(57)【要約】【課題】低速回転の際に生じやすい鳴き音だけでなく、高速回転の際の摺動音をも抑制することができる密封装置を提供する。【解決手段】相手部材３６のシール面３６Ａに摺動可能に接触する摺接面２３を形成したシールリップ１８を備えている密封装置１０において、摺接面２３に、摺動方向に間隔をあけて複数の突条３０を形成し、この突条３０を、摺動方向に対して垂直に延びるとともに、その摺動方向に垂直な方向の長さが摺動方向の幅よりも大きくなるように形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材のシール面に摺動可能に接触する摺接面を内周に備えた環状のシールリップを有し、前記シール面と前記摺接面との接触により流体を密封する密封装置において、
前記摺接面に、摺動方向に間隔をあけて複数の突条が形成され、この突条は、摺動方向に対して垂直に延びるとともに、その摺動方向に垂直な方向の長さが摺動方向の幅よりも大きく形成されていることを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記シールリップの内周面が、径方向内方へ向けて先細り形状に形成されるとともに、その先端縁を境として互いに反対方向に傾斜する流体側傾斜面と大気側傾斜面とを隣接して備え、この大気側傾斜面が前記摺接面を構成しており、前記突条が、前記流体側傾斜面と前記大気側傾斜面との境界の前記先端縁から離れた位置に形成されている請求項１記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオイルシール等の密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、オイルポンプのハウジングと回転軸との間等に設けられるオイルシールが開示されている。このオイルシールは、芯金部材に弾性部材を固着したもので、弾性部材の内周部にはシールリップ及びダストリップが形成されている。シールリップには、互いに反対向きに傾斜する油側傾斜面と大気側傾斜面とが形成され、この大気側傾斜面が、主として回転軸の外周面に接触する摺接面となっている。
【０００３】
大気側傾斜面は、油側傾斜面との境界から軸方向に離れるにしたがい、回転軸との接触面圧が低くなる。かかる部分で潤滑不足が生じると、スティックスリップ現象に起因して鳴き音が発生し易くなる。このような鳴き音は、回転軸の起動時等、低速回転域で生じやすくなっている。
【０００４】
一方、特許文献２には、オイルシールに関連する技術として、転がり軸受用のシール部材が開示されており、このシール部材は、転がり軸受の内輪に摺接する摺接面に微細な凹凸を形成し、この凹凸の谷の部分に油を保持することによって、上記鳴き音の発生を防止するものとなっている。
【０００５】
【特許文献１】実公平７−４６８３８号公報
【特許文献２】特開２００５−２７３８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の技術では、低速回転域で生じ易い鳴き音を防止することはできるが、高速回転域に発生しやすい摺動音を防止できないことが判明した。さらに、高速回転では、摺接面に凹凸を形成していない一般的なシール部材と比較すると、かえって摺動音が大きくなるという問題が生じた。これは、微細な凸部がシール面上を摺動することで微小な振動を繰り返すためと考えられる。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、低速回転の際に生じやすい鳴き音だけでなく、高速回転の際に生じやすい摺動音をも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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、相手部材のシール面に摺動可能に接触する摺接面を内周に備えた環状のシールリップを有し、前記シール面と前記摺接面との接触により流体を密封する密封装置において、
前記摺接面に、摺動方向に間隔をあけて複数の突条が形成され、この突条は、摺動方向に対して垂直に延びるとともに、その摺動方向に垂直な方向の長さが摺動方向の幅よりも大きく形成されていることを特徴としている。
【０００９】
ここで、突条が摺動方向に対して垂直であるということは、突条の幅方向の中心線が摺動方向に対して略垂直であることをいう。
これによれば、シールリップの摺接面が軸等の相手部材のシール面上を摺動すると、突条が摺動方向に倒れやすくなる。これによって、摩擦抵抗が小さくなり、特に、摺動速度が低い場合に、鳴き音の発生を防止することができる。また、突条が摺動方向に倒れやすくなることによって起動トルクが低減し、軸等を滑らかに回転させることができる。摺動速度が高い場合には、突条が倒れた状態から起立状態に戻り難くなり、微小振動が少なくなって摺動音の発生を抑制することができる。
【００１０】
