JP2018035891A

JP2018035891A - 密封装置

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Publication number: JP2018035891A
Application number: JP2016170531A
Authority: JP
Inventors: 尚之本間; Naoyuki Homma
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-09-01
Also published as: JP6809847B2; US10871231B2; US20180119820A1; MX2017011066A; CA2976953A1; BR102017017940B1; CA2976953C; BR102017017940A2

Abstract

【課題】飛沫漏れの発生を抑制して、密封性能がより高い密封装置を提供する。【解決手段】シールリップの大気側Ａ傾斜面２４に、回転軸２の正回転方向Ｚに対して迎え角となる方向に延在し、回転軸２の正回転時に被密封流体に対するポンピング作用を発揮する正方向ネジ２６と、回転軸２の逆回転方向に対して迎え角となる方向に延在し、回転軸２の逆回転時に被密封流体に対するポンピング作用を発揮する逆方向ネジ２７とが設けられた密封装置１であって、傾斜面２４の逆方向ネジ２７側に、前記迎え角を形成する領域に位置させて被密封流体の飛沫防止ネジ２９が設けられていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸を有する機器の軸回り封止部に用いられる密封装置に関する。

一般的に、自動車のディファレンシャルギヤ等の回転軸を有する機器においては、互いに同心的に相対回転自在に組みつけられた、ハウジングとハウジング内に挿入される回転軸との間に、これらの環状間隙を封止するための密封装置（オイルシール）が設けられている。

従来、この種の密封装置として、シールリップの大気側傾斜面に、ネジと称される突条を設けたものが知られている。前記突条は、回転軸の回転時にポンピング作用を発揮して、密封空間から漏れ出るオイルやグリース等の被密封流体を押し戻して密封する。またこの突条は、例えば、ディファレンシャルギヤの左右両側に使用可能な密封装置として構成する場合、回転軸の正回転方向に対して迎え角となる方向に延在する正方向ネジと、回転軸の逆回転方向に対して迎え角となる方向に延在する逆方向ネジとを両方備えるように形成される（特許文献１）。

また、突条のポンピング作用を持続させるために、突条を、いわゆる平行ネジと舟底状ネジとが連続的に設けられるように形成することがある（特許文献２）。さらに、正方向ネジと逆方向ネジとを両方備え、かつ平行ネジと舟底状ネジとが連続的に設けられた突条を有する密封装置も提案されている。この密封装置において、さらに正方向ネジ及び逆方向ネジの斜面の傾斜角を所定の範囲にすることで、密封性能を向上させることが可能となり、併せて飛沫漏れの発生を抑制することができる（特許文献３）。

特開平１−３１２２７４号公報特開平９−４２４６３号公報特開２０１５−８６９０８号公報

上記従来の密封装置は、突条のポンピング作用により被密封流体の漏れを防止し、かつ突条の傾斜面の形状により飛沫漏れの発生を抑制するものである。本発明は、さらに飛沫漏れの発生を抑制して、密封性能がより高い密封装置を提供することを目的とする。

本発明の密封装置は、シールリップの大気側傾斜面に、回転軸の正回転方向に対して迎え角となる方向に延在し、前記回転軸の正回転時に被密封流体に対するポンピング作用を発揮する正方向ネジと、前記回転軸の逆回転方向に対して迎え角となる方向に延在し、前記回転軸の逆回転時に被密封流体に対するポンピング作用を発揮する逆方向ネジとが設けられた密封装置であって、前記傾斜面の前記逆方向ネジ側に、前記迎え角を形成する領域に位置させて被密封流体の飛沫防止ネジが設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、シールリップの大気側傾斜面の逆方向ネジ側に、回転軸の正回転方向に迎え角を形成する領域に位置させて飛沫防止ネジが設けられているので、被密封流体が大気側に飛沫となって漏れ出ようとした場合に、該飛沫防止ネジが被密封流体を堰止めてこの漏出を阻止することができる。

