(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォーターポンプ軸受のシール装置において、主リップ，第１副リップ及び第２副リップを有するシール材と、大径軸部と小径軸部と、前記大径軸部と前記小径軸部との間に形成される段差面部と、該大径軸部の軸周方向にシール溝が形成された軸と、該軸を転動体を介して包囲する外輪と、前記軸の段差面部と大径軸部の段差面部寄側の軸周面を被覆するカラー材とからなり、前記シール溝に前記主リップ，第２副リップが接触し、且つ前記第１副リップは前記カラー材に接触してなることを特徴とするウォーターポンプ軸受シール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に装着されるウォーターポンプのインペラ回転用のウォーターポンプ軸受において、特にインペラ装着側におけるシール構造を極めて簡単で部品点数を少なくし、且つ密封性は極めて良好に維持することができるウォーターポンプ軸受シール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ウォーターポンプ軸受において、インペラ装着側のシール構造として、シールに３箇のリップが形成され、その３箇のリップのうち、２箇のリップがウォーターポンプ軸の軸周表面に接触し、残りの一箇のリップが軸方向に延出して、ウォーターポンプ軸に装着されたスリンガに接触させた構造のものが存在している。このようなシール構造が特開平１１−１７３３３７号に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ウォーターポンプ軸受のシール装置における３箇のリップによるシール構造は、軸受の密封性を高めることが可能であるが、３箇のリップの接触において必ず１箇以上のリップは、ウォーターポンプ軸とは別材となるスリンガに接触させている。特に、典型的なスリンガとしては、その断面形状がほぼコ字形状又はＬ字形状等に形成され、シールリップとの接触面が、多面的であり、たとえばスリンガを構成する面の少なくとも一面が軸方向と直交する方向に突出している。
【０００４】
そして、そのスリンガの軸から突出した面部分にシールリップが接触する構造であり、これによって３個のシール間の間隔が適宜に広がることになり、たとえ最初のシールリップから水が浸入しても、次位のシールリップに向かって水が移動するときに、その水を低減させ、次位のシールリップではほぼ確実に水の浸入を遮断し、密封性をより一層，良好にするものである。このため従来のシール構造では、複数のシールリップを形成したシール材とスリンガとが必要となり、構成部品の点数が増えることになる。
【０００５】
また、そのスリンガの加工工程、すなわち軸へスリンガを装着する工程においては、軸に対してスリンガを極めて正確に装着しなければならないので、シール表面の振れ精度の管理が必要になる。しかも、スリンガの取付精度は、軸の回転動作時にシールリップが均一な圧力で接触しなければならないために、その工作精度には、極めて高い技術力が要求される。このようなことから、従来のウォーターポンプ軸受は、極めて高価なものであった。
【０００６】
このようにスリンガと，該スリンガに接触する３箇のシールリップを有するシール材との組み合わせによる構造におけるシール装置は、極めて高価で且つそのコスト低減が困難なものであった。したがって、本発明の目的は、ウォーターポンプ軸受において、従来の良好な密封性は維持しつつも、そのシール構造をさらに極めて簡単なものとし、且つ低価格に提供可能にすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、発明者は上記課題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、本発明を、ウォーターポンプ軸受のシール装置において、主リップ，第１副リップ及び第２副リップを有するシール材と、大径軸部と小径軸部と、前記大径軸部と前記小径軸部との間に形成される段差面部と、該大径軸部の軸周方向にシール溝が形成された軸と、該軸