前記シールリップの内周面が、径方向内方へ向けて先細り形状に形成されるとともに、その先端縁を境として互いに反対方向に傾斜する流体側傾斜面と大気側傾斜面とを隣接して備え、この大気側傾斜面が前記摺接面を構成している場合、前記突条は、前記流体側傾斜面と前記大気側傾斜面との境界の前記先端縁から離れた位置に形成されていることが好ましい。これによって、突条の存在に起因して境界縁から流体が漏れることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シール面に対して摺動面が低速で摺動した際に生じやすい鳴き音と、高速で摺動した際に生じやすい摺動音とを好適に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の第１実施形態にかかるオイルシール（密封装置）１０の斜視図である。オイルシール１０は環状に形成され、その外周部が、例えばオイルポンプのハウジング３５等に固定され、内周部が回転軸３６等の相手部材に摺接され、ハウジング３５内に封入した潤滑油等を密封する。また、オイルシール１０は、芯金部材１１と弾性部材１２とを加硫接着してなり、芯金部材１１は、軸方向に平行な部分１４と、垂直な部分１５とによって断面Ｌ字形状に屈曲して形成されている。弾性部材１２は、芯金部材１１の平行部分１４の外周面及び垂直部分１５の軸方向一側面を覆うように接着されるとともに、径方向内側にシールリップ１８及びダストリップ１９を備えている。シールリップ１８の外周面には、締め付け力を補助するための締め付けバネ１３が設けられている。
【００１３】
ダストリップ１９は、回転軸３６に向かって延び、回転軸３６との間の粉塵の通過を阻止している。また、ダストリップ１９は、シールリップ１８から離れる方向へ向けて斜めに延びている。
シールリップ１８は、芯金部材１１の平行部分１４の内周側に配置されるとともに、その外周面に締め付けバネ１３を嵌合する凹溝１８ａを有し、内周面は、径方向内方に向けて先細り形状となっている。したがって、シールリップ１８の内周面には、先細り形状の先端縁（境界縁）２４を境として軸方向両側に、互いに反対方向側に傾斜する２つの傾斜面２０，２３が形成されている。
【００１４】
ダストリップ１９から離れて配置された一方の傾斜面２０は、油保持側に配置された油側（流体側）傾斜面とされ、ダストリップ１９側に配置された他方の傾斜面２３は、大気側（空気側）傾斜面とされている。大気側傾斜面２３は、主として回転軸３６の外周面（シール面）３６Ａに摺接する摺接面を構成している。なお、シールリップ１８は、回転軸３６の外周面３６Ａに接触することによって径外方向に湾曲し、摺接面（大気側傾斜面）２３の広い範囲で外周面３６Ａに接触するが、図１では、湾曲していない状態のシールリップ１８を示している。
【００１５】
シールリップ１８の摺接面（大気側傾斜面）２３には、周方向（摺動方向；回転方向）Ｘに対して垂直に延びる多数の突条３０が周方向に等間隔で形成されている。この突条３０は、軸方向の長さ（周方向に垂直な方向の長さ）Ｌが周方向の幅Ｗよりも大きく形成されている。図２は、図１のII−II矢視断面図であり、突条３０は、周方向の幅Ｗが、例えば２００μｍ以下とされ、摺接面２３からの突出高さＨが、例えば５〜５０μｍとされる。突条３０の周方向の幅Ｗは、突条３０の軸方向の長さ全域で略同一の寸法となっているとともに、その幅方向の中心線が周方向に対して垂直となっている。
【００１６】
突条３０は、その頂面３０ａ全体が回転軸３６の外周面３６Ａに接触している。また、突条３０は、先端縁２４近傍には形成されておらず、先端縁２４近傍では直接摺接面２３が外周面３６Ａに接触している。
回転軸３６に対する摺接面２３の接触圧は、先端縁２４に近いほど高く、離れるほど低くなる。また、回転軸３６の外周面３６Ａとの間の潤滑状態も、先端縁２４（油側）に近いほど良好で、先端縁２４から離れるほど潤滑不足になりやすい。したがって、先端縁２４から離れた部分ほど、スティックスリップ現象に起因する鳴き音が生じやすくなる。
【００１７】
この点において、本実施形態は、シールリップ１８の摺接面２３に突条３０を設け、この突条３０の周方向の幅Ｗを軸方向の長さＬよりも小さく形成しているので、突条３０は、回転軸３６の回転により、図３に示すように、周方向Ｘに倒れ（傾き）易くなる。そのため、回転起動時等の低速回転域（例えば１００〜２００ｍｉｎ−１）では、摩擦係数の速度依存性が小さくなり（回転速度に対する摩擦係数の負勾配が小さくなり）、摩擦係数が小さくなるとともに、スティックスリップ現象による突条３０の自励振動が発生し難くなっている。これにより、鳴き音の発生を抑制することができる。また、回転起動時の摩擦係数が小さくなるので、起動トルクが低減され、滑らかに回転を開始することができる。
【００１８】
