WO2014002562A1

WO2014002562A1 - 密封装置

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Publication number: WO2014002562A1
Application number: PCT/JP2013/059937
Authority: WO
Inventors: 老山幸一郎
Original assignee: イーグル工業株式会社
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-01-03
Also published as: EP2865927A4; EP2865927A1; CN104040228B; CN104040228A; EP2865927B1; JPWO2014002562A1; JP6084611B2; US20140377057A1

Abstract

ハウジングが樹脂製の場合であっても、簡易な構成でハウジングからの抜け落ちの抑制を図った密封装置を提供する。ケース（１１０）は、小径孔部（３１）の内周面に嵌着される円筒部（１１１）と、円筒部（１１１）の端部から外周面側に伸び、かつ小径孔部（３１）と大径孔部（３３）との段差面（３２）に突き当たることで密封装置（１００）の位置決めがなされるフランジ部（１１２）と、フランジ部（１１２）の端部から軸線方向かつ円筒部（１１１）とは反対側に向かって伸びるに従って、外周面側に向かって傾斜するように構成される爪部（１１３）と、を備えることを特徴とする。

Description

密封装置

　本発明は、軸とハウジングとの間の環状隙間をシールする密封装置に関する。

　従来例に係る密封装置について、図８を参照して説明する。図８は従来例に係る密封装置の装着時の様子を示す模式的断面図である。

　密封装置２００は、軸孔を有するハウジング３０と軸孔内に挿通される回転軸２１との間の環状隙間を封止するために用いられる。ハウジング３０に設けられている軸孔は、小径孔部３１と大径孔部３３とを有している。そして、密封装置２００は、シール部材等が組み込まれる金属製のケース２１０を有しており、カートリッジ化されている。

　このように構成される密封装置２００は、大径孔部３３側から小径孔部３１側に向かうように、図中矢印Ｘ方向に装着される。そして、密封装置２００のケース２１０は、小径孔部３１の内周面に嵌着される円筒部２１１と、円筒部２１１の端部から外周面側に伸び、かつ小径孔部３１と大径孔部３３との段差面３２に突き当たるフランジ部２１２とを備えている。これにより、フランジ部２１２が段差面３２に突き当たるまで密封装置２００を挿入させることによって、密封装置２００はハウジング３０内に位置決めされた状態で固定される。

　ここで、ハウジング３０の材料としてアルミニウムなどの金属が用いられる場合には、密封装置２００はハウジング３０内で安定的に装着された状態が維持される。これに対して、軽量化等を目的として、ハウジング３０の材料にＰＰＳ等の樹脂材が用いられている場合には、高温使用時のへたりや熱膨張の影響によって、ケース２１０における円筒部２１１の小径孔部３１に対する嵌着力が低下してしまうことがある。これにより、密封装置２００に対して、図中Ｘ方向とは反対側の力が作用した際に、密封装置２００が抜け落ちてしまい、密封機能が損なわれてしまうことがある。

実用新案登録第３１３７４８１号公報実公昭６１－２３７６号公報

　本発明の目的は、ハウジングが樹脂製の場合であっても、簡易な構成でハウジングからの抜け落ちの抑制を図った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、
　小径孔部と該小径孔部よりも大径の大径孔部とを有する段付きの軸孔を有する樹脂製ハウジングと前記軸孔内に挿通される軸との間の環状隙間を封止する密封装置であって、前記大径孔部側から小径孔部側に向かって装着される密封装置において、
　前記軸の外周面に摺動自在な少なくとも一つのシール部材と、
　前記少なくとも一つのシール部材が組み込まれる金属製のケースと、を備え、
　前記ケースは、
　前記小径孔部の内周面に嵌着される円筒部と、
　該円筒部の端部から外周面側に伸び、かつ前記小径孔部と大径孔部との段差面に突き当たることで密封装置の位置決めがなされるフランジ部と、
　該フランジ部の端部から軸線方向かつ前記円筒部とは反対側に向かって伸びるに従って、外周面側に向かって傾斜し、前記大径孔部の内周面に食い込むエッジを有する爪部と、を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、密封装置に対して密封装置の装着方向とは反対側の力が作用しても、ケースに設けられた爪部の食い込みエッジが、ハウジングの大径孔部の内周面に食い込むことにより、密封装置の抜け落ちが抑制される。また、密封装置のケースに設けられた爪部によって、密封装置の抜け落ちを抑制しているので、抜け落ちを防止するために別途専用部品が必要になることもない。ここで、爪部は、フランジ部の端部から軸線方向かつ円筒部とは反対側に向かって伸びるに従って、外周面側に向かって傾斜するように構成されているので、密封装置の装着動作時には、爪部は内周面側に向かって撓みつつ大径孔部の内周面に対して摺接することにより、密封装置の装着作業への支障はない。

