JP2009287604A

JP2009287604A - 密封装置

Info

Publication number: JP2009287604A
Application number: JP2008137959A
Authority: JP
Inventors: Shota Toma; 将太當間; Shigenobu Honda; 重信本田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】リップ摺動部における流体膜を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現する。
【解決手段】シールリップを有し、シールリップは、密封流体側斜面および反密封流体側斜面ならびに両斜面の間に設けられた中間面を有する。反密封流体側斜面に回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏するネジ部が設けられ、中間面に回転時のポンピング作用によって密封流体を吸い込む作用を奏する逆ネジ部が設けられ、中間面における逆ネジ部よりも反密封流体側の部位に回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏する第２ネジ部が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、密封装置に係り、更に詳しくは、シールリップを有する密封装置に関するものである。本発明の密封装置は例えば、自動車関連の分野において用いられ、あるいは汎用機械等の分野において用いられる。

シールリップを有する密封装置においては一般に、シールリップの摺動摩耗を抑制すべく低トルク化が求められている。低トルク化の手法としては、シールリップの小断面化などによる緊迫力の低減、材料の変更や表面の改質（例えばフッ素樹脂コーティング）などの低摩擦係数化が検討されているが、更なる低トルク化を実現するため、摺動部における流体膜（油膜）を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することが考えられる。

従来技術としては、図８に示すように、シールリップ５１の密封流体側斜面５２および反密封流体側斜面５３にそれぞれネジ部５４，５５を設け、このネジ部５４，５５の奏するポンピング作用によって、リップ摺動部へ浸入してきた密封流体（油）を密封流体側へ押し戻す技術が開発されている（特許文献１参照）。
実開平３−２９７６８号公報

しかしながら、この従来技術によると、ネジ部５４，５５の奏するポンピング作用によって密封流体を密封流体側へ押し戻すことから、密封性能は高められるものの、リップ摺動部における流体膜について云えばその厚さは薄くならざるを得ず、よって流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することができない。

また、密封流体側斜面と反密封流体側斜面との間に中間面を設ける技術が下記特許文献２ないし４に記載されているが、これらの先行技術は何れも中間面に逆ネジ部を設けるとともにその反密封流体側の部位に第２ネジ部を設けるものではない。
特開２００２−２２０２７号公報特開２００３−２５４４３９号公報特開平１１−３１１３３８号公報

本発明は以上の点に鑑みて、上記したようにリップ摺動部における流体膜を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による密封装置は、回転軸等の相手部材の周面に摺動自在に密接するシールリップを有し、前記シールリップは、密封流体側斜面および反密封流体側斜面ならびに前記両斜面の間に設けられた中間面を有し、前記反密封流体側斜面に回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏するネジ部が設けられ、前記中間面に回転時のポンピング作用によって密封流体を吸い込む作用を奏する逆ネジ部が設けられ、前記中間面における前記逆ネジ部よりも反密封流体側の部位に回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏する第２ネジ部が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２による密封装置は、上記した請求項１記載の密封装置において、中間面に設けられた逆ネジ部の反密封流体側端部と第２ネジ部の密封流体側端部とは互いに繋がっており、前記中間面における前記第２ネジ部よりも更に反密封流体側の部位に、第２ネジ部が設けられず全周に亙って相手部材の周面に密接する環状の接触部が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３による密封装置は、上記した請求項１記載の密封装置において、中間面に設けられた逆ネジ部と第２ネジ部との間の部位に、両ネジ部が設けられず全周に亙って相手部材の周面に密接する環状の接触部が設けられていることを特徴とするものである。

上記構成を有する本発明の密封装置においては、シールリップの中間面に逆ネジ部が設けられるとともにその反密封流体側の部位に第２ネジ部が設けられ、前者の逆ネジ部が密封流体を吸い込む作用を奏するとともに後者の第２ネジ部が密封流体を押し戻す作用を奏するために、両ネジ部によって中間面に密封流体が集められ、中間面に厚い流体膜が形成される。反密封流体側斜面まで到達する密封流体があるときは、これを反密封流体側斜面に設けたネジ部によって中間面のほう、すなわち密封流体側へ押し戻す。

