JP2011247317A

JP2011247317A - 密封装置

Info

Publication number: JP2011247317A
Application number: JP2010119391A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Kidai; 昌道稀代
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: JP5459501B2

Abstract

【課題】回転可能なハウジングに取り付けられる密封装置において、シールリップ１３に遠心力が加わっても、軸に対する密接面圧の低下を抑制する。
【解決手段】回転可能なハウジングに挿通された軸の外周面に摺動可能に密接されたシールリップ１３及びその外周側に設けられた案内筒部１４を有し、ハウジングに取り付けられる密封装置本体１と、内周面２ａがシールリップ１３の外周面１３ｂと接触可能な状態でシールリップ１３の外周に配置され拡径方向への付勢力を有するバックアップリング２と、案内筒部１４とバックアップリング２の間に配置されバックアップリング２より高比重の複数の質量体３を備え、案内筒部１４、質量体３及びバックアップリング２が、密封空間Ａ側へ向けて小径となる摺動面同士で互いに摺動可能に配置され、案内筒部１４と質量体３の摺動面１４ａ，３ｂの勾配βよりバックアップリング２と質量体３の摺動面２ｂ，３ａの勾配αが大きい。
【選択図】図４

Description

本発明は、無段変速機やその他の機器の軸部をシールリップにより密封する密封装置であって、特に、回転可能なハウジングに取り付けられるものに関する。

機器のハウジングとその外周に挿通された軸との間をシールリップにより密封する手段として、従来、図９に示されるような密封装置が広く知られている（例えば特許文献１参照）。

図９に示される密封装置１００は、自動二輪車の無段変速機において互いに軸方向変位可能なプーリとその内周の軸との間に介装されるもので、断面形状が略Ｌ字型の補強環１０１と、この補強環１０１の外周筒部にゴム状弾性材料によって一体的に成形された固定シール部１０２と、補強環１０１の内径部にゴム状弾性材料によって一体的に成形されたシールリップ１０３とを備え、固定シール部１０２が、プーリ２００の内径部に形成されたハウジング２０１に圧入固定されると共に、シールリップ１０３が、ハウジング２０１の内周に挿通された軸３００の外周面に摺動可能に密接されることによって、機内空間Ａ側の潤滑用グリースを密封するものである。

この密封装置１００による密封部では、プーリ２００（ハウジング２０１）と軸３００が共に軸心Ｏの周りに回転し、かつ軸方向相対変位するものであるため、密封装置１００もプーリ２００と一体に回転することになる。したがって、シールリップ１０３には遠心力が加わるため、回転速度が上昇すると、軸３００に対するシールリップ１０３の密接面圧が低下し、極端な場合は図１０に示されるように、シールリップ１０３と軸３００との間に隙間Ｇを生じて機内空間Ａからグリースが漏洩してしまうおそれがある。

そこで、遠心力による密接面圧の低下を極力抑えるためには、シールリップ１０３の剛性を高くすることが考えられるが、この場合は低速回転時に軸３００に対して過大な接触荷重を生じることになり、このためシールリップ１０３の早期摩耗や応力緩和、あるいはシールリップ１０３の摺動抵抗の増大に起因するプーリ２００と軸３００との軸方向作動性の悪化が懸念される。

特開２００３−５６７１８号公報

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、その技術的課題は、回転可能なハウジングに取り付けられる密封装置において、シールリップにハウジングの回転による遠心力が加わっても、軸に対する密接面圧の低下を抑制して密封性の低下を防止することにある。

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、請求項１の発明に係る密封装置は、回転可能なハウジングの内周に挿通された軸の外周面に摺動可能に密接され密封空間側を向いたシールリップ及びその外周側に設けられた案内筒部を有すると共に、前記ハウジングに取り付けられる密封装置本体と、内周面が前記シールリップの外周面と接触可能な状態でこのシールリップの外周に配置され拡径方向への付勢力を有するバックアップリングと、前記案内筒部と前記バックアップリングの間の環状空間に配置され前記バックアップリングより高比重の複数の質量体とを備え、前記案内筒部、質量体及びバックアップリングが、密封空間側へ向けて小径となるように傾斜した摺動面同士で互いに摺動可能に配置され、前記案内筒部と前記質量体の摺動面の勾配よりも前記バックアップリングと前記質量体の摺動面の勾配が大きいことを特徴とするものである。なお、ここでいう「勾配」とは、円筒面又は軸心に対する傾斜角度のことである。

