JP7038619B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、農業機械、自動車、産業機械などの分野に用いられ、同軸上で相対的に回転する内周側部材と外周側部材との間をシールする密封装置に関する。

シールリップとダストリップとを備える密封装置では、これらのリップの間に環状の空間が形成される。この空間は、内周側部材と外周側部材との間の相対的な回転によって負圧になることがある。

その一因として考えられるのは、シールリップに設けたポンプ作用を生ずるねじ部である。この種のねじ部は、例えば特許文献１に「平行ねじ突起」として紹介されているように、二つのリップ間に形成された空間内に漏れ出た密封対象流体をポンプ作用によって機内側に戻すようにしている（段落［００３０］～［００３１］、図２参照）。このため空間内は、ねじ部のポンプ作用によって負圧になるわけである。

ところが空間内が負圧になると、相手面に対するリップの接触圧が上昇するいわゆるベタ当たり現象が発生し、トルクの上昇という好ましからぬ事態が引き起こされる。

そこで従来、ベタ当たり現象を防止するための様々な提案がなされている。例えば特許文献１には、回転軸に密接するダストリップの一面に、複数個のリブを環状に配列した発明が記載されている（文献１の段落［００１２］、図８参照）。

このような構造のものは、シールリップとダストリップとの間の空間が負圧になると、回転軸に対する密接力を高めるようにダストリップが変形し、複数個のリブが回転軸に突き当たる。さらに負圧状態が進むとダストリップの変形度合が増すため、リップ端が回転軸から離れて隙間が生ずる。これによって空間内には大気側から空気が流れ込み、負圧状態が解消されるわけである。特許文献１に記載された発明は、このような動作を繰り返すことで相手面に対するリップのベタ当たり現象の継続性を絶ち、トルクの上昇を抑えている。

特開２００３－３３６７４６号公報

特許文献１に記載された発明によれば、シールリップとダストリップとの間の空間内の負圧状態が進んだとき、回転軸からリップ端を離して大気側から空気を流し込み、負圧状態を解消している。このため空気と共に泥水やダストなどの異物も空間内に混入するので、リップ端の摩耗を促すなどの不都合を生じさせてしまう。改善が求められる。

本発明の課題は、シールリップとダストリップとの間に生ずる空間内の負圧状態を解消するために、相手面からリップ端を離して空間内に空気を流し込んだとしても、空気と共に空間内に混入した異物によって引き起こされる不都合を極力生じさせないようにすることである。

本発明の密封装置は、金属環にゴム状弾性体を加硫接着させた構造体であり、同軸上で相対的に回転する内周側部材と外周側部材との間に配置され、前記外周側部材の内周側に固定される環状体と、前記ゴム状弾性体に一体に設けられ、前記環状体から機内側に延びるリップ端を前記内周側部材に密接させる環状のシールリップと、前記ゴム状弾性体に一体に設けられ、前記環状体から大気側に延びるリップ端を前記内周側部材に密接させて前記シールリップとの間に空間を形成する環状のダストリップと、前記ダストリップの前記空間に面する一面に設けられ、前記空間内の負圧状態が進むことによって前記内周側部材に突き当たり、前記内周側部材から前記ダストリップのリップ端を離隔させる複数個のリブと、前記ダストリップの前記空間に面する一面に設けられ、この空間内の異物をポンプ作用によって大気側に送るねじ部とを備えることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、内周側部材からリップ端を離隔させて空間内に空気を流し込んだ際、空気と共に空間内に混入した異物をねじ部のポンプ作用によって大気側に送ることができるので、空間内に異物が混入することによって引き起こされる不都合を極力生じさせないようにすることができる。

実施の一形態を示す密封装置の一部の垂直断面図。 回転軸に対するリブの接触状態を例示する（ａ）はリップ間に生ずる空間が大気圧であるときの模式図、（ｂ）はリップ間に生ずる空間が負圧になったときの模式図。 別の実施の一形態を示す密封装置の一部の垂直断面図。

実施の一形態を図１及び図２（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。本実施の形態の密封装置は、オイルシールへの適用例である。このオイルシールは、同軸上で相対的に回転する内周側部材と外周側部材とのうち（いずれも図示せず）、一方の部材に固定され、もう一方の部材をシールする。より詳細には、内周側部材は回転軸であり、オイルシールは外周側部材の内周面に嵌合して固定され、外周側部材に対して回転する回転軸をシールする。

図１に示すように、本実施の形態のオイルシール１０１は、図示しない回転軸をシールするための構造として、円環状の環状体１１１の内周側に、シールリップ１３１と二重構造を有するダストリップ１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）とを設けている。

