JP5107612B2 - 遠心ポンプ用、詳細には内燃機関の冷却液ポンプ用低摩擦の環状密閉アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、自動車の内燃機関の水ポンプに使用される型式の、回転部材、例えばポンプのインペラ（及び関連する駆動シャフト）と固定部材、例えばポンプ筐体との間の密閉のための環状密閉アセンブリに関していて、インペラ駆動シャフトは、エンジンのトランスミッションから、インペラを駆動する回転を受容するために、液密式でポンプ筐体から突き出なければならない。

上記の型式の水ポンプにおいて、遠心インペラ（及び関連するシャフト）と筐体との間の密閉は、第一密閉リングと第二密閉リングとを包含する密閉アセンブリを使用して実施され、第一密閉リングは、ポンプの筐体に取付けられる摺動する密閉係合用で、インペラシャフトと同軸上にあり、筐体での静的密閉もまた行い、第二密閉リングは、インペラシャフトに取付けられる摺動する密閉係合用で、同様にシャフトでの静的な密閉を行い、インペラの後面（ブレードが取付けられるインペラの正面の作業面と反対の面）と第二リングとの間で圧縮されるバネによって軸方向に荷重が掛けられる。その結果、稼働中の動的な密閉は、二つのリング間で画定される摺動する密閉によって遂行され、二つのリングは回転軸線（軸方向密閉）に平行な方向で、バネによって正面に向かって互いに接触して圧迫される。

高い軸方向荷重を付与すれば、密閉部は通常使用中に高い荷重が掛かり、摺動する密閉リングは通常金属から作られる。結果として、ポンプの送達区画内の水の密閉は、特にポンプが待機中の場合に、全く不十分である。さらに、述べられた周知の密閉アセンブリは、特に軸方向に分厚く、組立が面倒である。

本発明の目的は、二つの相対的に動く部材間に、例示で述べられる水ポンプの遠心インペラ（及び関連するシャフト）とポンプの筐体との間に挿入するための、及び周知技術の欠点を排除するようになっている密閉アセンブリを提供することであり、密閉アセンブリは、詳細にはポンプ稼働中とポンプ待機中の両方において、ポンプの送達区画内で水の有効な静的及び動的な密閉を備え、さらに小型で、組立が極端に容易で、生産及び組立において安価である。

本発明に従って、請求項１で請求されるような、二つの相対的に回転する部材間に、詳細には遠心インペラと内燃機関の水ポンプ（エンジンの冷却回路の供給ポンプ）の筐体との間に挿入するための密閉アセンブリを提供する。

さらに厳密に言えば、密閉アセンブリは、部分的にエラストマー材料から作られ、部分的に低摩擦ポリマー材料から作られる環状の密閉部材と、エラストマー材料に埋め込まれたほぼ堅固な支持骨組とを包含する。支持骨組は、スリーブ部分とフランジ部分とを包含し、フランジ部分は、スリーブ部分の第一端部からスリーブ部分の対称軸線に向かって半径方向に延伸し、対称軸線に向かって突き出し、支持骨組の無い全てがエラストマー材料から作られる密閉部材の半径方向部分を部分的に支持する。

密閉部材のエラストマーの半径方向部分は、対称軸線に向かって軸方向の大きさを増加し、密閉部材の自由端で、低摩擦ポリマー材料、詳細には、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）から作られるスリーブを支持し、スリーブがエラストマーの半径方向の部分に対して硬化されており、スリーブは、支持骨組に対して非対称に配置され、半径方向の密閉リップを形成するために、支持骨組のスリーブ部分と軸方向に平行で同じ側に突出る円筒形の第一端部分を有し、密閉アセンブリの対称軸線から離れ、密閉部材の自由端部に向かって延伸する弾性的に変形可能な軸方向の密閉リップを形成ために、第一端部分と軸方向で反対側に第一端部分より大きな量で突出る円錐形の第二端部分を有し、密閉アセンブリの対称軸線は、前記部材（インペラとポンプの筐体）の相対的な回転軸線と一致する。

