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JP2006322528A - Sealing device - Google Patents

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Publication number
JP2006322528A
JP2006322528A JP2005145938A JP2005145938A JP2006322528A JP 2006322528 A JP2006322528 A JP 2006322528A JP 2005145938 A JP2005145938 A JP 2005145938A JP 2005145938 A JP2005145938 A JP 2005145938A JP 2006322528 A JP2006322528 A JP 2006322528A
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JP
Japan
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lip
protrusion
lip tip
tip
sealing device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005145938A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Rikiya Muya
力也 撫養
Masafumi Masuda
雅史 桝田
Shoji Sadafuji
章司 貞藤
Akinobu Miyashita
彰信 宮下
Makoto Tanaka
田中  良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JTEKT Corp
Koyo Sealing Techno Co Ltd
Original Assignee
JTEKT Corp
Koyo Sealing Techno Co Ltd
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Publication date
Application filed by JTEKT Corp, Koyo Sealing Techno Co Ltd filed Critical JTEKT Corp
Priority to JP2005145938A priority Critical patent/JP2006322528A/en
Publication of JP2006322528A publication Critical patent/JP2006322528A/en
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  • Sealing With Elastic Sealing Lips (AREA)

Abstract

【課題】リップ部における摺動抵抗を小さくできると共に、オイル漏れを防止することができる密封装置を提供する。
【解決手段】往復動するロッド10の外周面10aに接触し断面がほぼV字形のリップ部6を備えている。リップ部6の内周面のうちリップ先端部7よりも外部側Bの面に、3条の環状の突起部11,12,13が形成されている。これら突起部11,12,13の突出高さは、リップ先端部7から外部側Bに向かって順に高くなるよう形成されている。
【選択図】 図1
Provided is a sealing device capable of reducing sliding resistance at a lip portion and preventing oil leakage.
A lip portion having a substantially V-shaped cross section is provided in contact with an outer peripheral surface of a rod that reciprocates. Three annular projections 11, 12, and 13 are formed on the surface of the inner peripheral surface of the lip 6 on the outer side B of the lip tip 7. The protruding heights of the protrusions 11, 12, 13 are formed so as to increase in order from the lip tip 7 toward the outer side B.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、往復動する軸に対して用いられる密封装置に関する。   The present invention relates to a sealing device used for a reciprocating shaft.

ケーシング内周面と、ケーシングの内部で往復動する軸の外周面との間に設けられ、当該軸の外周面に接触するシールリップ部を有し、密封流体を外部側へ漏らさないよう密封する密封装置として、例えば、特許文献1に示すようなものがある。この密封装置は、環状の芯金と、シールリップ部を有するシール部材と、バネリングと、バックアップリングとを備えたオイルシールとされており、自動車におけるパワーステアリング装置のロッド用として用いることができる。
パワーステアリング装置の動作によりロッドが軸方向に往復動すると、密封装置のシールリップ部がロッドの外周面に摺接する。このリップ部には、接触面積を小さくさせたり、ロッドの往復動の際の摩擦抵抗を軽減させて耐久性を高めたり、異音の発生(鳴き)を抑制したりするために、リップ部の内周面のうちリップ先端部(頂部)よりも外部側の面に周方向に連続する突起部が複数形成されている。つまり、突起部の間がオイル溜まりとなり、ロッドが軸方向に往復動することで、リップ部の摺接部分にオイルが供給されて潤滑油膜が形成され、摩擦抵抗を小さくしている。
そして、特許文献1のオイルシールは、各突起部の軸方向幅寸法がリップ先端部から遠いものほど大きく設定されているが、高さ寸法は全て同じに設定されている。
It is provided between the inner peripheral surface of the casing and the outer peripheral surface of the shaft that reciprocates inside the casing, and has a seal lip portion that comes into contact with the outer peripheral surface of the shaft, and seals the sealing fluid so as not to leak to the outside. As a sealing device, for example, there is one as shown in Patent Document 1. This sealing device is an oil seal including an annular cored bar, a seal member having a seal lip portion, a spring ring, and a backup ring, and can be used for a rod of a power steering device in an automobile.
When the rod reciprocates in the axial direction by the operation of the power steering device, the seal lip portion of the sealing device is in sliding contact with the outer peripheral surface of the rod. In order to reduce the contact area, reduce the frictional resistance during the reciprocating movement of the rod, increase the durability, and suppress the occurrence of abnormal noise (squeal), A plurality of protrusions that are continuous in the circumferential direction are formed on the outer peripheral surface of the inner peripheral surface relative to the lip tip (top). That is, an oil pool is formed between the protrusions, and the rod reciprocates in the axial direction, whereby oil is supplied to the sliding contact portion of the lip portion to form a lubricating oil film, and the frictional resistance is reduced.
And as for the oil seal of patent document 1, although the axial direction width dimension of each projection part is set so large that it is far from a lip front-end | tip part, all the height dimensions are set to the same.

また、リップ先端部よりも外部側の面に、油膜を形成させるよう複数の突起部が設けられ、リップ先端部に最も近い突起部の高さ寸法が大きく、これの外部側に隣りの突起部の高さ寸法が小さくされたオイルシールがある(例えば、特許文献2)。   Also, a plurality of protrusions are provided on the outer surface of the lip tip so as to form an oil film, and the height of the protrusion closest to the lip tip is large, and the adjacent protrusion on the outer side of this There is an oil seal whose height dimension is reduced (for example, Patent Document 2).

