JP2005240932A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動トルクが低く、しかも優れた密封性を長期にわたって維持し得る密封装置１を提供する。
【解決手段】円筒面状の内周面１０ａが回転体３の外周面に締め代のない状態で摺動可能に密接される合成樹脂製のシールリング１０と、このシールリング１０の密封空間Ａ側にあって、回転体３の外周面に適当な締め代をもって摺動可能に密接される主シールリップ２１とを備え、シールリング１０の内周面１０ａに、回転体３の回転によって流体を主シールリップ２１側へポンピングする螺旋溝１０ｂが形成され、シールリング１０の摺動部が、静止側２に可撓部２４を介して偏心可能に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車あるいは産業機械、一般機械等における回転部分をシールリップで密封する密封装置に関するものである。

回転軸など回転部分の外周を、シールリップで密封する密封装置としては、下記の特許文献１に記載されたようなオイルシールが広く知られている。図３は、特許文献１に記載されたものと同種の従来のオイルシールを、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
特開２００３−９０４４１

すなわち、図３に示されるように、この種のオイルシール１００は、ゴム状弾性材料で環状に成形されていて、圧入固定部１０１とその内周側のシールリップ１０３が、中間部１０２を介して互いに連続して形成されており、圧入固定部１０１から中間部１０２にかけて、断面形状が略Ｌ字形を呈する補強用の金属環１０４が一体的に埋設されており、シールリップ１０３の外周に、エキステンションスプリング１０５が嵌着されている。そして、圧入固定部１０１が機器のシールハウジング１１０の内周面に密嵌され、シールリップ１０３の内周エッジ部１０３ａが、シールハウジング１１０の内周に挿通された回転軸１２０の外周面に摺動可能に密接されることによって密封機能を奏し、機内Ａの密封対象流体（例えばオイル）が軸周から大気側Ｂへ漏洩するのを阻止するものである。

従来のオイルシール１００によれば、ゴム状弾性材料からなるシールリップ１０３は、機器の振動や、ある程度、機内Ａの流体圧力の変動があっても、安定した密封機能を奏することができる。しかも、エキステンションスプリング１０５が、回転軸１２０の外周面に対するシールリップ１０３の緊迫力を高め、ゴム状弾性材料の劣化や摩耗に伴う緊迫力の低下を補償するため、安定した密封機能を、長期間にわたって維持することができる。

ところが、このような構成を備えたオイルシール１００は、エキステンションスプリング１０５で緊迫力が高められていることによって、回転軸１２０との摺動トルクが大きくなることは避けられず、このため動力損失が大きいといった問題が指摘される。そして近年は、省エネルギや低燃費の要求が高まっていることから、オイルシール１００においても低摺動トルク化が求められているが、低トルク化のためにシールリップ１０３の緊迫力を低下させると、密封性能の低下を来してしまう。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、摺動トルクが低く、しかも優れた密封性を長期にわたって維持し得る密封装置を提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る密封装置は、円筒面状の内周面が回転体の外周面に締め代のない状態で摺動可能に密接される合成樹脂製のシールリングと、このシールリングの密封空間側にあって、前記回転体の外周面に適当な締め代をもって摺動可能に密接される主シールリップとを備え、前記シールリングの内周面に、回転体の回転によって流体を前記主シールリップ側へポンピングする螺旋溝が形成されたものである。

請求項２の発明に係る密封装置は、請求項１に記載の構成において、シールリングが、静止側に可撓部を介して偏心可能に支持されるものである。

請求項１の発明に係る密封装置によれば、合成樹脂製のシールリングは、回転体の回転時に、螺旋溝によるポンピング機能によって優れた密封性を発揮し、しかもシールリングが回転体の外周面に締め代のない状態で密接されるのに加え、前記ねじシール作用によって、主シールリップの緊迫力を低減する背圧が与えられるので、摺動トルクを低く抑えることができる。このため、動力損失が小さく抑えられ、省エネルギや低燃費を図ることができる。また、回転体の停止時は前記背圧がなくなることによって主シールリップの緊迫力が増大するので、優れた密封性を維持することができる。