環状体１１１は、円環状の金属環１１２にゴム状弾性体１１３を一体に加硫接着した構造体である。

金属環１１２は、帯状形状の基体１１２ａを備え、この基体１１２ａの一部を断面Ｕ字形状にして内周側に折返したＵ字屈曲部１１２ｂとし、さらに端部を屈曲させて内周方向に延びる屈曲端部１１２ｃとしている。

ゴム状弾性体１１３は、金属環１１２をその内周側の端部領域のみ残して全体的に覆っている。金属環１１２の外周面を覆うゴム状弾性体１１３の領域は、図示しない外周側部材の内周面に嵌合するシール１１４を形成している。シール１１４は、外周側部材の内周面の内径よりも大径に形成されており、その差分を締め代としている。したがって環状体１１１は、外周部材の内周面に嵌合した状態でシール１１４が縮径方向に撓み、その反発力によって外周部材に固定される。

ゴム状弾性体１１３は、金属環１１２の端部である屈曲端部１１２ｃから延長するように、三つのリップ１３１，１５１Ａ，１５１Ｂを一体に成形している。一つはシールリップ１３１、残りの二つはダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂである。

シールリップ１３１は、機内Ｏ側となる空間に向けて延びた環状形状を有しており、内周側にリップ端１３２を突出させている。このリップ端１３２は、ほぼ二等辺三角形をなす断面形状を有している。したがってシールリップ１３１は、リップ端１３２の頂部を挟み、機内Ｏ側に面する機内面１３１ａと、大気Ａ側に面する機外面１３１ｂとを区画している。

このようなシールリップ１３１の背面側、つまりリップ端１３２と反対側には断面半円状の装着溝１３３が環状に設けられ、この装着溝１３３には円環状のガータスプリング１３４が嵌め込まれている。ガータスプリング１３４は、図示しない回転軸に対するリップ端１３２の押し当て力を補強する。

図１及び図２（ａ）（ｂ）中、Ｃで示す一点鎖線は、図示しない回転軸の外周面の位置を示している。つまりＣは、個々のリップ１３１，１５１Ａ，１５１Ｂが接触する接触面である。シールリップ１３１のリップ端１３２は、その内径を、回転軸の外周面の外径よりも僅かに小径に形成している。この差分が、回転軸に対するシールリップ１３１の締め代となる。各図において、シールリップ１３１の締め代は、接触面Ｃを超えた領域で示されている。

一方のダストリップ１５１Ａは、シールリップ１３１よりも大気Ａ側となる領域に形成され、もう一方のダストリップ１５１Ｂは、一方のダストリップ１５１Ａよりもさらに大気Ａ側にとなる領域に形成されている。これらの二つのダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂは、いずれも大気Ａ側に延びる環状形状を有している。したがって二つのダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂは、それぞれ機内Ｏ側に面する機内面１５１ａの先端部を図示しない回転軸に押し付けるようにして、それぞれのリップ端１５２を回転軸に密接させる。

ダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂのリップ端１５２は、それらの内径を、回転軸の外周面の外径よりも僅かに小径に形成している。この差分が、回転軸に対するダストリップ１５１の締め代となる。各図において、ダストリップ１５１の締め代は、接触面Ｃを超えた領域で示されている。

シールリップ１３１及び二つのダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂは、前述したとおり、環状に形成されてそれらのリップ端１３２，１５２を図示しない回転軸に密接させる。このためシールリップ１３１と一方のダストリップ１５１Ａとの間には、密閉された空間Ｓ１が形成される。一方のダストリップ１５１Ａともう一方のダストリップ１５１Ｂとの間にも、密閉された空間Ｓ２が形成される。

以上がオイルシール１０１の基本構造である。オイルシール１０１は、この基本構造に加えて、シールリップ１３１にねじ部１３５（説明の便宜上「舟底形ねじ部１３５」と呼ぶ）を備え、二つのダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂにリブ１５３とねじ部１５４とを備えている。

シールリップ１３１に設けられた舟底形ねじ部１３５は、機内Ｏ側の図示しないオイルがリップ端１３２の頂部を越えて空間Ｓ１内に漏れ出たとき、ポンプ作用を利用して、漏れ出たオイルを機内Ｏ側に戻すねじ状の構造物である。

