JP2008111508A - 往復動軸用密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】往復動軸用密封装置のシール性を向上させる。
【解決手段】互いに軸方向反対側を向いたオイルリップ１２及びダストリップ１３を備え、オイルリップ１２に、その先端近傍のメインエッジ１２１と、それより基部１２３側のサブエッジ１２２が形成され、ダストリップ１３に対ダスト用シールエッジ１３１が形成され、サブエッジ１２２と対ダスト用シールエッジ１３１の間に第二のサブエッジ１３３が形成される。第二のサブエッジ１３３におけるサブエッジ１２２側を向いた斜面１３３ａの軸２に対する接触角度αが、対ダスト用シールエッジ１３１側を向いた斜面１３３ｂの接触角度βよりも大きく、第二のサブエッジ１３３が、金属環１１と接合されたオイルリップ１２とダストリップ１３との中間部１７又はそれよりダストリップ１３側に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばピストンロッドなどのような往復動軸の軸周をシールする往復動軸用密封装置に関する。

二輪車における油圧緩衝器（フロントフォーク）のピストンロッド等の軸周シール手段として用いられる往復動軸用密封装置の典型的な従来技術としては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。
特開平１１−６３０７２号公報

図４は、上記特許文献１に記載されたものと同種の従来の往復動軸用密封装置を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図、図５は、図４の往復動軸用密封装置の装着状態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。すなわち、この密封装置１００は、金属環１０４の内周部にゴム状弾性材料によって一体的に成形されたオイルリップ１０１及びダストリップ１０２と、前記金属環１０４の外周部にゴム状弾性材料によって一体的に成形された外周シール部１０３とを有する。

オイルリップ１０１及びダストリップ１０２は、外周に、緊迫力を補償するためのエキステンションスプリング１０５，１０６がそれぞれ装着され、内周がピストンロッド２００の外周面に適当な締め代で密接するものであり、このうちオイルリップ１０１は、フロントフォークの内部空間Ａのオイルが外部空間Ｂへ流出するのを阻止するものであり、ダストリップ１０２は、外部空間Ｂから異物がフロントフォークの内部空間Ａへ侵入するのを阻止するものである。また、外周シール部１０３は、適当なつぶし代をもって、フロントフォークのアウターシェル（不図示）の端部に設けられたシールハウジング３００の内周に圧入固定されるものである。

この種の往復動軸用密封装置１００は、オイルリップ１０１が、その外周面に内部空間Ａの内圧Ｐを受けるため、この内圧Ｐの上昇によって変形して内周面全体がピストンロッド２００の外周面に摺接し、早期摩耗や異常発熱を来すおそれがある。そこで従来は、オイルリップ１０１の内周面を、二段のエッジを有する形状とし、すなわちオイルリップ１０１の先端近傍の内周面に形成したメインエッジ１０１ａのほかに、それよりダストリップ１０２側に位置するサブエッジ１０１ｂを形成し、このサブエッジ１０１ｂをメインエッジ１０１ａと共にピストンロッド２００の外周面と摺接させることによって、オイルリップ１０１の内周面全体がピストンロッド２００の外周面に摺接するのを防止している。

また、サブエッジ１０１ｂも、メインエッジ１０１ａと同様に全周がピストンロッド２００の外周面に摺接することによって、シール機能を奏するものである。すなわち、ピストンロッド２００が図５における上方へ移動した場合に、オイルリップ１０１の下側の内部空間Ａから、ピストンロッド２００の外周面に付着した状態でメインエッジ１０１ａの摺動部を上方へ向けて通過したオイルを、サブエッジ１０１ｂが掻き落とすようになっている。掻き落とされたオイルは、ピストンロッド２００が下方へ移動する過程で、メインエッジ１０１ａの摺動部を通過して内部空間Ａへ戻される。

