JP5392436B2

JP5392436B2 - 密封装置

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Publication number: JP5392436B2
Application number: JP2013504667A
Authority: JP
Inventors: 浩二渡部
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: EP2685140A4; US8844937B2; EP2685140B1; US20130334775A1; WO2012124534A1; JPWO2012124534A1; CN103403413A; EP2685140A1; CN103403413B

Description

本発明は密封装置に関し、詳しくは、円周状にカット部を有し、カット部のクリープによって周長が短くなっても圧力負荷時に吹き抜けが発生することのない密封装置に関する。

例えば自動車用のＡＴ、ＣＶＴ等の回転用のシール等のように、相対往復動、相対回転動又は相対回転往復動を行う相対摺動部品間からの流体の漏洩を防止するための密封装置として、図７に示すような樹脂製の環状体からなるシールリング１００が主として用いられてきた（特許文献１）。

このようなシールリング１００は、図７（ａ）に示すように、相対摺動部品の一方の摺動部品（軸）の外周面に形成された環状溝２００内に装着され、その外周面が相手摺動部品（ハウジング）２０１に対して密着するように使用される。流体圧Ｐがかかると、シールリング１００は環状溝２００内の低圧側（図中右側）の側壁面２０２に押圧され、相手摺動部品２０１との摺動面となる密着部Ｓ１及び環状溝２００の側壁面２０２との密着部Ｓ２の二面において密着し、シール機能を発揮するようになっている。

このようなシールリング１００は、樹脂材料によって形成されており、環状溝２００内への装着作業性を考慮して、図８に示すように、その円周上の１箇所において、リング形状が完全に切断された構造のカット部１０１を有している。

このような従来のシールリング１００を高温環境下で長期間使用すると、環状溝２００内でシールリング１００が周長方向に熱膨張し、カット部１０１の互いの端面１０１ａ、１０１ｂ同士が突き当たってクリープを起こし、再度低温に戻った際にシールリング１００の周長が短くなってしまう現象が見られた。

シールリング１００の周長が短くなってしまうと、シールリング１００が縮径されてしまうことにより、図７（ｂ）に示すように、シールリング１００と相手摺動部品２０１との間に隙間２０３が形成されてしまい、低温環境下での流体圧Ｐの負荷時に、流体が隙間２０３を通過する吹き抜けが発生する問題があった。

このような問題に対し、図９に示すように、シールリング１００にゴム状弾性体１０２を組み合わせた組合せシールとし、ゴム状弾性体１０２を環状溝２００の溝底２０４側に配置し、且つ、該ゴム状弾性体１０２が所定のつぶし代を形成するように装着する密封装置を用いることが考えられる（特許文献２）。

このような密封装置によれば、常時、シールリング１００と相手摺動部品２０１との密着部Ｓ１、シールリング１００と環状溝２００の側壁面２０２との密着部Ｓ２及びゴム状弾性体１０２と環状溝２００の溝底２０４との密着部Ｓ３の三面において密着するため、シールリング１００の周長がクリープによって短縮されたとしても、ゴム状弾性体１０２の弾性力によってシールリング１００を相手摺動部品２０１側に常時密着させるので、流体の吹き抜けを発生させるような隙間を形成させることはない。

特開２００９−２５７４３９号公報特開２００９−１２１５３６号公報

しかしながら、このような組合せシールからなる密封装置では、常に三面の密着部Ｓ１、Ｓ２及びＳ３で相手摺動部品に対して密着するため、作動時の摺動抵抗が大きくなってしまう問題があった。このような摺動抵抗の増大化は、密封装置が特に自動車部品の駆動系に適用される場合、燃費性能を低下させてしまう大きな問題となる。しかも、別途のゴム状弾性体を装着する必要があり、装着作業も煩雑化する問題がある。

そこで、本発明は、カット部に熱膨張によるクリープが発生して周長が短縮されても、簡易な構成で流体圧負荷時のシール性を維持することができる密封装置を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

