JP6033996B1 - 密封装置 - Google Patents

Abstract

互いに摺動可能に接触するシールリップおよびシールフランジの組み合わせを備えるとともにシールフランジの軸方向端面にネジ溝を設けた密封装置において、静止漏れが発生するのを抑制する。この目的を達成するため、非回転のハウジング側に装着されるシールリップが回転軸側のシールフランジの軸方向端面に摺動可能に接触する構造を備え、シールフランジの軸方向端面に回転時、流体ポンピング作用を発揮するネジ溝を設けた密封装置において、ネジ溝は、その内面の一部として内周側斜面を備える。そしてシールリップの先端部がネジ溝に入り込んだ状態で、シールリップの先端部内周面と内周側斜面とがなす角度を０°±３°の範囲に設定したことを特徴とする。

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関する。本発明の密封装置は例えば、自動車関連の分野または汎用機械の分野等において回転用オイルシールとして用いられる。

従来から図８（Ａ）に示すように、非回転のハウジング５１側に装着されるシールリップ１０２が回転軸６１側のシールフランジ１０３の軸方向端面１０３ａに摺動可能に接触する構造を備える密封装置１０１が知られている。シールフランジ１０３の軸方向端面１０３ａには図８（Ｂ）に示すように、回転軸６１の回転時に遠心力による流体ポンピング作用を発揮するネジ溝１０４が設けられており、このネジ溝１０４を設けた軸方向端面１０３ａに対しシールリップ１０２が摺動可能に接触している。

上記密封装置１０１は回転軸６１の回転時、回転軸６１と共に回転するシールフランジ１０３が遠心力による流体振り切り作用を発揮するとともにネジ溝１０４が遠心力による流体ポンピング作用を発揮するため、機内側Ａの密封流体がシールリップ１０２およびシールフランジ１０３の接触部を通過して機外側Ｂへ漏洩するのを抑制することが可能とされる。

特開２０１４−１３７１２９号公報

しかしながら上記従来の密封装置１０１に対しては、以下の点について更なる機能向上が求められる。

すなわち上記密封装置１０１においては上記したように回転軸６１の回転時、回転軸６１と共に回転するシールフランジ１０３が遠心力による流体振り切り作用を発揮するとともにネジ溝１０４が遠心力による流体ポンピング作用を発揮するため、機内側Ａの密封流体が機外側Ｂへ漏洩するのを抑制することが可能とされるが、回転軸６１の回転が停止すると遠心力が消失し上記両作用が消失するため、密封流体がネジ溝１０４を伝って接触部を通過し、機外側Ｂへ漏洩する可能性がある（いわゆる静止漏れの発生の可能性）。

上記密封装置１０１においては図９（Ａ）に拡大して示すように、ネジ溝１０４の断面形状が、溝開口部を底辺とする二等辺三角形とされ、ネジ溝１０４はその内面として内周側斜面１０４ａおよび外周側斜面１０４ｂを備えている。そして図９（Ｂ）に示すように、このネジ溝１０４に対しシールリップ１０２が組み合わされてシールリップ１０２の先端部１０２ａがネジ溝１０４に入り込むと、この入り込んだ状態でシールリップ１０２の先端部１０２ａ内周面と内周側斜面１０４ａとの間に比較的大きな角度θ_２が形成され、これに伴ってシールリップ１０２の先端部１０２ａ内周面とネジ溝１０４の内面との間に断面積が比較的大きなスキマｃが形成される。したがってこの比較的大きなスキマｃを漏れ流路として、静止漏れが発生することになる。断面二等辺三角形状のネジ溝１０４の溝開角度θ_１は１１３°前後であることが多く、シールリップ１０２の先端部１０２ａ内周面と内周側斜面１０４ａとの間の角度θ_２は１０°以上であることが多い。

本発明は以上の点に鑑みて、互いに摺動可能に接触するシールリップおよびシールフランジの組み合わせを備えるとともにシールフランジの軸方向端面にネジ溝を設けた密封装置において、静止漏れが発生するのを抑制することができる密封装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、以下の手段を採用した。

