JPS6128793A - ウオ−タポンプのシヤフトシ−ル機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、−生として内燃機関に冷却水を循環供給する
ためのウォータポンプのシャフトシール機構に関するも
のである。

（従来の技術） 従来より、この種のウォータポンプとしては、インレッ
トポート及びアウトレットポートを有するポンプボディ
の内□部で回転可能に支持されたポンプシャフトに対し
、このシャフトと共に回転するようにロータが固定され
、このロータの回転によって上記のインレットポートか
らアウトレットポートへ水（冷却水）を連続的に送るよ
うに構成されている（例えば特開昭５８−８２０９６号
公報参照）。

そして、従来のウォ−タポンプのシャフトシール構造と
しては、第５図で示すようにポンプシャ、フト６に固定
された金属製のロータ８に対し、緩衝ゴム３０を介して
セラミック製などのフローティングシート３１を、この
ポンプシャフト６の外周面から僅かに浮かせた状態で装
着している。一方、ポンプボディ１の内壁１ａに固定さ
れた外筒１３には、上記の７日−ティングシート３１と
対向する端部にカーボン製などのシールリング３２を備
えたバッキング３３が組みつけられており、このシール
リング３２はスプリング３４の力によって上記フローテ
ィングシート３１に常に押しつけられている。これによ
って上記のフローティングシート３１とシールリング３
２とは常に摺動接触しており、もってポンプボディ１内
のポンプ室５からボ・ンプシャフト６を支持しているベ
アリングγ側への水漏れを防止するシール機構が構成さ
れている。

また、従来よりガス等の気体に対処するためのシャフト
シール機構として磁性流体を使用したものが知られてい
る（例えば実公昭５７−４１５０４号公報参照）。この
磁性流体シールの一般的な構造は、第６図で示すように
ケーシング４０の内部においてベアリング４２により、
回転自在に支持されたシャフト４１の外周に、Ｏリング
４３を介して軸カバー４４が組みつけられている。また
、上記ケーシング４０の内周面に対し、Ｏリング４５を
介して固定された一対の環状ブロック４６の相互間には
環状の磁石４７が組みつけられている。

そして、これらの各環状ブロック４６と対向する上記軸
カバー４４の外周には複数条の環状微小突起４８が形成
されていて、この環状微小突起４８の部位と、上記各環
状ブロック４６内周面との間には磁性流体４９が設けら
れている。これによって、磁性流体４９が前記磁石４７
によって形成される磁気回路の一部となり、周知のよう
にシャフト４１側の軸力バー４４外周とケーシング４０
側の環状ブロック４６内周との間のガスシール等がなさ
れるのである。

（発明が解決しようとする問題点） 第５図で示すシャフトシール機構においては、上記のフ
ローティングシート３１とシールリング３２との摩擦摺
動面において互いの摩擦熱により、水蒸気を発生し、こ
の水蒸気はポンプボディ１のドレン孔４を通って外部へ
放出されることとなる。

このように水蒸気が、ポンプシャフト６を支持している
ベアリング７側のドレン孔４から外部へ放出されるとい
うことは、結果的にはフローティングシート３１とシー
ルリング３２との間において水漏れが生じたのとほぼ周
じような結果を招き、かつこの水蒸気の発生そのものが
シャフトシール機構としては好ましくない現象である。

また、上記のドレン孔４からポンプボディ１の内部に塵
埃が侵入し、これが上記フローティングシート３１とシ
ールリング３２との摩擦摺動面に噛み込んだ場合、これ
ら相互間のシール不良を引き起こすおそれもあった。

上記の第６図で示す磁性流体シールについては、ガス等
の気体に対処するためのシャフトシール機構としては比
較的良好なシール機能が得られるものの、これをそのま
まウォータポンプのシャフトシール機構として採用する
には困難がある。すなわち、第６図で示す磁性流体４９
にウォータポンプの水が接すると、これらは互いに溶は
合って一種のエマルジョンを作り、磁性流体シールとし
ての機能を保持し得なくなる問題があった。