請求項２の発明に係る密封装置によれば、回転体が偏心運動してもシールリングが径方向へ追随するため、回転体の偏心による摺動負荷の増大及びこれに起因するシールリングの偏摩耗が防止され、長期間にわたって優れた密封性能が維持される。

以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、第一の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

密封装置１は、機器のシールハウジング２とその内周に挿通された回転軸３との間で、図中右側の密封空間（機内）Ａに存在する流体（例えばオイル）が図中左側の反密封空間（機外）Ｂへ漏洩するのを防止するもので、円筒面状の内周面１０ａが回転軸３の外周面に締め代のない状態で摺動可能に密接されるシールリング１０と、このシールリング１０の密封空間Ａ側に配置された主シールリップ２１と、シールリング１０の反密封空間Ｂ側に配置されたダストリップ２２とを備える。

なお、シールハウジング２は、請求項２に記載された静止側に相当し、回転軸３は、請求項１に記載された回転体に相当する。

シールリング１０は、耐熱性、耐摩耗性に優れ、かつ摩擦係数の低いＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene：四フッ化エチレン樹脂）等の低摩擦合成樹脂材料で円筒状に成形されたものであって、その内周面１０ａには螺旋溝１０ｂが形成されている。この螺旋溝１０ｂは、回転軸３がＲ方向へ回転した時に、軸周に接触している流体を主シールリップ２１側へポンピングする方向、すなわちＲ方向へ周回しながら主シールリップ２１側へ延びるように形成されている。

主シールリップ２１及びダストリップ２２は、ゴム状弾性材料で成形されたシール本体２０の一部として形成されている。すなわち、シール本体２０は、シールリング１０の密封空間Ａ側に位置する主シールリップ２１と、シールリング１０の反密封空間Ｂ側に位置するダストリップ２２と、これら主シールリップ２１とダストリップ２２の間にあってシールリング１０の外周を包囲するように形成されたシールリング保持部２３と、シールリング保持部２３から外周側へ延びる可撓部２４と、その外周端に形成された圧入固定部２５からなる。圧入固定部２５には補強用の金属環２６が一体的に埋設されている。

主シールリップ２１は、密封空間Ａ側を向くように延びており、その先端内周のエッジ部２１ａが、回転軸３の外周面に対して適当な締め代をもって摺動可能に密接される。この主シールリップ２１におけるエッジ部２１ａからシールリング１０側へ延びるテーパ状内周面２１ｂには、エッジ部２１ａに対して所定の傾斜角をなす多数の傾斜突条２１ｃが形成されており、その傾斜方向は、回転軸３がＲ方向へ回転した時に、軸周に接触している流体をエッジ部２１ａ側へポンピングする方向となっている。

主シールリップ２１の傾斜突条２１ｃは、突出高さが低く、回転軸３に締め代をもって密接されるエッジ部２１ａでは殆ど潰れた状態になる程度のものであり、シールリング１０の螺旋溝１０ｂに比較して著しく短い。このため、回転時に主シールリップ２１の傾斜突条２１ｃによって発生するポンピング力は、シールリング１０の螺旋溝１０ｂによって発生するポンピング力よりも小さなものとなる。

ダストリップ２２は、反密封空間Ｂ側を向くように延びており、その先端内周のエッジ部２２ａが、回転軸３の外周面に対して僅かな隙間をもって近接対向される。シールリング保持部２３は、シールリング１０の外周面と密嵌され、あるいは一体的に接合されている。

可撓部２４は、軸心Ｏを通る平面で切断した断面（図示の断面）が、略「く」字形をなすような軸方向屈曲形状のベローズ状に形成されており、内周側のシールリング保持部２３と外周側の圧入固定部２５との間で柔軟に屈曲変形することができる。

