JP6163293B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車のクランクシャフト等の回転軸と、前記回転軸を包囲するケーシングとの間を密封するための密封装置に関する。

従来より、自動車用エンジンにおいて、クランク室と、前記クランク室を貫通したクランクシャフトのフロント側の端部との間から潤滑油が漏洩するのを防止するために密封装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
図５（ａ）は、上記従来の密封装置を示す断面図である。密封装置１００は、クランク室のハウジング１０１と、このハウジング１０１から突出したクランクシャフトのフロント側の端部１０２（以下、単に「軸端部１０２」ともいう）との間の環状空間に取り付けられており、ハウジング１０１と、軸端部１０２との間からクランク室内の潤滑油が外部に漏洩しないように密封している。

密封装置１００は、軸端部１０２の外周面１０２ａに摺接する主リップ１０３と、主リップ１０３よりもクランク室の外側方向に位置している補助リップ１０４とを備えている。
補助リップ１０４は、外部の泥水や塵埃から主リップ１０３を保護するために設けられており、その内周側の先端１０４ａが基端部１０４ｂよりもクランク室の外側方向に位置するように傾斜して延びている。

特開２００８−２５６５４号公報

密封装置１００をハウジング１０１に取り付けるには、一般に、クランク室の外側に突出した軸端部１０２に密封装置１００を外嵌させた後、ハウジング１０１内に密封装置１００を挿入する。
従って、密封装置１００内には、主リップ１０３側から軸端部１０２が導入されることとなる。このとき、補助リップ１０４は、上述のように傾斜しているため、軸端部１０２の挿入によって、軸端部１０２の外周面１０２ａに対して補助リップ１０４の先端１０４ａが軸方向に摺動したとしても、補助リップ１０４に無理な変形が生じることはない。

しかし、エンジンやクランクシャフトの構造によっては、軸端部１０２を、クランク室の外側、すなわち、補助リップ１０４側から密封装置１００内に導入しなければならない場合がある。
このような場合、補助リップ１０４は、その先端１０４ａが基端部１０４ｂよりもクランク室の外側方向に位置するように傾斜して延びているので、例えば、補助リップ１０４の先端１０４ａが軸端部１０２の端面や面取部に突き当たったり、ひっかかったりすると、当該先端１０４ａが軸端部１０２により軸方向に押圧され、図５（ｂ）に示すように、補助リップ１０４が折れ曲がるように変形する、いわゆる反転が生じる。

また、密封装置１００は、回転力を発生させるためのクランクシャフトに摺接するため、密封性に加えて摩擦ロスの低減が求められる。このため、補助リップ１０４は、軸端部１０２の外周面１０２ａに対してしめしろがほぼ無しに設定されていた。
しかし、近年、オフロード等の過酷な環境下で用いられることを想定して、補助リップ１０４に適度なしめしろを設定することがあり、上記反転の発生を助長していた。

補助リップ１０４に反転が生じると、補助リップ１０４に破損や変形が生じて、主リップ１０３を外部の泥水や塵埃から保護する効果が低下し、主リップ１０３の密封性能が早期に低下してしまう。この結果、密封装置１００の寿命を著しく低下させてしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、補助リップ側から回転軸が挿入されたとしても、補助リップの反転が生じるのを抑制することができる密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、回転軸と、この回転軸を包囲しているケーシングとの間を密封する密封装置であって、前記ケーシング側に固定され、前記回転軸の外周面に摺接する主リップと、前記主リップの軸方向一方側に設けられ、その内周側の先端が前記外周面に摺接する補助リップと、を備え、前記補助リップは、前記先端が当該補助リップの基端部よりも軸方向一方側に位置するように軸方向に対して傾斜して延びており、前記補助リップの内周側の先端には、前記回転軸の軸端部が前記補助リップ側から挿入されるときに、当該補助リップの先端よりも先に前記回転軸の軸端部に接触する突出部が複数形成され、前記突出部の表面形状は、球面に形成されていることを特徴としている。

