JP2018076903A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増加させることなく、密封対象流体の流体圧力が低い環境下であっても、密封性を長期に亘り維持させることを可能とする密封装置を提供する。【解決手段】密封対象流体側かつ径方向外側に伸びる外周リップ１１１と、密封対象流体側かつ径方向内側に伸びる内周リップ１１２と、外周リップ１１１の内周面と内周リップ１１２の外周面とを繋ぐように形成される環状溝１１３と、を有するゴム状弾性体製の密封装置本体１１０と、環状溝１１３の内壁面のうち、少なくとも外周リップ１１１の内周面と内周リップ１１２の外周面とを繋ぐ領域を覆うように設けられ、密封装置本体１１０よりも弾性率の高い材料からなるコーティング層１２０と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置に関する。

軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するゴム状弾性体製の密封装置として、外周リップと内周リップとを有し、断面形状が略Ｕ字形状の密封装置（いわゆるＵパッキン）が知られている。このＵパッキンは、外周リップと内周リップとの間に形成される環状溝に流体圧力が作用することで、密封性能が向上するという利点を有している。

しかしながら、一般的に、軸やハウジングの材料は線膨張率が低く、高温環境下でもあまり変化しないのに対して、密封装置の場合、線膨張率が高く、高温環境下では外周リップは径方向外側に拡張しようとし、内周リップは径方向内側に拡張しようとする。そのため、外周リップはハウジングの軸孔によって強く拘束され、内周リップは軸表面によって強く拘束される。これにより、経時的に外周リップ及び内周リップに塑性変形（ヘタリ）が生じてしまう。従って、外周リップ及び内周リップの締め代は経時的に少なくなってしまうため、密封対象流体の流体圧力が低い環境下の場合や、密封対象流体の粘性が低い場合において漏れが生じ易くなってしまう。この対策として、環状溝に金属製のバネなどを装着することにより、外周リップ及び内周リップにヘタリが生じてしまっても、密封性を維持する技術が知られている（特許文献１参照）。しかしながら、この場合には、部品点数や組み立て工程が増加してしまう。また、金属製のバネなどの抜け落ち対策も必要となってしまう。

特開２０１５−１３５１３７号公報

本発明の目的は、部品点数を増加させることなく、密封対象流体の流体圧力が低い環境下であっても、密封性を長期に亘り維持させることを可能とする密封装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の密封装置は、
軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置において、
密封対象流体側かつ径方向外側に伸びる外周リップと、密封対象流体側かつ径方向内側に伸びる内周リップと、前記外周リップの内周面と内周リップの外周面とを繋ぐように形成される環状溝と、を有するゴム状弾性体製の密封装置本体と、
前記環状溝の内壁面のうち、少なくとも前記外周リップの内周面と内周リップの外周面とを繋ぐ領域を覆うように設けられ、前記密封装置本体よりも弾性率の高い材料からなるコーティング層と、
を備えることを特徴とする。

本発明においては、環状溝の内壁面のうち、少なくとも外周リップの内周面と内周リップの外周面とを繋ぐ領域を覆うようにコーティング層が設けられている。そのため、外周
リップによるハウジングへの押し付け力、及び内周リップによる軸への押し付け力を高めることができる。これにより、部品点数を増加させることなく、密封対象流体の流体圧力が低い環境下であっても、密封性を高めることができる。また、外周リップ及び内周リップに経時的に塑性変形（ヘタリ）が生じてしまっても、コーティング層により硬度が高められていることで、密封性を維持させることができる。

前記コーティング層は、前記環状溝の内壁面の略全域を覆うように設けられているとよい。

これにより、より確実に、外周リップによるハウジングへの押し付け力、及び内周リップによる軸への押し付け力を高めることができる。

前記コーティング層は、弾性率が２００ＭＰａ以上の材料からなり、かつ層の厚みは８０μｍ以上であるとよい。

また、前記コーティング層は、ウレタン材料からなることもできるし、フッ素樹脂からなることも好適である。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、部品点数を増加させることなく、密封対象流体の流体圧力が低い環境下であっても、密封性を長期に亘り維持させることができる。

図１は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係る密封装置が適用される密封構造の模式的断面図である。 図３はコーティング層の厚みと反力比率との関係を示すグラフである。 図４は流体圧力と反力比率との関係を示すグラフである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。本実施例に係る密封装置が適用される密封構造は、軸と、ハウジングと、これら軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置とにより構成される。また、密封装置は、軸とハウジングが相対的に移動する場合に好適に用いられる。軸とハウジングとの相対的な移動については、相対的に往復動する場合、相対的に回転する場合、相対的に揺動する場合、これら２つ以上の運動が複合的に行われる場合が含まれる。

