JP2010014192A

JP2010014192A - 密封装置

Info

Publication number: JP2010014192A
Application number: JP2008174395A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Arai; 克佳新井; Shota Toma; 将太當間; Shigenobu Honda; 重信本田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-01-21

Abstract

【課題】シールリップを有する密封装置において、摺動面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】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、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正ネジ部を設ける。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を設ける。逆ネジ部は、中間面への流体送り力を強化するクサビ形状またはスロープ形状を有する。
【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、摺動面における流体膜（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１４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密封流体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、摺動面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に記載されているが、この先行技術は、中間面にクサビ形状やスロープ形状を有する逆ネジ部を設けるものではない。
特開２００３−２５４４３９号公報

本発明は以上の点に鑑みて、シールリップを有する密封装置において、上記したように摺動面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、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正ネジ部を設け、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を設け、前記逆ネジ部は、前記中間面への流体送り力を強化するクサビ形状を有す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、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正ネジ部を設け、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を設け、前記逆ネジ部は、前記中間面への流体送り力を強化するスロープ形状を有す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、シールリップの密封流体側斜面および反密封流体側斜面の間に中間面が設けられ、中間面に逆ネジ部が設けられ、更に逆ネジ部に、中間面への流体送り力を強化するクサビ形状またはスロープ形状が設けられている。中間面は相手部材の周面に摺動自在に密接して摺動部を形成する。逆ネジ部は、反密封流体側斜面に設けられる正ネジ部とは反対向きのネジであって、正ネジ部が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のに対し、逆ネジ部は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ものである。したがってこの逆ネジ部の奏するポンピング作用によって中間面に密封流体が積極的に導入され、厚い流体膜が形成され、中間面を相手部材から浮かす動圧が発生する。

また、逆ネジ部に、中間面への流体送り力を強化するクサビ形状またはスロープ形状が設けられているので、流体膜が一層厚く形成され、動圧が大きくなる。これにより流体膜が薄くなりやすい起動時、停止時および低速回転時においても流体膜および動圧を確保することが可能となり、幅広い回転速度の領域で低トルク化を実現することが可能となる。

したがって、逆ネジ部およびクサビ形状の作用、または逆ネジ部およびスロープ形状の作用が相俟って、流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することができる。

本発明には、以下の実施形態が含まれる。

（１）本発明は、中間面とそこに設ける油側からの吸込み逆向きネジを有するオイルシールの改良発明であり、本発明では、吸込み逆向きネジの替わりに、油側からの吸込み逆向きに三角形状の溝または突起を設ける。
（２）三角形状は、（ａ）辺が油側斜面と中間面との境界上に設けられる場合と、（ｂ）頂点が油側斜面と中間面との境界上に設けられる場合との２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（後記する図１３（Ｃ）の場合）、特に（ａ）の溝形状では、回転時のノズル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、（ｂ）と比較して従動部の油膜が厚くなり、一層の低トルク化が実現される。尚、溝および突起は直角三角形の場合もある。
（３）各形状において、溝または突起の縁は中間面と大気側斜面との境界部に達しないように設けられ、溝または突起の縁と境界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が設定される。
（４）油側からの吸込み逆向き溝または突起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。

（５）本発明は、密封流体側傾斜の中間面とそこに設ける密封流体側からの吸込み逆向きネジを有するオイルシールの改良発明であり、本発明では、逆向きネジ形状を、摺動面方向に向かって徐々に深さが浅くなるようなテーパーを設けた凹形とする。
（６）逆向きネジは、摺動面に複数箇所設けても良く、密封流体の摺動面への送り効果を考えると、シールリップの摺動する面に一様に複数箇所設けることが好ましい。
（７）シールリップの材質としては、ＰＴＦＥなどの樹脂や、フッ素ゴム、アクリルゴム、二トリルゴムなどの摺動シールとして一般に使用されるゴム材料などが挙げられる。
（８）本発明では、逆向きネジ形状を凹形とし、摺動面方向に向かって徐々に深さが浅くなるようなテーパーを設けることで、摺動面へのポンピング作用が大きくなり、形成される密封流体の膜厚をより厚く形成でき、摺動トルクを低減することができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第一実施例・・・
図１は、本発明の第一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いる。図２は図１の一部を拡大して示している。当該実施例に係る密封装置１は、摺動の相手部材である軸が円周上一方向に回転する一方向回転シールであって、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等とともに、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の先端摺動部に密封流体側Ａの斜面（密封流体側斜面）７および反密封流体側（大気側）Ｂの斜面（反密封流体側斜面）８が設けられ、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。中間面９は円筒面状に形成され、軸挿入時、軸の周面と摺動自在に密接する。