変形されない場合に、弾性的に変形可能な軸方向の密閉リップは、それが支持骨組のフランジ部分から離れて行くから、対称軸線からどんどん遠くに離れて延伸し、従って、対称軸線と鋭角を形成する。

密閉アセンブリはまた、Ｌ字形の放射断面を有する環状の保護部を包含し、それは、一般に行われている摺動する方法で、密閉部材の密閉リップと協同する。保護部は、密閉部材とは別に組立てられ、相対的に回転する部材を同心円状に組立てる場合にのみ、密閉アセンブリに取付けられる。さらに厳密に言えば、環状の保護部は、第一部材（インペラシャフト）と締まりばめされ、第一部材と一般に行われている角度を成して一体化し、支持骨組のスリーブ部分と同軸となるスリーブ部分と、対称軸線に対して反対側で半径方向に延伸するフランジ部分とを包含する。

半径方向の密閉リップは、一般に行われている摺動する方法で、保護部のスリーブ部分の外側面と協同し、一方、軸方向の密閉リップは、一般に行われている摺動する方法で、保護部のフランジ部分の前面と協同する。さらに厳密に言えば、軸方向の密閉リップは、一般に行われている変形される加工形態に十分に曲げるために、骨組の無いエラストマーの半径方向の部分から突出て、その形態において、密閉リップの自由端部の所定の長さは、対称軸線と垂直に配置される。

従って保護部とは別に、ポンプの筐体の座の内側に密閉部材を取付けることができ、保護部は、インペラの後面と同じ側に形成される軸方向の肩部にもたれるように、直接にインペラシャフトと取付けられ一体化することが出来る。水ポンプが組立てられる時に、保護部は、加工形態に保護部を移動するために、軸方向の密閉リップに軸方向でもたれ掛かり、従って、バネを使用することなく効果的な密閉を保証するために、密閉部材に十分な軸方向荷重を確保する。

さらに、本発明に従う密閉アセンブリは、相対的に小型、特に軸方向に小型で、既存の水ポンプの密閉アセンブリよりいずれにしてもずっと小型である。最後に、概して密閉アセンブリは、構造的に簡単であり、多少の簡単な動作のみを伴う自動ロボットシステムを使用する程度でさえ、組立てるのに極端に容易であり、生産においてもまた安価である。そして、ポンプが待機中であれ稼働中であれ等しく効果的な密閉と、稼働中の低い摩擦（それは燃料消費の低減に役立つ）と、とりわけ長い耐用期間とを、この間ずっと同時に保証する。

さらに、本発明の特徴と有利性は、添付図面に関する例示を介して与えられる同様な限定されない実施形態に関してここに述べられるだろう。

図１から４に関して、符号１は、例示で示される筐体２及び簡略化のために示されていない周知の内燃機関の水ポンプ（冷却液供給ポンプ）の遠心インペラ３によって画定される、二つの相対的に回転する部材２、３の間に挿入可能な密閉アセンブリを表示する。

インペラ３（図４）は、（例示で示される、一つの部材で形成される）シャフト４に一体的に取付けられ、シャフトは、インペラ３の後面５から突出て、一般に行われている筐体２の貫通座６を介して無為に延在し、後面５と反対側のインペラ３の面は、ブレード７を取付けるインペラ３の加工面であり、インペラ３は、筐体２内部の送達区画８に収納され、外側の貫通座６からアクセス可能である。

密閉アセンブリ１は、部分的にエラストマー材料と、部分的に低摩擦ポリマー材料、一般的にPTFE又は同様の特性のその他のポリマーとから作られる環状の密閉部材１０（図１と３）、及び好ましくは鋳造される金属薄板から作られるほぼ堅固な支持骨組１２を包含する。支持骨組１２は、密閉部材１０の全てがエラストマーの部分１４のエラストマー材料に埋め込まれ、スリーブ部分１５とフランジ部分１６とを包含し、フランジ部分は、一般に行われている、部材２、３の相対的な回転軸線と一致する、スリーブ部分１５の対称軸線Ａに向かって半径方向に延在する。