すなわち第１の発明（以下、本願第１発明とも称する）は、非回転のハウジング側に装着されるシールリップが回転軸側のシールフランジの軸方向端面に摺動可能に接触する構造を備え、前記シールフランジの軸方向端面に回転時、流体ポンピング作用を発揮するネジ溝を設けた密封装置において、前記ネジ溝は、その内面の一部として内周側斜面を備え、前記シールリップの先端部が前記ネジ溝に入り込んだ状態で、前記シールリップの先端部内周面と前記内周側斜面とがなす角度を０°±３°の範囲に設定したことを特徴とする密封装置である。

上記構成の密封装置においては、流体ポンピング作用を発揮するネジ溝に対しシールリップの先端部が入り込んだ状態でシールリップの先端部内周面とネジ溝の内周側斜面とがなす角度が０°±３°の範囲に設定されているため、シールリップの先端部内周面とネジ溝の内面との間にスキマが形成されず、またはスキマが形成される場合でも上記角度の縮小に伴って上記図８〜図９の従来技術と比較してスキマの大きさ（開口断面積）が縮小される。したがって漏れ流路が消滅し、または漏れ流路の大きさが縮小されるため、密封流体が流れにくくなり、静止漏れが抑制される。

ネジ溝は、その内面の一部として内周側斜面を備えていれば、その断面形状を特に限定されず、例えば溝開口部を底辺とする不等辺三角形や二等辺三角形などであっても良い。

第２の発明（以下、本願第２発明とも称する）は、非回転のハウジング側に装着されるシールリップが回転軸側のシールフランジの軸方向端面に摺動可能に接触する構造を備え、前記シールフランジの軸方向端面に回転時、流体ポンピング作用を発揮するネジ溝を設けた密封装置において、前記ネジ溝は、複数本が設けられ、または加工目レベルの大きさに形成されたネジ溝が多数設けられていることを特徴とする密封装置である。

上記構成の密封装置においては、ネジ溝が複数本設けられ、または加工目レベルの大きさに形成されたものが多数設けられているため、上記図８〜図９の従来技術と比較してネジ溝１本当たりの断面積が小さく設定される。したがってシールリップの先端部内周面とネジ溝の内面との間にスキマが形成されてもスキマの大きさ（開口断面積）が縮小され、漏れ流路の大きさが縮小されるため、密封流体が流れにくくなり、静止漏れが抑制される。

第３の発明（以下、本願第３発明とも称する）は、非回転のハウジング側に装着されるシールリップが回転軸側のシールフランジの軸方向端面に摺動可能に接触する構造を備え、前記シールフランジの軸方向端面に回転時、流体ポンピング作用を発揮するネジ溝を設けた密封装置において、前記シールリップの先端が前記ネジ溝の溝底部に位置するときの前記シールリップの内周側当接角をφｉｎ、外周側当接角をφｏｕｔとするとともに前記ネジ溝の内周側角度をθｉｎ、外周側角度θｏｕｔとして、
θｉｎ≦φｉｎ かつ θｏｕｔ≦φｏｕｔ・・・・（イ）式
の関係を充足することを特徴とする密封装置である。

上記構成の密封装置においては、上記（イ）式の関係が成立しているため、シールリップの先端部内周面とネジ溝の内周側斜面との間にスキマが形成されないことになる。したがって漏れ流路が消滅するため、密封流体が流れにくくなり、静止漏れが抑制される。

本発明においては、互いに摺動可能に接触するシールリップおよびシールフランジの組み合わせを備えるとともにシールフランジの軸方向端面にネジ溝を設けた密封装置において、静止漏れが発生するのを抑制することができ、回転軸が回転している時のみならず静止している時にも密封流体が漏洩するのを抑制することができる。

