JP3568488B2 - 回転軸シールリング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム又はこれに類似するプラストマーからなる予備形成されたリングから実質的に構成されていて、軸又はこれに類似する機械部品を封止、シールするためにリング溝に挿入される、回転軸のシール材に関する。このようなシール材では、一方で、機械、装置内で利用される油を漏らさないことが望まれるとともに、他方で、汚れや埃が外部から機械、装置内部に入らないようにすることが望まれている。このようなシール材は、特に原動機付き車両で利用される。
【０００２】
【従来の技術】
上記のようなシール材は、ＤＥ ＯＳ ２ ３３３ ２０８によって公知である。リップシールの密封エッジの作用面と、環状渦巻ばねの作用面とが相互にオフセットされていて、環状渦巻ばねの作用面がシール材の大気側へずらされている。この場合、ＤＥ ＯＳ ２ ３３３ ２０８ではＲと称される、Ｘがプラスの値をとる。この値は、優れた封止を得て、しかも作動油の損失を回避するために必要であると考えられる。シールの効果を高めるため、凹面状に予備形成された表面をもつリップシールが空気側に装着される。このとき、大気側の密封エッジと回転軸表面との間に画定される角度が鋭角となるように形成される。この角度は、比較的大きく、５０度から８０度の範囲にある。これに対向する、液圧装置の側を向いている角度は著しく小さく選択されており、すなわち１０度以下あるいは５度以下であり、いずれにしても２０度を越えることはない。しかしこのようなシール材は、多くの場合、設定された要求を満たすことができない。液圧装置内の圧力が高くなったり、回転軸の回転数が大きくなったりすると、このようなシール材では、シールリップが乾燥した状態で運転され、激しく磨耗する危険性がある。
【０００３】
別のシール方法が、ＤＥ ３７ ４２ ０８０ Ａ１に示されており、ここではシールストリップ、シール縁部への十分な潤滑と、それに伴う耐用寿命の延長とが追求されている。シール材は、たとえば水などの低粘度の媒体用に使用され、このとき水の圧力は、シール材の他方の側における気体状媒体の圧力よりも大きい。シールリップの下側を通って水の供給が行われるように、シールリップ面と回転軸の間の角度は非常に小さく選択される。液体の粘度が低くなればなるほど、この角度は小さく選択される。このとき、角度は最大１２度であるのが望ましい。追加的に、リップには流体力学的に作用する搬送溝が設けられ、この搬送溝は、圧力の高いほうの媒体から圧力の低いほうの媒体へ、液状の媒体を搬送するように構成されている。添付の図面を参照すると、環状渦巻ばねの作用面が、封止エッジの作用面に対してマイナスの値をとっていることがわかる。これは、シール材のポンプ作用のために必要である。しかしながら、このマイナスの値は、相当な量の水がシール材を介して搬送されることにつながる。たとえば船舶の駆動軸の場合などのように、対象が水である場合に限って、このような方法が容認される。しかし駆動モータの場合には許容されない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の課題は、シールリップでの磨耗や裂けが発生せず、著しい漏れが回避され、それにもかかわらずシールリップの良好な潤滑が得られるような回転軸シール材を提供することである。
【０００５】
このシール材は、特に、液圧装置内の圧力が大気圧よりも明らかに上回っている領域で使用するためのものである。回転数に応じて、このシール材は５×１０^５Ｐａ（５バール）から１×１０^６Ｐａ（１０バール）までの液圧装置圧力に耐えるのが望ましい。このとき、どのような粘性に対しても、当該シール材が利用できることが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、環状の金属製支持体と、この環状の金属製支持体に配置されているシールリップにより構成され、特に圧力が高いほうの液圧装置側と大気側とを分離するための回転軸シールリングであって、シールリップが、環状渦巻ばねによって回転軸に圧着されるものにおいて、回転軸シールリングが回転軸に組み付けられていないとき、環状渦巻ばねの作用面が、シールリップの封止エッジの作用面よりも液圧装置側に配置され、回転軸シールリングが回転軸に組み付けられたとき、環状渦巻ばねの作用面と封止エッジの作用面がほぼ同一面に位置することを特徴とする回転軸シールリングにより解決される。
【０００７】