さらに厳密に言えば、フランジ部分１６は、スリーブ部分１５の第一端部１７から半径方向に突出て、軸線Ａに向かって突出る密閉部材１０の半径方向部分１８を部分的に支持する。さらに厳密に言えば、半径方向部分１８は、支持骨組１２を埋め込んでいる部分１４と一体化部分を形成し、全てがエラストマー材料からまた作られているが、支持骨組１２が無く、その結果、弾性的に変形できる必然的な部分となる。

さらに厳密に言えば、密閉部材１０のエラストマーの半径方向部分１８は、軸線Ａに向かって軸方向の大きさを（言い換えれば、軸線Ａに平行に）増加し、言い換えれば、密閉部材の自由端１９に向かってより厚くなり、そこで部分１８は、最大厚さ（言い換えれば、最大軸方向の大きさ）に成る。

自由端部１９で、エラストマー部分１８は、全てが前記低摩擦ポリマー材料（一般的にPTFE又は相当品）から作られるスリーブ２０を支持し、二つの部分間に非常に強力な化学的及び物理的な結合を形成するために、スリーブはエラストマーの半径方向部分１８に対して硬化されていて、その結果、スリーブ２０を部分１８から、単にその一つを又はその両方を操作することによって分離することができる。

本発明の一つの態様に従って、スリーブ２０は、支持骨組１２に対して、詳細には半径方向のフランジ部分１６の位置に対して軸方向で非対称に配置され、半径方向の密閉リップ２４を形成するために、支持骨組１２のスリーブ部分１５と軸方向に平行で同じ側に突出る円筒形の第一端部分２２を有し、密閉リップ２８の自由端部の方向に、対称軸線Ａから離れて延伸する弾性的に変形可能な軸方向の密閉リップ２８を形成するために、第一端部分２２と軸方向に反対側で第一端部分２２より大きく突出る円錐形の第二端部分２６を有する。

変形させない（図１と３）場合に、弾性的に変形可能な軸方向の密閉リップ２８は、フランジ部分１６から離れるから、対称軸線Ａから真直ぐに、どんどん遠くに離れて延伸し、このような形態において、軸線Ａと鋭角α（言い換えれば45°より小さい角度）を形成する。

本発明の好適な実施形態において、密閉アセンブリ１０はまた、Ｌ字形の放射断面を有する環状の保護部３０を包含し、環状の保護部は、一般に行われている摺動する方法で、密閉部材１０の密閉リップ２４、２８と協同する。環状の保護部３０（図２と４）は、インペラ３のシャフト４と一般に行われている角度を持って一体化して固定され、好ましくはインペラ３のシャフト４と締まりばめされ、シャフト４に形成されインペラ３の後面５と同様に面する肩部３２に軸方向でもたれ、支持骨組１２のスリーブ部分１５と同軸であるスリーブ部分３１と、対称軸線Ａと反対側に、スリーブ部分３１の第一端部３４（図２）から半径方向に延伸するフランジ部分３３とを包含する。

半径方向の密閉リップ２４は、一般に行われている摺動する方法で、スリーブ部分３１の半径方向に外向きの側面と協同し、一方、軸方向の密閉リップ２８は、インペラ３の後面５と一般に行われている同様の方法で面する、言い換えれば筐体２に形成される座６と面する保護部３０のフランジ部分３３の前面と、一般に行われている摺動する方法で協同する。

フランジ部分３３、詳細には端部３４に近接する、保護部３０のスリーブ部分３１は、半径方向の段差部を画定する鋳造される部分３５（図２）を包含し、段差部は、軸線Ａから離れて延伸し、座６に面し、一般に行われている肩部３２にもたれる。

軸方向の密閉リップ２８は、一般に行われている（実際にスリーブ２０は、相対的に薄く、支持骨組１２より薄い）、変形された加工形態（図２と４）に十分に曲げるために、支持骨組１２のないエラストマーの半径方向部分１８から突出し、その形態において密閉リップの自由端部の所定の長さが、対象軸線Ａと垂直に配置され、保護部３０のフランジ部分３３と平行なある種のフランジ部分を形成する。

