JP2009250348A - オイルシール - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製シールリップの相手部材との摺接面にシール溝を備えたタイプのオイルシールにおけるオイル漏れ原因を解明し、漏れ防止寿命に優れたオイルシールを提供すること。
【解決手段】相手部材１０との摺接面にシール溝５ｇを有するシールリップ５を備えたオイルシール１において、上記シールリップ５を、例えば銅や銅合金などに代表される熱伝導性充填剤を含む含フッ素エチレン性重合体から形成し、望ましくはその熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車のエンジンや変速機などにおける軸封部に適用され、ケース（ハウジング）のシャフト孔とシャフトとの間に形成される隙間をシールするのに用いられるオイルシールに関するものである。

従来、上記したような装置の回転部分に形成される隙間を密封するためのオイルシールには、ゴム製回転軸オイルシール及び樹脂製回転軸オイルシールと呼ばれる２つのタイプがあった。

ゴム製回転軸オイルシールは、例えば、リング状をなし、ケース側に装着される金属支持体と、この支持体に取り付けられたゴム製のシールリングから主に構成されている。
上記シールリングは、密封流体（オイル）側において軸に摺接するシールリップ部と、ケース外側、つまり反密封流体側において軸に摺接するダストリップ部を備え、シールリップ部の外周側には、軸に対する密着性を高めるためのばねが嵌装されている。

一方、樹脂製回転軸オイルシールは、例えば、同様の金属支持体と、金属支持体とケースの間をシールするゴム支持体と、密封流体をシールする樹脂製のシールリップと、反密封流体側において軸に摺接してゴミや埃の浸入を防止するダストリップから構成されている。なお、上記シールリップとは、回転軸との摺動接触がなされる部分のうち、ダストリップ以外の部位を意味する。

上記した樹脂製回転軸オイルシールにおいては、上記シールリップと軸の間の潤滑性向上と、密封流体であるオイルの漏れ防止を図る観点から、シールリップの軸との摺接面に、環状あるいはスパイラル状のシール溝を形成することが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平７−４２８４７号公報 特開２００５−２５７０７４号公報（請求項２２、図２ｂ）

上記樹脂製回転軸オイルシールは、ゴム製回転軸オイルシールの摩擦特性を改善するために開発されたものであり、一般に、シャフトとの摺動摩擦特性がゴム製回転軸オイルシールより優れている。
しかしながら、シールリップの軸との摺接面にシール溝を設けた場合、使用開始からしばらくの間は、優れた摩擦特性と耐漏れ性を発揮するものの、長期間の使用によってオイル漏れが生じることがあり、漏れ防止寿命に劣る傾向が見出された。

本発明は、樹脂製シールリップの相手部材との摺接面にシール溝を備えた従来のオイルシールにおける上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、長期間使用によるオイル漏れ原因を究明し、もって漏れ防止寿命に優れたオイルシールを提供することにある。

本発明者らは、上記目的達成に向けて、鋭意検討を繰り返した結果、オイル漏れは、シール部分に滞留したオイルが摺動熱によってスラッジ化し、シール溝に詰まることによるものであって、摺動面の温度上昇を抑えれば、その防止が可能であることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明のオイルシールは、相対的に回転する二つの部材の一方に装着され、他方の部材に摺動自在に密接する摺接面を有し、この摺接面にシール溝を形成して成るシールリップを備えたオイルシールにおいて、上記シールリップを、熱伝導性充填剤を含む含フッ素エチレン性重合体から形成し、その熱伝導率を、例えば、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、シールリップを熱伝導性充填剤が添加された含フッ素エチレン性重合体から成るものとしたので、その熱伝導性が向上し、摺接面の温度上昇を抑えてオイルのスラッジ化を防止することができ、オイルシールの漏れ防止寿命が向上することになる。

以下に、本発明のオイルシールについて、その実施形態等、さらに詳細に説明する。なお、本明細書中において、「％」は特記しない限り、質量百分率を表すものとする。

本発明のオイルシールは、上記したように、相対回転する二つの部材の一方に装着され、他方の部材に摺動自在に密接する摺接面を有し、該摺接面にシール溝を形成して成るシールリップを備えたものであって、当該シールリップには熱伝導性充填剤が含まれている。すなわち、熱伝導性充填剤の添加によってシールリップの熱伝導率が向上するため、摺動によって生じた熱が摺接面から速やかに拡散して、摺動面の温度上昇を抑えることができ、シール部分に滞留したオイルのスラッジ化が防止される。
したがって、オイルスラッジによるシール溝の目詰まりがなくなり、シール溝本来の機能が有効に発揮されて、優れた摩擦特性とオイルの漏れ防止性能が長期に亘って維持されることになる。

