JP5839509B2

JP5839509B2 - 密封装置及び密封構造

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Publication number: JP5839509B2
Application number: JP2013507294A
Authority: JP
Inventors: 優作中園; 壮敏板谷; 雄一郎徳永
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: JPWO2012132731A1; CN103238012A; CN103238012B; EP2693089A1; WO2012132731A1; US20130228978A1; EP2693089A4

Description

本発明は、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間をシールする密封装置及び密封構造に関する。

従来、軸に対して摺動する２つのシールリップを備え、密封対象流体側のシールリップの摺動性を高めるために、これら２つのシールリップの間にグリースを充填させる密封装置が知られている（特許文献１参照）。

図６を参照して、従来例に係る密封装置について説明する。図６（ａ）は従来例に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）中、Ｚ方向に見た場合における回転軸の回転方向（図中矢印Ｒ）を示している。この密封装置２００は、密封対象流体側（Ｌ）に設けられるゴム製の第１シールリップ２１０と、密封対象流体側とは反対側（Ａ）に設けられる樹脂製の第２シールリップ２２０とを備えている。そして、第１シールリップ２１０の軸３００に対する摺動性を高めるために、第１シールリップ２１０と第２シールリップ２２０との間には、グリース２３０が充填されている。

また、第１シールリップ２１０におけるリップ先端よりも密封対象流体側とは反対側（Ａ）のテーパ面には、ネジポンプ機能を発揮するネジ突起（又はネジ溝）２１１が設けられている。これにより、第１シールリップ２１０と軸３００とが相対的に回転する際に、リップ先端と軸３００表面との摺動によって、リップ先端よりも密封対象流体側とは反対側（Ａ）に漏れ出てきた密封対象流体を密封対象流体側（Ｌ）に戻すことができる。

しかしながら、この従来例においては、ネジ突起（又はネジ溝）２１１によるネジポンプ効果によって、グリース２３０も密封対象流体側（Ｌ）に移動させてしまう（図中、矢印Ｘ参照）。そのため、第１シールリップ２１０の摺動性が低下してしまう。これにより、第１シールリップ２１０が軸３００の表面に摺動する際に異音（鳴き）が発生してしまい、また、摺動摩耗を促進する結果を招いている。従って、密封装置の耐久寿命を低下させる原因にもなっている。

特開平１０−７３１６５号公報

本発明の目的は、摺動性の安定化を図った密封装置及び密封構造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、
相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間をシールする密封装置において、
前記軸表面に摺動する第１シールリップと、
第１シールリップよりも密封対象流体側とは反対側に設けられ、前記軸表面に摺動する第２シールリップと、
第１シールリップと第２シールリップとの間に充填されるグリースと、
を備える密封装置であって、
第１シールリップのリップ先端は、密封対象流体側に向かって拡径する第１テーパ面と、密封対象流体側とは反対側に向かって拡径する第２テーパ面とを有しており、
第２テーパ面には、前記軸との相対的な回転に伴って前記グリースを軸方向に移動させる複数のネジ突起又はネジ溝（ネジ突起のみの場合とネジ溝のみの場合の他、ネジ突起とネジ溝が混在する場合も含む）が設けられており、これら複数のネジ突起又はネジ溝は、いずれも前記グリースを密封対象流体側とは反対側に向かって移動させる配置となっていることを特徴とする。

また、本発明の密封構造は、
軸孔を有するハウジングと、
前記軸孔内に挿通され、前記ハウジングに対して相対的に回転する軸と、
前記軸とハウジングとの間の環状隙間をシールする密封装置と、
を備える密封構造において、
前記密封装置は、
前記軸表面に摺動する第１シールリップと、
第１シールリップよりも密封対象流体側とは反対側に設けられ、前記軸表面に摺動する第２シールリップと、
第１シールリップと第２シールリップとの間に充填されるグリースと、
を備え、
第１シールリップのリップ先端は、密封対象流体側に向かって拡径する第１テーパ面と、密封対象流体側とは反対側に向かって拡径する第２テーパ面とを有しており、
第２テーパ面には、前記軸との相対的な回転に伴って前記グリースを軸方向に移動させる複数のネジ突起又はネジ溝（ネジ突起のみの場合とネジ溝のみの場合の他、ネジ突起とネジ溝が混在する場合も含む）が設けられており、これら複数のネジ突起又はネジ溝は、いずれも前記グリースを密封対象流体側とは反対側に向かって移動させる配置となっていることを特徴とする。

