JP3807802B2

JP3807802B2 - リブ付オイルシール

Info

Publication number: JP3807802B2
Application number: JP35230096A
Authority: JP
Inventors: 良昌白井; 和俊山本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1996-12-11
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2016-12-11
Also published as: JPH10169786A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、密封性を高めるための多数のリブを有するリブ付オイルシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
オイルシールの密封作用の要因の一つとされるいわゆるポンピング作用は、シールの空気側へ漏洩しようとする油を、油を注入した側（油側）へ押し戻す作用である。このポンピング作用は、通常のプレーンシール（後述のリブを有しないシール）においても多少発揮することができる。しかし、このプレーンシールは、その使用に伴うシールリップの経時的な摩耗によって、上記ポンプ作用が極端に小さくなって、比較的早期に油漏れが生じるという問題があった。
【０００３】
そこで、シールの空気側傾斜面に、稜線がシールリップの先端縁に対して傾斜する断面山形のリブを多数形成したリブ付オイルシール（ヘリックスシール）が提供されている（例えば実開昭６２−１２８２７８号公報参照）。このリブ付オイルシールは、図８に示すように、油側９０から空気側９１に漏れた油を、軸の矢印Ｘ方向への回転に伴って、リブ９２に沿わせて当該リブ９２の近傍に生じる軸との接触圧が低い領域Ｚを通して、油側へ押し戻すものであり（同図矢印Ｙ参照）、上記リブによってポンピング作用を高め、長期間に亘ってシールリップの摩耗を抑制することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記リブ付オイルシールについても、長期間の使用によってポンピング作用が低下して、油漏れが生じるおそれがある。これは、図９に示すように、軸との摺接によってシールリップの先端縁９３がほぼ平坦に摩耗して、軸との接触幅Ｗが大きくなり、当該先端縁９３と軸との接触圧が全周に亘ってほぼ均等になること、つまり、図８に示す接触圧が低い領域Ｚが消失すること、及びリブの摩耗に伴って、リブと軸との軸方向の接触幅Ｄが大幅に小さくなることに起因する。
この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、より長期間に亘って密封性を確保することができるリブ付オイルシールを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためのこの発明のリブ付オイルシールは、内周面に、互いに反対方向に傾斜した空気側傾斜面及び油側傾斜面を有する断面くさび状で使用中に軸と摺接する環状シールリップを備え、
上記空気側傾斜面に、稜線がシールリップの先端縁に対して傾斜する断面山形で使用中に軸と摺接するリブを多数突設しているリブ付オイルシールにおいて、
上記シールリップ及びリブの少なくとも軸との接触面に、この接触面の形状に倣う硬質の固体潤滑膜を形成し、
前記摺接に伴う上記シールリップの先端縁の磨耗を上記リブの磨耗より遅延させるべく、上記リブに形成した固体潤滑膜の厚みを、シールリップに形成した固体潤滑膜の厚みよりも数μｍから数十μｍ薄くしたことを特徴とするものである。
【０００６】
