JPS6343625B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はウオーターポンプ用メカニカルシール
に関する。

「従来の技術」 一般にエンジンの冷却系に設けられたウオータ
ーポンプ用のメカニカルシールは、シートリング
とこのシートリングに摺接される従動リングとを
備え、それらシートリングと従動リングとの摺接
面でその外周側の水が内周側の大気に洩洩するの
を防止している。

「発明が解決しようとする問題点」 ウオーターポンプ用のメカニカルシールにおい
ては、上記摺接面の潤滑流体が水となることか
ら、カークーラのコンプレツサ用メカニカルシー
ル等のように油が潤滑流体となるメカニカルシー
ルに対して上記摺動面の潤滑条件が悪く、ステツ
キングを発生させ易いため騒音を発生していた。

従来、この騒音は他のエンジン等の騒音に対し
て相対的に小さいことからさほど問題とされてい
なかつたが、エンジン等の騒音の低減化が果され
るにつれて特に周囲の騒音が小さいエンジン低回
転域において問題となるようになつてきた。

「問題点を解決するための手段」 本発明はこのような事情に鑑み、騒音の低減を
図ることができるウオーターポンプ用メカニカル
シールを提供するものである。

すなわち本願発明は、シートリングとこのシー
トリングに摺接される従動リングとを備え、それ
らシートリングと従動リングとの摺接面でその外
周側の水が内周側の大気に洩洩するのを防止する
ウオーターポンプ用メカニカルシールにおいて、 上記摺接面に、外側部が外周側に開口連通して
内側部が略半径方向ないしは両リングの相対回転
方向後方側に延びて閉止し、外周側の水を摺動面
内に導入するとともに相手の摺接面に摺接して両
摺接面の凝着を抑制する第１糸条溝と、内側部が
内周側に開口連通して外側部が略半径方向ないし
は両リングの相対回転方向後方側に延びて閉止
し、上記第１糸条溝によつて導入された水を外周
側に押戻すとともに相手の摺接面に摺接して両摺
接面の凝着を抑制する第２糸条溝とを形成し、さ
らに上記第１糸条溝と第２糸条溝とを半径方向に
オーバーラツプさせて摺接面の半径方向全域に糸
条溝を形成するとともに、そのオーバーラツプ部
分に上記水を滞留させるようにしたものである。

「作用」 上記構成によれば、外側部が外周側に開口連通
して内側部が略半径方向ないしは両リングの相対
回転方向後方側に延びて閉止した第１糸条溝によ
り、外周側の水を積極的に摺接面に導入すること
ができ、しかもその導入によつて上記オーバーラ
ツプ部分に滞留された水が両リングの潤滑条件を
改善するとともに、両摺接面を冷却するので、騒
音の発生を良好に抑制することができる。

そして、上記第１糸条溝によつて両摺接面間に
導入されて内周側に洩れようとする水は、上記第
２糸条溝によつて外周側に押返すことができるの
で、摺接面を平面とした通常のウオーターポンプ
用メカニカルシールに比較して洩れ量を減少させ
つつじようき騒音の低減効果を達成することがで
きる。

そしてさらに、上記第１糸条溝および第２糸条
溝は摺接面の半径方向全域に形成されているの
で、両糸条溝によつて両摺接面の凝着を抑制する
ことができ、それによつても騒音の発生を抑制す
ることができる。

「実施例」 以下図示実施例について本発明を説明すると、
第１図において、１はウオーターポンプのケーシ
ング、２はケーシング１の筒状部１ａ内に挿通し
てその筒状部１ａ内に設けた図示しない軸受によ
つて回転自在に軸支した回転軸で、この回転軸２
の左端部は図示しないプーリおよびベルトを介し
て駆動源としてのエンジンに連動させている。

上記筒状部１ａの右端部にはメカニカルシール
３を設けてあり、このメカニカルシール３は回転
軸２の軸方向に変位可能な従動リング４と回転軸
２と一体に回転するが軸方向には固定されている
シートリング５とを備えている。

上記従動リング４は支持部材６の一部を構成す
る内側筒状部６ａの先端外周部にその軸方向に沿
つて往復動可能に嵌装してあり、かつ従動リング
４の内周部に設けた軸方向溝４ａに上記内側筒状
部６ａの外周部に設けた軸方向突部６ｂを係合さ
せることにより、両者が相対回転しないようにし
ている。