特開平11−141689号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-141689 実開平4−124373号公報Japanese Utility Model Publication No. 4-124373

特許文献1,2に記載のオイルシールを、パワーステアリング装置のロッド用として用いると、使用環境(劣化したオイル、オイルとの相性など)により経時的にリップ部においてへたり(剛性の低下)が大きくなり、密封流体が漏れるという問題点がある。   When the oil seal described in Patent Documents 1 and 2 is used for a rod of a power steering device, the lip portion may sag over time (decrease in rigidity) depending on the usage environment (degraded oil, compatibility with oil, etc.). There is a problem that the fluid becomes larger and the sealing fluid leaks.

そこで、この発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、リップ部における摺動抵抗を小さくできると共に、密封流体の漏れを長期間にわたって防止することができる密封装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a sealing device that can reduce sliding resistance at the lip portion and can prevent leakage of sealing fluid over a long period of time. To do.

前記目的を達成するためのこの発明の密封装置は、往復動する軸の外周面に接触し断面が径方向内方に向けて細くなるほぼV字形のリップ部を備え、密封流体を外部側に漏らさないよう密封する密封装置において、前記リップ部の内周面のうちリップ先端部よりも前記外部側の面に、当該リップ先端部から前記外部側に向かって順に突出高さが高くなる複数の環状の突起部が形成されていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, a sealing device according to the present invention includes a substantially V-shaped lip portion that comes into contact with the outer peripheral surface of a reciprocating shaft and whose cross section narrows radially inward. In the sealing device for sealing so as not to leak, a plurality of protrusion heights increase in order from the lip tip to the outside on the outer surface of the lip tip than the lip tip. An annular protrusion is formed.

本願発明者は、従来のオイルシールにおいて密封流体が漏れる原因を究明するために、当該オイルシールについてFEM解析を行った。
図7は特許文献1に相当する従来のオイルシールについて(ただし突起部を3条としている)FEM解析を行った結果であり、図7(a)は、リップ部40においてへたりが大きくなる前である使用開始初期のリップ部40による接触面圧を示した図であり、図7(b)は、リップ部40におけるへたりが大きくなった後のリップ部40による接触面圧を示した図である。これは密封流体の圧力を1.2MPaとして解析した結果である。
The present inventor conducted FEM analysis on the oil seal in order to investigate the cause of leakage of the sealing fluid in the conventional oil seal.
FIG. 7 shows the result of FEM analysis of a conventional oil seal corresponding to Patent Document 1 (provided with three protrusions), and FIG. FIG. 7B is a diagram showing the contact surface pressure by the lip portion 40 after the sag in the lip portion 40 is increased. It is. This is a result of analyzing the pressure of the sealing fluid as 1.2 MPa.

この図において、使用開始初期ではリップ部40にへたりが生じていないために、図7(a)に示しているように、リップ先端部41から外部側(左側)に向かって順に突起部42,43,44における面圧が小さくなって、リップ部40はロッド45に接触している。さらに、リップ先端部41がロッド45に接触圧をもって接触することができる。これにより、リップ先端部41においても面圧を確保することができ(矢印46部)、密封流体を密封できる。   In this figure, since the lip portion 40 does not sag at the beginning of use, as shown in FIG. 7A, the protrusion portion 42 sequentially from the lip tip portion 41 toward the outside (left side). , 43, 44 are reduced in surface pressure, and the lip portion 40 is in contact with the rod 45. Furthermore, the lip tip 41 can contact the rod 45 with contact pressure. As a result, the surface pressure can be secured also at the lip tip portion 41 (arrow 46 portion), and the sealing fluid can be sealed.

しかし図7(b)に示すように、リップ部40のへたりが大きくなると、密封流体側からの圧力によりリップ部40の基端部47側が径方向内方へ押し付けられて変形し、基端部47の傾斜面47aがロッド45と接触し、リップ先端部41が径方向外方に押し上げられる方向に作用して接触圧が弱まる傾向となる。
従って特許文献1のように、リップ部の内周面の突起部が全て同じ高さ寸法で大きい場合や、特許文献2のように、リップ先端部に最も近い側の突起部の高さ寸法が大きい場合、図7(b)に示すようにリップ部40のへたりが大きくなると、リップ先端部41に最も近い突起部42が高いためにリップ先端部41側を持ち上げてしまう。これにより、リップ先端部41が浮いてロッド45の外周面から離れてしまい、リップ先端部41において面圧が得られず(矢印48部)、密封流体が外部側へ漏れることが明らかになった。
However, as shown in FIG. 7B, when the lip of the lip portion 40 becomes large, the base end portion 47 side of the lip portion 40 is pressed radially inward by the pressure from the sealing fluid side and deformed, and the base end The inclined surface 47a of the portion 47 comes into contact with the rod 45, and the lip tip portion 41 acts in a direction in which the lip tip portion 41 is pushed outward in the radial direction, so that the contact pressure tends to decrease.
Therefore, as in Patent Document 1, when the protrusions on the inner peripheral surface of the lip part are all large at the same height dimension, or as in Patent Document 2, the height dimension of the protrusion part closest to the lip tip is the same. In the case of being large, as shown in FIG. 7B, when the lip of the lip 40 becomes large, the protrusion 42 closest to the lip tip 41 is high, so that the lip tip 41 side is lifted. As a result, the lip tip 41 floats away from the outer peripheral surface of the rod 45, and no surface pressure is obtained at the lip tip 41 (arrow 48), and the sealing fluid leaks to the outside. .

