JP2020118176A

JP2020118176A - 密封装置

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Publication number: JP2020118176A
Application number: JP2019007727A
Authority: JP
Inventors: 優山口; Masaru Yamaguchi
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: JP7161945B2

Abstract

【課題】内部空間から大気側への液体の漏出をさらに低減する、両方向の回転において液体を内部空間に戻すことが可能な密封装置を提供する。【解決手段】密封装置は、内側部材の外周面に摺動可能に接触し、内部空間内の液体を封止するシールリップを備える。シールリップは、液体側傾斜面と、大気側傾斜面と、これらの傾斜面の間の境界にあるリップエッジを有する。大気側傾斜面には、リップエッジから延びる複数の螺旋リブと、リップエッジから離れて配置された堤防リブが形成されている。各螺旋リブは、リップエッジに対して傾斜して螺旋状に延び、内側部材の外周面に接触する部分と、内側部材の外周面に接触しない部分を有する。堤防リブは、螺旋リブと反対方向に傾斜して螺旋状に延びる部分を有し、複数の螺旋リブの延長線上に配置されており、内側部材の外周面に接触しない。【選択図】図２

Description

本発明は、相対的に回転する内側部材と外側部材との間に配置される密封装置に関する。

相対的に回転する内側部材と外側部材との間に配置される密封装置のシールリップの大気側の面には、複数の螺旋状のリブが形成されることがある。この種の密封装置は、外側部材の内部空間に配置された液体（例えば潤滑剤）を封止するために使用され、螺旋状のリブは、大気側に漏れた液体を、内側部材と外側部材の相対回転に伴って、内部空間に戻す作用（ポンピング作用）をもたらす。

内側部材が例えば自動車の車軸のように、両方向に回転可能である場合、または密封装置が自動車の左右の車軸のいずれにも配備可能である場合には、両方向の回転において、ポンピング作用が達成されるように、傾斜方向が異なる螺旋状のリブがシールリップに形成されることがある（例えば、特許文献１）。

特許第４７０２５１７号明細書

このような両方向の回転において液体を内部空間に戻すことが可能な密封装置について、内部空間から大気側への液体の漏出をさらに低減することが望まれている。

そこで、本発明は、内部空間から大気側への液体の漏出をさらに低減する、両方向の回転において液体を内部空間に戻すことが可能な密封装置を提供する。

本発明のある態様に係る密封装置は、相対的に回転する内側部材と外側部材との間に配置され、前記内側部材と前記外側部材との間の間隙を封止する。密封装置は、前記外側部材に取り付けられる取付け部と、前記外側部材の孔の内部に配置され、前記内側部材の外周面に摺動可能に接触し、前記外側部材の内部空間と大気側とを隔てて、前記内部空間内の液体を封止するシールリップとを備える。前記シールリップは、前記内部空間側に配置された液体側傾斜面と、大気側に配置された大気側傾斜面と、前記液体側傾斜面と前記大気側傾斜面の間の境界にあって周方向に延びるリップエッジを有する。前記液体側傾斜面は、前記リップエッジから離れるほど前記内側部材から離れるよう傾斜し、前記大気側傾斜面は、前記リップエッジから離れるほど前記内側部材から離れるよう傾斜している。前記大気側傾斜面には、前記リップエッジから延びる複数の螺旋リブと、前記リップエッジから離れて配置された堤防リブが形成されている。前記螺旋リブの各々は、前記リップエッジに対して傾斜して螺旋状に延び、前記内側部材の前記外周面に接触する前記リップエッジ側の部分と、前記内側部材の前記外周面に接触しない前記リップエッジから離れた部分を有する。前記堤防リブは、前記リップエッジに対して前記螺旋リブと反対方向に傾斜して螺旋状に延びる部分を有しており、前記複数の螺旋リブの延長線上に配置されており、前記内側部材の前記外周面に接触しない。

