(57)【要約】【課題】ラジアルリップの接触圧を補強するばねを備えた密封装置において、ばねの張力低下を防止して、長期にわたって油の漏れを防止する。【解決手段】密封装置１０は、油が封入されている側に向けて延在するラジアルリップ２０を備えている。ラジアルリップ２０の外周には環状のばね４０が嵌め合わされる凹部２１が形成されており、内周には回転軸５０の外周面と摺接する先端縁２２が形成されている。凹部２１には、少なくともばね４０と径方向に接触する位置に、油と接触して膨潤するゴム材料で形成された膨潤部２４が露出しており、先端縁２２は、前記ゴム材料と異なるゴム材料で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、このハウジングに設けられた開口部を貫通する回転軸との間を密封して、前記ハウジングの内側に封入された油が外側に漏れ出すのを防止する密封装置であって、
前記ハウジングに固定される固定部と、前記固定部から前記油が封入されている側に向けて延在する弾性体で形成されたラジアルリップと、を備えており、
前記ラジアルリップの外周には、径方向外方に開口する凹部が全周にわたって形成されるとともに環状のばねが嵌め合わされており、内周には、前記回転軸の外周面と摺接する先端縁が形成されており、
前記凹部には、少なくとも前記ばねと径方向に接触する位置に、前記油と接触して膨潤するゴム材料で形成された膨潤部が露出しており、
前記先端縁は、前記ゴム材料と異なるゴム材料で形成されていることを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記油が鉱油系の潤滑油であり、前記膨潤部がエチレンプロピレンゴムで形成されていることを特徴とする請求項１に記載する密封装置。
【請求項３】
前記油がグリコール系の作動油であり、前記膨潤部がニトリルゴムで形成されていることを特徴とする請求項１に記載する密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油の漏れを防止する密封装置、特に、ラジアルリップの接触圧を補強するばねを備えた密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性体のラジアルリップを備えた密封装置では、ラジアルリップを回転軸に押し付けて接触部に適度な面圧分布を発生させることによって、密封対象物である油が漏れだすのを防止している。しかし、密封装置を長時間使用した場合には、ラジアルリップの弾性が低下したり摺接部が摩耗したりすることによって適正な面圧分布を維持できなくなる場合がある。
そこで、従来より、油漏れを防止する密封装置として、ゴムなどの弾性体で形成されたラジアルリップの外径側にばねを装着して、ラジアルリップを回転軸に押し付ける力を補強したものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載されている密封装置は、互いに同軸に組み付けられたハウジングであるリテーナと回転軸であるクランクシャフトとの間の隙間を密封するもので、ハウジング側に芯金（保持部材）を嵌合固定すると共に、ラジアルリップの内周が回転軸に接触している。ラジアルリップは、ゴムなどの弾性体で形成されている。ラジアルリップの径方向外方には、環状のばねが嵌め合わされており、ラジアルリップを回転軸に押し付ける力を補強している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公平０８−１０７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来構造の密封装置では、例えば１２０℃を超える高温環境下で長時間使用された場合には、その温度によってばねの残留応力が除去されるので、ばね定数が低下する。この場合には、ラジアルリップを回転軸に押し付ける力が減少するので、ラジアルリップと回転軸との接触部における面圧が低下して、油が漏出するおそれがある。
【０００６】
本発明は、ラジアルリップの接触圧を補強するばねを備えた密封装置において、高温環境下で使用した場合であっても、緊迫力の低下を防止して、長期にわたって油の漏れを防止することができる密封装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態は、ハウジングと、このハウジングに設けられた開口部を貫通する回転軸との間を密封して、前記ハウジングの内側に封入された油が外側に漏れ出すのを防止する密封装置であって、前記ハウジングに固定される固定部と、前記固定部から前記油が封入されている側に向けて延在する弾性体で形成されたラジアルリップと、を備えており、前記ラジアルリップの外周には、径方向外方に開口する凹部が全周にわたって形成されるとともに環状のばねが嵌め合わされており、内周には、前記回転軸の外周面と摺接する先端縁が形成されており、前記凹部には、少なくとも前記ばねと径方向に接触する位置に、前記油と接触して膨潤するゴム材料で形成された膨潤部が露出しており、前記先端縁は、前記ゴム材料と異なるゴム材料で形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
