JP4038037B2 - オイルシール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、オイルを軸封する回転用オイルシールに関する。更に詳述すると、本発明はシールリップの先端縁から後側に漏れ出たオイルを密封空間内に戻してシール機能を流体力学的に支援するリブを備えたオイルシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転軸に接触するエラストマ製のシールリップ１０５を有するオイルシールとして、例えば図３に示すものが知られている。本オイルシールにおいては、シールリップ１０５の外部側斜面であるシール面１０２に、先端縁１０１に対して２０〜３０度ほどの角度に傾斜したリブ１０３を複数形成して、リブ１０３が回転軸に接触してシール機能を流体力学的に支援するようにしている。この種のオイルシールでは、外部空間側に漏れ出たオイルは軸の回転によりリブに捉えられ、次に、このリブ１０３に沿ってリップ先端縁に集められ、これにより先端縁１０１を乗り越えて密封空間内に戻されるという所謂ねじ効果によってシール機能が支援されている。
【０００３】
リブ１０３の形状としては、図３に示すような高さ及び幅が一定のリブ１０３を有するオイルシールや、図４に示すようなリップ先端縁１１１から隔離するに従ってその高さが大きくなるテーパ状のリブ１１３を有するオイルシール、また、図５に示すような、軸方向中途部ほど大きい船底リブ１２３の先端縁側に高さ及び幅が一定のリブ１２４を連続的に設けたオイルシール等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示すリブ１０３は、高さ及び幅が一定であるため、初期密封性は確保するが時間の経過とともにシールリップ１０５が摩耗するとねじ効果が小さくなるという問題があった。
【０００５】
そこで、図４に示すようなテーパー状のリブ１１３は、リブの高さをリップ先端縁１１１から隔離するに従ってその高さを高くして、摩耗に対してねじ効果が低減しないようにしているが、製造上のばらつきにより次に挙げるような問題がある。
【０００６】
一般に、オイルシールの製造は、成形型のキャビティ内のゴム生地を加硫成形して行われる。このとき、シールリップにバリが形成されるためナイフカットによって所望のシールリップを得ているが、ナイフカットの位置がバリ側にずれたときには、テーパ状リブ１１３がシールリップのリップ先端に到達していない場合があり、初期時にねじ効果が得られない場合がある。
【０００７】
また、ナイフカットの位置が外部空間側にずれたときは、テーパ状リブ１１３の高さの大きい部分がリップ先端に形成され、リップ先端縁と軸との間に隙間が生じて静止時にオイルが漏れやすくなる虞があった。
【０００８】
そこで、図５に示すような軸方向中途部ほど大きい船底リブ１２３の先端縁側に高さ及び幅が一定のリブ１２４を連続的に設け、製造上のばらつきによる初期時および摩耗に対してのシール性の低下を防止したものもあるが、前記形状においても、ナイフカット位置のばらつきによって、ねじ効果のばらつきが発生する。特に、ナイフカットの位置がバリ側にずれたときには、船底リブの開始位置が後退して摩耗に対して十分なねじ効果が発揮されない虞がある。
【０００９】
そこで、高さ及び幅が一定のリブで、摩耗に対してねじ効果の減少が少ないリブの存在が望まれている。一般的にリブのシールリップ先端縁に対する傾斜角度θを小さくすれば、摩耗が進行してもねじ効果の減少が少ないことが知られている。また、リブの本数が増やせば、ねじ効果が高められることも知られている。このため、従来リブの傾斜角度の低いオイルシールの場合、ピッチＰを小さくしてリブの本数を増やしてねじ効果を向上させていたが、ピッチＰを小さくすると、軸静止時のオイル漏れを防止するためにリブの高さＨは低くせざるを得ず、結果として十分なねじ効果が得られなかった。
