JP6208665B2 - 密封装置 - Google Patents

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Description

本発明は、回転軸と、回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置に関する。
従来、特許文献1、2に示すような密封装置が知られている。ここで、特許文献1に開示される従来例に係る密封装置について説明する。特許文献1に開示される密封装置は、ハウジングの軸孔の内周面に装着されて、回転軸と、回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を密封する。この密封装置は、金属製のケースを備えており、密封装置の各構成部品がケースによって保持されて一体的にカートリッジ化されている。そして、この密封装置は、一次シールとしてのゴム製のシール部材(以下、ゴムシール部材という)と、ゴムシール部材の姿勢を維持しつつ二次シールとしての機能を有する樹脂製のシール部材(以下、樹脂シール部材という)とを備えている。
WO2011/0585A1公報 実開平3−41264号公報
ここで、樹脂シール部材と回転軸の外周面との摺動により、樹脂シール部材と回転軸の外周面との摺動部において熱が発生する場合がある。また、特許文献1に開示される密封装置の構成によると、ゴムシール部材の姿勢を維持する樹脂シール部材がゴムシール部材と接触して設けられている。そのため、樹脂シール部材と回転軸の外周面との摺動により発生した熱が、樹脂シール部材からゴムシール部材に直接伝わり、ゴムシール部材が劣化する虞がある。ゴム製のシール部材が劣化するとシール性が低下してしまう。
そこで、本発明の目的は、樹脂製のシール部材と回転軸の外周面との摺動により発生した熱がゴム製のシール部材に伝わることを原因とするシール性の低下を抑制することである。
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、
回転軸と、前記回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、
前記回転軸の外周面に摺動するリップ部を備えるゴム製の第1シール部材と、
前記第1シール部材よりも前記回転軸の軸線方向における密封流体側とは反対側に設けられ、前記回転軸の外周面に摺動するリップ部を備える樹脂製の第2シール部材と、
前記第1シール部材と前記第2シール部材との間に設けられ、前記第1シール部材の姿勢を維持する金属製の維持部材と、
前記軸孔の内周面に嵌着される円筒部と、前記円筒部の前記反対側の端部から前記回転軸の径方向の内側に延びる内向きフランジと、該内向きフランジの端部から前記密封流体側に延びる爪部とを備える金属製のケースと、
前記密封流体側から前記第1シール部材を押し付けて、前記第1シール部材の位置決めをする位置決め部材と、
を備える密封装置において、
前記維持部材は、
大径部と、
前記大径部の前記反対側の端部から前記径方向の内側に延びて、前記ケースの内向きフランジと接触する内向きフランジであって、前記爪部が係合する切り欠きを有する内向きフランジと、
前記大径部の前記密封流体側の端部と段差部を介して繋がり、前記第1シール部材のリップ部の内周面に接触して、前記第2シール部材のリップ部の摺動部よりも前記密封流体側に延びる小径部と、
前記小径部の前記密封流体側の端部から前記径方向の内側に延びるリップ保持部と、
を有すると共に、
前記位置決め部材は、断面が略コの字形状の部材により構成され、かつ前記ケースにおける前記円筒部の内周面に圧入により固定されると共に、前記第1シール部材のリップ部に接触する部分のうち前記密封流体側が、該リップ部から離間するように、径方向外側に傾斜していることを特徴とする。
この構成によれば、第1シール部材と第2シール部材との間に設けられる維持部材の小径部が、第2シール部材のリップ部の摺動部よりも密封流体側に延びていることより、第1シール部材のリップ部と第2シール部材のリップ部とは非接触である。そのため、第2シール部材のリップ部と回転軸との摺動により発生した熱が、樹脂製の第2シール部材からゴム製の第1シール部材に直接伝わることがない。なお、維持部材は、密封流体側に延びる小径部の端部から径方向の内側に延びるリップ保持部を有しているため、密封流体側から圧力がかかった場合であっても第1シール部材のリップ部の姿勢を維持することができる。また、第1シール部材と第2シール部材との間に設けられる維持部材は金属製である。そのため、摺動により発生した熱は、維持部材に伝わりやすい。また、維持部材の内向きフランジが金属製のケースの内向きフランジと接触している。そのため、摺動により発生した熱は、金属製の維持部材を通じて、金属製のケースへと伝わり、その後放熱されることとなる。したがって、第2シール部材のリップ部と回転軸との摺動により発生した熱は、第1シール部材に伝わりにくい。