（問題点を解決するための手段） 上記の問題点を解決するために、本発明は次のように構
成している。すなわち、第１図においてポンプボディ１
の内部でポンプシャフト６と共に回転するロータ８には
、フローティングシート１１がこのシャフト６の外周面
から浮かせた状態で、かつこのロータ８と共に回転する
ように装着されている。このフローティングシート１１
と対向するボディ１の内壁１ａには、同じくポンプシャ
フト６の外周面から浮かせた状態でシールリング１６が
組みつけられており、このシールリング１６はスプリン
グ１５の力を受けて所定の圧接力でフローティングシー
ト１１に常時押しつけられている。

上記のフローティングシート１１とシールリング１６と
の少なくとも一方に磁石を用い、しかもこれらフローテ
ィングシート１１及びシールリング１６の内周面と、上
記ポンプシャフト６外周面との間に、磁石によって形成
される磁気回路を利用した磁性流体シール１９を構成し
ている。

（作　用） 上記の構成において、フローティングシート１１とシー
ルリング１６との摩擦摺動面の摩擦熱によって発生する
水蒸気は、これらフローティングシート１１及びシール
リング１６の内周面と、ポンプシャフト６外周面との間
に構成された磁性流体シール１９によってシールされる
こととなる。

この磁性流体シール１９は、前にも述べたように水に対
してはそのシールが困難であるものの、水蒸気に対して
は充分にシールすることができ、もって水蒸気がフロー
ティングシート１１及びシールリング１６の内周面とシ
ャフト６の外周面との間を通って第１図の左方向へ侵入
するといったことが防止される。

また、フローティングシート１１とシールリング１６と
の摩擦摺動面で発生する摩擦熱は、上記磁性流体シール
１９の箇所を通じてポンプシャフト６側へ効率よく放熱
され、これらフローティングシート１１とシールリング
１６との摩擦摺動面での水蒸気の発生が低減される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図〜第４図に従って具体的
に説明する。

まず、ウォータポンプの一部を断面で表した第２図にお
いて、ポンプボディ１の内部に貫通して設けられたポン
プシャフト６のほぼ中間部分は、このポンプボディ１の
内部に圧入して固定されたベアリング７によって回転自
在に支持されている。

このポンプシャフト６の端部はポンプボディ１内のポン
プ室５に位置しており、ここには鉄などの磁性素材から
なるロータ８が圧入などの手段によってこのシャフト６
と共に回転し得るように固定されている。すなわち、こ
のポンプシャフト６を通じてロータ８が回転駆動される
と、ポンプボディ１のインレットポート２からポンプ室
５内に吸いこまれた冷却水がアウトレットポート３から
例えば内燃機関の冷却水循環経路に送り出されるのであ
る。

上記ロータ８の左側面には、第２図の要部を拡大して示
した第１図から明らかなように、このロータ８の回転軸
芯（シャフト６の軸芯）と同芯の凹部９が形成されてい
る。そして、この凹部９内には磁石よりなるフローティ
ングシート１１が、このロータ８との間にシール用のＯ
リング１０を介在した状態で圧入されている。一方、上
記ポンプボディ１の内壁１ａには外筒１３が固定されて
いて、この外筒１３には第１図及び第２図の左右方向へ
伸縮可能なゴムなどの素材よりなるバッキング１４が組
みつけられている。このバッキング１４の先端部には、
鉄などの磁性素材よりなるシールリング１６が固定され
ていて、このシールリング１６における上記フローティ
ングシート１１との対向面には、カーボンあるいはフェ
ノール樹脂などからなる摺動プレート１７が焼きつけな
どの手段によってコーティングされている。

また、上記の外筒１３にはシールリング１６に対し、そ
の摺動プレート１７側の端面を前記フローティングシー
ト１１に常時押しつけるように作用するスプリング１５
が組みつけられている。これにより、ロータ８と共にフ
ローティングシート１１が回転している状態においても
、シールリング１６はこのフローティングシート１１に
対して常に摺動接触することとなり、この摩擦摺動面に
おいて前記ポンプ室５の冷却水に対するシールがなされ
るのである。

なお、上記のフローティングシート１１及びシールリン
グ１６（外筒１３を含む）は共に上記ポンプシャフト６
の外周面に対し、第１図で示すように隙間ｔをもって浮
かせた状態で配設されている。また、上記のベアリング
７が組み込まれている側のポンプボディ１内は、このボ
ディ１に形成された複数個のドレン孔４によって外気に
通じている。

