JP2009250370A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リップ摺動部における流体膜を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現する。
【解決手段】シールリップを有し、シールリップは、密封流体側斜面および反密封流体側斜面ならびに両斜面に間に設けられた中間面を有する。回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏するネジ部が反密封流体側斜面に設けられ、相手部材の摺動方向へ向けて徐々に深さが浅くなる形状の凹部が中間面に設けられる。凹部は、密封流体側斜面に開口し、反密封流体側斜面には開口せず、中間面の反密封流体側部位には円周上連続した接触部が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、密封装置に係り、更に詳しくは、シールリップを有する密封装置に関するものである。本発明の密封装置は例えば、自動車関連の分野において用いられ、あるいは汎用機械等の分野において用いられる。

シールリップを有する密封装置においては一般に、シールリップの摺動摩耗を抑制すべく低トルク化が求められている。低トルク化の手法としては、シールリップの小断面化などによる緊迫力の低減、材料の変更や表面の改質（例えばフッ素樹脂コーティング）などの低摩擦係数化が検討されているが、更なる低トルク化を実現するため、摺動部における流体膜（油膜）を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することが考えられる。

従来技術としては、図５に示すように、シールリップ５１の密封流体側斜面５２および反密封流体側斜面５３にそれぞれネジ部５４，５５を設け、このネジ部５４，５５の奏するポンピング作用によって、リップ摺動部へ浸入してきた密封流体（油）を密封流体側へ押し戻す技術が開発されている（特許文献１参照）。
実開平３−２９７６８号公報

しかしながら、この従来技術によると、ネジ部５４，５５の奏するポンピング作用によって密封流体を密封流体側へ押し戻すことから、密封性能は高められるものの、リップ摺動部における流体膜について云えばその厚さは薄くならざるを得ず、よって流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することができない。

また、密封流体側斜面と反密封流体側斜面との間に中間面を設ける技術が下記特許文献２ないし４に記載されているが、これらの先行技術は何れも中間面に徐々に深さが浅くなる形状の凹部を設けるものではない。
特開２００２−２２０２７号公報 特開２００３−２５４４３９号公報 特開平１１−３１１３３８号公報

本発明は以上の点に鑑みて、上記したようにリップ摺動部における流体膜を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による密封装置は、回転軸等の相手部材の周面に摺動自在に密接するシールリップを有し、前記シールリップは、密封流体側斜面および反密封流体側斜面ならびに前記両斜面の間に設けられた中間面を有し、回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏するネジ部が前記反密封流体側斜面に設けられ、前記相手部材の摺動方向へ向けて徐々に深さが浅くなる形状の凹部が前記中間面に設けられ、前記凹部は、前記密封流体側斜面に開口し、前記反密封流体側斜面には開口せず、前記中間面の反密封流体側部位には円周上連続した接触部が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２による密封装置は、上記した請求項１記載の密封装置において、徐々に深さが浅くなる形状の凹部の底面と中間面とが交わる辺は、その反密封流体側端部より密封流体側端部のほうが相手部材の摺動方向へ変位した位置に配置されることにより、斜めに傾いた向きに設定されていることを特徴とするものである。

上記構成を有する本発明の密封装置においては、一部の密封流体が凹部に取り込まれ、取り込まれた密封流体は相手部材の回転に引き摺られてゆき、引き摺られる向きは凹部の深さが徐々に浅くなる向きであるため、中間面を浮かす圧力が発生し、中間面の流体膜厚さを増大させる。また、中間面の反密封流体側部位に設けられた円周上連続した接触部も流体膜により持ち上げられるため、密封流体は中間面反密封流体側まで移動するが、反密封流体側斜面まで到達した密封流体は、反密封流体側斜面に設けられたネジ部によって密封流体側に戻される。

また、中間面の反密封流体側部位に設けられた円周上連続した接触部には、いわゆる静止漏れを抑制する作用もある。

尚、徐々に深さが浅くなる形状の凹部の構造において、凹部の底面と中間面とが交わる辺は相手部材の摺動方向に対して直交する向きが望ましいが、傾きを有するものとしても良い。傾きの向きは当該辺の反密封流体側端部よりも密封流体側端部のほうが相手部材の摺動方向へ変位した位置に配置される向きとする。この構成によれば、凹部に取り込まれた密封流体が圧力を発生させつつ密封流体側へ戻るように流れるため、反密封流体側のほうへ漏れるのを抑制することが可能となる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明の密封装置においては上記したように、中間面に設けられた徐々に深さが浅くなる形状の凹部によって回転時、中間面を浮かす圧力が発生するため、中間面の流体膜厚さを増大させることが可能とされている。したがって本発明所期の目的どおり、リップ摺動部における流体膜を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することができる。また、反密封流体側斜面にポンピング作用を奏するネジ部が設けられているために、密封流体は反密封流体側に漏れにくく（シール性の維持向上）、中間面において膜厚さの厚い状態が維持される（更なる低トルク化）。また、中間面の反密封流体側部位に円周上連続した接触部が設けられているために、いわゆる静止漏れを抑制することができる。したがってこれらのことから、リップ摺動部の潤滑性に優れ、なおかつシール性に優れた密封装置を提供することができる。