また、本発明においては、密封流体側から第1シール部材を押し付けて、第1シール部材の位置決めをする位置決め部材を備えている。そのため、位置決め部材が、第1シール部材を回転軸の軸線方向の密封流体側から反対側に向けて押し付ける。これにより、第1シール部材を介して、維持部材の内向きフランジをケースの内向きフランジに押し付ける力が働く。そのため、共に金属製のケースの内向きフランジと維持部材の内向きフランジとが強い力で互いに当接することとなる。そのため、摺動により発生した熱であって、維持部材に伝わった熱が、維持部材の内向きフランジを通じてケースの内向きフランジへと伝わりやすい。
さらに、維持部材の小径部は、第2シール部材のリップ部の外周面と径方向において環状隙間を有すると好適である。この構成によれば、第2シール部材のリップ部と維持部材の小径部とが非接触であるため、摺動により発生した熱が、維持部材の小径部に伝わりにくい。そのため、摺動により発生した熱は、維持部材の小径部と接触する第1シール部材のリップ部に伝わりにくい。
以上説明したように、本発明によれば、樹脂製のシール部材と回転軸の外周面との摺動により発生した熱がゴム製のシール部材に伝わることを原因とするシール性の低下を抑制することができる。
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に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。 図3は、本発明の実施例1に係る密封装置の組み立て手順を示す模式的断面図である。 図4は、本発明の実施例2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5は、本発明の実施例2に係る密封装置を示す外観斜視図及び正面図である。 図6は、本発明の実施例3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7は、本発明の実施例4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8は、本発明の実施例5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9は、本発明の実施例6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、実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態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1〜3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の適用例を説明する。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って、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200と、回転軸200が挿通される軸孔310を有するハウジング300とを備えている。回転軸200には、回転軸200の回転を円滑にするためのベアリング210が取り付けられている。また、回転軸200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220が取り付けられており、他端側には冷却水を圧送するためのインペラー230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、密封流体側(L)とは反対側の大気側(A))に漏れてしまうことを抑制するために、回転軸200とハウジング300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、密封流体は冷却水である。
<密封装置の構成>
次に、図2を参照して、本発明の実施例1に係る密封装置100の構成について説明する。図2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。実施例1に係る密封装置100は、回転軸200、回転軸200が挿通される軸孔310を有するハウジング300との間の環状隙間を封止する装置である。
密封装置100は、ゴム製の第1シール部材としてのゴムシール部材110と、樹脂製の第2シール部材としての樹脂シール部材120と、維持部材としてのサポートリング130と、バックアップリング140と、位置決め部材としてのアダプタ150と、を備えている。さらに、密封装置100は、これら各部材を一体的に保持するケース180を備えている。
ゴムシール部材110は、筒状部111と、筒状部111から回転軸200の径方向の内側に延びるゴムリップ部112とを備えている。ゴムリップ部112は、先端部(先端面)である摺動部(摺動面)112aで回転軸200の外周面に摺動する。
樹脂シール部材120は、円環部121と、円環部121から回転軸200の径方向の内側に延びる樹脂リップ部122とを備えている。樹脂リップ部122は、先端部(先端面)である摺動部(摺動面)122aで回転軸200の外周面に摺動する。また、樹脂シール部材120は、ゴムシール部材110よりも回転軸200の軸線方向において大気側(A)に設けられている。