上記のような回転軸シールリングを製造する際には、環状渦巻ばねの作用面と封止エッジの作用面との距離をＸで表すと、Ｘが２ｍｍ以下であり、特に０．８ｍｍ以下であることが好ましく、いずれにしても環状渦巻ばねが封止エッジよりも液圧装置側に位置するように考慮される。このＸは、回転軸シールリングの内径の約１％とすることができる。回転軸シールリングを組み付けることによって、すなわち回転軸に取り付けることによって、環状渦巻ばねの作用面と封止エッジの作用面は互いに接近するように移動して、ほぼ重なり合う位置に移動し、すなわち実質上同一面上に配置される。回転軸シールリングがこのように組み付けられることにより、最小の漏れが達成されるのは明らかである。それにもかかわらず良好な潤滑が行われ、シールリップの磨耗及び裂けが回避される。
【０００８】
上記の構成を補助するため、シールリップ面と回転軸の間の角度が別個に形成される。縦断面、すなわち回転軸方向断面において、大気側に向いているシールリップ面と回転軸に平行な平面との間に画定される角度αが、液圧装置側に向いているシールリップ面と回転軸に平行な平面との間に画定される角度βよりも大きくなるように形成される。このような角度の組み合わせ条件は、リップと回転軸の間の有効なシール面を最低限に減らすことにつながることが確認されている。この角度の大きさ、角度の組み合わせ条件は、角度αが３５度から６５度の範囲、好ましくは４５度から６０度の範囲であり、角度βが１５度から３０度の範囲、好ましくは１７度から２２度の範囲であるように選択される。
【０００９】
シールリップから大気側に向かってグリース室が配置されていると好都合であることが立証されている。このグリース室を、シールリップと一体的に結合されている、さらに別のシールリップによって密閉することができる。すなわち、回転軸シールリングを回転軸に取り付けた場合、シールリップ、別のシールリップ、回転軸により、グリース室を密閉することができる。この場合さらに、大気側に向いているシールリップ面が２つの区域に分割されており、第１の区域が平面に対して角度αを有するとともに、第１の区域に続く第２の区域が平面に対して、角度βのほぼ半分の大きさである角度γを有する。このように構成されることにより、より良好な潤滑がもたらされる。
【００１０】
回転軸シールリングが回転軸に組み付けられているとき、大気側に向いているシールリップ面と回転軸の表面との間に画定される角度αと、液圧装置に向いているシールリップ面と回転軸の表面との間に画定される角度βとがほぼ同じである。このとき両者は２０度から５０度の範囲の値を有し、特に約３０度であることが好ましい。
【００１１】
上記のように構成された回転軸シールリングの封止機能は、たとえばシールリップ面の上の隆起構造部として大気側に向かって配置された、いわゆる動的シール補助（ねじれ構造）によって、付加的に向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
添付の図面に示される実施例を参照しながら、本発明についてさらに詳しく説明する。なお添付される図面は、説明を目的としたものであり、必ずしも正確なスケールで表されていない。
【００１３】
図１は、回転軸に取り付けられていない状態の回転軸シールリング１の上側部分を示す縦断面図、軸方向断面図である。回転軸シールリング１は基本的に、金属製の環状支持体２と、これに加硫によって固定されたシールリップ３とにより構成されている。シールリップ３は、環状渦巻ばね４によって回転軸５に圧着することができる。シールの液圧装置側には符号６が付されており、図面では回転軸シールリングの右側に位置している。したがって大気側７は図面の左側である。回転軸シールリングは大気側７に向かって、すなわち回転軸シールリングの大気側にグリース室８を有し、このグリース室は、同じく回転軸５に設けられた別のシールリップ９によって密閉されている。シールリップ３及び９は一体的に相互に結合されており、支持体２を結合する被覆部１０へと続いている。この実施例に示される回転軸シールリング１には、回転軸５に取り付けた状態で、シールリップ面１４、別のシールリップ９の面、回転軸５の表面により密閉されたグリース室８が画定される。
【００１４】
図１は、回転軸に組み付けられていない状態の回転軸シールリング１を示している。このため回転軸５及び環状渦巻ばね４は破線により示してある。環状渦巻ばね４の作用面１１はシールリップ３の封止エッジ１３の作用面１２よりも液圧装置側に配置されている。ここで、環状渦巻ばね４の作用面は、例えば、図１に参照番号１１として示されている。この実施例では、作用面１１は、環状渦巻ばね４のばね断面の中心と、それとは反対側のばね断面の中心とを通過し、回転軸に垂直に交わる仮想的な平面として示されている。またシールリップ３の封止エッジ１３の作用面は、例えば、図１に参照番号１２として示され、環状に延伸する封止エッジにより画定される曲線を含む、仮想的な平面として示されている。
