JP5056968B1 - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール性を維持しつつ、より一層、摩擦抵抗の低減を図った密封装置を提供する。
【解決手段】環状の密封装置１００における中心軸を通る切断面で見た場合に、第１傾斜面１１０Ｘと第２傾斜面１１０Ｙとの間の曲面の曲率半径をＲ０，環状溝における密封対象流体側（Ｏ）の側面と第１傾斜面１１０Ｘとの間の湾曲面の曲率半径を、各環状溝について、それぞれＲ１ａ，Ｒ２ａ，Ｒ３ａ，Ｒ４ａとし、環状溝における大気側（Ａ）の側面と第１傾斜面１１０Ｘとの間の湾曲面の曲率半径を、各環状溝について、それぞれＲ１ｂ，Ｒ２ｂ，Ｒ３ｂ，Ｒ４ｂとした場合に、Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂ，Ｒ３ｂ，Ｒ４ｂ＜Ｒ０＜Ｒ１ａ，Ｒ２ａ，Ｒ３ａ，Ｒ４ａを満たすように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、相対的に往復移動する２部材間の環状隙間を密封する密封装置に関するものである。

従来、往復動用の密封装置において、摩擦抵抗を低減させるために、シールリップにおける摺動面に複数の環状溝を設ける技術が知られている。また、このように複数の環状溝を設けることによるシール性の低下を抑制するために、各環状溝における両側面の摺動面に対する傾斜角度を異ならせるようにすることで、油などの密封対象流体を密封対象流体側に引き戻すようにする技術が知られている（特許文献１参照）。この技術は、環状溝における密封対象流体側とは反対側の側面と摺動面との間のエッジの角度の方が、密封対象流体側の側面と摺動面との間のエッジの角度よりも小さくすることにより、漏れ量よりも密封対象流体側への密封対象流体の戻し量の方が多くなるようにしたものである。

ここで、例えば、油圧が１ＭＰａ以上２ＭＰａ以下の油を密封する場合であって、油がブレーキオイルなどの潤滑性の悪い（粘度の低い）ものであった場合には、密封装置におけるシールリップのリップ先端を湾曲面で構成し、かつゴム製の密封装置におけるゴム材料として、硬度の比較的低いもの（硬度７０度程度）が採用されるのが一般的である。

このような場合に、摩擦抵抗を低減させるために、上記の従来技術を適用した場合には、環状溝の側面と摺動面との間がエッジであるため、潤滑油膜をきれいに掻き取ってしまい、潤滑効果が得られにくいという問題がある。その他、関連する技術として、特許文献２，３に開示されたものがある。

特許第２５９２４８９号公報 特開２００８−１０１７０４号公報 特開２００６−３２２５２８号公報

本発明の目的は、シール性を維持しつつ、より一層、摩擦抵抗の低減を図った密封装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の密封装置は、
相対的に往復移動する２部材間の環状隙間を密封する密封装置において、
密封対象流体側かつ前記２部材のうちの一方の部材に向かって伸び、該一方の部材の表面に摺動自在に接触するシールリップを備え、
該シールリップにおける密封対象流体側とは反対側の第１傾斜面には、密封対象流体側から、その反対側に向かって、それぞれ間隔をあけて複数の環状溝が設けられると共に、
これらの環状溝における密封対象流体側側面と第１傾斜面との間、及び密封対象流体側とは反対側の側面と第１傾斜面との間は、いずれも湾曲面となっており、かつ前記シールリップの先端の密封対象流体側の第２傾斜面と第１傾斜面との間も湾曲面となるように構
成された密封装置であって、
環状の密封装置における中心軸を通る切断面で見た場合に、
第１傾斜面と第２傾斜面との間の曲面の曲率半径は、前記複数の環状溝における密封対象流体側とは反対側の側面と第１傾斜面との間の各曲面の曲率半径よりも大きく、前記複数の環状溝における密封対象流体側側面と第１傾斜面との間の各曲面の曲率半径よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、環状溝における側面と第１傾斜面との間は湾曲面で構成されているので、摺動時において、一方の部材の表面の密封対象流体をきれいに掻き取ってしまうようなことはなく、潤滑性が維持される。また、複数の環状溝における密封対象流体側とは反対側の側面と第１傾斜面との間の各曲面の曲率半径と、複数の環状溝における密封対象流体側側面と第１傾斜面との間の各曲面の曲率半径との関係により、密封対象流体を密封対象流体側に戻す機能が発揮される。また、これらの曲率半径と、第１傾斜面と第２傾斜面との間の曲面の曲率半径との関係により、密封対象流体側とは反対側への密封対象流体の掻き出しをより抑制することができる。

