JP2010025137A

JP2010025137A - 回転用オイルシール

Info

Publication number: JP2010025137A
Application number: JP2008183858A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Aihara; 孝行相原
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】高速回転条件でも発熱や摩耗が抑えられると共に優れた密封性を発揮できる回転用オイルシールを提供する。
【解決手段】ハウジング１１０に密接固定され、密封空間Ａ側を向いた内周リップ１３が回転体１２０に摺動可能に密接される非回転の第一シール１と、それより密封空間Ａ側に位置して回転体１２０に密接固定され、密封空間Ａと反対側を向いた外周リップ２３が遠心力によって外径側へ変位して静止側部材１１に摺接可能な第二シール２とを備え、静止側部材１１と外周リップ２３との間に回転によって流体を密封空間Ａ側へ送る螺子ポンプ３が形成される。回転速度が速くなると外周リップ２３が静止側部材１１と近接することによって螺子ポンプ作用が増大するので、第一シール１と第二シール２との間の空間Ｃの圧力が低下し、内周リップ１３の緊迫力及び外周リップ２３の押し付け力を緩和する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の外周をシールリップによって密封するオイルシールに関するものであって、特に、高速回転条件に使用可能なものに関する。

回転体の外周をシールリップによって密封する密封手段として、オイルシールが知られている。図７は、従来の回転用オイルシールを、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

図７に示されるオイルシール１００は、ゴム状弾性材料で環状に成形されたものであって、外周の取付部１０１とその内周側のシールリップ１０３が、リップホルダ部１０２を介して互いに連続して形成されており、取付部１０１からリップホルダ部１０２にかけて、補強用の金属環１０４が一体的に埋設されている。また、シールリップ１０３の外周は円周方向に連続した溝状に形成され、シールリップ１０３の緊迫力を補うためのガータスプリング１０５が嵌着されている。

そしてこのオイルシール１００は、取付部１０１が、ハウジング１１０の内周面に密嵌され、密封空間Ａ側を向いたシールリップ１０３の先端内周部が、ハウジング１１０に挿通された回転軸１２０の外周面に摺動可能に密接されることによって軸封機能を奏し、密封空間Ａの潤滑油が軸周から機外Ｂへ漏洩するのを阻止するものである（例えば特許文献１参照）。

この種のオイルシール１００は、回転軸１２０の外周面に対するシールリップ１０３の摺動部の潤滑が、密封空間Ａの密封対象の潤滑油に依存されている。しかし、回転軸１２０が高速回転するものである場合は、回転軸１２０との摺動によるシールリップ１０３の発熱が大きくなってその材質が劣化したり摩耗が増大したりして、早期に漏れを生じてしまう問題がある。したがって、その対策として、従来はシールリップ１０３の材質を変更するか、あるいはシールリップ１０３の断面を小さくして締め代を減少させるなどの方法が採られているが十分ではなかった。
特許第２８１３１１６号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、高速回転条件でも発熱や摩耗が抑えられると共に優れた密封性を発揮できる回転用オイルシールを提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る回転用オイルシールは、機器のハウジングに密接固定され、密封空間側を向いた内周リップの内径部が前記ハウジングの内周に配置された回転体の外周面に摺動可能に密接される非回転の第一シールと、この第一シールより密封空間側に位置して前記回転体の外周面に密接固定され、前記密封空間と反対側を向いた外周リップが遠心力によって外径側へ変位して静止側部材に摺接可能な第二シールとを備え、前記静止側部材と前記外周リップとの間に前記外周リップの回転によって流体を前記密封空間側へ送る螺子ポンプが形成されることを特徴とするものである。