【００１５】
環状渦巻ばね４の作用面１１と封止エッジ３の作用面１２との距離をＸで表す。図１において、封止エッジ３の位置を基準とすれば、環状渦巻ばねが封止エッジよりも液圧装置側、すなわち右側に位置しており、このような場合にはＸに負の符号を付けて表すことがある。Ｘの値は、本実施例では２ｍｍ以下であり、回転軸シールリングの内径Ｄの約１％になるように選択される。この回転軸シールリングの内径Ｄは、回転軸５の直径よりもわずかに小さい。
【００１６】
シールリップ３の角度をよりわかりやすく図示するために、図２では図１の回転軸シールリング１の関連部分を拡大して示している。図２に示されるように、大気側７に向いているシールリップ面１４は、平面、すなわち回転軸５と平行な仮想的な平面１５に対して角度αで方向付けられている。それに対し、回転軸５に平行な仮想的な平面１５に対するシールリップ面１６の傾きは角度βであり、液圧装置側６の方に開いている。縦断面、軸方向断面において、大気側７に向いているシールリップ面１４と回転軸５の表面１５との間に画定される角度αが、液圧装置側６に向いているシールリップ面１６と回転軸５の表面１５との間に画定される角度βよりも大きくなるように形成されている。このとき、この角度αは３５度から６５度の範囲にあり、特に４０度から６０度の範囲にあることが好ましい。また角度βは１５度から３０度の範囲にあり、特に１７度から２２度の範囲にあることが好ましい。しかし本実施例では、角度αは６０度であり、それに対して角度βは２０度である。環状渦巻ばね４と封止エッジ１３の相互の位置、すなわち環状渦巻ばね４と封止エッジ１３の作用面１１及び１２に関連するこのような角度の組合せは、回転軸シールリングの使用時に所望の結果、効果を生むことにつながる。大気側７に向けられているシールリップ面１４は、平面１５に対して角度γを有する、第１の区域１４に続く別の区域、すなわち第２の区域１６を付け加えられている。この角度γは、シールリップ３の他の側、すなわち液圧装置側の角度βよりも小さく選択され、角度γは角度βの約半分となるように形成されている。
【００１７】
図３には、回転軸５の上に張り渡された、取り付けられた後の回転軸シールリング１が拡大して示されている。大気側に向いているシールリップ面と回転軸の表面との間に画定される角度αと、液圧装置に向いているシールリップ面と回転軸の表面との間に画定される角度βは、回転軸に取り付けられる前と較べて変化しており、それぞれ約３０度になっている。環状渦巻ばね４と封止エッジ１３は実質的に同一面にある。環状渦巻ばね４と封止エッジ１３のそれぞれの作用面１１及び１２は、実質的に重なり合っている。以上のような、回転軸シールリング１が組み付けられたときの角度α及びβの組合せ、ならびに環状渦巻ばね４及び封止エッジ１３の相互の配置は、密閉部の的確な非密封性をもたらすので、封止エッジの下を介する所望の漏れが生じることになる。これにより、シールリップの良好な潤滑が得られ、シールリップでの磨耗や裂けが発生せず、それにも関わらず著しい漏れが回避される。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の回転軸シールリングは、環状の金属製支持体と、この金属製支持体に配置されているシールリップとから構成され、特に圧力下にある液圧装置側と大気側とを分離するための回転軸シールリングであって、シールリップが、環状渦巻ばねによって回転軸に圧着されるものにおいて、回転軸シールリング（１）が回転軸に組み付けられていないとき、環状渦巻ばね（４）の作用面（１１）が、シールリップ（３）封止エッジ（１３）の作用面（１２）よりも液圧装置側に配置され、回転軸シールリング（１）が回転軸に組み付けられたとき、環状渦巻ばね（４）の作用面（１１）と封止エッジ（１３）の作用面（１２）がほぼ同一面に位置する。
【００１９】
このような構成であることにより、著しい漏れが回避され、それにもかかわらずシールリップの良好な潤滑が得られ、それによってシールリップでの磨耗や裂けが発生しない回転軸シールリングを提供することが可能となる。
【００２０】
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】回転軸シールリングが回転軸に取り付けられていないときの、回転軸シールリングの上側部分を示す縦断面図である。
