JP2007239944A - オイルシール - Google Patents
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Abstract
【課題】回転体の回転速度の上昇に伴う摩擦抵抗を低減しつつ、静止体の内圧が高まった場合でもオイル漏れを抑制することができるオイルシールを提供する。
【解決手段】本発明のオイルシール1Aは、クランクケース100に装着されるアウター部材2と、クランク軸101に一体回転可能に装着されるインナー部材3と、アウター部材2とインナー部材3とで形成される隙間G1に配置され、かつクランク軸の回転停止時にアウター部材2と接触して隙間G1が塞がれた状態でインナー部材3に設けられるとともに、クランク軸の回転速度の上昇に伴ってアウター部材2から離れる方向に変位可能な可動リップ4と、可動リップ4とインナー部材3との間に介在し、クランクケース100の内圧を利用して隙間G1を塞ぐ方向に可動リップ4を付勢する圧力調整機構5と、を備えている。
【選択図】図1
【解決手段】本発明のオイルシール1Aは、クランクケース100に装着されるアウター部材2と、クランク軸101に一体回転可能に装着されるインナー部材3と、アウター部材2とインナー部材3とで形成される隙間G1に配置され、かつクランク軸の回転停止時にアウター部材2と接触して隙間G1が塞がれた状態でインナー部材3に設けられるとともに、クランク軸の回転速度の上昇に伴ってアウター部材2から離れる方向に変位可能な可動リップ4と、可動リップ4とインナー部材3との間に介在し、クランクケース100の内圧を利用して隙間G1を塞ぐ方向に可動リップ4を付勢する圧力調整機構5と、を備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、静止体とその静止体に回転自在に取付けられた回転体との間に設けられるオイルシールに関する。
オイル等の流体の漏洩を防止するオイルシールとして、回転体と静止体との間に設けられた所定の隙間に移動可能な浮動リングを設けるとともに、回転体の回転停止時に静止体と接触して所定の隙間を塞ぐリップシールを備えたものがある(特許文献1)。
特許文献1のオイルシールでは、回転体の回転速度の上昇に伴いリップシールが遠心力によって静止体から離れる方向に変位して、静止体とリップシールとが接触状態から非接触状態に変化する。これにより、静止体とリップシールとの間の摩擦抵抗が減少する。しかしながら、このようなオイルシールを内圧が変動する静止体に適用すると、リップシールが静止体から離れたときに静止体の内圧が高くなることにより、オイル漏れを誘発するおそれがある。
そこで、本発明は、回転体の回転速度の上昇に伴う摩擦抵抗を低減しつつ、静止体の内圧が高まった場合でもオイル漏れを抑制することができるオイルシールを提供することを目的とする。
本発明のオイルシールは、内圧が変動する静止体と前記静止体に回転自在に取付けられる回転体との間に設けられるオイルシールであって、前記静止体に装着されるアウター部材と、前記回転体に一体回転可能に装着されるとともに、前記アウター部材との間に所定の隙間が形成されるようにして前記アウター部材と組み合わされるインナー部材と、前記所定の隙間に配置され、かつ前記回転体の回転停止時に前記アウター部材と接触して前記所定の隙間が塞がれた状態で前記インナー部材に設けられるとともに、前記回転体の回転速度の上昇に伴って前記アウター部材から離れる方向に変位可能な可動部材と、前記可動部材と前記インナー部材との間に介在し、前記静止体の内圧を利用して前記可動部材を前記所定の隙間を塞ぐ方向に付勢する可動部材付勢手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。
このオイルシールによれば、回転体の回転停止時にアウター部材と接触していた可動部材が回転体の回転速度の上昇に伴ってアウター部材から離れるので、アウター部材と可動部材との摩擦抵抗が減少する。そして、静止体の内圧が上昇すると可動部材は所定の隙間を塞ぐ方向に付勢されるので、回転体の回転速度の上昇に伴って可動部材がアウター部材から離れる方向に自由に変位することが制限される。可動部材付勢手段によって可動部材とアウター部材とを接触させてもよい。もっとも、可動部材の変位が制限された結果、可動部材とアウター部材とが非接触の状態である場合でも、このオイルシールは可動部材が自由に変位できる場合に比べて可動部材とアウター部材との間隔を狭くできるので、オイル漏れを抑制する効果を得ることができる。