一方、本発明の前記密封装置によれば、リップ部のへたりが大きくなり、また密封流体側の圧力によってリップ先端部から外部側の面(第1傾斜面)が軸に広い範囲で接触した状態(べた当たり状態)となっても、第1傾斜面に形成されている突起部の高さが、リップ先端部から外部側に向かって順に突出高さが高くなるよう形成されているため、前記第1傾斜面は、リップ先端部の接触圧を確保することができる。このため、リップ先端部が軸の外周面に接触した状態を維持できる。
さらに、リップ先端部に近い側の突起部が高すぎることによってリップ先端部を持ち上げてしまうのを防ぐことができ、リップ先端部が軸の外周面から浮き上がるのを防止できる。これにより密封流体が外部側へ漏れるのを防止できる。
さらに、環状の突起部が軸方向に複数形成されるため、突起部の間がオイル溜まりとなり、軸が往復動することで、リップ部の摺接部分にオイルが供給されて潤滑油膜を形成することができる。これにより、リップ部と軸との間の接触抵抗を小さくでき、耐久性を高めることができ、異音の発生を抑えることができる。
On the other hand, according to the sealing device of the present invention, the lip of the lip portion increases, and the surface on the outer side (first inclined surface) contacts the shaft in a wide range due to the pressure on the sealing fluid side. Even if it is in a state (solid contact state), since the height of the protrusion formed on the first inclined surface is formed so that the protruding height increases in order from the lip tip toward the outside, The first inclined surface can secure the contact pressure of the lip tip. For this reason, the state which the lip front-end | tip part contacted the outer peripheral surface of the axis | shaft can be maintained.
Furthermore, it is possible to prevent the lip tip portion from being lifted due to the projection portion on the side close to the lip tip portion being too high, and to prevent the lip tip portion from being lifted from the outer peripheral surface of the shaft. This can prevent the sealing fluid from leaking to the outside.
Further, since a plurality of annular protrusions are formed in the axial direction, an oil pool is formed between the protrusions, and the shaft reciprocates to supply oil to the sliding contact portion of the lip portion to form a lubricating oil film. be able to. Thereby, the contact resistance between a lip | rip part and a axis | shaft can be made small, durability can be improved, and generation | occurrence | production of abnormal noise can be suppressed.

また、前記突起部は、前記リップ先端部側から順に第1突起部、第2突起部、及び、第3突起部の3条が少なくとも形成されており、前記第1突起部の高さ寸法は20〜35μmとされ、前記第2突起部の高さ寸法は40〜60μmとされ、前記第3突起部の高さ寸法は90〜110μmとされているのが好ましい。
この構成によれば、各突起部の高さ寸法を上記範囲に設定することで、突起部が低くなりすぎず油膜の形成が可能となり、また、突起部が高くなりすぎず突起部がリップ先端部側を持ち上げて、リップ先端部が軸の外周面から浮いてしまうのを防止できる。
Further, the protrusion has at least three stripes of a first protrusion, a second protrusion, and a third protrusion in order from the lip tip side, and the height dimension of the first protrusion is It is preferable that the height is 20 to 35 μm, the height of the second protrusion is 40 to 60 μm, and the height of the third protrusion is 90 to 110 μm.
According to this configuration, by setting the height dimension of each protrusion within the above range, it is possible to form an oil film without the protrusion being too low, and the protrusion is not too high, and the protrusion is the tip of the lip. By lifting the part side, it is possible to prevent the lip tip from floating from the outer peripheral surface of the shaft.

また、前記軸が自動車のパワーステアリングロッドであるのが好ましい。これにより、高温、高圧の環境、さらに、低圧から高圧に頻繁に変化する環境となるパワーステアリング装置において、パワーステアリングロッドが軸方向に往復動した際の密封流体の外部側への漏れを防止できる。従って、パワーステアリング装置に特に適した密封装置となる。   The shaft is preferably a power steering rod of an automobile. As a result, in a power steering device that becomes a high temperature, high pressure environment, and an environment that frequently changes from low pressure to high pressure, leakage of the sealing fluid to the outside when the power steering rod reciprocates in the axial direction can be prevented. . Therefore, the sealing device is particularly suitable for a power steering device.

本発明の密封装置によれば、リップ部にへたりが生じても、リップ先端部の浮き上がりを抑えることができ、密封流体が外部側へ漏れるのを長期間にわたって防止することができる。   According to the sealing device of the present invention, even if the lip portion sags, the lift of the lip tip portion can be suppressed, and the sealing fluid can be prevented from leaking to the outside for a long period of time.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1はこの発明に係る密封装置の実施の一形態の上半分部を示す縦断面図である。この密封装置は、自動車のパワーステアリング装置において使用することができ、装置のケーシング内周面20と、その内部で軸方向に往復動するパワーステアリングロッド10の外周面10aとの間に設けられている。そして、この密封装置は、外部側Bへ密封流体を漏らさないよう、密封流体が収容されている側Aと外部側Bとの間において密封流体を密封する。なお、図1に示している密封装置は、パワーステアリング装置に装着される前である変形前の自由状態を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an upper half portion of an embodiment of a sealing device according to the present invention. This sealing device can be used in a power steering device of an automobile, and is provided between an inner peripheral surface 20 of the casing of the device and an outer peripheral surface 10a of a power steering rod 10 that reciprocates in the axial direction inside the casing. Yes. And this sealing device seals sealing fluid between the side A and the exterior side B in which sealing fluid is accommodated so that sealing fluid may not leak to the exterior side B. The sealing device shown in FIG. 1 shows a free state before deformation, which is before being mounted on the power steering device.

