JP6830060B2 - 密封装置 - Google Patents

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Description

本発明は、密封装置に関し、特に、車両や汎用機械の内燃機関において、低温環境下で好適に使用可能な密封装置に関する。
従来から、自動車等の車両のエンジンにおいて、互いに相対回動する２つの部材間の間隙を密封するために密封装置が使用されている。例えば、クランクシャフト等の回転するシャフトと、このシャフトが挿通されるケーシングとの間の間隙を密封するために密封装置が使用されている。
エンジンにおいて、シャフトとケーシングとの間の間隙に密封装置が設置されると、密封装置のシールリップ部がシャフトに当接して、ケーシング内に密封空間が形成される。密封装置のシールリップ部とシャフトとの当接部において、密封対象液であるエンジンオイルは、潤滑剤として作用する。密封対象液が潤滑剤として作用することにより、密封装置のシールリップ部の摩耗が抑制される。
図３は、従来の密封装置の概略構成を示すための図である。図３に示すように、従来の密封装置１００は、シールリップ部１０１の密封対象液側とは反対側の大気側傾斜面１０２に、軸線に対して斜めに延びる複数の突起（ネジ突起１０３）が等間隔に設けられている。このネジ突起１０３は、シャフトの回転時にネジポンプとして作用し、密封対象液が大気側に漏れることを防止している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１７２０６１号公報
しかしながら、密封対象液が流動点以下となる低温環境下では、エンジンの始動時に密封対象液が流動しないため、密封対象液はエンジン内において循環せず、シールリップ部１０１に供給されない。このため、密封対象液はシールリップ部１０１の潤滑剤として作用せず、シールリップ部１０１は潤滑不良となり、シールリップ部１０１の摩耗が進行することになる。シールリップ部１０１の摩耗が進行することにより、ネジ突起１０３の摩耗やリップしめしろの低下によって、密封装置１００におけるポンピング性能が低下し、密封対象液の漏れが生じる場合があった。
かかる問題を解決するために、低温環境下では、使用する密封対象液を流動点のより低い密封対象液に変更する方法が考えられる。しかしながら、密封対象液を変更した場合、エンジンの他の機構に悪影響を与える可能性があり、密封対象液の変更は容易ではない。また、密封装置の材質を変更する方法が考えられるが、材質の変更は密封装置の耐熱性やポンピング性能等の種々の特性に影響を与えるため、密封装置の必要特性を維持しつつ、材質の変更を図ることは困難である。このように、エンジンの各機構に悪影響を与えることなく、密封装置の必要特性を維持しつつ、低温環境下での耐摩耗性を向上させることができる密封装置が求められていた。
上記課題を解決するために、本発明の目的は、低温環境下でシールリップ部の摩耗を抑制することができる密封装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る密封装置は、内燃機関において軸線について互いに相対回動可能な二部材間の間隙を密封する密封装置であって、前記二部材の一方に取り付けられる前記軸線を中心とする環状の取付部と、前記二部材の他方に該他方が摺動可能に密接するシール部とを備える、弾性体である弾性体部を備え、前記シール部は、前記軸線を中心とする環状のシールリップ部と、該シールリップ部に対して密封対象液側とは反対側である大気側に前記軸線を中心とする環状のダストリップとを備え、該シールリップ部は前記軸線に向かって凸の環状の突条体であるリップ先端部を備え、前記シールリップ部にはグリースが塗布されており、該グリースは、基油として合成炭化水素油および鉱油の少なくとも一方を含み、−３０℃の低温起動トルクが２５Ｎ・ｃｍ以下であることを特徴とする。
本発明の一態様に係る密封装置において、前記グリースは、前記リップ先端部と前記ダストリップとの間において塗布されている。