上記支持部材６は内側筒状部６ａの左端部から
半径方向外方に延びる壁部６ｃ、この壁部６ｃの
外周より右側に折返した外側筒状部６ｄ、および
この外側筒状部６ｄより半径方向外方に折曲げた
フランジ部６ｅを有しており、上記外側筒状部６
ｄをシール部材７を介して上記ケーシング１の筒
状部１ａ内に嵌着することにより、その部分の密
封性を保つとともに上記従動リング４を回転方向
に固定している。

上記支持部材６の壁部６ｃ右端面にはシール部
材８の一端部を接着剤により接着してあり、この
シール部材８の他端部を、中間部を湾曲させた状
態でシートリング５の左端面に接着することによ
り、支持部材６と従動リング４間の密封性を保つ
ている。そしてこのシール部材８の両端部間にば
ね９を弾装することにより、上記従動リング４を
シートリング５に弾接させている。

このシートリング５は、上記回転軸２に固定し
たポンプ作用を行なうためのロータ１０に形成し
た凹部１０ａ内にフローテイングパツキン１１を
介して取付けてあり、これにより回転軸２ととも
に一体的に回転するようにしている。なお、図示
実施例とは逆に、回転軸２に対して軸方向に変位
可能な従動リング４を回転軸２に設けてこれと一
体回転可能とするとともに、シートリング５をケ
ーシング１に取付けて固定するようにしてもよ
い。

以上の構成を有するウオーターポンプにおいて
は、図示しないエンジンによつて回転軸２が回転
駆動されると、これを一体のロータ１０が回転し
て水をエンジン内の各冷却部に供給する。そして
この際、水はシール部材７および８によつてシー
ルされるとともに、メカニカルシール３の従動リ
ング４とシートリング５との摺接面によつてシー
ルされるようになる。

然して上記シートリング５の摺接面には、第２
図に示すように、その外周部と内周部とに交互に
第１糸条溝１２と第２糸条溝１３とを設けてい
る。上記摺接面の外周部に形成した各第１糸条溝
１２は、その外側部を摺接面の外周側に開口連通
させるとともに内側部を両リング４，５の相対回
転方向後方側に延ばして摺接面中間部で閉止させ
てあり、それによつて両リング４，５の相対回転
によりポンプ作用で積極的に水を摺動面内に導入
できるようにしている。

他方、上記摺接面の内周部側に形成した各第２
糸条溝１３は、その内側部を摺接面の内周側に開
口連通させるとともに外側部を両リング４，５の
相対回転方向後方側に延ばして閉止させてあり、
それによつて上記第１糸条溝１２によつて摺接面
内に積極的に導入された水を、やはり両リング
４，５の相対回転によるポンプ作用で摺接面の外
周側に押戻すことができるようにしている。

そしてさらに、上記第１糸条溝１２と第２糸条
溝１３とを半径方向に所要量Ｌだけオーバーラツ
プさせることにより、そのオーバーラツプ部分に
上記水を良好に滞留させることができるように
し、かつ摺接面の半径方向全域に糸条溝１２，１
３を形成することにより、その糸条溝１２，１３
で両摺接面の全域における凝着を抑制することが
できるようにしている。

このように、本実施例においては、シートリン
グ５の回転による第１糸条溝１２のポンプ作用で
その第１糸条溝１２内に潤滑用の水が積極的に導
入されるようになり、他方、この第１糸条溝１２
内の内側閉止部からシートリング５の内周側に洩
れようとする水は第２糸条溝１３内に捕捉され、
かつその第２糸条溝１３によるポンプ作用でシー
トリング５の外周側に押戻されるようになる。

その結果、上記第１糸条溝１２と第２糸条溝１
３とのオーバーラツプした部分に水が流動しなが
ら滞留されるようになり、このオーバーラツプ部
分すなわち摺動接面の中間部分に水が滞留される
ことから、上記糸条溝１２，１３のない従来装置
に比して潤滑条件が良好となり、同時にその滞留
した水が摺接面の冷却作用を果すようになる。

