JP2003240126A - シールリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シールリングにおいて、ラジアルリップの最大
接触面圧を軽減できるようにし、ラジアルリップおよび
回転軸の摩耗を抑制できるようにする。 【解決手段】外筒１内周に取り付けられる環状胴体部
（４）と、環状胴体部（４）の内径側に径方向斜め内向
きに延出して形成されかつ回転軸２の外周面に対し所定
の幅をもって面接触させられる円錐面（６１）を有する
ラジアルリップ６とを備える。ラジアルリップ６の円錐
面（６１）において最小径部６１ａよりも付け根側に、
最小径部６１ａにかかる圧力を分散させるための輪状突
起６３が径方向内向きに突出する状態で設けられてい
る。回転軸２に対するラジアルリップ６の接触圧力は、
円錐面（６１）の最小径部６１ａ側と輪状突起６３側と
に分散される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールリングに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えばウォーターポンプ用の
シールリングは、ハウジングなどの外筒とその内周に回
転自在に挿入される回転軸との対向環状空間を軸心方向
で２つに仕切るのに用いられる。この用途では、回転軸
が高速回転となり、また、一方空間側からシールリング
に対して圧力がかかりやすい。

【０００３】このような状況に対し、シールリングの耐
圧性を高めて密封性能を向上させるために、ラジアルリ
ップの外周にガータスプリングと呼ばれる弾性リングを
装着することにより、回転軸に対してラジアルリップを
面接触させたうえで、回転軸に対してラジアルリップを
強く押し付けるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、弾性
リングを用いて回転軸に対してリップを強く押し付ける
ようにしている関係より、ラジアルリップの最小径部に
エッジロードが発生しやすくなるうえ、接触面圧が大き
くなっている。そのため、ラジアルリップと、その接触
相手である回転軸とが摩耗しやすくなる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のシールリング
は、外筒とその内周に回転自在に挿入される回転軸との
対向環状空間を軸心方向で２つに仕切るものである。こ
のシールリングは、前記外筒内周に取り付けられる環状
胴体部と、環状胴体部の内径側に径方向斜め内向きに延
出して形成されかつ前記回転軸の外周面に対し所定の幅
をもって面接触させられる円錐面を有するラジアルリッ
プとを備える。前記ラジアルリップの円錐面において最
小径部よりも付け根側に、前記最小径部にかかる圧力を
分散させるための輪状突起が径方向内向きに突出する状
態で設けられている。

【０００６】前記シールリングは、潤滑油や水などの液
体を密封するオイルシールやウォータシールなどを含
む。前記一方空間には、潤滑油や水などの液体が入れら
れる空間を含む。前記他方空間は、前記一方空間に存在
する液体の漏洩を好まない環境を含み、大気空間や、前
記液体と異種または同種の液体が存在する空間などを含
む。輪状突起は、ラジアルリップの円錐面に対して好ま
しくは周方向に連続する突起を含む。輪状突起におい
て、突出方向先端の形状は、球形面のように丸みを持っ
た形状でも、三角形のように尖った形状でもよい。

【０００７】上記構成では、ラジアルリップが加圧され
ると、回転軸に対してラジアルリップの円錐面が面で接
触するものの、前記輪状突起を設けているから、回転軸
に対するラジアルリップの押し付け力は円錐面の最小径
部と前記輪状突起とに分散されやすくなる。これによ
り、円錐面において最小径部が回転軸に対して押し付け
られる力が弱まるので、回転軸に対するラジアルリップ
の最大接触面圧が軽減されることになる。

【０００８】なお、前記輪状突起は、組み込み当初に回
転軸に対して接触せずに、前記最小径部の摩耗進展に伴
い接触させられるものとしてもよい。この場合、トルク
軽減が図れるとともに、輪状突起の初期摩耗を防止でき
るようになる。

【０００９】前記輪状突起は、組み込み当初から回転軸
に対して接触させられるものとしてもよい。この場合、
輪状突起も前記最小径部とともに初期摩耗するようにな
るが、使用当初から輪状突起による圧力分散作用が発揮
されるので、運転初期から耐圧性を発揮できる。

【００１０】前記シールリングには、好ましくは、前記
ラジアルリップの外径側に弾性リングを装着し、この弾
性リングによりラジアルリップを回転軸に対して強く押
し付けることができるようにしてもよい。この場合、弾
性リングでラジアルリップを回転軸に対して強く押し付
けているから、耐圧性能が向上する。このようにしてい
ても、上記輪状突起による圧力分散作用でもってラジア
ルリップの接触面圧が過剰にならずに済む。

