JP2017198234A - Sealing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油の漏れを防止する密封装置、特に、ラジアルリップの接触圧を補強するばねを備えた密封装置に関する。 The present invention relates to a sealing device that prevents oil leakage, and more particularly, to a sealing device that includes a spring that reinforces the contact pressure of a radial lip.
弾性体のラジアルリップを備えた密封装置では、ラジアルリップを回転軸に押し付けて接触部に適度な面圧分布を発生させることによって、密封対象物である油が漏れだすのを防止している。しかし、密封装置を長時間使用した場合には、ラジアルリップの弾性が低下したり摺接部が摩耗したりすることによって適正な面圧分布を維持できなくなる場合がある。
そこで、従来より、油漏れを防止する密封装置として、ゴムなどの弾性体で形成されたラジアルリップの外径側にばねを装着して、ラジアルリップを回転軸に押し付ける力を補強したものが知られている(例えば、特許文献1)。
In a sealing device provided with an elastic radial lip, the radial lip is pressed against the rotating shaft to generate an appropriate surface pressure distribution at the contact portion, thereby preventing oil as a sealing object from leaking out. However, when the sealing device is used for a long time, an appropriate surface pressure distribution may not be maintained because the elasticity of the radial lip is reduced or the sliding contact portion is worn.
Therefore, conventionally, as a sealing device that prevents oil leakage, a spring is attached to the outer diameter side of a radial lip formed of an elastic body such as rubber, and the force that presses the radial lip against the rotating shaft is reinforced. (For example, Patent Document 1).
特許文献1に記載されている密封装置は、互いに同軸に組み付けられたハウジングであるリテーナと回転軸であるクランクシャフトとの間の隙間を密封するもので、ハウジング側に芯金(保持部材)を嵌合固定すると共に、ラジアルリップの内周が回転軸に接触している。ラジアルリップは、ゴムなどの弾性体で形成されている。ラジアルリップの径方向外方には、環状のばねが嵌め合わされており、ラジアルリップを回転軸に押し付ける力を補強している。 The sealing device described in Patent Document 1 seals a gap between a retainer, which is a housing assembled coaxially with each other, and a crankshaft, which is a rotating shaft, and a metal core (holding member) is provided on the housing side. While fitting and fixing, the inner periphery of the radial lip is in contact with the rotating shaft. The radial lip is formed of an elastic body such as rubber. An annular spring is fitted outside the radial lip in the radial direction to reinforce the force for pressing the radial lip against the rotating shaft.
しかし、従来構造の密封装置では、例えば120℃を超える高温環境下で長時間使用された場合には、その温度によってばねの残留応力が除去されるので、ばね定数が低下する。この場合には、ラジアルリップを回転軸に押し付ける力が減少するので、ラジアルリップと回転軸との接触部における面圧が低下して、油が漏出するおそれがある。 However, when the sealing device having the conventional structure is used for a long time in a high temperature environment exceeding 120 ° C., for example, the residual stress of the spring is removed by the temperature, so that the spring constant is lowered. In this case, since the force pressing the radial lip against the rotating shaft is reduced, the surface pressure at the contact portion between the radial lip and the rotating shaft is reduced, and there is a possibility that oil leaks out.
本発明は、ラジアルリップの接触圧を補強するばねを備えた密封装置において、高温環境下で使用した場合であっても、緊迫力の低下を防止して、長期にわたって油の漏れを防止することができる密封装置を提供することを目的としている。 The present invention provides a sealing device provided with a spring that reinforces the contact pressure of a radial lip, and prevents the leakage of oil over a long period of time even when used in a high-temperature environment, preventing a decrease in tension. It aims at providing the sealing device which can do.
