WO2016111303A1 - 密封装置 - Google Patents

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sealing device
seal
groove
screw groove
seal lip
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Inventor
善久 山口
秀治 百武
祐也 坂野
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Nok株式会社
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    • F16J15/3456—Pressing means without external means for pressing the ring against the face, e.g. slip-ring with a resilient lip

Definitions

  • the present invention relates to a sealing device according to sealing technology.
  • the sealing device of the present invention is used, for example, as an oil seal for rotation in the field of automobiles or general-purpose machines.
  • the seal lip 102 mounted on the non-rotating housing 51 side is slidably brought into contact with the axial end surface 103a of the seal flange 103 on the rotating shaft 61 side.
  • An apparatus 101 is known.
  • the axial end surface 103a of the seal flange 103 is provided with a thread groove 104 that exerts a fluid pumping action by centrifugal force when the rotating shaft 61 rotates.
  • the seal lip 102 is slidably in contact with the axial end surface 103a.
  • the seal flange 103 that rotates together with the rotary shaft 61 exhibits a fluid swinging action by centrifugal force, and the thread groove 104 exhibits a fluid pumping action by centrifugal force. It is possible to prevent the sealing fluid from passing through the contact portion between the seal lip 102 and the seal flange 103 and leaking to the outside B.
  • the conventional sealing device 101 is required to be further improved in terms of the following points.
  • the sealing device 101 when the rotary shaft 61 rotates, the seal flange 103 that rotates together with the rotary shaft 61 exhibits a fluid swinging action by centrifugal force, and the thread groove 104 exhibits a fluid pumping action by centrifugal force. Therefore, it is possible to suppress leakage of the sealing fluid inside the machine inside A to the machine outside B.
  • the centrifugal force disappears and both the above actions disappear. There is a possibility that the fluid passes along the screw groove 104 and passes through the contact portion and leaks to the outside B (so-called stationary leak may occur).
  • the cross-sectional shape of the screw groove 104 is a triangle (an isosceles triangle with the groove opening as a base). Therefore, when the seal lip 102 is combined with the screw groove 104 as shown in FIG. 5B, a clearance c having a relatively large cross-sectional area is formed between the inner surface of the screw groove 104 and the seal lip 102. Accordingly, static leakage occurs with this relatively large gap c as a leakage channel.
  • the present invention has a combination of a seal lip and a seal flange that are slidably in contact with each other, and in a sealing device in which a thread groove is provided on the axial end surface of the seal flange, static leakage occurs. It aims at providing the sealing device which can be suppressed.
  • the sealing device of the present invention has a structure in which a seal lip mounted on the non-rotating housing side is slidably in contact with the axial end surface of the seal flange on the rotating shaft side, and rotates on the axial end surface of the seal flange.
  • the thread groove includes an inner circumferential side slope and an outer circumference side slope as an inner surface thereof, and a groove bottom portion having an arcuate cross section that connects the both slopes. It is characterized by that.
  • the thread groove that exhibits the fluid pumping action is based on a triangular cross section
  • a groove bottom portion having a circular arc section is provided on a part of its inner surface.
  • the opening cross-sectional area of the thread groove is reduced as compared with the case of only a triangular cross section where no groove bottom is provided. Therefore, when the seal lip is combined with the screw groove, the size of the gap formed between the inner surface of the screw groove and the seal lip (open sectional area) is reduced, so the size of the leakage channel is reduced. This makes it difficult for the sealed fluid to flow.
  • the radius of curvature of the circular arc As the size of the bottom of the circular arc of the cross section, it is preferable to set the radius of curvature of the circular arc larger than the groove depth of the screw groove.
  • a sealing device that includes a combination of a seal lip and a seal flange that are slidably in contact with each other and that is provided with a thread groove on an axial end surface of the seal flange.
  • the leakage of the sealing fluid can be suppressed not only when the rotating shaft is rotating but also when it is stationary.
  • FIG. 1 shows a cross section of a main part of a sealing device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the sealing device 1 is a sealing device having a structure in which a seal lip 24 mounted on the non-rotating housing 51 side is slidably in contact with the axial end surface 13a of the seal flange 13 on the rotating shaft 61 side.
  • the sealing fluid (oil) on the machine inner side (oil side) A is between the housing (seal housing) 51 and the rotary shaft 61 inserted through the shaft hole 52 provided in the housing 51.
