JP2003254440A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シールリングとバックアップリングとを組み合
わせた密封装置において、シールリングのラジアルリッ
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】シールリング４は、環状胴体部の内径側
に、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（８１）を有するラジアルリップ８を被
着した構造。ラジアルリップ８の円錐面（８１）におい
て最小径部８１ａよりも付け根側に、最小径部８１ａに
かかる圧力を分散させるための輪状突起８３が設けられ
ている。回転軸２に対するラジアルリップ８の接触圧力
は、円錐面（８１）の最小径部８１ａ側と輪状突起８３
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、密封装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の密封装置として、例えば実公平４
−４８３８３号に示すように、シールリングにバックア
ップリングを組み合わせて、耐圧性を高めたものがあ
る。

【０００３】この密封装置では、シールリングに備える
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、強制的に押し付けるよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例のようにバ
ックアップリングを用いていても、シールリングのラジ
アルリップに対してかかる圧力が高くなればなるほど、
回転軸に対するラジアルリップの接触圧力が増加する傾
向となる。ここに改良の余地がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の密封装置は、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り、シールリ
ングとバックアップリングとを組み合わせた構成であ
る。前記シールリングは、前記外筒内周に取り付けられ
て前記回転軸側に延びる環状胴体部と、前記環状胴体部
の内径側に径方向内向きに斜めに延びて形成されかつ前
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ている。前
記バックアップリングは、前記シールリングの環状胴体
部に軸心方向隣り合わせに付設されて前記シールリング
のラジアルリップを支えるものである。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】なお、上記密封装置で仕切られる２つの空
間のうち、一方空間には、潤滑油や水などの液体が入れ
られる。また、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であり、大気空間や、前記液体
と異種あるいは同種の液体が存在する空間などとされ
る。前記輪状突起は、その突出方向先端の形状が、球形
面のように丸みを持った形状や、三角形のように尖った
形状などとされる。

【０００７】上記構成では、回転軸に対してシールリン
グのラジアルリップが面で接触するものの、このラジア
ルリップの付け根側をバックアップリングで支えている
から、回転軸に対するラジアルリップの押し付け力が抑
制される。これに加えて、ラジアルリップに輪状突起を
設けているから、例えばラジアルリップが加圧されたと
きなど、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るように
なる。これにより、前記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】上記輪状突起は、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とすることができる。ま
た、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
のとすることができる。この場合、輪状突起の初期摩耗
を防止できるようになる。

【０００９】上記密封装置は、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制的に押し付けるようにして
もよい。この場合、耐圧性、密封性が向上する。しか
も、上記バックアップリングによるラジアルリップのサ
ポート作用と、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。

【００１０】

【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は密
封装置を示す。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。

【００１１】密封装置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、
密封装置３の右側が密封空間で、左側が大気空間とされ
る。

【００１２】この密封装置３は、シールリング４と、バ
ックアップリング５とを組み合わせた構成になってい
る。

【００１３】シールリング４は、環状芯金６の外側面か
ら外周にいたる領域に弾性体７を被着するとともに、環
状芯金６の内周側にラジアルリップ８を弾性体７と連ね
て被着した構造である。なお、弾性体７とラジアルリッ
プ８は、ニトリルゴムあるいはふっ素系ゴムで形成され
る。環状芯金６は、上半分の径方向に沿う断面がほぼＬ
字形になっている。環状芯金６が、主として、請求項に
記載の環状胴体部に相当する。ラジアルリップ８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。このラジアルリップ８の外周には、ガー
タスプリングと呼ばれる弾性リング９が装着されてい
る。この弾性リング９は、その縮径弾力でもって、ラジ
アルリップ８を回転軸２の外周面に対して強制的に押し
付ける。

