JP6143018B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置に関する。

従来、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置において、軸の表面に摺動自在に接触するシールリップを有する弾性体製シールと、弾性体製シールの内周面側を支持する支持部材とを備えるものが知られている。このような密封装置においては、弾性体製シールを支持部材に位置決めさせた状態で固定させるために、様々な方法が採用されている。例えば、支持部材に接着剤を塗布した後に弾性体製シールを支持部材に一体的に加硫成形する方法が知られている（特許文献１，２参照）。また、支持部材及び弾性体製シールを装着箇所に装着させた状態で金属製のアダプターを嵌合することにより支持部材等を固定する方法も知られている（特許文献３参照）。更に、弾性体製シールにより支持部材を抱え込む方法も知られている（特許文献４参照）。

しかしながら、接着剤を用いる方法の場合には、密封装置を廃棄する際に、接着剤が環境に対する負荷となってしまう。また、密封装置を水中で用いる場合には、経時的な劣化によって接着剤が剥がれてしまう問題もある。

アダプターを用いる方法の場合には、アダプターの分だけ部品点数が増えてしまい、かつアダプターを嵌合させる工程も増えるためコストが増えてしまう問題がある。また、狭いスペースに密封装置を装着しなければならない場合には、そもそもアダプターを嵌合させるスペースを確保できないこともある。

弾性体製シールにより支持部材を抱え込む方法の場合には、シールリップが変形し易い。そのため、密封装置を装着する際や、密封対象流体側が負圧になった場合に、シールリップが密封対象流体側に大きく変形し、密封機能が低下してしまう問題がある。

特開２００４−１９０８４４号公報 特開２００６−１８３８５２号公報 国際公開２０１０／０６１６７０号公報 特開２００９−１２７８３３号公報

本発明の目的は、接着剤やアダプターを用いることなく、支持部材に対して弾性体製シールを位置決めさせた状態で固定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、
相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置において、
前記軸の表面に摺動自在に接触するシールリップを有する弾性体製シールと、
前記シールリップよりも密封対象流体側とは反対側の位置で該弾性体製シールの内周面側を支持する支持部材と、
を備える密封装置であって、
前記支持部材は、密封対象流体側の小径部と、該小径部よりも外径が大きく、該小径部を介して密封対象流体側とは反対側の大径部とを有する段差付きの環状部材で構成されると共に、
前記弾性体製シールは、前記ハウジングの軸孔内周面に対して締め代を有し、かつ前記小径部と大径部の双方に対して締め代を有しており、前記軸孔内周面と支持部材との間に圧入された状態で固定されることを特徴とする。

本発明によれば、弾性体製シールは圧入された状態で固定されるので、支持部材と弾性体製シールとを接着剤により固定する必要がない。従って、環境負荷物質である接着剤を用いる必要がない。また、アダプターも不要である。更に、弾性体製シールは、支持部材に対しても締め代を有しているので、支持部材に弾性体製シールを装着させることで、これらを１部品として取り扱うことが可能となる。従って、組立作業性に優れている。

また、前記弾性体製シールの外周面側には、内周面側における前記小径部に対して締め代を有する部位の径方向外側に設けられる第１締め代部と、内周面側における前記大径部に対して締め代を有する部位の径方向外側に設けられる第２締め代部とが設けられており、これら第１締め代部と第２締め代部との間の部位の外径は、前記軸孔の内径よりも小さく設定されているとよい。

これにより、シールリップの変形を抑制しつつ、弾性体製シールを安定的に固定させることができる。すなわち、弾性体製シールにおいて、密封対象流体側の小径部に対する締め代と第１締め代部によって、シールリップの変形を抑制できる。そして、弾性体製シールにおける大径部に対する締め代と第２締め代部によって、小さな締め代でも大きなつぶし率になるため、軸線方向の長さが短くても、圧入により締め付けられる力を大きくすることができる。これにより、軸線方向の長さを長くすることなく、弾性体製シールを安定的に固定させることが可能となる。また、第１締め代部と第２締め代部との間の部位の外径は、軸孔の内径よりも小さく設定されている。従って、弾性体製シールを軸孔に装着する際に、第１締め代部と第２締め代部が異常に変形してしまうことを抑制できる。これにより、弾性体製シールの位置決め精度を高めることができる。