上記のように構成された密封装置によれば、回転軸の軸端部が補助リップ側から挿入されるときに、当該補助リップの先端よりも先に回転軸の軸端部に接触する突出部が、補助リップの先端に複数形成されているので、補助リップ側から軸端部が挿入される際に、突出部が無いことにより補助リップの先端の全周が軸端部に接触する場合と比較して、軸端部に対する補助リップ側の接触面積を減少させることができ、補助リップと軸端部との間の摩擦抵抗を減少させることができる。この結果、補助リップ側から回転部材の軸端部が挿入されたとしても、補助リップの先端を軸方向他方側に引っ張るように作用する摩擦力を低減でき、補助リップが反転してしまうのを抑制することができる。

上記密封装置において、前記突出部は、円周方向に沿って等間隔に形成されていることが好ましく、この場合、突出部を周方向に均等に配置されるので、回転部材の軸端部に対して突出部を確実に接触させることができる。

上記密封装置において、前記突出部の表面形状は、球面に形成されているので、突出部は、補助リップ側から回転部材の軸端部が挿入される際、軸端部の外面に沿って滑らかに摺動することができる。このため、突出部が軸端部に引っ掛かるのが抑制され、より効果的に補助リップの反転を抑制することができる。

本発明の密封装置によれば、補助リップ側から回転軸が挿入されたとしても、補助リップの反転が生じるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る密封装置の断面図である。 （ａ）は、図１中、補助リップの拡大図であり、（ｂ）は、密封装置をクランク室の外側から正面視したときの一部を示す外観図である。 クランクシャフトの端部を軸方向一方側から密封装置に挿入する際の端部と、補助リップとの接触状態を説明するための図であり、（ａ）は、端部の挿入開始直後、（ｂ）は、補助リップが端部の外周面に接触している状態を示している。 （ａ）は、反転の生じ難さを評価するための試験を説明するための図であり、（ｂ）は、反転の生じ難さを評価するための試験結果を示すグラフである。 （ａ）は、従来の密封装置を示す断面図であり、（ｂ）は、補助リップに生じる反転を説明するための断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る密封装置の断面図である。この密封装置１は、自動車用エンジンのクランク室（図示せず）と、前記クランク室を貫通したクランクシャフトのフロント側の軸端部Ｓとの間から潤滑油が漏洩するのを防止するために用いられる。
回転軸としての前記クランクシャフトは、ケーシングとしての前記クランク室に包囲されるとともに前記クランク室内で回転自在に支持されている。

密封装置１は、環状に構成されており、クランク室に設けられているハウジングＨと、クランクシャフトの軸端部Ｓとの間に形成される環状空間に装着されて、前記クランクシャフトと前記クランク室との間を密封する。
密封装置１は、金属製の芯金２と、芯金２に加硫接着により形成されたフッ素ゴム等の弾性体からなるシール部３とを備えている。

芯金２は、ＳＰＣＣ等の鋼板をプレス加工することによって環状に形成されている。芯金２は、円筒状の円筒部２ａと、円筒部２ａの軸方向一方側の端部を径方向内側に折り曲げて形成された環状部２ｂとを有しており、断面Ｌ字形に形成されている。
シール部３は、円筒部２ａの外周面から環状部２ｂの外側面に沿って接着形成された本体部４と、環状部２ｂの先端から延びるリップ部５とを有している。
芯金２は、本体部４を介してハウジングＨに圧入嵌合されており、これによって、密封装置１は、ハウジングＨに固定されている。

リップ部５は、環状部２ｂの先端から軸方向他方側に延びている環状の主リップ６と、環状部２ｂの先端付近を基端部として径方向内側に突設された環状の補助リップ７とを有している。
主リップ６の外周面側には、当該主リップ６を径方向内側に押圧して密封性を高めるためのガータスプリング８が装着されている。

主リップ６は、径方向内側に突出した山形の断面形状に形成されている。主リップ６は、山形の先端である環状の摺接部６ａを前記クランクシャフトの軸端部Ｓの外周面Ｓ１に摺接することで、回転する軸端部Ｓと、ハウジングＨとの間からクランク室内部の潤滑油が外部に漏れないように密封している。

