(57)【要約】【課題】制約要素が少なく、かつトルク損失のない密封装置を提供する。【解決手段】ポンピングパターン部７は、微細リブ６を複数配列して微細リブ６のパターンを形成した構成であるので、パターンの多少や微細リブ６の形状変更だけの制約要素により、制約要素が少なくても密封装置１に最適なポンピング作用を設定することができる。また、複数配列された微細リブ６（ポンピングパターン部７）から極めて高レベルのポンピング作用がもたらされ、極めて低い面圧状態でも安定した密封性能が得られるため、リップ４の緊迫力によるトルク損失が極めて少なくなる。【選択図】　図１
2004068889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動表面に当接する環状のリップ摺動部を備えた密封装置において、
前記リップ摺動部の摺動表面に対する当接面に、流体搬送要素を複数配列したことを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記流体搬送要素の配列は、周方向及び軸方向に高密度になされることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
【請求項３】
前記流体搬送要素は、微細リブであることを特徴とする請求項１又は２に記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種装置の軸とハウジングの間の隙間を封止する密封装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の密封装置としては、図１０に示すようなものがある。図１０に示す密封装置１０１は、リップ１０２で軸１０３に摺動接触し、リップ１０２の緊迫力を向上するためにばね１０４がリップ１０２背面に取付けられている。リップ１０２の軸１０３との密封面には、ポンピング作用によって密封面の油膜を流体側へ押し返す螺旋状の突起又は溝（以下、ねじという）１０５が形成されている。
【０００３】
このような密封装置１０１では、リップ１０２がゴム状弾性体製又は樹脂製であり、リップ１０２は密封性を確保するための最適な圧力分布を維持する必要があった。
【０００４】
また、図１０に示すように緊迫力を付与するばね１０４を付加してリップ１０２が軸１０３と当接する密封面の面圧を確保して性能向上を図る場合が多い。
【０００５】
さらに、リップ１０２のねじ１０５のポンピング作用によって、密封装置１０１を取り巻く環境における軸傷、異物の挟み込み、振動、軸振れ等の外乱に対してさらに密封性を向上させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の密封装置では、一般に、リップが軸と当接する密封面の面圧が低すぎると流体の油膜が厚くなり流体が大気側へ漏れ易くなり、面圧が大きすぎると油膜が薄くなり摩擦損失、発熱が増加し、動力の損失はもとより密封寿命が短くなるという二律背反の関係があり、適正な油膜を保持しながら長期にわたり流体漏れがないよう、最適な面圧となるように各要素の設計をする必要がある。
【０００７】
このように、従来技術では、最適面圧を確保するためにリップ断面形状とリップ形状に合わせた最適形状のねじ要素を設定する必要があり、密封性を確保するためのリップ角度、オフセット、リップ長さ、厚み、形状に適したねじ形状、ねじ長さ、ねじ深さ、ねじ本数等の制約要素が多くあるものであった。
【０００８】
また、設計スペースと面圧確保のためのリップ緊迫力によるある程度のトルク損失は免れないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、制約要素が少なく、かつトルク損失のない密封装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
摺動表面に当接する環状のリップ摺動部を備えた密封装置において、
前記リップ摺動部の摺動表面に対する当接面に、流体搬送要素を複数配列したことを特徴とする。
【００１１】
前記流体搬送要素の配列は、周方向及び軸方向に高密度になされることが好適である。
【００１２】
前記流体搬送要素は、微細リブであることが好適である。
【００１３】
本発明では、流体搬送要素を複数配列して流体搬送要素のパターンを形成することで、配列の多少や流体搬送要素の形状変更だけの制約要素により、制約要素が少なくても最適なポンピング作用を設定することができるものである。
【００１４】