圧入固定部２５に埋設された金属環２６は、金属板を打ち抜きプレス成形することにより製作されたものであって、円筒部２６ａと、その反密封空間Ｂ側の端部から内周側へ延びる内向きフランジ２６ｂからなる。そして、圧入固定部２５は、金属環２６における円筒部２６ａの外周側の部分が、シールハウジング２の内周面に適当な締め代をもって圧入嵌着されることによって、当該密封装置１を固定する機能と、シールハウジング２との間を密封するガスケットとしての機能とを有する。

以上のように構成された図１の密封装置１によれば、回転軸３がＲ方向へ回転している時には、シールリング１０の内周面１０ａに形成された螺旋溝１０ｂが、流体を主シールリップ２１側へポンピングすることによるねじシール作用、及び主シールリップ２１のテーパ状内周面２１ｂに形成された傾斜突条２１ｃが、流体をエッジ部２１ａ側へポンピングすることによるねじシール作用を奏する。すなわち密封空間Ａから、反密封空間（機外）Ｂ側へ向けて主シールリップ２１の内周及びシールリング１０の内周を通過しようとする流体を密封空間Ａ側へ押し戻すので、優れた密封性能を奏する。また、ダストリップ２２は、反密封空間Ｂ側の大気中のダスト等が侵入するのを防止するものである。

シールリング１０は、ＰＴＦＥ等の低摩擦合成樹脂材からなるのに加え、その内周面１０ａが、回転軸３の外周面に対して締め代のない状態（スキマ嵌め）となっているので、回転軸３の回転時におけるシールリング１０の摺動トルクが極めて低いものとなる。一方、主シールリップ２１は、回転軸３の外周面に対して締め代をもっているが、主シールリップ２１のテーパ状内周面２１ｂに形成された傾斜突条２１ｃによるポンピング圧力よりも、シールリング１０の内周面１０ａに形成された螺旋溝１０ｂによるポンピング圧力のほうが大きいため、シールリング１０と主シールリップ２１との間の環状空間Ｃの圧力が上昇し、この圧力が、主シールリップ２１の緊迫力を低減する背圧としてテーパ状内周面２１ｂに作用するので、主シールリップ２１の摺動トルクも低減される。

また、回転軸３の停止時は、シールリング１０の内周面１０ａに形成された螺旋溝１０ｂによるポンピングが行われないので、主シールリップ２１の背圧がなくなって緊迫力が増大し、優れた密封性を維持することができる。

シールリング１０とその両側の主シールリップ２１及びダストリップ２２は、ベローズ状に形成された可撓部２４を介して、圧入固定部２５ひいては静止側のシールハウジング２に径方向変位可能に支持されているため、回転軸３が回転時に偏心運動するものである場合、シールリング１０、主シールリップ２１及びダストリップ２２は、可撓部２４の径方向屈伸変形を伴いながら、軸偏心に追随する。このため、回転軸３の偏心によるシールリング１０の部分的な摺動負荷の増大や、これに起因する偏摩耗が防止され、長期間にわたって優れた密封性能が維持される。

次に、図２は、本発明に係る密封装置の第二の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

図２の形態による密封装置１も、機器のシールハウジング２とその内周に挿通された回転軸３との間で、図中右側の密封空間（機内）Ａに存在する流体（例えばオイル）が図中左側の反密封空間（機外）Ｂへ漏洩するのを防止するもので、シールリング３０と、このシールリング３０の密封空間Ａ側に配置された主シールリップ４０と、シールリング３０の反密封空間Ｂ側に配置されたダストリップ５１とを備える。

シールリング３０は、耐熱性、耐摩耗性に優れ、かつ摩擦係数の低いＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene：四フッ化エチレン樹脂）等の低摩擦合成樹脂材料で成形されたものであって、円筒面状の内周面３１ａが回転軸３の外周面に締め代のない状態で摺動可能に密接される摺動筒部３１と、その軸方向一端から外周側へ延びる可撓部３２と、更にその外周端部から円筒状に延びる外周嵌合部３３からなる。外周嵌合部３３は、後述するボディ５０の内周ガスケット部５４に圧入嵌着されている。