補助リップ７は、主リップ６の軸方向一方側に設けられている。補助リップ７は、先端７ａが当該補助リップ７の基端部７ｂよりも軸方向一方側に位置するように軸方向に対して傾斜して延びている。
補助リップ７の先端７ａには、軸端部Ｓの外周面Ｓ１に摺接する環状の摺接部７ｃが形成されており、補助リップ７は、外部と、主リップ６との間を密封している。これによって、補助リップ７は、外部の泥水や塵埃から主リップ６を保護し、主リップ６の密封性能が早期に低下するのを抑制している。
密封装置１は、上記のように、主リップ６、及び補助リップ７をクランクシャフトの軸端部Ｓに摺接させることで、クランクシャフトとクランク室との間を密封している。

図２（ａ）は、図１中、補助リップ７の拡大図であり、図２（ｂ）は、密封装置１をクランク室の外側から正面視したときの一部を示す外観図である。なお、図２（ａ）は、自由状態にある補助リップ７を示している。
補助リップ７の先端７ａには、複数の突出部１０が形成されている。この突出部１０は、補助リップ７の軸方向一方側に向く外側面９、及び補助リップ７の先端７ａの端縁面１１から突出して形成されている。
これによって、突出部１０は、自由状態にある補助リップ７の先端７ａから、軸方向一方側に突出している。

突出部１０は、その表面形状が半径約０．３ｍｍの球面に形成されている。
本実施形態の密封装置１の摺接部６ａ，７ｃの内径が約４０ｍｍ、補助リップ７の厚みが約０．６〜０．７ｍｍに設定されているとすると、突出部１０の内周端から補助リップ７の摺接部７ｃまでの径方向幅寸法Ｈ１は、約０．０３ｍｍに設定される。また、自由状態にある補助リップ７の先端７ａに対して軸方向一方側に突出する突出部１０の突出寸法Ｈ２は、約０．０５ｍｍに設定されている。

突出部１０は、図２（ｂ）に示すように、円周方向に沿って等間隔に形成されている。突出部１０は、円周方向に４８箇所形成されている。よって、突出部１０は、周方向の角度間隔Ｄが７．５度となるように等間隔で形成されている。また、突出部１０の周方向の幅寸法Ｗは、約０．６ｍｍに設定されている。
本実施形態の場合、上述のように摺接部７ｃの内径が約４０ｍｍに設定されているので、突出部１０は、全周に対して、約２３％の割合で形成されている。

上記構成の密封装置１によれば、自由状態にある補助リップ７の先端７ａから軸方向一方側に突出した突出部１０が、補助リップ７の先端７ａに複数形成されているので、軸方向一方側、すなわち補助リップ７側からクランクシャフトの軸端部Ｓが挿入される場合、補助リップ７に形成された突出部１０がまず軸端部Ｓに接触する。このため、突出部１０が無いことにより補助リップ７の先端７ａの全周が軸端部Ｓに接触する場合と比較して、軸端部Ｓに対する補助リップ７側の接触面積を減少させることができる。

図３は、クランクシャフトの軸端部Ｓを、補助リップ７側（軸方向一方側）から密封装置１に挿入する際の軸端部Ｓと、補助リップ７との接触状態を説明するための図であり、（ａ）は、軸端部Ｓの挿入開始直後、（ｂ）は、補助リップ７が軸端部Ｓの外周面Ｓ１に接触している状態を示している。

図３（ａ）に示すように、軸端部Ｓを補助リップ７側から挿入を開始すると、まず、補助リップ７の先端７ａ（の端縁面１１）から軸方向一方側に突出した突出部１０が、軸端部Ｓの先端に形成された面取部Ｓ２に接触する。よって、補助リップ７の先端７ａの端縁面１１は、面取部Ｓ２に接触しない。

仮に、補助リップ７の先端７ａに突出部１０が形成されていなければ、補助リップ７の先端７ａ（の端縁面１１）の全周が面取部Ｓ２に接触する。
これに対して、本実施形態では、補助リップ７の先端７ａに突出部１０が円周方向に沿って等間隔に複数形成されているので、複数の突出部１０が面取部Ｓ２に接触することで、補助リップ７の先端７ａの全周が面取部Ｓ２に接触する場合と比較して、軸端部Ｓに対する補助リップ７側の接触面積を減少させることができる。