また、複数配列された流体搬送要素から極めて高レベルのポンピング作用がもたらされ、極めて低い面圧状態でも安定した密封性能が得られるため、リップ緊迫力によるトルク損失が極めて少なくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態に係る密封装置１を示す図である。図１の密封装置１は、断面Ｌ形状の補強環２にゴム状弾性体製の嵌め合い部３が一体的に焼き付けられ、この嵌め合い部３に環状のリップ摺動部を構成するリップ４が一体成形されている。
【００１６】
リップ４は、嵌め合い部３と同様のゴム状弾性体製で形成されており、軸５が挿入されていない状態（図１の破線）では概略平ワッシャ形状である。リップ４は、軸５が挿入された図１の実線では、途中で外部側Ｏに軸表面に沿って撓み、先端部の内周面が軸に当接してシール性を発揮するリップ摺動部となっている。
【００１７】
ここで、リップ４のリップ摺動部における軸に当接する当接面に、流体搬送要素としての微細リブ６が周方向及び軸方向に高密度に複数配列されてポンピングパターン部７が形成されている。
【００１８】
このポンピングパターン部７を図２に示す。ポンピングパターン部７は、図２（ａ）に示すように、所定ピッチＰで微細リブ６を配置した１周する環状溝８を軸５に沿った軸方向に複数並列したものである。
【００１９】
微細リブ６の長手方向は周方向から所定角度Ｒ傾いており、１つ１つの微細リブ６で油膜を流体側Ｉへ押し返すポンピング作用が働くようになっており、微細リブ６が集合したポンピングパターン部７の全体ではポンピング作用が強力に働くようになっている。
【００２０】
例えば、０．５ｍｍ程度の幅Ｈかつ０．２〜０．３ｍｍ程度の深さＦの環状溝８の内部にポンピング作用をもたらすべく溝方向（周方向）に対して３０〜４５°程度の角度Ｒを持ち、０．５〜１．０ｍｍのピッチＰで微細リブ６が当接面全周に配置される。そして、この環状溝８が複数軸方向に並列されている。
【００２１】
このような場合に、リップ４の軸５との当接面が約３．０ｍｍの軸方向幅で接触していると、有効な微細リブ６の数は６ユニット（６つの環状溝の分）となり、軸径が８０ｍｍの例であると、１ユニット（１環状溝８）あたり２５０〜５００個の微細リブ６が６倍された数となるので、１５００〜３０００個の微細リブ６が機能することになる。
【００２２】
これに対し、従来のねじ要素では、ねじ角度、ねじ高さ、または溝深さ、ねじ断面の角度、ねじ本数等の要素によりポンピング量が決定され、経験上ねじのポンピング作用の効果を上げるためにはねじ高さまたは溝深さを大きくして本数をできるだけ多くすることがよいことが分かっているが、スペース上の制約により、上記で例示した軸径８０ｍｍの場合には、通常ねじ本数は１００〜１２０個程度となり、限られたポンピング作用となってしまう。
【００２３】
このように、本実施の形態では、リップ４の軸５との当接面の全体に微細リブ６を高密度に形成できるため、安定した極めて高いレベルのポンピング作用を発揮することができる。
【００２４】
よって、本実施の形態では、リップ４の軸５に対する面圧が低くてもポンピング作用によって密封性能を維持できるので、面圧を大幅に低減することができる。このため、従来のような面圧を高めるように緊迫力を向上させるためのばねが必要なくなり、部品点数を削減してコストダウンも可能となる。
【００２５】
この図２は微細リブ６が千鳥配列されたポンピングパターン部７の例である。図２（ｂ）は図２（ａ）のポンピングパターン部７の軸５上の接触状態を示しており、線の部分が軸５と接触する部分である。
【００２６】
ポンピングパターン部７の微細リブ６の配列は種々考えられ、例えば図３（ａ）のように微細リブ６が同列配列されているものでもよく、ポンピングパターン部７に成形型加工法等により何れの配列を形成してもよい。なお、図３（ｂ）は図２（ｂ）と同様な図３（ａ）のポンピングパターン部７の軸５上の接触状態を示しており、線の部分が軸と接触する部分である。
【００２７】
このようなポンピングパターン部７を当接面に成形加工することによって、従来装置の１０分の１以下の超低面圧で軸５にリップ４が接触し、環状溝８の中に潤滑油を溜めて低トルク化を図ると共に、リップ４及び軸５の双方の摩耗を防止し、ポンピングパターン部７による強力なポンピング作用により、油膜を維持しつつ密封機能を長期にわたり維持することができる。
【００２８】
