JP6000833B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や産業機械における回転軸の密封手段として用いられ、シールリップによってシールを行う密封装置であって、ファブリックからなるダストフィルタを備えるものに関する。

自動車等に用いられる密封装置の典型的な従来技術として、図４に示すようなものが知られている（例えば下記の特許文献１参照）。

すなわち図４において、参照符号２００は回転軸、参照符号３００はこの回転軸２０１が挿通された非回転のハウジングで、仮想線で示してある。密封装置１００は、図４における右側の機内空間Ａに存在する密封対象油が、ハウジング３００の内周から図４における左側の大気側Ｂへ漏洩するのを防止するもので、ハウジング３００側に装着されるゴム状弾性体からなるシールリップ１０１と、回転軸２００の外周面に装着される金属製の回転側スリンガ１０２とを備える。

シールリップ１０１は、先端が外周側を向くようにテーパ状に展開した形状であって、金属環１０３に一体的に成形されており、この金属環１０３を介してハウジング３００の内周面に固定される。一方、スリンガ１０２は、回転軸２００の外周に嵌合される円筒部１０２ａと、その一端から円盤状に展開しシールリップ１０１の先端が摺動可能に密接されるシールフランジ１０２ｂとを有する。

すなわちこの密封装置１００は、シールフランジ１０２ｂの端面と、これに密接されたシールリップ１０１との摺動部において、回転軸２００と一体的に回転するシールフランジ１０２ｂの振り切り作用によって、機内空間Ａの密封対象油がシールリップ１０１の内周側へ通過するのを阻止し、これによって大気側Ｂへの密封対象油の漏洩を防止するものである。

また、シールフランジ１０２ｂの振り切り作用によって、大気側Ｂからシールリップ１０１の内周空間Ｃへダスト等が浸入するのを阻止するために、シールリップ１０１より大気側Ｂに位置して、ファブリックからなるダストフィルタ１０４が設けられており、その内径部が、スリンガ１０２の円筒部１０２ａに適当な締め代をもって密接している。

特開平７−２０８６１０号公報

しかしながら上記従来の密封装置において、ファブリックからなるダストフィルタ１０４は、スリンガ１０２の円筒部１０２ａを挿入する前の状態では、内径が、前記円筒部１０２ａの外周面よりも小径となっており、円筒部１０２ａの挿入に伴って押し広げられることで締め代が与えられるものである。そして、回転軸２００とハウジング３００の相対的な偏心等があってもダストフィルタ１０４と前記円筒部１０２ａの間に隙間を生じるようなことがないように、ダストフィルタ１０４にはある程度大きな締め代が設定されており、ファブリック自体の有する伸び荷重も比較的高いものとなっている。このため、円筒部１０２ａに対するダストフィルタ１０４の摺動トルクが高く、燃費向上の妨げとなっていた。

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、ファブリックからなるダストフィルタを有する密封装置において、ダストフィルタの摺動トルクを低減することにある。

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、非回転のハウジング側に装着されて回転側と摺動可能に密接するゴム状弾性材料からなるシールリップを有するシール本体と、前記シールリップより大気側に位置して前記シール本体に設けられたファブリックからなるダストフィルタを備え、このダストフィルタが、回転側に設けられた大気側フランジと摺動可能に接触され、前記シール本体に、前記ダストフィルタを前記大気側フランジへ向けて軸方向へ付勢するゴム状弾性材料からなる付勢手段を備えるものである。

上記構成によれば、ゴム状弾性材料からなるシールリップが、回転側に摺動可能に密接することによって密封機能を奏するものであると共に、ダストフィルタが、回転側に設けられた大気側フランジに、シール本体に設けられたゴム状弾性材料からなる付勢手段の軸方向付勢力によって接触し、これによって大気側からのダスト等の浸入を防止するものである。そして大気側フランジとダストフィルタとの摺動トルクは、付勢手段の仕様によって可及的に低減することができ、しかも付勢手段の軸方向付勢力によって、ダストフィルタが大気側フランジの軸方向挙動に対して良好に追随するので、ダストの浸入を有効に遮断することができる。

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、付勢手段が、先端側ほど大径又は小径になる筒状をなすものである。

上記構成によれば、付勢手段は軸方向への曲げ変形に対する復元力よって軸方向付勢力を生じるものであり、この軸方向付勢力は比較的小さくすることができるので、大気側フランジとダストフィルタとの摺動トルクを有効に低減可能であり、かつ十分な軸方向追随性を確保することができる。