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を密封流体側Ａへ押し戻す作用を奏する正ネジ部１０が設けられている。この正ネジ部１０は、円周上多数設けられた螺旋状の突起群よりなり、図では断面三角形状の突起を想定して描いているが、その形状は特に限定されるものではない。螺旋の向きはその反密封流体側Ｂの端部から密封流体側Ａの端部へかけて軸の回転方向（摺動方向）Ｃの前方へ向けて傾斜する向きに設定されている。

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密封流体側Ａから吸い込む作用を奏する逆ネジ部１１が設けられている。この逆ネジ部１１は、円周上多数設けられた螺旋状の溝群よりなり、正ネジ部１０と反対向きとされ、すなわち螺旋の向きをその密封流体側Ａの端部から反密封流体側Ｂの端部へかけて軸の回転方向Ｃの前方へ向けて傾斜する向きに設定されている。

また、逆ネジ部１１に、中間面９への流体送り力を強化するクサビ形状１２が設定されている。ここにクサビ形状とは、逆ネジ部１１の幅寸法が徐々に狭まる平面形状のことを云い、また逆ネジ部１１の幅寸法が徐々に狭まって尖端状に終端する平面形状のことを云う。当該実施例では図２に拡大して示すように、逆ネジ部１１の平面形状が三角形状とされ、これにより所定の先端角θを有するクサビ形状１２が設定されている。三角形の三辺のうち第一辺１１ａは、中間面９および密封流体側斜面７の境界部１３と重なるように配置され、ここで密封流体側Ａへの開口部とされている。軸の回転方向Ｃの前方側に配置された第二辺１１ｂは、その密封流体側Ａの端部から反密封流体側Ｂの端部へかけて軸の回転方向Ｃの前方へ向けて傾斜するように配置されている。第三辺１１ｃは第一辺１１ａと第二辺１１ｂを結んでいる。第二辺１１ｂと第三辺１１ｃはそれぞれ底面からの立ち上がり面とされている。そして、第二辺１１ｂと第三辺１１ｃとによってクサビ形状１２が形成されている。

尚、第二辺１１ｂと第三辺１１ｃの交点１１ｄは、中間面９および反密封流体側斜面８の境界部１４に達していない。したがって逆ネジ部１１と境界部１４との間には、全周に亙って軸の周面に密接する帯状のネジ不存在領域（全周接触部）１５が設けられている。このネジ不存在領域１５は、シールダムとして作用するので、軸回転の停止時におけるいわゆる静止漏れが発生するのを防止することができる効果がある。

上記構成の密封装置１においては、シールリップ６の密封流体側斜面７および反密封流体側斜面８の間に所定の軸方向幅をもって軸の周面に摺動自在に密接する中間面９が設けられているために、シールリップ６は摺動摩耗が抑制されて軸への接触状態が安定化する。そしてそのうえで、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吸い込む作用を奏する逆ネジ部１１が設けられているために、この逆ネジ部１１の奏するポンピング作用によって中間面９に密封流体が積極的に導入され、厚い流体膜（油膜）が形成され、中間面９を軸の周面から浮かす動圧が発生する。

またこれに加えて、逆ネジ部１１に中間面９への流体送り力を強化する上記構成のクサビ形状１２が設定されているために、流体膜が一層厚く形成され、発生する動圧が大きくなる。これは図３に示すように、クサビ形状１２によって流体が集束され、集束された状態で逆ネジ部１１からネジ不存在領域１５のほうへ溢出するからである。したがって流体膜が薄くなりやすい状態である軸の起動時、停止時および低速回転時等においても、流体膜および動圧を確保することが可能となり、よって幅広い回転速度の領域で低トルク化を実現することができる。