上記のフローティングシート１１及びシールリング１６
のそれぞれの内周面と対向するポンプシャフト６の外周
部には、その軸方向に沿って複数条の微小突起２０が形
成されている。これらの微小突起２０は、具体的には上
記ポンプシャフトｑの外周に複数本の環状溝を形成する
ことによって構成されている。そして、このようにポン
プシャフト６の外周部に形成された微小突起２０と、上
記フローティングシート１１及びシールリング１６の内
周面との間の上記隙間ｔには磁性流体２１が注入されて
いる。これによって、上述したように磁石よりなるフロ
ーティングシート１１の磁気回路は、このフローティン
グシート１１自体、シールリング１６．磁性流体２１．
ポンプシャフト６及びロータ８によって形成される。こ
のとき、磁性流体２１は上記の隙間ｔにおいてポンプシ
ャフト６外周の微小突起２０先端に集中し、もってこの
隙間ｔには磁性流体シール１９が構成されるのである。

なお、上記の微小突起２０を複数条形成したのは、隙間
ｔにおける磁性流体シール１９のシール圧力を高めるた
めである。また、上記のロータ８とフローティングシー
ト１１との間のシールを、第５図で示す従来の緩衝ゴム
３０に代えてＯリング１０を用いたのは、磁性流体シー
ル１′９を構成する磁気回路のうち、ロータ８とフロー
ティングシート１１との間の磁気抵抗をでき得る限り低
減させるためである。

前記の磁性流体２１は１強磁性微粉末を液相媒体中に安
定に分散させたもので、重力や通常の磁界のもとでは沈
降や凝集による固液分離が起らず、液体が磁性をもって
いるように振舞うという周知の性質を備えている。ここ
で、上記の強磁性微粉末とはＦｅ２０３　、Ｆｅ、Ｃｏ
などの微粉末であり、液相媒体とは水、油、水銀などを
いう。また、この磁性流体２１は次表に示すように空気
と比べてその熱伝導率が高い。

表 単位＜Ｊａｍ　−ＳｅＣ・℃） 上記のように構成したウォータポンプのシャフトシール
機構において、ポンブシャフ１−６の回転駆動により、
ポンプボディ１のポンプ室５内でロータ８が連続的に回
転し、これによって冷却水がインレットポート２からア
ウトレットポート３に向けて連続的に送り出される。そ
して、ポンプ室５と上記のドレン孔４を有する側とは、
ロータ８に固定されたフローティングシート１１と、こ
れに対して常に押しつけられているシールリング１６と
の相互の摩擦摺動面によってシールされている。なお、
シールリング１６の摩擦摺動面には、上述したようにカ
ーボン、フェノール樹脂などの非磁性素材よりなる摺動
プレート１７がコーテノングされているため、磁石を用
いたフローティングシート１１と磁性素材よりなるシー
ルリング１６とが磁力によって強力に吸着し合って互い
の摩擦抵抗が増大するといった事態を避けている。

上記ロータ８が連続的に回転することにより、フローテ
ィングシート１１とシールリング１６との摩擦摺動面で
は摩擦熱が生じ、これに伴って冷却水が加熱され、これ
らフローティングシート１１及びシールリング１６の内
周面と、ポンプシャフト６外周面との間の前記隙間ｔに
おいて水蒸気が発生する。しかしながら、この水蒸気は
先に述べた磁性流体シール１９のシール機能により、上
記のドレン孔４を有する側へ流動することは阻止される
。

また、上記磁性流体シール１９を構成する磁性流体２１
は、前記の表からも明らかなようにその熱伝導率が空気
よりもはるかに高いので、フローティングシート１１と
シールリング１６との摩擦摺動向で発生した摩擦熱は、
磁性流体２１を通じてポンプシャフト６に放熱され、こ
の摩擦熱による水蒸気の発生が著しく低減される。さら
に、ポンプボディ１の外部から上記のドレン孔４を通じ
て塵埃などが内部に侵入した場合でも、この塵埃は前記
の磁性流体２１によって遮断され、フローティングシー
ト１１とシールリング１６との摩擦摺動向に塵埃が噛み
こんで水漏れなどの不都合を生じるといったおそれが防
止される。