また上記各第１糸条溝１２、第２糸条溝１３
は、摺接面間に存在する水に対して作用するだけ
ではなく、相手材である従動リング４に対しても
作用する。すなわち、従動リング４とシートリン
グ５との潤滑条件が悪いことから両リング４，５
の摺接面によつて凝着は発生しステツキングを惹
起して異音を発生させるが、上記糸条溝１２，１
３は摺接面の半径方向全域に形成されているの
で、摺接面の全域における凝着状態の発生ないし
は成長を抑制して異音の発生を防止するようにな
る。

また各糸条溝１２，１３は異物や摩耗粉を収容
し、摺接面間に異物や摩耗粉が介在することによ
る面荒れや摺接抵抗の増大を防止するとともに、
面荒れによつて凝着が発生し易くなることを防止
して、この点からも異音の発生を防止するように
機能する。

第３図は本発明の他の実施例を示したもので、
第１糸条溝１２Ａと第２糸条溝１３Ａとをそれぞ
れシートリング５Ａの半径方向に形成したもので
ある。本実施例のように半径方向に第１糸条溝１
２Ａを形成すれば上記実施例に比して水の導入量
は減少するが、後の実験結果で示すように、本実
施例においても騒音を良好に低減することができ
る。

他方、第２糸条溝１３，１３Ａは必ず水をシー
トリング５，５Ａの外周側に押返すポンプ作用を
有していなければならないが、第２糸条溝１３，
１３Ａ内に捕捉された水には遠心力が作用するの
で本実施例のように、第２糸条溝１３Ａを半径方
向ないしは若干これを越えて逆方向に傾斜する程
度とすることが可能である。

次に、第４図にメカニカルシールの騒音試験を
行なつた結果を示したもので、同図ａは第２図の
実施例のもの、同図ｂは第３図に示す実施例のも
の、同図ｃは比較のために糸条溝のない従来のも
の、同図ｄはメカニカルシール自体を省略したも
の、さらにｅは比較として第２図の実施例におけ
るる第１糸条溝１２の傾斜方向を逆向きとした逆
傾斜溝を形成したものの各実験結果を示してい
る。

この実験は、ケーシング１にメカニカルシール
を組込んだ状態で、又は組込まない状態で回転軸
２をモータで回転駆動させ（286rpm）、メカニカ
ルシールを組込んだものではウオーターポンプと
して実際に水を吐出させた状態において、約150
mm離した位置にセツトした騒音計で音圧を測定
し、これを周波数解析したものである。また同時
にそれぞれの全体としての音圧を測定してその結
果を各図の右側に網目の棒グラフとして示してい
る。

第４図ｃとｄの実験結果から理解されるよう
に、メカニカルシールが関与する音圧は第４図の
各傾斜部分で示され、この結果並びに上記騒音の
結果から、少なくとも本発明装置（第４図ａ，
ｂ）および逆傾斜溝を形成した比較装置（第４図
ｅ）は、糸条溝のない従来一般の比較装置（第４
図ｃ）に比較して騒音を遥かに低減することがで
きる。

第５図は、上記実験結果で良好な結果が得られ
た本発明装置と逆傾斜溝の比較装置とについて、
さらに詳細な騒音試験を行なつた結果を示したも
のである。

この試験においては、先ず水温を20℃とした状
態で、回転軸２の回転を200rpmから200rpmずつ
2000rpmまで増大させてその都度騒音の有無を測
定し、次に水温を20℃増大させて40℃としたら、
回転軸２の回転を上記2000rpmから200rpmずつ
200rpmまで減少させてその都度騒音の有無を測
定する。そしてさらに水温を20℃増大させて60℃
としたら同様に回転軸の回転を200rpmずつ増大
させ、そのように回転軸２の回転を増減させなが
ら水温を20℃ずつ増大させて100℃となるまで繰
返すことにより、合計で50回の騒音の有無を測定
したものである。

第５図の結果は、本発明装置と比較装置につい
てそれぞれ３回ずつ上記騒音測定を繰返し、各50
回の騒音計測において騒音が発生した回数を％で
示したものである。同図の試験結果から理解され
るように、最悪の結果を比較すると、比較装置で
は約30％（15回）の騒音発生率となつているのに
対し、本発明装置では約20％（10回）の騒音発生
率となつており、特に第２図に示した本発明装置
の最良の結果では、騒音発生率は２％（１回）と
極めて良好な結果が得られている。

