JPWO2016125665A1 - メカニカルシール - Google Patents

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Abstract

別途軸受を設けることを不要にし、小型化及び低コスト化を可能にし、また、軸受として安定した性能を発揮できるようにしたメカニカルシールを提供する。固定側密封環(２０)は、回転側密封環(２１)より高圧流体側に配設されると共にハウジング(１)に固定されて回転軸(２)をラジアル方向及びスラスト方向の両方向において支持する摺動面(２０ａ２０ｃ、２０ｄ)を備え、回転側密封環(２１)は、回転軸(２)に装着された付勢手段(２５)により軸方向に移動自在に装着され、回転軸(２)は、固定側密封環(２０)のラジアル方向の摺動面(２０ａ)と接触摺動してラジアル方向に支持される外周面(２ａ)を備え、固定側密封環(２０)と回転軸(２)との間には回転軸(２)をスラスト方向において支持するスラストリング(１０ａ、１０ｂ)が設けられることを特徴としている。

Description

本発明は、メカニカルシールに関し、特に、部品点数が少なく、かつ、小型で安価な電動ウォーターポンプなどに適したメカニカルシールに関する。
従来、機械駆動式ウォーターポンプは、メカニカルシール、リップシールを備え、ボールベアリングで回転軸を支持する構造が一般的である（例えば、特許文献１及び２参照。）。
近年、ハイブリッドカーや電気自動車では、省燃費化を閉経に、機械ベルト駆動式よりも精密に熱マネージメントのできる電動ポンプが採用されており、今後、一般自動車用のウォーターポンプでも電動ポンプが採用されていくことが想定される。
電動ポンプには、キャンドタイプと呼ばれるシールレス構造と（例えば、特許文献３参照。）、機械ベルト駆動式ウォーターポンプと同様に、シール機構を備えるタイプ（例えば、特許文献４及び５参照。）の２つのタイプがある。
キャンドタイプは、シールレスであるため水漏れの心配が無い一方、ステータとロータを隔壁（特許文献３のキャン２６）で隔てる構造となるため電力損失が大きく、永久磁石を用いる場合には非常にコストが高くなるという問題がある。
これに対して、シール機構を備えるタイプは、図３に示すように、シール機構を用いるため水漏れのリスクはあるものの、誘導コイル（ステータ側）とマグネット（ロータ側）間の電力損失が小さく、小型の磁石を用いることができ、キャンドタイプよりもコストが低く、今後、普及していく可能性がある。
特開２０１３−５３６９３号公報 特開２００５−１８８６５１号公報 特開２００６−２０７５１３号公報 特開２００５−１８８３９３号公報 特開２００５−２０７３１０号公報
図３に示す従来技術は、ハウジング５０内に配設された主軸５１の一端側にはポンプ部５２が、他端側にはモータ部５３が形成され、モータ部５３が収納されるモータハウジング５４と、ポンプ部５２が収納されるポンプハウジング５５とを分画するハウジング基体５６とを備え、このハウジング基体５６には、主軸５１を挿通する貫通孔５６ａが形成され、主軸５１のモータ部５３側には、マグネット５８を支持する大径部５１ａが形成されているとともに、これら大径部５１ａとマグネット５８によってモータのロータ部５７が形成され、主軸５１は、モータハウジング５４の底部５９に配設された玉軸受６０と、軸受スリーブ６１とによって回転自在に支持され、スリーブ６１は、主軸５１の回転を支持するすべり軸受を構成すると同時に、ハウジング基体５６の貫通孔５６ａを軸封するメカニカルシールの固定側密封環として構成され、Ｏリング６２を介してハウジング基体５６の貫通孔５６ａの内周に嵌め入れられており、ワッシャ６３によって、その端部に設けられた凸部６１ａがロータ部５７を構成する大径部５１ａに押し付けられるものであるが、主軸５１の大径部５１ａが回転側密封環を兼用しているため、大径部５１ａが摺動により摩耗した場合、主軸５１を交換しなければならず、交換が容易でないという問題があり、また、大径部５１ａには摺動材としての特性が要求されるが、主軸５１全体を摺動材に適した材料から形成する場合、コスト高になるなどの問題もある。
さらに、この従来技術は、すべり軸受と固定側密封環を兼用するところのスリーブ６１が軸方向に移動自在に構成されるタイプ（密封環を弾発する押圧部材が静止側に設置される構造、いわゆる「静止型」である。）であるため、スリーブ６１の軸受面の径方向の隙間を大きく設定する必要があり、軸受面において主軸５１がガタつき、軸受面が破損される恐れがあるという問題もある。さらに、別途ボールベアリング６０を配する必要があり、コスト増など、改善すべき点が多くある。