本発明のオイルシールにおいては、可動部材の変位に対する制限の強さは内圧の大きさと可動部材に与える付勢力の強さとの関係を適宜に設定することにより変更できる。例えば、内圧の大きさに拘わらず一定の付勢力を可動部材に与えるようにしてもよいし、内圧が高いときは低いときと比べて強い付勢力を可動部材に与えるようにしてもよい。一例として、前記可動部材は、圧力を受けることにより前記所定の隙間を塞ぐ方向に弾性変形可能な受圧部を有し、前記可動部材付勢手段として、前記可動部材の前記受圧部に作用する圧力を調整可能な圧力調整機構が設けられていてもよい(請求項2)。
この態様によれば、受圧部に作用する圧力を調整することにより、可動部材の変位に対する制限の強さを適宜設定できる。この圧力調整機構は、前記インナー部材と前記可動部材とを連結する連結壁部と、前記連結壁部と前記受圧部と前記インナー部材とで囲まれて構成された圧力室と、前記圧力室と前記静止体の内部空間とを連通する連通路と、前記静止体の内圧が設定圧力を超えたときに前記連通路を開く開位置と、前記静止体の内圧が前記設定圧力以下のときに前記連通路を閉じる閉位置との間で動作する弁手段と、を備えてもよい(請求項3)。この場合、静止体の内圧が設定圧力を超えた場合には弁手段にて連通路が開かれてその内圧が圧力室に導かれる。圧力室の一部は可動部材の受圧部で構成されているので、設定圧力を超えた内圧が圧力室に導入されるとその圧力によって可動部材が所定の隙間を塞ぐ方向に付勢されて弾性変形する。これにより、静止体の内圧が設定圧力を超えた場合に可動部材の変位を制限することができる。また、この態様では、静止体の内圧が直接的に可動部材へ作用せずに内圧が圧力室に導かれてから可動部材に伝達される。そのため圧力室は内圧の変動を減衰するダンパーとして機能し、内圧の変動が緩和される。仮に、内圧の変動の振幅が大きく周波数が高い場合であっても、その変動が圧力室にて緩和されるので、可動部材の振動を抑制できる。従って、可動部材の動きが安定し、オイル漏れの防止効果が更に向上する。
また、本発明のオイルシールにおいては、前記可動部材付勢手段として、前記可動部材に対して進退可能な状態で前記インナー部材に設けられた当接部材を有し、前記静止体の内圧が設定圧力を超えたときに前記当接部材を前記可動部材に当接させることにより前記可動部材を前記所定の隙間を塞ぐ方向に付勢する当接機構が設けられてもよい(請求項4)。この場合、設定圧力を適宜設定することにより当接部材の挙動が調整されるので、可動部材に与える付勢力を自由に設定することができる。
以上説明したように、本発明によれば、可動部材とインナー部材との間に介在し、静止体の内圧を利用して所定の隙間を塞ぐ方向に可動部材を付勢する可動部材付勢手段を備えているので、回転体の回転速度の上昇に伴って可動部材がアウター部材から離れるが、静止体の内圧が高まった場合には可動部材がアウター部材から離れる方向に自由に変位することが制限される。そのため、回転体の回転速度の上昇に伴う摩擦抵抗を低減しつつ、静止体の内圧が高まった場合でもオイル漏れを抑制することができるようになる。
(第1の形態)
図1は本発明の第1の形態に係るオイルシールが組み付けられた内燃機関の要部を示した断面模式図である。なお、図1及びその他の図において、本発明に係るオイルシールは軸線CLに関して軸対称であるので片側の断面のみ図示することとする。図1はクランク軸101の回転停止状態を示しており、クランク軸101は軸線CL回りに回転自在な状態でクランクケース100に取付けられている。オイルシール1Aは、静止体としてのクランクケース100と回転体としてのクランク軸101との間に設けられる。即ちオイルシール1Aはクランクケース100とクランク軸101との間に形成される環状の隙間に装着される。オイルシール1Aはクランクケース100の外側である大気側ASとクランクケース100の内側である密封側OSとを区画することにより、密封側OSから大気側ASへのオイルやブローバイガス等の流体の漏洩を防止するとともに、大気側ASから密封側OSへの埃等の異物の侵入を防止する。オイルシール1Aはクランク軸101と同軸的に設けられた環状のアウター部材2及び環状のインナー部材3をそれぞれ有している。アウター部材2はオイルシールリテーナ103を介在させてクランクケース100に装着され、インナー部材3はクランク軸101に一体回転可能に装着されている。アウター部材2とインナー部材3とは、両者の間に隙間Gが形成されるように互いに離されて組み合わされている。