また、環状の密封装置における中心軸を通る切断面で見た場合に、
前記複数の環状溝のうち密封対象流体側のいくつかの環状溝における密封対象流体側とは反対側の側面と第１傾斜面との間の各曲面の曲率半径は、他の環状溝における密封対象流体側とは反対側の側面と第１傾斜面との間の各曲面の曲率半径よりも小さいとよい。

これにより、主に、密封対象流体側のいくつかの環状溝の部位で、密封対象流体を密封対象流体側に戻す機能を発揮させ、他の環状溝の部位では、当該機能をそれ程発揮させないようにして、摺動面全体の潤滑性を保たせることができる。

密封対象流体側からの圧力が作用していない状態において、前記複数の環状溝のうち最も密封対象流体側の環状溝の両側の第１傾斜面の部分が、前記一方の部材の表面に密着するように構成されているとよい。

これにより、圧力が作用していない状態や圧力が低い状態でも、潤滑性及びシール性が維持される。

前記複数の環状溝における密封対象流体側側面は、いずれも第１傾斜面に対して傾斜した面で構成されており、第１傾斜面と平行な底面を介することなく密封対象流体側とは反対側の側面に繋がっているとよい。

これにより、高圧時等において、環状溝の溝底面が一方の部材表面に密着してしまうことを抑制できる。これにより、面圧分布が不安定になってしまうことを抑制できる。また、第１傾斜面と平行な底面を設ける場合に比して、環状溝の溝幅を狭くできるので、環状溝の配置密度を高めることができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、シール性を維持しつつ、より一層、摩擦抵抗の低減を図ることができる。

本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 本発明の実施例に係る密封装置のシールリップ先端の拡大断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例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限りは、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。

（実施例）
図１及び図２を参照して、本発明の実施例に係るゴム状弾性体製の密封装置について説明する。

＜密封装置の全体構成＞
特に、図１を参照して、本発明の実施例に係る密封装置の全体構成について説明する。本実施例に係る密封装置１００は、相対的に往復移動する２部材（例えば、軸２００とハウジング）間の環状隙間を密封するために用いられる。本実施例において、密封対象流体は油であり、図１中、左側が密封対象流体側（Ｏ）である。また、図１中、右側が密封対象流体側とは反対側の大気側（Ａ）である。

図１では、密封装置１００には外力が作用していない状態において、環状の密封装置１００における中心軸を通る面で、密封装置１００を切断した断面図を模式的に示している。なお、密封装置１００は回転対称形状であり、当該中心軸を通る切断面は、どの面で切断しても同一形状である。また、図１では、密封装置１００が装着される場合における軸２００の外周表面とハウジングの軸孔３００の内周表面の位置を点線にて示している。

密封装置１００は、軸孔３００の内周表面に摺動自在に接触する第１シールリップ１１０と、軸２００の外周表面に接触する第２シールリップ１２０とを備えている。この密封装置１００は、断面形状が略Ｕ字形状であり、Ｕパッキンとも呼ばれる。この密封装置１００は、図１に示すように、これら第１シールリップ１１０及び第２シールリップ１２０が設けられている側が、密封対象流体側（Ｏ）を向くように配置される。図１から明らかなように、第１シールリップ１１０は、密封対象流体側（Ｏ）かつハウジングの軸孔３００に向かって伸び、軸孔３００の内周表面に摺動自在に接触するように構成されている。

また、この第１シールリップ１１０は、リップ先端において、大気側（Ａ）の第１傾斜面１１０Ｘと、密封対象流体側（Ｏ）の第２傾斜面１１０Ｙとを有する。なお、第１傾斜面１１０Ｘは密封対象流体側（Ｏ）に向かって拡径するテーパ面で構成され、第２傾斜面１１０Ｙは密封対象流体側（Ｏ）に向かって縮径するテーパ面で構成される。なお、密封装置１００における第１シールリップ１１０よりも大気側（Ａ）の外周表面は円筒面１３０で構成されている。すなわち、当該円筒面１３０と、軸孔３００の内周表面は平行となるように構成されている。