本発明は、従来技術の問題点を解決するためになされたもので、固定側密封環のみで回転軸の支持を可能にすることにより、別途軸受を設けることを不要にし、小型化及び低コスト化を可能にし、また、固定側密封環の軸方向の移動を不要にすることにより軸受として安定した性能を発揮できるようにしたメカニカルシールを提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するため本発明のメカニカルシールは、第１に、
ハウジングと回転軸との間に形成された軸封部に装着されて、ハウジングと回転軸との間をシールするメカニカルシールであって、
固定側密封環と、該固定側密封環に対向摺接する回転側密封環とを備え、
前記固定側密封環は、前記回転側密封環より高圧流体側に配設されると共に前記ハウジングに固定されて前記回転軸をラジアル方向及びスラスト方向の両方向において支持する摺動面を備え、
前記回転側密封環は、前記回転軸に装着された付勢手段により軸方向に移動自在に装着され、
前記回転軸は、前記固定側密封環のラジアル方向の摺動面と接触摺動してラジアル方向に支持される外周面を備え、
前記固定側密封環と前記回転軸との間には前記回転軸をスラスト方向において支持するスラストリングが設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、固定側密封環のみで回転軸の支持が可能となり、別途軸受を設ける必要がないため、装置の小型化及び低コスト化に寄与することができる。また、固定側密封環をハウジングに固定して軸方向の移動を不要にしているため、軸受として安定した性能を発揮することができる。
また、本発明のメカニカルシールは、第２に、第１の特徴において、前記スラストリングは前記回転軸に設けられ、前記固定側密封環の側面には前記スラストリングと摺動するスラスト方向の摺動面が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、スラストリングの摺動面の面積を確保することができると共に、その取付け構造を簡素化できる。
また、本発明のメカニカルシールは、第３に、第１又は第２の特徴において、前記スラストリングは、少なくとも、前記固定側密封環の高圧流体側に設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、少なくとも、固定側密封環と回転側密封環とが離反する方向への回転軸の移動が阻止されるため、固定側密封環及び回転側密封環の密封面のシール機能が損なわれることを防止できる。また、スラストリングが固定側密封環の両側に設けられる場合には、固定側密封環と回転側密封環とが接近する方向への回転軸の移動も阻止されるため、固定側密封環及び回転側密封環の密封面の過度の密着が防止され、密封面の破損を防止することができる。
また、本発明のメカニカルシールは、第４に、第１乃至第３の何れかの特徴において、前記固定側密封環の高圧流体側に設けられるスラストリングの摺動面及び該摺動面と相対摺動する相手側の摺動面のうち、少なくともいずれか一方の摺動面には、前記摺動面の摩擦を低減させると共に前記固定側密封環と前記回転軸との前記ラジアル方向の摺動面に流体を導入するための流体導入手段が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、固定側密封環と固定側密封環の高圧流体側には設けられるスラストリングとの摺動面、及び、固定側密封環と回転軸とのラジアル方向の摺動面における摩擦を低減させることができ、装置の省電力化、安定性及び高寿命化に寄与することができる。
また、本発明のメカニカルシールは、第５に、第４の特徴において、前記流体導入手段は、少なくとも、流体循環溝、正圧発生機構又はスパイラル溝のいずれかを１つを備えることを特徴としている。
この特徴によれば、摺動面への流体の導入を確実なものとでき、摺動面の一層の摩擦低減を図ることができる。