尚、上記したように本発明では、シールリップの中間面に逆ネジ部が設けられるとともにその反密封流体側の部位に第２ネジ部が設けられているために、両ネジ部が繋がった状態で形成されるとともに逆ネジ部が中間面および密封流体側斜面の境界部に達し、第２ネジ部が中間面および反密封流体側斜面の境界部に達するように形成されると、相手部材の回転が停止したときにいわゆる静止漏れが発生することが懸念される。そこで、本発明では、両ネジ部が互いに繋がった状態で形成される場合は、中間面における第２ネジ部よりも更に反密封流体側の部位に、第２ネジ部が設けられず全周に亙って相手部材の周面に密接する環状の接触部を設け、この接触部を堰として静止漏れを抑制することにした（請求項２）。両ネジ部が繋がっていない場合は、環状の接触部を両ネジ部の間に設けることにしても良い（請求項３）。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明の密封装置においては上記したように、シールリップの中間面に逆ネジ部が設けられるとともにその反密封流体側の部位に第２ネジ部が設けられ、前者の逆ネジ部が密封流体を吸い込む作用を奏するとともに後者の第２ネジ部が密封流体を押し戻す作用を奏するために、両ネジ部によって中間面に密封流体が集められ、中間面に厚い流体膜が形成される。したがって本発明所期の目的どおり、リップ摺動部における流体膜を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することができる。また、反密封流体側斜面にポンピング作用を奏するネジ部が設けられているために、密封流体は反密封流体側に漏れにくく（シール性の維持向上）、中間面において膜厚さの厚い状態が維持される（更なる低トルク化）。また、中間面に環状の接触部が設けられているために、いわゆる静止漏れを抑制することができる。したがってこれらのことから、リップ摺動部の潤滑性に優れ、なおかつシール性に優れた密封装置を提供することができる。

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）大気側斜面に回転時のポンピング作用によって油を押し戻す作用を奏するネジ部を設けてなるオイルシールにおいて、大気側斜面と油側斜面の間に中間面を設け、前記中間面に回転時のポンピング作用によって油を吸い込む作用を奏する方向の溝部と油を吐出する作用を奏する方向の溝部とを設けたことを特徴とするオイルシール。
（２）上記（１）のオイルシールにおいて、大気側斜面に回転時のポンピング作用によって油を押し戻す作用を奏するネジ部を設けないとき、中間面に設けた油を吐出する作用を奏する方向の溝部の回転時のポンピング作用により油漏れを抑止することができるオイルシール。
（３）上記（１）または（２）の何れかに記載したオイルシールにおいて、油側斜面と中間面の境界と油を吸い込む作用を奏する方向の溝部とがなす角度は、大気側斜面と中間面の境界と油を吐出する作用を奏する方向の溝とがなす角度に対し大きいことを特徴とするオイルシール。

（４）中間面に、油側からの吸い込み逆向き溝と大気側からの吸い込み向き溝を設ける（へリングボーン溝）。溝のほかに突起も可であるが、溝のほうが好適である。
（５）中間面に設ける大気側からの吸い込み向き溝と油側からの吸い込み逆向き溝とが交差する境界において、その形状は尖形または湾曲形とする。このとき、吸い込み向き溝を中間面と大気側斜面との境界部に達しないように設け、溝部と境界部との間に全周に亙って相手部材の周面に密接する溝不存在領域を設定する。
（６）中間面に設ける油側からの吸い込み逆向き溝の角度αは、大気側からの吸い込み向き溝の角度βに対し、（ａ）等しい場合（α＝β）、（ｂ）小さい場合（α＜β）、（ｃ）大きい場合（α＞β）の３種類がある。シールリップの摺動面は大気側斜面と中間面の間のラインであり、特に（ｃ）では、回転時のポンピング作用により最も摺動面近傍へ油を集めることができる。したがって（ａ）（ｂ）と比較して摺動部の油膜が一層厚くなり、一層の低トルク化が実現される。
（７）中間面に設ける大気側からの吸い込み向き溝と油側からの吸い込み逆向き溝との間に全周に亙って相手部材の周面に密接する溝不存在領域を設ける場合がある。このとき、大気側から吸い込んだ油を摺動面に供給するよう、吸い込み向き溝は中間面と大気側斜面との境界部に達するように設け、同様に、吸い込み逆向き溝は中間面と油側斜面との境界に達するように設ける。これにより大気側斜面に吸い込み向きネジ部を設けなくても油漏れを抑止することができる。

