JP3540027B2

JP3540027B2 - 密封装置

Info

Publication number: JP3540027B2
Application number: JP24410594A
Authority: JP
Inventors: 三幸大内; 純郎山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JPH08105550A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ハウジングと軸との間の隙間に設けられて、例えばオイル等の漏れを防止する密封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、流体機器、例えば、油圧を用いる自動車のパワーステアリング装置では、ハウジングと軸との間の隙間に流体（オイル）の漏れを防止する密封装置が設けられている。
【０００３】
この種の密封装置として、従来より、ゴム状弾性体で形成された環状のオイルシールが用いられており、軸が摺動するような部位ではバックアップリングが併設されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、オイルシール（或いはバックアップリング）と相手部材（ハウジング又は軸）とは、材質が異なり、また、大きさも異なるため、温度上昇によってオイルシール（或いはバックアップリング）及び相手部材の何れか一方が他方に対して早く膨張することがあり、オイルシール（或いはバックアップリング）と相手部材との間の締代が少なくなったり、隙間を生じ、シール不良を生ずる場合がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、温度変化が生じても良好なシール性を保つことのできる密封装置を提供することが目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、互いに同心的に相対回転または軸方向に相対移動自在に組み付けられたハウジングと軸との間の環状の隙間を密封するシールを備えた密封装置において、前記シールは、外周面が前記ハウジングに形成された穴の内周面に密着するように前記穴に嵌合する環状の嵌合部と、前記嵌合部の外周部に設けられ前記外周部から径方向外側へ延びるフランジ部と、前記フランジ部の先端に設けられ前記ハウジングの前記穴よりも径方向外側に形成された環状溝部に嵌合する屈曲部と、を有し、前記ハウジングは、前記穴の径方向外側に、前記嵌合部と前記フランジ部との間に配置される凸部を有する、ことを特徴としている。
【０００７】
【作用】
請求項１に記載の密封装置では、嵌合部の外周部から径方向外側へ延びるフランジ部の先端に設けられた屈曲部が、ハウジングの穴よりも径方向外側に形成された環状溝部に嵌合しているので、ハウジングの熱膨張がシールの熱膨張よりも早い場合でも、凸部が拡径して屈曲部の内周側を押圧するので、温度変化によるシール性の低下を防止することができる。
【０００８】
【実施例】
［第１の比較例］
本発明を説明する前に、第１の比較例を図１及び図２にしたがって説明する。
【０００９】
図１に示すように、ハウジング（例えば、パワーステアリングのステアリングボックス）１０には、軸としてのシャフト１２を挿通する穴１４が形成されている。この穴１４は、ベアリング１６の圧入される大径部１４Ａと、環状のオイルシール１８の圧入される中径部１４Ｂと、シャフト１２を外部へ突出させる小径部１４Ｃとを有する。
【００１０】
大径部１４Ａには、ベアリング１６が圧入され、このベアリング１６及び図示しない他のベアリングによってシャフト１２が回転自在に支持されている。
【００１１】
本比較例では、ハウジング１０にアルミ（熱伝導率０．４９cal ・cm^-1・sec ^-1・deg ^-1、体積膨張係数０．７０×１０^-4°C ^-1）が用いられており、シャフト１２にスチール（熱伝導率０．１０７cal ・cm^-1・sec ^-1・deg ^-1、体積膨張係数０．３５×１０^-4°C ^-1）が用いられている。
【００１２】
図２に示すように、オイルシール１８は、環状の溝部２０を有して断面が略Ｕ字状とされており、外周側には穴１４の中径部１４Ｂに嵌合する外周密着手段としての嵌合部２２が設けられ、内周側にはシャフト１２に密着する内周密着手段としてのシールリップ２４が設けられている。
【００１３】
