JP3940304B2 - ウォーターポンプ軸受シール装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に装着されるウォーターポンプのインペラ回転用のウォーターポンプ軸受において、特にインペラ装着側におけるシール構造を極めて簡単で部品点数を少なくし、且つ密封性は極めて良好に維持することができるウォーターポンプ軸受シール装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ウォーターポンプ軸受において、インペラ装着側のシール構造として、シールに3箇のリップが形成され、その3箇のリップのうち、2箇のリップがウォーターポンプ軸の軸周表面に接触し、残りの一箇のリップが軸方向に延出して、ウォーターポンプ軸に装着されたスリンガに接触させた構造のものが存在している。このようなシール構造が特開平11−173337号に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ウォーターポンプ軸受のシール装置における3箇のリップによるシール構造は、軸受の密封性を高めることが可能であるが、3箇のリップの接触において必ず1箇以上のリップは、ウォーターポンプ軸とは別材となるスリンガに接触させている。特に、典型的なスリンガとしては、その断面形状がほぼコ字形状又はL字形状等に形成され、シールリップとの接触面が、多面的であり、たとえばスリンガを構成する面の少なくとも一面が軸方向と直交する方向に突出している。
【0004】
そして、そのスリンガの軸から突出した面部分にシールリップが接触する構造であり、これによって3個のシール間の間隔が適宜に広がることになり、たとえ最初のシールリップから水が浸入しても、次位のシールリップに向かって水が移動するときに、その水を低減させ、次位のシールリップではほぼ確実に水の浸入を遮断し、密封性をより一層,良好にするものである。このため従来のシール構造では、複数のシールリップを形成したシール材とスリンガとが必要となり、構成部品の点数が増えることになる。
【0005】
また、そのスリンガの加工工程、すなわち軸へスリンガを装着する工程においては、軸に対してスリンガを極めて正確に装着しなければならないので、シール表面の振れ精度の管理が必要になる。しかも、スリンガの取付精度は、軸の回転動作時にシールリップが均一な圧力で接触しなければならないために、その工作精度には、極めて高い技術力が要求される。このようなことから、従来のウォーターポンプ軸受は、極めて高価なものであった。
【0006】
このようにスリンガと,該スリンガに接触する3箇のシールリップを有するシール材との組み合わせによる構造におけるシール装置は、極めて高価で且つそのコスト低減が困難なものであった。したがって、本発明の目的は、ウォーターポンプ軸受において、従来の良好な密封性は維持しつつも、そのシール構造をさらに極めて簡単なものとし、且つ低価格に提供可能にすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そこで、発明者は上記課題を解決すべく、鋭意,研究を重ねた結果、本発明を、ウォーターポンプ軸受のシール装置において、主リップ,第1副リップ及び第2副リップを有するシール材と、大径軸部と小径軸部と、前記大径軸部と前記小径軸部との間に形成される段差面部と、該大径軸部の軸周方向にシール溝が形成された軸と、該軸を転動体を介して包囲する外輪と、前記軸の段差面部と大径軸部の段差面部寄側の軸周面を被覆するカラー材とからなり、前記シール溝に前記主リップ,第2副リップが接触し、且つ前記第1副リップは前記カラー材に接触してなることを特徴とするウォーターポンプ軸受シール装置としたことにより、シール構造を簡単にするとともに、その密封性を一定の水準に維持することができ上記課題を解決したものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明は、自動車等の輸送機等や産業機械等のエンジンにおいて装着されるウォーターポンプの軸受に適用されるものである。