JP2015108431A

JP2015108431A - 密封装置

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Publication number: JP2015108431A
Application number: JP2013252625A
Authority: JP
Inventors: 秀之古山; Hideyuki Furuyama
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2033-12-06
Also published as: JP6336745B2

Abstract

【課題】安定したリップラインを形成して優れた密封性を奏すると共に潤滑性を向上させた密封装置を提供する。
【解決手段】シールリップ１の内周面に、回転体の外周面と摺動可能に密接されるリップエッジ部１１と、このリップエッジ部１１から密封空間Ａ側へ向けて大径になる密封空間側円錐面１２と、リップエッジ部１１から反密封空間Ｂ側へ向けて大径になる反密封空間側円錐面１３が形成され、反密封空間側円錐面１３に、リップエッジ部１１から離れた位置から円周方向に対して所定の傾斜角度をなして延びる多数のねじ突条１４，１５が形成され、密封空間側円錐面１２と反密封空間側円錐面１３のうち密封空間側円錐面１２のみに、回転体の外周面と接触可能な領域に位置して粗面部１６が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や一般機械、産業機械等における回転体の外周をシールリップによって密封する密封装置に関する。

従来、ねじシール作用を得るための突条をシールリップに形成した密封装置として、図６に例示したようなものが知られている。

図６に示す密封装置は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されたシールリップ１００を備え、このシールリップ１００の内周面に、最も小径のリップエッジ部１０１を境にして、密封空間（機内）Ａ側ほど大径になる密封空間側円錐面１０２と、反密封空間（機外）Ｂ側ほど大径になる反密封空間側円錐面１０３が形成され、反密封空間側円錐面１０３には、舟底形に隆起した多数のねじ突条１０４が形成されている。１０５は回転軸２００に対するシールリップ１００の緊迫力を補償するためのガータスプリングである。

すなわちこの密封装置は、不図示のハウジングの内周面に密嵌固定され、シールリップ１００の内径のリップエッジ部１０１が回転軸２００の外周面に摺動可能に密接されることによって軸封機能を奏し、密封空間Ａの流体が軸周から反密封空間Ｂへ漏洩するのを阻止するものである。そしてシールリップ１００と回転軸２００の摺動部を反密封空間Ｂへ漏出しようとする流体は、ねじ突条１０４のねじシール作用によって密封空間Ａへ押し戻されるので、良好な密封機能を発揮することができるのである（例えば下記の特許文献１参照）。

特開２０１０−６００８９号公報

しかしながら、この種の密封装置では、ねじ突条１０４がシールリップ１００のリップエッジ部１０１に達しているため、シールリップ１００の緊迫力が小さいものでは、回転軸２００の外周面に対するリップエッジ部１０１の接触状態が安定しない問題がある。

詳しくは、この種の密封装置においては、リップライン（回転軸２００の外周面に対するリップエッジ部１０１の密接面）を安定させるにはねじ突条１０４の高さを低くする必要があるが、ねじ突条１０４を低くした場合は、回転軸２００に対する僅かな偏心などによって偏心逃げ側でねじ突条１０４が回転軸２００の外周面に当たらなくなって、顕著なねじシール作用が得られなくなってしまい、逆に、ねじ突条１０４を回転軸２００の外周面に強く当てるためにねじ突条１０４を高く形成すると、その圧接反力によって、ねじ突条１０４と交差する部分でリップエッジ部１０１が回転軸２００の外周面から浮き上がってリップラインが途切れてしまい、したがって、ねじ突条１０４によるねじシール作用が得られない軸停止時には隙間漏れが発生するおそれがある。

また、特に新品の場合はリップラインが平滑であるため、軸回転時に密封空間Ａの流体の介入によってリップラインに形成される潤滑膜が薄く、摺動トルクが高いものとなっていた。

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、安定したリップラインを形成して優れた密封性を奏すると共に潤滑性を向上させた密封装置を提供することにある。

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、シールリップの内周面に、回転体の外周面と摺動可能に密接されるリップエッジ部と、このリップエッジ部から密封空間側へ向けて大径になる密封空間側円錐面と、前記リップエッジ部から反密封空間側へ向けて大径になる反密封空間側円錐面が形成され、前記反密封空間側円錐面に、前記リップエッジ部から離れた位置から円周方向に対して所定の傾斜角度をなして延びる多数のねじ突条が形成され、前記密封空間側円錐面と反密封空間側円錐面のうち前記密封空間側円錐面のみに、前記回転体の外周面と接触可能な領域に位置する粗面部が形成されたものである。