リップ２８の変形を助けるために、密閉部材１０のエラストマーの半径方向部分１８は、軸方向の密閉リップ２８を画定するPTFEポリマーのスリーブ２０の端部分２６と逆の先細りを有する円錐形の表面４０（図２、３）によって、軸方向の密閉リップ２８に向かって横方向に制限される。

図解された密閉部のさらなる特性に従って、支持骨組１２のスリーブ部分１５は、対応するアセンブリ及び密閉部材１０の静的な密閉部分５０の中に埋め込まれる。部分５０は、全てがエラストマーから作られ、部分１４の一部分（それはまた、フランジ部分１６の少なくとも一部分を覆う）を形成し、座６の内側で一般に行われている締まりばめにされる。

実際の使用において、本発明による密閉アセンブリ１の構成要素１０と３０、座６の内部の構成要素１０、及び筐体側からは取外しできないインペラ３を備えるシャフト４の構成要素３０は、別々に組立てられる。それから、部材２と３が、本発明によって、部分１８の相対的に制限された弾力性によって部分的にのみ補償される所定の量の半径方向の弾力を備える円筒形の部分２２の内側に、保護部３０のスリーブ部分３１を軸方向に挿入することによって、その目的のために、保護部は端部３４の反対側に面取りされた端部５１を有して、共に取付けられる。

従って、摺動する半径方向の密閉部は、リップ２４とスリーブ部分３１との間に形成され、密閉部は、バネを使用することなく、所定の弾性力によって荷重が掛けられ、直線又はほとんど直線（例えば、通常の弾性的なリップ密閉部のような）であるのとは対照的に、円筒形部分２２の内側の側面の大部分を覆っている。

同時に、述べられたように、リップ２８は、保護部３０のフランジ部分３３にもたれ、スリーブ２０の端部２６の円錐形状、部分１８の形状、及び鋳造される部分３５の存在によって、図２の形態に、弾性的に徐々に変形され、その形態において、リップ２８の非線形部分が、軸線Ａに対しほぼ垂直に配置され、従って、再度バネが使用されず、同様に部分１８の弾性的な反作用によって所定の弾性的な軸方向力をリップ２８に掛ける。

組立てる前の第一形態における、本発明による密閉アセンブリの長手方向の放射断面を示す。 稼働中の第二形態における、図１の密閉アセンブリの拡大長手方向の放射断面を示す。 図１の拡大詳細を示す。 本発明による密閉アセンブリを取付ける自動車エンジンの水ポンプの概略放射断面を示す。

符号の説明

１ 密閉アセンブリ
２ 筐体
３ インペラ
４ シャフト
６ 座
１０ 密閉部材
１２ 支持骨組
１５ 支持骨組のスリーブ部分
１６ 支持骨組のフランジ部分
１８ 密閉部材の半径方向部分
２０ スリーブ
２４、２８ 密閉リップ
３０ 保護部
Ａ 対称軸線

Claims (5)