また、本発明のメカニカルシールは、第６に、第１ないし第５のいずれかの特徴において、前記ハウジングが電動ウォーターポンプのハウジングであって、該ハウジング内の一端にはモータ装置、他端には前記モータ装置により前記回転軸を介して駆動されるポンプ装置が配設され、前記モータ装置と前記ポンプ装置との間には前記メカニカルシールが配設され、前記固定側密封環は前記ハウジングにより固定的に支持され、前記回転軸は前記固定側密封環により支持され、前記モータ装置のロータ部、前記ポンプ装置の回転羽根及び前記回転側密封環は前記回転軸により支持される構造であることを特徴としている。
この特徴によれば、シール機構を備える電動ウォーターポンプにおいて、誘導コイル（ステータ側）とマグネット（ロータ側）間の電力損失を小さくすることができ、かつ、小型のマグネットを用いることができる。また、固定側密封環のみで回転軸の支持が可能となり、別途軸受を設ける必要がないため、電動ウォーターポンプの小型化及び低コスト化を図ることができる。
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）固定側密封環のみで回転軸の支持が可能となり、別途軸受を設ける必要がないため、装置の小型化及び低コスト化に寄与することができる。また、固定側密封環をハウジングに固定して軸方向の移動を不要にしているため、軸受として安定した性能を発揮することができる。
（２）スラストリングは回転軸に設けられ、固定側密封環の側面にはスラストリングと摺動するスラスト方向の摺動面が設けられることにより、スラストリングの摺動面の面積を確保することができると共に、その取付け構造を簡素化できる。
（３）スラストリングは、固定側密封環の両側のうち、少なくとも、固定側密封環の高圧流体側に設けられることにより、固定側密封環と回転側密封環とが離反する方向への回転軸の移動が阻止されるため、固定側密封環及び回転側密封環の密封面のシール機能が損なわれることを防止できる。また、スラストリングが固定側密封環の両側に設けられる場合には、固定側密封環と回転側密封環とが接近する方向への回転軸の移動も阻止されるため、固定側密封環及び回転側密封環の密封面の過度の密着が防止され、密封面の破損を防止することができる。
（４）固定側密封環の高圧流体側に設けられるスラストリングの摺動面及び該摺動面と相対摺動する相手側の摺動面のうち、少なくともいずれか一方の摺動面には、摺動面の摩擦を低減させると共に固定側密封環と回転軸とのラジアル方向の摺動面に流体を導入するための流体導入手段が設けられることにより、固定側密封環と固定側密封環の高圧流体側には設けられるスラストリングとの摺動面、及び、固定側密封環と回転軸とのラジアル方向の摺動面における摩擦を低減させることができ、装置の省電力化、安定性及び高寿命化に寄与することができる。
（５）流体導入手段は、少なくとも、流体循環溝、正圧発生機構又はスパイラル溝のいずれかを１つを備えることにより、摺動面への流体の導入を確実なものとでき、摺動面の一層の摩擦低減を図ることができる。
（６）ハウジングが電動ウォーターポンプのハウジングであって、該ハウジング内の一端にはモータ装置、他端にはモータ装置により回転軸を介して駆動されるポンプ装置が配設され、モータ装置とポンプ装置との間にはメカニカルシールが配設され、固定側密封環はハウジングにより固定的に支持され、回転軸は固定側密封環により支持され、モータ装置のロータ部、ポンプ装置の回転羽根及び回転側密封環は回転軸により支持される構造であることにより、シール機構を備える電動ウォーターポンプにおいて、誘導コイル（ステータ側）とマグネット（ロータ側）間の電力損失を小さくすることができ、かつ、小型のマグネットを用いることができる。また、固定側密封環のみで回転軸の支持が可能となり、別途軸受を設ける必要がないため、電動ウォーターポンプの小型化及び低コスト化を図ることができる。
本発明の実施例１に係るメカニカルシールを示す縦断面図である。 スラストリングの摺動面に設けられた液体導入手段を示す図である。 従来技術を示す図である。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
図１及び２を参照して、本発明の実施例１に係るメカニカルシールについて説明する。
図１に示す実施例１は、本発明に係るメカニカルシールが、液体を圧送するポンプ室と空気環境下の電動モータ室とが隣接して配置された小型の電動ウォーターポンプに適用された場合を示すものであって、メカニカルシールとしては、密封面の内周から外周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封する形式のアウトサイド型のものである。
