JP6985866B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸とこの軸が挿入される孔との間の密封を図るための密封装置に関する。

車両や汎用機械等において、例えば潤滑油等の密封対象物の漏洩の防止を図るために、軸とこの軸が挿入される孔との間を密封するために従来から密封装置が用いられている。このような密封装置においては、シールリップを軸又は軸に取りけられる環状部材に接触させることにより軸と密封装置との間の密封を図っている。密封のためのこのシールリップの軸との接触は軸に対する摺動抵抗（トルク抵抗）にもなっている。近年、車両等の低燃費化の要求から、密封装置には、軸に対する摺動抵抗の低減が求められており、密封性能を維持又は向上させつつ軸に対する摺動抵抗の低減を図ることができる構造が求められている。

密封装置の密封性能の向上にはシールリップの数を増やすことが考えられるが、シールリップの数を増やせば摺動抵抗が上昇してしまう。これに対して、シールリップの増加による密封ではなく、シールリップ又は軸に取り付けられる環状部材にネジ構造を設けて、このネジ構造が発揮するポンプ作用によって密封装置の密封性能の向上を図る構造が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許第５６３７１７２号公報 国際公開第２０１５／１９０４５０号

このようなポンプ作用を利用した従来の密封装置においては、密封性能の向上を図りつつ摺動抵抗の低減を図ることができる。しかしながら、このようなポンプ作用を利用した従来の密封装置である、軸に固定されたスリンガのフランジ面にシールリップが接触する所謂端面シールタイプの密封装置においては、軸の回転速度が高速になると密封対象物が外部に滲み出てきてしまう場合がある。

このように、従来のポンプ作用を利用した密封装置においては、軸の回転速度が高速になった場合でも密封対象物が滲み出ることがない構造が求められていた。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸の回転速度の値に拘らず密封対象物の滲み出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、軸と該軸が挿入される孔との間の環状の隙間の密封を図るための密封装置であって、前記孔に嵌着される密封装置本体と、前記軸に取り付けられるスリンガと、を備え、前記密封装置本体は、軸線周りに環状の補強環と、該補強環に取り付けられている弾性体から形成されている前記軸線周りに環状の弾性体部とを有しており、前記スリンガは、外周側に向かって延びる前記軸線周りに環状の部分であるフランジ部を有しており、前記弾性体部は、軸線方向において一方の側に向かって延びる、前記フランジ部に前記軸線方向において他方の側から接触する前記軸線周りに環状のリップである端面リップを有しており、前記スリンガの前記フランジ部の前記他方の側には、ポンプ作用を発生させる少なくとも１つの溝が形成されたポンプ領域を有しており、前記端面リップの内周側の面には、複数の突起が周方向に並んで形成された突起領域を有しており、前記フランジ部の前記ポンプ領域は、密封対象物に対しぬれ性の高い高ぬれ性表面を有し、前記端面リップの前記突起領域は、前記密封対象物に対しぬれ性の低い低ぬれ性表面を有す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、前記フランジ部の前記高ぬれ性表面は、前記密封対象物に対して親油性を持ち、当該密封対象物を前記端面リップのリップ先端部に留めるようにすることが好ましい。

本発明の一態様に係る密封装置において、前記端面リップの前記低ぬれ性表面には、前記密封対象物に対しぬれ性の低い表面処理が施され、または、前記端面リップには、前記密封対象物に対しぬれ性の低い弾性体材料が用いられていることが好ましい。

本発明の一態様に係る密封装置において、前記密封装置は、前記端面リップよりも内周側に設けられた中間リップを備え、前記端面リップから続く前記中間リップの表面は、前記低ぬれ性表面となっていることが好ましい。

本発明の一態様に係る密封装置において、前記端面リップの前記低ぬれ性表面は、前記密封対象物に対して撥油性を持ち、前記突起により前記密封対象物を前記ポンプ領域に押し戻すことが好ましい。

本発明の一態様に係る密封装置において、前記スリンガに形成された溝はネジ溝であることが好ましい。

本発明に係る密封装置によれば、軸の回転速度の値に拘らず密封対象物の滲み出を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ための軸線ｘに沿う断面における断面図である。 本発明の実施の形態に係る密封装置の軸線に沿う断面の一部を拡大して示す部分拡大断面図である。 図１に示す密封装置における弾性体部の部分拡大斜視図であり、基体部から内周側の部分における弾性体部が軸線に沿う面において切断された状態が示されている。 本発明の実施の形態における密封装置のスリンガおよび端面リップのぬれ性の状態を示す部分拡大断面図である。 図１に示す密封装置におけるスリンガを外側から見た図である。 本発明の実施の形態に係る密封装置がハウジング及び軸孔に挿入された軸に取り付けられた使用状態における密封装置の部分拡大断面図である。 端面リップの突起の作用による密封対象物の流れの様子を示すための図である。 密封装置におけるスリンガの溝の変形例を示すための図であり、図８（ａ）は溝の一変形例を示し、図８（ｂ）は溝の他の変形例を示している。

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１の概略構成を示すための軸線ｘに沿う断面における断面図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る密封装置１の軸線ｘに沿う断面の一部を拡大して示す部分拡大断面図である。本実施の形態に係る密封装置１は、軸とこの軸が挿入される孔との間の環状の隙間の密封を図るための密封装置であり、車両や汎用機械において、軸とハウジング等に形成されたこの軸が挿入される孔（軸孔）との間を密封するために用いられる。例えば、エンジンのクランクシャフトとフロントカバーやシリンダブロック及びクランクケースに形成されている軸孔であるクランク孔との間の環状の空間を密封するために用いられる。なお、本発明の実施の形態に係る密封装置１が適用される対象は、上記に限られない。