　前記フランジ部と前記爪部との繋ぎ部分の内周面側には凹部が形成されているとよい。

　これにより、爪部を内周面側に向かって撓みやすくすることができ、密封装置の装着作業性の低下をより抑制することが可能となる。

　以上説明したように、本発明によれば、ハウジングが樹脂製の場合であっても、簡易な構成でハウジングからの抜け落ちの抑制を図ることができる。

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１に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。図３は本発明の実施例１に係る密封装置におけるケースの模式的断面図である。図４は図３の一部を拡大した図である。図５は本発明の実施例２に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。図６は本発明の実施例３に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。図７はケースの変形例を示す模式的断面図の一部拡大図である。図８は従来例に係る密封装置の装着時の様子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１）
　図１～図４を参照して、本発明の実施例１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～図４を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置１００について説明する。ここで、図２は本発明の実施例１に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図であり、図３は本発明の実施例１に係る密封装置におけるケースの模式的断面図である。いずれも、回転軸２１の中心軸線を含む面で切断した断面図である。また、図３は図２の一部を拡大した図である。なお、密封装置１００は回転対称形状である。

　密封装置１００は、金属製のケース（カートリッジ）１１０と、金属環１２０と、金属環１２０に一体的に設けられるゴム製の第１シール部材１３０と、合成樹脂製の第２シール部材１４０と、金属製のバックアップリング１５０とから構成されている。

　第１シール部材１３０と第２シール部材１４０は、いずれも内周面側の先端が密封対象流体側（Ｌ）に向かって伸びつつ、回転軸２１の外周面に対して摺動するシールリップ１３１，１４１を有している。そして、バックアップリング１５０によって、第２シール部材１４０の密封対象流体側（Ｌ）とは反対側（Ａ）を支持することによって、第２シール部材１４０のシールリップ１４１の姿勢を維持している。また、第２シール部材１４０のシールリップ１４１の姿勢が維持されることによって、第１シール部材１３０のシールリップ１３１の姿勢も維持される。

　これら金属環１２０に一体的に設けられる第１シール部材１３０と、第２シール部材１４０と、バックアップリング１５０がケース１１０に組み込まれることによって、密封装置１００はカートリッジ化されている。

　次に、ケース１１０について、特に図３及び図４を参照して、より詳細に説明する。ケース１１０は、円筒部１１１と、円筒部１１１の端部（密封対象流体側（Ｌ）の端部）から外周面側に伸びるフランジ部１１２と、フランジ部１１２の端部から伸びる環状の爪部１１３とを備えている。また、ケース１１０は、更に、円筒部１１１の密封対象流体側（Ｌ）とは反対側（Ａ）の端部から内周面側に向かって伸びる内向きフランジ部１１４と、内向きフランジ部１１４の内周面側の端部から密封対象流体側（Ｌ）に伸びる円筒部１１５とを備えている。そして、ケース１１０における円筒部１１１，内向きフランジ部１１４及び円筒部１１５によって構成される環状空間内に、上述した金属環１２０に一体的に設けられる第１シール部材１３０，第２シール部材１４０、及びバックアップリング１５０の外周面側の部分が組み込まれ、かつ固定される。

　ケース１１０における円筒部１１１は、その外周面の外径がハウジング３０における軸孔の小径孔部３１の内周面の内径よりも僅かに大きくなるように構成されている。これにより、密封装置１００を大径孔部３３側から小径孔部３１側に向かうように、図中矢印Ｘ方向に装着させることによって、円筒部１１１を小径孔部３１の内周面に嵌着させることができる。また、フランジ部１１２が段差面３２（小径孔部３１と大径孔部３３との段差面３２）に突き当たるまで密封装置１００を挿入させることによって、密封装置１００はハウジング３０内に位置決めされた状態で固定される。

