JPH01400A - 水ポンプ、軸受、シールの組み合わせからなる組立体 - 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） 本発明は一般的には車輌の水ポンプ、特に、相対的に回
転できる密封リングがシール摩耗面と摩擦係合してポン
プ軸受に冷却剤を入り込ませない形式の水ポンプに関す
る。

（従来の技術） 車輌の冷却システムは、−Ｓ的には、ヘルド駆動式の軸
と軸装着の羽根車とを備えていて冷却剤をシステムに送
るベルト駆動式の水ポンプを備えている。特徴とすると
ころは、ポンプ・ハウジングがエンジン・ブロックに取
外自在に接続されていて、軸支持用の軸受組立体はハウ
ジングのスリーブ内にプレスばめされている。また、軸
受組立体の外側レースをポンプ・ハウジングと一体にし
、少なくとも理論的には、一部を除去することによって
コストを減らしかつ構造を簡単にする可能性があること
も公知である。その−例が米国特許筒３．９８１，６１
０号に開示されている。しかしながら、このような一体
のポンプ・ハウジング・軸受組立体として生産されたも
のが実際に使用されていることは少ないか、あるいは、
まったくない。これは軸受レース、通路のために適した
鋼が非常に硬くなければならないためである。逆に、代
表的なポンプ・ハウジングは比較的大型であり、複雑な
通路構成湾曲部を持ち、所望の形状に容易に型打ちでき
る軟鋼で形成しなければならない。

しかしながら、車輌水ポンプの設計における最大の挑戦
がシールについてのものであり、シールに関する問題は
車輌の水ポンプ産業が完全に満足する状態にまで未だ解
決されていないということが広く認識されている。シー
ルを必要としない磁気羽根車駆動手段を使用することが
できるが、磁気駆動手段はいままでのところ比較的高価
である。

従来からある駆動羽根車を使用する場合、羽根車を駆動
する軸がポンプ・ハウジング内に物理的に延在していな
ければならないので、成る種の摩擦シールを使用しなけ
ればならない。このシールを設置しなければならない位
置は軸支持軸受と軸羽根車の間のスペースである。この
位置では、シールは必然的に高温の腐蝕性冷却剤と接触
する。このような冷却剤は普通のシール材料にとって非
常に有害である。標準の産業用水ポンプ・シールは２つ
の基本的部分、すなわち、密封リングと、この密封リン
グが係合して回転する摩耗面を持つ密封要素とを備えて
いる。シールの一方の部分はポンプ・ハウジング・軸受
構造に取り付けられ、他方の部分は羽根車・軸構造に取
り付けられる。したがって、高温の腐蝕性冷却剤に加え
て、密封リング／摩耗面の共通接触面は軸と軸受の間の
かなり高速の相対回転によって発生するかなりの摩擦熱
にさらされる。この共通接触面での不可避的な摩耗と高
温冷却剤が高圧のために、リングと摩耗面を相互にばね
片寄せしてしっかり接触状態に保つ必要があることも判
明しているが、これは摩擦熱を増大させることになる。

このシールの問題に対処すべく標準的な工業態様で、摩
耗面を不腐蝕性セラミック物質で作り、密封リングを異
なった不腐蝕性材料（たとえば、カーボン）で作ること
であった。しかしながら、セラミック材料それ自体が多
くの実際的な問題を抱えており、この分野で出願された
特許の大部分はセラミック材料を使用すること自体の固
有の困難さを解決する提案がなされているように思われ
る。セラミック材料は脆く、熱衝撃を受は易く、平らな
面に重ねるのが難しく、そしてポンプの他の部分の鋼製
構成部分と構造的に係合させるのが。

非常に難しい。たとえば、米国特許第３，７８２゜７．
３５号がセラミック製密封要素のまわりに緊密に金属ハ
ンドを配置してその構造保全性を維持しようとしている
。セラミック製密封要素を金属製羽根車軸に係合するた
めに、エラストマー製絶縁体を用いることにより、セラ
ミック製密封要素を故意にぐらつくようにして密封境界
面の整合状態、保全状態を対処するようになっている。

