CN107532721A - 密封装置 - Google Patents

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CN107532721A CN201680026154.5A CN201680026154A CN107532721A CN 107532721 A CN107532721 A CN 107532721A CN 201680026154 A CN201680026154 A CN 201680026154A CN 107532721 A CN107532721 A CN 107532721A
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吉村健一
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Abstract

本发明提供一种密封装置，其能够在低温环境下抑制密封唇部的磨损。密封装置(1)包括由弹性体构成的环状弹性体部(2)和由金属构成的环状加强环(3)。弹性体部(2)包括内嵌于被安装部的安装部(4)和以轴可滑动的方式与该轴紧密接触的密封部(5)。在密封部(5)的密封唇部(51)涂布有润滑脂。润滑脂包含合成烃油以及矿物油中的至少一者作为基油，且润滑脂在‑30℃的低温起动转矩为25N·cm以下。

Description

密封装置
技术领域
本发明涉及密封装置，特别涉及在车辆或通用机械的内燃机中能适于在低温环境下使用的密封装置。
背景技术
一直以来，在汽车等车辆的发动机中，为了将彼此相对转动的2个构件间的间隙进行密封而使用密封装置。例如，为了将曲轴等旋转轴与供该轴插通的壳体之间的间隙密封而使用密封装置。
在发动机中，若在轴与壳体之间的间隙设置密封装置，则密封装置的密封唇部与轴抵接而在壳体内形成密封空间。在密封装置的密封唇部与轴的抵接部，密封对象液即发动机油作为润滑剂发挥作用。通过使密封对象液作为润滑剂发挥作用，抑制了密封装置的密封唇部的磨损。
图3是用于表示现有的密封装置的示意性结构的图。如图3所示，现有的密封装置100在密封唇部101的与密封对象液侧相反一侧的大气侧倾斜面102等间隔地设有相对于轴线倾斜延伸的多个凸起(螺纹凸起103)。该螺纹凸起103在轴旋转时作为螺杆泵发挥作用，防止密封对象液泄漏到大气侧(例如参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2005-172061号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在密封对象液成为流点以下的低温环境下，由于在发动机起动时密封对象液不流动，所以，密封对象液在发动机内不循环，也就不会供给到密封唇部101。因此，密封对象液不会作为密封唇部101的润滑剂发挥作用，导致密封唇部101润滑不良，密封唇部101的磨损加剧。随着密封唇部101的磨损加剧而引起螺纹凸起103的磨损和唇过盈的下降，由此密封装置100中的抽吸性能下降，有时出现密封对象液的泄漏。
为了解决相关问题，在低温环境下，考虑将使用的密封对象液变更为流点更低的密封对象液的方法。然而，在变更密封对象液的情况下，有可能给发动机其他机构带来不良影响，密封对象液的变更并不容易。另外，考虑变更密封装置的材质的方法，但由于材质的变更会给密封装置的耐热性和抽吸性能等种种特性带来影响，因此难以在维持密封装置的必要特性的同时谋求材质的变更。如此，谋求如下的密封装置：不给发动机的各机构带来不良影响，能在维持密封装置的必要特性的同时使低温环境下的耐磨损性得以提高。
