JP4952913B2 - ウォーターポンプ用密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、密封技術に係る密封装置に関し、更に詳しくは、ウォーターポンプの軸封部に用いられるのに適した密封装置に関するものである。本発明の密封装置は例えば自動車エンジン冷却用ウォーターポンプに用いられ、またはその他の冷却用ウォーターポンプに用いられる。

従来からこの種のウォーターポンプに用いられる密封装置として、図４に示す密封装置１０１が知られており、この密封装置１０１は、ハウジング１０２に固定されるとともに軸１０３に摺動自在に密接するシールリップ１０４を複数並べて配置することにより、ＬＬＣ等の密封流体が機内側Ａから機外側Ｂへ漏洩しないようこれをシールしている。

しかしながら上記従来技術によると、その主たる機能である密封作動がもっぱら各シールリップ１０４の摺動作動のみに依存しているため、発揮し得る密封性能に限界を有している。またウォーターポンプ用の密封装置としては、密封性能のほかに以下の点に留意する必要がある。
（１）密封流体圧として機内側から０．２ＭＰａ程度の圧力が作用するので、耐圧性を考慮する必要がある。
（２）水潤滑でシールリップが摩耗しやすいので、耐摩耗性を考慮する必要がある。
（３）ポンプ内に存在する鋳砂、錆または砂粒等の異物が水中に混入してシールリップを摩耗させやすいので、この点からも耐摩耗性を考慮する必要がある。

特開２００２−３１００９５号公報

本発明は以上の点に鑑みて、上記ＬＬＣ等の密封流体を密封するウォーターポンプ用密封装置において、その密封性能および耐摩耗性を向上させることが可能な密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による密封装置は、ＬＬＣよりなる密封流体が機内側から機外側へ漏洩しないようハウジングおよび軸間に装着されるウォーターポンプ用密封装置において、スリーブ、第一リップシール部材および第二リップシール部材を有し、前記スリーブは、前記軸の外周に固定される筒状固定部の機内側端部に径方向外方へ向けてフランジ部を一体成形し、前記フランジ部の外周端部に機外側へ向けて筒状部を一体成形し、前記筒状部の機外側端部に径方向外方へ向けて外周フランジ部を一体成形したものであり、前記第一リップシール部材は、筒状部の機内側端部に径方向内方へ向けてフランジ部を一体成形した金属環にゴム状弾性体を被着したものであって、前記ゴム状弾性体によって、前記金属環の筒状部の外周面に被着された外周ゴム部と、前記金属環の筒状部の内周面に被着された内周ゴム部と、前記金属環のフランジ部に被着されたフランジゴム部と、前記フランジゴム部の内周側に配置された第一シールリップとが一体成形され、前記第一シールリップは、その受圧面を機内側に向け、この受圧面で密封流体圧を受けたときに前記スリーブの筒状固定部の外周面に押し付けられるように構成され、前記金属環には、前記第一リップシール部材の内周ゴム部の内周側に前記第二リップシール部材を固定したときにこの第二リップシール部材が軸方向に抜け出るのを防止するためのカシメ端部が前記筒状部の機外側端部に一体成形され、前記第二リップシール部材は、前記第一リップシール部材の内周ゴム部の内周側に固定される筒状固定部の内周面に第二シールリップを一体成形し、更にその機外側に第三シールリップを一体成形したものであって、前記第二および第三シールリップはそれぞれ前記第一シールリップと同様、その受圧面を機内側に向け、この受圧面で密封流体圧を受けたときに前記スリーブの筒状固定部の外周面に押し付けられるように構成され、前記スリーブにおける外周フランジ部の機外側端面が前記第一リップシール部材と軸方向に対向することによりラビリンスシールが設けられ、このラビリンスシールは、前記各シールリップが受ける密封流体圧を事前に減圧する減圧機構として作用することを特徴とすることを特徴とする。