オイルシール１８には、金属の環状部材２６が一体的に埋設されている。環状部材２６は、溝部２０の外側部分に埋設される円筒部２６Ａと円筒部２６Ａの一方から内側に延びるフランジ部２６Ｂとを備え、断面形状がＬ字状とされている。
【００１４】
また、溝部２０の径方向内側の壁面には、シールリップ２４の径方向外側に、半円弧溝２８が形成されている。この半円弧溝２８には、環状に形成された金属の締付スプリングとしてのコイルスプリング３０が嵌められている。
【００１５】
このオイルシール１８は、径方向外周側がゴム状弾性体３２、内周側がゴム状弾性体３４で形成されている。ゴム状弾性体３２とゴム状弾性体３４との境界Ｓは、溝部２０の底部に位置しており、前述した環状部材２６はゴム状弾性体３２に埋設されて加硫接着されている。
【００１６】
ここで、ゴム状弾性体３２の熱伝導率はゴム状弾性体３４の熱伝導率よりも大きく設定されており、例えばゴム状弾性体３２にＮＢＲ（熱伝導率０．５９×１０^-3cal ・cm^-1・sec ^-1・deg ^-1）を用いた場合には、ゴム状弾性体３４にはＣＲ（熱伝導率０．４６×１０^-3cal ・cm^-1・sec ^-1・deg ^-1）やブチルゴム（熱伝導率０．２２×１０^-3cal ・cm^-1・sec ^-1・deg ^-1）等を用いることができる。なお、ゴム状弾性体３２の熱伝導率はゴム状弾性体３４の熱伝導率よりも大きく設定されていれば、上記のゴム以外の組み合わせであってもよいのは勿論である。また、ゴム状の弾性を有するものであれば、ゴム以外の材質であっても良く、例えばウレタンや合成樹脂であっても良いのは勿論である。
【００１７】
次に、本比較例の作用を説明する。
【００１８】
従来、ケーシングとシールリングとの間のシール性を向上させるため、ケーシングにオイルシールを固定した構造があるが（実開昭６３−６０７２１号公報）、この構造では、ケーシングが膨張するとシールリングとシャフトとの隙間が大きくなり洩れが発生する虞れがある。
【００１９】
また、シール本体に液体を封入した流体室を設け、液体の熱膨張を利用してハウジングとの間の締代を変化可能な密封装置が提案されているが（実開平５−３６１６６号公報）、熱伝導率は流体（空気）よりもハウジングの方が大であるため、温度上昇初期においてはハウジングが先に膨張し、シャフト側に締代の減少や隙間を生じる虞れがある。
【００２０】
上記従来例では、各部材の熱伝導率が考慮されていないため、熱がハウジングとシャフトの両方から与えられた場合、ハウジング（ケーシング）にアルミ系の金属を用い、シャフトに鉄系の金属を用いた場合に、温度上昇によってハウジングの穴径がシャフトやオイルシールよりも大きくなり易い。
【００２１】
しかしながら、本比較例のオイルシール１８では、外周側のゴム状弾性体３２の熱伝導率を内周側のゴム状弾性体３４の熱伝導率よりも高く設定することにより、温度上昇初期において、シールの外径寸法の拡大を早く、内径寸法の拡大を遅くすることができ、外周側及び内周側での締代の減少を抑えて、温度上昇初期におけるハウジング１０側のシール性及びシャフト１２側のシール性の両方を良好に保つことができる。
【００２２】
なお、オイルシール１８の内周側も外周側と同じゴム状弾性体３２にすると、温度上昇初期において内径の拡径が大きくなり、シャフト１２との間でシール不良を生ずる懸念がある。
【００２３】
また、本比較例では、ゴム状弾性体３２とゴム状弾性体３４とが境界Ｓで明確に区別されていたが、内側から外側にかけて熱伝導率の変化する傾斜機能材料等で全体を構成してもよい。
［第２比較例］
第２比較例を図３にしたがって説明する。なお、第１比較例と同一構成に関しては同一符号を付しその説明は省略する。
【００２４】
図３に示すように、本比較例のオイルシール１８は、同一のゴム材で形成されており、溝部２０の内周側の部分に、内環状部材４０が埋設されている。内環状部材４０は、溝部２０の内側部分に埋設される円筒部４０Ａと円筒部４０Ａの一方から外側に延びるフランジ部４０Ｂとを備え、断面形状がＬ字状とされている。
【００２５】
本比較例では、環状部材２６の形成材料は、内環状部材４０の形成材料よりも熱伝導率及び体積膨張係数の高いものが用いられており、本比較例では環状部材２６の材料が銅（熱伝導率０．９１cal ・cm^-1・sec ^-1・deg ^-1、体積膨張係数０．５×１０^-4°C ^-1）であり、内環状部材４０の材料がカーボン系（熱伝導率０．６７×１０^-3cal ・cm^-1・sec ^-1・deg ^-1、体積膨張係数０．１６×１０^-4°C ^-1）である。
【００２６】
