JP3707163B2

JP3707163B2 - 密封装置

Info

Publication number: JP3707163B2
Application number: JP29763096A
Authority: JP
Inventors: 神田　　剛
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2016-10-18
Also published as: JPH10122377A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は互いに回動する２部材間を、ポンプ効果を有しつつ、密封する密封装置に関し、特に、密封機構を必要とする工業部品、例えば自動車、電気機器、工作機械等における密封装置として用いられるオイルシールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、この種のねじ溝付きオイルシールとして、本出願人が、特公平５−４５４９号で示したオイルシールを図１１に示す。ここで、１００は金属環であり、金属環１００内周端に、被密封流体側に伸びる単一の材料でできたゴム状弾性体製のシールリップ部１０１が焼付けられており、シールリップ部１０１のリップ先端１０３の背面側にばね１０５が装着されて、リップ先端１０３を軸１０２に押圧してシール部を形成している。リップ先端１０３の待機側の傾斜面には、ねじ部１０４が形成されている。ねじ部１０４は左ねじ及び右ねじ方向の、両方向のものが形成され、左右両回転方向のシールが可能なオイルシールとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ねじ溝付きオイルシールでは、常にねじ溝が開いているため、右回転時にポンプ効果を有する溝は左回転時に負のポンプ効果を発生させ、また、その逆の場合にも負のポンプ効果が発生する。
【０００４】
しかも、常に溝の状態にあるので、静止時（非回転時）に漏れが発生し易い。特に、この種のオイルシールとしては、市場ニーズに答え、耐薬品性、耐熱性、耐久性等を向上させるため、従来のゴム製のシールリップに変えて、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）等の樹脂によって成形されたシールリップが用いられており、こういった樹脂製のシールリップでは追随性が比較的弱いため、更にねじ隙間から漏れる可能性が懸念されていた。
【０００５】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、静止時及び回動時のシールリップ部のシール性を向上し、高品質の密封装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、互いに同心的に相対回動自在に組みつけられる２部材間の環状の隙間をシールするもので、前記２部材の一方の部材に固定される固定部と、他方の部材に摺動自在に密封接触するシールリップと、を備えた密封装置において、前記シールリップの前記他方の部材との摺接面及び密封流体側端面に切り口を有する切り込みであって、該密封流体側端面の切り口が、前記摺接面と前記密封流体側端面の交線上から、前記他方の部材の回転方向と、固定部方向と、の間の方向に傾斜しつつ伸び、前記他方の部材の一方の回転方向に対しては、開いて溝を形成し、前記他方の部材の他方の回転方向に対して及び前記２部材が静止している間は、閉じた状態となる切り込みを、前記他方の部材の正逆の回転に対して少なくとも一つずつ、それぞれ交差しないように設けたことを特徴とする。
【０００７】
したがって、上記のように構成された密封装置では、前記シールリップの摺接面と密封流体側端面の交線上の点から、他方の部材が左回転する時の、回転方向、と固定部方向との間の方向に傾斜する切り込みは、左回転時には開いてポンプ効果を有する溝となり、右回転時及び静止時には閉じて溝の無い状態となり、負のポンプ効果が発生することを防止すると共に、静止時の漏れを防止する。逆方向の切り込みについても同じことが言える。
【０００８】
ここで、回転方向とは、前記交線上の点と接する他方の部材上の点の、速度ベクトル方向を指す。また、固定部方向とは、前記交線上の点を通る摺接面の法線ベクトル方向であって固定部に向かう方向を指す。
【０００９】
切り込みの、前記他方の部材との摺接面における切り口は、交線上から、軸平行の被密封流体方向と、回転方向と逆の方向と、の間の方向に傾斜することを特徴とする。
【００１０】
これは、密封時（軸挿入時）の摺接面を他方の部材側から見た場合に、切り込みが、前記交線上の点から軸方向被密封流体側であって、且つ、前記回転方向に傾斜しつつ伸びていることを指す。
【００１１】
これにより、流体が他の部材とシールリップとの間で流動する方向に沿って切り込みが入れられることになり、他の部材の切り込み方向への回転時に、ポンプ効果が更に向上する。