为了解决上述课题，本发明的目的在于，提供能在低温环境下抑制密封唇部的磨损的密封装置。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明所涉及的密封装置是在内燃机中密封可绕轴线彼此相对转动的两个构件之间的间隙的密封装置，包括弹性体部，所述弹性体部是弹性体，包括安装部和密封部，所述安装部安装于所述两个构件中的一个构件，且以所述轴线为中心而呈环状，所述密封部以使所述两个构件中的另一个构件可滑动的方式与该另一个构件紧密接触，所述密封部包括：以所述轴线为中心的环状的密封唇部；以及相对于该密封唇部位于密封对象液侧的相反侧即大气侧的、以所述轴线为中心呈环状的防尘唇，该密封唇部包括唇前端部，所述唇前端部是朝向所述轴线凸出的环状的突条体，在所述密封唇部涂布有润滑脂，该润滑脂包含合成烃油以及矿物油中的至少一者作为基油，且该润滑脂在-30℃的低温起动转矩为25N·cm以下。
在本发明的一实施方式所涉及的密封装置中，所述润滑脂涂布于所述唇前端部与所述防尘唇之间。
在本发明的一实施方式所涉及的密封装置中，所述唇前端部包括：所述密封对象液侧的倾斜面即密封对象液侧倾斜面；所述大气侧的倾斜面即大气侧倾斜面；以及所述密封对象液侧倾斜面与所述大气侧倾斜面之间的滑动面，其以使所述两个构件中的另一个构件可滑动的方式与该另一个构件抵接，所述润滑脂至少涂布于所述滑动面。
在本发明的一实施方式所涉及的密封装置中，所述润滑脂至少涂布于所述唇前端部的所述滑动面和所述大气侧倾斜面。
发明效果
根据本发明所涉及的密封装置，由于在密封唇部涂布有润滑脂，因此能抑制滑动所带来的密封唇部的磨损。特别是由于润滑脂包含合成烃油以及矿物油中的至少一者作为基油，且润滑脂在-30℃的低温起动转矩为25N·cm以下，所以，即使在低温环境下，润滑脂的流动性也高。因此，在低温环境下，润滑脂被供给到密封唇部的滑动面，从而能够在低温环境下抑制密封唇部的磨损。另外，通过抑制密封唇部的磨损，能够防止密封对象液的泄漏。
根据本发明所涉及的密封装置，由于在唇前端部与防尘唇之间涂布有润滑脂，因此，容易将润滑脂供给到密封唇部的滑动面，从而能够在低温环境下抑制密封唇部的磨损。
根据本发明所涉及的密封装置，由于在唇前端部至少在滑动面涂布有润滑脂，因此能够在低温环境下高效地抑制密封唇部的磨损。
根据本发明所涉及的密封装置，至少在滑动面和大气侧倾斜面涂布有润滑脂。由于在滑动面涂布有润滑脂，且涂布于大气侧倾斜面的润滑脂被供给到密封唇部的滑动面，因此能够在低温环境下进一步持续地抑制滑动面的磨损。
附图说明
图1是沿密封装置的轴线的截面的剖视图，用于表示本发明的实施方式所涉及的密封装置的示意性结构。
图2是用于表示上述本发明的实施方式所涉及的密封装置的使用状态的局部剖视图。
图3是用于表示现有的密封装置的构造的剖视图。
具体实施方式
以下，参考附图来说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的密封装置的示意性结构的沿着密封装置的轴线的截面的剖视图。
如图1所示，本发明的实施方式所涉及的密封装置1包括：以轴线x为中心呈环状且由弹性体构成的弹性体部2；和以轴线x为中心呈环状、且由金属构成的加强环3。作为弹性体部2的弹性体，例如有各种橡胶材。另外，各种橡胶材例如是丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、丙烯酸酯橡胶(ACM)、氟橡胶(FKM)等合成橡胶。作为加强环3的金属，例如有不锈钢或SPCC(冷轧钢)。密封装置1对可绕轴线x彼此相对转动的两个构件间的间隙进行密封。
弹性体部2包括：安装部4，其内嵌在作为上述能彼此相对转动的两个构件中的一个构件的壳体或外壳等被安装部的开口；以及密封部5，其以被弹性体部2插通的上述两个构件中的另一个构件(例如轴)的外周面能滑动的方式与该外周面紧密接触。
安装部4在弹性体部2中位于外周侧，是以轴线x为中心呈圆筒状的环状部分。安装部4的外周侧的周面即外周面41基于具有与未图示的被安装部的开口的尺寸相应的厚度(径向尺寸)的过盈部42来划定。在此，为了便于说明，所谓外侧，在轴线x方向上设为箭头a(参见图1)方向，所谓内侧，在轴线x方向上设为箭头b(参见图1)方向。也就是说，在使用状态下，内侧是面向润滑油等密封对象液所在区域的方向(密封对象液侧)，外侧是面向不存在密封对象液或者不允许密封对象液存在的区域的方向(大气侧)。另外，在与轴线x垂直的方向上，将远离轴线x的方向(图1的箭头c方向)设为外周侧，将靠近轴线x的方向(图1的箭头d方向)设为内周侧。