を転動体を介して包囲する外輪と、前記軸の段差面部と大径軸部の段差面部寄側の軸周面を被覆するカラー材とからなり、前記シール溝に前記主リップ，第２副リップが接触し、且つ前記第１副リップは前記カラー材に接触してなることを特徴とするウォーターポンプ軸受シール装置としたことにより、シール構造を簡単にするとともに、その密封性を一定の水準に維持することができ上記課題を解決したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明は、自動車等の輸送機等や産業機械等のエンジンにおいて装着されるウォーターポンプの軸受に適用されるものである。まず、ウォーターポンプの軸受は、図１（Ａ）に示すように、ハウジング本体部２０とハウジングカバー部とから構成されたポンプハウジング内に納められており、ポンプ室内のインペラ２１を回転させるものである。そのポンプハウジングには、軸受を装着するためのボス孔部２０ａが形成されており、該ボス孔部２０ａ内に後述する軸受の外輪１２部分が装着される。軸受は、図１（Ａ）乃至（Ｃ）及び図３（Ａ），（Ｂ）等に示すように、主にシール材Ａ，軸Ｂ，外輪１２及び転動体１３等から構成されている。
【０００９】
まずその第１実施形態から述べると、そのシール材Ａは、環状部１の内周面側に主リップ２，第１副リップ３及び第２副リップ４が形成されている。これら３個のリップは、断面ほぼ三角山形状に形成されたもので、各リップは、前記軸Ｂの軸周面の適宜の位置に接触状態となるものである。前記主リップ２は、前記第１副リップ３と第２副リップ４との中間に位置して形成されており、また第１副リップ３は軸Ｂの外側に面する位置となり、第２副リップ４は軸Ｂの内部側に位置するものである。さらに、主リップ２と第２副リップ４とは、前記環状部１の同一内周面上に形成されている。
【００１０】
また、前記第１副リップ３は、前記主リップ２及び第２副リップ４とは、異なる方向に向かって突出形成されるものであり、具体的には、図１（Ｂ）に示すように、前記主リップ２の突出方向と、第１副リップ３の突出方向とが直交したり、或いは前記主リップ２の突出方向に対して、図４に示すように、第１副リップ３の突出方向が適宜の傾斜角度を有して交差状態となっている。また、前記環状部１の外周側には、ほぼ鍔状に外方に向かって広がって形成された固定環状部１ａが設けられている。前記環状部１には、図２（Ｂ）に示すように、補強環７が装着され、シール材Ａは、その補強環７によって後述する外輪１２に強固に装着固定することができるようになっている。
【００１１】
前記環状部１は、ゴム材にて形成されたものであり、前記補強環７は、金属材にて形成される。さらに前記シール材Ａの第１副リップ３より外方側には、図８（Ａ）に示すように、非接触包囲部５が形成されている。該非接触包囲部５は、前記環状部１に対して扁平円筒状をなしており、その内周側面と、前記軸Ｂの外周面との間には、微小隙間ｓが形成されるようになっている。その非接触包囲部５は、比較的肉厚に形成されており、特に、その非接触包囲部５のほぼ全体或いは先端部分の断面形状がほぼ円形状に形成されることもある。この厚肉状としたことで、リップ部，特に第１副リップ３を弾性的に強化し、変形しにくくすることができる。また前記非接触包囲部５は、ラビリンス効果を発揮し、メカニカルシールより漏れる水の浸入を抑制することができる。また、図８（Ｂ）に示すように、前記非接触包囲部５の軸Ｂ側面、即ち微小隙間ｓ側には、凹凸面５ａが形成されることもある。その凸部位は、前記軸Ｂの軸周面とは非接触状態にある。このように凹凸面５ａが形成されることで、前記ラビリンス効果がより一層発揮されることになる。
【００１２】
次に、軸Ｂは、図１，図２等に示すように、大径軸部８と小径軸部９とからなり、前記大径軸部８と小径軸部９との間に段差面部１０が形成されている。その大径軸部８は、後述する外輪とともに回転支持部を構成する部位である。また、前記小径軸部９は、前記ポンプ室内に向かって突出し、その先端箇所にはインペラ２１が装着される。前記段差面部１０は、前記軸Ｂの大径軸部８から小径軸部９に変化する段差箇所である。また、軸Ｂは、上述したように大径軸部８と小径軸部９と段差面部１０とを有するものに限定されることはなく、軸方向に沿って軸径が同一となるように形成されたもの、すなわち段差面部１０が形成されないタイプも存在する。