サポートリング130は、金属製であって、ゴムシール部材110と樹脂シール部材120との間に設けられている。そして、密封流体側(L側)から圧力がかかった場合に、ゴムシール部材110の姿勢が変形するのを抑制する。
また、実施例1において、サポートリング130は、大径部131と、大径部131の密封流体側(L側)の先端から径方向の内側に延びる段差部132と、段差部132を介して大径部131と繋がる小径部133とを有している。
さらに、サポートリング130は、大径部131の大気側(A側)の端部から内側に延びる内向きフランジ135を備えている。この内向きフランジ135には、周方向に等間隔に切欠きが設けられている。実施例1においては、内向きフランジ135の周方向に3箇所の切欠き135aを設けた。
さらに、サポートリング130は、小径部133の密封流体側(L側)の端部から径方向の内側に延びるリップ保持部134を有している。リップ保持部134は、密封流体側(L側)から圧力がかかった場合、ゴムシール部材110のゴムリップ部112の姿勢の変形を抑制する。
サポートリング130の小径部133は、ゴムシール部材110のゴムリップ部112の内周面に接触して、樹脂シール部材120の樹脂リップ部122と回転軸の外周面との摺動部122aよりも、密封流体側(L側)に延びている。そのため、小径部133は、ゴムシール部材110のゴムリップ部112と樹脂シール部材120の樹脂リップ部122との間に設けられ、これらシール部材を互いに非接触とする。また、小径部133は、樹脂シール部材120の樹脂リップ部122の外周面と径方向において環状の隙間を有しているため、回転軸200の偏芯等が許容される。
バックアップリング140は、金属製であって、樹脂シール部材120よりも大気側(A側)に設けられている。バックアップリング140は、サポートリング130の内向きフランジ135と、樹脂シール部材120とによって挟持されている。そして、密封流体側(L側)から圧力がかかった場合に、樹脂シール部材120の姿勢が変形するのを抑制する。
アダプタ150は、図2に示すように、密封流体側(L側)からゴムシール部材110を押し付けて、軸線方向におけるゴムシール部材110の位置決めをする。また、アダプタ150は、ゴムシール部材110が密封流体側(L側)に抜けるのを抑制している。
また、本実施例において、アダプタ150は、図2に示すように断面が略コノ字形状となっており、ゴムシール部材110のゴムリップ部112に接触する部分のうち密封流体側(L側)が、ゴムリップ部112から離間するように、径方向の外側に傾斜している。そのため、密封装置100がハウジング300に装着された状態において、ゴムシール部材110が径方向の外側に変形しても、アダプタ150のエッジ部151が、ゴムシール部材110のゴムリップ部112と接触することが回避される。これにより、アダプタ150のエッジ部151と接触することにより、ゴムシール部材110が損傷することが抑制される。ただし、本発明において、アダプタ150の形状は図2で示すものに限定されるものではなく、アダプタ150が傾斜しない構成であってもよい。
ケース180は、軸孔310に嵌着される円筒部181と、円筒部181の大気側(A側)の先端から径方向の内側に延びる内向きフランジ182を有している。また、ケース180は、内向きフランジ182の端部から密封流体側(L側)に延びる爪部183を有している。実施例1において周方向に3箇所設けられる爪部183は、サポートリング130の切欠き135aに係合する。
また、実施例1において、ケース180は、ハウジング300の形状に沿うように、円筒部181の密封流体側(L側)の端部から径方向の外側に延びて、軸線方向におけるケース180の位置決めをする位置決め部184を備えている。また、ケース180は、サポートリング130、バックアップリング140と同様に金属製の部材である。
ここで、図3を参照して、密封装置100の組立て手順について説明する。図3は、実施例1に係る密封装置の組み立て手順を示す模式的断面図である。
まず、サポートリング130の内側に樹脂シール部材120の円環部121を組み込む。その後、バックアップリング140を嵌め込む(図3(a)参照)。次に、サポートリング130の図中左側の端部を内側に折り曲げて、内向きフランジ135を形成する(図3(a)中矢印参照)。そして、このサポートリング130と、樹脂シール部材120と、バックアップリング140とが一体となったものに、ゴムシール部材110を組み付ける(図3(b)参照)。
その後、これらが一体となったものを、ケース180の内周面に沿うように軸方向に押し込み、ゴムシール部材110の筒状部111をケース180の内周面に嵌める(図3(c)参照)。そして、アダプタ150をケース180の内周面に圧入する。以上の構成により、上記の各部材が一体的となってカートリッジ化される。すなわち、ゴムシール部材110、樹脂シール部材120、サポートリング130、バックアップリング140、アダプタ150、及びケース180を、一つの部品として取り扱うことが可能となる。
<実施例1に係る密封装置の優れた点>