本願第１発明の第１実施例に係る密封装置の要部断面図 同密封装置に備えられるネジ溝の説明図 （Ａ）は同ネジ溝の拡大断面図、（Ｂ）は同ネジ溝に対しシールリップを組み合わせた状態の拡大断面図 本願第１発明の第２実施例に係る密封装置に備えられるネジ溝の説明図であって、（Ａ）は同ネジ溝の断面図、（Ｂ）は同ネジ溝に対しシールリップを組み合わせた状態の断面図 （Ａ）は本願第２発明の第３実施例に係る密封装置に備えられるネジ溝に対しシールリップを組み合わせた状態の断面図、（Ｂ）は本願第２発明の第４実施例に係る密封装置に備えられるネジ溝に対しシールリップを組み合わせた状態の断面図 本願第３発明の第５実施例に係る密封装置に備えられるネジ溝に対しシールリップを組み合わせた状態の断面図 比較例に係る密封装置示す図であって、（Ａ）は第１比較例に係る密封装置に備えられるネジ溝に対しシールリップを組み合わせた状態の断面図、（Ｂ）は第２比較例に係る密封装置に備えられるネジ溝に対しシールリップを組み合わせた状態の断面図、（Ｃ）は第３比較例に係る密封装置に備えられるネジ溝に対しシールリップを組み合わせた状態の断面図 従来例に係る密封装置示す図であって、（Ａ）は従来例に係る密封装置の要部断面図、（Ｂ）は同密封装置に備えられるネジ溝の説明図 （Ａ）は同ネジ溝の拡大断面図、（Ｂ）は同ネジ溝に対しシールリップを組み合わせた状態の拡大断面図

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１実施例・・・
第１実施例は、本願第１発明についての実施例である。
図１は、本発明の実施例に係る密封装置１の要部断面を示している。

当該実施例に係る密封装置１は、非回転のハウジング５１側に装着されるシールリップ２４が回転軸６１側のシールフランジ１３の軸方向端面１３ａに摺動可能に接触する構造を備える密封装置であって、ハウジング（シールハウジング）５１とこのハウジング５１に設けた軸孔５２に挿通する回転軸６１との間で機内側（油側）Ａの密封流体（油）が機外側（大気側）Ｂへ漏洩しないようにシールする密封装置（エンジン用オイルシール）である。またこの密封装置１は、ハウジング５１の軸孔５２内周に装着されるリップシール部材２１と、回転軸６１の外周に装着されるスリンガー１１との組み合わせよりなり、リップシール部材２１に、請求項１に記載したシールリップ２４が備えられるとともに、スリンガー１１に、請求項１に記載したシールフランジがフランジ部１３として備えられている。

スリンガー１１は、金属等の剛材製であって、回転軸６１の外周面に固定（嵌合）されるスリーブ部１２と、このスリーブ部１２の軸方向一方の端部（機内側端部）に設けられた外向きのフランジ部１３とを一体に有し、フランジ部１３の軸方向他方の端面である機外側端面１３ａに図２に示すような、回転軸６１の回転時に遠心力による流体ポンピング作用を発揮することにより密封流体を外周側（機内側Ａ）へ向けて押し戻す作用を発揮するネジ溝１５が設けられている。矢印ｅは回転軸６１の回転方向を示している。

一方、リップシール部材２１は、ハウジング５１の軸孔５２内周面に固定（嵌合）される金属等の剛材よりなる取付環２２と、この取付環２２に被着（加硫接着）されたゴム状弾性体２３とを有し、このゴム状弾性体２３によって、スリンガー１１におけるフランジ部１３の機外側端面１３ａに摺動可能に接触するシールリップ（端面リップ）２４と、スリンガー１１に対し非接触の油回収リップ２５が一体に設けられ、またこのゴム状弾性体２３に対し、スリンガー１１におけるスリーブ部１２の外周面に摺動可能に接触するダストリップ２６が組み付けられている。油回収リップ２５はシールリップ２４の機外側Ｂに配置され、ダストリップ２６は油回収リップ２５の更に機外側Ｂに配置されている。

シールリップ２４は、その基端部２４ａから先端部２４ｂへかけて漸次拡径するよう機内側Ａであってかつ径方向外方へ向けて斜めに設けられており、その先端部２４ｂの内周面にて、フランジ部１３の機外側端面１３ａに接触している。またこの接触については所定の締め代（接触面圧）が設定され、よってシールリップ２４はその先端部２４ｂの内周面にてフランジ部１３の機外側端面１３ａに対し所定の締め代をもって弾性的に接触している。