以下、説明の便宜上、軸線ｘ方向において矢印ａ（図１参照）方向（軸線方向において一方の側）を内側とし、軸線ｘ方向において矢印ｂ（図１参照）方向（軸線方向において他方の側）を外側とする。より具体的には、内側とは、密封対象空間の側（密封対象物側）であり潤滑油等の密封対象物が存在する空間の側であり、外側とは内側とは反対の側である。また、軸線ｘに垂直な方向（以下、「径方向」ともいう。）において、軸線ｘから離れる方向（図１の矢印ｃ方向）を外周側とし、軸線ｘに近づく方向（図１の矢印ｄ方向）を内周側とする。

図１に示すように、密封装置１は、後述する取付対象としての孔に嵌着される密封装置本体２と、後述する取付対象としての軸に取り付けられるスリンガ３とを備えている。密封装置本体２は、軸線ｘ周りに環状の補強環１０と、補強環１０に取り付けられている弾性体から形成されている軸線ｘ周りに環状の弾性体部２０とを備えている。スリンガ３は、外周側（矢印ｃ方向）に向かって延びる軸線ｘ周りに環状の部分であるフランジ部３１を有している。弾性体部２０は、軸線ｘ方向において一方の側（内側、矢印ａ方向）に向かって延びる、フランジ部３１に軸線方向ｘにおいて他方の側（外側、矢印ｂ方向側）から接触する軸線ｘ周りに環状のリップである端面リップ２１を有している。

スリンガ３のフランジ部３１の他方の側（外側）には、少なくとも１つの溝３３が形成されており、端面リップ２１の内周側の面（以下、これを「内周面」ともいう。）２２には、複数の突起２３が周方向に並んで形成されている。突起２３は、後述するように、他方の側（外側）から一方の側（内側）に向かって後述する軸（スリンガ３）の回転方向に沿って延びており、端面リップ２１において端面リップ２１がスリンガ３に接触する部分であるスリンガ接触部２４よりも内周側に形成されている。

以下、密封装置１の密封装置本体２及びスリンガ３の各構成について具体的に説明する。

密封装置本体２において補強環１０は、図１、２に示すように、軸線ｘを中心又は略中心とする環状の金属製の部材であり、後述するハウジングの軸孔に密封装置本体２が圧入されて嵌合されて嵌着されるように形成されている。補強環１０は、例えば、外周側に位置する筒状の部分である筒部１１と、筒部１１の外側の端部から内周側に延びる中空円盤状の部分である円盤部１２と、円盤部１２の内周側の端部から内側且つ内周側へ延びる円錐筒状の環状の部分である錐環部１３と、錐環部１３の内側又は内周側の端部から内周側へ径方向に延びて補強環１０の内周側の端部に至る中空円盤状の部分である円盤部１４とを有している。補強環１０の筒部１１は、より具体的には、外周側に位置する円筒状又は略円筒状の部分である外周側円筒部１１ａと、外周側円筒部１１ａよりも外側及び内周側において延びる円筒状又は略筒状の部分である内周側円筒部１１ｂと、外周側円筒部１１ａと内周側円筒部１１ｂとを接続する部分である接続部１１ｃと有している。筒部１１の外周側円筒部１１ａは、密封装置本体２が後述するハウジングの軸孔に嵌着された際に、密封装置本体２の軸線ｘと軸孔５１の軸線との一致が図られるように、軸孔５１に嵌め込まれる。補強環１０には、略外周側及び外側から弾性体部２０が取り付けられており、弾性体部２０を補強している。

弾性体部２０は、図１、２に示すように、補強環１０の円盤部１４の内周側の端の部分に取り付けられている部分である基体部２５と、補強環１０の筒部１１に外周側から取り付けられている部分であるガスケット部２６と、基体部２５とガスケット部２６との間において外側から補強環１０に取り付けられている部分である後方カバー部２７とを有している。ガスケット部２６は、より具体的には、図２に示すように、補強環１０の筒部１１の内周側円筒部１１ｂに取り付けられている。また、ガスケット部２６の外径は、後述する軸孔５１の内周面５１ａ（図６参照）の径よりも大きくなっている。このため、密封装置本体２が後述する軸孔５１に嵌着された場合、ガスケット部２６は、補強環１０の内周側円筒部１１ｂと軸孔５１との間で径方向に圧縮され、軸孔５１と補強環１０の内周側円筒部１１ｂとの間を密封する。これにより、密封装置本体２と軸孔５１との間が密封される。ガスケット部２６は、軸線ｘ方向全体に亘って外径が軸孔５１の内周面５１ａの径よりも大きくなっていなくてもよく、一部において外径が軸孔５１の内周面５１ａの径よりも大きくなっていてもよい。例えば、ガスケット部２６の外周側の面に、先端の径が軸孔５１の内周面５１ａの径よりも大きい環状の凸部が形成されていてもよい。

また、弾性体部２０において、端面リップ２１は、軸線ｘを中心又は略中心として円環状に基体部２５から内側（矢印ａ方向）に向かって延びており、密封装置１が取付対象において所望の位置に取り付けられた後述する密封装置１の使用状態において、リップ先端部のうちスリンガ接触部２４が所定の締め代を持ってスリンガ３のフランジ部３１に外側から接触するように形成されている。端面リップ２１は、例えば、軸線ｘ方向において内側（矢印ａ方向）に向かうに連れて拡径する円錐筒状の形状を有している。つまり、図１、２に示すように、端面リップ２１は、軸線ｘに沿う断面（以下、単に断面ともいう。）において、基体部２５から内側及び外周側に、軸線ｘに対して斜めに延びている。端面リップ２１の内周面２２には、複数の突起２３が設けられている。突起２３の詳細については後述する。

また、弾性体部２０は、ダストリップ２８と中間リップ２９とを有している。ダストリップ２８は、基体部２５から軸線ｘに向かって延びるリップであり、軸線ｘを中心又は略中心として円環状に基体部２５から延びており、後述する密封装置１の使用状態において、先端部が所定の締め代を持ってスリンガ３に外周側から接触するように形成されている。

