JP2008281192A - シールリング - Google Patents

Abstract

【課題】ガスに対しても優れた密封機能を発揮するシールリングを提供する。
【解決手段】軸方向に向かって伸びるように撓んだ状態で、その内周面が軸の外周面に密着するシールリップを備え、該シールリップの内周面には、前記軸とハウジングとの相対的な回転時に密封対象流体を密封対象側に戻す溝４が形成されると共に、前記シールリップの内周面には、前記溝が設けられている領域よりも自由端側に、軸表面に向かって突き出て軸の外周面に摺動自在に接触する、先端が尖った環状突起６が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、シールリングに関するものである。

従来、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するシールリングであって、軸方向に向かって伸びるように撓んだ状態で、その内周面が軸の外周面に密着するシールリップを備えたものが知られている。また、このシールリップの内周面に、軸とハウジングとの相対的な回転時に密封対象流体を密封対象側に戻す溝が形成されたものが知られている。

この種のシールリングとしては、特許文献１に開示されたものがある。この文献に開示されたシールリングにおいては、シールリップの先端付近に、軸の外周面に対して面接触する環状凸部が設けられている。かかる技術においては、特に、軸とハウジングが相対回転している際に、優れた密封機能を発揮する。この従来例に係るシールリップの構造は、潤滑油のような流体を密封する場合に適している。しかしながら、このシールリップの構造は、気体を密封するのには適していない。
独国１９９０４８６２Ｃ１

本発明の目的は、ガスに対しても優れた密封機能を発揮するシールリングを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明においては、シールリップの自由端付近に、リップ表面から突き出た、先端が尖った環状突起が少なくとも一つ備えられている。従って、シールリップが軸の外周面に密封接触した状態においては、この環状突起がシールリップにおいて最も小径となる部分を形成する。この環状突起は小さな面を有するように設計される。例えば、環状突起の先端部分が考慮される。この結果、環状突起は軸の外周面に対して線接触の状態で押圧する。

そして、環状突起の形状によって、接触面積を小さくすることができ、軸表面に対する摺動抵抗の増加を抑制することができる。一方、シールリップの最大接触圧力は高く、ガスに対しても優れた密封機能を発揮する。

好ましくは、シールリップは、密封対象に向かって突き出るように配置される。しかしながら、シールリップは、密封対象とは反対側に向かって伸びるように配置されることも考えられる。シールリップは、天然ゴムやフッ素化されたエラストマーやＰＴＦＥのように、良く知られたシール材料を適用できる。

シールリップの自由端付近における外周面に、内側に凹んだ環状凹部を設けるとよい。これにより、この環状凹部よりも先端側は、環状凹部が設けられている部分よりも厚肉となるように構成される。

そして、この環状凹部を設ければ、シールリップに対して高い可撓性を維持させることができ、かつ、シールリップにおける厚肉の先端部分においては、軸表面に対する接触圧力を高めることができる。そのため、必要なシールリップの接触圧力を発生させるのに、
補助コイルスプリングは不要である。この厚肉の先端部分には、密封対象流体を密封対象側に戻す溝はなく、この溝は、厚肉の先端部分よりも根本側に設けられる。

この厚肉の先端部分は、それ自体でシール性を有するように軸を取り囲む。その結果、この厚肉の先端部分によって、静止時においても密封機能が発揮される。

少なくとも一つの環状突起は、この厚肉の先端部分に配置されるとよい。その結果、静止時の密着力が向上する。また、環状突起は、シールリップにおいて、軸に対するシールリップの接触圧力が最も高くなる領域に配置される。それ故、環状突起は、摺動抵抗を低くしつつ、ガスに対して優れた密封性能を実現可能とする。

軸とハウジングとの相対的な回転時に密封対象流体を密封対象側に戻す溝としては、少なくとも一つの螺旋状の溝を適用できる。このような溝は、特に、液体を密封領域に戻すのに適している。

上記の厚肉の先端部分に２つの環状突起を設けることも好適である。環状突起を増やすことで、ガスに対する密封機能をより高めることが可能である。

隣り合う環状突起間の距離が０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下に設定されとよい。このとき、環状突起は、上記の厚肉の先端部分における中央に配置されるようにすると好適である。上記距離を上記の範囲に設定することで、環状突起における接触圧力を高くすることができる。各環状突起がそれぞれ単独でガスに対する密封機能を発揮するように、隣り合う環状突起の間には隙間が設けられる。

