JP2020180622A - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持環にかかる内部応力を低減し、保持環の耐久性を向上する。【解決手段】リップシール２２は、中空孔１３を有するハウジング１１と該中空孔１３に挿入される駆動軸１６との間をシールする。リップシール２２は、中空孔１３に圧入される金属材製の保持環３０と、保持環３０の内側に配置されたゴム材製のシールリップ４０と、を備える。シールリップ４０は、円環状の本体部４１と、駆動軸１６の外周面に摺動接触可能なリップ部４５と、を有する。保持環３０は、円筒状で、その一端部に折曲部を介して径方向内方へ向けて断面Ｌ字状に折れ曲がる円環板状の端壁部を有し、その他端部には径方向内方へ折れ曲がる折曲部が形成されていない周壁部３１を有している。周壁部３１に本体部４１が接合されている、【選択図】図２

Description

本明細書に開示の技術はシール装置に関する。詳しくは、中空孔を有するハウジングと該中空孔に挿入される軸部材との間をシールするシール装置に関する。

従来、中空孔を有するハウジングと該中空孔に挿入される軸部材との間をシールするシール装置としては、例えば特許文献１に記載されたリップシールがある。図７はリップシールを示す断面図である。図７に示すように、リップシール１２０は、中空孔１０１を有するハウジング１００と中空孔１０１に挿入される軸部材１１０との間をシールするものである。リップシール１２０は、中空孔１０１に圧入される金属材製の保持環１３０と、保持環１３０の内側に配置されたゴム材製のシールリップ１４０と、を備える。シールリップ１４０は、円環板状に形成されている。保持環１３０は、円筒状の周壁部１３１を有する。周壁部１３１の一端部には、第１折曲部１３３を介して径方向内方へ向けて断面Ｌ字状に折れ曲がる円環板状の端壁部１３４が形成されている。周壁部１３１の他端部には、第２折曲部１３６を介して径方向内方へ向けて断面Ｕ字状に折り曲げられた円筒状の内壁部１３７が形成されている。端壁部１３４と内壁部１３７の先端部１３７ａとの間にシールリップ１４０の外周部が挟持されている。

特開２０１２−１４９７２５号公報

従来のリップシール１２０によると、保持環１３０の第１折曲部１３３及び第２折曲部１３６には、折り曲げによる内部応力がかかる。また、第２折曲部１３６は、１８０°近くまで折り曲げられているため、第１折曲部１３３に比べてより高い内部応力がかかる。また、ハウジング１００への保持環１３０の圧入によって、両折曲部１３３，１３６にかかる応力は更に高くなる。このため、保持環１３０の耐久性の低下を招くおそれがある。

本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、保持環の折曲部を削減し、保持環の耐久性を向上することにある。

上記課題を解決するため、本明細書が開示する技術は次の手段をとる。

第１の手段は、中空孔を有するハウジングと該中空孔に挿入される軸部材との間をシールするシール装置であって、前記中空孔に圧入される金属材製の保持環と、前記保持環の内側に配置されたゴム材製のシールリップと、を備えており、前記シールリップは、円環状の本体部と、前記軸部材の外周面に摺動接触可能なリップ部と、を有しており、前記保持環は、円筒状で、その一端部に折曲部を介して径方向内方へ向けて断面Ｌ字状に折れ曲がる円環板状の端壁部を有し、その他端部に径方向内方へ折れ曲がる折曲部が形成されていない周壁部を有しており、前記周壁部に前記本体部が接合されている、シール装置である。

第１の手段によると、保持環の周壁部にシールリップの本体部が接合されており、周壁部の一端部に折曲部が形成されているものの、その他端部には径方向内方へ折れ曲がる折曲部が形成されていない。したがって、従来のシール装置と比べて、保持環の折曲部を削減し、保持環の耐久性を向上することができる。また、保持環の周壁部の一端部に折曲部３３を介して径方向内方へ向けて断面Ｌ字状に折れ曲がる円環板状の端壁部３４が形成されている。したがって、ハウジングに保持環を圧入するに際し、折曲部の外側のＲ面部によって周壁部をハウジングの中空孔に圧入しやすくなることにより、保持環の圧入性を向上することができる。

第２の手段は、第１の手段のシール装置であって、前記周壁部の他端部には、先方に向かって外径を次第に小さくするテーパ面部が形成されている、シール装置である。

第２の手段によると、ハウジングに保持環を圧入するに際し、テーパ面部によって周壁部をハウジングの中空孔に圧入しやすくなることにより、保持環の圧入性を向上することができる。