密封部5在弹性体部2中位于内周侧，是以轴线x为中心呈圆筒状的环状部分，如图1所示，包括密封唇部51。另外，密封部5在相对于密封唇部51靠近外侧(大气侧)的位置具有防尘唇部52，其用于防止尘埃等异物进入密封唇部51与轴(未图示)的抵接部。防尘唇部52如图1所示是以轴线x为中心呈环状的构件，从密封部5的内周侧端部朝内周方向且向外侧倾斜延伸。
密封唇部51如图1所示，在其内周侧，在内侧的部分具有唇前端部53。唇前端部53如图1所示是以轴线x为中心呈环状的突条体，其包含轴线x的截面(以下也简称作截面)中的形状是向内周方向凸出的楔形状。更具体而言，唇前端部53从内侧(密封对象液侧)起依次具有密封对象液侧倾斜面54、滑动面55和大气侧倾斜面56，上述突条体通过这些面54～56划定。
密封对象液侧倾斜面54是密封对象液侧的倾斜面。具体而言，密封对象液侧倾斜面54如图1所示是以轴线x为中心呈环状的面，是在轴线x方向上逐渐变细而延伸的圆锥状的面(锥形面)。密封对象液侧倾斜面54的锥形面在轴线x方向上随着从内侧向外侧而缩径。
大气侧倾斜面56是大气侧的倾斜面。具体而言，大气侧倾斜面56如图1所示是以轴线x为中心呈环状的面，是在轴线x方向上逐渐变细而延伸的圆锥状的面(锥形面)。大气侧倾斜面56的锥形面在轴线x方向上随着从内侧向外侧而扩径。
滑动面55在密封对象液侧倾斜面54与大气侧倾斜面56之间延伸，是以未图示的轴能滑动的方式与该轴抵接的圆筒状的面。
另外，在唇前端部53的大气侧倾斜面56设有由多个凸起58构成的螺纹凸起57，所述凸起58的前端到达滑动面55的附近。在螺纹凸起57中，上述多个凸起58在圆周方向上以规定的间隔相互平行地排列设置。凸起58是向内周方向凸出的相对于轴线x倾斜延伸的凸起。凸起58的形状和尺寸为现有公知，并不限定于上述的形状和尺寸。
另外，唇部51在与唇前端部53对置的外周侧的面具有环状的凹部59，在该凹部59收纳密封装置1所具有的环状弹簧6，对唇前端部53向内周方向施加作用力。
另外，如图1所示，弹性体部2包括以轴线x为中心呈中空圆板状的圆板部21，该圆板部21分别在安装部4和密封部5的外侧与其端部进行连接。
加强环3是截面大致为L字状的、以轴线x为中心呈环状的构件。加强环3如图1所示局部被弹性体部2覆盖，与弹性体部2成为一体。在本实施方式中，加强环3的内侧面的一部分未被弹性体部2覆盖而露出，但加强环3只要是能加强弹性体部2的结构即可，可以一部分被弹性体部2覆盖，也可以整体被弹性体部2覆盖。
加强环3例如通过冲压加工或锻造而制造，如后述那样，弹性体部2的大部分使用成型模通过交联(硫化)成型而成型。在该交联成型时，将加强环3配置于成型模中，弹性体部2通过交联粘接与加强环3粘接，加强环3与弹性体部2一体成型。
在本实施方式所涉及的密封装置1中，在密封唇部51涂布有润滑脂G。具体而言，润滑脂G被涂布在唇前端部53与防尘唇部52之间。润滑脂G既可以在唇前端部53与防尘唇部52之间遍布整体涂布，也可以在唇前端部53与防尘唇部52之间局部涂布。例如，润滑脂G既可以仅涂布于滑动面55，也可以仅涂布于滑动面55和大气侧倾斜面56。
本实施方式中所用的润滑脂包含合成烃油以及矿物油中的至少一者作为基油。另外，润滑脂优选包含合成烃油作为基油。作为合成烃油，例如能举出聚-α-烯烃、乙烯-α-烯烃共聚物、聚丁烯、烷基苯、烷基萘。作为矿物油，例如能举出石蜡系矿物油、烯烃系矿物油、环烷系矿物油。这些合成烃油以及矿物油既可以单独使用，也可以混合使用。润滑脂中的基油的含有量优选为60～90重量％。
另外，也可以在润滑脂中包含增稠剂。作为增稠剂，例如能举出金属皂、金属复合皂。作为金属皂，例如能举出锂皂、钠皂、钾皂、钙皂、钡皂、铝皂，作为金属复合皂，例如能举出锂复合皂、钙复合皂、钡复合皂。这些增稠剂既可以单独使用，也可以混合使用。润滑脂中的增稠剂的含有量优选为5～50重量％，更优选为10～40重量％。
另外，在润滑脂中也可以根据需要而进一步包含其他增稠剂、防氧化剂、防锈剂、防腐剂、极压剂、油性剂、固体润滑剂、导电性提高剂等添加剂。