少なくとも一つの環状突起は、断面形状が三角形となるように構成されているとよい。これにより、軸の外周面に対して、環状突起を線接触の状態で接触させることができる。この結果、高い最大接触圧力が得られ、摺動抵抗を低くしつつ優れた密封機能を発揮させることができる。

少なくとも一つの環状突起は、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の高さを有するとよい。この範囲に設定することで、環状突起は、過度の摩耗が生じることなく十分に高い最大接触圧力を生み出すことができる。環状突起の高さや隣り合う環状突起間の距離は、軸の外径との関係で適宜設定すればよい。

本発明は、より具体的には、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のシールリングは、
相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止すると共に、前記ハウジングにおける前記軸が挿入される軸孔内周面側に固定されるシールリングにおいて、
軸方向に向かって伸びるように撓んだ状態で、その内周面が軸の外周面に密着するシールリップを備え、
該シールリップの内周面には、前記軸とハウジングとの相対的な回転時に密封対象流体を密封対象側に戻す溝が形成されると共に、
前記シールリップの内周面には、前記溝が設けられている領域よりも自由端側に、軸表面に向かって突き出て軸の外周面に摺動自在に接触する、先端が尖った環状突起が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、シールリップの内周面に、密封対象流体を密封対象側に戻す溝が設けられているので、軸とハウジングが相対的に回転する際に優れた密封機能を発揮する。そして、シールリップの内周面には上記の溝が設けられている領域よりも自由端側に、軸表
面に対して摺動自在に接触する環状突起が設けられているので、軸とハウジングが回転していない時でも密封機能を発揮させることができる。

そして、この環状突起は、先端が尖った形状であることから、シールリップの軸表面に対する接触圧力全体を低く抑えつつ、最大接触圧力（圧力分布において接触圧力が最大となる部分（本発明においては、環状突起先端の尖った部分）の接触圧力）を高めることができる。従って、摺動抵抗を低減させつつ密封機能を高めることができる。

以上のことから、ガスに対しても（密封対象がガスの場合、あるいは液体中にガスが含まれている場合を含む）、静止時であるか回転時（軸とハウジングとが相対的に回転している時）であるかを問わず、密封機能を高めることができる。また、回転時における摺動抵抗を低減できる。

以上説明したように、本発明によれば、ガスに対しても優れた密封機能を発揮させることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１及び図２を参照して、本発明の実施例１に係るシールリングについて説明する。図１は本発明の実施例１に係るシールリングの模式的断面図である。図２は本発明の実施例１に係るシールリングのシールリップ先端付近の拡大断面図である。

本実施例に係るシールリング１は、相対的に回転する軸３（の外周面）とハウジング２０（ハウジングに設けられた軸孔内周面）との間の環状隙間を封止するものである。また、シールリング１は、ハウジング２０における軸３が挿入される軸孔内周面に固定される。

そして、シールリング１は、端部に内向きフランジ部を有する補強環８と、この補強環８の外周側に一体成形などにより固着された弾性体製の固定シール９と、補強環８の内向きフランジ部に対して一体成形などにより固着された弾性体製のシールリップ２及びダストリップ１０とを備えている。なお、シールリップ２及びダストリップ１０は同一材料により一体的に構成されている。

シールリップ２は密封領域１１側に向くように構成されており、ダストリップ１０は密封領域とは反対側（大気１２側）に向くように構成されている。ここで、シールリップ２は、軸方向に向かって伸びるように撓んだ状態で、その内周面が軸３の外周面に密着するように構成されている。

このシールリップ２は、外力が作用していない場合には、図１中、点線で示すように、先端に向かって縮径するように構成されている。そして、軸３が挿入された状態においては、図１及び図２において実線で示すように、シールリップ２の先端が軸３の挿入により拡径して、密封領域１１側に向かって伸びるように撓んだ状態となる。なお、図２は軸３が挿入された状態におけるシールリップ２を示しているが、便宜上、軸３については省略して示している。そして、上記の通り、シールリップ２の内周面が、軸３の外周面に密着
する。このとき、シールリップ２の弾性復元力により、軸３の外周面に対してシールリップによる密着力が生ずる。必要な密封機能を得るためには、この密着力で十分であることから、シールリップ２を軸３に表面に向かって押し付けるための補助コイルスプリングのようなものは不要である。

