JP5158357B2

JP5158357B2 - 密封装置

Info

Publication number: JP5158357B2
Application number: JP2008150030A
Authority: JP
Inventors: 岳洋中川
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-06-09
Also published as: WO2009150986A1; JP2009293752A; CN102027273A; US20110068542A1

Description

本発明は、自動車や一般機械、産業機械等における回転体の外周を、シールリップによって密封する密封装置に関する。

回転体の外周をシールリップによって密封する密封装置としては、オイルシールが知られている。図６は、従来の密封装置としてのオイルシールを、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。

図６に示されるオイルシール１００は、ゴム状弾性材料で環状に成形されたものであって、外周の取付部１０１とその内周側のシールリップ１０３が、リップホルダ部１０２を介して互いに連続して形成されており、取付部１０１からリップホルダ部１０２にかけて、補強用の金属環１０４が一体的に埋設されている。また、シールリップ１０３の外周は円周方向に連続した溝状に形成され、シールリップ１０３の緊迫力を補うためのガータスプリング１０５が嵌着されている。

そしてこのオイルシール１００は、取付部１０１が、ハウジング１１０の内周面に密嵌され、機内Ａ側を向いたシールリップ１０３の先端内周部が、ハウジング１１０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軸封機能を奏し、機内Ａの潤滑油が軸周から機外Ｂへ漏洩するのを阻止するものである。

この種のオイルシール１００は、回転軸１２０の外周面に対するシールリップ１０３の摺動部の潤滑が、機内Ａの密封対象の潤滑油に依存されている。しかし、高周速・高温の環境下で使用される場合は、シールリップ１０３の冷却を目的として、シールリップ１０３の近傍へより多くの潤滑油を供給する必要がある。そこで、従来は、下記の特許文献に記載されているように、機内のベアリングを通過した潤滑油が遠心力によってシールリップの近傍へ供給されるものがあるが、供給効率が低く、必ずしもシールリップの冷却が十分ではなかった。

特開２００７−２４７５８６実用新案登録第２５６８５３３号

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、シールリップの摺動部に十分に潤滑油を供給し、これによってシールリップの発熱や摩耗を抑制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、本発明に係る密封装置は、機内側を向いたシールリップが回転体の外周面に摺動可能に密接される密封装置本体と、この密封装置本体と並設されるポンピング装置とを備え、このポンピング装置は、前記シールリップよりも機内側に位置して前記回転体の外周面との対向面に形成されて前記回転体の回転によって流体を前記シールリップ側へ送る螺旋溝と、前記密封装置本体とポンピング装置の間の空間を前記機内側と連通させる排出流路を有するものである。

上記構成によれば、回転体の回転によってポンピング装置の螺旋溝が機内側の潤滑油をシールリップ側（密封装置本体とポンピング装置の間の空間）へ送るので、シールリップと回転体との摺動部が潤滑される。また、この潤滑油は、密封装置本体とポンピング装置の間の空間から排出流路を介して機内側へ還流される。このため潤滑油の一方向の流れが惹起されることで潤滑油の滞留による劣化や油温の上昇が防止されると共にシールリップの冷却効率が向上する。

本発明に係る密封装置によれば、シールリップの摺動部に十分な流量で潤滑油が供給されるので、シールリップの摩耗を抑制すると共にシールリップを効率良く冷却することができ、その結果、長期にわたって良好な密封機能が維持される。

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説明する。まず図１は、本発明に係る密封装置の第一の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図、図２は、本発明で用いられるポンピング装置における螺旋溝の断面形状のバリエーションを示す要部断面図である。

まず図１において、参照符号３は機器のハウジング、参照符号４はハウジング３の内周に挿通された回転軸で、第一の形態による密封装置は、機内Ａ側を向いたシールリップ１３が回転軸４の外周面に摺動可能に密接される密封装置本体１と、この密封装置本体１と並設されたポンピング装置２からなる。なお、回転軸４は請求項１に記載された回転体に相当する。

密封装置本体１はいわゆるオイルシールとしての形態を備え、金属環１５にゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料で一体成形されたものであって、すなわち略円筒状の取付部１１と、その機外Ｂ側となる端部から内周側へ延びるリップホルダ部１２と、このリップホルダ部１２の内径端から取付部１１及びリップホルダ部１２と共に断面略コ字形をなすように、機内Ａ側へ向けて延びるシールリップ１３と、前記リップホルダ部１２の内周端からシールリップ１３と反対側（機外Ｂ側）へ向けて延びるダストリップ１４と、取付部１１及びリップホルダ部１２に跨って埋設された補強用の金属環１５と、シールリップ１３に嵌着されたガータスプリング１６とを有する。

