以下、本発明の実施の形態について図面を参照し説明する。
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る密封装置の装着状態を示す断面図である。図2は、本発明の第1の実施の形態に係る密封装置の単体の構成を示す拡大断面図である。図3は、本発明の第1の実施の形態に係るスリンガーの構成を示す平面図である。図4は、本発明の第1の実施の形態に係るスリンガーの他の構成例を示す平面図である。図5は、従来のメインリップとスリンガーのフランジ部との接触角度に応じた潤滑油の貯留量の説明に供する断面図である。図6は、本発明の第1の実施の形態に係る密封装置において、メインリップとスリンガーのフランジ部との接触角度に応じた潤滑油の貯留量の説明に供する平面図である。
以下、説明の便宜上、軸線x方向において矢印a(図1参照)方向を外側とし、軸線x方向において矢印b(図1参照)方向を内側とする。より具体的には、外側とは、エンジンから離れる機外B側であり、内側とは、エンジンの内部方向であり機内A側である。また、軸線xに垂直な方向(以下、「径方向」ともいう。)において、軸線xから離れる方向(図1の矢印c方向)を外周側とし、軸線xに近づく方向(図1の矢印d方向)を内周側とする。
<密封装置の構成>
図1および図2に示すように、本発明の実施の形態に係る密封装置としてのオイルシール1は、機内Aに潤滑油が存在する自動車用エンジン(特にガソリンエンジン)のシールとして用いられ、機内Aの潤滑油が機外Bへ漏洩するのを防止するとともに、機外Bから機内Aへダスト等の異物が侵入するのを防止するものである。
オイルシール1は、エンジンハウジング(以下、これを単に「ハウジング」ともいう。)202の内周側(矢印d方向)の面である内周面202aに装着されるシール部10と、ハウジング202に対して回転する回転軸としてのクランクシャフト201の外周側(矢印c方向)の面である外周面201aに装着されるスリンガー30とを備え、これらが組み合わされて構成されている。
シール部10は、補強環20と、当該補強環20と一体に形成された弾性体部21とを備えている。補強環20は、軸線xを中心とする環状の金属材からなる。補強環20の金属材としては、例えば、ステンレス鋼やSPCC(冷間圧延鋼)がある。一方、弾性体部21の弾性体としては、例えば、各種ゴム材がある。各種ゴム材としては、例えば、ニトリルゴム(NBR)、水素添加ニトリルゴム(H-NBR)、アクリルゴム(ACM)、フッ素ゴム(FKM)等の合成ゴムである。
補強環20は、例えばプレス加工や鍛造によって製造され、弾性体部21は成形型を用いて架橋(加硫)成型によって成形される。この架橋成型の際に、補強環20は成形型の中に配置されており、弾性体部21が架橋(加硫)接着により補強環20に接着され、弾性体部21が補強環20と一体的に成形される。
補強環20は、例えば、断面略L字状の形状を呈しており、円筒部20a、外周側円盤部20b、テーパー部20c、および、内周側円盤部20dを備え、円筒部20a、外周側円盤部20b、テーパー部20c、および、内周側円盤部20dが全て一体に形成されている。
この場合、円筒部20aは、外周側(矢印c方向)に向かって凸状に膨出した湾曲形状を有している。また、外周側円盤部20b、テーパー部20c、および、内周側円盤部20dは、全体略S字状のフランジ部を形成している。
円筒部20aは、軸線xに沿って略平行に延びる円筒状の部分であり、ハウジング202の内周面202aに対して内嵌される。外周側円盤部20bは、軸線xと略垂直な方向、すなわち、円筒部20aの外側(矢印a方向)の端部から内周側(矢印d方向)へ向かって広がる中空円盤状の部分である。テーパー部20cは、外周側円盤部20bの内周側(矢印d方向)の端部から更に内周側(矢印d方向)および内側(矢印b方向)に向かって斜めに延びる中空円盤状の部分である。内周側円盤部20dは、テーパー部20cの内周側(矢印d方向)の端部からさらに内周側(矢印d方向)に向かって拡がる中空円盤状の部分である。
なお、補強環20の円筒部20aは、この場合、外周側(矢印c方向)に向かって凸状に膨出した湾曲形状を有しているが、これに限るものではなく、軸線xに沿って真っ直ぐに延びる円筒状の部分であってもよい。また、補強環20は、外周側円盤部20b、テーパー部20c、および、内周側円盤部20dにより全体略S字状に形成されているが、外周側円盤部20b、テーパー部20c、および、内周側円盤部20dが軸線xと略垂直な方向に真っ直ぐに延びていてもよい。
弾性体部21は、補強環20に一体に取り付けられており、当該補強環20を外側(矢印a方向)、外周側(矢印c方向)の一部、および、内周側(矢印d方向)を覆うように当該補強環20と一体的に成形されている。
弾性体部21は、補強環20の円筒部20aにおける外周側(矢印c方向)の一部を覆うリップ被覆部21aと、補強環20の外周側円盤部20bを外側(矢印a方向)から覆うリップ被覆部21bと、補強環20のテーパー部20cを覆うリップ被覆部21cと、補強環20の内周側円盤部20dを外側(矢印a方向)から覆うリップ被覆部21dと、リップ被覆部21dと一体化されたリップ腰部21eと、当該リップ腰部21eに一体形成されたメインリップ22、ダストリップ23、中間リップ24とを備えている。
弾性体部21のリップ腰部21eは、補強環20の内周側円盤部20dにおける内周側(矢印d方向)の端部の近傍に位置する部分であり、メインリップ22、ダストリップ23、および、中間リップ24の基部である。
弾性体部21のメインリップ22は、リップ腰部21eの内側(矢印b方向)の端部から更に内側(矢印b方向)かつ外周側(矢印c方向)に向かって斜めに延びる、軸線xを中心とした環状のリップ部分であり、内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって拡径している。
メインリップ22は、リップ腰部21eの内側(矢印b方向)の端部から延びる付け根部分22rの厚さが本体部分22bの厚さよりも薄く形成されている。これは、弾性体部21において、付け根部分22rを起点としてメインリップ22を付け根から曲がり易くするためである。このようなタイプのメインリップ22については、本明細書中において薄肉リップと呼ぶ場合があるものとする。
弾性体部21のダストリップ23は、リップ腰部21eの内周側(矢印d方向)の端部から外側(矢印a方向)かつ内周側(矢印d方向)に向かって斜めに延びる、軸線xを中心とした環状のリップ部分であり、外周側(矢印c方向)から内周側(矢印d方向)へ向かって拡径している。なお、ダストリップ23が延びる延び方向は、メインリップ22の延び方向とはほぼ反対向きである。
弾性体部21の中間リップ24は、リップ腰部21eにおいてメインリップ22よりも内周側(矢印d方向)に位置し、かつ、ダストリップ23よりも内側(矢印b方向)に位置し、リップ腰部21eの内周側(矢印d方向)の端部から内側(矢印b方向)に向かって僅かに延びる、軸線xを中心とした環状のリップ部分である。中間リップ24は、そのリップ長が短く、リップ先端がスリンガー30と接触することはない。
スリンガー30は、クランクシャフト201の外周面201aに装着された状態で、当該クランクシャフト201の回転とともに連れ回る例えば金属製の板状部材であり、円筒部31と、フランジ部33とを備えている。スリンガー30は、例えば板状部材を曲げ加工により形成することが可能である。
スリンガー30の円筒部31は、軸線xに沿って略平行に延びる円筒状の部分であり、ハウジング202に対して回転するクランクシャフト201の外周面201aに圧入して固定することにより装着される。スリンガー30の円筒部31は、外周側(矢印c方向)の面である外周面31aを有しており、その外周面31aに対して弾性体部21のダストリップ23のリップ先端が摺動自在に接触する。これにより、機外Bからダスト等の異物が機内Aに侵入することを防止している。
スリンガー30のフランジ部33は、垂直フランジ部分34および傾斜フランジ部分35を備えている。垂直フランジ部分34は、円筒部31の内側(矢印b方向)の端部から軸線xとは垂直な径方向の外周側(矢印c方向)へ向かって広がる、軸線xを中心とした中空円盤状の部分である。
垂直フランジ部分34の外周側(矢印c方向)への高さは、中間リップ24のリップ先端の位置よりも高く、当該垂直フランジ部分34と中間リップ24のリップ先端とが対向するように配置されている。なお、フランジ部33の垂直フランジ部分34は、従来のスリンガー101におけるフランジ部103の膨出部分103eが存在しない分だけ、中間リップ24との間隔が狭くなっている。
傾斜フランジ部分35は、垂直フランジ部分34の外周側(矢印c方向)の端部から内側(矢印b方向)および外周側(矢印c方向)へ向かって所定角度に傾斜された中空円盤状の部分であり、垂直フランジ部分34と一体に形成されている。
この傾斜フランジ部分35は、外側(矢印a方向)の平坦な面である外側面35aを有している。外側面35aの外周側(矢印c方向)の端部領域には、空間Sに侵入した潤滑油G1(図6)を機外Aへ排出するために用いられる4本の螺旋溝状のネジ溝36が設けられている。
これら4本のネジ溝36は、図3に示すように、それぞれの始点stが互いに90度ずつ離間した位置に形成されるとともに、それぞれの終点etについても互いに90度ずつ離間した位置に形成されている。ネジ溝36は、始点stから終点etまで約1周分程度の螺旋状に形成されているが、これに限るものではなく、半周程度、3/4周程度等の1周以下であったり、1周半程度、2周程度等の1周以上の螺旋状に形成されていてもよい。
また、ネジ溝36は、傾斜フランジ部分35の内径側から外径側へ向かって右回転向き(時計回り)に次第に半径を大きくしながら進む4等配の溝としてそれぞれ独立して形成されている。ただし、これに限るものではなく、ネジ溝36は、2等配、3等配、6等配等のその他種々の本数であってもよい。なお、この場合、スリンガー30は、ネジ溝36とは逆に図中矢印で示すように左回転(反時計回り)するものとする。
ただし、スリンガー30のフランジ部33の傾斜フランジ部分35に形成される溝としては、ネジ溝36である必要は必ずしもない。例えば、図4(A)に示すように、スリンガー30Sでは、フランジ部33の傾斜フランジ部分35の内径側から外径側へ向かって延びる放射状であり、当該スリンガー30の軸線とは垂直な方向へ直線状に延びる放射状溝37(37a~37h)であってもよい。この場合、メインリップ22のリップ先端が傾斜フランジ部分35の外側面35aと摺動するのは、例えば放射状溝37のほぼ中央付近の位置POS1となる。
同様に、図4(B)に示すように、スリンガー30Vでは、フランジ部33の傾斜フランジ部分35の内径側から外径側へ向かって延びるが、内径側から外径側の外周方向へ向かって図中右側へ傾斜するように直線状に延びる傾斜状溝38(38a~38h)であってもよい。この場合、メインリップ22のリップ先端が傾斜フランジ部分35の外側面35aと摺動するのは、例えば傾斜状溝38のほぼ中央付近よりもやや外周寄りの位置POS2となる。
この場合、放射状溝37および傾斜状溝38は、ネジ溝36に比べて始点stから終点etまでの長さが非常に短くなり、放射状溝37、傾斜状溝38を伝って潤滑油G1を短時間のうちに振り切り、機内A側へ戻すことが可能となる。また、放射状溝37および傾斜状溝38は、ネジ溝36に比べて溝本数を多く形成することができるので、ネジ溝36よりも短時間のうちに多くの量の潤滑油G1を機内A側へ戻すことが可能となる。
傾斜フランジ部分35は、弾性体部21のメインリップ22のリップ先端と外側面35aとが接触する際の相対的な接触角度θ1(図2、図6)を、従来の傾斜フランジ部分35を有することのないフランジ部103の接触角度θ0(図5)に比して小さくすることを目的として所定角度に傾斜されている。
この場合、接触角度θ1が従来の接触角度θ0よりも小さくなる分だけ、メインリップ22のリップ先端と外側面35aとの接触面積が増大するため密封性を維持し易くなる。ここで、接触角度θ1は、メインリップ22のリップ先端が傾斜フランジ部分35の外側面35aに押し付けられているものの、当該メインリップ22のリップ先端側が折れ曲がることのない程度の締め代で傾斜フランジ部分35の外側面35aと接触した状態にあることを前提とする。ただし、これに限るものではなく、メインリップ22の先端側が折れ曲がる程度の締め代で傾斜フランジ部分35の外側面35aとリップ先端とが接触した状態にあってもよい。この場合、当該メインリップ22のリップ先端から付け根までの長さのうち、リップ先端から約20%の長さよりも短い先端側の位置で測定された接触角度θ1であるものとする。ただし、これに限らず、リップ先端から約17%の先端側の位置で測定された接触角度θ1であることが好ましい。例えば、メインリップ22のリップ先端から付け根までの長さが6mmであった場合、リップ先端から約17%の長さである約1mmの位置で測定されたときの接触角度θ1とすることが好ましい。