　爪部１１３は、フランジ部１１２の端部から軸線方向かつ円筒部１１１とは反対側に向かって伸びるに従って、外周面側に向かって傾斜するように構成される。そして、この爪部１１３は、密封装置１００の装着動作時には内周面側に向かって（図３，４中矢印Ｒ方向に向かって）撓みつつ、ハウジング３０における大径孔部３３の内周面に対して摺接するように構成されている。また、この爪部１１３の外周面側の先端には、密封装置１００に対して密封装置１００の装着方向（図２中矢印Ｘ方向）とは反対側の力が作用した際には大径孔部３３の内周面に食い込み可能な食い込みエッジ１１３ａを有している。なお、例えば、ポンプ内部側（つまり、密封対象流体側（Ｌ））が負圧になることによって、密封装置１００に対して密封装置１００の装着方向とは反対側の力が作用する。

　また、本実施例においては、フランジ部１１２と爪部１１３との繋ぎ部分の内周面側には凹部１１３ｂが形成されている。

　＜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、密封装置１００に対して密封装置１００の装着方向とは反対側の力が作用しても、ケース１１０に設けられた爪部１１３の食い込みエッジ１１３ａが、ハウジング３０の大径孔部３３の内周面に食い込む。これにより、密封装置１００の抜け落ちが抑制される。また、密封装置１００のケース１１０に設けられた爪部１１３によって、密封装置１００の抜け落ちを抑制しているので、抜け落ちを防止するために別途専用部品が必要になることもない。ここで、密封装置１００の装着動作時には、爪部１１３は内周面側に向かって撓みつつ大径孔部３３の内周面に対して摺接するので、密封装置１００の装着作業への支障はない。特に、本実施例においては、フランジ部１１２と爪部１１３との繋ぎ部分の内周面側には凹部１１３ｂが形成されているので、爪部１１３を内周面側に向かって撓み易いため、密封装置１００の装着作業性の低下をより抑制することが可能となる。また、爪部１１３が内周面側に向かって撓み易いことで、ハウジング３０の大径孔部３３の内周面に傷がついてしまうことを抑制できる効果もある。

　（実施例２）
　図５には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、上記実施例１におけるケースの変形例を説明する。上記実施例１においては、ケースにおけるフランジ部の端部から伸びる爪部が環状の場合を示した。このように爪部を環状にした場合には、爪部の剛性が比較的高くなるため、ケースを構成する部材の肉厚や爪部の径寸法等によっては、内周面側に向かって撓ませるのに必要な力が高くなり過ぎ、密封装置を装着させる際の挿入力が高くなり過ぎることもあり得る。そこで、本実施例においては、爪部を周方向に部分的に設ける場合の構成を示す。ケース以外のその他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

　本実施例に係る金属製のケース（カートリッジ）１６０も、上記実施例１の場合と同様に、円筒部１６１と、円筒部１６１の端部（密封対象流体側（Ｌ）の端部）から外周面側に伸びるフランジ部１６２と、フランジ部１６２の端部から伸びる爪部１６３とを備えている。ただし、本実施例に係る爪部１６３は、実施例１の場合とは異なり、環状ではなく、周方向に部分的に複数設けられている。

　また、ケース１６０は、更に、円筒部１６１の密封対象流体側（Ｌ）とは反対側（Ａ）の端部から内周面側に向かって伸びる内向きフランジ部１６４と、内向きフランジ部１６４の内周面側の端部から密封対象流体側（Ｌ）に伸びる円筒部１６５とを備えている。そして、ケース１６０における円筒部１６１，内向きフランジ部１６４及び円筒部１６５によって構成される環状空間内に、金属環１２０に一体的に設けられる第１シール部材１３０，第２シール部材１４０、及びバックアップリング１５０の外周面側の部分が組み込まれ、かつ固定される。