まず、ウォーターポンプの軸受は、図1(A)に示すように、ハウジング本体部20とハウジングカバー部とから構成されたポンプハウジング内に納められており、ポンプ室内のインペラ21を回転させるものである。そのポンプハウジングには、軸受を装着するためのボス孔部20aが形成されており、該ボス孔部20a内に後述する軸受の外輪12部分が装着される。軸受は、図1(A)乃至(C)及び図3(A),(B)等に示すように、主にシール材A,軸B,外輪12及び転動体13等から構成されている。
【0009】
まずその第1実施形態から述べると、そのシール材Aは、環状部1の内周面側に主リップ2,第1副リップ3及び第2副リップ4が形成されている。これら3個のリップは、断面ほぼ三角山形状に形成されたもので、各リップは、前記軸Bの軸周面の適宜の位置に接触状態となるものである。前記主リップ2は、前記第1副リップ3と第2副リップ4との中間に位置して形成されており、また第1副リップ3は軸Bの外側に面する位置となり、第2副リップ4は軸Bの内部側に位置するものである。さらに、主リップ2と第2副リップ4とは、前記環状部1の同一内周面上に形成されている。
【0010】
また、前記第1副リップ3は、前記主リップ2及び第2副リップ4とは、異なる方向に向かって突出形成されるものであり、具体的には、図1(B)に示すように、前記主リップ2の突出方向と、第1副リップ3の突出方向とが直交したり、或いは前記主リップ2の突出方向に対して、図4に示すように、第1副リップ3の突出方向が適宜の傾斜角度を有して交差状態となっている。また、前記環状部1の外周側には、ほぼ鍔状に外方に向かって広がって形成された固定環状部1aが設けられている。前記環状部1には、図2(B)に示すように、補強環7が装着され、シール材Aは、その補強環7によって後述する外輪12に強固に装着固定することができるようになっている。
【0011】
前記環状部1は、ゴム材にて形成されたものであり、前記補強環7は、金属材にて形成される。さらに前記シール材Aの第1副リップ3より外方側には、図8(A)に示すように、非接触包囲部5が形成されている。該非接触包囲部5は、前記環状部1に対して扁平円筒状をなしており、その内周側面と、前記軸Bの外周面との間には、微小隙間sが形成されるようになっている。その非接触包囲部5は、比較的肉厚に形成されており、特に、その非接触包囲部5のほぼ全体或いは先端部分の断面形状がほぼ円形状に形成されることもある。この厚肉状としたことで、リップ部,特に第1副リップ3を弾性的に強化し、変形しにくくすることができる。また前記非接触包囲部5は、ラビリンス効果を発揮し、メカニカルシールより漏れる水の浸入を抑制することができる。また、図8(B)に示すように、前記非接触包囲部5の軸B側面、即ち微小隙間s側には、凹凸面5aが形成されることもある。その凸部位は、前記軸Bの軸周面とは非接触状態にある。このように凹凸面5aが形成されることで、前記ラビリンス効果がより一層発揮されることになる。
【0012】
次に、軸Bは、図1,図2等に示すように、大径軸部8と小径軸部9とからなり、前記大径軸部8と小径軸部9との間に段差面部10が形成されている。その大径軸部8は、後述する外輪とともに回転支持部を構成する部位である。また、前記小径軸部9は、前記ポンプ室内に向かって突出し、その先端箇所にはインペラ21が装着される。前記段差面部10は、前記軸Bの大径軸部8から小径軸部9に変化する段差箇所である。また、軸Bは、上述したように大径軸部8と小径軸部9と段差面部10とを有するものに限定されることはなく、軸方向に沿って軸径が同一となるように形成されたもの、すなわち段差面部10が形成されないタイプも存在する。
【0013】
