JP5741812B2

JP5741812B2 - 密封装置

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Publication number: JP5741812B2
Application number: JP2011038183A
Authority: JP
Inventors: 秀之古山
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: JP2012172821A

Description

本発明は、自動車や一般機械、産業機械等における回転体の外周を、シールリップによって密封する密封装置であって、特に、シールリップにねじポンプ作用による密封性を得るためのねじ突条を形成したものに関する。

図７は、シールリップにねじポンプ作用による密封性を得るためのねじ突条を形成した従来の技術による密封装置の一例を示す片側断面図、図８は、従来の技術におけるシールリップの装着状態の部分拡大断面図及びシールリップの密接領域の一部を示す展開図である。

図７に示す密封装置１００は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されたシールリップ１１０を備えており、このシールリップ１１０の内周面に、最も小径のリップエッジ部１１１を境にして、密封空間（機内）Ａ側へ向けて大径になる密封空間側円錐面１１２と、反密封空間（大気）Ｂ側へ向けて大径になる反密封空間側円錐面１１３が形成され、反密封空間側円錐面１１３には、円周方向に対して所定の傾斜角度をなして延びる多数のねじ突条１１４が形成されている。各ねじ突条１１４は、高さ及び幅が長さ方向中間部で最大になるように漸次変化する舟底形をなし、先端がリップエッジ部１１１と連続又は近接している。また、シールリップ１１０の外周部には、緊迫力を補償するためのガータスプリング１２０が装着されている。

この密封装置１００は、図８に示す装着状態では、回転軸２００の外周面に対するリップエッジ部１１１の密接領域（リップライン）Ｓ_１が円周方向へ連続して形成され、すなわちシールリップ１１０におけるリップエッジ部１１１の全周が、回転軸２００の外周面と摺動可能に密接されることによって、密封空間Ａの密封対象流体（例えば油）が軸周から反密封空間Ｂ側へ漏洩するのを阻止するものである。特に、ねじ突条１１４，１１４，…が回転軸２００の回転に伴ってねじポンプ作用を惹起し、すなわち軸周を反密封空間Ｂ側へ漏れ出そうとする密封対象流体を密封空間Ａ側へ押し戻す作用を奏するため、優れた密封性能を発揮する（例えば下記の先行技術文献参照）。

特開平１０−１９１３６号公報特開２０１０−６００８９号公報

ここで、従来の密封装置１００によれば、図８に示すように、ねじ突条１１４，１１４，…の先端がリップエッジ部１１１と連続又は近接しているため、回転軸２００の外周面に対するねじ突条１１４，１１４，…の密接領域Ｓ_２が、リップエッジ部１１１の密接領域Ｓ_１と連続して形成される。

ところが、各突条１１４の先端部がつぶされた状態で回転軸２００の外周面と密接されることにより生じる反力は、回転軸２００の外周面に対するリップエッジ部１１１の密接力を減少させるように作用するため、実際にはリップエッジ部１１１の密接領域Ｓ_１はねじ突条１１４の密接領域Ｓ_２との交点部Ｐで円周方向に不連続となりやすい。このため、リップエッジ部１１１と回転軸２００の外周面との間に部分的に微小間隙を生じて、ここから反密封空間Ｂ側への漏れを発生するおそれがあった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、シールリップにねじ突条を有する密封装置において、ねじ突条によってシールリップのリップエッジ部が回転体の外周面から浮き上がって隙間漏れが生じるのを防止することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る密封装置は、密封空間側を向いて延びるシールリップを備え、このシールリップの内周面に、回転体の外周面と摺動可能に密接されるリップエッジ部と、このリップエッジ部から反密封空間側へ向けて大径になる反密封空間側円錐面が形成され、前記反密封空間側円錐面に、前記回転体が一定方向へ回転することによって密封空間側へ向けてねじポンプ作用を生じるねじ突条が形成され、このねじ突条は、先端が前記回転体に対する前記リップエッジ部の密接領域より反密封空間側へ離れた位置で前記回転体と密接され、幅が長さ方向中間部で最も大きくなるように漸次変化する舟底形の突条であって、先端が前記リップエッジ部より反密封空間側へ離れた位置で前記舟底形の突条を切り欠いた形状であり、前記ねじ突条の幅方向両側の湾曲した輪郭線を前記先端から延長した仮想延長線の交点が、前記リップエッジ部より密封空間側に位置することを特徴とするものである。

