JP2007239944A - オイルシール - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の回転速度の上昇に伴う摩擦抵抗を低減しつつ、静止体の内圧が高まった場合でもオイル漏れを抑制することができるオイルシールを提供する。
【解決手段】本発明のオイルシール１Ａは、クランクケース１００に装着されるアウター部材２と、クランク軸１０１に一体回転可能に装着されるインナー部材３と、アウター部材２とインナー部材３とで形成される隙間Ｇ１に配置され、かつクランク軸の回転停止時にアウター部材２と接触して隙間Ｇ１が塞がれた状態でインナー部材３に設けられるとともに、クランク軸の回転速度の上昇に伴ってアウター部材２から離れる方向に変位可能な可動リップ４と、可動リップ４とインナー部材３との間に介在し、クランクケース１００の内圧を利用して隙間Ｇ１を塞ぐ方向に可動リップ４を付勢する圧力調整機構５と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、静止体とその静止体に回転自在に取付けられた回転体との間に設けられるオイルシールに関する。

オイル等の流体の漏洩を防止するオイルシールとして、回転体と静止体との間に設けられた所定の隙間に移動可能な浮動リングを設けるとともに、回転体の回転停止時に静止体と接触して所定の隙間を塞ぐリップシールを備えたものがある（特許文献１）。

特開２００４−１３２５２４号公報

特許文献１のオイルシールでは、回転体の回転速度の上昇に伴いリップシールが遠心力によって静止体から離れる方向に変位して、静止体とリップシールとが接触状態から非接触状態に変化する。これにより、静止体とリップシールとの間の摩擦抵抗が減少する。しかしながら、このようなオイルシールを内圧が変動する静止体に適用すると、リップシールが静止体から離れたときに静止体の内圧が高くなることにより、オイル漏れを誘発するおそれがある。

そこで、本発明は、回転体の回転速度の上昇に伴う摩擦抵抗を低減しつつ、静止体の内圧が高まった場合でもオイル漏れを抑制することができるオイルシールを提供することを目的とする。

本発明のオイルシールは、内圧が変動する静止体と前記静止体に回転自在に取付けられる回転体との間に設けられるオイルシールであって、前記静止体に装着されるアウター部材と、前記回転体に一体回転可能に装着されるとともに、前記アウター部材との間に所定の隙間が形成されるようにして前記アウター部材と組み合わされるインナー部材と、前記所定の隙間に配置され、かつ前記回転体の回転停止時に前記アウター部材と接触して前記所定の隙間が塞がれた状態で前記インナー部材に設けられるとともに、前記回転体の回転速度の上昇に伴って前記アウター部材から離れる方向に変位可能な可動部材と、前記可動部材と前記インナー部材との間に介在し、前記静止体の内圧を利用して前記可動部材を前記所定の隙間を塞ぐ方向に付勢する可動部材付勢手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

このオイルシールによれば、回転体の回転停止時にアウター部材と接触していた可動部材が回転体の回転速度の上昇に伴ってアウター部材から離れるので、アウター部材と可動部材との摩擦抵抗が減少する。そして、静止体の内圧が上昇すると可動部材は所定の隙間を塞ぐ方向に付勢されるので、回転体の回転速度の上昇に伴って可動部材がアウター部材から離れる方向に自由に変位することが制限される。可動部材付勢手段によって可動部材とアウター部材とを接触させてもよい。もっとも、可動部材の変位が制限された結果、可動部材とアウター部材とが非接触の状態である場合でも、このオイルシールは可動部材が自由に変位できる場合に比べて可動部材とアウター部材との間隔を狭くできるので、オイル漏れを抑制する効果を得ることができる。

本発明のオイルシールにおいては、可動部材の変位に対する制限の強さは内圧の大きさと可動部材に与える付勢力の強さとの関係を適宜に設定することにより変更できる。例えば、内圧の大きさに拘わらず一定の付勢力を可動部材に与えるようにしてもよいし、内圧が高いときは低いときと比べて強い付勢力を可動部材に与えるようにしてもよい。一例として、前記可動部材は、圧力を受けることにより前記所定の隙間を塞ぐ方向に弾性変形可能な受圧部を有し、前記可動部材付勢手段として、前記可動部材の前記受圧部に作用する圧力を調整可能な圧力調整機構が設けられていてもよい（請求項２）。

