高く維持されるようになる。すなわち、ケーシング１の内周面とシャフト２との間にこのような構造を有するメカニカルシール６が設けられることにより、シャフト２の偏心した状態での回転に起因してシールリング６７が過度に傾動し、その内周面と固定側支持部材６４の先端部６４Ａとの間で機械的干渉が生じても、同シールリング６７はもとより、上記カラー１６８の内周面での摩耗自体が抑制されることから、前述した引っかかり等が誘発されることはなくなる。そしてこれにより、シャフト２と共に回転する上記メーティングリング６３のシール面６３Ｆに対して上記シールリング６７のシール面６７Ｆも常に追従するかたちで傾動するようになり、上記軸封部におけるシール性能の低下も確実に抑制されるようになる。

以上説明したように、この実施の形態にかかるウォータポンプによれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）シールリング６７の内周面と同シールリング６７の収容部にあたる固定側支持部材６４の先端側外周部との対向部に金属からなるカラー１６８が介在される構造とした。これにより、シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の自由端となる先端部６４Ａとの間での接触・摺接といった機械的干渉そのものが規制されるようになる。すなわち、上記介在されるカラー１６８が、こうした機械的干渉を規制する干渉規制手段として機能するようになる。これにより、シールリング６７の内周面はもとより、カラー１６８自体の内周面の摩耗は的確に抑制され、前述した固定側支持部材６４の先端部６４Ａの引っかかり等が誘発されることもなくなる。このため、メーティングリング６３に対するシールリング６７の追従性が高く維持されるようになり、メカニカルシール６としてのシール性能の低下も確実に抑制されるようになる。

（２）上記カラー１６８としてはこれを、特に固定側支持部材６４と同一の材料であるステンレス鋼によって形成することとした。これにより、同カラー１６８としての耐摩耗性も容易に、しかも的確に実現されるようになる。
＜第２の実施の形態＞
次に、この発明にかかるメカニカルシール付き流体ポンプの第２の実施の形態について、図２を参照して、先の第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。なお、図２も、先の図５あるいは図１に対応する図として、この実施の形態にかかるウォータポンプの断面構造を示した断面図であって、特にメカニカルシールを中心に示した部分断面図である。また、同図２において、先の図５あるいは図１に示した要素と同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、それら各要素についての重複する説明は割愛する。

図２に示されるように、この実施の形態のウォータポンプも、基本的には先の図１に示した第１の実施の形態に準じた構成となっている。ただし、この実施の形態では、適宜の樹脂材料からなるキャップ、すなわち樹脂製のキャップ２６８によって固定側支持部材６４の先端側外周部を被覆して、シールリング６７の内周面を、固定側支持部材６４の先端側外周部から保護するようにしている。

すなわちこの実施の形態において、この樹脂製のキャップ２６８は、固定側支持部材６４の先端側外周部から先端側内周部にわたって覆うように断面略「コ」の字状に形成されている。そして、このキャップ２６８は、固定側支持部材６４に対し、予めその先端部６４Ａを包み込むように装着されている。これによっても、シールリング６７の内周面は固定側支持部材６４の先端側外周部から確実に保護されるようになる。

以上説明したように、この実施の形態にかかるウォータポンプによれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）樹脂製のキャップ２６８によって固定側支持部材６４の先端側外周部が被覆される構造とした。これにより、シールリング６７の内周面が固定側支持部材６４の先端側外周部から確実に保護されるようになる。すなわちここでは上記キャップ２６８が、シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の自由端となる先端部６４Ａとの間での接触・摺接といった機械的干渉を規制する干渉規制手段として機能するようになる。これにより、シールリング６７の内周面の摩耗は的確に抑制され、前述した固定側支持部材６４の先端部６４Ａの引っかかり等が誘発されることもなくなる。このため、メーティングリング６３に対するシールリング６７の追従性が高く維持されるようになり、メカニカルシール６としてのシール性能の低下も確実に抑制されるようになる。

（２）しかもここでは、干渉規制手段が上記キャップ２６８として形成されていることから、上記固定側支持部材６４に対する取り付けも容易となる。
＜第３の実施の形態＞
次に、この発明にかかるメカニカルシール付き流体ポンプの第３の実施の形態について、図３を参照して、先の第１あるいは第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。なお、図３も、先の図５あるいは図１、図２に対応する図として、この実施の形態にかかるウォータポンプの断面構造を示した断面図であって、特にメカニカルシールを中心に示した部分断面図である。