上記構成において、密封装置本体における案内筒部と、その内周側のバックアップリングとの間の、複数の質量体が配置される環状空間は、前記案内筒部と質量体の摺動面の勾配と、バックアップリングと質量体の摺動面の勾配の差によって、密封空間側へ向けて広く、密封空間と反対側へ向けて狭くなる。このため、ハウジングが非回転又は低速回転状態では、バックアップリングの拡径方向への付勢力により押圧される各質量体が、前記環状空間内を密封空間側へ向けて変位し、バックアップリングの拡径変形を許容するので、バックアップリングはシールリップの外周面を非接触の状態を維持する。

また、ハウジングが所定の高速回転状態になると、バックアップリングより高比重の各質量体は、遠心力によって案内筒部の大径側である密封空間と反対側へ向けて変位しながら、密封空間と反対側へ向けて狭くなる前記環状空間を押し広げることによって、バックアップリングを縮経方向へ押圧するため、このバックアップリングの内周面がシールリップの外周面と接触して、遠心力によるシールリップの拡径変形を規制する。

請求項２の発明に係る密封装置は、請求項１に記載された構成において、質量体がバックアップリングに円周方向への変位を規制された状態で係合されたことを特徴とするものである。

請求項３の発明に係る密封装置は、請求項１に記載された構成において、案内筒部が密封装置本体に密嵌されたことを特徴とするものである。

請求項４の発明に係る密封装置は、請求項１に記載された構成において、案内筒部が密封装置本体に埋設された補強環に形成されたことを特徴とするものである。

請求項１〜４の発明に係る密封装置によれば、ハウジングの回転によって密封装置本体のシールリップに遠心力による拡径力が作用しても、遠心力により密封装置本体における案内筒部の大径側へ変位する質量体がバックアップリングを縮経方向へ押圧して、このバックアップリングがシールリップの拡径変形を規制するため、軸の外周面に対するシールリップの密接面圧の低下を防止し、優れた密封性を維持することができる。

本発明に係る密封装置の第一の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。第一の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面斜視図である。本発明に係る密封装置におけるバックアップリングと質量体との関係を示す斜視図である。本発明に係る密封装置における案内筒部、質量体及びバックアップリングの互いの摺動面の角度関係を示す説明図である。第一の形態における非回転又は低速回転時の状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。第一の形態における高速回転時の状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。本発明に係る密封装置の第二の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。本発明に係る密封装置の第三の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。従来の技術に係る密封装置の一例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。従来の技術に係る密封装置において、遠心力によりシールリップが変形した状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。まず図１〜図６は、第一の形態を示すものである。

このうち、図１及び図２において、参照符号１は、金属製の補強環１１に、ゴム材料によって外周シール部１２、シールリップ１３、及び案内筒部１４が一体的に成形された構成を備える密封装置本体、参照符号２は、内周面が前記シールリップ１３の外周面と接触可能な状態でこのシールリップ１３の外周に配置され拡径方向への付勢力を有するバックアップリング、参照符号３は、案内筒部１４とバックアップリング２の間の環状空間Ｓに配置された複数のブロック状の質量体である。案内筒部１４、質量体３及びバックアップリング２は、装着状態において密封空間Ａ側となる側へ向けて小径となる円錐面同士で互いに摺動可能となっている。

詳しくは、密封装置本体１における補強環１１は、金属板の打ち抜きプレス成形等により製作されたものであって、円筒部１１ａと、装着状態において密封空間Ａ側と反対側となる円筒部１１ａの端部から内径側へ延びる内向き鍔部１１ｂとからなる断面略Ｌ字形の屈曲形状を呈する。

密封装置本体１におけるゴム材料からなる外周シール部１２は、図５及び図６に示されるハウジング２０１の内周面に圧入される部分であって、補強環１１の円筒部１１ａの外周面に一体的に加硫接着されており、前記ハウジング２０１への圧入状態では径方向に適当に圧縮されることによって、このハウジング２０１への固定力を得ると共に、ハウジング２０１との間の気密性を保持するものである。

密封装置本体１におけるゴム材料からなるシールリップ１３は、外周シール部１２から連続して形成され、補強環１１の内向き鍔部１１ｂの内径端に一体的に加硫接着されたものであって、装着状態において密封空間Ａ側となる側へ向けて、先端が小径となるような円錐筒状をなして延びており、図５及び図６に示されるハウジング２０１の内周に挿通された軸３００の外周面に、先端内径部１３ａが適当な締め代をもって密接されるものである。

密封装置本体１におけるゴム材料からなる案内筒部１４は、外周シール部１２から補強環１１の円筒部１１ａの端部を回り込むようにして連続して形成され、補強環１１の円筒部１１ａの内周面に一体的に加硫接着されており、その内周面１４ａは、装着状態において密封空間Ａ側となる側へ向けて小径となる円錐面をなしている。また、装着状態において密封空間Ａ側となる案内筒部１４の端部内周には、密封空間Ａ側となる側へ向けての質量体３の移動を制限する環状のストッパ１４ｂが突設されている。