この態様によれば、受圧部に作用する圧力を調整することにより、可動部材の変位に対する制限の強さを適宜設定できる。この圧力調整機構は、前記インナー部材と前記可動部材とを連結する連結壁部と、前記連結壁部と前記受圧部と前記インナー部材とで囲まれて構成された圧力室と、前記圧力室と前記静止体の内部空間とを連通する連通路と、前記静止体の内圧が設定圧力を超えたときに前記連通路を開く開位置と、前記静止体の内圧が前記設定圧力以下のときに前記連通路を閉じる閉位置との間で動作する弁手段と、を備えてもよい（請求項３）。この場合、静止体の内圧が設定圧力を超えた場合には弁手段にて連通路が開かれてその内圧が圧力室に導かれる。圧力室の一部は可動部材の受圧部で構成されているので、設定圧力を超えた内圧が圧力室に導入されるとその圧力によって可動部材が所定の隙間を塞ぐ方向に付勢されて弾性変形する。これにより、静止体の内圧が設定圧力を超えた場合に可動部材の変位を制限することができる。また、この態様では、静止体の内圧が直接的に可動部材へ作用せずに内圧が圧力室に導かれてから可動部材に伝達される。そのため圧力室は内圧の変動を減衰するダンパーとして機能し、内圧の変動が緩和される。仮に、内圧の変動の振幅が大きく周波数が高い場合であっても、その変動が圧力室にて緩和されるので、可動部材の振動を抑制できる。従って、可動部材の動きが安定し、オイル漏れの防止効果が更に向上する。

また、本発明のオイルシールにおいては、前記可動部材付勢手段として、前記可動部材に対して進退可能な状態で前記インナー部材に設けられた当接部材を有し、前記静止体の内圧が設定圧力を超えたときに前記当接部材を前記可動部材に当接させることにより前記可動部材を前記所定の隙間を塞ぐ方向に付勢する当接機構が設けられてもよい（請求項４）。この場合、設定圧力を適宜設定することにより当接部材の挙動が調整されるので、可動部材に与える付勢力を自由に設定することができる。

以上説明したように、本発明によれば、可動部材とインナー部材との間に介在し、静止体の内圧を利用して所定の隙間を塞ぐ方向に可動部材を付勢する可動部材付勢手段を備えているので、回転体の回転速度の上昇に伴って可動部材がアウター部材から離れるが、静止体の内圧が高まった場合には可動部材がアウター部材から離れる方向に自由に変位することが制限される。そのため、回転体の回転速度の上昇に伴う摩擦抵抗を低減しつつ、静止体の内圧が高まった場合でもオイル漏れを抑制することができるようになる。

（第１の形態）
図１は本発明の第１の形態に係るオイルシールが組み付けられた内燃機関の要部を示した断面模式図である。なお、図１及びその他の図において、本発明に係るオイルシールは軸線ＣＬに関して軸対称であるので片側の断面のみ図示することとする。図１はクランク軸１０１の回転停止状態を示しており、クランク軸１０１は軸線ＣＬ回りに回転自在な状態でクランクケース１００に取付けられている。オイルシール１Ａは、静止体としてのクランクケース１００と回転体としてのクランク軸１０１との間に設けられる。即ちオイルシール１Ａはクランクケース１００とクランク軸１０１との間に形成される環状の隙間に装着される。オイルシール１Ａはクランクケース１００の外側である大気側ＡＳとクランクケース１００の内側である密封側ＯＳとを区画することにより、密封側ＯＳから大気側ＡＳへのオイルやブローバイガス等の流体の漏洩を防止するとともに、大気側ＡＳから密封側ＯＳへの埃等の異物の侵入を防止する。オイルシール１Ａはクランク軸１０１と同軸的に設けられた環状のアウター部材２及び環状のインナー部材３をそれぞれ有している。アウター部材２はオイルシールリテーナ１０３を介在させてクランクケース１００に装着され、インナー部材３はクランク軸１０１に一体回転可能に装着されている。アウター部材２とインナー部材３とは、両者の間に隙間Ｇが形成されるように互いに離されて組み合わされている。