１．軸孔を有するハウジングと、該軸孔に挿入されると共に該ハウジングと相対摺動移動を行う軸との間の環状隙間を流体から密封するべく、前記軸の外周面に形成された環状溝に装着される樹脂製の環状体からなり、該環状体の円周上にカット部を有する密封装置であって、
前記ハウジングと摺動する摺動面を外周面側に有するシールリング部と、前記シールリング部の内周面側に設けられ、先端が前記環状溝の溝底側に配置されるリップ部とを有してなり、
前記リップ部は、流体圧の負荷時に、該流体圧によって、先端が前記環状溝の溝底と接触して前記シールリング部と前記環状溝の溝底との間の距離を拡大する方向に変形可能に設けられていることを特徴とする密封装置。

２．前記シールリング部と前記リップ部との間に溝部を有し、該溝部は、前記流体圧の流入側のみに開放するように形成されていることを特徴とする前記１記載の密封装置。

３．前記シールリング部と前記リップ部との間に溝部を有し、該溝部は、前記流体圧の流入側と流出側の双方にそれぞれ開放するように形成されていることを特徴とする前記１記載の密封装置。

４．前記リップ部は、前記シールリング部と一体に成形されていることを特徴とする前記１、２又は３記載の密封装置。

５．前記リップ部は、前記シールリング部と別体に形成され、該シールリング部の内周面側に接着されていることを特徴とする前記１、２又は３記載の密封装置。

６．前記リップ部は、前記シールリング部の全周に亘って設けられていることを特徴とする前記１〜５のいずれかに記載の密封装置。

７．前記リップ部は、前記シールリング部の周方向に部分的に設けられていることを特徴とする前記１〜５のいずれかに記載の密封装置。

本発明によれば、カット部に熱膨張によるクリープが発生して周長が短縮されても、簡易な構成で流体圧負荷時のシール性を維持することができる密封装置を提供することができる。

クリープ発生前の本発明に係る密封装置の一例を示す断面図クリープ発生後の本発明に係る密封装置の一例を示す断面図本発明に係る密封装置の他の例を示す断面図本発明に係る密封装置の更に他の例を示す断面図本発明に係る密封装置の更に他の例を示す断面図リップ部をシールリング部の周方向に部分的に設けた密封装置の正面図従来のシールリングからなる密封装置を示す断面図（ａ）は従来のシールリングからなる密封装置を一部切欠して示す側面図、（ｂ）はその正面図従来の組合せシールからなる密封装置を示す断面図

本発明に係る密封装置は、軸孔を有するハウジングと、該軸孔に挿入されると共に該ハウジングと相対摺動移動を行う軸との間の環状隙間を流体から密封するべく、軸の外周面に形成された環状溝に装着される樹脂製の環状体からなり、その環状体の円周上にカット部を有している。

環状体は、ハウジングと摺動する摺動面を外周面に有するシールリング部と、シールリング部の内周面側に設けられ、先端が環状溝の溝底側に配置されるリップ部とを有している。このリップ部は、流体圧の負荷時に、該流体圧によって、先端が環状溝の溝底と接触してシールリング部と環状溝の溝底との間の距離を拡大する方向に変形可能に設けられる。

すなわち、流体圧の負荷時、シールリング部は環状溝内の低圧側の側壁面に押圧されて密着すると共に、この流体圧の負荷によって、リップ部の先端が環状溝の溝底と接触してシールリング部と環状溝の溝底との間の距離を拡大するように変形する。これに伴ってシールリング部は、外周面がハウジングに対して密着するように拡径される。

このため、カット部がクリープすることによってシールリング部の周長が短くなっても、流体圧の負荷によってリップ部がシールリング部を拡径することで、吹き抜けの原因となるシールリング部とハウジングとの間の隙間をなくすように機能し、シール性を維持する。

このリップ部の先端は、流体圧の負荷時に変形して環状溝の溝底に接触すればよく、常時密着している必要はない。このため、従来のシールリングのみからなる密封装置に比べて摺動抵抗が増大化することはない。

また、本発明に係る密封装置は、シールリング部とリップ部とが一体となって環状体を構成しているため、複数部材で構成される組合せシールに比べて構造が簡素であり、環状溝への装着作業が煩雑化することもない。

シールリング部とリップ部との間に形成される溝部は、流体圧の流入側のみに開放するように形成されてもよいし、流体圧の流入側と流出側の双方にそれぞれ開放するように形成されてもよい。前者の態様によれば、溝部を大きく形成できるので、リップ部の変形量を大きく確保することができる。また、後者の態様によれば、密封装置を流体圧の作用方向を問わずに装着することができ、作業性を向上できる。