その段差面部10の形状には、二つのタイプが存在し、前記軸Bの軸方向に直交する平坦面となるように形成された直角段差面10a〔図5(A)参照〕と、段差箇所が円錐状に形成された円錐状段差面10b〔図5(B)参照〕である。その直角段差面10aは、前記大径軸部8及び小径軸部9の軸表面と直角な平坦面である。また、円錐状段差面10bは、大径軸部8から小径軸部9に向かって次第に直径が小さくなるように形成されたテーパー形状の外周面としたものである。また、前記円錐状段差面10bと小径軸部9との境界箇所は、括れ状に形成されている。具体的には、円錐状段差面10bの最小径の部位は、前記小径軸部9よりも僅かに小径に形成され、図示されているように、その円錐状段差面10bの小径軸部9寄り箇所は、ほぼ円弧状の窪みとして形成されている。
【0014】
その大径軸部8には、図1乃至図3等に示すように、軸周方向に沿ってシール溝11が形成されている。該シール溝11には、前述のシール材Aの主リップ2,第1副リップ3及び第2副リップ4の少なくとも一つが接触状態に設定される部位となる。そのシール溝11は、その軸周方向における断面形状には、複数のタイプが存在し、その第1タイプとして円弧状シール溝11aとし、第2タイプを矩形状シール溝11bとしたものである。そのシール溝11の第2タイプである矩形状シール溝11bとしたものでは、図3,図4(A)に示すように、その円周状の底面11b1 と,対向する円周状の両壁面11b2 が形成される。
【0015】
まず、シール溝11に前記シール材Aの各リップが接触する構成については、複数の接触パターンが存在し、その第1パターンとしては、前記シール溝11に主リップ2と第2副リップ4とを接触させ、軸Bのインペラ21装着側寄りに位置する第1副リップ3は、前記軸Bの軸周面に接触する。図3では、第1副リップ3が接触しているのは大径軸部8の軸周面である。
【0016】
次に、リップ接触パターンの第2パターンとしては、図4(A)に示すように、前記シール溝11の底面11b1 に主リップ2と第2副リップ4とが接触し、壁面11b2 に第1副リップ3が接触するものである。さらに、接触構成の第3パターンとしては、図4(B)に示すように、前記主リップ2と第2副リップ4とが軸Bの軸周面に接触し、第1副リップ3が前記シール溝11に接触することもある。この第3パターンでは、シール溝11には第1副リップ3のみが接触する構成のため、シール溝11は幅が小さく形成されている。さらに、その他の接触パターンとしては、特に図示しないが主リップ2のみが前記シール溝11内に接触するものであったり、又は前記第2副リップ4のみがシール溝11内に接触するパターンも存在する。
【0017】
なお、前記第1副リップ3は、軸Bの前記段差面部10に接触することもあり、図5(A)に示すように、第1副リップ3が直角段差面10aに接触するものであったり、図5(B)に示すように、第1副リップ3が円錐状段差面10bに接触するものである。さらに、前記軸Bに段差面部10が存在しないもの、すなわち軸Bが軸方向に同一径の場合には、前記第1副リップ3は、シール溝11内に接触するものではなく、軸Bの軸周面に接触しているものである。
【0018】
特に、図4(B)に示すように、前記シール溝11に対して、シール材Aの複数のリップのうち一つのみが接触するタイプでは、そのシール溝11は比較的狭幅で且つ深さも浅く形成される。またひとつのリップのみが接触するシール溝11は、その断面形状が弧状に形成されるものが好適である。また、軸Bが大径軸部8及び小径軸部9を有するものでは、その大径軸部8におけるシール材Aの各リップとの接触面の表面加工の作業が行いやすいという利点がある。
【0019】
その軸Bの大径軸部8の外周には、その軸周方向に沿って形成された外周転動溝8aが軸方向に複数列設けられている。また、外輪12は、円筒状に形成され、前記大径軸部8とともに前記軸Bの回転支持部分を構成する部材であるが、その外輪12の内周面には、前記外周転動溝8a,8a,…に対応する位置に複数の内周転動溝12a,12a,…が形成されている。
【0020】