上記流体ポンピング作用を発揮するネジ溝１５の詳細については図３（Ａ）に示すように、ネジ溝１５の長手直角方向の断面形状が、溝開口部を底辺とする不等辺三角形とされ、すなわちネジ溝１５は、不等辺三角形の長辺をなす断面直線状の内周側斜面１５ａおよび不等辺三角形の短辺をなす同じく断面直線状の外周側斜面１５ｂを備え、このうち内周側斜面１５ａの機外側端面１３ａに対する傾斜角度θ_３のほうが外周側斜面１５ｂの機外側端面１３ａに対する傾斜角度θ_４よりも小さく設定され、これにより図３（Ｂ）に示すように、ネジ溝１５に対しシールリップ２４の先端部２４ｂが入り込んだ状態で、シールリップ２４の先端部２４ｂ内周面とネジ溝１５の内周側斜面１５ａとがなす角度θ_５が０°±３°の範囲に設定されている。したがって上記図９に示した断面二等辺三角形のネジ溝１０４と比較して、溝幅ｗ一定（または溝深さｄ一定）および溝開角度θ_１一定（例えば、１１３°）の条件のもとで、図９のネジ溝１０４よりも図３のネジ溝１５のほうが、シールリップ２４の先端部２４ｂ内周面とネジ溝１５の内面との間に形成されるスキマｃの大きさ（開口断面積）が小さく設定されている。

上記構成の密封装置１においては、シールリップ２４がその先端部２４ｂにてフランジ部１３の機外側端面１３ａに接触しており、この状態で回転軸６１が回転してフランジ部１３が従動回転すると、回転軸６１と共に回転するフランジ部１３が遠心力による流体振り切り作用を発揮するとともにネジ溝１５が遠心力による流体ポンピング作用を発揮するため、機内側Ａの密封流体がシールリップ２４およびフランジ部１３間の接触部を通過して機外側Ｂへ漏洩するのを抑制することが可能とされる。

また、回転軸６１が静止している時には、密封流体がネジ溝１５を伝って漏れようとするが、上記したようにネジ溝１５に対してシールリップ２４の先端部２４ｂが入り込んだ状態でシールリップ２４の先端部２４ｂ内周面とネジ溝１５の内周側斜面１５ａとがなす角度θ_５が０°±３°の範囲に設定されることにより、シールリップ２４の先端部２４ｂ内周面とネジ溝１５の内面との間に形成されるスキマｃの大きさが小さく設定されているため、漏れ流路の断面積が小さく設定され、これにより密封流体は漏れにくい。また当該実施例でもネジ溝１５の内面とシールリップ２４との間に微小なスキマｃ（図３（Ｂ））が形成されるので、ここを通って密封流体が漏れる懸念があるが、微小なスキマｃでは密封流体（油）が表面張力によりスキマｃ周辺に貼り付くため、密封流体がネジ溝１５内を流れることは殆どない。したがって静止漏れをほぼ完全に防止することが可能とされる。

したがって以上説明したところにより、回転時のシール性を維持しつつ、静止漏れが発生するのを抑制することができる。

第２実施例・・・
第２実施例は、本願第１発明についての実施例である。
上記第１実施例では、ネジ溝１５の溝開角度θ_１を従来と同様の１１３°前後に維持したうえで、シールリップ２４の先端部２４ｂ内周面とネジ溝１５の内周側斜面１５ａとがなす角度θ_５が０°±３°の範囲に設定されるように、ネジ溝１５の断面形状を不等辺三角形としたが、ネジ溝１５の溝開角度θ_１を従来と同様の１１３°前後よりも拡大するならば、ネジ溝１５の断面形状を二等辺三角形としたうえで、シールリップ２４の先端部２４ｂ内周面とネジ溝１５の内周側斜面１５ａとがなす角度θ_５を０°±３°の範囲に設定することも可能である。

このような例として、第２実施例として示す図４では、ネジ溝１５の断面形状が二等辺三角形とされるとともにネジ溝１５の溝開角度θ_６が従来よりも大きな例えば１３０°に設定され、これによりシールリップ２４の先端部２４ｂ内周面とネジ溝１５の内周側斜面１５ａとがなす角度θ_５が０°±３°の範囲に設定されている。