図１において、ハウジング１内に配設された回転軸２の一端側（図１においては左側）にはポンプ装置３が、他端側（図１においては右側）にはモータ装置４が配設されている。
また、ハウジング１は、主にポンプ装置３が収納されるポンプハウジング５と、主にモータ装置４が収納されるモータハウジング６と、これらを区画する仕切り部材７とを備えている。
ポンプ装置３において、ポンプハウジング５は、円筒部５ａと底部５ｂからなり、断面が有底カップ状をなし、開口側が仕切り部材７の一方の側面に当接され、内部の収容空間に回転羽根８を収容するとともにポンプ室９が形成されている。また、回転羽根８は、回転軸２を介してモータ装置４の駆動力により回転駆動され、液体を所定の個所に圧送するようになっている。さらに、ポンプハウジング５と仕切り部材７との間にはＯリング１１が装着されてポンプ室９から外部に液体が漏洩しないようにシールされている。
モータ装置４において、モータハウジング６は、円筒部６ａと、底部６ｂとからなり、一方が開口した有底カップ状に形成され、開口側が仕切り部材７のポンプ装置３と反対の側面に当接され、内部の収容空間にモータを構成するステータ部１２及びロータ部１３が収容されるようになっている。
回転軸２は、軸受としての機能も有するように配設される固定側密封環２０によって、回転自在に支持される。この点については、後に詳細に説明する。
回転軸２のモータ装置４側（図１における右側）には、磁石１５を支持する大径部２ａが形成されており、大径部２ａと磁石１５とによってモータのロータ部１３が構成されている。磁石１５は、ステータ部１２とほぼ同じ軸方向の幅を有しており、磁石１５を装着する大径部２ａも外径側がステータ部１２とほぼ同じ軸方向の幅を有し、内径側のポンプ装置３側には、後記する回転側密封環２１を配設するための収容空間２ｂが形成されている。
なお、大径部２ａは、図１に示すような回転軸２と一体の形態に限らず、外径側において磁石１５を支持すると共に駆動力を回転軸２に伝達し、内径側において密封環などを収容可能な形態であればよく、例えば、回転軸２と別体の部材で構成されてもよい。
仕切り部材７は、ポンプハウジング５とモータハウジング６とを区画し、これらを保持すると同時に、回転軸２を固定側密封環２０を介して支持するものであり、一定の強度を備える必要から所定の厚みを有する。そのため、仕切り部材７の径方向中心には、固定側密封環２０を固定するための貫通孔７ａが形成される。貫通孔７ａは小径部と大径部を有し、固定側密封環２０の外周面と径方向及び軸方向の両方において確実に係合し、固定側密封環２０をしっかりと保持できる構造になっている。更に、仕切り部材７と固定側密封環２０との間に図示しない回り止め機構が形成され、仕切り部材と固定側密封環２０が相対的に回らないようになっている。また、仕切り部材７には貫通孔７ａと固定側密封環２０の外周面とをシールするＯリング２２が設けられている。
なお、固定側密封環２０の保持に関して、仕切り部材７に対し、仕切り部材７との隙間全面を埋める弾性体や、仕切り部材７に設置し易い部材を介して設けられてもよい。
仕切り部材７と回転軸２との間には、すべり軸受の機能も奏するように形成された固定側密封環２０が配設される。固定側密封環２０は、機械的強度を有する他、自己潤滑性、耐摩耗性などの特性を備えるものであり、例えば、カーボン、ＳｉＣあるいは超硬合金などから選定される１つの材料から形成される。そして、固定側密封環２０の内周面２０ａには回転軸２を回転自在に支持するためのすべり軸受部が形成される。固定側密封環２０の内周面２０ａのすべり軸受部と回転軸外周との間の隙間は、使用温度あるいは材料などを考慮して決められるが、通常のすべり軸受において設定される隙間に準じて決定される。
固定側密封環２０のポンプ装置３側（被密封流体側）と反対側には、固定側密封環２０の密封面２０ｂと対向摺接する回転側密封環２１が配設される。回転側密封環２１は、固定側密封環２０と同様に、機械的強度を有する他、自己潤滑性、耐摩耗性などの特性を備えるものであり、例えば、カーボン、ＳｉＣあるいは超硬合金などの中から相手部材とのなじみ性などを考慮して選定される。
回転軸２には回転側密封環２１を固定側密封環２０側に向かって軸方向に付勢させるための付勢手段２５が装着され、回転側密封環２１の密封面２１ａが固定側密封環２０の密封面２０ｂに押圧されるようになっている。