【００１２】
シールリップ摺接面はポリテトラフルオロエチレン樹脂からなることを特徴とする。
【００１３】
これにより、耐薬品性、耐熱性、耐摩耗性等が向上し、密封装置の寿命の延長が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１５】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態に係る密封装置としてのオイルシールを、図１乃至図４において示す。ここで、図１は軸挿入時のオイルシールを軸心を含む面で切った場合の概略構成断面図であり、図２は軸方向密封流体側（油側Ｏ）から見たオイルシールのシールリップ部端面の部分拡大図であり、図３は軸心から、摺接面を見た場合の部分拡大図であり、図４は本実施の形態に係る切り込みの斜視図である。
【００１６】
この中で、１はシールリップ２及び固定部３を備えたオイルシールであり、ＰＴＦＥ樹脂製のシールリップ２の基端部２１が、固定部３に組み付けられ、ハウジング４内周に固着（嵌着）されている。固定部３はハウジング４に嵌合される外筒部３１と、外筒部３１内周に嵌合される内筒部３２からなっており、外筒部３１及び内筒部３２は、被密封流体側（大気側Ａ）が内向きに折れ曲がって断面略Ｌ字状の形状をしており、それぞれの内向きフランジ３１ａ，３２ａによってシールリップ２の基端部２１は挟持されている。また、内筒部３２の円筒部３２ｂは、外筒部３１の円筒部３１ｂの油側Ｏ端部でかしめ固定されている
シールリップ２は、基端部２１と、その基端部２１から内向きに伸びたリップ部２２とを備えている。リップ部２２の内径は軸５の外径よりも小さくなるように構成され、オイルシール１に対する軸５挿入時には、リップ部２２先端は拡径され、軸外径に沿って油側に伸びるように組み付けられる。その際、リップ部２２先端から所定幅ｌの部分が軸表面に接触し、摺接面を形成する。
【００１７】
次に本願の特徴である切り込みについて、本実施の形態に係るオイルシールにおいて説明する。
【００１８】
図２ａにおいて、リップ部２２の油側端面２２ａ上に、摺接面から斜めに伸びる数本の切り込み６が示されている。図のように、これらの切り込み６は、端面２２ａと摺接面との交線である円Ｓ上の点から、所定の傾きを持ちつつ、互いに交差しないように伸びている。
【００１９】
例えば６１は軸５がＣＣＷ回転（反時計回り）する場合を考えて設けられており、その切り口は、円Ｓ上の点ｐ１から、点ｐ１と接している軸上の点が軸回転時に有する速度ベクトルの方向（回転方向）Ｘと、点ｐ１を通る摺接面の法線ベクトル方向であって固定部に向かう方向（固定部方向）Ｚ１と、の間の方向に傾斜しつつ伸びている。
【００２０】
また、６２は軸５がＣＷ回転（時計回り）する場合を考えて設けられており、その切り口は、円Ｓ上の点ｐ２から、点ｐ２と接している軸上の点が軸回転時に有する速度ベクトルの方向（回転方向）Ｙと、点ｐ２を通る摺接面の法線ベクトル方向であって固定部に向かう方向（固定部方向）Ｚ２と、の間の方向に傾斜しつつ伸びている。
【００２１】
つまり、切り込み６は、それぞれどちらかの回転方向に対応して設けられ、その方向はすべての切り込み６に共通して、円Ｓ上の点と接している軸上の点が軸回転時に有する速度ベクトルの方向（回転方向）と、その点を通る摺接面の法線ベクトル方向であって固定部に向かう方向（固定部方向）と、の間の方向に設定されており、その深さｈは、リップ部２２の厚さ以下に設定されている。
【００２２】
また、この方向及び深さｈを調整することにより、ポンプ効果によるポンプ量が調整される。
【００２３】
このように傾斜した切り込みを設けることにより、ＣＷ回転時（図中の矢印）には６２等のようにＹ側に傾いた切り込みが開いてポンプ効果を発生させると共に６１等のようにＸ側に傾いた切り込みは、閉じて、負のポンプ効果発生を防止する。（図２ｂ）
逆にＣＣＷ回転時には６１等の切り込みが開いてポンプ効果を発生させ、６２等の切り込みは閉じて、負のポンプ効果発生を防止する。（図２ｃ）
更に、静止時には図２ａのようにすべての切り込みが閉じた状態になり、油側Ｏと大気側Ａとが遮断されているため、流体の漏れが防止できる。これは特に軸に対する追従性が比較的低いＰＴＦＥ等の樹脂を摺接面に用いた場合に適している。
【００２４】
このように、シールリップ２と軸５が相対的に回転している場合であっても、静止している場合であっても十分な密封性が得られる。
【００２５】
しかも、本願の切り込みはシールリップ２と軸５との間の回転時の摩擦力で開くのではなく、シールリップ２に軸５を挿入することによる形状効果（例えば偏心を伴った回転によって微小隙間が生じる）及び流体の流れによって開くため、切り込みの変形を回転摩擦力に依存するものに比べ、摩擦力はそれほど必要ではなく、また、へたり等で摩擦力が大幅に低下する場合にポンプ能力が低下するということも無いため、安定したポンプ効果を有し、このことからも、特に、摩擦係数の低いＰＴＦＥ等の樹脂を摺接面に用いた場合に適している。
