CN107208802A - 密封装置 - Google Patents

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Abstract

在具有可以相互滑动接触的密封唇与密封凸缘的组合且在密封凸缘的轴向端面设置有螺纹槽的密封装置中，抑制静止泄露发生。为了达到该目的，密封装置具有安装在非旋转的壳体侧的密封唇与旋转轴侧的密封凸缘的轴向端面可滑动接触的结构，在密封凸缘的轴向端面设置有旋绕时发挥流体抽吸作用的螺纹槽，螺纹槽具有作为其内面一部分的内周侧斜面。而且，在密封唇的前端部挤入螺纹槽的状态下，将密封唇的前端部内周面与内周侧斜面所形成的角度设定在0°±3°的范围内。

Description

密封装置
技术领域
本发明涉及一种密封技术相关的密封装置。本发明的密封装置在诸如汽车相关领域或者通用机械领域等中用作旋转用油封件。
背景技术
以往，如图8(A)所示，已知有密封装置101，其具有安装在非旋转的壳体51侧的密封唇102与旋转轴61侧的密封凸缘103的轴向端面103a可滑动接触的结构。如图8(B)所示，在密封凸缘103的轴向端面103a设置有在旋转轴61旋转时通过离心力发挥流体抽吸作用的螺纹槽104，密封唇103可滑动接触设置有该螺纹槽104的轴向端面103a。
上述密封装置101中，当旋转轴61旋转时，与旋转轴61一起旋转的密封凸缘103通过离心力发挥流体甩离作用的同时，螺纹槽104通过离心力发挥流体抽吸作用，因此能够抑制机内侧A的密封流体通过密封唇102与密封凸缘103的接触部而向机外侧B泄露。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-137129号公报
然而，对于上述现有的密封装置101，在以下方面还进一步需要机能提高。
即，如上述一样，在上述密封装置101中，当旋转轴61旋转时，与旋转轴61一起旋转的密封凸缘103通过离心力发挥流体甩离作用的同时，螺纹槽104通过离心力发挥流体抽吸作用，因此能够抑制机内侧A的密封流体向机外侧B泄露，但是当旋转轴61的旋转停止时，离心力消失，上述的两个作用消失，因而密封流体有可能沿着螺纹槽104通过接触部，向机外侧B泄露(发生所谓静止泄露的可能性)。
如图9(A)放大所示，在上述密封装置101中，螺纹槽104的截面形状为以槽开口部为底边的等腰三角形，螺纹槽104具有作为其内面的内周侧斜面104a和外周侧斜面104b。进而如图9(B)所示，当将密封唇102与该螺纹槽104组合并且密封唇102的前端部102a挤入螺纹槽104中时，在该挤入状态下，密封唇102的前端部102a的内周面与内周侧斜面104a之间形成较大的角度θ2，随之在密封唇102的前端部102a的内周面与螺纹槽104的内面之间形成截面积较大的缝隙c。因此以这一较大的缝隙c作为泄露流动路径发生静止泄漏。截面为等腰三角形的螺纹槽104的开槽角度θ1大多为113°左右，密封唇102的前端部102a的内周面与内周侧斜面104a之间的角度θ2大多为10°以上。
发明内容
本发明鉴于上述问题，目的在于提供一种具有可以相互滑动接触的密封唇与密封凸缘的组合并在密封凸缘的轴向端面设置有螺纹槽的密封装置，能够抑制静止泄露发生。
为了达到上述目的，采用了以下手段。
即，第一发明(以下也称为本申请第一发明)的密封装置中，具有安装在非旋转的壳体侧的密封唇与旋转轴侧的密封凸缘的轴向端面可滑动接触的结构，在所述密封凸缘的轴向端面设置有旋绕时发挥流体抽吸作用的螺纹槽，其特征在于，所述螺纹槽具有作为其内面一部分的内周侧斜面，在所述密封唇的前端部挤入所述螺纹槽的状态下，将所述密封唇的前端部内周面与所述内周侧斜面所形成的角度设定在0°±3°的范围内。