バックアップリング２は、シールリップ１３を形成しているゴム材料より硬質で低摩擦のナイロン又はＰＴＦＥ（Poly tetra fluoro ethylene）等の合成樹脂材料により製作されたものであって、円周方向一個所が切断（切断部２２）されることによって、径方向への変形が可能であり、その外周に配置された各質量体３を外径側へ向けて付勢する適度な弾性を有するものである。バックアップリング２の内周面２ａ及び外周面２ｂは、共に密封空間Ａ側へ向けて小径となる円錐面をなし、縮経変形を受けた時には、内周面２ａがシールリップ１３の外周面１３ｂと当接可能となっている。また、図２及び図３に示されるように、外周面２ｂにはその円周に対して直交する方向へ延びる複数の係合凹部２１が、円周方向等間隔で形成されている。

質量体３は、バックアップリング２よりも比重の大きい材料、例えば高比重の合成樹脂材料又は金属材料等により製作されたものであって、ブロック状に形成され、内周面３ａ及び外周面３ｂが、共に密封空間Ａ側へ向けて小径となる円錐面状の湾曲面をなす。また、この質量体３の内周面３ａにはその円周に対して直交する方向へ延びる係合突条３１が形成されており、この係合突条３１がバックアップリング２の係合凹部２１と遊嵌係合されることによって、円周方向への質量体３の移動が規制されている。

図４に示されるように、バックアップリング２の外周面２ｂの勾配αは、密封装置本体１における案内筒部１４の内周面１４ａの勾配βより大きい。このため、案内筒部１４の内周面１４ａと、その内周側にあるバックアップリング２の外周面２ｂとの間の、複数の質量体３が保持される環状空間Ｓは、前記勾配α，βの差によって、密封空間Ａ側へ向けて径方向幅が広く（密封空間Ａと反対側へ向けて径方向幅が狭く）なっている。

また、質量体３の内周面３ａは、これと摺動可能なバックアップリング２の外周面２ｂと同等の勾配αをもって形成され、質量体３の外周面３ｂは、これと摺動可能な案内筒部１４の内周面１４ａと同等の勾配βをもって形成されている。

なお、案内筒部１４の内周面１４ａ、質量体３の外周面３ｂ、質量体３の内周面３ａ、及びバックアップリング２の外周面２ｂは、請求項１に記載された摺動面に相当する。

以上の構成において、密封装置本体１は、図５及び図６に示されるように、外周シール部１２において、ハウジング２０１の内周面に密接状態に圧入・固定されると共に、シールリップ１３の先端内径部１３ａが軸３００の外周面に適当な締め代をもって摺動可能に密接されることによって、密封空間Ａ内のグリースの漏洩を防止するものである。

なお、ハウジング２０１は、例えば自動二輪車の無段変速機のプーリ２００に形成されたものであって、すなわちこのプーリ２００（ハウジング２０１）と軸３００は共に軸心Ｏの周りに回転し、かつ軸方向相対変位可能となっている。またこのため、ハウジング２０１と軸３００の間に介装された当該密封装置も、プーリ２００と共に軸心Ｏの周りに回転されるものである。

ここで、互いに摺動可能である案内筒部１４の内周面１４ａと質量体３の外周面３ｂは密封空間Ａ側へ向けて小径となる円錐面状に形成されているため、回転によって各質量体３に生じる遠心力は、この質量体３を、案内筒部１４の内周面１４ａの大径側すなわち密封空間Ａと反対側へ変位させるように作用する。一方、バックアップリング２の拡径方向への付勢力と、遠心力によるバックアップリング２の拡径力は、案内筒部１４とバックアップリング２との間の環状空間Ｓの径方向幅を縮小させ、各質量体３を、径方向幅が相対的に広くなっている密封空間Ａ側へ向けて押し出すように作用する。

なお、互いに摺動可能に密接されるバックアップリング２の外周面２ｂと質量体３の内周面３ａ間、及び案内筒部１４の内周面１４ａと質量体３の外周面３ｂ間は、密封対象のグリースによって潤滑されているので、円滑に摺動することができる。

したがって、各質量体３に作用する遠心力が小さく又は遠心力が生じない低速回転又は非回転状態では、図５に示されるように、バックアップリング２は各質量体３を密封空間Ａ側へ向けて押し出しながら拡径変形するため、バックアップリング２はシールリップ１３の外周面１３ｂと非接触となる。したがってシールリップ１３は非拘束状態に維持され、軸３００に対する摺動抵抗の増大等を来たさない。

