CN1890495A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

从密封唇7的大气侧倾斜面11到滑动面10内设有第1螺纹突起12，在滑动面10上设置有第2螺纹突起13。第1螺纹突起12的滑动面10侧的端部，呈现沿着滑动面10而被切缺的形状(切缺部12a)；第1螺纹突起12的大气侧倾斜面11侧的部分，具有保持大致相等的宽度、随着朝向大气侧A而高度逐渐增大的形状等宽部12c。因此，加工变得容易，同时初始也好长期也好，可以长期发挥由螺杆泵效果产生的良好的密封性。

Description

密封装置

技术领域

本发明，涉及例如在各种装置的轴封部中所使用的转动用的密封装置，特别涉及在密封唇上具有螺纹突起的构造。

背景技术

在转动用的密封装置中，有时在密封唇上设有螺纹突起。这是由于，通过螺纹突起的螺杆泵效果，可以提高密封性。

图8，表示专利文献1所公开的以往的密封装置的结构。该密封装置具有截面楔形的密封唇101。在密封唇101的大气侧倾斜面102上，形成有螺纹突起103。螺纹突起103，呈现将船底形的船底螺纹部103a、与高度和宽度为大致一定的平行螺纹部103b组合起来的形状。平行螺纹部103b起到确保初始的密封性的作用，船底螺纹部103a起到防止密封唇101的磨损进行中的密封性的低下的作用。

图9，表示专利文献2所公开的以往的密封装置的结构。该密封装置的密封唇201，在密封对象侧的倾斜面202和大气侧的倾斜面203之间，具有沿着轴205的圆周面的滑动面204。而且，从大气侧的倾斜面203到滑动面204设有螺纹突起206。螺纹突起206，呈现以船底形为基本形状、滑动面204侧的端部被沿着滑动面204切缺的形状。另外，在滑动面204上，设有平行螺纹207。

一般，由橡胶状弹性体构成的密封装置，是使橡胶坯料流入成形模并硫化成形而制造的。当在密封唇上设置突起时，通过将刀具等工具挤压在成形模上，预先在成形模上形成与螺纹形状相吻合的凹坑。例如，在图8的密封装置的螺纹突起103的情况下，如图10所示，用直线刀刃的刀具300形成与平行螺纹部103b相对应的凹坑301，然后用弧状刀刃的刀具302形成与船底螺纹部103a相对应的凹坑303。

专利文献1：特开平9-42463号公报

专利文献2：特开2003-254439号公报

在上述结构的密封装置中，通常，螺纹突起的数量越多，另外螺纹突起的高度越高，则螺杆泵效果越高。

但是，在螺纹突起的数量和高度之间具有下述那样的协调关系。

即，为了增加螺纹突起的高度，必须在成形模的加工中增加刀具的切入量。但如果这样，不但螺纹突起的高度，而且螺纹突起的宽度也增大。另一方面，如果将相邻的螺纹突起彼此的间隔设置得过小，则会有在密封唇的滑动部产生间隙而使密封性下降的制约。因此，在使螺纹突起的高度增加时，为了确保螺纹突起彼此的间隔，必须减少螺纹突起的数量。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供下述密封装置：加工容易，同时初始也好长期也好，可以长期发挥由螺杆泵效果产生的良好的密封性。

为达成上述目的，本发明是密封相对转动自如地安装的2个构件间的环状间隙，并具备在上述2个构件中的一个构件的圆周面上滑动的密封唇的密封装置，其特征在于，上述密封唇包括：沿着上述圆周面的滑动面；倾斜面，其以从上述滑动面的大气侧端缘开始、其与上述圆周面的间隔逐渐地扩大的方式倾斜；第1螺纹突起，其从上述倾斜面设置到上述滑动面内；和第2螺纹突起，其设置在上述滑动面上；上述第1螺纹突起的滑动面侧的端部，呈现沿着滑动面被切缺的形状；上述第1螺纹突起的倾斜面侧的部分，具有保持着大致相等的宽度、随着朝向大气侧而高度增加的形状的等宽部。