（実施例）
図１〜図４を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。図１は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は回転対称形状であり、図１においては、密封装置の中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図２は本発明の実施例に係る密封装置が適用される密封構造の模式的断面図である。図２においても、密封装置の中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図３はコーティング層の厚みと反力比率との関係を示すグラフである。図４は流体圧力と反力比率との関係を示すグラフである。

＜密封構造＞
図２を参照して、本実施例に係る密封装置が適用される密封構造について説明する。本実施例に係る密封構造は、軸孔を有するハウジング３００と、軸孔に挿通される軸２００と、密封装置１００とを備えている。本実施例においては、ハウジング３００の軸孔の内周面に環状の装着溝３１０が設けられている。この装着溝３１０に、密封装置１００は装着されている。ただし、本発明においては、軸の外周面に設けられた環状溝に密封装置が装着される場合も含まれる。図２中、右側が、密封対象流体（例えば、潤滑オイル）が密封されている密封領域（Ｈ）である。

＜密封装置＞
図１及び図２を参照して、本実施例に係る密封装置１００について説明する。本実施例に係る密封装置１００は、ゴム状弾性体製の密封装置本体１１０と、密封装置本体１１０よりも弾性率の高い材料からなるコーティング層１２０とから構成される。密封装置本体１１０の材料の好適な例として、ＮＢＲ，ＡＣＭ，Ｈ−ＮＢＲ，ＦＫＭを一例として挙げることができる。なお、密封装置本体１１０の材料は、密封装置１００の使用環境（耐熱性、耐油性、耐久性など）に応じて選定すればよい。また、コーティング層１２０の材料の好適な例として、ゴム基材との密着性に優れたウレタン材料や、耐熱性など機械的特性に優れたフッ素樹脂を一例として挙げることができる。ただし、脆性材料については、応力集中によるクラックが懸念されるため避けた方がよい。

密封装置本体１１０は、外周リップ１１１と、内周リップ１１２と、外周リップ１１１の内周面１１１ａと内周リップ１１２の外周面１１２ａとを繋ぐように形成される環状溝１１３とを有している。密封装置１００は、図２に示すように、各リップが密封領域（Ｈ）側を向くように装着される。そして、外周リップ１１１は、密封対象流体側かつ径方向外側に伸びるように構成され、外周リップ１１１の先端はハウジング３００の軸孔内周面（より具体的には、装着溝３１０の溝底面）に密着する。また、内周リップ１１２は、密封対象流体側かつ径方向内側に伸びるように構成され、内周リップ１１２の先端は軸２００の外周面に摺動自在に密着する。外力が作用していない状態における外周リップ１１１の外径は、ハウジング３００の軸孔内周面の内径よりも大きく設定されており、締め代を有している。また、外力が作用していない状態における内周リップ１１２の先端の内径は、軸２００の外径よりも小さく設定されており、締め代を有している。従って、密封領域（Ｈ）側の密封対象流体の流体圧力が低い場合でも、密封機能が発揮される。密封領域（Ｈ）側の密封対象流体の流体圧力が高い状態においては、密封装置１００は装着溝３１０における密封領域（Ｈ）側とは反対側（Ｌ）の側壁面に密着する。また、外周リップ１１１は流体圧力によって径方向外側に押圧され、内周リップ１１２は流体圧力によって径方向内側に押圧される。

＜コーティング層＞
コーティング層１２０について、より詳細に説明する。コーティング層１２０は、密封装置本体１１０における環状溝１１３の内壁面のうち、少なくとも外周リップ１１１の内周面と内周リップ１１２の外周面とを繋ぐ領域を覆うように設けられる。本実施例においては、コーティング層１２０は、環状溝１１３の内壁面の略全域を覆うように設けられる。すなわち、外周リップ１１１の内周面と内周リップ１１２の外周面とを繋ぐ領域だけでなく、外周リップ１１１の内周面１１１ａの全域、及び内周リップ１１２の外周面１１２ａの全域を覆うように、コーティング層１２０が設けられている。なお、コーティング層１２０は、密封装置本体１１０に対してコーティング材料を塗布した後に焼成することで、密封装置本体１１０に一体化させることができる。