このエラストマーは断熱体としても作用し、セラミック
製密封要素が摩擦熱を放散らすのを防ぐ。セラミック製
密封要素は米国特許第３，８９５，８１１号に開示され
ているポンプにおいて良好なデザインとされていて、こ
こでは、セラミック要素はそれを囲む変形可能な金属ワ
ッシャ内にしっかりと固定され、それによって保持され
ており、そして、金属ワッシャはセラミック要素を他の
シール部分に対して平面からのずれがないようにしっか
りと保持すると共により良好な熱発散を行なっている。

しかしながら、コストの点でこのデザインの生産が阻ま
れ、先に説明したタイプの従来シールがかなり広く使用
されている。

（発明が解決しようとする課題及び課題を解決する手段
） 本発明は上記の問題をすべて克服する、水ポンプ、軸受
、シールの組み合わせからなる組立体を提供するもので
ある。本発明は、より経済的かつ精密に組み立てられ、
かつ作動において耐久性やシール寿命の改善を図るもの
である。

以下に開示する好ましい実施例では、通常使用されるセ
ラミック製密封要素の代りに適当な耐摩耗性を有しかつ
耐腐蝕性を有する金属で作ったもの、明確には、ステン
レス鋼の環状リングを使用している。これにより、セラ
ミック材料固有の欠陥はすべて取り除かれる。ポンプ・
ハウジングは容易に型打ちできる適当に軟かい金属、明
確には、極軟鋼で形成される。ほぼ円筒形の軸受ハウジ
ングは金属で作られており、明確には、軸受用鋼ででき
ており、これは羽根車軸を回転自在に支持している−揃
いのころがり軸受要素のための一体形成の通路を設ける
に充分な硬さを備えている。ポンプ・ハウジング、軸受
ハウジングおよび密封要素はそれぞれの特殊な要件に適
した異種の鋼で形成されるが、それらすべて溶接可能で
あり、かつ類似した熱膨張特性を有し、木来相いれない
鋼とセラミック材料とは異なる。

さらに、これら３種の構成要素の各々は特に有利に製造
できるように特別な設計となっている。

円筒形の軸受ハウジングは円形の端縁を有し、ポンプ・
ハウジングは中央開口を有し、この中央開口は軸受ハウ
ジングとほぼ同じ直径の円形内縁を有する。環状の密封
要素は軸受ハウジングおよびポンプ・ハウジングの円形
縁の直径に匹敵する直径を有する円形外縁を有する。こ
れら３つの縁は共通の接近可能な接合部のところで互い
に合わされ、同時に一緒に溶接され、３つの構成要素か
らなる一体の組立体とすることができる。これはセラミ
ック材料では不可能であり、この一体の組立体は、摩耗
面がユニットの一部ともなっているので、他の一体の組
立体と同じように輸送、取扱い、組み込みに便利である
。それぞれの構成要素は何ら妥協することなくその独特
の要件に最も良く適した材料で作られている。３つすべ
ての構成要素の鋼は類似した熱膨張特性を持っているの
で、共通接合部の構造保全性がポンプ作動中維持される
。

以下に開示する明確な実施例の構造は、材料あるいは製
造過程のいずれにおいてもなんらコストを追加すること
なしに協働かつ相互作用のＢ様において付加的な利点を
存する。この接合部での溶接もこの共通接合部のところ
で流体阻止密封シールを与える。ステンレス鋼製密封要
素の摩耗面は３つの構成要素の溶接した共通接合部に対
して半径方向に接近している。金属であるから、摩耗面
における摩擦熱は共通接合部を通して軸受ハウジング、
ポンプ・ハウジングへ、そして、そこから周囲大気へ効
果的に伝達される。軸受ハウジングの端縁は肩部を備え
、この肩部はポンプ・ハウ′ジングの開口の経内に嵌合
し、また、密封要素は軸受ハウジングの端縁と衝合する
周フランジを備えている。こうして、３つの構成要素を
一緒に溶接する前に、これらの構成要素は互いに非常に
精密な関係をもって保持され、整合シール境界面は従来
のセラミック製シールに比べてはるかに精密に制御され
る。

したがって、本発明の目的は軸受ハウジング、ポンプ・
ハウジングおよびシールを最も適した材料で形成するこ
とができ、しかもなお、効果的に一体の組立体を構成す
る車輌用水ポンプを提供することにある。

