JP2017089692A - 密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】
回転軸２０の外周の霧状の密封対象油４０を回転軸２０の回転によりシールリップ３２の摺動面３２ａへ供給することができる密封構造を提供する。
【解決手段】
密封構造は、ハウジング１０と、ハウジング１０の内周に回転可能に配置される回転軸２０と、ハウジング１０と回転軸２０の間に装着される密封装置３０と、を備え、密封装置３０には、回転軸２０の外周面に摺動自在に密接する摺動面３２ａを有するシールリップ３２が設けられ、回転軸２０には、回転軸２０が回転したときに、機内側Ｏからシールリップ３２の摺動面３２ａに向けて密封対象油４０を供給するポンピング手段２１が設けられ、ポンピング手段２１は、回転軸２０の表面に疎油性２１ａ及び親油性２１ｂのうちいずれか一方又は双方の処理を施すことでらせん状に形成される。また、回転軸２０は、機内側Ｏから摺動面３２ａへ向けて漸次拡径している。
【選択図】図１

Description

本発明は、密封構造に係り、詳しくは、自動車関連分野、汎用機械分野等に用いられる密封構造に関するものである。

例えば、図９で示す自動車のエンジンにおけるエンジンオイル等といった油を密封対象とする密封構造が知られている。すなわち、該密封構造は、ハウジング１１０と、前記ハウジング１１０の内周に回転可能に配置される回転軸１２０と、前記ハウジング１１０と前記回転軸１２０の間に装着される密封装置１３０と、を備え、前記密封装置１３０には、前記回転軸１２０の外周面に摺動自在に密接する摺動面１３２ａを有するシールリップ１３２が設けられている。

かかる密封構造によれば、シールリップ１３２の摺動面１３２ａが前記回転軸１２０の外周面に摺動自在に密接することでエンジンの機内側Ｏの密封対象油１４０を密封し、かつ、回転軸１２０とシールリップ１３２との間に密封対象油１４０を供給することで、回転軸１２０とシールリップ１３２との潤滑を図っている。

特開平１１−２３０３６３

ところで、エンジンにおけるクランクは、エンジン内に貯留された密封対象油１４０を攪拌することで前記密封対象油１４０を霧状とし、密封構造内の回転軸１２０とシールリップ１３２との間に霧状の密封対象油１４０を供給する役割を持つ。

しかし、前記密封対象油１４０を減量すると、回転軸１２０とシールリップ１３２との間に供給される霧状の密封対象油１４０も減少する。そうすると、回転軸１２０とシールリップ１３２の摺動面１３２ａとの摩擦抵抗が増加する。前記摩擦抵抗の増加は、回転軸１２０の動力損失を招き、また、シールリップ１３２の耐摩耗性の低下や、耐熱性の低下を招き、ひいては、密封対象油１４０を密封する性能を維持することが難しくなる。

その一方で、前記エンジン内の密封対象油１４０を減量することができれば、前記クランクが攪拌する密封対象油１４０の量が減るため、前記クランクの動力損失を低減させることができる。

そのため、前記密封対象油１４０を減量しつつ、回転軸１２０と摺動面１３２ａとの摺動抵抗による摩擦抵抗を低減させるには、従来よりも効率よく回転軸１２０とシールリップ１３２との間に密封対象油１４０を供給する必要がある。

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、密封装置におけるシールリップと回転軸との間に密封対象油を供給することができる密封構造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に記載の密封構造にあっては、ハウジングと、前記ハウジングの内周に回転可能に配置される回転軸と、前記ハウジングと前記回転軸の間に装着される密封装置と、を備え、前記密封装置には、前記回転軸の外周面に摺動自在に密接する摺動面を有するシールリップが設けられ、前記回転軸には、前記回転軸が回転したときに、機内側からシールリップの摺動面に向けて密封対象油を供給するポンピング手段が設けられ、前記ポンピング手段は、前記回転軸の表面に疎油性及び親油性のうちいずれか一方又は双方の処理を施すことでらせん状に形成されることを特徴とする。