請求項３の発明に係る密封装置は、請求項１又は２に記載の構成において、シールリップが、回転側に設けたシールフランジと摺動可能に密接され、シール本体に、前記シールリップの内周側に位置するダストリップが設けられ、このダストリップは、軸心を通る平面で切断した断面形状が大気側と反対側へ向けて凸の軸方向屈曲形状をなすものである。

上記構成によれば、シールリップが摺動可能に密接されるシールフランジは回転によって振り切り作用を奏するものである。そしてダストリップは、その屈曲形状によって、回転側との接触による摺動トルクが低いものとなり、しかも、シールリップとダストリップの間の空間が、前記振り切り作用によって負圧になっても、この空間と大気側との圧力差によるシールリップへの荷重は径方向に対して相殺されるので、摺動トルクを低い状態に維持することができる。

請求項４の発明に係る密封装置は、請求項３に記載の構成において、ハウジング側及び回転側の軸心が略水平であって、ダストリップの外周部に、円周方向へ連続した凹部が形成されたものである。

上記構成によれば、ダストリップは、その外周部に円周方向へ連続した凹部が形成されたことによって、ダストリップ本来の機能と、漏液受けとしての機能を兼備するものである。すなわち軸心よりも上側で、機内の密封対象液がシールリップとシールフランジの摺動部へ浸入してこの摺動部を内周側へ通過してしまった場合、この漏液は、シールリップの側面に沿って伝い落ちて、ダストリップの外周部に形成された凹部に捕捉され、この凹部に沿って軸心より下側へ流れ落ち、さらにその下端部から、シールリップの側面をシールフランジとの摺動部へ向けて伝い落ち、シールフランジの回転による振り切り作用によって摺動部の外周側へ戻される。

本発明に係る密封装置によれば、大気側フランジとダストフィルタとの摺動トルクを低減すると共に、大気側フランジとダストフィルタの接触状態が確実に維持されるので、機器の耐ダスト性を向上させることができる。

本発明に係る密封構造の好ましい第一の実施の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。 本発明に係る密封構造の好ましい第一の実施の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す断面図である。 本発明に係る密封構造の好ましい第二の実施の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。 従来技術に係る密封構造の一例を、その軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。

以下、本発明に係る密封構造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及び図２は、第一の実施の形態を示すものである。

図１における参照符号２００は軸心が略水平な回転軸、参照符号３００はこの回転軸２００が挿通された非回転のハウジングであって、図の右側が、密封対象のオイルが存在する機内空間Ａであり、図の右側は大気側Ｂとなっている。

第一の実施の形態による密封装置は、静止側のハウジング３００の内周面に固定されるシール本体１と、このシール本体１に取り付けられたダストフィルタ２と、回転軸２００の外周面に装着されるスリンガ３と、このスリンガ３に設けられた大気側フランジ４を備える。

シール本体１は、ハウジング３００の内周面に圧入嵌着される取付環１１と、この取付環１１に一体成形されたシールリップ１２、外周シール部１３、ダストリップ１４及びばねリップ１５とを備える。

シール本体１における取付環１１は、鋼板等の金属板を打ち抜きプレス加工することによって製作されたものであって、ハウジング３００の内周面に圧入嵌合される外周嵌着筒部１１ａと、この外周嵌着筒部１１ａから機内空間Ａと反対側へ、小径に段付き形成されたガスケット支持部１１ｂと、そこから内周側へ延びる外周径方向部１１ｃと、その内径端から機内空間Ａ側へ延びる中間筒部１１ｄと、更にその端部から内周側へ延びる内周フランジ部１１ｅからなる。

シール本体１におけるシールリップ１２、外周シール部１３ダストリップ１４及びばねリップ１５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、このうちシールリップ１２は、取付環１１における内周フランジ部１１ｅに一体的に加硫接着された基部１２ａから、先端部１２ｂが外周側を向くようなテーパ状をなして機内空間Ａ側へ延びている。また、外周シール部１３は、取付環１１におけるガスケット支持部１１ｂの外周面に一体的に加硫接着されてハウジング３００の内周面との間に所定のつぶし代をもって介在されるものである。そして外周シール部１３とシールリップ１２の基部１２ａの間には、取付環１１の外側面を覆うように一体的に加硫接着された被覆層１６が連続して形成されている。

シール本体１におけるダストリップ１４は、シールリップ１２の内周側にあって、被覆層１６の内径端から、軸心を通る平面で切断した断面形状（図１及び図２に示す断面形状）が大気側Ｂと反対側へ向けて凸の軸方向屈曲形状をなし、大気側Ｂを向いた内径端１４ａが、後述するスリンガ３の嵌合筒部３１の外周面に微小隙間をもって近接されるものである。また、このダストリップ１４の内周部には、前記内径端１４ａをスリーブ３１の外周面から浮上支持する複数の突起１４ｂが円周方向所定間隔で形成されており、外周部には、円周方向へ連続した突条１４ｃによって円周方向へ連続した凹部１４ｄが形成されている。