本発明の一態様に係る密封装置において、前記リップ先端部は、前記密封対象液側の傾斜面である密封対象液側傾斜面と、前記大気側の傾斜面である大気側傾斜面と、前記密封対象液側傾斜面と前記大気側傾斜面との間の前記二部材の他方に該他方が摺動可能に当接する摺動面とを備え、前記グリースは少なくとも前記摺動面に塗布されている。
本発明の一態様に係る密封装置において、前記グリースは少なくとも前記リップ先端部の前記摺動面と前記大気側傾斜面とに塗布されている。
本発明に係る密封装置によれば、シールリップ部にグリースが塗布されているため、摺動に伴うシールリップ部の摩耗を抑制することができる。特に、グリースは基油として合成炭化水素油および鉱油の少なくとも一方を含み、−３０℃の低温起動トルクが２５Ｎ・ｃｍ以下であるため、低温環境下においてもグリースの流動性が高い。このため、低温環境下においては、グリースがシールリップ部の摺動面に供給され、低温環境下において、シールリップ部の摩耗を抑制することができる。また、シールリップ部の摩耗が抑制されることにより、密封対象液の漏れの防止を図ることができる。
本発明に係る密封装置によれば、リップ先端部とダストリップとの間にグリースが塗布されているので、グリースがシールリップ部の摺動面に供給されやすく、低温環境下において、シールリップ部の摩耗を抑制することができる。
本発明に係る密封装置によれば、リップ先端部において、少なくとも、摺動面にグリースが塗布されているため、低温環境下において、シールリップ部の摩耗を効果的に抑制することができる。
本発明に係る密封装置によれば、少なくとも、摺動面と大気側傾斜面とにグリースが塗布されている。摺動面にグリースが塗布されており、かつ、大気側傾斜面に塗布されたグリースがシールリップ部の摺動面に供給されるので、低温環境下において、摺動面の摩耗をより継続的に抑制することができる。
本発明の実施の形態に係る密封装置の概略構成を示す、密封装置の軸線に沿った断面における断面図である。 上記本発明の実施の形態に係る密封装置の使用状態を示すための部分断面図である。 従来の密封装置の構造を示すための断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る密封装置の概略構成を示す、密封装置の軸線に沿った断面における断面図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る密封装置１は、軸線ｘを中心とする環状の弾性体から成る弾性体部２と、軸線ｘを中心とする環状の金属から成る補強環３とを備える。弾性体部２の弾性体としては、例えば、各種ゴム材がある。また、各種ゴム材は、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等の合成ゴムである。補強環３の金属としては、例えば、ステンレス鋼やＳＰＣＣ（冷間圧延鋼）がある。密封装置１は、軸線ｘについて互いに相対回動可能な二部材間の間隙を密封するものである。
弾性体部２は、上記互いに相対回動可能な二部材の一方としてのケーシングやハウジング等の被取付部の開口に内嵌される取付部４と、弾性体部２に挿通される上記二部材の他方、例えばシャフトの外周面にこの外周面が摺動可能に密接するシール部５とを備える。
取付部４は、弾性体部２において外周側にある、軸線ｘを中心とする円筒状の環状の部分である。取付部４の外周側の周面である外周面４１は、図示しない被取付部の開口の寸法に応じた厚さ（径方向寸法）を有する締め代部４２に基づいて画定されている。ここで、説明の便宜上、外側とは、軸線ｘ方向において矢印ａ（図１参照）方向とし、内側とは、軸線ｘ方向において矢印ｂ（図１参照）方向とする。つまり、内側とは、使用状態において、潤滑オイル等の密封対象液が存在する領域に面する方向（密封対象液側）であり、外側とは、密封対象液が存在しない若しくは密封対象液を存在させないようにする領域に面する方向（大気側）である。また、軸線ｘに垂直な方向において、軸線ｘから離れる方向（図１の矢印ｃ方向）を外周側と、軸線ｘに近づく方向（図１の矢印ｄ方向）を内周側とする。