リップ部は、シールリング部と一体に成形されてもよいし、シールリング部と別体に形成され、該シールリング部の内周面側に接着されてもよい。いずれもシールリング部とリップ部とを一体化（一部品化）することができるが、前者の態様によれば、一体成形によりリップ部を有する密封装置を容易に得ることができる。また、後者の態様によれば、リップ部をシールリング部とは別の最適な材質を用いて形成することができる。

リップ部は、シールリング部の全周に亘って設けられてもよいし、シールリング部の周方向に部分的に設けられてもよい。前者の態様によれば、シールリング部の全周においてリップ部の変形による拡径作用を及ぼすことができるので、流体圧負荷時にリップ部の変形の応答性が良く、流体圧負荷直後から確実な密封を図ることができる。また、後者の態様によれば、リップ部と環状溝の溝底との接触領域を少なくできるので、作動時の摺動抵抗の増加を抑えることができる。

本発明においてカット部の形状は特に限定されないが、例えばステップカットのように、シールリング部の周方向に対して対面する切断端面を持つカット部形状の場合、シールリング部の周長方向の熱膨張によって切断端面同士が突き当たり、クリープが発生し易いため、本発明に係る密封装置とすることによって顕著な効果が得られる。

次に、本発明の具体的な実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１、図２は、本発明に係る密封装置の一例を示す断面図である。図中、１は密封装置であり、相対往復動、相対回転動又は相対回転往復動をすることによって互いに摺動する摺動部品２０と３０との間に形成される環状隙間４０を密封するべく、一方の摺動部品３０に形成された環状溝３１内に装着されている。ここでは摺動部品２０が軸孔を有するハウジング、摺動部品３０が軸であり、摺動部品３０が摺動部品２０の軸孔に挿入されることで、両者間に環状隙間４０が形成されている。環状溝３１は摺動部品３０の外周面に凹設されている。

なお、本明細書で説明する全ての密封装置の態様において、流体圧は図中左側から右側に向けて作用するものとする。

密封装置１において、１１はシールリング部、１２はリップ部である。シールリング部１１においてリップ部１２と反対側の面が外周面１１ａであり、摺動部品２０との摺動面とされる。

シールリング部１１は、流体圧を密封するためのシールリングとして使用可能な樹脂によって形成することができ、例えばポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリアミド（ナイロン）等の樹脂によって形成することができる。

シールリング部１１には、図８と同様にして、その円周上の１箇所においてリング形状が完全に切断された構造の例えばステップカットからなるカット部（図示せず）が形成されている。

リップ部１２は、シールリング部１１と同じ樹脂によって、シールリング部１１の内周面１１ｂ側の全周に亘って一体成形されており、シールリング部１１の軸方向の図示右側（流体圧の流出側）から環状溝３１の溝底３１ａに向けて傾斜状に延びている。これにより、シールリング部１１とリップ部１２との間に、シールリング部１１の軸方向の一方向のみに向けて開放する横向きＶ字状の溝部１３が形成されている。密封装置１は、この溝部１３が流体圧の流入側（図示左側）に向けて開放するように位置決めされて環状溝３１内に装着される。

リップ部１２は、シールリング部１１との接続部１２ａを中心にして、先端１２ｂ側が溝底３１ａ側に向けて屈曲変形可能となっている。

図１は、シールリング部１１に周長方向の熱膨張によるカット部切断端面のクリープが未だ発生していない状態を示している。密封装置１は、シールリング部１１の外周面１１ａが摺動部品２０に対して密着するように所定のしめ代を有して環状溝３１内に装着されると共に、図１（ａ）に示す流体圧Ｐの無負荷時において、リップ部１２の先端１２ｂが環状溝３１の溝底３１ａに接触しない程度のクリアランスＣ１が形成されるように、リップ部１２の傾斜が設定されている。従って、密封装置１は、シールリング部１１のしめ代のみによって環状溝３１内に装着されている。

この状態から流体圧Ｐが負荷すると、図１（ｂ）に示すように、環状隙間４０から環状溝３１内に流入した流体圧Ｐは、シールリング部１１とリップ部１２との間の溝部１３内にも作用する。これにより、リップ部１２は、接続部１２ａを支点として先端１２ｂが溝底３１ａに接触するように屈曲変形する。これに伴ってリップ部１２の先端１２ｂと溝底３１ａとの間のクリアランスＣ１はなくなる。