図１中、回転軸は反時計まわりに回転する。そこで舟底形ねじ部１３５は、ポンプ作用を生じさせるように、機内面１３１ａにおけるシールリップ１３１の中間位置からリップ端１３２の近傍位置に至る領域に、左肩上がりの形状で突出形成されている。したがって回転軸が反時計まわりに回転すると、空間Ｓ１内で、リップ端１３２の頂部に向けた流体の流れが発生する。このとき空間Ｓ１内に漏れ出たオイルはこの流れに乗り、リップ端１３２の頂部に向けて送られ、機内Ｏ側の空間に戻される。

舟底形ねじ部１３５は、舟底形状をなしている。最大幅を有する中央部分から両端に向けて先すぼまりになり、なおかつ最大高さを有する中央部分から両端に向けて高さが低くなる形状である。舟底形ねじ部１３５の突出高さは、空間Ｓ１が大気圧になっているとき、シールリップ１３１のリップ端１３２が図示しない回転軸に密接している状態で、回転軸と非接触状態を保つように規定されている。

二つのダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂに設けられたリブ１５３は、矩形形状に突出して複数個設けられ、それぞれのリップ端１５２の周縁に沿った下層の環状領域内に一列に配列されている。リブ１５３は横並びに配列された二個一組となり、一方のダストリップ１５１Ａともう一方のダストリップ１５１Ｂとで互い違いとなる位置に配列されている。

このようなリブ１５３は、ダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂのリップ端１５２が図示しない回転軸に密接している状態で、空間Ｓ１，Ｓ２が大気圧を維持しているときには回転軸と非接触状態を保ち、空間Ｓ１，Ｓ２内の負圧状態が進むことによって回転軸に突き当たるように突出高さが規定されている。したがって空間Ｓ１，Ｓ２内の負圧状態がさらに進んだ場合、リブ１５３は回転軸に突き当たった状態を維持するため、回転軸からリップ端１５２を離隔させる。

二つのダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂに設けられたねじ部１５４は、大気Ａ側から汚水やダストなどの異物が空間Ｓ１，Ｓ２内に侵入したとき、ポンプ作用を利用して、進入した異物を機外となる大気Ａ側に戻すねじ状の構造物である。

前述したとおり、回転軸は、反時計まわりに回転する。そこでねじ部１５４は、ポンプ作用を生じさせるように、機内面１５１ａにおけるダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂの中間位置からリップ端１５２の近傍位置に至る領域、つまりリップ端１５２には達しない領域に、右肩上がりの形状で突出形成されている。したがって回転軸が反時計まわりに回転すると、空間Ｓ１内では、ダストリップ１５１Ａのリップ端１５２の頂部に向けた流体の流れが発生し、空間Ｓ２内では、ダストリップ１５１Ｂのリップ端１５２の頂部に向けた流体の流れが発生する。このとき空間Ｓ１内にまで侵入した異物はこの流れに乗り、ダストリップ１５１Ａのリップ端１５２の頂部に向けて送られて空間Ｓ２に戻される。空間Ｓ２内の異物もその流れに乗り、ダストリップ１５１Ｂのリップ端１５２の頂部に向けて送られて大気Ａ側に戻される。

このようなねじ部１５４は、一例として、リブ１５３よりも低い高さで突出する構造を有し、リブ１５３を取り囲むように配列されている。より詳細には、横並びに配列される二個一組のリブ１５３の間に二条、これらの一組のリブ１５３の両側に三条ずつ、そしてリップ端１５２とは反対側のリブ１５３の隣接位置に二条のねじ部１５４が配置されている。

このような構成において、オイルシール１０１は、所定の締め代をもって個々のリップ１３１，１５１Ａ，１５１Ｂを回転軸の外周面（接触面Ｃ）に密接させている。これによって機内Ｏからのオイルの漏れ出しがシールリップ１３１によって防止され、大気Ａ側からの泥水やダストなどの異物の侵入が二重構造を有するダストリップ１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）によって防止される。

このときシールリップ１３１に形成されている舟底形ねじ部１３５は、回転軸の回転によってポンプ作用を生じ、空間Ｓ１内に漏れ出たオイルを機内Ｏ側に戻す。このため空間Ｓ１内から機内Ｏに向けて空気が流れるため、一方のダストリップ１５１Ａによって密閉されている空間Ｓ１内は、負圧状態になっていく。

すると回転軸の接触面Ｃに対する個々のリップ１３１，１５１Ａ，１５１Ｂの接触状態は、図２（ａ）に示す状態から図２（ｂ）に示す状態へと遷移する。

図２（ａ）に示すように、空間Ｓ１内が大気圧を保っているときには、シールリップ１３１のリップ端１３２及び二つのダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂのそれぞれのリップ端１５２のみが接触面Ｃに接触する。図２（ａ）（ｂ）中、シールリップ１３１のリップ端１３２が接触面Ｃに密接している領域を符号ＴＳ、二つのダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂのそれぞれのリップ端１５２が接触面Ｃに密接している領域を符号ＴＤで示している。