シール部５は、弾性体部２において内周側にある、軸線ｘを中心とする円筒状の環状の部分であり、図１に示すように、シールリップ部５１を備える。また、シール部５は、シールリップ部５１に対して外側（大気側）に、ダスト等の異物がシールリップ部５１とシャフト（図示せず）との当接部に進入することを防止するためのダストリップ部５２を備える。ダストリップ部５２は、図１に示すように、軸線ｘを中心とする環状の部材であり、シール部５の内周側端部から、内周方向外側に斜めに延びている。
シールリップ部５１は、図１に示すように、その内周側において内側の部分に、リップ先端部５３を備える。リップ先端部５３は、図１に示すように、軸線ｘを含む断面（以下、単に断面ともいう）における形状が、内周方向に凸のくさび形状であり、軸線ｘを中心とする環状の突条体である。より具体的には、リップ先端部５３は、内側（密封対象液側）から順に、密封対象液側傾斜面５４と、摺動面５５と、大気側傾斜面５６とを有しており、上記突条体は、これらの面５４〜５６によって画定されている。
密封対象液側傾斜面５４は、密封対象液側の傾斜面である。具体的には、密封対象液側傾斜面５４は、図１に示すように、軸線ｘを中心とする環状の面であり、軸線ｘ方向にテーパして延びる円錐状の面（テーパ面）である。密封対象液側傾斜面５４のテーパ面は、軸線ｘ方向において内側から外側に向かうにつれて縮径している。
大気側傾斜面５６は、大気側の傾斜面である。具体的には、大気側傾斜面５６は、図１に示すように、軸線ｘを中心とする環状の面であり、軸線ｘ方向にテーパして延びる円錐状の面（テーパ面）である。大気側傾斜面５６のテーパ面は、軸線ｘ方向において内側から外側に向かうにつれて拡径している。
摺動面５５は、密封対象液側傾斜面５４と大気側傾斜面５６との間に延びており、不図示のシャフトにこのシャフトが摺動可能に当接する円筒状の面である。
また、リップ先端部５３の大気側傾斜面５６には、その先端が摺動面５５の近傍に達する多数の突起５８からなるネジ突起５７が設けられている。ネジ突起５７において、上記複数の突起５８は、円周方向に所定の間隔で、互いに平行に並んで設けられている。突起５８は、内周方向に凸の、軸線ｘに対して斜めに延びる突起である。突起５８の形状やサイズは従来公知のものであり、上記の形状やサイズに限定されるものではない。
また、リップ部５１は、リップ先端部５３に対向する外周側の面に環状の凹部５９を備え、この凹部５９には、密封装置１が備える環状のばね６が収容されており、リップ先端部５３を内周方向に付勢している。
また、図１に示すように、弾性体部２は、軸線ｘを中心とする中空円板状の円板部２１を備え、この円板部２１は、取付部４とシール部５とを、各々の外側の端部において夫々接続している。
補強環３は、断面が略Ｌ字状である、軸線ｘを中心とする環状の部材である。補強環３は、図１に示すように、部分的に弾性体部２によって覆われて、弾性体部２と一体となっている。本実施の形態においては、補強環３は、内側の面の一部が弾性体部２に覆われることなく露出されているが、補強環３は、弾性体部２を補強できる構造であれば、一部分が弾性体部２によって覆われていても、全体が弾性体部２によって覆われていてもよい。
補強環３は、例えばプレス加工や鍛造によって製造され、後述するように、弾性体部２の大部分は成形型を用いて架橋（加硫）成形によって成形される。この架橋成形の際に、補強環３は成形型の中に配置されており、弾性体部２が架橋接着により補強環３に接着され、補強環３と弾性体部２とが一体的に成形される。
本実施の形態に係る密封装置１では、シールリップ部５１にグリースＧが塗布されている。具体的には、グリースＧは、リップ先端部５３とダストリップ部５２との間において塗布されている。グリースＧは、リップ先端部５３とダストリップ部５２との間において全体に亘って塗布されていてもよく、リップ先端部５３とダストリップ部５２との間において部分的に塗布されていてもよい。例えば、グリースＧは、摺動面５５にのみ塗布されていてもよく、摺動面５５と大気側傾斜面５６とにのみ塗布されていてもよい。