また、本発明の請求項２による密封装置は、上記した請求項１記載のウォーターポンプ用密封装置において、前記ラビリンスシールを構成する軸方向一対の対向面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項３による密封装置は、上記した請求項１または２記載のウォーターポンプ用密封装置において、互いに摺動する前記第一シールリップおよび前記スリーブの摺動面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構を設けたことを特徴とする。

更にまた、本発明の請求項４による密封装置は、上記した請求項１または２記載のウォーターポンプ用密封装置において、互いに摺動する前記第一シールリップおよび前記スリーブの摺動面の少なくとも一方に、噛み込んだ異物を捕捉する作用を発揮する異物トラップ機構を設けたことを特徴とする。

上記構成を有する本発明の請求項１による密封装置においては、ハウジングに固定されるとともに軸に固定したスリーブに摺動自在に密接するシールリップが設けられているために、このシールリップが密封流体をシールする作用を発揮するとともに、シールリップの機内側にスリーブによりラビリンスシールが設定されているために、このラビリンスシールが密封流体圧を減圧させる作用を発揮する。ラビリンスシールは、スリーブとこれに対向する部品間に狭隘な軸方向間隙を形成し、この狭隘な間隙を流体が通過しにくいことから、減圧作用ないしシール作用を発揮する。したがって、ラビリンスシールによって減圧される比較的低圧の密封流体をシールリップがシールする構造となるために、相対にシールリップによるシール機能を高めることができ、よって密封性能を向上させることができる。

また、シールリップの機内側にラビリンスシールが配置されているために、機内側に存在する鋳砂等の異物がラビリンスシールを通過しにくく、シールリップに達しにくい。したがって、異物がリップ摺動部に侵入してシールリップが早期に摩耗するのを抑制することが可能とされている。また、ラビリンスシールが密封流体圧を低減させると、シールリップに作用する負荷が軽減され、シールリップの接触面圧が低減されることになる。したがって、異物がリップ摺動部に侵入することがあってもシールリップの受けるダメージを小さくすることができ、よってこの点からもシールリップの早期摩耗を抑制することが可能とされており、これらによりシールリップの耐摩耗性を向上させることができる。

尚、本発明では、その構成部品であるスリーブが、シールリップに対する摺動の相手方部品と、ラビリンスシールを形成する部品とを兼ねることになる。

また、上記構成を有する本発明の請求項１による密封装置においては、シールリップの機外側に第二シールリップが設けられているために、シールリップを通過する流体が生じたときにこの流体を第二シールリップでシールすることが可能とされている。したがって、密封装置全体として密封性能を一層向上させることができる。

また、本発明の請求項１による密封装置においては、シールリップをハウジングに固定するための金属環の軸方向端部に第二シールリップを軸方向に抜け止めするためのカシメ端部が一体に設けられているために、シールリップおよび第二シールリップが互いに非接着で組み立てられても、部品相互が強固に組み合わされ、シールリップから第二シールリップが脱落することがない。したがって、部品相互を強固に組み合わせ、その取り扱い作業性等を向上させることができる。

また、本発明の請求項２による密封装置においては、ラビリンスシールを構成する軸方向一対の対向面の少なくとも一方に戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構が設けられているために、回転時に発生する戻し流体圧によって密封流体を機内側へ戻すことが可能とされており、よって密封装置全体としての密封性能を一層向上させることができる。また、戻し流体圧によって異物を排除できることから、異物によってシールリップが早期摩耗するのを抑えることができる。

また、本発明の請求項３による密封装置においては、互いに摺動するシールリップおよびスリーブの摺動面の少なくとも一方に戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構が設けられているために、回転時に発生する戻し流体圧によって密封流体を機内側へ戻すことが可能とされており、よって密封装置全体としての密封性能を一層向上させることができる。また、戻し流体圧によって異物を排除できることから、異物によってシールリップが早期摩耗するのを抑えることができる。