本発明のオイルシールにおいて、オイルシールの熱伝導率は、ある程度高くないと摺動面における温度上昇を十分に抑えることが難しくなるため、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。
そして、当該オイルシールの熱伝導率をこのような値とするためには、樹脂材料である含フッ素エチレン性重合体に添加する熱伝導性充填剤として、炭素系フィラー、グラスファイバー、グラファイト、銅（Ｃｕ）、銅合金、銀（Ａｇ）、銀合金、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ベリリア（ＢｅＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ_２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を単独で、あるいはこれらの２種以上を混ぜ合わせて使用することが望ましい。これらの中では、銅や、ブロンズなどの銅合金を適用することが特に好ましい。

これら充填剤のオイルシール材料全体に対する添加量としては、充填剤の種類や形状によっても相違し、一概に言及することは難しいが、概ね５〜８０％程度とすることが望ましく、熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上となることを目安に添加すればよい。
なお、上記銅合金とは、銅を主成分として５０％以上含有し、他の成分として鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）などを含有する合金を意味する。

また、銀合金とは、最も多い主成分として銀を３５％以上含有し、他成分として銅、亜鉛、カドミウム（Ｃｄ）、錫、ニッケルなどを含有する合金を意味する。
そして、アルミニウム合金とは、アルミニウムを８０％以上含有し、ケイ素（Ｓｉ）や銅、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛、ニッケル、マンガン（Ｍｎ）などの成分を添加した合金を意味する。

一方、含フッ素エチレン性重合体としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、さらにはこれらとエチレンやヘキサフルオロプロピレンなどとの共重合体を好適に用いることができる。
これらの中では、摩擦特性や耐摩耗特性に優れていることから、ポリテトラフルオロエチレンを用いることが望ましく、当該ポリテトラフルオロエチレン中に銅や銅合金の熱伝導性充填剤を含む材料から成るシールリップを採用することが特に望ましい。

本発明において、シールリップの相手部材との摺接面に形成するシール溝の形状や数については、特に限定されず、例えば円周溝を多段に形成したり、連続あるいは断続したスパイラル状のねじ溝などを採用したりすることができる。

なお、当該シール溝については、オイル（密封流体）に対してポンピング作用をなすように、シールリップの内周側基端部から外周側先端部に到るスパイラル状の溝とすることが望ましい。
すなわち、このようなスパイラル状のねじ溝が両部材の相対回転に伴ってポンピング作用を奏し、これによってオイルをケース（ハウジング）側に押し戻すことができ、密封流体の耐漏れ性をさらに向上させることができる。

本発明のオイルシールによって密封されるオイルの種類としては、特に限定はないが、各種のエンジンオイルやギヤオイルのうち、特にスラッジ生成傾向が高いオイル、例えば、日産ストロングセーブＸや日産ストロングセーブＸＥスペシャルなどを用いたときに本発明の効果が顕著に発揮されることになる。

上記構造及び材質を備えた本発明のオイルシールは、自動車や各種産業機械装置における回転軸部分に広く適用することができ、例えば、自動車のクランクシャフトや、変速機の軸部分に用いることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これら実施例によって何ら限定されるものではない。

図１（ａ）は、本発明の一実施例に係わるオイルシールの断面図であって、図に示すオイルシール１は、リング状に成形され、Ｌ字形断面を有する金属支持体２と、ゴム支持体３と、ダストリップ４と、シールリップ５から主に構成されている。
ゴム支持体３は、リング状をなし、後述する図１（ｂ）に示すように、シリンダブロック７に固定されたオイルシールハウジング８（一方の部材）と上記金属支持体２の間に介在して、金属支持体２をケースに装着すると共に、両者の間をシールするようになっている。

ダストリップ４は、例えばアクリル系ゴムから成り、上記金属支持体３のフランジ部に嵌め込まれて固定される一方、他方の部材である回転軸（図１（ｂ）におけるクランクシャフト１０に相当）に摺接して、当該オイルシール１の内部にゴミや埃、砂粒などが浸入しないようにしている。

シールリップ５は、熱伝導性充填剤としてのブロンズ粒子を含むポリテトラフルオロエチレンから成るものであって、裾広がりの中空円筒形をなし、上記ダストリップ４の内周側に連結されている。
そして、当該シールリップ５には、内周側基端部から外周側先端部に到るスパイラル状のシール溝５ｇが形成されており、軸の回転によって、上記シール溝５ｇがポンピング作用を奏し、オイルをケース側に押し戻すことができる。