【００２６】
図３に摺接面の部分拡大図を示す。
【００２７】
本実施の形態に係る切り込み６の摺接綿側の切り口は、このように軸心から摺接面を見た場合にも傾斜するように設けられている。
【００２８】
そして、その方向は軸平行の大気側Ａ方向と、回転方向と逆の方向−Ｘ，−Ｙと、の間の方向であり、その深さは摺接面の幅ｌよりも大きくなるように構成されている。
【００２９】
これにより、ＣＷ回転時には６２等の切り込みに更に流体が入り込み易く、６１等の切り込みには更に流体が入り込みにくくなる。また、ＣＣＷ回転時には逆に６１等の切り込みに更に流体が入り込み易く、６２等の切り込みには更に流体が入り込みにくくなる。すなわち、摺接面における切り口を上記のように傾斜して設けることにより、正のポンプ効果は増大し、負のポンプ効果は更に確実に防止できる。
【００３０】
また、内圧Ｐが作用するような使用箇所においても、密封流体の圧力は、切り込みが閉じる方向に加わることとなるため、圧力による漏れも防止できる。
【００３１】
上記のようの構成された切り込みを円Ｓ側から見た斜視図を図４に示す。
【００３２】
図で、上半分の切り込み６１等は、ＣＣＷ回転時に開いた状態を示しており、下半分の切り込み６２等は、ＣＷ回転時に開いた状態を示している。それぞれの回転時には流体が切り込みに侵入し、面６１ａ，６２ａとぶつかり、矢印方向７１，７２に向かって流れる。すなわち、摺接面と軸５との間に侵入した油は油側Ｏに戻され、ポンプ効果が発生する。
【００３３】
また、本願では、それぞれの切り込みは交差しないため、図５のように、ポンプ効果によって１つの切り込み内を油側Ｏに移動中の油ｏが、逆方向に傾斜した他の切り込みに侵入して（ｏ’）負のポンプ効果を発生させるというようなことも無い。
【００３４】
本実施の形態ではシールリップの材質にＰＴＦＥを使用したが、フッ素系ゴム材料等でも好適である。
【００３５】
（実施の形態２）
図６には、本発明の第２の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形態では、切り込み６１，６２等は、その切り口が、軸心から摺接面を見た場合に軸平行の大気側Ａ方向と、回転方向と反対の方向−Ｘ，−Ｙの間に設定された方向に、傾斜するように設けられていたが、本実施の形態では、その傾きを有しない切り込み８１，８２を設けている。それぞれの回転時には流体が切り込みに侵入し、面８１ａ，８２ａとぶつかり、矢印方向９１，９２に向かって流れる。すなわち、摺接面と軸５との間に侵入した油は油側Ｏに戻され、ポンプ効果が発生する。そして、この場合も、負のポンプ効果は発生せず、シールリップ２と軸５が相対的に回転している場合でも、静止している場合でも十分な密封性が得られる。
【００３６】
また、この図のように、切り込み面８１ａ，８２ａは、実施の形態１のように三角形に限らず、四角形でもよい。
【００３７】
その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
（実施の形態３）
図７に本発明の第３の実施の形態が示されている。
【００３８】
上記第１，第２の実施の形態ではオイルシール１はハウジング４に固定され、軸５が回転する構成であったが、本実施の形態では、オイルシール１０は軸に固定され、ハウジング４に対してリップ部１２が摺接することによって密封するものである。
【００３９】
この場合も、本願特徴である切り込みが適用でき、前記シールリップの前記他方の部材との摺接面及び密封流体側端面に切り口を有する切り込みであって、該密封流体側端面の切り口が、前記摺接面と前記密封流体側端面の交線上から、前記他方の部材の回転方向と、固定部方向と、の間の方向に傾斜しつつ伸びる切り込みを、前記他方の部材の正逆の回転に対して少なくとも１つずつ、それぞれ交差しないように設けている。
【００４０】
つまり、この場合にも、リップ部１２の油側端面１２ａと摺接面との交線である円側から見た切り込みの斜視図は図４（図６）と同様になる。
【００４１】
その他の切り込みの作用・効果及びオイルシールの他の部分の構成・作用・効果については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４２】
（その他の実施の形態）
本願発明に係る切り込みを設けた密封装置の他の実施の形態を図８，図９，図１０に示す。
【００４３】
上記実施の形態ではオイルシールは外筒部及び内筒部及びシールリップからなっているが、本実施の形態では、そのような構成のオイルシールに限らず、様々な密封装置において、本願発明に係る切り込みを設けることで、上記のような効果が得られることを示している。
【００４４】