【００１１】前記シールリングには、好ましくは、前記
リップの円錐面で最小径部と輪状突起との間の円周数ヶ
所に、前記２つに仕切った空間の一方側から他方側へ漏
洩しようとする液体を戻すポンプ作用を起こすリブを設
けてもよい。この場合、万一、ラジアルリップと回転軸
との摺接部位から一方空間内の液体が染み出そうとして
も、この潤滑油がリブのポンプ作用により戻される。前
記液体としては、潤滑油や水などが挙げられる。

【００１２】

【発明の実施形態】図１および図２に本発明の実施形態
１を示している。図中、１は外筒、２は回転軸、３はシ
ールリングを示す。外筒１は、ハウジングや転がり軸受
の外輪などを含む。回転軸２は、いろいろな回転軸や転
がり軸受の内輪などを含む。回転軸２は、外筒１の内周
に回転自在に挿入される。

【００１３】シールリング３は、外筒１と回転軸２との
対向する環状空間を軸心方向で２つに仕切るものであ
る。この２つの空間のうち、一方は例えば潤滑油を収納
する密封空間、他方は例えば大気空間とされる。図１で
は、シールリング３の右側が密封空間で、左側が大気空
間である。

【００１４】シールリング３は、環状芯金４にその内外
周を覆うよう弾性体５が被着されたものからなる。環状
芯金４は、上半分の径方向断面がほぼＬ字形を有する。
環状芯金４は、主として、シールリング３の環状胴体部
に相当する。

【００１５】ラジアルリップ６は、環状芯金４の内周部
分に形成されている。ラジアルリップ６は、弾性体５と
一体的に形成されている。ラジアルリップ６は、軸方向
一方へ延びかつ内径側へ向けて先鋭となる三角形の形状
を有する。ラジアルリップ６および弾性体５は、ニトリ
ルゴムあるいはふっ素系ゴムで形成される。

【００１６】弾性リング７は、ガータスプリングと呼ば
れる。弾性リング７は、ラジアルリップ６の外周に装着
されている。弾性リング７は、その縮径弾力でもって、
ラジアルリップ６を回転軸２の外周面に対して強く押し
付けるようになっている。

【００１７】ラジアルリップ６において、図２に示すよ
うに、回転軸２の外周面に対して面接触させられる円錐
面を外側円錐面（図１では左側に位置する面）６１とす
る。ラジアルリップ６において、回転軸２に対して接触
しない円錐面を内側円錐面（図１では右側に位置する
面）６２とする。この外側円錐面６１において最小径部
６１ａよりも付け根側(環状芯金４の内径側に近い方向
側)に、輪状突起６３が径方向内向きに突出する状態で
設けられている。

【００１８】この輪状突起６３は、断面でほぼ球面形状
に形成されている。

【００１９】輪状突起６３は、回転軸２に組みつけた状
態において、密封空間内の圧力がラジアルリップ６に付
与されることに伴い回転軸２に対して接触させられるよ
うになっている。つまり、ラジアルリップ６が加圧され
ていない場合には、図１に示すように、輪状突起６３
は、回転軸２に対して非接触状態にある。使用時にラジ
アルリップ６が加圧されると、図２に示すように、輪状
突起６３が回転軸２に対して接触する。

【００２０】輪状突起６３が回転軸２に対して接触する
と、図２の圧力分布に示すように、ラジアルリップ６の
最小径部６１ａにかかる圧力を分散するようになる。こ
こでは、ラジアルリップ６に対して０．２ＭＰａの圧力
が付与されたときの状態とする。図２において横軸に接
触位置、縦軸に接触圧力をとる。この接触位置は、同図
に示される回転軸２に対するラジアルリップ６の接触位
置に対応する。接触圧力は、回転軸２に対するラジアル
リップ６の接触圧力のことである。図２のＰ１は、ラジ
アルリップ６の最小径部６１ａおよびその近傍にかかる
接触圧力を示す。Ｐ２は、ラジアルリップ６の輪状突起
６３にかかる接触圧力を示す。

【００２１】以上説明したように、シールリング３のラ
ジアルリップ６における外側円錐面６１が回転軸２に対
して面で接触させられる。その面接触の形態において、
輪状突起６３は、ラジアルリップ６に設けられる。これ
によって、回転軸２に対するラジアルリップ６の接触圧
力は、外側円錐面６１の最小径部６１ａ側と輪状突起６
３側とに分散させられるようになっている。そのため、
外側円錐面６１の回転軸２に対する最大接触面圧が軽減
される。そのことは、トルクを軽減するとともに、外側
円錐面６１および回転軸２の摩耗を抑制するうえで有利
となる。