第３の手段は、第１又は２の手段のシール装置であって、前記本体部には、前記端壁部の内周側端部を覆うカバー部が形成されている、シール装置である。

第３の手段によると、保持環の端壁部側に対するシールリップの本体部の剥がれを抑制することができる。

第４の手段は、中空孔を有するハウジングと該中空孔に挿入される軸部材との間をシールするシール装置であって、前記中空孔に圧入される金属材製の保持環と、前記保持環の内側に配置されたゴム材製のシールリップと、を備えており、前記シールリップは、円環状の本体部と、前記軸部材の外周面に摺動接触可能なリップ部と、を有しており、前記保持環は、円筒状で、その両端部に径方向内方へ折れ曲がる折曲部が形成されていない周壁部を有しており、前記周壁部に前記本体部が接合されている、シール装置である。

第４の手段によると、保持環の周壁部にシールリップの本体部が接合されており、周壁部の両端部に径方向内方へ折れ曲がる折曲部が形成されていない。したがって、従来のシール装置と比べて、保持環の折曲部を削減し、保持環の耐久性を向上することができる。

第５の手段は、第４の手段のシール装置であって、前記周壁部の少なくとも一端部には、先方に向かって外径を次第に小さくするテーパ面部が形成されている、シール装置である。

第５の手段によると、ハウジングに保持環を圧入するに際し、テーパ面部によって周壁部をハウジングの中空孔に圧入しやすくなることにより、保持環の圧入性を向上することができる。また、テーパ面部が両端部に形成された場合は、ハウジングに対して保持環の周壁部のどちらのテーパ面部側からでも圧入することができる。

第６の手段は、第１〜５のいずれか１つの手段のシール装置であって、前記保持環の金属材はＳＵＳ材である、シール装置である。

第６の手段によると、ＳＵＳ材の耐食性によって保持環の腐食を抑制することができる。これにより、例えば排ガス凝縮水環境にシール装置を好適に用いることができる。

本明細書に開示の技術によると、保持環の折曲部を削減し、保持環の耐久性を向上することができる。

実施形態１にかかるＥＧＲバルブを示す断面図である。 リップシールの周辺部を示す断面図である。 リップシールを示す断面図である。 図３のIV部を示す断面図である。 実施形態２にかかるリップシールを示す断面図である。 実施形態３にかかるリップシールを示す断面図である。 従来例にかかるリップシールを示す断面図である。

以下、本明細書に開示の技術を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。

［実施形態１］
本実施形態では、ＥＧＲバルブに用いられるシール装置としてのリップシールを例示する。ＥＧＲバルブは、内燃機関いわゆるエンジンの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に戻す排気ガス還流装置（ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置）において、ＥＧＲガス流量を調節するものである。

（ＥＧＲバルブの概要）
図１はＥＧＲバルブを示す断面図、図２はリップシールの周辺部を示す断面図である。
である。ＥＧＲバルブの上下左右を図１を基準として定めるが、ＥＧＲバルブの配置方向を特定するものではない。図１に示すように、ＥＧＲバルブ１０は、ハウジング１１とアクチュエータ１５とを備えている。ハウジング１１の下部には、ＥＧＲガスが流れる逆Ｌ字状のガス通路１２が形成されている。ガス通路１２の一方の開口部（図１において下面側開口部）はＥＧＲガスの入口１２ａになっており、他方の開口部（図１において側面側開口部）はＥＧＲガスの出口１２ｂになっている。ハウジング１１は金属材製、例えばアルミ材製である。ＥＧＲバルブ１０は、例えば、エンジンのエンジンヘッドにハウジング１１を締結等により取り付けることにより設置されるようになっている。

ハウジング１１には、ガス通路１２の入口１２ａと同心状をなす中空円筒状の中空孔１３が貫通状に形成されている。中空孔１３は、３段の段付孔状に形成されており、上から下方へ向かって内径を段階的に大きくする上段孔部１３ａ、中段孔部１３ｂ及び下段孔部１３ｃを有する。ガス通路１２の入口１２ａには、円環状のバルブシート２５が配置されている。

図２に示すように、上段孔部１３ａの下部には円筒状の軸受ブシュ２１が固定的に嵌合されている。軸受ブシュ２１は金属材製、例えば銅材製である。中段孔部１３ｂにはリップシール２２が配置されている。中空孔１３の下段孔部１３ｃには円環状のデポガードプラグ２３が固定的に嵌合されている。デポガードプラグ２３は金属材製、例えばＳＵＳ材製である。