即ち、本比較例では熱伝導率がハウジング１０＜環状部材２６＞内環状部材４０＜シャフト１２の大小関係となる。したがって、温度上昇初期において、環状部材２６をハウジング１０よりも先に、内環状部材４０よりもシャフト１２を先に温度上昇させることができ、各シール面で温度上昇による初期の隙間発生を防止することができる。本比較例では、特に、環状部材２６の体積膨張係数を内環状部材４０の体積膨張係数よりも大きくしてあるので、熱伝導率に差を付けた効果を更に高めることができる。
［実施例］
本発明の実施例を図４及び図５にしたがって説明する。なお、前記比較例と同一構成に関しては同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２７】
図４に示すように、本実施例のオイルシール１８は、第２比較例のオイルシール１８と同様に全体が同一のゴム材で形成されており、内部には環状部材２６が埋設されている。図４及び図５に示すように、本実施例のオイルシール１８では、オイル１３側の外周部の端部に外側に延びるフランジ部５０が形成されており、フランジ部５０の先端が大気１１側に屈曲された屈曲部としてのキャップ部５０Ａとなっている。フランジ部５０の内部には、断面Ｌ字状とされた金属製の環状部材５２が埋設されている。なお、図５において、環状部材２６及び環状部材５２は図示を省略している。
【００２８】
図５に示すように、ハウジング１０には大径部１４Ａと中径部１４Ｂとの段部に、環状溝部５４が形成されており、この環状溝部５４にオイルシール１８のキャップ部５０Ａが嵌合している。
【００２９】
次に、本実施例の作用を説明する。
【００３０】
温度上昇初期においてハウジング１０がオイルシール１８よりも早く膨張すると、嵌合部２２と中径部１４Ｂとの間でシール性の低下を生じる虞れがあるが、環状溝部５４の内側にあるハウジング１０の凸部１０Ａが拡径してキャップ部５０Ａの内周側を押圧するので、ここでハウジング１０側のシール性を良好に保つことができる。
【００３１】
一般的に、新品のオイルシールでは、ハウジングの穴径よりも外径が所定寸法大きくなっており、取り付けた際に圧縮されて良好なシール性を得ることができるが、長期の使用によって劣化したオイルシールでは、外径がハウジングの穴径とほぼ同等となることがある。図６に示すように、一般的な従来のオイルシール１００では（本実施例と同一構成には同一符号を付す）、外周部分に本実施例のキャップ部５０Ａに相当するものが無いため、長期の使用によってハウジング側のシール性が低下する問題があった。
【００３２】
しかし、本実施例のオイルシール１８では、環状溝部５４にキャップ部５０Ａが嵌合しているので、長期にわたって良好なシール性を保つことができる。
【００３３】
なお、前述したハウジング、シャフト、ラックバー、オイルシール、環状部材、内環状部材の材質は実施例に述べた材質に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の材質を用いることができる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載の密封装置では、ハウジングの熱膨張がシールの熱膨張よりも早い場合でも、凸部が拡径して屈曲部の内周側を押圧するので、シール性の低下を防止できるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の比較例を示し、パワーステアリングのハウジング及びシャフトのオイルシール取
付部分を示す断面図である。
【図２】第１の比較例に係るオイルシールの拡大断面図である。
【図３】第２比較例に係るオイルシールの拡大断面図である。
【図４】実施例に係るオイルシールの拡大断面図である。
【図５】パワーステアリングのハウジング及びシャフトのオイルシール取付部分を示す断面図で
ある。
【図６】従来のオイルシールの拡大断面図である。

Claims

互いに同心的に相対回転または軸方向に相対移動自在に組み付けられたハウジングと軸との間の環状の隙間を密封するシールを備えた密封装置において、
前記シールは、外周面が前記ハウジングに形成された穴の内周面に密着するように前記穴に嵌合する環状の嵌合部と、前記嵌合部の外周部に設けられ前記外周部から径方向外側へ延びるフランジ部と、前記フランジ部の先端に設けられ前記ハウジングの前記穴よりも径方向外側に形成された環状溝部に嵌合する屈曲部と、を有し、
前記ハウジングは、前記穴の径方向外側に、前記嵌合部と前記フランジ部との間に配置される凸部を有する、ことを特徴とする密封装置。