JP6394226B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置であって、ハウジングと共に回転する密封装置に関する。

従来、軸とハウジングとの間の環状隙間を密封するために、軸の外周面に接触するリップ部（シールリップ）が設けられた、オイルシールなどの密封装置が知られている。ハウジングが回転する構成において、密封装置がハウジングに固定された場合には、密封装置はハウジングと共に回転する（特許文献１参照）。そのため、従来においては、ハウジングの回転時に作用する遠心力によって、リップ部が、その根元付近を支点として径方向外向きに拡がるように変形してしまい、密封機能が損なわれることがあった。

実開平５−７９１３０号公報

本発明の目的は、軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する、ハウジングと共に回転する密封装置において、遠心力によるリップ部の変形を抑制し、以って密封機能が好適に維持される密封装置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。
即ち、本発明の密封装置は、
軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する、前記ハウジングと共に回転する密封装置であって、
円筒部と、前記円筒部から径方向内側に伸びる内向きフランジ部とを備える補強環と、
前記補強環に一体的に設けられたゴム状弾性体製のシール本体と、
を備える密封装置において、
前記シール本体は、
前記内向きフランジ部の内周側の先端よりも径方向内側から密封領域側へ伸びる、前記軸の外周面に摺動自在に接触するリップ部と、
前記内向きフランジ部の内周側の先端よりも径方向内側から前記密封領域の反対側へ伸びる部分であって、前記軸の外周面に接触せず、且つ、回転中に作用する遠心力によって径方向外向きに変形したときに前記リップ部に対して径方向内向きの力を作用させるように形成されている重り部と、を備える。

本発明に係る密封装置によれば、シール本体は、軸の外周面に摺動自在に接触するリップ部に加えて、リップ部が伸びる方向とは反対の方向へ伸びる重り部を備えている。重り部は、回転中に作用する遠心力によって径方向外向きに変形したときにリップ部に対して径方向内向きの力を作用させるように形成されている。詳細には、重り部が遠心力によって径方向外向きに変形したときには、重り部の内周側が引張される。ゆえに、重り部は、その内周側が引張されたときに、リップ部の内周側を引張することができるように形成されている。したがって、本発明によれば、密封装置がハウジングと共に回転しているときには、重り部が径方向外向きに変形することにより、リップ部が径方向外向きに拡がるように変形することが抑制される。その結果、軸に対するリップ部の接触状態を維持するこ
とが可能になるため、密封装置の密封機能を好適に維持することが可能になる。なお、重り部は、軸の外周面に接触しないように形成されている。この場合には、形状や重量が同一の重り部が軸の外周面に接触するように形成されている場合に比べて、密封装置の回転の中心軸から重り部までの距離が大きくなるため、より大きな遠心力が重り部に作用する。ゆえに、本発明によれば、重り部の変形が促されるため、密封装置の密封機能がより好適に維持され得る。

また、本発明においては、前記重り部は、前記リップ部の質量よりも大きい質量を有す
る。この構成によれば、相対的に大きな遠心力が重り部に作用するため、重り部が径方向外向きにより大きく変形し得る。これにより、リップ部に対して径方向内向きにより大きな力を作用させることが可能になるため、リップ部の変形をより抑制し、以って密封装置の密封機能をより好適に維持することが可能になる。

更に、本発明によれば、前記重り部は、前記密封装置の中心軸を含む平面による断面の重心が、該平面による前記リップ部の断面の重心よりも径方向外側に位置するように形成されてもよい。この構成によれば、リップ部に作用する遠心力よりも大きい遠心力が重り部に作用するため、重り部が径方向外向きに更により大きく変形し得る。その結果、リップ部の変形をより抑制し、以って密封装置の密封機能をより好適に維持することが可能になる。

また、本発明によれば、前記重り部は、前記内向きフランジ部の内周側の先端よりも径方向内側から更に径方向内側へ伸びるように形成されていてもよい。この構成によれば、重り部が径方向外向きに変形することによって重り部の内周側が引張されたときには、リップ部の内周側がより効果的に引張される。したがって、重り部が遠心力によって径方向外向きに変形したときに、リップ部に対して径方向内向きの力をより確実に作用させることが可能になる。