このように、オイルシール1は、スリンガー30のフランジ部33における傾斜フランジ部分35の外側面35aと接触する弾性体部21のメインリップ22が機内A側に配置されて潤滑油が滲み出すことを防止するとともに、スリンガー30の円筒部31の外周面31aに接触する弾性体部21のダストリップ23が機外B側に配置されてダストの侵入および機外B側へ潤滑油が漏洩することを防止する構造を有している。
ところで、一般的にハブベアリングに用いられるハブシールは、スリンガーのフランジ部と接触する弾性体部のサイドリップ(メインリップ22に相当)が機外B側に配置されてダストの侵入を防止するとともに、スリンガーの円筒部と接触するラジアルリップ(ダストリップ23に相当)が機内A側に配置されて潤滑油の漏洩を防止する構造を有している。
すなわち、本発明のオイルシール1は、ハブベアリングに用いられるハブシールと比べて、スリンガー30と接触するメインリップ22の配置が真逆であり、かつ、その役割についても逆であるため、ハブシールとは根本的に異なるシール構造を有するものである。
このような構成のオイルシール1において、弾性体部21のメインリップ22、ダストリップ23、および、スリンガー30の円筒部31の外周面31a、および、フランジ部33の垂直フランジ部分34および傾斜フランジ部分35によって軸線xを中心とした環状の閉じた空間S(図6)が形成されている。
この空間Sは、スリンガー30のフランジ部33における傾斜フランジ部分35の外側面35aとメインリップ22のリップ先端との隙間を伝って機内A側から当該空間Sに滲み出た潤滑油G1(図6)を貯留する空間である。この空間Sに貯留された潤滑油G1は、ダストリップ23の存在により機外B側へ漏洩することが抑制されている。
<作用および効果>
以上の構成において、第1の実施の形態におけるオイルシール1は、シール部10がハウジング202の内周面202aに圧入して固定されるとともに、スリンガー30がクランクシャフト201の外周面201aに圧入して固定されることに装着される。
このとき、シール部10における弾性体部21のダストリップ23をスリンガー30の円筒部31の外周面31aに所定の締め代で接触させるとともに、当該弾性体部21のメインリップ22をスリンガー30のフランジ部33の傾斜フランジ部分35の外側面35aに所定の締め代で接触させる。この場合、メインリップ22は、付け根部分22rの厚さが本体部分22bよりも薄いため、当該メインリップ22が付け根から曲がるとしてもリップ先端が撓むことない程度の締め代である。
このとき、弾性体部21のメインリップ22のリップ先端は、4本のネジ溝36の何れかとメインリップ22のリップ先端とが必ず接触するように、シール部10とスリンガー30とが組み合わされる。
上述したように組み合わされて取り付けられたシール部10とスリンガー30とからなるオイルシール1は、クランクシャフト201の回転に伴ってスリンガー30が左回転(反時計回り)する。
このとき、オイルシール1は、フランジ部33の外周側(矢印c方向)の端部領域に形成された4本のネジ溝36の影響により、空間Sに滲み出た潤滑油G1を内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって移動させ、フランジ部33の傾斜フランジ部分35の外側面35aとメインリップ22のリップ先端との隙間から機内A側へ吸い込んで排出する(ネジ作用)ことができる。すなわち、ネジ溝36は、潤滑油G1を空間Sから機内A側へ吸い込んで排出する油排出作用を機能として有している。このように、傾斜フランジ部分35の外側面35aにおいてメインリップ22と接触する部分には、回転時に潤滑油をハウジング202の機内側へ戻す排出作用を発揮するためのネジ溝36が形成されている。
なお、オイルシール1では、弾性体部21の中間リップ24の存在により、空間Sに滲み出てきた潤滑油G1を受け止めることができるので、ダストリップ23に潤滑油G1が直接到達することを防ぎながら空間Sに侵入した潤滑油G1を機内A側へ吸い出すことができる。
また、オイルシール1は、スリンガー30のフランジ部33の回転に伴う遠心力によって空間S内の潤滑油G1を内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって移動させ、フランジ部33の傾斜フランジ部分35の外側面35aとメインリップ22のリップ先端との隙間から機内A側へ潤滑油G1を振り切りながら排出する(振切作用)ことができる。
すなわち、オイルシール1は、ネジ溝36の影響による空間Sの潤滑油G1に対するネジ作用と、フランジ部33の傾斜フランジ部分35の遠心力による空間Sの潤滑油G1に対する振切作用とにより、空間Sに存在する潤滑油G1を機内Aに吸い込んで排出するポンピング効果を働かせることができる。
ところで、図5に示すように、従来の密封装置100(図22)ではメインリップ111の内側の面である内側面111uとフランジ部103の外側面103aとの相対的な接触角度θ0を有する。これに比べて、図6に示すように、本発明のオイルシール1ではメインリップ22の内側面22uと傾斜フランジ部分35の外側面35aとの相対的な接触角度θ1の方が接触角度θ0よりも小さくなっている(θ0>θ1)。すなわち、傾斜フランジ部分35とメインリップ22との間には、傾斜フランジ部分35の外側面35aとメインリップ22とが接触したときの当該傾斜フランジ部分35と当該メインリップ22とがなす相対的な接触角度θ1が小さくなるような狭小化構造が形成されている。
従来の密封装置100では、メインリップ111とフランジ部103との接触角度θ0が大きいため、当該メインリップ111の内側面111uとフランジ部103の外側面103aとの間に表面張力により付着される潤滑油G0の量が少ない。そのため、ポンピング効果が働いても、空間Sに侵入した潤滑油G0が全て効率良く機内A側へ排出されることがないので一部残留してしまう。
これに対して、本発明のオイルシール1では、メインリップ22とフランジ部33の傾斜フランジ部分35との相対的な接触角度θ1が従来の接触角度θ0よりも小さい。このため、メインリップ22の内側面22uと傾斜フランジ部分35の外側面35aとの間に表面張力により付着して貯留される潤滑油G1の量が従来よりも多くなっている。
すなわち、メインリップ22の内側面22uと傾斜フランジ部分35の外側面35aとに付着される潤滑油G1の付着面積が従来よりも大きくなっている。具体的には、メインリップ22の内側面22uおよび傾斜フランジ部分35の外側面35aに付着される潤滑油G1の付着幅W1が従来の密封装置100(図5)よりも大きい。
このため、メインリップ22の内側面22uと傾斜フランジ部分35の外側面35aとの間に表面張力により付着された潤滑油G1がそのまま全てポンピング作用によって機内A側へ効率よく排出されるため、空間Sに潤滑油G1が残留してしまうことを防止することができる。
ところで、従来のフランジ部103では、当該フランジ部103の外側面103aに付着した潤滑油G0が遠心力により振り切られるときの外周側(矢印c方向)へ向かう速度ベクトルが大きい。
これに対し、本発明のオイルシール1では、傾斜フランジ部分35が傾斜しているため、当該傾斜フランジ部分35の外側面35aに付着している潤滑油G1が遠心力により振り切られるときの外周側(矢印c方向)へ向かう速度ベクトルが従来のフランジ部103よりも小さくなる。
さらに、オイルシール1では、傾斜フランジ部分35が傾斜しているため、傾斜フランジ部分35の外側面35aに付着している潤滑油G1の方が従来のフランジ部103に付着している潤滑油G0よりも離間し難い状態にある。したがって、オイルシール1では、傾斜フランジ部分35が傾斜しているため、当該傾斜フランジ部分35に付着した潤滑油G1は、遠心力と表面張力により当該傾斜フランジ部分35の外側面35aに沿って機内A側へ効率良く排出される。
かくしてオイルシール1では、エンジンの回転数が所定回転数以上に高くなった場合であっても、フランジ部33の遠心力による潤滑油G1の振切作用と、ネジ溝36により潤滑油G1を機内A側へ戻すネジ作用が効果的に働くことになる。
すなわちオイルシール1では、機内A側から空間Sに滲み出た潤滑油G1を当該空間Sから機内A側へ効率的かつ短時間のうちに戻すポンピング効果を十分に発揮させることができる。かくして、オイルシール1は、機内Aの潤滑油G1が空間Sに滲み出たとしても、空間Sに残留してしまい、当該空間Sから機外Bへ潤滑油G1が漏洩することを大幅に低減することができる。
さらにオイルシール1では、スリンガー30の垂直フランジ部分34と中間リップ24との間隔が従来の密封装置100(図22)よりも狭くなっているため、ラビリンス効果により機外B側から機内A側へダストが侵入することを従来よりも効果的に防止することができる。
さらに、オイルシール1では、メインリップ22のリップ先端と傾斜フランジ部分35の外側面35aとの相対的な接触角度θ1が従来よりも小さいので、メインリップ22の内側面22uと傾斜フランジ部分35の外側面35aとの密着度が従来よりも増し、ネジ溝36を多く塞ぐことになるため、従来に比して静止漏れを抑制することができる。
<実施例>
本発明のオイルシール1において、エンジンの回転数が例えば8000rpmの場合であって、メインリップ22とフランジ部33の傾斜フランジ部分35とが接触したときの相対的な接触角度θ1を約30度程度の角度大から約0度の角度小まで次第に小さくした場合、空間Sに存在する潤滑油G1が含まれたエアーの機内A側へのエアー吸込量の変化を計測した。図7(A)は、その接触角度θ1とエアー吸込量との関係を表したグラフである。
ここで、オイルシール1のスリンガー30に用いられるメインリップ22としては、上述したような薄肉リップだけではなく、付け根部分22rの厚さが本体部分22bの厚さとほぼ同一かそれ以上の厚さを有する厚肉リップであってもよく、以下の説明では薄肉リップ220nおよび厚肉リップ220kとして区別する。なお、比較対象として、ネジ溝36が形成されていないスリンガー(本発明のスリンガー30に相当する形状のスリンガー)に用いられる薄肉リップについては、薄肉リップ220xとして区別する。
この計測結果では、接触角度θ1が大きい場合、薄肉リップ220n、厚肉リップ220kおよび薄肉リップ220xの何れにおいても、エアー吸込量が0[ml/min]であるが、接触角度θ1が小さくなるに連れてエアー吸込量がほぼリニアに増大していることが示されている。なお、ネジ溝36が形成されていないスリンガーに用いられる薄肉リップ220xについては、ネジ溝36が設けられていないため接触角度θ1が小さくなってもエアー吸込量が0[ml/min]であり、空間Sに潤滑油G1が滲み出る可能性が高いことが予測される。
このようにオイルシール1では、エンジンの回転数が8000rpmの場合であって、メインリップ22とフランジ部33の傾斜フランジ部分35との相対的な接触角度θ1が小さくなり、潤滑油G1の傾斜フランジ部分35の外側面35aに対する付着幅W1が大きくなる場合、空間Sに存在する潤滑油G1が含まれたエアーの機内A側へのエアー吸込量が大幅に増大することが分かった。
すなわち、オイルシール1は、従来に比して、クランクシャフト201の回転数が所定以上の高速回転時であっても、メインリップ22とフランジ部33の傾斜フランジ部分35との相対的な接触角度θ1が小さくなれば、機内A側から空間Sに滲み出した潤滑油G1を機内A側へ効率的に戻し、空間Sに潤滑油G1が貯留されることを防止できることが判明した。
その後、同様の条件で図7(B)に示すように、メインリップ22のリップ先端と、スリンガー30のフランジ部33における傾斜フランジ部分35とが締め代2.5mmのときに接触幅d1(例えば0.08mm)で接触している場合の接触部分の内周側(矢印d方向)の端部(以下、「内周側端」ともいう。)からメインリップ22の内側面22uに沿った1mmの位置における接触角度θ1を測定基準として実験を行った。
この場合、メインリップ22のリップ先端から付け根部分22rまでの長さが6mmであり、リップ先端における接触幅d1(例えば5mm)の接触部分の内周側端から約17%の長さに相当する約1mmの位置での接触角度θ1とする。
その結果、図7(C)に示すように、薄肉リップ220n(○)において接触角度θ1が約17度以下になると、空間Sに存在する潤滑油G1が含まれたエアーの機内A側へのエアー吸込量が急激に増大することが判明した。具体的には、接触角度θ1が約13度においてエアー吸込量が23ml/min、約5度においてエア吸込量が78ml/min、約0度においてエアー吸込量が140ml/minとなっている。