この態様においては、異なる方向に延びる螺旋リブと堤防リブによって、両方向の回転において液体を内部空間に戻す作用が発揮される。具体的には、第１の方向の回転時に、螺旋リブが液体を大気側から内部空間に戻す。螺旋リブと反対方向に傾斜して延びる部分を有する堤防リブは、リップエッジから離れて配置されているので、第１の方向の回転時に、堤防リブは液体を内部空間から大気側に漏出させることがない。他方、第２の方向の回転時には、螺旋リブが液体を内部空間から大気側に漏出させることがある。堤防リブは、第２の方向の回転時に、螺旋リブが大気側に漏出させた液体をせき止める。堤防リブは、内側部材の外周面に接触せず、螺旋リブは、内側部材の外周面に接触しない部分を有するので、第２の方向の回転時に、内側部材の外周面と堤防リブとの間および内側部材の外周面と螺旋リブとの間には回転に伴う気流が存在する。大気側に漏出された液体は、この気流によって、堤防リブに沿ってリップエッジに向けて移動させられ、さらにリップエッジ上の微細な凹凸を通じて内部空間に戻される。このように第１の方向の回転時には、螺旋リブが液体を大気側から内部空間に戻す一方で、内部空間から大気側に液体が漏出する要因が少ない。また、第２の方向の回転時には、螺旋リブが液体を内部空間から大気側に漏出させるかもしれないが、堤防リブが液体を受け止めて、気流によって液体が内部空間に戻される。内部空間からの液体の漏出は回転速度が高いほど発生しやすいが、気流も回転速度が高いほど速いので、漏出した液体の多くを内部空間に戻すことが可能である。したがって、両方向の回転において、内部空間から大気側への液体の漏出をさらに低減することが可能である。

本発明の実施形態に係る密封装置を示す部分断面図である。本発明の第１実施形態に係る密封装置のシールリップの内周面の展開図である。図２のIII-III線に相当するシールリップの断面図である。図２のIV-IV線に相当するシールリップの断面図である。回転軸が図２の第１の方向Ｒ１に回転する時のシールリップの大気側傾斜面での液体の流れを示す図である。回転軸が図２の第２の方向Ｒ２に回転する時のシールリップの大気側傾斜面での液体の流れを示す図である。本発明の第２実施形態に係る密封装置のシールリップの内周面の展開図である。図７のVIII-VIII線に相当するシールリップの断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る複数の実施形態を説明する。

第１実施形態
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る密封装置１は、ハウジング（外側部材）２と、回転軸（内側部材）４との間に配置され、ハウジング２と回転軸４との間の間隙を封止する。ハウジング２には軸孔２Ａが形成されており、軸孔２Ａ内に回転軸４が配置されている。ハウジング２の内部空間には、液体すなわち潤滑剤であるオイルが配置されている。回転軸４は円柱状であり、軸孔２Ａは断面円形であり、密封装置１は環状であるが、図１においては、それらの左半分のみが示されている。

密封装置１は、外側円筒部１０、連結部１２、および内側円筒部１４を有する。外側円筒部１０は、ハウジング２に取り付けられる取付け部である。図示の例では、外側円筒部１０は、軸孔２Ａに締まり嵌め方式で嵌め入れられる（すなわち圧入される）。但し、他の取付け方式を使用してもよい。連結部１２は、外側円筒部１０よりも大気側に配置されて、外側円筒部１０と内側円筒部１４を連結する。

密封装置１は、弾性環１６および剛性環１８を有する複合構造である。弾性環１６は、弾性材料、例えばエラストマーで形成されている。剛性環１８は、剛性材料、例えば金属から形成されており、弾性環１６を補強する。剛性環１８は、ほぼＬ字形の断面形状を有する。剛性環１８の一部は、弾性環１６に埋設されており、弾性環１６に密着している。具体的には、剛性環１８は、外側円筒部１０と連結部１２にわたって設けられている。

内側円筒部１４は、弾性材料のみで構成されており、内側円筒部１４には、シールリップ２０とダストリップ２２が形成されている。シールリップ２０とダストリップ２２は、ハウジング２の軸孔４Ａの内部に配置され、回転軸４の外周面に摺動可能に接触する。

