(57)【要約】【課題】シール機能を維持し、且つ鳴き音の発生を抑え、ウォータポンプの軸受部のシールに好ましく採用される新規な組合せシール部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】回転側に固着される金属製スリンガ７と、固定側に固着され上記スリンガ７に相対摺接するシールリップ８とを組み合わせ構成される組合せシール部材９であって、上記スリンガ７のシールリップ８との摺接面７３は、多数のマイクロディンプル７３ａ…を備えた凹凸面とされていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転側に固着される金属製スリンガと、固定側に固着され上記スリンガに相対摺接するシールリップとを組み合わせ構成される組合せシール部材であって、
上記スリンガのシールリップとの摺接面は、多数のマイクロディンプルを備えた凹凸面とされていることを特徴とする組合せシール部材。
【請求項２】
請求項１において、
上記多数のマイクロディンプルが、微小剛体粒子を衝突させることにより形成されたものである組合せシール部材。
【請求項３】
請求項２において、
上記スリンガがステンレス鋼からなり、上記微小剛体粒子が、直径４０〜２００μｍのスチール球であって、上記凹凸面がこのスチール球を１００ｍ／ｓｅｃ以上の噴射速度で噴射衝突させることにより得られたものである組合せシール部材。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
上記シールリップのスリンガとの摺接面には、上記同様のマイクロディンプルによる凹凸面が金型成形により形成されている組合せシール部材。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
上記スリンガが、ウォータポンプの軸受部のインペラー側シャフトに外嵌され、上記シールリップを有するシールが外輪側軸受部に内嵌され、このスリンガとシールリップとの組合せによりウォータポンプの軸受部のシールリングが構成されるものである組合せシール部材。
【請求項６】
請求項５において、
上記ウォータポンプがエンジン用のウォータポンプである組合せシール部材。
【請求項７】
回転側に固着される金属製スリンガと、固定側に固着され上記スリンガに相対摺接するシールリップとを組み合わせ構成される組合せシール部材の製造方法であって、
上記スリンガのシールリップとの摺接面に、微小剛体粒子を衝突させることにより多数のマイクロディンプルを備えた凹凸面を形成し、この凹凸面に上記シールリップの先側部分が弾接するようスリンガとシールリップとを嵌め合せ組み合わせることを特徴とする組合せシール部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組合せシール部材、更に詳しくは、エンジン用ウォータポンプにおけるポンプシャフトの軸受部分に使用されるシールリングの改良とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１は、自動車等のエンジンブロックの冷却水循環用ウォータポンプについて開示するものである。この先行技術においては、ポンプ室に臨むインペラーを先端に固定した軸（ポンプシャフト）を、ハウジングに対して転がり軸受で支持し、この転がり軸受の転動体の両側にシール部材を装着し、軸受内への水の浸入や軸受内からのグリースの漏出を防止するよう構成されている。
【０００３】
上記構造の転がり軸受は、軸が内側部材（内輪）とされ、ハウジングが外側部材（外輪）とされ、軸とハウジングとの間に転動体が介装されている。従って、軸の外径面及びハウジングの内径面が転動体の転動面とされる。この転がり軸受のシール部材としては、軸に外嵌される金属製（主にステンレス鋼）のスリンガと、軸を軸支するハウジングに内嵌されスリンガに摺接するシールリップとの組合せからなる組合せシールリングが採用されている。このような組合せシールリングは、シール効果が高い上に低コストで提供できるので、ウォータポンプにおける軸受部のシール部材として近時広く使用されるようになった。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６０−１６７１９４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような組合せシールリングは、ウォータポンプにとってその有用性は大であるが、以下のような問題点も指摘されるようになった。即ち、この種ウォータポンプにおけるインペラーの回転速度は、１００００ＲＰＭと極めて高速である為、上記スリンガとシールリップとの摺接部分で摺接音が発生する。この摺接音は摺接部分の摩擦トルクによるものであり、所謂鳴き音として無視できず、特に自動車用ウォータポンプにおいては、その騒音対策上何らかの抜本的な対応が求められていた。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、上記シール機能を維持し、且つ鳴き音の発生を抑え、ウォータポンプの軸受部に好ましく採用される新規な組合せシール部材及びその製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る組合せシール部材は、回転側に固着される金属製スリンガと、固定側に固着され上記スリンガに相対摺接するシールリップとを組み合わせ構成される組合せシール部材であって、上記スリンガのシールリップとの摺接面は、多数のマイクロディンプルを備えた凹凸面とされていることを特徴とする。そして、上記多数のマイクロディンプルは、望ましくは微小剛体粒子を衝突させることにより形成される（請求項２）。
