JP4849235B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や一般機械、産業機械等において、軸孔ハウジングとこれに回転又は軸方向往復動可能に挿通された軸との間を密封する密封装置に関するものである。

機器の軸孔ハウジングとこれに挿通された回転軸との間でオイル等を密封するために使用される密封装置としては、例えば特許文献１のようなオイルシールが良く知られている。
特開２００２−２０６６４４号公報

図５は、特許文献１と同種の、従来の密封装置（オイルシール）１００を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。すなわち、この密封装置１００は、金属板の打ち抜きプレス成形等により製作された補強環１０５にゴム状弾性材料で一体成形されたもので、略円筒状のガスケット部１０１と、その機外空間Ｂ側となる端部から内周側へ延びるリップホルダ部１０２と、このリップホルダ部１０２の内周端からガスケット部１０１及びリップホルダ部１０２と共に断面略コ字形をなすように、機内空間Ａ側へ向けて延びるシールリップ１０３と、前記リップホルダ部１０２の内周端からシールリップ１０３と反対側（機外空間Ｂ側）へ向けて延びるダストリップ１０４と、ガスケット部１０１及びリップホルダ部１０２に跨って埋設された補強用の補強環１０５と、シールリップ１０３に嵌着されたエキステンションスプリング１０６とを有する。

ガスケット部１０１は、軸孔ハウジング１１０の内周面に圧入され、補強環１０５との間で適当に圧縮されることによって、所要の密封力を発揮すると共に、軸孔ハウジング１１０との軸方向固定力が与えられる。また、シールリップ１０３は、その内周のシールエッジ１０３ａが、軸孔ハウジング１１０に挿通された回転軸１２０の外周面に、適当な緊迫力をもって摺動可能に密接され、ダストリップ１０４は、その内周縁が、前記回転軸１２０の外周面に、微小隙間をもって近接されるか、僅かな締め代をもって摺動可能に密接される。

ところが、この種の密封装置１００は、軸孔ハウジング１１０への固定力を、ゴム状弾性材料からなるガスケット部１０１の圧縮反力に由来する圧接力にのみ依存しているため、特に、例えば軸孔ハウジング１１０の内径と回転軸１２０の外径との径寸法差Δφが大きく、すなわち機内空間Ａの内圧に対する受圧面積が大きい場合は、機内空間Ａの僅かな圧力上昇でも機外空間Ｂ側への軸方向荷重が大きくなるので、軸孔ハウジング１１０から密封装置１００が離脱してしまうおそれがある。

また、例えば軸孔ハウジング１１０がアルミ材のような熱膨張係数の大きい材料からなるものである場合は、温度上昇時に、密封装置１００の内部の補強環１０５と軸孔ハウジング１１０との熱膨張量の差によって、両者１０５，１１０間でのガスケット部１０１の径方向圧縮量が減少又は喪失するので、この場合も、軸孔ハウジング１１０から密封装置１００が離脱してしまうおそれがある。

そして、このような温度上昇時の密封装置１００の離脱を防止するには、補強環１０５と軸孔ハウジング１１０との熱膨張差によるガスケット部１０１の径方向圧縮量の減少を見込んで、予めガスケット部１０１の径方向圧縮代を大きく設定しておくことが有効であるが、この場合は、当該密封装置１００を軸孔ハウジング１１０の内周に組み付ける際の圧入抵抗が大きくなって、組み付け作業性が著しく悪化するばかりでなく、軸孔ハウジング１１０やガスケット部１０１が損傷を受けるおそれがある。

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、その技術的課題とするところは、機内空間の圧力による軸方向荷重の増大や、軸孔ハウジングの熱膨張によるガスケット部の径方向圧縮量の減少によって、軸孔ハウジングから密封装置が離脱するのを防止することにある。

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、請求項１の発明に係る密封装置は、軸孔ハウジングの内周面に密嵌されるゴム状弾性材料からなるガスケット部が形成された外周基部と、その内周側から機内空間側へ延びて、前記軸孔ハウジングに挿通された軸の外周面に摺動可能に密接されるゴム状弾性材料からなるシールリップと、前記ガスケット部の間に形成された溝部に嵌め込んで取り付けられ、自由状態では前記軸孔ハウジングの想定し得る熱膨張時の内周面よりも大径で略線形のばね特性を有するラジアルスプリングとを備え、前記ラジアルスプリングが、円周方向一箇所で切断された環状体からなるものである。

上記構成において、ラジアルスプリングは、軸孔ハウジングの熱膨張によって、その内周面に密接されたガスケット部の径方向圧縮量が減少しても、ラジアルスプリングが拡径して軸孔ハウジングの内周面に追随して圧接し、しかも略線形のばね特性を有するため、軸孔ハウジングの内周面との圧接力の減少は、ゴム状弾性材料からなるガスケット部に比較して小さい。このため、軸孔ハウジングに対する密封装置の軸方向固定力が補償される。また、このラジアルスプリングは、縮径変形させても径方向荷重が非線形的に急激に増大することがないので、軸孔ハウジングの内周に組み付ける際の圧入抵抗の増大が抑えられる。

