(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状芯金の内周側に軸方向一方へ延出する弾性材製の延出部を被着してなる密封装置であって、延出部の自由端側内周に径方向中心へ向けて先鋭となるＶ字リップが設けられ、このＶ字リップにおける延出部付け根側の円錐面に４つ以上の輪状突起が軸方向所要間隔おきに設けられ、各輪状突起の突出高さが互いにほぼ等しく設定されるとともに、各輪状突起の断面形状が部分円弧状とされ、前記部分円弧の半径をＶ字リップの頂点から遠い輪状突起ほど大きくすることにより、各輪状突起の軸方向幅がＶ字リップの頂点から遠いものほど大きく設定されていることを特徴とする密封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックアップリングを備えた密封装置に関する。この密封装置は、例えば自動車のパワーステアリングロッド用のオイルシールなどとして用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の密封装置の構造を図５に示す。図例の密封装置において、１は環状芯金、２はシール本体、３はバネリング、４はバックアップリングである。
【０００３】
環状芯金１は、断面ほぼ逆さＬ字形に板金加工された金属材からなる。この環状芯金１において、１ａは円筒部、１ｂは円筒部１ａの軸方向一端から径方向内向きに延びる環状板部である。
【０００４】
シール本体２は、ニトリルゴム（ＮＢＲ）や水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）などの合成ゴムなどの弾性材からなり、環状芯金１の円筒部１ａおよび環状板部１ｂに対して加硫接着（焼き付け）されている。このシール本体２において、２ａは環状芯金１の円筒部１ａの外周面に接着されたシール外周部、２ｂは環状芯金１の環状板部１ｂの内周側から軸方向一方へ向けて延出する延出部、２ｃは延出部２ｂの外周の周溝、２ｄは延出部２ｂの内周に設けられるＶ字リップである。
【０００５】
バネリング３は、いわゆるガータスプリングと呼ばれるもので、延出部２ｂの周溝２ｃに嵌合されて延出部２ｂを径方向内向きに締め付けるものである。
【０００６】
バックアップリング４は、ナイロンなどの合成樹脂により成形されたもので、延出部２ｂの反転を防止するために、延出部２ｂの付け根側内周と環状芯金１の環状板部１ｂとの間に形成される凹み部分に嵌合されている。
【０００７】
このような密封装置は、その環状芯金１の環状板部１ｂが外部側に、延出部２ｂの自由端側が密封対象側に配置され、シール外周部２ａがハウジング１０の内周面に、また、延出部２ｂのＶ字リップ２ｄがロッド２０の外周面にそれぞれ弾性変形した状態で当接させられる。さらに、バックアップリング４の内周面がロッド２０の外周面に対して微小隙間を介して対向させられる。
【０００８】
そして、パワーステアリング装置の駆動に伴いロッド２０が軸方向に往復変位することにより、このロッド２０の外周面に対してＶ字リップ２ｄが摺接する。
【０００９】
このとき、バックアップリング４により延出部２ｂの撓みを規制するとともに反転を防止する。
【００１０】
ところで、上記従来の密封装置では、ロッド２０の動作時の摺動抵抗を軽減して、「鳴き」と呼ばれる異音発生を抑制する構成が取り入れられている。つまり、延出部２ｂの内周面においてＶ字リップ２ｄの付け根側円錐面に周方向に連続する輪状突起２ｅを軸方向所要間隔おきに３つ設けることにより、それらの間に存在する凹み部分にロッド２０の外周面に付着している潤滑油を貯溜させるようにしている。この凹み部分に貯溜される潤滑油は、ロッド２０の軸方向変位に伴い延出部２ｂとロッド２０との間の摺接部位に所要量ずつ引き出されて、この摺接部位に潤滑油膜を形成する。
【００１１】
ここで、前述の輪状突起２ｅの詳細を図６ないし図８に示して説明する。ここで、３つの環状突起２ｅを区別するために、Ｖ字リップ２ｄの頂点側から遠ざかる順番に、第１の輪状突起２ｅ1、第２の輪状突起２ｅ2、第３の輪状突起２ｅ3とする。そして、第１の輪状突起２ｅ1と第２の輪状突起２ｅ2との間に第１の凹部２ｆ1が、また、第２の輪状突起２ｅ2と第３の輪状突起２ｅ3との間に第２の凹部２ｆ2が存在する。