（８）以上の構成により、大気側からの吸い込み向き溝と油側からの吸い込み逆向き溝とのポンピング作用により摺動面油膜を厚くさせ、流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することができる。
（９）また、中間部に大気側からの吸い込み向き溝を設けることで、回転時のポンピング作用により大気側から吸い込まれた油を摺動面供給することが可能となり、同時に大気側斜面に吸い込み向きネジ部を設けなくても、ある程度、油漏れを抑止することができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る密封装置（オイルシール）１の要部断面を示しており、当該実施例に係る密封装置１は以下のように構成されている。

すなわち先ず、金属環２に被着（加硫接着）されたゴム状弾性体３によって外周シール部４およびダストリップ５とともに、軸（相手部材、図示せず）の周面に摺動自在に密接するシールリップ６が設けられており、このシールリップ６の先端部に密封流体側斜面７および反密封流体側斜面８が設けられるとともに両斜面７，８の間に中間面（フラット面）９が設けられている。

この中間面９は、環状体である密封装置１の中心軸線（図示せず）に対して平行とされ、あるいは密封装置１の中心軸線に対する傾斜角度が密封流体側斜面７および反密封流体側斜面８よりも小さく設定されたものである。したがって中間面９の態様としては、装着状態（軸挿入時）において、
（１）図２（Ａ）に示すように、密封装置１の中心軸線に対して平行な円筒面状のもの、
（２）図２（Ｂ）に示すように、反密封流体側（大気側）Ｅに角度θ_１をもつ傾斜面状（円錐面状）のもの（内径寸法が密封流体側Ｄから反密封流体側Ｅへかけて拡大するもの）、
（３）図２（Ｃ）に示すように、密封流体側（油槽側）Ｄに角度θ_２をもつ傾斜面状（円錐面状）のもの（内径寸法が反密封流体側Ｅから密封流体側Ｄへかけて拡大するもの）
の３種類があり、本発明にはその何れもが含まれる。θ_１の大きさとしては、
０＜θ_１＜２５°が好ましい。θ_２の大きさとしては、
０≦θ_２≦２５°が好ましく、
０．１≦θ_２≦２０°が一層好ましい。当該実施例では、中間面９は密封流体側Ｄに角度θ_２をもつ傾斜面状のものとする。

図１の説明に戻って、反密封流体側斜面８に、軸回転時のポンピング作用によって密封流体（油）を密封流体側Ｄへ押し戻す作用を奏するネジ部（正ネジ部）１０が設けられている。このネジ部１０は、円周上多数設けられた螺旋状の突起群よりなり、螺旋の向きは、その反密封流体側端部１０ａから密封流体側端部１０ｂへかけて軸の摺動方向（軸の回転方向、矢印Ｆ、以下「軸回転方向」と称する）の前方へ向けて傾斜する向きに設定されている。

また中間面９に、軸回転時のポンピング作用によって密封流体を中間面９に吸い込む作用を奏する逆ネジ部１１が設けられ、同じく中間面９における逆ネジ部１１よりも反密封流体側Ｅの部位に、軸回転時のポンピング作用によって密封流体を密封流体側Ｄへ押し戻す作用を奏する第２ネジ部（第２正ネジ部）１２が設けられている。中間面９における逆ネジ部１１の反密封流体側Ｅに第２ネジ部１２が設けられているので、両ネジ部１１，１２は軸方向に並んで設けられていることになる。

前者の逆ネジ部１１は、円周上多数設けられた螺旋状の溝群よりなり、螺旋の向きは図３（Ａ）に拡大して示すように、その反密封流体側端部１１ａから密封流体側端部１１ｂへかけて軸回転方向Ｆの後方へ向けて傾斜する向きに設定されている。

後者の第２ネジ部１２は、これも円周上多数設けられた螺旋状の溝群よりなり、螺旋の向きは図３（Ａ）に拡大して示すようにネジ部１０と同様、その反密封流体側端部１２ａから密封流体側端部１２ｂへかけて軸回転方向Ｆの前方へ向けて傾斜する向きに設定されている。

この逆ネジ部１１と第２ネジ部１２は、互いに同数が設けられるとともに１つずつが組み合わされて逆ネジ部１１の反密封流体側端部１１ａと第２ネジ部１２の密封流体側端部１２ｂとが繋がって連続したものとされており、したがって１組の逆ネジ部１１および第２ネジ部１２の組み合わせよりなる溝は全体としてＶ字状をなしている。Ｖ字の先端は軸回転方向Ｆを向き、尖ったもの（尖形）とされているが、図３（Ｂ）に示すようにアール状の丸みを帯びたもの（湾曲形）であっても良い。

