JP2010007804A

JP2010007804A - 密封装置

Info

Publication number: JP2010007804A
Application number: JP2008169747A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Arai; 克佳新井; Shota Toma; 将太當間
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】回転軸等の摺動相手部材が正逆両方向に回転する密封装置（両方向シール）において、リップ摺動部における流体膜を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現する。
【解決手段】シールリップの反密封流体側斜面にポンピング作用をなす正ネジ部および逆ネジ部を設ける。シールリップの中間面に凸部を設け、中間面における凸部の反密封流体側の部位に円周上連続する接触部を設ける。凸部縁辺のうち相手部材が正回転するときに回転方向の後方となる部位は少なくともその一部が密封流体側から反密封流体側へかけてこのときの回転方向の前方へ傾斜する向きに設定される。凸部縁辺のうち相手部材が逆回転するときに回転方向の後方となる部位は少なくともその一部が密封流体側から反密封流体側へかけてこのときの回転方向の前方へ傾斜する向きに設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、密封装置に係り、更に詳しくは、シールリップを有する密封装置に関するものである。本発明の密封装置は例えば、自動車関連の分野において用いられ、あるいは汎用機械等の分野において用いられる。

シールリップを有する密封装置においては一般に、シールリップの摺動摩耗を抑制すべく低トルク化が求められている。低トルク化の手法としては、シールリップの小断面化などによる緊迫力の低減、材料の変更や表面の改質（例えばフッ素樹脂コーティング）などの低摩擦係数化が検討されているが、更なる低トルク化を実現するため、摺動部における流体膜（油膜）を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することが考えられる。

また、シールリップを有する密封装置としては従来から、回転軸等の摺動相手部材が一方向のみに回転するもの（一方向回転シール）と、正逆両方向に回転するもの（両方向回転シール）とが知られており、前者の一方向回転シールのみならず後者の両方向回転シールにおいても上記流体潤滑にもとづく低トルク化が求められている。

両方向回転シールの従来技術としては図８に示すように、密封性能を向上させるべくシールリップ５１の反密封流体側斜面５２に、相手部材５３が正方向に回転するときにポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏する正ネジ部５４と、相手部材５３が逆方向に回転するときにポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏する逆ネジ部５５とを設けたものが知られているが、この従来技術においても上記流体潤滑にもとづく低トルク化は実現されていない（特許文献１〜３参照）。
特開平１−３１２２７４号公報特開２００３−１８５０２８号公報特開２００６−１２５４５４号公報

本発明は以上の点に鑑みて、回転軸等の摺動相手部材が正逆両方向に回転する密封装置（両方向シール）において、上記したようにリップ摺動部における流体膜を厚くすることで流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の密封装置は、回転軸等の相手部材が正逆両方向に相対回転する密封装置であって、前記相手部材の周面に摺動自在に密接するシールリップを有し、前記シールリップは、密封流体側斜面および反密封流体側斜面ならびに前記両斜面の間に設けられた中間面を有し、前記相手部材が正方向に回転するときにポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏する正ネジ部と、前記相手部材が逆方向に回転するときにポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏する逆ネジ部とが前記反密封流体側斜面に設けられ、前記中間面に凸部が設けられ、前記凸部は前記中間面および反密封流体側斜面の境界部に達しないように設けられて前記中間面における前記凸部の反密封流体側の部位に円周上連続する前記相手部材に対する接触部が設けられ、前記凸部の縁辺のうち前記相手部材が正方向に回転するときに回転方向の後方となる部位は少なくともその一部が密封流体側から反密封流体側へかけてこのときの回転方向の前方へ傾斜する向きに設定され、前記凸部の縁辺のうち前記相手部材が逆方向に回転するときに回転方向の後方となる部位は少なくともその一部が密封流体側から反密封流体側へかけてこのときの回転方向の前方へ傾斜する向きに設定されていることを特徴とするものである。

上記構成を有する本発明の密封装置においては、シールリップの密封流体側斜面および反密封流体側斜面の間に中間面が設けられ、中間面に凸部が設けられ、凸部は中間面および反密封流体側斜面の境界部に達しないように設けられて中間面における凸部の反密封流体側の部位に円周上連続する相手部材に対する接触部が設けられている。