本例において、付勢手段２５はベローズから構成されており、ベローズ２５の一端はカラー２３に連結されると共に、他端はリテーナ２４に連結され、回転側密封環２１はリテーナ２４の端面に焼嵌めまたは圧入されている。
なお、付勢手段としては、ベローズに限らず、コイルスプリングを用いてもよいことはもちろんである。
カラー２３は、金属から形成されてリング状をなすものであって、Ｏリング２６を介して回転軸２の外周面に固定されている。
ベローズ２５は、打抜き加工等によって波形環状に形成した金属製のダイアフラム板を複数枚一列に並べて、隣接するダイアフラム板の外径部間及び内径部間をガス溶接等によって交互に連結して、全体を蛇腹筒状に形成したものであって、一端がカラー２３側にガス溶接等によって一体に連結されるようになっている。
リテーナ２４は、金属から形成され筒状をなすものであって、ベローズ２５の他端がガス溶接等によって一体に連結されるようになっている。リテーナ２４の材料はベローズ２５材料と同一か、あるいは熱膨張係数がほぼ近似した異種材料からなっている。
通常、リテーナ２４、ベローズ２５およびカラー２３を溶接により一体物として製作される。
本例において、回転側密封環２１、付勢手段であるベローズ２５、カラー２３及びリテーナ２４は、回転軸２の大径部２ａに形成された収容空間２ｂ内に配設され、電動ウォーターポンプの軸方向の寸法を短縮するように配慮されている。
回転軸２には、固定側密封環２０のラジアル方向の摺動面である内周面２０ａと接触摺動してラジアル方向に支持される外周面２ｃの他に、固定側密封環２０のスラスト方向の摺動面である両側面２０ｃ及び２０ｄと接触摺動してスラスト方向の荷重を支えるポンプ装置側のスラストリング１０ａ及びモータ装置側のスラストリング１０ｂが設けられている。これらのスラストリング１０ａ及び１０ｂと接触摺動する固定側密封環２０の両側面２０ｃ及び２０ｄはスラスト摺動面を構成する。
スラストリング１０ａ及び１０ｂは、回転軸２と一体に形成されるか、スラストリング１０ａ及び１０ｂの穴部と回転軸２表面に形成されるネジ部を介して回転軸２に締め込まれるか、回転軸２にしまり嵌めで嵌合されるか、あるいは、回転軸２に段部を形成しておき、回転羽根８で押さえるか、等の手段で回転軸２にしっかりと固定される。
図１では、ポンプ装置側のスラストリング１０ａはネジ部２７を介して回転軸２に締め込み固定され、また、モータ装置側のスラストリング１０ｂはしまり嵌めにより回転軸２に固定されている。
なお、上記のスラストリングは、固定側密封環２０に設けられてもよく、その場合、回転軸２にはスラストリングに係合する段部が設けられる。
固定側密封環２０のポンプ装置３側の側面２０ｃに接触摺動するスラストリング１０ａは、回転軸２がモータ装置４側の方に移動して固定側密封環２０と回転側密封環２１との密封面が離反し、漏れが生じるのを防止するためのものである。
これに対し、固定側密封環２０のモータ装置４側の側面２０ｄに接触摺動するスラストリング１０ｂは、回転軸２がポンプ装置３側の方に移動して固定側密封環２０と回転側密封環２１との密封面が過度に密着し、密封面が破損するのを防止するためのものである。
このため、スラストリング１０ａは必須であるが、スラストリング１０ｂは必要に応じて設けられればよい。
固定側密封環２０の高圧流体側に設けられるスラストリング１０ａの摺動面及び該摺動面と相対摺動する固定側密封環２０のスラスト方向の摺動面２０ｃのうち、少なくともいずれか一方の摺動面には、摺動面の摩擦を低減させると共に固定側密封環２０と回転軸２とのラジアル方向の摺動面２０ａ、２０ａに流体を導入するための流体導入手段３０が設けられる。
なお、流体導入手段３０とは別に、固定側密封環２０のラジアル方向の摺動面２０ａに流体を導入するために、スラストリング１０ａに破線で示す流体導入孔２８を設けてもよい。
図２は、スラストリング１０ａのスラスト方向の摺動面を示したものであり、該摺動面には流体導入手段３０が設けられている。
図２において、スラストリング１０ａの摺動面の外周側が高圧流体側、内周側が低圧流体側であり、相手摺動面は反時計方向に回転するものとする。
スラストリング１０ａの摺動面には、高圧流体側に連通されると共に低圧流体側とは摺動面の平滑部Ｒ（本発明においては、「ランド部」ということがある。）により隔離された流体循環溝３１が周方向に４等配で設けられている。