更にまた、本発明の請求項４による密封装置においては、互いに摺動するシールリップおよびスリーブの摺動面の少なくとも一方に噛み込んだ異物を捕捉する作用を発揮する異物トラップ機構が設けられているために、摺動部に異物が侵入するとこれをトラップ機構内に噛み込んで捕捉することが可能とされている。したがって、異物によってシールリップが早期摩耗したり、異物が外部へ漏出したりするのを有効に抑えることができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係る密封装置１の要部断面を示している。当該実施例に係る密封装置１は、密封流体（液体）であるＬＬＣ（ロングライフクーラント）が機内側（密封流体側）Ａから機外側（大気側）Ｂへ漏洩しないよう自動車エンジン冷却用ウォーターポンプの軸封部に装着されるものであって、以下のように構成されている。

すなわち先ず、ハウジング２の軸孔内周に固定されるとともに軸３の外周に固定したスリーブ１１の外周面に摺動自在に密接するシールリップ（第一シールリップ）２４が設けられており、このシールリップ２４よりも機内側Ａにスリーブ１１によってラビリンスシール（ラビリンス機構）４１が設定されている。シールリップ２４よりも機外側Ｂには第二シールリップ３３が設けられている。シールリップ２４は金属環２５の嵌合代によってハウジング２の軸孔内周に固定されるもので、金属環２５の軸方向端部には、第二シールリップ３３を軸方向に抜け止めするためのカシメ端部２５ｃが一体成形されている。

また、当該実施例に係る密封装置１は、その構成部品として、スリーブ１１、第一リップシール部材２１および第二リップシール部材３１を有している。

このうち、スリーブ１１は、軸３の外周に固定される比較的長尺な筒状固定部１２の機内側端部に径方向外方へ向けてフランジ部１３を一体成形し、このフランジ部１３にその一部としてラビリンスシール形成部（詳細後述）１４を設けたものである。またこのスリーブ１１は、ＳＵＳ等よりなる金属板の単品（板金プレス品）により構成されている。

第一リップシール部材２１は、ハウジング２の軸孔内周に固定される筒状固定部２２の機内側端部に径方向内方へ向けてフランジ部２３を一体成形し、このフランジ部２３に、スリーブ１１の筒状固定部１２の外周面に摺動自在に密接する第一シールリップ２４を一体成形したものである。またこの第一リップシール部材２１は、筒状部２５ａの機内側端部に径方向内方へ向けてフランジ部２５ｂを一体成形した金属環２５にゴム状弾性体２６を被着（加硫接着）したものであって、このゴム状弾性体２６によって、金属環２５の筒状部２５ａの外周面に被着された外周ゴム部２６ａと、金属環２５の筒状部２５ａの内周面に被着された内周ゴム部２６ｂと、金属環２５のフランジ部２５ｂの機内側および機外側端面ならびに内周部に被着されたフランジゴム部２６ｃと、フランジゴム部２６ｃの内周側に配置された第一シールリップ２４とが一体に成形されている。外周および内周ゴム部２６ａ，２６ｂは金属環２５の筒状部２５ａとともに上記筒状固定部２２をなしている。フランジゴム部２６ｃは金属環２５のフランジ部２５ｂとともに上記フランジ部２３をなしている。第一シールリップ２４は、その受圧面２４ａを機内側Ａに向け、この受圧面２４ａで密封流体圧を受けたときにスリーブ１１の筒状固定部１２の外周面に押し付けられるように構成されている。更にまた、金属環２５には、第一リップシール部材２１の筒状固定部２２の内周に第二リップシール部材３１を固定（嵌合）したときにこの第二リップシール部材３１が軸方向に抜け出るのを防止するためのカシメ端部２５ｃが筒状部２５ａの機外側端部に一体成形されている。