【００１３】
その段差面部１０の形状には、二つのタイプが存在し、前記軸Ｂの軸方向に直交する平坦面となるように形成された直角段差面１０ａ〔図５（Ａ）参照〕と、段差箇所が円錐状に形成された円錐状段差面１０ｂ〔図５（Ｂ）参照〕である。その直角段差面１０ａは、前記大径軸部８及び小径軸部９の軸表面と直角な平坦面である。また、円錐状段差面１０ｂは、大径軸部８から小径軸部９に向かって次第に直径が小さくなるように形成されたテーパー形状の外周面としたものである。また、前記円錐状段差面１０ｂと小径軸部９との境界箇所は、括れ状に形成されている。具体的には、円錐状段差面１０ｂの最小径の部位は、前記小径軸部９よりも僅かに小径に形成され、図示されているように、その円錐状段差面１０ｂの小径軸部９寄り箇所は、ほぼ円弧状の窪みとして形成されている。
【００１４】
その大径軸部８には、図１乃至図３等に示すように、軸周方向に沿ってシール溝１１が形成されている。該シール溝１１には、前述のシール材Ａの主リップ２，第１副リップ３及び第２副リップ４の少なくとも一つが接触状態に設定される部位となる。そのシール溝１１は、その軸周方向における断面形状には、複数のタイプが存在し、その第１タイプとして円弧状シール溝１１ａとし、第２タイプを矩形状シール溝１１ｂとしたものである。そのシール溝１１の第２タイプである矩形状シール溝１１ｂとしたものでは、図３，図４（Ａ）に示すように、その円周状の底面１１ｂ1 と，対向する円周状の両壁面１１ｂ2 が形成される。
【００１５】
まず、シール溝１１に前記シール材Ａの各リップが接触する構成については、複数の接触パターンが存在し、その第１パターンとしては、前記シール溝１１に主リップ２と第２副リップ４とを接触させ、軸Ｂのインペラ２１装着側寄りに位置する第１副リップ３は、前記軸Ｂの軸周面に接触する。図３では、第１副リップ３が接触しているのは大径軸部８の軸周面である。
【００１６】
次に、リップ接触パターンの第２パターンとしては、図４（Ａ）に示すように、前記シール溝１１の底面１１ｂ1 に主リップ２と第２副リップ４とが接触し、壁面１１ｂ2 に第１副リップ３が接触するものである。さらに、接触構成の第３パターンとしては、図４（Ｂ）に示すように、前記主リップ２と第２副リップ４とが軸Ｂの軸周面に接触し、第１副リップ３が前記シール溝１１に接触することもある。この第３パターンでは、シール溝１１には第１副リップ３のみが接触する構成のため、シール溝１１は幅が小さく形成されている。さらに、その他の接触パターンとしては、特に図示しないが主リップ２のみが前記シール溝１１内に接触するものであったり、又は前記第２副リップ４のみがシール溝１１内に接触するパターンも存在する。
【００１７】
なお、前記第１副リップ３は、軸Ｂの前記段差面部１０に接触することもあり、図５（Ａ）に示すように、第１副リップ３が直角段差面１０ａに接触するものであったり、図５（Ｂ）に示すように、第１副リップ３が円錐状段差面１０ｂに接触するものである。さらに、前記軸Ｂに段差面部１０が存在しないもの、すなわち軸Ｂが軸方向に同一径の場合には、前記第１副リップ３は、シール溝１１内に接触するものではなく、軸Ｂの軸周面に接触しているものである。
【００１８】
特に、図４（Ｂ）に示すように、前記シール溝１１に対して、シール材Ａの複数のリップのうち一つのみが接触するタイプでは、そのシール溝１１は比較的狭幅で且つ深さも浅く形成される。またひとつのリップのみが接触するシール溝１１は、その断面形状が弧状に形成されるものが好適である。また、軸Ｂが大径軸部８及び小径軸部９を有するものでは、その大径軸部８におけるシール材Ａの各リップとの接触面の表面加工の作業が行いやすいという利点がある。
【００１９】