そして、大径軸部8の外周転動溝8a,8a,…及び外輪12の内周転動溝12a,12a,…との間に前記転動体13,13,…が配列され、該転動体13,13,…がリテーナ等にて所定間隔を維持するように設定され、大径軸部8の外周を包囲するようにして外輪12が装着される。前記転動体13は、具体的には球体であるが、その他の形状として円筒状或いはローラ状のものであってもよい。また、図示された大径軸部8の外周転動溝8a,8a,…及び外輪12の内周転動溝12a,12a,…は、夫々2箇所に形成されている。
【0021】
次に、その外輪12のインペラ装着側の開口付近の内周側には、前記シール材Aの固定環状部1aが装着される固定溝12bが周方向に形成されている。該固定溝12bにシール材Aの固定環状部1aが挿入状態で固着され、前述したように前記主リップ2,第1副リップ3,及び第2副リップ4が軸Bに接触するものである。
【0022】
次に、本発明の第2実施形態としては、図6(A)に示すように、前記軸Bにカラー材B1 が装着されたものである。該カラー材B1 には、前記シール材Aのいずれかのリップが接触する構成となっている。そのカラー材B1 は、図6(B)に示すように、前記段差面部10を被覆する段差被覆部14と、前記大径軸部8の段差面部10寄側の軸周面を被覆する大径軸被覆部15とから構成される。そして、前記大径軸被覆部15が大径軸部8を被覆し、且つ前記段差被覆部14が段差面部10に対してほぼストッパとしての役目をなすようにして、前記カラー材B1 が軸Bに装着固定されるものである。この第2実施形態においても、前記軸Bに形成されるシール溝11は、図7(A)に示された第1タイプのように円弧状シール溝11aとしたものや、或いは図7(B)に示された第2タイプのように矩形状シール溝11bとしたものが存在する。
【0023】
そのカラー材B1 の材質は、主に金属材であるが、特に好ましくはステンレス製である。カラー材B1 をステンレス材とすることで、錆びることがなく、且つシール材Aとの接触性も極めて良好である。また、カラー材B1 のその他の材質としては、耐久性のある合成樹脂材,非金属材等で、特に回転作動部位を構成する部材として好適な材質で且つ所望の形状への加工性が良好なものであれば、その材質はどのようなものでも構わない。
【0024】
上記カラー材B1 の段差被覆部14は、通常は、前記軸Bの軸方向に対して直角なる直角状面に形成されたものである。また特に図示しないが、前記段差面部10が円錐状段差面10bとしたものでは、その段差被覆部14は、前記円錐状段差面10bとほぼ同等傾斜とした円錐状面となる。この段差被覆部14にも、前記第1副リップ3が接触する構造とすることもある。この第2実施形態の構造は、カラー材B1 が装着されていること以外においては、第1実施形態とほぼ同等である。そして、シール材Aの第1副リップ3が大径軸被覆部15に接触し、前記主リップ2及び第2副リップ4の少なくともひとつは、前記シール溝11内に接触する構造となる。
【0025】
上述した第1実施形態及び第2実施形態では、前記シール材Aの主リップ2,第1副リップ3及び第2副リップ4の少なくとも一つがシール溝11内に接触し、その他は軸Bの軸周面に接触したりするものである。或いは前記主リップ2,第1副リップ3及び第2副リップ4のすべてがシール溝11内に接触しても、そのいずれのリップもシール溝11内で底面11b1 や壁面11b2 などに分散状態で接触するようにしたものであり、前記主リップ2,第1副リップ3及び第2副リップ4のそれぞれのリップが軸Bに対して同一の面上で接触するものではない。
【0026】
これによって、主リップ2,第1副リップ3及び第2副リップ4は、軸Bに対して夫々異なる面での接触となり、多面的なシール接触とすることができる。それゆえに、前記シール材Aと軸Bとの接触構造は、実際にはスリンガを使用しないものでありながら、あたかもスリンガを使用した場合の構造とほぼ同一にすることができ、その密封性を良好に維持することができる。
【0027】
【発明の効果】