したがってこの図４の例でも、シールリップ２４の先端部２４ｂ内周面とネジ溝１５の内面との間に形成されるスキマｃの大きさが小さく設定されるため、漏れ流路の断面積が小さくなり、よって密封流体が漏れにくくなる。

また、この実施例でもネジ溝１５の内面とシールリップ２４との間に微小なスキマｃ（図４（Ｂ））が形成されるので、ここを通って密封流体が漏れる懸念があるが、微小なスキマｃでは密封流体（油）が表面張力によりスキマｃ周辺に貼り付くため、密封流体がネジ溝１５内を流れることは殆どない。したがって静止漏れをほぼ完全に防止することが可能とされる。

したがって以上説明したところにより、回転時のシール性を維持しつつ、静止漏れが発生するのを抑制することができる。

密封流体（油）がその表面張力によりスキマｃ周辺に貼り付く作用を大きくするには、このスキマｃ周辺を構成するネジ溝１５の内面やシールリップ２４の表面にショットブラスト法等による梨地加工部を設けることにより表面積を大きくすることも考えられる。

第３実施例・・・
第３実施例は、本願第２発明についての実施例である。
シールリップ２４の先端部２４ｂ内周面とネジ溝１５の内面との間に形成されるスキマｃの大きさを小さく設定するには、上記第１および第２実施例のほかに、ネジ溝１５の本数を増やすとともにネジ溝１５一本当たりの断面積を小さくすることも考えられ、このようにネジ溝１５の本数を増やすとともにネジ溝１５一本当たりの断面積を小さくした場合にも、密封流体の表面張力が発生しやすくなり、密封流体がネジ溝１５内を流れにくくなるため、静止漏れが発生するのを抑制することができる。

第３実施例として示す図５（Ａ）の例では、ネジ溝１５の本数が上記第１および第２実施例における１本から３本に増やされ、その代わりとしてネジ溝１５一本当たりの溝深さｄ、溝幅ｗおよび断面積が小さく設定されている。シールリップ２４の先端部２４ｂは３本のうちの何れかのネジ溝１５に入り込んでスキマｃを形成するため、スキマｃの断面積が小さくなる。

第４実施例・・・
第４実施例は、本願第２発明についての実施例である。
第４実施例として示す図５（Ｂ）の例では、ネジ溝１５が加工目レベルに形成されることによりその本数が上記実施例における１本から多数に増やされ、その代わりとしてネジ溝１５一本当たりの溝深さｄ、溝幅ｗおよび断面積が小さく設定されている。シールリップ２４の先端部２４ｂは多数のうちの何れかのネジ溝１５に入り込んでスキマｃを形成するため、スキマｃの断面積が小さくなる。

したがってこれらの例においても、密封流体がネジ溝１５内を流れにくくなるため、静止漏れが発生するのを抑制することができる。

また、ネジ溝１５の本数を増やすとともにネジ溝１５一本当たりの断面積を小さくしたうえで、シールリップ２４の先端部２４ｂ内周面とネジ溝１５の内周側斜面１５ａとがなす角度を０°±３°の範囲に設定するようにしても良い。

第５実施例・・・
第５実施例は、本願第３発明についての実施例である。
静止漏れを抑制するには、ネジ溝１５の角度を以下のように設定するのも有効である。

すなわち、シールリップの先端がネジ溝の溝底部に位置するときのシールリップの内周側当接角（スリンガー端面となす角度）をφｉｎ、外周側当接角をφｏｕｔとするとともにネジ溝の内周側角度（スリンガー端面となす角度）をθｉｎ、外周側角度をθｏｕｔとして、
θｉｎ≦φｉｎ かつ θｏｕｔ≦φｏｕｔ・・・・（イ）式
の関係を充足するように設定する。

そして、これによれば、スリンガーのネジ溝部で従来と同等のポンプ量を維持しつつ、静止漏れを防ぐことができ、これにより長期間に亙って安定したシール性を確保することができる。