ラジアルリップの接触圧を補強するばねを備えた密封装置において、高温環境下で使用した場合であっても、緊迫力の低下を防止して、長期にわたって油の漏れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態である密封装置の軸方向断面図である。
【図２】ばねの残留応力の変化及びゴム材料が膨潤するときの寸法変化を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる密封装置の一実施形態（以下「本実施形態」）を示す軸方向断面図である。密封装置１０は、車両用のエンジン（図示を省略）に組み込まれており、クランクシャフト５０と同軸に嵌め合わされている。
【００１１】
密封装置１０は、環状であり、金属製の芯金１２と、芯金１２に一体に形成されたラジアルリップ２０及びグリースリップ３０と、ばね４０とを備えている。密封装置１０の中心軸は、クランクシャフト５０の回転軸線と同一であり、以下の説明では、密封装置１０の中心軸の方向を軸方向といい、中心軸と直交する方向を径方向、中心軸の回りを周回する方向を周方向という。
【００１２】
芯金１２は、ＳＰＣＣなどの冷間圧延鋼板をプレス加工することによって形成されている。芯金１２の軸方向断面の形状はＬ字状であり、軸方向に形成された円筒形状の円筒部１３と、円筒部１３の軸方向一端から径方向内方に延在するフランジ部１４とが一体に形成されている。
【００１３】
ラジアルリップ２０は、フランジ部１４の内径側を基部として円筒部１３と同じ向きに略軸方向に延在している。
ラジアルリップ２０の先端近傍では、外径側に、軸方向断面が径方向外方に開口する形状で凹部２１が全周にわたって形成されている。内径側には、互いに逆向きに傾斜するテーパ面ａ及びテーパ面ｂが同軸に形成されており、テーパ面ａとテーパ面ｂとが交わる部分に、全周にわたって先端縁２２が形成されている。軸方向断面では、ラジアルリップ２０の先端縁２２は、径方向内方に尖った形態となっている。
凹部２１と先端縁２２とは、軸方向のほぼ同じ位置に形成されている。
【００１４】
凹部２１には、環状のばね４０が嵌め合わされている。ばね４０は、ばね用ステンレス鋼線（ＳＵＳ３０４ＷＰＢ）等を塑性加工することによって製造されており、その周方向に沿って、らせん状に形成されている。これによって、周方向に弾性をもって伸びることが出来る。
ラジアルリップ２０の先端には、ばね係止部２３が形成されている。ばね係止部２３は、凹部２１よりラジアルリップ２０の先端に近い側で径方向に形成されている。その外径寸法は、ばね４０の直径寸法（外径寸法と内径寸法の平均値）より大径であり、凹部２１にばね４０を装着したときに、ばね４０が容易に脱落しないようになっている。
【００１５】
ラジアルリップ２０の凹部２１の位置には、膨潤部２４が形成されている。膨潤部２４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）のゴム材料で形成されている。カッコ内の記号はＪＩＳ記号である（以下同）。膨潤部２４は、軸方向断面が径方向内方に凸となる三日月形状であり、全周にわたって一様な断面形状で形成されている。膨潤部２４の径方向外方の面は凹部２１を形成しており、軸方向断面では、ばね４０の軸方向断面における外径とほぼ等しい曲率で形成されている。
【００１６】
ラジアルリップ２０は、膨潤部２４以外の部分がニトリルゴム（ＮＢＲ）などの弾性体で形成されており、フランジ部１４の内径側から軸方向に延在する撓み部２５と、膨潤部２４の径方向内方に形成されている摺接部２６と、ばね係止部２３を備えている。各部は、それぞれ全周にわたって一様な断面形状で形成されている。以下の説明では、ラジアルリップ２０のうちニトリルゴムで形成されている部分（撓み部２５、摺接部２６、ばね係止部２３をいう）を、「その他の弾性部分Ｅ」という場合がある。
【００１７】
グリースリップ３０は、フランジ部１４の内径側を基部としてラジアルリップ２０とは反対向きに略軸方向に延在している。グリースリップ３０は、ラジアルリップ２０と同様に、ニトリルゴムなどの弾性体で形成されている。
【００１８】
ラジアルリップ２０及びグリースリップ３０は、芯金１２をモールドした状態で、ゴム材料を高温の金型で加硫成型することによって形成されている。