これらの発明によれば、ネジ突起又はネジ溝によって、グリースを第１シールリップのリップ先端よりも密封対象流体側とは反対側に移動させる機能を発揮させることができる。そのため、グリースが密封対象流体側に漏れてしまうことを抑制できる。これにより、第１シールリップと第２シールリップとの間にグリースが充填された状態を安定的に維持させることができ、第１シールリップの摺動性を長期に亘って維持させることができる。

また、前記複数のネジ突起又はネジ溝は、第１シールリップのリップ先端における第１テーパ面と第２テーパ面との間のエッジ部に到達する位置まで設けられているとよい。

これにより、ネジ突起等が摺動により摩耗されていない初期段階から、グリースを密封対象流体側とは反対側に移動させる機能（ネジポンプ機能）を発揮させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、摺動性の安定化を図ることができる。

図１は本発明の実施例に係る密封装置の適用例を示す模式的断面図である。図２は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図である。図３は本発明の実施例１に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。図４は本発明の実施例１に係る密封装置の組み立て手順を示す工程図である。図５は本発明の実施例２に係る密封装置の模式的断面図である。図６は従来例に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。

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１）
図１〜図４を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置について説明する。

＜密封装置の適用例＞
図１を参照して、本発明の実施例に係る密封装置１００の適用例を説明する。図１は自動車用のウォーターポンプ１０の模式的断面図である。ウォーターポンプ１０は、回転軸２１と、回転軸２１が挿通される軸孔を有するハウジング３０とを備えている。回転軸２１には、回転軸２１の回転を円滑にするためのベアリング２２が取り付けられている。また、回転軸２１の一端側には不図示のベルト等によって回転駆動力が与えられるプーリー２３が取り付けられており、他端側には冷却水（ＬＬＣ）を圧送するためのインペラー２４が取り付けられている。そして、本実施例に係る密封装置１００は、この冷却水が外部（すなわち、密封対象流体側（Ｌ）とは反対側（Ａ））に漏れてしまうことを抑制するために、回転軸２１とハウジング３０との間の環状隙間に配置される。つまり、本実施例においては、密封対象流体は冷却水である。

＜密封装置の構成＞
図２及び図３を参照して、本発明の実施例に係る密封装置１００について説明する。ここで、図２及び図３（ａ）は回転軸２１の中心を通る面で切断した断面図であり、図２は密封装置１００単体の断面を示し、図３（ａ）は密封装置１００を使用した状態における断面を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）中、Ｚ方向に見た場合における回転軸の回転方向（図中矢印Ｒ）を示している。なお、密封装置１００は回転対称形状である。

密封装置１００は、金属製のカートリッジ１１０と、ゴム製の第１シールリップ１２０と、金属製のケース１３０と、合成樹脂製の第２シールリップ１４０と、金属製のバックアップリング１５０と、金属製のアダプタ１６０と、潤滑剤であるグリース１７０とから構成されている。

カートリッジ１１０は、環状の部材で構成され、ハウジング３０における軸孔の内周面に嵌着される。第１シールリップ１２０は、略円筒状の被固定部１２１と、被固定部１２１の端部から内側に伸びる内向き部１２２と、内向き部１２２の内側の先端から密封対象流体側（Ｌ）に向かって伸び、かつ更に内側に向かうように構成されたリップ部１２３とを備えている。第１シールリップ１２０における被固定部１２１の内側に、環状のケース１３０が嵌め込まれる。これにより、このケース１３０の外周面とカートリッジ１１０の内周面との間で、被固定部１２１が挟み込まれることで、第１シールリップ１２０はカートリッジ１１０に対して径方向の位置決めがなされる。

第２シールリップ１４０は、板状の被固定部１４１と、被固定部１４１の内側の先端から更に内側かつ密封対象流体側（Ｌ）に向かうように構成されたリップ部１４２とから構成されている。この第２シールリップ１４０の密封対象流体側とは反対側（Ａ）に、環状のバックアップリング１５０が設けられている。これにより、第２シールリップ１４０における被固定部１４１が、バックアップリング１５０とケース１３０における内向きフランジ部１３１との間に挟み込まれることによって、第２シールリップ１４０はカートリッジ１１０に対して固定された状態となっている。