請求項２に記載の密封構造にあっては、請求項１に記載の密封構造であって、前記回転軸は、前記機内側から前記摺動面へ向けて漸次拡径していることを特徴とする。

以上の通り、本発明の密封構造によれば、回転軸の外周の霧状の密封対象油を回転軸の回転によりシールリップと回転軸との間へ供給することができる。

本発明の第一実施例に係る密封構造の要部断面図 本発明の第一実施例に係る密封構造の要部拡大断面図 本発明の第一実施例に係る密封構造における回転軸の一例を示す要部断面図 本発明の第一実施例に係る密封構造における回転軸の他の例を示す要部断面図 本発明の第一実施例に係る回転軸の表面を示す一の要部拡大断面図 本発明の第一実施例に係る回転軸の表面を示す他の要部拡大断面図 本発明の第一実施例に係る回転軸の表面における密封対象油を示す要部拡大断面図 本発明の第二実施例に係る密封構造の要部拡大断面図 従来技術に係る密封構造の要部断面図

以下において、本発明の実施に係る密封構造の第一及び第二実施例について図面に基づき詳細に説明する。なお、本実施例により本発明が限定されるものではない。

まず、本発明の第一実施例に係る密封構造について図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明の第一実施例に係る密封構造の要部断面図であり、図２は、本発明の第一実施例に係る密封構造の要部拡大断面図である。

すなわち、本実施例に係る密封構造においては、符号１０にはハウジングが、符号２０には前記ハウジング１０の内周に回転可能に配置される回転軸が、符号３０には前記ハウジング１０と前記回転軸２０との間に装着される密封装置が示されている。

ハウジング１０は、前記回転軸２０を挿通させ、前記密封装置３０を装着するための軸孔を備え、ハウジング１０の内周側には、密封装置３０と回転軸２０とがこの順に配置される。

回転軸２０は、ハウジング１０と同心状に回転可能に配置され、本実施例においては、略円柱状の形状をなす。また、前記回転軸２０と前記ハウジング１０の軸孔との間には、環状の空間が形成される。

密封装置３０は、前記ハウジング１０の軸孔の内周面へ圧入することで装着される。また、前記密封装置３０は、補強環３３と、前記補強環３３に被着されたシール本体３１と、前記シール本体３１の回転軸２０側に延在するシールリップ３２と、が一体として成形され、前記シールリップ３２の外周側には、ガータスプリング３４が装着される。

前記補強環３３は、金属からなり、前記シール本体３１に埋設される。また、前記補強環３３は、軸方向に延びる補強環本体３３ａと、前記補強環本体３３ａの一端から回転軸２０方向に延びるフランジ部３３ｂと、からなり、断面略Ｌ字状に形成されている。かかる補強環３３を設けることで、密封装置３０の強度を確保することができる。

前記シール本体３１は、環状のゴム状弾性材から構成され、前記フランジ部３３ｂの回転軸２０側の端部から内径方向の機内側Ｏに向けてシールリップ３２が延在する。また、前記シールリップ３２には、回転軸に対して摺動自在に密接する摺動面３２ａが設けられる。前記シールリップ３２の摺動面３２ａが前記回転軸２０の外周面に摺動自在に密接することで機内側Ｏの密封対象油４０を密封し、密封対象油４０が機内側Ｏから大気側Ａへ流出することを防止する。

前記ガータスプリング３４は、環状の金属状弾性材からなり、前記シールリップ３２の外周に装着される。かかるガータスプリング３４を設けることで、回転軸２０に対する緊迫力をシールリップ３２に付与し、密封対象油４０が機内側Ｏから大気側Ａへ流出することを防止する。

また、前記回転軸２０の表面には、ポンピング手段２１が設けられる。前記ポンピング手段２１は、前記回転軸２０の外周面のうち機内側Ｏから前記シールリップ３２の摺動面３２ａにかけて設けられている。

ここで、前記ポンピング手段２１は、前記回転軸２０の表面に、疎油性の処理を施した疎油性処理部２１ａ及び親油性の処理を施した親油性処理部２１ｂから形成される。また、前記疎油性処理部２１ａ及び前記親油性処理部２１ｂは、前記シールリップ３２の摺動面３２ａと密接する回転軸２０の外周面から、前記回転軸２０の回転方向Ｚに対して機内側Ｏに向けて傾斜する連続らせん状に延びている。

前記回転軸２０の表面に疎油性処理部２１ａ及び親油性処理部２１ｂを設けることで、前記回転軸２０の表面には、密封対象油４０の付着性が異なる部分が形成される。したがって、親油性処理部２１ｂを設けた部分には、前記密封対象油４０が回転軸２０の表面に接触し、付着するが、疎油性処理部２１ａを設けた部分には、前記密封対象油４０が回転軸２０に接触するものの、前記回転軸２０の表面には、付着しない。よって、前記親油性処理部２１ｂに前記密封対象油４０が凝集されやすくなる。