また、突条３０は、軸方向の長さＬが周方向の幅Ｗよりも大きくなっているので、周方向に倒れた状態から起立状態に戻りにくくなっている。これは、シール面の粗さに対して、摺接面２３の軸方向長さＬの範囲では、突条３０はいずれかの位置で必ず回転軸３６の外周面３６Ａに接触していると考えられるからである。そのため、高速回転域（例えば、１５００ｍｉｎ−１）において、突条３０が、倒れた姿勢と直立姿勢との間を行き来するような微小振動を行わなくなり、当該振動に起因する摺動音の発生が抑制される。
【００１９】
さらに、突条３０は、シールリップ１８の先端縁２４から若干大気側に離れた位置に形成されており、先端縁２４近傍には存在していないので、先端縁２４近傍と回転軸３６とを密に接触させることができる。これにより、先端縁２４と回転軸３６との間からの油漏れを防止することができる。
【００２０】
図４は、本発明の第２実施形態にかかるオイルシール１０の斜視図である。本実施形態では、シールリップ１８の大気側傾斜面２３に、先端縁２４から大気側傾斜面２３側へ、先端縁２４に対して角度θをもって傾斜して延びるヘリックスリブ３８を周方向に間隔をあけて多数設けたものである。さらに、ヘリックスリブ３８は突条３０と同数形成され、突条３０に連設されている。ヘリックスリブ３８の断面形状は山形形状であり、いわゆるポンプ作用によってオイルシール１０外へ漏れ出た油を油側へ戻すことができるものである。
【００２１】
ヘリックスリブ３８に関する技術は従来から周知（例えば、上記特許文献１参照）であるが、本実施形態では、突条３０が設けられていない先端縁２４の近傍のみにヘリックスリブ３８を設けており、しかも、突条３０に連設している。そのため、突条３０及びヘリックスリブ３８は、へ字状の屈曲した形態となっている。
【００２２】
以上説明したような、本発明の第１，第２実施形態の効果を検証するため、鳴き音及び摺動音の発生に関する試験を行った。以下、試験の内容及び結果について説明する。
図５は、試験装置の概略図、図６は、試験片の正面図、図７は、図６のVII部における部分斜視図である。図５において、試験装置４０は、ベース４０Ａ上にモータ４１を支持し、可動台４６をモータ４１に対して近接離反可能に設けている。モータ４１の出力軸には、水平に配置された試験軸４２が装着されている。可動台４６には、ロードセル４４を介して装着台４７が設けられ、この装着台４７に、試験軸４２の先端面と対向するように試験片４５が装着される。
【００２３】
試験では、可動台４６をモータ４１側に移動することによって試験片４５を所定の力で試験軸４２に押し当て、両者４５，４２の摺接により発生する音をニードルマイクロホン４３によって測定した。なお、試験軸４２は、ＳＵＪ２（軸受鋼）により形成し、その先端面の中心線平均粗さＲａを０．０４μｍとした。
【００２４】
図６に示すように、試験片４５は、装着台４７（図５）に取り付けられるベース５１の表面に、平面視円環状の突部５２を突出したものである。突部５２は、外径φｅ１を１０ｍｍとし、内径φｅ２を６ｍｍとし、高さｆを２ｍｍとした。そして、本発明に相当する試験片４５と、比較例に係る試験片４５とをそれぞれ作成した。表１に各試験片４５についてまとめた。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１において、Ａは比較例１であって、突部５２の頂面を略平坦にしたものである。突部５２の頂面の中心線平均粗さＲａは、０．２μｍとした。
Ｂは比較例２であって、図７（Ａ）に示すように、突部５２の頂面に微細な凹凸５３を形成したものである。突部５２の頂面の中心線平均粗さＲａは、３．４μｍとした。この試験片４５は、サンドブラスト（粒度＃２０）により微細な凹凸面を形成した金型を用いて成形した。
Ｃは比較例３であって、図７（Ｂ）に示すように、突部５２の頂面に円柱状突起５４を形成したものである。この試験片４５は、エッチングにより円柱状の凹みを形成した金型を用いて成形し、図７（Ｂ）の寸法ａを１００μｍとし、寸法ｂを８μｍとした。
【００２７】
Ｄは本発明１であり、図７（Ｃ）に示すように、直方体形状の突条５５（本発明の突条３０（図１及び図４）に相当）を突部５２の頂面に周方向に複数形成したものである。この試験片４５は、エッチングにより直方体状の溝を形成した金型を用いて成型し、図７（Ｃ）の寸法ｃを９５μｍとし、寸法ｄを８μｍとした。突条５５は、寸法ｄの長さ方向全域で略一定の幅寸法ｃとなっているとともに、突条５５の幅方向の中心線が、突部５２（図６）の径方向と略一致している。
Ｅは本発明２であり、図７（Ｃ）の寸法ｃ，ｄ以外は、Ｄの本発明１と同様である。当該寸法ｃは２６０μｍ、寸法ｄは６０μｍであり、本発明１よりも突条５５を大きく形成した。
また、本発明１，２では、隣接する突条５５の相対角度（突部５２の中心角）θを１５°とした。
【００２８】
その他の試験条件として、試験片４５と試験軸４２との間の接触面はドライ（無潤滑）状態とし、試験軸４２の回転速度は１００ｍｉｎ−１（試験１）及び１５００ｍｉｎ−１（試験２）とした。試験片４５と試験軸４２との接触面にかかる垂直加重は１．５Ｎとした。