【００１２】
各輪状突起２ｅ1〜２ｅ3の断面形状は、部分円弧状（中心角は１８０度未満）となっており、延出部２ｂの延出方向での幅寸法Ｗおよび延出部２ｂの付け根側円錐面からの突出高さ寸法ｈは互いに等しく、隣接間隔ＳおよびピッチＰも互いに等しく設定されている。Ｒは各輪状突起２ｅ1〜２ｅ3の半径、その曲率中心は延出部２ｂの付け根側円錐面より内部に位置している。ＬはＶ字リップ２ｂ2 の頂点Ａから第１の輪状突起２ｅ1の中心までの間隔である。
【００１３】
そして、実際の使用状況では、図７に示すように、延出部２ｂが撓んでその内周面におけるＶ字リップ２ｄの付け根側円錐面がロッド２０の外周面に対して圧接させられることになる。この状態では、各輪状突起２ｅ1〜２ｅ3が微小であるため、第１の輪状突起２ｅ1がほとんど潰れ、第２、第３の輪状突起２ｅ2，２ｅ3が僅かに残る。これにより、第１、第２の凹部２ｆ1，２ｆ2が僅かに残り、ここに潤滑油が溜められることになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、自動車のパワーステアリングロッド用の密封装置の使用箇所については、密封流体（潤滑油）の高圧・高温化およびコンパクト化が進み、使用条件が厳しいものとなってきている。
【００１５】
このため、上述した従来の密封装置の場合、図８に示すように、第１〜第３の輪状突起２ｅ1〜２ｅ3のすべてがほぼ完全に押し潰され、第１、第２の凹部２ｆ1，２ｆ2が存在しなくなる。これにより、延出部２ｂとロッド２０との摺接部位において潤滑油膜が形成されなくなり、摺動抵抗が増大して異音が発生することになる。これに伴い、各輪状突起２ｅ1〜２ｅ3の摩耗が進行しやすくなるので、密封性が劣化することになる。
【００１６】
したがって、本発明は、密封装置において、過大圧力作用時における異音発生の抑制と耐摩耗性の向上を図ることを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の密封装置は、環状芯金の内周側に軸方向一方へ延出する弾性材製の延出部を被着してなる密封装置であって、延出部の自由端側内周に径方向中心へ向けて先鋭となるＶ字リップが設けられ、このＶ字リップにおける延出部付け根側の円錐面に４つ以上の輪状突起が軸方向所要間隔おきに設けられ、各輪状突起の突出高さが互いにほぼ等しく設定されるとともに、各輪状突起の断面形状が部分円弧状とされ、前記部分円弧の半径をＶ字リップの頂点から遠い輪状突起ほど大きくすることにより、各輪状突起の軸方向幅がＶ字リップの頂点から遠いものほど大きく設定されている。
【００２０】
以上、要するに、本発明では、延出部の内周面においてＶ字リップの付け根側円錐面という限られた寸法の領域に、できるだけ多い数の輪状突起を設けることにより、軸体に対する延出部の接触圧を分散し、輪状突起１つ当たりが受ける押し潰し荷重を相対的に小さくして輪状突起を潰れにくくさせている。しかも、輪状突起のうち、Ｖ字リップから遠ざかるものほど軸方向幅を大きく設定することにより、より潰れにくくしている。これにより、軸方向で隣り合う輪状突起それぞれの間の凹み部分が残存しやすくなり、潤滑油の貯溜が可能となる。このため、延出部と軸体との摺接部位に潤滑油膜が形成され続けることになり、摺動抵抗が軽減されることになる。
【００２１】
特に、輪状突起の断面形状は部分円弧状であるから、輪状突起の断面形状を矩形や台形とする場合に比べて軸体に圧接された状態で均等に潰れやすくなり、接触形態が安定するようになり、軸体の動きをスムーズに案内しやすくなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図１ないし図４に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２３】