シールリップ２の内周面には、軸３とハウジング２０が相対的に回転したとき、つまり、シールリップ２が軸３の外周表面に対して摺動したときに、密封対象流体を密封領域１１側（密封対象側）に戻す溝４が設けられている。本実施例においては、この溝４は１本の螺旋状の溝により構成されている。

また、シールリップ２の先端の自由端部５の外周面には、内側に凹んだ環状凹部２ａが設けられている。これにより、シールリップ２の自由端部５における環状凹部２ａよりも先端側は、厚肉部７により構成されている。上記の溝４は、厚肉部７には設けられていない。そのため、この厚肉部７は、溝４が設けられている領域よりも密封領域１１側で、軸３の外周表面に密着して密封機能を発揮する。回転時において、この厚肉部７から漏れた密封対象流体は、溝４によるねじポンプ機能によって密封領域１１側に戻される。このとき、厚肉部７は、環状凹部２ａを中心にして軸３の外周表面から浮き上がるように、拡径方向に撓むように変形することによって、密封対象流体が密封領域１１側に戻すのを許容する。そして、この厚肉部７の内周面には、軸３の表面に向かって突き出て軸３の外周面に摺動自在に接触する、先端が尖った環状突起６が設けられている。

本実施例においては、軸方向に並んで２つの環状突起６が設けられている。これら２つの環状突起６の間隔は、０．２ｍｍに設定されており、これらの環状突起６の高さは０．０３ｍｍに設定されている。また、環状突起６の断面形状は三角形である。

以上のように、本実施例に係るシールリング１によれば、シールリップ２の内周面に密封対象流体を密封対象側（密封領域１１側）に戻す溝４が設けられているので、軸３とハウジング２０が相対的に回転する際に優れた密封機能を発揮する。

そして、シールリップ２の内周面には溝４が設けられている領域よりも自由端側に、軸３の表面に対して摺動自在に接触する環状突起６が設けられているので、軸３とハウジング２０が回転していない時でも密封機能を発揮させることができる。

そして、この環状突起６は、先端が尖った形状であることから軸３の表面に対して線接触する。したがって、環状突起６が軸３の表面に対する接触圧力が高くなる厚肉部７に設けられていることと相俟って、シールリップ２の軸３の表面に対する接触圧力全体を低く抑えつつ、最大接触圧力（圧力分布において接触圧力が最大となる部分（環状突起６の先端の尖った部分）の接触圧力）を高めることができる。従って、摺動抵抗を低減させつつ密封機能を高めることができる。

また、回転時において、溝４によるねじポンプ機能によって、密封流体が密封領域１１側に戻される際には、上記の通り、厚肉部７は、環状凹部２ａを中心にして軸３の外周表面から浮き上がるように、拡径方向に撓むように変形することによって、密封対象流体が密封領域１１側に戻すのを許容する。従って、最大接触圧力を高くすることによって密封機能は高くなるが、密封流体を密封領域１１側に戻す機能は保たれる。

以上のことから、ガスに対しても（密封対象がガスの場合、あるいは液体中にガスが含まれている場合を含む）、静止時であるか回転時（軸３とハウジング２０とが相対的に回転している時）であるかを問わず、密封機能を高めることができる。また、回転時における摺動抵抗を低減できる。

（実施例２）
図３には、本発明の実施例２が示されている。上記実施例１では、環状突起が厚肉部の内周面に設けられる場合の構成について説明したが、本実施例では、環状突起が厚肉部からヒンジ状に突き出た部分に設けられる場合の構成について説明する。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

図３は本発明の実施例２に係るシールリングのシールリップ先端付近の拡大断面図である。なお、図３においては、上記実施例１における図２と同様に、軸が挿入されている状態におけるシールリップ先端付近のみ（軸は省略）を示したものである。

本実施例においては、シールリップ２の自由端部５における厚肉部７の外周付近からさらに軸方向に向かって縮径するようにヒンジ部１３が設けられている。このヒンジ部１３の内周端が、先端の尖った環状突起６により構成されている。