同様に、厚肉リップ220k(△)においても、接触角度θ1が約17度以下になると、空間Sに存在する潤滑油G1が含まれたエアーの機内A側へのエアー吸込量が次第に増大することが判明した。
すなわち、ネジ溝36が形成されているスリンガー30に用いられる薄肉リップ220n(○)および厚肉リップ220k(△)であれば、メインリップ22と傾斜フランジ部分35との相対的な接触角度θ1が約17度以下になればなるほど、エアー吸込み量が増大することが分かった。ただし、薄肉リップ220xにおいては、やはり、ネジ溝36が設けられていないため、接触角度θ1の値に拘わらずエアー吸込量が0[ml/min]のままであった。
<第2の実施の形態>
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る密封装置の装着状態を示す断面図である。図9は、本発明の第2の実施の形態に係る密封装置の単体の構成を示す拡大断面図である。図10は、本発明の第2の実施の形態に係る密封装置において、メインリップとスリンガーのフランジ部との接触角度に応じた潤滑油の貯留量の説明に供する平面図である。
<密封装置の構成>
図8および図9に示すように、本発明の第2の実施の形態に係る密封装置としてのオイルシール2000は、機内Aに潤滑油が存在する自動車用エンジン(特にガソリンエンジン)のシールとして用いられ、機内Aの潤滑油が機外Bへ漏洩するのを防止するとともに、機外Bから機内Aへダスト等の異物が侵入するのを防止するものである。
オイルシール2000は、ハウジング202の内周側(矢印d方向)の面である内周面202aに装着されるシール部10と、ハウジング202に対して回転する回転軸としてのクランクシャフト201の外周側(矢印c方向)の面である外周面201aに装着されるスリンガー130とを備え、これらが組み合わされて構成されている。
シール部10は、補強環20と、当該補強環20と一体に形成された弾性体部21とを備えている。補強環20および弾性体部21の構成は、第1の実施の形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
スリンガー130は、クランクシャフト201の外周面201aに装着された状態で、当該クランクシャフト201の回転とともに連れ回る例えば金属製の板状部材であり、円筒部131、および、曲線状に湾曲した湾曲フランジ部133を備えている。スリンガー130は、例えば板状部材を曲げ加工により形成することが可能である。
スリンガー130の円筒部131は、軸線xに沿って略平行に延びる円筒状の部分であり、ハウジング202に対して回転するクランクシャフト201の外周面201aに圧入して固定することにより装着される。円筒部131は、従来のスリンガー101の円筒部105に比べると軸線x方向の長さが短くなっている。スリンガー130の円筒部131は、外周側(矢印c方向)の面である外周面131aを有しており、その外周面131aに対して弾性体部21のダストリップ23のリップ先端が摺動自在に接触する。これにより、機外Bからダスト等の異物が機内Aに侵入することを防止している。
湾曲フランジ部133は、円筒部131の内側(矢印b方向)の端部からクランクシャフト201の軸線xと離間する方向へ曲線状に湾曲しながら延びた、軸線xを中心とする円環状のフランジ部分であり、弾性体部21に対して凹状に形成されている。湾曲フランジ部133は、曲率半径の小さい小半径フランジ部分133m、および、小半径フランジ部分133mよりも曲率半径の大きい大半径フランジ部分133sを備えている。小半径フランジ部分133mおよび大半径フランジ部分133sは、その外側(矢印a方向)の面である外側面133aが滑らかに繋がるように一体化されている。
湾曲フランジ部133は、軸線x方向に沿った長さが短い円筒部131の内側(矢印b方向)の端部から湾曲した小半径フランジ部分133mを有しているため、弾性体部21の中間リップ24と軸線x方向において対向したとき、当該中間リップ24のリップ先端と湾曲フランジ部133(小半径フランジ部分133m)の外側面133aとの間隔が従来に比して狭くなっている。
大半径フランジ部分133sは、小半径フランジ部分133mに比べて曲率半径が非常に大きくなっており、外周側(矢印c方向)の先端に向かうに連れてメインリップ22に近付かないように湾曲部分の曲がりが緩やかになった、軸線xを中心とする円盤状部分である。
すなわち、大半径フランジ部分133sにおいて、機外B側の外側(矢印a方向)の端面である外側面133aは、外周側(矢印c方向)の先端に向かうに連れてメインリップ22に近付かないように湾曲部分の曲がりが緩やかになっている。このため、メインリップ22のリップ先端と大半径フランジ部分133sの外側面133aとの相対的な接触角度θ1(図9および図10)を、従来のスリンガー101の円筒部105とメインリップ111との相対的な接触角度θ0(図5)よりも小さくしている。
なお、大半径フランジ部分133sの外側面133aの外周側(矢印c方向)の端部領域には、空間Sに侵入した潤滑油G1(図10)を機外Aへ排出するために用いられる4本の螺旋溝状のネジ溝36が設けられている。
これら4本のネジ溝36は、図3に示したように、第1の実施の形態におけるネジ溝36と同様の構成を有しており、ここではその説明を省略する。この場合もネジ溝36は、4等配の溝としてそれぞれ独立して形成されているが、これに限るものではなく、2等配、3等配、6等配等のその他種々の本数であってもよい。
また、ネジ溝36の代わりに、図4(A)および図4(B)に示したような放射状溝37(37a~37h)であったり、傾斜状溝38(38a~38h)であってもよい。
上述したように、湾曲フランジ部133の大半径フランジ部分133sは、弾性体部21のメインリップ22のリップ先端と外側面133aとが接触する際の相対的な接触角度θ1(図9、図10)を、従来の接触角度θ0(図5)に比して小さくすることを目的として、大きな曲率半径により湾曲状に形成されている。
この場合、接触角度θ1が従来の接触角度θ0よりも小さくなる分だけ、メインリップ22のリップ先端と大半径フランジ部分133sの外側面133aとの接触面積が増大するため密封性を維持し易くなる。ここで、接触角度θ1は、メインリップ22のリップ先端が大半径フランジ部分133sの外側面133aに押し付けられているものの、当該メインリップ22のリップ先端側が折れ曲がることのない程度の締め代で大半径フランジ部分133sの外側面133aと接触した状態にあることを前提とする。ただし、これに限るものではなく、メインリップ22の先端側が折れ曲がる程度の締め代で大半径フランジ部分133sの外側面133aとリップ先端とが接触した状態にあってもよい。この場合、当該メインリップ22のリップ先端から付け根までの長さのうち、リップ先端から約20%の長さよりも短い先端側の位置で測定された接触角度θ1であるものとする。ただし、これに限らず、リップ先端から約17%の長さよりも短い先端側の位置で測定された接触角度θ1であることが好ましい。
このように、オイルシール2000は、スリンガー130の湾曲フランジ部133における大半径フランジ部分133sの外側面133aと接触する弾性体部21のメインリップ22が機内A側に配置されて潤滑油が滲み出すことを防止するとともに、スリンガー130の円筒部131の外周面131aに接触する弾性体部21のダストリップ23が機外B側に配置されてダストの侵入および機外B側へ潤滑油が漏洩することを防止する構造を有している。
ところで、一般的にハブベアリングに用いられるハブシールは、スリンガーのフランジ部と接触する弾性体部のサイドリップ(メインリップ22に相当)が機外B側に配置されてダストの侵入を防止するとともに、スリンガーの円筒部と接触するラジアルリップ(ダストリップ23に相当)が機内A側に配置されて潤滑油の漏洩を防止する構造を有している。
すなわち、本発明のオイルシール2000は、ハブベアリングに用いられるハブシールと比べて、スリンガー130と接触するメインリップ22の配置が真逆であり、かつ、その役割についても逆であるため、ハブシールとは根本的に異なるシール構造を有するものである。
このような構成のオイルシール2000において、弾性体部21のメインリップ22、ダストリップ23、および、スリンガー130の円筒部131の外周面131a、および、湾曲フランジ部133の小半径フランジ部分133mおよび大半径フランジ部分133sによって軸線xを中心とした環状の閉じた空間S(図10)が形成されている。
この空間Sは、スリンガー130の湾曲フランジ部133における大半径フランジ部分133sの外側面133aとメインリップ22のリップ先端との隙間を伝って機内A側から当該空間Sに滲み出た潤滑油G1(図10)を貯留する空間である。この空間Sに貯留された潤滑油G1は、ダストリップ23の存在により機外B側へ漏洩することが抑制されている。
<作用および効果>
以上の構成において、第2の実施の形態におけるオイルシール2000は、シール部10がハウジング202の内周面202aに圧入して固定されるとともに、スリンガー130がクランクシャフト201の外周面201aに圧入して固定されることに装着される。
このとき、シール部10における弾性体部21のダストリップ23をスリンガー130の円筒部131の外周面131aに所定の締め代で接触させるとともに、当該弾性体部21のメインリップ22をスリンガー130の湾曲フランジ部133の外側面133aに所定の締め代で接触させる。この場合、メインリップ22は、付け根部分22rの厚さが本体部分22bよりも薄いため、当該メインリップ22が付け根から曲がるとしてもリップ先端が撓むことない程度の締め代である。
このとき、弾性体部21のメインリップ22のリップ先端は、4本のネジ溝36の何れかとメインリップ22のリップ先端とが必ず接触するように、シール部10とスリンガー130とが組み合わされる。
上述したように組み合わされて取り付けられたシール部10とスリンガー130とからなるオイルシール2000は、クランクシャフト201の回転に伴ってスリンガー130が左回転(反時計回り)する。
このとき、オイルシール2000は、湾曲フランジ部133の大半径フランジ部分133sにおける外周側(矢印c方向)の端部領域に形成された4本のネジ溝36の影響により、空間Sに滲み出た潤滑油G1を内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって移動させ、大半径フランジ部分133sの外側面133aとメインリップ22のリップ先端との隙間から機内A側へ吸い込んで排出する(ネジ作用)ことができる。すなわち、ネジ溝36は、潤滑油G1を空間Sから機内A側へ吸い込んで排出する油排出作用を機能として有している。このように、傾斜フランジ部分35の外側面35aにおいてメインリップ22と接触する部分には、回転時に潤滑油をハウジング202の機内側へ戻す排出作用を発揮するためのネジ溝36が形成されている。
なお、オイルシール2000では、弾性体部21の中間リップ24の存在により、空間Sに滲み出てきた潤滑油G1を受け止めることができるので、ダストリップ23に潤滑油G1が直接到達することを防ぎながら空間Sに侵入した潤滑油G1を機内A側へ吸い出すことができる。
また、オイルシール2000は、スリンガー130の湾曲フランジ部133の回転に伴う遠心力によって空間S内の潤滑油G1を内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって移動させ、湾曲フランジ部133の大半径フランジ部分133sの外側面133aとメインリップ22のリップ先端との隙間から機内A側へ潤滑油G1を振り切りながら排出する(振切作用)ことができる。
すなわち、オイルシール2000は、ネジ溝36の影響による空間Sの潤滑油G1に対するネジ作用と、湾曲フランジ部133の大半径フランジ部分133sの遠心力による空間Sの潤滑油G1に対する振切作用とにより、空間Sに存在する潤滑油G1を機内Aに排出するポンピング効果を働かせることができる。
ところで、図5に示すように、従来の密封装置100(図22)ではメインリップ111の内側の面である内側面111uとフランジ部103の外側面103aとの相対的な接触角度θ0を有する。これに比べて、図10に示すように、本発明のオイルシール2000ではメインリップ22の内側面22uと大半径フランジ部分133sの外側面133aとの相対的な接触角度θ1の方が接触角度θ0よりも小さくなっている(θ0>θ1)。すなわち、大半径フランジ部分133sとメインリップ22との間には、大半径フランジ部分133sの外側面133aとメインリップ22とが接触したときの当該大半径フランジ部分133sと当該メインリップ22とがなす相対的な接触角度θ1が小さくなるような狭小化構造が形成されている。