また、請求項２の発明に係る密封装置は、請求項１に記載の構成において、リップエッジ部から密封空間側へ向けて大径になる密封空間側円錐面が形成され、この密封空間側円錐面に、回転体が一定方向へ回転することによって反密封空間側へ向けてねじポンプ作用を生じる逆ねじ突条が形成され、この逆ねじ突条の先端が、前記回転体に対するリップエッジ部の密接領域より密封空間側へ離れた位置で前記回転体と密接されることを特徴とするものである。

請求項１の発明に係る密封装置によれば、ねじ突条の先端が、回転体に対するリップエッジ部の密接領域から離れた位置で回転体と密接されるため、ねじ突条によってシールリップのリップエッジ部が回転体の外周面から浮き上がって隙間漏れが生じるのを有効に防止することができる。

請求項２の発明に係る密封装置によれば、請求項１による効果に加え、優れた密封性の確保と、液体潤滑による摺動トルクの低減を両立することができる。

本発明に係る密封装置の第一の形態を、軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。第一の形態におけるシールリップの部分拡大断面図及びこのシールリップの内周面の一部を示す展開図である。第一の形態におけるシールリップの装着状態の部分拡大断面図及びシールリップの密接領域の一部を示す展開図である。本発明に係る密封装置の第二の形態を、軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。第二の形態におけるシールリップの部分拡大断面図及びこのシールリップの内周面の一部を示す展開図である。第二の形態におけるシールリップの装着状態の部分拡大断面図及びシールリップの密接領域の一部を示す展開図である。従来の技術による密封装置の一例を、軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。従来の技術におけるシールリップの装着状態の部分拡大断面図及びシールリップの密接領域の一部を示す展開図である。

以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、本発明に係る密封装置の第一の形態を、軸心を通る平面で切断して示す片側断面図、図２は、第一の形態におけるシールリップの部分拡大断面図及びこのシールリップの内周面の一部を示す展開図、図３は、第一の形態におけるシールリップの装着状態の部分拡大断面図及びシールリップの密接領域の一部を示す展開図である。

図１に示される密封装置は、金属製の補強環１に、シールリップ２、ダストリップ３及び固定シール部４が一体的に設けられたものである。シールリップ２、ダストリップ３及びその外周側の固定シール部４は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるものであって、互いに連続している。また、シールリップ２の先端近傍の外周面にはガータスプリング５が装着されている。

補強環１は鋼板などを打ち抜きプレス成形することにより製作されたものであって、外径筒部１１と、装着状態において反密封空間Ｂ側となる前記外径筒部１１の端部から内径側へ延びる内向き鍔部１２からなる。

シールリップ２は、補強環１の内向き鍔部１２の内周側の位置から、装着状態において密封空間Ａ側となる方向へ延び、その先端近傍の内周に、図３に示す回転軸２００の外周面と摺動可能に密接される断面山形のリップエッジ部２１と、このリップエッジ部２１を境にして、密封空間Ａ側へ向けて大径になる密封空間側円錐面２２と、反密封空間Ｂ側へ向けて大径になる反密封空間側円錐面２３が形成され、密封空間側円錐面２２が回転軸２００の外周面に対してなす角度は、反密封空間側円錐面２３が回転軸２００の外周面に対してなす角度よりも小さいものとなっている。なお、回転軸２００は、請求項１に記載された回転体に相当する。

シールリップ２における反密封空間側円錐面２３には、先端がリップエッジ部２１の近傍に達する多数のねじ突条２４，２４，…が円周方向所定ピッチで形成されている。このねじ突条２４，２４，…は、図３に示す回転軸２００の回転方向（図２及び図３に示すＲ方向）へ向けて所定の傾斜角度θ_１をなして延びており、すなわち回転軸２００の回転によってその外周面がＲ方向へ移動して行くのに伴い、この回転軸２００の外周面に引きずられて共回りする流体を、密封空間Ａ側へ送り出すねじポンプ作用を生じるものである。