本発明の一形態は、ハウジングと、このハウジングに設けられた開口部を貫通する回転軸との間を密封して、前記ハウジングの内側に封入された油が外側に漏れ出すのを防止する密封装置であって、前記ハウジングに固定される固定部と、前記固定部から前記油が封入されている側に向けて延在する弾性体で形成されたラジアルリップと、を備えており、前記ラジアルリップの外周には、径方向外方に開口する凹部が全周にわたって形成されるとともに環状のばねが嵌め合わされており、内周には、前記回転軸の外周面と摺接する先端縁が形成されており、前記凹部には、少なくとも前記ばねと径方向に接触する位置に、前記油と接触して膨潤するゴム材料で形成された膨潤部が露出しており、前記先端縁は、前記ゴム材料と異なるゴム材料で形成されていることを特徴としている。 One form of this invention seals between the housing and the rotating shaft which penetrates the opening part provided in this housing, and seals which prevent that the oil enclosed inside the said housing leaks outside An apparatus comprising: a fixed portion fixed to the housing; and a radial lip formed of an elastic body extending from the fixed portion toward a side where the oil is sealed. On the outer periphery of the lip, a recess that opens radially outward is formed over the entire circumference, and an annular spring is fitted, and on the inner periphery, a tip edge that is in sliding contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft is formed. And a swollen portion formed of a rubber material that swells in contact with the oil is exposed at least in a position in radial contact with the spring, and the tip edge is formed of the rubber material. Different rubber material It is characterized by being formed.
ラジアルリップの接触圧を補強するばねを備えた密封装置において、高温環境下で使用した場合であっても、緊迫力の低下を防止して、長期にわたって油の漏れを防止することができる。 In a sealing device provided with a spring that reinforces the contact pressure of the radial lip, even when used in a high-temperature environment, it is possible to prevent a decrease in tightening force and prevent oil leakage over a long period of time.
図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明にかかる密封装置の一実施形態(以下「本実施形態」)を示す軸方向断面図である。密封装置10は、車両用のエンジン(図示を省略)に組み込まれており、クランクシャフト50と同軸に嵌め合わされている。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an axial cross-sectional view showing an embodiment (hereinafter referred to as “this embodiment”) of a sealing device according to the present invention. The
密封装置10は、環状であり、金属製の芯金12と、芯金12に一体に形成されたラジアルリップ20及びグリースリップ30と、ばね40とを備えている。密封装置10の中心軸は、クランクシャフト50の回転軸線と同一であり、以下の説明では、密封装置10の中心軸の方向を軸方向といい、中心軸と直交する方向を径方向、中心軸の回りを周回する方向を周方向という。
The
芯金12は、SPCCなどの冷間圧延鋼板をプレス加工することによって形成されている。芯金12の軸方向断面の形状はL字状であり、軸方向に形成された円筒形状の円筒部13と、円筒部13の軸方向一端から径方向内方に延在するフランジ部14とが一体に形成されている。
The
ラジアルリップ20は、フランジ部14の内径側を基部として円筒部13と同じ向きに略軸方向に延在している。