アウター部材２は、オイルシールリテーナ１０３に固定され、かつ軸線ＣＬ方向に延びる外側円筒部２１と、外側円筒部２１の大気側ＡＳの端部から径方向内側に延びる内向きフランジ部２２とを有している。内向きフランジ部２２は、外側円筒部２１に対して略直角に径方向内側に向かって立ち上がる直立壁部２２ａと、軸線ＣＬ方向に延びて外側円筒部２１と略平行な側壁部２２ｂと、密封側ＯＳに向かって傾いて直立壁部２２ａと側壁部２２ｂとを接続する傾斜壁部２２ｃとを有している。一方、インナー部材３は、クランク軸１０１に固定されかつ軸線ＣＬ１方向に延びる内側円筒部３１と、内側円筒部３１の密封側ＯＳの端部から径方向外側に延びる外向きフランジ部３２とを有している。外向きフランジ部３２はアウター部材２の内向きフランジ部２２と対向するように配置される。即ち、外向きフランジ部３２は、内側円筒部３１に対して略直角に径方向外側に向かって立ち上がる直立壁部３２ａと、直立壁部３２ａに続いて軸線ＣＬ方向に延びて内向きフランジ部２２の側壁部２２ｂと略平行な側壁部３２ｂと、側壁部３２ｂに続いて大気側ＡＳに向かって傾くように延びて内向きフランジ部２２の傾斜壁部２２ｃと略平行な傾斜壁部３２ｃとを備えている。

アウター部材２とインナー部材３とで形成される隙間Ｇのうち、内向きフランジ部２２の側壁部２２ｂと外向きフランジ部３２の側壁部３２ｂとの間に形成される隙間Ｇ１には、可動部材としての環状の可動リップ４が配置されている。可動リップ４はインナー部材３と一体回転できるように直立壁部３２ａに密封側ＯＳの一端が接合されている。可動リップ４は直立壁部３２ａに取付けられた取付け部４ａと、取付け部４ａから大気側ＡＳに向かって延びる中間部４ｂと、中間部４ｂに続く先端部４ｃとを有している。取付け部４ａはバネ材等の高靱性の金属材料にて弾性変形可能に構成されている。中間部４ｂ及び先端部４ｃはゴム等の弾性体で構成されていて、取付け部４ａに一体的に接合されている。先端部４ｃには、可動リップ４を径方向内側へ付勢する環状のガータースプリング６が取付けられている。クランク軸１０１の回転停止時において、可動リップ４はガータースプリング６の弾性力によってアウター部材２と接触状態に保持されている。

図１に示すように、可動リップ４とインナー部材３との間には、可動部材付勢手段としての圧力調整機構５が設けられている。圧力調整機構５は、インナー部材３と可動リップ４とを連結し、ゴム等の弾性体で構成された連結壁部５１と、連結壁５１とインナー部材３と可動リップ４の取付け部４ａとで囲まれて構成された圧力室５２とを有している。インナー部材３の側壁部３２ｂには、圧力室５２とクランクケース１０１の内部空間１００ａとを連通する連通路５３が形成されているとともに、その連通路５３を開閉する弁手段としてのチェック弁５４が設けられている。チェック弁５４は、クランクケース１００の内圧が設定圧力を超えた場合に連通路５３を開く開位置と、内圧がその設定圧力以下の場合に連通路を閉じる閉位置との間で動作する。

図２はチェック弁５４の周辺の断面を拡大して示した拡大断面模式図である。この図に示すようにチェック弁５４はインナー部材３の側壁部３２ｂに嵌め込まれるハウジング５４ａを有している。ハウジング５４ａには連通路５３を閉塞可能な大きさのダイアフラム状の弁体５４ｂと、弁体５４ｂを閉位置の方向へ付勢する弁スプリング５４ｃとが設けられている。弁体５４ｂに作用する内圧が設定圧力以下であれば、弁スプリング５４ｃの付勢力が内圧に勝り、チェック弁５４は閉位置に維持される。一方、弁体５４ｂに作用する内圧が設定圧力を超えれば、その内圧が弁スプリング５４ｃの付勢力に勝り、チェック弁５４は開位置に変更される。弁スプリング５４ｃの全長及びバネ定数等の仕様を調整することにより、連通路５３が開かれる設定圧力を自由に調整できる。また、ハウジング５４ａには圧力室５２とクランクケース１００の内部空間１００ａとを連通する圧力逃がし通路５５が設けられている。逃がし通路５５は連通路５３よりも通路面積が小さくなるように構成される。圧力逃がし通路５５を設ける位置は、圧力室５２とクランクケース１００の内部空間１００ａとを連通できる位置であれば何処でも構わない。