各ねじ突条２４は、図２に明瞭に示すように、反密封空間側円錐面２３からの隆起高さが長さ方向中間部で最も高くなるように漸次変化する舟底形をなし、リップエッジ部２１側を向いた先端部２４ａが、幅及び高さを急激に減少させるように切り欠かれた形状となっている。詳しくは、各ねじ突条２４の先端部２４ａは、リップエッジ部２１より反密封空間Ｂ側へ離れた位置で反密封空間側円錐面２３から隆起しており、ねじ突条２４の峰部２４ｂは、前記先端部２４ａの頂部から反密封空間Ｂ側へ向けて、円筒面に対する傾斜角度αを徐々に増すように、舟底のキール（竜骨）状に湾曲しており、前記先端部２４ａの頂部から峰部２４ｂを延長した場合の仮想延長線は、図２に破線で示すように、リップエッジ部２１より密封空間Ａ側へ達するように延びている。このため、各ねじ突条２４の先端部２４ａの頂部は、リップエッジ部２１より僅かに内径側へ突出している。

また、図３に示す装着状態では、シールリップ２のリップエッジ部２１が回転軸２００の外周面に対して僅かにつぶれた状態で密接するので、その密接領域（リップライン）Ｓ_２１は円周方向へ帯状に連続したものとなる。そしてねじ突条２４は、上述のようにその先端部２４ａがリップエッジ部２１より反密封空間Ｂ側へ離れた位置から立ち上がっているため、前記先端部２４ａ及びその近傍が、回転軸２００の外周面に対して僅かにつぶれた状態で密接することによる密接領域Ｓ_２４は、前記リップエッジ部２１の密接領域Ｓ_２１より反密封空間Ｂ側へ離れた位置に形成されるようになっている。

説明を図１に戻すと、ダストリップ３は、補強環１の内向き鍔部１２の内周側の位置から、シールリップ２と反対側（装着状態において反密封空間Ｂ側となる方向）へ円錐筒状に延び、その先端部３１が図３に示す回転軸２００の外周面と近接対向されるようになっている。また、このダストリップ３の内周面には、ダストリップ３の先端部３１を回転軸２００の外周面から僅かに浮上した状態に支持する複数のリブ３２が、円周方向所定間隔で形成されており、回転軸２００の外周にシールリップ２とダストリップ３により画成される環状空間Ｃが、ねじ突条２４のねじポンプ作用によって負圧になるのを防止するようになっている。

固定シール部４は、シールリップ２及びダストリップ３と連続したゴム状弾性材料が、外径筒部１１の外周側へ廻り込んで形成されたもので、不図示のハウジングの内周面に、径方向に適当に圧縮された状態で密嵌固定されるものである。

ガータスプリング５は、金属製のコイルスプリングを環状に繋げたものであって、シールリップ２における先端近傍の外周面に形成された環状溝２５に嵌着されている。

以上の構成を備える密封装置は、シールリップ２が密封空間Ａ側を向くように不図示のハウジングの内周面に圧入装着されると共に、シールリップ２におけるリップエッジ部２１が、図３に示す回転軸２００の外周面に摺動可能に密接されることによって、密封空間Ａの密封対象油が軸周から反密封空間Ｂ側へ漏洩するのを防止し、ダストリップ３によって、反密封空間Ｂ側のダストが密封空間Ａへ侵入するのを防止するものである。

ここで、回転軸２００の回転によってその外周面が図３のＲ方向へ移動すると、この回転軸２００の外周に存在する流体も、回転軸２００の外周面との接触によってＲ方向へ移動（共回り）するため、シールリップ２におけるリップエッジ部２１の密接領域Ｓ_２１より反密封空間Ｂ側では、反密封空間側円錐面２３に形成されたねじ突条２４，２４，…が、Ｒ方向へ共回りする流体をリップエッジ部２１側へ送り出すねじポンプ作用を惹起する。特に、各ねじ突条２４の先端部２４ａ及びその近傍は回転軸２００の外周面と密接していて、その密接領域Ｓ_２４もＲ方向に対して傾斜しているため、顕著なねじポンプ作用を奏する。一方、シールリップ２の密封空間側円錐面２２が回転軸２００の外周面に対してなす角度βが小さいため、密封空間Ａに存在する密封対象油の一部がリップエッジ部２１の密接領域Ｓ_２１に介入するが、この密封対象油が前記密接領域Ｓ_２１を通過して反密封空間Ｂ側へ漏れようとしても、この油は前記ねじポンプ作用によって密封空間Ａ側へ押し戻されることになり、反密封空間Ｂ側への密封対象油の漏洩が有効に防止されると共に、前記密接領域Ｓ_２１に密封対象油による液体潤滑膜が形成され、良好な潤滑性が確保される。