また、凸部の縁辺のうち相手部材が正方向に回転するときに回転方向の後方となる部位は少なくともその一部が密封流体側から反密封流体側へかけてこのときの回転方向の前方へ傾斜する向きに設定されている。したがって相手部材が正方向に回転するとき、シールリップの摺動部に導入される密封流体すなわちシールリップの中間面に導入される密封流体はその一部が相手部材の回転に引き摺られ、凸部縁辺の傾斜に沿って流れて集束し、集束の結果として中間面で厚い流体膜を形成する。圧力としては中間面を相手部材から浮かす動圧が発生する。

また、凸部の縁辺のうち相手部材が逆方向に回転するときに回転方向の後方となる部位は少なくともその一部が密封流体側から反密封流体側へかけてこのときの回転方向の前方へ傾斜する向きに設定されている。したがって相手部材が逆方向に回転するとき、シールリップの摺動部に導入される密封流体すなわちシールリップの中間面に導入される密封流体はその一部が相手部材の回転に引き摺られ、凸部縁辺の傾斜に沿って流れて集束され、集束の結果として中間面で厚い流体膜を形成する。圧力としては中間面を相手部材から浮かす動圧が発生する。

したがって、以上のように相手部材が正方向に回転するときも逆方向に回転するときも中間面に厚い流体膜が形成され動圧が発生するので、何れの場合も流体潤滑にもとづく低トルク化が実現される。

中間面に設けられる接触部は円周上連続したものであるので、いわゆる静止漏れを抑制する作用もある。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明の密封装置においては上記したように、凸部の縁辺のうち相手部材が正方向に回転するときに回転方向の後方となる部位が密封流体側から反密封流体側へかけてこのときの回転方向の前方へ傾斜する向きに設定されているため、相手部材が正方向に回転するとき、凸部縁辺の傾斜に沿って流れる密封流体によって中間面に厚い流体膜が形成され動圧が発生する。また凸部の縁辺のうち相手部材が逆方向に回転するときに回転方向の後方となる部位が密封流体側から反密封流体側へかけてこのときの回転方向の前方へ傾斜する向きに設定されているため、相手部材が逆方向に回転するとき、凸部縁辺の傾斜に沿って流れる密封流体によって中間面に厚い流体膜が形成され動圧が発生する。したがって相手部材が正方向に回転するときも逆方向に回転するときも中間面に厚い流体膜が形成され動圧が発生するので、何れの場合も流体潤滑にもとづく低トルク化を実現することができる。円周上連続する接触部はいわゆる静止漏れを抑制することができる。

本発明には、以下の実施形態が含まれる。

（１）軸等の相手部材の周面に摺動自在に密接するシールリップを設け、前記シールリップに密封流体側斜面および反密封流体側斜面を設け、前記反密封流体側斜面に回転時のポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏するネジ部を設けてなるオイルシールにおいて、前記密封流体側斜面と反密封流体側斜面の間に中間面を設けたオイルシールがある。この中間面を設けるタイプでは、摺動面の増加を伴うので摺動トルクが増大する問題がある。
（２）この問題を解決するには、前記中間面に回転時のポンピング作用によって密封流体を吸い込む作用を奏する逆方向のネジ部を設けることが考えられ、この場合には、摺動面に形成される密封流体の膜厚を厚く形成できるので、摺動トルクを低減することができる。
（３）しかしながらこの対策は、回転方向が一方向に決まっているシールにしか適用することができない。
（４）本発明は、この問題を解決するため、密封流体側傾斜の中間面とそこに設ける密封流体側からの吸い込み逆向きネジを有するオイルシールを改良し、両回転シールへの応用を図ったものである。そこで、以下の構成とする。

（５）逆向きネジを突起形状とする。
（６）上記突起形状は、回転時のポンピング作用により反密封流体側へ密封流体を送ることができる形状である。また、回転方向によらず上記ポンピングおよび送り作用を有する形状である。突起形状は丸みを帯びていてもよい。
（７）突起は摺動面に複数箇所設けても良く、オイルの摺動面への送り効果を考えるとシールリップの摺動する面に一様に複数箇所設けることが好ましい。
（８）シールリップの材質としては、ＰＴＦＥなどの樹脂や、フッ素ゴム、アクリルゴム、ニトリルゴムなどの摺動シールとして一般に使用されるゴム材料などが挙げられる。

