JP7015507B2

JP7015507B2 - 密封装置

Info

Publication number: JP7015507B2
Application number: JP2016204827A
Authority: JP
Inventors: 正和天野; 高弘山岸; 勝志郎財津; 理恵佐藤; 久貴鈴木; 利徳坂本; 泰一荒井
Original assignee: Arai Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Arai Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2036-10-19
Also published as: JP2018066428A

Description

本発明は、自動車などのエンジンに用いられる密封装置（オイルシール）に関し、特にシール部分に潤滑剤を被着させた密封装置（オイルシール）に関する。

従来における回転軸とハウジングとの間を密封する密封装置（オイルシール）では、回転軸に摺接する弾性部材からなるシール部分の磨耗を防止するために、当該シール部分に潤滑剤を塗布させることが行われている。例えば、特許文献１では、初期潤滑剤として異物の付着しにくいワックス状潤滑剤を用いて、異物の付着による初期漏れの不具合を防止すると共に、塗布むらが無いようにするためシールリップの内周面を潤滑剤溶液に浸着させる方法によって、薄く塗布した密封装置が開示されている。

特許３４３５９４５号公報

ところが、上記したような密封装置では、ワックス状の潤滑剤溶液により被膜が薄く塗布されているだけなので、回転軸の組み付け（挿入）時においてシール部分の潤滑剤が剥がれやすく、さらに、シールリップ表面も傷付き、回転軸の組み付け後に傷ついた部分から潤滑剤が逃げてしまう虞もある。そうなると、密封性の向上と共に摩擦力の低減（潤滑性の維持）を図る本来の回転軸とハウジングとの間の密封を目的とする密封装置を提供することができなくなる。

本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、密封装置内周のシール部分にワックス状潤滑剤を厚く充填することにより、回転軸が組み付け時のシールリップの傷付きを防止でき、また、回転軸の回転時には固形状のワックス状潤滑剤が溶融して充分な量の潤滑油が供給される密封装置を提供することにある。

かかる目的を達成するために、第一の発明は、スプラインを有する回転軸と、前記回転軸の中心軸周りに相対回転可能に対向される静止部材との間に設けられ、外部環境に対して内部環境を密封するための密封装置であって、前記静止部材に対して固定される固定部と、前記固定部から一体に設けられ、前記回転軸に押圧されて摺接するシール部とを有し、前記シール部には、前記内部環境寄りに設けられ、少なくとも前記回転軸のスプラインの凸部外径よりも小径のリップ先端を有する第一シールリップと、前記外部環境寄りに設けられた第二シールリップと、前記第一シールリップの先端と前記第二シールリップの先端とを結ぶ仮想線及び前記第一シールリップの先端と前記第二シールリップの先端とにわたって凹状に窪ませた第一傾斜面で囲まれた第一凹領域とを有し、さらに、前記第一シールリップの先端よりも内部環境寄りに、前記第一シールリップの先端から連続して設けられた第二傾斜面と、前記第二シールリップの先端よりも外部環境寄りに、第二シールリップの先端から連続して設けられた第三傾斜面と、を含み、前記第二傾斜面には第一シールリップの先端近傍に凹状に窪ませた第二凹領域を有し、前記第一凹領域及び前記第二凹領域には潤滑剤が充填され、前記第二傾斜面及び前記第三傾斜面に潤滑剤が被着され、前記第二傾斜面及び前記第三傾斜面に被着される潤滑剤の厚みは、前記第一凹領域に充填される潤滑剤の厚みよりも薄いことを特徴とする。
第二の発明は、第一の発明において、前記潤滑剤は、固形状ワックスであり、融点が温度６０℃から８０℃であることを特徴とする。

本発明によれば、密封装置内周のシール部分にワックス状潤滑剤を厚く充填することにより、回転軸が組み付け時のシールリップの傷付きを防止でき、また、回転軸の回転時には固形状のワックス状潤滑剤が溶融して充分な量の潤滑油が供給される密封装置を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る密封装置の構成を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る密封装置に回転軸の挿入状態を示す図である。本発明の第二実施形態に係る密封装置の構成を示す断面図である。

［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態に係る密封装置について、添付図面を参照して説明する。
本実施形態の密封装置は、回転中心軸周りに相対回転可能に対向する静止部材相互間に設けられ、外部環境（大気）側に対して内部環境（エンジン）側を密封することができるように構成されている。ここでは、図２に示すように、相対回転可能に対向する部材として、表面外周に歯状の溝が金属加工されたスプライン７１を備え、回転中心軸Ａｘを中心に回転する回転軸７と、これと同中心に対向して非回転状態に維持された静止部材としてのハウジング２を想定する。