また、ねじ突条２４の先端部２４ａはリップエッジ部２１より反密封空間Ｂ側へ離れた位置にあって、リップエッジ部２１の密接領域Ｓ_２１から反密封空間Ｂ側へ僅かに離れた位置で回転軸２００の外周面に密接されるため、ねじ突条２４の先端部２４ａ及びその近傍が、回転軸２００の外周面に対して僅かにつぶれた状態で密接することにより生じる反力は、リップエッジ部２１との間の非接触部で有効に絶縁される。したがって、リップエッジ部２１の密接領域Ｓ_２１がねじ突条２４により円周方向に不連続となって、ここから反密封空間Ｂ側への隙間漏れが発生するのを、有効に防止することができる。

なお、ダストリップ３の先端部３１は、複数のリブ３２によって、回転軸２００の外周面から僅かに浮上した状態に支持されるため、回転軸２００の外周にシールリップ２とダストリップ３により画成される環状空間Ｃが、ねじ突条２４のねじポンプ作用によって負圧になることはなく、したがってシールリップ２及びダストリップ３が回転軸２００の外周面にベタ当たりして摺動トルク及び摺動発熱の増大を来すようなことはない。

次に図４は、本発明に係る密封装置の第二の形態を、軸心を通る平面で切断して示す片側断面図、図５は、第二の形態におけるシールリップの部分拡大断面図及びこのシールリップの内周面の一部を示す展開図、図６は、第二の形態におけるシールリップの装着状態の部分拡大断面図及びシールリップの密接領域の一部を示す展開図である。

この第二の形態において、先に説明した第一の形態と異なるところは、シールリップ２における反密封空間側円錐面２３に形成されたねじ突条２４，２４，…のほか、密封空間側円錐面２２に、多数の逆ねじ突条２６，２６，…がねじ突条２４，２４，…と等ピッチで形成されたことにある。

詳しくは、密封空間側円錐面２２に形成された逆ねじ突条２６，２６，…は、図６に示す回転軸２００の回転方向（図５及び図６に示すＲ方向）へ向けてねじ突条２４，２４，…とは逆向きの所定の傾斜角度θ_２をなして延びており、すなわち回転軸２００の回転によってその外周面がＲ方向へ移動して行くのに伴って、この回転軸２００の外周面に引きずられて共回りする流体を、反密封空間Ｂ側へ送り出すねじポンプ作用を生じるものである。そしてこれら逆ねじ突条２６は、その先端部２６ａが、それぞれねじ突条２４の先端部２４ａよりも僅かに回転方向後方、言い換えれば、回転軸２００の外周面に引きずられて共回りする流体の流れの僅かに上流側に位置している。

また、これら逆ねじ突条２６は、図５に明瞭に示すように、幅及び高さがほぼ一定で、反密封空間側円錐面２３に形成されたねじ突条２４よりも十分に小さく、リップエッジ部２１側を向いた先端部２６ａ及びその近傍が、幅及び高さを徐々に減少させる先細り形状となっている。このため、逆ねじ突条２６によるポンプ力よりも、ねじ突条２４によるシール方向のポンプ力のほうが大きく、このためねじ突条２４による良好な密封性が確保されるようになっている。

さらに、これら逆ねじ突条２６の先端部２６ａは、リップエッジ部２１より密封空間Ａ側へ離れた位置で密封空間側円錐面２２から隆起している。このため、図６に示す装着状態では、逆ねじ突条２６の先端部２６ａ及びその近傍が、回転軸２００の外周面に対して僅かにつぶれた状態で密接することによる密接領域Ｓ_２６は、リップエッジ部２１の密接領域Ｓ_２１より密封空間Ａ側へ離れた位置に形成されるようになっている。また、上述のように逆ねじ突条２６はねじ突条２４よりも十分に小さいので、その密接領域Ｓ_２６もねじ突条２４の密接領域Ｓ_２４より小さく形成される。