（９）本発明では、回転方向によらず摺動面に密封流体を送るようなポンピング作用を有する突起を導入することで、摺動面に形成される密封流体膜厚がより厚くなり、摺動トルクを低減することができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る密封装置（オイルシール）１の要部断面を示している。図２（Ａ）は図１の要部を拡大して示している。図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＨ方向矢視図であってかつ環状の中間面９を平面状に展開して示している。当該実施例に係る密封装置１は両回転シールであって、以下のように構成されている。

すなわち先ず図１に示すように、金属環２に被着（加硫接着）されたゴム状弾性体３によって外周シール部４およびダストリップ５などとともに軸（相手部材、図示せず）の周面に摺動自在に密接するシールリップ６が設けられており、このシールリップ６の先端摺動部に密封流体側斜面７および反密封流体側斜面８が設けられ、両斜面７，８の間に中間面（フラット面）９が設けられている。中間面９は円筒面状に形成され、軸挿入時、軸の周面と全面に亙って接触するが、図２（Ａ）に示すようにその初期状態（軸挿入前の自由状態）において密封流体側Ｃに傾斜角度θ_１をもつ傾斜面状（円錐面状）のものであっても良い。傾斜角度θ_１の大きさとしては、０〜２０度が好適であり、０．１〜１０度が一層好適である。これにより中間面９はその反密封流体側Ｄの部位（後記する円周上連続する接触部１５）で軸の周面に強く接触する。

反密封流体側斜面８に、軸が正方向に回転（正回転、図２（Ａ）における矢印Ｅ）するときにポンピング作用によって密封流体を密封流体側Ｃへ押し戻す作用を奏する正ネジ部１０が設けられ、また軸が逆方向に回転（逆回転、図２（Ａ）における矢印Ｆ）するときにポンピング作用によって密封流体を密封流体側Ｃへ押し戻す作用を奏する逆ネジ部１１が設けられている。

正ネジ部１０は、円周上多数設けられた螺旋状の突起群よりなり、図では断面三角形状の突起を想定して描いているが、その形状は特に限定されるものではない。螺旋の向きはその反密封流体側端部１０ａから密封流体側端部１０ｂへかけて軸の正回転方向Ｅの前方へ向けて傾斜する向きに設定されている。逆ネジ部１１はこれも円周上多数設けられた螺旋状の突起群よりなり、図では断面三角形状の突起を想定して描いているが、その形状は特に限定されるものではない。螺旋の向きはその反密封流体側端部（図示せず）から密封流体側端部１１ｂへかけて軸の逆回転方向Ｆの前方へ向けて傾斜する向きに設定されている。正ネジ部１０および逆ネジ部１１は円周上所要本数ずつ交互に設けられている。

中間面９に凸部１２が設けられている。この凸部１２は中間面９および密封流体側斜面７の境界部１３に達し、中間面９および反密封流体側斜面８の境界部１４には達しないように設けられ、これにより中間面９における凸部１２の反密封流体側Ｄの部位には、円周上連続する所定の軸方向幅ｇを有する軸に対する接触部１５が設けられている。またこの凸部１２はネジ部１０，１１と同様、同じ形状のものが多数、円周方向に一定の間隔をあけて並んで設けられている。