図1は本発明の第1の形態に係るオイルシールが組み付けられた内燃機関の要部を示した断面模式図である。なお、図1及びその他の図において、本発明に係るオイルシールは軸線CLに関して軸対称であるので片側の断面のみ図示することとする。図1はクランク軸101の回転停止状態を示しており、クランク軸101は軸線CL回りに回転自在な状態でクランクケース100に取付けられている。オイルシール1Aは、静止体としてのクランクケース100と回転体としてのクランク軸101との間に設けられる。即ちオイルシール1Aはクランクケース100とクランク軸101との間に形成される環状の隙間に装着される。オイルシール1Aはクランクケース100の外側である大気側ASとクランクケース100の内側である密封側OSとを区画することにより、密封側OSから大気側ASへのオイルやブローバイガス等の流体の漏洩を防止するとともに、大気側ASから密封側OSへの埃等の異物の侵入を防止する。オイルシール1Aはクランク軸101と同軸的に設けられた環状のアウター部材2及び環状のインナー部材3をそれぞれ有している。アウター部材2はオイルシールリテーナ103を介在させてクランクケース100に装着され、インナー部材3はクランク軸101に一体回転可能に装着されている。アウター部材2とインナー部材3とは、両者の間に隙間Gが形成されるように互いに離されて組み合わされている。
アウター部材2は、オイルシールリテーナ103に固定され、かつ軸線CL方向に延びる外側円筒部21と、外側円筒部21の大気側ASの端部から径方向内側に延びる内向きフランジ部22とを有している。内向きフランジ部22は、外側円筒部21に対して略直角に径方向内側に向かって立ち上がる直立壁部22aと、軸線CL方向に延びて外側円筒部21と略平行な側壁部22bと、密封側OSに向かって傾いて直立壁部22aと側壁部22bとを接続する傾斜壁部22cとを有している。一方、インナー部材3は、クランク軸101に固定されかつ軸線CL1方向に延びる内側円筒部31と、内側円筒部31の密封側OSの端部から径方向外側に延びる外向きフランジ部32とを有している。外向きフランジ部32はアウター部材2の内向きフランジ部22と対向するように配置される。即ち、外向きフランジ部32は、内側円筒部31に対して略直角に径方向外側に向かって立ち上がる直立壁部32aと、直立壁部32aに続いて軸線CL方向に延びて内向きフランジ部22の側壁部22bと略平行な側壁部32bと、側壁部32bに続いて大気側ASに向かって傾くように延びて内向きフランジ部22の傾斜壁部22cと略平行な傾斜壁部32cとを備えている。
アウター部材2とインナー部材3とで形成される隙間Gのうち、内向きフランジ部22の側壁部22bと外向きフランジ部32の側壁部32bとの間に形成される隙間G1には、可動部材としての環状の可動リップ4が配置されている。可動リップ4はインナー部材3と一体回転できるように直立壁部32aに密封側OSの一端が接合されている。可動リップ4は直立壁部32aに取付けられた取付け部4aと、取付け部4aから大気側ASに向かって延びる中間部4bと、中間部4bに続く先端部4cとを有している。取付け部4aはバネ材等の高靱性の金属材料にて弾性変形可能に構成されている。中間部4b及び先端部4cはゴム等の弾性体で構成されていて、取付け部4aに一体的に接合されている。先端部4cには、可動リップ4を径方向内側へ付勢する環状のガータースプリング6が取付けられている。クランク軸101の回転停止時において、可動リップ4はガータースプリング6の弾性力によってアウター部材2と接触状態に保持されている。