請求項２の発明に係る密封装置は、請求項１に記載の構成において、ラジアルスプリングが、軸孔ハウジングの内周面に形成された溝又は凹部に係止されるものである。

請求項１の発明に係る密封装置によれば、軸孔ハウジングとの軸方向固定力がラジアルスプリングの径方向追随性によって補償され、しかも前記ラジアルスプリングの優れた径方向追随性が確保されるので、軸孔ハウジングの熱膨張によるガスケット部の径方向圧縮量の減少や、機内の圧力による軸孔ハウジングからの離脱が有効に防止され、しかも軸孔ハウジングへの組み付け作業性の悪化を来さないといった効果が実現される。

請求項２の発明に係る密封装置によれば、軸孔ハウジングからの離脱防止が、軸孔ハウジングの内周面に形成された溝又は凹部とラジアルスプリングとの係止によって行われ、軸孔ハウジングの内周面に対するラジアルスプリング及びガスケット部の圧接力には依存されないので、軸孔ハウジングへの組み付け作業性の悪化を来すことなく、確実に離脱防止を実現することができる。

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、第一の形態による密封装置１を、一部断面を表す未装着状態の側面図、図２は、第一の形態において用いられるラジアルスプリング１７を軸心と平行な方向から見た図、図３は、第一の形態による密封装置１を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。

図１及び図３に示される密封装置１は、金属板の打ち抜きプレス成形等により製作された補強環１５にゴム状弾性材料で一体成形された構造を有する。詳しくは、外周面に軸方向に並んで環状に延びる一対のガスケット部１１ａ，１１ａが突出形成された外周基部１１と、その機外空間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の内周端から外周基部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、機内空間Ａ側へ向けて延びるシールリップ１３と、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（機外空間Ｂ側）へ向けて延びるダストリップ１４と、外周基部１１及びリップホルダ部１２に跨って埋設された補強環１５と、シールリップ１３に嵌着されたエキステンションスプリング１６と、ガスケット部１１ａ，１１ａ間の相対的な溝部１１ｂに嵌め込んで取り付けられたラジアルスプリング１７とを備える。

補強環１５は、外周基部１１に埋設された円筒部１５ａと、リップホルダ部１２に埋設されたフランジ部１５ｂからなる断面略Ｌ字形の屈曲形状を呈する。外周基部１１は、図３に示される軸孔ハウジング２の内周面２ａに圧入・密嵌される部分であって、補強環１５の円筒部１５ａと軸孔ハウジング２との間でガスケット部１１ａ，１１ａが径方向に適当に圧縮され、その反力によって、軸孔ハウジング２の内周面２ａに適当な面圧で密接されるものである。

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、軸孔ハウジング２の内周に回転可能に挿通された回転軸３の外周面３ａに、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。なお、回転軸３は、請求項１に記載された軸に相当する。

また、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３の外周面３ａ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。

エキステンションスプリング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３の外周面３ａに対するシールリップ１３（シールエッジ１３ａ）の緊迫力を補償するものである。

ラジアルスプリング１７は、円周方向一箇所で切断１７ａされた金属製又は硬質合成樹脂製の環状体からなるものであって、このため拡径・縮径方向へ弾性変形可能であり、自由状態では、軸孔ハウジング２の想定し得る熱膨張時の内周面２ａよりも大径である。また好ましくは、ゴム状弾性材料からなるガスケット部１１ａ，１１ａが損傷を受けることのないように、ラジアルスプリング１７の断面上の角部は、面取り又はアール状に形成される。

以上のように構成された第一の形態による密封装置１は、図３に示されるように、シールリップ１３が機内空間Ａ側を向くようにして、外周基部１１のガスケット部１１ａ，１１ａを軸孔ハウジング２の内周面２ａに密嵌すると共に、ラジアルスプリング１７を前記内周面２ａに圧入し、シールリップ１３の内周のシールエッジ１３ａを、回転軸３の外周面３ａに摺動可能に密接させる。このため、機内空間Ａに存在する密封対象油が軸周から機外空間Ｂへ漏洩するのを防止し、かつダストシール１４によって、機外空間Ｂからの異物の侵入を防止することができる。

そして図３に示される装着状態では、外周基部１１の外周に配置されガスケット部１１ａ，１１ａ間の相対的な溝部１１ｂに嵌合されたラジアルスプリング１７が、自由状態より適宜縮径されているので、十分な拡径力で軸孔ハウジング２の内周面２ａに圧接しており、ガスケット部１１ａ，１１ａの圧接力による密封装置１の軸方向固定力を補っている。このため、機内空間Ａの圧力による軸孔ハウジング２からの密封装置１の離脱が有効に防止される。

