JP5168514B2 - オイルシール - Google Patents

Description

本発明は、密封装置の一種であるオイルシールに関するものである。本発明のオイルシールは例えば、自動車関連の分野において用いられ、あるいは汎用機械等の分野において用いられる。

オイルシールにおいては一般に、シールリップの摺動摩耗を抑制すべく低トルク化が求められている。低トルク化の手法としては、シールリップの小断面化などによる緊迫力の低減、材料の変更や表面の改質（例えばフッ素樹脂コーティング）などの低摩擦係数化が検討されているが、更なる低トルク化を実現するため、摺動面における油膜を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することが考えられる。

従来技術としては、図６に示すように、シールリップ５１の密封流体側斜面５２および反密封流体側斜面５３にそれぞれねじ部５４，５５を設け、このねじ部５４，５５の奏するポンピング作用によって密封流体を密封流体側へ押し戻す技術が開発されている（特許文献１参照）。
実開平３−２９７６８号公報

しかしながら、この従来技術によると、ねじ部５４，５５の奏するポンピング作用によって密封流体を密封流体側へ押し戻すことから、密封性能は高められるものの、摺動面における油膜について云えばその厚さは薄くならざるを得ず、よって流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することができない。

また、密封流体側斜面と反密封流体側斜面との間に中間面を設ける技術が下記特許文献２に記載されているが、この先行技術は、中間面に逆ねじ部を設けるものではない。
特開２００３−２５４４３９号公報

本発明は以上の点に鑑みて、上記したように摺動面における油膜を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１によるオイルシールは、軸等の相手部材の周面に摺動自在に密接するシールリップを設け、前記シールリップに密封流体側斜面および反密封流体側斜面を設け、前記反密封流体側斜面に回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏するねじ部を設けてなるオイルシールにおいて、前記密封流体側斜面および反密封流体側斜面の間に中間面を設け、前記中間面に回転時のポンピング作用によって密封流体を吸い込む作用を奏する逆方向のねじ部を設け、前記中間面に設ける逆方向のねじ部は、前記中間面と反密封流体側斜面との境界部に達しないように設けられ、前記ねじ部と境界部との間に全周に亙って相手部材の周面に密接するねじ不存在領域が設定され、前記中間面は、装着状態においてその内径寸法が反密封流体側から密封流体側へかけて拡大する傾斜面状とされていることを特徴とするものである。

更にまた、本発明の請求項２によるオイルシールは、上記した請求項１記載のオイルシールにおいて、前記中間面の傾斜角度θ _２ の大きさは、０＜θ２≦２５度であることを特徴とするものである。

上記構成を備えた本発明のオイルシールにおいては、シールリップの密封流体側斜面および反密封流体側斜面の間に、所定の軸方向幅をもって相手部材の周面に接触する中間面が設けられているために、シールリップは摺動摩耗が抑制されて相手部材への接触状態が安定化し、しかもそのうえで中間面に、回転時のポンピング作用によって密封流体を吸い込む作用を奏する逆方向のねじ部（以下、「逆ねじ部」とも称する）が設けられているために、この逆ねじ部の奏するポンピング作用によって中間面に密封流体が積極的に導入され、中間面に動圧が発生し、油膜が厚く設定される。中間面は、オイルシールの中心軸線に対する傾斜角度が密封流体側斜面よりも小さく設定されている。したがって当該オイルシールによれば、油膜の厚い部分が広い領域に亙って設定されることから、本発明所期の目的どおり、流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することができる。また、中間面に導入される密封流体は、反密封流体側斜面に設けられるねじ部（以下、「正ねじ部」とも称する）の奏するポンピング作用によって押し戻されるので、反密封流体側へ漏洩することはない。

また、中間面における逆ねじ部の反密封流体側にねじ不存在領域を設定することにより、いわゆる静止漏れが発生するのを防止することができる。

尚、上記したように中間面は、オイルシールの中心軸線に対する傾斜角度が密封流体側斜面よりも小さく設定されているので、その態様としては、密封流体側に角度をもつ傾斜面状のもの（その内径寸法が反密封流体側から密封流体側へかけて拡大する傾斜面状とされているもの）となり、この態様には以下の特有の作用効果がある。

