JP4793151B2 - メカニカルシール装置及びウォーターポンプ - Google Patents

Description

本発明は、メカニカルシール装置及びウォーターポンプに関し、より詳細には、ギアトレインからの回転変動、振動の入力を減衰し、シールユニットの作動を良好な状態に保つことができ、簡素な構造で、シール部分で発生する異音がシャフトを通じて外部に漏れるのを防止することができるメカニカルシール装置及びウォーターポンプに関する。

エンジンを冷却するのに必要な冷却液を循環させるためにウォータポンプが使用されている。このウォーターポンプは、例えば、図３に示すウォータポンプ１Ｘのように、プーリ又はギア２と一体的に回転する回転軸（シャフト）３と、この回転軸３と一体的に回転するインペラ４と、回転軸３が挿通される略円筒状の支承部５を有するボディ（シールハウジング）６と、ギア２を回転可能に支承するベアリング７と、回転軸３の外周面と支承部５の内周面との間に画設された円筒状空間８の一端側を封止するメカニカルシール装置１０Ｘとを備えたものがある。このメカニカルシール装置１０Ｘは、ボディ６と回転軸３との間に配置され、冷却水Ｗを水室９に密閉し、水室９と外部とを分離する。

図４に示すように、ユニタイズ式（一体型）のメカニカルシール装置１０Ｘは、回転摺動部材（メイティングリング）１１、カップガスケット１２、第１支持部材（スリーブ）１３、固定摺動部材（シールリング）１４、ベローズ１５、スプリングホルダ１６、スプリング１７、第２支持部材１８から構成されている。

この回転摺動部材１１は、カップガスケット１２を介して第１支持部材１３に取り付けられている。一方、固定摺動部材１４は、第２支持部材１８を介してボディ６に取り付けられるが、スプリングホルダ１６内のスプリング１７の弾性力により、ベローズ１５を介して押圧され、回転摺動部材１１に押し付けられている。

この回転摺動部材１１と固定摺動部材１４とが、それぞれの摺動面を摺動位置Ｓで対向させて配置され、これらの摺動面がシール面及び回転接触面として機能する。この摺動部分に冷却水Ｗが浸入潤滑作用を発揮している。

この摺動面における作動条件は比較的デリケートであり、摺動面の表面が滑らかであれば、シール性は向上するが、一方、冷却水による潤滑性が低下する。潤滑性が低下すると、メイティングリング１１が振動しながら回転して、スティックスリップ現象（異音発生現象）が発生する。

そのため、潤滑性を保持し、また、振動を低減する必要があり、その対策の一つとして、材質面において、第１シール用摺動部材と第２シール用摺動部材とを突き合わせてシールするメカニカルシール装置で、第１シール用摺動部材を炭化珪素を基材とし、カーボンを含有するシール摺動用部材とし、第２シール用摺動部材を炭化珪素を主成分として含有し、５〜２００μｍの気孔が独立して分散しているシール摺動用部材として、耐久性、耐ドライ摺動性に優れ、シール用摺動部材の焼き付けや摩耗を防止し、かつ、摺動時の鳴きの発生を有効に抑制するように構成したメカニカルシール装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、このウォータポンプの駆動方式は、従来はベルト駆動が主流であったが、動力伝達系の信頼性を向上する目的でギアトレイン化されつつある。このギアトレイン化に伴い、レイアウトの制約からウォーターポンプもギア駆動となる場合が出てきている。

このギア駆動の場合には、ベルト駆動で減衰されていたエンジンの回転変動に起因する回転振動が、ウォータポンプの回転軸に直接伝達されるため、メカニカルシールのシール面の境界条件に悪影響を及ぼし、シール面における液膜切れ、ブリスターの発生（シール面の損傷）、構成部品であるベローズ、カートリッジの損傷等が発生し易くなるという問題がある。これらの発生はシール機能低下及びシール洩れに繋がる要因となる。