ダストリップ２８は、例えば、軸線ｘ方向において外側（矢印ｂ方向）に向かうに連れて縮径する円錐筒状の形状を有している。ダストリップ２８は、使用状態において、密封対象物側とは反対側である外側からダストや水分等の異物が密封装置１の内部に侵入することの防止を図っている。ダストリップ２８は、密封装置１の使用状態においてスリンガ３に接触しないように形成されていてもよい。

中間リップ２９は、図２に示すように、基体部２５から内周側および内側に向かって斜めに延びるリップであり、軸線ｘを中心又は略中心として内側に向かうに連れて縮径する円錐筒状の形状を有している。

中間リップ２９は、後述する密封装置１の使用状態において、スリンガ３の円筒部３５と接触しており、端面リップ２１のスリンガ３と接触するスリンガ接触部２４を越えて密封対象物が内部に滲み入った場合に、この滲み入った密封対象物のダストリップ２８側へ更に滲み入ることを未然に防止するものである。ただし、中間リップ２９は、スリンガ３の円筒部３５と必ずしも接触していなくてもよく、この場合にはラビリンスシールを形成するようにしてもよい。

次いで、端面リップ２１の形状についてより詳細に説明する。図３は、内周側から見た弾性体部２０の部分拡大斜視図であり、基体部２５から内周側の部分における弾性体部２０が軸線ｘに沿う面において切断された状態で示されている。図３に示すように、端面リップ２１の内周面２２には、複数の突起２３が、同一の又は略同一の円周上に、周方向に等角度間隔又は略等角度間隔で配列されており、等ピッチ間隔又は略等ピッチ間隔で配列されている。

それぞれの突起２３は、上述したように、外側（図３において下側）から内側（図３において上側）に向かって後述する軸（スリンガ３）の回転方向に向かって螺旋状や渦巻き状あるいは直線状等に延びている。つまり、突起２３は、スリンガ３のフランジ部３１の外側の面である外側面３１ｄと略向かい合う端面リップ２１の平坦な内周面２２に対して、端面リップ２１の根元２１ｂ側から端面リップ２１のリップ先端２１ａ側に向かってスリンガ３の回転方向に傾斜して延びている。すなわち突起２３は、端面リップ２１の内周面２２のうち、フランジ部３１の外側面３１ｄとほぼ対向する部分にのみ設けられている。

また、突起２３は、スリンガ接触部２４から間隔Ｇを空けて形成されており、スリンガ接触部２４よりも内周側（外側）に、つまりスリンガ接触部２４よりも端面リップ２１の根元２１ｂの側に形成されている。

具体的には、図３に示すように、突起２３の内側（外周側）の端部である内側端２３ａは、スリンガ接触部２４の外側（内周側）の縁部である外側縁２４ａから、内周面２２に沿って軸線ｘに沿った方向に、所定の間隔Ｇを空けた位置に位置している。この間隔Ｇは、後述する密封装置１の使用状態において、スリンガ３の溝３３に基づくポンプ作用が発生するポンプ領域よりも内周側の領域に、少なくとも部分的に突起２３が存在するような間隔である。

また、突起２３は、図２に示すように、密封装置１の使用状態において、スリンガ３と接触しないような形状に形成されている。つまり、使用状態において、突起２３がスリンガ３のフランジ部３１の外側の面である外側面３１ｄと接触しないように、突起２３の内周面２２からの高さ、及び、間隔Ｇが設定されている。本実施の形態においては、突起２３は、図２、３に示すように、内側端２３ａから端面リップ２１の根元２１ｂ側へ向かって内周面２２からの高さが次第に高くなっている。

ただし、突起２３の内周面２２からの高さはこれに限られない。突起２３は、内側端２３ａから外側端２３ｂに亘って内周面２２から一定の高さであってもよく、内側端２３ａから外側端２３ｂに向かって内周面２２からの高さが次第に低くなっているものであってもよい。また、突起２３は、内側端２３ａから外側端２３ｂに亘る内周面２２からの高さが、上述の高くなる、低くなる、及び一定である等の種々の組み合わせであってもよい。また、突起２３の延び方向と直交する断面における形状は、種々の形状であってよく、例えば三角形や四角形、逆Ｕ字状等の形状である。密封装置１の使用状態において突起２３は、スリンガ３と接触しないような形状に形成されているため、突起２３によりスリンガ３に対する摺動抵抗が増加することはない。

また、突起２３の延び方向の形状は、図３に示すように、外側端２３ｂから内側端２３ａに向かって次第に先細になる形状である。ただし、これに限るものではなく、外側端２３ｂと内側端２３ａとの間に亘って、延び方向と直交する方向の幅が一定の幅である形状であってもよく、種々の形状であってよい。

また、突起２３は、スリンガ３の回転方向に沿って内側端２３ａと外側端２３ｂとの間をまっすぐに延びていてもよく、または僅かにカーブしたような湾曲状に延びていてもよい。因みに、突起２３の先端の形状は、先細となっている方が、または、滑らかに端面リップ２１の内周面２２につながるような形状となっている方が、突起２３をスリンガ３に接触させることなく、より端面リップ２１のリップ先端２１ａ側に延ばせる点で好ましく、また、成形性において好ましい。

図４に示すように、このような複数の突起２３が端面リップ２１の内周面２２に周方向に亘って設けられた領域（以下、これを「突起領域」ともいう。）２３ｐにおいては、突起２３の表面および内周面２２の表面が密封対象物であるオイルに対して所謂ぬれ性の低い面（以下、これを「低ぬれ性表面」ともいう。）を有している。ここで、突起領域２３ｐは、径方向において外側端２３ｂから内側端２３ａまでの範囲であり、この範囲で周方向に亘って拡がる領域である。