なお、このとき環状空間Ｓからの質量体３の脱落は、案内筒部１４の端部内周に形成されたストッパ１４ｂによって防止される。

また、質量体３はバックアップリング２より高比重の材料からなるため、プーリ２００（ハウジング２０１）が所定の高速回転状態になると、遠心力による密封空間Ａと反対側への各質量体３の変位力が、弾性付勢力及び遠心力によって拡径しようとするバックアップリング２が質量体３を密封空間Ａ側へ押し出す力より大きくなる。このため図６に示されるように、各質量体３は環状空間Ｓ内を密封空間Ａと反対側へ向けて変位しながら、密封空間Ａと反対側へ向けて狭くなる環状空間Ｓを押し広げ、クサビのような作用でバックアップリング２を遠心力及び弾性付勢力に抗して縮経変形させるため、このバックアップリング２の内周面２ａがシールリップ１３の外周面１３ｂと接触し、遠心力によるシールリップ１３の拡径変形を規制する。したがって、軸３００の外周面に対するシールリップ１３の密接面圧の低下を防止し、優れた密封性が維持される。

次に図７及び図８は、本発明に係る密封装置の他の形態を示すものである。

このうち、図７に示される第二の形態において、上述した第一の形態と異なる点は、案内筒部１４を密封装置本体１における補強環１１に形成したことにある。すなわち、補強環１１の円筒部１１ａを、装着状態において密封空間Ａ側となる側へ向けて小径となる円錐筒状とすることによって案内筒部１４とし、その先端に屈曲形成した内向き鍔部をストッパ１４ｂとしたものである。その他の部分は、基本的に第一の形態と同様に構成することができる。したがってこの形態も、第一の形態と同様の作用・効果が得られる。

また、図８に示される第二の形態において、上述した第一の形態と異なる点は、案内筒部１４及びその先端に屈曲形成した内向き鍔部からなるストッパ１４ｂを有する金属環１５を、補強環１１の円筒部１１ａの内周に嵌着したことにある。その他の部分は、基本的に第一の形態と同様に構成することができる。

この形態によれば、第一の形態と同様の作用・効果に加え、あらかじめ金属環１５にバックアップリング２及び質量体３を組み付けてユニット化しておき、補強環１１と外周シール部１２及びシールリップ１３との加硫成形体に圧入することで密封装置本体１を組み立てるようにすることができる。

なお、上述した各形態において、バックアップリング２の外周面２ｂの係合凹部２１を蟻溝状に形成し、質量体３の内周面３ａの係合突条３１を蟻溝状の係合凹部２１と摺動可能に係合される蟻ホゾ状に形成することによって、バックアップリング２と質量体３の組み込みを容易にすることができる。

また、バックアップリング２は、ある程度弾性的に伸縮可能な材質とすることによって、切断部２２のない無端の環状に形成しても良い。

さらには、案内筒部１４の内周面１４ａ、質量体３の外周面３ｂ、質量体３の内周面３ａ、及びバックアップリング２の外周面２ｂは、フッ素系樹脂皮膜等によるコーティングを施して摩擦係数の低減を図ることによって、バックアップリング２及び質量体３の作動を一層円滑にすることができる。

１密封装置本体
１１補強環
１３シールリップ
１４案内筒部
１４ａ，２ａ，３ａ内周面（摺動面）
１４ｂストッパ
１５金属環
２バックアップリング
２１係合凹部
２ｂ，３ｂ外周面（摺動面）
３質量体
３１係合突条
２０１ハウジング
３００軸
Ａ密封空間
Ｓ環状空間

Claims

回転可能なハウジングの内周に挿通された軸の外周面に摺動可能に密接され密封空間側を向いたシールリップ及びその外周側に設けられた案内筒部を有すると共に、前記ハウジングに取り付けられる密封装置本体と、内周面が前記シールリップの外周面と接触可能な状態でこのシールリップの外周に配置され拡径方向への付勢力を有するバックアップリングと、前記案内筒部と前記バックアップリングの間の環状空間に配置され前記バックアップリングより高比重の複数の質量体とを備え、前記案内筒部、質量体及びバックアップリングが、密封空間側へ向けて小径となるように傾斜した摺動面同士で互いに摺動可能に配置され、前記案内筒部と前記質量体の摺動面の勾配よりも前記バックアップリングと前記質量体の摺動面の勾配が大きいことを特徴とする密封装置。
質量体がバックアップリングに円周方向への変位を規制された状態で係合されたことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
案内筒部が密封装置本体に密嵌されたことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
案内筒部が密封装置本体に埋設された補強環に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。