密封装置本体１における取付部１１は、ハウジング３の内周面に圧入・密嵌される部分であって、装着状態において、金属環１５とハウジング３の内周面との間で径方向に適当に圧縮されるようになっている。

密封装置本体１におけるシールリップ１３の先端部近傍の内周には、略Ｖ字形断面をなすシールエッジ１３ａが形成されており、このシールエッジ１３ａは、回転軸４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ようになっている。一方、シールリップ１３と反対側を向いたダストリップ１４は、その内周縁が、回転軸４の外周面に微小な隙間をもって近接されるか、あるいは僅かな締め代をもって摺動可能に密接されるようになっている。

ガータスプリング１６は、金属製のコイルスプリングを環状に繋げたものであって、シールリップ１３におけるシールエッジ１３ａの外周側に形成された環状溝に嵌着され、回転軸４の外周面に対するシールリップ１３の緊迫力を補償するものである。

ポンピング装置２は、金属環２１と、これに一体的に設けられた螺旋ポンプ部２２からなる。詳しくは、ポンピング装置２における金属環２１は、密封装置本体１における取付部１１の内周面に圧入嵌着された嵌合筒部２１ａと、その機内Ａ側の端部から内径方向へ延び、内径が回転軸４より大径のフランジ部２１ｂからなり、螺旋ポンプ部２２は、ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料又はゴム状弾性を有さない合成樹脂材料でフランジ部２１ｂに環状に成形されたものである。すなわちポンピング装置２は、密封装置本体１の取付部１１に、圧入によって予め一体的に取り付けられている。

ポンピング装置２における螺旋ポンプ部２２は、回転軸４の外周面と近接対向する内周面に、回転軸４がＲ方向へ回転することによって流体を密封装置本体１におけるシールリップ１３側へ送る螺旋溝２ａが形成されている。また、螺旋ポンプ部２２から露出した金属環２１のフランジ部２１ｂの外径部には、密封装置本体１とポンピング装置２との間の空間Ｃを機内Ａと連通させる排出流路２ｂが円周方向複数箇所に開設されている。

なお、回転軸４の回転方向に対する螺旋溝２ａの角度をθとすると、０＜θ≦４５°とするのが良い。

また、螺旋溝２ａの断面形状は、図１のような矩形をなすもののほか、図２（ａ）に示されるような台形あるいは図２（ｂ）に示されるような半円形などが考えられ、特に限定されない。

以上のように構成された第一の形態による密封装置によれば、密封装置本体１は、シールリップ１３が機内Ａ側を向くように、取付部１１をハウジング３の内周面に圧入嵌着すると共に、シールリップ１３の内周のシールエッジ１３ａを、回転軸４の外周面に摺動可能に密接させる。また、予め密封装置本体１に取り付けられたポンピング装置２は、密封装置本体１の機内Ａ側に配置された状態となる。

この装着状態において、密封装置本体１は、シールリップ１３のシールエッジ１３ａが回転軸４の外周面に対して摺動可能に密接されることによって、機内Ａに例えば不図示のベアリング等を潤滑するために供給されている潤滑油が回転軸４の軸周から機外Ｂの大気側へ漏洩するのを防止し、かつダストリップ１４によって、機外Ｂの大気中の異物が侵入するのを阻止するものである。

そしてポンピング装置２は、回転軸４と螺旋ポンプ部２２の螺旋溝２ａとの間に介在する流体を、回転軸４の回転によってシールリップ１３側へ送り出す螺旋ポンプ機能を奏し、すなわち機内Ａ側の潤滑油が、前記螺旋溝２ａを通ってシールリップ１３へ強制的に送られるため、シールリップ１３と回転軸４との摺動部が良好に潤滑される。

また、シールリップ１３と回転軸４との摺動部に供給された潤滑油は、密封装置本体１とポンピング装置２の間の空間Ｃから、金属環２１のフランジ部２１ｂの外径部に開設された排出流路２ｂを介して機内Ａへ還流される。このため、密封装置本体１とポンピング装置２の間の空間Ｃには、螺旋ポンプ部２２の内周からシールリップ１３と回転軸４との摺動部を経由して排出流路２ｂへ向かう一方向の流れが惹起されるので、潤滑油の滞留による劣化や油温の上昇が防止され、シールリップ１３が効率良く冷却される。

次に図３は、本発明に係る密封装置の第二の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図、図４は、本発明に係る密封装置の第三の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

これらの形態において、図１に示される第一の形態と異なるところは、ポンピング装置２が、ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料又はゴム状弾性を有さない合成樹脂材料で成形されたポンピングリング２３のみからなるものであって、密封装置本体１の機内Ａ側に並設されハウジング３の内周面に圧入により取り付けられる点にある。