本発明によれば、軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する、ハウジングと共に回転する密封装置において、遠心力によるリップ部の変形を抑制することが可能になるため、密封機能を好適に維持することが可能になる。

本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 本発明の実施例に係る密封装置の回転時の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）
図１及び図２を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。なお、本実施例においては、密封装置の一例として、密封領域内のオイルの漏れを抑制するオイルシールについて説明する。図１は、本発明の実施例に係るオイルシールの模式的断面図であって、オイルシールの中心軸を含む平面で切断したときの断面図である。なお、寸法等の説明のために、オイルシールのシール本体は、外力が作用していないときの形状が示されており、軸は破線で示されている。また、奥行きは適宜省略されている。そして、図２は、本発明の実施例に係るオイルシールがハウジングと共に回転しているときの状態を示
す模式的断面図である。図２は、図１と同様に、オイルシールの中心軸を含む平面で切断したときの断面図である。なお、中心軸の上側と下側は線対称であるため、中心軸の下側は省略されている。また、奥行きは適宜省略されている。

＜オイルシールの構成＞
主に図１を参照して、本実施例に係るオイルシール１００の構成について説明する。本実施例に係るオイルシール１００は、軸２００とハウジング３００との間の環状隙間を密封するものであって、ハウジング３００と共に回転する。オイルシール１００は、金属製の補強環１１０と、補強環１１０に一体的に設けられたゴム状弾性体製のシール本体１２０とから構成される。オイルシール１００は、例えばインサート成形によって成形される。オイルシール１００は、使用時においては、図中右側が、密封対象流体が密封される密封領域側（Ｏ）となり、図中左側が密封領域とは反対側の大気側（Ａ）となる。なお、本実施例においては、密封対象流体はオイルである。

補強環１１０は、オイルシール１００の中心軸Ｃに平行な円筒部１１１と、円筒部１１１の大気側（Ａ）の端部から径方向内側に伸びる内向きフランジ部１１２とを備える。オイルシール１００は、円筒部１１１の外周面がハウジング３００の内周面に嵌合することによって、ハウジング３００に対して固定されている。本実施例においては、内向きブランジ部１１２の径方向内側は、密封領域側（Ｏ）へ向かって若干湾曲されている。なお、補強環１１０は、剛体であれば金属以外の材料から構成されてもよい。また、円筒部１１１の外径側に更にゴム状弾性体製の部分が設けられており、このゴム状弾性体製の部分がハウジング３００の内周面に嵌合することによって、オイルシール１００が固定されてもよい。

シール本体１２０は、内向きフランジ部１１２の内周側の先端１１３よりも径方向内側から密封領域側（Ｏ）へ伸びる、軸２００の外周面に摺動自在に接触するリップ部１２１と、同じく先端１１３よりも径方向内側から密封領域側（Ｏ）の反対側（即ち、大気側（Ａ））へ伸びる重り部１２２とを備えている。また、本実施例においては、シール本体１２０は、先端１１３よりも径方向内側に、リップ部１２１と重り部１２２とを接続する接続部１２３を備えている。ここで、「先端１１３よりも径方向内側」とは、中心軸Ｃからの距離が、中心軸Ｃから先端１１３までの距離よりも小さくなる領域（空間）を意味している。即ち、図１に示される断面においては、破線Ｌ１とＬ２の間の領域が、「先端１１３よりも径方向内側」の領域である。また、ここでいう「先端」は、図１に示される先端１１３のような端縁に限られず、内向きフランジ部１１２の内周側の端（即ち、最も径方向内側の部位）であれば、面などであってもよい。また、リップ部１２１が「先端１１３よりも径方向内側から密封領域側（Ｏ）へ伸びる」とは、リップ部１２１の少なくとも一部（即ち、内周側の一部）が、先端１１３よりも「径方向内側」から伸びていることを意味している。重り部１２２についても同様である。

そして、本実施例においては、重り部１２２は、軸２００の外周面に接触せず、且つ、回転中に作用する遠心力によって径方向外向きに変形したときにリップ部１２１に対して径方向内向きの力を作用させるように形成されている。即ち、重り部１２２は、内向きフランジ部１１２の先端１１３よりも径方向内側から、更に径方向内側へ伸びている。ゆえに、シール本体１２０は、図１で示されるように、中心軸Ｃを含む平面による断面で見たときに、接続部１２３においてくびれた（窪んだ）形状となる。これにより、回転中の遠心力によって重り部１２２が径方向外向きに拡がるように変形すると、重り部１２２の内周側が引張されることによって、接続部１２３の内周側を介してリップ部１２１の内周側が引張される。その結果、重り部１２２が遠心力によって径方向外向きに変形したときに、リップ部１２１には径方向内向きの力が作用する。