そして、第１シールリップ１２０における被固定部１２１の密封対象流体側（Ｌ）に、環状のアダプタ１６０が設けられる。これにより、第１シールリップ１２０はカートリッジ１１０に対して軸方向に対しても位置決めがなされる。

また、第１シールリップ１２０と第２シールリップ１４０との間にできる空間領域に、グリース１７０が充填される（図２参照）。ここで、グリース１７０の充てん量は、密封装置１００に回転軸２１が取り付けられた状態（図３に示す状態）において、第１シールリップ１２０と第２シールリップ１４０との間にできる空間内にグリース１７０が充満する量となるように設定される。

ここで、特に、図４を参照して、密封装置１００の組み立て手順について説明する。まず、ケース１３０の内側に第２シールリップ１４０における被固定部１４１を組み込む。その後、バックアップリング１５０を嵌め込む（図４（ａ）参照）。次に、ケース１３０の図中左側の端部を内側に折り曲げる（図中矢印参照）。そして、このケース１３０と第２シールリップ１４０とバックアップリング１５０とが一体となったものに、第１シールリップ１２０を組み付ける（図４（ｂ）参照）。その後、これらが一体となったものを、カートリッジ１１０の内周面に沿うように軸方向に押し込み、第１シールリップ１２０における被固定部１２１をカートリッジ１１０の内周面に嵌める（図４（ｃ）参照）。そして、アダプタ１６０をカートリッジ１１０の内周面に圧入する。この状態で、第１シールリップ１２０と第２シールリップ１４０との間にできる空間領域に、グリース１７０を充填する。

以上の構成により、上記の各部材等が一体的となってカートリッジ化される。すなわち、カートリッジ１１０，第１シールリップ１２０，ケース１３０，第２シールリップ１４０，バックアップリング１５０，アダプタ１６０及びグリース１７０を備えた密封装置１００を、一つの部品として取り扱うことが可能となる。

そして、本実施例に係る密封装置１００においては、第１シールリップ１２０におけるリップ部１２３は、その先端が、密封対象流体側（Ｌ）に向かって拡径する第１テーパ面１２３ａと、密封対象流体側とは反対側（Ａ）に向かって拡径する第２テーパ面１２３ｂとを有する構成となっている。なお、第１テーパ面１２３ａと第２テーパ面１２３ｂとの間はエッジ部Ｅを形成している。

また、第２テーパ面１２３ｂには、回転軸２１との相対的な回転に伴ってグリース１７０を軸方向に移動させる複数のネジ突起（ネジ溝でもよい）１２４が設けられている。そして、これら複数のネジ突起１２４は、いずれもグリース１７０を密封対象流体側とは反対側（Ａ）に向かって移動させる配置となっている。すなわち、回転軸２１が回転することによって（図３（ｂ）参照）、リップ部１２３が回転軸２１の表面に対して摺動し、ネジ突起１２４のネジポンプ効果によって、グリース１７０はリップ部１２３の先端のエッジ部Ｅよりも密封対象流体側とは反対側（Ａ）に移動する（図３中矢印Ｙ参照）。ここで、ネジ突起１２４は、第２テーパ面１２３ｂにおいて、密封対象流体側とは反対側（Ａ）からリップ部１２３の先端のエッジ部Ｅに到達する位置まで設けられている。従って、ネジ突起１２４が摺動により摩耗されていない初期段階から、グリース１７０を密封対象流体側とは反対側（Ａ）に移動させる機能（ネジポンプ機能）を発揮させることができる。

＜本実施例に係る密封装置１００の優れた点＞
本実施例に係る密封装置１００によれば、ネジ突起（又はネジ溝）１２４によって、グリース１７０を第１シールリップ１２０のリップ部１２３の先端よりも密封対象流体側とは反対側（Ａ）に移動させる機能を発揮させることができる。そのため、グリース１７０が密封対象流体側（Ｌ）に漏れてしまうことを抑制できる。これにより、第１シールリップ１２０と第２シールリップ１４０との間にグリース１７０が充填された状態を安定的に維持させることができ、第１シールリップ１２０の摺動性を長期に亘って維持させることができる。これに伴い、異音（鳴き）の発生を抑制でき、かつ摺動摩耗の低減によって、密封装置１００の耐久寿命を向上させることができる。