尚、中間面９から反密封流体側斜面８のほうへ流出する密封流体は、反密封流体側斜面８に設けられた正ネジ部１０の奏するポンピング作用によって押し戻されるので、反密封流体側Ｂへ漏洩することはない。このシール作用を全うするため、正ネジ部１０のポンピング力は逆ネジ部１１のポンピング力よりも大きく設定されている。

上記第一実施例に係る密封装置１は、その構成を以下のように付加・変更することが考えられる。

上記実施例では、逆ネジ部１１の平面形状を三角形状とすることによりクサビ形状１２を設定したが、クサビ形状１２を設定できるかぎり逆ネジ部１１の平面形状は特に限定されない。例えば図４の例では、逆ネジ部１１の平面形状は台形状ないし四角形状とされ、これにより所定の先端角θを有するクサビ形状１２が設定されている。台形の四辺のうち第一辺（短底辺）１１ａは、中間面９および密封流体側斜面７の境界部１３と重なるように配置され、ここで密封流体側Ａへの開口部とされている。軸の回転方向Ｃの前方側に配置された第二辺１１ｂは、その密封流体側Ａの端部から反密封流体側Ｂの端部へかけて軸の回転方向Ｃの前方へ向けて傾斜するように配置されている。軸の回転方向Ｃの後方側に配置された第三辺１１ｃは境界部１３，１４と直交するように配置されている。第四辺（長底辺）１１ｅは境界部１３，１４と平行に配置されている。第二辺１１ｂ、第三辺１１ｃおよび第四辺１１ｅはそれぞれ底面からの立ち上がり面とされている。そして、第二辺１１ｂと第四辺１１ｅとによってクサビ形状１２が形成されている。

また上記実施例では、逆ネジ部１１を円周上多数設けられた螺旋状の溝群よりなるものとしたが、これに代えて、逆ネジ部１１を正ネジ部１０と同様、円周上多数設けられた螺旋状の突起群よりなるものとする。例えば図５の例では、逆ネジ部１１は溝ではなく突起とされ、その平面形状は三角形状とされ、これにより所定の先端角θを有するクサビ形状１２が設定されている。三角形の三辺のうち第一辺１１ａは、中間面９および密封流体側斜面７の境界部１３と重なるように配置されている。軸の回転方向Ｃの前方側に配置された第二辺１１ｂは境界部１３，１４と直交するように配置されている。第三辺１１ｃは第一辺１１ａと第二辺１１ｂを結び、その密封流体側Ａの端部から反密封流体側Ｂの端部へかけて軸の回転方向Ｃの前方へ向けて傾斜するように配置されている。三辺１１ａ，１１ｂ，１１ｃは何れも中間面９からの立ち上がり面とされている。そして、第二辺１１ｂと第三辺１１ｃとによってクサビ形状１２が形成されている。尚、この場合、流体は第三辺１１ｃの斜辺に沿って流れ（矢印Ｄ）、これにより集束されることになる。

第二実施例・・・
図６は、本発明の第二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いる。図７は図６の一部を拡大して示している。図８は図７におけるＥ−Ｅ線断面図である。図９は同密封装置１の要部斜視図である。当該実施例に係る密封装置１は、摺動の相手部材である軸が円周上一方向に回転する一方向回転シールであって、以下のように構成されている。

また、逆ネジ部１１に、中間面９への流体送り力を強化するスロープ形状１６が設定されている。ここにスロープ形状とは、逆ネジ部１１の深さ寸法が徐々に浅くなる形状のことを云い、また逆ネジ部１１の深さ寸法が徐々に浅くなって中間面９に連続する形状のことを云う。当該実施例では図８および図９に示すように、逆ネジ部１１の深さ寸法がその密封流体側Ａの端部から反密封流体側Ｂの端部へかけて徐々に浅くなる形状とされ、すなわち底面が傾斜面状に形成され、これにより中間面９に連なるスロープ形状１６が設定されている。

尚、逆ネジ部１１は全長に亙って一定幅とされている。また、逆ネジ部１１の密封流体側Ａの端部は中間面９および密封流体側斜面７の境界部１３に達してここで密封流体側Ａへの開口部とされているが、反密封流体側Ｂの端部は中間面９および反密封流体側斜面８の境界部１４に達していない。したがって逆ネジ部１１と境界部１４との間には、全周に亙って軸の周面に密接する帯状のネジ不存在領域１５が設けられている。このネジ不存在領域１５は、シールダムとして作用するので、軸回転の停止時おけるいわゆる静止漏れが発生するのを防止することができる効果がある。