そのため、ギアトレインからの入力される回転変動及び振動を減衰し、シールユニットの作動を良好な状態に保ち、耐水漏れ性を確保すると共に、シール部分で発生する異音がシャフトを通じて外部に漏れないメカニカルシール装置が重要となる。
特開２００６ー５７７２５号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転軸からの入力される回転変動及び振動を減衰し、摺動部分を良好な状態に保つことができて耐水漏れ性を向上させることができると共に、簡素な構造で摺動部分で発生する異音が回転軸を通じて外部に漏れるのを防止することができるメカニカルシール装置及びウォーターポンプを提供することにある。

上記のような目的を達成するためのメカニカルシール装置は、回転軸と一体的に回転する回転側の回転摺動部材と、固定側の固定摺動部材とが摺動し、該摺動面部分で液体部分と気体部分とを分離するメカニカルシール装置において、前記回転摺動部材を支持する支持部材と前記回転軸との間に、前記回転軸の回転方向及び軸方向の振動に対し減衰効果を有し、前記回転軸と前記支持部材との間のシールを行うダンパーラバーからなる振動減衰
部材を配設して構成される。また、上記のような目的を達成するためのウォーターポンプは、上記のメカニカルシール装置を備えて構成される。

この振動減衰部材としてはダンパーラバーを使用することができ、このラバーは、数ミリ程度の厚さを有し、回転軸の回転方向及び軸方向の両振動に対し減衰効果を有して形成される。この振動減衰機能を伴うダンパーラバーにより、回転軸（シャフト）と回転摺動部材の支持部材との間のシールを行う。

本発明に係るメカニカルシール装置及びウォーターポンプによれば、回転軸側からの伝達される回転変動及び振動を減衰し、摺動部分を良好な状態に保つことができて耐水漏れ性を向上させることができると共に、簡素な構造で摺動部分で発生する異音が回転軸を通じて外部に漏れるのを防止することができる。

以下、本発明に係る実施の形態のメカニカルシール装置及びウォーターポンプについて、図面を参照しながら説明する。図１にメカニカルシール装置を、図２にウォーターポンプを示す。

図１に示すように、このメカニカルシール装置１０は、ユニタイズ（一体型）構造であり、回転摺動部材（メイティングリング）１１、カップガスケット１２、第１支持部材（スリーブ）１３、固定摺動部材（シールリング）１４、ベローズ１５、スプリングホルダ１６、スプリング１７、第２支持部材１８、振動減衰部材（ダンパーラバー）２０とから構成され、図２に示すようにウォータポンプ１のボディ（シールハウジング）６と回転軸（シャフト）３との間に配置される。

この回転摺動部材１１は、セラミック等で形成され、ゴム製のカップガスケット１２を介して金属製の第１支持部材１３に取り付けられている。一方、固定摺動部材１４は、焼成カーボン等で形成され、第２支持部材１８を介してボディ６に取り付けられるが、金属製のスプリングホルダ１６内のスプリング１７の弾性力により、ゴム製のベローズ１５を介して押圧され、回転摺動部材１１に押し付けられている。このベローズ１５はスプリングホルダー１６と金属製の第２支持部材１８により固定されているが、スプリング１７の伸縮方向、即ち、回転軸３の軸方向に伸縮可能に設けられている。

この回転摺動部材１１と固定摺動部材１４とが、それぞれの摺動面を摺動位置Ｓで対向させて配置され、これらの摺動面がシール面及び回転接触面として機能する。この摺動部分に冷却水Ｗが浸入潤滑作用を発揮している。また、この摺動面部分で冷却水（液体）Ｗをシールし、冷却水（液体）Ｗ部分と外部（気体）Ａ部分とを分離している。

本発明においては、回転摺動部材１１を支持する第１支持部材１３と回転軸３との間に振動減衰部材２０を配設する。この振動減衰部材２０は耐ＬＬＣ（ロングライフクーラント），耐オイル性のある材質で形成したダンパーラバーで形成され、数ミリ程度の厚さを有し、回転軸の回転方向及び軸方向の両振動に対し減衰効果を有すると共に、第１支持部材１３を運転状態で支持するのに十分な強度を有して形成される。また、この振動減衰部材２０の硬さは、材質や厚さで調整（チューニング）できるが、回転摺動部材１１と固定摺動部材１４の可動範囲が極小となるよう選定する。つまり、回転軸３側とのシールを、振動減衰機能を伴うダンパーラバー２０で行う。

