JP4244585B2 - 密封装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種装置の軸とハウジングの間の隙間を封止する密封装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の密封装置としては、図10に示すようなものがある。図10に示す密封装置101は、リップ102で軸103に摺動接触し、リップ102の緊迫力を向上するためにばね104がリップ102背面に取付けられている。リップ102の軸103との密封面には、ポンピング作用によって密封面の油膜を流体側へ押し返す螺旋状の突起又は溝(以下、ねじという)105が形成されている。
【0003】
このような密封装置101では、リップ102がゴム状弾性体製又は樹脂製であり、リップ102は密封性を確保するための最適な圧力分布を維持する必要があった。
【0004】
また、図10に示すように緊迫力を付与するばね104を付加してリップ102が軸103と当接する密封面の面圧を確保して性能向上を図る場合が多い。
【0005】
さらに、リップ102のねじ105のポンピング作用によって、密封装置101を取り巻く環境における軸傷、異物の挟み込み、振動、軸振れ等の外乱に対してさらに密封性を向上させている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の密封装置では、一般に、リップが軸と当接する密封面の面圧が低すぎると流体の油膜が厚くなり流体が大気側へ漏れ易くなり、面圧が大きすぎると油膜が薄くなり摩擦損失、発熱が増加し、動力の損失はもとより密封寿命が短くなるという二律背反の関係があり、適正な油膜を保持しながら長期にわたり流体漏れがないよう、最適な面圧となるように各要素の設計をする必要がある。
【0007】
このように、従来技術では、最適面圧を確保するためにリップ断面形状とリップ形状に合わせた最適形状のねじ要素を設定する必要があり、密封性を確保するためのリップ角度、オフセット、リップ長さ、厚み、形状に適したねじ形状、ねじ長さ、ねじ深さ、ねじ本数等の制約要素が多くあるものであった。
【0008】
また、設計スペースと面圧確保のためのリップ緊迫力によるある程度のトルク損失は免れないという問題があった。
【0009】
本発明の目的は、ポンピング効果を高めた密封装置を提供することにある。
【0010】
【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、
摺動表面に当接する環状のリップ摺動部を備えた密封装置において、
前記リップ摺動部における摺動領域内に、軸方向に並んだ複数の環状溝が、隣り合う環状溝の間にある摺動部は連続した環状となるように備えられており、かつ、これら環状溝内にそれぞれ周方向に並んだ複数のリブが備えられていることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
図1は第1の実施の形態に係る密封装置1を示す図である。図1の密封装置1は、断面L形状の補強環2にゴム状弾性体製の嵌め合い部3が一体的に焼き付けられ、この嵌め合い部3に環状のリップ摺動部を構成するリップ4が一体成形されている。
【0016】
リップ4は、嵌め合い部3と同様のゴム状弾性体製で形成されており、軸5が挿入されていない状態(図1の破線)では概略平ワッシャ形状である。リップ4は、軸5が挿入された図1の実線では、途中で外部側Oに軸表面に沿って撓み、先端部の内周面が軸に当接してシール性を発揮するリップ摺動部となっている。
【0017】
ここで、リップ4のリップ摺動部における軸に当接する当接面に、流体搬送要素としての微細リブ6が周方向及び軸方向に高密度に複数配列されてポンピングパターン部7が形成されている。
【0018】
このポンピングパターン部7を図2に示す。ポンピングパターン部7は、図2(a)に示すように、所定ピッチPで微細リブ6を配置した1周する環状溝8を軸5に沿った軸方向に複数並列したものである。
【0019】
微細リブ6の長手方向は周方向から所定角度R傾いており、1つ1つの微細リブ6で油膜を流体側Iへ押し返すポンピング作用が働くようになっており、微細リブ6が集合したポンピングパターン部7の全体ではポンピング作用が強力に働くようになっている。
【0020】
例えば、0.5mm程度の幅Hかつ0.2〜0.3mm程度の深さFの環状溝8の内部にポンピング作用をもたらすべく溝方向(周方向)に対して30〜45°程度の角度Rを持ち、0.5〜1.0mmのピッチPで微細リブ6が当接面全周に配置される。そして、この環状溝8が複数軸方向に並列されている。
【0021】
このような場合に、リップ4の軸5との当接面が約3.0mmの軸方向幅で接触していると、有効な微細リブ6の数は6ユニット(6つの環状溝の分)となり、軸径が80mmの例であると、1ユニット(1環状溝8)あたり250〜500個の微細リブ6が6倍された数となるので、1500〜3000個の微細リブ6が機能することになる。
【0022】