シールリング３０の摺動筒部３１の内周面３１ａには、螺旋溝３１ｂが形成されている。この螺旋溝３１ｂは、回転軸３がＲ方向へ回転した時に、軸周に接触している流体を主シールリップ４０側へポンピングする方向、すなわちＲ方向へ周回しながら主シールリップ４０側へ延びるように形成されている。

主シールリップ４０は、ゴム状弾性材料で成形されたものであって、密封空間Ａ側を向くように延びて、先端内周のエッジ部４０ａが、回転軸３の外周面に対して適当な締め代をもって摺動可能に密接され、基部４１が、フランジ部材４２に一体的に加硫接着されている。フランジ部材４２は、金属板を打ち抜きプレス成形することによって製作されたもので、その外周筒部４２ａが、後述するボディ５０の内周ガスケット部５４に圧入嵌着されている。

主シールリップ４０におけるエッジ部４０ａからシールリング３０側へ延びるテーパ状内周面４０ｂには、エッジ部４０ａに対して所定の傾斜角をなす多数の傾斜突条４０ｃが形成されており、その傾斜方向は、回転軸３がＲ方向へ回転した時に、軸周に接触している流体をエッジ部４０ａ側へポンピングする方向となっている。

主シールリップ４０の傾斜突条４０ｃは、突出高さが低く、回転軸３に締め代をもって密接されるエッジ部４０ａでは殆ど潰れた状態になる程度のものであり、シールリング３０における摺動筒部３１の螺旋溝３１ｂに比較して著しく短い。このため、回転時に主シールリップ４０の傾斜突条４０ｃによって発生するポンピング力は、シールリング３０の螺旋溝３１ｂによって発生するポンピング力よりも小さなものとなる。

参照符号５０は、ゴム状弾性材料で成形された環状のボディであって、補強用の金属環５２が一体的に埋設されている。金属環５２は、金属板を打ち抜きプレス成形することにより製作されたものであって、円筒部５２ａと、その反密封空間Ｂ側の端部から内周側へ延びる内向きフランジ５２ｂからなる。そして、前記円筒部５２ａの外周側のゴム層は、シールハウジング２の内周面に適当な締め代をもって圧入嵌着される外周ガスケット部５３となっており、前記円筒部５２ａの内周側のゴム層は、シールリング３０の外周嵌合部３３及び主シールリップ４０におけるフランジ部材４２の外周筒部４２ａを密接状態に嵌合保持する内周ガスケット部５４となっている。

主シールリップ４０におけるフランジ部材４２の外周筒部４２ａは、ボディ５０における内周ガスケット部５４に、適当な締め代をもって嵌着される。シールリング３０の外周嵌合部３３は、前記内周ガスケット部５４に密嵌され、接着剤によって接着されるか、適当な回り止めが施される。

ダストリップ５１は、ボディ５０の一部として形成されたものであって、すなわちゴム状弾性材料からなり、その基部は、金属環５２における内向きフランジ５２ｂに加硫接着され、外周ガスケット部５３及び内周ガスケット部５４と連続して成形されている。そして、このダストリップ５１は反密封空間Ｂ側を向くように延びており、その先端内周のエッジ部５１ａが、回転軸３の外周面に対して僅かな隙間をもって近接対向される。

以上のように構成された図２の密封装置１によれば、回転軸３がＲ方向へ回転している時には、シールリング３０における摺動筒部３１の螺旋溝１０ｂが、流体を主シールリップ４０側へポンピングすることによるねじシール作用、及び主シールリップ４０のテーパ状内周面４０ｂに形成された傾斜突条４０ｃが、流体をエッジ部４０ａ側へポンピングすることによるねじシール作用を奏する。すなわち密封空間Ａから、反密封空間（機外）Ｂ側へ向けて主シールリップ４０の内周及びシールリング３０の摺動筒部３１の内周を通過しようとする流体を、密封空間Ａ側へ押し戻すので、優れた密封性能を奏する。また、ダストリップ５１は、反密封空間Ｂ側の大気中のダスト等が侵入するのを防止するものである。