ポンピングリング２３は、回転軸４の外周面と近接対向する内周面に、回転軸４がＲ方向へ回転することによって流体を密封装置本体１におけるシールリップ１３側へ送る螺旋溝２ａが形成されており、また、このポンピングリング２３には、密封装置本体１とポンピング装置２との間の空間Ｃを機内Ａと連通させる排出流路２ｂが円周方向複数箇所に開設されている。

図３に示される第二の形態では、排出流路２ｂがポンピングリング２３を軸方向へ貫通した複数の孔であり、図４に示される第三の形態では、排出流路２ｂがポンピングリング２３の外周面を軸方向へ延びる複数の溝とハウジング３の内周面との間に形成されるものである。

なお、密封装置本体１は、基本的には先に説明した第一の形態（図１）と同様の構成を備えるものである。

以上のように構成された第二又は第三の形態による密封装置によれば、密封装置本体１は、シールリップ１３が機内Ａ側を向くように、取付部１１をハウジング３の内周面に圧入嵌着すると共に、シールリップ１３の内周のシールエッジ１３ａを、回転軸４の外周面に摺動可能に密接させる。また、ポンピング装置２（ポンピングリング２３）を、密封装置本体１の機内Ａ側に位置してハウジング３の内周面に圧入嵌着する。

この装着状態において、密封装置本体１は、第一の形態と同様、シールリップ１３によって、機内Ａに例えば不図示のベアリング等を潤滑するために供給されている潤滑油が回転軸４の軸周から機外Ｂの大気側へ漏洩するのを防止し、かつダストリップ１４によって、機外Ｂの大気中の異物が侵入するのを阻止するものである。

そしてポンピング装置２は、回転軸４とポンピングリング２３の螺旋溝２ａとの間に介在する流体を、回転軸４の回転によってシールリップ１３側へ送り出す螺旋ポンプ機能を奏し、すなわち機内Ａ側の潤滑油が、前記螺旋溝２ａを通ってシールリップ１３へ強制的に送られるため、シールリップ１３と回転軸４との摺動部が良好に潤滑される。

また、シールリップ１３と回転軸４との摺動部に供給された潤滑油は、密封装置本体１とポンピング装置２の間の空間Ｃから、排出流路２ｂを介して機内Ａへ還流される。このため、密封装置本体１とポンピング装置２の間の空間Ｃには、ポンピングリング２３の内周からシールリップ１３と回転軸４との摺動部を経由して排出流路２ｂへ向かう一方向の流れが惹起されるので、潤滑油の滞留による劣化や油温の上昇が防止され、シールリップ１３が効率良く冷却される。

図５は、本発明に係る密封装置の具体的な実施例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す部分断面図である。この図５において、参照符号２０１は内燃機関のシリンダブロック、２０２は第一の軸受２０３を介してシリンダブロック２０１に回転可能な状態に支持された出力軸、２０４は出力軸２０２の軸端に第二の軸受２０５を介して出力軸２０２と相対回転可能に設けられたリングギヤである。詳しくは、第二の軸受２０５の外輪２０５ａはリングギヤ２０４の内径に固定され、第二の軸受２０５の内輪２０５ｂは出力軸２０２の軸端に形成されたフランジ２０２ａの外周面に固定され、リングギヤ２０４は、不図示の始動用モータのピニオンギヤと噛合されている。

また、リングギヤ２０４と出力軸２０２の間には、リングギヤ２０４から出力軸２０２へのみ回転力を伝達するワンウェイクラッチ２０６が介在されている。詳しくは、リングギヤ２０４の内径にはワンウェイクラッチ２０６のインナーレース２０６ａが固定され、出力軸２０２には、その軸端のフランジ２０２ａにボルト２０２ｂによりフライホイール２１０と共に取り付けられた連結板２０７を介してワンウェイクラッチ２０６のアウターレース２０６ｂが固定されている。

すなわち内燃機関の始動に際しては、不図示の始動用モータによってリングギヤ２０４が回転されると、その回転力がワンウェイクラッチ２０６から出力軸２０２に伝達され、これによって内燃機関の駆動が開始される。そして、出力軸２０２の回転速度がリングギヤ２０４の回転速度を超えた時点で、ワンウェイクラッチ２０６の係合が解除され、さらに所定の回転速度まで上昇した時点で始動用モータが停止され、リングギヤ２０４が停止するようになっている。