本実施の形態で用いられるグリースは、基油として合成炭化水素油および鉱油の少なくとも一方を含む。また、グリースは基油として、合成炭化水素油を含むものが好ましい。合成炭化水素油としては、例えば、ポリ−α−オレフィン、エチレン−α−オレフィン共重合体、ポリブテン、アルキルベンゼン、アルキルナフタレンが挙げられる。鉱油としては、例えばパラフィン系鉱油、オレフィン系鉱油、ナフテン系鉱油が挙げられる。これらの合成炭化水素油、また、鉱油は、単独で用いられてもよく、あるいは混合して用いられてもよい。グリースにおける基油の含有量は、６０〜９０重量％であることが好ましい。
また、グリースには、増ちょう剤が含まれていてもよい。増ちょう剤としては、例えば、金属石けん、金属複合石けんが挙げられる。金属石けんとしては、例えば、リチウム石けん、ナトリウム石けん、カリウム石けん、カルシウム石けん、バリウム石けん、アルミニウム石けんが挙げられ、金属複合石けんとしては、例えば、リチウム複合石けん、カルシウム複合石けん、バリウム複合石けんが挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独で用いられてもよく、あるいは混合して用いられてもよい。グリースにおける増ちょう剤の含有量は、５〜５０重量％であることが好ましく、１０〜４０重量％であることがより好ましい。
また、グリースには、必要に応じて、さらに、他の増ちょう剤、酸化防止剤、防錆剤、腐食防止剤、極圧剤、油性剤、固体潤滑剤、導電性向上剤等の添加剤が含まれていてもよい。
酸化防止剤としては、例えば２，６−ジ第３ブチル−４−メチルフェノール、４，４′−メチレンビス（２，６−ジ第３ブチルフェノール）等のフェノール系の酸化防止剤、アルキルジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化フェニル−α−ナフチルアミン、フェノチアジン、アルキル化フェノチアジン等のアミン系の酸化防止剤、さらにはリン酸系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤等が挙げられる。
防錆剤としては、例えば脂肪酸、脂肪酸金属塩、脂肪酸アミン、アルキルスルホン酸金属塩、アルキルスルホン酸アミン塩、酸化パラフィン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等が挙げられる。
腐食防止剤としては、例えばペンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、チアジアゾール等が挙げられる。
極圧剤としては、例えばリン酸エステル、亜リン酸エステル、リン酸エステルアミン塩等のリン系化合物、スルフィド類、ジスルフィド類等の硫黄化合物、ジアルキルジチオリン酸金属塩、ジアルキルジチオカルバミン酸金属塩等の硫黄系金属塩、塩素化パラフィン、塩素化ジフェニル等の塩素化合物等が挙げられる。
油性剤としては、例えば脂肪酸またはそのエステル、高級アルコール、多価アルコールまたはそのエステル、脂肪族エステル、脂肪族アミン、脂肪酸モノグリセライド、モンタンワックス、アミド系ワックス等が挙げられる。
固体潤滑剤としては、例えば二硫化モリブデン、カーボンブラック、グラファイト、窒化ホウ素、窒化シラン、メラミンシアヌレート等が挙げられる。
また、グリースの混和ちょう度は、２６５〜２９５であることが好ましい。なお、混和ちょう度は、JIS K2220に基づいて２５℃で測定される。
さらに、グリースの低温起動トルクは、２５Ｎ・ｃｍ以下である。また、グリースの低温起動トルクは、好ましくは１２Ｎ・ｃｍ以下である。低温起動トルクが２５Ｎ・ｃｍを超えると、低温環境化における流動性が低下する。このため、低温環境下において、組付状態における密封装置１の潤滑剤としての作用が不十分となり、密封装置１のシールリップ部５１の摩耗を促進し好ましくない。なお、低温起動トルクは、JIS K2220に基づいて−３０℃で測定される。