本発明の別の目的は摩耗面を有する金属製の密封要素が
、一体ポンプ組立体の作動中に発生するｒ！ｌ擦熱を組
立体の他の構成要素と協働して効果的に取り除くような
態様で組み込まれている一体ポンプ組立体を提供するこ
とにある。

本発明のまた別の目的は、組み立て時に構成要素が互い
に協働して整合することができるようにすることにより
、製造をより容易にすることができ、一体ポンプの作動
の改善のためシールを精密かつ正確に設置することので
きる一体ポンプ組立体を提供することにある。

（実施例） 本発明の上記および他の目的、特徴は以下の説明および
図面に示す。

まず第１図において、本発明に従った車輌用水ポンプの
好ましい実施例が符号ＩＯで示しである。

このポンプ１０は図示されていないエンジン・ブロック
から分離されていて後で据え付けるようにした一体ポン
プ組立体として輸送することのできる状態で示しである
。実際に、水ポンプ１０の基本的構成要素のうちの２つ
は普通のものであり、最も広い意味で発明の一部を構成
していないが、本発明に従って全組立体の一部としてこ
れらの構成要素を組み立て、輸送する方が最も実務的で
あると思われる。これら２つの従来の構成要素は１２で
示す羽根車と、符号１４で示すカートリッジ・シールで
ある。羽根車１２は当業者には周知の標準の型打ち金属
デザインである。カートリッジ・シール１４は通常の市
販のユニットであり、カーボン製の密封リング１６、ベ
ローズ１８および片寄せばね２０を備えている。この片
寄せばね２０は密封リング１６と羽根車１２の間で圧縮
されている。本発明は符号２２で示すようなより基本的
な一体組立体から成り、これは符号２４で示す軸と、符
号２６で示す軸受ハウジングと、軸２４を軸受ハウジン
グ２６内に同心に支持する二側の軸受ボール２８と、符
号３０で示すポンプ・ハウジングと、符号３２で示す密
封要素とを包含している。これらの構成要素の各々およ
びそれらを互いに協働するように特別に設計する方法を
以下に詳しく説明する。

第１図および第３図において、軸受ハウジング２６はほ
ぼ円筒形であり、Ａｌ５Ｉ５２１００または１０４０高
炭素鋼のような軸受用鋼で形成されている。この場合、
軸受ハウジング２６はその内面に軸受通路３４を一体的
に形成するに充分な硬さである。円筒形であるため、軸
受ハウジング２６はほぼ円形の端縁を有し、端縁の１つ
３６にはノツチ付き肩部３８が形成されている。軸受ハ
ウジング２６にはシール１４を通過して漏れてきた冷却
材を逃がすための標準通気孔４０も形成されている。軸
２４は軸受ハウジング２６と同じ材料で形成されており
、その外面には軸受通路４２が一体に形成されている。

軸２４は一端４４のところで細くなっており、ここには
図示されていないが普通の駆動プーリが装着でき、また
、他端４６は羽根車１２を装着できるようにされている
。

軸２４およびハウジング２６を製作し、適切な熱処理を
施した後、二側の軸受ボール２８が普通の要領でそれぞ
れの通路４２．３４間に組み込まれる。軸受ハウジング
２６と軸２４の間には充分な半径方向の間隙があり、軸
受ボール２８を追加したり、所望の潤滑剤をそこに供給
したりするためになんら障害なしに接近することが可能
である。

次に、適当なリップ・シール４８．５０がボール２８を
囲むように備わっている。この時点で、軸受ハウジング
２６、軸２４およびボール２８は個別に取扱える軸受半
組立体を構成している。

更に第１図および第３図において、密封要素３２はほぼ
環状形状となっており、適当な耐腐蝕性金属により、本
実施例においては、Ａｌ５Ｉ３０３ステンレス鋼より形
成されており、含浸オイル鋳鉄のような他の材料を使用
することもできる。