この密封装置は、断面L字形の環状の芯金2と、芯金2に固定されているシール部材1と、環状のバネリング3と、環状のバックアップリング4とを備えている。
芯金2は、円筒部14と、円筒部14の一端部から径方向内方に折り曲げられた環状板部15とからなる。
シール部材1は例えば合成ゴムなどの弾性部材からなり、芯金2に固定されている本体部16と、本体部16からロッド10側でかつ密封流体側Aへ延伸しているリップ部6とを有している。本体部16は、芯金2の円筒部14の外周側にある外周部16aと、内周側にある内周部16bとを有し、さらに、その内周部16bから径方向内方へ延びて芯金2の環状板部15に固定されている主部16cとを有している。
The sealing device includes an annular cored bar 2 having an L-shaped cross section, a seal member 1 fixed to the cored bar 2, an annular spring ring 3, and an annular backup ring 4.
The cored bar 2 includes a cylindrical portion 14 and an annular plate portion 15 that is bent radially inward from one end of the cylindrical portion 14.
The sealing member 1 is made of an elastic member such as synthetic rubber, and includes a main body portion 16 fixed to the core metal 2 and a lip portion 6 extending from the main body portion 16 to the rod 10 side and to the sealing fluid side A. Have. The main body portion 16 has an outer peripheral portion 16a on the outer peripheral side of the cylindrical portion 14 of the core metal 2, and an inner peripheral portion 16b on the inner peripheral side, and further extends radially inward from the inner peripheral portion 16b. And a main portion 16c fixed to the annular plate portion 15 of the cored bar 2.

シール部材1のリップ部6は、本体部16(主部16c)の内周側部から延出するよう形成されている。そして、主部16cと連続しているリップ部6の基端部17から先端側が、ロッド10の外周面10aと摺接することができる。シール部材1は芯金2に加硫接着されている。   The lip portion 6 of the seal member 1 is formed to extend from the inner peripheral side portion of the main body portion 16 (main portion 16c). And the front end side from the base end part 17 of the lip | rip part 6 following the main part 16c can be slidably contacted with the outer peripheral surface 10a of the rod 10. FIG. The seal member 1 is vulcanized and bonded to the core metal 2.

バネリング3はいわゆるガータスプリングと呼ばれるものであり、リップ部6の外周側面にある周溝18に設けられている。バネリング3はリップ部6を径方向内方の向きに締め付けている。
バックアップリング4は樹脂製であり、密封流体が高圧になった際にリップ部6が反転するのを防止している。バックアップリング4は、シール部材1の本体部16の内周面と、リップ6部の基端部17内周面と、芯金2の環状板部15の径方向内部側の側面とにより構成される凹部に装着されている。
The spring ring 3 is a so-called garter spring, and is provided in the circumferential groove 18 on the outer peripheral side surface of the lip portion 6. The spring ring 3 fastens the lip 6 in the radially inward direction.
The backup ring 4 is made of resin and prevents the lip portion 6 from being reversed when the sealing fluid becomes high pressure. The backup ring 4 is configured by an inner peripheral surface of the main body portion 16 of the seal member 1, an inner peripheral surface of the base end portion 17 of the lip 6 portion, and a side surface on the radially inner side of the annular plate portion 15 of the core metal 2. It is mounted in the recess.

シール部材1のリップ部6の内周面6aは、図2に示すように、リップ部6の先端側(右側)に向かって縮径状となる第1傾斜面8と、この第1傾斜面8の最小径部から連続してリップ部6の先端側(右側)に向かって拡径状となる第2傾斜面9とが形成されており、第1傾斜面8と第2傾斜面9との間の前記最小径部(頂部)がリップ先端部7とされている。リップ先端部7よりも外部側Bの面が第1傾斜面8とされ、リップ先端部7よりも密封流体側Aが第2傾斜面9とされている。第1傾斜面8と第2傾斜面9とは図2の断面(中心線を含む切断面)において、ともにリップ先端部7に向かって真っ直ぐである。つまり、リップ部6の断面形状は径方向内方に向けて細くなる(軸方向幅寸法が小さくなる)ほぼV字形とされている。   As shown in FIG. 2, the inner peripheral surface 6 a of the lip portion 6 of the seal member 1 has a first inclined surface 8 that is reduced in diameter toward the distal end side (right side) of the lip portion 6, and the first inclined surface. The second inclined surface 9 having a diameter increasing toward the tip side (right side) of the lip portion 6 is formed continuously from the minimum diameter portion of the lip portion 6, and the first inclined surface 8 and the second inclined surface 9 The minimum diameter portion (top portion) between the two is the lip tip portion 7. The surface on the outer side B from the lip tip 7 is a first inclined surface 8, and the sealing fluid side A is a second inclined surface 9 from the lip tip 7. The first inclined surface 8 and the second inclined surface 9 are both straight toward the lip tip 7 in the cross section (cut surface including the center line) in FIG. That is, the cross-sectional shape of the lip portion 6 is substantially V-shaped, which becomes thinner inward in the radial direction (the axial width dimension becomes smaller).