特に、ポンピングパターン部７は、微細リブ６を複数配列して微細リブ６のパターンを形成した構成であるので、パターンの多少や微細リブ６の形状変更だけの制約要素により、制約要素が少なくても密封装置１に最適なポンピング作用を設定することができる。
【００２９】
また、複数配列された微細リブ６（ポンピングパターン部７）から極めて高レベルのポンピング作用がもたらされ、極めて低い面圧状態でも安定した密封性能が得られるため、リップ４の緊迫力によるトルク損失が極めて少なくなる。
【００３０】
さらに、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、軸５上のポンピングパターン部７の接触状態が網目状であるため、軸傷、微細異物の噛み込み等、密封性を損なう外乱因子に対しても耐久性が高い。
【００３１】
次に、図４、図５を用いて密封装置１の成形方法の例を説明する。
【００３２】
図４は一例の成形型４０を示す図である。成形型４０は、上型４１、中型４２、下型４３、コア型４４の３枚割型である。上型４１とコア型４４とで挟まれた部分にてリップ４を成形し、上型４１、中型４２、下型４３で挟まれた部分にて嵌め合い部３を成形する。上型４１には、射出、トランスファ成形時のゴム状弾性体となる流体ゴムを流し込む流入孔が中心に形成されている。
【００３３】
この成形型４０では、コア型４４の上面の平坦部にポンピングパターン部７とは凹凸が逆の微細パターン４５を刻み付けておき、成形圧によりポンピングパターン部７を転写して成形する。
【００３４】
このように、圧縮、射出、トランスファ成形の何れでも加硫成形工程内で加硫と同時にポンピングパターン部７を形成することができ、工程数を削減することができる。
【００３５】
図５は図４のＣ部拡大図であり、コア型４４の上面の平坦部の微細パターン４５を表したものである。ポンピングパターン部７の環状溝８の型となる環状突起４６を型表面に複数形成し、それぞれの環状突起４６の山部に斜めに角度を持たせて微細リブ６の型となる三角溝４７を所定ピッチで掘り込んでいる。
【００３６】
この図５に示すように、コア型４４の上面の平坦部の微細パターン４５の型加工も容易である。この加工は、精度的にプレス押し込み加工が最適であるが、放電、切削加工等でも可能である。
【００３７】
以上説明したように、ポンピングパターン部７の適用により、極めて高いレベルのポンピング作用が発揮でき、面圧が極めて低くても安定した密封性能が得られるため、リップ４の形状は単純な０．３〜０．６ｍｍ程度の極めて薄い概略ワッシャ形状とすることができる。
【００３８】
また、微細リブ６の形状や数を変化させることだけで、ポンピング作用の量を適宜自在に調整することができる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図６は第２の実施の形態に係る密封装置１を示す半断面図である。なお、各部材の形状、材質等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４０】
図６の密封装置１では、リップ４の先端部が流体側Ｉに向くように撓ませたものである。リップ４の軸５との当接面には、ポンピングパターン部７が形成されている。
【００４１】
上記構成のようにリップ４の向きは正逆何れでも成立し、第１の実施の形態と同様な効果を発揮する。また、リップ４の向きは軸５挿入方向に応じて設定でき、組立時のリップ４反転の不具合は発生しない。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図７は第３の実施の形態に係る密封装置１を示す半断面図である。なお、リップ４の表面をＰＴＦＥ製とした点以外、各部材の形状、材質等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４３】
この密封装置１は、第２の実施の形態と同様にリップ４の先端部が流体側Ｉに向くように撓ませたものである。
【００４４】
図７の密封装置１では、ＰＴＦＥ製の環状板４ａを用い、ＰＴＦＥ製の環状板４ａをゴム状弾性体製の支持部４ｂに焼き付けてリップ４を構成している。ＰＴＦＥ製の環状板４ａの軸５との当接面には、ポンピングパターン部７が形成されている。
【００４５】
上記構成であっても、第１の実施の形態と同様な効果を発揮する。なお、このように、ポンピングパターン部７が形成される部分は樹脂製でもよく、その材質が限定されるものではない。
【００４６】
（第４の実施の形態）