その軸Ｂの大径軸部８の外周には、その軸周方向に沿って形成された外周転動溝８ａが軸方向に複数列設けられている。また、外輪１２は、円筒状に形成され、前記大径軸部８とともに前記軸Ｂの回転支持部分を構成する部材であるが、その外輪１２の内周面には、前記外周転動溝８ａ，８ａ，…に対応する位置に複数の内周転動溝１２ａ，１２ａ，…が形成されている。
【００２０】
そして、大径軸部８の外周転動溝８ａ，８ａ，…及び外輪１２の内周転動溝１２ａ，１２ａ，…との間に前記転動体１３，１３，…が配列され、該転動体１３，１３，…がリテーナ等にて所定間隔を維持するように設定され、大径軸部８の外周を包囲するようにして外輪１２が装着される。前記転動体１３は、具体的には球体であるが、その他の形状として円筒状或いはローラ状のものであってもよい。また、図示された大径軸部８の外周転動溝８ａ，８ａ，…及び外輪１２の内周転動溝１２ａ，１２ａ，…は、夫々２箇所に形成されている。
【００２１】
次に、その外輪１２のインペラ装着側の開口付近の内周側には、前記シール材Ａの固定環状部１ａが装着される固定溝１２ｂが周方向に形成されている。該固定溝１２ｂにシール材Ａの固定環状部１ａが挿入状態で固着され、前述したように前記主リップ２，第１副リップ３，及び第２副リップ４が軸Ｂに接触するものである。
【００２２】
次に、本発明の第２実施形態としては、図６（Ａ）に示すように、前記軸Ｂにカラー材Ｂ1 が装着されたものである。該カラー材Ｂ1 には、前記シール材Ａのいずれかのリップが接触する構成となっている。そのカラー材Ｂ1 は、図６（Ｂ）に示すように、前記段差面部１０を被覆する段差被覆部１４と、前記大径軸部８の段差面部１０寄側の軸周面を被覆する大径軸被覆部１５とから構成される。そして、前記大径軸被覆部１５が大径軸部８を被覆し、且つ前記段差被覆部１４が段差面部１０に対してほぼストッパとしての役目をなすようにして、前記カラー材Ｂ1 が軸Ｂに装着固定されるものである。この第２実施形態においても、前記軸Ｂに形成されるシール溝１１は、図７（Ａ）に示された第１タイプのように円弧状シール溝１１ａとしたものや、或いは図７（Ｂ）に示された第２タイプのように矩形状シール溝１１ｂとしたものが存在する。
【００２３】
そのカラー材Ｂ1 の材質は、主に金属材であるが、特に好ましくはステンレス製である。カラー材Ｂ1 をステンレス材とすることで、錆びることがなく、且つシール材Ａとの接触性も極めて良好である。また、カラー材Ｂ1 のその他の材質としては、耐久性のある合成樹脂材，非金属材等で、特に回転作動部位を構成する部材として好適な材質で且つ所望の形状への加工性が良好なものであれば、その材質はどのようなものでも構わない。
【００２４】
上記カラー材Ｂ1 の段差被覆部１４は、通常は、前記軸Ｂの軸方向に対して直角なる直角状面に形成されたものである。また特に図示しないが、前記段差面部１０が円錐状段差面１０ｂとしたものでは、その段差被覆部１４は、前記円錐状段差面１０ｂとほぼ同等傾斜とした円錐状面となる。この段差被覆部１４にも、前記第１副リップ３が接触する構造とすることもある。この第２実施形態の構造は、カラー材Ｂ1 が装着されていること以外においては、第１実施形態とほぼ同等である。そして、シール材Ａの第１副リップ３が大径軸被覆部１５に接触し、前記主リップ２及び第２副リップ４の少なくともひとつは、前記シール溝１１内に接触する構造となる。
【００２５】
上述した第１実施形態及び第２実施形態では、前記シール材Ａの主リップ２，第１副リップ３及び第２副リップ４の少なくとも一つがシール溝１１内に接触し、その他は軸Ｂの軸周面に接触したりするものである。或いは前記主リップ２，第１副リップ３及び第２副リップ４のすべてがシール溝１１内に接触しても、そのいずれのリップもシール溝１１内で底面１１ｂ1 や壁面１１ｂ2 などに分散状態で接触するようにしたものであり、前記主リップ２，第１副リップ３及び第２副リップ４のそれぞれのリップが軸Ｂに対して同一の面上で接触するものではない。
【００２６】