ここで、機器の駆動に伴う機内温度の上昇によって、軸孔ハウジング２が熱膨張すると、その内周面２ａの径が増大する。このとき、密封装置１内の補強環１５も熱膨張により拡径するが、特に、軸孔ハウジング２がアルミ材のような熱膨張係数の大きい材料からなるものである場合は、補強環１５と軸孔ハウジング２との熱膨張量の差が大きくなるので、両者１５，２間でのガスケット部１１ａ，１１ａの径方向圧縮量が減少することになる。そして、このガスケット部１１ａ，１１ａを形成しているゴム状弾性材料は、非線形のばね特性を有するため、径方向圧縮量の減少に伴って、軸孔ハウジング２の内周面２ａに対する圧接力が急激に減少してしまう。

しかしながら、ガスケット部１１ａ，１１ａ間に設けられたラジアルスプリング１７は、自由状態では、軸孔ハウジング２の想定し得る熱膨張時の内周面２ａよりも大径であるため、熱膨張による軸孔ハウジング２の内周面２ａの拡径に追随変位して圧接状態を維持する。しかもこのラジアルスプリング１７は、略線形のばね特性を有するので、軸孔ハウジング２の内周面２ａに対する圧接力の減少は、ゴム状弾性材料からなるガスケット部１１ａ，１１ａに比較して緩やかである。このため、軸孔ハウジング２に対する密封装置１の軸方向固定力がラジアルスプリング１７によって補償され、密封装置１の離脱が有効に防止される。

なお、ガスケット部１１ａ，１１ａも、熱膨張による軸孔ハウジング２の内周面２ａの拡径に追随して密接状態を維持するため、所要のシール性が保たれる。

また、当該密封装置１を軸孔ハウジング２の内周面２ａに圧入して組み付ける際には、ラジアルスプリング１７が縮径変形されるが、これによるラジアルスプリング１７の拡径力の増大は線形的であるため、ラジアルスプリング１７の圧入抵抗が急激に増大して密封装置１の組み付けが困難になるようなことはない。しかも先に述べたように、ラジアルスプリング１７が、ガスケット部１１ａ，１１ａによる密封装置１の軸方向固定力を補うため、ガスケット部１１ａの圧縮代をそれほど大きく設定する必要がなく、したがって当該密封装置１を軸孔ハウジング２の内周面２ａに圧入して組み付ける際に、圧入抵抗によってガスケット部１１ａがむしり取られたり、損傷を受けるのを有効に防止することができる。

次に図４は、本発明の第二の形態による密封装置１を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。

この形態において、密封装置１自体は、基本的に上述の第一の形態と同様のものであり、異なるところは、軸孔ハウジング２の内周面２ａに円周方向へ連続した溝２ｂが形成されていて、密封装置１の外周基部１１の外周に配置されガスケット部１１ａ，１１ａ間の溝部１１ｂに嵌合されたラジアルスプリング１７の外周部が、前記溝２ｂに係止されるようにしたことにある。なお、このラジアルスプリング１７も、自由状態では、軸孔ハウジング２の想定し得る熱膨張時の内周面２ａよりも大径である。

したがって、この構成によれば、密封装置１の外周基部１１のガスケット部１１ａ，１１ａ間及び軸孔ハウジング２の溝２ｂの双方に係合したラジアルスプリング１７によって、軸孔ハウジング２からの密封装置１の離脱が確実に防止される。しかも、この離脱防止が、軸孔ハウジング２の内周面２ａに対するラジアルスプリング１７及びガスケット部１１ａ，１１ａの圧接力に依存するものではないので、軸孔ハウジング２への密封装置１の圧入による組み付け作業性の悪化を来さない。

本発明の第一の形態による密封装置を、一部断面を表す未装着状態の側面図である。 第一の形態において用いられるラジアルスプリングを図１における軸心Ｏと平行な方向から見た図である。 本発明の第一の形態による密封装置を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。 本発明の第二の形態による密封装置を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。 従来の密封装置を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

符号の説明

１ 密封装置
１１ 外周基部
１１ａ ガスケット部
１１ｂ 溝部
１２ リップホルダ部
１３ シールリップ
１４ ダストリップ
１５ 補強環
１６ エキステンションスプリング
１７ ラジアルスプリング
２ 軸孔ハウジング
２ａ 内周面
２ｂ 溝
３ 回転軸
３ａ 外周面
Ａ 機内空間
Ｂ 機外空間

Claims (2)

1. 軸孔ハウジング（２）の内周面（２ａ）に密嵌されるゴム状弾性材料からなるガスケット部（１１ａ）が形成された外周基部（１１）と、その内周側から機内空間（Ａ）側へ延びて、前記軸孔ハウジング（２）に挿通された軸（３）の外周面（３ａ）に摺動可能に密接されるゴム状弾性材料からなるシールリップ（１３）と、前記ガスケット部（１１ａ）の間に形成された溝部（１１ｂ）に嵌め込んで取り付けられ、自由状態では前記軸孔ハウジング（２）の想定し得る熱膨張時の内周面（２ａ）よりも大径で略線形のばね特性を有するラジアルスプリング（１７）とを備え、前記ラジアルスプリング（１７）が、円周方向一箇所で切断された環状体からなることを特徴とする密封装置。
2. ラジアルスプリング（１７）が、軸孔ハウジング（２）の内周面（２ａ）に形成された溝（２ｂ）又は凹部に係止されることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
   

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