図１に示すように、アクチュエータ１５はハウジング１１上に設置されている。アクチュエータ１５は、軸方向（図１において上下方向）に往復移動する駆動軸１６を備えている。アクチュエータ１５は、電動モータと、電動モータの回転運動を駆動軸１６の直線運動に変換する送りねじ機構と、を備えている。駆動軸１６は、ケーシング１７から下方へ突出されている。アクチュエータ１５は、駆動軸１６を軸方向に移動可能に支持する円筒状の軸受ブシュ１８を備えている。軸受ブシュ１８の下部は、ケーシング１７から突出されている。

ケーシング１７は、ハウジング１１上に締結等により取り付けられている。駆動軸１６は、ハウジング１１の中空孔１３に挿入されている。軸受ブシュ１８は、中空孔１３の上段孔部１３ａに固定的に嵌合されている。駆動軸１６は金属材製、例えばＳＵＳ材製である。軸受ブシュ１８は金属材製、例えば銅材製である。駆動軸１６は本明細書でいう「軸部材」に相当する。

駆動軸１６は、ハウジング１１の軸受ブシュ２１の中空部に挿通されている。軸受ブシュ２１により駆動軸１６が軸方向に移動可能に支持されている。駆動軸１６はリップシール２２の中空部に挿通されている。リップシール２２によりガス通路１２からアクチュエータ１５側へのＥＧＲガスや異物、水分等の漏洩が抑制される。リップシール２２については後で説明する。

駆動軸１６は、デポガードプラグ２３の中空部に僅かな隙間を隔てて挿通されている。デポガードプラグ２３は、ガス通路１２からリップシール２２側へ侵入するデポジットをガードするものである。

駆動軸１６の先端部（下端部）はバルブシート２５の中空部に所定の隙間を隔てて挿通されている。駆動軸１６の先端部には、中空孔を有する円錐状のバルブ体２７が取り付けられている。バルブ体２７は、駆動軸１６と共に移動し、ガス通路１２を開閉する。すなわち、バルブ体２７は、図１に示す閉弁状態から下方へ離座することによりガス通路１２を開き、その開弁状態から上方へ移動してバルブシート２５に着座することによりガス通路１２を閉じる。駆動軸１６はＥＧＲバルブ１０の弁軸を兼用している。駆動軸１６に専用の弁軸を用いてもよい。

（リップシール２２）
リップシール２２を説明する。図２に示すように、リップシール２２は、ハウジング１１の中空孔１３の中段孔部１３ｂに圧入される金属材製の保持環３０と、保持環３０の内側に配置されたゴム材製のシールリップ４０と、を備える。保持環３０の金属材は、耐食性の良いＳＵＳ３０４等のＳＵＳ材である。また、シールリップ４０のゴム材は、耐酸性の良いＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素ゴム材である。図３はリップシールを示す断面図、図４は図３のIV部を示す断面図である。

図３に示すように、保持環３０は、円筒状の周壁部３１を有する。周壁部３１の下端部は、下端開口端まで円筒状のまま延びている。このため、周壁部３１の下端部には、径方向内方へ折れ曲がる折曲部は形成されていない。周壁部３１は、ハウジング１１の中空孔１３の中段孔部１３ｂ（図２参照）の内径よりも所定の圧入代分大きい外径を有する。周壁部３１の外周面３１ａの下端部には、先方（下方）に向かって外径を次第に小さくするテーパ面部３１ｂが形成されている。

図４に示すように、テーパ面部３１ｂは、周壁部３１の外周面３１ａに対し所定のテーパ角θを有する。テーパ面部３１ｂの最小内径は、ハウジング１１の中空孔１３の中段孔部１３ｂ（図２参照）の内径よりも僅かに小さい。

周壁部３１の上端部には、折曲部３３を介して径方向内方へ向けて断面Ｌ字状に折れ曲がる円環板状の端壁部３４が形成されている。折曲部３３の外側には、断面円弧状のＲ面部３３ａが全周に亘って形成されている。Ｒ面部３３ａは所定の曲率半径を有する。Ｒ面部３３ａの最小内径は、ハウジング１１の中空孔１３の中段孔部１３ｂ（図２参照）の内径よりも僅かに小さい。

シールリップ４０は、円環状の本体部４１を有する。本体部４１は、断面逆Ｌ字状の円環状に形成されている。本体部４１は、円筒状に形成された円筒部４２と、円筒部４２の上端部から径方向内方へ突出する円環板状のフランジ部４３とを、有する。円筒部４２の内周面は下方に向かって内径を次第に大きくするテーパ状に形成されている。

フランジ部４３の内周側端部にはリップ部４５が形成されている。リップ部４５は、フランジ部４３側から下方に向かって径を次第に小さくするテーパ筒状に形成されている。リップ部４５の径方向の厚さは略一定である。図３及び図４においてリップ部４５は自由状態で示されている。