リップ部１２は、流体圧Ｐの負荷時の屈曲変形によって先端１２ｂが溝底３１ａに接触した後、シールリング部１１に対して、該シールリング部１１を拡径させ、その外周面１１ａを摺動部品２０に押し付ける方向の力を作用させるため、環状隙間４０を確実に密封することができる。

図２は、図１の密封装置１において、高温環境下での長期使用によってシールリング部１１に周長方向の熱膨張によってカット部切断端面のクリープが発生した状態を示している。

シールリング部１１は、クリープの発生によって周長が短くなることで、低温状態に戻った際に縮径され、図２（ａ）に示す流体圧Ｐの無負荷時において、摺動部品２０とシールリング部１１の外周面１１ａとの間にクリアランスＣ２が形成されている。従来は、このクリアランスＣ２によって、低温環境下での流体圧Ｐの負荷時に吹き抜けが発生していた。

しかし、この密封装置１では、この状態から流体圧Ｐが負荷すると、図２（ｂ）に示すように、環状隙間４０から環状溝３１内に流入した流体圧Ｐは、シールリング部１１とリップ部１２との間の溝部１３内にも作用する。これによりリップ部１２は、接続部１２ａを支点として先端１２ｂが溝底３１ａに接触するように屈曲変形する。

このときシールリング部１１の外周面１１ａ側にクリアランスＣ２が形成されているため、リップ部１２は流体圧Ｐによって溝部１３を広げるように屈曲変形するのに伴い、シールリンク部１１と環状溝３１の溝底３１ａとの間の距離Ｄを拡大していく。このリップ部１２の屈曲変形によってシールリング部１１は拡径され、その外周面１１ａが摺動部品２０と密着する。これによりクリアランスＣ２はなくなり、環状隙間４０に漏れ流路が形成されないように摺動部品２０、３０間を密封してシール性を維持する。

本発明においてリップ部１２は、図１、図２に示す形状に限定されず、流体圧Ｐの負荷時に環状溝３１の溝底３１ａに向けて屈曲変形することにより、シールリング部１１を拡径するように機能するものであればよい。例えば図３〜図５に例示するように様々な形状とすることができる。なお、図３〜図５では摺動部品２０、３０は図示省略するが、各密封装置１は、図１、図２と同様に環状溝３１内に装着した状態での断面を示している。

図３は、リップ部１２が、シールリング部１１の内周面１１ｂにおける軸方向の図示右側の端部から環状溝３１の溝底３１ａ（リング中心方向）に向けて突出するフランジ部１１ｃの下端から、シールリング部１１の軸方向の図示左側且つ溝底３１ａに向けて傾斜状に延びている。

このリップ部１２は、フランジ部１１ｃとの接続部１２ａが他部位よりも薄肉状に形成された屈曲変形部１２１とされ、流体圧Ｐが負荷した際、この屈曲変形部１２１よりも先端１２ｂ側が環状溝３１の溝底３１ａに向けて屈曲変形する。

図４は、シールリング部１１の内周面１１ｂ側に、２つのリップ部１２Ａ、１２Ｂを設けた例である。

リップ部１２Ａ、１２Ｂの一端は、シールリング部１１の軸方向の中央部に一体に接続され、先端側が軸方向の相反する方向に向けて傾斜状に延びている。これにより、密封装置１は軸方向の中央線Ｏを境にして対称形状に形成されている。シールリング部１１とリップ部１２Ａ、１２Ｂとの間には２つの溝部１３Ａ、１３Ｂが形成されており、該溝部１３Ａ、１３Ｂは相反する方向に開放してする。すなわち、溝部１３Ａ、１３Ｂは流体圧Ｐの流入側（図示左側）と流出側（図示右側）の双方にそれぞれ開放している。

この密封装置１は、リップ部１２Ａ及び溝部１３Ａが流体圧Ｐの流入側に位置するように環状溝３１内に装着される場合、流体圧Ｐの負荷時に、リップ部１２Ａが屈曲変形して環状溝３１の溝底３１ａと接触し、シールリング部１１と環状溝３１の溝底３１ａとの間の距離を拡大する方向に変形する。また、リップ部１２Ｂ及び溝部１３Ｂが流体圧Ｐの流入側に位置するように環状溝３１内に装着される場合、流体圧Ｐの負荷時に、リップ部１２Ｂが屈曲変形して環状溝３１の溝底３１ａと接触し、シールリング部１１と環状溝３１の溝底３１ａとの間の距離を拡大する方向に変形する。従って、この密封装置１は、流体圧Ｐの作用方向と無関係に環状溝３１内に装着でき、装着作業性が良好となる。