ラジアルリップ20の先端近傍では、外径側に、軸方向断面が径方向外方に開口する形状で凹部21が全周にわたって形成されている。内径側には、互いに逆向きに傾斜するテーパ面a及びテーパ面bが同軸に形成されており、テーパ面aとテーパ面bとが交わる部分に、全周にわたって先端縁22が形成されている。軸方向断面では、ラジアルリップ20の先端縁22は、径方向内方に尖った形態となっている。
凹部21と先端縁22とは、軸方向のほぼ同じ位置に形成されている。
The
In the vicinity of the distal end of the
The
凹部21には、環状のばね40が嵌め合わされている。ばね40は、ばね用ステンレス鋼線(SUS304WPB)等を塑性加工することによって製造されており、その周方向に沿って、らせん状に形成されている。これによって、周方向に弾性をもって伸びることが出来る。
ラジアルリップ20の先端には、ばね係止部23が形成されている。ばね係止部23は、凹部21よりラジアルリップ20の先端に近い側で径方向に形成されている。その外径寸法は、ばね40の直径寸法(外径寸法と内径寸法の平均値)より大径であり、凹部21にばね40を装着したときに、ばね40が容易に脱落しないようになっている。
An
A
ラジアルリップ20の凹部21の位置には、膨潤部24が形成されている。膨潤部24は、エチレンプロピレンゴム(EPDM)のゴム材料で形成されている。カッコ内の記号はJIS記号である(以下同)。膨潤部24は、軸方向断面が径方向内方に凸となる三日月形状であり、全周にわたって一様な断面形状で形成されている。膨潤部24の径方向外方の面は凹部21を形成しており、軸方向断面では、ばね40の軸方向断面における外径とほぼ等しい曲率で形成されている。
A swollen portion 24 is formed at the position of the
ラジアルリップ20は、膨潤部24以外の部分がニトリルゴム(NBR)などの弾性体で形成されており、フランジ部14の内径側から軸方向に延在する撓み部25と、膨潤部24の径方向内方に形成されている摺接部26と、ばね係止部23を備えている。各部は、それぞれ全周にわたって一様な断面形状で形成されている。以下の説明では、ラジアルリップ20のうちニトリルゴムで形成されている部分(撓み部25、摺接部26、ばね係止部23をいう)を、「その他の弾性部分E」という場合がある。
The
グリースリップ30は、フランジ部14の内径側を基部としてラジアルリップ20とは反対向きに略軸方向に延在している。グリースリップ30は、ラジアルリップ20と同様に、ニトリルゴムなどの弾性体で形成されている。
The
ラジアルリップ20及びグリースリップ30は、芯金12をモールドした状態で、ゴム材料を高温の金型で加硫成型することによって形成されている。
成型時には、膨潤部24を形成するエチレンプロピレンゴムと、膨潤部24を除くその他の弾性部分Eを形成するニトリルゴムとを同時に金型に挿入している。成型時の熱によって、エチレンプロピレンゴムとニトリルゴムとが互いに加硫接着されるので、膨潤部24とその他の弾性部分Eとが一体となった形態でラジアルリップ20を形成することができる。
密封装置10では、円筒部13の外周とフランジ部14の軸方向の一方の側面が、ラジアルリップ20及びグリースリップ30を形成するときに、同時に、ニトリルゴムで覆われるように形成されている。
The
At the time of molding, ethylene propylene rubber forming the swelling portion 24 and nitrile rubber forming the other elastic portion E excluding the swelling portion 24 are simultaneously inserted into the mold. Since the ethylene propylene rubber and the nitrile rubber are vulcanized and bonded to each other by heat at the time of molding, the
In the
こうして、凹部21が形成されている部分では、ラジアルリップ20の外径側に、エチレンプロピレンゴムで形成された膨潤部24が露出している。
Thus, in the portion where the
密封装置10は、その外周が、エンジンブロックに取り付けられるリテーナ51(ハウジング)の開口部に締り嵌めの状態で嵌め合わされている。図1では、図の左方がエンジン内部であり、ラジアルリップ20は、フランジ部14の内径側を基部として、エンジンオイルが封入されているエンジン内部に向けて延在する向きに組み込まれている。
開口部の内周と円筒部13の外周との間では、弾性体であるニトリルゴムが径方向に圧縮された状態で組付けられている。これにより、リテーナ51と密封装置10の嵌合部からのエンジンオイルの流出が防止されている。
The outer periphery of the
Between the inner periphery of the opening and the outer periphery of the