従来の密封装置100では、メインリップ111とフランジ部103との接触角度θ0が大きいため、当該メインリップ111の内側面111uとフランジ部103の外側面103aとの間に表面張力により付着される潤滑油G0の量が少ない。そのため、ポンピング効果が働いても、空間Sに侵入した潤滑油G0が全て効率良く機内A側へ排出されることがないので一部残留してしまう。
これに対して、本発明のオイルシール2000では、メインリップ22と湾曲フランジ部133の大半径フランジ部分133sとの相対的な接触角度θ1が従来の接触角度θ0よりも小さい。このため、メインリップ22の内側面22uと大半径フランジ部分133sの外側面133aとの間に表面張力により付着して貯留される潤滑油G1の量が従来よりも多くなっている。
すなわち、メインリップ22の内側面22uと大半径フランジ部分133sの外側面133aとに付着される潤滑油G1の付着面積が従来よりも大きくなっている。具体的には、メインリップ22の内側面22uおよび大半径フランジ部分133sの外側面133aに付着される潤滑油G1の付着幅W1が従来の密封装置100(図5)よりも大きい。
このため、メインリップ22の内側面22uと大半径フランジ部分133sの外側面133aとの間に表面張力により付着された潤滑油G1がそのまま全てポンピング作用によって機内A側へ効率よく排出されるため、空間Sに潤滑油G1が残留してしまうことを防止することができる。
ところで、従来のフランジ部103では、当該フランジ部103の外側面103aに付着した潤滑油G0が遠心力により振り切られるときの外周側(矢印c方向)へ向かう速度ベクトルが大きい。
これに対し、本発明のオイルシール2000では、大半径フランジ部分133sが湾曲し、外側面133aが従来ほど垂直ではなく傾斜しているため、当該大半径フランジ部分133sの外側面133aに付着している潤滑油G1が遠心力により振り切られるときの外周側(矢印c方向)へ向かう速度ベクトルが従来のフランジ部103よりも小さくなる。
さらに、オイルシール2000では、大半径フランジ部分133sが湾曲し、外側面133aが従来ほど垂直ではないため、大半径フランジ部分133sの外側面133aに付着している潤滑油G1の方が従来のフランジ部103に付着している潤滑油G0よりも離間し難い状態にある。したがって、オイルシール2000では、大半径フランジ部分133sが湾曲しているため、当該大半径フランジ部分133sの外側面133aに付着した潤滑油G1は、遠心力と表面張力により当該大半径フランジ部分133sの外側面133aに沿って機内A側へ効率良く排出される。
かくしてオイルシール2000では、エンジンの回転数が所定回転数以上に高くなった場合であっても、湾曲フランジ部133の遠心力による潤滑油G1の振切作用と、ネジ溝36により潤滑油G1を機内A側へ戻すネジ作用が効果的に働く。
すなわちオイルシール2000では、機内A側から空間Sに滲み出た潤滑油G1を当該空間Sから機内A側へ効率的かつ短時間のうちに戻すポンピング効果を十分に発揮させることができる。かくして、オイルシール2000は、機内Aの潤滑油G1が空間Sに滲み出たとしても、空間Sに残留してしまい、当該空間Sから機外Bへ潤滑油G1が漏洩することを大幅に低減することができる。
さらにオイルシール2000では、スリンガー130の湾曲フランジ部133と中間リップ24との間隔が従来の密封装置100(図22)よりも狭くなっているため、ラビリンス効果により機外B側から機内A側へダストが侵入することを従来よりも効果的に防止することができる。
さらに、オイルシール2000では、メインリップ22のリップ先端と大半径フランジ部分133sの外側面133aとの相対的な接触角度θ1が従来よりも小さいので、メインリップ22の内側面22uと大半径フランジ部分133sの外側面133aとの密着度が従来よりも増し、ネジ溝36を多く塞ぐことになるため、従来に比して静止漏れを抑制することができる。
<実施例>
本発明のオイルシール2000において、エンジンの回転数が例えば8000rpmの場合であって、メインリップ22と湾曲フランジ部133の大半径フランジ部分133sとが接触したときの相対的な接触角度θ1を約30度程度の角度大から約0度の角度小まで次第に小さくした場合、空間Sに存在する潤滑油G1が含まれたエアーの機内A側へのエアー吸込量の変化を計測した。図7(A)は、その接触角度θ1とエアー吸込量との関係を表したグラフである。
ここで、オイルシール2000のスリンガー130に用いられるメインリップ22としては、上述したように薄肉リップだけではなく、付け根部分22rの厚さが本体部分22bの厚さとほぼ同一かそれ以上の厚さを有する厚肉リップであってもよく、以下の説明では薄肉リップ220nおよび厚肉リップ220kとして区別する。なお、比較対象として、ネジ溝36が形成されていないスリンガー(本発明のスリンガー130に相当する形状のスリンガー)に用いられる薄肉リップについては、薄肉リップ220xとして区別する。
この計測結果では、接触角度θ1が大きい場合、薄肉リップ220n、厚肉リップ220kおよび薄肉リップ220xの何れにおいても、エアー吸込量が0[ml/min]であるが、接触角度θ1が小さくなるに連れてエアー吸込量がほぼリニアに増大していることが示されている。なお、ネジ溝36が形成されていない薄肉リップ220xについては、ネジ溝36が設けられていないため接触角度θ1が小さくなってもエアー吸込量が0[ml/min]であり、空間Sに潤滑油G1が滲み出る可能性が高いことが予測される。
このようにオイルシール2000では、エンジンの回転数が8000rpmの場合であって、メインリップ22と湾曲フランジ部133の大半径フランジ部分133sとの相対的な接触角度θ1が小さくなり、潤滑油G1の大半径フランジ部分133sの外側面133aに対する付着幅W1が大きくなる場合、空間Sに存在する潤滑油G1が含まれたエアーの機内A側へのエアー吸込量が大幅に増大することが分かった。
すなわち、オイルシール2000は、従来に比して、クランクシャフト201の回転数が所定以上の高速回転時であっても、メインリップ22と湾曲フランジ部133の大半径フランジ部分133sとの相対的な接触角度θ1が小さくなれば、機内A側から空間Sに滲み出した潤滑油G1を機内A側へ効率的に戻し、空間Sに潤滑油G1が貯留されることを防止できることが判明した。
この場合も、メインリップ22のリップ先端から付け根部分22rまでの長さが6mmであり、図7(B)同様、リップ先端における接触部分の内周側端から約17%の長さに相当する約1mmの位置での接触角度θ1とすると、図7(C)に示すように、薄肉リップ220n(○)および厚肉リップ220k(△)において接触角度θ1が約17度以下になると、空間Sに存在する潤滑油G1が含まれたエアーの機内A側へのエアー吸込量が急激に増大することが判明した。
すなわち、ネジ溝36が形成されているスリンガー30に用いられる薄肉リップ220n(○)および厚肉リップ220k(△)であれば、メインリップ22と大半径フランジ部分133sとの相対的な接触角度θ1が約17度以下になればなるほど、エアー吸込み量が増大することが分かった。
<第3の実施の形態>
図11は、本発明の第3の実施の形態に係る密封装置の装着状態を示す断面図である。図12は、本発明の第3の実施の形態に係る密封装置の単体の構成を示す拡大断面図である。図13は、本発明の第3の実施の形態に係る密封装置において、メインリップとスリンガーのフランジ部との接触角度に応じた潤滑油の貯留量の説明に供する平面図である。図14は、本発明の第3の実施の形態に係るオイルシールの薄肉先端部が折れ曲がる湾曲面の中心と最先端面との間の曲げ距離Lを示す略線的断面図である。図15は、本発明の第3の実施の形態に係る曲げ距離と締め代との関係を表すグラフである。
<密封装置の構成>
図16よび図17に示すように、本発明の第3の実施の形態に係る密封装置としてのオイルシール3000は、機内Aに潤滑油が存在する自動車用エンジン(特にガソリンエンジン)のシールとして用いられ、機内Aの潤滑油が機外Bへ漏洩するのを防止するとともに、機外Bから機内Aへダスト等の異物が侵入するのを防止するものである。
オイルシール3000は、ハウジング202の内周側(矢印d方向)の面である内周面202aに装着されるシール部10と、ハウジング202に対して回転する回転軸としてのクランクシャフト201の外周側(矢印c方向)の面である外周面201aに装着されるスリンガー30とを備え、これらが組み合わされて構成されている。
シール部10は、補強環20と、当該補強環20と一体に形成された弾性体部21とを備えている。ここで、補強環20の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、便宜上その説明を省略する。
弾性体部21は、補強環20に一体に取り付けられており、当該補強環20を外側(矢印a方向)、外周側(矢印c方向)の一部、および、内周側(矢印d方向)を覆うように当該補強環20と一体的に成形されている。
弾性体部21において、リップ被覆部21a、リップ被覆部21b、リップ被覆部21c、リップ被覆部21d、リップ腰部21e、メインリップ322、ダストリップ23、中間リップ24を備えており、第1および第2の実施の形態とはメインリップ322の形状だけが異なっている。
弾性体部21のメインリップ322は、リップ腰部21eの内側(矢印b方向)の端部から更に内側(矢印b方向)かつ外周側(矢印c方向)に向かって斜めに延びる、軸線xを中心とした環状のリップ部分であり、内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって拡径している。
メインリップ322は、外周側(矢印c方向)の面である外周面322gと、内周側(矢印d方向)の面である内周面322uとの間の幅すなわち厚さがリップ腰部21eから先端側へ向かって同様の太さで延びている。メインリップ322のリップ先端側には、後述するスリンガー30のフランジ部333の外側面333gと接触しない外周面322gにおいて部分的に切り欠かれて切除されたような形状であり、メインリップ322の本体よりも肉厚の薄い薄肉先端部322pを備えている。
メインリップ322の薄肉先端部322pは、湾曲面322w、薄肉外周面322gt、最先端面322e、および、薄肉内周面322usによって画成されている。
薄肉先端部322pの湾曲面322wは、外周面322gにおいて、最先端面322eから所定の長さ(例えば、1mm程度)だけリップ腰部21eに近づいた切欠位置322cから弧状に湾曲した面であり、外周面322gから切欠位置322cを介して最先端面322eへ続く面である。
薄肉外周面322gtは、湾曲面322wから滑らかに続き、スリンガー30のフランジ部333の外側面333gと接触する薄肉内周面322usとほぼ平行に最先端面322eまで直線状に延びる平坦な面である。ただし、これに限るものではなく、薄肉外周面322gtは、薄肉内周面322usとほぼ平行ではなく、最先端面322eに向かって薄肉内周面322usとの幅が次第に狭くなるように傾斜した平坦な面であってもよい。この場合、薄肉先端部322pは先端側に向かうに連れて肉厚が僅かに薄くなる先細形状となる。
最先端面322eは、メインリップ322の最先端の端面であり、薄肉外周面322gtおよび薄肉内周面322usとほぼ垂直な平坦面である。ただし、これに限るものではなく、最先端面322eは丸みを帯びた湾曲面であってもよい。
薄肉内周面322usは、メインリップ322の内周面322uのうち、後述するスリンガー30のフランジ部333の外側(矢印a方向)の面である外側面333gと接触するリップ先端側の接触面である。なお、内周面322uのうち、薄肉内周面322usとリップ腰部21eとの間の面は厚肉内周面322ukとなっている。この厚肉内周面322ukは、スリンガー30のフランジ部333の外側面333gとは接触することのない基端側の非接触面である。
なお、弾性体部21のダストリップ23および中間リップ24の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。
スリンガー30は、クランクシャフト201の外周面201aに装着された状態で、当該クランクシャフト201の回転とともに連れ回る例えば金属製の板状部材であり、円筒部31と、フランジ部333とを備えている。スリンガー30は、例えば板状部材を曲げ加工により形成することが可能である。
スリンガー30の円筒部31は、軸線xに沿って略平行に延びる円筒状の部分であり、ハウジング202に対して回転するクランクシャフト201の外周面201aに圧入して固定することにより装着される。スリンガー30の円筒部31は、外周側(矢印c方向)の面である外周面31aを有しており、その外周面31aに対して弾性体部21のダストリップ23のリップ先端が摺動自在に接触する。これにより、機外Bからダスト等の異物が機内Aに侵入することを防止している。