第二リップシール部材３１は、第一リップシール部材２１の筒状固定部２２の内周に固定される筒状固定部３２の内周面に、スリーブ１１の筒状固定部１２の外周面に摺動自在に密接する第二シールリップ３３を一体成形し、更にその機外側Ｂに第三シールリップ３４を一体成形したものである。またこの第二リップシール部材３１は、ゴム状弾性体の単品よりなり、このゴム状弾性体によって、上記筒状固定部３２ならびに第二および第三シールリップ３３，３４が一体に成形されている。第二および第三シールリップ３３，３４はそれぞれ、第一シールリップ２４と同様、その受圧面３３ａ，３４ａを機内側Ａに向け、この受圧面３３ａ，３４ａで密封流体圧を受けたときにスリーブ１１の筒状固定部１２の外周面に押し付けられるように構成されている。

ラビリンスシール４１は、スリーブ１１と第一リップシール部材２１との間に微少な軸方向間隙として設定されている。すなわちスリーブ１１のフランジ部１３にその一部としてラビリンスシール形成部１４が設けられ、このラビリンスシール形成部１４と第一リップシール部材２１の機内側端面との間にラビリンスシール４１が設定されている。ラビリンスシール形成部１４は、フランジ部１３の外周端部に機外側Ｂへ向けて一体成形された筒状部１４ａと、この筒状部１４ａの機外側端部に径方向外方へ向けて一体成形された外周フランジ部１４ｂとよりなるので、この外周フランジ部１４ｂの機外側端面が第一リップシール部材２１のフランジ部２３の機内側端面と微少な軸方向間隙をもって対向し、これによりここにラビリンスシール４１が設けられている。

ハウジング２側に固定される上記第一リップシール部材２１および第二リップシール部材３１はそれぞれ別体にて製作され、接着剤を用いることなく非接着にて組み立てられるものである。

上記構成の密封装置１がウォーターポンプの軸封部に装着されると、機内側Ａの第一シールリップ２４が一次シールをなすとともに機外側Ｂの第二および第三シールリップ３３，３４が二次および三次シールをなし、更に第一シールリップ２４の機内側Ａに減圧機構として作用するラビリンスシール４１が配置されることになる。したがって上記密封装置１においては、以下の作用効果が発揮される。

すなわち先ず、上記構成の密封装置１においては、ハウジング２の軸孔内周に固定されるとともに軸３の外周に固定したスリーブ１１の外周面に摺動自在に密接するシールリップ２４が設けられているために、このシールリップ２４が密封流体をシールする作用を発揮し、シールリップ２４よりも機内側Ａにスリーブ１１によってラビリンスシール４１が設定されているために、このラビリンスシール４１が密封流体圧を減圧させる作用を発揮する。したがって、後者のラビリンスシール４１によって減圧される比較的低圧の密封流体を前者のシールリップ２４がシールする構造であるために、相対にシールリップ２４によるシール機能を高めることができ、よって密封性能を向上させることができる。

また、シールリップ２４よりも機内側Ａにラビリンスシール４１が配置されているために、機内側Ａに存在する鋳砂等の異物は狭隘なラビリンスシール４１を通過しにくく、よってシールリップ２４に達しにくいものである。したがって、異物がリップ摺動部に侵入してシールリップ２４が早期に摩耗するのを抑制することが可能とされている。また、ラビリンスシール４１が密封流体圧を低減させると、シールリップ２４に作用する負荷が軽減され、シールリップ２４の接触面圧が低減されることになる。したがって、異物がリップ摺動部に侵入してもシールリップ２４の受けるダメージを小さくすることができ、よってこの点からもシールリップ２４の早期摩耗を抑制することが可能とされている。したがって、これらによりシールリップ２４の耐摩耗性を向上させることができる。

また、シールリップ２４よりも機外側Ｂに第二および第三シールリップ３３，３４が設けられているために、シールリップ２４を通過した密封流体をこの第二および第三シールリップ３３，３４でシールすることが可能とされている。したがって、密封装置１全体として密封性能を一層向上させることができる。