請求項1の発明は、ウォーターポンプ軸受のシール装置において、主リップ2,第1副リップ3及び第2副リップ4を有するシール材Aと、大径軸部8と小径軸部9と、前記大径軸部8と前記小径軸部9との間に形成される段差面部10と、該大径軸部8の軸周方向にシール溝11が形成された軸Bと、該軸Bを転動体13を介して包囲する外輪12と、前記軸Bの段差面部10と大径軸部8の段差面部10寄側の軸周面を被覆するカラー材とからなり、前記シール溝11に前記主リップ2,第2副リップ4が接触し、且つ前記第1副リップ3は前記カラー材に接触してなることを特徴とするウォーターポンプ軸受シール装置としたことにより、カラー材B1 は前記軸Bの軸本体とは異なる材質のものから、該軸Bの外周面を構成することができるし、カラー材B1 を所望の形状に形成して軸Bの段差面部10の形状を適宜変形させることができる。
【0028】
上記効果を詳述すると、カラー材B1 は軸Bの段差面部10箇所及びその付近における外周面を構成するものであり、(主リップ2,第1副リップ3及び第2副リップ4からなる)軸本体とは別部材からなるカラー材B1 を段差面部10の表面とするものである。このようにすることで前記カラー材B1 の材質をステンレス材とすると錆びることがなく、且つシール材Aとの接触性も極めて良好である。
【0029】
そのために、軸Bの軸本体が鋼材で錆びる材質であっても、カラー材B1 をステンレス材とすることにより、軸本体側に錆びが生じて、その外周面が粗面となってシール材Aの各リップに悪影響を及ぼすというようなことがなく、シール材Aの各リップとの接触状態を良好に維持することができる。また、カラー材B1 のその他の材質としては、耐久性のある合成樹脂材,非金属材等で、特に回転作動部位を構成する部材として好適な材質で且つ所望の形状への加工しやすいものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (A)は第1実施形態の第1タイプにおけるハウジング本体部に装着された軸受の縦断側面図
(B)は(A)の要部拡大断面図
(C)は(B)の要部拡大断面図
【図2】 (A)はシール材の断面図
(B)は軸の一部断面にした要部拡大図
【図3】 (A)は第1実施形態の第2タイプにおけるハウジング本体部に装着された軸受の拡大縦断側面図
(B)は(A)の要部拡大断面図
【図4】 (A)は第2タイプにおけるシール溝に全てのリップが接触した状態の拡大断面図
(B)は第1タイプのシール溝の変形例に第1副リップのみが接触した状態の拡大断面図
【図5】 (A)は第1タイプにおけるシール溝に主リップと第2副リップが接触し,直角段差面に第1副リップが接触する状態の拡大断面図
(B)は第1タイプにおけるシール溝に主リップと第2副リップが接触し,円錐状段差面に第1副リップが接触する状態の拡大断面図
【図6】 (A)は第1実施形態の第1タイプにおけるシール材の断面図
(B)は第1実施形態の第1タイプにおける軸の一部断面にした要部拡大図
【図7】 (A)は本発明の第2実施形態における第1タイプの要部拡大断面図
(B)は本発明の第2実施形態における第2タイプの要部拡大断面図
【図8】 (A)は非接触包囲部の拡大断面図
(B)は非接触包囲部の第2タイプの拡大断面図
【符号の説明】
A…シール材
B…軸
B1 …カラー材
2…主リップ
3…第1副リップ
4…第2副リップ
8…大径軸部
9…小径軸部
10…段差面部
13…転動体
Claims (1)
- ウォーターポンプ軸受のシール装置において、主リップ,第1副リップ及び第2副リップを有するシール材と、大径軸部と小径軸部と、前記大径軸部と前記小径軸部との間に形成される段差面部と、該大径軸部の軸周方向にシール溝が形成された軸と、該軸を転動体を介して包囲する外輪と、前記軸の段差面部と大径軸部の段差面部寄側の軸周面を被覆するカラー材とからなり、前記シール溝に前記主リップ,第2副リップが接触し、且つ前記第1副リップは前記カラー材に接触してなることを特徴とするウォーターポンプ軸受シール装置。
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