両材料共に摩耗性に優れており、製造、取扱いが一層容
易であり、セラミック材料よりもはるかに良好に熱衝撃
、機械衝撃に耐えることができる。

密封要素３２は鋼又はその他の鉄金属であるため、軸受
ハウジング２６の金属と同様の熱膨張特性を存し、溶接
可能である。全体的に環状の形状のほかに、密封要素３
２には他の構成要素と協働する構造上の特徴があり、こ
れは第３図で最も良くわかる。密封要素３２の本体は軸
受ハウジング端縁３６の内径よりもほんの少し小さい寸
法となっており、それ故密封要素３２が軸受ハウジング
２６の端にすべり嵌合できるようになっている。一対の
０リング５２が軸受ハウジング２６の内面を拭うように
係合するような寸法となっている。周フランジ５４は軸
受ハウジング肩部３８の外径よりちょっと大きい外径を
有し、端縁３６と衝合可能にされている。隆起した摩耗
面５６が外向きに設けてあり、これは半径方向、軸方向
の両方においてフランジ５４に近く設けられている。ポ
ンプ・ハウジング３０はＡｌ５ＩＩＯＩＯ極軟鋼により
型打ちして形成されている。したがって、ポンプ・ハウ
ジング３０はポンプ・ハウジングにおいて−ｉ的に必要
な一体的に形成された冷却材の入口、出口流路および取
付用周フランジ５８を備えた複雑に入りくんだ回旋形状
に形成し易くなっている。

ポンプ・ハウジング３０は鋼であるため、溶接可能であ
り、軸受ハウジング２６、密封要素３２両方の金属と同
様な熱膨張特性を有する。ポンプ・ハウジング３０は円
形の内縁６０で構成される中央開口も型打ち形成されて
いて、この中央開口は軸受ハウジング肩部３８にほぼ等
しい直径、厚さを有する。上述の如（、軸受ハウジング
２６、ボンプ・ハウジング３０および密封要素３２は、
すべて、それら独自の要件に最も適った種々の材料で形
成されているものである。それにもかかわらず、これら
の材料の類似性および構成要素が熟慮の末に選定された
構造的な関係を有することにより、ポンプ１０のための
精密な組立体および改良された動作を得ることができる
。これについては以下に説明する。

次いで第２図および第３図において、軸受ハウジング２
６、ポンプ・ハウジング３ｏおよび密封要素３２につい
て上述した相対的な寸法法めにより１、これらの構成要
素を次のように組み立て、結合することができる。ポン
プ・ハウジング３０の内縁６０を軸受ハウジング肩部３
８上に着座させて協働位置で非常に正確に同軸に整合さ
せる。次に、密封要素３２を軸受ハウジング２６の端に
すべり嵌合させ、フランジ５４を端縁３６と衝合させる
。このすべり嵌合と衝合で、密封要素３２を軸受ハウジ
ング２６と同軸に精密に整合させると共に、摩耗面５６
を軸２４の軸線に対して直角に位置させることができる
。これは、上述した従来のセラミック製密封要素に比べ
て価値ある特徴的なことであり、それは従来のセラミッ
ク製密封要素はエラストマー内に埋め込まれているので
精密に整合したり位置決めをしたりすることがほとんど
できないという理由による。軸受ハウジング２６、ポン
プ・ハウジング３０および密封要素３２を上述したよう
にまとめることにより、それぞれの端縁３６、内縁６０
およびフランジ５４の共通接合部も形成し、この共通接
合部を第１図において円で囲んだところであり、第３図
に６２で示しである。これらの部材は適当な治具あるい
は自動組み立て装置で一時的な仮組状態にこの関係で容
易に保持できる。第３図で最も良くわかるように、共通
接合部６２はポンプ・ハウジング３０の開放により容易
に接近することができ、符号６４で示す適切な工具によ
って３つの縁を相互に同時に溶接することができる。溶
接段階で上述した一体組立体２２が得られ、次いで、３
つの構成要素が互いに一体であるかのようにして取扱う
こと及び輸送を容易に行なうことができる。しかも、材
料についての妥協はなんらする必要がない、接合部６２
の溶接は、また、なんら余分な作業段階あるいはシール
構造を要しないで同時に連続した流体密封シールを作る
。実際、接合部６２での溶接シールは０リング５２を省
略することが出来るほど良好である。組立体２２をその
まま輸送しても良いが、カートリッジ・シール１４およ
び羽根車１２を加え、これらによって密封リング１６を
摩耗面５６と摩擦係合させると最も便利である。