以上のように、本実施例においても、溝４が設けられている領域よりも自由端側に、軸３の表面に対して摺動自在に接触する環状突起６が設けられており、上記実施例１の場合と同様の効果を得ることができる。そして、本実施例の場合には、環状突起６はヒンジ部１３に設けられていることから、実施例１の場合に比べると、最大接触圧力は低くなる傾向にあるが、径方向に対する可撓性を高めることができる。そのため、溝４によるねじポンプ機能によって、密封流体を密封領域側に戻し易くすることができる。

（実施例３）
図４には、本発明の実施例３が示されている。上記実施例１では、環状突起が厚肉部の内周面に設けられる場合の構成について説明したが、本実施例では、環状突起が厚肉部から円筒状に突き出た部分に設けられる場合の構成について説明する。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。図４は本発明の実施例３に係るシールリングのシールリップ先端付近の拡大断面図である。なお、図４においては、上記実施例１における図２と同様に、軸が挿入されている状態におけるシールリップ先端付近のみ（軸は省略）を示したものである。

本実施例においては、シールリップ２の自由端部５における厚肉部７の内周付近からさらに軸方向に向かって突き出た円筒状の延出部１４が設けられている。そして、この延出部１４の先端付近の内周面に、軸３の表面に向かって突き出て軸３の外周面に摺動自在に接触する、先端が尖った環状突起６が設けられている。

以上のように、本実施例においても、溝４が設けられている領域よりも自由端側に、軸３の表面に対して摺動自在に接触する環状突起６が設けられており、上記実施例１の場合と同様の効果を得ることができる。そして、本実施例の場合には、延出部１４が径方向に弾性的に変形し易く、環状突起６はこの延出部１４に設けられていることから、実施例１の場合に比べると、最大接触圧力は低くなる傾向にあるが、径方向に対する可撓性を高めることができる。そのため、溝４によるねじポンプ機能によって、密封流体を密封領域側に戻し易くすることができる。

なお、これまでの実施例においては、環状突起６がシールリップ２に一体的に設けられる場合を説明した。しかしながら、環状突起６を別部材によって構成することも可能である。この場合において、環状突起６はメインリップに設けることもできるし、他のシール部分に設けることもできる。

図１は本発明の実施例１に係るシールリングの模式的断面図である。 図２は本発明の実施例１に係るシールリングのシールリップ先端付近の拡大断面図である。 図３は本発明の実施例２に係るシールリングのシールリップ先端付近の拡大断面図である。 図４は本発明の実施例３に係るシールリングのシールリップ先端付近の拡大断面図である。

符号の説明

１ シールリング
２ シールリップ
２ａ 環状凹部
３ 軸
４ 溝
５ 自由端部
６ 環状突起
７ 厚肉部
８ 補強環
９ 固定シール
１０ ダストリップ
１１ 密封領域
１２ 大気
１３ ヒンジ部
１４ 延出部
２０ ハウジング

Claims (7)

1. 相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止すると共に、前記ハウジングにおける前記軸が挿入される軸孔内周面側に固定されるシールリングにおいて、
   軸方向に向かって伸びるように撓んだ状態で、その内周面が軸の外周面に密着するシールリップを備え、
   該シールリップの内周面には、前記軸とハウジングとの相対的な回転時に密封対象流体を密封対象側に戻す溝が形成されると共に、
   前記シールリップの内周面には、前記溝が設けられている領域よりも自由端側に、軸表面に向かって突き出て軸の外周面に摺動自在に接触する、先端が尖った環状突起が設けられていることを特徴とするシールリング。
2. 前記シールリップの先端付近における外周面には、内側に凹んだ環状凹部が設けられており、前記環状突起は、該環状凹部よりも先端側の部分に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシールリング。
3. 前記環状突起の断面形状は三角形であることを特徴とする請求項１または２に記載のシールリング。
4. 前記溝は螺旋状に設けられていることを特徴とする請求項１，２または３に記載のシールリング。
5. 前記環状突起は軸方向に並んで複数設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のシールリング。
6. 隣り合う環状突起間の距離が０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項５に記載のシールリング。
7. 前記環状突起の高さが０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のシールリング。

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