以下、上述の構成を有する密封装置１の使用状態について説明する。本実施の形態に係る密封装置１は、自動車のエンジンにおいて、互いに相対回動する２つの部材であるクランクケーシングとクランクシャフトとの間に配設されているものとする。具体的には、密封装置１は、クランクケーシングの軸孔とこの軸孔に挿通されたクランクシャフトとの間の間隙に、この間隙を密封するために配設されているものとする。なお、本発明に係る密封装置１は、自動車のエンジンにおいてクランクシャフトとクランクケーシングとの間に設けられるものに限定されるものではない。本発明に係る密封装置１は、車両や汎用機械において、互いに相対回動する２つの部材間の間隙を密封するために適用可能である。
図２は、上記本発明の実施の形態に係る密封装置１の使用状態を示すための部分断面図である。
図２に示すように、クランクケーシング７１は、円筒状の開口としての軸孔７２を備え、また、この軸孔７２にはクランクシャフト７３が挿通されている。軸孔７２の内周の面である内周面７４と、クランクシャフト７３の表面である外周面７５との間の間隙７６には、この間隙７６を密封するために密封装置１が取り付けられている。なお、グリースＧはシールリップ部５１に予め塗布されている。
具体的には、密封装置１は、取付部４がクランクケーシング７１の軸孔７２に内嵌されてクランクケーシング７１に取り付けられている。より具体的には、補強環３と軸孔７２の内周面７４との間において、取付部４の締め代部４２が圧縮されて、密封装置１はクランクケーシング７１に嵌合されて強固に固定されている。弾性体部２の外周面４１は軸孔７２の内周面７４に液密に密着している。また、クランクシャフト７３は、シール部５に挿通されており、シールリップ部５１のリップ先端部５３（摺動面５５）が、シャフト７３の外周面７５に当接している。この取付部４による嵌合と、リップ先端部５３の当接により、間隙７６は密封されている。
上述のように、本発明の実施の形態に係る密封装置１によれば、シールリップ部５１にグリースが塗布されているため、摺動に伴うシールリップ部５１の摩耗を抑制することができる。特に、グリースが基油として合成炭化水素油および鉱油の少なくとも一方を含み、かつ、低温起動トルクが２５Ｎ・ｃｍ以下であるため、低温環境下においてもグリースの流動性が高く、シールリップ部５１の摩耗を抑制する効果が高い。また、シールリップ部５１の摩耗が抑制されることにより、密封対象液の漏れを防止することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記本発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題および効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における、各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。具体的には、取付部４やシール部５、補強環３の形状は上述の形状に限るものではない。
以下に、本発明の実施例を示す。
本実施例および比較例に係る密封装置として、内径３７ｍｍのアクリルゴム製オイルシールであるリアデフサイド用オイルシールを使用した。また、実施例１〜３、比較例１〜３に係る密封装置において、グリースは、後述するように、表１に示すものとした。
表１の配合率となるように、基油および増ちょう剤を混合し、３本ロールを用いて混練することにより、均一なグリースを得た（実施例１〜３、比較例１〜３）。表１に、グリースの評価結果を示す。なお、表１における各成分の含有量は「重量％」で表される。
［グリースの調製］
・基油
合成炭化水素油Ａ：ポリ−α−オレフィン（４０℃ 動粘度１８ｍｍ２／ｓ）
合成炭化水素油Ｂ：ポリ−α−オレフィン（４０℃ 動粘度３０ｍｍ２／ｓ）
鉱油Ａ：パラフィン系鉱油（４０℃ 動粘度１４０ｍｍ２／ｓ）
鉱油Ｂ：パラフィン系鉱油（４０℃ 動粘度８４ｍｍ２／ｓ）
フッ素油：パーフルオロポリエーテル（４０℃ 動粘度１６０ｍｍ２／ｓ）
・増ちょう剤