また、本実施例においては、重り部１２２は、リップ部１２１の質量よりも大きい質量を有するように構成されている。ここで、シール本体１２０は、単一の弾性材料から成る部材であって、その密度は全体に亘って概ね等しい。したがって、本実施例においては、図１に示されるように、中心軸Ｃを含む平面による断面で見たときに、重り部１２２の断面Ｓ２の面積が、リップ部１２１の断面Ｓ１の面積よりも大きくなるように形成されている。更に、本実施例においては、重り部１２２は、中心軸Ｃを含む平面による断面の重心Ｍ２が、該平面によるリップ部１２１の断面の重心Ｍ１よりも径方向外側に位置するように形成されている。

＜オイルシールの使用状態＞
主に図２を参照して、本実施例に係るオイルシール１００の使用状態について説明する。既に述べたように、本実施例に係るオイルシール１００は、ハウジング３００に固定されており、シール本体１２０のリップ部１２１の先端が、軸２００の外周面に摺動自在に接触することによって、軸２００とハウジング３００との間の環状隙間を密封する。リップ部１２１は、その先端の内径Ｄ１が、軸２００の外径Ｄ２よりも小さく形成されている。そのため、オイルシール１００の軸孔に軸２００が挿通されたときには、リップ部１２１の先端は、軸２００の外周面に対して径方向外向きに拡げられた状態で接触する。これにより、リップ部１２１の先端は、径方向内向きに作用するリップ部１２１の復元力によって軸２００の外周面に対して押圧されるため、リップ部１２１による密封機能が発揮される。

ハウジング３００の回転時においては、オイルシール１００はハウジング３００と共に回転する。ここで、シール本体１２０の接続部１２３は、剛体から成る内向きフランジ部１１２の径方向内側に設けられているため、回転中に遠心力が作用しても概ね変形しない。これに対し、リップ部１２１は、接続部１２３から密封領域側（Ｏ）へ伸びているため、回転中に作用する遠心力は、リップ部１２１の根元を支点としてこれを径方向外向きに変形させるように作用する。ただし、シール本体１２０には、接続部１２３から大気側（Ａ）へ伸びる重り部１２２が設けられている。重り部１２２は、回転中に作用する遠心力によって、その根元を支点として径方向外向きに変形する。即ち、図２において破線で示されている、外力が作用していないときの形状から、実線で示されている、径方向外向きに変形したときの形状に変化する。ここで、重り部１２２は、軸２００の外周面に接触しないように形成されており、また、シール本体１２０は、中心軸Ｃを含む平面による断面で見たときに、接続部１２３においてくびれた形状となっている。したがって、回転中の遠心力によって重り部１２２が径方向外向きに拡がるように変形すると、重り部１２２の内周側が引張されることによって、接続部１２３の内周側を介してリップ部１２１の内周側が引張される。つまり、重り部１２２が遠心力によって径方向外向きに変形することによって、リップ部１２１には径方向内向きの力Ｆが作用する。これにより、遠心力によってリップ部１２１が径方向外向きに拡がるように変形することが抑制されるため、軸２００に対するリップ部１２１の接触状態を維持することが可能になる。

＜本実施例に係るオイルシールの優れた点＞
本実施例に係るオイルシール１００によれば、オイルシール１００の回転時には、遠心力によって重り部１２２が変形することによって、リップ部１２１の先端が軸２００の外周面に接触した状態が維持される。ゆえに、オイルシール１００によれば、ハウジング３００と共に回転しているときであっても、密封機能を好適に維持することが可能になる。

また、オイルシール１００によれば、重り部１２２は、軸２００の外周面に接触しないように形成されている。ゆえに、形状や重量が同一の重り部が軸２００の外周面に接触するように形成されている場合に比べて、中心軸Ｃから重り部１２２までの距離が大きくなるため、より大きな遠心力が重り部１２２に作用する。したがって、オイルシール１００
によれば、重り部１２２の変形が促されるため、オイルシール１００の密封機能が好適に維持され得る。また、重り部１２２は軸２００の外周面に接触しないため、重り部１２２の形状の設計自由度が高くなる。