これによって、主リップ２，第１副リップ３及び第２副リップ４は、軸Ｂに対して夫々異なる面での接触となり、多面的なシール接触とすることができる。それゆえに、前記シール材Ａと軸Ｂとの接触構造は、実際にはスリンガを使用しないものでありながら、あたかもスリンガを使用した場合の構造とほぼ同一にすることができ、その密封性を良好に維持することができる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、ウォーターポンプ軸受のシール装置において、主リップ２，第１副リップ３及び第２副リップ４を有するシール材Ａと、大径軸部８と小径軸部９と、前記大径軸部８と前記小径軸部９との間に形成される段差面部１０と、該大径軸部８の軸周方向にシール溝１１が形成された軸Ｂと、該軸Ｂを転動体１３を介して包囲する外輪１２と、前記軸Ｂの段差面部１０と大径軸部８の段差面部１０寄側の軸周面を被覆するカラー材とからなり、前記シール溝１１に前記主リップ２，第２副リップ４が接触し、且つ前記第１副リップ３は前記カラー材に接触してなることを特徴とするウォーターポンプ軸受シール装置としたことにより、カラー材Ｂ1 は前記軸Ｂの軸本体とは異なる材質のものから、該軸Ｂの外周面を構成することができるし、カラー材Ｂ1 を所望の形状に形成して軸Ｂの段差面部１０の形状を適宜変形させることができる。
【００２８】
上記効果を詳述すると、カラー材Ｂ1 は軸Ｂの段差面部１０箇所及びその付近における外周面を構成するものであり、（主リップ２，第１副リップ３及び第２副リップ４からなる）軸本体とは別部材からなるカラー材Ｂ1 を段差面部１０の表面とするものである。このようにすることで前記カラー材Ｂ1 の材質をステンレス材とすると錆びることがなく、且つシール材Ａとの接触性も極めて良好である。
【００２９】
そのために、軸Ｂの軸本体が鋼材で錆びる材質であっても、カラー材Ｂ1 をステンレス材とすることにより、軸本体側に錆びが生じて、その外周面が粗面となってシール材Ａの各リップに悪影響を及ぼすというようなことがなく、シール材Ａの各リップとの接触状態を良好に維持することができる。また、カラー材Ｂ1 のその他の材質としては、耐久性のある合成樹脂材，非金属材等で、特に回転作動部位を構成する部材として好適な材質で且つ所望の形状への加工しやすいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）は第１実施形態の第１タイプにおけるハウジング本体部に装着された軸受の縦断側面図
（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図
（Ｃ）は（Ｂ）の要部拡大断面図
【図２】  （Ａ）はシール材の断面図
（Ｂ）は軸の一部断面にした要部拡大図
【図３】  （Ａ）は第１実施形態の第２タイプにおけるハウジング本体部に装着された軸受の拡大縦断側面図
（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図
【図４】  （Ａ）は第２タイプにおけるシール溝に全てのリップが接触した状態の拡大断面図
（Ｂ）は第１タイプのシール溝の変形例に第１副リップのみが接触した状態の拡大断面図
【図５】  （Ａ）は第１タイプにおけるシール溝に主リップと第２副リップが接触し，直角段差面に第１副リップが接触する状態の拡大断面図
（Ｂ）は第１タイプにおけるシール溝に主リップと第２副リップが接触し，円錐状段差面に第１副リップが接触する状態の拡大断面図
【図６】  （Ａ）は第１実施形態の第１タイプにおけるシール材の断面図
（Ｂ）は第１実施形態の第１タイプにおける軸の一部断面にした要部拡大図
【図７】  （Ａ）は本発明の第２実施形態における第１タイプの要部拡大断面図
（Ｂ）は本発明の第２実施形態における第２タイプの要部拡大断面図
【図８】  （Ａ）は非接触包囲部の拡大断面図
（Ｂ）は非接触包囲部の第２タイプの拡大断面図
【符号の説明】
Ａ…シール材
Ｂ…軸
Ｂ1 …カラー材
２…主リップ
３…第１副リップ
４…第２副リップ
８…大径軸部
９…小径軸部
１０…段差面部
１３…転動体
【図１】
0003940304.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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