シールリップ２０は、ハウジング２の内部空間と大気側とを隔てて、内部空間内の液体を封止する。すなわち、シールリップ２０は、潤滑剤の流出を阻止する役割を担う。

ダストリップ２２は、シールリップ２０よりも大気側に配置され、大気側から内部空間への異物（水（泥水または塩水を含む）およびダストを含む）の流入を阻止する役割を担う。ダストリップ２２は、傾斜した円環状の板であり、その基部から大気側かつ径方向内側に向けて斜めに延びる。

シールリップ２０は、内側円筒部１４の内周面に形成された突起であり、内部空間側に配置された液体側傾斜面２４と、大気側に配置された大気側傾斜面２６と、液体側傾斜面２４と大気側傾斜面２６の間の境界にあって周方向に延びるリップエッジ２８を有する。液体側傾斜面２４は、円錐台の側面の形状を有し、リップエッジ２８から離れるほど回転軸４から離れるよう傾斜する。大気側傾斜面２６も、円錐台の側面の形状を有し、リップエッジ２８から離れるほど回転軸４から離れるよう傾斜する。

内側円筒部１４の外周面には、シールリップ２０を径方向内側に圧縮するガータースプリング３０が巻かれている。但し、ガータースプリング３０は必ずしも不可欠ではない。

図２は、シールリップ２０の内周面の展開図である。図２に示すように、大気側傾斜面２６には、複数のリブセット３２が形成されており、各リブセット３２は、複数の螺旋リブ３４と１つの堤防リブ（液体回収リブ）３６を有する。図２では、シールリップ２０の内周面の一部しか示されていないが、複数のリブセット３２は、周方向に互いに等角間隔をおいて配置されている。

螺旋リブ３４は、リップエッジ２８から延びており、リップエッジ２８に対して傾斜して螺旋状に延びる。この実施形態では、各螺旋リブ３４は、直線状の隆起である。

各螺旋リブ３４は、回転軸４の外周面に接触する。図３および図４に、螺旋リブ３４が回転軸４の外周面に接触する状態を示す。図３に示すように、螺旋リブ３４は、リップエッジ２８側の部分３４Ａと、リップエッジ２８から離れた部分３４Ｂを有する。螺旋リブ３４は、螺旋リブ３４の長手方向にわたって一様な高さを有するが、図３に示すように、リップエッジ２８側の部分３４Ａは回転軸４の外周面に接触し、回転軸４の外周面に接触する部分３４Ａが弾性変形させられる。一方、リップエッジ２８から離れた部分３４Ｂは回転軸４の外周面に接触しない。

堤防リブ３６は、リップエッジ２８から離れて配置されている。図２に示すように、堤防リブ３６とリップエッジ２８の間には、間隙ｇａがある。堤防リブ３６は、螺旋リブ３４の傾斜方向とは反対方向に傾斜して延びる傾斜部３６Ａと、リップエッジ２８に対してほぼ平行な部分３６Ｂを有する。傾斜部３６Ａは、この実施形態では、円弧状に湾曲している。

堤防リブ３６は、その堤防リブ３６が属するリブセット３２の複数の螺旋リブ３４の延長線上に配置されている。図３および図４に示すように、堤防リブ３６は回転軸４の外周面に接触しない。図示の実施形態では、堤防リブ３６は、回転軸４の外周面と堤防リブ３６の間に一様な間隙Ｇを有するように設計されている。間隙Ｇは、シールリップ２０がある程度摩耗しても、堤防リブ３６が回転軸４に接触するおそれが少ないように設計されている。

各リブセット３２において、螺旋リブ３４の傾斜方向は他のリブセット３２での螺旋リブ３４の傾斜方向と同じであり、堤防リブ３６の傾斜方向は他のリブセット３２での堤防リブ３６の傾斜方向と同じである。