しかしながら、ピストンロッド２００が図５における上方へ比較的高速で移動した場合は、このピストンロッド２００の外周面に付着した状態でオイルリップ１０１におけるメインエッジ１０１ａの摺動部を上方へ向けて通過したオイルが、さらにサブエッジ１０１ｂの摺動部へもクサビのように介入しやすく、しかも摺動部のスティック−スリップ現象などによるオイルリップ１０１の振動も起こりやすくなる。このため、サブエッジ１０１ｂが十分にオイルを掻き落としきれず、外部空間Ｂへのオイル漏れを発生するおそれがあった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、往復動軸用密封装置のシール性を向上させることにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る往復動軸用密封装置は、軸方向相対移動可能な軸の外周を密封する密封装置であって、互いに軸方向反対側を向いたオイルリップ及びダストリップを備え、前記オイルリップに、その先端近傍で前記軸の外周面と密接されるメインエッジと、それより基部側で前記軸の外周面と密接されるサブエッジが形成され、前記ダストリップに前記軸の外周面と密接される対ダスト用シールエッジが形成され、前記サブエッジと対ダスト用シールエッジの間に前記軸の外周面と密接される第二のサブエッジが形成されたものである。

上記構成において、オイルリップのメインエッジは、最も内側（密封対象空間側）でオイルに対するシールを行うものであり、サブエッジは、オイルリップの中腹を内周側から支承すると共に、メインエッジの摺動部を外側へ向けて通過したオイルを掻き落とすものであり、ダストリップの対ダスト用シールエッジは、外部からの異物の侵入を遮断するものである。また、第二のサブエッジは、軸が軸方向外側へ比較的高速で相対移動したような場合に、サブエッジの摺動部を外側へ向けて通過したオイルを掻き落とすものである。

上記構成における好ましい例としては、第二のサブエッジにおけるサブエッジ側を向いた斜面が軸の外周面に対してなす接触角度を、対ダスト用シールエッジ側を向いた斜面が前記軸の外周面に対してなす接触角度よりも大きくする。このようにすることで、オイルに対する掻き落とし機能を一層有効にできる。

上記構成における他の好ましい例としては、第二のサブエッジが、金属環と接合されたオイルリップとダストリップとの中間部の内周又はそれよりダストリップ側の内周に形成される。第二のサブエッジをオイルリップ側に形成した場合は軸が軸方向外側へ向けて相対移動している時に、メインエッジ、サブエッジ及び第二のサブエッジの摺動抵抗によって、オイルリップに圧縮方向の引きずり変形や振動が発生しやすくなるが、第二のサブエッジを金属環との接合部であるオイルリップとダストリップとの中間部の内周あるいはそれよりダストリップ側に形成することで、このような振動の発生を抑制できる。

請求項１の発明に係る往復動軸用密封装置によれば、軸が軸方向外側へ比較的高速で移動することによって、メインエッジの摺動部から更にサブエッジの摺動部も通過した軸外周面のオイルを、第二のサブエッジが掻き落とすため、シール性を向上させることができる。

請求項２の発明に係る往復動軸用密封装置によれば、第二のサブエッジにおけるサブエッジ側を向いた斜面の接触角度が対ダスト用シールエッジ側を向いた斜面の接触角度よりも大きいため、オイルに対する有効な掻き落とし機能を得ことができる。

請求項３の発明に係る往復動軸用密封装置によれば、第二のサブエッジがダストリップ側に形成されるので、その摺動抵抗によってオイルリップに圧縮方向の引きずり変形や振動を発生することがなく、オイルリップの耐久性及びシール性を向上することができ、オイルリップの軸方向長さを長くする必要もない。

以下、本発明に係る往復動軸用密封装置の最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る往復動軸用密封装置を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図、図２は、本発明に係る往復動軸用密封装置の装着状態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図、図３は、図２の要部を拡大して示す断面図である。

本発明に係る往復動軸用密封装置（以下、単に密封装置という）１は、図１に示されるように、金属環１１と、その内周部にゴム状弾性材料によって一体的に成形され、互いに軸方向反対側を向いたオイルリップ１２及びダストリップ１３と、金属環１１の外周部にゴム状弾性材料によって一体的に成形された外周シール部１４と、オイルリップ１２及びダストリップ１３の外周に装着されたエキステンションスプリング１５，１６とを備える。オイルリップ１２、ダストリップ１３及び外周シール部１４は、不図示の金型内に、予め加硫接着剤を塗布した金属環１１を位置決めセットし、型締め状態においてこの金属環１１と金型内面との間に画成された環状のキャビティ内に、成形用未加硫ゴム材料を充填して加熱・加圧することにより、加硫成形と同時に金属環１１と加硫接着されたものである。