ラジアルリップ20の内周は、開口部を貫通するクランクシャフト50の外周面と全周にわたって接触している。密封装置10を装着する前の状態では、ラジアルリップ20の内径寸法はクランクシャフト50の外径寸法より小さい。この寸法差(直径寸法)の1/2をラジアルリップ20のしめしろδ1という。図1では、ラジアルリップ20がしめしろδ1を有する状態を示すために、摺接部26と重なった形態で示している。
密封装置10をクランクシャフト50に嵌め合わせたときには、撓み部25が径方向に撓みながら、膨潤部24及びその他の弾性部分Eが一体となってしめしろδ1の分だけ拡径している。
このとき、ラジアルリップ20は、その直径寸法が弾性をもって拡大しているので、自由状態における直径寸法に収縮しようとする。その収縮しようとする力によって、ラジアルリップ20がクランクシャフト50の外周に径方向内方に向けて押し付けられていて、クランクシャフト50の外周と先端縁22との接触部において適度な面圧分布が生じている。ラジアルリップ20がクランクシャフト50の外周に押し付けられるときの力を、「緊迫力」という。
The inner periphery of the
When the sealing
At this time, since the radial dimension of the
ばね40は、密封装置10と同軸に、凹部21の外方に嵌め合わされている。密封装置10をクランクシャフト50に嵌め合わせたときには、凹部21底の直径寸法Loは、ばね40の自由状態における内径寸法より大きくなっている。これにより、ばね40は周の長さが弾性をもって伸びた状態で装着されている。このため、ばね40の周長が収縮しようとする力によってラジアルリップ20を径方向内方に付勢するので、ラジアルリップ20が更に強い力でクランクシャフト50の外周に押し付けられる。こうして、クランクシャフト50の外周と先端縁22との接触部においてさらに大きい面圧分布が生じる。
こうして、ラジアルリップ20を形成するゴムの弾性による緊迫力(以下、「緊迫力のゴム成分」という)と、ばね40の弾性による緊迫力(以下、「緊迫力のばね成分」という)によって、ラジアルリップ20がクランクシャフト50の外周に押し付けられている。
The
In this way, the radial force generated by the elastic force of the rubber forming the radial lip 20 (hereinafter referred to as “rubber component of the compressive force”) and the elastic force of the spring 40 (hereinafter referred to as “spring component of the compressive force”) The
グリースリップ30の内径寸法はクランクシャフト50の外径寸法よりわずかに大きい。グリースリップ30はクランクシャフト50の外周面との間でラビリンスを形成しており、泥水や塵埃が直接ラジアルリップ20に到達するのを防止している。
The inner diameter dimension of the
次に、図1を参照しつつ、本実施形態における密封装置10の作用を説明する。
エンジンが高い負荷状態で連続して使用されたときにはエンジン本体の温度が上昇するので、密封装置10の温度が上昇する。こうして、高い温度にさらされることによって、ばね40では、塑性加工時の残留応力が緩和されて、周方向のばね定数が低下する。
ばね40が嵌め合わされている凹部21の直径寸法が、高い温度にさらされる前後で一定であると仮定した場合には、ばね定数の低下に伴って、ばね40の自由状態における直径寸法に復元しようとする弾性力が低下する。この場合には、クランクシャフト50の外周と先端縁22とが接触する接触部の面圧が低下する。
Next, the operation of the sealing
When the engine is continuously used in a high load state, the temperature of the engine body rises, so that the temperature of the sealing
If it is assumed that the diameter dimension of the
本実施形態の密封装置10では、ばね40を装着している凹部21に、ゴム材料としてエチレンプロピレンゴムを使用した膨潤部24を備えており、膨潤部24は、径方向外方に露出している。
ラジアルリップ20がエンジンの内部に向かって組み込まれているので、エンジンが作動するときには、エンジンオイルが膨潤部24に到達する。
エンジンオイルは鉱油系の潤滑油であり、エチレンプロピレンゴム(EPDM)には容易に侵入することができる。このため、膨潤部24では、ゴム材料が膨潤して径方向の寸法L1が増加する。
In the
Since the
Engine oil is a mineral oil-based lubricating oil and can easily penetrate into ethylene propylene rubber (EPDM). For this reason, in the swelling part 24, rubber material swells and the dimension L1 of radial direction increases.