成型時には、膨潤部２４を形成するエチレンプロピレンゴムと、膨潤部２４を除くその他の弾性部分Ｅを形成するニトリルゴムとを同時に金型に挿入している。成型時の熱によって、エチレンプロピレンゴムとニトリルゴムとが互いに加硫接着されるので、膨潤部２４とその他の弾性部分Ｅとが一体となった形態でラジアルリップ２０を形成することができる。
密封装置１０では、円筒部１３の外周とフランジ部１４の軸方向の一方の側面が、ラジアルリップ２０及びグリースリップ３０を形成するときに、同時に、ニトリルゴムで覆われるように形成されている。
【００１９】
こうして、凹部２１が形成されている部分では、ラジアルリップ２０の外径側に、エチレンプロピレンゴムで形成された膨潤部２４が露出している。
【００２０】
密封装置１０は、その外周が、エンジンブロックに取り付けられるリテーナ５１（ハウジング）の開口部に締り嵌めの状態で嵌め合わされている。図１では、図の左方がエンジン内部であり、ラジアルリップ２０は、フランジ部１４の内径側を基部として、エンジンオイルが封入されているエンジン内部に向けて延在する向きに組み込まれている。
開口部の内周と円筒部１３の外周との間では、弾性体であるニトリルゴムが径方向に圧縮された状態で組付けられている。これにより、リテーナ５１と密封装置１０の嵌合部からのエンジンオイルの流出が防止されている。
【００２１】
ラジアルリップ２０の内周は、開口部を貫通するクランクシャフト５０の外周面と全周にわたって接触している。密封装置１０を装着する前の状態では、ラジアルリップ２０の内径寸法はクランクシャフト５０の外径寸法より小さい。この寸法差（直径寸法）の１／２をラジアルリップ２０のしめしろδ１という。図１では、ラジアルリップ２０がしめしろδ１を有する状態を示すために、摺接部２６と重なった形態で示している。
密封装置１０をクランクシャフト５０に嵌め合わせたときには、撓み部２５が径方向に撓みながら、膨潤部２４及びその他の弾性部分Ｅが一体となってしめしろδ１の分だけ拡径している。
このとき、ラジアルリップ２０は、その直径寸法が弾性をもって拡大しているので、自由状態における直径寸法に収縮しようとする。その収縮しようとする力によって、ラジアルリップ２０がクランクシャフト５０の外周に径方向内方に向けて押し付けられていて、クランクシャフト５０の外周と先端縁２２との接触部において適度な面圧分布が生じている。ラジアルリップ２０がクランクシャフト５０の外周に押し付けられるときの力を、「緊迫力」という。
【００２２】
ばね４０は、密封装置１０と同軸に、凹部２１の外方に嵌め合わされている。密封装置１０をクランクシャフト５０に嵌め合わせたときには、凹部２１底の直径寸法Ｌｏは、ばね４０の自由状態における内径寸法より大きくなっている。これにより、ばね４０は周の長さが弾性をもって伸びた状態で装着されている。このため、ばね４０の周長が収縮しようとする力によってラジアルリップ２０を径方向内方に付勢するので、ラジアルリップ２０が更に強い力でクランクシャフト５０の外周に押し付けられる。こうして、クランクシャフト５０の外周と先端縁２２との接触部においてさらに大きい面圧分布が生じる。
こうして、ラジアルリップ２０を形成するゴムの弾性による緊迫力（以下、「緊迫力のゴム成分」という）と、ばね４０の弾性による緊迫力（以下、「緊迫力のばね成分」という）によって、ラジアルリップ２０がクランクシャフト５０の外周に押し付けられている。
【００２３】
グリースリップ３０の内径寸法はクランクシャフト５０の外径寸法よりわずかに大きい。グリースリップ３０はクランクシャフト５０の外周面との間でラビリンスを形成しており、泥水や塵埃が直接ラジアルリップ２０に到達するのを防止している。
【００２４】
次に、図１を参照しつつ、本実施形態における密封装置１０の作用を説明する。
エンジンが高い負荷状態で連続して使用されたときにはエンジン本体の温度が上昇するので、密封装置１０の温度が上昇する。こうして、高い温度にさらされることによって、ばね４０では、塑性加工時の残留応力が緩和されて、周方向のばね定数が低下する。
ばね４０が嵌め合わされている凹部２１の直径寸法が、高い温度にさらされる前後で一定であると仮定した場合には、ばね定数の低下に伴って、ばね４０の自由状態における直径寸法に復元しようとする弾性力が低下する。この場合には、クランクシャフト５０の外周と先端縁２２とが接触する接触部の面圧が低下する。
【００２５】
本実施形態の密封装置１０では、ばね４０を装着している凹部２１に、ゴム材料としてエチレンプロピレンゴムを使用した膨潤部２４を備えており、膨潤部２４は、径方向外方に露出している。
ラジアルリップ２０がエンジンの内部に向かって組み込まれているので、エンジンが作動するときには、エンジンオイルが膨潤部２４に到達する。
エンジンオイルは鉱油系の潤滑油であり、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）には容易に侵入することができる。このため、膨潤部２４では、ゴム材料が膨潤して径方向の寸法Ｌ１が増加する。