図１において、本実施形態の密封装置１は、一方の部材である静止部材のハウジング２に固定される固定部４と、固定部４から一体に設けられ、他方の部材である回転軸７に押圧されて接触するシール部５を備えている。
固定部４は、所定幅の嵌合面を有する円環状で、固定部４の一側端から連続して固定部４の円環中心方向に連続して円板部４１が設けられ、円板部４１の内径から連続してシール部５が設けられて全体で中空円環状をなしている。

固定部４には、固定部４に沿って連続し、かつ、その一部がシール部５に向けて延出した断面Ｌ字状の補強金具（芯金）３が埋設されている。これにより、固定部４の剛性が一定に維持されることで、固定部４をハウジング２に対して堅牢に固定させることができる。この結果、シール部５を常時安定して回転軸７に摺接させることが可能となり、回転軸７が高速回転する環境下における密封性の維持向上を図ることができる。

回転軸に押圧されて摺接するシール部５には、内部環境寄りに設けられ、少なくとも回転軸７のスプライン７１の凸部外径よりも小径のリップ先端Ｓを有する第一シールリップ（主リップ）５１と、外部環境寄りに設けられた第二シールリップ（ダストリップ）５２と、第一シールリップ（主リップ）５１の先端Ｓと第二シールリップ（ダストリップ）５２の先端Ｖと結ぶ線で囲まれた凹領域（潤滑剤充填部）Ｂとを有し、少なくとも凹領域（潤滑剤充填部）Ｂに潤滑剤Ａが充填されている。

第一シールリップ（主リップ）５１は、内周面の断面視がほぼＶ字形状に形成されており、また、第一シールリップ（主リップ）５１と径方向反対側のシール部５の外周には、無端状のガータースプリング６が巻回されている。これにより、第一シールリップ（主リップ）５１のリップ先端Ｓが常時一定の緊迫力で回転軸７に摺接した状態に維持される。そして、内部環境側にオイルやグリースなどの潤滑剤が封入されて漏洩防止が図られている。

第二シールリップ（ダストリップ）５２は、外部環境側に向けて薄肉化させつつ傾斜した姿勢で、第一シールリップ（主リップ）５１よりも小さい内周面の断面視のＶ字形状に突出し、その突出端が回転軸７に対して接触状態（或いは、僅かな隙間を隔てた非接触状態）に位置決めされている。これにより、外部環境側に存するダストや液状物などの異物の浸入防止が図られている。

なお、本実施形態において、密封装置１は、自身の弾性力によってそのシール部５を回転軸７の摺接面７２に接触させるべく、弾性を有する材料で成形されている。例えば、フッ素ゴムなどである。

ところで、密封装置１では、図１に示すように、潤滑剤Ａは、第一シールリップ（主リップ）５１の先端Ｓと第二シールリップ（ダストリップ）５２の先端Ｖと結ぶ仮想線５０に至るまで、凹領域（潤滑剤充填部）Ｂに充填されている。
なお、一例として、凹領域（潤滑剤充填部）Ｂは、シール部５の内周断面を半円形状に窪ませた第一傾斜面５３に構成しているが、半円形状に限定されず、第一傾斜面５３と第一シールリップ（主リップ）５１の先端Ｓと第二シールリップ（ダストリップ）５２の先端Ｖとで囲まれた凹領域（潤滑剤充填部）Ｂが構成できる形状であれば、本発明の実施範囲内である。

このように凹領域Ｂ（潤滑剤充填部）に固形ワックス状の潤滑剤Ａを充填することにより、従来技術のように薄くシール部の内周面に塗布された潤滑剤とは異なり、回転軸７の組み付け時に潤滑剤が剥がれにくくなる。

本実施形態で、組み付けられる回転軸７は、図２に示すように、その外周にスプライン７１を備えている。このようなスプライン７１を有することで、密封装置１に挿入する際に、軸中心側に突出した柔らかい弾性部材（例えば、ゴム）の第一シールリップ（主リップ）５１、第二シールリップ（ダストリップ）５２と硬い金属のスプライン７１の凸部が接触して、これらのシールリップの先端Ｓ、Ｖを傷つける虞がある。特に、少なくともスプライン７１の凸部外径よりも小径のリップ先端を有し、第二シールリップ（ダストリップ）５２の先端Ｖ部分よりも突出した第一シールリップ（主リップ）５１の先端Ｓ部分を削ってしまう虞が大きい（図２の挿入方向矢印を参照。）。
そこで、図１のとおり、回転軸７が挿入される凹領域（潤滑剤充填部）Ｂの円環状にわたって十分な固形状ワックスの潤滑剤Ａを設けることで、スプライン７１を備えた回転軸７であっても円滑に挿入され、前述のリップ先端の傷付きを防止することができる。なお、図２は、挿入過程の説明図であるため潤滑剤Ａの図示を省略している。