更にまた、徐々に深さが浅くなる形状の凹部の底面と中間面とが交わる辺を斜めに傾いた向きに設定する場合には、凹部に取り込まれた密封流体が圧力を発生させつつ密封流体側へ戻るように流れるため、反密封流体側のほうへ漏れるのが抑制される。したがってこの点からもシール性を維持向上させることができる。

本発明には、以下の実施形態が含まれる。

請求項１関連・・・
（１）シールリップの中間面（フラット部）に軸の摺動方向（軸の回転方向）に沿って徐々に深さが浅くなるような凹部を設ける。
（２）この凹部はリップ油槽側斜面まで通じているが、大気側斜面とは通じていない。中間面の大気側には連続した接触部が確保される。
（３）この構成により、凹部に取り込まれた潤滑油は軸の摺動によりテーパー部に引き摺られていき、中間面を浮かす圧力が発生し、中間面の油膜厚さを増加させる。
（４）中間面大気側の連続した接触部も油膜により持ち上げられるため、潤滑油は中間面大気側まで移動するが、大気側斜面にまで到達した潤滑油は大気側斜面に設けられたネジによって油槽側に戻される。
（５）中間面大気側の連続した接触部には、静止漏れ防止の作用効果もある。

請求項２関連・・・
（６）テーパー部と中間面の交わる辺は軸摺動方向に対して直交する形が望ましいが、少しだけ傾けても良い。傾きの向きは前記辺の大気側端部より油槽側端部のほうが軸摺動方向へ変位した位置に配置される向きとし、逆方向に傾けてはいけない。
（７）上記（６）の構成にすれば、テーパー部はその軸摺動方向の後流部の油膜厚さを増加させるように作用するだけで、積極的に潤滑油を大気側に送り込む作用は生じないので、万が一、大気側のネジのポンピング力が低下することがあっても、著しい潤滑油の漏れは生じない。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る密封装置（オイルシール）１の要部断面を示している。図２（Ａ）は図１の要部を拡大して示している。図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＤ方向矢視図であってかつ環状の中間面９を平面状に展開して示している。図２（Ｃ）は中間面９の一部斜視図である。当該実施例に係る密封装置１は以下のように構成されている。

すなわち先ず図１に示すように、金属環２に被着（加硫接着）されたゴム状弾性体３によって外周シール部４およびダストリップ５とともに、軸（相手部材、図示せず）の周面に摺動自在に密接するシールリップ６が設けられており、このシールリップ６の先端部に密封流体側斜面７および反密封流体側斜面８が設けられ、両斜面７，８の間に中間面（フラット面）９が設けられている。中間面９は円筒面状に形成され、軸挿入時、軸の周面と全面に亙って接触するが、図２に示すようにその初期状態において密封流体側Ｅに傾斜角度θをもつ傾斜面状（円錐面状）のものであっても良い。傾斜角度θの大きさとしては、０〜２０度が好適であり、０．１〜１０度が一層好適である。

反密封流体側斜面８に、軸回転時のポンピング作用によって密封流体を密封流体側（油槽側）Ｅへ押し戻す作用を奏するネジ部１０が設けられ、中間面９に凹部１１が設けられている。

ネジ部１０は、円周上多数設けられた螺旋状の突起群よりなり、図では舟底状のものが描かれているが、その形状は特に限定されるものではない。螺旋の向きは、その反密封流体側端部１０ａから密封流体側端部１０ｂへかけて軸の摺動方向（軸の回転方向、矢印Ｆ、以下「軸回転方向」と称する）の前方へ向けて傾斜する向きに設定されている。

図２に示すように、凹部１１は軸回転方向Ｆへ向けて深さが徐々に浅くなる形状とされ、密封流体側斜面７に開口し、反密封流体側斜面８には開口せず、中間面９の反密封流体側部位には円周上連続した所定の軸方向幅ｇを有する接触部１２が設けられている。またこの凹部１１はネジ部１０と同様、同じ形状のものが多数、円周方向に一定の間隔をあけて並べられている。

上記構成の密封装置１は、ハウジングの軸孔内周に装着され、前記軸孔に挿通した回転軸の周面に摺動自在に密接することにより機内の密封流体（油）が機外へ漏洩しないようこれをシールするものであって、上記構成により以下の作用効果を発揮する点に特徴を有している。

すなわち上記密封装置１が装着されると、一部の密封流体が凹部１１に流入して凹部１１によって取り込まれ、軸が回転すると、取り込まれた密封流体はその粘性によって軸の回転に引き摺られ、引き摺られる向きは凹部１１の深さが徐々に浅くなる向きであって容積が徐々に狭められることから、中間面９を浮かす圧力（動圧）が発生し、中間面９および軸の周面の間に介在する流体膜の厚さが増大する。したがってこの介在する流体膜が潤滑作用を発揮することから、流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することができる。また、反密封流体側斜面８にポンピング作用を奏するネジ部１０が設けられているために、密封流体は反密封流体側（大気側）Ｈに漏れにくく（シール性の維持向上）、中間面９においては膜厚さの厚い状態が維持される（更なる低トルク化）。また、中間面９の反密封流体側部位に円周上連続した接触部１２が設けられているために、軸静止時にいわゆる静止漏れが発生するのを抑制することができる。したがってこれら相俟って、リップ摺動部の潤滑性に優れ、なおかつシール性に優れた密封装置１を提供することができる。