【００２６】
膨潤部２４は、軸方向断面が径方向内方に凸となっており、その外周面はばね４０と径方向に接触している。膨潤部２４の径方向の寸法Ｌ１が増加することにより、ばね４０は、その内周が径方向外方に押されて拡径する。このため、ばね４０の自由状態における直径寸法に復元しようとする弾性力が上昇する。これによって、緊迫力のばね成分を高くすることが出来るので、ラジアルリップ２０の緊迫力を高くすることができる。
【００２７】
図２は、高温環境下において、ばね４０の残留応力が時間とともに減少するときの傾向と、膨潤部２４が膨潤するときの時間とともに寸法Ｌ１が増加する傾向を説明するための概念図である。
図２に示したように、高温環境下では、ばね４０の残留応力は初期に大幅に低下して、その後一定の値に収束する。このため、本実施形態では、ばね４０の自由状態における直径寸法に復元しようとする弾性力は、初期に大幅に低下し、その後、一定の値に収束する。
一方、膨潤部２４の径方向の寸法Ｌ１は、エンジンオイルと接触した初期に大幅に増加し、その後、一定の値に収束する。このため、ばね４０の直径寸法は、エンジンを始動した初期に大幅に増加し、その後、一定の値に収束する。この結果、ばね４０の自由状態における直径寸法に復元しようとする弾性力は、初期に大幅に増加し、その後、一定の値に収束する。
すなわち、ばね４０の残留応力が減少することによる緊迫力のばね成分の低下と、ゴムが膨潤することによる緊迫力のばね成分の上昇とが、互いに補完する関係にあるので、高温環境下にさらされた場合であっても、緊迫力のばね成分が低下することがない。
【００２８】
一方、膨潤部２４を除くその他の弾性部分Ｅは、エンジンオイルなどの鉱油系の油に対して耐性の高いニトリルゴムで形成されているので、弾性が低下したり摩耗したりすることがほとんどない。このため、高温環境下にさらされた場合であっても、緊迫力のゴム成分が低下することがない。
【００２９】
この結果、高温環境下にさらされた場合であっても、ラジアルリップ２０の緊迫力の変化を小さくすることが出来るので、クランクシャフト５０の外周と先端縁２２とが接触する接触部において適度な面圧分布を維持することが出来る。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態では、ラジアルリップ２０の接触圧を補強するばね４０を備えた密封装置１０を高温環境下で使用した場合であっても、緊迫力の低下を防止して、長期にわたってエンジンオイルの漏れを防止することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、膨潤部２４を形成するゴム材料としてエチレンプロピレンゴムを使用し、膨潤部２４を除くその他の弾性部分Ｅを形成するゴム材料としてニトリルゴムを使用したが、これらは例示であってこれに限定されない。
密封対象の油が鉱油系の場合には、膨潤部２４の材料としては、例えば、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）などの、鉱油系の油が容易に侵入できるゴム材料であっても、本実施形態と同様の作用効果を得ることが出来る。
また、膨潤部２４を除くその他の弾性部分Ｅを形成するゴム材料としては、鉱油系の油に対して耐性を有する、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）などを適宜使用することができる。
【００３２】
また、ブレーキオイルなどのグリコール系の作動油を密封する用途に使用される密封装置１０においては、膨潤部２４を形成するゴム材料として、ニトリルゴム（ＮＢＲ）やアクリルゴム（ＡＣＭ）などの、グリコール系の油が容易に侵入できるゴム材料を使用することが出来る。
なお、グリコール系の作動油を密封する場合には、膨潤部２４を除くその他の弾性部分Ｅを形成するゴム材料としては、グリコール系の油に対して耐性を有する、クロロプレンゴム（ＣＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などを適宜使用することが出来る。
【００３３】
本発明にかかる密封装置は、エンジンのほか、トランスミッションなどの自動車の回転部や、鉄鋼圧延機のロール支持部などに使用して、長期にわたって密封性能を良好に維持することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０：密封装置、１２：芯金、１３：円筒部、１４：フランジ部、２０：ラジアルリップ、２１：凹部、２２：先端縁、２３：ばね係止部、２４：膨潤部、２５：撓み部、２６：摺接部、３０：グリースリップ、４０：ばね、５０：クランクシャフト、５１：リテーナ
【図１】
2017198234.tif 000003
【図２】
2017198234.tif 000004