なお、ぬれ性とは、主として固体表面に対する流体（この場合は密封対象物であるオイル）の親和性であり、一般的には流体の固体表面に対する接触角の大小により評価されることが多い。具体的には、一様な固体表面上に液滴が形成されると、液滴外縁部（接触線）の接線と固体表面とがある平衡角をもった球帽形となる。この平衡角のことを接触角と呼び、接触角が小さいほどぬれ性がよい（高い）、あるいは親液性が高いと称する。

したがって、突起領域２３ｐのぬれ性が低いということは、密封対象物が突起領域２３ｐの表面に付着し難く、表面から弾き易いので流動性が高い状態にあることを意味する。 ここで、ぬれ性が低いとは、例えば、摂氏２５℃において、密封対象物の突起領域２３ｐの表面に対する接触角が３３度以上の場合とする。したがって、ぬれ性が高いとは、接触角が３３度未満の場合とする。ただし、これに限るものではなく、ぬれ性の基準となる任意の接触角を自由に設定可能である。

突起領域２３ｐでは、端面リップ２１の突起２３の表面および内周面２２の表面の全てにおいて、低ぬれ性表面となるような表面処理（例えば、コーティング処理、表面粗さの調整、紫外線やプラズマによる表面改質処理等）が施されている。ただし、これに限るものではなく、突起領域２３ｐの表面において低ぬれ性表面となるような表面処理が部分的に施されていてもよい。要は、突起領域２３ｐにおいて、密封対象物の流動性が未コーティング処理の場合よりも高い状態になっていれば表面処理を施す範囲や割合等については任意でよい。

また、突起領域２３ｐにおいて、低ぬれ性表面となるような表面処理が施されるのではなく、端面リップ２１において、ぬれ性が低い弾性体材料を用いて突起２３を形成するようにしてもよい。この場合も、突起領域２３ｐでは、突起２３の表面および内周面２２の表面の全てにおいて、低ぬれ性表面を有することになる。

上述のように、弾性体部２０は、端面リップ２１、基体部２５、ガスケット部２６、後方カバー部２７、ダストリップ２８、及び中間リップ２９を有しており、弾性体部２０は各部分が同一の材料から一体に形成されている。

上述の補強環１０は、金属材から形成されており、この金属材としては、例えば、ステンレス鋼やＳＰＣＣ（冷間圧延鋼）がある。また、弾性体部２０の弾性体としては、例えば、各種ゴム材がある。各種ゴム材としては、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１０は、例えばプレス加工や鍛造によって製造され、弾性体部２０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１０は成形型の中に配置されており、弾性体部２０が架橋接着により補強環１０に接着され、弾性体部２０と補強環１０とが一体的に成形される。

スリンガ３は、後述する密封装置１の使用状態において軸に取り付けられる環状の部材であり、軸線ｘを中心又は略中心とする円環状の部材である。スリンガ３は、断面が略Ｌ字状の形状を有しており、フランジ部３１と、フランジ部３１の内周側の端部に接続する軸線ｘ方向に延びる筒状又は略筒状の円筒部３５とを有している。

フランジ部３１は、具体的には、円筒部３５から径方向に延びる中空円盤状又は略中空円盤状の内周側円盤部３１ａと、内周側円盤部３１ａよりも外周側において広がっている径方向に延びる中空円盤状又は略中空円盤状の外周側円盤部３１ｂと、内周側円盤部３１ａの外周側の端部と外周側円盤部３１ｂの内周側の端部とを接続する接続部３１ｃとを有している。外周側円盤部３１ｂは、内周側円盤部３１ａよりも軸線ｘ方向において外側に位置している。なお、フランジ部３１の形状は、上述の形状に限られるものではなく、適用対象に応じて種々の形状とすることができる。例えば、フランジ部３１は、内周側円盤部３１ａ及び接続部３１ｃを有しておらず、外周側円盤部３１ｂが円筒部３５まで延びており円筒部３５に接続しており、円筒部３５から径方向に延びる中空円盤状の又は略中空円盤状の部分であってもよい。

スリンガ３が端面リップ２１と接触する部分であるリップ接触部３２は、フランジ部３１において、外周側円盤部３１ｂの外側に面する面である外側面３１ｄに位置されている。外側面３１ｄは径方向に広がる平面に沿う面であることが好ましい。また、図４に示すように、フランジ部３１の外側面３１ｄには、内側に凹む凹部によって少なくとも１つ以上の溝３３が形成されている。溝３３は、例えばネジ溝である。この溝３３により、スリンガ３が回転した際に、ポンプ作用を発生させることができる。このように溝３３によりポンプ作用を発生させる領域（以下、これを「スリンガ側ポンプ作用領域」ともいう。）３１ｐは、溝３３を含んで径方向に一定の幅を持った範囲である。

フランジ部３１の外側面３１ｄにおいて、溝３３は、リップ接触部３２よりも内周側から当該リップ接触部３２よりも外周側の領域に亘って形成されている。溝３３は、外周側円盤部３１ｂの外側面３１ｄにおいて内周側の端部から外周側の端部まで延びて形成されていてもよく、リップ接触部３２を含む外側面３１ｄの径方向の一部の幅の領域（周面）に形成されていてもよい。また、溝３３は、外周側円盤部３１ｂの外側面３１ｄにおいて、リップ接触部３２よりも内周側に位置していてもよい。