これにより、補助リップ７と軸端部Ｓとの間の摩擦抵抗を減少させることができる。この結果、補助リップ７側からクランクシャフトの軸端部Ｓが挿入されたとしても、補助リップ７の先端７ａを軸方向他方側に引っ張るように作用する摩擦力を低減でき、補助リップ７の先端７ａ付近が折れ曲がるように変形し反転してしまうのを抑制することができる。

以上のように、上記構成の密封装置１によれば、軸端部Ｓが補助リップ７側から挿入されるときに、当該補助リップ７の先端７ａよりも先に軸端部Ｓに接触する突出部１０が、補助リップ７の先端７ａに複数形成されているので、補助リップ７側から軸端部Ｓが挿入される際に、補助リップ７が反転してしまうのを抑制することができる。

また、突出部１０の表面形状は、球面に形成されているので、図３（ａ）のように、補助リップ７側から軸端部Ｓが挿入される際、軸端部Ｓの外面としての面取部Ｓ２、及び外周面Ｓ１に沿って滑らかに摺動することができる。このため、突出部１０が軸端部Ｓに引っ掛かるのが抑制され、より効果的に補助リップ７の反転を抑制することができる。

さらに軸端部Ｓを密封装置１にさらに挿入していくと、補助リップ７の突出部１０は、軸端部Ｓの面取部Ｓ２に沿って滑らかに摺動する。補助リップ７の先端７ａは、突出部１０の軸端部Ｓに対する摺動に伴って序々に拡径される。
その後、補助リップ７の先端７ａは、図３（ｂ）に示すように、摺接部７ｃが外周面Ｓ１に接触するまで拡径される。

本実施形態の突出部１０は、補助リップ７の先端７ａが軸端部Ｓの外周面Ｓ１に摺接するのを妨げることなく、自由状態にある補助リップ７の先端７ａから軸方向一方側に突出するように形成されている。
したがって、補助リップ７は、図３（ｂ）のように、突出部１０に妨げられることなく摺接部７ｃを外周面Ｓ１に摺接させることができ、外周面Ｓ１との間を密封することができる。

以上のように、本実施形態では、先端７ａに突出部１０を設けることで補助リップ７の反転の発生を抑制しつつ、補助リップ７側からクランクシャフトの軸端部Ｓを挿入することができる。

また、上記実施形態では、突出部１０が、円周方向に沿って等間隔に形成されていることにより、周方向に均等に配置されているので、クランクシャフトの軸端部Ｓに対して突出部１０を確実に接触させることができる。

ここで、本実施形態の突出部１０の補助リップ７の全周に対する割合は、上述のように、約２３％であるが、突出部１０の補助リップ７の全周に対する割合は、５０％を超えると、突出部１０の軸端部Ｓに対する接触面積が増加し、突出部１０によって、補助リップ７の先端７ａを軸方向他方側に引っ張るような摩擦力を生じさせ、逆に反転の原因となってしまう。このため、突出部１０の全周に対する割合は、５０％以下であることが好ましい。

また、突出部１０の全周に対する割合は、極端に小さいと、補助リップ７の周方向において、部分ごとに突出部１０が軸端部Ｓに接触したり、補助リップ７の先端７ａが接触したりといったように、安定して突出部１０を軸端部Ｓに接触させることができず、結果的に補助リップ７の先端７ａを軸方向他方側に引っ張るような摩擦力を低減できないおそれがある。
このため、突出部１０の全周に対する割合は、２０％以上の値に設定することが好ましい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、突出部１０の表面形状を球面に形成した場合を例示したが、例えば、突出部１０を円筒状に形成してもよい。この場合、突出部１０は、その円筒中心が補助リップ７の周方向に沿うように配置することで、補助リップの先端を軸方向他方側に引っ張るように作用する摩擦力を低減でき、補助リップが反転してしまうのを抑制することができる。