前記飛沫防止ネジは、前記正方向ネジ側にも設けることが好ましい。この構成によれば、ディファレンシャルギアの左右両側に設ける密封装置として共用できる等の利点がある。

前記飛沫防止ネジは、前記回転軸の回転方向に対して迎え角となる方向に延在するように設けられていることが好ましい。この構成によれば、飛沫防止ネジが、回転軸の回転方向に対して迎え角となるように延在するので、大気側に漏れ出ようとする流体を被密封流体側に押し戻し、被密封流体の漏出を効果的に防止することができる。

前記正方向ネジおよび前記逆方向ネジは、それぞれ前記シールリップの先端稜線部を起点として、該先端稜線部から離間する方向に延在する平行ネジと、該平行ネジの延在方向先端の連結部を経て更に前記離間する方向へ延在する舟底状ネジ又はテーパネジとを備えていることが好ましい。この構成によれば、正方向ネジおよび逆方向ネジが、平行ネジと舟底状ネジ又はテーパネジとを備えているので、使用初期においてはポンピング作用の大きい平行ネジにより密封性を確保し、装置の使用により平行ネジがある程度摩耗した場合には舟底状ネジ又はテーパネジにより密封性を確保することが可能であり、長期間に亘り密封性を確保することができる。

前記飛沫防止ネジは、前記連結部と前記先端稜線部との間に亘って設けられていることが好ましい。この構成によれば、飛沫防止ネジが、平行ネジと舟底状ネジ又はテーパネジとの連結部と先端稜線部との間に亘って設けられているので、飛沫防止ネジを先端稜線部寄りに位置させた場合に生じ得る、飛沫防止ネジが平行ネジより先に摩耗する問題を防ぐことができる。また、舟底状ネジ側に位置させた場合に生じ得る、回転軸と飛沫防止ネジとの隙間が大きくなって被密封流体の堰止め効果が小さくなることを防ぐことができる。その結果、被密封流体の漏出をより効果的に防止することができる。

前記飛沫防止ネジの下端から上端までの高さｈ１と前記平行ネジの下端から上端までの高さｈ２とは、ｈ１＜ｈ２の関係とされていることが好ましい。この構成によれば、飛沫防止ネジの高さｈ１が、平行ネジ３０の高さｈ２に対して、ｈ１＜ｈ２の関係になるように設定されているので、飛沫防止ネジは、平行ネジよりも回転軸への接触力が弱く、平行ネジのポンピング作用を阻害することがない。

本発明によれば、飛沫漏れの発生を抑制して密封性能がより高い密封装置を提供することができる。

本発明による密封装置の一実施形態を示す図であって、要部を断面視した模式図である。図１の要部IIの拡大図である。図２のIII−III線視拡大断面図である。図２のIV−IV線視拡大断面図である。図２のV−V線視図である。本発明の一実施形態の変形例を示す模式図である。（ａ），（ｂ）は、いずれも、飛沫防止ネジの断面形状を示す図であって、（ａ）は、正三角形である場合を示す図、（ｂ）は、三角形の底辺側の内角が異なる場合を示す図である。飛沫防止ネジの迎え角を示す図である。（ａ），（ｂ）は、飛沫防止ネジの別の形態を示す図であって、（ａ）は、飛沫防止ネジを傾斜面に対向する側から見た図、（ｂ）は飛沫防止ネジを側方から視た図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜変更を加えて実施することができる。

［密封装置１］
ここで説明する実施形態は、例えば、自動車のディファレンシャルギヤの左右に共通して用いることができる密封装置である。図１に示すように、密封装置１は、回転軸２と、この回転軸２が挿入配置されるハウジングの軸孔３の内面との間を封止して、被密封流体側Ｏから大気側Ａへ流体が漏出するのを防止又は低減させるものである。密封装置１は、回転軸２の外側に配置される環状の装置であるが、図１は、その要部のみを示している。

密封装置１は、弾性材料、例えば、エラストマーで形成された環状のシール本体４と、このシール本体４に一体的に形成されたシール本体４を補強する剛体、例えば金属製の補強環５とを有する。

シール本体４は、ハウジングの軸孔３に嵌着される外側シール部である外側環状部６と、外側環状部６の半径方向内側に外側環状部６と同軸に配置された内側環状部７と、外側環状部６と内側環状部７とを連結するフランジ８とを有する。