＜第１シールリップ＞
特に、図２を参照して、第１シールリップ１１０について、より詳細に説明する。

第１シールリップ１１０における第１傾斜面１１０Ｘには、密封対象流体側（Ｏ）から大気側（Ａ）に向かって、それぞれ間隔をあけて複数の環状溝が設けられている。ここでは、説明の便宜上、適宜、これら複数の環状溝を、それぞれ第１環状溝１１１，第２環状溝１１２，第３環状溝１１３，第４環状溝１１４と称する。

また、上記の通り、これらの環状溝は間隔を空けて設けられているため、第１傾斜面１１０Ｘ（つまり、テーパ面）は残存している。図１においては、第１傾斜面１１０Ｘのう
ち、第１環状溝１１１よりも先端側の部位には１１０Ｘ１，第１環状溝１１１と第２環状溝１１２との間の部位には１１０Ｘ２，第２環状溝１１２と第３環状溝１１３との間の部位には１１０Ｘ３，第３環状溝１１３と第４環状溝１１４との間の部位には１１０Ｘ４をそれぞれ付している。

そして、これらの環状溝における密封対象流体側（Ｏ）の側面と第１傾斜面１１０Ｘとの間はいずれも湾曲面で構成されている。また、これらの環状溝における大気側（Ａ）の側面と第１傾斜面１１０Ｘとの間についても、いずれも湾曲面となっている。更に、第１シールリップ１１０の先端の第２傾斜面１１０Ｙと第１傾斜面１１０Ｘとの間も湾曲面となるように構成されている。

ここで、環状の密封装置１００における中心軸を通る切断面で見た場合に、上記の各湾曲面の曲率半径を以下のように定める。

第１傾斜面１１０Ｘと第２傾斜面１１０Ｙとの間の曲面の曲率半径をＲ０とする。環状溝における密封対象流体側（Ｏ）の側面と第１傾斜面１１０Ｘとの間の湾曲面の曲率半径を、第１環状溝１１１，第２環状溝１１２，第３環状溝１１３，第４環状溝１１４について、それぞれＲ１ａ，Ｒ２ａ，Ｒ３ａ，Ｒ４ａとする。環状溝における大気側（Ａ）の側面と第１傾斜面１１０Ｘとの間の湾曲面の曲率半径を、第１環状溝１１１，第２環状溝１１２，第３環状溝１１３，第４環状溝１１４について、それぞれＲ１ｂ，Ｒ２ｂ，Ｒ３ｂ，Ｒ４ｂとする。

このとき、本実施例に係る密封装置１００は、
Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂ，Ｒ３ｂ，Ｒ４ｂ＜Ｒ０＜Ｒ１ａ，Ｒ２ａ，Ｒ３ａ，Ｒ４ａ（式１）
を満たすように構成されている。

本実施例では、Ｒ１ａ＝Ｒ２ａ＝Ｒ３ａ＝Ｒ４ａとしているが、必ずしも、このように設定する必要はない。

また、Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂ，Ｒ３ｂ，Ｒ４ｂについては、
Ｒ１ｂ＜Ｒ２ｂ＝Ｒ３ｂ＝Ｒ４ｂ（式２）
または、
Ｒ１ｂ＝Ｒ２ｂ＜Ｒ３ｂ＝Ｒ４ｂ（式３）
を満たすようにするのが好ましい。

また、Ｒ１ａ，Ｒ２ａ，Ｒ３ａ，Ｒ４ａについては、極力大きくするのが望ましい。

また、本実施例においては、密封対象流体側（Ｏ）からの圧力が作用していない状態において、複数の環状溝のうち最も密封対象流体側（Ｏ）の第１環状溝１１１の両側の第１傾斜面の部分１１０Ｘ１，１１０Ｘ２が、軸孔３００の内周表面に密着するように構成されている。なお、それよりも大気側（Ｏ）における第１傾斜面の部分１１０Ｘ３，１１０Ｘ４が、軸孔３００の内周表面に密着するように構成してもよく、圧力が作用していない状態で、どの部位まで軸孔３００の内周表面に密着させるかは、使用環境に応じて、適宜設定すればよい。ただし、上記の通り、少なくとも第１傾斜面の部分１１０Ｘ１，１１０Ｘ２については、軸孔３００の内周表面に密着するように構成される。