また、シールリップ２４を有する第一リップシール部材２１をハウジング２に固定するための金属環２５の軸方向端部に第二および第三シールリップ３３，３４を有する第二リップシール部材３１を軸方向に抜け止めするためのカシメ端部２５ｃが一体成形されているために、第一および第二リップシール部材２１，３１が互いに非接着にて組み立てられても、部品相互が強固に組み合わされ、第二リップシール部材３１が脱落することがない。したがって、部品相互を強固に組み合わせ、その取り扱い作業性等を向上させることができる。

尚、上記第一実施例に係る密封装置１は、その構成を以下のように付加・変更することが考えられる。

第二実施例・・・
上記第一実施例では、シールリップ２４をゴム状弾性体製としたが、これに代えてシールリップ２４を樹脂製とする。図２の例では、シールリップ２４はＰＴＦＥ等の樹脂（プレート状樹脂）の単品により構成されており、その外周部２４ｂをもって第一リップシール部材２１のフランジ部２３と第二リップシール部材３１の筒状固定部３２との間に挟み込まれている。また、この挟み込みを強化するため、第二リップシール部材３１には金属環３５が埋設されている。

第三実施例・・・
上記第一実施例の構成に加えて、ラビリンスシール４１を構成する軸方向一対の対向面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構を設ける。図３の例では、ラビリンスシール４１を構成する軸方向一対の対向面がスリーブ１１におけるラビリンスシール形成部１４の機外側端面と第一リップシール部材２１におけるフランジ部２３の機内側端面とよりなるので、このうちのフランジ部２３の機内側端面にポンピング機構５１が設けられ、より詳細には、フランジゴム部２６ｃの機内側端面にポンピング機構５１が設けられている。ポンピング機構５１は、１本または複数本の螺旋溝（ネジ溝）よりなり、回転時に発生する戻しポンプ作用によって流体を機内側Ａへ押し戻し、また異物を排出するものである。

また、上記第一実施例の構成に加えて、互いに摺動するシールリップ２４およびスリーブ１１の摺動面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構を設ける。図３の例では、互いに摺動する摺動面がシールリップ２４の内周面とスリーブ１１における筒状固定部１２の外周面とよりなるので、このうちのシールリップ２４の内周面にポンピング機構６１が設けられている。ポンピング機構６１は上記したように、１本または複数本の螺旋溝（ネジ溝）よりなり、回転時に発生する戻しポンプ作用によって流体を機内側Ａへ押し戻し、また異物を排出するものである。

また、このシールリップ２４およびスリーブ１１の摺動面の少なくとも一方にポンピング機構６１に代えて、噛み込んだ異物を捕捉する作用を発揮する異物トラップ機構（図示せず）を設けるようにしても良い。異物トラップ機構は、１本または複数本の環状溝（複数本の場合は平行溝となる）よりなり、溝内に異物を噛み込んで捕捉（保持）するものである。

本発明の第一実施例に係る密封装置の要部断面図 本発明の第二実施例に係る密封装置の要部断面図 本発明の第三実施例に係る密封装置の要部断面図 従来例に係る密封装置の断面図

符号の説明

１ 密封装置
２ ハウジング
３ 軸
１１ スリーブ
１２，２２，３２ 筒状固定部
１３，２３，２５ｂ フランジ部
１４ ラビリンスシール形成部
１４ａ，２５ａ 筒状部
１４ｂ 外周フランジ部
２１ 第一リップシール部材
２４ シールリップ（第一シールリップ）
２４ａ，３３ａ，３４ａ 受圧面
２４ｂ 外周部
２５，３５ 金属環
２５ｃ カシメ端部
２６ ゴム状弾性体
２６ａ 外周ゴム部
２６ｂ 内周ゴム部
２６ｃ フランジゴム部
３１ 第二リップシール部材
３３ 第二シールリップ
３４ 第三シールリップ
４１ ラビリンスシール
５１，６１ ポンピング機構
Ａ 機内側
Ｂ 機外側

Claims (4)