フランジ部３１の外側面３１ｄには、例えば複数の溝３３が形成されており、フランジ部３１の外側面３１ｄには、図５に示すように、例えば４つのネジ状の溝３３が形成されている。この場合、これら４つのネジ状の溝３３は４条ネジを形成しており、少なくとも４つの溝３３を含み、４つの溝３３が形成された領域がスリンガ側ポンプ作用領域３１ｐ（図４）となる。溝３３の個数や溝３３が延びて描く形状は４条ネジではなく他のものであってもよい。溝３３は、例えば、円錐面に形成された螺旋状のネジ溝をこの円錐面の軸線と直交する平面に投影した際にこの平面に描かれる線に沿った（渦巻き状）形状となっている。

このようなフランジ部３１のスリンガ側ポンプ作用領域３１ｐでは、４つの溝３３が形成された領域の面が密封対象物であるオイルに対して所謂ぬれ性の高い面（以下、これを「高ぬれ性表面」ともいう。）を有している。ここで、スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐは、４つの溝３３を含んで径方向に拡がる範囲であり、かつ、周方向の全周に拡がる範囲である。

具体的には、スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐでは、高ぬれ性表面となるような表面処理（コーティング処理）が施されている。ただし、これに限るものではなく、スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐの表面において高ぬれ性表面となるような表面処理が部分的に施されていてもよい。要は、スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐにおいて、密封対象物の流動性が未コーティング処理の場合よりも低い状態になっていれば表面処理を施す範囲や割合等については任意でよい。

すなわち、フランジ部３１のスリンガ側ポンプ作用領域３１ｐにおいては、ぬれ性の高い親油性の面を有することになる。この場合、スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐのぬれ性が高いということは、密封対象物がスリンガ側ポンプ作用領域３１ｐにおける４つの溝３３を含む所定範囲の表面に付着し易く、当該表面から弾き難いのでスリンガ側ポンプ作用領域３１ｐの表面に滞留させ、密封対象物の流動性が低い状態にあることを意味する。

ところで、フランジ部３１のスリンガ側ポンプ作用領域３１ｐだけではなく、図４に示すように、端面リップ２１のリップ先端部であって、フランジ部３１のリップ接触部３２と接触するスリンガ接触部２４を含んで径方向に拡がる所定範囲の領域（以下、これを「リップ側ポンプ作用領域」ともいう。）２１ｐにおいても、密封対象物であるオイルに対して高ぬれ性表面を有している。

具体的には、リップ側ポンプ作用領域２１ｐには、高ぬれ性表面となるような表面処理（コーティング処理）が施されている。ただし、これに限るものではなく、リップ側ポンプ作用領域２１ｐの表面において高ぬれ性表面となるような表面処理が部分的に施されていてもよい。要は、リップ側ポンプ作用領域２１ｐにおいて、密封対象物の流動性が未コーティング処理の場合よりも低い状態になっていれば表面処理を施す範囲や割合等については任意でよい。この場合、リップ側ポンプ作用領域２１ｐのぬれ性が高いということは、フランジ部３１のスリンガ側ポンプ作用領域３１ｐと同様に、密封対象物が突起領域２３ｐの表面に付着し易く、表面から弾き難いので、当該密封対象物の流動性が低い状態にあることを意味する。

したがって、フランジ部３１のスリンガ側ポンプ作用領域３１ｐと端面リップ２１のリップ側ポンプ作用領域２１ｐとの間の僅かな隙間に密封対象物を滞留させ易くなり、密封対象物が端面リップ２１の基体部２５側へ向かって流動することを抑制することが可能となる。なお、スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐおよびリップ側ポンプ作用領域２１ｐを合わせてポンプ領域と呼ぶことがあるものとする。ただし、スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐだけで密封対象物を滞留させ、密封対象物が端面リップ２１の基体部２５側へ向かって流動することを抑制することが可能であれば、リップ側ポンプ作用領域２１ｐにおいて高ぬれ性表面となっていなくてもよい。

また、スリンガ３において、円筒部３５は、図２に示すように、円筒状又は略円筒状の部分であり、この円筒部３５は軸に嵌着可能に形成されている。つまり、円筒部３５が軸に締り嵌め可能となるように、円筒部３５の内径が軸の外周面の径よりも小さくなっている。スリンガ３は、円筒部３５が軸に締り嵌めされることにより固定されるものに限らず、円筒部３５において軸に接着されて固定されるものであってもよく、他の公知の固定方法によって軸に固定されるものであってもよい。

スリンガ３は、金属材料を基材として作られており、例えば、ＳＰＣＣ（冷間圧延鋼）を基材とし、ＳＰＣＣにリン酸塩皮膜処理が施されて防錆処理がなされて作られている。リン酸塩皮膜処理としては、例えばリン酸亜鉛皮膜処理がある。防錆性能の高いスリンガ３により、端面リップ２１に対する摺動部であるリップ接触部３２に錆が発生することを抑制することができ、端面リップ２１の密封機能や密封性能を長く維持することができる。また、錆が発生することにより、溝３３の形状が変化することを抑制することができ、溝３３の発揮するポンプ効果の低減を抑制することができる。スリンガ３の基材としては、ステンレス等の耐錆性、防錆性に優れている他の金属が用いられてもよい。また、スリンガ３の基材の防錆処理は、金属メッキ等の他の処理であってもよい。

次いで、上述の構成を有する密封装置１の作用について説明する。図６は、密封装置１が取付対象としてのハウジング５０及びこのハウジング５０に形成された貫通孔である軸孔５１に挿入された軸５２に取り付けられた使用状態における密封装置１の部分拡大断面図である。ハウジング５０は、例えばエンジンのフロントカバー、又はシリンダブロック及びクランクケースであり、軸孔５１は、フロントカバー、又はシリンダブロック及びクランクケースに形成されたクランク孔である。また、軸５２は、例えば、クランクシャフトである。