これに対し、従来のねじ要素では、ねじ角度、ねじ高さ、または溝深さ、ねじ断面の角度、ねじ本数等の要素によりポンピング量が決定され、経験上ねじのポンピング作用の効果を上げるためにはねじ高さまたは溝深さを大きくして本数をできるだけ多くすることがよいことが分かっているが、スペース上の制約により、上記で例示した軸径80mmの場合には、通常ねじ本数は100〜120個程度となり、限られたポンピング作用となってしまう。
【0023】
このように、本実施の形態では、リップ4の軸5との当接面の全体に微細リブ6を高密度に形成できるため、安定した極めて高いレベルのポンピング作用を発揮することができる。
【0024】
よって、本実施の形態では、リップ4の軸5に対する面圧が低くてもポンピング作用によって密封性能を維持できるので、面圧を大幅に低減することができる。このため、従来のような面圧を高めるように緊迫力を向上させるためのばねが必要なくなり、部品点数を削減してコストダウンも可能となる。
【0025】
この図2は微細リブ6が千鳥配列されたポンピングパターン部7の例である。図2(b)は図2(a)のポンピングパターン部7の軸5上の接触状態を示しており、線の部分が軸5と接触する部分である。
【0026】
ポンピングパターン部7の微細リブ6の配列は種々考えられ、例えば図3(a)のように微細リブ6が同列配列されているものでもよく、ポンピングパターン部7に成形型加工法等により何れの配列を形成してもよい。なお、図3(b)は図2(b)と同様な図3(a)のポンピングパターン部7の軸5上の接触状態を示しており、線の部分が軸と接触する部分である。
【0027】
このようなポンピングパターン部7を当接面に成形加工することによって、従来装置の10分の1以下の超低面圧で軸5にリップ4が接触し、環状溝8の中に潤滑油を溜めて低トルク化を図ると共に、リップ4及び軸5の双方の摩耗を防止し、ポンピングパターン部7による強力なポンピング作用により、油膜を維持しつつ密封機能を長期にわたり維持することができる。
【0028】
特に、ポンピングパターン部7は、微細リブ6を複数配列して微細リブ6のパターンを形成した構成であるので、パターンの多少や微細リブ6の形状変更だけの制約要素により、制約要素が少なくても密封装置1に最適なポンピング作用を設定することができる。
【0029】
また、複数配列された微細リブ6(ポンピングパターン部7)から極めて高レベルのポンピング作用がもたらされ、極めて低い面圧状態でも安定した密封性能が得られるため、リップ4の緊迫力によるトルク損失が極めて少なくなる。
【0030】
さらに、図2(b)、図3(b)に示すように、軸5上のポンピングパターン部7の接触状態が網目状であるため、軸傷、微細異物の噛み込み等、密封性を損なう外乱因子に対しても耐久性が高い。
【0031】
次に、図4、図5を用いて密封装置1の成形方法の例を説明する。
【0032】
図4は一例の成形型40を示す図である。成形型40は、上型41、中型42、下型43、コア型44の3枚割型である。上型41とコア型44とで挟まれた部分にてリップ4を成形し、上型41、中型42、下型43で挟まれた部分にて嵌め合い部3を成形する。上型41には、射出、トランスファ成形時のゴム状弾性体となる流体ゴムを流し込む流入孔が中心に形成されている。
【0033】
この成形型40では、コア型44の上面の平坦部にポンピングパターン部7とは凹凸が逆の微細パターン45を刻み付けておき、成形圧によりポンピングパターン部7を転写して成形する。
【0034】
このように、圧縮、射出、トランスファ成形の何れでも加硫成形工程内で加硫と同時にポンピングパターン部7を形成することができ、工程数を削減することができる。
【0035】
図5は図4のC部拡大図であり、コア型44の上面の平坦部の微細パターン45を表したものである。ポンピングパターン部7の環状溝8の型となる環状突起46を型表面に複数形成し、それぞれの環状突起46の山部に斜めに角度を持たせて微細リブ6の型となる三角溝47を所定ピッチで掘り込んでいる。
【0036】
この図5に示すように、コア型44の上面の平坦部の微細パターン45の型加工も容易である。この加工は、精度的にプレス押し込み加工が最適であるが、放電、切削加工等でも可能である。
【0037】
以上説明したように、ポンピングパターン部7の適用により、極めて高いレベルのポンピング作用が発揮でき、面圧が極めて低くても安定した密封性能が得られるため、リップ4の形状は単純な0.3〜0.6mm程度の極めて薄い概略ワッシャ形状とすることができる。
【0038】
また、微細リブ6の形状や数を変化させることだけで、ポンピング作用の量を適宜自在に調整することができる。
【0039】
(第2の実施の形態)
図6は第2の実施の形態に係る密封装置1を示す半断面図である。なお、各部材の形状、材質等は第1の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【0040】
図6の密封装置1では、リップ4の先端部が流体側Iに向くように撓ませたものである。リップ4の軸5との当接面には、ポンピングパターン部7が形成されている。