スリンガー30のフランジ部333は、機内A側に膨らんだ中空円盤状の膨出部分333bと、当該膨出部分333bの外周側の端部から機外B側へ折り曲げられた後に外周側(矢印c方向)へ拡がる中空円盤状の円盤部分333aとを備えている。
フランジ部333の膨出部分333bの外周側(矢印c方向)への高さは、中間リップ24のリップ先端の位置よりも高く、当該膨出部分333bと中間リップ24のリップ先端とが対向するように配置されている。
このオイルシール3000では、フランジ部333の円盤部分333aの軸方向における機外B側の端面である外側面333gに対して、弾性体部21のメインリップ322の薄肉先端部322pが摺動可能に密接することにより、機内Aに存在する潤滑油(オイル)が機外Bへ漏洩することを防止している。
このオイルシール3000において、メインリップ322の薄肉先端部322pが摺動可能に密接する外側面333gの端部領域には、空間Sに侵入した潤滑油G1(図13)を機外Aへ排出するために用いられる4本の螺旋溝状のネジ溝334が設けられている。
ネジ溝334は、一定の間隔でそれぞれ独立して配置され、クランクシャフト201の回転方向に対応して内径側から外径側へ右回転で進む4等配の螺旋状の溝であり、個々の溝の始点および終点がそれぞれ異なっている。このネジ溝334は、スリンガー30におけるフランジ部333の円盤部分333aの外側面333gに形成され、弾性体部21のメインリップ322の薄肉先端部322pが4本のネジ溝334の範囲内で接触している。
これら4本のネジ溝334は、図3に示したように、第1の実施の形態におけるネジ溝36と同様の構成を有しており、ここではその説明を省略する。この場合もネジ溝334は、4等配の溝としてそれぞれ独立して形成されているが、これに限るものではなく、2等配、3等配、6等配等のその他種々の本数であってもよい。
また、ネジ溝334の代わりに、図4(A)および図4(B)に示したような放射状溝37(37a~37h)であったり、傾斜状溝38(38a~38h)であってもよい。
上述したように、メインリップ322の薄肉先端部322pは、メインリップ322の本体部分よりも肉薄形状であるため、フランジ部333の外側面333gと接触する際の相対的な接触角度θ1(図13)を、従来の接触角度θ0(図5)に比して小さくすることが可能である。
この場合、接触角度θ1が従来の接触角度θ0よりも小さくなる分だけ、メインリップ322の薄肉先端部322pとフランジ部333の外側面333gとの接触面積が増大するため密封性を維持し易くなる。ここで、接触角度θ1は、メインリップ322の薄肉先端部322pがフランジ部333の外側面333gに押し付けられた際、当該メインリップ322の本体部分が折れ曲がることのない程度の締め代でフランジ部333の外側面333gと接触した状態にあることを前提とする。
このように、オイルシール3000は、スリンガー30のフランジ部333における外側面333gと接触する弾性体部21のメインリップ322が機内A側に配置されて潤滑油が滲み出すことを防止するとともに、スリンガー30の円筒部31の外周面31aに接触する弾性体部21のダストリップ23が機外B側に配置されてダストの侵入および機外B側へ潤滑油が漏洩することを防止する構造を有している。
ところで、一般的にハブベアリングに用いられるハブシールは、スリンガーのフランジ部と接触する弾性体部のサイドリップ(メインリップ322に相当)が機外B側に配置されてダストの侵入を防止するとともに、スリンガーの円筒部と接触するラジアルリップ(ダストリップ23に相当)が機内A側に配置されて潤滑油の漏洩を防止する構造を有している。
すなわち、本発明のオイルシール3000は、ハブベアリングに用いられるハブシールと比べて、スリンガー30と接触するメインリップ322の配置が真逆であり、かつ、その役割についても逆であるため、ハブシールとは根本的に異なるシール構造を有するものである。
このような構成のオイルシール3000において、弾性体部21のメインリップ322、ダストリップ23、および、スリンガー30の円筒部31の外周面31a、および、フランジ部333の外側面333gによって軸線xを中心とした環状の閉じた空間S(図12および図13)が形成されている。
この空間Sは、スリンガー30のフランジ部333における外側面333gとメインリップ322の薄肉先端部322pとの隙間を伝って機内A側から当該空間Sに滲み出た潤滑油G1(図13)を貯留する空間である。この空間Sに貯留された潤滑油G1は、ダストリップ23の存在により機外B側へ漏洩することが抑制されている。
<作用および効果>
以上の構成において、第3の実施の形態におけるオイルシール3000は、シール部10がハウジング202の内周面202aに圧入して固定されるとともに、スリンガー30がクランクシャフト201の外周面201aに圧入して固定されることにより装着される。
このとき、シール部10における弾性体部21のダストリップ23をスリンガー30の円筒部31の外周面31aに所定の締め代で接触させるとともに、当該弾性体部21のメインリップ322をスリンガー30のフランジ部333の外側面333gに所定の締め代で接触させる。この場合、メインリップ322は、当該メインリップ322の薄肉先端部322pが当該メインリップ322の本体部である外周面322gと厚肉内周面322ukとの間の厚さよりも薄いため、フランジ部333の外側面333gに押し付けられた薄肉先端部322pが湾曲面322wのほぼ中心を起点として折り曲げられることになる。
このとき、メインリップ322の薄肉先端部322pにおける薄肉内周面322usは、4本のネジ溝334の何れかと必ず接触するように、シール部10とスリンガー30とが組み合わされる。
上述したように組み合わされて取り付けられたシール部10とスリンガー30とからなるオイルシール3000は、クランクシャフト201の回転に伴ってスリンガー30が左回転(反時計回り)する。
このとき、オイルシール3000は、フランジ部333の外周側(矢印c方向)の端部領域に形成された4本のネジ溝334の影響により、空間Sに滲み出た潤滑油G1を内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって移動させ、フランジ部333の外側面333gとメインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usとの隙間から機内A側へ吸い込んで排出する(ネジ作用)ことができる。すなわち、ネジ溝334は、潤滑油G1を空間Sから機内A側へ吸い込んで排出する油排出作用を機能として有している。このように、フランジ部333の外側面333aにおいてメインリップ322と接触する部分には、回転時に潤滑油をハウジング202の機内側へ戻す排出作用を発揮するためのネジ溝334が形成されている。
なお、オイルシール3000では、弾性体部21の中間リップ24の存在により、空間Sに滲み出てきた潤滑油G1を受け止めることができるので、ダストリップ23に潤滑油G1が直接到達することを防ぎながら空間Sに侵入した潤滑油G1を機内A側へ吸い出すことができる。
また、オイルシール3000は、スリンガー30のフランジ部333の回転に伴う遠心力によって空間S内の潤滑油G1を内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって移動させ、フランジ部333の外側面333gとメインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usとの隙間から機内A側へ潤滑油G1を振り切りながら排出する(振切作用)ことができる。
すなわち、オイルシール3000は、ネジ溝334の影響による空間Sの潤滑油G1に対するネジ作用と、フランジ部333の遠心力による空間Sの潤滑油G1に対する振切作用とにより、空間Sに存在する潤滑油G1を機内Aに吸い込んで排出するポンピング効果を働かせることができる。
ところで、図5に示すように、従来の密封装置100(図22)ではメインリップ111の内側の面である内側面111uとフランジ部103の外側面103aとの相対的な接触角度θ0を有する。これに比べて、図13に示すように、本発明のオイルシール3000ではメインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usとフランジ部333の外側面333gとの相対的な接触角度θ1の方が接触角度θ0よりも小さくなっている(θ0>θ1)。すなわち、フランジ部333とメインリップ322との間には、フランジ部333の外側面333gとメインリップ322とが接触したときの当該フランジ部333と当該メインリップ322とがなす相対的な接触角度θ1が小さくなるような狭小化構造が形成されている。
従来の密封装置100では、メインリップ111とフランジ部103との接触角度θ0が大きいため、当該メインリップ111の内側面111uとフランジ部103の外側面103aとの間に表面張力により付着される潤滑油G0の量が少ない。そのため、ポンピング効果が働いても、空間Sに侵入した潤滑油G0が全て効率良く機内A側へ排出されることがないので一部残留してしまう。
これに対して、本発明のオイルシール3000では、メインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usとフランジ部333の外側面333gとの相対的な接触角度θ1が従来の接触角度θ0よりも小さい。このため、メインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usとフランジ部333の外側面333gとの間に表面張力により付着して貯留される潤滑油G1の量が従来よりも多くなっている。
すなわち、メインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usとフランジ部333の外側面333gとに付着される潤滑油G1の付着面積が従来よりも大きくなっている。具体的には、メインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usおよびフランジ部333の外側面333gに付着される潤滑油G1の付着幅W1が従来の密封装置100(図5)よりも大きい。
このため、メインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usとフランジ部333の外側面333gとの間に表面張力により付着された潤滑油G1がそのまま全てポンピング作用によって機内A側へ効率よく排出されるため、空間Sに潤滑油G1が残留してしまうことを防止することができる。
かくしてオイルシール3000では、エンジンの回転数が所定回転数以上に高くなった場合であっても、フランジ部333の遠心力による潤滑油G1の振切作用と、ネジ溝334により潤滑油G1を機内A側へ戻すネジ作用が効果的に働くことになる。
すなわちオイルシール3000では、機内A側から空間Sに滲み出た潤滑油G1を当該空間Sから機内A側へ効率的かつ短時間のうちに戻すポンピング効果を十分に発揮させることができる。かくして、オイルシール3000は、機内Aの潤滑油G1が空間Sに滲み出たとしても、空間Sに残留してしまい、当該空間Sから機外Bへ潤滑油G1が漏洩することを大幅に低減することができる。
さらに、オイルシール3000では、メインリップ322の薄肉先端部322pは、メインリップ322の外周面322gから切り欠かれたようなメインリップ322の本体よりも肉厚の薄い形状を有しているため、従来に比して少ない締め代で容易に折れ曲がる。これにより、薄肉先端部322pの薄肉内周面322usがフランジ部333の外側面333gと密着し、ネジ溝334を塞ぐことになるため、静止漏れを抑制するとともに、メインリップ322の摺動抵抗についても低減させることができる。
<実施例>
本発明のオイルシール3000において、メインリップ322の薄肉先端部322pがスリンガー30のフランジ部333に任意の締め代で当接されたときに、図14に示すように、薄肉先端部322pの最先端面322eから当該薄肉先端部322pが折れ曲がる湾曲面322wの例えば中心位置までの距離(以下、これを「曲げ距離」ともいう。)Lと規定する。図14において、実線で示されるのは薄肉先端部322pが形成されているメインリップ322の場合であり、破線で示されるのは薄肉先端部322pが形成されていない従来のメインリップの場合である。ただし、これに限るものではなく、薄肉先端部322pの最先端面322eから切欠位置322cまでの距離を曲げ距離Lと規定しても良く、薄肉先端部322pの最先端面322eから薄肉外周面322gtと湾曲面322wとの境界点迄の距離を曲げ距離Lと規定しても良い。