シール本体１におけるばねリップ１５は、請求項１に記載された付勢手段に相当するものであって、シールリップ１２及びダストリップ１４よりも大気側Ｂに位置して設けられ、被覆層１６の内径端からダストリップ１４と反対側へ向けて、先端ほど大径になる円錐筒状をなすように延びている。

ダストフィルタ２は、合成樹脂繊維のファブリックからなるものであって、その外径部２ａが、シール本体１における被覆層１６のうち、取付環１１の内周フランジ部１１ｅの背面側を覆う部分に接合され、内径部２ｂが、シール本体１におけるばねリップ１５によって軸方向（ダストリップ１４と反対側）へ向けて付勢されている。

スリンガ３は、請求項１に記載された「回転側」に相当するものであって、鋼板等の磁性体金属板を打ち抜きプレス加工することによって製作されており、回転軸２００の外周面に密嵌される嵌合筒部３１と、その機内空間Ａ側の端部から円盤状に展開したシールフランジ３２を有する。そしてシール本体１におけるシールリップ１２の先端部１２ｂは、このスリンガ３におけるシールフランジ３２の内側面に摺動可能に密接されており、先に説明したように、ダストリップ１４の内径端１４ａが、スリンガ３の嵌合筒部３１の外周面に微小隙間をもって近接されている。

大気側フランジ４は、鋼板等の磁性体金属板を打ち抜きプレス加工することによって製作されており、スリンガ３における嵌合筒部３１の大気側Ｂの端部外周面に嵌着された嵌合筒部４ａと、その大気側Ｂを向いた端部から円盤状に展開したフランジ本体４ｂを有する。そして、ダストフィルタ２の内径部２ｂは、シール本体１におけるばねリップ１５の軸方向付勢力によって、前記フランジ本体４ｂの内側面に摺動可能に接触されている。

以上の構成を備える密封装置は、図１に示すように、シール本体１が、その取付環１１の外周嵌着筒部１１ａにおいてハウジング３００の内周面に圧入嵌合されると共に、外周シール部１３において適当なつぶし代をもって密嵌され、シールリップ１２が、回転軸２００と一体的に回転するスリンガ３のシールフランジ３２と密接摺動することによって、機内空間Ａ側のオイルが大気側Ｂへ漏洩するのを阻止するものである。とくに、スリンガ３は、そのシールフランジ３２と接触する流体を遠心力によって外周側へ振り切る作用を有するので、シールフランジ３２とシールリップ１２の密封摺動部を内周側へ通過しようとするオイルに対して優れた密封機能を奏する。

そして上述のように、スリンガ３のシールフランジ３２は、回転時の遠心力によって流体を外周側へ排出する作用を有するため、大気側Ｂからダストフィルタ２とダストリップ１４の間の空間Ｄを経由してシールリップ１２の内周空間（シールリップ１とダストリップ１４の間の空間）Ｃへ流入する空気の流れを生じるが、このような空気の流れによって大気側Ｂから浸入しようとするダストは、大気側フランジ４と摺動可能に接触されたファブリックからなるダストフィルタ２によって捕捉される。また、このダストフィルタ２を僅かなダストが通過したとしても、このダストはダストリップ１４によって捕捉される。

しかも、ダストフィルタ２は大気側フランジ４のフランジ本体４ｂに沿った空気の流れの方向（径方向）へ延びているため、ダストフィルタ２内での空気の流動距離が長く、このためダスト捕捉効果が高いものとなっており、加えて、大気側フランジ４のフランジ本体４ｂは、スリンガ３と同様、回転時の遠心力による振り切り作用を有すると共に、その外径端がシール本体１における被覆層１６の円筒状段差面１６ａと径方向に近接対向していることによってラビリンスシール機能も奏する。

このため、大気側Ｂのダストが内周空間Ｃへ浸入してシールフランジ３２とシールリップ１２の摺動部へ咬み込まれたり、さらに機内空間Ａへ浸入したりするのを有効に防止することができる。