【００２２】加えて、実施形態１のように、弾性リング
７でラジアルリップ６を回転軸２に対して強く押し付け
ることにより、耐圧性能を向上させるようにしている場
合でも、輪状突起６３による圧力分散作用でもってラジ
アルリップ６の接触面圧が過剰にならずに済む。その結
果、耐圧性を確保したうえで、外側円錐面６１および回
転軸２の摩耗を抑制できるようになる。

【００２３】特に、実施形態１では、使用対象にシール
リング３を組み込んだ状態で、ラジアルリップ６が加圧
されることに伴い、輪状突起６３が回転軸２に対して当
接するように設定しているから、輪状突起６３の初期摩
耗を防止できるようになる。

【００２４】図３に本発明の実施形態２を示している。
実施形態２では、実施形態１のラジアルリップ６の外側
円錐面６１における円周等間隔の数ヶ所に、リブ８を設
けている。なお、ラジアルリップ６の外側円錐面６１に
輪状突起６３を設ける点は、実施形態１と同じである。

【００２５】リブ８は、回転軸２の回転に伴いラジアル
リップ６との摺接部位から密封空間内の潤滑油が大気空
間側へ染み出したときに、この染み出した潤滑油を密封
空間側へ戻す、いわゆるポンプ作用を発揮する。

【００２６】リブ８は、具体的に、外側円錐面６１の最
小径部６１ａから付け根側に向けて直線形状に延びるよ
うに形成されていて、シールリング３の中心軸線Ｏに対
して所要角度θ傾斜されている。リブ８は、断面形状が
ほぼ三角形に形成されている。リブ８の隆起高さは、外
側円錐面６１の最小径部６１ａから付け根側にかけて実
質的に等しく設定されている。

【００２７】実施形態２のようにリブ８を有するシール
リング３の場合、密封空間内の圧力が高い場合であって
も、輪状突起６３による最大接触圧力の軽減作用によっ
て、リブ８が押し潰されずに済むようになる。そのた
め、リブ８によるポンプ作用を正常に発揮させることが
可能になる。

【００２８】図４から図６に本発明の実施形態３を示し
ている。実施形態３では、実施形態２のリブ８につい
て、ラジアルリップ６およびリブ８の摩耗が進行して
も、潤滑油の戻し量つまりポンプ量が急激に減少しない
ように設計されている。ラジアルリップ６の外側円錐面
６１に輪状突起６３を設ける点は、実施形態１と同じで
ある。

【００２９】具体的に、リブ８は、ラジアルリップ６の
最小径部６１ａ寄りの領域で低く隆起して幅狭となるよ
うに設定される。リブ８はまた、ラジアルリップ６の付
け根側の領域で高く隆起して幅広となるように設定され
ている。この低隆起部８１と高隆起部８２との連接部分
には、傾斜隆起部８３が設けられている。

【００３０】このようなシールリング３では、使用初期
において、リブ８の低隆起部８１および傾斜隆起部８３
が回転軸２に対して接触するようになっている。使用経
過に伴いラジアルリップ６およびリブ８が摩耗すると、
リブ８の高隆起部８２が回転軸２に対して接触するよう
になる。

【００３１】次に、上記実施形態３に示す構成のシール
リング３の摩耗状態や密封性能を、実験により調べてい
るので説明する。

【００３２】実験は、上記実施形態３に係るシールリン
グ３と比較例に係るシールリングとについて行ってい
る。試料とするシールリング３は、実施形態品と比較例
の両方ともに、ラジアルリップ６の材料をふっ素系ゴム
とし、軸心方向幅寸法を７ｍｍ、外径寸法をφ３２ｍ
ｍ、内径寸法をφ１４．８ｍｍ、回転軸２の外径寸法を
φ１６ｍｍにそれぞれ設定している。比較例のシールリ
ングについては、輪状突起６３を設けていない。

【００３３】実験は、密封空間に横置きの回転軸２の中
心位置まで劣化油を入れた状態で、回転軸２を回転させ
て行う。

【００３４】実験条件は、回転軸２の回転数を４３２５
ｍｉｎ^-1に、また、密封空間内の圧力を０．１５ＭＰａ
に、さらに、劣化油の温度を１２０℃に設定している。
劣化油は、ディーゼルエンジンオイルとしている。

【００３５】実験条件は、上記実施形態品と比較例とに
ついて同一である。

【００３６】結果を説明する。

【００３７】密封性能について、比較例の場合、２１６
時間で漏れが発生した。実施形態品の場合、３００時間
を経過しても漏れは認められなかった。

【００３８】この時間経過時点でのラジアルリップ６の
摩耗幅について、比較例の場合、０．５７〜０．６２ｍ
ｍであった。実施形態品の場合、０．２９〜０．３５ｍ
ｍであった。