その他の部分は、先に説明した図１〜図３に示す第一の形態と同様に構成することができる。

以上の構成を備える密封装置は、第一の形態と同様に、シールリップ２における反密封空間側円錐面２３に形成されたねじ突条２４，２４，…による効果に加え、密封空間側円錐面２２に逆ねじ突条２６，２６，…が形成されているため、これらねじ突条２４と逆ねじ突条２６のねじポンプ作用の協働によって、リップエッジ部２１の密接領域Ｓ２１に密封対象油による十分な液体潤滑膜が保持され、液体潤滑機能が高まって、密封機能と摺動トルク及び摺動発熱を著しく低減することができる。

すなわち、密封空間側円錐面２２に形成された逆ねじ突条２６のねじポンプ作用によって、リップエッジ部２１の密封空間Ａ側に存在する密封対象油がリップエッジ部２１の密接領域Ｓ_２１へ介入されるが、この密接領域Ｓ_２１を通過して反密封空間Ｂ側へ漏れようとする密封対象油は、逆ねじ突条２６の先端部２６ａより僅かに回転方向前方に位置して反密封空間側円錐面２３に形成されたねじ突条２４の先端部２４ａのねじポンプ作用によって、図６に白抜き矢印で示すように、リップエッジ部２１の密接領域Ｓ_２１へ押し戻されるため、漏れが確実に防止されると共に、リップエッジ部２１の密接領域Ｓ_２１が良好に液体潤滑されるのである。

また、逆ねじ突条２６の先端部２６ａも、ねじ突条２４の先端部２４ａと同様、リップエッジ部２１から離れた位置にあって、リップエッジ部２１の密接領域Ｓ_２１から密封空間Ａ側へ僅かに離れた位置で回転軸２００の外周面に密接されるため、逆ねじ突条２６の先端部２６ａ及びその近傍が、回転軸２００の外周面に対して僅かにつぶれた状態で密接することにより生じる反力は、リップエッジ部２１との間の非接触部で有効に絶縁される。したがって、リップエッジ部２１の密接領域Ｓ_２１が逆ねじ突条２６により円周方向に不連続となって、ここから反密封空間Ｂ側への隙間漏れが発生するのを、有効に防止することができる。

２シールリップ
２１リップエッジ部
２２密封空間側円錐面
２３反密封空間側円錐面
２４ねじ突条
２６逆ねじ突条
２００回転軸（回転体）
Ｓ_２１，Ｓ_２４，Ｓ_２６密接領域
Ａ密封空間
Ｂ反密封空間

Claims

密封空間側を向いて延びるシールリップを備え、このシールリップの内周面に、回転体の外周面と摺動可能に密接されるリップエッジ部と、このリップエッジ部から反密封空間側へ向けて大径になる反密封空間側円錐面が形成され、前記反密封空間側円錐面に、前記回転体が一定方向へ回転することによって密封空間側へ向けてねじポンプ作用を生じるねじ突条が形成され、このねじ突条は、先端が前記回転体に対する前記リップエッジ部の密接領域より反密封空間側へ離れた位置で前記回転体と密接され、幅が長さ方向中間部で最も大きくなるように漸次変化する舟底形の突条であって、先端が前記リップエッジ部より反密封空間側へ離れた位置で前記舟底形の突条を切り欠いた形状であり、前記ねじ突条の幅方向両側の湾曲した輪郭線を前記先端から延長した仮想延長線の交点が、前記リップエッジ部より密封空間側に位置することを特徴とする密封装置。
リップエッジ部から密封空間側へ向けて大径になる密封空間側円錐面が形成され、この密封空間側円錐面に、回転体が一定方向へ回転することによって反密封空間側へ向けてねじポンプ作用を生じる逆ねじ突条が形成され、この逆ねじ突条の先端が、前記回転体に対するリップエッジ部の密接領域より密封空間側へ離れた位置で前記回転体と密接されることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。