図６に示すように、密封装置１の使用状態において、密封装置本体２は軸孔５１に圧入されて軸孔５１に嵌着されており、スリンガ３は軸５２に締り嵌めされて軸５２に取り付けられている。より具体的には、補強環１０の外周側円筒部１１ａが軸孔５１の内周面５１ａに接触して、密封装置本体２の軸孔５１に対する軸心合わせが図られ、また、弾性体部２０のガスケット部２６が軸孔５１の内周面５１ａと補強環１０の内周側円筒部１１ｂとの間で径方向に圧縮されてガスケット部２６が軸孔５１の内周面５１ａに密着して、密封装置本体２と軸孔５１との間の密封が図られている。また、スリンガ３の円筒部３５が軸５２に圧入され、円筒部３５の内周面３５ａが軸５２の外周面５２ａに密着し、軸５２にスリンガ３が固定されている。

密封装置１の使用状態において、弾性体部２０の端面リップ２１が、内周面２２のリップ先端２１ａ側の部分であるスリンガ接触部２４において、スリンガ３のフランジ部３１の外周側円盤部３１ｂの外側面３１ｄの部分であるリップ接触部３２と接触するように、密封装置本体２とスリンガ３との間の軸線ｘ方向における相対位置が決められている。また、ダストリップ２８および中間リップ２９は先端側の部分においてスリンガ３の円筒部３５に外周側から接触している。ダストリップ２８および中間リップ２９は、例えば、スリンガ３の円筒部３５の外周面３５ｂに接触している。

このように、密封装置１の使用状態において、端面リップ２１は、スリンガ接触部２４において、フランジ部３１のリップ接触部３２と摺動可能に接触しており、端面リップ２１及びスリンガ３は、スリンガ接触部２４及びリップ接触部３２を越えて密封対象物側から内部に潤滑油等の密封対象物が滲み出ることの防止を図っている。また、ダストリップ２８および中間リップ２９はスリンガ３の円筒部３５の内周面と摺動可能に接触しており、外部から内部への異物の進入の防止を図っている。

また、密封装置１の使用状態において、スリンガ３のフランジ部３１の外周側円盤部３１ｂのスリンガ側ポンプ作用領域３１ｐに形成された４条ネジの溝３３は、軸（スリンガ３）が回転した場合にポンプ作用をもたらす。すなわち、軸（スリンガ３）の回転により、フランジ部３１と端面リップ２１との間の空間である挟空間Ｓにおいて、スリンガ接触部２４及びリップ接触部３２近傍の領域であるポンプ領域（スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐおよびリップ側ポンプ作用領域２１ｐ）においてポンプ作用が生じる。このポンプ領域のポンプ作用により、密封対象物側から密封対象物が挟空間Ｓに滲み出た場合であっても、滲み出た密封対象物が挟空間Ｓからスリンガ接触部２４及びリップ接触部３２を越えて密封対象物側に戻される。このように、スリンガ３のフランジ部３１に形成された溝３３が生ずるポンプ作用により、挟空間Ｓへの密封対象物の滲み出が抑制されている。

挟空間Ｓにおいて、フランジ部３１の溝３３によるポンプ作用が生ずるスリンガ側ポンプ作用領域３１ｐを越えて更に外部側に滲み出た密封対象物は、軸の回転により、スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐに内周側で隣接する領域において、スリンガ３の回転方向に軸線ｘ周りに回転し、その領域（以下、還流領域ともいう。）に留められる。

ところで、端面リップ２１には、内周面２２にスリンガ３の回転方向に沿って交互に形成された複数の突起２３が還流領域に存在している。具体的には、図３に示したように、突起２３は、スリンガ接触部２４の外側縁２４ａから間隔Ｇだけ離れた位置より内周側へ向かって延びており、少なくとも部分的に還流領域の中にまで延びている。このため、還流領域に回転しながら留まる密封対象物は突起２３にぶつかり、又は還流領域に回転しながら留まる密封対象物は突起２３に沿って突起２３の外側（内周側）の端部である外側端２３ｂ側から内側（外周側）の端部である内側端２３ａに導かれ、還流領域に留まっていた密封対象物はポンプ領域（スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐおよびリップ側ポンプ作用領域２１ｐ）に導かれる。突起２３によってポンプ領域に導かれた密封対象物はポンプ作用を受けて密封対象物側に戻される。

図７は、端面リップ２１に設けられた突起２３の作用を説明するための、端面リップ２１の突起２３の作用による密封対象物の流れの様子を示すための図である。図７において、破線で示すように、リップ側ポンプ作用領域２１ｐを超えて還流領域側に滲み出た密封対象物は、突起領域２３ｐの突起２３の外周側に面する側面である側面２３ｃにぶつかり、ポンプ領域側に跳ね返されるか、破線で示されるように、突起２３の側面２３ｃに沿って内側端２３ａまで導かれ、内側端２３ａからリップ側ポンプ作用領域２１ｐに戻される。

このため、突起２３は、端面リップ２１の内周面２２において、内側端２３ａ側の一部がリップ側ポンプ作用領域２１ｐに僅かにでも進入するように形成されていることが好ましい。後述するように、ポンプ領域（スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐおよびリップ側ポンプ作用領域２１ｐ）は軸の回転速度によって径方向の幅が変化すると考えられる。このため、突起２３の内側端２３ａ側の一部は、軸の回転速度に拘らずにポンプ領域（スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐおよびリップ側ポンプ作用領域２１ｐ）に進入しているように形成されていることが好ましい。また、突起２３全体が還流領域に存在するように形成されている場合は、上述のようにポンプ領域（スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐおよびリップ側ポンプ作用領域２１ｐ）を超えて還流領域側に滲み出た密封対象物を再度ポンプ領域（スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐおよびリップ側ポンプ作用領域２１ｐ）に戻すことができる範囲において、スリンガ接触部２４の外側縁２４ａからの間隔Ｇが設定されている。