【０００８】
このような構成の組合せシール部材においては、スリンガのシールリップとの摺接面が、多数のマイクロディンプルを備えた凹凸面とされているから、シールリップとの摺接の際の摩擦係数が小さくなり、従って摩擦トルクが小さく、上記鳴き音の発生が抑制される。しかも、摩擦係数が小さくなることにより発熱抑制の付加効果も得られる。
【０００９】
上記スリンガがステンレス鋼からなり、上記微小剛体粒子が、直径４０〜２００μｍのスチール球であって、上記凹凸面がこのスチール球を１００ｍ／ｓｅｃ以上の噴射速度で噴射衝突させることにより得るようにすれば（請求項３）、これによりステンレス鋼製のスリンガ表面に形成される多数のマイクロディンプルは、摩擦係数を低下させるに有効であり、シール性は維持されながらも鳴き音の発生が抑制される。
【００１０】
また、上記シールリップのスリンガとの摺接面には、上記同様のマイクロディンプルによる凹凸面が金型成形により形成されているもの（請求項４）が望ましく採用される。即ち、その成形時の金型コア面に小突起を賦形させておくことにより、シールリップに同様の凹凸が形成される。このようにシールリップに凹凸面が形成されていると、スリンガに形成された凹凸面との相乗作用により、上記鳴き音抑制効果がより有効となる。
【００１１】
上記スリンガが、ウォータポンプの軸受部のインペラー側シャフトに外嵌され、上記シールリップを有するシールが外輪側軸受部に内嵌され、このスリンガとシールリップとの組合せによりウォータポンプの軸受部のシールリングが構成されるもの（請求項５）とし、更にはこのウォータポンプをエンジン用のウォータポンプとすれば（請求項６）、インペラーの回転速度が極めて高いこの種のウォータポンプの防音に極めて有効である。
【００１２】
請求項７の発明は、上記組合せシール部材の製造方法であって、上記スリンガのシールリップとの摺接面に、微小剛体粒子を衝突させることにより多数のマイクロディンプルを備えた凹凸面を形成し、この凹凸面に上記シールリップの先側部分が弾接するようスリンガとシールリップとを嵌め合い組み合わせることを特徴とする。
【００１３】
このように簡易な方法で、鳴き音発生の抑制に有効な凹凸面を形成することができ、工数及び製造コストを左程増やすことなく上記のように有用な組合せシール部材の製造が可能となる。尚、ここで採用される微小剛体粒子は、上記同様直径４０〜２００μｍのスチール球であって、１００ｍ／ｓｅｃ以上の噴射速度で噴射衝突させることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の組合せシール部材が適用されるエンジン用ウォータポンプＰの一例を示す縦断面図であり、図２は図１におけるＸ部の拡大図を、図３は図２におけるＹ部の拡大図を夫々示す。１は、エンジンのクランク軸（不図示）とＶベルト２１を介して連接されるＶプーリー２により軸回転するポンプシャフトである。
【００１５】
３はこのポンプシャフト１の先端に固着されたインペラーであり、このインペラー３は、第１のケーシング４と、第２のケーシング５とで形成されるポンプ室６内に収容される。１１は、メカニカルシールであって、ポンプ室６と軸受部分とを遮断すべく、ポンプシャフト１と第１のケーシング４との間に、互いに摺接関係で介装されている。また、４５は第１のケーシング４と、第２のケーシング５との接合面に介装されるガスケットである。１０は、第１のケーシング４に対してポンプシャフト１を軸回転可能に支持する転がり軸受部であり、第１のケーシング４の内径面とポンプシャフト１の外径面を転動面とする複数の転動体１２と、そのスラスト方向両側に配されるシールリング９、１３とより構成される。
【００１６】
ポンプシャフト１の前記インペラー３側周体には、ステンレス鋼等により板金加工されたリング状のスリンガ７が圧入外嵌されている。該スリンガ７は、ポンプシャフト１の周体に嵌着される筒状部７１と、この筒状部７１の一端に連成され外周縁部が筒状部７１と同方向に筒状鉤形に曲成された外向鍔部７２とより構成される。
【００１７】
また、第１のケーシング４の内周部でスリンガ７に対応する位置には、シールリップ８が圧入内嵌されている。該シールリップ８は、ステンレス鋼や低炭素鋼等からなる芯金８０と、この芯金８０を覆うよう成形一体とされたゴム等の弾性材からなるリップ本体８１とより構成される。リップ本体８１は、複数の舌状に延びるリップ部８２…を含み、上記スリンガ７及びシールリップ８を互いに嵌め合わせ組み合わせてシールリング９を構成した際には、このリップ部８２…の先側部分がスリンガ７の表面に弾性変形を伴い弾接する。そしてこの状態で、ポンプシャフト１の周体及び第１のケーシング４の内周間に圧入嵌装される。
【００１８】
斯くして、上記スリンガ７及びシールリップ８により、組合せシールリング９が構成され、上記ポンプシャフト１の周体及び第１のケーシング４の内周間に嵌装された状態では、ポンプシャフト１の回転に伴い、上記リップ部８２…のスリンガ７に弾接する面が、互いに摺接するシール面となって、ポンプ室６内からの転がり軸受部１０への水の進入或いは軸受部１０からのグリースの漏出が防止される。図例では、リップ部８２は３個形成され、内１個はポンプシャフト１の周体に直接弾接しており、この弾接面も互いに摺接して同様にシール面として機能する。