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決するために、リップが摩耗しても、十分なねじ効果を発揮するリブの傾斜角度θと、高さＨ、ピッチＰとの最適な関係性を見出し、シールリップの摩耗によるシール性の低下を防止できるとともに、製造上のばらつきによるねじ効果のばらつきの発生を防止するオイルシールを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明は、回転軸に接触する変形可能なエラストマ製のシールリップと、前記シールリップのシール面に形成された幅及び高さが一定の複数の平行なリブを備えて、前記リブが前記回転軸に接触してシール機能を流体力学的に支援するオイルシールにおいて、リブの傾斜角度θが、３°≦θ＜５°、リブの高さＨが、０．０４ｍｍ≦Ｈ＜０．０５５ｍｍである場合、周方向ピッチＰを６ｍｍ≦Ｐ＜８ｍｍに設定し、リブの傾斜角度θが、３°≦θ＜５°、リブの高さＨが、０．０５５ｍｍ≦Ｈ≦０．０７ｍｍである場合、周方向ピッチＰを８ｍｍ≦Ｐ≦１０ｍｍに設定し、リブの傾斜角度θが、５°≦θ≦７°、リブの高さＨが、０．０４ｍｍ≦Ｈ＜０．０５５ｍｍである場合、周方向ピッチＰを４ｍｍ≦Ｐ＜５ｍｍに設定し、リブの傾斜角度θが、５°≦θ≦７°、リブの高さＨが、０．０５５ｍｍ≦Ｈ≦０．０７ｍｍである場合、周方向ピッチＰを５ｍｍ≦Ｐ≦７ｍｍに設定する。このようにリブの傾斜角度θ、高さＨ、ピッチＰを適切に設定することで、リップが摩耗してもねじ効果の低下を少なくすることができる。また、製造上のばらつきによるねじ効果のばらつきを防止することができる。
【００１２】
また、シールリップのゴム材料の１００％応力を９ＭＰａ以上に設定している。１００％応力を９ＭＰａより小さくすると、シールリップが変形しやすくなり、リブのねじ効果による負圧等により、シール面と軸との接触面積が広くなり、シールリップの摩耗が早くなってオイルシール寿命が短くなる虞がある。ゴム材料の１００％応力を９ＭＰａ以上にすると、シールリップが負圧などによっても変形し難くなり、シールリップが早期に摩耗するのを防止することができるようになる。
【００１３】
さらに、シール面と回転軸との間に形成される角度αを１５°≦α≦２３°に設定する。１５°より小さく設定するとリブのねじ効果などによって、負圧が発生した場合、シール面と軸との接触面積が広くなり、シールリップの摩耗が早まってオイルシール寿命が短くなる虞がある。また、２３°より大きくすると、リブが軸と接触する範囲が狭くなり、十分なねじ効果が得られにくい。このため、シール面と回転軸との間に形成される角度αを１５°≦α≦２３°に設定することによりシールリップが早期に摩耗することが防止でき、十分なねじ効果を確保することができるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施形態を図１から図２に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示す本発明のオイルシールは、回転軸に接触する変形可能なエラストマ製のシールリップ５とシールリップの外部側斜面であるシール面２に形成された高さ及び幅が一定の複数の平行なリブ３とを備えて、リブが回転軸に接触してシール機能を流体力学的に支援するものとしている。そして、このオイルシールでは、リブ３の傾斜角度θが、３°≦θ＜５°、リブの高さＨが、０．０４ｍｍ≦Ｈ＜０．０５５ｍｍである場合、周方向ピッチＰを６ｍｍ≦Ｐ＜８ｍｍに設定する。また、リブの傾斜角度θが、３°≦θ＜５°、リブの高さＨが、０．０５５ｍｍ≦Ｈ≦０．０７ｍｍである場合、周方向ピッチＰを８ｍｍ≦Ｐ≦１０ｍｍに設定する。また、リブの傾斜角度θが、５°≦θ≦７°、リブの高さＨが、０．０４ｍｍ≦Ｈ＜０．０５５ｍｍである場合、周方向ピッチＰを４ｍｍ≦Ｐ＜５ｍｍに設定する。また、リブの傾斜角度θが、５°≦θ≦７°、リブの高さＨが、０．０５５ｍｍ≦Ｈ≦０．０７ｍｍである場合、周方向ピッチＰを５ｍｍ≦Ｐ≦７ｍｍに設定する。