また、突起２３の側面２３ｃに当たっても、跳ね返されず、また、側面２３ｃに沿って内側端２３ａまで導かれずに、破線で示されるように、側面２３ｃを越えて端面リップ２１の根元２１ｂ側に更に進む密封対象物もある。

しかしながら、端面リップ２１の中間リップ２９により密封対象物がダストリップ２８側へ滲み出すことが防止されている。また、突起２３が設けられた突起領域２３ｐの表面は、リップ側ポンプ作用領域２１ｐよりもぬれ性が低いため、密封対象物は突起領域２３ｐの表面から弾き易く、密封対象物の流動性が高い状態にある。したがって、車両が停止している場合のような軸（スリンガ３）の非回転時等には、密封対象物は中間リップ２９を伝って下方に位置するスリンガ接触部２４まで速やかに移動し、車両が移動する場合のような軸（スリンガ３）の回転時等になると、ポンプ領域のポンプ作用により密封対象物側に戻されることになる。

このように、密封装置１においては、ポンプ領域（フランジ部３１のスリンガ側ポンプ作用領域３１ｐおよび端面リップ２１のリップ側ポンプ作用領域２１ｐ）が高ぬれ性表面を有するとともに、突起２３の突起領域２３ｐが低ぬれ性表面を有するようにした。

これにより密封装置１では、ポンプ領域（スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐおよびリップ側ポンプ作用領域２１ｐ）が高ぬれ性表面となっているため、親油性を高めて密封対象物をスリンガ接触部２４およびリップ接触部３２の周辺に留めることができる。かくして密封装置１は、スリンガ接触部２４およびリップ接触部３２の周辺に留められた密封対象物によりフランジ部３１の溝３３によるポンプ作用の起こるポンプ領域を実質的に拡大させるとともに、密封対象物の流動性が低い分だけ当該密封対象物が端面リップ２１の根元２１ｂへ流動することを抑制することができる。

さらに密封装置１では、突起２３の設けられた突起領域２３ｐが低ぬれ性表面となっており、密封対象物を弾き易いため、ポンプ領域（スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐおよびリップ側ポンプ作用領域２１ｐ）に留まることなく、突起領域２３ｐに流れ込んだ密封対象物が撥油性の突起２３の側面２３ｃにぶつかった際、ポンプ領域へ容易に跳ね返すことができるとともに、側面２３ｃに沿って内側端２３ａからポンプ領域へ容易に戻すことができる。

加えて、突起２３の側面２３ｃを越えて端面リップ２１の根元２１ｂ側に更に密封対象物が流れ込んだ場合であっても、中間リップ２９により密封対象物が堰き止められる。突起領域２３ｐの表面は、リップ側ポンプ作用領域２１ｐよりもぬれ性が低く、密封対象物の流動性が高い。このため、車両が停止している場合のような軸（スリンガ３）の非回転時等には、密封対象物は中間リップ２９を伝って下方に位置するスリンガ接触部２４まで速やかに移動し、車両が移動する場合のような軸（スリンガ３）の回転時等になると、ポンプ領域のポンプ作用により密封対象物側へ全て戻すことができる。

このように、密封装置１によれば、ポンプ領域（スリンガ側ポンプ作用領域３１ｐおよびリップ側ポンプ作用領域２１ｐ）が高ぬれ性表面を有するとともに、突起２３の設けられた突起領域２３ｐが低ぬれ性表面を有するようにしたことにより、スリンガ３に形成された溝３３の発揮するポンプ作用をより効果的に発揮させることができ、従来よりも密封対象物の滲み出を抑制することができる。また、突起２３はスリンガ３に接触しておらず、密封装置１によれば、スリンガ３に対する摺動抵抗を増加させることなく、密封対象物の滲み出を抑制することができる。

スリンガ３の溝３３に基づくポンプ作用は、スリンガ３の回転が高速になるほど有効に作用するがいずれ頭打ちとなる。これは、スリンガ３の回転が高回転になるほど、ポンプ領域がスリンガ接触部２４及びリップ接触部３２側に向かって収縮するためであると考えられる。このため、密封対象物が密封対象物側から挟空間Ｓに滲み出た場合、スリンガ３の回転が所定速度以上の高速になるほど、還流領域に進入する密封対象物が増すことになる。還流領域を還流する密封対象物の量が、還流領域に留めておくことができる密封対象物の量を超えると、密封対象物は更に内部に滲み出ることになり、更に密封装置１の外部に滲み出ることがある。

本発明の実施の形態に係る密封装置１においては、上述のように、ポンプ領域を超えて還流領域にまで密封対象物が滲み出たとしても、この滲み出た密封対象物を低ぬれ性表面の突起２３により効率よくポンプ領域に戻すことができ、更にポンプ作用により密封対象物側に戻すことができる。

このため、スリンガ３の回転が高回転になり、還流領域に留まる密封対象物が増したとしても、この還流領域に留まる密封対象物を突起領域２３ｐの低ぬれ性表面および突起２３の存在によりポンプ領域に戻すことができ、還流領域を還流する密封対象物の量が還流領域に留めておくことができる密封対象物の量を超えることを抑制することができる。

また、スリンガ３の高回転によりポンプ作用が低減したとしても、突起領域２３ｐの低ぬれ性表面および突起２３の存在により密封対象物をポンプ領域に戻すので、スリンガ３の高回転時において、ポンプ作用により密封対象物側に戻すことができる密封対象物を多くすることができる。

このように、本発明の実施の形態に係る密封装置１によれば、スリンガ３の溝３３によるポンプ作用を利用した場合であっても、軸の回転速度の値に拘らず密封対象物の滲み出を抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に係る密封装置１に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及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。また、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。