在上述结构的密封装置中，在密封唇的前端部挤入发挥流体抽吸作用的螺纹槽的状态下，将密封唇的前端部内周面与螺纹槽的内周侧斜面所形成角度设定为0°±3°的范围，因此密封唇的前端部内周面与螺纹槽的内面之间不会形成缝隙，或者即使形成缝隙，随着上述角度缩小，与上述图8～图9的现有技术相比缩小了缝隙的大小(开口横截面积)。因此，消除了泄露流动路径，或者缩小了泄露流动路径的大小，因而密封流体变得不易流动，抑制了静止泄漏。
如果螺纹槽作为其内面的一部分具有内周侧斜面，其截面形状不特别限定，例如可以为以槽开口部为底边的不等边三角形或等腰三角形等。
第二发明(以下也称为本申请第二发明)的密封装置中，具有安装在非旋转的壳体侧的密封唇与旋转轴侧的密封凸缘的轴向端面可滑动接触的结构，在所述密封凸缘的轴向端面设置有旋绕时发挥流体抽吸作用的螺纹槽，其特征在于，所述螺纹槽设置有多个，或者设置有多个形成为加工纹级别大小的螺纹槽。
在上述结构的密封装置中，设置有多个所述螺纹槽，或者设置有多个形成为加工纹级别大小的螺纹槽，因此与上述图8～图9的现有技术相比，将每个螺纹槽的横截面积设定得较小。由此，即使在密封唇的前端部内周面与螺纹槽的内面之间形成缝隙，由于缩小了缝隙的大小(开口的横截面积)，缩小了泄露流动路径的大小，因此密封流体不易流动，抑制了静止泄漏。
第三发明(以下也称为本申请第三发明)的密封装置中，具有安装在非旋转的壳体侧的密封唇与旋转轴侧的密封凸缘的轴向端面可滑动接触的结构，在所述密封凸缘的轴向端面设置有旋绕时发挥流体抽吸作用的螺纹槽，其特征在于，将所述密封唇的前端位于所述螺纹槽的槽底部时的所述密封唇的内周侧接触角设为外周侧接触角设为并且将所述螺纹槽的内周侧角度设为θin，外周侧角度设为θout，则满足并且的关系式。
在上述结构的密封装置中，因为上述(Ⅰ)式的关系成立，所以在密封唇的前端部内周面与螺纹槽的内周侧斜面之间不会形成缝隙。因此消除了泄露流动路径，所以密封流体不易流动，抑制了静止泄漏。
在本发明中，在具有相互可滑动接触的密封唇与密封凸缘的组合并且在密封凸缘的轴向端面上设置有螺纹槽的密封装置中，能够抑制静止泄漏的发生，不仅在旋转轴旋转时，静止时也能够抑制密封流体泄露。
附图说明
图1是本申请第一发明的第一实施例的密封装置的主要部分剖视图；
图2是该密封装置所具有的螺纹槽的说明图；
图3(A)是同一螺纹槽的放大剖视图，(B)是同一螺纹槽与密封唇组合状态时的放大剖视图；
图4是本申请第一发明的第二实施例的密封装置所具有的螺纹槽的说明图，(A)是同一螺纹槽的剖视图，(B)是同一螺纹槽与密封唇组合状态时的剖视图；
图5(A)是本申请第二发明的第三实施例的密封装置所具有的螺纹槽与密封唇组合状态时的剖面图，(B)是本申请第二发明的第四实施例的密封装置所具有的螺纹槽与密封唇组合状态时的剖视图；
图6是本申请第三发明的第五实施例的密封装置所具有的螺纹槽与密封唇组合状态时的剖面图；
图7是表示对比例的密封装置的图，(A)是第一对比例的密封装置所具有的螺纹槽与密封唇组合状态时的剖面图，(B)是第二对比例的密封装置所具有的螺纹槽与密封唇组合状态时的剖面图，(C)是第三对比例的密封装置所具有的螺纹槽与密封唇组合状态时的剖面图；
图8是表示现有例的密封装置的图，(A)是现有例的密封装置的主要部分剖视图，(B)是同一密封装置所具有的螺纹槽的说明图；
图9(A)是同一螺纹槽的放大剖视图，(B)是同一螺纹槽与密封唇组合状态时的剖面图。
符号说明
1…密封装置
11…甩油环
12…套筒部
13…凸缘部(密封凸缘)
13a…机外侧端面(轴向端面)