また、第１シールリップ１２０と回転軸２１の表面との間には、グリース１７０による膜が安定的に形成されるため、密封対象流体である冷却水（ＬＬＣ）が密封対象流体側とは反対側（Ａ）に漏れてしまうことを効果的に抑制できる。また、これにより、密封対象流体側とは反対側（Ａ）に流体を移動させる機能を発揮するネジ突起（又はネジ溝）１２４を設けたからといって、冷却水の漏れを助長することはない。

（実施例２）
図５には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、上記実施例１におけるカートリッジの変形例を説明する。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

軸（回転軸２１）の径と、ハウジング３０の軸孔の径との関係によっては、密封装置によってシールするべき環状隙間が大きくなる場合がある。そのため、本実施例に係る密封装置１００ａにおいては、カートリッジ１１０ａを断面Ｓ字形状の部位を設けることで径方向に対する弾性を持たせて、大きな環状隙間に対しても、装着性を悪化させることなく、十分にシール性を発揮させるようにしている。カートリッジ１１０ａ以外の構成については、上記実施例１で説明した通りであるので、その説明は省略する。

（その他）
上記実施例においては、密封装置の適用例として、自動車用のウォーターポンプ１０に用いられる場合を例にして説明したが、本発明は相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間をシールする必要のある各種装置に適用可能である。特に、本発明は、家電用の装置や、負荷の少ない工業用のウォーターポンプにおける軸封用の密封装置や密封構造として、好適に用いることができる。

１０ウォーターポンプ
２１回転軸
２２ベアリング
２３プーリー
２４インペラー
３０ハウジング
１００，１００ａ密封装置
１１０，１１０ａカートリッジ
１２０第１シールリップ
１２１被固定部
１２２内向き部
１２３リップ部
１２３ａ第１テーパ面
１２３ｂ第２テーパ面
１２４ネジ突起
１３０ケース
１３１内向きフランジ部
１４０第２シールリップ
１４１被固定部
１４２リップ部
１５０バックアップリング
１６０アダプタ
１７０グリース

Claims

相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間をシールする密封装置において、
前記軸表面に摺動し、前記軸の相対的な回転時に密封対象流体を密封する第１シールリップと、
第１シールリップよりも密封対象流体側とは反対側に設けられ、前記軸表面に摺動する第２シールリップと、
第１シールリップと第２シールリップとの間に充填され、前記第１シールリップと前記軸表面との間に膜を形成するグリースと、
を備える密封装置であって、
第１シールリップのリップ先端は、密封対象流体側に向かって拡径する第１テーパ面と、密封対象流体側とは反対側に向かって拡径する第２テーパ面とを有しており、
第２テーパ面には、前記軸との相対的な回転に伴って前記グリースを軸方向に移動させる複数のネジ突起又はネジ溝が設けられており、これら複数のネジ突起又はネジ溝は、いずれも前記グリースを密封対象流体側とは反対側に向かって移動させる配置となっており、
前記複数のネジ突起又はネジ溝は、第１シールリップのリップ先端における第１テーパ面と第２テーパ面との間のエッジ部に到達する位置まで設けられていることを特徴とする密封装置。
軸孔を有するハウジングと、
前記軸孔内に挿通され、前記ハウジングに対して相対的に回転する軸と、
前記軸とハウジングとの間の環状隙間をシールする密封装置と、
を備える密封構造において、
前記密封装置は、
前記軸表面に摺動し、軸の相対的な回転時に密封対象流体を密封する第１シールリップと、
第１シールリップよりも密封対象流体側とは反対側に設けられ、前記軸表面に摺動する第２シールリップと、
第１シールリップと第２シールリップとの間に充填され、前記第１シールリップと前記軸表面との間に膜を形成するグリースと、
を備え、
第１シールリップのリップ先端は、密封対象流体側に向かって拡径する第１テーパ面と
、密封対象流体側とは反対側に向かって拡径する第２テーパ面とを有しており、
第２テーパ面には、前記軸との相対的な回転に伴って前記グリースを軸方向に移動させる複数のネジ突起又はネジ溝が設けられており、これら複数のネジ突起又はネジ溝は、いずれも前記グリースを密封対象流体側とは反対側に向かって移動させる配置となっており、
前記複数のネジ突起又はネジ溝は、第１シールリップのリップ先端における第１テーパ面と第２テーパ面との間のエッジ部に到達する位置まで設けられていることを特徴とする密封構造。