図３に示されるように、この実施の形態のウォータポンプも、基本的には先の図１に示した第１の実施の形態、あるいは図２に示した第２の実施の形態に準じた構成となっている。ただし、この実施の形態では、シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との間に、緩衝材として、発泡ゴムからなるリング部材３６８を介装するようにしている。すなわち、この介装したリング部材３６８を通じてシャフト２が受ける偏荷重を吸収するようにするとともに、シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との機械的干渉自体を阻止するようにしている。

このように、この実施形態においては、円筒状に形成された上記リング部材３６８の外周面を上記シールリング６７の内周面に当接させ、且つその内周面を上記固定側支持部材６４の先端側外周部に当接させることによって、上記シャフト２が偏荷重を受けたとしても、同リング部材３６８を通じてシャフト２の偏荷重が吸収されるようにしている。このため、このようなリング部材３６８によっても、シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との機械的干渉が阻止され、メーティングリング６３のシール面６３Ｆに対するシールリング６７のシール面６７Ｆの良好な追従性が維持されるようになる。

以上説明したように、この実施の形態にかかるウォータポンプによれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との間に、緩衝材として、リング部材３６８が介在される構造とした。これにより、上記シャフト２が偏荷重を受けたとしても、上記リング部材３６８を通じて同偏荷重が吸収されるとともに、シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との機械的干渉自体が同リング部材３６８によって阻止されるようになる。すなわち、上記介在されるリング部材３６８が、こうした機械的干渉を規制する干渉規制手段として機能するようになる。これにより、シールリング６７の内周面の摩耗は的確に抑制され、前述した固定側支持部材６４の先端部６４Ａの引っかかり等が誘発されることもなくなる。このため、メーティングリング６３に対するシールリング６７の追従性が高く維持されるようになり、メカニカルシール６としてのシール性能の低下も確実に抑制されるようになる。

（２）リング部材３６８が発泡ゴムによって形成されるものとした。これにより、緩衝材として機能するリング部材３６８を容易に実現することができるようになるとともに、その重量増加についても最小限に抑えることができるようになる。
＜第４の実施の形態＞
次に、この発明にかかるメカニカルシール付き流体ポンプの第４の実施の形態について、図４を参照して、先の第１〜第３の実施の形態との相違点を中心に説明する。なお、図４も、先の図５あるいは図１〜図３に対応する図として、この実施の形態にかかるウォータポンプの断面構造を示した断面図であって、特にメカニカルシールを中心に示した部分断面図である。

図４に示されるように、この実施の形態のウォータポンプも、基本的には先の図１〜図３に示した第１〜第３の実施の形態に準じた構成となっている。ただし、この実施の形態では、シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との間に、潤滑性材料として、フッ素系樹脂からなるリング部材４６８を介装するようにしている。すなわち、この介装したリング部材４６８を通じて、シャフト２が偏荷重を受けたとしてもシールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との潤滑性を高め、これによって不要な摩耗等が生じることを回避するようにしている。

このように、この実施の形態においては、円筒状に形成された上記リング部材４６８の外周面を上記シールリング６７の内周面に当接させ、且つその内周面を上記固定側支持部材６４の先端側外周部に当接させることにより、上記シャフト２が偏荷重を受けたとしても、その潤滑性を通じてそれらシールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との間の不要な摩耗の発生を回避するようにしている。このため、このようなリング部材４６８によっても、シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との機械的干渉が阻止され、メーティングリング６３のシール面６３Ｆに対するシールリング６７のシール面６７Ｆの良好な追従性が維持されるようになる。

以上説明したように、この実施の形態にかかるウォータポンプによれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との間に、潤滑性材料として、リング部材４６８が介装される構造とした。これにより、同リング部材４６８を通じてシールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との潤滑性が高められるようになる。すなわち、上記介在されるリング部材４６８が、シールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の自由端となる先端部６４Ａとの間での接触・摺接といった機械的干渉を規制する干渉規制手段として機能するようになる。これにより、シールリングの内周面の摩耗は的確に抑制され、前述した固定側支持部材６４の先端部６４Ａの引っかかり等が誘発されることもなくなる。このため、メーティングリング６３に対するシールリング６７の追従性が高く維持されるようになり、メカニカルシール６としてのシール性能の低下も確実に抑制されるようになる。