ここで、図15には、メインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usがスリンガー30のフランジ部333の外側面333gに当接されたときに、当該薄肉先端部322pの薄肉内周面322usが外側面333gから浮き上がることない締め代の最大値と、薄肉先端部322pの曲げ距離Lとの関係が示されている。
ここで、曲げ距離Lが「0」とは、薄肉先端部322pが存在していない従来のメインリップ(破線)の場合を意味する。また、曲げ距離L[mm]が「0.5」、「1」、「1.5」のように増加しているのは、メインリップ322の最先端面322eから薄肉先端部322pの湾曲面322wの中心位置までの距離の変化である。すなわち、図15に示すグラフでは、曲げ距離L[mm]が大きくなるほど、つまり、薄肉先端部322pが長くなるほど、小さな締め代で薄肉先端部322pが容易に折れ曲がることが示されている。
曲げ距離Lが大きく薄肉先端部322pが湾曲面322wの中心位置で容易に折れ曲がるということは、メインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usとフランジ部333の外側面333gとの相対的な接触角度θ1が従来の接触角度θ0よりも容易に小さくなるということを意味する。
したがって、メインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usとフランジ部333の外側面333gとの間に表面張力により付着された潤滑油G1(図13)がそのまま全てポンピング作用によって機内A側へ効率よく排出され、空間Sに潤滑油G1が残留してしまうことを防止することができる。
このように、オイルシール3000は、従来に比して、クランクシャフト201の回転数が所定以上の高速回転時であっても、メインリップ322の薄肉先端部322pの薄肉内周面322usとフランジ部333の外側面333gとの相対的な接触角度θ1を小さな締め代で容易に小さくすることができる。これによりオイルシール3000は、メインリップ322の摺動抵抗を上げることなく、機内A側から空間Sに滲み出した潤滑油G1を機内A側へ効率的に戻し、空間Sに潤滑油G1が貯留されることを防止することができる。
この場合も、メインリップ322のリップ先端から付け根部分までの長さが6mmであり、図7(B)と同様、リップ先端における接触部分の内周側端から約17%の長さに相当する約1mmの位置での接触角度θ1とすると、図7(C)に示すように、メインリップ322において接触角度θ1が約17度以下になると、空間Sに存在する潤滑油G1が含まれたエアーの機内A側へのエアー吸込量が急激に増大することが判明した。
すなわち、ネジ溝36が形成されているスリンガー30に用いられるメインリップ322であれば、メインリップ322とフランジ部333との相対的な接触角度θ1が約17度以下になればなるほど、エアー吸込み量が増大することが分かった。
<第4の実施の形態>
図16は、本発明の第4の実施の形態に係る密封装置の装着状態を示す断面図である。図17は、本発明の第4の実施の形態に係る密封装置の単体の構成を示す拡大断面図である。図18は、本発明の第4の実施の形態に係る密封装置において、メインリップとスリンガーのフランジ部との接触角度に応じた潤滑油の貯留量の説明に供する平面図である。
<密封装置の構成>
図16および図17に示すように、本発明の第4の実施の形態に係る密封装置としてのオイルシール4000は、機内Aに潤滑油が存在する自動車用エンジン(特にガソリンエンジン)のシールとして用いられ、機内Aの潤滑油が機外Bへ漏洩するのを防止するとともに、機外Bから機内Aへダスト等の異物が侵入するのを防止するものである。
オイルシール4000は、ハウジング202の内周側(矢印d方向)の面である内周面202aに装着されるシール部10と、ハウジング202に対して回転する回転軸としてのクランクシャフト201の外周側(矢印c方向)の面である外周面201aに装着されるスリンガー30とを備え、これらが組み合わされて構成されている。
シール部10は、補強環20と、当該補強環20と一体に形成された弾性体部21とを備えている。ここで、補強環20の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、便宜上その説明を省略する。
弾性体部21は、補強環20に一体に取り付けられており、当該補強環20を外側(矢印a方向)、外周側(矢印c方向)の一部、および、内周側(矢印d方向)を覆うように当該補強環20と一体的に成形されている。
弾性体部21において、リップ被覆部21a、リップ被覆部21b、リップ被覆部21c、リップ被覆部21d、リップ腰部21e、メインリップ422、ダストリップ23、中間リップ24を備えており、第1乃至第3の実施の形態とはメインリップ422の形状だけが異なっている。
弾性体部21のメインリップ422は、リップ腰部21eの内側(矢印b方向)の端部から更に内側(矢印b方向)かつ外周側(矢印c方向)に向かって斜めに延びる、軸線xを中心とした環状のリップ部分であり、内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって拡径している。
メインリップ422は、リップ腰部21eの内側(矢印b方向)の端部から延びる付け根部分22rの厚さがメインリップ本体の厚さよりも薄く形成されている。これは、弾性体部21において、付け根部分22rを起点としてメインリップ422を付け根から曲がり易くするためである。このようなタイプのメインリップ422については、本明細書中において薄肉リップと呼ぶ場合があるものとする。ただし、これに限るものではなく、付け根部分22rの厚さとメインリップ本体の厚さとがほぼ同じか、或いは、付け根部分22rの厚さがメインリップ本体の厚さよりも厚く形成されていてもよい。
メインリップ422は、外周側(矢印c方向)の面である外周面433、内周側(矢印d方向)の面である内周面434、最先端面435、および、内周側基端面436によって画成されている。
外周面433は、付け根部分22rから最先端面435まで延びる平坦な面であり、先端側の任意の箇所に設けられた環状の切込部433mを有している。切込部433mは、断面略V字状である。ただし、切込部433mの底部分は三角形の頂点のように鋭角ではなく丸みを持った弧状に形成されている。切込部433mの断面形状としてはV字状に限るものではなく、断面U字状であってもよい。具体的には、切込部433mは、例えば、最先端面435から所定の長さ(例えば、1mm程度)だけ付け根部分22rに近づいた位置に形成されている。
この場合、メインリップ422は、当該メインリップ422を画成する外周面433に形成された切込部433mよりもリップ先端側においてフランジ部333の外側面333gと接触して屈曲する先端部分422aを有することになる。
内周面434は、外周面433とほぼ平行で最先端面435から内周側基端面436まで当該外周面433から僅かに離れるように延びる平坦な面であり、後述するスリンガー30のフランジ部333の外側面333gと接触する接触面である。ただし、これに限るものではなく、内周面434は、外周面433とほぼ平行であってもよく、また、内周側基端面436に向かって外周面433との幅が狭くなるように傾斜した平坦な面であってもよい。
内周面434は、メインリップ422がフランジ部333の外側面333gに所定の締め代で押し当てられて、切込部433mを介して先端部分422aが折曲した際、フランジ部333の外側面333gと接触する接触面434sと、フランジ部333の外側面333gとは接触しない非接触面434kとを有している。
最先端面435は、メインリップ422の最先端の端面であり、外周面433および内周面434とほぼ垂直な略平坦な面である。ただし、これに限るものではなく、最先端面435は丸みを帯びた湾曲面であってもよい。
内周側基端面436は、内周面434から頂点436Pを介して折れ曲がった状態でリップ腰部21eまで続く平坦な面である。外周面433と内周側基端面436との間の厚さがリップ腰部21eに近づくに連れて次第に薄くなり、付け根部分22rとなる。
なお、弾性体部21のダストリップ23および中間リップ24の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。
スリンガー30は、クランクシャフト201の外周面201aに装着された状態で、当該クランクシャフト201の回転とともに連れ回る例えば金属製の板状部材であり、円筒部31と、フランジ部333とを備えている。スリンガー30は、例えば板状部材を曲げ加工により形成することが可能である。この円筒部31およびフランジ部333においても、上述した第3の実施の形態と同様である。
このオイルシール4000では、フランジ部333の円盤部分333aの軸方向における機外B側の端面である外側面333gに対して、弾性体部21のメインリップ422の先端部分422aが摺動可能に密接することにより、機内Aに存在する潤滑油(オイル)が機外Bへ漏洩することを防止している。
このオイルシール4000においては、メインリップ422の先端部分422aが摺動可能に密接するフランジ部333の円盤部分333aの外側面333gの端部領域には、空間Sに侵入した潤滑油G1(図18)を機外Aへ排出するために用いられる4本の螺旋溝状のネジ溝334が設けられている。このネジ溝334においては、第3の実施の形態と同様の構成である。
上述したように、メインリップ422の先端部分422aは、外周面433に環状の切込部433mが形成されているため、当該切込部433mの中心を屈曲点として外側(矢印a方向)へ折れ曲がり、フランジ部333の外側面333gと接触する際の相対的な接触角度θ1(図18)が、従来の接触角度θ0(図5)に比して小さくなる。
この場合、接触角度θ1が従来の接触角度θ0よりも小さくなる分だけ、メインリップ422の先端部分422aとフランジ部333の外側面333gとの接触面積が増大するため密封性を維持し易くなる。
このように、オイルシール4000は、スリンガー30のフランジ部333における外側面333gと接触する弾性体部21のメインリップ422が機内A側に配置されて潤滑油が滲み出すことを防止するとともに、スリンガー30の円筒部31の外周面31aに接触する弾性体部21のダストリップ23が機外B側に配置されてダストの侵入および機外B側へ潤滑油が漏洩することを防止する構造を有している。
ところで、一般的にハブベアリングに用いられるハブシールは、スリンガーのフランジ部と接触する弾性体部のサイドリップ(メインリップ422に相当)が機外B側に配置されてダストの侵入を防止するとともに、スリンガーの円筒部と接触するラジアルリップ(ダストリップ23に相当)が機内A側に配置されて潤滑油の漏洩を防止する構造を有している。
すなわち、本発明のオイルシール4000は、ハブベアリングに用いられるハブシールと比べて、スリンガー30と接触するメインリップ422の配置が真逆であり、かつ、その役割についても逆であるため、ハブシールとは根本的に異なるシール構造を有するものである。
このような構成のオイルシール4000において、弾性体部21のメインリップ422、ダストリップ23、および、スリンガー30の円筒部31の外周面31a、および、フランジ部333の外側面333gによって軸線xを中心とした環状の閉じた空間S(図18)が形成されている。
この空間Sは、スリンガー30のフランジ部333における外側面333gとメインリップ422の先端部分422aとの隙間を伝って機内A側から当該空間Sに滲み出た潤滑油G1(図18)を貯留する空間である。この空間Sに貯留された潤滑油G1は、ダストリップ23の存在により機外B側へ漏洩することが抑制されている。
<作用および効果>
以上の構成において、第4の実施の形態におけるオイルシール4000は、シール部10がハウジング202の内周面202aに圧入して固定されるとともに、スリンガー30がクランクシャフト201の外周面201aに圧入して固定されることにより装着される。
このとき、シール部10における弾性体部21のダストリップ23をスリンガー30の円筒部31の外周面31aに所定の締め代で接触させるとともに、当該弾性体部21のメインリップ422をスリンガー30のフランジ部333の外側面333gに所定の締め代で接触させる。このとき、メインリップ422は、外周面433に切込部433mが設けられているため、当該メインリップ422の先端部分422aが切込部433mの中心を屈曲点として外側(矢印a方向)へ僅かに折り曲げられることになる。