図1に示すように、可動リップ4とインナー部材3との間には、可動部材付勢手段としての圧力調整機構5が設けられている。圧力調整機構5は、インナー部材3と可動リップ4とを連結し、ゴム等の弾性体で構成された連結壁部51と、連結壁51とインナー部材3と可動リップ4の取付け部4aとで囲まれて構成された圧力室52とを有している。インナー部材3の側壁部32bには、圧力室52とクランクケース101の内部空間100aとを連通する連通路53が形成されているとともに、その連通路53を開閉する弁手段としてのチェック弁54が設けられている。チェック弁54は、クランクケース100の内圧が設定圧力を超えた場合に連通路53を開く開位置と、内圧がその設定圧力以下の場合に連通路を閉じる閉位置との間で動作する。
図2はチェック弁54の周辺の断面を拡大して示した拡大断面模式図である。この図に示すようにチェック弁54はインナー部材3の側壁部32bに嵌め込まれるハウジング54aを有している。ハウジング54aには連通路53を閉塞可能な大きさのダイアフラム状の弁体54bと、弁体54bを閉位置の方向へ付勢する弁スプリング54cとが設けられている。弁体54bに作用する内圧が設定圧力以下であれば、弁スプリング54cの付勢力が内圧に勝り、チェック弁54は閉位置に維持される。一方、弁体54bに作用する内圧が設定圧力を超えれば、その内圧が弁スプリング54cの付勢力に勝り、チェック弁54は開位置に変更される。弁スプリング54cの全長及びバネ定数等の仕様を調整することにより、連通路53が開かれる設定圧力を自由に調整できる。また、ハウジング54aには圧力室52とクランクケース100の内部空間100aとを連通する圧力逃がし通路55が設けられている。逃がし通路55は連通路53よりも通路面積が小さくなるように構成される。圧力逃がし通路55を設ける位置は、圧力室52とクランクケース100の内部空間100aとを連通できる位置であれば何処でも構わない。
図1に示すように、アウター部材2とインナー部材3とで形成される隙間Gのうち、内向きフランジ部22の傾斜壁22cと外向きフランジ部32の傾斜壁32cとの間で形成される隙間G2には、浮動リング7が配置されている。浮動リング7はクランク軸101の回転中にアウター部材2及びインナー部材3のそれぞれと非接触の状態で隙間G2内を移動できる。つまり浮動リング7は、隙間G2内に存在するオイルを浮動リング7とアウター部材2との間及び浮動リング7とインナー部材3との間にそれぞれ介在させた状態で、インナー部材3の周速度よりも遅い速度でインナー部材3と同心的に回転するようになっている。浮動リング7の厚さ寸法は、浮動リング7、アウター部材2及びインナー部材3の三者の間でラビリンスシールが形成されるように隙間G2の大きさを考慮して設定される。
以上のオイルシール1Aによれば、クランク軸101が回転すると、インナー部材3がクランク軸101と一体回転するので、可動リップ4には径方向外側に向かう遠心力が作用する。クランク軸101の回転速度の上昇に伴ってその遠心力が大きくなる結果、可動リップ4をアウター部材2に押し当てる力(緊迫力)が徐々に減少する。そして、クランク軸101の回転速度が更に上昇すると、可動リップ4がアウター部材2から離れる方向に変位して隙間G1が開かれるようになる。
その一方で、クランクケース100の内圧が設定圧力を超えた場合には、連通路53がチェック弁54にて開かれることにより、その内圧が圧力室52に導かれる。圧力室52の一部は可動リップ4の取付け部4aで構成されているので、その圧力によって可動リップ4が隙間G1を塞ぐ方向に付勢されて図1の右側に傾くように弾性変形する。つまり、取付け部4aは本発明の受圧部として機能する。これにより、アウター部材2から離れる方向への可動リップ4の自由な変位が制限される。内圧が設定圧力以下の場合には、連通路53がチェック弁54にて閉じられて可動リップ4の変位の制限が解除されるので、可動リップ4はクランク軸100の回転速度の上昇に伴ってアウター部材2から離れる方向に自由に変位できる。
従って、オイルシール1Aは、クランク軸101がある回転速度を超えた場合に可動リップ4がアウター部材2から離れて隙間G1が開かれ、クランクケース100の内圧が設定圧力を超えた場合に可動リップ4がアウター部材2に接触して隙間G1が閉じられるようになる。