凸部１２の縁辺（凸部１２および中間面９の境界線）のうち軸が正回転Ｅするときに回転方向の後方となる部位１２ａは、密封流体側Ｃから反密封流体側Ｄへかけてこのときの回転方向Ｅの前方へ傾斜する向きに設定されている（以下、「一方の傾斜縁辺１２ａ」とも称する）。すなわち凸部１２の縁辺のうち軸が正回転Ｅするときに回転方向の後方となる部位には、密封流体側Ｃから反密封流体側Ｄへかけてこのときの回転方向Ｅの前方へ傾斜する向きの一方の傾斜縁辺１２ａが形成されている。また凸部１２の縁辺のうち軸が逆回転Ｆするときに回転方向の後方となる部位１２ｂは、密封流体側Ｃから反密封流体側Ｄへかけてこのときの回転方向Ｆの前方へ傾斜する向きに設定されている（以下、「他方の傾斜縁辺１２ｂ」とも称する）。すなわち凸部１２の縁辺のうち軸が逆回転Ｆするときに回転方向の後方となる部位には、密封流体側Ｃから反密封流体側Ｄへかけてこのときの回転方向Ｆの前方へ傾斜する向きの他方の傾斜縁辺１２ｂが形成されている。したがって凸部１２は円周方向両端に互いに反対向きの傾斜縁辺１２ａ，１２ｂを有しているので、全体として図示するように平面三角形状に形成され、この三角形状をなす３辺はそれぞれ中間面９（境界部１３を含む）からの立ち上がり面とされている。凸部１２の高さは凸部１２の全面に亙って一定とされ、立ち上がり面は中間面９に対して直角面をなしているが、流体が流れやすいように傾斜を付けても良い。一方の傾斜縁辺１２ａの傾斜角度θ_２と他方の傾斜縁辺１２ｂの傾斜角度θ_３とは互いに同じに設定されているが（θ_２＝θ_３）、互いに異なるように設定されても良い（θ_２≠θ_３，すなわちθ_２＞θ_３またはθ_２＜θ_３）。尚、上記三角形状はこれに代えて、密封流体側Ｃに長底辺、反密封流体側Ｄに短底辺を配置する台形状であっても良い。

上記構成の密封装置１は、ハウジングの軸孔内周に装着され、前記軸孔に挿通した回転軸の周面に摺動自在に密接することにより機内の密封流体（油）が機外へ漏洩しないようこれをシールするものであって、両回転シールであり、上記構成により以下の作用効果を発揮する点に特徴を有している。

すなわち上記密封装置１が装着されると一部の密封流体がシールリップ６の摺動部すなわち中間面９に導入され、図３（Ａ）に示すように軸が正回転Ｅすると密封流体はその粘性によって軸の正回転Ｅに引き摺られ、凸部１２縁辺に設けた一方の傾斜縁辺１２ａに沿って流れて集束し（矢印Ｉ）、集束の結果として中間面９とくに円周上連続する接触部１５上で厚い流体膜を形成する（一部の流体は凸部１２上を通過するものもある（矢印Ｊ））。圧力としては中間面９ないし接触部１５を軸から浮かす動圧が発生する。また図３（Ｂ）に示すように軸が逆回転Ｆすると密封流体はその粘性によって軸の逆回転Ｆに引き摺られ、凸部１２縁辺に設けた他方の傾斜縁辺１２ｂに沿って流れて集束し（矢印Ｋ）、集束の結果として中間面９とくに円周上連続する接触部１５上で厚い流体膜を形成する（一部の流体は凸部１２上を通過するものもある（矢印Ｌ））。圧力としては中間面９ないし接触部１５を軸から浮かす動圧が発生する。したがって軸が正回転Ｅするときも逆回転Ｆするときも中間面９ないし接触部１５上に厚い流体膜が形成され動圧が発生するので、何れの場合も流体潤滑にもとづく低トルク化を実現し、シールリップ６が早期に摺動摩耗するのを抑制することができる。中間面９に設けられた接触部１５は円周上連続したものであって軸の周面に全周に亙って密接するので、軸回転静止時の漏洩（いわゆる静止漏れ）を抑制することもできる。

尚、中間面９ないし接触部１５から反密封流体側斜面８のほうへ流出する密封流体は正ネジ部１０（正回転時）または逆ネジ部１１（逆回転時）のポンピング作用によって密封流体側Ｃへ押し戻されるが、正回転時、一方の傾斜縁辺１２ａから接触部１５を介して反密封流体側斜面８へ流出する密封流体を正ネジ部１０が押し戻しやすいように凸部１２および正ネジ部１０の円周方向位置関係を規定すると、正ネジ部１０による押し戻し量の増加が期待されるので、ポンピング効率が向上する。また同様に逆回転時、他方の傾斜縁辺１２ｂから接触部１５を介して反密封流体側斜面８へ流出する密封流体を逆ネジ部１１が押し戻しやすいように凸部１２および逆ネジ部１１の円周方向位置関係を規定すると、逆ネジ部１１による押し戻し量の増加が期待されるので、ポンピング効率が向上する。これらを実現するには具体的には、凸部１２および両ネジ部１０，１１の円周方向位置関係として図示はしないが、正ネジ部１０とその正回転方向Ｅの後方側に配置された逆ネジ部１１との間に凸部１２を配置するのが好適である。