次に、図2を参照して、実施例1に係る密封装置の優れた点について説明する。
樹脂リップ部122の摺動部122aと回転軸200とが、長時間にわたって摺動した場合、その摺動によって熱が発生する場合がある。そして、その熱が、ゴムシール部材110に伝わってしまうと、ゴムシール部材110が劣化する虞がある。ゴムシール部材110が劣化してしまうとシール性が低下してしまう。
しかしながら、実施例1に係る密封装置100の構成によると、サポートリング130がゴムシール部材110と樹脂シール部材120との間に設けられており、ゴムシール部材110と樹脂シール部材120とは非接触であるため、摺動部122aで発生した熱が直接ゴムシール部材110に伝わることはない。
また、金属製のサポートリング130は、内向きフランジ135において、金属製のケース180の内向きフランジ182に接触している。そのため、摺動部122aで発生した熱は、サポートリング130の内向きフランジ135を通じて、ケース180へと伝わる。このように金属製のケース180に伝わった熱は、ケース180の内向きフランジ182において大気側(A側)へと放熱される。
また、実施例1の構成においては、サポートリング130の小径部133は、ゴムシール部材110のゴムリップ部112の内周面に接触しており、樹脂シール部材120の樹脂リップ部122とは非接触である。すなわち、径方向において、サポートリング130の小径部133と樹脂シール部材120の樹脂リップ部122とは環状隙間を有している。そのため、摺動部122aで発生した熱は、樹脂リップ部122からサポートリング130の小径部133へ直接は伝わらない。摺動部122aで発生した熱は、樹脂リップ部122から円環部121へと伝わり、円環部121と接触するサポートリング130の段差部132や大径部131へと伝わる。この際、大径部131から筒状部111に熱が伝わっても、ゴムリップ部112に熱が伝わるよりはシール性に影響は少ない。
さらに、ゴムリップ部112と回転軸200との摺動により発熱が生じる場合もある。しかし、ゴムリップ部112は、金属製のサポートリングの小径部133及びリップ保持部134と接触しているため、ゴムリップ部112と回転軸200との摺動により発生した熱は、小径部133、リップ保持部134に伝わりやすい。サポートリング130の小径部133、リップ保持部134に伝わった熱は、段差部132、大径部131、内向きフランジ135を介してケース180に伝わり、その後放熱される。
以上述べたように、実施例1の構成においては、樹脂シール部材120の摺動部122aと回転軸200との摺動により熱が発生したとしても、ゴムシール部材110へ伝わりにくい。また、金属製の部材を通じて密封装置100の外部へ放熱されやすい。そのため、ゴムシール部材110の劣化による、シール性の低下を抑制することができる。
(実施例2)
図4、図5を参照して、本発明の実施例2について説明する。図4は、本発明の実施例2に係る密封装置100の使用状態を示す模式的断面図である。図5(a)は、本発明の実施例2に係る密封装置100の外観斜視図であって、図5(b)は、大気側(A側)から見た正面図である。
本実施例においては、上記実施例1におけるケースの変形例を説明する。その他の構成及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。
回転軸200と、ハウジング300の軸孔310の径との関係によっては、密封装置100によってシールす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100においては、ケース180の断面S字形状の部位186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。ケース180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。
(実施例3)
図6には、本発明の実施例3が示されている。本実施例においては、回転軸200の外周面に嵌着される金属製のスリーブ250を用いた。その他の構成及び作用については実施例1、2と同一なので、同一の構成部分ついては同一の符号を付して、その説明は省略する。
スリーブ250は、回転軸200をハウジング300の軸孔310に組み込みやすくするため、及び回転軸200の外周面を保護するために設けられる。回転軸200が回転することによって、スリーブ250は、ゴムリップ部112の摺動部112a及び樹脂リップ部122の摺動部122aと摺動しながら回転する。すなわち、本発明は、ゴムリップ部112の摺動部112a及び樹脂リップ部122の摺動部122aが回転軸200の外周面に直接摺動する構成に限られるものではなく、回転軸200と一体となって回転するスリーブ250の外周面に摺動する構成であってもよい。
ここで、スリーブ250は金属製の部材である。そのため、スリーブ250と樹脂リップ部122の摺動部122aとの摺動により熱が発生した場合、その熱がサポートリング130を通じて放熱されるのみでなく、スリーブ250を通じても放熱されることとなる。すなわち、実施例1の構成と比較して、摺動により発生する熱をより効果的に放熱することができ、ゴムシール部材110の劣化を抑制することができる。特に、回転軸200の材質が樹脂のような熱伝導性が低い材質の場合に有効である。