一般に、クランク軸101の回転速度の上昇に伴ってクランクケース100の内圧が高まる関係にある。そのため、可動リップ4に設けられたガータースプリング6の外径やバネ定数、可動リップ4の取付け部4aの材料や寸法等の諸要素と、圧力調整機構5の設定圧力とをそれぞれ調整することで可動リップ4の挙動を変化させることができる。例えば、可動リップ4がアウター部材2から離れる際の回転速度に対応する内圧を予め調査しておき、その内圧よりも圧力調整機構5の設定圧力を高く設定することにより、可動リップ4とアウター部材2とが非接触の状態になる回転速度域を意図的に設けることができる。これにより、クランク軸101の回転上昇に伴う摩擦抵抗が低減するので、燃費向上に寄与することができる。
この場合とは対照的に、図3に示すように、可動リップ4がアウター部材2から離れる際の回転速度に対応する内圧A0よりも設定圧力A1を低く設定することもできる。なお図3においては、オイルシール1Aとの比較のため圧力調整機構を有しない比較例を破線で示す。この場合には、可動リップ4がクランク軸101の回転速度の上昇に伴ってアウター部材2から離れる前に、つまり内圧A0になる前に、クランクケース100の内圧が設定圧力A1を超えて可動リップの変位が制限されるようになる。そのため、クランク軸101の回転速度に拘わりなく可動リップ4とアウター部材2との接触が保持される(即ち緊迫力がゼロにならない。)。従って、オイル等の漏洩を確実に防止できるようになる。
このように、オイルシール1Aによれば、圧力調整機構5の設定圧力を変えることで可動リップ4の挙動を変化させることができる。そのため、オイルシール1Aの特性を適用対象に容易に対応させることができる。
(第2の形態)
次に、本発明の第2の形態を図4を参照して説明する。以下、第1の形態と同一構成には同一の符号を付して説明を省略する。この形態に係るオイルシール1Bは、可動部材付勢手段としての当接機構205を備えている。当接機構205は、可動リップ4に対して進退可能な状態でインナー部材3に設けられた当接部材としてのピストンロッド251と、インナー部材3とピストンロッド251との間に介在してピストンロッド251を可動リップ4から離れる方向に付勢するスプリング252とを有している。ピストンロッド251には、クランクケース100の内部空間100aに臨んで内圧を受けることができる受圧部251aが設けられている。
次に、本発明の第2の形態を図4を参照して説明する。以下、第1の形態と同一構成には同一の符号を付して説明を省略する。この形態に係るオイルシール1Bは、可動部材付勢手段としての当接機構205を備えている。当接機構205は、可動リップ4に対して進退可能な状態でインナー部材3に設けられた当接部材としてのピストンロッド251と、インナー部材3とピストンロッド251との間に介在してピストンロッド251を可動リップ4から離れる方向に付勢するスプリング252とを有している。ピストンロッド251には、クランクケース100の内部空間100aに臨んで内圧を受けることができる受圧部251aが設けられている。
これにより、クランクケース100の内圧が設定圧力を超えた場合には、ピストンロッド251が破線の待機位置から実線の当接位置まで変位し、その先端が可動リップ4に突き当てられる。そして、隙間G1が塞がれる方向へ可動リップ4が付勢され、アウター部材2から離れる方向への可動リップ4の自由な変位が制限される。一方、内圧が設定圧力以下の場合にはピストンロッド205はスプリング252の弾性力により待機位置に保持されるので、可動リップ4に対する制限が解除される。オイルシール1Bによれば、第1の形態と同様に、クランク軸101がある回転速度を超えた場合に可動リップ4がアウター部材2から離れて隙間G1が開かれ、クランクケース100の内圧が設定圧力を超えた場合に可動リップ4がアウター部材2に接触して隙間G1が閉じられるようになる。