リップ部6の内周面6aのうち前記第1傾斜面8において、環状の(円周方向に連続している)突起部が複数形成されており、図2では3条の突起部11,12,13が形成されている。つまり、図2及び図3に示すように、リップ先端部7側から順に、第1突起部11、第2突起部12、及び、第3突起部13が形成されている。そして、これら突起部11,12,13は、第1傾斜面8に沿って等間隔で、それぞれが平行となるように配設されている。さらに、これらは、リップ先端部7から外部側Bに向かって順に突出高さが高くなるよう形成されている。   In the first inclined surface 8 of the inner peripheral surface 6a of the lip portion 6, a plurality of annular (continuous in the circumferential direction) protrusions are formed. In FIG. 2, three protrusions 11 and 12 are formed. , 13 are formed. That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the first protrusion 11, the second protrusion 12, and the third protrusion 13 are formed in order from the lip tip 7 side. And these protrusion parts 11, 12, and 13 are arrange | positioned so that each may become parallel along the 1st inclined surface 8 at equal intervals. Furthermore, these are formed so that the protruding height increases in order from the lip tip 7 toward the outer side B.

具体的には、リップ先端部7に最も近い側の第1突起部11の高さ寸法h1が、第2と第3の突起部12,13の高さ寸法h2,h3よりも小さく、中間の第2突起部12の高さ寸法h2が第3突起部13の高さ寸法h3よりも小さくされている(h1<h2<h3)。第1突起部11の高さ寸法h1は20〜35μmとされており、その外部側Bに隣りの第2突起部12の高さ寸法h2は40〜60μmとされており、第2突起部12の外部側Bに隣りの第3突起部13の高さ寸法h3は90〜110μmとされており、高さが3段階に設定されている。高さ寸法は第1傾斜面8から突起部最頂部までの寸法としている。   Specifically, the height dimension h1 of the first protrusion 11 closest to the lip tip 7 is smaller than the height dimensions h2 and h3 of the second and third protrusions 12 and 13, and the intermediate dimension The height dimension h2 of the second protrusion 12 is smaller than the height dimension h3 of the third protrusion 13 (h1 <h2 <h3). The height dimension h1 of the first protrusion 11 is 20 to 35 μm, and the height dimension h2 of the second protrusion 12 adjacent to the outer side B is 40 to 60 μm. The height dimension h3 of the third protrusion 13 adjacent to the outer side B of the lens is 90 to 110 μm, and the height is set in three stages. The height dimension is a dimension from the first inclined surface 8 to the topmost portion of the protrusion.

これら突起部11,12,13の高さ寸法が、それぞれ上記下限値未満であると突起部11,12,13が低すぎて、ロッド10の外周面10aと第1傾斜面8の摺接面部との間において油膜の形成が困難となり、ロッド10が往復動した際に摩擦抵抗が大きくなって異音が発生したり、リップ部6の耐久性を低下させてしまうおそれがある。
また、高さ寸法が上記上限値を超えると突起部11,12,13の高さが高すぎて、特に突起部11がリップ先端部7側を持ち上げて、リップ先端部7がロッド10の外周面10aから浮いてしまうおそれがある。
If the heights of these protrusions 11, 12, 13 are less than the above lower limit values, the protrusions 11, 12, 13 are too low, and the outer peripheral surface 10 a of the rod 10 and the sliding contact surface portion of the first inclined surface 8 In this case, it is difficult to form an oil film between them, and when the rod 10 reciprocates, the frictional resistance becomes large and noise may be generated or the durability of the lip portion 6 may be reduced.
If the height dimension exceeds the upper limit, the heights of the protrusions 11, 12, and 13 are too high. In particular, the protrusion 11 lifts the lip tip 7 side, and the lip tip 7 is the outer periphery of the rod 10. There is a risk of floating from the surface 10a.

突起部11,12,13についてさらに詳しく説明すると、これらは断面円弧形状とされている。その円弧形状は、全ての突起部11,12,13において半径が同一とされた円弧とすることができる。この場合、各突起部の円弧の中心位置は第1傾斜面8に直交する方向に順次ずれており、第1突起部11の中心位置が、第1傾斜面8から最も離れた位置(第1傾斜面8からリップ部6内へ深い位置)となる。つまり、3条の突起部11,12,13において、第1傾斜面8から、円弧形状とされた各突起部の中心位置までの距離は、リップ先端部7から外部側Bに向かって順に小さくなる(e1>e2>e3)。これにより、突起部11,12,13の突出高さを、リップ先端部7から遠ざかるほど高くできる。   The projections 11, 12, and 13 will be described in more detail. The arc shape can be an arc having the same radius in all the protrusions 11, 12, and 13. In this case, the center position of the arc of each protrusion is sequentially shifted in the direction orthogonal to the first inclined surface 8, and the center position of the first protrusion 11 is the most distant position from the first inclined surface 8 (first A deep position from the inclined surface 8 into the lip portion 6). That is, in the three protrusions 11, 12, and 13, the distance from the first inclined surface 8 to the center position of each arc-shaped protrusion is gradually decreased from the lip tip 7 toward the outer side B. (E1> e2> e3). Thereby, the protrusion height of the projections 11, 12 and 13 can be increased as the distance from the lip tip 7 increases.