なお、この場合、メインリップ422の先端部分422aの接触面434s(図17)は、4本のネジ溝334の何れかと必ず接触するように、シール部10とスリンガー30とが組み合わされる。
上述したように組み合わされて取り付けられたシール部10とスリンガー30とからなるオイルシール4000は、クランクシャフト201の回転に伴ってスリンガー30が左回転(反時計回り)する。
このとき、オイルシール4000は、フランジ部333の外周側(矢印c方向)の端部領域に形成された4本のネジ溝334の影響により、空間Sに滲み出た潤滑油G1を内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって移動させ、フランジ部333の外側面333gとメインリップ422の先端部分422aの接触面434sとの隙間から機内A側へ吸い込んで排出する(ネジ作用)ことができる。すなわち、ネジ溝334は、潤滑油G1を空間Sから機内A側へ吸い込んで排出する油排出作用を機能として有している。すなわち、フランジ部333の外側面333aにおいてメインリップ422と接触する部分には、回転時に潤滑油をハウジング202の機内側へ戻す排出作用を発揮するためのネジ溝334が形成されている。
なお、オイルシール4000では、弾性体部21の中間リップ24の存在により、空間Sに滲み出てきた潤滑油G1を受け止めることができるので、ダストリップ23に潤滑油G1が直接到達することを防ぎながら空間Sに侵入した潤滑油G1を機内A側へ吸い出すことができる。
また、オイルシール4000は、スリンガー30のフランジ部333の回転に伴う遠心力によって空間S内の潤滑油G1を内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって移動させ、フランジ部333の外側面333gとメインリップ422の先端部分422aの接触面434sとの隙間から機内A側へ潤滑油G1を振り切りながら排出する(振切作用)ことができる。
すなわち、オイルシール4000は、ネジ溝334の影響による空間Sの潤滑油G1に対するネジ作用と、フランジ部333の遠心力による空間Sの潤滑油G1に対する振切作用とにより、空間Sに存在する潤滑油G1を機内Aに吸い込んで排出するポンピング効果を働かせることができる。
ところで、図5に示したように、従来の密封装置100(図22)ではメインリップ111の内側の面である内側面111uとフランジ部103の外側面103aとの間に相対的な接触角度θ0を有する。これに比べて、図18に示すように、本発明のオイルシール4000ではメインリップ422の先端部分422aの接触面434sとフランジ部333の外側面333gとの相対的な接触角度θ1の方が小さくなっている(θ0>θ1)。すなわち、フランジ部333とメインリップ422との間には、フランジ部333の外側面333gとメインリップ422とが接触したときの当該フランジ部333と当該メインリップ422とがなす相対的な接触角度θ1が小さくなるような狭小化構造が形成されている。
従来の密封装置100では、メインリップ111とフランジ部103との接触角度θ0が大きいため、当該メインリップ111の内側面111uとフランジ部103の外側面103aとの間に表面張力により付着される潤滑油G0の量が少ない。そのため、ポンピング効果が働いても、空間Sに侵入した潤滑油G0が全て効率良く機内A側へ排出されることがないので一部残留してしまう。
これに対して、本発明のオイルシール4000では、メインリップ422の先端部分422aの接触面434sとフランジ部333の外側面333gとの相対的な接触角度θ1が従来の接触角度θ0よりも小さい。このため、メインリップ422の先端部分422aの接触面434sとフランジ部333の外側面333gとの間に表面張力により付着して貯留される潤滑油G1の量が従来よりも多くなっている。
すなわち、メインリップ422の先端部分422aの接触面434sとフランジ部333の外側面333gとに付着される潤滑油G1の付着面積が従来よりも大きくなっている。具体的には、メインリップ422の先端部分422aの接触面434sおよびフランジ部333の外側面333gに付着される潤滑油G1の付着幅W1が従来の密封装置100(図5)よりも大きい。
このため、メインリップ422の先端部分422aの接触面434sとフランジ部333の外側面333gとの間に表面張力により付着された潤滑油G1がそのまま全てポンピング作用によって機内A側へ効率よく排出されるため、空間Sに潤滑油G1が残留してしまうことを防止することができる。
かくしてオイルシール4000では、エンジンの回転数が所定回転数以上に高くなった場合であっても、フランジ部333の遠心力による潤滑油G1の振切作用と、ネジ溝334により潤滑油G1を機内A側へ戻すネジ作用が効果的に働くことになる。
すなわちオイルシール4000では、機内A側から空間Sに滲み出た潤滑油G1を当該空間Sから機内A側へ効率的かつ短時間のうちに戻すポンピング効果を十分に発揮させることができる。かくして、オイルシール4000は、機内Aの潤滑油G1が空間Sに滲み出たとしても、空間Sに残留してしまい、当該空間Sから機外Bへ潤滑油G1が漏洩することを大幅に低減することができる。
さらに、オイルシール4000では、メインリップ422の先端部分422aは、切込部433mの存在により、従来に比して少ない締め代で容易に折れ曲がる。これにより、メインリップ422の先端部分422aの接触面434sがフランジ部333の外側面333gと密着し、ネジ溝334を塞ぐことになるため、静止漏れを抑制するとともに、メインリップ422の摺動抵抗についても低減させることができる。
この場合も、メインリップ422のリップ先端から付け根部分22rまでの長さが6mmであり、図7(B)と同様、先端部分422aにおける接触幅の接触部分の内周側端から約17%の長さに相当する約1mmの位置での接触角度θ1とすると、図7(C)に示すように、メインリップ422において接触角度θ1が約17度以下になると、空間Sに存在する潤滑油G1が含まれたエアーの機内A側へのエアー吸込量が急激に増大することが判明した。
すなわち、ネジ溝36が形成されているスリンガー30に用いられるメインリップ422であれば、メインリップ422とフランジ部333との相対的な接触角度θ1が約17度以下になればなるほど、エアー吸込み量が増大することが分かった。
<第5の実施の形態>
図19は、本発明の第5の実施の形態に係る密封装置の装着状態を示す断面図である。図20は、本発明の第5の実施の形態に係る密封装置の単体の構成を示す拡大断面図である。図21は、本発明の第5の実施の形態に係るオイルシールにおいて、メインリップとスリンガーのフランジ部との接触角度に応じた潤滑油の貯留量の説明に供する平面図である。
<オイルシールの構成>
図19および図20に示すように、本発明の第5の実施の形態に係る密封装置としてのオイルシール5000は、機内Aに潤滑油が存在する自動車用エンジン(特にガソリンエンジン)のシールとして用いられ、機内Aの潤滑油が機外Bへ漏洩するのを防止するとともに、機外Bから機内Aへダスト等の異物が侵入するのを防止するものである。
オイルシール5000は、ハウジング202の内周側(矢印d方向)の面である内周面202aに装着されるシール部10と、ハウジング202に対して回転する回転軸としてのクランクシャフト201の外周側(矢印c方向)の面である外周面201aに装着されるスリンガー30とを備え、これらの組み合わせにより構成されている。
シール部10は、補強環20と、当該補強環20と一体に形成された弾性体部21とを備えている。ここで、補強環20の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、便宜上その説明を省略する。
弾性体部21は、補強環20に一体に取り付けられており、当該補強環20を外側(矢印a方向)、外周側(矢印c方向)の一部、および、内周側(矢印d方向)を覆うように当該補強環20と一体的に成形されている。
弾性体部21において、リップ被覆部21a、リップ被覆部21b、リップ被覆部21c、リップ被覆部21d、リップ腰部21e、メインリップ522、ダストリップ23、中間リップ24を備えており、第1乃至第4の実施の形態とはメインリップ522の形状だけが異なっている。
弾性体部21のリップ腰部21eは、補強環20の内周側円盤部20dにおける内周側(矢印d方向)の端部の近傍に位置する部分であり、メインリップ522、ダストリップ23、および、中間リップ24の基部である。
弾性体部21のメインリップ522は、リップ腰部21eの内側(矢印b方向)の端部から更に内側(矢印b方向)かつ外周側(矢印c方向)に向かって斜めに延びる、軸線xを中心とした環状のリップ部分であり、内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって拡径している。
メインリップ522は、外周側(矢印c方向)の面である外周面522gと、内周側(矢印d方向)の面である内周面522uとの間の幅すなわち厚さがリップ腰部21eの基端側から先端側へ向かって同様の太さで延びている。ただし、これに限らず、外周面522gは、内周面522uとほぼ平行ではなく、当該外周面522gが最先端面に向かって内周面522uとの幅が次第に狭くなるように傾斜した平坦な面であってもよい。同様に、内周面522uは、当該内周面522uが最先端面に向かって外周面522gとの幅が次第に狭くなるように傾斜した平坦な面であってもよい。
この場合、メインリップ522は、外周面522g、内周面522u、および、最先端面522eによって画成されている。メインリップ522の最先端面522eは、メインリップ522の最先端の端面であり、外周面522gおよび内周面522uとほぼ垂直な平坦面である。ただし、これに限るものではなく、最先端面522eは丸みを帯びた湾曲面であってもよい。
メインリップ522のリップ基端側には、リップ腰部21eから内側(矢印b方向)へ向かって突出した根元部分に相当するリップ基端部522nを備え、メインリップ522のリップ先端側には、後述するスリンガー30のフランジ部333の外側面333gと接触する部分であるリップ先端部522pを備えている。
すなわち、メインリップ522は、リップ基端部522nと、リップ先端部522pと、当該リップ基端部522nとリップ先端部522pとを滑らかな曲線で繋ぐリップ湾曲部522wとを備えている。この場合、メインリップ522は、リップ基端部522nからリップ先端部522pにかけて内周側(矢印d方向)に凹となるようにリップ湾曲部522wが全体的に湾曲している。ただし、メインリップ522のリップ基端部522n、リップ先端部522p、および、リップ湾曲部522wについては、実際上、明確な境界は存在していない。
メインリップ522の内周面522uは、後述するスリンガー30のフランジ部333の外側(矢印a方向)の面である外側面333gと接触する接触面である。ただし、内周面522uの全てがフランジ部333の外側面333gと接触するのではなく、内周面522uのうちリップ先端部522pの先端側の一部が外側面333gと面接触することになる。
メインリップ522の外周面522gは、後述するスリンガー30のフランジ部333の外側(矢印a方向)の面である外側面333gと接触することのない非接触面である。なおメインリップ522の外周面522gは、フランジ部333の外側面333gに限らず、何れの部分とも接触することはない。
メインリップ522のリップ基端部522nは、リップ腰部21eから内側(矢印b方向)へ向かって突出した当該メインリップ522の根元部分であり、リップ基端部522nからリップ先端部522pにかけて湾曲する際の起点となる部分である。
メインリップ522のリップ先端部522pは、フランジ部333の外側面333gに接触する部分であり、リップ基端部522nからリップ先端部522pにかけて湾曲する際の終点となる部分である。また、リップ先端部522pは、メインリップ522がフランジ部333の外側面333gに対して所定の締め代で押し付けられた際に当該外側面333gと面接触し、機内Aに存在する潤滑油(オイル)が空間Sに滲み出ることを防止する部分である。
メインリップ522のリップ湾曲部522wは、リップ基端部522nとリップ先端部522pとを滑らかな曲線で繋ぎ、当該メインリップ522が全体的に湾曲状をなすため最も大きく曲がった主な湾曲部分である。すなわち、メインリップ522がフランジ部333の外側面333gに所定の締め代で押し付けられる際、このリップ湾曲部522wが主に曲げられることになる。
なお、弾性体部21のダストリップ23および中間リップ24の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。