因为密封唇与构件圆周面之间的滑动部位变为面(滑动面)，因此与以往的楔形唇相比较，可以降低初始工作时的表面压力。由此，密封唇的滑动部位的磨损的进行变得缓慢，可以实现密封装置的长寿命化。

另外，由于第1螺纹突起从大气侧的倾斜面设置到上述滑动面内，因此在长期工作时(磨损进行时)和初始工作时的任何情况下，第1螺纹突起都与构件圆周面适当接触。即，在初始工作时，螺纹突起的配置在滑动面上的螺纹部分与构件圆周面相接触而发挥螺杆泵效果，确保初始的密封性；另一方面，在该螺纹部分的磨损进行时，变为配置在倾斜面上的螺纹部分与构件圆周面相接触，维持提高螺杆泵效果，防止磨损进行时的密封性的低下。而且，设置在滑动面上的第2螺纹突起，辅助第1螺纹突起的配置在滑动面上的螺纹部分，提高初始工作时的螺杆泵效果。因此，初始也好长期也好，可以长期发挥由螺杆泵效果产生的良好的密封性。

进而，第1螺纹突起的等宽部，具有保持大致相等的宽度、越向大气侧高度越增加的形状，因此可以不使第1螺纹突起的数目减少地提高其高度，并提高螺杆泵效果。

在上述密封装置中，上述等宽部，优选呈三角形的两底角被切掉而成的大致五边形的截面形状。

与这样的螺纹形状相对应的凹坑，例如可以通过将刀尖呈现大致五边形的截面形状的刀具挤压在成形模上而容易地形成。另外，通过在刀具的刀尖的端部上设置切口，第1螺纹突起的滑动面侧的端部形状(被切缺的形状)也可以通过一次的切削同时地加工。因此，可以实现密封装置的成形模的加工过程的简略化和容易化。

另外，作为切口的形状，有直线切口和R状的曲线切口，任何一种都可以。这里，在设为直线切缺的形状时，不但刀具本身的加工变得容易，而且在将刀具挤压在成形模上时即使挤压位置在轴方向上稍微偏移，也基本不会影响到螺纹突起的切缺部的高度(距滑动面的高度)，因此可以抑制由加工精度引起的密封性能的偏差。

根据本发明，初始也好长期也好，可以长期发挥由螺杆泵效果产生的良好的密封性。另外，加工变得容易。

具体实施方式

下面参照附图，例示性地详细说明本发明的合适的实施方式。这里，本实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，只要没有特别特定的记载，表示本发明的范围并不仅限定于此。

(密封装置的结构)

在图1～图3中，表示本发明的一个实施方式的密封装置的结构。图1是本实施方式的密封装置1的概略剖面图，图2是密封装置1的要部剖面图，图3是图2的X-X剖面图。

该密封装置1，是安装在作为互相同心地相对转动自如地安装的2个构件的外壳2和轴3之间的环状间隙上，密封该环状间隙，防止油等密封对象的泄漏的装置。

密封装置1，具有嵌合在设置在外壳2上的轴孔的内周面上的环状的密封垫本体5、和嵌合在该密封垫本体5上并付与刚性的加强环4而构成。

加强环4，为截面L字状的金属制的环状构件，其具有：沿着轴孔内周面设置的圆筒部4a，和从圆筒部4a的大气侧A端部向直径方向内向延伸的内向凸缘部4b。

密封垫本体5，由从加强环4的圆筒部4a外周面到内向凸缘部4b的大气侧A端面和密封对象侧O端面，一体地烧结固定的橡胶状弹性体构成。

在密封垫本体5中，固定在加强环4的圆筒部4a外周面上的外周密封垫部6，相对于外壳2的轴孔内周面具有规定的过盈量。外周密封垫部6，受到来自加强环4的圆筒部4a的嵌合刚性而紧紧地固定在轴孔内周面上，同时防止密封对象自轴孔内周面泄漏。另外，外周密封垫部6并不是必要的构成要素，也可以采用将加强环4的圆筒部4a直接嵌合在轴孔内周面上的结构(金属嵌合型)。