また、逆ネジ部１１の密封流体側端部１１ｂは、密封流体側斜面７および中間面９間の境界部１３に達するように設けられている（密封流体側斜面７に開口している）が、第２ネジ部１２の反密封流体側端部１２ａは、反密封流体側斜面８および中間面９間の境界部１４に達しないように設けられている（反密封流体側斜面８に開口していない）。したがって中間面９における第２ネジ部１２よりも更に反密封流体側Ｅの部位には、第２ネジ部１２が設けられることがなく全周全面に亙って軸の周面に摺動自在に密接する環状（帯状）の接触部（ネジ不存在領域）１５が所定の軸方向幅Ｌを有するものとして設けられている。

上記構成の密封装置１は例えば、ハウジングの軸孔内周に装着され、前記軸孔に挿通した軸の周面に摺動自在に密接することにより機内の密封流体（油）が機外へ漏洩しないようこれをシールするものであって、上記構成により以下の作用効果を発揮する点に特徴を有している。

すなわち上記密封装置１が装着され、軸が回転すると、各ネジ部がポンピング作用を発揮し、すなわちシールリップ６の中間面９に逆ネジ部１１が設けられるとともにその反密封流体側Ｅの部位に第２ネジ部１２が設けられ、前者の逆ネジ部１１がそのポンピング作用によって密封流体を中間面９に吸い込む作用を奏するとともに後者の第２ネジ部１２がそのポンピング作用によって密封流体を密封流体側Ｄへ押し戻す作用を奏するために、図４に示すように、両ネジ部１１，１２の作用によって中間面９に密封流体が集められ、中間面９に比較的厚い流体膜（油膜）が形成される。反密封流体側斜面８に達する密封流体は、ネジ部１０のポンピング作用によって中間面９のほうへ戻される。軸回転静止時の静止漏れは環状の接触部１５によって抑制される。したがって摺動部たる中間面９において流体潤滑にもとづく低トルク化が実現され、なおかつ優れたシール性が発揮される。

尚、上記逆ネジ部１１および第２ネジ部１２のポンピンク作用について、両ネジ部１１，１２のポンピング力の大小関係の態様としては、
（１）両ネジ部１１，１２のポンピング力を同等に設定する、
（２）逆ネジ部１１のポンピング力よりも第２ネジ部１２のポンピング力のほうを大きく設定する、
（３）反対に、逆ネジ部１１のポンピング力を第２ネジ部１２のポンピング力よりも大きく設定する、
の３種類があり、本発明にはその何れもが含まれる。ポンピング力の大小を調整するには例えば、各ネジ部１１，１２の螺旋の傾斜角度を変更することが考えられ、すなわち図５に示すように、逆ネジ部１１の境界部１３に対する角度をα、第２ネジ部１２の境界部１４に対する角度をβとして、α＝βとすると上記（１）となり、α＜βとすると上記（２）となり、α＞βとすると上記（３）となる。

このうち（３）には、以下の特徴がある。

すなわち、上記実施例においては上記したように中間面９が密封流体側Ｄに角度θ_２をもつ傾斜面状のものとされているので、接触面圧の大きなシールリップ６の摺動部が反密封流体側斜面８および中間面９間の境界部１４およびその近傍に設定されることになり、上記（３）によると、この摺動部の近傍に密封流体が多量に供給される。したがってシールリップ６の摺動が密封流体が多量に供給される部位で行なわれることから、摺動部に形成される流体膜が一層厚くなり、一層の低トルク化が実現される。尚、この場合、反密封流体側斜面８に達する密封流体はネジ部１０のポンピング作用によって中間面９のほうへ戻す必要があるので、ネジ部１０のポンピング力はこれを逆ネジ部１１および第２ネジ部１２によるトータルのポンピング力よりも大きく設定することになる。