すなわち上記態様では、中間面が密封流体側に角度をもつ傾斜面状とされているので、シールリップの摺動が反密封流体側斜面と中間面との間のラインで行なわれ、その一方で、このラインは、反密封流体側斜面に設けた正ねじ部によるポンピング作用と、中間面に設けた逆ねじ部によるポンピング作用とによって密封流体が最も集められる部位である。したがってシールリップの摺動が、密封流体が最も集められる部位で行なわれることから、摺動部の油膜が一層厚くなり、一層の低トルク化が実現される。

本発明の実施例に係るオイルシールの要部断面図 同オイルシールの要部説明図 本発明の他の実施例に係るオイルシールの要部説明図 本発明の他の実施例に係るオイルシールの要部説明図 （Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）とも中間面の傾斜角度の説明図 従来例に係るオイルシールの要部断面図

１ オイルシール
２ 金属環
３ ゴム状弾性体
４ 外周シール部
５ ダストリップ
６ シールリップ
７ 密封流体側斜面
８ 反密封流体側斜面
９ ねじ部
１０ 中間面
１１，１１Ａ，１１Ｂ 逆方向のねじ部（逆ねじ部）
１２，１３ 境界部
１４ ねじ不存在領域

本発明には、以下の実施形態が含まれる。

（１）幾何形状をリップに付与し油膜を厚くすることで低トルク化を実現する。
（２）リップ摺動面内の油膜を厚くして、かつシール性を確保するために、フラットリップ形状のフラット部（中間面）に例えば逆方向のネジを設け、大気側部（反密封流体側斜面）には従来どおりのネジをもつリップ形状とする。
（３）逆ネジにより、漏れ勝手とすることで、摺動面内に動圧が発生し、油膜が厚くなることで、低トルクが期待できる。
（４）リップ形状はフラット形状とすることで、逆ネジ部の接触幅が大きくなり、摺動面の油膜も厚い部分を広くできる。
（５）リップにおけるトータルの漏れを防止するため、フラット部に設ける逆ネジのポンプ力（吸込み力）よりも大気側部に設けるネジのポンプ力（吐出力）のほうを大きく設定する。
（６）フラットリップ部分に逆ネジを付与することで摺動面の油膜を厚くして低トルク化を実現することができるが、ネジ部が摺動幅全体に貫通すると、静止漏れの発生が懸念される。そこで、ネジ部を摺動幅の途中までに留めることで静止漏れの発生を防止し、さらにその非貫通領域が、摺動幅に対して同じ部分に来ないようにすることで、油膜増加効果と静止漏れ防止効果とを両立させることができる。

（７）従来、中間面の角度は、大気側（反密封流体側）に角度をもっており、摺動は、中間面と油側面（密封流体側斜面）の間のラインである。したがって、ネジの作用は、大気側のみと大差なく、摺動部の油膜が薄いため、トルクが高い欠点がある。
（８）そこで、油側面（密封流体側斜面）と大気側面（反密封流体側斜面）の間に装着状態において油側に角度（０度を超え２５度以下、一層好ましくは０．１度以上２０度以下）のある中間面を設け、この中間面に逆ネジを設ける。
（９）リップの摺動は、正ネジのある大気側面（反密封流体側斜面）と逆ネジのある中間面の間になる。油（密封流体）は、大気側正ネジと中間面逆ネジの作用で、摺動ラインに集まり、摺動部の油膜が厚くなり、低トルクとなる。シール性は大気側正ネジのポンプ作用で保たれ、シール性と低トルクが両立される。
（１０）油側面（密封流体側斜面）と大気側面（反密封流体側斜面）の間に装着状態において油側に角度（０度を超え２５度以下、一層好ましくは０．１度以上２０度以下）のある中間面を設け、大気側面に正ネジ、中間面に逆ネジを設ける。ネジの形態は問わない（例えば、正ネジは舟底形、逆ネジは平行形とする）。リップの摺動は、正ネジのある大気側面と逆ネジのある中間面の間のラインになる。油（密封流体）は、大気側正ネジと中間面逆ネジの作用で、摺動ラインに集まり、摺動部の油膜が厚くなり、低トルクとなる。シール性は大気側正ネジのポンプ作用で保たれ、シール性と低トルクが両立される。さらに低トルクであるため、摺動発熱が小さく、油膜が厚いため、摩耗も少なく、長寿命でもある。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係るオイルシール１の要部断面を示しており、当該実施例に係るオイルシール１は以下のように構成されている。