金属環１１は、金属のプレス成形品であって、外周筒部１１ａと、その軸方向一端（図２の装着状態において外側を向く端部）から内周側へ断面略Ｕ字形に折り返された形状に延びる折り返し部１１ｂと、更にそこから、軸心Ｏと直交する平面状をなして内周側へ延びる内周フランジ部１１ｃとからなる。

オイルリップ１２は、金属環１１の内周フランジ部１１ｃから折り返し部１１ｂと反対側へ向けて、先端が小径となる略円錐筒状をなして延び、内周に、先端近傍に位置するメインエッジ１２１と、それより基部１２３側の、オイルリップ１２の中腹部に位置するサブエッジ１２２が、それぞれ略Ｖ字形の断面形状をなして円周方向へ連続して突出形成されている。

ダストリップ１３は、基部１３２が金属環１１の内周フランジ部１１ｃの内周側に加硫接着された中間部１７を介して、オイルリップ１２の基部１２３と連続しており、前記基部１３２から、オイルリップ１２と反対側（折り返し部１１ｂが向いた側）へ向けて、先端がやや小径となる略円錐筒状をなして延び、先端近傍の内周に、アール状の凸面をなす対ダスト用シールエッジ１３１が円周方向へ連続して突出形成されている。

オイルリップ１２のサブエッジ１２２と、ダストリップ１３の対ダスト用シールエッジ１３１の間には、第二のサブエッジ１３３が略Ｖ字形の断面形状をなして円周方向へ連続して突出形成されている。この第二のサブエッジ１３３は、金属環１１の内周フランジ部１１ｃよりもダストリップ１３側、すなわちダストリップ１３の基部１３２の内周に位置している。

外周シール部１４は、金属環１１の外周筒部１１ａと折り返し部１１ｂを埋設した状態で成形されたものであって、外周筒部１１ａの外周面を覆う筒状部分１４ａにおいて固定シールをなし、内周部は金属環１１の内周フランジ部１１ｃに沿って延びて、オイルリップ１２及びダストリップ１３の基部１２３，１３２と連続している。

エキステンションスプリング１５，１６は、ガータスプリングとも呼ばれ、金属製の長いコイルスプリングを環状に繋げたものであって、オイルリップ１２におけるメインエッジ１２１の外周側に形成された環状溝１２４、及びダストリップ１３における対ダスト用シールエッジ１３１の外周側に形成された環状溝１３４にそれぞれ嵌着され、オイルリップ１２及びダストリップ１３の緊迫力及び径方向追随性を補償するものである。

上述の構成を備える密封装置１は、図２に示されるように、例えば二輪車における油圧緩衝器（フロントフォーク）のピストンロッド２の軸周シール手段として用いられる。そして、フロントフォークのアウターシェル（不図示）の端部に設けられたシールハウジング３の内周面に、オイルリップ１２が内部空間Ａを向くようにして、外周シール部１４が適当なつぶし代をもって圧入固定され、オイルリップ１２及びダストリップ１３の内周に形成されたメインエッジ１２１、サブエッジ１２２、第二のサブエッジ１３３及び対ダスト用シールエッジ１３１が、シールハウジング２の内周からフロントフォーク内部へ挿通されて軸方向相対移動可能なピストンロッド２の外周面に、摺動可能に密接されるものである。なお、ピストンロッド２は、請求項１に記載された軸に相当する。

オイルリップ１２は、内周に形成されたメインエッジ１２１がピストンロッド２の外周面に適当な締め代をもって摺動可能に密接することによって、フロントフォークの内部空間Ａのオイルを封止するものである。また、ダストリップ１３は、対ダスト用シールエッジ１３１がピストンロッド２の外周面に適当な締め代をもって摺動可能に密接することによって、外部空間Ｂから異物がフロントフォークの内部空間Ａへ侵入するのを阻止するものである。