【００１６】
上記構成のオイルシールによれば、少なくとも上述の範囲でリブ３を形成すれば、実使用に耐えうる十分なシール性能を得ることができることが種々の実験で分かった。一方この範囲を外れると、急激にねじ効果が低下したり、静止時にオイル漏れが発生したりして、実使用に耐えうる十分なシール性能を達成できないことが種々の実験で分かった。
【００１７】
本発明のオイルシールは、リブの高さＨを０．０４ｍｍ≦Ｈ≦０．０７ｍｍの範囲に設定している。リブの高さＨが０．０７ｍｍを超えた場合、リブが十分つぶれず、静止時にオイル漏れが発生する虞がある。また、リブの高さＨを０．０４ｍｍより小さく設定すると、リブがオイルを十分捉えきれずにねじ効果が著しく低下する。
【００１８】
そして、本発明のオイルシールは、リブの傾斜角度θを３°≦θ≦７°の範囲に設定している。リブによって捉えられたオイルは、リブに沿ってリップ先端縁に集められ、リップ先端縁とリブとの楔効果によって、リブとリップ先端縁との間の圧力が高められて、オイルがリップ先端縁を乗り越えるようになっているが、リブの傾斜角度θを７°より大きくすると、楔効果が弱まって、リップ先端縁を乗り越える力が弱まってしまう。その結果、摩耗が進行して、シールリップの摩耗幅が増えると、オイルを押し戻す効果が小さくなってしまう虞がある。また、リブの傾斜角度θを３°より小さくに設定すると、静止時にオイルが漏れ出ないようにするために、ピッチＰを非常に大きくとる必要が生じ、十分なリブの本数が得られなくなり、オイルの戻し量が少なくなってしまう虞がある。
【００１９】
また、本発明に使用されるゴム材料は、１００％応力が９ＭＰａ以上のものとする。１００％応力を９ＭＰａより小さくすると、シールリップが変形し易くなり、リブのねじ効果による負圧等により、シール面と軸との接触面積が広くなり、シールリップの摩耗が早くなってオイルシールの寿命が短くなる虞がある。ゴム材料の１００％応力を９ＭＰａ以上にすると、シールリップが負圧などにより変形し難くなり、リップが早期に摩耗することがなくなる。
【００２０】
また、軸とシール面との角度αは、１５°≦α≦２３°に設定する。１５°より小さく設定するとリブのねじ効果などによって負圧が発生した場合、シール面と軸との接触面積が広くなり、シールリップの摩耗が早まってオイルシール寿命が短くなる虞がある。また、２３°より大きくするとリブが軸と接触する範囲が狭くなり、十分なねじ効果が得られにくい。
【００２１】
ここでシールリップおよびリブの摩耗幅とリブによる背面戻し量との関係を実験により検証した。ここで実験は、オイルシールを本来の使用状況とは逆向きに取付けて、背面戻し量を求めている。また、条件としては、回転軸の軸径φ３５ｍｍ、回転軸の回転数３０００ｒｐｍ、使用オイルの動粘度を１１ｃＳｔに設定した。実施例１は、傾斜角度θ＝５°、高さＨ＝０．０６ｍｍ、ピッチＰ＝５．６２ｍｍと設定している高さ及び幅が一定の平行リブを有するオイルシール、実施例２は、傾斜角度θ＝４°、高さＨ＝０．０６ｍｍ、ピッチＰ＝８．９０ｍｍと設定している高さ及び幅が一定の平行リブを有するオイルシール、実施例３は、傾斜角度θ＝４°、高さＨ＝０．０５ｍｍ、ピッチＰ＝７．１２ｍｍと設定している高さ及び幅が一定の平行リブを有するオイルシール、実施例４は、傾斜角度θ＝６°、高さＨ＝０．０５ｍｍ、ピッチＰ＝４．４５ｍｍと設定している高さ及び幅が一定の平行リブを有するオイルシール、従来例１は、傾斜角度θ＝２０°、高さＨ＝０．０４ｍｍ、ピッチＰ＝２．０２ｍｍと設定している高さ及び幅が一定の平行リブを有するオイルシールである。
【００２２】