次に、第６図は上述した４種のメカニカルシー
ルについて下記の実験結果で水の洩れ量を測定し
たものである。この実験は各メカニカルシール毎
に７回の測定を行なつた結果を示している。

（実験条件） 〇試験機：実体試験機 〇回転数：700rpm 〇時間 ：200時間 〇密封流体：水（80℃） 〇密封圧力：1.2Kg／cm² 第６図の実験結果に示されるように、本発明に
係るメカニカルシールは従来周知の糸条溝のない
メカニカルシールに比して最大の洩れ量、最少の
洩れ量並びに洩れ量の最大値と最少値との範囲と
もに小さく、したがつて騒音を低減させるのと同
時に優れたシール性能も得られている。

他方、逆傾斜溝を形成した比較装置では本発明
装置よりも優れた漏洩防止効果が得られている
が、前述の第５図で示したように騒音の点におい
ては本発明装置よりも劣つている。つまり、第１
糸条溝を略半径方向ないしは両リングの相対回転
方向後方側に向けて形成し、より積極的に水を摺
接面内に導入することによつて騒音の発生を良好
に低減することができ、そのような積極的な水の
導入によつて洩れ量が増大したとしても、第２糸
条溝によつて、従来一般に使用されている摺接面
を平面としたメカニカルシールよりも洩れ量を低
減することができる。

なお、図示していないが、本願発明に係るメカ
ニカルシールから第２糸条溝１３，１３Ａを省略
した場合には、摺接面を平面としたメカニカルシ
ールよりも一層洩れ量が増大することが確認され
ている。

また、上記実施例においては第１糸条溝と第２
糸条溝とを共にシートリング５側のみに形成して
いるが、従動リング４側のみに或いは両リングに
設けてもよく、第１糸条溝と第２糸条溝とを別個
のリングに設けるようにしてもよい。ただし、シ
ール性に関与する第２糸条溝は、遠心力を積極的
に利用できるので、シートリング５側とすること
が望ましい。また従動リング側に糸条溝を傾斜さ
せて設ける場合には、シートリング５に対する従
動リングの相対回転方向を基準とすればよく、シ
ートリング５とは逆方向の傾斜となる。

「発明の効果」 以上のように、本発明によればウオーターポン
プ用メカニカルシールの騒音を良好に低減するこ
とができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図は第１図のシートリング５の正面図、第３図は
他の実施例におけるシートリング５の正面図、第
４図ａ〜ｅはそれぞれ音圧並びに騒音を測定した
結果を示す図、第５図は騒音の発生率を測定した
結果を示す図、第６図は洩れ量を測定した結果を
示す図である。 １……ケーシング、２……回転軸、３……メカ
ニカルシール、４……従動リング、５……シート
リング、１２，１２Ａ……第１糸条溝、１３，１
３Ａ……第２糸条溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シートリングとこのシートリングに摺接され
   る従動リングとを備え、それらシートリングと従
   動リングとの摺接面でその外周側の水が内周側の
   大気に漏洩するのを防止するウオーターポンプ用
   メカニカルシールにおいて、 上記摺接面に、外側部が外周側に開口連通して
   内側部が略半径方向ないしは両リングの相対回転
   方向後方側に延びて閉止し、外周側の水を摺動面
   内に導入するとともに相手の摺接面に摺接して両
   摺接面の凝着を抑制する第１糸条溝と、内側部が
   内周側に開口連通して外側部が略半径方向ないし
   は両リングの相対回転方向後方側に延びて閉止
   し、上記第１糸条溝によつて導入された水を外周
   側に押戻すとともに相手の摺接面に摺接して両摺
   接面の凝着を抑制する第２糸条溝とを形成し、さ
   らに上記第１糸条溝と第２糸条溝とを半径方向に
   オーバーラツプさせて摺接面の半径方向全域に糸
   条溝を形成するとともに、そのオーバーラツプ部
   分に上記水を滞留させることを特徴とするウオー
   ターポンプ用メカニカルシール。