この実施形態においては、下記の通り、異なる方向に延びる螺旋リブ３４と堤防リブ３６によって、両方向の回転において液体を内部空間に戻す作用が発揮される。したがって、回転軸４が例えば自動車の車軸のように、両方向に回転可能である場合、または密封装置１が自動車の左右の車軸のいずれにも配備可能である場合には、両方向の回転において、液体が内部空間に戻される。

図５は、回転軸４が図２の第１の方向Ｒ１に回転する時の液体の流れを示す。第１の方向Ｒ１の回転時に、リップエッジ２８から連続する螺旋リブ３４は、リップエッジ２８から大気側に漏れた液体を回転軸４の回転に伴って、内部空間に戻すポンピング作用をもたらす。したがって、矢印Ａで示すように、螺旋リブ３４が液体を大気側から内部空間に戻す。このようなポンピング作用は、大気側傾斜面２６およびリップエッジ２８の微細な凹凸によりもたらされ、螺旋リブ３４は、螺旋リブ３４が延びる方向によって、ポンピング作用を助長すると理解されている。一方、螺旋リブ３４と反対方向に傾斜して延びる部分を有する堤防リブ３６は、リップエッジ２８から離れて配置されているので、第１の方向Ｒ１の回転時に、堤防リブ３６は液体を内部空間から大気側に漏出させることがない。

他方、図６は、回転軸４が図２の第２の方向Ｒ２に回転する時の液体の流れを示す。回転軸４が第２の方向Ｒ２に回転する時に、螺旋リブ３４が矢印Ａと逆方向の矢印Ｂの方向に液体を内部空間から大気側に漏出させることがある。このような漏出は、螺旋リブ３４の微小な変形または回転軸４に対する螺旋リブ３４の緊迫力の低下に起因すると理解されている。液体の漏出は、回転軸４の回転速度が高いほど発生しやすい。本実施形態では、下記の通り、堤防リブ３６によって、内部空間から大気側への液体の漏出をさらに低減する。

複数の螺旋リブ３４の延長線上に配置されている堤防リブ３６は、第２の方向Ｒ２の回転時に、螺旋リブ３４が大気側に漏出させた液体をせき止める。堤防リブ３６は、回転軸４の外周面に接触せず、螺旋リブ３４は、回転軸４の外周面に接触しないリップエッジ２８から離れた部分３４Ｂを有するので、第２の方向Ｒ２の回転時に、回転軸４の外周面と堤防リブ３６との間および回転軸４の外周面と螺旋リブ３４との間には回転に伴う気流が存在する。大気側に漏出された液体は、この気流によって、矢印Ｃで示すように、堤防リブ３６に沿ってリップエッジ２８に向けて移動させられ、さらに矢印Ｄで示すように、リップエッジ２８上の微細な凹凸を通じてポンピング作用により内部空間に戻される。堤防リブ３６が延びる方向および気流は、ポンピング作用を助長すると考えられる。

このように第１の方向Ｒ１の回転時には、螺旋リブ３４が液体を大気側から内部空間に戻す一方で、内部空間から大気側に液体が漏出する要因が少ない。また、第２の方向Ｒ２の回転時には、螺旋リブ３４が液体を内部空間から大気側に漏出させるかもしれないが、堤防リブ３６が液体を受け止めて、気流によって液体が内部空間に戻される。内部空間からの液体の漏出は回転速度が高いほど発生しやすいが、気流も回転速度が高いほど速いので、漏出した液体の多くを内部空間に戻すことが可能である。したがって、両方向の回転において、内部空間から大気側への液体の漏出をさらに低減することが可能である。

図示しないが、螺旋リブ３４の傾斜方向が図示の実施形態とは逆であってよく、堤防リブ３６の傾斜部３６Ａの傾斜方向が図示の実施形態とは逆であってよい。この場合には、第２の方向Ｒ２の回転時に、螺旋リブ３４が液体を大気側から内部空間に戻す一方、第１の方向Ｒ１の回転時に、螺旋リブ３４が内部空間から大気側に漏出させた液体を堤防リブ３６が受け止めて、気流によって液体が内部空間に戻される。