補強環５は、断面がＬ字形の円環であって、Ｌ字形の長辺が外側環状部６に一体化され、短辺がフランジ８に一体化されている。

外側環状部６は、例えば、軸孔３の内面に締まり嵌めされることにより、ハウジングに固定されている。内側環状部７の外周部には、溝９が形成されており、この溝９内には、内側環状部７を半径方向内側に圧縮するためのガータスプリング１０が巻回されている。

シール本体４は、さらにシールリップ２１、ダストリップ２２を有する。シールリップ２１、ダストリップ２２は、いずれも、内側環状部７から内側に突出し、周方向に連続している突起である。密封装置１が回転軸２の周囲に配置されると、シールリップ２１、ダストリップ２２が回転軸２の外周面に密封接触し、被密封流体側Ｏから大気側Ａへの流体の漏れを防止又は低減する。シールリップ２１及びダストリップ２２は、回転軸２が回転すると、回転軸２に対して相対的に摺動する。

ダストリップ２２は、フランジ８と内側環状部７との連結部分から大気側Ａから内側に斜めに延びている。このダストリップ２２は、主に、大気側Ａから被密封流体側Ｏへの異物の侵入を防止する役割を担う。

シールリップ２１は、内側環状部７の内側に、二つの傾斜面をもってＶ字状に突出する突起であり、被密封流体側Ｏの傾斜面２３と大気側Ａの傾斜面２４との交わる部分が先端稜線部２５となっている。二つの傾斜面２３，２４のうち、大気側Ａの傾斜面２４には、正方向ネジ２６と逆方向ネジ２７とが設けられている。

（正方向ネジ２６、逆方向ネジ２７）
正方向ネジ２６は、図１に示すように、シールリップ２１の大気側Ａの傾斜面２４に、回転軸２の正回転方向Ｚに対して正の迎え角を形成する方向に延在する。この実施形態において、「迎え角」は、シールリップ２１の先端稜線部２５の方向と正方向ネジ２６の中心線とが形成する角θ_１である。正方向ネジ２６は、前記回転軸２の正回転時に被密封流体に対するポンピング作用を発揮して、被密封流体側Ｏから漏れ出る被密封流体を押し戻して密封する。

逆方向ネジ２７は、回転軸２の正回転方向Ｚと逆の回転方向に対して正の迎え角となる方向に延在する。「迎え角」は、シールリップ２１の先端稜線部２５の方向と逆方向ネジ２７の中心線とが形成する角θ_２である。逆方向ネジ２７は、前記回転軸２の逆回転時に被密封流体に対するポンピング作用を発揮して、被密封流体側Ｏから漏れ出る被密封流体を押し戻して密封する。

正方向ネジ２６は、先端稜線部２５を起点として回転軸２の正回転方向Ｚと逆方向に向けて形成される仮想らせん軌跡上に設けられた突条である。同様に、逆方向ネジ２７は、先端稜線部２５を起点として回転軸２の正回転方向Ｚに向けて形成される仮想らせん軌跡上に設けられた突条である。この実施形態では、正方向ネジ２６及び逆方向ネジ２７は、傾斜面２４の周方向に向けて２本ずつ並んで交互に設けられている。

図２〜図５には、逆方向ネジ２７の詳細が示されている。これらの図に示すように、逆方向ネジ２７は、いわゆる平行ネジ３０と舟底状ネジ３１とを連結して形成されたネジである。すなわち、この逆方向ネジ２７は、シールリップ２１の先端稜線部２５を起点として、該先端稜線部２５から離間する方向に延在する平行ネジ３０と、該平行ネジ３０の延在方向先端の連結部３２を経て更に先端稜線部２５から離間する方向へ延在する舟底状ネジ３１とを備えているネジである。

平行ネジ３０は、その延在する方向に直交する断面形状が、長手方向の全長に亘って等しくなるように形成されたネジである。この実施形態では、平行ネジ３０は、図３に示すように、長手方向に直交する断面形状が、略三角形に形成されたネジである。