図１ないし図４は本発明の一実施形態にかかり、図１は、密封装置を示す上半分の縦断面図、図２は、Ｖ字リップの拡大図、図３は、Ｖ字リップの通常使用時の様子を示す拡大図、図４は、Ｖ字リップに対して過大圧力が作用したときの様子を示す拡大図である。
【００２４】
これらの図において従来例として提示した図５と同一もしくは対応する部分に同一符号を付してある。図中、符号１は環状芯金、２はシール本体、３はバネリング、４はバックアップリング、１０はハウジング、２０はロッドである。
【００２５】
この実施形態１において従来例との相違は、シール本体２の延出部２ｂの内周面における輪状突起２ｅの配設形態である。
【００２６】
すなわち、延出部２ｂの内周面におけるＶ字リップ２ｄの付け根側円錐面に周方向に連続する輪状突起２ｅが軸方向所要間隔おきに５つ設けられている。
【００２７】
ここで、前述の輪状突起２ｅの詳細を図２ないし図４に示して説明する。ここで、５つの環状突起２ｅを区別するために、Ｖ字リップ２ｄの頂点側から遠ざかる順番に、第１の輪状突起２ｅ1、第２の輪状突起２ｅ2、第３の輪状突起２ｅ3、第４の輪状突起２ｅ4、第５の輪状突起２ｅ5とする。そして、第１の輪状突起２ｅ1と第２の輪状突起２ｅ2との間に第１の凹部２ｆ1が、また、第２の輪状突起２ｅ2と第３の輪状突起２ｅ3との間に第２の凹部２ｆ2が、第３の輪状突起２ｅ3と第４の輪状突起２ｅ4との間に第３の凹部２ｆ3が、また、第４の輪状突起２ｅ4と第５の輪状突起２ｅ5との間に第４の凹部２ｆ4が存在する。
【００２８】
各輪状突起２ｅ1〜２ｅ5の断面形状は、部分円弧状（中心角は１８０度未満）となっており、延出部２ｂの付け根側円錐面からの突出高さ寸法ｈ1および各輪状突起２ｅ1〜２ｅ5のピッチＰ1については、すべて等しく設定されている。
【００２９】
但し、５つの輪状突起２ｅ1〜２ｅ5の軸方向での幅寸法Ｗ1〜Ｗ5および半径寸法Ｒ1〜Ｒ3は、３段階に設定されている。つまり、第１の輪状突起２ｅ1の幅Ｗ1、第２の輪状突起２ｅ2の幅Ｗ2、第３〜第５の輪状突起２ｅ3〜２ｅ5の幅Ｗ3の関係は、Ｗ1＜Ｗ2＜Ｗ3に設定されている。そして、第１の輪状突起２ｅ1の半径Ｒ1、第２の輪状突起２ｅ2の半径Ｒ2、第３〜第５の輪状突起２ｅ3〜２ｅ5の半径Ｒ3の関係は、Ｒ1＜Ｒ2＜Ｒ3に設定されている。第１の輪状突起２ｅ1の曲率中心は延出部２ｂの付け根側円錐面の上に位置されているが、第２〜第５の輪状突起２ｅ3〜２ｅ5の曲率中心は延出部２ｂの付け根側円錐面より内部に位置されている。
【００３０】
また、隣接間隔の関係は、Ｓ1＞Ｓ2＞Ｓ3に設定されている。Ｌ1はＶ字リップ２ｄの頂点Ａから第１の輪状突起２ｅ1の中心までの寸法である。
【００３１】
このような密封装置の場合、実際の使用状況では、図３に示すように、延出部２ｂが撓んでその内周面におけるＶ字リップ２ｄの付け根側円錐面がロッド２０の外周面に対して圧接させられることになる。この状態では、各輪状突起２ｅ1〜２ｅ5を延出部２ｂの付け根側へ向けて漸次大きく設定しているため、第１〜第５の輪状突起２ｅ1〜２ｅ5のすべてが残るようになる。これにより、第１〜第４の凹部２ｆ1〜２ｆ4がいずれも残ることになり、ここに潤滑油が溜められることになる。
【００３２】
ここで、密封対象側の圧力が大きくなると、バックアップリング４により延出部２ｂの撓みが規制されるものの、Ｖ字リップ２ｄの付け根側円錐面がロッド２０の外周面に対して強く圧接させられる。このとき、図４に示すように、第１の輪状突起２ｅ1がほとんど潰れてしまうけれども、第２〜第５の輪状突起２ｅ2〜２ｅ5が潰れずに残ることになる。
【００３３】
