JP2020176694A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メインリップを通過した潤滑油をメインリップの外側に効率的に送り戻すことが可能な密封装置を提供する。【解決手段】密封装置は、回転シール部材と、固定シール部材と、エラストマーまたは樹脂製のリング部材を有する。回転シール部材は、ハウジング内に配置された回転軸の外周面に取り付けられる円筒状のスリーブと、スリーブの潤滑油側の端部から径方向外側に広がる円環状のフランジを有する。固定シール部材は、ハウジングに取り付けられて、回転シール部材に接触する。固定シール部材は、弾性材料から形成された円環状のメインリップを有し、メインリップは回転シール部材のフランジの大気側の面に摺動可能に接触し、ハウジング内の潤滑油を封止する。リング部材は、回転シール部材のスリーブの周囲に配置される。リング部材は、スリーブが嵌め入れられる円環部と、円環部の周囲に放射状に延びるように配置された複数の羽根を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、密封装置に関する。

例えば、自動車のエンジンには、クランクシャフト（回転軸）の周囲に配置されて、クランクケース内の潤滑油を封止するオイルシール（密封装置）が設けられている。エンジン用の密封装置の１種は、クランクシャフトに取り付けられるスリンガーと呼ばれる回転シール部材と、クランクケースに取り付けられる固定シール部材を有する。スリンガーは、クランクシャフトの外周面に取り付けられる円筒状のスリーブと、スリーブから径方向外側に広がる円環状のフランジを有する。固定シール部材は、スリンガーに摺動可能に接触するメインリップとダストリップを有する。メインリップはフランジに接触し、ダストリップはスリーブの外周面に接触する（特許文献１）。

特開２０１８−９１３７２号公報

この種の密封装置においては、例えば回転軸が高速回転する場合に、ハウジングの内部からメインリップとスリンガーのフランジの間を潤滑油が通過することがある。通過した潤滑油は、メインリップの外側に送り戻すことが望ましい。このため特許文献１に記載の技術では、スリンガーのフランジに複数の螺旋状（渦巻状）の溝が形成されている。回転軸ひいてはスリンガーの回転に伴って、これらの溝は、潤滑油をメインリップの外側に送り戻す。

このような溝の技術以外に、メインリップを通過した潤滑油をメインリップの外側に効率的に送り戻すことが可能な技術が望まれている。

そこで、本発明は、メインリップを通過した潤滑油をメインリップの外側に効率的に送り戻すことが可能な密封装置を提供する。

本発明のある態様に係る密封装置は、ハウジング内に配置された回転軸の外周面に取り付けられる円筒状のスリーブと、前記スリーブの潤滑油側の端部から径方向外側に広がる円環状のフランジを有する回転シール部材と、前記ハウジングに取り付けられて、前記回転シール部材に接触する固定シール部材と、前記回転シール部材の前記スリーブの周囲に配置されて前記回転シール部材に固定されたエラストマーまたは樹脂製のリング部材とを有する。前記固定シール部材は、前記回転シール部材の前記フランジの大気側の面に摺動可能に接触し、前記ハウジング内の潤滑油を封止する、弾性材料から形成された円環状のメインリップを有する。前記リング部材は、前記スリーブが嵌め入れられる円環部と、前記円環部の周囲に放射状に延びるように配置された複数の羽根とを有する。

この態様においては、回転軸に取り付けられた回転シール部材に固定されたリング部材は、回転軸と回転シール部材とともに回転する。ハウジングの内部からメインリップを通過した潤滑油の滴は、回転するリング部材の羽根および／または羽根が引き起こす気流によって、径方向外側に移動する。したがって、油滴を回転軸と回転シール部材の回転に従って、径方向外側ひいてはメインリップの外側に効率的に送り戻すことが可能である。羽根が設けられたリング部材の円環部には回転シール部材のスリーブが嵌め入れられる。このように、リング部材と回転シール部材が別々の部品であるため、回転シール部材に例えばプレス加工、切削加工、溶接加工などで羽根を形成するのに比べて、回転シール部材を容易に製造することができる。また、リング部材はエラストマーまたは樹脂製であるため、リング部材の円環部に回転シール部材のスリーブを圧入するのに大きな力を要しない。したがって、密封装置を容易に製造することができる。

使用時の本発明の第１実施形態に係る密封装置を示す部分断面図である。 図１の密封装置のリング部材の断面図である。 図２のリング部材の正面図である。 図３の一部拡大図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施形態を説明する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。

本発明の実施形態に係る密封装置は、クランクシャフトの周囲に配置されて、クランクケース内の潤滑油を封止するオイルシールである。

図１に示すように、密封装置１は、クランクケース（ハウジング）２と、クランクケース２内に配置されたクランクシャフト（回転軸）４の間の間隙を封止し、クランクケース２内の潤滑油の漏出を防止する。密封装置１は、クランクシャフト４の回転軸線Ａｘを中心とする環状であるが、図１では密封装置１の上側部分のみを示す。

密封装置１は、回転シール部材６と固定シール部材８とリング部材９を有する。回転シール部材６は、クランクシャフト４に取り付けられる。回転シール部材６はスリンガーとも呼ばれることがある。固定シール部材８は、クランクケース２に取り付けられる静止部材である。リング部材９は、回転シール部材６に固定されて、クランクシャフト４と回転シール部材６とともに回転する。