この振動減衰部材２０は、回転軸３と第１支持部材１３間のシール機能と、回転軸３から伝達されてくる回転変動及び振動が回転摺動部材１１に伝達されないにように減衰する機能と、回転摺動部材１１で異音が発生した場合、その振動が回転軸３に伝達されないように、この異音を遮断する機能とを持つ。

また、この振動減衰部材２０は第１支持部材１３と一体化して形成してもよく、第１支持部材１３とは別体で形成して、組付け時に組み込んでもよい。なお、回転軸３、振動減衰部材２０、第１支持部材１３の間は、従来技術のシーラー材を使用したシール構造を用いたり、振動減衰部材２０に締め代を持たせたりすることでシールできる。

そして、図２に示すように、本発明の実施の形態のウォーターポンプ１は、上記の振動減衰部材２０を有するメカニカルシール装置１０を備えて構成される。このウォーターポンプ１は、ギア２と一体的に回転する回転軸（シャフト）３と、この回転軸３と一体的に回転するインペラ４と、回転軸３が挿通される略円筒状の支承部５を有するボディ（シールハウジング）６と、ギア２を回転可能に支承するベアリング７と、メカニカルシール装置１０とを備えて構成される。このメカニカルシール装置１０は、回転軸３の外周面と支承部５の内周面との間に画設された円筒状空間８の一端側を封止するのに使用される。このボディ６と回転軸３との間に配置されたメカニカルシール装置１０は、冷却水Ｗを水室９に密閉し、水室９と外部とを分離する。

上記のメカニカルシール装置１０及びウォーターポンプ１によれば、回転軸３側からの伝達される回転変動及び振動を減衰し、摺動部分Ｓを良好な状態に保つことができて耐水漏れ性を向上させることができると共に、簡素な構造で摺動部分Ｓで発生する異音が回転軸３を通じて外部に漏れるのを防止することができる。また、この構成のメカニカルシール装置１０及びウォーターポンプ１は、ギアダンパー等を使用して行う、回転軸３側の入力元における対策に比べて、簡素な構造でかつ安価なものとなる。

本発明に係る実施の形態のメカニカルシール装置の構成を示す側断面図である。 本発明に係る実施の形態のウォーターポンプの構成を示す側断面図である。 従来技術のウォーターポンプの構成を示す側断面図である。 従来技術のメカニカルシール装置の構成を示す側断面図である。

符号の説明

１ ウォータポンプ
２ ギア
３ 回転軸（シャフト）
４ インペラ
５ 支承部
６ ボディ（シールハウジング）
７ ベアリング
８ 円筒状空間
９ 水室
１０ メカニカルシール装置１０
１１ 回転摺動部材（メイティングリング）
１２ カップガスケット
１３ 第１支持部材（スリーブ）
１４ 固定摺動部材（シールリング）
１５ ベローズ
１６ スプリングホルダ
１７ スプリング
１８ 第２支持部材
２０ 振動減衰部材（ダンパーラバー）
Ａ 外部（気体）
Ｓ 摺動位置（摺動部分）
Ｗ 冷却水（液体）

Claims (2)

1. 回転軸と一体的に回転する回転側の回転摺動部材と、固定側の固定摺動部材とが摺動し、該摺動面部分で液体部分と気体部分とを分離するメカニカルシール装置において、前記回転摺動部材を支持する支持部材と前記回転軸との間に、前記回転軸の回転方向及び軸方向の振動に対し減衰効果を有し、前記回転軸と前記支持部材との間のシールを行うダンパーラバーからなる振動減衰部材を配設したことを特徴とするメカニカルシール装置。
2. 請求項１記載のメカニカルシール装置を備えたことを特徴とするウォーターポンプ。

Images