突起部の変形例としては、図示しないが、断面円弧形状の突起部11,12,13の半径が、リップ先端部7から外部側Bに向かって順に大きくなるようしてもよい。この場合、第1傾斜面8から、円弧形状とされた各突起部の中心位置までの距離を等しくすることができる。
これらの構成により、突起部11,12,13の軸方向幅寸法(第1傾斜面8の傾斜に沿った方向の幅寸法)は、リップ先端部7から外部側Bに向かって順に大きくなる。これによりリップ先端部7側の突起部が小さくなり、リップ部6のへたりが大きくなってリップ部6の基端部17側において大きくなる接触圧はリップ部6のリップ先端部7側に分散される。
As a modification of the protrusion, although not shown, the radii of the protrusions 11, 12, and 13 having an arcuate cross section may increase in order from the lip tip 7 toward the outer side B. In this case, the distance from the 1st inclined surface 8 to the center position of each projection part made into circular arc shape can be made equal.
With these configurations, the axial width dimension of the protrusions 11, 12, 13 (the width dimension in the direction along the inclination of the first inclined surface 8) increases in order from the lip tip 7 toward the outer side B. As a result, the protrusion on the lip tip 7 side is reduced, the sag of the lip 6 is increased, and the contact pressure that increases on the base end 17 side of the lip 6 is dispersed on the lip tip 7 side of the lip 6. Is done.

次に、図4は図1に示している密封装置において、密封流体側Aの圧力を1.2MPaとしてFEM解析を行った結果であり、図4(a)は、リップ部6においてへたりが大きくなる前である使用開始初期のリップ部6のロッド10に対する接触面圧を示した図であり、図4(b)は、リップ部6におけるへたりが大きくなった後のリップ部6による接触面圧を示した図である。
図4(a)に示すように使用開始初期では、リップ先端部7から外部側B(左側)に向かって順に突起部11,12,13における面圧が大きくなって、リップ部6はロッド10に接触しているが、従来のもの(図7(a)参照)と比べると各部における面圧の大きさは均一化されており、面圧を分散させることができる。つまり、局部的に大きな面圧が生じておらず、良好な接触状態が得られる。さらに、リップ先端部7がロッド10に接触圧をもって接触しており、リップ先端部7においても面圧を確保することができ(矢印22部)、密封流体を密封できる。
Next, FIG. 4 shows the result of the FEM analysis in the sealing device shown in FIG. 1 with the pressure on the sealing fluid side A being 1.2 MPa, and FIG. It is the figure which showed the contact surface pressure with respect to the rod 10 of the lip | rip part 6 of the initial stage of use before it becomes large, FIG.4 (b) is the contact by the lip | rip part 6 after the sag in the lip | rip part 6 became large. It is the figure which showed the surface pressure.
As shown in FIG. 4 (a), at the initial stage of use, the surface pressure at the projections 11, 12, and 13 increases in order from the lip tip 7 toward the external side B (left side), and the lip 6 has the rod 10 However, compared with the conventional one (see FIG. 7A), the surface pressure at each part is made uniform, and the surface pressure can be dispersed. That is, a large contact pressure is not generated locally, and a good contact state is obtained. Further, the lip tip 7 is in contact with the rod 10 with contact pressure, and the surface pressure can be secured also at the lip tip 7 (arrow 22), and the sealing fluid can be sealed.

次に、図4(b)に示すように、リップ部6のへたりが大きくなるとリップ部6の基端部17側が径方向内方側に変形した状態となるため、密封流体側Aに圧力が作用することで、リップ部6の基端部17側の傾斜面17aにおいてもロッド10の外周面10aと接触し、面圧が生じている。そして、3条の突起部11,12,13の突出高さがリップ先端部7から外部側Bに向かって順に高くなるようされているため、3条の突起部11,12,13のうち第3突起部13部分において最も大きな面圧が生じ、第1突起部11において最も小さな面圧が生じる。さらに、リップ先端部7においてもロッド10への接触圧を有し、ロッド10との間に面圧が確保されている(矢印21部)。これにより、密封流体側Aと外部側Bとの間の密封性が維持できることが分る。   Next, as shown in FIG. 4B, since the base end 17 side of the lip portion 6 is deformed radially inward when the lip portion 6 becomes large, pressure is applied to the sealed fluid side A. As a result, the inclined surface 17a on the base end portion 17 side of the lip portion 6 is also in contact with the outer peripheral surface 10a of the rod 10 and a surface pressure is generated. And since the protrusion height of the three protrusion parts 11, 12, and 13 is made to become high in order toward the outer side B from the lip front-end | tip part 7, it is the 1st among the three protrusion parts 11, 12, and 13 The largest surface pressure is generated in the three protrusions 13 and the smallest surface pressure is generated in the first protrusion 11. Further, the lip tip 7 also has a contact pressure to the rod 10 and a surface pressure is secured between the lip tip 7 and the rod 10 (arrow 21). Thereby, it turns out that the sealing performance between the sealing fluid side A and the external side B can be maintained.