流体循環溝３１は、高圧流体側から入る入口部３１ａ、高圧流体側に抜ける出口部３１ｂ、及び、入口部３１ａ及び出口部３１ｂとを周方向に連通する連通部３１ｃから構成され、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。流体循環溝３１は、摺動面において腐食生成物などを含む流体が濃縮されることを防止するため、積極的に高圧流体側から被密封流体を摺動面上に導入し排出するという役割を担うものであり、相手摺動面の回転方向に合わせて摺動面上に被密封流体を取り入れ、かつ、排出しやすいように入口部３１ａ及び出口部３１ｂが形成される一方、漏れを低減するため、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。
流体循環溝３１が設けられた摺動面には、流体循環溝３１と高圧流体側とで囲まれる部分に流体循環溝３１より浅い正圧発生溝３２ａを備える正圧発生機構３２が設けられている。正圧発生機構３２は、正圧（動圧）を発生することにより摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させるものである。
正圧発生溝３２ａは流体循環溝３１の入口部に連通し、出口部３１ｂ及び高圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。
本例では、正圧発生機構３２は、流体循環溝３１の入口部３１ａに連通する正圧発生溝３２ａ及びレイリーステップ３２ｂを備えたレイリーステップ機構から構成されるが、これに限定されることなく、例えば、ダム付きフェムト溝で構成してもよく、要は、正圧を発生する機構であればよい。
また、スラストリング１０ａの摺動面の流体循環溝３１及び正圧発生溝３２ａを除いた部分にはスパイラル溝３３が周方向に複数設けられている。スパイラル溝３３は、相手摺動面との相対摺動により、高圧流体側から低圧流体側に積極的に流体を導入するものであり、導入された流体は、固定側密封環２０の内周面２０ａと回転軸２の外周面２ｃとの間に供給される。
上記のように構成された電動ウォーターポンプが作動されると、ポンプ装置３の回転羽根８が回転軸２を介してモータ装置４の駆動力により回転駆動され、液体を所定の個所に圧送する。その際、ポンプ室９内の高圧の液体は、固定側密封環２０の高圧流体側には設けられるスラストリング１０ａの摺動面と固定側密封環２０のスラスト方向の摺動面２０ｃとの間、又は、流体導入孔２８を通って、固定側密封環２０の内周２０ａと回転軸２の外周面２ｃのラジアルすべり軸受部に浸入する。ラジアルすべり軸受部に浸入した液体は、固定側密封環２０のモータ装置４側のスラスト摺動面２０ｄとスラストリング１０ｂとの間を通って、固定側密封環２０の密封面２０ｂと回転側密封環２１の密封面２１ａとで形成される密封部の付近に到達するが、該密封部により密封されるため、密封部より外径側に漏れることはない。また、カラー２３はＯリング２６を介して回転軸２の外周面に固定されているため、回転側密封環２１、リテーナ２４、ベローズ２５及びカラー２３の内径側から外方に漏洩することも防止されている。
また、流体導入手段３０により、スラストリング１０ａに対し、ポンプ装置３側からラジアルすべり軸受部側に流体を送り込み続けた場合に、ラジアルすべり軸受部側の圧力が高圧になり液体が漏洩する恐れがあるため、ポンプ室９とラジアルすべり軸受部側とをつなぐ連通手段を設けても良く、例えば、連通手段として固定側密封環２０に貫通孔を設けても良い。
このように、ポンプ室９内の高圧の液体がモータ装置４側に漏洩されることはない。
電動ウォーターポンプの運転により、例えば、回転軸２にモータ装置４側に向かうスラスト力が作用されたとしても、ハウジング１の仕切り部材７に堅固に固定側密封環２０が固定されていること、及び、固定側密封環２０のポンプ装置３側のスラスト摺動面２０ｃと回転軸２に固定されたスラストリング１０ａとが接触摺動するため、回転軸２がモータ装置４側に移動されることはない。このため、固定側密封環２０と回転側密封環２１とが離反する方向への回転軸２の移動が阻止され、固定側密封環２０及び回転側密封環２１の密封面のシール機能が損なわれることを防止できる。