そうすれば、ポンプ・ユニット１０全体を輸送し、ポン
プ・ハウジング・フランジ５８のところで１ユニツトと
してエンジン・ブロックにボルト止めすることができる
。

最後に第１図を参照して、先に詳しく説明した材料およ
び組み立て体により、主としてシール動作及び寿命の改
良の故にポンプ動作、及び寿命の大いなる改良を得るこ
とができる。軸２４が回転し、羽根車１２が冷却剤を駆
動すると、密封リング１６と摩耗面５６の摩擦係合が接
合部６２での溶接と共に冷却剤が軸受ボール２８に接触
することを防止する。さらに、密封リング１６を通過し
たいかなる冷却剤もリップ・シール５０によって軸受ポ
ール２８に達することがなく、通気孔４０を通して周囲
大気に排出されることができるようになっている。結合
部６２は高温の冷却剤にさらされるが、３つの異なった
鋼の類似した熱膨張特性が溶接部の構造保全性を維持す
る。密封リング１６および摩耗面５６が互いに精密に整
合しているので、偏心や摩擦摩耗が最小限に抑えられる
。

鋼製の摩耗面５６はカーボン密封リング１６が実際にこ
の摩耗面に密着することができる充分な平坦さにより容
易に重ね合わされる。シール１６／摩耗而５６の共通面
での改良された整合のため、成る程度の摩耗面５６の腐
蝕は許される。その理由は、部品の整合を乱すことなく
連続的に摩耗すると共にばね２０が絶えず摩擦接触状態
を維持しているからである。さらに、密封要素３２の鋼
が良好な伝熱体であるため、そして、摩耗面５６が共通
接合部６２に接近しているため、接触面で発生した摩擦
熱で密封要素３２、接合部６２を通して外気にさらされ
ている軸受ハウジング２６及びポンプ・ハウジング３０
に容易に伝達される。冷却剤の流動もシール寿命を延ば
す。こうして、泪で密封要素３２を作り、それを他の鋼
製構成要素とともに組み立てることにより、コスト、生
産性、シール寿命の相互に協働する態様すべてについて
数多くの利点を得ることができる。

共通接合部６２での溶接は単に一体のユニットを与える
以上のものである。密封要素３２を加え、３つすべての
構成要素を衝合させ、６２のところでこれらの構成要素
を一緒に溶接することによって、外気への熱伝達におい
て優れたものとなり、密封要素３２の良好な冷却を行な
うことができる。

共通接合部６２により、３つすべての構成要素を容易に
互いに整合させることができ、しかも堅固なユニットを
得ることができる。

本発明の概念から逸脱することなく開示した好ましい実
施例において変更を加えることができ、たとえば、異な
った寸法のポンプあるいは冷却環境では、摩耗面５６は
共通接合部６２に接近させる必要はない。密封要素３２
が鋼で作ってあり、軸受ハウジング２６、ポンプ・ハウ
ジング３０に溶接されているという事により、生産性お
よびＹ７擦シール境界面での整合性を改良することがで
きる。しかしながら、摩耗面５６を共通接合部６２に接
近させて位置させることにより、使用時に発生した摩擦
熱を効果的に都合よく発散させることができる。同様に
、軸受ハウジング２６、ポンプ・ハウジング３０および
密封要素３２すべでが共通結合部で相互に合わせ得るほ
ぼ同じ直径の円形縁を有する限り、軸受ハウジング肩部
３８および密封要素フランジ５４を省略して構成要素を
幾分筒略化することもできる。しかしながら、上述した
種々のフランジ、肩部は共通接合部６２で構成要素自身
を整合させるものであり、利点でもある。