また、第一の軸受２０３と出力軸２０２との摺動部には、不図示のオイルパンから油路２０９を通じて、油圧ポンプ２０８によって潤滑油が供給されており、この潤滑油の一部は、出力軸２０２のフランジ２０２ａとシリンダブロック２０１との間の隙間Ｇ１を外径方向へ流出して、更にその一部が第二の軸受２０５に供給され、この第二の軸受２０５の外輪２０５ａと内輪２０５ｂの間を通過した潤滑油は、連結板２０７と第二の軸受２０５との間の隙間Ｇ２から遠心力によって更に外径方向へ流出し、ワンウェイクラッチ２０６の摺動部へ供給されるようになっている。

出力軸２０２のフランジ２０２ａとシリンダブロック２０１との間の隙間Ｇ１を外径方向へ流出する潤滑油や、前記隙間Ｇ１から第二の軸受２０５及びワンウェイクラッチ２０６へ供給された潤滑油が、ワンウェイクラッチ２０６のアウターレース２０６ｂとリングギヤ２０４との隙間Ｇ３から前記アウターレース２０６ｂの外周側の空間及びリングギヤ２０４とフライホイール２１０との間の隙間Ｇ４を経て機外へ飛散するのを防止して、この潤滑油を不図示のオイルパンへ確実に回収するため、ワンウェイクラッチ２０６のアウターレース２０６ｂと、その外周側に位置してリングギヤ２０４に形成された円筒状のハウジング２０４ａとの間には密封装置が設けられるが、この密封装置には、本発明の構成を好適に適用することができる。すなわち、この実施例における密封装置は、密封装置本体１と、この密封装置本体１と軸方向に並んだポンピング装置２とを備え、共にハウジング２０４ａの内周面に取り付けられる。

詳しくは、密封装置本体１は、機内側（シリンダブロック２０１側）を向いたシールリップ１３を有し、このシールリップ１３は、回転体であるアウターレース２０６ｂの外周面に摺動可能に密接されている。一方、ポンピング装置２はシールリップ１３よりシリンダブロック２０１側に位置していて、アウターレース２０６ｂの外周面と対向する内周面には、アウターレース２０６ｂの回転によって流体をシールリップ１３側へ送る螺旋溝２ａが形成され、また、密封装置本体１とポンピング装置２の間の空間を、リングギヤ２０４に開設された窓部２０４ｂを介してシリンダブロック２０１側の空間と連通させる排出流路２ｂが設けられている。

ここで、先に説明したように、不図示の始動用モータによって内燃機関が始動された後は、リングギヤ２０４が停止するため、従来、シールリップ１３とアウターレース２０６ｂの外周面との摺動部には潤滑油が供給されにくいものとなっていたが、本発明の構成を適用すれば、ポンピング装置２の螺旋溝２ａが、第二の軸受２０５及びワンウェイクラッチ２０６を通過してワンウェイクラッチ２０６のアウターレース２０６ｂとリングギヤ２０４との間の隙間Ｇ３からポンピング装置２の内周に達した潤滑油を、アウターレース２０６ｂの回転によってシールリップ１３側へ送り出す螺旋ポンプ機能を奏するため、シールリップ１３とアウターレース２０６ｂとの摺動部が良好に潤滑される。

また、シールリップ１３とアウターレース２０６ｂとの摺動部に供給された潤滑油は、密封装置本体１とポンピング装置２の間の空間から、排出流路２ｂ及びリングギヤ２０４の窓部２０４ｂを介して機内側へ還流される。このため、潤滑油の滞留による劣化や油温の上昇が防止され、シールリップ１３が効率良く冷却される。

本発明に係る密封装置の第一の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。本発明で用いられるポンピング装置における螺旋溝の断面形状のバリエーションを示す要部断面図である。本発明に係る密封装置の第二の形態を、その軸心Ｏ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三の形態を、その軸心Ｏ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具体的な実施例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す部分断面図である。従来の密封装置としてのオイルシールを、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。

符号の説明

１密封装置本体
１１取付部
１３シールリップ
２ポンピング装置
２ａ螺旋溝
２ｂ排出流路
２１金属環
２２螺旋ポンプ部
２３ポンピングリング
３，２０４ａハウジング
４回転軸（回転体）
２０６ｂアウターレース（回転体）
Ａ機内
Ｂ機外

Claims

機内側を向いたシールリップが回転体の外周面に摺動可能に密接される密封装置本体と、この密封装置本体と並設されるポンピング装置とを備え、このポンピング装置は、前記シールリップよりも機内側に位置して前記回転体の外周面との対向面に形成されて前記回転体の回転によって流体を前記シールリップ側へ送る螺旋溝と、前記密封装置本体とポンピング装置の間の空間を前記機内側と連通させる排出流路を有することを特徴とする密封装置。