すなわち先ず、金属環２に被着（加硫接着）されたゴム状弾性体３によって外周シール部４およびダストリップ５とともに、軸（相手部材、図示せず）の周面に摺動自在に密接するシールリップ６が設けられており、このシールリップ６の先端摺動部に密封流体側斜面７および反密封流体側斜面８が設けられ、後者の反密封流体側斜面８に、回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏するねじ部（正ねじ部）９が設けられている。ねじ部９は、円周上多数設けられた螺旋状の突起群よりなり、図では特にその形状が舟底状のものが描かれている。ねじ山の高さ寸法は実寸で１８０〜２４０μｍ程度とされる。

また、密封流体側斜面７および反密封流体側斜面８の間に、所定の軸方向幅Ｌに亙って軸の周面に面接触する円筒状の中間面（フラット面）１０が設けられており、この中間面１０に、回転時のポンピング作用によって密封流体を吸い込む作用を奏する逆方向のねじ部（逆ねじ部）１１が設けられている。逆ねじ部１１は、円周上多数設けられた螺旋状の突起群よりなり、図ではその太さが細いために１本の線にて描かれている。ねじ山の高さ寸法は実寸で２０〜３５μｍ程度とされる。また中間面１０の軸方向幅Ｌは実寸で０．５ｍｍ（０．１〜１．０ｍｍ）程度とされる。

螺旋の向きについて、ねじ部９は、その反密封流体側端部から密封流体側端部へかけて軸回転方向（図２の矢印参照）の前方へ向けて傾斜する向きに設定されており、逆ねじ部１１は反対に、その反密封流体側端部から密封流体側端部へかけて軸回転方向の後方へ向けて傾斜する向きに設定されている。

上記構成のオイルシール１においては、シールリップ６の密封流体側斜面７および反密封流体側斜面８の間に、所定の軸方向Ｌをもって軸の周面に面接触する中間面１０が設けられているために、シールリップ６は摺動摩耗が抑制されて軸への接触状態が安定化する。そしてそのうえで、中間面１０に、軸回転時のポンピング作用によって密封流体を吸い込む作用を奏する逆ねじ部１１が設けられているために、この逆ねじ部１１の奏するポンピング作用によって中間面１０に密封流体が積極的に導入され、中間面１０に動圧が発生し、油膜が厚く設定される。したがって、油膜の厚い部分が広い領域に亙って設定されることから、流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することができる。尚、中間面１０に導入される密封流体は、反密封流体側斜面８に設けられるねじ部９の奏するポンピング作用によって押し戻されるので、反密封流体側へ漏洩することはなく、このシール作用を全うするため、ねじ部９のポンピング力は逆ねじ部１１のポンピング力よりも大きく設定されている。

上記実施例に係るオイルシール１は、その構成を以下のように付加・変更することが考えられる。

上記実施例では、逆ねじ部１１は、図２に拡大して示すように円周上多数設けられた螺旋状の突起よりなるが、これに代えて図３に示すように、逆ねじ部１１を円周上多数設けられた螺旋状の溝（凹み）によって構成する。逆ねじ部１１は溝であっても突起の場合と同様にポンピング作用を発揮することができる。また溝であれば溝内に密封流体（油）が保持されることから、密封流体の供給が少ない場合でも摺動面の潤滑を確保することができ、このような貧潤滑時でもシールの摩擦損失を低減することができる効果がある。

また、上記実施例では、逆ねじ部１１は、図２に拡大して示すように中間面１０と密封流体側斜面７との境界部１２から中間面１０と反密封流体側斜面８との境界部１３にまで達するように設けられているが、これに代えて図３に示すように、逆ねじ部１１を中間面１０と反密封流体側斜面８との境界部１３に達しないように設けて、逆ねじ部１１と境界部１３との間に全周に亙って軸の周面に密接する帯状のねじ不存在領域１４を設定する。このように全周に亙るねじ不存在領域１４を設定すると、このねじ不存在領域１４がシールダムとして作用することから、軸回転の停止時おけるいわゆる静止漏れが発生するのを防止することができる効果がある。