1. 二つの相対的に回転する部材の間に挿入のための密閉アセンブリ（１）であって、
   部分的にエラストマー材料から作られ、部分的に低摩擦ポリマー材料から作られる環状の密閉部材（１０）と、
   エラストマー材料に埋め込まれた堅固な支持骨組（１２）と、を包含し、
   前記支持骨組が、スリーブ部分（１５）とフランジ部分（１６）とを包含し、
   前記フランジ部分は、前記スリーブ部分（１５）の第一端部（１７）から前記スリーブ部分の対称軸線（Ａ）に向かって半径方向に延伸し、前記対称軸線（Ａ）に向かって突き出し、支持骨組の無い全てがエラストマー材料から作られる前記密閉部材の半径方向部分（１８）を部分的に支持する密閉アセンブリにおいて、
   前記密閉部材のエラストマーの前記半径方向部分（１８）が、前記対称軸線（Ａ）に向かって軸方向の大きさを増加し、密閉部材の自由端（１９）でポリマー材料から作られるスリーブ（２０）を支持し、
   前記スリーブがエラストマーの半径方向部分に対して硬化されており、
   前記スリーブ（２０）は、前記支持骨組（１２）に対して非対称に配置され、円筒形の第一端部分（２２）と円錐形の第二端部分（２６）とを有し、
   前記第一端部分は、半径方向の密閉リップ（２４）を形成するために、前記支持骨組（１２）のスリーブ部分（１５）と軸方向に平行で同じ側に突き出し、
   前記第二端部分は、前記対称軸線（Ａ）から離れ、前記密閉部材の自由端部に向かって延伸する弾性的に変形可能な軸方向の密閉リップ（２８）を形成するために、前記第一端部分（２２）と軸方向で反対側に、第一端部分（２２）より大きな量で突き出し、
   （ａ）前記軸方向の密閉リップ（２８）が、支持骨組のない前記密閉部材のエラストマーの半径方向部分（１８）から、変形された加工形態に十分に曲がるように突き出し、その形態において密閉リップの自由端部の所定の長さは、前記対称軸線（Ａ）と垂直に配置され、
   （ｂ）前記密閉リップ（２８）の変形を助けるために、前記密閉部材の前記エラストマーの半径方向部分（１８）が、前記軸方向の密閉リップ（２８）を画定する前記ポリマーのスリーブ（２０）の前記第二端部分と逆の先細りを有する円錐形の表面（４０）によって、前記軸方向の密閉リップに向かって横方向に制限され、
   （ｃ）前記密閉アセンブリが、Ｌ字形の放射断面を有し、前記密閉部材（１０）の前記密閉リップ（２４、２８）と摺動する方法で協同する、環状の保護部（３０）を、更に包含し、
   （ｄ）前記保護部（３０）が、スリーブ部分（３１）とフランジ部分（３３）とを包含し、前記スリーブ部分が、前記相対的に回転する部材の回転側の部材と締まりばめされ、前記相対的に回転する部材の回転側の部材と角度を成して一体化し、前記支持骨組（１２）のスリーブ部分（１５）と同軸であり、前記フランジ部分（３３）が、前記保護部（３０）のスリーブ部分の対称軸線（Ａ）に対して反対側で半径方向に及び前記保護部のスリーブ部分の第一端部（３４）から延伸し、前記半径方向の密閉リップ（２４）が、前記保護部の前記スリーブ部分（３１）の外側面と摺動する方法で協同し、前記軸方向の密閉リップ（２８）が、前記保護部の前記フランジ部分（３３）の前面と摺動する方法で協同し、前記密閉リップ（２８）の非線形部分が、前記対称軸線（Ａ）に対し垂直に配置されており、
   （ｅ）前記保護部（３０）の前記スリーブ部分（３１）が、前記エラストマーの半径方向部分（１８）の相対的に制限された弾力性によって部分的にのみ補償される所定の量の半径方向の弾力を備える円筒形の部分（２２）の内側に、軸方向に挿入されており、円筒形の部分（２２）の内側に軸方向に挿入するために、前記保護部が、第一端部（３４）の反対側に面取りされた端部（５１）を有しており、
   （ｆ）前記保護部の形状が、ばねを使用することなく効果的な密閉を保証するために、密閉部材（１０）に十分な軸方向荷重を確保する、
   密閉アセンブリ。
2. 変形されない場合に、前記弾性的に変形可能な軸方向の密閉リップが、前記支持骨組の前記フランジ部分から離れるから、直線方向で前記対称軸線からどんどん遠くに離れて延伸し、前記対称軸線と鋭角を形成することを特徴とする、請求項１に記載の密閉アセンブリ。
3. 前記保護部（３０）の前記フランジ部分（３３）に近接する、前記保護部の前記スリーブ部分（３１）が、前記保護部（３０）の前記スリーブ部分（３１）の前記対称軸線（Ａ）から離れて延伸する半径方向の段差部を画定する鋳造される部分（３５）を包含することを特徴とする、請求項２に記載の密閉アセンブリ。
4. 前記ポリマーのスリーブ（２０）が、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）から作られることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉アセンブリ。
5. 全てがエラストマーから作られ、前記相対的に回転する部材の静止側の部材の座の内側で締まりばめされる、前記密閉部材（１０）の静的な密閉部分（５０）の中に、前記支持骨組（１２）の前記スリーブ部分（１５）が埋め込まれることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉アセンブリ。

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