作为防氧化剂，例如能举出2，6-二叔丁基对甲酚、4，4′-亚甲基双(2，6-二叔丁基苯酚)等酚系防氧化剂，烷基二苯胺、三苯胺、苯基-α-萘胺、烷基化苯基-α-萘胺、吩噻嗪、烷基化吩噻嗪等胺系防氧化剂，进而能举出磷酸系防氧化剂，硫系防氧化剂等。
作为防锈剂，例如能举出脂肪酸、脂肪酸金属盐、脂肪酸胺、烷基磺酸金属盐、烷基磺酸胺盐、氧化石蜡、聚氧乙烯烷基醚等。
作为防腐剂，例如能举出苯并三唑、苯并咪唑、噻二唑等。
作为极压剂，例如能举出磷酸酯、亚磷酸酯、磷酸酯胺盐等磷系化合物、硫化物类、二硫化物类等含硫化合物、二烷基二硫代磷酸金属盐、二烷基二硫代氨基甲酸金属盐等硫系金属盐、氯化石蜡、氯化联苯等氯化合物等。
作为油性剂，例如能举出脂肪酸或者其酯、高级醇、多元醇或者其酯、脂肪族酯、脂肪族胺、脂肪酸单甘油酯、蒙旦蜡、酰胺系蜡等。
作为固体润滑剂，例如能举出二硫化钼、炭黑、石墨、氮化硼、氮化硅烷、三聚氰胺氰尿酸盐等。
另外，润滑脂的混和稠度优选为265～295。需要说明的是，混和稠度基于JISK2220在25℃进行测量。
进而，润滑脂的低温起动转矩为25N·cm以下。另外，润滑脂的低温起动转矩优选为12N·cm以下。若低温起动转矩超过25N·cm，则低温环境下的流动性会下降。因此在低温环境下，作为组装状态下的密封装置1的润滑剂的作用变得不充分，会加剧密封装置1的密封唇部51的磨损，因而不优选。需要说明的是，低温起动转矩基于JIS K2220在-30℃进行测量。
以下说明具有上述构成的密封装置1的使用状态。本实施方式所涉及的密封装置1在汽车的发动机中配设于彼此相对转动的2个构件即曲轴箱与曲轴之间。具体而言，密封装置1为了将曲轴箱的轴孔与在该轴孔中插通的曲轴之间的间隙进行密封而配设于该间隙。此外，本发明所涉及的密封装置1并不限定于设置在汽车的发动机的曲轴与曲轴箱之间的构成。本发明所涉及的密封装置1能适用于车辆或通用机械中将彼此相对转动的2个构件间的间隙进行密封。
图2是用于表示上述本发明实施方式所涉及的密封装置1的使用状态的局部剖视图。
如图2所示，曲轴箱71包括作为圆筒状开口的轴孔72，另外，在该轴孔72插通曲轴73。在轴孔72的内周的面即内周面74与曲轴73的表面即外周面75之间的间隙76，为了将该间隙76密封而安装有密封装置1。需要说明的是，润滑脂G被预先涂布于密封唇部51。
具体而言，密封装置1通过将安装部4内嵌于曲轴箱71的轴孔72而安装于曲轴箱71。更具体而言，在加强环3与轴孔72的内周面74之间，安装部4的过盈部42被压缩，从而密封装置1嵌合于曲轴箱71而被牢固固定。弹性体部2的外周面41以不泄漏液体的方式与轴孔72的内周面74紧贴。另外，曲轴73插通密封部5，密封唇部51的唇前端部53(滑动面55)与轴73的外周面75抵接。通过该安装部4的嵌合和唇前端部53的抵接，间隙76被密封。
如上所述，根据本发明的实施方式所涉及的密封装置1，由于在密封唇部51涂布有润滑脂，因此能抑制滑动所带来的密封唇部51的磨损。特别是，由于润滑脂包含合成烃油以及矿物油中的至少一者作为基油，且润滑脂的低温起动转矩为25N·cm以下，因此，即使在低温环境下，润滑脂的流动性也高，并且抑制密封唇部51的磨损的效果也高。另外，通过抑制密封唇部51的磨损，能防止密封对象液的泄漏。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于上述本发明的实施方式，还包含本发明的构思以及权利要求书所涵盖的所有实施方式。另外，也可以适当选择并组合各构成，以实现上述课题以及效果的至少一部分。例如，上述实施方式中的各构成要素的形状、材料、配置、尺寸等能根据本发明的具体使用形态适当变更。具体而言，安装部4、密封部5、加强环3的形状并不限于上述的形状。
(实施例)
以下示出本发明的实施例。
作为本实施例以及比较例所涉及的密封装置，使用内径37mm的丙烯酸酯橡胶制油封即后半轴用油封。另外，在实施例1～3、比较例1～3所涉及的密封装置中，润滑脂如后述那样示于表1。