そして、上述のような空気の流れによって、空間Ｄの内圧よりも空間Ｃの内圧が低くなっても、その圧力差は、ダストリップ１４の内周部に対しては径方向内側へ向けて作用するが、ダストリップ１４の外周部に対しては径方向外側へ向けて作用し、互いに相殺される。しかも、ダストリップ１４の内径端１４ａは、複数の突起１４ｂによって嵌合筒部３１の外周面から浮上支持されることによって、この嵌合筒部３１との間には微小隙間が存在するので、空間Ｃが負圧になるのを抑制することができる。したがって、スリンガ３の嵌合筒部３１の外周面に対するダストリップ１４の摺動トルクが低い状態に維持されると共に、スリンガ３のシールフランジ３２に対するシールリップ１２の摺動トルクも低い状態に維持される。

また、ダストフィルタ２の内径部２ｂを大気側フランジ４のフランジ本体４ｂに接触させているばねリップ１５は、軸方向への曲げ変形に対する復元力よって軸方向付勢力を生じるものであるため、その肉厚等によって前記軸方向付勢力を比較的小さくすることができ、したがって大気側フランジ４のフランジ本体４ｂとダストフィルタ２との摺動トルクは、従来のように径方向の締め代によって円筒状の外周面に密接させる場合に比較して、著しく小さくすることができる。したがって、これら摺動トルクの低減により、燃費向上を図ることができる。

しかもばねリップ１５は、軸方向への曲げ変形に対する復元力によって、ダストフィルタ２の内径部２ｂを大気側フランジ４のフランジ本体４ｂの軸方向挙動に対して良好に追随させるので、フランジ本体４ｂとの間に隙間を生じるのを防止してダストの浸入を有効に遮断することができる。

また、回転軸２００の回転が停止した場合、スリンガ３の回転による振り切り作用が失われるため、機内空間Ａ内のオイルがシールリップ１２とシールフランジ３２との間を内周側へ僅かに通過してしまうおそれがある。しかしこの場合、シールリップ１２の上半部側（図２に示す軸心Ｏより上側）では、シールリップ１２とシールフランジ３２との密接部Ｓの内周側へ流入したオイルは、図２に参照符号Ｌ_１で示すようにシールリップ１２を伝って下方へ流れ、ダストリップ１４の外周部に形成された凹部１４ｄ（突条１４ｃ）で受け止められる。そしてさらにこのオイルは、前記凹部１４ｄ内をその下半部側（軸心Ｏより下側）へ向けて流れ、参照符号Ｌ_２で示すようにシールリップ１２の下半部の表面を伝ってシールリップ１２とシールフランジ２１との密接部におけるボトム位置Ｓ_Ｂへ流れ落ちるので、図１に示す回転軸２００の駆動時に、シールフランジ２１とシールフランジ３２との間から遠心力によって排出される。このため、回転軸２００の停止時に機内空間Ａからオイルがシールリップ１２の内周空間Ｃへ入り込むことがあっても、このオイルが大気側Ｂへ漏出するのを有効に防止して軸回転時に機内空間Ａへ戻すことができるのである。

図３は、本発明に係る密封構造の好ましい第二の実施の形態を示すものである。

この第二の実施の形態において、上述した第一の実施の形態と異なるところは、ダストフィルタ２の外径部２ａが、シール本体１における大気側Ｂの端部に取り付けられた点にある。

この構成によれば、ダストフィルタ２がばねリップ１５の付勢力によって殆ど曲げ変形を受けない状態で大気側フランジ４のフランジ本体４ｂに接触される。

１ シール本体
１２ シールリップ
１４ ダストリップ
１４ｄ 凹部
１５ ばねリップ（付勢手段）
２ ダストフィルタ
３ スリンガ（回転側）
４ 大気側フランジ
２００ 回転軸
３００ ハウジング
Ａ 機内空間
Ｂ 大気側

Claims (4)

1. 非回転のハウジング側に装着されて回転側に摺動可能に密接するゴム状弾性材料からなるシールリップを有するシール本体と、前記シールリップより大気側に位置して前記シール本体に設けられたファブリックからなるダストフィルタを備え、このダストフィルタが、回転側に設けられた大気側フランジと摺動可能に接触され、前記シール本体に、前記ダストフィルタを前記大気側フランジへ向けて軸方向へ付勢するゴム状弾性材料からなる付勢手段を備えることを特徴とする密封装置。
2. 付勢手段が、先端側ほど大径又は小径になる筒状をなすものであることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. シールリップが、回転側に設けたシールフランジと摺動可能に密接され、シール本体に、前記シールリップの内周側に位置するダストリップが設けられ、このダストリップは、軸心を通る平面で切断した断面形状が大気側と反対側へ向けて凸の軸方向屈曲形状をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の密封装置。
4. ハウジング側及び回転側の軸心が略水平であって、ダストリップの外周部に、円周方向へ連続した凹部が形成されたことを特徴とする請求項３に記載の密封装置。

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