1. ＬＬＣよりなる密封流体が機内側（Ａ）から機外側（Ｂ）へ漏洩しないようハウジング（２）および軸（３）間に装着されるウォーターポンプ用密封装置（１）において、
   スリーブ（１１）、第一リップシール部材（２１）および第二リップシール部材（３１）を有し、
   前記スリーブ（１１）は、前記軸（３）の外周に固定される筒状固定部（１２）の機内側端部に径方向外方へ向けてフランジ部（１３）を一体成形し、前記フランジ部（１３）の外周端部に機外側（Ｂ）へ向けて筒状部（１４ａ）を一体成形し、前記筒状部（１４ａ）の機外側端部に径方向外方へ向けて外周フランジ部（１４ｂ）を一体成形したものであり、
   前記第一リップシール部材（２１）は、筒状部（２５ａ）の機内側端部に径方向内方へ向けてフランジ部（２５ｂ）を一体成形した金属環（２５）にゴム状弾性体（２６）を被着したものであって、前記ゴム状弾性体（２６）によって、前記金属環（２５）の筒状部（２５ａ）の外周面に被着された外周ゴム部（２６ａ）と、前記金属環（２５）の筒状部（２５ａ）の内周面に被着された内周ゴム部（２６ｂ）と、前記金属環（２５）のフランジ部（２５ｂ）に被着されたフランジゴム部（２６ｃ）と、前記フランジゴム部（２６ｃ）の内周側に配置された第一シールリップ（２４）とが一体成形され、前記第一シールリップ（２４）は、その受圧面（２４ａ）を機内側（Ａ）に向け、この受圧面（２４ａ）で密封流体圧を受けたときに前記スリーブ（１１）の筒状固定部（１２）の外周面に押し付けられるように構成され、前記金属環（２５）には、前記第一リップシール部材（２１）の内周ゴム部（２６ｂ）の内周側に前記第二リップシール部材（３１）を固定したときにこの第二リップシール部材（３１）が軸方向に抜け出るのを防止するためのカシメ端部（２５ｃ）が前記筒状部（２５ａ）の機外側端部に一体成形され、
   前記第二リップシール部材（３１）は、前記第一リップシール部材（２１）の内周ゴム部（２６ｂ）の内周側に固定される筒状固定部（３２）の内周面に第二シールリップ（３３）を一体成形し、更にその機外側（Ｂ）に第三シールリップ（３４）を一体成形したものであって、前記第二および第三シールリップ（３３）（３４）はそれぞれ前記第一シールリップ（２４）と同様、その受圧面（３３ａ）（３４ａ）を機内側（Ａ）に向け、この受圧面（３３ａ）（３４ａ）で密封流体圧を受けたときに前記スリーブ（１１）の筒状固定部（１２）の外周面に押し付けられるように構成され、
   前記スリーブ（１１）における外周フランジ部（１４ｂ）の機外側端面が前記第一リップシール部材（２１）と軸方向に対向することによりラビリンスシール（４１）が設けられ、このラビリンスシール（４１）は、前記各シールリップ（２４）（３３）（３４）が受ける密封流体圧を事前に減圧する減圧機構として作用することを特徴とするウォーターポンプ用密封装置。
2. 請求項１記載のウォーターポンプ用密封装置において、
   前記ラビリンスシール（４１）を構成する軸方向一対の対向面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構（５１）を設けたことを特徴とするウォーターポンプ用密封装置。
3. 請求項１または２記載のウォーターポンプ用密封装置において、
   互いに摺動する前記第一シールリップ（２４）および前記スリーブ（１１）の摺動面の少なくとも一方に、戻しポンプ作用を発揮するポンピング機構（６１）を設けたことを特徴とするウォーターポンプ用密封装置。
4. 請求項１または２記載のウォーターポンプ用密封装置において、
   互いに摺動する前記第一シールリップ（２４）および前記スリーブ（１１）の摺動面の少なくとも一方に、噛み込んだ異物を捕捉する作用を発揮する異物トラップ機構を設けたことを特徴とするウォーターポンプ用密封装置。

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