オイルリップ１２は、内部空間Ａの圧力（内圧）によって内周面全体がピストンロッド２の外周面にベタ当たりするようなことがないように、中腹部が、ピストンロッド２の外周面に摺動可能に密接されたサブエッジ１２２によって支承される。

ここで図３に示されるように、第二のサブエッジ１３３におけるサブエッジ１２２側を向いた斜面１３３ａが、ピストンロッド２の外周面に対してなす接触角度αは、この第二のサブエッジ１３３における対ダスト用シールエッジ１３１側を向いた斜面１３３ｂがピストンロッド２の外周面に対してなす接触角度βよりも大きいものとなっている（α＞β）。

一方、メインエッジ１２１及びサブエッジ１２２も、図２に示されるように、それぞれ内部空間Ａ側を向いた斜面１２１ａ，１２２ａがピストンロッド２の外周面に対してなす接触角度は、その反対側の斜面１２１ｂ，１２２ｂがピストンロッド２の外周面に対してなす接触角度よりも大きいといった、第二のサブエッジ１３３の両側斜面１３３ａ，１３３ｂと同様の角度関係が設定されている。

また、サブエッジ１２２は、上述のような、オイルリップ１２に対する支承機能に加えて、オイル掻き落とし機能を奏する。すなわち、ピストンロッド２が図２における上方へ移動した場合に、オイルリップ１２の下側の内部空間Ａから、ピストンロッド２の外周面に付着した状態でメインエッジ１２１の摺動部を上方へ向けて通過したオイルを、サブエッジ１２２が掻き落とすようになっている。掻き落とされたオイルは、ピストンロッド２が下方へ移動する過程で、ピストンロッド２の外周面に対する接触角度の小さい斜面１２１ｂからメインエッジ１２１の摺動部へ容易に介入して下方へ通過し、内部空間Ａへ戻される。

ピストンロッド２が図２における上方へ比較的高速で移動した場合は、このピストンロッド２の外周面に付着したオイルが、オイルリップ１２におけるメインエッジ１２１の摺動部を上方へ向けて通過した後、更にサブエッジ１２２の摺動部へもクサビのように介入し、しかも摺動部のスティック−スリップ現象などによるオイルリップ１２の振動も起こりやすくなって、サブエッジ１２２によるオイルの掻き落としが十分になされなくなることがある。したがって、このような場合は、ピストンロッド２の外周面に付着したオイルの一部がサブエッジ１２２の摺動部を更に上方へ通過することになるが、このオイルは、第二のサブエッジ１３３によって有効に掻き落とされる。

これについて、更に詳しく説明すると、先に述べたように、第二のサブエッジ１３３は、ピストンロッド２の外周面に対するサブエッジ１２２側の斜面１３３ａの接触角度αが、対ダスト用シールエッジ１３１側を向いた斜面１３３ｂの接触角度βよりも大きいため、ピストンロッド２が図３における上方へ移動するのに伴ってオイルが斜面１３３ａの内周（第二のサブエッジ１３３の摺動部）へ介入するクサビ効果が小さくなる。

また、ピストンロッド２が図３における上方へ移動する過程では、ダストリップ１３には、摺動部のスティック−スリップ現象による振動が発生しにくいため、ダストリップ１３の基部１３２の内周に位置する第二のサブエッジ１３３の摺動部が、このような振動によって開いてしまうこともない。しかも、第二のサブエッジ１３３は、金属環１１の内周フランジ部１１ｃよりもダストリップ１３側に存在するので、オイルリップ１２にそのメインエッジ１２１やサブエッジ１２２の摺動部のスティック−スリップ現象などによって振動を生じても、この振動は前記内周フランジ部１１ｃで遮断され、第二のサブエッジ１３３には殆ど伝達されない。