また、上記実施形態では、本発明に係る密封装置を、自動車用エンジンのクランク室と、クランク室から突出したクランクシャフトの端部との間を密封するために用いたが、これに限定されるものではない。本発明の密封装置は、補助リップ側となるケーシングの外側から回転部材が挿入されその回転部材とケーシングとの間を密封するような用途に対して、好適に用いることができる。

本発明の密封装置は、例えば、デファレンシャルギヤのサイドシールとしても用いることができる。
前記サイドシールは、デファレンシャルギヤのケーシングと、前記ケーシングの左右両側に差し込まれているドライブシャフトとの間を密封するための密封装置である。回転部材としてのドライブシャフトは、前記ケーシングの外側から挿入される。サイドシールは、補助リップがケーシングの外側となるように装着されるので、ドライブシャフトは、ケーシングに挿入される際、補助リップ側から挿入されることになる。よって、サイドシールにおいても、補助リップに反転が生じるおそれがある。
これに対して、上記サイドシールに本発明の密封装置を適用すれば、補助リップに反転が生じるのを抑制することができる。

次に上記実施形態の密封装置１を用い、反転の生じ難さを評価するための試験を行った結果について説明する。
試験には、実施例品として、上記実施形態にて説明した密封装置１を用い、比較例品としては、補助リップ７に突出部１０が形成されていない点以外、上記実施形態の密封装置１と同一仕様とされた密封装置を用いた。

試験方法としては、密封装置１にクランクシャフトの軸端部Ｓを実際に挿入することで反転が生じるか否かを評価した。
より具体的には、図４（ａ）に示すように、クランクシャフトの軸端部Ｓを、密封装置１の補助リップ７側から挿入した。また、補助リップ７のしめしろとして、０．３ｍｍ、０．４５ｍｍ、０．６ｍｍに設定された３種類の密封装置１を用意した。
また、反転の生じ難さを評価するために、軸端部Ｓを密封装置１に挿入する際の密封装置１の軸心と、軸端部Ｓの軸心との間の偏心量Ｅを変化させ、反転が生じた最小の偏心量である偏心限界量を求めた。

図４（ｂ）は、反転の生じ難さを評価するための試験結果を示すグラフである。図４（ｂ）中、横軸は、補助リップのしめしろを示している。縦軸は、偏心限界量を示している。
図に示すように、比較例品では、いずれのしめしろの場合であっても、偏心限界量が０ｍｍであり、偏心させなくても反転が発生した。

一方、実施例品では、しめしろが０．３ｍｍ、及び０．４５ｍｍの場合、偏心限界量が約３ｍｍであり、この場合、偏心量が３ｍｍより小さい値であれば、反転が生じなかった。さらに、しめしろが０．６ｍｍの場合でも、偏心限界量が２．５ｍｍ以上であり、比較例品と比べて、いずれのしめしろであっても反転が生じ難いことが明らかとなった。

以上のように、上記評価試験の結果から、本発明の密封装置によれば、突出部を補助リップに設けることで、補助リップ側から回転部材の端部が挿入されたとしても、補助リップに反転が生じるのを抑制できることが明らかとなった。

１：密封装置 ６：主リップ ７：補助リップ ７ａ：先端
７ｂ：基端部 ９：外側面 １０：突出部 Ｓ：軸端部
Ｓ１：外周面

Claims (2)

1. 回転軸と、この回転軸を包囲しているケーシングとの間を密封する密封装置であって、
   前記ケーシング側に固定され、前記回転軸の外周面に摺接する主リップと、
   前記主リップの軸方向一方側に設けられ、その内周側の先端が前記外周面に摺接する補助リップと、を備え、
   前記補助リップは、前記先端が当該補助リップの基端部よりも軸方向一方側に位置するように軸方向に対して傾斜して延びており、
   前記補助リップの内周側の先端には、前記回転軸の軸端部が前記補助リップ側から挿入されるときに、当該補助リップの先端よりも先に前記回転軸の軸端部に接触する突出部が複数形成され、前記突出部の表面形状は、球面に形成されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記突出部は、円周方向に沿って等間隔に形成されている請求項１に記載の密封装置。

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