舟底状ネジ３１は、連結部３２を起点として、大気側Ａへ延在するように形成されたネジである。この舟底状ネジ３１は、図２、図５に示すように、長さ方向両端の幅、高さが小さく、長さ方向中間部の幅、高さが大きいネジであって、図２に示す幅方向の輪郭線３３ａ，３３ｂを大気側Ａの傾斜面２４に対向する側から見た場合に、この輪郭線３３ａ，３３ｂが連結部３２を起点として大気側Ａへ向け漸次大きくなり、終端３４近傍の最大幅３５部分を経た後、漸次小さくなって終端３４に至るようになっている。また、図５に示すように、その上端の稜線部３６は、連結部３２を起点として大気側Ａへ向け前記最大幅３５部分で最大高さとなった後、漸次低くなって終端３４に至るようになっている。

逆方向ネジ２７は、回転軸２が図１の正回転方向Ｚに正回転している場合、ポンピング作用とは逆に、グリース等の被密封流体を漏らすように作用する。漏れた被密封流体は、先端稜線部２５と逆方向ネジ２７との間であって、逆方向ネジ２７が迎え角を形成する側の先端稜線部２５の近傍に徐々に溜り、一定の量を超えたときに回転軸２の回転とともに飛沫となって漏れる場合がある。こうした飛沫漏れは、平行ネジ３０のポンピング作用が大きいことに起因するものと考えられ、平行ネジ３０が摩耗するにつれて漏れ量が少なくなるとも考えられるが、飛沫漏れの惧れがある以上、これを防止する必要がある。

（飛沫防止ネジ２８，２９）
密封装置１は、図１に示すように、シールリップ２１の大気側Ａの傾斜面２４の正方向ネジ２６側及び逆方向ネジ２７側の双方に、飛沫防止ネジ２８，２９が設けられている。図２及び図５には、逆方向ネジ２７側に設けられた飛沫防止ネジ２９の詳細が示されている。これらの図に示すように、飛沫防止ネジ２９は、回転軸２の正回転方向Ｚに対して迎え角を形成する方向に延在するように設けられている。

この飛沫防止ネジ２９は、前記平行ネジ３０と同様に、その延長する方向に直交する断面形状が、長手方向の全長に亘って等しくなるように形成されたネジである。この実施形態では、飛沫防止ネジ２９は、前記平行ネジ３０と同様に、略三角形状の断面をもって一方向に延在するネジであり、平行ネジ３０と舟底状ネジ３１との連結部３２と、先端稜線部２５との間に亘って設けられている。この場合、飛沫防止ネジ２９の設けられた方向は、回転軸２の正回転方向Ｚに対して正の迎え角を形成する方向である。

また、飛沫防止ネジ２９の傾斜面２４からの高さｈ１は、平行ネジ３０の高さｈ２に対して、ｈ１＜ｈ２の関係となるように設定されている。

図１において、正方向ネジ２６側に設けられた飛沫防止ネジ２８は、回転軸２の逆回転方向に対して正の迎え角を形成する方向に形成されており、上述した逆方向ネジ２７側に設けられた飛沫防止ネジ２９と延在する方向が逆であり、その他構成自体は飛沫防止ネジ２９と同様であるので、その説明を省略する。

（作用）
次に、上記のように構成された密封装置１の作用について説明する。この密封装置１は、例えば、ディファレンシャルギアの左右の密封装置１として使用した場合には、一方の密封装置１は、回転軸２が正回転する際に、正方向ネジ２６側については、被密封流体が先端稜線部２５を超えて大気側Ａに漏れようとすると、正方向ネジ２６のポンピング作用によって、当該被密封流体が押し戻される。よって、被密封流体の大気側Ａへの漏れを抑えることができる。一方、ディファレンシャルギアの反対側に使用された密封装置１は、図１において逆方向ネジ２７が上述の正方向ネジ２６のように機能してポンピング作用によって被密封流体の漏れを防ぐことができる。

この実施形態においては、正方向ネジ２６及び逆方向ネジ２７は、それぞれ、平行ネジ３０と舟底状ネジ３１とが連結された構成であるため、密封装置１の使用初期においてはポンピング作用の大きい平行ネジ３０が密封性確保に大きく寄与し、装置の使用により平行ネジ３０がある程度摩耗した場合には、大気側Ａに向け、幅及び高さが大となる舟底状ネジ３１が密封性確保の機能を担うことになる。したがって、長期間に亘り密封性を確保することができる。