また、凸部１２の形状については、その機能（正回転および逆回転の双方につきそれぞれ流体を集束して動圧を発生させること）を果たすかぎり、様々なものが考えられる。

すなわち、上記実施例では凸部１２の平面形状を三角形状等としたが、その機能を発揮するのは円周方向両端の傾斜縁辺１２ａ，１２ｂであるので、このような傾斜縁辺１２ａ，１２ｂを有するかぎり凸部１２の形状は限定されない。例えば図４および図５の例では、三角形状ないし台形状が円周方向に２分割されたような形状とされ、すなわち一方の傾斜縁辺１２ａを有する一定幅のリブ状凸部１２Ａと他方の傾斜縁辺１２ｂを有する一定幅のリブ状凸部１２Ｂとが円周方向に並んで設けられている。この形状は換言すると反密封流体側斜面８と同様、中間面９にもネジ部および逆ネジ部（双方向ネジ）が円周上交互に設けられたものである。

また、図６および図７の例では、凸部１２は平面円弧形状（円または楕円の一部が切り欠かれたもの）とされ、その縁辺に上記条件に合致する傾斜縁辺１２ａ，１２ｂが設けられている。尚、このように傾斜縁辺１２ａ，１２ｂは曲線状であっても良い。

また、凸部１２の縁辺のうち軸が正回転するときに回転方向の後方となる部位１２ａおよび凸部１２の縁辺のうち軸が逆回転するときに回転方向の後方となる部位１２ｂはそれぞれ、その一部が密封流体側Ｃから反密封流体側Ｄへかけてこのときの回転方向の前方へ傾斜する向きに設定されていれば（一部に傾斜縁辺１２ａ，１２ｂが設けられていれば）、流体を集束して動圧を発生させると考えられる。したがって傾斜する向きに設定されるのは各部位の少なくとも一部であれば良い。

本発明の実施例に係る密封装置の要部断面図（Ａ）は図１の要部拡大図、（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＨ方向矢視図であって中間面の展開図（Ａ）および（Ｂ）とも同密封装置の作動説明図（Ａ）は凸部の他の形状例を示す密封装置の要部断面図、（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＭ方向矢視図であって中間面の展開図同密封装置の作動説明図（Ａ）は凸部の他の形状例を示す密封装置の要部断面図、（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＮ方向矢視図であって中間面の展開図同密封装置の作動説明図従来例に係る密封装置の要部断面図

符号の説明

１密封装置
２金属環
３ゴム状弾性体
４外周シール部
５ダストリップ
６シールリップ
７密封流体側斜面
８反密封流体側斜面
９中間面
１０正ネジ部
１０ａ反密封流体側端部
１０ｂ，１１ｂ密封流体側端部
１１逆ネジ部
１２凸部
１２ａ，１２ｂ傾斜縁辺
１３，１４境界部
１５接触部

Claims

回転軸等の相手部材が正逆両方向に相対回転する密封装置であって、
前記相手部材の周面に摺動自在に密接するシールリップを有し、
前記シールリップは、密封流体側斜面および反密封流体側斜面ならびに前記両斜面の間に設けられた中間面を有し、
前記相手部材が正方向に回転するときにポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏する正ネジ部と、前記相手部材が逆方向に回転するときにポンピング作用によって密封流体を押し戻す作用を奏する逆ネジ部とが前記反密封流体側斜面に設けられ、
前記中間面に凸部が設けられ、前記凸部は前記中間面および反密封流体側斜面の境界部に達しないように設けられて前記中間面における前記凸部の反密封流体側の部位に円周上連続する前記相手部材に対する接触部が設けられ、
前記凸部の縁辺のうち前記相手部材が正方向に回転するときに回転方向の後方となる部位は少なくともその一部が密封流体側から反密封流体側へかけてこのときの回転方向の前方へ傾斜する向きに設定され、
前記凸部の縁辺のうち前記相手部材が逆方向に回転するときに回転方向の後方となる部位は少なくともその一部が密封流体側から反密封流体側へかけてこのときの回転方向の前方へ傾斜する向きに設定されていることを特徴とする密封装置。