逆に、ポンプ装置３の回転羽根８の付近が負圧になり、回転軸２にポンプ装置３側に向かうスラスト力が作用されたとしても、ハウジング１の仕切り部材７に堅固に固定側密封環２０が固定されていること、及び、固定側密封環２０のモータ装置４側のスラスト摺動面２０ｄと回転軸２に固定されたスラストリング１０ｂとが接触摺動するため、回転軸２がポンプ装置３側に移動されることはない。このため、固定側密封環２０及び回転側密封環２１の密封面の過度の密着が防止され、密封面の破損を防止することができる。
上記した実施例１においては、以下のような効果を奏する。
（１）固定側密封環２０のみで回転軸２の支持が可能となり、別途軸受を設ける必要がないため、装置の小型化及び低コスト化に寄与することができる。また、固定側密封環２０をハウジング１の仕切り部材７に固定して軸方向の移動を不要にしているため、軸受として安定した性能を発揮することができる。
（２）スラストリング１０ａ、１０ｂは回転軸２に設けられ、固定側密封環２０の側面２０ｃ、２０ｄにはスラストリング１０ａ、１０ｂと摺動するスラスト方向の摺動面が設けられることにより、スラストリング１０ａ、１０ｂの摺動面の面積を確保することができると共に、その取付け構造を簡素化できる。
（３）また、固定側密封環２０のスラスト方向の摺動面及び回転軸２のスラストリングは、固定側密封環２０の両側のうち、少なくとも、高圧流体側には設けられることにより、少なくとも、固定側密封環２０と回転側密封環２１とが離反する方向への回転軸２の移動が阻止されるため、固定側密封環２０及び回転側密封環２１の密封面のシール機能が損なわれることを防止できる。また、スラストリング１０ａ、１０ｂが固定側密封環２０の両側に設けられる場合には、固定側密封環２０と回転側密封環２１とが接近する方向への回転軸２の移動も阻止されるため、固定側密封環２０及び回転側密封環２１の密封面の過度の密着が防止され、密封面の破損を防止することができる。
（４）固定側密封環２０の高圧流体側に設けられるスラストリング１０ａの摺動面及び該摺動面と相対摺動する固定側密封環２０の摺動面のうち、少なくともいずれか一方の摺動面には、摺動面の摩擦を低減させると共に固定側密封環２０と回転軸２とのラジアル方向の摺動面に流体を導入するための流体導入手段３０が設けられることにより、固定側密封環２０と固定側密封環２０の高圧流体側には設けられるスラストリング１０ａとの摺動面、及び、固定側密封環２０と回転軸２とのラジアル方向の摺動面における摩擦を低減させることができ、装置の省電力化、安定性及び高寿命化に寄与することができる。
（５）流体導入手段３０は、少なくとも、流体循環溝３１、正圧発生機構３２又はスパイラル溝３３のいずれかを１つを備えることにより、摺動面への流体の導入を確実なものとでき、摺動面の一層の摩擦低減を図ることができる。
（６）ハウジング１が電動ウォーターポンプのハウジングであって、該ハウジング１内の一端にはモータ装置４、他端には前記モータ４装置により回転軸２を介して駆動されるポンプ装置３が配設され、モータ装置４とポンプ装置３との間にはメカニカルシールが配設され、固定側密封環２０はハウジング１により固定的に支持され、回転軸２は固定側密封環２０により支持され、モータ装置４のロータ部１３、ポンプ装置３の回転羽根８及び回転側密封環２１は回転軸２により支持される構造であることにより、シール機構を備える電動ウォーターポンプにおいて、ステータ部１２側とロータ部１３間の電力損失を小さくすることができ、かつ、小型のマグネットを用いることができる。また、固定側密封環２０のみで回転軸２の支持が可能となり、別途軸受を設ける必要がないため、電動ウォーターポンプの小型化及び低コスト化を図ることができる。
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
例えば、前記実施例では、本発明に係るメカニカルシールが、電動ウォーターポンプに適用された場合について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、機械ベルト駆動式ウォーターポンプ等、シール機構を備えるタイプであれば適用できる。
また、例えば、前記実施例では、固定側密封環２０のスラスト方向の摺動面である両側面２０ｃ及び２０ｄにおいてスラストリング１０ａ及び１０ｂが接触摺動する場合を説明したが、これに限定されず、少なくとも、固定側密封環２０のポンプ装置３側において接触摺動するように構成さればよい。
また、例えば、前記実施例では、スラストリング１０ａ及び１０ｂは回転軸２側に設けられる場合について説明したが、これに限定されず、固定側密封環２０側に設けられてもよく、その場合、回転軸２側にスラストリング１０ａ及び１０ｂと係合する段部等が設けられる。