另一方面，在密封垫本体5的轴3侧，设有：密封唇7，其从加强环4的内向凸缘部4b的内端向密封对象侧O并向内径方向延伸；和防尘唇8，其相反地向大气侧A并向内径方向延伸。

防尘唇8，呈现截面板状，其唇前端滑动自如地密封接触在轴3的圆周面上。由此，防止来自大气侧A的灰尘的侵入。

密封唇7具有：面对密封对象侧O的密封对象侧倾斜面9，面对大气侧A的大气侧倾斜面11，和配置在这些密封对象侧倾斜面9和大气侧倾斜面11之间的滑动面10。

密封唇7的密封对象侧倾斜面9，以其与轴3的圆周面间的间隔从滑动面10的密封对象侧O端缘向密封对象侧O逐渐扩大的方式倾斜。密封对象侧倾斜面9的相对于轴3的圆周面的倾斜角θ1(图2)，优选设定为45°±10°的范围内。

另一方面，密封唇7的大气侧倾斜面11，以其与轴3的圆周面间的间隔从滑动面10的大气侧A端缘向大气侧A逐渐扩大的方式倾斜。大气侧倾斜面11的相对于轴3的圆周面的倾斜角θ2，优选设定为25°±10°的范围内。

而且，在密封对象侧倾斜面9和大气侧倾斜面11之间，沿着轴3的圆周面设置有滑动面10。即，密封唇7的唇前端部，从密封对象侧O到大气侧A，连续地形成有密封对象侧倾斜面9、滑动面10和大气侧倾斜面11，构成大致呈梯形状截面的扁平型的滑动部。

另外，滑动面10的相对于轴3的圆周面的倾斜角θ3，优选设定为10°±10°的范围内。即，滑动面10，虽然大体上是沿着轴3的圆周面，但最好将其以随着朝向大气侧A、其与轴3的圆周面间的间隔逐渐扩大的方式倾斜设置，即便很小也可以。这里，必须满足θ3＜θ2的关系。

上述结构的唇前端部，如图1所示，相对于轴3的圆周面具有规定的过盈量。因此，在将密封装置1安装在轴3上时，密封唇7受到使直径扩大的弹性变形，并通过其弹性恢复力而滑动自如地密封接触在轴3的圆周面上。另外，在位于密封唇7的外周侧、滑动面10的正背面的位置上，安装有对唇前端部付与朝向轴3的压紧力的卡紧弹簧14。

(螺纹突起的结构)

在本实施方式的密封装置1中，从密封唇7的大气侧倾斜面11到滑动面10内设置有第1螺纹突起12。另外，在密封唇7的滑动面10上设置有第2螺纹突起13。第1螺纹突起12和第2螺纹突起13，以相对于轴线倾斜的方式，被设置得互相大致平行。

第1螺纹突起12，由大致4个部分构成。详细地说，第1螺纹突起12，从密封对象侧O(前端侧)按顺序包括：切缺部12a，其呈现沿着滑动面10而被切缺的形状；扩宽部12b，其在大气侧倾斜面11上呈现随着朝向大气侧A(后端侧)、宽度和高度逐渐增大的形状；等宽部12c，其呈现保持大致相等的宽度、随着朝向大气侧A高度逐渐增大的形状；和后端部12d，其呈现以宽度和高度急剧减小的的方式被切缺的形状。

切缺部12a设置在滑动面10上，其前端一直到达滑动面10内。切缺部12a的相对于轴3的圆周面的角度θ4，优选设定为0°～45°的范围内。即，切缺部12a，优选设置得与轴3的圆周面大致平行，或者设置为以下述的方式倾斜：随着朝向密封对象侧O，其与轴3的圆周面间的间隔逐渐增大。