これに対して空間Ｓ１内が負圧状態になると、回転軸の接触面Ｃに対する密接力を高めるようにシールリップ１３１と一方のダストリップ１５１Ａとが変形し、ダストリップ１５１Ａに形成されているリブ１５３が接触面Ｃに突き当たる。さらに負圧状態が進むとダストリップ１５１Ａの変形度合が一層増すため、リブ１５３の近傍位置でそのリップ端１５２が接触面Ｃから離れる。これによって空間Ｓ１と空間Ｓ２とが連絡し、空間Ｓ２内に収容されていた空気が空間Ｓ１に流れ込み、空間Ｓ１内の負圧状態が軽減される。

このような動作を繰り返すうちに、二つの空間Ｓ１，Ｓ２内の負圧状態が進むので、もう一方のダストリップ１５１Ｂも変形し、いずれそのリップ端１５２は、リブ１５３の近傍位置で接触面Ｃから離れる。すると大気Ａ側から二つの空間Ｓ１，Ｓ２内に空気が流れ込み、負圧状態を解消する。

図２（ｂ）は、空間Ｓ１内が負圧状態になった以降の接触面Ｃに対する個々のリップ１３１，１５１Ａ，１５１Ｂの接触状態を示している。

シールリップ１３１については、空間Ｓ１内が大気圧を保っているときと同様に、そのリップ端１３２は途切れることなく全周にわたり接触面Ｃに密接する。したがってその接触領域ＴＤは、空間Ｓ１内が大気圧に保たれているときと変わりない。

ただし空間Ｓ１内が負圧状態になると、シールリップ１３１も変形する。これによってシールリップ１３１のリップ端１３２のみならず、舟底形ねじ部１３５も接触面Ｃに接触する。図２（ｂ）中、その接触領域を符号ＴＰで示している。

ダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂについては、リブ１５３が接触面Ｃに突き当たるために、その近傍位置でリップ端１５２が接触面Ｃから離れる。これによって離隔部分に隙間Ｇが発生し、この隙間Ｇによって空気の流通を生じさせることができるわけである。図２（ｂ）中、リブ１５３が接触面Ｃに突き当たる領域を符号ＴＲで示している。

したがって空間Ｓ１，Ｓ２内に生じた負圧状態は連続せずに断続的になる。これによって回転軸の接触面Ｃに対する個々のリップ１３１，１５１Ａ、１５１Ｂのベタ当たり現象の継続性が絶たれ、トルクの上昇を抑えることができる。

その一方で、空間Ｓ１，Ｓ２内が負圧状態になった際、リブ１５３の近傍位置でのみとはいえ、また瞬間的とはいえ、二つのダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂは回転軸の接触面Ｃからそれぞれのリップ端１５２を離隔させ、接触面Ｃとの間に隙間Ｇを生じさせる。このため空気と共に泥水やダストなどの異物も空間Ｓ１，Ｓ２内に混入してしまう。

そこで本実施の形態では、二つのダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂのそれぞれの機内面１５１ａにねじ部１５４を設けている。これらのねじ部１５４はポンプ作用を生じさせるので、接触面Ｃとダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂのリップ端１５２との間に隙間Ｇが生じた際、空間Ｓ１から空間Ｓ２へ、そして空間Ｓ２から大気Ａ側へと気流を生じさせる。これによって空間Ｓ１，Ｓ２内に混入した異物が大気Ａ側に戻される。その結果、異物によってリップ端１３２，１５２の摩耗が促されてしまうなどの不都合を回避することができ、個々のリップ１３１，１５１Ａ，１５１Ｂの耐久性を向上させることができる。

このときダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂのねじ部１５４は、
（１）リブ１５３よりも低い高さで突出している
（２）リブ１５３の近傍位置に配置されている
（３）ダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂのそれぞれのリップ端１５２には達しない領域に配置されている
という形状及び配置を採用している。これらの（１）～（３）の条件は、それぞれ単独でも、あるいは二つの任意の組み合わせ又は三つの組み合わせによっても、ねじ部１５４それ自体が接触面Ｃからダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂのリップ端１５２を離隔させてしまうという現象の発生に規制力を及ぼす。