15…螺纹槽
15a…内周侧斜面
15b…外周侧斜面
15c…槽底部
21…唇状密封部件
22…安装环
23…橡胶状弹性体
24…密封唇
24a…基端部
24b…前端部
24c…内周面
24d…前端面
24e…内周侧角部
25…油回收唇
26…防尘唇
51…壳体
52…轴孔
61…旋转轴
c…缝隙
A…机内侧
B…机外侧
具体实施方式
下面按照附图对发明的实施例进行说明。
第一实施例
第一实施例是与本申请第一发明相关的实施例。
图1示出了本发明实施例的密封装置1的主要部分剖视图。
该实施例的密封装置1具有安装在非旋转的壳体51侧的密封唇24与旋转轴61侧的密封凸缘13的轴向端面13a可滑动接触的结构，在壳体(密封壳体)51与插通在该壳体51设置的轴孔52的旋转轴61之间，以机内侧(油侧)A的密封流体(油)不向机外侧(大气侧)B泄露的方式进行密封的密封装置(用于发动机的油封件)流体。另外，该密封装置1由安装在壳体51的轴孔52内周的唇状密封部件21与安装在旋转轴61的外周的甩油环11组合而成，唇状密封部件21包括权利要求1所述的密封唇24，并且甩油环11包括作为凸缘部13的权利要求1所述的密封凸缘。
甩油环11为金属等刚性材料，一体具有固定(嵌合)在旋转轴61的外周面的套筒部12以及设置在该套筒部12的轴向一个端部(机内侧端部)的朝外的凸缘部13，在凸缘部13的轴向另一端面的机外侧端面13a上设置有如图2所示的旋转轴61旋转时通过离心力发挥流体抽吸作用而发挥将密封流体向外周侧(机内侧A)推回作用的螺纹槽15。箭头e表示旋转轴61的旋转方向。
另一方面，唇状密封部件21具有固定(嵌合)在壳体51的轴孔52内周面的由金属等刚性材料形成的安装环22以及覆盖(硫化接合)在该安装环22上的橡胶状弹性体23，通过该橡胶状弹性体23一体设置与甩油环11上的凸缘部13的机外侧端面13a可滑动接触的密封唇(端面唇)24以及不与甩油环11相接触的油回收唇25，另外在该橡胶弹性体23上组装有与甩油环11上的套筒部12的外周面可滑动接触的防尘唇26。油回收唇25设置在密封唇24的机外侧B上，防尘唇26设置在比油回收唇25更靠近机外侧B上。
密封唇24设置为从其基端部24a到前端部24b逐渐扩大直径，并向机内侧A和径向外侧倾斜，其前端部24b的内周面与凸缘部13的机外侧端面13a相接触。另外，对该接触设定有规定的过盈量(接触面压力)，由此，密封唇24在其前端部24b的内周面与凸缘部13的机外侧端面13a以规定过盈量弹性接触。
发挥上述流体抽吸作用的螺纹槽15的细节如图3(A)所示，螺纹槽15的纵向直角方向上的截面形状为以槽开口部为底边的不等边三角形，即螺纹槽15包括构成不等边三角形的长边的截面直线形状的内周侧斜面15a以及构成不等边三角形的短边的截面同样为直线形状的外周侧斜面15b，其中，设定使内周侧斜面15a相对于机外侧端面13a的倾斜角度θ3比外周侧斜面15b相对于机外侧端面13a的倾斜角度θ4小，如图3(B)所示，由此，在密封唇24的前端部24b挤入螺纹槽15的状态下，密封唇24的前端部24b内周面与螺纹槽15的内周侧斜面15a形成的角度θ5被设定在0°±3°的范围内。因此，与如上述图9所示的截面为等腰三角形的螺纹槽104相比，在槽宽度w一定(或槽深度d一定)以及开槽角度θ1一定(例如113°)的条件下，与图9中的螺纹槽104相比，图3的螺纹槽15在密封唇24的前端部24b内周面与螺纹槽15的内面之间形成的缝隙c的大小(开口横截面积)设定得更小。