次に、図1に示している密封装置の漏れ試験を試験機を用いて行った結果を表1に示す。なお、比較として、図5に示しているような3条の突起部42,43,44の突出高さ寸法hがすべて100μmで同じもの(従来例)と、図6に示しているような3条の突起部52,53,54の突出高さがリップ先端部41から外部側に向かって順に低くなるもの(比較例)とについても同様の試験を行った。つまり、図6の比較例は実施例と反対に、突起部の高さ寸法がリップ先端部52側からh4=100μm、h5=50μm、h6=30μmとされている。
試験条件は、各密封装置を10個について試験を行い、ロッド10を軸方向移動させる際に密封流体側Aを0MPaから10.3MPaまで加圧し、ロッド10の往復サイクルを(最大)12万回とした。油温、軸温度を135℃とし、実機(パワーステアリング装置)に沿うようロッド10に軸方向に直交する方向の振動(衝撃)を加えている。すべてにおいて、密封流体として使用済みの劣化したパワーステアリング用の油を用いた。
Next, Table 1 shows the result of the leakage test of the sealing device shown in FIG. For comparison, the protrusion heights h of the three protrusions 42, 43, 44 as shown in FIG. 5 are all 100 μm and the same (conventional example), and 3 as shown in FIG. A similar test was also performed on the one in which the protrusion heights of the protrusions 52, 53, and 54 of the strip gradually decreased from the lip tip 41 toward the outside (comparative example). That is, in the comparative example of FIG. 6, the height of the protrusion is h4 = 100 μm, h5 = 50 μm, and h6 = 30 μm from the lip tip 52 side, contrary to the embodiment.
The test condition is that 10 sealing devices are tested, and when the rod 10 is moved in the axial direction, the sealing fluid side A is pressurized from 0 MPa to 10.3 MPa, and the reciprocating cycle of the rod 10 is (maximum) 120,000 times. It was. The oil temperature and the shaft temperature are set to 135 ° C., and vibration (impact) in a direction orthogonal to the axial direction is applied to the rod 10 along the actual machine (power steering device). In all cases, used power steering oil was used as a sealing fluid.

Figure 2006322528
Figure 2006322528

表1に示すように、従来例では10個のうち3個について漏れが生じ、往復動が6.9万回〜10.5万回でその漏れが発生している。また、比較例では6個について漏れが生じ、5.5万回〜10.1万回でその漏れが発生している。つまり、従来例、特に比較例のものは、リップ部40のへたりが大きくなるにつれ、リップ先端部41に近い突起部42,52がリップ先端部41側を持ち上げてリップ先端部41が浮き上がり、漏れが発生しやすくなる。一方、実施例については、12万回に達しても10個のすべてについて漏れが無く、リップ先端部7はロッド10に対する接触圧が維持されていたことがわかる。   As shown in Table 1, in the conventional example, three of the ten leaks occurred, and the leak occurred when the reciprocating motion was between 69,000 times and 105,000 times. Further, in the comparative example, leakage occurred in 6 pieces, and the leakage occurred in 550,000 times to 101,000 times. That is, in the conventional example, particularly the comparative example, as the lip portion 40 becomes larger, the protrusions 42 and 52 close to the lip tip portion 41 lift the lip tip portion 41 side, and the lip tip portion 41 rises. Leakage is likely to occur. On the other hand, in the example, even if 120,000 times were reached, it was found that there was no leakage in all 10 pieces, and the lip tip 7 maintained the contact pressure against the rod 10.

以上のように、パワーステアリング装置のケーシング内周面20と、その内側で軸方向往復動するパワーステアリングロッド10の外周面10aとの間に設けられた上記実施形態による密封装置によれば、以下のような作用効果を奏する。
突起部11,12,13を十分な前記高さ寸法h1,h2,h3とし、かつ適切な寸法関係(h1<h2<h3)としてリップ先端部7側の第1突起部11の突出高さを最も低くすることで、使用開始の初期においてはもちろん、長期間使用してリップ部6のへたりが大きくなっても、リップ先端部7がロッド10の外周面10aから浮き上がるのを防止して、リップ先端部7において密封流体を密封できるだけの適切な接触面圧を確保させることができる。そして、密封流体が外部側Bへ漏れるのを防止できる。
As described above, according to the sealing device according to the above embodiment provided between the inner peripheral surface 20 of the casing of the power steering device and the outer peripheral surface 10a of the power steering rod 10 that reciprocally moves in the axial direction, There are the following effects.
The protrusions 11, 12, and 13 have sufficient height dimensions h1, h2, and h3, and an appropriate dimensional relationship (h1 <h2 <h3) is set so that the protrusion height of the first protrusion 11 on the lip tip 7 side is set. By making it the lowest, it is possible to prevent the lip tip portion 7 from floating from the outer peripheral surface 10a of the rod 10 even if the lip portion 6 becomes large after a long period of use at the beginning of use, An appropriate contact surface pressure sufficient to seal the sealing fluid at the lip tip 7 can be ensured. And it can prevent that the sealing fluid leaks to the external side B.

さらに、リップ部6の第1傾斜面8の摺接部分に、3条の突起部11,12,13が軸方向に形成されるため、これら突起部11,12,13の間がオイル溜まりとなり、ロッド10が往復動することで、リップ部6の摺接部分にオイルが供給されて潤滑油膜を形成することができる。これにより、接触抵抗を小さくすることができ、密封装置の耐久性を高めることができ、異音の発生も抑えることができる。   Furthermore, since the three protrusions 11, 12, and 13 are formed in the axial direction at the sliding contact portion of the first inclined surface 8 of the lip portion 6, an oil pool is formed between these protrusions 11, 12, and 13. As the rod 10 reciprocates, oil can be supplied to the sliding contact portion of the lip portion 6 to form a lubricating oil film. Thereby, contact resistance can be made small, durability of a sealing device can be improved, and generation | occurrence | production of abnormal noise can also be suppressed.