扩宽部12b、等宽部12c和后端部12d设在大气侧倾斜面11上，其后端一直到达大气侧倾斜面11的端缘附近。扩宽部12b的截面形状为大致三角形，但等宽部12c的截面形状形成为将三角形的两底角切掉而成的大致五边形(参照图3)。

从扩宽部12b到等宽部12c，第1螺纹突起12的棱边圆滑地变化。在切缺部12a与扩宽部12b之间，以及等宽部12c与后端部12d之间，棱边不连续，但其内角都是凸角(小于180°的角)。

上述结构的第1螺纹突起12的形状，也可以如下述那样描绘。如图2的虚线所示，想象从滑动面10横跨大气侧倾斜面11进而延伸到大气侧的位置的假想的船底螺纹15。第1螺纹突起12可以描绘为呈现下述的形状，即，将该船底螺纹15的密封对象侧O端部和大气侧倾斜面11的端缘附近的部分(船底螺纹15的大致中间部)分别切除，同时以使得船底螺纹15的宽度变窄的方式将两侧部切除的形状。

另一方面，第2螺纹突起13，从滑动面10的大气侧A端缘形成到密封对象侧O端缘。第2螺纹突起13，呈现高度宽度都大致一定的平行螺纹形状。

对于在轴3上具有大致平行的滑动面10的所谓扁平唇(flat lip)，一边对第2螺纹突起13的高度进行各种改变一边进行空气泄漏试验，结果在0.06mm或以上时确认有空气泄漏的产生(这里，实验条件为，气压：30kPa，偏心量：0mmTIR，温度：室温，初始润滑：干燥。)。因此，第2螺纹突起13的高度优选设为0.05mm或以下。

在这样的结构的密封装置1中，在初始工作时，首先滑动面10、第1螺纹突起12的切缺部12a和第2螺纹突起13与轴3的圆周面相接触。因此，通过由滑动面10产生的吸入效果和由第1螺纹突起12及第2螺纹突起13产生的螺杆泵效果，可以得到良好的密封性，可以可靠地防止来自密封对象侧O的密封对象的泄漏。

另外，当长期工作时第1螺纹突起12的前端部的磨损进行时，滑动面10的接触宽度不断增大，但与此相对应第1螺纹突起12的扩宽部12b和等宽部12c变得与轴3的圆周面相接触，第1螺纹突起12的接触宽度也增大。另外，这里所谓“接触宽度”，指的是与轴3的圆周面接触的接触面在轴方向上的宽度。即，第1螺纹突起12的接触宽度，依存于突起的宽度和高度。

由第1螺纹突起12产生的螺杆泵效果是由滑动面10的接触宽度与第1螺纹突起12的接触宽度的比例来确定的，根据本实施方式的结构，随着磨损的进行第1螺纹突起12的接触宽度不断增大，因此在长期工作时也可以不使密封性降低地维持良好的密封性。

这样，通过沿着大气侧倾斜面11和滑动面10设置第1螺纹突起12，可以由切缺部12a确保初始的密封性，而且在磨损进行时也可以防止密封性的降低，因此初始也好长期也好，可以长期发挥良好的密封性。

而且，由于第1螺纹突起12的等宽部12c具有保持大致相等的宽度、随着朝向大气侧A高度逐渐增大的形状，因此可以不减少第1螺纹突起12的数目地提高其高度，并提高磨损进行时的螺杆泵效果。

另外，在本实施方式中，由于采用了唇前端部的滑动部位形成面(滑动面10)的所谓扁平唇，因此与以往的楔形唇相比，可以降低初始工作时的过盈压力。由此，唇前端部的磨损的进行变得缓慢，可以实现密封装置1的长寿命化。

(螺纹突起的制造方法)