前記シールリップは、密封対象流体側に向かって伸びる円筒状の根元部分と、該根元部分から密封対象流体側かつ径方向内側に伸びて前記軸表面に摺動自在に接触するリップ先端部分とから構成されており、前記根元部分の内周面側は前記支持部材により支持されているとよい。

これにより、シールリップの変形を効果的に抑制することができる。従って、密封装置を装着する際や、密封対象流体側が負圧になった場合でも、シールリップの変形を抑制し、密封機能の低下を抑制することができる。また、支持部材が、シールリップの密封対象流体側とは反対側への変形を抑制するバックアップリングとしての機能も発揮する。

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、接着剤やアダプターを用いることなく、支持部材に対して弾性体製シールを位置決めさせた状態で固定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適用例を示す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の使用状態を示す模式的断面図である。

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。

（実施例）
図１及び図２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。

＜密封装置の適用例＞
図１を参照して、本発明の実施例に係る密封装置１００の適用例を説明する。図１は自動車用のウォーターポンプ１０の模式的断面図である。ウォーターポンプ１０は、回転軸２１と、回転軸２１が挿通される軸孔を有するハウジング３０とを備えている。回転軸２１には、回転軸２１の回転を円滑にするためのベアリング２２が取り付けられている。また、回転軸２１の一端側には不図示のベルト等によって回転駆動力が与えられるプーリー２３が取り付けられており、他端側には冷却水（ＬＬＣ）を圧送するためのインペラー２４が取り付けられている。そして、本実施例に係る密封装置１００は、この冷却水が外部（すなわち、密封対象流体側（Ｌ）とは反対側（Ａ））に漏れてしまうことを抑制するために、回転軸２１とハウジング３０との間の環状隙間に配置される。つまり、本実施例においては、密封対象流体は冷却水である。

＜密封装置の構成＞
図２を参照して、本発明の実施例に係る密封装置１００について説明する。ここで、図２は回転軸２１の中心軸線を含む面で切断した断面図であり、密封装置１００を使用した状態における断面を示している。なお、密封装置１００は後述するネジ溝１１７の構成を除き回転対称形状であり、中心軸線を含む面であれば、ネジ溝１１７の構成を除き、どの断面も同一である。

本実施例においては、回転軸２１にスリーブ２５が装着されており、密封装置１００は、ステンレスなどの金属製のスリーブ２５の外周面と、ハウジング３０における軸孔３１の内周面との間の環状隙間を密封する。また、本実施例においては、ハウジング３０の軸孔３１には段差が設けられており、密封装置１００は軸孔３１の段差面３２に密着するように装着される。なお、スリーブ２５の外周面は摺動摩耗を抑制させるために、浸炭処理やチッ化処理などの硬化処理を施すと好適である。

そして、密封装置１００は、弾性体製シール１１０と、弾性体製シール１１０を支持する支持部材１２０と、支持部材１２０の内周面側に設けられる樹脂製シール１３０と、樹脂製シール１３０を支持する金属製のバックアップリング１４０とから構成されている。

弾性体製シール１１０の素材としては、ＨＮＢＲなどのゴム材が好適に用いられる。そして、弾性体製シール１１０は、胴体部１１１と、胴体部１１１の密封対象流体側（Ｌ）に一体に設けられたシールリップ１１２とから構成される。胴体部１１１の外周面側には、第１締め代部１１３及び第２締め代部１１４が一体に設けられており、その内周面側には第３締め代部１１５及び第４締め代部１１６が一体に設けられている。また、シールリップ１１２は、密封対象流体側（Ｌ）に向かって伸びる円筒状の根元部分１１２ａと、根元部分１１２ａから密封対象流体側（Ｌ）かつ径方向内側に伸びて軸表面（スリーブ２５の外周面）に摺動自在に接触するリップ先端部分１１２ｂとから構成されている。また、リップ先端部分１１２ｂの内周面側には、回転軸２１の回転時に密封対象流体を密封対象流体側（Ｌ）に戻す機能を発揮させるネジ溝１１７が設けられている。