一般にリブ付オイルシールは、リブの稜線を挟んだ一対の傾斜面の軸に対する接触圧は、軸の回転方向に対して順方向に位置する傾斜面（以下「第１傾斜面」という）よりも、逆方向に位置する傾斜面（以下「第２傾斜面」という）の方が高くなる。このため、この発明のリブ付オイルシールにおいては、長期間に亘る軸との摺接によって、上記リブの第２傾斜面に形成した固体潤滑膜は、第１傾斜面に形成した固体潤滑膜よりも早く摩耗して、第２傾斜面にリップシールの素材であるゴムが露出する。すると、このゴムが露出した部分のうちの軸との接触圧が高い部分が摩耗して、当該部分の接触圧が低くなり、空気側に漏れた油を、上記接触圧が低くなった部分を通して油側に押し戻し易くなる。また、第１傾斜面の固体潤滑膜によって、リブの第１傾斜面の摩耗が抑制されるので、リブと軸との軸方向の接触幅Ｄ（図４参照）が小さくなるのを防止することができる。さらに、シールリップに形成した固体潤滑膜の厚みが、リブに形成した固体潤滑膜の厚みよりも厚いので、シールリップの先端縁の摩耗をリブの摩耗よりも遅延させることができる。このため、シールリップと軸との接触幅Ｗ（図４参照）が増大することに起因して、油を押し戻し易い接触圧が低い領域が消失するのを長期間に亘って抑制することができる。したがって、上記した従来のシールの密封性が低下する要因を全て解消することができる。
【０００７】
上記固体潤滑膜としては、ポリテトラフルオロエチレンからなるのが好ましく、この場合のシールリップに形成した固体潤滑膜の厚みは、５〜４５μｍの範囲が、リブに形成した固体潤滑膜の厚みは、３〜４３μｍの範囲が、リブ付オイルシールの密封性をより長期間に亘って確保する上で好ましい。
また、上記固体潤滑膜が、ポリテトラフルオロエチレンからなる場合には、上記シールリップに形成した固体潤滑膜の厚みは、１３〜１７μｍの範囲であるのが、リブに形成した固体潤滑膜の厚みは、１０〜１４μｍの範囲であるのがさらに好ましい。これにより、リブ付オイルシールの密封性をより一層長期間に亘って確保することができる。さらにこの場合において、上記リブに形成した固体潤滑膜の厚みは、シールリップに形成した固体潤滑膜の厚みよりも２〜３μｍ薄くしているのが、リブ付オイルシールの密封性をより一層長期間に亘って確保する上で好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明のリブ付オイルシールの一つの実施の形態を示す要部断面図である。このリブ付オイルシールは、環状の芯金１に環状のゴム弾性体２が加硫接着されており、このゴム弾性体２の内周シール部２ａの内周面に、環状のシールリップ３と環状のダストリップ４とが形成されている。
【０００９】
シールリップ３は、軸の外周面に摺接して、軸との隙間を密封するものであり、互いに反対方向に傾斜した空気側傾斜面６と油側傾斜面７とを有する断面くさび状に形成されている。図においては左側が空気側に、右側が油側にそれぞれ設定されている。
シールリップ３の空気側傾斜面６には、シールリップ３のポンピング作用を増大させるためのリブ８が、所定間隔毎に多数形成されている。各リブ８は、断面が山形に形成されており（図２参照）、その稜線８ａは、シールリップ３の先端縁３ａに対して所定角度β（例えば４５°）傾斜している。また、各リブ８は、それぞれ螺旋形状の一部を構成しており、その空気側傾斜面６からの突出高さＨは、軸径５２．４ｍｍ用のもので、例えば３０〜４０μｍに設定されおり、頂角αは９０°〜１００°程度に設定されている。さらに、空気側傾斜面６の母線とオイルシールの軸芯とのなす角（バレル角）γは、２０°程度に設定されている。なお、上記リブ８は、一方向だけでなく双方向に傾斜させて形成する場合もある。
【００１０】
上記シールリップ３の空気側傾斜面６及び油側傾斜面７、並びにリブ８のそれぞれの表面には、固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる第１固体潤滑膜Ｃ１並びに第２固体潤滑膜Ｃ２がそれぞれ形成されている。各固体潤滑膜Ｃ１，Ｃ２は、上記ＰＴＦＥを塗布した後、焼き付けることによって形成した硬質のものである。また、上記リブ８に形成された第２固体潤滑膜Ｃ２の厚みは、上記シールリップ３に形成された第１固体潤滑膜Ｃ１の厚みよりも数μｍから数十μｍ薄くなっている。上記第１固体潤滑膜Ｃ１の厚みは、５〜４５μｍの範囲が、第２固体潤滑膜Ｃ２の厚みは、３〜４３μｍの範囲が好ましい。
【００１１】
なお、上記実施の形態においては、リブ８の稜線８ａを挟んだ一対の傾斜面のうち、図２の左側の傾斜面が、軸に対する接触圧が低い第１傾斜面８ｂとして構成されており、同図の右側の傾斜面が、軸に対する接触圧が第１傾斜面８ｂよりも高い第２傾斜面８ｃとして設定されている。