請求項２の発明に係る密封装置は、請求項１に記載の構成において、粗面部が梨地加工によって５〜４０μｍＲｚｊｉｓの面粗さで形成されたものである。

本発明に係る密封装置によれば、ねじ突条がリップエッジ部より反密封空間側から立ち上がっているので、回転体からのリップエッジの浮き上がりを生じにくく、このため安定したリップラインが形成され、優れた密封性を奏することができると共に、安定したリップラインを形成して優れた密封性を奏すると共に、密封空間側円錐面に形成された粗面によって、リップラインに厚い潤滑膜が形成されるので、摺動トルクを低減することができる。

本発明に係る密封装置の第一の実施の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す部分断面図である。第一の実施の形態によるシールリップの断面形状と初期リップラインを示す説明図である。第一の実施の形態におけるねじ突条と梨地加工部を示す説明図である。粗面部を形成した実施例と、粗面部を形成しない比較例について摺動試験を行い、トルクを計測した結果を示す線図である。本発明に係る密封装置の第二の実施の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す部分断面図である。従来技術による密封装置のシールリップの断面形状とこのシールリップにおける突条の配置を示す説明図である。

以下、本発明に係る密封装置の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１〜図３は、本発明に係る密封装置の第一の実施の形態を示すものである。

第一の実施の形態の密封装置は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されたものであって、図２及び図３に示す装着状態において密封空間（機内）Ａ側を向くシールリップ１と、その先端近傍の外周に装着されて回転軸３の外周面に対する緊迫力を補償するためのガータスプリング２を備える。なお、回転軸３は請求項１に記載された回転体に相当するものである。

シールリップ１における先端近傍の内周面は、最も小径のリップエッジ部１１と、このリップエッジ部１１から密封空間（機内）Ａ側へ向けて大径になる密封空間側円錐面１２と、前記リップエッジ部１１から反密封空間（機外）Ｂ側へ向けて大径になる反密封空間側円錐面１３が形成され、すなわち互いに逆向きの密封空間側円錐面１２及び反密封空間側円錐面１３によって、リップエッジ部１１は断面形状が略Ｖ字形に形成されている。

反密封空間側円錐面１３には、リップエッジ部１１より反密封空間Ｂ側から、円周方向に対して所定の傾斜角度をなして延びる多数の第一ねじ突条１４及び第二ねじ突条１５が円周方向交互に形成されている。これら第一ねじ突条１４及び第二ねじ突条１５は、請求項１に記載されたねじ突条に相当するものであって、回転軸３の回転時に、密封空間Ａ側から回転軸３の外周面とリップエッジ部１１との密封摺動部（リップラインＬ）を反密封空間Ｂ側へ通過した密封対象油を、密封空間Ａ側へ押し戻すねじシール作用を惹起する方向へ、螺旋の一部をなすように延びるものである。

第一ねじ突条１４及び第二ねじ突条１５は、その幅及び嶺部１４ａ，１５ａの高さ（反密封空間側円錐面１３からの隆起高さ）が長さ方向中間部で最大となるように、舟底のキール（竜骨）状に湾曲した隆起形状に形成されている。そして第二ねじ突条１５は、第一ねじ突条１４より短いものであって、第一ねじ突条１４及び第二ねじ突条１５における密封空間Ａ側の端部はリップエッジ部１１から適宜離れた位置で、かつ互いに同じ又はほぼ同じ軸方向位置にある。

第二ねじ突条１５の嶺部１５ａの曲率は、第一ねじ突条１４の嶺部１４ａの曲率よりも大きく、第二ねじ突条１５の密封空間Ａ側の端部から所定の軸方向領域Ｘ_１では、その嶺部１５ａの高さが、第一ねじ突条１４の嶺部１４ａの高さよりも高く、前記軸方向領域Ｍよりも反密封空間Ｂ側の領域Ｘ_２では、第一ねじ突条１４の嶺部１４ａの高さが第二ねじ突条１５の嶺部１５ａの高さより高くなっている。詳しくは図３に示すように、第二ねじ突条１５の嶺部１５ａにおけるリップエッジ部１１側の立ち上がり部の曲率は、第一ねじ突条１４の嶺部１４ａにおけるリップエッジ部１１側の立ち上がり部の曲率よりも大きく、第二ねじ突条１５の嶺部１５ａにおけるリップエッジ部１１側の立ち上がり部の接線角度は、回転軸３の外周面と同径の仮想円筒面に対して内周側へ角度αを成しているのに対し、第一ねじ突条１４の嶺部１４ａにおけるリップエッジ部１１側の立ち上がり部の接線角度は、回転軸３の外周面と同径の仮想円筒面に対して外周側へ角度βを成している。