図１に示すように、アウター部材２とインナー部材３とで形成される隙間Ｇのうち、内向きフランジ部２２の傾斜壁２２ｃと外向きフランジ部３２の傾斜壁３２ｃとの間で形成される隙間Ｇ２には、浮動リング７が配置されている。浮動リング７はクランク軸１０１の回転中にアウター部材２及びインナー部材３のそれぞれと非接触の状態で隙間Ｇ２内を移動できる。つまり浮動リング７は、隙間Ｇ２内に存在するオイルを浮動リング７とアウター部材２との間及び浮動リング７とインナー部材３との間にそれぞれ介在させた状態で、インナー部材３の周速度よりも遅い速度でインナー部材３と同心的に回転するようになっている。浮動リング７の厚さ寸法は、浮動リング７、アウター部材２及びインナー部材３の三者の間でラビリンスシールが形成されるように隙間Ｇ２の大きさを考慮して設定される。

以上のオイルシール１Ａによれば、クランク軸１０１が回転すると、インナー部材３がクランク軸１０１と一体回転するので、可動リップ４には径方向外側に向かう遠心力が作用する。クランク軸１０１の回転速度の上昇に伴ってその遠心力が大きくなる結果、可動リップ４をアウター部材２に押し当てる力（緊迫力）が徐々に減少する。そして、クランク軸１０１の回転速度が更に上昇すると、可動リップ４がアウター部材２から離れる方向に変位して隙間Ｇ１が開かれるようになる。

その一方で、クランクケース１００の内圧が設定圧力を超えた場合には、連通路５３がチェック弁５４にて開かれることにより、その内圧が圧力室５２に導かれる。圧力室５２の一部は可動リップ４の取付け部４ａで構成されているので、その圧力によって可動リップ４が隙間Ｇ１を塞ぐ方向に付勢されて図１の右側に傾くように弾性変形する。つまり、取付け部４ａは本発明の受圧部として機能する。これにより、アウター部材２から離れる方向への可動リップ４の自由な変位が制限される。内圧が設定圧力以下の場合には、連通路５３がチェック弁５４にて閉じられて可動リップ４の変位の制限が解除されるので、可動リップ４はクランク軸１００の回転速度の上昇に伴ってアウター部材２から離れる方向に自由に変位できる。

従って、オイルシール１Ａは、クランク軸１０１がある回転速度を超えた場合に可動リップ４がアウター部材２から離れて隙間Ｇ１が開かれ、クランクケース１００の内圧が設定圧力を超えた場合に可動リップ４がアウター部材２に接触して隙間Ｇ１が閉じられるようになる。

一般に、クランク軸１０１の回転速度の上昇に伴ってクランクケース１００の内圧が高まる関係にある。そのため、可動リップ４に設けられたガータースプリング６の外径やバネ定数、可動リップ４の取付け部４ａの材料や寸法等の諸要素と、圧力調整機構５の設定圧力とをそれぞれ調整することで可動リップ４の挙動を変化させることができる。例えば、可動リップ４がアウター部材２から離れる際の回転速度に対応する内圧を予め調査しておき、その内圧よりも圧力調整機構５の設定圧力を高く設定することにより、可動リップ４とアウター部材２とが非接触の状態になる回転速度域を意図的に設けることができる。これにより、クランク軸１０１の回転上昇に伴う摩擦抵抗が低減するので、燃費向上に寄与することができる。

この場合とは対照的に、図３に示すように、可動リップ４がアウター部材２から離れる際の回転速度に対応する内圧Ａ０よりも設定圧力Ａ１を低く設定することもできる。なお図３においては、オイルシール１Ａとの比較のため圧力調整機構を有しない比較例を破線で示す。この場合には、可動リップ４がクランク軸１０１の回転速度の上昇に伴ってアウター部材２から離れる前に、つまり内圧Ａ０になる前に、クランクケース１００の内圧が設定圧力Ａ１を超えて可動リップの変位が制限されるようになる。そのため、クランク軸１０１の回転速度に拘わりなく可動リップ４とアウター部材２との接触が保持される（即ち緊迫力がゼロにならない。）。従って、オイル等の漏洩を確実に防止できるようになる。

このように、オイルシール１Ａによれば、圧力調整機構５の設定圧力を変えることで可動リップ４の挙動を変化させることができる。そのため、オイルシール１Ａの特性を適用対象に容易に対応させることができる。

（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図４を参照して説明する。以下、第１の形態と同一構成には同一の符号を付して説明を省略する。この形態に係るオイルシール１Ｂは、可動部材付勢手段としての当接機構２０５を備えている。当接機構２０５は、可動リップ４に対して進退可能な状態でインナー部材３に設けられた当接部材としてのピストンロッド２５１と、インナー部材３とピストンロッド２５１との間に介在してピストンロッド２５１を可動リップ４から離れる方向に付勢するスプリング２５２とを有している。ピストンロッド２５１には、クランクケース１００の内部空間１００ａに臨んで内圧を受けることができる受圧部２５１ａが設けられている。