支持部材１２０の材料としては、ステンレスなどの金属や硬質の樹脂などの剛性の高いものが用いられる。この支持部材１２０は、密封対象流体側（Ｌ）の小径部１２１と、小径部１２１よりも外径が大きく、小径部１２１を介して密封対象流体側（Ｌ）とは反対側（Ａ）の大径部１２２とを有する段差付きの環状部材で構成される。これら小径部１２１と大径部１２２の外周面側で弾性体製シール１１０の内周面側を支持している。ここで、小径部１２１の外周面側は、弾性体製シール１１０における胴体部１１１の内周面側だけでなく、シールリップ１１２の根元部分１１２ａの内周面側も支持している。

そして、小径部１２１と大径部１２２との間は、軸線方向に垂直な段差部１２３で繋がれている。また、支持部材１２０における密封対象流体側（Ｌ）と、その反対側（Ａ）には、それぞれ内向きフランジ部１２４，１２５が設けられている。

ここで、上述した弾性体製シール１１０における第３締め代部１１５は、支持部材１２０の小径部１２１に対する締め代部であり、第４締め代部１１６は、支持部材１２０の大径部１２２に対する締め代部である。つまり、第３締め代部１１５の内径は小径部１２１の外径よりも小さく設定され、第４締め代部１１６の内径は大径部１２２の外径よりも小さく設定されている。また、第１締め代部１１３は第３締め代部１１５の径方向外側に設けられており、第１締め代部１１３と、第３締め代部１１５の領域が径方向にて重なる（同じ位置にある）よう、配置されている。また、第２締め代部１１４は第４締め代部１１６の径方向外側に設けられており、第２締め代部１１４と、第４締め代部１１６の領域が径方向にて重なる（同じ位置にある）よう、配置されている。これら第１締め代部１１３及び第２締め代部１１４の外径は、軸孔３１の内径よりも大きく設定されている。また、これら第１締め代部１１３と第２締め代部１１４との間の部位の外径は、軸孔３１の内径よりも小さく設定されている。なお、図２においては、説明の便宜上、弾性体製シール１１０は、外力を受けていない状態の図を示している。従って、点線で示している第１締め代部１１３，第２締め代部１１４，第３締め代部１１５及び第４締め代部１１６は、装着状態においては、実際には圧縮される。

以上の構成により、弾性体製シール１１０は、軸孔３１の内周面と支持部材１２０との間に圧入された状態で固定される。

そして、支持部材１２０における大径部１２２の内周面側に、ＰＴＦＥ等で構成された樹脂製シール１３０と、ステンレスなどの金属製のバックアップリング１４０が設けられている。樹脂製シール１３０は、軸表面（スリーブ２５の外周面）に摺動自在に接触するリップ部１３１と、支持部材１２０における大径部１２２の内周面に対する締め代部分１３２と、段差部１２３により圧縮される被圧縮部１３３とを備えている。なお、図２においては、説明の便宜上、樹脂製シール１３０は、外力を受けていない状態の図を示している。従って、点線で示している締め代部分１３２及び被圧縮部１３３は、装着状態においては、実際には圧縮される。以上の構成により、樹脂製シール１３０及びバックアップリング１４０は、支持部材１２０における段差部１２３と内向きフランジ部１２４によって挟み込まれることによって、支持部材１２０に対して固定された状態となっている。

（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によれば、弾性体製シール１１０は圧入された状態で固定されるので、支持部材１２０と弾性体製シール１１０とを接着剤により固定する必要がない。従って、環境負荷物質である接着剤を用いる必要がない。また、従来のようにアダプターも不要である。更に、弾性体製シール１１０は、支持部材１２０に対しても締め代（第３締め代部１１５及び第４締め代部１１６）を有している。従って、支持部材１２０に弾性体製シール１１０を装着させることで、これらを１部品として取り扱うことが可能となる。また、本実施例においては、樹脂製シール１３０及びバックアップリング１４０も支持部材１２０に固定されている。従って、これらの４つの部材を１部品として取り扱うことができる。従って、組立作業性に優れている。