  • the sealing device 1 includes a combination of a lip seal member 21 attached to the inner periphery of the shaft hole 52 of the housing 51 and a slinger 11 attached to the outer periphery of the rotary shaft 61.
  • the seal lip 24 described in 1 is provided, and the seal flange described in claim 1 is provided as a flange portion 13 in the slinger 11.
  • the slinger 11 is made of a rigid material such as metal, and has a sleeve portion 12 fixed (fitted) to the outer peripheral surface of the rotary shaft 61, and one axial end portion (an inner end portion) of the sleeve portion 12 in the axial direction. And an outward flange portion 13 provided integrally with the outer peripheral surface 13a, which is the other end surface in the axial direction of the flange portion 13, as shown in FIG.
  • a thread groove 15 is provided that exerts an action of pushing back the sealing fluid toward the outer peripheral side (machine inner side A) by exerting a pumping action.
  • An arrow e indicates the rotation direction of the rotation shaft 61.
  • the lip seal member 21 is attached (vulcanized and bonded) to the mounting ring 22 made of a rigid material such as metal that is fixed (fitted) to the inner peripheral surface of the shaft hole 52 of the housing 51.
  • the rubber-like elastic body 23 has a seal lip (end face lip) 24 slidably in contact with the machine-side end surface 13 a of the flange portion 13 of the slinger 11, and the slinger 11
  • a non-contact oil recovery lip 25 is integrally provided, and a dust strip 26 slidably contacting the outer peripheral surface of the sleeve portion 12 of the slinger 11 is assembled to the rubber-like elastic body 23.
  • the oil recovery lip 25 is disposed on the outside B of the seal lip 24, and the dust lip 26 is further disposed on the outside B of the oil recovery lip 25.
  • the seal lip 24 is provided on the inner side A of the machine so as to gradually increase in diameter from the base end portion 24a to the tip end portion 24b and obliquely outward in the radial direction, and the inner periphery of the tip end portion 24b.
  • the surface is in contact with the machine end surface 13a of the flange portion 13. Further, for this contact, a predetermined tightening margin (contact surface pressure) is set, so that the seal lip 24 is elastic with a predetermined tightening margin with respect to the machine outer end surface 13a of the flange portion 13 on the inner peripheral surface of the tip end portion 24b. Touching.
  • the details of the thread groove 15 that exhibits the fluid pumping action are triangular (the isosceles triangle with the groove opening as the base). ), I.e., the thread groove 15 has an inner slope 15a having a linear cross section and an outer slope 15b having a straight section, and a triangular top so that the top of the triangle smoothly connects the slopes 15a and 15b.
  • the groove width w is constant and the groove opening angle ⁇ is constant (for example, 113)
  • the screw groove 15 in FIG. 3 has a smaller cross-sectional area (opening cross-sectional area) than the screw groove 104 in FIG.
  • the groove opening angle ⁇ is 130 ° ⁇ 5 °
  • the groove depth d is 0.10 mm ⁇ 0.05 mm
  • the arcuate radius of curvature R 0.
  • the radius of curvature R of the arc shape is set to be larger than the groove depth d.
  • the seal lip 24 is in contact with the machine-side end surface 13a of the flange portion 13 at the front end portion 24b, and when the rotary shaft 61 rotates in this state and the flange portion 13 is driven to rotate. Since the flange portion 13 that rotates together with the rotating shaft 61 exhibits a fluid swinging action by centrifugal force and the thread groove 15 exhibits a fluid pumping action by centrifugal force, the sealing fluid inside the machine A is sealed with the seal lip 24 and the flange portion 13. It is possible to suppress leakage to the outside B of the machine through the contact portion between the two.
  • the sealing fluid when the rotary shaft 61 is stationary, the sealing fluid tries to leak through the screw groove 15, but as described above, the groove bottom portion 15 c having an arcuate cross section is provided on a part of the inner surface of the screw groove 15.
  • the cross-sectional area of the screw groove 15 is set to be small and the cross-sectional area of the leak channel is set to be small accordingly, the sealing fluid is difficult to leak.
  • a minute gap c (FIG. 3B) is formed between the inner surface of the screw groove 15 and the seal lip 24, there is a concern that the sealing fluid leaks therethrough.
  • the sealing fluid sticks around the clearance c due to surface tension, the sealing fluid hardly flows through the screw groove 15. Therefore, it is possible to almost completely prevent static leakage.
  • the inner surface of the screw groove 15 and the surface of the seal lip 24 constituting the circumference of the gap c and the surface of the seal lip 24 by a shot blast method or the like. It is conceivable to increase the surface area by providing a processed portion.
  • triangle forming the key to the cross-sectional shape of the thread groove 15 may be an isosceles triangle or an unequal triangle.