上記構成によれば、第一シールは、内周リップの内径部が回転体の外周面に摺動可能に密接されることによって、密封空間側の流体に対する密封機能を奏する。一方、第一シールより密封空間側に位置する第二シールは、回転体と一体回転され、遠心力によって外径側へ変位する外周リップが静止側部材と近接することによって、この静止側部材との間に流体を前記密封空間側へ送る螺子ポンプ作用が増大する。このため、回転速度が速くなるほど第一シールと第二シールとの間の空間の圧力が低下し、この圧力低下は、回転体に対する内周リップの緊迫力と、遠心力による静止側部材への外周リップの押し付け力を緩和する方向へ作用するので、高速回転条件でも内周リップ及び外周リップの発熱や摩耗が有効に抑えられる。

また、第一シールと第二シールとの間の空間の圧力が低下することによって、内周リップと回転体との摺動部における漏れ圧力が小さくなるので、漏れも有効に抑えられる。

また、請求項２の発明に係る回転用オイルシールは、請求項１における静止側部材が、第一シールに設けられた金属環からなるものである。

本発明に係る回転用オイルシールによれば、高速回転条件でも内周リップ及び外周リップの発熱や摩耗が抑えられ、しかも内周リップに作用する漏れ圧力が低下することによって優れた密封性を発揮することができる。

以下、本発明に係る回転用オイルシールの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、本発明に係る回転用オイルシールの第一の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す停止又は低速回転状態の半断面図、図２は、高速回転状態の半断面図である。

これら図１及び図２において、参照符号１１０は機器のハウジング、参照符号１２０はハウジング１１０の内周に挿通された回転軸で、第一の形態による回転用オイルシールは、ハウジング１１０の内周面に密接固定され、密封空間Ａ側を向いた内周リップ１３の内径部が回転軸１２０の外周面に摺動可能に密接される非回転の第一シール１と、この第一シール１より密封空間Ａ側に位置して回転軸１２０の外周面に密接固定され、第一シール１側を向いた外周リップを有する第二シール２とからなる。なお、回転軸１２０は請求項１に記載された回転体に相当する。

第一シール１は一般的なオイルシールとしての形態を備え、金属環１１にゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料からなる外周固定シール部１２及び内周リップ１３が一体成形されたものである。

詳しくは、金属環１１は金属板を打ち抜きプレス成形することなどにより製作されたものであって、ハウジング１１０の内周面に適当な面圧で圧入・固定される圧入筒部１１ａと、その機外Ｂ側に圧入筒部１１ａより適宜小径に形成された肩部１１ｂと、さらにこの肩部１１ｂから内径側へ延びる内向きフランジ部１１ｃとからなる。なお、圧入筒部１１ａ（金属環１１）は請求項１に記載の「静止側部材」に相当する。

外周固定シール部１２は、金属環１１における肩部１１ｂの外周に設けられ、第一シール１の装着状態において、径方向に適当に圧縮された状態でハウジング１１０の内周面に密接され、金属環１１（第一シール１）とハウジング１１０との間で機外Ｂへの密封対象油（例えば潤滑油）の漏れを防止するものである。

内周リップ１３は、外周固定シール部１２から連続した成形体であって、金属環１１における内向きフランジ部１１ｃの内径部から密封空間Ａ側を向いて延び、先端部近傍の内周には、略Ｖ字形断面をなすリップエッジ１３ａが形成されており、このリップエッジ１３ａは、回転軸１２０の外周面に対して、適当な締め代をもって摺動可能に密接されることにより、機外Ｂへの密封対象油の漏れを防止するものである。また、リップエッジ１３ａの外周側に形成された環状溝１３ｂには、金属製のコイルスプリングを環状に繋げたガータスプリング１４が嵌着されている。

一方、第二シール２は、金属環２１にゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料からなる内周固定シール部２２及び外周リップ２３が一体成形されたものである。

詳しくは、金属環２１は金属板を打ち抜きプレス成形することなどにより製作されたものであって、回転軸１２０より適宜大径で第一シール１における内周リップ１３との対向方向を向いた内周筒部２１ａと、その密封空間Ａ側の端部から外径側へ延びる外向きフランジ部２１ｂとからなる。