对基油以及增稠剂进行混合以成为表1的配合比率，使用三辊研磨机进行混匀，由此得到均匀的润滑脂(实施例1～3、比较例1～3)。表1示出润滑脂的评价结果。此外，表1中的各成分的含量以“重量％”表示。
[润滑脂的制备]
·基油
合成烃油A：聚-α-烯烃(40℃运动粘度18mm2/s)
合成烃油B：聚-α-烯烃(40℃运动粘度30mm2/s)
矿物油A：石蜡系矿物油(40℃运动粘度140mm2/s)
矿物油B：石蜡系矿物油(40℃运动粘度84mm2/s)
氟油：全氟聚醚(40℃运动粘度160mm2/s)
·增稠剂
锂皂：碳数12～24的脂肪酸单羧酸的Li盐(需要说明的是，含有至少1个氢基或者不含有氢基)
钡复合皂：脂肪酸二羧酸与单氨基羧酸的复合皂
PTFE
[润滑脂的评价]
·低温起动转矩
根据JIS K2220来测量-30℃的低温起动转矩。
·磨损宽度
在内径37mm的丙烯酸酯橡胶制油封的滑动面涂布润滑脂，在-30℃下进行旋转试验。在将润滑油(矿物油齿轮油，粘度等级75W-90，流点-23℃)充满到旋转轴的中心的状态下实施旋转试验。在-30℃的低温下向正转方向旋转10分钟后，停止并进行冷却，将这样的模式作为1次循环，并重复100次循环。其后用显微镜观察滑动面的磨损宽度。将磨损宽度为0.5mm以下视为合格，超过0.5mm视为不合格。
(表1)
根据表1可知，在涂布了包含合成烃油以及矿物油中的至少一者作为基油且低温起动转矩为25N·cm以下的润滑脂的实施例1～3中，在-30℃的条件下抑制了磨损。另一方面，在低温起动转矩超过25N·cm的比较例1，2中，滑动面的磨损宽度较大。另外，在比较例3中，虽然低温起动转矩为25N·cm以下，但由于使用了含氟油(不含有合成烃油以及矿物油中的任一者)的润滑脂作为基油，因此滑动面的磨损宽度较大。
如上所述，在本发明所涉及的实施例1～3中，由于涂布于密封唇部的润滑脂包含合成烃油作为基油且低温起动转矩为25N·cm以下，因此即便在-30℃的低温环境下，抑制密封唇部的磨损的效果也高。
符号说明
1、100 密封装置
2 弹性体部
3 加强环
4 安装部
5 密封部
6 弹簧
21 圆板部
41 外周面
42 过盈部
51、101 密封唇部
52 防尘唇部
53 唇前端部
54 密封对象液侧倾斜面
55 滑动面
56、102 大气侧倾斜面
57、103 螺纹凸起
58 凸起
59 凹部
71 曲轴箱
72 轴孔
73 曲轴
74 内周面
75 外周面
76 间隙
x 轴线
G 润滑脂

Claims (4)

1.一种密封装置，其在内燃机中针对可绕轴线彼此相对转动的两个构件之间的间隙进行密封，所述密封装置的特征在于，
包括弹性体部，所述弹性体部是弹性体，包括安装部和密封部，所述安装部安装于所述两个构件中的一个构件，且以所述轴线为中心而呈环状，所述密封部以使所述两个构件中的另一个构件能滑动的方式而与该另一个构件紧密接触，
所述密封部包括：以所述轴线为中心呈环状的密封唇部；和相对于该密封唇部位于密封对象液侧的相反侧即大气侧且以所述轴线为中心呈环状的防尘唇，
该密封唇部包括唇前端部，所述唇前端部是向所述轴线凸出的环状突条体，
在所述密封唇部涂布有润滑脂，该润滑脂包含合成烃油以及矿物油中的至少一者作为基油，且该润滑脂在-30℃的低温起动转矩为25N·cm以下。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，
所述润滑脂涂布在所述唇前端部与所述防尘唇之间。
3.根据权利要求2所述的密封装置，其特征在于，
所述唇前端部包括：所述密封对象液侧的倾斜面即密封对象液侧倾斜面；所述大气侧的倾斜面即大气侧倾斜面；和所述密封对象液侧倾斜面与所述大气侧倾斜面之间的滑动面，所述滑动面以使所述两个构件中的另一个构件能滑动的方式而与该另一个构件抵接，所述润滑脂至少涂布于所述滑动面。
4.根据权利要求3所述的密封装置，其特征在于，
所述润滑脂至少涂布于所述唇前端部的所述滑动面和所述大气侧倾斜面。
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