　ケース１６０における円筒部１６１は、その外周面の外径がハウジング３０における軸孔の小径孔部３１の内周面の内径よりも僅かに大きくなるように構成されている。これにより、密封装置１００を大径孔部３３側から小径孔部３１側に向かうように、図中矢印Ｘ方向に装着させることによって、円筒部１６１を小径孔部３１の内周面に嵌着させることができる。また、フランジ部１６２が段差面３２に突き当たるまで密封装置１００を挿入させることによって、密封装置１００はハウジング３０内に位置決めされた状態で固定される。

　爪部１６３は、フランジ部１６２の端部から軸線方向かつ円筒部１６１とは反対側に向かって伸びるに従って、外周面側に向かって傾斜するように構成される。そして、この爪部１６３は、密封装置１００の装着動作時には内周面側に向かって撓みつつ、ハウジング３０における大径孔部３３の内周面に対して摺接するように構成されている。また、この爪部１６３の外周面側の先端には、密封装置１００に対して密封装置１００の装着方向（図５中矢印Ｘ方向）とは反対側の力が作用した際には大径孔部３３の内周面に食い込み可能な食い込みエッジ１６３ａを有している。

　また、本実施例においても、フランジ部１６２と爪部１６３との繋ぎ部分の内周面側には凹部１６３ｂが形成されている。

　以上のように構成される密封装置１００においても、上記実施例１の場合と同様の効果を得ることができる。また、本実施例に係る密封装置１００の場合には、爪部１６３が、環状ではなく、周方向に部分的に複数設けられた構成を採用している。従って、実施例１の場合に比べて、爪部１６３が内周面側に撓み易いため、密封装置１００の装着作業性の低下をより抑制することが可能となる。また、ハウジング３０の大径孔部３３の内周面に傷がついてしまうことをより抑制できる。

　（実施例３）
　図６には、本発明の実施例３が示されている。回転軸の径と、ハウジングの軸孔の径との関係によっては、密封装置によってシールするべき環状隙間が大きくなる場合がある。そのため、本実施例に係る密封装置においては、ケースに断面Ｓ字形状の部位を設けることで径方向に対する弾性を持たせて、大きな環状隙間に対しても、装着性を悪化させることなく、十分にシール性を発揮させるようにしている。ケース以外の構成については、基本的に上記実施例１に示した構成と同様であるので、簡略的に説明する。

　本実施例に係る密封装置１００においても、上記実施例１の場合と同様に、金属製のケース（カートリッジ）１７０と、金属環１２０ａと、第１シール部材１３０ａと、第２シール部材１４０ａと、バックアップリング１５０ａとを備えている。なお、本実施例の場合、金属環１２０ａと第１シール部材１３０ａは別体で構成されている。ケース１７０に組み込まれる金属環１２０ａ，第１シール部材１３０ａ，第２シール部材１４０ａ、及びバックアップリング１５０ａについては、形状等は実施例１で示したものと異なるものの、基本的な機能は実施例１で示したものと同様であるので、その説明は省略する。また、本実施例に係る密封装置１００においては、ケース１７０内に上記の各種部材を固定するために、更に、金属製のアダプター１８０が設けられている。

　次に、ケース１７０について、より詳細に説明する。

　本実施例に係るケース１７０も、上記実施例１の場合と同様に、円筒部１７１と、円筒部１７１の端部（密封対象流体側（Ｌ）の端部）から外周面側に伸びるフランジ部１７２と、フランジ部１７２の端部から伸びる爪部１７３とを備えている。なお、本実施例に係る爪部１７３は上記実施例１の場合と同様に環状であるが、上記実施例２のように、環状ではなく、周方向に部分的に複数設けられる構成を採用してもよい。

　また、ケース１７０は、更に、円筒部１７１の密封対象流体側（Ｌ）とは反対側（Ａ）の端部から内周面側に向かって伸びる屈曲部１７４と、屈曲部１７４から更に内周面側に向かって伸びる内向きフランジ部１７５と、内向きフランジ部１７５の内周面側の端部から密封対象流体側（Ｌ）に伸びる円筒部１７６とを備えている。なお、円筒部１７１と屈曲部１７４によって、断面Ｓ字状の部位が形成される。

　そして、ケース１７０における屈曲部１７４，内向きフランジ部１７５及び円筒部１７６によって構成される環状空間内に、金属環１２０ａ，第１シール部材１３０ａ，第２シール部材１４０ａ，及びバックアップリング１５０ａの外周面側の部分が組み込まれ、かつ固定される。