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Abstract

　互いに摺動可能に接触するシールリップおよびシールフランジの組み合わせを備えるとともにシールフランジの軸方向端面にネジ溝を設けた密封装置において、静止漏れが発生するのを抑制する。この目的を達成するため、非回転のハウジング側に装着されるシールリップが回転軸側のシールフランジの軸方向端面に摺動可能に接触する構造を備え、シールフランジの軸方向端面に回転時、流体ポンピング作用を発揮するネジ溝を設けた密封装置において、ネジ溝は、その内面として内周側斜面および外周側斜面を備えるとともに両斜面を繋ぐ断面円弧形の溝底部を備えることを特徴とする。

Description

密封装置
　本発明は、シール技術に係る密封装置に関する。本発明の密封装置は例えば、自動車関連の分野または汎用機械の分野等において回転用オイルシールとして用いられる。
　従来から図４（Ａ）に示すように、非回転のハウジング５１側に装着されるシールリップ１０２が回転軸６１側のシールフランジ１０３の軸方向端面１０３ａに摺動可能に接触する構造を備える密封装置１０１が知られている。シールフランジ１０３の軸方向端面１０３ａには図４（Ｂ）に示すように、回転軸６１の回転時に遠心力による流体ポンピング作用を発揮するネジ溝１０４が設けられており、このネジ溝１０４を設けた軸方向端面１０３ａに対しシールリップ１０２が摺動可能に接触している。
　上記密封装置１０１は回転軸６１の回転時、回転軸６１と共に回転するシールフランジ１０３が遠心力による流体振り切り作用を発揮するとともにネジ溝１０４が遠心力による流体ポンピング作用を発揮するため、機内側Ａの密封流体がシールリップ１０２およびシールフランジ１０３の接触部を通過して機外側Ｂへ漏洩するのを抑制することが可能とされる。
特開２０１４－１３７１２９号公報
　しかしながら上記従来の密封装置１０１に対しては、以下の点について更なる機能向上が求められる。
　すなわち上記密封装置１０１においては上記したように回転軸６１の回転時、回転軸６１と共に回転するシールフランジ１０３が遠心力による流体振り切り作用を発揮するとともにネジ溝１０４が遠心力による流体ポンピング作用を発揮するため、機内側Ａの密封流体が機外側Ｂへ漏洩するのを抑制することが可能とされるが、回転軸６１の回転が停止すると遠心力が消失し上記両作用が消失するため、密封流体がネジ溝１０４を伝って接触部を通過し、機外側Ｂへ漏洩する可能性がある（いわゆる静止漏れの発生の可能性）。
　上記密封装置１０１においては図５（Ａ）に拡大して示すように、ネジ溝１０４の断面形状が三角形（溝開口部を底辺とする二等辺三角形）とされている。したがって図５（Ｂ）に示すようにネジ溝１０４に対しシールリップ１０２が組み合わされると、ネジ溝１０４の内面とシールリップ１０２との間に断面積が比較的大きなスキマｃが形成される。したがってこの比較的大きなスキマｃを漏れ流路として、静止漏れが発生することになる。
　本発明は以上の点に鑑みて、互いに摺動可能に接触するシールリップおよびシールフランジの組み合わせを備えるとともにシールフランジの軸方向端面にネジ溝を設けた密封装置において、静止漏れが発生す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。
　本発明は上記目的を達成するため、以下の手段を採用した。
　すなわち本発明の密封装置は、非回転のハウジング側に装着されるシールリップが回転軸側のシールフランジの軸方向端面に摺動可能に接触する構造を備え、前記シールフランジの軸方向端面に回転時、流体ポンピング作用を発揮するネジ溝を設けた密封装置において、前記ネジ溝は、その内面として内周側斜面および外周側斜面を備えるとともに前記両斜面を繋ぐ断面円弧形の溝底部を備えることを特徴とする。
　本発明の密封装置においては、流体ポンピング作用を発揮するネジ溝が断面三角形を基調としながら、その内面の一部に断面円弧形の溝底部が設けられているため、このような断面円弧形の溝底部が設けられない断面三角形のみの場合と比較して、ネジ溝の開口断面積が縮小されている。したがってネジ溝に対しシールリップが組み合わされたとき、ネジ溝の内面とシールリップとの間に形成されるスキマの大きさ（開口断面積）が縮小されるため、漏れ流路の大きさが縮小され、密封流体が流れにくくなる。