一方、回転軸２が正回転する場合、逆方向ネジ２７側は、ポンピング効果とは逆に被密封流体を、僅かではあるが漏らす方向に作用する。この場合、飛沫防止ネジ２９が設けられていない場合を想定すると、漏れた被密封流体は図２に示す逆方向ネジ２７の先端稜線部２５寄りの前記領域３７に徐々に留まり、一定の量に達すると飛沫となって飛び出る場合がある。

この実施形態においては、図１，２に示すように、逆方向ネジ２７から先端稜線部２５にかけて、飛沫防止ネジ２９が設けられている。よって、逆方向ネジ２７側において、先端稜線部２５から被密封流体が漏れ出ようとした場合には、該飛沫防止ネジ２９は、正回転方向Ｚに迎え角を形成するように設けられているので、上記した正方向ネジ２６の作用と同様に、漏れ出ようとした被密封流体を押し戻すように作用する。また、その一部が漏れた場合にも、飛沫防止ネジ２９が堰となって被密封流体を留めるので、飛沫となって漏れることが防止される。

また、図５に示すように、飛沫防止ネジ２９の傾斜面２４からの高さｈ１が、平行ネジ３０の高さｈ２に対して、ｈ１＜ｈ２の関係になるように設定されている。そのため、飛沫防止ネジ２９は、平行ネジ３０よりも回転軸２への接触力が弱く、平行ネジ３０のポンピング作用を阻害することがない。

また、この実施形態においては、飛沫防止ネジ２９を設ける位置として、その一端を平行ネジ３０と舟底状ネジ３１との連結部３２に位置させたので、被密封流体の漏出をより効果的に防止することができる。すなわち、飛沫防止ネジ２９の一端をシールリップ２１の先端稜線部２５寄りに位置させると、飛沫防止ネジ２９が平行ネジ３０より先に摩耗する問題が生じ、また舟底状ネジ３１側に位置させると、回転軸２と飛沫防止ネジ２９との隙間が大きくなって被密封流体の堰止め効果が小さくなる場合がある。したがって、飛沫防止ネジ２９の位置は、回転軸２の正回転方向Ｚに対して適切な迎え角をとった上で、その一端を平行ネジ３０と舟底状ネジ３１との連結部３２に位置させることが好ましい。

正方向ネジ２６側の飛沫防止ネジ２８は、正方向ネジ２６から先端稜線部２５にかけて設けられており、その他構成は、上述した逆方向ネジ２７側の飛沫防止ネジ２９と同様であり、回転軸２が正回転方向Ｚと逆方向に回転した場合に、その作用も飛沫防止ネジ２９と同様であるので、その説明を省略する。

この密封装置１においては、正方向ネジ２６側及び逆方向ネジ２７側に飛沫防止ネジ２８，２９を設けたので、これを例えばディファレンシャルギアの左右両側方に共通部品として設けた場合、逆方向ネジとして機能する側から飛沫となって漏れ出ようとする被密封流体の漏出を防止することができる。

図１〜図５に示す実施形態においては、ディファレンシャルギアの両側に共用できる密封装置として、正方向ネジ２６側と逆方向ネジ２７側との双方に飛沫防止ネジ２８，２９を設けたが、この密封装置を使用する機器の使用状態によっては、飛沫防止ネジ２８，２９を正方向ネジ２６側と逆方向ネジ２７側のいずれか一方に設ける構成としてもよい。

図６は、上記実施形態の変形例を示す図である。図６には、逆方向ネジ２７のみが示されているが、正方向ネジも逆方向ネジ２７と同様の構成で設けられている。この変形例が図１〜図５の構成と異なる点は、平行ネジ３０の連結部３２から大気側Ａに向けてテーパネジ３８が連続して形成されている点である。テーパネジ３８の構成は、図２で説明した舟底状ネジ３１の、最大径部分３５より先の部分を欠落させたものである。この図６に示す変形例においても、平行ネジ３０及びテーパネジ３８は、上記の図１〜図５に示す平行ネジ３０及び舟底状ネジ３１の構成と同様の作用効果が得られる。