このように２つの対称なリップ部１２Ａ、１２Ｂの形状は、図３に示すリップ部形状であってもよい。

図５は、リップ部１２をシールリング部１１と別体に形成し、シールリング部１１の内周面１１ｂ側に接着して一体化した例である。

このリップ部１２は、ゴム状弾性体によって横向きＶ字状に形成され、シールリング部１１の内周面１１ｂに一体に接着される。これにより、リップ部１２の先端１２ｂは、シールリング部１１の内周面１１ｂから環状溝３１の溝底３１ａに向けて傾斜状に延び、流体圧Ｐの負荷時に溝底３１ａと接触するように機能する。

このようなリップ部１２は、シールリング部１１とは別の最適な材質を用いることができると共に、接着によってリップ部１２をシールリング部１１と一体化（一部品化）することができるため、環状溝３１内への装着も一部品として扱えるために容易である。

このようにリップ部１２をシールリング部１１と別体に形成する場合も、リップ部形状は図３に示すリップ部形状であってもよいし、また、図４に示すように２つのリップ部１２Ａ、１２Ｂを有するものであってもよい。

以上の説明では、リップ部１２はシールリング部１１の全周に亘って形成されるものとしたが、リップ部１２はシールリング部１１の周方向に部分的に設けてもよい。

図６は、リップ部１２をシールリング部１１の周方向に部分的に設けた例を示す正面図である。図中、１４はカット部である。

ここでは図１、図２に示した形状の３つのリップ部１２を、シールリング部１１の内周面１１ｂに１２０°の角度で等間隔に離間させて配置した態様を示しているが、リップ部１２の形状、数及び配置は適宜変更でき、特に限定されない。

このようにリップ部１２をシールリング部１１の周方向に部分的に設けることで、リップ部１２と環状溝３１の溝底３１ａとの接触領域を少なくでき、それだけ作動時の摺動抵抗の増加を抑えることができる。

１：密封装置
１１：シールリング部
１１ａ：外周面
１１ｂ：内周面
１１ｃ：フランジ部
１２、１２Ａ、１２Ｂ：リップ部
１２ａ：接続部
１２ｂ：先端
１２１：屈曲変形部
１３、１３Ａ、１３Ｂ：溝部
１４：カット部
２０：摺動部品（ハウジング）
３０：摺動部品（軸）
３１：環状溝
３１ａ：溝底
４０：環状隙間

Claims

軸孔を有するハウジングと、該軸孔に挿入されると共に該ハウジングと相対摺動移動を行う軸との間の環状隙間を流体から密封するべく、前記軸の外周面に形成された環状溝に装着される樹脂製の環状体からなり、該環状体の円周上にカット部を有する密封装置であって、
前記ハウジングと摺動する摺動面を外周面側に有するシールリング部と、前記シールリング部の内周面側に設けられ、先端が前記環状溝の溝底側に配置されるリップ部とを有してなり、
前記リップ部は、流体圧の無負荷時に、先端が前記環状溝の溝底に接触せず、流体圧の負荷時に、該流体圧によって、先端が前記環状溝の溝底と接触して前記シールリング部と前記環状溝の溝底との間の距離を拡大する方向に変形可能に設けられていることを特徴とする密封装置。
前記シールリング部と前記リップ部との間に溝部を有し、該溝部は、前記流体圧の流入側のみに開放するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の密封装置。
前記シールリング部と前記リップ部との間に溝部を有し、該溝部は、前記流体圧の流入側と流出側の双方にそれぞれ開放するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の密封装置。
前記リップ部は、前記シールリング部と一体に成形されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の密封装置。
前記リップ部は、前記シールリング部と別体に形成され、該シールリング部の内周面側に接着されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の密封装置。
前記リップ部は、前記シールリング部の全周に亘って設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の密封装置。
前記リップ部は、前記シールリング部の周方向に部分的に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の密封装置。