この中で、図８（ａ）は、固定部１４及びシールリップ１５をゴム状弾性体によって一体成形し、固定部１４には金属製の補強環１４ａを埋設し、シールリップ１５の摺接面にはＰＴＦＥ樹脂をゴム加硫によって０．３ｍｍ程度の厚さで焼付けたものである（１５ａ）。また、シールリップ１５にはばね１６が設けられて、軸に対する押しつけ力を高めている。
【００４５】
この図のような密封装置においても、切り込みは有効にポンプ効果を発生させるが、この場合、切り込みがＰＴＦＥ樹脂層を貫通しなくても（図８（ｂ））、貫通してゴム部に入ってもよい（図８（ｃ））。
また、図９，図１０のように、ハウジング材質に合わせて、固定部３をゴム状弾性体１７で包んだ密封装置についても、上記切り込みを設けることは可能であり、有効にポンプ効果を発生させる。
【００４６】
その他、本願の密封装置は、油以外にも、水や薬品などあらゆる流体の密封にも適用でき、被密封流体側におけるダストの有無にも関係なく適用できる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、密封装置において、シールリップの他方の部材との摺接面及び密封流体側端面に切り口を有する切り込みであって、密封流体側端面の切り口が、摺接面と密封流体側端面の交線上から、前記他方の部材の回転方向と、固定部方向と、の間の方向に傾斜しつつ伸びる切り込みを、前記他方の部材の左右の回転に対して少なくとも１つずつ、かつ、それぞれ交差しないように設けたので、２部材が相対的に回転している場合であっても、静止している場合であっても十分な密封性が得られる。
【００４８】
切り込みの、他方の部材との摺接面における切り口は、交線上から、軸平行の被密封流体方向と、回転方向の間の方向に傾斜しつつ伸びるので、流体が他の部材とシールリップとの間で流動する方向に沿って切り込みが入れられることになり、他の部材の切り込み方向への回転時に、ポンプ効果が更に向上する。しかも、内圧が作用するような使用箇所においても有効に洩れを防止できる。
【００４９】
シールリップ摺接面はポリテトラフルオロエチレン樹脂からなるので、耐薬品性、耐熱性、耐摩耗性等が向上し、密封装置の寿命の延長が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本願発明の第１の実施の形態に係る軸挿入時のオイルシールを軸心を含む面で切った場合の概略構成断面図である。
【図２】図２は本願発明の第１の実施の形態に係るオイルシールのシールリップ部端面を軸方向密封流体側（油側Ｏ）から見た部分拡大図である。
【図３】図３は本願発明の第１の実施の形態に係るオイルシールの摺接面を軸心から見た場合の部分拡大図である。
【図４】図４は本願発明の第１の実施の形態に係るオイルシールの切り込みの斜視図である。
【図５】図５は本願発明の第１の実施の形態に係る切り込みが交差する場合の拡大説明図である。
【図６】図６は本願発明の第２の実施の形態に係るオイルシールの切り込みの斜視図である。
【図７】図７は本願発明の第３の実施の形態に係るオイルシールの概略構成断面図である。
【図８】図８は本願発明のその他の実施の形態に係るオイルシールの概略構成断面図である。
【図９】図９は本願発明のその他の実施の形態に係るオイルシールの概略構成断面図である。
【図１０】図１０は本願発明のその他の実施の形態に係るオイルシールの概略構成断面図である。
【図１１】図１１は従来のオイルシールの概略構成断面図である。
【符号の説明】
１，１０・・・オイルシール
２，１５，１０１・・・シールリップ
３，１４，１００・・・固定部
４・・・ハウジング
５，１０２・・・軸
６，６１，６２，８１，８２・・・切り込み
Ａ・・・大気側
Ｏ・・・油側
１０４・・・溝

Claims

互いに同心的に相対回動自在に組みつけられる２部材間の環状の隙間をシールするもので、
前記２部材の一方の部材に固定される固定部と、
他方の部材に摺動自在に密封接触するシールリップと、
を備えた密封装置において、
前記シールリップの前記他方の部材との摺接面及び密封流体側端面に切り口を有する切り込みであって、
該密封流体側端面の切り口が、
前記摺接面と前記密封流体側端面の交線上から、
前記他方の部材の回転方向と、
固定部方向と、の間の方向に傾斜しつつ伸び、
前記他方の部材の一方の回転方向に対しては、開いて溝を形成し、前記他方の部材の他方の回転方向に対して及び前記２部材が静止している間は、閉じた状態となる切り込みを、前記他方の部材の正逆の回転に対して少なくとも一つずつ、それぞれ交差しないように設けたことを特徴とする密封装置。
前記切り込みの、前記他方の部材との摺接面における切り口は、
前記交線上から、
軸平行の被密封流体方向と、
回転方向と逆の方向と、
の間の方向に傾斜しつつ伸びることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
前記シールリップ摺接面はポリテトラフルオロエチレン樹脂からなることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。