図７は、飛沫防止ネジ２９の断面形状を示す図であり、図７（ａ）は、上記の図１〜図５に示す実施形態の飛沫防止ネジ２９の断面形状であり、断面形状が三角形状とされ、内角がそれぞれ同一のθ_１とされた場合である。この飛沫防止ネジ２９の断面形状は、図７（ｂ）に示すように、断面三角形の底辺側の内角を、一方をθ_２、他方をθ_３のように異ならせてもよい。そして、角度の大きいθ_２側の傾斜面側を図２に示す前記先端稜線部２５に向くように位置させれば、先端稜線部２５から漏れ出た被密封流体を押し戻す効果、及び飛沫を堰き止める効果についてより高いものとすることができる。

図８は、飛沫防止ネジ２９の形成される方向を示す図である。この図は、図２の構成に対応させた図であり、飛沫防止ネジ２９は、逆方向ネジ２７と先端稜線部２５との間に設けられている。ここで、飛沫防止ネジ２９と先端稜線部２５間の迎え角θ_０は、回転軸２の回転数等に応じて、適宜設定すればよい。

図９は、飛沫防止ネジ２９の変形例を示す図である。図９（ａ）は、飛沫防止ネジ２９を傾斜面２４に対向する側から見た図であり、図９（ｂ）は、飛沫防止ネジ２９を側方から見た図である。この図に示す飛沫防止ネジ２９は、先端稜線部２５から逆方向ネジ２７に向けて、高さがｈ３からｈ４に漸次高くなるように形成されており、その幅ｗについても漸次大きくなるように形成されている。この飛沫防止ネジ２９によれば、大気側Ａの断面積が漸次大きくなるので、長期の使用によっても摩耗しにくいという利点がある。

また、図１〜図５に示す実施形態においては、飛沫防止ネジ２９を正方向ネジ２６側及び逆方向ネジ２７側のそれぞれに一条だけ設けているが、この飛沫防止ネジ２９は互いに平行に位置させて複数条設けるようにしてもよい。

１密封装置
２回転軸
３軸孔
４シール本体
５補強環
６外側環状部
７内側環状部
８フランジ
９溝
１０ガータスプリング

２１シールリップ
２２ダストリップ
２３被密封流体側Ｏの傾斜面
２４大気側Ａの傾斜面
２５先端稜線部
２６正方向ネジ
２７逆方向ネジ
２８，２９飛沫防止ネジ

３０平行ネジ
３１舟底状ネジ
３２連結部
３３ａ，３３ｂ輪郭線
３４終端
３５最大幅部分
３６稜線部
３７迎え角を形成する領域
３８テーパネジ

Ａ大気側
Ｏ被密封流体側
Ｚ正回転方向

Claims

シールリップの大気側傾斜面に、回転軸の正回転方向に対して迎え角となる方向に延在し、前記回転軸の正回転時に被密封流体に対するポンピング作用を発揮する正方向ネジと、前記回転軸の逆回転方向に対して迎え角となる方向に延在し、前記回転軸の逆回転時に被密封流体に対するポンピング作用を発揮する逆方向ネジとが設けられた密封装置であって、
前記傾斜面の前記逆方向ネジ側に、前記迎え角を形成する領域に位置させて被密封流体の飛沫防止ネジが設けられていることを特徴とする密封装置。
前記飛沫防止ネジは、前記正方向ネジ側にも設けられていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
前記飛沫防止ネジは、前記回転軸の回転方向に対して迎え角となる方向に延在するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密封装置。
前記正方向ネジおよび前記逆方向ネジは、それぞれ前記シールリップの先端稜線部を起点として該先端稜線部から離間する方向に延在する平行ネジと、該平行ネジの延在方向先端の連結部を経て更に前記離間する方向へ延在する舟底状ネジ又はテーパネジとを備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の密封装置。
前記飛沫防止ネジは、前記連結部と前記先端稜線部との間に亘って設けられていることを特徴とする請求項４に記載の密封装置。
前記飛沫防止ネジの下端から上端までの高さｈ１と前記平行ネジの下端から上端までの高さｈ２とが、ｈ１＜ｈ２とされていることを特徴とする請求項４又は５に記載の密封装置。