进而，根据本实施方式的密封装置1，通过采用上述结构，可以实现成形模的加工和密封装置本身的加工的容易化。下面，对这一点详细进行说明。

一般，由橡胶状弹性体构成的密封装置是使橡胶坯料流入成形模并硫化成形而制造的。因此，为了在密封唇上设置螺纹突起，必须预先在成形模上形成与螺纹形状相匹配的凹坑。

在图8所示的将2种螺纹形状组合起来的螺纹突起的情况下，必须使用不同的刀具形成与平行螺纹部相对应的凹坑和与船底螺纹部相对应的凹坑(参照图10)。这是因为，平行螺纹部和船底螺纹部的连接部分为不连续地连接，而且其连接部分的内角形成为凹角，一般，制造通过一次切削便可以加工出与这样的凹角相对应的凹坑的刀具是非常困难的。

与此相对，与本实施方式的第1螺纹突起12的形状相对应的凹坑，通过使用在刀尖的端部上设置有切缺的刀具，通过一次加工便可以形成。即，可以更简单地实现起到与将平行螺纹和船底螺纹组合起来的螺纹突起相同的作用效果的螺纹突起。

对于更具体的成形模的加工方法，参照图4进行说明。图4是表示在成形模上形成与第1螺纹突起12相对应的凹坑时的样子的说明图。

刀具16的刀尖，由前端侧切缺部17a、弧状部17b和后端侧切缺部17c构成。前端侧切缺部17a与弧状部17b的连接部分，和弧状部17b与后端侧切缺部17c的连接部分的内角都是凸角。另外两侧的刀面18形成牙形。这样的刀尖形状的刀具16的制造比较容易。

然后，将该刀具16挤压在成形模20上，形成与第1螺纹突起12相对应的凹坑21。此时，前端侧切缺部17a形成与第1螺纹突起12的切缺部12a相对应的凹坑形状，弧状部17b形成与扩宽部12b和等宽部12c相对应的凹坑形状，后端侧切缺部17c形成与后端部12d相对应的凹坑形状。另外，在挤压刀具16时，通过在弧状部17b使刀具16的侧刀面19切入成形模20内规定量，可以形成与等宽部12c相对应的大致五边形截面的凹坑。

这样，根据本实施方式的结构，可以一次在成形模上刻出2种不同形状的螺纹部分，可以实现成形模的加工过程的简单化和容易化。

另外，通过将第1螺纹突起12的切缺部12a和后端部12d设为直线切缺的形状，不但使刀具16的加工变得容易，而且在将刀具16挤压在成形模20上时即使挤压位置在轴方向上稍微偏移，也基本不会影响到第1螺纹突起12的切缺部12a的高度，可以抑制由加工精度引起的密封性能的偏差。

进而，由于通过由滑动面10构成唇前端部，不需要凹槽切削工序，因此可以仅靠模制成形来制造密封垫本体，可以实现密封装置本身的加工工序的简略化。

(变形例)

在上述实施方式中，作为第1螺纹突起采用了具有弧状的棱边的船底形的螺纹突起，但第1螺纹突起的形状并不限定于此，可以采用各种螺纹形状。将其一例表示在图5中。

在图5中，从密封唇7的大气侧倾斜面11到滑动面10内，设置有锥形状的第1螺纹突起22。第1螺纹突起22，以高度和宽度越向大气侧变得越大的锥形状为基本形状，滑动面10侧的端部(切缺部22a)呈现沿着轴的圆周面被切缺的形状。另外，第1螺纹突起22，与上述实施方式的第1螺纹突起相同，具有扩宽部22b和等宽部22c。

在这样的形状的第1螺纹突起22情况下，也可以起到与上述实施方式的第1螺纹突起相同的作用效果。

另外，上述实施方式和变形例只是举例表示本发明的一个具体例子的。本发明的范围并不限定于上述的形状，在其技术思想的范围内可以进行各种变形。

实施例1

使用上述结构的密封装置的实施例和楔形唇的比较例1、2，实施了泵量(ポンプ量)的比较试验。

本实施例的密封装置与图1所示的密封装置相同，在本实施例中，将轴径设为80mm，将滑动面10的轴方向长度设为0.5mm，将第1螺纹突起12的最大高度设为240μm，将第2螺纹突起13的高度设为35μm。第1螺纹突起12和第2螺纹突起13，分别以相等的间隔配置在密封唇7的圆周面上。