第３図で示す実施例は、フローティングシート１１よお
びシールリング１６ともに磁石を使用したものであって
、これらフローティングシート１１とシールリング１６
との摩擦摺動向は共に同一極性（いずれもＮ極あるいは
Ｓ極）となるように設定している。本実施例によれば、
磁性流体シール１９を構成するための磁気回路の磁力が
一段と増大され、この磁性流体シール１９のシール機能
も著しく増大する。なお、フローティングシート１１と
シールリング１６との摩擦摺動面は、上述したように相
互に同一極性であることから反発力が生じる。従って、
これらフローティングシート１１とシールリング１６と
の間のシール性を保持するためには、上記の磁石による
反発力に対応させてスプリング１５の弾力を大きく設定
することが必要となる。

この第３図で示す実施例において、前記の第１図及び第
２図で示す実施例と同一もしくは均等構成と考えられる
部分には、図面に同一符号を記入して重複する説明は省
略する。なお、次に説明する第４図で示す実施例につい
ても同様に重複する説明は省略する。

第４図で示す実施例は、ポンプシャフト６に非磁性素材
が用いられたときの実施例であって、フローティングシ
ート１１及びシールリング１６の内周面と対応するポン
プシャフト６の外周には、鉄などの磁性素材よりなる筒
状の軸カバー２２がシャフト６との間に０リング２４を
介在させて組みつけられている。そして、この軸カバー
２２の外周には前記磁性流体シール１９を構成するため
の微小突起２３が形成されており、これら微小突起２３
とフローティングシート１１及びシールリング１６の各
内周面との間には磁性流体２１が注入されている。本実
施例の磁性流体シール１９において、例えばフローティ
ングシート１１に磁石を使用した場合、この磁石の磁気
回路はフローティングシート１１．シールリング１６．
磁性流体２１、軸カバー２２及びロータ８によって構成
される。

（発明の効果） 以上のように本発明は、フローティングシートとシール
リングとの摺動接触による水のシール構造に加えて、こ
れらフローティングシート及びシールリングの内周面と
ポンプシャフトの外周面との間に磁性流体シールを構成
したことにより、フローティングシートとシールリング
との摩擦摺動向で発生する水蒸気を磁性流体シールによ
ってシールすることができ、しかもこれらフローティン
グシートとシールリングとの摩擦摺動面で発生する摩擦
熱をポンプシャフト側へ効果的に放熱することができる
。これによって水蒸気そのものの発生を極力抑えること
ができ、これらの相乗効果によって信頼性の高いウォー
タポンプのシャフトシール機構を提供することができる
。さらに、本発明ではウォータポンプの外部からドレン
孔などを通じて塵埃が侵入した場合でも、この塵埃は上
記の磁性流体シールによって遮断され、この塵埃がフロ
ーティングシートとシールリングとの摩擦摺動面に噛み
こんで水漏れなどの事態を引き起こすといったことが未
然に回避される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の実施例を示し、第１図はウォ
ータポンプのシャフトシール機構を表し　。 た拡大断面図、第２図はウォータポンプの一部を表した
断面図、第３図は２番目の実施例を第１図との対応によ
って表した断面図、第４図は３番目の実施例を同じく第
１図との対応によって表した断面図、第５図は従来のウ
ォータポンプ用シャフトシール機構を表した断面図、第
６図は従来の気体用磁性流体シールの断面図である。 １・・・ポンプボディ ２・・・インレットポート ３・・・アウトレットポート ６・・・ポンプシャフト ８・・・ロータ １１・・・フローティングシート １５・・・スプリング １６・・・シールリング １９・・・磁性流体シール 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インレットポート及びアウトレットポートを有するポン
   プボディの内部で回転可能に支持されたポンプシャフト
   に対し、このシャフトと共に回転するように固定された
   ロータと、このロータに対してポンプシャフトの外周面
   から浮かせた状態で装着されたフローティングシートと
   、これに対向するボディ内壁に対して同じくポンプシャ
   フトの外周面から浮かせた状態で装着され、かつ所定の
   スプリング力を受けてフローティングシートに押しつけ
   られたシールリングとを備えてなるウォータポンプのシ
   ャフトシール機構であって、前記フローティングシート
   とシールリングとの少なくとも一方に磁石を用い、かつ
   これらフローティングシート及びシールリングの内周面
   と前記ポンプシャフト外周面との間に、前記の磁石によ
   って形成される磁気回路を利用した磁性流体シールを構
   成したことを特徴とするウォータポンプのシャフトシー
   ル機構。