膨潤部24は、軸方向断面が径方向内方に凸となっており、その外周面はばね40と径方向に接触している。膨潤部24の径方向の寸法L1が増加することにより、ばね40は、その内周が径方向外方に押されて拡径する。このため、ばね40の自由状態における直径寸法に復元しようとする弾性力が上昇する。これによって、緊迫力のばね成分を高くすることが出来るので、ラジアルリップ20の緊迫力を高くすることができる。
The swollen portion 24 has an axial cross section projecting radially inward, and an outer peripheral surface thereof is in contact with the
図2は、高温環境下において、ばね40の残留応力が時間とともに減少するときの傾向と、膨潤部24が膨潤するときの時間とともに寸法L1が増加する傾向を説明するための概念図である。
図2に示したように、高温環境下では、ばね40の残留応力は初期に大幅に低下して、その後一定の値に収束する。このため、本実施形態では、ばね40の自由状態における直径寸法に復元しようとする弾性力は、初期に大幅に低下し、その後、一定の値に収束する。
一方、膨潤部24の径方向の寸法L1は、エンジンオイルと接触した初期に大幅に増加し、その後、一定の値に収束する。このため、ばね40の直径寸法は、エンジンを始動した初期に大幅に増加し、その後、一定の値に収束する。この結果、ばね40の自由状態における直径寸法に復元しようとする弾性力は、初期に大幅に増加し、その後、一定の値に収束する。
すなわち、ばね40の残留応力が減少することによる緊迫力のばね成分の低下と、ゴムが膨潤することによる緊迫力のばね成分の上昇とが、互いに補完する関係にあるので、高温環境下にさらされた場合であっても、緊迫力のばね成分が低下することがない。
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a tendency when the residual stress of the
As shown in FIG. 2, in a high temperature environment, the residual stress of the
On the other hand, the dimension L1 in the radial direction of the swollen portion 24 increases significantly at the initial stage when it comes into contact with the engine oil, and then converges to a constant value. For this reason, the diameter dimension of the
That is, the decrease in the spring component of the tension force due to the decrease in the residual stress of the
一方、膨潤部24を除くその他の弾性部分Eは、エンジンオイルなどの鉱油系の油に対して耐性の高いニトリルゴムで形成されているので、弾性が低下したり摩耗したりすることがほとんどない。このため、高温環境下にさらされた場合であっても、緊迫力のゴム成分が低下することがない。 On the other hand, the elastic part E other than the swelling part 24 is formed of a nitrile rubber having high resistance to mineral oils such as engine oil, so that the elasticity is hardly lowered or worn. . For this reason, even if it is a case where it exposes to a high temperature environment, the rubber component of tension | tensile_strength does not fall.
この結果、高温環境下にさらされた場合であっても、ラジアルリップ20の緊迫力の変化を小さくすることが出来るので、クランクシャフト50の外周と先端縁22とが接触する接触部において適度な面圧分布を維持することが出来る。
As a result, even when exposed to a high temperature environment, the change in the tension force of the
以上説明したように、本実施形態では、ラジアルリップ20の接触圧を補強するばね40を備えた密封装置10を高温環境下で使用した場合であっても、緊迫力の低下を防止して、長期にわたってエンジンオイルの漏れを防止することができる。
As described above, in the present embodiment, even when the sealing
なお、本実施形態では、膨潤部24を形成するゴム材料としてエチレンプロピレンゴムを使用し、膨潤部24を除くその他の弾性部分Eを形成するゴム材料としてニトリルゴムを使用したが、これらは例示であってこれに限定されない。
密封対象の油が鉱油系の場合には、膨潤部24の材料としては、例えば、スチレンブタジエンゴム(SBR)などの、鉱油系の油が容易に侵入できるゴム材料であっても、本実施形態と同様の作用効果を得ることが出来る。
また、膨潤部24を除くその他の弾性部分Eを形成するゴム材料としては、鉱油系の油に対して耐性を有する、水素化ニトリルゴム(HNBR)、フッ素ゴム(FKM)、アクリルゴム(ACM)などを適宜使用することができる。
In the present embodiment, ethylene propylene rubber is used as the rubber material for forming the swelling portion 24, and nitrile rubber is used as the rubber material for forming the other elastic portion E excluding the swelling portion 24. And it is not limited to this.