【００２２】
【図２】図１の回転軸シールリングのシールリップの形状を示す拡大断面図である。
【００２３】
【図３】回転軸シールリングが組み付けられたときの、シールリップの形状を示す拡大断面図である。
【００２４】
【符号の説明】
１ 回転軸シールリング
２ 環状支持体
３ シールリップ
４ 環状渦巻ばね
５ 回転軸
８ グリス室
１０ 被覆部
１１ 環状渦巻ばねの作用面
１２ 封止エッジの作用面
１３ 封止エッジ

Claims (14)

1. 環状の金属製支持体と、この金属製支持体に配置されているシールリップとから構成され、液圧装置側と大気側とを分離するための回転軸シールリングであって、前記シールリップが環状渦巻ばねによって回転軸に圧着されるものにおいて、
   前記回転軸シールリング（１）が前記回転軸に組み付けられていないとき、前記環状渦巻ばね（４）の作用面（11）が、前記シールリップ（３）の封止エッジ（13）の作用面（12）よりも液圧装置側に配置され、
   前記回転軸シールリング（１）が前記回転軸に組み付けられたとき、前記環状渦巻ばね（４）の前記作用面（11）と前記封止エッジ（13）の前記作用面（12）がほぼ同一面に位置し、
   軸方向断面において、大気側（７）に向いているシールリップ面（ 14 ）と、回転軸に平行な平面（ 15 ）との間に画定される角度αが、液圧装置（６）に向いているシールリップ面（ 16 ）と前記平面（ 15 ）との間に画定される角度βよりも大きいことを特徴とする回転軸シールリング。
2. 前記環状渦巻ばね（４）の前記作用面（11）と前記封止エッジ（13）の前記作用面（12）との距離をＸで表す場合、前記回転軸シールリング（１）が前記回転軸に組み付けられていないとき、前記Ｘが２mm以下である、請求項１記載の回転軸シールリング。
3. 前記Ｘが 0.8mm 以下である、請求項２記載の回転軸シールリング。
4. 前記Ｘが前記回転軸シールリングの内径Ｄの大きさの約１％である、請求項２又は３記載の回転軸シールリング。
5. 前記角度βが、15度から30度の範囲にある、請求項１〜４のいずれか１項記載の回転軸シールリング。
6. 前記角度βが、 17 度から 22 度の範囲にある、請求項５項記載の回転軸シールリング。
7. 前記角度αが、35度から65度の範囲にある、請求項１〜６のいずれか１項記載の回転軸シールリング。
8. 前記角度αが、 40 度から 60 度の範囲にある、請求項７記載の回転軸シールリング。
9. 前記シールリップ（３）の大気側（７）にグリース室（８）が配置されている、請求項１〜８のいずれか１項記載の回転軸シールリング。
10. 前記グリース室（８）が、前記シールリップ（３）と一体的に結合されている別のシールリップ（９）によって密閉されている、請求項９記載の回転軸シールリング。
11. 大気側（７）に向いている前記シールリップ面（14）が第１の区域（14）とこの第１の区域に続く第２の区域（16）に分けられ、該第１の区域（14）が前記平面（15）に対して角度αをなし、該第２の区域（16）が前記平面（15）に対して、前記角度βのほぼ半分の大きさである角度γをなす、請求項１〜１０のいずれか１項記載の回転軸シールリング。
12. 前記回転軸シールリング（１）が前記回転軸に組み付けられたときの、大気側（７）に向いているシールリップ面（14）と前記回転軸の表面との間に画定される角度αと、液圧装置（６）に向いているシールリップ面（16）と前記回転軸の表面との間に画定される角度βがほぼ等しい、請求項１〜１１のいずれか１項記載の回転軸シールリング。
13. 前記回転軸シールリング（１）が前記回転軸に組み付けられたときの、大気側（７）に向いているシールリップ面（14）と前記回転軸の表面（15）との間に画定される角度αと、液圧装置（６）に向いているシールリップ面（16）と前記回転軸の表面（15）との間に画定される角度βが、20度から50度の範囲にある、請求項１２記載の回転軸シールリング。
14. 前記回転軸シールリング（１）が前記回転軸に組み付けられたときの 、大気側（７）に向いているシールリップ面（ 14 ）と前記回転軸の表面（ 15 ）との間に画定される角度αと、液圧装置（６）に向いているシールリップ面（ 16 ）と前記回転軸の表面（ 15 ）との間に画定される角度βが、 30 度である、請求項１３記載の回転軸シールリング。

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