（２）リング部材４６８がフッ素系樹脂によって形成されるものとした。これにより、上記潤滑性材料として機能するリング部材４６８を容易に実現することができるようになるとともに、重量増加についてもこれを小さく抑えることができるようになる。
＜他の実施の形態＞
なお、この発明にかかるメカニカルシール付き流体ポンプは上記各実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、それら実施の形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記第１の実施の形態のように、カラー１６８をステンレス鋼によって形成することが、ステンレス鋼からなる固定側支持部材６４に対する耐摩耗性を同カラーに与える上では望ましい。しかし、固定側支持部材に対する耐摩耗性をカラーに与えることができる場合には、同カラーを形成する金属材料も特に限定されない。すなわち、このような条件が満たされている限り、こうしたカラーを形成する金属材料を適宜変更することができる。また、上述した条件が満たされている限り、こうしたカラーを金属材料以外の例えばセラミックス等の材料によって形成するようにしても勿論良い。

・上記第２の実施の形態のように、キャップ２６８を樹脂によって形成することが、シールリング６７の内周面の摩耗を的確に抑制する上では望ましい。しかし、上記シールリング６７の内周面を的確に抑制することができる場合には、キャップを形成する材料も特に限定されない。すなわち、シールリングよりも軟質であるといった条件が満たされている限り、同キャップとして他の軟質被覆部材も適宜採用することができる。

・同第２の実施の形態での上記軟質被覆部材としての形状もこれに限られるものではない。他に例えば、上記固定側支持部材６４の先端側外周部のみを樹脂にてコーティングするようにしてもよい。

・上記第３の実施の形態では、緩衝材として、発泡ゴムからなるリング部材３６８について例示した。しかし、緩衝材としてのリング部材３６８を形成するための材料はこれに限られるものではない。他に例えば、緩衝材としての機能を有する他の弾性材料等によってリング部材を形成するようにしてもよい。

・上記第４の実施の形態では、潤滑性材料としてフッ素系樹脂によって形成されるリング部材４６８について例示した。しかし、潤滑性を有するリング部材を形成するための材料はこれに限られるものではない。他に例えば、フッ素系樹脂に近い潤滑性を有するポリアミド樹脂等の材料によってリング部材を形成するようにしてもよい。

・特に、上記第３あるいは第４の実施の形態については、各該当するリング部材を円筒状に形成するとともに、その外周面を上記シールリング６７の内周面に当接させ、且つその内周面を上記固定側支持部材６４の先端側外周部に当接させた状態にて設けることが、それらリング部材を安定した状態でメカニカルシール６に装着する上では望ましい。しかし、それらリング部材を安定した状態でメカニカルシール６に装着することができる場合には、同リング部材の配設態様も特に上記態様には限定されない。すなわち、それらリング部材はシールリング６７の内周面と固定側支持部材６４の先端側外周部との間に介在される態様であればよく、例えば同リング部材と上記シールリング６７の内周面との間に隙間をもたせてリング部材を配設する態様、あるいは同リング部材と上記固定側支持部材６４の先端側外周部との間に隙間を持たせてリング部材を配設する態様なども適宜採用することができる。

・上記各実施の形態では、この発明にかかるメカニカルシール付き流体ポンプをエンジンの冷却水の循環に用いられるウォータポンプに適用した例について各々その具体構造を示した。確かにこのようなウォータポンプにあっては、上記メカニカルシールとしてのシール性能が特に重要であり、しかも先の課題にて記載したシール性能に関する問題も特に顕著である。この点、上述したメカニカルシール付き流体ポンプをこうしたウォータポンプに適用することで、上記各種効果も最大限に活かされるようになり、ウォータポンプの軸封部に設けられるメカニカルシールとしてのシール性能も最大限に維持されるようになる。しかし、この発明にかかるメカニカルシール付き流体ポンプはこれに限られるものではない。他に例えば、オイル等、他の流体のエネルギ蓄積や移送を行うメカニカルシール付き流体ポンプにもこの発明は適用可能である。要は、シールリングの内周面と同シールリングの収容部にあたる固定側支持部材の先端側外周部との対向部に、シールリングの内周面に対する固定側支持部材の先端側外周部の機械的干渉を規制する干渉規制手段が設けられる構造のメカニカルシールを有するものであればよい。