In the case where the oil to be sealed is a mineral oil, the material of the swelling portion 24 may be a rubber material that can easily penetrate mineral oil such as styrene butadiene rubber (SBR). The same effect can be obtained.
The rubber material forming the elastic part E other than the swelling part 24 includes hydrogenated nitrile rubber (HNBR), fluorine rubber (FKM), acrylic rubber (ACM) having resistance to mineral oil. Etc. can be used as appropriate.
また、ブレーキオイルなどのグリコール系の作動油を密封する用途に使用される密封装置10においては、膨潤部24を形成するゴム材料として、ニトリルゴム(NBR)やアクリルゴム(ACM)などの、グリコール系の油が容易に侵入できるゴム材料を使用することが出来る。
なお、グリコール系の作動油を密封する場合には、膨潤部24を除くその他の弾性部分Eを形成するゴム材料としては、グリコール系の油に対して耐性を有する、クロロプレンゴム(CR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)などを適宜使用することが出来る。
In the
In the case of sealing glycol-based hydraulic oil, the rubber material forming the elastic portion E other than the swelling portion 24 is chloroprene rubber (CR), styrene having resistance to glycol-based oil. Butadiene rubber (SBR), ethylene propylene rubber (EPDM), and the like can be used as appropriate.
本発明にかかる密封装置は、エンジンのほか、トランスミッションなどの自動車の回転部や、鉄鋼圧延機のロール支持部などに使用して、長期にわたって密封性能を良好に維持することができる。 The sealing device according to the present invention can be used for an engine, a rotating part of an automobile such as a transmission, a roll support part of a steel rolling mill, etc., and can maintain a good sealing performance over a long period of time.
10:密封装置、12:芯金、13:円筒部、14:フランジ部、20:ラジアルリップ、21:凹部、22:先端縁、23:ばね係止部、24:膨潤部、25:撓み部、26:摺接部、30:グリースリップ、40:ばね、50:クランクシャフト、51:リテーナ 10: Sealing device, 12: Metal core, 13: Cylindrical part, 14: Flange part, 20: Radial lip, 21: Recessed part, 22: Tip edge, 23: Spring locking part, 24: Swelling part, 25: Deflection part , 26: sliding contact portion, 30: grease lip, 40: spring, 50: crankshaft, 51: retainer
Claims (3)
前記ハウジングに固定される固定部と、前記固定部から前記油が封入されている側に向けて延在する弾性体で形成されたラジアルリップと、を備えており、
前記ラジアルリップの外周には、径方向外方に開口する凹部が全周にわたって形成されるとともに環状のばねが嵌め合わされており、内周には、前記回転軸の外周面と摺接する先端縁が形成されており、
前記凹部には、少なくとも前記ばねと径方向に接触する位置に、前記油と接触して膨潤するゴム材料で形成された膨潤部が露出しており、
前記先端縁は、前記ゴム材料と異なるゴム材料で形成されていることを特徴とする密封装置。 A sealing device that seals between a housing and a rotating shaft that passes through an opening provided in the housing, and prevents oil enclosed inside the housing from leaking outside,
A fixing portion fixed to the housing; and a radial lip formed of an elastic body extending from the fixing portion toward a side where the oil is sealed.
On the outer periphery of the radial lip, a recess that opens radially outward is formed over the entire circumference and an annular spring is fitted, and on the inner periphery, a tip edge that is in sliding contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft is formed. Formed,
In the concave portion, a swelling portion formed of a rubber material that swells in contact with the oil is exposed at least at a position in radial contact with the spring,
The tip end edge is formed of a rubber material different from the rubber material.
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