(実施例4)
図7には、本発明の実施例4が示されている。本実施例は、実施例1の構成に、実施例3で用いたスリーブ250を採用した例である。その他の構成及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。
(実施例5)
図8には、本発明の実施例5が示されている。本実施例においては、上記実施例1におけるケースの変形例を説明する。その他の構成及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。
実施例1においては、ハウジング300の形状に合わせて、ケース180が径方向の外側に延びる位置決め部184を有する構成としたが、本実施例においては、ケース180は、位置決め部184を有していない。本実施例においては、ケース180の内向きフランジ182が、軸線方向においてハウジング300に接触し、位置決め部としての役割を果たしている。
(実施例6)
図9には、本発明の実施例6が示されている。本実施例においては、上記実施例1におけるケースの変形例を説明する。その他の構成及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。
本実施例のケース180は、実施例5と同様に、実施例1の位置決め部184を有していない。ケース180の円筒部181の密封流体側(L側)の端部は径方向内側に折れ曲がり、アダプタ150を挟み込んでいる。そのため、アダプタ150が密封流体側(L)側に抜け落ちない。なお、図9に示すように、本実施例においては、アダプタ150の軸線方向における長さを他の実施例に示したものより長くした。ケース180の密封流体側(L側)の端部の上記折れ曲がりは、アダプタ150の長さに合わせて適宜変更すればよい。
なお、実施例5、6においては、スリーブ250を有するものを示したがこれに限られるわけではなく、ゴムリップ部112及び樹脂リップ部122が回転軸200の外周面に直接摺動する構成でもよい。
10 ウォーターポンプ
100 密封装置
110 ゴムシール部材
111 筒状部
112 ゴムリップ部
112a 摺動部
120 樹脂シール部材
121 円環部
122 樹脂リップ部
122a 摺動部
130 サポートリング
131 大径部
132 段差部
133 小径部
134 リップ保持部
135 内向きフランジ
135a 切欠き
140 バックアップリング
150 アダプタ
151 エッジ部
180 ケース
181 円筒部
182 内向きフランジ
183 爪部
184 位置決め部
200 回転軸
210 ベアリング
220 プーリー
230 インぺラー
250 スリーブ
300 ハウジング
A 大気側
L 密封流体側

Claims (2)

  1. 回転軸と、前記回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、
    前記回転軸の外周面に摺動するリップ部を備えるゴム製の第1シール部材と、
    前記第1シール部材よりも前記回転軸の軸線方向における密封流体側とは反対側に設けられ、前記回転軸の外周面に摺動するリップ部を備える樹脂製の第2シール部材と、
    前記第1シール部材と前記第2シール部材との間に設けられ、前記第1シール部材の姿勢を維持する金属製の維持部材と、
    前記軸孔の内周面に嵌着される円筒部と、前記円筒部の前記反対側の端部から前記回転軸の径方向の内側に延びる内向きフランジと、該内向きフランジの端部から前記密封流体側に延びる爪部とを備える金属製のケースと、
    前記密封流体側から前記第1シール部材を押し付けて、前記第1シール部材の位置決めをする位置決め部材と、
    を備える密封装置において、
    前記維持部材は、
    大径部と、
    前記大径部の前記反対側の端部から前記径方向の内側に延びて、前記ケースの内向きフランジと接触する内向きフランジであって、前記爪部が係合する切り欠きを有する内向きフランジと、
    前記大径部の前記密封流体側の端部と段差部を介して繋がり、前記第1シール部材のリップ部の内周面に接触して、前記第2シール部材のリップ部の摺動部よりも前記密封流体側に延びる小径部と、
    前記小径部の前記密封流体側の端部から前記径方向の内側に延びるリップ保持部と、
    を有すると共に、
    前記位置決め部材は、断面が略コの字形状の部材により構成され、かつ前記ケースにおける前記円筒部の内周面に圧入により固定されると共に、前記第1シール部材のリップ部に接触する部分のうち前記密封流体側が、該リップ部から離間するように、径方向外側に傾斜していることを特徴とする密封装置。
  2. 前記小径部は、前記第2シール部材のリップ部の外周面と前記径方向において環状隙間を有することを特徴とする請求項1に記載の密封装置。
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