この発明にかかるメカニカルシール付き流体ポンプの第１の実施の形態についてその一部断面構造を示す断面図。 この発明にかかるメカニカルシール付き流体ポンプの第２の実施の形態についてその一部断面構造を示す断面図。 この発明にかかるメカニカルシール付き流体ポンプの第３の実施の形態についてその一部断面構造を示す断面図。 この発明にかかるメカニカルシール付き流体ポンプの第４の実施の形態についてその一部断面構造を示す断面図。 従来のメカニカルシール付き流体ポンプについてその全体の断面構造を示す断面図。 同メカニカルシール付き流体ポンプを図５のＡ方向から見た正面構造を示す正面図。

符号の説明

１…ケーシング、２…シャフト、３…プーリ、４…インペラ、５…ボールベアリング、６…メカニカルシール、６１…回転側支持部材、６１Ａ…フランジ、６２…緩衝ゴム、６３…メーティングリング、６３Ｆ…シール面、６４…固定側支持部材、６４Ａ…先端部、６４Ｂ…収容部、６４Ｃ…フランジ部、６５…パッキン、６６…スプリング、６７…シールリング、６７Ｆ…シール面、１６８…カラー、２６８…キャップ、３６８…リング部材、４６８…リング部材。

Claims (10)

1. ケーシングに回転可能に軸支されつつ、流体加圧用のインペラを有して外部の動力源により回転駆動されるシャフトを備えるとともに、該シャフトのケーシングに対する軸封部に設けられるメカニカルシールとして、回転側のシール部材である円環状のメーティングリングを支持するフランジを有して前記シャフトに外嵌され、同シャフトと共に回転する円筒状の回転側支持部材と、固定側のシール部材である円筒状のシールリングを前記メーティングリング側に付勢しつつ、かつ傾動可能に、同シールリングをその内周面側から支持する収容部を有し、該収容部の基端側から延設されたフランジ部が前記ケーシングの内壁に内嵌される固定側支持部材とを備え、前記回転側支持部材と共に回転するメーティングリングのシール面に対する前記固定側支持部材の収容部に傾動可能に支持されたシールリングのシール面の追従した面接触を通じて前記軸封部がシールされるメカニカルシール付き流体ポンプにおいて、
   前記シールリングの内周面と同シールリングの収容部にあたる前記固定側支持部材の先端側外周部との対向部には、前記シールリングの内周面に対する前記固定側支持部材の先端側外周部の機械的干渉を規制する干渉規制手段が設けられてなる
   ことを特徴とするメカニカルシール付き流体ポンプ。
2. 前記干渉規制手段が、前記シールリングの内周面に設けられた耐摩耗性の材料からなるカラーである
   請求項１に記載のメカニカルシール付き流体ポンプ。
3. 前記カラーが前記固定側支持部材と同一材料の金属カラーからなる
   請求項２に記載のメカニカルシール付き流体ポンプ。
4. 前記干渉規制手段が、前記シールリングよりも軟質の材料からなって前記固定側支持部材の先端側外周部を被覆する軟質被覆部材である
   請求項１に記載のメカニカルシール付き流体ポンプ。
5. 前記軟質被覆部材が樹脂製のキャップからなる
   請求項４に記載のメカニカルシール付き流体ポンプ。
6. 前記干渉規制手段が、前記シールリングの内周面と前記固定側支持部材の先端側外周部との間に介装された緩衝材からなるリング部材である
   請求項１に記載のメカニカルシール付き流体ポンプ。
7. 前記リング部材が発泡ゴムからなる
   請求項６に記載のメカニカルシール付き流体ポンプ。
8. 前記干渉規制手段が、前記シールリングの内周面と前記固定側支持部材の先端側外周部との間に介装された潤滑性材料からなるリング部材である
   請求項１に記載のメカニカルシール付き流体ポンプ。
9. 前記リング部材がポリアミド樹脂及びフッ素系樹脂のいずれかからなる
   請求項８に記載のメカニカルシール付き流体ポンプ。
10. 当該流体ポンプは、エンジンの出力軸に駆動連結されたプーリを介して前記シャフトが回転駆動されつつ、該シャフトに設けられたインペラを通じて同エンジンの冷却水を循環せしめるウォータポンプである
    請求項１〜９のいずれか一項に記載のメカニカルシール付き流体ポンプ。

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