【００２９】
試験１では、試験軸４２を低速回転（１００ｍｉｎ−１）させて、鳴き音の発生を調べた。図８は、試験１における音圧レベル（Sound Level）をＦＦＴパワースペクトルで表したグラフである。このグラフでは、Ａ（比較例１）とＤ（本発明１）のみを示した。Ａ（比較例１）では、９ｋＨｚ付近で最大６０ｄＢを示し、その前後の周波数域でも高い音圧レベルとなっている。これに対して、Ｄ（本発明１）では、５．３ｋＨｚ付近で最大３０ｄＢ弱の音圧レベルとなるが、その他の周波数域では概ね２０ｄＢ以下、特に１０ｋＨｚ以上の周波数域で約１０ｄＢ以下となった。この結果から、本発明１では、低速回転域での鳴き音の発生が好適に抑制されていることがわかる。また、グラフには示していないが、Ｂ（比較例２）及びＥ（本発明２）の場合も、本発明１とほぼ同様に低い音圧レベルとなり、鳴き音の発生を抑制できた。Ｃ（比較例３）では、鳴き音の発生が確認された。
【００３０】
試験２では、試験軸４２を高速回転（１５００ｍｉｎ−１）させて、摺動音の発生を調べた。図９は、試験２における音圧レベルをＦＦＴパワースペクトルで表したグラフである。９ｋＨｚまでの周波数域では、Ａ〜Ｃ（比較例１〜３）、Ｄ，Ｅ（本発明１，２）とも、ほぼ同じ音圧レベルで推移している。９ｋＨｚを超える周波数域では、Ａ（比較例１）がもっとも低い音圧レベルを示した。次いで、Ｄ（本発明１），Ｅ（本発明２），Ｂ（比較例２），Ｃ（比較例３）の順で音圧レベルが高くなった。
【００３１】
以上の結果から、Ａの比較例１は、高速回転域での摺動音は最も小さいが、低速回転域での鳴き音は大きくなる。Ｂの比較例２は、低速回転域での鳴き音は抑制できるものの、高速回転域での摺動音はやや大きくなり、Ｃの比較例３では、低速回転域の鳴き音と、高速回転域の摺動音との双方が大きくなっている。これに対して、Ｄ，Ｅの本発明１，２では、高速回転域において、Ａの比較例１よりも音圧レベルが若干大きくなったが、低速回転域の鳴き音を比較すると、比較例１よりも大幅に低減されている。したがって、本発明１，２は、低速回転域での鳴き音と、高速回転域での摺動音とをバランスよく抑制できることがわかる。また、高速回転域の摺動音抑制に関しては、本発明２よりも本発明１の条件の方が優れていることがわかる。
【００３２】
本実施形態は、上記実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、第１実施形態において、突条３０は、大気側傾斜面２３の軸方向の長さ全体にわたって形成することができる。この場合、突条３０の回転軸３６の外周面３６Ａに接触している部分では、摺動方向に垂直な方向の長さを摺動方向の幅よりも大きくすることで第１実施形態と同様の効果が得られる。また、第１，第２実施形態において、突条３０は、大気側傾斜面２３の回転軸３６の外周面３６Ａに接触しない部分まで延伸してもよい。これらの場合も、突条３０の回転軸３６の外周面３６Ａに接触している部分では、摺動方向に垂直な方向の長さを摺動方向の幅よりも大きくすることで第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
第２実施形態において、ヘリックスリブ３８は、突条３０とは周方向にずれた位置に形成することができ、また、突条３０よりも多く又は少なく形成することもできる。上記実施形態では、シールリップを直接回転軸３６に接触させているが、回転軸３６側に設けた他の部材（スリンガー等）に接触させてもよい。また、本発明の密封装置は、ダストリップ１９を備えていないものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるオイルシールの断面斜視図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図であり、
【図３】突条が周方向に倒れた様子を示す図２に相当する断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかるオイルシールの断面斜視図である。
【図５】試験装置の概略図である。
【図６】試験片の正面図である。
【図７】図６のVII部の部分斜視図である。
【図８】音圧レベルをＦＦＴパワースペクトルで表したグラフである。
【図９】音圧レベルをＦＦＴパワースペクトルで表したグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  オイルシール（密封装置）
１８  シールリップ
２０  油側傾斜面（流体側傾斜面）
２３  大気側傾斜面（摺接面）
３０  突条
３６  回転軸
３６Ａ  シール面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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