スリンガー30は、クランクシャフト201の外周面201aに装着された状態で、当該クランクシャフト201の回転とともに連れ回る例えば金属製の板状部材であり、円筒部31と、フランジ部333とを備えている。このフランジ部333についても、第3および第4の実施の形態と同様の構成であり、ここではその説明を省略する。
このオイルシール5000では、フランジ部333の円盤部分333aの軸方向における機外B側の端面である外側面333gに対して、弾性体部21のメインリップ522のリップ先端部522pが摺動可能に密接することにより、機内Aに存在する潤滑油(オイル)が機外Bへ漏洩することを防止している。
このオイルシール5000において、メインリップ522のリップ先端部522pが摺動可能に密接する外側面333gの端部領域には、空間Sに侵入した潤滑油G1(図21)を機外Aへ排出するために用いられる4本の螺旋溝状のネジ溝334が設けられている。このネジ溝334についても、その構成は第3および第4の実施の形態と同様であり、ここではその説明を省略する。
上述したように、メインリップ522は、リップ先端部522pへ向かってリップ基端部522nから全体的に湾曲状に形成されているため、当該リップ先端部522pがフランジ部333の外側面333gに所定の締め代で押し付けられたときの当該外側面333gとの相対的な接触角度θ1(図21)を、従来の接触角度θ0(図5)に比して小さくすることが可能である。
この場合、接触角度θ1が従来の接触角度θ0よりも小さくなる分だけ、メインリップ522のリップ先端部522pとフランジ部333の外側面333gとの接触面積が増大するため密封性を維持し易くなる。この場合、メインリップ522のリップ先端部522pは、フランジ部333の外側面333gと接触している部分が面接触しており、リップ先端部522pからリップ基端部522nにかけて緩やかに外側面333gから離間されている。ここで、接触角度θ1は、メインリップ522のリップ先端部522pがフランジ部333の外側面333gに押し付けられた際、当該メインリップ522のリップ湾曲部522wが屈曲されることのない程度の締め代でフランジ部333の外側面333gと接触した状態にあることを前提とする。
このように、オイルシール5000は、スリンガー30のフランジ部333における外側面333gと接触する弾性体部21のメインリップ522が機内A側に配置されて潤滑油が滲み出すことを防止するとともに、スリンガー30の円筒部31の外周面31aに接触する弾性体部21のダストリップ23が機外B側に配置されてダストの侵入および機外B側へ潤滑油が漏洩することを防止する構造を有している。
ところで、一般的にハブベアリングに用いられるハブシールは、スリンガーのフランジ部と接触する弾性体部のサイドリップ(メインリップ522に相当)が機外B側に配置されてダストの侵入を防止するとともに、スリンガーの円筒部と接触するラジアルリップ(ダストリップ23に相当)が機内A側に配置されて潤滑油の漏洩を防止する構造を有している。
すなわち、本発明のオイルシール5000は、ハブベアリングに用いられるハブシールと比べて、スリンガー30と接触するメインリップ522の配置が真逆であり、かつ、その役割についても逆であるため、ハブシールとは根本的に異なるシール構造を有するものである。
このような構成のオイルシール5000において、弾性体部21のメインリップ522、ダストリップ23、および、スリンガー30の円筒部31の外周面31a、および、フランジ部333の外側面333gによって軸線xを中心とした環状の閉じた空間S(図20および図21)が形成されている。
この空間Sは、スリンガー30のフランジ部333における外側面333gとメインリップ522のリップ先端部522pとの隙間を伝って機内A側から当該空間Sに滲み出た潤滑油G1(図20、図21)を貯留する空間である。この空間Sに貯留された潤滑油G1は、ダストリップ23の存在により機外B側へ漏洩することが抑制されている。
<作用および効果>
以上の構成において、第5の実施の形態におけるオイルシール5000は、シール部10がハウジング202の内周面202aに圧入して固定されるとともに、スリンガー30がクランクシャフト201の外周面201aに圧入して固定されることにより装着される。
このとき、シール部10における弾性体部21のダストリップ23をスリンガー30の円筒部31の外周面31aに所定の締め代で接触させるとともに、当該弾性体部21のメインリップ522におけるリップ先端部522pとスリンガー30のフランジ部333の外側面333gとが所定の締め代で接触される。
上述したように組み合わされて取り付けられたシール部10とスリンガー30とからなるオイルシール5000は、クランクシャフト201の回転に伴ってスリンガー30が左回転(反時計回り)する。
このとき、オイルシール5000は、フランジ部333の外周側(矢印c方向)の端部領域に形成された4本のネジ溝334の影響により、空間Sに滲み出た潤滑油G1を内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって移動させ、フランジ部333の外側面333gとメインリップ522のリップ先端部522pの内周面522uとの隙間から機内A側へ吸い込んで排出する(ネジ作用)ことができる。すなわち、ネジ溝334は、潤滑油G1を空間Sから機内A側へ吸い込んで排出する油排出作用を機能として有している。すなわち、フランジ部333の外側面333aにおいてメインリップ522と接触する部分には、回転時に潤滑油をハウジング202の機内側へ戻す排出作用を発揮するためのネジ溝334が形成されている。
なお、オイルシール5000では、弾性体部21の中間リップ24の存在により、空間Sに滲み出てきた潤滑油G1を受け止めることができるので、ダストリップ23に潤滑油G1が直接到達することを防ぎながら空間Sに侵入した潤滑油G1を機内A側へ吸い出すことができる。
また、オイルシール5000は、スリンガー30のフランジ部333の回転に伴う遠心力によって空間S内の潤滑油G1を内周側(矢印d方向)から外周側(矢印c方向)へ向かって移動させ、フランジ部333の外側面333gとメインリップ522のリップ先端部522pの内周面522uとの隙間から機内A側へ潤滑油G1を振り切りながら排出する(振切作用)ことができる。
すなわち、オイルシール5000は、ネジ溝334の影響による空間Sの潤滑油G1に対するネジ作用と、フランジ部333の遠心力による空間Sの潤滑油G1に対する振切作用とにより、空間Sに存在する潤滑油G1を機内Aに吸い込んで排出するポンピング効果を働かせることができる。
ところで、図5に示すように、従来の密封装置100(図22)ではメインリップ111の内側の面である内側面111uとフランジ部103の外側面103aとの相対的な接触角度θ0を有する。これに比べて、図21に示すように、本発明のオイルシール5000ではメインリップ522のリップ先端部522pの内周面522uとフランジ部333の外側面333gとの相対的な接触角度θ1の方が接触角度θ0よりも小さくなっている(θ0>θ1)。すなわち、フランジ部333とメインリップ522との間には、フランジ部333の外側面333aとメインリップ522とが接触したときの当該フランジ部333と当該メインリップ522とがなす相対的な接触角度θ1が小さくなるような狭小化構造が形成されている。
従来の密封装置100では、メインリップ111とフランジ部103との接触角度θ0が大きいため、当該メインリップ111の内側面111uとフランジ部103の外側面103aとの間に表面張力により付着される潤滑油G0の量が少ない。そのため、ポンピング効果が働いても、空間Sに侵入した潤滑油G0が全て効率良く機内A側へ排出されることがないので一部残留してしまう。
これに対して、本発明のオイルシール5000では、リップ先端部522pからリップ基端部522nにかけてフランジ部333の外側面333gから緩やかに離間されているため、メインリップ522のリップ先端部522pの内周面522uとフランジ部333の外側面333gとの相対的な接触角度θ1が従来の接触角度θ0よりも小さくなっている。このため、メインリップ522のリップ先端部522pの内周面522uとフランジ部333の外側面333gとの間に表面張力により付着して貯留される潤滑油G1の量が従来よりも多い。
すなわち、メインリップ522のリップ先端部522pの内周面522uとフランジ部333の外側面333gとに付着される潤滑油G1の付着面積が従来よりも大きくなっている。具体的には、メインリップ522のリップ先端部522pの内周面522uおよびフランジ部333の外側面333gに付着される潤滑油G1の付着幅W1が従来の密封装置100(図5)よりも大きい。
このため、メインリップ522のリップ先端部522pの内周面522uとフランジ部333の外側面333gとの間に表面張力により付着された潤滑油G1がそのまま全てポンピング作用によって機内A側へ効率よく排出されるため、空間Sに潤滑油G1が残留してしまうことを防止することができる。
かくしてオイルシール5000では、エンジンの回転数が所定回転数以上に高くなった場合であっても、フランジ部333の遠心力による潤滑油G1の振切作用と、ネジ溝334により潤滑油G1を機内A側へ戻すネジ作用が効果的に働くことになる。
すなわちオイルシール5000では、機内A側から空間Sに滲み出た潤滑油G1を当該空間Sから機内A側へ効率的かつ短時間のうちに戻すポンピング効果を十分に発揮させることができる。かくして、オイルシール5000は、機内Aの潤滑油G1が空間Sに滲み出たとしても、空間Sに残留してしまい、当該空間Sから機外Bへ潤滑油G1が漏洩することを大幅に低減することができる。
さらに、オイルシール5000では、メインリップ522は、リップ基端部522nからリップ湾曲部522wを介してリップ先端部522pへ全体的に湾曲状に形成されているため、従来に比して少ない締め代でリップ先端部522pとフランジ部333の外側面333gとの相対的な接触角度θ1を従来の接触角度θ0よりも小さくすることができる。これにより、リップ先端部522pの内周面522uがフランジ部333の外側面333gと密着し、ネジ溝334を塞ぐことになるため、静止漏れを抑制するとともに、メインリップ522の摺動抵抗についても低減させることができる。
この場合も、メインリップ522のリップ先端部522pから付け根部分までの長さが6mmであり、図7(B)と同様、リップ先端部522pにおける接触幅の接触部分の内周側端から約17%の長さに相当する約1mmの位置での接触角度θ1とすると、図7(C)に示すように、メインリップ522において接触角度θ1が約17度以下になると、空間Sに存在する潤滑油G1が含まれたエアーの機内A側へのエアー吸込量が急激に増大することが判明した。
すなわち、ネジ溝36が形成されているスリンガー30に用いられるメインリップ522であれば、メインリップ522とフランジ部333との相対的な接触角度θ1が約17度以下になればなるほど、エアー吸込み量が増大することが分かった。
<他の実施の形態>
なお、上述した第1、第2、第4の実施の形態においては、メインリップ22、422として、付け根部分22rの厚さを本体部分の厚さよりも薄くした薄肉リップを用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、付け根部分22rの厚さが本体部分の厚さと同等かそれよりも厚くしてもよい。
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の第1乃至第5の実施の形態に係るオイルシール1、2000、3000、4000、5000に限定されるものではなく、本発明の概念および請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題および効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。具体的には、傾斜フランジ部分35を有するフランジ部33と薄肉先端部322pを有するメインリップ322との組み合わせ、フランジ部33と切込部433mが設けられたメインリップ422との組み合わせ、フランジ部33とリップ湾曲部522wを有するメインリップ522との組み合わせ、薄肉先端部322pおよび切込部433mの双方が設けられたメインリップ、湾曲フランジ部133とメインリップ322、メインリップ422またはメインリップ522との組み合わせ等、あらゆる組み合わせによる態様を含む。
また、第1乃至第5の実施の形態に係る密封装置としてのオイルシール1、2000、3000、4000、5000は、自動車用エンジンのシールとして用いられるものとしたが、本発明に係る密封装置の適用対象はこれに限られるものではなく、他の汎用機械、産業機械等、本発明の奏する効果を利用し得る全ての構成に対して、本発明は適用可能である。