また、突起２３の延び方向に直交する断面の形状は、種々の形状とすることができる。上述の実施の形態に係る密封装置１においては、突起２３の断面形状は、三角形状や四角形状となっているが、突起２３の断面形状は、戻される密封対象物が当たる側面２３ｃが少なくとも部分的に端面リップ２１の内周面２２に直交して又は略直交して延びている形状であれば、例えば、側面２３ｃが内周面２２に直交又は略直交する直角三角形又は略直角三角形であってもよい。また、突起２３の断面形状は、例えば、側面２３ｃ、の端面リップ２１側の部分が内周面２２に直交する又は略直交する五角形等の多角形であってもよい。このような突起２３によれば、密封対象物が突起２３を乗り越えることを抑制でき、より効率的に密封対象物をポンプ領域側に戻すことができる。また、種々の形状による突起２３によれば、三角形の断面形状の突起２３と同じ高さ（端面リップ２１の内周面２２に直交する方向の高さ）の突起を、より小さい横幅（突起２３の延び方向に直交する方向の幅）で得ることができ、端面リップ２１に配設可能な突起２３の数を多くすることができる。

また、突起２３は、螺旋状等に延びているとしたが、端面リップ２１の内周面２２上で種々の形状を形成するように延びており、端面リップ２１の内周面２２上に螺に配設されていてもよい。また、メイン突起２３の夫々の側面２３ｃは、平面状であってもよく、曲面状であってもよい。

スリンガ３の有する溝３３は、上述のように、図５に示すネジ（４条ネジ）形状に限らず、他の形状であってもよい。例えば、図８（ａ）に示すように、内周側から外周側に向かって軸線ｘを中心又は略中心として放射状に延びる溝であってもよく、また、図８（ｂ）に示すように、周方向に傾いて延びる溝であってもよい。

密封装置１において、弾性体部２０は、ダストリップ２８及び中間リップ２９を有しているとしたが、弾性体部２０は、ダストリップ２８及び中間リップ２９を有していなくてもよく、ダストリップ２８及び中間リップ２９のいずれか一方のみを有していてもよい。

また、本実施の形態に係る密封装置１は、エンジンのクランク孔に適用されるものとしたが、本発明に係る密封装置の適用対象はこれに限られるものではなく、他の車両や汎用機械、産業機械等、本発明の奏する効果を利用し得るすべての構成に対して、本発明は適用可能である。

１…密封装置、２…密封装置本体、３…スリンガ、１０…補強環、１１…筒部、１１ａ…外周側円筒部、１１ｂ…内周側円筒部、１１ｃ…接続部、１２、１４…円盤部、１３…錐環部、２０…弾性体部、２１…端面リップ、２１ａ…リップ先端、２１ｂ…根元、２１ｐ…リップ側ポンプ作用領域、２２…内周面、２３…突起、２３ａ…内側端、２３ｂ…外側端、２３ｃ…側面、２３ｐ…突起領域、２４…スリンガ接触部、２４ａ…外側縁、２５…基体部、２６…ガスケット部、２７…後方カバー部、２８…ダストリップ、２９…中間リップ、３１…フランジ部、３１ａ…内周側円盤部、３１ｂ…外周側円盤部、３１ｃ…接続部、３１ｄ…外側面、３１ｐ…スリンガ側ポンプ作用領域、３２…リップ接触部、３３…溝、３５…円筒部、３５ａ…内周面、３５ｂ…外周面、５０…ハウジング、５１…軸孔、５１ａ…内周面、５２…軸、５２ａ…外周面、Ｇ…間隔、Ｓ…挟空間、ｘ…軸線

Claims (6)

1. 軸と該軸が挿入される孔との間の環状の隙間の密封を図るための密封装置であって、
   前記孔に嵌着される密封装置本体と、
   前記軸に取り付けられるスリンガと、を備え、
   前記密封装置本体は、軸線周りに環状の補強環と、該補強環に取り付けられている弾性体から形成されている前記軸線周りに環状の弾性体部とを有しており、
   前記スリンガは、外周側に向かって延びる前記軸線周りに環状の部分であるフランジ部を有しており、
   前記弾性体部は、前記フランジ部に軸線方向において他方の側から前記スリンガに接触するスリンガ接触部を備え、軸線方向において一方の側に向かって延びる前記軸線周りに環状のリップである端面リップを有しており、
   前記スリンガの前記フランジ部の前記他方の側には、ポンプ作用を発生させる少なくとも１つの溝が形成されたスリンガ側ポンプ作用領域を有しており、
   前記端面リップの内周側の面には、複数の突起が周方向に並んで形成された突起領域を有しており、
   前記端面リップのリップ先端部であって、前記スリンガ接触部から前記突起の密封対象物側の端部である内側端までのリップ側ポンプ作用領域を有しており、
   前記フランジ部の前記スリンガ側ポンプ作用領域は、密封対象物に対しぬれ性の高い高ぬれ性表面を有し、
   前記リップ側ポンプ作用領域は、前記密封対象物に対しぬれ性の高い高ぬれ性表面を有し、
   前記端面リップの前記突起領域は、前記密封対象物に対しぬれ性の低い低ぬれ性表面を有する
   ことを特徴とする密封装置。
2. 前記リップ側ポンプ作用領域と前記スリンガ側ポンプ作用領域との間の隙間のポンプ領域に前記密封対象物を滞留させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記突起の一部は、前記ポンプ領域に進入している
   ことを特徴とする請求項２に記載の密封装置。
4. 前記密封装置は、
   前記端面リップよりも内周側に設けられた中間リップを備え、
   前記端面リップから続く前記中間リップの表面は、前記低ぬれ性表面となっている
   ことを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の密封装置。
5. 前記端面リップの前記低ぬれ性表面は、前記密封対象物に対して撥油性を持ち、前記突起により前記密封対象物を前記ポンプ領域に押し戻す
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の密封装置。
6. 前記複数の突起は、前記低ぬれ性表面に沿って前記密封対象物を前記ポンプ領域に戻す
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の密封装置。

Images