また、本実施例においては、第１環状溝１１１，第２環状溝１１２，第３環状溝１１３，第４環状溝１１４における密封対象流体側（Ｏ）の側面は、いずれも第１傾斜面１１０Ｘに対して傾斜した面で構成されており、第１傾斜面１１０Ｘと平行な底面を介することなく大気側（Ａ）の側面に繋がっている。従って、各環状溝の断面形状は、略三角形とな
っている。なお、本実施例においては、各環状溝の大気側（Ａ）の側面は、第１傾斜面１１０Ｘに対して傾斜した面で構成されているが、第１傾斜面１１０Ｘに対して垂直な面で構成してもよい。また、本実施例においては、各環状溝の密封対象流体側（Ｏ）の側面と大気側（Ａ）の側面は湾曲面で繋がるように構成されている。

また、本実施例においては、第１環状溝１１１，第２環状溝１１２，第３環状溝１１３，第４環状溝１１４の溝の深さをいずれも等しくしている。なお、金型加工の観点からは、加工が容易であることから各環状溝における溝の深さを等しくするのが望ましいが、必ずしも深さを等しくする必要はない。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
以上のように、本実施例に係る密封装置１００によれば、第１シールリップ１１０の第１傾斜面１１０Ｘに設けられた複数の環状溝について、これらの両側の側面と第１傾斜面１１０Ｘとの間は湾曲面で構成されている。

従って、軸２００とハウジングとの相対的な移動に伴って、第１シールリップ１１０と軸孔３００の内周表面とが摺動した場合に、当該内周表面上の油をきれいに掻き取ってしまうようなことはなく、潤滑性が維持される。

また、第１シールリップ１１０における各湾曲面の（断面で見た場合の）曲率半径が上記（式１）におけるＲ１ｂ，Ｒ２ｂ，Ｒ３ｂ，Ｒ４ｂ＜Ｒ１ａ，Ｒ２ａ，Ｒ３ａ，Ｒ４ａの関係から、第１シールリップ１１０と軸孔３００の内周表面とが摺動した場合に、密封対象流体である油を密封対象流体側（Ｏ）に戻す機能が発揮され、シール性が向上する。また、上記（式１）におけるＲ０についての他の曲率半径との関係により、油の大気側（Ａ）への掻き出しをより抑制することができる。すなわち、Ｒ０＜Ｒ１ａ，Ｒ２ａ，Ｒ３ａ，Ｒ４ａの関係から、面圧の分布（軸線方向に対する面圧の推移）については、Ｒ１ａ，Ｒ２ａ，Ｒ３ａ，Ｒ４ａの部位の方が、Ｒ０の部位よりも、面圧の変位量（傾き）が小さくなるため、軸２００とハウジングとの相対的な往復移動時におけるＲ０の部位からの油漏れを抑制することができる。

また、上記の通り、各環状溝においては、上記（式２）または（式３）を満たすようにするのが好ましい。これにより、主に、密封対象流体側（Ｏ）のいくつかの環状溝の部位で、密封対象流体である油を密封対象流体側（Ｏ）に戻す機能を発揮させ、他の環状溝の部位では、当該機能をそれ程発揮させないようにして、摺動面全体の潤滑性を保たせることができる。なお、複数の環状溝のうち密封対象流体側（Ｏ）のいくつかの環状溝に関して、環状溝における大気側（Ａ）の側面と第１傾斜面１１０Ｘとの間の湾曲面の曲率半径を小さめに設定し、それ以外の環状溝については大きめに設定すればよく、必ずしも、上記（式２）や（式３）に限定されるものではない。また、例えば、Ｒ１ｂ＜Ｒ２ｂ＜Ｒ３ｂ＜Ｒ４ｂの関係を満たすようにすることもできる。

また、Ｒ１ａ，Ｒ２ａ，Ｒ３ａ，Ｒ４ａについては、極力大きくすることによって、密封対象流体側（Ｏ）から大気側（Ａ）への面圧分布において、面圧の勾配を小さくすることができ、高圧時においても摺動部に油膜を保持し、潤滑性を安定的に維持することができる。

また、本実施例では、密封対象流体側（Ｏ）からの圧力が作用していない状態において、第１環状溝１１１の両側の第１傾斜面の部分１１０Ｘ１，１１０Ｘ２が、軸孔３００の内周表面に密着するように構成されている。これにより、圧力が作用していない状態や圧力が低い状態でも、潤滑性及びシール性が維持される。つまり、上記面圧分布において、面圧を分散でき、かつ圧力が低い状態で、第１シールリップ１１０と軸孔３００の内周表
面とが摺動しても、密封対象流体側（Ｏ）に油を戻す機能を発揮させることができる。