　尚、本発明でも、ネジ溝の内面とシールリップとの間に微小なスキマは形成されるが、密封流体（油）の表面張力により密封流体はシール内部へ侵入せず、よって静止漏れをほぼ完全に防止することが可能とされる。
　断面円弧形の溝底部の大きさとしては、その円弧形の曲率半径をネジ溝の溝深さよりも大きく設定するのが好ましい。
　本発明においては、互いに摺動可能に接触するシールリップおよびシールフランジの組み合わせを備えるとともにシールフランジの軸方向端面にネジ溝を設けた密封装置において、静止漏れが発生するのを抑制することができ、回転軸が回転している時のみならず静止している時にも密封流体が漏洩するのを抑制することができる。
本発明の実施例に係る密封装置の要部断面図 同密封装置に備えられるネジ溝の説明図 （Ａ）は同ネジ溝の拡大断面図、（Ｂ）は同ネジ溝に対しシールリップを組み合わせた状態の拡大断面図 従来例を示す図であって、（Ａ）は従来例に係る密封装置の要部断面図、（Ｂ）は同密封装置に備えられるネジ溝の説明図 （Ａ）は同ネジ溝の拡大断面図、（Ｂ）は同ネジ溝に対しシールリップを組み合わせた状態の拡大断面図
　つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
　図１は、本発明の実施例に係る密封装置１の要部断面を示している。
　当該実施例に係る密封装置１は、非回転のハウジング５１側に装着されるシールリップ２４が回転軸６１側のシールフランジ１３の軸方向端面１３ａに摺動可能に接触する構造を備える密封装置であって、ハウジング（シールハウジング）５１とこのハウジング５１に設けた軸孔５２に挿通する回転軸６１との間で機内側（油側）Ａの密封流体（油）が機外側（大気側）Ｂへ漏洩しないようにシールする密封装置（エンジン用オイルシール）である。またこの密封装置１は、ハウジング５１の軸孔５２内周に装着されるリップシール部材２１と、回転軸６１の外周に装着されるスリンガー１１との組み合わせよりなり、リップシール部材２１に、請求項１に記載したシールリップ２４が備えられるとともに、スリンガー１１に、請求項１に記載したシールフランジがフランジ部１３として備えられている。
　スリンガー１１は、金属等の剛材製であって、回転軸６１の外周面に固定（嵌合）されるスリーブ部１２と、このスリーブ部１２の軸方向一方の端部（機内側端部）に設けられた外向きのフランジ部１３とを一体に有し、フランジ部１３の軸方向他方の端面である機外側端面１３ａに図２に示すような、回転軸６１の回転時に遠心力による流体ポンピング作用を発揮することにより密封流体を外周側（機内側Ａ）へ向けて押し戻す作用を発揮するネジ溝１５が設けられている。矢印ｅは回転軸６１の回転方向を示している。
　一方、リップシール部材２１は、ハウジング５１の軸孔５２内周面に固定（嵌合）される金属等の剛材よりなる取付環２２と、この取付環２２に被着（加硫接着）されたゴム状弾性体２３とを有し、このゴム状弾性体２３によって、スリンガー１１におけるフランジ部１３の機外側端面１３ａに摺動可能に接触するシールリップ（端面リップ）２４と、スリンガー１１に対し非接触の油回収リップ２５が一体に設けられ、またこのゴム状弾性体２３に対し、スリンガー１１におけるスリーブ部１２の外周面に摺動可能に接触するダストリップ２６が組み付けられている。油回収リップ２５はシールリップ２４の機外側Ｂに配置され、ダストリップ２６は油回収リップ２５の更に機外側Ｂに配置されている。
　シールリップ２４は、その基端部２４ａから先端部２４ｂへかけて漸次拡径するよう機内側Ａであってかつ径方向外方へ向けて斜めに設けられており、その先端部２４ｂの内周面にて、フランジ部１３の機外側端面１３ａに接触している。またこの接触については所定の締め代（接触面圧）が設定され、よってシールリップ２４はその先端部２４ｂの内周面にてフランジ部１３の機外側端面１３ａに対し所定の締め代をもって弾性的に接触している。
　上記流体ポンピング作用を発揮するネジ溝１５の詳細については図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、ネジ溝１５の長手直角方向の断面形状は三角形（溝開口部を底辺とする二等辺三角形）を基調とし、すなわちネジ溝１５は断面直線状の内周側斜面１５ａおよび同じく断面直線状の外周側斜面１５ｂを備えつつ、三角形の頂部が両斜面１５ａ，１５ｂを滑らかに繋ぐように断面円弧形（アール形状）の溝底部１５ｃとされており、これにより上記図５に示した断面三角形状のみよりなるネジ溝１０４と比較して、溝幅ｗ一定および溝開角度θ一定（例えば、１１３度）の条件のもとで、図５のネジ溝１０４よりも図３のネジ溝１５のほうが断面積（開口断面積）が小さく設定されている。