第２実施形態
図７は、本発明の第２の実施形態に係る密封装置のシールリップ２０の内周面の展開図である。図８は、図７のVIII-VIII線に相当するシールリップ２０の断面図である。図７以降の図面において、すでに説明した構成要素を示すため、同一の符号が使用され、それらの構成要素については詳細には説明しない。

この実施形態では、螺旋リブ３４の各々は、直線部４０と船底部４２を有する。直線部４０は、特許文献１において「平行ネジ」と呼ばれる部分であり、直線状に延びており、図７に示すように互いに平行な側部を有する。船底部４２は、特許文献１において「船底ネジ」と呼ばれる部分であり、船底の形状を有する。すなわち、図７に示すように、船底部４２の幅は、船底部４２の長手方向に沿って一端から徐々に大きくなり、中央部分から他端に向けて徐々に小さくなる。各螺旋リブにおいて、直線部４０と船底部４２は直列に配置されており、直線部４０がリップエッジ２８から連続し、船底部４２が大気側に配置されている。つまり、船底部４２は、リップエッジ２８から離れた部分３４Ｂに設けられている。

図８に示すように、直線部４０は、直線部４０の長手方向にわたって一様な高さを有するが、リップエッジ２８側の部分３４Ａが回転軸４の外周面に接触することにより弾性変形させられる。船底部４２は、中央が高い円弧形の輪郭を有する。初期状態では、リップエッジ２８から離れた部分３４Ｂに設けられた船底部４２は回転軸４の外周面に接触しないが、シールリップ２０が摩耗すると、船底部４２が回転軸４の外周面に接触する。したがって、直線部４０が摩耗して直線部４０によるポンピング作用が低下しても、船底部４２がポンピング作用の低下を補償する。

各堤防リブ３６は、リップエッジ２８から離れて配置されている。図７に示すように、堤防リブ３６とリップエッジ２８の間には、間隙ｇａがある。堤防リブ３６は、螺旋リブ３４の傾斜方向とは反対方向に傾斜して延びる傾斜部３６Ａと、リップエッジ２８に対してほぼ平行な部分３６Ｂと、傾斜部３６Ａと部分３６Ｂを連結する連結部３６Ｃを有する。傾斜部３６Ａと部分３６Ｂの境界は屈曲し、部分３６Ｂと連結部３６Ｃの境界も屈曲している。

堤防リブ３６は、その堤防リブ３６が属するリブセット３２の複数の螺旋リブ３４の延長線上に配置されている。図８に示すように、堤防リブ３６は回転軸４の外周面に接触しない。図示の実施形態では、堤防リブ３６は、回転軸４の外周面と堤防リブ３６の間に一様な間隙Ｇを有するように設計されている。間隙Ｇは、シールリップ２０がある程度摩耗しても、堤防リブ３６が回転軸４に接触するおそれが少ないように設計されている。

他の特徴は、第１実施形態と同じであり、第２実施形態は、第１実施形態と同じ効果を達成することができる。

また、この実施形態では、回転軸４の軸線方向において、堤防リブ３６が隣のリブセット３２の堤防リブ３６に重なるように配置されている。具体的には、リップエッジ２８に対してほぼ平行な部分３６Ｂが、隣の堤防リブ３６の傾斜部３６Ａに部分的に重なっている。したがって、第２の方向Ｒ２の回転時に、図７の矢印Ｅで示すように、あるリブセット３２の堤防リブ３６の傾斜部３６Ａとリップエッジ２８の間の間隙ｇａを通じて、液体が流れたとしても、隣のリブセット３２の堤防リブ３６によって、液体が受け止められ、気流によって液体が内部空間に戻される。

この実施形態の堤防リブ３６を第１実施形態において使用してもよい。

変形例
以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。

例えば、上記の実施形態では、密封装置１は、ハウジング（外側部材）２と、回転軸（内側部材）４との間に配置されるが、回転する外側部材と静止した内側部材との間に配置されてもよい。