したがって、ピストンロッド２の外周面に付着したオイルの一部がサブエッジ１２２の摺動部を上方へ通過しても、このオイルは、第二のサブエッジ１３３の摺動部を上方へ容易に通過することができずに掻き落とされることになる。そして、掻き落とされたオイルは、ピストンロッド２が下方へ移動する過程で、ピストンロッド２の外周面に対する接触角度の小さい斜面１２２ｂからサブエッジ１２２の摺動部へ容易に介入して下方へ通過し、更に、接触角度の小さい斜面１２１ｂからメインエッジ１２１の摺動部へ容易に介入して下方へ通過し、内部空間Ａへ戻される。

そして例えば、第二のサブエッジ１３３をオイルリップ１２側に形成した場合は、その分、オイルリップ１２の軸方向長さを長くする必要があり、しかもこの場合は、ピストンロッド２が図２における上方へ移動する時に、メインエッジ１２１、サブエッジ１２２及び第二のサブエッジ１３３の摺動部に作用する摺動抵抗が、すべてオイルリップ１２の圧縮方向に作用するので、オイルリップ１２に引きずり変形や振動が発生しやすくなる。これに対し、本発明によれば、第二のサブエッジ１３３がダストリップ１３の基部１３２の内周に位置して形成されていることから、オイルリップ１２の長さを長くする必要はなく、その耐久性及びシール性も向上することができる。

また、α＞βであるため、ピストンロッド２が図２における下方へ向けて移動する過程で生じる第二のサブエッジ１３３の摺動抵抗は、比較的小さなものとなり、しかもこの第二のサブエッジ１３３は、金属環１１の内周フランジ部１１ｃと接合された基部１３２の内周に位置しているため、第二のサブエッジ１３３の摺動抵抗によるダストリップ１３の圧縮方向の引きずり変形の増大も抑制することができる。

なお、上述した実施の形態では、第二のサブエッジ１３３を、ダストリップ１３の基部１３２の内周に形成したが、オイルリップ１２とダストリップ１３との互いの連続部であって金属環１１の内周フランジ部１１ｃの内周に位置する中間部１７の内周面に、第二のサブエッジ１３３を形成しても、同様の効果を得ることができる。

本発明に係る往復動軸用密封装置を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。 本発明に係る往復動軸用密封装置の装着状態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。 図２の要部を拡大して示す断面図である。 従来の往復動軸用密封装置を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。 図４の往復動軸用密封装置の装着状態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。

符号の説明

１ 往復動軸用密封装置
１１ 金属環
１２ オイルリップ
１２１ メインエッジ
１２２ サブエッジ
１２３ 基部
１３ ダストリップ
１３１ 対ダスト用シールエッジ
１３２ 基部
１３３ 第二のサブエッジ
１３３ａ，１３３ｂ 斜面
１４ 外周シール部
１５，１６ エキステンションスプリング
１７ 中間部
２ ピストンロッド（軸）
３ シールハウジング
Ａ 内部空間
Ｂ 外部空間

Claims (3)

1. 軸方向相対移動可能な軸（２）の外周を密封する密封装置（１）であって、互いに軸方向反対側を向いたオイルリップ（１２）及びダストリップ（１３）を備え、前記オイルリップ（１２）に、その先端近傍で前記軸（２）の外周面と密接されるメインエッジ（１２１）と、それより基部（１２３）側で前記軸（２）の外周面に密接されるサブエッジ（１２２）が形成され、前記ダストリップ（１３）に前記軸（２）の外周面と密接される対ダスト用シールエッジ（１３１）が形成され、前記サブエッジ（１２２）と対ダスト用シールエッジ（１３１）の間に前記軸（２）の外周面と密接される第二のサブエッジ（１３３）が形成されたことを特徴とする往復動軸用密封装置。
2. 第二のサブエッジ（１３３）におけるサブエッジ（１２２）側を向いた斜面（１３３ａ）が軸（２）の外周面に対してなす接触角度（α）が、対ダスト用シールエッジ（１３１）側を向いた斜面（１３３ｂ）が前記軸（２）の外周面に対してなす接触角度（β）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の往復動軸用密封装置。
3. 第二のサブエッジ（１３３）が、金属環（１１）と接合されたオイルリップ（１２）とダストリップ（１３）との中間部（１７）の内周又はそれよりダストリップ（１３）側の内周に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の往復動軸用密封装置。

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