そして軸方向領域Ｘ_１における第二ねじ突条１５の嶺部１５ａの最も高い部分は、リップエッジ部１１とほぼ同一の径方向位置にあり、したがって初期装着状態では、図２に示すように、回転軸３の外周面に対するリップエッジ部１１の初期つぶし代によるリップラインＬと、このリップラインＬから僅かに離れて、第二ねじ突条１５の初期つぶし代による密接部Ｍが形成され、第一ねじ突条１４の嶺部１４ａは回転軸３の外周面に対して非接触又はそれに近い状態（殆どつぶし代のない状態）となるものである。また、この密接部Ｍは、第二ねじ突条１５の嶺部１５ａに沿って形成されるため、リップラインＬに対して所定の傾斜角度をなすものである。

密封空間側円錐面１２のうち回転軸３の外周面と接触可能な領域、すなわちリップエッジ部１１から所定幅の領域には、梨地加工による粗面部１６が形成されている。この粗面部１６の面粗さは、十点平均粗さで５〜４０μｍＲｚｊｉｓ、好ましくは１０〜２０μｍＲｚｊｉｓに設定されている。

以上の構成を備える第一の実施の形態の密封装置は、シールリップ１が密封空間Ａ側を向くように機器の軸孔ハウジングに嵌着されると共に、シールリップ１のリップエッジ部１１が、前記軸孔ハウジングに挿通された回転軸３の外周面に摺動可能に密接されることによって、密封空間Ａ内の密封対象油が軸周から反密封空間Ｂの大気側へ漏洩するのを阻止するものである。

この密封装置は、摺動トルクの低減及び摺動発熱の低減を図るために、回転軸３に対するシールリップ１の緊迫力が小さいものとなっており、このためリップエッジ部１１のつぶし代が小さなもの（リップラインＬが細いもの）となっているが、図３に示すように、初期状態では第一ねじ突条１４は回転軸３の外周面に対してほぼ非接触であり、第二ねじ突条１５のみに初期つぶし代与えられ、すなわち図２に示すように、第二ねじ突条１５の密接部ＭがリップラインＬから僅かに離れて形成されるため、回転軸３の外周面に対する第二ねじ突条１５の密接反力によってリップラインＬが円周方向に不連続となって反密封空間Ｂ側への隙間漏れが発生するのを、有効に防止することができる。

また、初期状態においては第一ねじ突条１４は回転軸３の外周面に対してほぼ非接触であるため、回転軸３の回転による第一ねじ突条１４のねじシール作用は十分ではないが、第二ねじ突条１５には初期つぶし代が与えられており、それによる密接部ＭがリップラインＬに対して所定の傾斜角度をなして形成されるため、第二ねじ突条１５が、第一ねじ突条１４のねじシール作用を補償するように機能する。したがって、初期状態でも優れた密封性が確保され、かつ摺動トルクの低減及び摺動発熱の低減を図ることができる。

一方、密封空間側円錐面１２に形成された梨地加工による粗面部１６のうち、リップエッジ部１１に沿った部分は回転軸３の外周面と接触されてリップラインＬの一部を構成するので、リップラインＬには密封空間Ａから粗面部１６へ介入する密封対象油によって厚い潤滑油膜が形成され、厚い潤滑油膜には粗面部１６の微小凹凸によって気泡が発生するので、液体潤滑による摺動トルク低減作用に加え、気泡が、摺動トルクを一層低下させる作用を惹起する。しかも、反密封空間側円錐面１３に設けられた第一ねじ突条１４及び第二ねじ突条１５により惹起されるねじシール作用は、リップラインＬを反密封空間Ｂ側へ通過しようとする密封対象油を密封空間Ａ側へ押し戻すものであるため、このねじシール作用も厚い潤滑油膜の保持に貢献する。したがって、密封空間側円錐面１２の粗面部１６と反密封空間側円錐面１３の第一ねじ突条１４及び第二ねじ突条１５との協働によって、摺動トルクを著しく低下させることができ、当該密封装置が新品であっても、回転軸３の初期回転時の摺動トルクを有効に低下させることができる。