また、オイルシール１００によれば、重り部１２２は、リップ部１２１の質量よりも大きい質量を有している。そして、重り部１２２は、中心軸Ｃを含む平面による断面の重心Ｍ２が、該平面によるリップ部１２１の断面の重心Ｍ１よりも径方向外側に位置するように形成されている。回転する物体に作用する遠心力の大きさは、「物体の質量と、回転中心からの距離と、回転の角速度の２乗との積」で表されるから、以上のように構成されることにより、重り部１２２には、リップ部１２１に作用する遠心力よりも大きい遠心力が作用する。その結果、重り部１２２は径方向外向きにより大きく変形するため、リップ部１２１の変形をより効果的に抑制し、以ってオイルシール１００の密封機能をより好適に維持することが可能になる。

（変形例）
以上、本発明の好適な実施例を説明したが、本発明には他にも種々の変形例が含まれる。特に、シール本体の構成については、当業者であれば想到し得る他の構成も、本発明に含まれる。つまり、本実施例においては、シール本体１２０は、内向きフランジ部１１２の先端１１３よりも径方向内側に、リップ部１２１と重り部１２２に加えて接続部１２３を備えているが、本発明に係る密封装置が備えるシール本体の形状はこれに限られない。例えば、接続部を設けず、内向きフランジ部の先端よりも径方向内側において、リップ部と重り部が分岐していてもよい。即ち、密封装置の中心軸を含む平面による断面で見たときに、リップ部と重り部がＶ字型となるように構成されてもよい。あるいは、重り部が、内向きフランジ部の内周側の先端よりも径方向内側から、大気側且つ径方向外側へ伸びるように形成されていてもよい。なお、シール本体がどのような形状で形成されていても、シール本体におけるどの部分がリップ部や重り部に相当するかは、それらの部分の形状や変形態様などから判断することができる。例えば、リップ部は、フランジ部の内周側の先端よりも径方向内側から密封領域側へ伸びる、軸の外周面に摺動自在に接触する部分（接触する部位を含む部分）であって、仮に重り部が設けられなければ、回転中に作用する遠心力によってその根元を支点として径方向外向きに拡がるように変形する部分、とすることができる。また、重り部も、フランジ部の内周側の先端よりも径方向内側から大気側へ伸びる、軸の外周面に接触しない部分であって、回転中に作用する遠心力によってその根元を支点として径方向外向きに拡がるように変形する部分、とすることができる。重り部やリップ部の質量や断面の位置を考慮する際には、以上のようにして重り部やリップ部を特定すればよい。

１００ オイルシール
１１０ 補強環
１１２ 内向きフランジ部
１２０ シール本体
１２１ リップ部
１２２ 重り部
２００ 軸
３００ ハウジング
Ｃ 中心軸

Claims (3)

1. 軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する、前記ハウジングと共に回転する密封装置であって、
   円筒部と、前記円筒部から径方向内側に伸びる内向きフランジ部とを備える補強環と、
   前記補強環に一体的に設けられたゴム状弾性体製のシール本体と、
   を備える密封装置において、
   前記シール本体は、
   前記内向きフランジ部の内周側の先端よりも径方向内側から密封領域側へ伸びる、前記軸の外周面に摺動自在に接触するリップ部と、
   前記内向きフランジ部の内周側の先端よりも径方向内側から前記密封領域の反対側へ伸びる部分であって、前記軸の外周面に接触せず、且つ、回転中に作用する遠心力によって径方向外向きに変形したときに前記リップ部に対して径方向内向きの力を作用させるように形成されている重り部と、
   を備え、
   前記重り部は、前記リップ部の質量よりも大きい質量を有することを特徴とする密封装置。
2. 前記重り部は、前記密封装置の中心軸を含む平面による断面の重心が、該平面による前記リップ部の断面の重心よりも径方向外側に位置するように形成されている、請求項１に記載の密封装置。
3. 前記重り部は、前記内向きフランジ部の内周側の先端よりも径方向内側から更に径方向内側へ伸びるように形成されている、請求項１または２に記載の密封装置。

Images