尚、中間面９および軸の周面間に介在する流体膜の厚さを増大するには、当該実施例における凹部１１に代えて、逆ネジ部を中間面９に設けることが考えられる。ここに逆ネジ部とは、螺旋の向きがネジ部１０と反対向きであって、回転時のポンピング作用によって密封流体を吸い込み反密封流体側Ｈへ送り出す作用を奏するものを云い、このように逆ネジ部を中間面９に設ける場合には、密封流体の漏れを抑制するため、逆ネジ部のポンピング力はネジ部１０のポンピング力よりも少々小さく設定されることになる。しかしながら、このように逆ネジ部を中間面９に設ける場合には、以下の不都合が予測される。

すなわち、外部のダスト（異物）や著しい軸偏心、密封装置１内外の圧力変動などによってネジ部１０のポンピング力が低下する可能性があり、この場合、ネジ部１０のポンピング力と逆ネジ部のポンピング力との大小関係が逆転することがある。したがってこのようなことがあると、密封流体の漏れが発生することになる。これに対して当該実施例における凹部１１は、逆ネジ部とは異なり密封流体を反密封流体Ｈへ積極的に送り出すものではないため、著しい密封流体の漏れを抑制することができる。

また、凹部１１の形状については、その機能を果たすかぎり、様々なものが考えられる。

すなわち、当該実施例では、凹部１１の底面は、図３（Ａ）に示すように２つのテーパー面（中間面９とのなす角度が鈍角の面）１１ａ，１１ｂの組み合わせとされているが、これに代えて、図３（Ｂ）に示すように直角面（中間面９と直交する面）１１ｃとテーパー面１１ｂとの組み合わせとしても良い。また図３（Ｃ）に示すように直角面１１ｃと平行面（中間面９と平行な面）１１ｄとテーパー面１１ｂとの組み合わせとしても良い。

また、当該実施例では、図４（Ａ）に示すように、凹部１１の底面と中間面９とが交わる辺１３は軸回転方向Ｆに対して直交する向きとされているが、これに代えて、図４（Ｂ）に示すように、当該辺１３の反密封流体側端部１３ａよりも密封流体側端部１３ｂのほうが軸回転方向Ｆへ変位した位置に配置されることにより、斜めに傾いた向きに設定しても良い。この場合、当該辺１３の傾きはネジ部１０の螺旋の向きと同じ（向きの正逆が同じと云うこと、角度数値ではない）となり、よって当該辺１３は密封流体を押し戻すように作用する。したがって凹部１１に取り込まれた密封流体が圧力を発生させつつ密封流体側へ戻るように流れることから、反密封流体側のほうへ漏れるのを一層抑制することができる。

本発明の実施例に係る密封装置の要部断面図 （Ａ）は図１の要部拡大図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＤ方向矢視図であって中間面を平面状に展開して示す図、（Ｃ）は中間面の一部斜視図 （Ａ）は凹部を軸方向一方から見た図、（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ凹部の他の形状例を示す図 （Ａ）は凹部を径方向内方から見た図、（Ｂ）は凹部の他の形状例を示す図 従来例に係る密封装置の要部断面図

符号の説明

１ 密封装置
２ 金属環
３ ゴム状弾性体
４ 外周シール部
５ ダストリップ
６ シールリップ
７ 密封流体側斜面
８ 反密封流体側斜面
９ 中間面
１０ ネジ部
１０ａ，１３ａ 反密封流体側端部
１０ｂ，１３ｂ 密封流体側端部
１１ 凹部
１１ａ，１１ｂ テーパー面
１１ｃ 直角面
１１ｄ 平行面
１２ 接触部
１３ 辺

Claims (2)

1. 回転軸等の相手部材の周面に摺動自在に密接するシールリップを有し、
   前記シールリップは、密封流体側斜面および反密封流体側斜面ならびに前記両斜面の間に設けられた中間面を有し、
   回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏するネジ部が前記反密封流体側斜面に設けられ、
   前記相手部材の摺動方向へ向けて徐々に深さが浅くなる形状の凹部が前記中間面に設けられ、
   前記凹部は、前記密封流体側斜面に開口し、前記反密封流体側斜面には開口せず、前記中間面の反密封流体側部位には円周上連続した接触部が設けられていることを特徴とする密封装置。
2. 請求項１記載の密封装置において、
   徐々に深さが浅くなる形状の凹部の底面と中間面とが交わる辺は、その反密封流体側端部より密封流体側端部のほうが相手部材の摺動方向へ変位した位置に配置されることにより、斜めに傾いた向きに設定されていることを特徴とする密封装置。

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