したがって本実施の形態によれば、大気Ａ側から空間Ｓ１，Ｓ２に空気を導き入れるための隙間Ｇの生成については、専らリブ１５３の作用に委ねることができ、ねじ部１５４による隙間Ｇの大きさや生成タイミングへの影響を極力排除することができる。

本実施の形態では、ダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂは二重構造をなしている。このような構造であっても、ねじ部１５４による空間Ｓ１，Ｓ２から大気Ａ側への異物の排除作用を確実に生じさせることができる。

別の実施の一形態を図３に基づいて説明する。図１及び図２（ａ）（ｂ）に基づいて説明した上記実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。

本実施の形態が上記実施の形態と相違するのは、二重構造をなすダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂの設けたねじ部１５４の配置位置である。上記実施の形態では、二個一組になったリブ１５３を取り囲むようにねじ部１５４を配列したが、本実施の形態では、複数個のリブ１５３が配列されている仮想の環状領域にねじ部１５４は配列されている。このときねじ部１５４は、等間隔で配列されており、上記三つの条件のうちの条件（１）（３）、つまり
（１）リブ１５３よりも低い高さで突出している
（３）ダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂのそれぞれのリップ端１５２には達しない領域に配置されている
という二つの条件を満たしている。

このような構成において、本実施の形態によれば、ダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂの機内面１５１ａに万遍なくねじ部１５４が配列されている。これによってポンプ作用を発生させ得る領域が増大し、しかもポンプ作用の発生に対する影響が少ないリブ１５３から離れた位置にもねじ部１５４が配列されている。これによってより強力なポンプ作用を発生させることができ、大気Ａ側への異物の排除作用を増大させることができる。

実施に際しては、各種の変形や変更が可能である。

例えば上記条件（１）～（３）は好ましい構成例として列挙したが、実施に際しては必ずしも必須というわけではない。それらの（１）～（３）の条件をいずれも備えない構成例も実施可能である。

また二重構造を有するダストリップ１５１Ａ，１５１Ｂを例示し、それぞれの機内面１５１ａにねじ部１５４を設けた一例を示したが、ダストリップ１５１は必ずしも二重構造である必要はなく、単一のシールリップ１３１と単一のダストリップ１５１とによる構成例も実施可能である。

上記二つの実施の形態では、ねじ部１５４の形状や配列について言及したが、これらはそれぞれ一つの例を示すにすぎず、他の形状や配列を備えるねじ部１５４の実施を妨げるものではない。

その他、あらゆる変形や変更が許容される。

１０１ オイルシール
１１１ 環状体
１１２ 金属環
１１２ａ 基体
１１２ｂ Ｕ字屈曲部
１１２ｃ 屈曲端部
１１３ ゴム状弾性体
１１４ シール
１３１ シールリップ
１３２ リップ端
１３３ 装着溝
１３４ ガータスプリング
１３５ 舟底形ねじ部
１５１ ダストリップ
１５１Ａ ダストリップ
１５１Ｂ ダストリップ
１５２ リップ端
１５３ リブ
１５４ ねじ部
Ａ 大気
Ｃ 接触面
Ｇ 隙間
Ｏ 機内
Ｓ１ 空間
Ｓ２ 空間
ＴＤ ダストリップの接触領域
ＴＰ 舟底形ねじ部の接触領域
ＴＲ リブの接触領域
ＴＳ シールリップの接触領域

Claims (5)

1. 金属環にゴム状弾性体を加硫接着させた構造体であり、同軸上で相対的に回転する内周側部材と外周側部材との間に配置され、前記外周側部材の内周側に固定される環状体と、
   前記ゴム状弾性体に一体に設けられ、前記環状体から機内側に延びるリップ端を前記内周側部材に密接させる環状のシールリップと、
   前記ゴム状弾性体に一体に設けられ、前記環状体から大気側に延びるリップ端を前記内周側部材に密接させて前記シールリップとの間に空間を形成する環状のダストリップと、
   前記ダストリップの前記空間に面する一面に設けられ、前記空間内の負圧状態が進むことによって前記内周側部材に突き当たり、前記内周側部材から前記ダストリップのリップ端を離隔させる複数個のリブと、
   前記ダストリップの前記空間に面する一面に設けられ、この空間内の異物をポンプ作用によって大気側に送るねじ部と、
   を備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記ねじ部は、前記リブよりも低い高さで突出している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記ねじ部は、前記リブの近傍位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の密封装置。
4. 前記ねじ部は、前記ダストリップのリップ端には達しない領域に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の密封装置。
5. 前記ダストリップは二重に設けられ、それぞれにねじ部が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の密封装置。

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