したがって、本発明を上述した好ましい実施例以外の構
造に具体化することができ、本発明が実施例のみに限定
されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施例の側面図であり、成る
部品を横断面で、他の部品を側面で示す図である。 第２図は第１図の２−２線に沿った図である。 第３図は第１図の円で囲んだ部分の拡大図である。 （主要部分の符号の説明）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相対的に回転できる密封リングがシール摩耗面に摩
   擦支持しているタイプの、車輌水ポンプ、軸受、シール
   の組み合わせからなる組立体であって、前記密封リング
   を装着した回転可能な軸と、ほぼ円筒形の軸受ハウジン
   グと、この軸受ハウジング内で同心に前記軸を支持する
   軸受要素と、ほぼ中央に開口が設けられているポンプ・
   ハウジングと、前記摩耗面を備えたほぼ環状の密封要素
   とから構成されていて、 前記軸受ハウジング（２６）がその内面に一体的に形成
   された軸受通路（３４）を設けるに充分な硬さの溶接可
   能な金属で形成されていて、また、前記軸受ハウジング
   （２６）がほぼ円形の端縁（３６）を有し、前記ポンプ
   ・ハウジング（３０）が前記軸受ハウジング（２６）の
   金属と同様の熱膨張特性を備えかつ適当な形状に容易に
   型打ちできるほどの軟かさを有する溶接可能な金属で形
   成されていて、ポンプ・ハウジング（３０）のほぼ中央
   の開口が前記軸受ハウジング端縁（３６）の直径にほぼ
   等しい直径を有する内縁（６０）で構成されていて、ほ
   ぼ環状の密封要素（３２）が前記軸受ハウジング及びポ
   ンプ・ハウジングの金属と同様の熱膨張特性を有しかつ
   前記シール摩耗面（５６）を備えるために充分な摩耗特
   性を有する溶接可能な金属で形成されており、前記密封
   要素（３２）は前記軸受ハウジング端縁（３６）の直径
   にほぼ等しい直径を有する外縁を有し、前記軸受ハウジ
   ング端縁（３６）、ポンプ・ハウジング内縁（６０）お
   よび密封要素外縁が共通の接合部（６２）のところで合
   わされて一緒に同時に溶接されていて一体の組立体を作
   ると共に前記共通接合部（６２）のところで連続した流
   体阻止密封シールが作り上げられ、車輌水ポンプ・軸受
   およびシールの組み合わせからなる組立体（１０）を車
   輌エンジンに組み込んだときに前記溶接した共通接合部
   （６２）が、これを形成している前記３種の金属の熱膨
   張特性が類似しているためにポンプ作動中に構造上竪牢
   のままであることを特徴とする、車輌水ポンプ、軸受、
   シールの組み合わせからなる組立体。 ２、車輌水ポンプ、軸受、シールの組み合わせからなる
   組立体（１０）を車輌エンジンに組み込んだとき、前記
   軸受ハウジング（２６）およびポンプ・ハウジング（３
   ０）の外面が周囲空気にさらされていて、ポンプ作動中
   に密封リング／摩耗面の共通接触面のところに生じる摩
   擦熱が前記摩耗面（５６）から前記共通接合部（６２）
   を通して前記軸受ハウジング及び前記ポンプ・ハウジン
   グへ効果的に伝わることを特徴とする請求項１記載の車
   輌水ポンプ、軸受、シールの組み合わせからなる組立体
   。 ３、前記密封要素摩耗面（５６）が前記密封要素（３２
   ）の外縁に接近していてポンプ作動中に密封リング／摩
   耗面の共通の接触面からの摩擦熱の伝達効率をさらに高
   めることを特徴とする請求項２記載の車輌水ポンプ・軸
   受、シールの組み合わせからなる組立体。 ４、前記軸受ハウジング（２６）が前記端縁（３６）の
   ところにおいてほぼ円形の肩部（３８）を有し、前記ポ
   ンプ・ハウジング（３０）のほぼ中央の開口が前記軸受
   ハウジング肩部（３８）の直径にほぼ等しい直径を有し
   、前記密封要素（３２）が前記軸受ハウジング端縁（３
   ６）と衝合できる周フランジ（５４）を有し、それによ
   って、前記軸受ハウジング（２６）、ポンプ・ハウジン
   グ（３０）および密封要素（３２）が、前記共通接合部
   （６２）で一緒に同時に溶接されて一体組立体を形成す
   る前に、前記軸受ハウジング肩部（３８）上にわたって
   前記ポンプ・ハウジング内縁（６０）を摺動させ、前記
   密封要素間フランジ（５４）を前記軸受ハウジング端縁
   （３６）と衝合させることによって前記共通接合部（６
   ２）のところで互いに整合させられ得るようになってい
   ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
   車輌水ポンプ・軸受、シールの組み合わせからなる組立
   体。