シールリング３０は、ＰＴＦＥ等の低摩擦合成樹脂材からなるのに加え、その摺動筒部３１の内周面３１ａが、回転軸３の外周面に対して締め代のない状態（スキマ嵌め）となっているので、回転軸３の回転時における前記摺動筒部３１の摺動トルクが極めて低いものとなる。一方、主シールリップ４０は、回転軸３の外周面に対して締め代をもっているが、主シールリップ４０のテーパ状内周面４０ｂに形成された傾斜突条４０ｃによるポンピング圧力よりも、シールリング３０の摺動筒部３１の螺旋溝３１ｂによるポンピング圧力のほうが大きいため、シールリング３０と主シールリップ４０との間の環状空間Ｃの圧力が上昇し、この圧力が、主シールリップ４０の緊迫力を低減する背圧としてテーパ状内周面４０ｂに作用するので、主シールリップ４０の摺動トルクも低減される。

また、回転軸３の停止時は、シールリング３０における摺動筒部３１の内周面３１ａに形成された螺旋溝３１ｂによるポンピングが行われないので、主シールリップ４０の背圧がなくなって緊迫力が増大し、優れた密封性を維持することができる。

シールリング３０における摺動筒部３１は、ベローズ状に形成された可撓部３２を介して、ボディ５０ひいては静止側のシールハウジング２に径方向変位可能に支持されているため、回転軸３が回転時に偏心運動するものである場合、前記摺動筒部３１は、可撓部３２の径方向屈伸変形を伴いながら、軸偏心に追随することができる。また、主シールリップ４０及びダストリップ５１は、ゴム状弾性材料からなるため、その弾性によって軸偏心に追随することができる。したがって、回転軸３の偏心による摺動筒部３１の部分的な摺動負荷の増大や、これに起因する偏摩耗が防止され、長期間にわたって優れた密封性能が維持される。

本発明に係る密封装置の第一の形態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。 本発明に係る密封装置の第二の形態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。 従来のオイルシールを、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。

符号の説明

１ 密封装置
２ シールハウジング（静止側）
３ 回転軸（回転体）
１０ シールリング
１０ａ 内周面
１０ｂ 螺旋溝
２０ シール本体
２１ 主シールリップ
２２ ダストリップ
２３ シールリング保持部
２４ 可撓部
２５ 圧入固定部
２６ 金属環
３０ シールリング
３１ 摺動筒部
３１ａ 内周面
３１ｂ 螺旋溝
３２ 可撓部
３３ 外周嵌合部
４０ 主シールリップ
４０ｃ 傾斜突条
４１ 基部
４２ フランジ部材
５０ ボディ
５１ ダストリップ
５２ 金属環
５３ 外周ガスケット部
５４ 内周ガスケット部
Ａ 密封空間
Ｂ 反密封空間
Ｏ 軸心

Claims (2)

1. 円筒面状の内周面（１０ａ，３１ａ）が回転体（３）の外周面に締め代のない状態で摺動可能に密接される合成樹脂製のシールリング（１０，３０）と、このシールリング（１０，３０）の密封空間（Ａ）側にあって、前記回転体（３）の外周面に適当な締め代をもって摺動可能に密接される主シールリップ（２１，４０）とを備え、前記シールリング（１０，３０）の内周面（１０ａ，３１ａ）に、前記回転体（３）の回転によって流体を前記主シールリップ（２１，４０）側へポンピングする螺旋溝（１０ｂ，３１ｂ）が形成されたことを特徴とする密封装置。
2. シールリング（１０，３０）の摺動部が、静止側（２）に可撓部（２４，３２）を介して偏心可能に支持されることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。

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