在上述结构的密封装置1中，密封唇24以其前端部24b与凸缘部13的机外侧端面13a相接触，在该状态下旋转轴61旋转，并且凸缘部13从动地旋转时，与旋转轴61共同旋转的凸缘部13通过离心力发挥流体甩离作用，并且螺纹槽15通过离心力发挥流体抽吸作用，因此能够抑制机内侧A的密封流体通过密封唇24和凸缘部13之间的接触部向机外侧B泄露。
另外，在旋转轴61静止时，虽然密封流体试图沿着螺纹槽15泄露，但如上所述，在密封唇24的前端部24b挤入螺纹槽15的状态时，由于将密封唇24的前端部24b内周面与螺纹槽15的内周侧斜面15a形成的角度θ5设置在0°±3°的范围内，使得密封唇24的前端部24b内周面与螺纹槽15的内面之间所形成的缝隙c的大小被设定得较小，因此泄露流动路径的横截面积被设定得较小，由此密封流体不易泄露。另外，该实施例中，由于在螺纹槽15的内面与密封唇24之间形成细小的缝隙c(图3(B))，虽然密封流体也有可能通过这里而泄露，但在细微的缝隙c中，因为表面张力密封流体(油)附着在缝隙c的周围，因此密封流体几乎不会流过螺纹槽15。因此可以几乎完全防止静止泄漏。
因此，综上所述，旋转时能够维持密封性的同时，抑制静止泄漏发生。
第二实施例
第二实施例是与本申请第一发明相关的实施例。
在上述第一实施例中，以将螺纹槽15的开槽角度θ1维持在与现有技术相同的113°左右并且密封唇24的前端部24b内周面与螺纹槽15的内周侧斜面15a形成的角度θ5被设定在0°±3°的范围的方式，将螺纹槽15的截面形状设为不等边三角形，但是如果将螺纹槽15的开槽角度θ1扩大得比与现有技术同样的113°更大时，也能够在螺纹槽15的截面形状为等腰三角形的基础上，将密封唇24的前端部24b内周面与螺纹槽15的内周侧斜面15a形成的角度θ5设定在0°±3°的范围内。
作为这种例子，在作为第二实施例所示的图4中，螺纹槽15的截面形状为等腰三角形，并将螺纹槽15的开槽角度θ6设定为例如130°，比现有技术更大，由此，密封唇24的前端部24b内周面与螺纹槽15的内周侧斜面15a形成的角度θ5被设定在0°±3°的范围内。
因此，在该图4的例子中，由于将密封唇24的前端部24b内周面与螺纹槽15的内面之间形成的缝隙c的大小设定得较小，泄露流动路径的横截面积变小，因此密封流体不易泄露。
另外，在本实施例中，由于在螺纹槽15的内面与密封唇24之间形成有细微的缝隙c(图4(B))，虽然密封流体也有可能通过这里泄露，但在细微的缝隙c中，因为表面张力密封流体(油)附着在缝隙c的周围，因此密封流体几乎不会流过螺纹槽15。因此可以几乎完全防止静止泄漏。
因此，综上所述，旋转时能够维持密封性的同时，抑制静止泄漏发生。
为了提高密封流体(油)因其表面张力附着在缝隙c的周围的作用，也可以通过在构成该缝隙c周围的螺纹槽15的内面和密封唇24的表面设置基于喷砂法的亚光加工部来增大表面积。
第三实施例
第三实施例是与本申请第二发明相关的实施例。
为了将密封唇24的前端部24b内周面与螺纹槽15的内面之间形成的缝隙c的大小设定得较小，除了上述第一以及第二实施例以外，也可以增加螺纹槽15的数量，并减小每个螺纹槽15的横截面积，如此，当增加螺纹槽15的数量，减小每个螺纹槽15的横截面积时，也易于产生密封流体的表面张力，因为密封流体不易流过螺纹槽15，所以能够抑制静止泄漏发生。
在第三实施例所示的图5(A)的例子中，将螺纹槽15的数量从上述实施例第一以及第二实施例中的1个增加到3个，另一方面，每个螺纹槽15的槽深度d、槽宽度w以及横截面积被设定得较小。密封唇24的前端部24b挤入三个中的任意一个螺纹槽15中形成缝隙c，因此缝隙c的横截面积变小。
第四实施例
第四实施例是与本申请第二发明相关的实施例。