更にまた、図４に示すように、中間面１０と反密封流体側斜面８との境界部１３に達しないように設けられた逆ねじ部１１Ａと、中間面１０と密封流体側斜面７との境界部１２に達しないように設けられた逆ねじ部１１Ｂとを円周上交互に設けることにする。このようにねじ不存在領域１４を円周上交互に設定すると、油膜を厚くする作用と静止漏れを防止する作用とを両立させることができることから、低トルクで密封性に優れたオイルシールを提供することができる効果がある。尚、前者の逆ねじ部１１Ａは中間面１０と密封流体側斜面７との境界部１２には達しており、後者の逆ねじ部１１Ｂは中間面１０と反密封流体側斜面８との境界部１３には達している。

尚、上記中間面１０は、環状体であるオイルシール１の中心軸線（図示せず）に対して平行とされ、あるいはオイルシール１の中心軸線に対する傾斜角度が密封流体側斜面７および反密封流体側斜面８よりも小さく設定されたものである。したがって、上記中間面１０の態様としては、装着状態（軸挿入時）において、
（１）図５（Ａ）に示すように、オイルシール１の中心軸線に対して平行な円筒面状のもの、
（２）図５（Ｂ）に示すように、反密封流体側Ｅに角度θ_１をもつ傾斜面状（円錐面状）のもの（内径寸法が密封流体側Ｄから反密封流体側Ｅへかけて拡大するもの）、
（３）図５（Ｃ）に示すように、密封流体側Ｄに角度θ_２をもつ傾斜面状（円錐面状）のもの（内径寸法が反密封流体側Ｅから密封流体側Ｄへかけて拡大するもの）
の３種類がある。

このうち（３）には、以下の作用効果がある。

すなわち上記（３）では、中間面１０が密封流体側Ｄに角度θ_２をもつ傾斜面状とされているので、シールリップ６の摺動が反密封流体側斜面８と中間面１０との間のライン（境界部１３）で行なわれることになり、その一方で、このラインは、反密封流体側斜面８に設けたねじ部９によるポンピング作用と、中間面１０に設けた逆ねじ部１１によるポンピング作用とによって密封流体が最も集められる部位でもある。したがってシールリップ６の摺動が、密封流体が最も集められる部位で行なわれることから、（１）（２）と比較して摺動部の油膜が一層厚くなり、一層の低トルク化が実現される。

装着状態における密封流体側Ｄへの中間面１０の傾斜角度θ_２の大きさとしては、０＜θ_２≦２５度が好適であり、０．１≦θ_２≦２０度が一層好適である。

また、因みに、装着状態における反密封流体側Ｅへの中間面１０の傾斜角度θ_１の大きさとしては、これも０＜θ_１≦２５度が好適であり、密封流体側斜面７の傾斜角度の大きさは５０±１０度、反密封流体側斜面８の傾斜角度の大きさは２０±１０度が好適である。

Claims (2)

1. 軸等の相手部材の周面に摺動自在に密接するシールリップを設け、前記シールリップに密封流体側斜面および反密封流体側斜面を設け、前記反密封流体側斜面に回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏するねじ部を設けてなるオイルシールにおいて、
   前記密封流体側斜面および反密封流体側斜面の間に中間面を設け、前記中間面に回転時のポンピング作用によって密封流体を吸い込む作用を奏する逆方向のねじ部を設け、
   前記中間面に設ける逆方向のねじ部は、前記中間面と反密封流体側斜面との境界部に達しないように設けられ、前記ねじ部と境界部との間に全周に亙って相手部材の周面に密接するねじ不存在領域が設定され、
   前記中間面は、装着状態においてその内径寸法が反密封流体側から密封流体側へかけて拡大する傾斜面状とされていることを特徴とするオイルシール。
2. 請求項１記載のオイルシールにおいて、
   前記中間面の傾斜角度θ _２ の大きさは、０＜θ２≦２５度であることを特徴とするオイルシール。

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