【0041】
上記構成のようにリップ4の向きは正逆何れでも成立し、第1の実施の形態と同様な効果を発揮する。また、リップ4の向きは軸5挿入方向に応じて設定でき、組立時のリップ4反転の不具合は発生しない。
【0042】
(第3の実施の形態)
図7は第3の実施の形態に係る密封装置1を示す半断面図である。なお、リップ4の表面をPTFE製とした点以外、各部材の形状、材質等は第1の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【0043】
この密封装置1は、第2の実施の形態と同様にリップ4の先端部が流体側Iに向くように撓ませたものである。
【0044】
図7の密封装置1では、PTFE製の環状板4aを用い、PTFE製の環状板4aをゴム状弾性体製の支持部4bに焼き付けてリップ4を構成している。PTFE製の環状板4aの軸5との当接面には、ポンピングパターン部7が形成されている。
【0045】
上記構成であっても、第1の実施の形態と同様な効果を発揮する。なお、このように、ポンピングパターン部7が形成される部分は樹脂製でもよく、その材質が限定されるものではない。
【0046】
(第4の実施の形態)
図8は第4の実施の形態に係る密封装置1を示す半断面図である。なお、リップをPTFE製とした点以外、各部材の形状、材質等は第1の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【0047】
この密封装置1は、第2の実施の形態と同様にリップ4の先端部が流体側Iに向くように撓ませたものである。
【0048】
図8の密封装置1では、PTFE製のリップ4を用いている。PTFE製のリップ4はゴム状弾性体製の嵌め合い部3に取付けられている。PTFE製のリップ4の軸5との当接面には、ポンピングパターン部7が形成されている。
【0049】
上記構成であっても、第1の実施の形態と同様な効果を発揮する。
【0050】
(第5の実施の形態)
図9は第5の実施の形態に係る密封装置1を示す半断面図である。なお、PTFE製のリップ4を2つ用いている点以外、各部材の形状、材質等は第4の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【0051】
この密封装置1は、第2の実施の形態と同様にリップ4の先端部が流体側Iに向くように撓ませたものである。
【0052】
図9の密封装置1では、2つのPTFE製のリップを用いている。2つのPTFE製のリップ4は2つの金属環21,22の間で金属環23を間に介して挟持固定されている。金属環21が金属嵌合する嵌め合い部3となっている。PTFE製のリップ4の軸5との当接面には、ポンピングパターン部7が形成されている。
【0053】
上記構成であっても、第1の実施の形態と同様な効果を発揮する。また、2つのPTFE製のリップ4を有するので、密封性能の向上がより図れるものである。
【0054】
以上の実施の形態のように、リップの材質は、ゴム状弾性体やPTFE等の樹脂類でも適用することができ、基本形状が単純な概略ワッシャ形状であるため、成形が容易で品質確保も容易なため、安定した品質かつ安価な装置を提供できる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ポンピング効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る密封装置を示す半断面図である。
【図2】第1の実施の形態に係る密封装置の要部を示す図である。
【図3】第1の実施の形態に係る密封装置の要部の他の例を示す図である。
【図4】第1の実施の形態に係る密封装置の成形型を示す図である。
【図5】第1の実施の形態に係る密封装置の成形型の要部を示す図である。
【図6】第2の実施の形態に係る密封装置を示す半断面図である。
【図7】第3の実施の形態に係る密封装置を示す半断面図である。
【図8】第4の実施の形態に係る密封装置を示す半断面図である。
【図9】第5の実施の形態に係る密封装置を示す半断面図である。
【図10】従来技術の密封装置を示す半断面図である。
【符号の説明】
1 密封装置
2 補強環
3 嵌め合い部
4 リップ
4b 支持部
4a 環状板
5 軸
6 微細リブ
7 ポンピングパターン部
8 環状溝
21,22,23 金属環
40 成形型
41 上型
42 中型
43 下型
44 コア型
45 微細パターン
46 環状突起
47 三角溝
Claims (1)
- 摺動表面に当接する環状のリップ摺動部を備えた密封装置において、
前記リップ摺動部における摺動領域内に、軸方向に並んだ複数の環状溝が、隣り合う環状溝の間にある摺動部は連続した環状となるように備えられており、かつ、これら環状溝内にそれぞれ周方向に並んだ複数のリブが備えられていることを特徴とする密封装置。
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