在第四实施例所示的图5(B)的例子中，通过将螺纹槽15形成为加工纹级别，将其个数从上述实施例中的1个增加到多个，另一方面，每个螺纹槽15的槽深度d、槽宽度w以及横截面积被设定得较小。密封唇24的前端部24b挤入多个中的任意一个螺纹槽15中形成缝隙c，所以缝隙c的横截面积变小。
因此在这些例子中，密封流体也不易流过螺纹槽15，所以能够抑制静止泄漏发生。
另外，也可以在增加螺纹槽15的个数并减小每个螺纹槽15的横截面积的基础上，将密封唇24的前端部24b内周面与螺纹槽15的内周侧斜面15a形成的角度设定在0°±3°的范围内。
第五实施例
第五实施例是与本申请第三发明相关的实施例。
为了抑制静止泄漏，如下设定螺纹槽15的角度也是有效的。
即，将密封唇的前端位于螺纹槽的槽底部时的密封唇的内周侧接触角(与甩油环端面形成的角度)设为外周侧接触角设为并将螺纹槽的内周侧角度(与甩油环端面形成的角度)设为θin，外周侧角度设为θout，设定为满足并且(Ⅰ)式的关系。
于是由此，在甩油环的螺纹槽部维持与现有技术同样的泵量的同时，可以防止静止泄漏，从而可以确保长期稳定的密封性。
在此例作为第五实施例所示的图6的例子中，在将密封唇24的前端部24b的内周侧角部24e(密封唇24的内周面24c与前端面(厚面)24d交叉的部位)位于截面三角形状的螺纹槽15的槽底部15c(螺纹槽15的内周侧斜面15a与外周侧斜面15b交叉的部位)处时的密封唇24的内周侧接触角(与甩油环端面13a形成的角度)为外周侧接触角为并且设螺纹槽15的内周侧角度(与甩油环端面13a形成的角度)为θin，外周侧角度为θout，设定为使并且(Ⅰ)式的关系成立。
与上述(Ⅰ)式关系不成立的对比例进行比较，结果如下。
对于上述图6所示第五实施例以及图7(A)所示的第一对比例、图7(B)所示的第二对比例和图7(C)所示的第三对比例中任意一个，约为20°，约为70°。θin以及θout如以下表1所示。
表1
在图6所示的第五实施例中，由于密封唇24的前端部24b从内周侧向外周侧如所示一样在圆周上不间断地连续接触螺纹槽15的内周侧斜面15a和外周侧斜面15b，因此密封流体(油)不可能迂回进入密封唇24的内周侧。
对此，图7(A)所示的第一对比例为不成立的情况。在该槽形状中，密封唇24的前端部24b没有与螺纹槽15的外周侧斜面15b相接触，因此产生缝隙。
图7(B)所示的第二对比例为不成立的情况。在该槽形状中，密封唇24的前端部24b没有与螺纹槽15的内周侧斜面15a相接触，因此产生缝隙。
图7(C)所示的第三对比例为不成立且也不成立的情况。在该槽形状中，密封唇24的前端部24b没有与螺纹槽15的内周侧斜面15a以及外周侧斜面15b二者相接触，因此产生缝隙。
因此，仅在上述(Ⅰ)式成立时，能够充分抑制静止泄漏。
另外，在该第五实施例中，在使上述(Ⅰ)式成立的基础上，也可将密封唇24的前端部24b的内周面24c与螺纹槽15的内周侧斜面15a形成的角度设定在0°±3°的范围内。

Claims (2)

1.一种密封装置，所述密封装置具有安装在非旋转的壳体侧的密封唇与旋转轴侧的密封凸缘的轴向端面可滑动接触的结构，在密封凸缘的轴向端面设置有旋绕时发挥流体抽吸作用的螺纹槽，其特征在于，
所述螺纹槽具有作为其内面一部分的内周侧斜面，
在所述密封唇的前端部挤入所述螺纹槽的状态下，将所述密封唇的前端部内周面与所述内周侧斜面所形成的角度设定在0°±3°的范围内。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，
所述螺纹槽的截面形状为不等边三角形或者等腰三角形。
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