図８は第４の実施の形態に係る密封装置１を示す半断面図である。なお、リップをＰＴＦＥ製とした点以外、各部材の形状、材質等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４７】
この密封装置１は、第２の実施の形態と同様にリップ４の先端部が流体側Ｉに向くように撓ませたものである。
【００４８】
図８の密封装置１では、ＰＴＦＥ製のリップ４を用いている。ＰＴＦＥ製のリップ４はゴム状弾性体製の嵌め合い部３に取付けられている。ＰＴＦＥ製のリップ４の軸５との当接面には、ポンピングパターン部７が形成されている。
【００４９】
上記構成であっても、第１の実施の形態と同様な効果を発揮する。
【００５０】
（第５の実施の形態）
図９は第５の実施の形態に係る密封装置１を示す半断面図である。なお、ＰＴＦＥ製のリップ４を２つ用いている点以外、各部材の形状、材質等は第４の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００５１】
この密封装置１は、第２の実施の形態と同様にリップ４の先端部が流体側Ｉに向くように撓ませたものである。
【００５２】
図９の密封装置１では、２つのＰＴＦＥ製のリップを用いている。２つのＰＴＦＥ製のリップ４は２つの金属環２１，２２の間で金属環２３を間に介して挟持固定されている。金属環２１が金属嵌合する嵌め合い部３となっている。ＰＴＦＥ製のリップ４の軸５との当接面には、ポンピングパターン部７が形成されている。
【００５３】
上記構成であっても、第１の実施の形態と同様な効果を発揮する。また、２つのＰＴＦＥ製のリップ４を有するので、密封性能の向上がより図れるものである。
【００５４】
以上の実施の形態のように、リップの材質は、ゴム状弾性体やＰＴＦＥ等の樹脂類でも適用することができ、基本形状が単純な概略ワッシャ形状であるため、成形が容易で品質確保も容易なため、安定した品質かつ安価な装置を提供できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、流体搬送要素を複数配列して流体搬送要素のパターンを形成することで、配列の多少や流体搬送要素の形状変更だけの制約要素により、最適なポンピング作用を設定することができる。
【００５６】
また、複数配列された流体搬送要素から極めて高レベルのポンピング作用がもたらされ、極めて低い面圧状態でも安定した密封性能が得られるため、リップ緊迫力によるトルク損失が極めて少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る密封装置を示す半断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る密封装置の要部を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る密封装置の要部の他の例を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る密封装置の成形型を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係る密封装置の成形型の要部を示す図である。
【図６】第２の実施の形態に係る密封装置を示す半断面図である。
【図７】第３の実施の形態に係る密封装置を示す半断面図である。
【図８】第４の実施の形態に係る密封装置を示す半断面図である。
【図９】第５の実施の形態に係る密封装置を示す半断面図である。
【図１０】従来技術の密封装置を示す半断面図である。
【符号の説明】
１　密封装置
２　補強環
３　嵌め合い部
４　リップ
４ｂ　支持部
４ａ　環状板
５　軸
６　微細リブ
７　ポンピングパターン部
８　環状溝
２１，２２，２３　金属環
４０　成形型
４１　上型
４２　中型
４３　下型
４４　コア型
４５　微細パターン
４６　環状突起
４７　三角溝
【図１】
2004068889.tif 000003
【図２】
2004068889.tif 000004
【図３】
2004068889.tif 000005
【図４】
2004068889.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004068889.tif 000008
【図７】
2004068889.tif 000009
【図８】
2004068889.tif 000010
【図９】
2004068889.tif 000011
【図１０】
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