また、本発明の密封装置は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであっても良く、例えば、突起部は、リップ先端部7側から順に第1突起部11、第2突起部12、及び、第3突起部13の3条が少なくとも形成されていればよく、突起部を4条以上とし、これら突起部が、リップ先端部7から外部側Bに向かって順に突出高さが高くなるようしてもよい。
また、突起部11,12,13の断面形状は円弧形状以外であってもよく、三角形、台形などとすることもできる。
さらに、突起部の間隔についても等間隔でなくてもよく、間隔が順次広く、あるいは順次狭く、などとすることもできる。
In addition, the sealing device of the present invention is not limited to the illustrated form, and may be of other forms within the scope of the present invention. For example, the projecting portion is the first projecting portion 11 in order from the lip tip 7 side. It is sufficient that at least three strips of the second projection portion 12 and the third projection portion 13 are formed. The projection portions are four or more, and these projection portions are directed from the lip tip portion 7 toward the outer side B. The protruding height may be increased in order.
Further, the cross-sectional shape of the protrusions 11, 12, and 13 may be other than an arc shape, and may be a triangle, a trapezoid, or the like.
Furthermore, the intervals between the protrusions may not be equal, and the intervals may be gradually widened or sequentially narrowed.

本発明に係る密封装置の実施の一形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing one embodiment of a sealing device concerning the present invention. リップ部の断面図である。It is sectional drawing of a lip | rip part. リップ部に形成された突起部を説明する拡大断面図である。It is an expanded sectional view explaining the projection part formed in the lip | rip part. 本発明の密封装置のリップ部における接触面圧を説明する図であり、(a)はリップ部のへたりが大きくなる前である使用開始初期のもの、(b)はリップ部のへたりが大きくなった後のものである。It is a figure explaining the contact surface pressure in the lip | rip part of the sealing device of this invention, (a) is an initial stage of use before the lip part sag becomes large, (b) is a lip part sag. It is after it grows up. 従来例となる密封装置のリップ部の断面図である。It is sectional drawing of the lip | rip part of the sealing device used as a prior art example. 比較例となる密封装置のリップ部の断面図である。It is sectional drawing of the lip | rip part of the sealing device used as a comparative example. 従来例の密封装置のリップ部における接触面圧を説明する図であり、(a)はリップ部のへたりが大きくなる前である使用開始初期のもの、(b)はリップ部のへたりが大きくなった後のものである。It is a figure explaining the contact surface pressure in the lip | rip part of the sealing device of a prior art example, (a) is an initial stage of use before the lip part sag becomes large, (b) is a lip part sag. It is after it grows up.

符号の説明Explanation of symbols

6 リップ部
6a 内周面
7 リップ先端部
8 第1傾斜面
9 第2傾斜面
10 ロッド
10a 外周面
11 第1突起部
12 第2突起部
13 第3突起部
A 密封流体側
B 外部側
h1 第1突起部の高さ寸法
h2 第2突起部の高さ寸法
h3 第3突起部の高さ寸法
6 Lip part 6a Inner peripheral surface 7 Lip tip part 8 First inclined surface 9 Second inclined surface 10 Rod 10a Outer peripheral surface 11 First protrusion 12 Second protrusion 13 Third protrusion A Sealing fluid side B External side h1 First Height dimension of 1 projection part h2 Height dimension of 2nd projection part h3 Height dimension of 3rd projection part

Claims (3)

往復動する軸の外周面に接触し断面が径方向内方に向けて細くなるほぼV字形のリップ部を備え、密封流体を外部側に漏らさないよう密封する密封装置において、前記リップ部の内周面のうちリップ先端部よりも前記外部側の面に、当該リップ先端部から前記外部側に向かって順に突出高さが高くなる複数の環状の突起部が形成されていることを特徴とする密封装置。   A sealing device comprising a substantially V-shaped lip portion that comes into contact with an outer peripheral surface of a reciprocating shaft and whose cross section narrows radially inward, and seals sealing fluid so as not to leak to the outside. A plurality of annular protrusions whose protrusion heights increase in order from the lip tip to the outside are formed on the outer surface of the lip tip than the lip tip. Sealing device. 前記突起部は、前記リップ先端部側から順に第1突起部、第2突起部、及び、第3突起部の3条が少なくとも形成されており、前記第1突起部の高さ寸法は20〜35μmとされ、前記第2突起部の高さ寸法は40〜60μmとされ、前記第3突起部の高さ寸法は90〜110μmとされている請求項1に記載の密封装置。   The protrusion has at least three stripes of a first protrusion, a second protrusion, and a third protrusion in order from the lip tip side, and the height of the first protrusion is 20 to 20 mm. 2. The sealing device according to claim 1, wherein the second protrusion has a height of 40 to 60 μm, and the third protrusion has a height of 90 to 110 μm. 前記軸が自動車のパワーステアリングロッドである請求項1又は2に記載の密封装置。   The sealing device according to claim 1, wherein the shaft is a power steering rod of an automobile.
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