上記構成の密封装置１においては、シールリップ６の密封流体側斜面７および反密封流体側斜面８の間に所定の軸方向幅をもって軸の周面に摺動自在に密接する中間面９が設けられているために、シールリップ６は摺動摩耗が抑制されて軸への接触状態が安定化する。そしてそのうえで、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吸い込む作用を奏する逆ネジ部１１が設けられているために、この逆ネジ部１１の奏するポンピング作用によって中間面９に密封流体が積極的に導入され、厚い流体膜が形成され、中間面９を軸の周面から浮かす動圧が発生する。

またこれに加えて、逆ネジ部１１に、中間面９への流体送り力を強化する上記構成のスロープ形状１６が設定されているために、流体膜が一層厚く形成され、発生する動圧が大きくなる。これはスロープ形状１６によって流体が集束され、集束された状態で逆ネジ部１１からネジ不存在領域１５のほうへ溢出するからである。したがって流体膜が薄くなりやすい状態である軸の起動時、停止時および低速回転時等においても、流体膜および動圧を確保することが可能となり、よって幅広い回転速度の領域で低トルク化を実現することができる。

上記第二実施例に係る密封装置１は、その構成を以下のように付加・変更することが考えられる。

上記実施例では、逆ネジ部１１の底面を全長に亙って傾斜面状に形成することによりスロープ形状１６を設定したが、逆ネジ部１１の底面の一部を傾斜面状に形成することによりスロープ形状１６を設定することにしても良い。例えば図１０ないし図１２に示す例では、逆ネジ部１１の底面のうち反密封流体側Ｂの部位のみが傾斜面状とされ、密封流体側Ａの部位は中間面９と平行なまま（深さ一定）とされている。

尚、上記各実施例に共通するところとして、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１３（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１３（Ｂ）に示すように、反密封流体側Ｂ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Ａから反密封流体側Ｂへかけて拡大するもの）、
（３）図１３（Ｃ）に示すように、密封流体側Ａ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Ｂから密封流体側Ａ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。

このうち（３）には、以下の作用効果がある。

すなわち上記（３）では、中間面９が密封流体側Ａに角度θ_２をもつ傾斜面状とされているので、シールリップ６の摺動が反密封流体側斜面８と中間面９との間のライン（境界部１４）近傍で行なわれることになり、その一方で、このラインは、反密封流体側斜面８に設けた正ネジ部１０によるポンピング作用と、中間面９に設けた逆ネジ部１１によるポンピング作用とによって密封流体が最も集められる部位でもある。したがってシールリップ６の摺動が、密封流体が最も集められる部位で行なわれることから、（１）または（２）と比較して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。

装着状態における密封流体側Ａへの中間面９の傾斜角度θ_２の大きさとしては、０＜θ_２≦２５度が好適であり、０．１≦θ_２≦２０度が一層好適である。また、装着状態における反密封流体側Ｂへの中間面９の傾斜角度θ_１の大きさについては、０≦θ_１≦２５度が好適である。

本発明の第一実施例に係る密封装置の要部断面図図１の一部拡大図同密封装置の作動説明図逆ネジ部の他の形状例を示す図逆ネジ部の他の形状例を示す図本発明の第二実施例に係る密封装置の要部断面図図６の一部拡大図図７におけるＥ−Ｅ線断面図同密封装置の要部斜視図逆ネジ部の他の形状例を示す密封装置の要部断面図図１０におけるＦ−Ｆ線断面図同密封装置の要部斜視図（Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）とも中間面の傾斜角度の説明図従来例に係るオイルシールの要部断面図

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正ネジ部
１１逆ネジ部
１２クサビ形状
１３，１４境界部
１５ネジ不存在領域
１６スロープ形状

Claims

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正ネジ部を設け、
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を設け、
前記逆ネジ部は、前記中間面への流体送り力を強化するクサビ形状を有することを特徴とする密封装置。
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正ネジ部を設け、
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を設け、
前記逆ネジ部は、前記中間面への流体送り力を強化するスロープ形状を有することを特徴とする密封装置。