　断面円弧形の溝底部１５ｃの大きさとしては例えば、溝開角度θ：１３０°±５°、溝深さｄ：０．１０ｍｍ±０．０５ｍｍとして、円弧形の曲率半径Ｒ：０．３０ｍｍ±０．０５ｍｍ程度とされ、溝深さｄよりも円弧形の曲率半径Ｒのほうが大きく設定されている。
　上記構成の密封装置１においては、シールリップ２４がその先端部２４ｂにてフランジ部１３の機外側端面１３ａに接触しており、この状態で回転軸６１が回転してフランジ部１３が従動回転すると、回転軸６１と共に回転するフランジ部１３が遠心力による流体振り切り作用を発揮するとともにネジ溝１５が遠心力による流体ポンピング作用を発揮するため、機内側Ａの密封流体がシールリップ２４およびフランジ部１３間の接触部を通過して機外側Ｂへ漏洩するのを抑制することが可能とされる。
　また、回転軸６１が静止している時には、密封流体がネジ溝１５を伝って漏れようとするが、上記したようにネジ溝１５の内面の一部に断面円弧形の溝底部１５ｃが設けられてネジ溝１５の断面積が小さく設定され、これに伴い漏れ流路の断面積が小さく設定されているため、密封流体は漏れにくい。また当該実施例でもネジ溝１５の内面とシールリップ２４との間に微小なスキマｃ（図３（Ｂ））が形成されるので、ここを通って密封流体が漏れる懸念があるが、微小なスキマｃでは密封流体（油）が表面張力によりスキマｃ周辺に貼り付くため、密封流体がネジ溝１５内を流れることは殆どない。したがって静止漏れをほぼ完全に防止することが可能とされる。
　したがって以上説明したところにより、回転時のシール性を維持しつつ、静止漏れが発生するのを抑制することができる。
　尚、密封流体（油）がその表面張力によりスキマｃ周辺に貼り付く作用を大きくするには、このスキマｃ周辺を構成するネジ溝１５の内面やシールリップ２４の表面にショットブラスト法等による梨地加工部を設けることにより表面積を大きくすることが考えられる。
　また、ネジ溝１５の断面形状の基調をなす三角形としては、二等辺三角形のほか、不等辺三角形などであっても良い。
　１　密封装置
　１１　スリンガー
　１２　スリーブ部
　１３　フランジ部（シールフランジ）
　１３ａ　機外側端面（軸方向端面）
　１５　ネジ溝
　１５ａ　内周側斜面
　１５ｂ　外周側斜面
　１５ｃ　溝底部
　２１　リップシール部材
　２２　取付環
　２３　ゴム状弾性体
　２４　シールリップ
　２４ａ　基端部
　２４ｂ　先端部
　２５　油回収リップ
　２６　ダストリップ
　５１　ハウジング
　５２　軸孔
　６１　回転軸
　ｃ　スキマ
　Ａ　機内側
　Ｂ　機外側

Claims (2)

  1. 　非回転のハウジング側に装着されるシールリップが回転軸側のシールフランジの軸方向端面に摺動可能に接触する構造を備え、前記シールフランジの軸方向端面に回転時、流体ポンピング作用を発揮するネジ溝を設けた密封装置において、
    前記ネジ溝は、その内面として内周側斜面および外周側斜面を備えるとともに前記両斜面を繋ぐ断面円弧形の溝底部を備えることを特徴とする密封装置。
  2. 　請求項１記載の密封装置において、
    前記断面円弧形の溝底部は、その円弧形の曲率半径を前記ネジ溝の溝深さよりも大きく設定されていることを特徴とする密封装置。
PCT/JP2016/050186 2015-01-08 2016-01-06 密封装置 WO2016111303A1 (ja)

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US15/540,470 US10267422B2 (en) 2015-01-08 2016-01-06 Sealing device
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EP16735042.0A EP3244100B1 (en) 2015-01-08 2016-01-06 Sealing device
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