固形ワックス状の潤滑剤Ａは、例えば、常温において半透明ないし白色の軟らかい固体（蝋状）で水には溶けず、融点が温度６０℃から８０℃の範囲の石油系のパラフィンワックスが用いられる。また、密着性の良い固形ワックスを用いることで、液だれのおそれもなく密封装置を汚すこともない。
なお、この固形ワックス状の潤滑剤Ａは、柔らかい練り状のワックス状態にて、第一傾斜面５３から隙間なく凹領域Ｂ（潤滑剤充填部）に充填後、第一シールリップ（主リップ）５１の先端Ｓと第二シールリップ（ダストリップ）５２の先端Ｖを結ぶ線（仮想線５０）からはみ出していた場合、回転軸７への組立て（挿入）前にそぎ落とすが、少量であれば回転軸７の円滑な挿入に影響を与えることはないため、そのままの充填状態で構わない。また、この充填方法については、自動化或いは手動によりいずれでも行うことができ、いずれでも本発明の実施範囲内である。

また、軸回転時のオイル等の潤滑油の温度は、例えば、８０℃から１２０℃の範囲であるが、本実施形態の潤滑剤Ａの融点が温度６０℃から８０℃の範囲であることから、回転初期動作時には、オイル等の潤滑油の温度に達していなくても溶融して初期潤滑剤として機能する。これにより、第一シールリップ（主リップ）５１の先端Ｓと第二シールリップ（ダストリップ）５２の初期磨耗を防止することができる。
さらに、溶融して液状化された潤滑剤Ａはオイル等の上記温度まで上昇して、充分な潤滑油量が密封装置１内に供給されるように作用する。即ち、固形状態のままでは、オイル等潤滑油のように低摩擦性や冷却性は逆に得られないものの、潤滑剤Ａが溶融して潤滑油に液状化することで、回転軸７の組み付け時のシールリップの傷つき防止だけでなく、その後において回転軸７とシール部５の潤滑にも効果を発揮することができる。

以上、説明のとおり、回転軸７の組み付け（挿入）時には、固形ワックス状の潤滑剤Ａにより、回転軸７のスプライン７１との接触により第一シールリップ（主リップ）５１が削られて傷つくことを防止することができ、耐久性に優れた密封装置１を実現することができる。
また、固形ワックス状の潤滑剤Ａが、シール部５の第一傾斜面５３と第一シールリップ（主リップ）５１の先端Ｓと第二シールリップ（ダストリップ）５２の先端Ｖとで囲まれた凹領域（潤滑剤充填部）Ｂに充填されることにより、回転軸７の組み付け（挿入）時に潤滑剤Ａが剥がれにくく、さらに、軸回転初期時には固形ワックス状が溶融して充分な量が凹領域（潤滑剤充填部）Ｂから回転軸７の摺接面７２に供給され、確実に初期潤滑油として作用することできる。その結果、全回転時も含め、シール部５と回転軸７との間の良好な潤滑が維持されることにより、低トルク（摩擦力の低減）に優れた密封装置１を実現することができる。

また、図には示さないが、第一実施形態の構成に加えて、さらに第二傾斜面５４の領域にも潤滑剤Ａを充填する第二凹領域（第二潤滑剤充填部）が設けても構わない。その場合、第二凹領域（第二潤滑剤充填部）は、第一シールリップ（主リップ）５１との先端Ｓ近傍或いはやや離れた位置にあって、断面が半円形状に窪ませて環状に構成されている。なお、第二凹領域（第二潤滑剤充填部）は、全周に亘って連続していても良いし、複数に分割されていても良い。

このように第二凹領域（潤滑剤充填部）を、回転軸７に押圧されて摺接する領域以外の第二傾斜面５４に環状にわたって設けることにより、さらに、シール部５と回転軸７との間の良好な潤滑が維持されることにより、低トルク（摩擦力の低減）で耐久性に優れた密封装置１を実現することができる。

［第二実施形態］
本実施形態は、図３に示すように、第一実施形態の構成に加え、シール部５には、第一シールリップ（主リップ）５１の先端Ｓよりも内部環境寄りに、第一シールリップ（主リップ）５１の先端Ｓから連続して設けられた第二傾斜面５４と、第二シールリップ（ダストリップ）５２の先端Ｖよりも外部環境寄りに、第二シールリップ（ダストリップ）５２の先端Ｖから連続して設けられた第三傾斜面と、を含み、潤滑剤Ａは、第二傾斜面５４と第三傾斜面５５にわたって被着されている。
具体的には、本実施形態における固形ワックス状の潤滑剤Ａは、シール部５の内部環境側で回転軸７の摺接面７２と摺接しない第二傾斜面５４から、第一シールリップ（主リップ）５１の先端Ｓを介して、さらに凹領域（潤滑剤充填部）Ｂを経て、第二シールリップ（ダストリップ）５２の先端Ｖを介して、外部環境側の第三傾斜面５５まで連続して覆うように、環状に被着範囲を広げている。