本体部４１は、保持環３０内に嵌合状に配置されている。フランジ部４３の内周側端部には、保持環３０の端壁部３４の内周側端部を覆う断面逆Ｌ字状のカバー部４７が形成されている。カバー部４７を含む本体部４１と保持環３０との界面は、加硫接着により接合されている。フランジ部４３の内周側端部は、フランジ部４３とリップ部４５との接続部に相当する。

（ハウジング１１に対するリップシール２２の取り付け）
図２に示すように、ハウジング１１の中空孔１３の中段孔部１３ｂに保持環３０が下方
から圧入されることによって、ハウジング１１にリップシール２２が取り付けられている。リップシール２２の中空部に駆動軸１６がリップ部４５の弾性変形を利用して挿通されることによって、リップ部４５の先端部が駆動軸１６の外周面に摺動接触可能になっている。

（実施形態１の利点）
前記リップシール２２によると、保持環３０の周壁部３１にシールリップ４０の本体部４１が接合されており、保持環３０の周壁部３１の一端部（上端部）に折曲部３３が形成されているものの、その他端部（下端部）には径方向内方へ折れ曲がる折曲部が形成されていない。したがって、従来のリップシール１２０（図７参照）の第２折曲部１３６を削減し、保持環３０の耐久性を向上することができる。また、従来のリップシール１２０（図７参照）の両折曲部１３３，１３６のうち、内部応力が高い方の第２折曲部１３６を削減することができる。

また、保持環３０の周壁部３１の一端部（上端部）に折曲部３３を介して径方向内方へ向けて断面Ｌ字状に折れ曲がる円環板状の端壁部３４が形成されている。したがって、ハウジング１１に保持環３０を圧入するに際し、折曲部３３のＲ面部３３ａによって周壁部３１をハウジング１１の中空孔１３に圧入しやすくなることにより、保持環３０の圧入性を向上することができる。

また、周壁部３１の他端部（下端部）には、先方に向かって外径を次第に小さくするテーパ面部３１ｂが形成されている。したがって、保持環３０を上下逆向きにした状態で、ハウジング１１に保持環３０を圧入するに際し、テーパ面部３１ｂによって周壁部３１をハウジング１１の中空孔１３に圧入しやすくなることにより、保持環３０の圧入性を向上することができる。

また、例えば、保持環３０の周壁部３１の外径を１１．０ｍｍ、軸方向長さを３．７ｍｍ、ハウジング１１の中空孔１３の中段孔部１３ｂに対する保持環３０の圧入代を０．１６ｍｍとした場合、Ｒ面部３３ａの曲率半径は１．２ｍｍ±０．２ｍｍに設定するとよい。これにより、ハウジング１１の中空孔１３に対する保持環３０の圧入荷重を低くしつつ、かじりの発生を抑制することができる。また、テーパ面部３１ｂのテーパ角θは２０°±５°に設定するとよい。これにより、ハウジング１１の中空孔１３に対する保持環３０の圧入荷重を低くしつつ、かじりの発生を抑制することができる。

また、シールリップ４０の本体部４１には、保持環３０の端壁部３４の内周側端部を覆うカバー部４７が形成されている。したがって、保持環３０の端壁部３４側に対するシールリップ４０の本体部４１の剥がれを抑制することができる。

また、保持環３０の金属材はＳＵＳ材である。したがって、ＳＵＳ材の耐食性によって保持環３０の腐食を抑制することができる。これにより、例えば排ガス凝縮水環境にリップシール２２を好適に用いることができる。例えば、ＥＧＲ装置に使用されるＥＧＲバルブ１０用リップシール２２として好適に用いることができる。

また、リップシール２２は、ハウジング１１の中空孔１３の中段孔部１３ｂに保持環３０の周壁部３１を圧入することによってハウジング１１に取り付けられる。これにより、ハウジング１１と周壁部３１との間に凝縮水が溜まることを抑制し、凝縮水によるハウジング１１の腐食を抑制することができる。