また、本実施例においては、弾性体製シール１１０に、第１締め代部１１３，第２締め代部１１４，第３締め代部１１５及び第４締め代部１１６を設けた構成を採用している。これにより、シールリップ１１２の変形を抑制しつつ、弾性体製シール１１０を安定的に固定させることができる。すなわち、弾性体製シール１１０において、密封対象流体側（Ｌ）の第３締め代部１１５と第１締め代部１１３によって、シールリップ１１２の変形を抑制できる。そして、大径部１２２に対する第４締め代部１１６と第２締め代部１１４によって、小さな締め代でも大きなつぶし率になるため、軸線方向の長さが短くても、圧入により締め付けられる力を大きくすることができる。これにより、軸線方向の長さを長くすることなく、弾性体製シール１１０を安定的に固定させることが可能となる。また、第１締め代部１１３と第２締め代部１１４との間の部位の外径は、軸孔３１の内径よりも小さく設定されている。そのため、弾性体製シール１１０を軸孔３１に装着する際に、第１締め代部１１３と第２締め代部１１４が異常に変形してしまうことを抑制できる。これにより、弾性体製シール１１０の位置決め精度を高めることができる。

また、本実施例においては、シールリップ１１２における根元部分１１２ａの内周面側は支持部材１２０により支持される構成を採用している。これにより、シールリップ１１２の変形は効果的に抑制される。従って、密封装置１００を装着する際や、密封対象流体側（Ｌ）が負圧になった場合でも、シールリップ１１２の変形を抑制し、密封機能の低下を抑制することができる。また、支持部材１２０が、シールリップ１１２の密封対象流体側（Ｌ）とは反対側（Ａ）への変形を抑制するバックアップリングとしての機能も発揮する。

（その他）
上記実施例においては、密封装置の適用例として、自動車用のウォーターポンプ１０に用いられる場合を例にして説明した。しかしながら、本発明は相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間をシールする必要のある各種装置に適用可能である。また、上記実施例においては、回転軸２１にスリーブ２５を装着させる場合を示したが、本発明においては、軸の表面に対して、弾性体製シールのシールリップが直接摺動接触する場合にも適用可能である。

１０ ウォーターポンプ
２１ 回転軸
２２ ベアリング
２３ プーリー
２４ インペラー
２５ スリーブ
３０ ハウジング
３１ 軸孔
３２ 段差面
１００ 密封装置
１１０ 弾性体製シール
１１１ 胴体部
１１２ シールリップ
１１２ａ 根元部分
１１２ｂ リップ先端部分
１１３ 第１締め代部
１１４ 第２締め代部
１１５ 第３締め代部
１１６ 第４締め代部
１１７ ネジ溝
１２０ 支持部材
１２１ 小径部
１２２ 大径部
１２３ 段差部
１２４，１２５ 内向きフランジ部
１３０ 樹脂製シール
１３１ リップ部
１３２ 締め代部分
１３３ 被圧縮部
１４０ バックアップリング

Claims (3)

1. 相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置において、
   前記軸の表面に摺動自在に接触するシールリップを有する弾性体製シールと、
   前記シールリップよりも密封対象流体側とは反対側の位置で該弾性体製シールの内周面側を支持する支持部材と、
   を備える密封装置であって、
   前記支持部材は、密封対象流体側の小径部と、該小径部よりも外径が大きく、該小径部を介して密封対象流体側とは反対側の大径部とを有する段差付きの環状部材で構成されると共に、
   前記弾性体製シールは、前記ハウジングの軸孔内周面に対して締め代を有し、かつ前記小径部と大径部の双方に対して締め代を有しており、前記軸孔内周面と支持部材との間に圧入された状態で固定されることを特徴とする密封装置。
2. 前記弾性体製シールの外周面側には、内周面側における前記小径部に対して締め代を有する部位の径方向外側に設けられる第１締め代部と、内周面側における前記大径部に対して締め代を有する部位の径方向外側に設けられる第２締め代部とが設けられており、これら第１締め代部と第２締め代部との間の部位の外径は、前記軸孔の内径よりも小さく設定さ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. 前記シールリップは、密封対象流体側に向かって伸びる円筒状の根元部分と、該根元部分から密封対象流体側かつ径方向内側に伸びて前記軸表面に摺動自在に接触するリップ先端部分とから構成されており、前記根元部分の内周面側は前記支持部材により支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密封装置。

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