【００１２】
以上の構成のリブ付オイルシールは、第１固体潤滑膜Ｃ１及び第２固体潤滑膜Ｃ２によって、シールリップ３の弾性が高められる。また、第２固体潤滑膜Ｃ２の厚みが、第１固体潤滑膜Ｃ１の厚みよりも薄いので、固体潤滑膜を形成していない従来品に比較して、リブ８の空気側傾斜面６からの突出高さＨが低くなる。このため、シールリップ３のリブ８近傍の軸に対する接触圧が低い領域Ｚ（図３参照）が狭くなる。さらに、リブ８の空気側傾斜面６からの突出高さＨが低くなることに起因して、リブ８と軸との軸方向の接触幅Ｄが、従来品よりも小さくなる。以上により、上記実施の形態に示すリブ付オイルシールは、その使用初期において、軸の矢印Ｘ方向への回転に伴うポンピング作用が従来品よりも低下する。但しこのポンピング作用の低下は僅かであり、実用上全く問題なく密封性を確保することができる。
【００１３】
次に、上記リブ付オイルシールを長期間使用すると、図４に示すように、軸との摺接時の面圧の差によって、上記リブ８の第２傾斜面８ｃに形成した第２固体潤滑膜Ｃ２は、第１傾斜面８ｂに形成した第２固体潤滑膜Ｃ２よりも早く摩耗する。このため、第２傾斜面８ｃにリップシール３の素材であるゴムが露出する。
そして、第２傾斜面８ｃの上記ゴムが露出した部分のうちの軸との接触圧が高い部分Ｖが摩耗して、当該部分Ｖの接触圧が低くなる。このため、空気側に漏れた油を、上記接触圧が低くなった部分を通して油側に押し戻し易くなる。
また、上記第２固体潤滑膜Ｃ２によって、リブ８の第１傾斜面８ｂの摩耗が抑制されるので、リブ８と軸との接触幅Ｄが小さくなるのを防止することができる。
さらに、第１固体潤滑膜Ｃ１の厚みが、第２固体潤滑膜Ｃ２の厚みよりも厚いので、シールリップ３の先端縁３ａの摩耗をリブ８の摩耗よりも遅延させることができる。このため、シールリップ３と軸との接触幅Ｗが増大することに起因して、油を押し戻し易い接触圧が低い領域Ｚが消失するのを長期間に亘って抑制することができる。したがって、従来のシールの密封性が低下する要因を全て解消して、リブ付オイルシールの長寿命化を図ることができる。
なお。図３及び図４には、説明の便宜上、各固体潤滑膜Ｃ１，Ｃ２に対応する部分を斜線で示している。
【００１４】
上記リブ付オイルシールにおいて、シールリップ３に形成された第１固体潤滑膜Ｃ１厚みは、１３〜１７μｍの範囲が、リブ８に形成された第２固体潤滑膜Ｃ２の厚みは、１０〜１４μｍの範囲がさらに好ましい。また、この場合において、第２固体潤滑膜Ｃ２の厚みは第１固体潤滑膜Ｃ１の厚みよりも２〜３μｍ薄くしているのが好ましい。これは、第２固体潤滑膜Ｃ２の厚みが第１固体潤滑膜Ｃ１の厚みに対して上記２〜３μｍの範囲よりもさらに薄いと、第２傾斜面８ｃのゴムの露出時期が早すぎるからであり、反対に第２固体潤滑膜Ｃ２と第１固体潤滑膜Ｃ１の厚みの差が、上記２〜３μｍの範囲よりも小さいと、ゴムが露出し難くなるからである。なお、上記第１固体潤滑膜Ｃ１の厚みの最適値は１５μｍであり、第２固体潤滑膜Ｃ２の厚みの最適値は１２μｍである。
【００１５】
【実施例】
実施例として、図１に示す形状であって、シールリップの空気側傾斜面及び油側傾斜面並びにリブのそれぞれの表面に、ＰＴＦＥを吹き付けた後、これを焼き付けて固体潤滑膜を有するリブ付オイルシールを作製した。このリブ付オイルシールの詳細は以下のとおりである。
▲１▼軸径５２．４ｍｍ用
▲２▼シールリップに形成した固体潤滑膜の厚み：１５μｍ
▲３▼リブに形成した固体潤滑膜の厚み：１２μｍ
▲４▼リブの傾斜方向：一方向
▲５▼空気側傾斜面からのリブの突出高さ：４０μｍ
▲６▼バレル角：２０°
▲７▼トリム角：４５°
【００１６】
比較例として、上記固体潤滑膜を形成した点以外は実施例と同じリブ付オイルシールを準備し、実施例と比較例のそれぞれについて、運転時間とポンプ量との関係についての比較試験を行った。この試験条件は以下の通りである。
▲１▼油種：ＡＴＦＤII
▲２▼試験温度：８０°Ｃ
▲３▼軸偏芯：０．０５ｍｍＴＩＲ以下
▲４▼組付偏芯：０．１５ＴＩＲ
▲５▼軸回転数：９０００ｒｐｍ
ここで、上記ＴＩＲとは、総偏芯量を意味する。
この比較試験結果を図５に示す。図５より、比較例は経時的にポンプ量が低下するのに対して、実施例は使用初期においてポンプ量が比較例よりも若干低下するものの、２００時間経過した時点でも、ポンプ量の低下は全く認められず、比較例よりも優れたポンピング作用を発揮することが分かる。