これにより、クランクケース１００の内圧が設定圧力を超えた場合には、ピストンロッド２５１が破線の待機位置から実線の当接位置まで変位し、その先端が可動リップ４に突き当てられる。そして、隙間Ｇ１が塞がれる方向へ可動リップ４が付勢され、アウター部材２から離れる方向への可動リップ４の自由な変位が制限される。一方、内圧が設定圧力以下の場合にはピストンロッド２０５はスプリング２５２の弾性力により待機位置に保持されるので、可動リップ４に対する制限が解除される。オイルシール１Ｂによれば、第１の形態と同様に、クランク軸１０１がある回転速度を超えた場合に可動リップ４がアウター部材２から離れて隙間Ｇ１が開かれ、クランクケース１００の内圧が設定圧力を超えた場合に可動リップ４がアウター部材２に接触して隙間Ｇ１が閉じられるようになる。

また、オイルシール１Ｂについても、第１の形態と同様に、可動リップ４に設けられたガータースプリング６の外径やバネ定数、可動リップ４の取付け部４ａの材料や寸法等の諸要素と、当接機構２０５の設定圧力とをそれぞれ調整することにより可動リップ４の挙動を変化させることができる。従って、可動リップ４に与える付勢力を自由に設定することができるようになる。

本発明は、上記各形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明のオイルシールの適用対象は、内燃機関の他、内圧が変動する各種ポンプに適用することもできる。本発明のオイルシールをポンプに適用する場合には、本発明のオイルシールを静止体としてのポンプハウジングと、ポンプハウジングに回転自在に取付けられるポンプ軸との間に設けてもよい。

本発明の第１の形態に係るオイルシールを内燃機関に適用した要部を示した断面模式図。 図１の図２はチェック弁の周辺の断面を拡大して示した拡大断面模式図。 可動リップの挙動の一例を説明する説明図。 本発明の第２の形態に係るオイルシールを内燃機関に適用した要部を示した断面模式図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ オイルシール
２ アウター部材
３ インナー部材
４ 可動リップ（可動部材）
４ａ 取付け部（受圧部）
５ 圧力調整機構（可動部材付勢手段）
５１ 連結壁部
５２ 圧力室
５３ 連通路
５４ チェック弁（弁手段）
１００ クランクケース（静止体）
１０１ クランク軸（回転体）
２０５ 当接機構（可動部材付勢手段）
２５１ ピストンロッド（当接部材）

Claims (4)

1. 内圧が変動する静止体と前記静止体に回転自在に取付けられる回転体との間に設けられるオイルシールであって、前記静止体に装着されるアウター部材と、前記回転体に一体回転可能に装着されるとともに、前記アウター部材との間に所定の隙間が形成されるようにして前記アウター部材と組み合わされるインナー部材と、前記所定の隙間に配置され、かつ前記回転体の回転停止時に前記アウター部材と接触して前記所定の隙間が塞がれた状態で前記インナー部材に設けられるとともに、前記回転体の回転速度の上昇に伴って前記アウター部材から離れる方向に変位可能な可動部材と、前記可動部材と前記インナー部材との間に介在し、前記静止体の内圧を利用して前記所定の隙間を塞ぐ方向に前記可動部材を付勢する可動部材付勢手段と、を備えることを特徴とするオイルシール。
2. 前記可動部材は、圧力を受けることにより前記所定の隙間を塞ぐ方向に弾性変形可能な受圧部を有し、
   前記可動部材付勢手段として、前記可動部材の前記受圧部に作用する圧力を調整可能な圧力調整機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のオイルシール。
3. 前記圧力調整機構は、前記インナー部材と前記可動部材とを連結する連結壁部と、前記連結壁部と前記受圧部と前記インナー部材とで囲まれて構成された圧力室と、前記圧力室と前記静止体の内部空間とを連通する連通路と、前記静止体の内圧が設定圧力を超えたときに前記連通路を開く開位置と、前記静止体の内圧が前記設定圧力以下のときに前記連通路を閉じる閉位置との間で動作する弁手段と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のオイルシール。
4. 前記可動部材付勢手段として、前記可動部材に対して進退可能な状態で前記インナー部材に設けられた当接部材を有し、前記静止体の内圧が設定圧力を超えたときに前記当接部材を前記可動部材に当接させることにより前記可動部材を前記所定の隙間を塞ぐ方向に付勢する当接機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のオイルシール。

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