また、オイルシール1Bについても、第1の形態と同様に、可動リップ4に設けられたガータースプリング6の外径やバネ定数、可動リップ4の取付け部4aの材料や寸法等の諸要素と、当接機構205の設定圧力とをそれぞれ調整することにより可動リップ4の挙動を変化させることができる。従って、可動リップ4に与える付勢力を自由に設定することができるようになる。
本発明は、上記各形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明のオイルシールの適用対象は、内燃機関の他、内圧が変動する各種ポンプに適用することもできる。本発明のオイルシールをポンプに適用する場合には、本発明のオイルシールを静止体としてのポンプハウジングと、ポンプハウジングに回転自在に取付けられるポンプ軸との間に設けてもよい。
1A、1B オイルシール
2 アウター部材
3 インナー部材
4 可動リップ(可動部材)
4a 取付け部(受圧部)
5 圧力調整機構(可動部材付勢手段)
51 連結壁部
52 圧力室
53 連通路
54 チェック弁(弁手段)
100 クランクケース(静止体)
101 クランク軸(回転体)
205 当接機構(可動部材付勢手段)
251 ピストンロッド(当接部材)
2 アウター部材
3 インナー部材
4 可動リップ(可動部材)
4a 取付け部(受圧部)
5 圧力調整機構(可動部材付勢手段)
51 連結壁部
52 圧力室
53 連通路
54 チェック弁(弁手段)
100 クランクケース(静止体)
101 クランク軸(回転体)
205 当接機構(可動部材付勢手段)
251 ピストンロッド(当接部材)
Claims (4)
- 内圧が変動する静止体と前記静止体に回転自在に取付けられる回転体との間に設けられるオイルシールであって、前記静止体に装着されるアウター部材と、前記回転体に一体回転可能に装着されるとともに、前記アウター部材との間に所定の隙間が形成されるようにして前記アウター部材と組み合わされるインナー部材と、前記所定の隙間に配置され、かつ前記回転体の回転停止時に前記アウター部材と接触して前記所定の隙間が塞がれた状態で前記インナー部材に設けられるとともに、前記回転体の回転速度の上昇に伴って前記アウター部材から離れる方向に変位可能な可動部材と、前記可動部材と前記インナー部材との間に介在し、前記静止体の内圧を利用して前記所定の隙間を塞ぐ方向に前記可動部材を付勢する可動部材付勢手段と、を備えることを特徴とするオイルシール。
- 前記可動部材は、圧力を受けることにより前記所定の隙間を塞ぐ方向に弾性変形可能な受圧部を有し、
前記可動部材付勢手段として、前記可動部材の前記受圧部に作用する圧力を調整可能な圧力調整機構が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のオイルシール。 - 前記圧力調整機構は、前記インナー部材と前記可動部材とを連結する連結壁部と、前記連結壁部と前記受圧部と前記インナー部材とで囲まれて構成された圧力室と、前記圧力室と前記静止体の内部空間とを連通する連通路と、前記静止体の内圧が設定圧力を超えたときに前記連通路を開く開位置と、前記静止体の内圧が前記設定圧力以下のときに前記連通路を閉じる閉位置との間で動作する弁手段と、を備えることを特徴とする請求項2に記載のオイルシール。
- 前記可動部材付勢手段として、前記可動部材に対して進退可能な状態で前記インナー部材に設けられた当接部材を有し、前記静止体の内圧が設定圧力を超えたときに前記当接部材を前記可動部材に当接させることにより前記可動部材を前記所定の隙間を塞ぐ方向に付勢する当接機構が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のオイルシール。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011247292A (ja) * | 2010-05-24 | 2011-12-08 | Jatco Ltd | 回転体支持構造 |
-
2006
- 2006-03-10 JP JP2006065997A patent/JP2007239944A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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