結果としては、図２のグラフに示すように、本発明のオイルシールが使用初期から摩耗後の長期にわたり十分な背面戻し量を得られることがわかった。これは、本発明のオイルシールがリブの角度θと、高さＨと、ピッチＰの関係性を的確に設定しているからである。特に、実施例１の範囲内である、傾斜角度θを５°≦θ≦７°、高さＨを０．０５５ｍｍ≦Ｈ≦０．０７ｍｍ、ピッチＰを５ｍｍ≦Ｐ≦７ｍｍに設定したオイルシールは、背面戻し量が大幅に稼げて好ましい。一方、従来例１のオイルシールでは、使用初期時から背面戻し量が少なくシールリップが摩耗すると十分な背面戻し量が得られなくなる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明より明らかのように、請求項１記載のオイルシールによれば、リブの高さおよび幅が一定のリブにおいて、リブの傾斜角度θが、３°≦θ＜５°、リブの高さＨが、０．０４ｍｍ≦Ｈ＜０．０５５ｍｍである場合、周方向ピッチＰを６ｍｍ≦Ｐ＜８ｍｍに設定し、リブの傾斜角度θが、３°≦θ＜５°、リブの高さＨが、０．０５５ｍｍ≦Ｈ≦０．０７ｍｍである場合、周方向ピッチＰを８ｍｍ≦Ｐ≦１０ｍｍに設定し、リブの傾斜角度θが、５°≦θ≦７°、リブの高さＨが、０．０４ｍｍ≦Ｈ＜０．０５５ｍｍである場合、周方向ピッチＰを４ｍｍ≦Ｐ＜５ｍｍに設定し、リブの傾斜角度θが、５°≦θ≦７°、リブの高さＨが、０．０５５ｍｍ≦Ｈ≦０．０７ｍｍである場合、周方向ピッチＰを５ｍｍ≦Ｐ≦７ｍｍに設定する。このようにリブの傾斜角度θ、高さＨ、ピッチＰを設定することで、リップが摩耗してもねじ効果の低下を少なくすることができる。また、製造上のばらつきによるねじ効果のばらつきを防止することができる。
【００２４】
そして、シールリップのゴム材料を１００％応力９ＭＰａ以上に設定することで、シール面と軸との間が負圧になった場合でも、シールリップが早期に摩耗することがなくなる。
【００２５】
さらに、シール面と回転軸との間に形成される角度αを１５°≦α≦２３°に設定することでシールリップが早期に摩耗することが防止でき、十分なねじ効果を確保することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明に係わるオイルシールの断面図であり、（ｂ）は同図（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図２】シールリップおよびリブの摩耗幅とリブによるを背面戻し量との関係を示すグラフ
【図３】従来のオイルシールを示す断面図
【図４】他の従来のオイルシールを示す断面図
【図５】他の従来のオイルシールを示す断面図
【符号の説明】
１ １０１ １１１ １２１ リップ先端縁
２ １０２ １１２ １２２ シール面
３ １０３ １２４ 平行リブ
１１３ テーパ状リブ
１２３ 船底リブ
５ １０５ １１５ １２５ シールリップ

Claims (1)

1. 回転軸に接触する変形可能なエラストマ製のシールリップと、前記シールリップのシール面に形成された幅及び高さが一定の複数の平行なリブを備えて、前記リブが前記回転軸に接触してシール機能を流体力学的に支援するオイルシールにおいて、前記リブの傾斜角度θが、３°≦θ＜５°、リブの高さＨが、０．０４ｍｍ≦Ｈ＜０．０５５ｍｍである場合、周方向ピッチＰを６ｍｍ≦Ｐ＜８ｍｍに設定し、前記リブの傾斜角度θが、３°≦θ＜５°、リブの高さＨが、０．０５５ｍｍ≦Ｈ≦０．０７ｍｍである場合、周方向ピッチＰを８ｍｍ≦Ｐ≦１０ｍｍに設定し、前記リブの傾斜角度θが、５°≦θ≦７°、リブの高さＨが、０．０４ｍｍ≦Ｈ＜０．０５５ｍｍである場合、周方向ピッチＰを４ｍｍ≦Ｐ＜５ｍｍに設定し、前記リブの傾斜角度θが、５°≦θ≦７°、リブの高さＨが、０．０５５ｍｍ≦Ｈ≦０．０７ｍｍである場合、周方向ピッチＰを５ｍｍ≦Ｐ≦７ｍｍに設定するとともに、前記シールリップのゴム材料の１００％応力を９ＭＰａ以上に設定し、さらに前記シール面と回転軸との間に形成される角度αが１５°≦α≦２３°であることを特徴とするオイルシール。

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