内周固定シール部２２は、金属環２１における内周筒部２１ａの内周に設けられ、第二シール２の装着状態において、径方向に適当に圧縮された状態で回転軸１２０の外周面に密接され、金属環２１（第二シール２）と回転軸１２０との間で機外Ｂへの密封対象油の漏れを防止するものである。

外周リップ２３は、内周固定シール部２２から連続した成形体であって、金属環２１における外向きフランジ部２１ｂの外径部から密封空間Ａと反対側を向いて延び、根元部２３ｂから先端部２３ａへ向かって漸次肉厚が増大しており、先端部２３ａ近傍が、第一シール１における金属環１１の圧入筒部１１ａの内周側に達している。そしてこの外周リップ２３は、回転による遠心力が作用していないか、遠心力が小さい場合は、図１に示されるように、金属環１１の圧入筒部１１ａの内周面に対して非接触の状態にあるが、回転によって作用する遠心力が大きいほど外径側へ変位して、図２に示されるように、先端外周部が金属環１１の圧入筒部１１ａの内周面と密接可能となっている。

第一シール１における金属環１１の圧入筒部１１ａの内周面には、第二シール２における外周リップ２３の外周側に位置して、螺旋溝３ａが形成されている。この螺旋溝３ａは、第二シール２が図２に示されるＲ方向へ回転軸１２０と一体に回転することによって、圧入筒部１１ａと、その内周面に近接又は摺接した外周リップ２３との間で、密封対象油を密封空間Ａ側へ送る螺子ポンプ３を構成するものである。

以上のように構成された第一の形態の回転用オイルシールによれば、図１又は図２に示される装着状態において、第一シール１は、内周リップ１３のリップエッジ１３ａが回転軸１２０の外周面に対して摺動可能に密接されることによって、密封空間Ａに存在する密封対象油が回転軸１２０の軸周から機外Ｂの大気側へ漏洩するのを防止するものである。

ここで、第二シール２は回転軸１２０と一体に回転するため、回転軸１２０の回転速度が速くなるほど、第二シール２の外周リップ２３に作用する遠心力も大きくなる。このため、外周リップ２３が外径側へ変位して、その先端部２３ａが、螺旋溝３ａが形成された金属環１１の圧入筒部１１ａの内周面と近接していき、やがて摺接状態となる。そして、回転速度が速くなるのと、圧入筒部１１ａの内周面と外周リップ２３との間の隙間が小さくなることによる相乗効果によって、螺旋溝３ａ（螺子ポンプ３）による密封空間Ａ側へのポンピング力が増大していく。

このため第一シール１と第二シール２との間の空間Ｃに存在する密封対象油が螺旋溝３ａによって密封空間Ａ側へ強制的に排出され、前記空間Ｃの圧力が低下して負圧となる。そして、内周リップ１３は密封空間Ａ側すなわち空間Ｃ側を向いているので、空間Ｃに生じた負圧は、回転軸１２０の外周面に対する内周リップ１３の緊迫力（言い換えれば締め代ｔ）を緩和するように作用する。一方、外周リップ２３も空間Ｃ側（密封空間Ａと反対側）を向いているので、空間Ｃに生じた負圧は、遠心力による圧入筒部１１ａへの外周リップ２３の押し付け力の増大を緩和するように作用する。したがって、高速回転による内周リップ１３及び外周リップ２３の発熱や摩耗が有効に抑えられる。

また、空間Ｃの圧力が低下することによって、内周リップ１３と回転軸１２０との摺動部における漏れ圧力が小さくなるので、内周リップ１３の締め代ｔが低下するにも拘らず、空間Ｃから機外Ｂへの密封対象油の漏れが有効に抑えられる。

また、回転軸１２０が停止した状態又は低速回転状態では、第二シール２の外周リップ２３には遠心力が作用しないか、あるいは著しく遠心力が小さい。したがってこの状態では、図１に示されるように、金属環１１の圧入筒部１１ａの内周面から離れていて、しかも螺旋溝３ａ（螺子ポンプ３）による密封空間Ａ側へのポンピング作用も著しく小さい。このため空間Ｃは負圧にならないので、回転軸１２０の外周面に対する内周リップ１３の締め代ｔは、図２に示される高速回転時に比較して相対的に大きくなるが、低速回転であることによって摺動負荷が小さく抑えられるので、内周リップ１３及び外周リップ２３の発熱や摩耗が有効に抑えられる。