前記疎油性処理部２１ａ又は親油性処理部２１ｂを設ける方法としては、回転軸２０の表面にコーティング剤を施す処理と、回転軸２０の表面に粗面加工を施す処理とが挙げられる。コーティング剤を施す処理については、疎油性又は親油性を有する化学物質を散布する方法が挙げられる。かかるコーティング剤を施すことで、前記回転軸２０の表面自由エネルギーが変化し、前記回転軸２０の表面における前記密封対象油４０の付着性が変化する。また、粗面加工を施す処理については、回転軸２０の表面を研磨等することにより粗さを変更する処理が挙げられる。回転軸２０の表面の粗さを変更すると、密封対象油４０と回転軸２０の表面の接触面積が変化するため、前記回転軸２０の表面における密封対象油４０の付着性を適宜変更することができる。さらに、前記ポンピング手段２１は、回転軸２０の表面の一部に疎油性処理部２１ａ又は親油性処理部２１ｂを設け、その他部分を未処理としてもよく、前記回転軸２０の表面に密封対象油４０の付着性が異なる二種類の疎油性処理部２１ａ又は二種類の親油性処理部２１ｂを設けてもよく、コーティング剤を施す処理に加え、粗面加工を施す処理を行ってもよい。

なお、前記ポンピング手段２１は、図３で示すような不連続らせん状を形成してもよく、また、図４に示すような異曲率らせん状を形成しても良い。

かかるポンピング手段２１を設けることで、前記回転軸２０が回転したときに、密封対象油４０は、機内側Ｏから回転軸２０とシールリップ３２との間へ供給される。

なお、本実施例に係る密封構造のポンピング手段２１は、前記回転軸２０の表面に、密封対象油４０の付着のしやすさが異なる２以上の部分を設け、前記シールリップ３２の摺動面３２ａと密接する回転軸２０の外周面から、前記回転軸２０の回転方向Ｚに対して機内側Ｏに向けて傾斜する連続らせん状が形成されていればよい。

次に、本実施例に係る密封構造の動作について、図５ないし図７に基づいて説明する。図５は、本発明の第一実施例に係る回転軸２０の表面を示す一の要部拡大断面図であり、図６は、本発明の第一実施例に係る回転軸２０の表面を示す他の要部拡大断面図であり、図７は、本発明の第一実施例に係る回転軸２０の表面における密封対象油４０を示す要部拡大断面図である。

まず、図５で示すとおり、密封構造の機内側Ｏにおける回転軸２０の外周側の空間には、エンジンのクランクにより攪拌された霧状の油滴４１が浮遊している。ここで、前記霧状の油滴４１は、上記の通り、前記回転軸２０の表面における親油性処理部２１ｂに接触し、付着する。その一方で、前記霧状の油滴４１は、疎油性処理部２１ａに接触するものの、付着しない。次に、前記疎油性処理部２１ａに接触した油滴４１は、回転軸２０の回転時に、前記回転軸２０の回転方向Ｚへの力がほとんど伝達されないため、相対的に回転方向Ｚと反対方向の親油性処理部２１ｂに向けて移動する。すると、図６で示すとおり、前記油滴４１は、前記親油性処理部２１ｂを施した部分に到達する。したがって、前記親油性処理部２１ｂを施した部分には、前記油滴４１が集中し、前記油滴４１は、他の前記油滴４１と凝集することで油膜４２となる。

次に、図７で示すとおり、前記親油性処理部２１ｂを設けた部分に凝集した油膜４２には、前記回転軸２０の回転とともに回転方向Ｚへの力が作用する。ここで、油膜４２の内周側における油膜内周部４３は、前記回転軸２０との付着面積が大きいため、前記回転軸２０との摩擦により、前記回転軸２０の回転に従動しやすい。その一方で、油膜４２の外周側における油膜外周部４４は、前記回転軸２０に付着していないため、空気との摩擦によって前記回転軸２０の回転よりも遅れる。したがって、前記油膜４２は、油膜外周部４４が空気抵抗を受けることから、油膜４２全体として回転軸２０の従動に遅れることとなる。よって、前記油膜４２は、前記回転軸２０の表面に引き摺られつつ回転軸２０の回転より遅れて回転方向Ｚへ向けて移動する。