この例として第５実施例として示す図６の例では、シールリップ２４の先端部２４ｂの内周側角部２４ｅ（シールリップ２４の内周面２４ｃと先端面（厚み面）２４ｄが交差する部位）が断面三角形状のネジ溝１５の溝底部１５ｃ（ネジ溝１５の内周側斜面１５ａと外周側斜面１５ｂが交差する部位）の位置にあるときのシールリップ２４の内周側当接角（スリンガー端面１３ａとなす角度）をφｉｎ、外周側当接角をφｏｕｔとするとともにネジ溝１５の内周側角度（スリンガー端面１３ａとなす角度）をθｉｎ、外周側角度をθｏｕｔとして、
θｉｎ≦φｉｎ かつ θｏｕｔ≦φｏｕｔ・・・・（イ）式
の関係を成立するように設定されている。

上記（イ）式の関係を成立しない比較例と比較すると、以下のとおりである。

上記図６に示す第５実施例ならびに、図７（Ａ）に示す第１比較例、図７（Ｂ）に示す第２比較例および図７（Ｃ）に示す第３比較例ではいずれも、φｉｎは約２０°、φｏｕｔは約７０°である。θｉｎおよびθｏｕｔは以下の表１のとおりとされている。

図６に示す第５実施例では、シールリップ２４の先端部２４ｂが内周側から外周側に向かってネジ溝１５の内周側斜面１５ａおよび外周側斜面１５ｂをなぞるように円周上途切れることなく連続的に接触するため、シールリップ２４の内周側に密封流体（油）がまわり込む可能性がない。
これに対し、図７（Ａ）に示す第１比較例は、θｏｕｔ≦φｏｕｔが不成立の場合である。この溝形状では、シールリップ２４の先端部２４ｂがネジ溝１５の外周側斜面１５ｂに接触しないため、スキマが発生する。
図７（Ｂ）に示す第２比較例は、θｉｎ≦φｉｎが不成立の場合である。この溝形状では、シールリップ２４の先端部２４ｂがネジ溝１５の内周側斜面１５ａに接触しないため、スキマが発生する。
図７（Ｃ）に示す第３比較例は、θｏｕｔ≦φｏｕｔが不成立で、かつθｉｎ≦φｉｎも不成立の場合である。この溝形状では、シールリップ２４の先端部２４ｂがネジ溝１５の内周側斜面１５ａおよび外周側斜面１５ｂの双方に接触しないため、スキマが発生する。
したがって、上記（イ）式が成立する場合に限って、静止漏れを十分に抑制することができる。

また、当該第５実施例では、上記（イ）式を成立させたうえで、シールリップ２４の先端部２４ｂの内周面２４ｃとネジ溝１５の内周側斜面１５ａとがなす角度を０°±３°の範囲に設定するようにしても良い。

１ 密封装置
１１ スリンガー
１２ スリーブ部
１３ フランジ部（シールフランジ）
１３ａ 機外側端面（軸方向端面）
１５ ネジ溝
１５ａ 内周側斜面
１５ｂ 外周側斜面
１５ｃ 溝底部
２１ リップシール部材
２２ 取付環
２３ ゴム状弾性体
２４ シールリップ
２４ａ 基端部
２４ｂ 先端部
２４ｃ 内周面
２４ｄ 先端面
２４ｅ 内周側角部
２５ 油回収リップ
２６ ダストリップ
５１ ハウジング
５２ 軸孔
６１ 回転軸
ｃ スキマ
Ａ 機内側
Ｂ 機外側

Claims (2)

1. 非回転のハウジング側に装着されるシールリップが回転軸側のシールフランジの軸方向端面に摺動可能に接触する構造を備え、前記シールフランジの軸方向端面に回転時、流体ポンピング作用を発揮するネジ溝を設けた密封装置において、
   前記ネジ溝は、その内面の一部として内周側斜面を備え、
   前記シールリップの先端部が前記ネジ溝に入り込んだ状態で、前記シールリップの先端部内周面と前記内周側斜面とがなす角度を０°±３°の範囲に設定したことを特徴とする密封装置。
2. 請求項１記載の密封装置において、
   前記ネジ溝は、その断面形状が不等辺三角形または二等辺三角形とされていることを特徴とする密封装置。

Images