リチウム石けん：炭素数１２〜２４の脂肪酸モノカルボンサンのＬｉ塩（なお、少なくとも１つの水素基を含有しているもの、または、水素基を含有しないものである。）
バリウム複合石けん：脂肪酸ジカルボン酸とモノアミノカルボン酸との複合石けん
ＰＴＦＥ
［グリースの評価］
・低温起動トルク
JIS K2220に準拠し、−３０℃の低温起動トルクを測定した。
・摩耗幅
内径３７ｍｍのアクリルゴム製オイルシールの摺動面にグリースを塗布し、−３０℃での回転試験を行った。回転試験は、潤滑油（鉱油ギアオイル、粘度グレード７５Ｗ−９０、流動点−２３℃）を回転軸の中心まで満たした状態で実施した。−３０℃の低温下、正転方向に１０分間回転した後、停止して冷却するというパターンを１サイクルとし、１００サイクルを繰り返した。その後、摺動面の摩耗幅を顕微鏡で観察した。摩耗幅が０．５ｍｍ以下を合格、０．５ｍｍ超を不合格とした。
Figure 0006830060
表１より、基油として合成炭化水素油および鉱油の少なくとも一方を含み、かつ、低温起動トルクが２５Ｎ・ｃｍ以下であるグリースを塗布した実施例１〜３では、−３０℃の条件下で摩耗が抑制されることが分かった。一方、低温起動トルクが２５Ｎ・ｃｍを超えている比較例１、２では、摺動面の摩耗幅が大きいことが分かった。また、比較例３では、低温起動トルクが２５Ｎ・ｃｍ以下であるものの、基油としてフッ素油を含む（合成炭化水素油および鉱油のいずれも含まない）グリースを用いたため、摺動面の摩耗幅が大きいことが分かった。
上述のように、本発明に係る実施例１〜３においては、シールリップ部に塗布されたグリースが、基油として合成炭化水素油を含み、かつ、低温起動トルクが２５Ｎ・ｃｍ以下であるため、−３０℃の低温環境下においても、シールリップ部の摩耗を抑制する効果が高い。
１、１００ 密封装置
２ 弾性体部
３ 補強環
４ 取付部
５ シール部
６ ばね
２１ 円板部
４１ 外周面
４２ 締め代部
５１、１０１ シールリップ部
５２ ダストリップ部
５３ リップ先端部
５４ 密封対象液側傾斜面
５５ 摺動面
５６、１０２ 大気側傾斜面
５７、１０３ ネジ突起
５８ 突起
５９ 凹部
７１ クランクケーシング
７２ 軸孔
７３ クランクシャフト
７４ 内周面
７５ 外周面
７６ 間隙
ｘ 軸線
Ｇ グリース

Claims (4)

  1. 内燃機関において軸線について互いに相対回動可能な二部材間の間隙を密封する密封装置であって、
    前記二部材の一方に取り付けられる前記軸線を中心とする環状の取付部と、前記二部材の他方に該他方が摺動可能に密接するシール部とを備える、弾性体である弾性体部を備え、
    前記シール部は、前記軸線を中心とする環状のシールリップ部と、該シールリップ部に対して密封対象液側とは反対側である大気側に前記軸線を中心とする環状のダストリップとを備え、
    該シールリップ部は前記軸線に向かって凸の環状の突条体であるリップ先端部を備え、
    前記シールリップ部にはグリースが塗布されており、該グリースは、基油として合成炭化水素油および鉱油の少なくとも一方を含み、増ちょう剤として金属石鹸及び金属複合石鹸からなる群から選択された少なくとも１種を含み、かつ、−３０℃の低温起動トルクが２５Ｎ・ｃｍ以下であることを特徴とする密封装置。
  2. 前記グリースは、前記リップ先端部と前記ダストリップとの間において塗布されていることを特徴とする請求項１記載の密封装置。
  3. 前記リップ先端部は、前記密封対象液側の傾斜面である密封対象液側傾斜面と、前記大気側の傾斜面である大気側傾斜面と、前記密封対象液側傾斜面と前記大気側傾斜面との間の前記二部材の他方に該他方が摺動可能に当接する摺動面とを備え、前記グリースは少なくとも前記摺動面に塗布されていることを特徴とする請求項２記載の密封装置。
  4. 前記グリースは少なくとも前記リップ先端部の前記摺動面と前記大気側傾斜面とに塗布されていることを特徴とする請求項３記載の密封装置。
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