さらに、親油性処理部２１ｂにおける油膜４２は、回転軸２０の回転より遅れて回転方向Ｚへ向けて移動すると疎油性処理部２１ａを設けた部分の境界へ到達する。前記油膜４２は、疎油性処理部２１ａを設けた部分へ侵入できないため、疎油性処理部２１ａを設けた部分の境界に沿うように相対的に回転方向Ｚと反対方向へ向けて移動する。また、上記の通り、前記疎油性処理部２１ａを施した部分は、前記シールリップ３２の摺動面３２ａと密接する回転軸２０の外周面から、前記回転軸２０の回転方向Ｚに対して機内側Ｏに向けて傾斜する連続らせん状に形成される。したがって、前記油膜４２は、回転軸２０の表面に設けられたらせん状の前記疎油性処理部２１ａを設けた部分の境界に沿って移動するため、油膜４２は、回転軸２０とシールリップ３２との間へ供給される。

したがって、本実施例に係る密封構造によれば、密封対象油４０を減量した場合であっても、前記密封対象油４０を密封装置３０におけるシールリップ３２の摺動面３２ａに効率よく集めることができる。よって、回転軸２０とシールリップ３２の摺動面３２ａとの摩擦抵抗を低減させることができることから、回転軸２０の動力損失を抑え、また、シールリップ３２の耐摩耗性・耐熱性の向上を図ることができ、ひいては、密封対象油４０を密封する性能を維持することができる。

また、本実施例に係る密封構造は、回転軸２０の表面にコーティング剤を施す処理し、回転軸２０の表面に粗面加工を施す処理のみである。したがって、密封対象油４０を密封装置３０におけるシールリップ３２と回転軸２０との間に供給する構造を簡易に設けることができる。

次に、本発明の第二実施例に係る密封構造について、図８に基づいて説明する。図８は、本発明の第二実施例に係る密封構造の要部拡大断面図である。

すなわち、本実施例に係る密封構造は、上記第一実施例の構成に加え、前記回転軸２０は、前記機内側Ｏから前記シールリップ３２の摺動面３２ａへ向けて漸次拡径している。
前記回転軸２０は、前記機内側Ｏから前記シールリップ３２の摺動面３２ａに向けて漸次拡径しているため、前記シールリップ３２の摺動面３２ａに向かうにしたがい、回転軸２０の遠心力が大きくなる。そのため、前記遠心力がシールリップ３２の摺動面３２ａへの油膜の移動力として作用する。ここで、前記回転軸２０は、機内側Ｏから前記シールリップ３２の摺動面３２ａにかけてテーパ形状とすることが望ましい。

したがって、前記回転軸２０によれば、密封対象油４０には、前記回転軸２０が回転したときにおける回転方向Ｚへの力に加え、前記回転軸２０の遠心力が作用するため、回転軸２０とシールリップ３２との間へ前記密封対象油４０を供給する効率がよりよくなる。

よって、本実施例に係る密封構造によれば、第一実施例に係る密封構造と比較して、密封対象油４０を減量した場合であっても、前記密封対象油４０を密封装置３０におけるシールリップ３２の摺動面３２ａにより効率よく集めることができる。

１０ ハウジング
２０ 回転軸
２１ ポンピング手段
２１ａ 疎油性処理部
２１ｂ 親油性処理部
３０ 密封装置
３１ シール本体
３２ シールリップ
３２ａ 摺動面
３３ 補強環
３３ａ 補強環本体
３３ｂ フランジ部
３４ ガータスプリング
４０ 密封対象油
４１ 油滴
４２ 油膜
４３ 油膜内周部
４４ 油膜外周部
Ａ 大気側
Ｏ 機内側
Ｚ 回転方向

Claims (2)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングの内周に回転可能に配置される回転軸と、
   前記ハウジングと前記回転軸の間に装着される密封装置と、を備え、
   前記密封装置には、前記回転軸の外周面に摺動自在に密接する摺動面を有するシールリップが設けられ、
   前記回転軸には、前記回転軸が回転したときに、機内側からシールリップの摺動面に向けて密封対象油を供給するポンピング手段が設けられ、
   前記ポンピング手段は、前記回転軸の表面に疎油性及び親油性のうちいずれか一方又は双方の処理を施すことでらせん状に形成されることを特徴とする密封構造。
2. 請求項１に記載の密封構造であって、
   前記回転軸は、前記機内側から前記摺動面へ向けて漸次拡径していることを特徴とする密封構造。

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