【００１７】
上記実施例と比較例のそれぞれについて、運転時間と摩擦トルクとの関係についての比較試験を行った。この試験条件は上記比較試験と同じである。
この比較試験結果を図６に示す。図６より、実施例は比較例よりも摩擦トルクが低いことが分かる。
【００１８】
上記実施例と比較例のそれぞれについて、シールリップと軸との接触幅の経時的な変化について比較試験を行った。この試験条件についても、上記比較試験と同じである。
この比較試験結果を図７に示す。図７より、実施例は比較例よりもシールリップと軸との接触幅の経時的な変化も少ないことが分かる。
以上の比較試験より、この発明のリブ付オイルシールは、ポンピング性能の向上、低トルク化、及び摩耗低減を図ることができることが明らかである。また、この発明のリブ付オイルシールは、使用初期の潤滑不足によるシールリップの振動、異音の発生、負圧によるリップ吸い付き等の諸問題も解決することができるとともに、低温使用時の耐摩耗の向上、低トルク化及び長寿命化も図ることができる。
【００１９】
なお、固体潤滑膜としては、二硫化モリブデン等上記ＰＴＦＥ以外のもので構成することが可能である。また上記固体潤滑膜は、少なくとも軸との接触面に形成されていればよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、この発明のリブ付オイルシールによれば、シールリップ及びリブの少なくとも軸との接触面に、この接触面の形状に倣う硬質の固体潤滑膜を形成し、軸との摺接に伴う上記シールリップの先端縁の磨耗を上記リブの磨耗より遅延させるべく、上記リブに形成した固体潤滑膜の厚みを、シールリップに形成した固体潤滑膜の厚みよりも数μｍから数十μｍ薄くして、ポンピング作用の低下を長期間に亘って防止するようにしているので、オイルシールの寿命を大幅に延ばすことができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のリブ付オイルシールの要部断面図である。
【図２】図１のII−II線拡大断面図である。
【図３】使用初期におけるシールリップ及びリブと軸との接触状態を示す図である。
【図４】所定期間使用した状態でのシールリップ及びリブと軸との接触状態を示す図である。
【図５】運転時間とポンプ量との関係を示すグラフ図である。
【図６】運転時間と摩擦トルクとの関係を示すグラフ図である。
【図７】シールリップと軸との接触幅の経時的な変化を示すグラフ図である。
【図８】従来例の使用初期におけるシールリップ及びリブと軸との接触状態を示す図である。
【図９】従来例の所定期間使用した状態でのシールリップ及びリブと軸との接触状態を示す図である。
【符号の説明】
３シールリップ
３ａシールリップの先端縁
６空気側傾斜面
７油側傾斜面
８リブ
Ｃ１第１固体潤滑膜
Ｃ２第２固体潤滑膜

Claims

内周面に、互いに反対方向に傾斜した空気側傾斜面及び油側傾斜面を有する断面くさび状で使用中に軸と摺接する環状シールリップを備え、
上記空気側傾斜面に、稜線がシールリップの先端縁に対して傾斜する断面山形で使用中に軸と摺接するリブを多数突設しているリブ付オイルシールにおいて、
上記シールリップ及びリブの少なくとも軸との接触面に、この接触面の形状に倣う硬質の固体潤滑膜を形成し、
前記摺接に伴う上記シールリップの先端縁の磨耗を上記リブの磨耗より遅延させるべく、上記リブに形成した固体潤滑膜の厚みを、シールリップに形成した固体潤滑膜の厚みよりも数μｍから数十μｍ薄くしたことを特徴とするリブ付オイルシール。
上記固体潤滑膜がポリテトラフルオロエチレンからなり、シールリップに形成した固体潤滑膜の厚みが、５〜４５μｍであり、リブに形成した固体潤滑膜の厚みが、３〜４３μｍである請求項１記載のリブ付オイルシール。
上記シールリップに形成した固体潤滑膜の厚みが、１３〜１７μｍであり、リブに形成した固体潤滑膜の厚みが、１０〜１４μｍである請求項２記載のリブ付オイルシール。
上記リブに形成した固体潤滑膜の厚みを、シールリップに形成した固体潤滑膜の厚みよりも２〜３μｍ薄くしている請求項３記載のリブ付オイルシール。