また、本実施例においては、複数の環状溝における密封対象流体側（Ｏ）の側面は、いずれも第１傾斜面１１０Ｘに対して傾斜した面で構成されており、第１傾斜面１１０Ｘと平行な底面を介することなく大気側（Ａ）の側面に繋がっている。従って、高圧時等において、環状溝の溝底面が軸孔３００の内周表面に密着してしまうことを抑制できる。これにより、面圧分布が不安定になってしまうことを抑制できる。また、第１傾斜面と平行な底面を設ける場合に比して、環状溝の溝幅を狭くできるので、環状溝の配置密度を高めることができる。

また、本実施例においては、密封装置１００における第１シールリップ１１０よりも大気側（Ａ）の外周表面は円筒面１３０で構成されている。従って、第１シールリップ１１０よりも大気側（Ａ）に移動した油をスムーズに密封対象流体側（Ｏ）に戻すことができる。

以上のように、本実施例に係る密封装置１００によれば、無圧状態であっても高圧状態であっても、シール性を維持しつつ、油膜を安定的に維持させることができ、摩擦抵抗の低減を図ることができる。従って、比較的高圧環境下で使用される場合や、密封対象流体が潤滑性の悪い（粘度の低い）油のような場合や、密封装置１００の素材として、比較的高度の低いゴム材料が採用される場合であっても、本実施例に係る密封装置１００を好適に用いることができる。また、本実施例に係る密封装置１００の場合には、特許文献１に開示されている技術のように、シールリップがスプリングなどによって摺動側の相手部材に押し付けられることがないため、密封対象流体の圧力が低い場合には軸孔３００の内周表面に対する接触圧力は低いものの、上記の通り、シール性が維持される。なお、本実施例では、軸孔の内周表面に摺動自在に接触するシールリップに対して、複数の環状溝を設ける場合を例にして説明したが、本発明は、軸表面に対して摺動自在に接触するシールリップに対して、複数の環状溝を設ける場合にも適用可能である。

１００ 密封装置
１１０ 第１シールリップ
１１０Ｘ 第１傾斜面
１１０Ｙ 第２傾斜面
１１１ 第１環状溝
１１２ 第２環状溝
１１３ 第３環状溝
１１４ 第４環状溝
１２０ 第２シールリップ
１３０ 円筒面
２００ 軸
３００ 軸孔

Claims (4)

1. 相対的に往復移動する２部材間の環状隙間を密封する密封装置において、
   密封対象流体側かつ前記２部材のうちの一方の部材に向かって伸び、該一方の部材の表面に摺動自在に接触するシールリップを備え、
   該シールリップにおける密封対象流体側とは反対側の第１傾斜面には、密封対象流体側から、その反対側に向かって、それぞれ間隔をあけて複数の環状溝が設けられると共に、
   これらの環状溝における密封対象流体側側面と第１傾斜面との間、及び密封対象流体側とは反対側の側面と第１傾斜面との間は、いずれも湾曲面となっており、かつ前記シールリップの先端の密封対象流体側の第２傾斜面と第１傾斜面との間も湾曲面となるように構成された密封装置であって、
   環状の密封装置における中心軸を通る切断面で見た場合に、
   第１傾斜面と第２傾斜面との間の曲面の曲率半径は、前記複数の環状溝における密封対象流体側とは反対側の側面と第１傾斜面との間の各曲面の曲率半径よりも大きく、前記複数の環状溝における密封対象流体側側面と第１傾斜面との間の各曲面の曲率半径よりも小さいことを特徴とする密封装置。
2. 環状の密封装置における中心軸を通る切断面で見た場合に、
   前記複数の環状溝のうち密封対象流体側のいくつかの環状溝における密封対象流体側とは反対側の側面と第１傾斜面との間の各曲面の曲率半径は、他の環状溝における密封対象流体側とは反対側の側面と第１傾斜面との間の各曲面の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 密封対象流体側からの圧力が作用していない状態において、前記複数の環状溝のうち最も密封対象流体側の環状溝の両側の第１傾斜面の部分が、前記一方の部材の表面に密着するように構成されてい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。
4. 前記複数の環状溝における密封対象流体側側面は、いずれも第１傾斜面に対して傾斜した面で構成されており、第１傾斜面と平行な底面を介することなく密封対象流体側とは反対側の側面に繋がっていることを特徴とする請求項１，２または３に記載の密封装置。

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