次に、図３は、本発明に係る回転用オイルシールの第二の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す停止又は低速回転状態の半断面図、図４及び図５は、高速回転状態の半断面図である。この第二の形態において、図１及び図２に示される第一の形態と異なるところは、外周リップ２３の断面形状であり、すなわち根元部２３ｂから先端部２３ａへ向かって漸次肉厚が減少している点にある。その他の部分は、基本的に第一の形態と同様である。

したがって第二の形態の場合も第一の形態と同様の効果を奏するものであるが、外周リップ２３は先端部２３ａ側ほど肉厚が小さいので、遠心力によって外周リップ２３が外径側へ変位して、その先端部２３ａが図４に示されるように金属環１１の圧入筒部１１ａの内周面に摺接した後、さらに回転速度が上昇して行くことによって、図５に示されるように、外周リップ２３の先端部２３ａ近傍が金属環１１の圧入筒部１１ａの内周面に倣って変形し、面接触状態となるようにすることができる。このため、螺旋溝３ａ（螺子ポンプ３）による密封空間Ａ側へのポンピング力を一層顕著にして、内周リップ１３及び外周リップ２３の発熱や摩耗を抑えると共に、密封性を向上させることができる。

また、図６は、本発明に係る回転用オイルシールの第三の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す停止又は低速回転状態の半断面図である。この第三の形態において、図１及び図２に示される第一の形態と異なるところは、螺子ポンプ３を構成する螺旋溝３ａを、金属環１１の圧入筒部１１ａの内周面ではなく第二シール２における外周リップ２３の先端部２３ａ近傍の外周面に形成した点にある。その他の部分は、基本的に第一の形態と同様である。

この場合も、外周リップ２３の先端部２３ａ近傍の外周面に形成した螺旋溝３ａは、外周リップ２３が回転軸１２０と一体に回転することによって、圧入筒部１１ａと、その内周面に近接又は摺接した外周リップ２３との間で、密封対象油を密封空間Ａ側へ送るポンピング作用を生じるものであり、したがって第一の形態と同様の効果を奏することができる。

本発明に係る回転用オイルシールの第一の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す停止又は低速回転状態の半断面図である。本発明に係る回転用オイルシールの第一の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す高速回転状態の半断面図である。本発明に係る回転用オイルシールの第二の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す停止又は低速回転状態の半断面図である。本発明に係る回転用オイルシールの第二の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す高速回転状態の半断面図である。本発明に係る回転用オイルシールの第二の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す高速回転状態の半断面図である。本発明に係る回転用オイルシールの第三の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す停止又は低速回転状態の半断面図である。従来の回転用オイルシールを、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

符号の説明

１第一シール
１１金属環（静止側部材）
１１ａ圧入筒部
１３内周リップ
２第二シール
２３外周リップ
３螺子ポンプ
３ａ螺旋溝
１１０ハウジング
１２０回転軸（回転体）
Ａ密封空間
Ｂ機外

Claims

機器のハウジングに密接固定され、密封空間側を向いた内周リップの内径部が前記ハウジングの内周に配置された回転体の外周面に摺動可能に密接される非回転の第一シールと、この第一シールより密封空間側に位置して前記回転体の外周面に密接固定され、前記密封空間と反対側を向いた外周リップが遠心力によって外径側へ変位して静止側部材に摺接可能な第二シールとを備え、前記静止側部材と前記外周リップとの間に前記外周リップの回転によって流体を前記密封空間側へ送る螺子ポンプが形成されることを特徴とする回転用オイルシール。
静止側部材が第一シールに設けられた金属環からなることを特徴とする請求項１に記載の回転用オイルシール。