【００３９】ラジアルリップ６の実験前と実験後のしめ
しろについて、比較例の場合、１．１６ｍｍ→０．６９
ｍｍであった。実施形態品の場合、１．２６ｍｍ→０．
８２ｍｍであった。

【００４０】このように、実施形態品では、比較例に比
べて密封性能ならびに、ラジアルリップ６の耐摩耗性を
向上できるようになる。

【００４１】本発明は上記実施形態のみに限定されるも
のではなく、いろいろな応用や変形が考えられる。

【００４２】（１）上記実施形態１から３において、ラ
ジアルリップ６と隣り合わせでそれとは逆方向へ斜めに
延びる補助リップを設けてもよい。

【００４３】（２）上記実施形態１から３において、使
用対象にシールリング３を組み込んだ当初から輪状突起
６３を回転軸２に対して当接させるようにしてもよい。
この場合、シールリング３の使用開始直後から、輪状突
起６３が、ラジアルリップ６の最小径部にかかる圧力を
分散させるように働く。

【００４４】（３）上記実施形態２，３のようなリブ８
だけでなく、上記実施形態２，３でのリブ８の他にそれ
に対して逆向きに傾斜するリブを設けて、回転軸２の正
逆両方向の回転に対応できる構造としてもよい。このと
き、一方向向きのリブ８と他方向向きのリブとをそれぞ
れ複数ずつ設け、それらを周方向交互に配設するのがよ
い。また、リブ８の断面形状は、ほぼ矩形状や台形状で
もよい。

【００４５】

【発明の効果】本発明に係るシールリングでは、回転軸
に対してラジアルリップの円錐面が面で接触する構成で
ありながら、回転軸に対するラジアルリップの接触圧力
を、円錐面の最小径部側と輪状突起側とに分散させるこ
とができる。そのため、円錐面の回転軸に対するラジア
ルリップの最大接触面圧が軽減されることになるから、
トルク軽減を図ることができるとともに、前記円錐面お
よび回転軸の摩耗を抑制できるようになるなど、長寿命
化に貢献できるようになる。

【００４６】したがって、本発明では、仮に、ラジアル
リップを回転軸に対して弾性リングを用いて強く押し付
けたり、あるいは回転軸に対するラジアルリップの締め
代を大きく設定したりすることによって、耐圧性能を向
上させるようにした場合において、特に有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るシールリングの上半
分を示す断面図

【図２】図１のシールリングの使用状態を示す図

【図３】本発明の実施形態２に係るシールリングの上半
分を示す断面図

【図４】本発明の実施形態３に係るシールリングの上半
分を示す断面図

【図５】図３のシールリングの外側円錐面を展開した平
面図

【図６】図３のシールリングにおけるリブの長手方向に
沿う断面図

【符号の説明】

１ 外筒 ２ 回転軸 ３ シールリング ６ ラジアルリップ ６１ ラジアルリップの外側円錐面 ６１ａ 外側円錐面の最小径部 ６３ 輪状突起

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外筒とその内周に回転自在に挿入される回
   転軸との対向環状空間を軸心方向で２つに仕切るシール
   リングであって、 前記外筒内周に取り付けられる環状胴体部と、前記環状
   胴体部の内径側に径方向斜め内向きに延出して形成され
   かつ前記回転軸の外周面に対し所定の幅をもって面接触
   させられる円錐面を有するラジアルリップとを備え、 前記ラジアルリップの円錐面において最小径部よりも付
   け根側に、前記最小径部にかかる圧力を分散させるため
   の輪状突起が径方向内向きに突出する状態で設けられて
   いる、シールリング。
2. 【請求項２】請求項１のシールリングにおいて、 前記輪状突起が、組み込み当初に回転軸に対して接触せ
   ずに、前記ラジアルリップに対する圧力の付与に伴い接
   触させられるものである、シールリング。
3. 【請求項３】請求項１または２のシールリングにおい
   て、 前記ラジアルリップの外径側に、前記リップを前記回転
   軸に対して強く押し付ける弾性リングが装着されてい
   る、シールリング。
4. 【請求項４】請求項１から３のいずれかのシールリング
   において、 前記ラジアルリップの円錐面で最小径部と輪状突起との
   間の円周数ヶ所に、前記２つに仕切った空間の一方側か
   ら他方側へ漏洩しようとする液体を戻すポンプ作用を起
   こすリブが設けられている、シールリング。