【００１４】バックアップリング５は、金属環１０の内
周側に円錐リップ１１を被着した構造である。金属環１
０は、上半分の径方向に沿う断面がほぼ逆向きのコ字形
に形成されている。円錐リップ１１は、ニトリルゴムあ
るいはふっ素系ゴムで形成される。円錐リップ１１は、
径方向内向きで斜めに延びた円錐形状を有しており、そ
の傾きは、シールリング４のラジアルリップ８の傾きと
反対向きになっている。この円錐リップ１１は、密封装
置３を回転軸２に組みつけた状態において、回転軸２に
対して軽く接触する状態になって、大気空間から水分や
塵埃などの異物が密封空間に対して侵入することを防止
する。

【００１５】このバックアップリング５は、その金属環
１０が、シールリング４の環状芯金６の外径部分と外側
面と内径部分を包む状態で覆い被せられることによっ
て、シールリング４に対して固定されている。この金属
環１０の内筒部分が、シールリング４のラジアルリップ
８の付け根側を支えるようになっており、これにより、
ラジアルリップ８が加圧されたときに撓みすぎることを
抑制する。

【００１６】ところで、上記シールリング４のラジアル
リップ８には、輪状突起８３が設けられている。詳しく
は、ラジアルリップ８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）８１とする。ラジ
アルリップ８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）８２と
する。

【００１７】上記外側円錐面８１において最小径部８１
ａよりも付け根側(環状芯金６の内径側に近い方向側)
に、輪状突起８３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８３は、断面でほぼ球面形状
に形成されている。この輪状突起８３の内径は、バック
アップリング５の円錐リップ１１の内径寸法よりも大き
く設定されている。

【００１９】この輪状突起８３は、密封空間内の圧力が
ラジアルリップ８に付与されると、回転軸２に対して接
触させられるようになる。つまり、ラジアルリップ８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８３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８が加圧されると、図２に示すよう
に、輪状突起８３が回転軸２に対して接触する。

【００２０】このような密封装置３では、使用対象部位
に組み込んだ状態で、回転軸２に対してシールリング４
のラジアルリップ８の外側円錐面８１が面で接触するも
のの、このラジアルリップ８の付け根側をバックアップ
リング５で支えているから、回転軸２に対するラジアル
リップ８の押し付け力が抑制される。これに加えて、ラ
ジアルリップ８に輪状突起８３を設けているから、例え
ばラジアルリップ８が加圧されたときなど、回転軸２に
対するラジアルリップ８の押し付け力は外側円錐面８１
の最小径部８１ａと輪状突起８３とに分散されるように
なる。

【００２１】輪状突起８３が回転軸２に対して接触した
状態では、図２の圧力分布に示すように、ラジアルリッ
プ８の最小径部８１ａにかかる圧力を分散するようにな
る。図２において横軸に接触位置、縦軸に接触圧力をと
る。ここでは、ラジアルリップ８に対して０．２ＭＰａ
の圧力が付与された状態とする。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８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８の接触圧力のことである。図２のＰ１は、ラジ
アルリップ８の最小径部８１ａ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８の輪状突起
８３にかかる接触圧力を示す。

【００２２】以上説明したように、この実施形態に係る
密封装置３は、バックアップリング５を用いて圧力負荷
時の密封性を高めた構成において、回転軸２に対するシ
ールリング４のラジアルリップ８の接触圧力を、外側円
錐面８１の最小径部８１ａ側と輪状突起８３側とに分散
させるようにしている。これにより、回転軸２に対する
ラジアルリップ８の最大接触面圧を軽減することができ
るので、トルクを軽減するとともに、外側円錐面８１お
よび回転軸２の摩耗を抑制するうえで有利となる。

【００２３】加えて、実施形態１のように、弾性リング
９でラジアルリップ８を回転軸２に対して強制的に押し
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８３による圧力分散作用でもって
ラジアルリップ８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８１およ
び回転軸２の摩耗を抑制できるようになる。

【００２４】特に、実施形態１では、使用対象に密封装
置３を組み込んだ状態で、シールリング４のラジアルリ
ップ８が加圧されることに伴い、輪状突起８３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
８３の初期摩耗を防止できるようになる。