比较例1，是图8中所示的以往的密封装置，其在楔形唇101的大气侧滑动面102上，等间隔配置将平行螺纹和船底螺纹组合起来的形状的螺纹突起103。这里将轴径设为80mm，将螺纹突起103的最大高度设为180μm。

图6表示比较例2的密封装置。比较例2，在楔形唇101的大气侧滑动面102上，等间隔配置将平行螺纹和船底螺纹组合起来的形状的螺纹突起110。这里，在比较例2中，在船底螺纹的一部分上设置与实施例相同的等宽部110a，并将螺纹突起的最大高度110设为240μm。轴径为80mm。

将实施例、比较例1、2这3个密封装置安装在轴封部，并在轴偏心距：0.1mmTIR，安装偏心距0.2mmTIR，油种：CD级10W-30，油温：120℃，油量：轴中心，转速：3000rpm的条件下测定泵量。另外，试验时间根据各自的泄漏量适当设定。

将泵量的比较试验的结果表示在图7中。在比较初始工作时的背面泄漏量时，可知与比较例1、2相比本实施例的泵量有所提高。另外，在比较磨损进行时的背面泄漏量时，可知与比较例1、2相比本实施例的泵量的降低非常小。即，可知：通过采用本实施例的结构，初始也好长期也好，可以长期发挥由螺杆泵效果产生的良好的密封性。

附图说明

图1是本发明的实施方式的密封装置的剖面图。

图2是图1的密封装置的要部剖面图。

图3是图2的X-X剖面图。

图4是表示在成形模上形成与图2的螺纹突起相对应的凹坑时的样子的模式图。

图5是表示密封装置的变形例的剖面图。

图6是比较例2的密封装置的剖面图。

图7是表示泵量的比较试验的结果的图。

图8是以往的密封装置的剖面图。

图9是以往的密封装置的剖面图。

图10是表示在成形模上形成与图8的螺纹突起相对应的凹坑时的样子的模式图。

标号说明

1密封装置

2外壳

3轴

4加强环

4a圆筒部

4b内向凸缘部

5密封垫本体

6外周密封垫部

7密封唇

8防尘唇

9密封对象侧倾斜面

10滑动面

11大气侧倾斜面

12第1螺纹突起

12a切缺部

12b扩宽部

12c等宽部

12d后端部

13第2螺纹突起

14卡紧弹簧

15船底螺纹

16刀具

17a前端侧切缺部

17b弧状部

17c后端侧切缺部

18刀面

19侧刀面

20成形模

21凹坑

22第1螺纹突起

22a切缺部

22b扩宽部

22c等宽部

A大气侧

O密封对象侧

Claims (2)

1.一种密封装置，它是密封相对转动自如地安装的2个构件间的环状间隙，并具备在上述2个构件中的一个构件的圆周面上滑动的密封唇的密封装置，其特征在于，

上述密封唇具备：

沿着上述圆周面的滑动面；

倾斜面，其以从上述滑动面的大气侧端缘开始、与上述圆周面间的间隔逐渐地扩大的方式倾斜；

第1螺纹突起，其从上述倾斜面设置到上述滑动面内；和

第2螺纹突起，其设置在上述滑动面上；

上述第1螺纹突起的滑动面侧的端部，呈沿着滑动面被切缺的形状；

上述第1螺纹突起的倾斜面侧的部分，具有保持大致相等的宽度、随着朝向大气侧而高度增加的形状的等宽部。

2.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于：上述等宽部呈三角形的两底角被切掉而成的大致五边形的截面形状。

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