なお、密封空間側円錐面１２に形成された梨地加工による粗面部１６は、その微小凹凸の高低差が５〜４０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍ程度であるため、リップラインＬの一部を構成する部分では、回転軸３の外周面との接触により微小凹凸がつぶれ、リップラインＬのうち反密封空間側円錐面１３寄りの部分は粗面部１６が形成されていないため、リップラインＬが途切れることはない。

なお、梨地加工による粗面部１６を反密封空間側円錐面１３に形成した場合は、それによる潤滑油膜形成作用が、逆に第一ねじ突条１４及び第二ねじ突条１５によるねじシール作用を妨げてしまうので好ましくない。したがって本発明では、粗面部１６を密封空間側円錐面１２に形成している。

そして、回転軸３の外周面との摺動によってリップエッジ部１１が徐々に摩耗してリップラインＬの幅が広がって行くと、これに伴って、第二ねじ突条１５も摩耗によってその密接部Ｍの長さ及び面積が増大して行き、さらに第一ねじ突条１４が、その密封空間Ａ側の端部において回転軸３の外周面に密接し、それによる密接部の長さ及び面積も経時的に増大して行くため、第一ねじ突条１４にも顕著なねじシール作用が惹起され、優れた密封性が維持される。

図４は、密封空間側円錐面にリップエッジ部に沿って梨地加工による粗さ１０μｍＲｚｊｉｓの粗面部を形成した実施例と、粗さ２０μｍＲｚｊｉｓの粗面部を形成した実施例と、粗面部を形成しない比較例について、それぞれ２つ試験サンプルの摺動試験を行い、トルクを計測した結果を示すものである。この試験結果から、粗さ１０μｍＲｚｊｉｓ及び２０μｍＲｚｊｉｓの粗面部を形成した実施例はいずれも、比較例よりも３０％程度トルクが低下していることがわかる。

次に図５は、本発明に係る密封装置の第二の実施の形態を示すものである。この形態において、上述した第一の実施の形態と異なるところは、反密封空間側円錐面１３に一種類のねじ突条１７のみが形成された点にある。

詳しくは、反密封空間側円錐面１３に形成されたねじ突条１７は、反密封空間側円錐面１３からの隆起高さが長さ方向中間部で最も高くなるように漸次変化する舟底形をなし、リップエッジ部１１側を向いた先端部１７ａが、幅及び高さを急激に減少させるように切り欠かれた形状となっている。詳しくは、各ねじ突条１７の先端部１７ａは、リップエッジ部１１より反密封空間Ｂ側へ離れた位置で反密封空間側円錐面１７から立ち上がっており、ねじ突条１７の峰部１７ｂは、前記先端部１７ａの頂部から反密封空間Ｂ側へ向けて、舟底のキール（竜骨）状に湾曲し、各ねじ突条１７の先端部１７ａの頂部は、リップエッジ部１１より僅かに内径側へ突出している。

一方、密封空間側円錐面１２のうち回転軸３の外周面と接触可能な領域、すなわちリップエッジ部１１から所定幅の領域には、第一の実施の形態と同様、梨地加工による粗面部１６が形成されている。

したがって、第二の実施の形態においても、ねじ突条１７の先端部１７ａが、回転軸３に対するリップエッジ部１１の密接領域から離れた位置で回転軸３と密接されるため、ねじ突条１７によってリップエッジ部１１が回転軸３の外周面から浮き上がって隙間漏れが生じるのを有効に防止することができ、しかも密封空間側円錐面１２の粗面部１６と反密封空間側円錐面１３のねじ突条１７との協働によって、摺動トルクを著しく低下させることができる。

１シールリップ
１１リップエッジ部
１２密封空間側円錐面
１３反密封空間側円錐面
１４第一ねじ突条（ねじ突条）
１５第二ねじ突条（ねじ突条）
１６粗面部
１７ねじ突条
３回転軸（回転体）
Ａ密封空間
Ｂ反密封空間

Claims

シールリップの内周面に、回転体の外周面と摺動可能に密接されるリップエッジ部と、このリップエッジ部から密封空間側へ向けて大径になる密封空間側円錐面と、前記リップエッジ部から反密封空間側へ向けて大径になる反密封空間側円錐面が形成され、前記反密封空間側円錐面に、前記リップエッジ部から離れた位置から円周方向に対して所定の傾斜角度をなして延びる多数のねじ突条が形成され、前記密封空間側円錐面と反密封空間側円錐面のうち前記密封空間側円錐面のみに、前記回転体の外周面と接触可能な領域に位置して粗面部が形成されたことを特徴とする密封装置。
粗面部が梨地加工によって５〜４０μｍＲｚｊｉｓの面粗さで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。