ハウジング１１の腐食の抑制効果について補足する。例えば、ハウジング１１と周壁部３１との間にシールリップ４０のゴム部が介在される場合がある。この場合、ハウジング１１とゴム部との間に凝縮水が溜まりやすく、その凝縮水によりハウジング１１が腐食されやすくなる。その腐食により発生した腐食生成物がゴム部を変形させることにより、ハウジング１１とゴム部との間の隙間が増大し、凝縮水によるハウジング１１の腐食が進行していく。これに対し、本実施形態によると、ハウジング１１の中空孔１３に保持環３０の周壁部３１を圧入することによって、ハウジング１１と周壁部３１との間にシールリップ４０のゴム部が介在されていない。これにより、ハウジング１１と周壁部３１との間に凝縮水が溜まることを抑制し、凝縮水によるハウジング１１の腐食を抑制することができる。ひいては、ＥＧＲガス導入時のエンジン冷却水温を低減することにより、ＥＧＲガスの使用頻度を向上することが可能となる。

［実施形態２］
本実施形態は、実施形態１のリップシール２２に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態１と同一部位については同一符号を付して重複する説明を省略する。図５はリップシールを示す断面図である。図５に示すように、本実施形態は、実施形態１のリップシール２２のシールリップ４０からカバー部４７が省略されたものである。

［実施形態３］
本実施形態は、実施形態２のリップシール２２に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態２と同一部位については同一符号を付して重複する説明を省略する。図６はリップシールを示す断面図である。図６に示すように、本実施形態は、実施形態２のリップシール２２の保持環３０から折曲部３３及び端壁部３４が省略されたものである。すなわち、保持環３０は、両端部に径方向内方へ折れ曲がる折曲部が形成されていない周壁部３１を有する。

また、周壁部３１の外周面３１ａの上端部には、上方に向かって外径を次第に小さくするテーパ面部３１ｂが形成されている。すなわち、周壁部３１の外周面３１ａの両端部には、テーパ面部３１ｂが上下対称状に形成されている。

本実施形態によると、保持環３０の周壁部３１の両端部には径方向内方へ折れ曲がる折曲部が形成されていない。したがって、従来のリップシール１２０（図７参照）の両折曲部１３３，１３６を削減し、保持環３０の耐久性を向上することができる。

また、ハウジング１１に対して保持環３０の周壁部３１のどちらのテーパ面部３１ｂ側からでも圧入することができる。なお、両テーパ面部３１ｂのいずれか一方のテーパ面部３１ｂは省略してもよい。

［他の実施形態］
本明細書に開示の技術は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の形態で実施可能である。例えば、本明細書に開示のリップシール２２は、ＥＧＲバルブ１０以外の流量制御弁、例えばスロットルバルブにも適用可能である。また、ＥＧＲバルブ１０の駆動軸１６は、軸回りに回転するものでもよい。

１０ ＥＧＲバルブ
１１ ハウジング
１３ 中空孔
１６ 駆動軸（軸部材）
２２ リップシール（シール装置）
３０ 保持環
３１ 周壁部
３１ｂ テーパ面部
３３ 折曲部
３４ 端壁部
４０ シールリップ
４１ 本体部
４５ リップ部
４７ カバー部

Claims (6)

1. 中空孔を有するハウジングと該中空孔に挿入される軸部材との間をシールするシール装置であって、
   前記中空孔に圧入される金属材製の保持環と、
   前記保持環の内側に配置されたゴム材製のシールリップと、
   を備えており、
   前記シールリップは、円環状の本体部と、前記軸部材の外周面に摺動接触可能なリップ部と、を有しており、
   前記保持環は、円筒状で、その一端部に折曲部を介して径方向内方へ向けて断面Ｌ字状に折れ曲がる円環板状の端壁部を有し、その他端部に径方向内方へ折れ曲がる折曲部が形成されていない周壁部を有しており、
   前記周壁部に前記本体部が接合されている、シール装置。
2. 請求項１に記載のシール装置であって、
   前記周壁部の他端部には、先方に向かって外径を次第に小さくするテーパ面部が形成されている、シール装置。
3. 請求項１又は２に記載のシール装置であって、
   前記本体部には、前記端壁部の内周側端部を覆うカバー部が形成されている、シール装置。
4. 中空孔を有するハウジングと該中空孔に挿入される軸部材との間をシールするシール装置であって、
   前記中空孔に圧入される金属材製の保持環と、
   前記保持環の内側に配置されたゴム材製のシールリップと、
   を備えており、
   前記シールリップは、円環状の本体部と、前記軸部材の外周面に摺動接触可能なリップ部と、を有しており、
   前記保持環は、円筒状で、その両端部に径方向内方へ折れ曲がる折曲部が形成されていない周壁部を有しており、
   前記周壁部に前記本体部が接合されている、シール装置。
5. 請求項４に記載のシール装置であって、
   前記周壁部の少なくとも一端部には、先方に向かって外径を次第に小さくするテーパ面部が形成されている、シール装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のシール装置であって、
   前記保持環の金属材はＳＵＳ材である、シール装置。

Images