（実施例１）
上記構造を備えたオイルシール１において、シールリップ５として、ポリテトラフルオロエチレン中に、熱伝導性充填剤として６０％のブロンズ（Ｃｕ−３．５％Ｐｂ−５％Ｓｎ−６％Ｚｎ）を含有する材料から成るものを用いた。
このとき、上記ブロンズとしては、平均粒径５μｍの粉末状のものを使用し、当該シールリップの熱伝導率は０．４Ｗ／ｍ・Ｋであることが確認された。

このようなオイルシールを、図１（ｂ）に示すように、ＨＲ１５ＤＥエンジンのクランクシャフトオイルシールに適用し、エンジンオイルとして日産ストロングセーブＸを用い、油温を１５０℃に制御しながら、４５００ｒｐｍの回転速度で１００時間エンジンを作動させた。そして、１００時間経過後における摺動面の温度とスラッジの生成量を調査し、その結果を表１に示す。
表中において、スラッジ生成量については、スラッジが全く発生しないものを「○」、少量しか確認できないものを「△」、多量に生成したものを「×」と評価した。

（比較例１）
熱伝導性充填剤としてのブロンズを添加することなく、ポリテトラフルオロエチレンのみから成るシールリップを用いて、同様のオイルシールを作製した。ポリテトラフルオロエチレンのみから成るこのシールリップの熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
そして、上記エンジンのクランクシャフトオイルシールに適用し、同様の条件の下にエンジンの作動試験を実施し、摺動面の温度とスラッジの生成量を調査した。その結果を表１に併せて示す。

（実施例２）
実施例１で作製したオイルシールを用い、エンジンの作動条件を６０００ｒｐｍの回転速度で４００時間としたこと以外は、上記実施例１と同様の作動試験を実施し、摺動面の温度とスラッジの生成量を同様に調査した。その結果を表１に併せて示す。

（比較例２）
比較例１と同様に、ポリテトラフルオロエチレンのみから成るシールリップを用いたこと以外は、上記実施例２と同様の条件でエンジンの作動試験を実施した。そして、摺動面の温度とスラッジの生成量を同様に調査し、その結果を表１に併せて示す。

表１に示した結果から明らかなように、熱伝導性充填剤を含まず、ポリテトラフルオロエチレンのみから成り、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋであるシールリップを備えたオイルシールを用いた比較例においては、少量のスラッジ発生が認められた。
これに対し、ポリテトラフルオロエチレン中に熱伝導性充填剤としてのブロンズを混合することによって熱伝導率を０．４Ｗ／ｍ・Ｋに向上させたシールリップを用いた実施例の場合には、上記比較例に較べて摺動面温度が低下しており、摺動面におけるスラッジ発生も認められなかった。

また、エンジンの作動条件を高速回転で長時間とした場合、上記比較例のオイルシールを用いた場合には、摺動面温度がさらに上昇し、多量のスラッジ発生が確認された。
一方、このような高速−長時間の条件下においても、ブロンズを混合したシールリップを適用した実施例の場合には、摺動面の温度上昇が抑制され、スラッジの発生もほとんど認められないことが判明した。

（ａ）本発明のオイルシールの一実施例を示す断面図である。（ｂ）図１（ａ）に示したオイルシールをエンジンのクランクシャフトオイルシールに適用した作動試験の要領を示す断面図である。

符号の説明

１ オイルシール
５ シールリップ
５ｇ シール溝
７ シリンダブロック（一方の部材）
１０ クランクシャフト（他方の部材）

Claims (8)

1. 相対的に回転する二つの部材の一方に装着され、他方の部材に摺動自在に密接する摺接面を有し、該摺接面にシール溝を形成して成るシールリップを備えたオイルシールにおいて、
   上記シールリップが熱伝導性充填剤を含む含フッ素エチレン性重合体から形成されていることを特徴とするオイルシール。
2. 上記シールリップの熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１に記載のオイルシール。
3. 上記含フッ素エチレン性重合体がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であることを特徴とする請求項１又は２に記載のオイルシール。
4. 上記熱伝導性充填剤が炭素系フィラー、グラスファイバー、グラファイト、銅、銅合金、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金、アルミナ、ベリリア、マグネシア、シリカ、窒化ホウ素及び窒化アルミニウムから成る群より選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のオイルシール。
5. 上記熱伝導性充填剤が銅又は銅合金であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載のオイルシール。
6. 上記シール溝がシールリップの内周側基端部から外周側先端部に到るスパイラル状の溝であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載のオイルシール。
7. 自動車のクランクシャフト用オイルシールであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載のオイルシール。
8. 自動車の変速機用オイルシールであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載のオイルシール。

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