また、例えば、前記実施例では、固定側密封環２０のポンプ装置３側のスラストリング１０ａは回転羽根８と別体として設けられる場合について説明したが、これに限定されず、回転羽根８をスラストリング１０ａと一体にしてもよく、その場合、回転羽根８の固定側密封環２０側の面を固定側密封環２０のスラスト摺動面２０ｃと摺動するように回転羽根８が設けられる。
また、例えば、前記実施例では、固定側密封環２０のモータ装置４側のスラストリング１０ｂを回転軸２に直接設けていたが、これに限定されず、回転軸をポンプ装置３側とモータ装置４側とで別体とし、モータ装置４側にポンプ装置３側の回転軸の外径に嵌合するスリーブを設け、スリーブとスラストリング１０ｂとを一体にしても良い。
１ ハウジング
２ 回転軸
２ａ 大径部
２ｂ 収容空間
２ｃ ラジアル方向に支持される外周面
３ ポンプ装置
４ モータ装置
５ ポンプハウジング
６ モータハウジング
７ 仕切り部材
７ａ 貫通孔
８ 回転羽根
９ ポンプ室
１０ａ スラストリング
１０ｂ スラストリング
１１ Ｏリング
１２ ステータ部
１３ ロータ部
１５ 磁石
２０ 固定側密封環
２０ａ 内周面
２０ｂ 密封面
２０ｃ 摺動面である側面
２０ｄ 摺動面である側面
２１ 回転側密封環
２１ａ 密封面
２２ Ｏリング
２３ カラー
２４ リテーナ
２５ 付勢手段
２６ Ｏリング
２７ ネジ部
２８ 流体導入孔
３０ 流体導入手段
３１ 流体循環溝
３２ 正圧発生機構
３３ スパイラル溝
Ｒ ランド部

Claims (6)

  1. ハウジングと回転軸との間に形成された軸封部に装着されて、ハウジングと回転軸との間をシールするメカニカルシールであって、
    固定側密封環と、該固定側密封環に対向摺接する回転側密封環とを備え、
    前記固定側密封環は、前記回転側密封環より高圧流体側に配設されると共に前記ハウジングに固定されて前記回転軸をラジアル方向において支持する摺動面を備え、
    前記回転側密封環は、前記回転軸に装着された付勢手段により軸方向に移動自在に装着され、
    前記回転軸は、前記固定側密封環のラジアル方向の摺動面と接触摺動してラジアル方向に支持される外周面を備え、
    前記固定側密封環と前記回転軸との間には前記回転軸をスラスト方向において支持するスラストリングが設けられることを特徴とするメカニカルシール。
  2. 前記スラストリングは前記回転軸に設けられ、前記固定側密封環の側面には前記スラストリングと摺動するスラスト方向の摺動面が設けられることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール。
  3. 前記スラストリングは、少なくとも、前記固定側密封環の高圧流体側に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール。
  4. 前記固定側密封環の高圧流体側に設けられるスラストリングの摺動面及び該摺動面と相対摺動する相手側の摺動面のうち、少なくともいずれか一方の摺動面には、前記摺動面の摩擦を低減させると共に前記固定側密封環と前記回転軸との前記ラジアル方向の摺動面に流体を導入するための流体導入手段が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
  5. 前記流体導入手段は、少なくとも、流体循環溝、正圧発生機構又はスパイラル溝のいずれかを１つを備えることを特徴とする請求項４に記載のメカニカルシール。
  6. 前記ハウジングが電動ウォーターポンプのハウジングであって、該ハウジング内の一端にはモータ装置、他端には前記モータ装置により前記回転軸を介して駆動されるポンプ装置が配設され、前記モータ装置と前記ポンプ装置との間には前記メカニカルシールが配設され、前記固定側密封環は前記ハウジングにより固定的に支持され、前記回転軸は前記固定側密封環により支持され、前記モータ装置のロータ部、前記ポンプ装置の回転羽根及び前記回転側密封環は前記回転軸により支持される構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のメカニカルシール。




















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