　ケース１７０における円筒部１７１は、その外周面の外径がハウジング３０における軸孔の小径孔部３１の内周面の内径よりも僅かに大きくなるように構成されている。これにより、密封装置１００を大径孔部３３側から小径孔部３１側に向かうように、図中矢印Ｘ方向に装着させることによって、円筒部１７１を小径孔部３１の内周面に嵌着させることができる。また、フランジ部１７２が段差面３２に突き当たるまで密封装置１００を挿入させることによって、密封装置１００はハウジング３０内に位置決めされた状態で固定される。

　爪部１７３は、フランジ部１７２の端部から軸線方向かつ円筒部１７１とは反対側に向かって伸びるに従って、外周面側に向かって傾斜するように構成される。そして、この爪部１７３は、密封装置１００の装着動作時には内周面側に向かって撓みつつ、ハウジング３０における大径孔部３３の内周面に対して摺接するように構成されている。また、この爪部１７３の外周面側の先端には、密封装置１００に対して密封装置１００の装着方向（図６中矢印Ｘ方向）とは反対側の力が作用した際には大径孔部３３の内周面に食い込み可能な食い込みエッジ１７３ａを有している。

　また、本実施例においても、フランジ部１７２と爪部１７３との繋ぎ部分の内周面側には凹部１７３ｂが形成されている。

　以上のように構成される密封装置１００においても、上記実施例１の場合と同様の効果を得ることができる。

　（その他）
　上記各実施例においては、爪部が内周面側に向かって撓み易くなるように、フランジ部と爪部との繋ぎ部分の内周面側に凹部を形成させる構成を示した。しかしながら、ケースを構成する部材の肉厚や爪部の径寸法等によっては、凹部を設けなくても爪部を十分内周面側に向かって撓ませることができる場合もある。そこで、そのような場合には、図７に示すケース１９０のように、フランジ部１９１と爪部１９２との繋ぎ部分の内周面側に凹部を形成させない構成を採用してもよい。なお、図７に示すように凹部を形成させない構成は、上記実施例１～３のいずれにも適用可能であることは言うまでもない。

　また、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が、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。

　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
　３０　ハウジング
　３１　小径孔部
　３２　段差面
　３３　大径孔部
　１００　密封装置
　１１０，１６０，１７０，１９０　ケース
　１１１，１６１，１７１　円筒部
　１１２，１６２，１７２，１９１　フランジ部
　１１３，１６３，１７３，１９２　爪部
　１１３ａ，１６３ａ，１７３ａ　エッジ
　１１３ｂ，１６３ｂ，１７３ｂ　凹部
　１１４，１６４，１７５　内向きフランジ部
　１１５，１６５，１７６　円筒部
　１２０，１２０ａ　金属環
　１３０，１３０ａ　第１シール部材
　１３１　シールリップ
　１４０，１４０ａ　第２シール部材
　１４１　シールリップ
　１５０，１５０ａ　バックアップリング
　１７４　屈曲部
　１８０　アダプター

Claims

　小径孔部と該小径孔部よりも大径の大径孔部とを有する段付きの軸孔を有する樹脂製ハウジングと前記軸孔内に挿通される軸との間の環状隙間を封止する密封装置であって、前記大径孔部側から小径孔部側に向かって装着される密封装置において、
　前記軸の外周面に摺動自在な少なくとも一つのシール部材と、
　前記少なくとも一つのシール部材が組み込まれる金属製のケースと、を備え、
　前記ケースは、
　前記小径孔部の内周面に嵌着される円筒部と、
　該円筒部の端部から外周面側に伸び、かつ前記小径孔部と大径孔部との段差面に突き当たることで密封装置の位置決めがなされるフランジ部と、
　該フランジ部の端部から軸線方向かつ前記円筒部とは反対側に向かって伸びるに従って、外周面側に向かって傾斜し、前記大径孔部の内周面に食い込むエッジを有する爪部と、を備えることを特徴とする密封装置。
　前記フランジ部と前記爪部との繋ぎ部分の内周面側には凹部が形成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。