螺旋リブおよび堤防リブの形状および寸法は、様々に変形することができる。

本発明の態様は、下記の番号付けされた条項にも記載される。

条項１．相対的に回転する内側部材と外側部材との間に配置され、前記内側部材と前記外側部材との間の間隙を封止する密封装置であって、
前記外側部材に取り付けられる取付け部と、
前記外側部材の孔の内部に配置され、前記内側部材の外周面に摺動可能に接触し、前記外側部材の内部空間と大気側とを隔てて、前記内部空間内の液体を封止するシールリップと
を備え、
前記シールリップは、前記内部空間側に配置された液体側傾斜面と、大気側に配置された大気側傾斜面と、前記液体側傾斜面と前記大気側傾斜面の間の境界にあって周方向に延びるリップエッジを有し、
前記液体側傾斜面は、前記リップエッジから離れるほど前記内側部材から離れるよう傾斜し、
前記大気側傾斜面は、前記リップエッジから離れるほど前記内側部材から離れるよう傾斜し、
前記大気側傾斜面には、前記リップエッジから延びる複数の螺旋リブと、前記リップエッジから離れて配置された堤防リブが形成されており、
前記螺旋リブの各々は、前記リップエッジに対して傾斜して螺旋状に延び、前記内側部材の前記外周面に接触する前記リップエッジ側の部分と、前記内側部材の前記外周面に接触しない前記リップエッジから離れた部分を有し、
前記堤防リブは、前記リップエッジに対して前記螺旋リブと反対方向に傾斜して螺旋状に延びる部分を有しており、前記複数の螺旋リブの延長線上に配置されており、前記内側部材の前記外周面に接触しない、
ことを特徴とする密封装置。

条項２．前記堤防リブの各々は、内側部材の軸線方向において、他の堤防リブと重なっていることを特徴とする条項１に記載の密封装置。

条項２によれば、第２の方向の回転時に、堤防リブとリップエッジの間の間隙を通じて、液体が流れたとしても、隣の堤防リブによって、液体が受け止められ、気流によって液体が内部空間に戻される。

１密封装置
１０外側円筒部（取付け部）
２０シールリップ
２４液体側傾斜面
２６大気側傾斜面
２８リップエッジ
３２リブセット
３４螺旋リブ
３６堤防リブ
Ｒ１第１の方向
Ｒ２第２の方向

Claims

相対的に回転する内側部材と外側部材との間に配置され、前記内側部材と前記外側部材との間の間隙を封止する密封装置であって、
前記外側部材に取り付けられる取付け部と、
前記外側部材の孔の内部に配置され、前記内側部材の外周面に摺動可能に接触し、前記外側部材の内部空間と大気側とを隔てて、前記内部空間内の液体を封止するシールリップと
を備え、
前記シールリップは、前記内部空間側に配置された液体側傾斜面と、大気側に配置された大気側傾斜面と、前記液体側傾斜面と前記大気側傾斜面の間の境界にあって周方向に延びるリップエッジを有し、
前記液体側傾斜面は、前記リップエッジから離れるほど前記内側部材から離れるよう傾斜し、
前記大気側傾斜面は、前記リップエッジから離れるほど前記内側部材から離れるよう傾斜し、
前記大気側傾斜面には、前記リップエッジから延びる複数の螺旋リブと、前記リップエッジから離れて配置された堤防リブが形成されており、
前記螺旋リブの各々は、前記リップエッジに対して傾斜して螺旋状に延び、前記内側部材の前記外周面に接触する前記リップエッジ側の部分と、前記内側部材の前記外周面に接触しない前記リップエッジから離れた部分を有し、
前記堤防リブは、前記リップエッジに対して前記螺旋リブと反対方向に傾斜して螺旋状に延びる部分を有しており、前記複数の螺旋リブの延長線上に配置されており、前記内側部材の前記外周面に接触しない、
ことを特徴とする密封装置。