【００２５】図３に本発明の実施形態２に係る密封装置
３を示している。この実施形態２に係る密封装置３で
は、実施形態１で示したラジアルリップ８の外側円錐面
８１における円周等間隔の数ヶ所に、リブ８４を設けて
いる。なお、ラジアルリップ８の外側円錐面８１に輪状
突起８３を設ける点は、実施形態１と同じである。

【００２６】リブ８４は、回転軸２の回転に伴いラジア
ルリップ８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。

【００２７】リブ８４は、具体的に、外側円錐面８１の
最小径部８１ａ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４の中心軸線Ｏに
対して所要角度θ傾斜されている。リブ８４は、断面形
状がほぼ三角形に形成されている。リブ８４の隆起高さ
は、外側円錐面８１の最小径部８１ａから付け根側にか
けて実質的に等しく設定されている。

【００２８】実施形態２のシールリング４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８３によ
る最大接触圧力の軽減作用によって、リブ８４が押し潰
されずに済むようになる。そのため、リブ８４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。

【００２９】図４から図６に本発明の実施形態３に係る
密封装置３を示している。この実施形態３に係る密封装
置３では、実施形態２で示したリブ８４について、ラジ
アルリップ８およびリブ８４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８の外側円錐面８１に輪
状突起８３を設ける点は、実施形態１と同じである。

【００３０】具体的に、リブ８４は、ラジアルリップ８
の最小径部８１ａ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８４はまた、ラジアルリップ８
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８４ａと高隆起部８４ｂとの
連接部分には、傾斜隆起部８４ｃが設けられている。

【００３１】このようなシールリング４では、使用初期
において、リブ８４の低隆起部８４ａおよび傾斜隆起部
８４ｃ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８およびリブ８４が摩耗
すると、リブ８４の高隆起部８４ｂが回転軸２に対して
接触するようになる。

【００３２】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。

【００３３】（１）上記実施形態１から３において、使
用対象に密封装置３を組み込んだ当初からシールリング
４の輪状突起８３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、動作開始直後から、輪状突起８
３が、ラジアルリップ８の最小径部８１ａにかかる圧力
を分散させるように働く。

【００３４】（２）上記実施形態２，３のようなリブ８
４だけでなく、上記実施形態２，３でのリブ８４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８４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８４の断面形状は、ほぼ矩形状や
台形状でもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明に係る密封装置では、バックアッ
プリングを用いて圧力負荷時の密封性を高めた構成にお
いて、回転軸に対するシールリングのラジアルリップの
接触圧力を、円錐面の最小径部側と輪状突起側とに分散
させることにより、回転軸に対するラジアルリップの最
大接触面圧をさらに軽減するようにしている。このた
め、トルク軽減を図ることができるとともに、前記ラジ
アルリップおよび回転軸の摩耗を抑制できるようになる
など、長寿命化に貢献できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る密封装置の上半分を
示す断面図

【図２】図１の密封装置の使用状態を示す図

【図３】本発明の実施形態２に係る密封装置の上半分を
示す断面図

【図４】本発明の実施形態３に係る密封装置の上半分を
示す断面図

【図５】図３の密封装置の外側円錐面を展開した平面図

【図６】図３の密封装置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 密封装置 ４ シールリング ５ バックアップリング ８ シールリングのラジアルリップ ８１ ラジアルリップの外側円錐面 ８１ａ 外側円錐面の最小径部 ８３ 輪状突起

Claims (3)

【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つに仕切る密封装
   置であって、 シールリングとバックアップリングとを組み合わせた構
   成であり、 前記シールリングが、前記外筒内周に取り付けられて前
   記回転軸側に延びる環状胴体部と、前記環状胴体部の内
   径側に径方向内向きに斜めに延び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、 前記バックアップリングが、前記シールリングの環状胴
   体部に軸心方向隣り合わせに付設されて前記シールリン
   グのラジアルリップを支えるものであり、 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、密封装置。
2. 【請求項２】請求項１の密封装置において、 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、密封装置。
3. 【請求項３】請求項１または２の密封装置において、 前記ラジアルリップの外径側に、当該ラジアルリップを
   前記回転軸に対して強制的に押し付ける弾性リングが装
   着されている、密封装置。