【００１９】
上記リップ部８２が弾接するスリンガ７の表面部位（摺接面７３）は、図３に示すように、多数のマイクロディンプル７３ａ…からなる凹凸面として加工が施されている。このマイクロディンプル７３ａ…は、ステンレス鋼等からなるスリンガ７の摺接面７３に対し、直径４０〜２００μｍのスチール球を１００ｍ／ｓｅｃ以上の噴射速度で噴射衝突させることにより形成されたものである。このような多数のマイクロディンプル７３ａ…の存在により、リップ部８２の先側部分との高速相対摺接の際の摩擦係数が小さくなり、摩擦トルクの低下により、上記の鳴き音発生が抑制されると共にこの部分の発熱が抑えられる。
【００２０】
上記のようにマイクロディンプル７３ａ…は、簡易な方法で形成されるので、シールリング９の製造工程全体からすれば左程工数が増えることもなく、コストも割高とはならず、その製品の及ぼす効果を勘案すれば、本製造方法の採用価値は大であると言える。
【００２１】
図３は、上記マイクロディンプル７３ａ…の形成態様を模式的に示すものであるが、図は、更にリップ部８２の先側部分にも同様の多数のマイクロディンプル８２ａ…が形成されていることを示している。シールリップ８は、可塑化したゴム材等を金型に注入して成形されるが、この金型のコア内面の上記リップ部先側部分に対応する部分に、多数の小突起を事前に形成しておき、この金型内で成形することにより、リップ部８２の先側部分に図のような多数のマイクロディンプル８２ａ…による凹凸面が得られる。シールリップ８の材質としては、Ｈ−ＮＢＲ、ＦＫＭ、ＮＢＲ、ＡＣＭ等が望ましく採用される。
【００２２】
図３のように、リップ部８２の先側部分に多数のマイクロディンプル８２ａ…による凹凸面が形成されていると、スリンガ７とシールリップ８との相対摺接の際、スリンガ７の摺接面７３に形成されたマイクロディンプル７３ａ…による凹凸面との相乗作用により、シール機能は維持されながらも摩擦係数がより小さくなり、鳴き音発生及び発熱抑制効果が一層顕著となる。
【００２３】
尚、上記ではエンジン用ウォータポンプＰに適用した例について述べたが、これに限らず、同様のシール機能を要する他の機器のシール部分にも本発明が適用可能であることは言うまでもない。また、マイクロディンプル７３ａ…を形成するための微小剛体粒子がスチール球である例について述べたが、被加工面の材質によっては、他の金属小球或いはガラスやセラミックス等の小球も使用される。更に、シールリップ８にもマイクロディンプル８２ａ…を形成しているが、これは鳴き音の発生程度によって適宜採択されるものである。加えて、上記では他方のシールリング１３については特に述べなかったが、これについてもシールリング９と同様に構成すれば、鳴き音発生抑止効果が一層顕著となる。
【００２４】
（実験例）
ＳＵＳ３０４でスリンガを形成し、このスリンガのシールリップとの摺接面に上記マイクロディンプル加工を施し、Ｈ−ＮＢＲで成形加工したシールリップと組合わせられるシールリングサンプルを１０個準備した。これとは別に、上記マイクロディンプル加工を施さない比較サンプルを１０個準備した。これらサンプルを、自動車エンジン用ウォータポンプの軸受部分に装着し、インペラーの回転数を１００００ＲＰＭとしてポンプを作動させ、その時の鳴き音発生の有無を観測した。また、各サンプルの上記摺接面の摩擦係数を測定した。
【００２５】
（結果）；マイクロディンプル加工処理サンプルの摺接面の摩擦係数はいずれも１．０、一方マイクロディンプル加工未処理サンプルの摺接面の摩擦係数はいずれも１．４であった。また、前者はいずれも鳴き音の発生がなかったが、後者はいずれも鳴き音の発生が観測された。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の組合せシール部材によれば、スリンガのシールリップとの摺接面が、多数のマイクロディンプルを備えた凹凸面とされているから、シールリップとの摺接の際の摩擦係数が小さくなり、従って摩擦トルクが小さく、前記鳴き音の発生が抑制される。しかも、摩擦係数が小さくなることにより発熱抑制の付加効果も得られる。このような特性は、エンジン用ウォータポンプ、特に自動車エンジン用ウォータポンプに適用すれば、騒音対策上極めて有用であり、その実用価値は大である（請求項１〜６）。
【００２７】
また、請求項７の発明に係る組合せシール部材の製造方法によれば、上記のようなマイクロディンプルを備えた凹凸面の形成が簡易になされるから、製造工数及び製造コストが左程増えず、その製品の及ぼす効果を勘案すれば、本製造方法の採用価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組合せシール部材が適用されるエンジン用ウォータポンプの一例を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＸ部の拡大図である。
【図３】図２におけるＹ部の拡大図である。
【符号の説明】
１      ポンプシャフト
４      ケーシング
７      スリンガ
７３    摺接面
７３ａ  マイクロディンプル
８      シールリップ
９      組合せシール部材（シールリング）
１０    軸受部
Ｐ      ウォータポンプ
【図１】
2004316795.tif 000003
【図２】
2004316795.tif 000004
【図３】
2004316795.tif 000005