なお、第一実施形態の図１の密封装置１の構成と同じ構成にあっては、第二実施形態の図３には図１と同じ符号を付すこととし、詳細な説明においては説明が重複するため省略する。また、固形ワックス状の潤滑剤Ａについても、第一実施形態で用いられたものと同じ潤滑剤として説明する。

第二傾斜面５４は、回転中心軸Ａｘに対して所定の角度を持って傾斜し、シール部５の上方（符号Ｔの位置）から第一シールリップ（主リップ）５１の先端Ｓまでの長さによる内周面を有している。また、同様に、第三傾斜面５５は、回転中心軸Ａｘに対して所定の角度を持って傾斜し、シール部５の下方（符号Ｗの位置）から第二シールリップ（ダストリップ）５２の先端Ｖまでの長さによる内周面を有している。そして、第二傾斜面５４の内周面は、第一シールリップ（主リップ）５１が回転軸７とのシール性を高めるために肉厚に形成されていることから、第三傾斜面５５の内周面に比べて広くなっている。なお、第二シールリップ（ダストリップ）５２が第一シールリップ（主リップ）５１と同等或いは大きく形成されている場合にあっては、第三傾斜面５５が第二傾斜面５４と同等或いは大きく形成されることは当然であって、このように構成することも本発明の実施可能範囲である。

また、凹領域（潤滑剤充填部）Ｂを除いた、第二傾斜面５４、第一シールリップ（主リップ）５１との先端Ｓ、第二シールリップ（ダストリップ）５２の先端Ｖ及び第三傾斜面５５の潤滑剤Ａの被着の厚みは薄くなるように形成されている。
したがって、第二実施形態の凹領域（潤滑剤充填部）Ｂへの固形ワックスの潤滑剤Ａは、第一実施形態の凹領域（潤滑剤充填部）Ｂに充填されているよりも、第二傾斜面５４及び第三傾斜面５５を被着する所定の厚さの分だけ多く充填されている。

このように、密封装置１の内周面であるシール部５の摺接面７２側全体を広く覆うことで、さらに第一実施形態に比べて、固形ワックス状の潤滑剤Ａが剥がれにくくなる。また、シール部５の第二傾斜面５４及び第三傾斜面５５と、回転軸７の摺接面７２にさらに潤滑剤を介在させることで、シール部５と回転軸７との間の良好な潤滑が維持されることになり、低トルク（摩擦力の低減）で耐久性に優れた密封装置１を実現することができる。

１密封装置
２ハウジング
３補強金具（芯金）
４固定部
５シール部
５１第一シールリップ（主リップ）
５２第二シールリップ（ダストリップ）
５３第一傾斜面
５４第二傾斜面
５５第三傾斜面
６ガータースプリング
７回転軸
７１スプライン
７２摺接面
Ａ潤滑剤（固形状ワックス）
Ｂ凹領域（潤滑剤充填部）

Claims

スプラインを有する回転軸と、前記回転軸の中心軸周りに相対回転可能に対向される静止部材との間に設けられ、外部環境に対して内部環境を密封するための密封装置であって、
前記静止部材に対して固定される固定部と、
前記固定部から一体に設けられ、前記回転軸に押圧されて摺接するシール部とを有し、
前記シール部には、
前記内部環境寄りに設けられ、少なくとも前記回転軸のスプラインの凸部外径よりも小径のリップ先端を有する第一シールリップと、
前記外部環境寄りに設けられた第二シールリップと、
前記第一シールリップの先端と前記第二シールリップの先端とを結ぶ仮想線及び前記第一シールリップの先端と前記第二シールリップの先端とにわたって凹状に窪ませた第一傾斜面で囲まれた第一凹領域とを有し、
さらに、前記第一シールリップの先端よりも内部環境寄りに、前記第一シールリップの先端から連続して設けられた第二傾斜面と、
前記第二シールリップの先端よりも外部環境寄りに、第二シールリップの先端から連続して設けられた第三傾斜面と、を含み、
前記第二傾斜面には第一シールリップの先端近傍に凹状に窪ませた第二凹領域を有し、
前記第一凹領域及び前記第二凹領域には潤滑剤が充填され、
前記第二傾斜面及び前記第三傾斜面に潤滑剤が被着され、
前記第二傾斜面及び前記第三傾斜面に被着される潤滑剤の厚みは、前記第一凹領域に充填される潤滑剤の厚みよりも薄いことを特徴とする密封装置。
前記潤滑剤は、固形状ワックスであり、融点が温度６０℃から８０℃であることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。