というのは、延出部２ｂの内周面においてＶ字リップ２ｄの付け根側円錐面という限られた寸法の領域に、５つもの輪状突起２ｅ1〜２ｅ5を設けているから、ロッド２０に対する延出部２ｂの接触圧が分散されて、輪状突起１つ当たりが受ける押し潰し荷重が相対的に小さくなるので、各輪状突起２ｅ1〜２ｅ5が潰れにくくなる。しかも、輪状突起２ｅ1〜２ｅ5のうち、第３〜第５の輪状突起２ｅ3〜２ｅ5の軸方向幅を大きく設定しているから、それらがより潰れにくくなっている。これにより、第１〜第４の凹部２ｆ1〜２ｆ4が残存しやすくなり、潤滑油の貯溜が可能となる。このため、延出部２ｂとロッド２０との摺接部位に潤滑油膜が形成され続けることになり、摺動抵抗が軽減されることになる。微視的に見ると、頂点Ａに近い第１，第２の輪状突起２ｅ1，２ｅ2はほとんど押し潰されてしまうため、第１の凹部２ｆ1は実質的に残らなくなるけれども、第３〜第５の輪状突起２ｅ3〜２ｅ5の押し潰し量が小さくなっていて、第２〜第４の凹部２ｆ2〜２ｆ4が残存することになる。このため、ロッド２０が軸方向往復変位するときに、ロッド２０の外周面が第２〜第４の凹部２ｆ2〜２ｆ4から潤滑油を引き出し、ロッド２０と延出部２ｂとの摺接領域の全域に潤滑油膜を形成するようになるので、摺動抵抗が軽減されることになり、ロッド２０の動きをスムーズにするとともに、延出部２ｂの摩耗を抑制し、しかも異音（鳴き）の発生を抑制するようになる。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００３５】
（１）  上記実施形態では、輪状突起の数を５つとしているが、要は４つ以上であればよく、第５の輪状突起２ｅ5を省略してもよいし、第６、第７と輪状突起を増やしてもよい。また、上記実施形態では、すべての輪状突起の突出高さを等しくしているが、Ｖ字リップ２ｄの頂点Ａから遠い輪状突起ほど突出高さを漸次大きくしてもよい。
【００３６】
（２）  上記実施形態では、輪状突起の断面形状を部分円弧状としているが、台形状、矩形状、三角形状あるいは長円状とすることができる。
【００３７】
（３）  上記実施形態においてバネリング３を省略した構成も本発明に含む。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の密封装置では、複数の輪状突起のうち、Ｖ字リップから遠ざかるものほど、潰れにくくさせるように工夫しているから、軸方向で隣り合う輪状突起それぞれの間の潤滑油貯溜空間となる凹み部分を残存させることができる。このため、軸体の軸方向変位に伴い前記凹み部分から延出部と軸体との摺接部位へ潤滑油を継続して供給できるようになるから、潤滑油膜を途切れることなく形成できて、摺動抵抗を軽減できるようになる。したがって、軸体の動きをスムーズにするとともに、延出部の摩耗を抑制し、しかも異音（鳴き）の発生を抑制できるようになる。
【００３９】
特に、輪状突起の断面形状は部分円弧状であるから、輪状突起の断面形状を矩形や台形あるいは三角形とする場合に比べて軸体に圧接された状態で均等に潰れやすくなり、接触形態が安定するようになるなど、軸体の動きの円滑化に貢献できる。
【００４０】
このような本発明の密封装置を、例えば自動車のパワーステアリングロッド用の密封装置とすれば、ステアリングの操作性を向上できるとともに、操作時の異音発生を抑制できるなど、信頼性の向上に貢献できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の密封装置を示す上半分の縦断面図
【図２】図１のＶ字リップの拡大図
【図３】図１のＶ字リップの通常使用時の様子を示す拡大図
【図４】図１のＶ字リップに対して過大圧力が作用したときの様子を示す拡大図
【図５】従来例の密封装置を示す上半分の縦断面図
【図６】図５のＶ字リップの拡大図
【図７】従来例において図３に対応する図
【図８】従来例において図４に対応する図
【符号の説明】
１      環状芯金
１ａ    環状芯金の円筒部
１ｂ    環状芯金の環状板部
２      シール本体
２ａ    シール外周部
２ｂ    延出部
２ｄ    Ｖ字リップ
２ｅ1〜２ｅ5   輪状突起
２ｆ1〜２ｆ4   油溜め用凹部
３      バネリング
４      バックアップリング
４ａ    凹部
１０      ハウジング
２０      ロッド
【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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