コーティング層１２０は、外周リップ１１１及び内周リップ１１２の反力（押し付け力
）を高めるために設けられている。そのため、コーティング層１２０は、弾性率が２００ＭＰａ以上の材料を用い、かつ層の厚みを８０μｍ以上とするのが望ましい。図３は机上計算によるコーティング層１２０の厚みと反力比率との関係を示すグラフである。縦軸の反力比率は、コーティング層がない場合（つまり、密封装置本体１１０のみの場合）の反力を１とした場合における反力の比率を意味する。また、流体圧力が作用していない条件において、反力比率を計算している。図中、点線Ｌ１は、コーティング層１２０として弾性率が３００ＭＰａの材料を用いた場合を示し、実線Ｌ２は、コーティング層１２０として弾性率が９００ＭＰａの材料を用いた場合を示している。このグラフより、コーティング層１２０の厚みが厚い程、反力比率を高めることができ、また、コーティング層１２０の材料として弾性率の高い材料を用いる程、反力比率を高めることができることが分かる。また、コーティング層１２０に用いる材料の選択、及びコーティング層１２０の厚みの調整によって、反力を自由に調整できることが分かる。

図４は机上計算による流体圧力と反力比率との関係を示すグラフである。縦軸の反力比率は、コーティング層がない場合の反力を１とした場合における反力の比率を意味する。図中のグラフは、コーティング層１２０として、弾性率が９００ＭＰａの材料を用い、層の厚みを１００μｍとした場合の密封対象流体の流体圧力と反力比率の関係を示している。このグラフより、流体圧力が低い環境下において、コーティング層１２０がない場合に比べて、反力を２倍程度に高めることができることが分かる。また、流体圧力が高くなると、反力はコーティング層１２０がない場合と殆ど変らないことが分かる。これは、流体圧力が高い条件下においては、反力は流体圧力に支配されるためである。従って、流体圧力が高い条件下においても、摺動性にはあまり影響がないことが分かる。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
本実施例に係る密封装置１００においては、密封装置本体１１０における環状溝１１３の内壁面のうち、少なくとも外周リップ１１１の内周面１１１ａと内周リップ１１２の外周面１１２ａとを繋ぐ領域を覆うようにコーティング層１２０が設けられている。そのため、外周リップ１１１によるハウジング３００（の軸孔内周面）への押し付け力、及び内周リップ１１２による軸２００（の外周面）への押し付け力を高めることができる。これにより、部品点数を増加させることなく、密封対象流体の流体圧力が低い環境下であっても、密封性を高めることができる。つまり、金属製のバネなどを設ける場合に比べて部品点数が少なく、当該バネを装着するといった作業も必要ない。また、バネの抜け落ち対策の必要もない。

また、外周リップ１１１及び内周リップ１１２に経時的に塑性変形（ヘタリ）が生じてしまっても、コーティング層１２０により硬度が高められていることで、密封性を維持させることができる。従って、本実施例に係る密封装置１００によれば、密封対象流体の流体圧力が低い環境下であっても、密封性を長期に亘り維持させることができる。

更に、本実施例の場合には、コーティング層１２０は、密封装置本体１１０における環状溝１１３の内壁面の略全域を覆うように設けられている。これにより、より確実に、外周リップ１１１によるハウジング３００への押し付け力、及び内周リップ１１２による軸２００への押し付け力を高めることができる。

１００ 密封装置
１１０ 密封装置本体
１１１ 外周リップ
１１１ａ 内周面
１１２ 内周リップ
１１２ａ 外周面
１１３ 環状溝
１２０ コーティング層
２００ 軸
３００ ハウジング
３１０ 装着溝

Claims (5)

1. 軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置において、
   密封対象流体側かつ径方向外側に伸びる外周リップと、密封対象流体側かつ径方向内側に伸びる内周リップと、前記外周リップの内周面と内周リップの外周面とを繋ぐように形成される環状溝と、を有するゴム状弾性体製の密封装置本体と、
   前記環状溝の内壁面のうち、少なくとも前記外周リップの内周面と内周リップの外周面とを繋ぐ領域を覆うように設けられ、前記密封装置本体よりも弾性率の高い材料からなるコーティング層と、
   を備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記コーティング層は、前記環状溝の内壁面の略全域を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記コーティング層は、弾性率が２００ＭＰａ以上の材料からなり、かつ層の厚みは８０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
4. 前記コーティング層は、ウレタン材料からなることを特徴とする請求項１，２または３に記載の密封装置。
5. 前記コーティング層は、フッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１，２または３に記載の密封装置。

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