また、中間面９が反密封流体側Ｅに角度θ_１をもつ傾斜面状のものとされる場合は、面圧の大きな摺動部が密封流体側斜面７および中間面９間の境界部１３およびその近傍に設定されるので、上記（２）とすることにより摺動部に密封流体が多量に供給される。またこの（２）では、逆ネジ部１１のポンピング力よりも第２ネジ部１２のポンピング力のほうが大きく設定されるので、反密封流体側斜面８に漏洩防止用のネジ部１０を設けなくても密封流体が反密封流体側Ｅへ漏れるのを抑制できる可能性がある。したがってこの場合はネジ部１０を省略することが可能となり、発明の構成要件としては、回転軸等の相手部材の周面に摺動自在に密接するシールリップを有し、前記シールリップは、密封流体側斜面および反密封流体側斜面ならびに前記両斜面の間に設けられた中間面を有し、前記中間面に回転時のポンピング作用によって密封流体を吸い込む作用を奏する逆ネジ部が設けられ、前記中間面における前記逆ネジ部よりも反密封流体側の部位に回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏する第２ネジ部が設けられ、前記逆ネジ部によるポンピング力よりも前記第２ネジ部によるポンピング力のほうを大きく設定したことを特徴とする密封装置、と云うことになる。

また上記実施例では、中間面９に設ける逆ネジ部１１および第２ネジ部１２を互いに繋がったもの（連続するもの）とするとともに中間面９における第２ネジ部１２よりも更に反密封流体側Ｅの部位に環状の接触部１５を設ける構成としたが、これに代えて図６および図７に示すように、両ネジ部１１，１２を互いに繋がっていないもの（不連続のもの）とするとともに両ネジ部１１，１２の間の中間領域に環状の接触部１５を設けることが考えられる。この場合、逆ネジ部１１の密封流体側端部１１ｂは密封流体側斜面７および中間面９間の境界部１３に達するように設けられ、第２ネジ部１２の反密封流体側端部１２ａは反密封流体側斜面８および中間面９間の境界部１４に達するように設けられる。この図６および図７の例は、中間面９が反密封流体側Ｅに角度θ_１をもつ傾斜面状の場合または中間面９が密封流体側Ｄに角度θ_２をもつ傾斜面状であってその傾斜角度が低角度（０≦θ_２≦３°）の場合に特に有効である。またこの例についても両ネジ部１１，１２のポンピング力の大小関係の態様としては上記（１）〜（３）の３種類があり、本発明にはその何れもが含まれる。（２）の場合にはネジ部１０を省略できる可能性がある。

本発明の実施例に係る密封装置の要部断面図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）とも中間面の形状例を示す断面図（Ａ）（Ｂ）とも逆ネジ部および第２ネジ部の形状例を示す拡大図逆ネジ部および第２ネジ部の作動を示す説明図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）とも逆ネジ部および第２ネジ部の形状例を示す拡大図本発明の他の実施例に係る密封装置の要部断面図同密封装置における逆ネジ部および第２ネジ部の形状を示す拡大図従来例に係る密封装置の要部断面図

符号の説明

１密封装置
２金属環
３ゴム状弾性体
４外周シール部
５ダストリップ
６シールリップ
７密封流体側斜面
８反密封流体側斜面
９中間面
１０ネジ部
１０ａ，１１ａ，１２ａ反密封流体側端部
１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ密封流体側端部
１１逆ネジ部
１２第２ネジ部
１３，１４境界部
１５接触部

Claims

回転軸等の相手部材の周面に摺動自在に密接するシールリップを有し、
前記シールリップは、密封流体側斜面および反密封流体側斜面ならびに前記両斜面の間に設けられた中間面を有し、
前記反密封流体側斜面に回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏するネジ部が設けられ、
前記中間面に回転時のポンピング作用によって密封流体を吸い込む作用を奏する逆ネジ部が設けられ、
前記中間面における前記逆ネジ部よりも反密封流体側の部位に回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏する第２ネジ部が設けられていることを特徴とする密封装置。
請求項１記載の密封装置において、
中間面に設けられた逆ネジ部の反密封流体側端部と第２ネジ部の密封流体側端部とは互いに繋がっており、前記中間面における前記第２ネジ部よりも更に反密封流体側の部位に、第２ネジ部が設けられず全周に亙って相手部材の周面に密接する環状の接触部が設けられていることを特徴とする密封装置。
請求項１記載の密封装置において、
中間面に設けられた逆ネジ部と第２ネジ部との間の部位に、両ネジ部が設けられず全周に亙って相手部材の周面に密接する環状の接触部が設けられていることを特徴とする密封装置。