回転シール部材６は、剛性材料、例えば金属から形成されている。回転シール部材６は、円筒状のスリーブ１０と、円環状のフランジ１２を有する。スリーブ１０は、クランクシャフト４の外周面に、例えば締まり嵌めによって取り付けられる。フランジ１２は、スリーブ１０の潤滑油側の端部から径方向外側に広がる。回転シール部材６は、クランクシャフト４に取り付けられているので、クランクシャフト４とともに回転軸線Ａｘを中心にして回転する。

回転シール部材６の製造方法は限定されないが、板金をプレス加工によって、折り曲げ成形することによって回転シール部材６を製造することができる。

固定シール部材８は、弾性材料、例えばエラストマーで形成された弾性環１４と、弾性環１４を補強する剛性材料、例えば金属製の単一の剛性環１６とを有する二重構造である。剛性環１６は、その一部が弾性環１４に埋設されており、弾性環１４に密着している。

剛性環１６は、外側に配置された円環部１６ａと、円環部の大気側の端部から径方向内側に広がり湾曲した円板部１６ｂを有する。円環部１６ａと円板部１６ｂは一体に形成されている。

弾性環１４は、円環部１４ａ、円板部１４ｂ、内端部１４ｃおよびメインリップ１８を有する。円環部１４ａ、円板部１４ｂ、内端部１４ｃおよびメインリップ１８は一体に形成されている。円環部１４ａは、剛性環１６の円環部１６ａの外周面に固着され、円板部１４ｂは、剛性環１６の円板部１６ｂの大気側の面に固着されている。内端部１４ｃは、円板部１４ｂの径方向内側に配置され、円板部１６ｂの内端を覆うように内端に固着されている。

弾性環１４の円環部１４ａおよび剛性環１６の円環部１６ａは、クランクケース２に取り付けられる取付け部を構成する。具体的には、円環部１４ａ，１６ａは、クランクケース２の軸孔に、例えば締まり嵌めによって取り付けられる。但し、円環部１４ａだけがクランクケース２の軸孔に締まり嵌めされてもよいし、円環部１６ａだけがクランクケース２の軸孔に締まり嵌めされてもよい。

メインリップ１８は、内端部１４ｃから径方向外側かつ潤滑油側に向けて斜めに延びる円錐台状の環であり、回転シール部材６のフランジ１２の大気側の面１２ａに摺動可能に接触し、クランクケース２内の潤滑油を封止する。

フランジ１２の大気側の面１２ａは、互いに平行な外側環状領域２０と内側環状領域２２を有する。外側環状領域２０にはメインリップ１８が接触する。内側環状領域２２は、外側環状領域２０の径方向内側に配置されてスリーブ１０に連結されており、外側環状領域２０に対して凹んでいる（つまり、外側環状領域２０よりも潤滑油側に配置されている）。

面１２ａの外側環状領域２０における少なくともメインリップ１８が接触する領域は平坦である。この実施形態では、外側環状領域２０全体が平坦であり、内側環状領域２２全体もまた平坦である。

回転シール部材６のスリーブ１０の周囲には、エラストマーまたは樹脂製のリング部材９が配置されている。リング部材９は、締まり嵌めによって、スリーブ１０に固定されている。リング部材９は、例えば、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、またはポリアミド樹脂から形成することができる。

図１から図４に示すように、リング部材９は、円環部２４と複数の羽根２６を有する。円環部２４には、回転シール部材６のスリーブ１０が締まり嵌め方式で嵌め入れられる（圧入される）。複数の羽根２６は、円環部２４の周囲に放射状に延びるように、規則的な角間隔で配置されている。羽根２６の数および角間隔は図示に限定されない。図１および図２は、図３のII-II線に沿って見たリング部材９の断面を示す。

羽根２６は、クランクケース２の内部からメインリップ１８を通過した潤滑油をはじき飛ばす。具体的には、クランクシャフト４に取り付けられた回転シール部材６に固定されたリング部材９は、クランクシャフト４と回転シール部材６とともに回転する。回転するリング部材９の羽根２６および／または羽根２６が引き起こす気流によって、潤滑油は径方向外側に移動する。

拡大図である図４に示すように、各羽根２６は、傾斜した側面２７，２８を有する。側面２７，２８の傾斜方向は、リング部材９の回転方向Ｒ（クランクシャフト４の回転方向）に対応しており、リング部材９の回転に伴って強い気流が発生するように適合されている。但し、各羽根２６の側面２７，２８は、必ずしも傾斜していなくてもよく、リング部材９の回転方向Ｒに直交するよう延びていてもよい。

このようなリング部材９は、射出成形またはプレス加工によって容易に製造することができる。但し、他の手法でリング部材９を製造してもよい。

図１に示すように、回転シール部材６のフランジ１２の面１２ａの内側環状領域２２には、リング部材９の円環部２４と羽根２６が近接する。内側環状領域２２にはリング部材９の円環部２４と羽根２６が接触してもよい。円環部２４にスリーブ１０を圧入する時、多くの場合、リング部材９の円環部２４と羽根２６が内側環状領域２２に接触することになるであろう（つまり、この場合、内側環状領域２２はリング部材９のストッパーとして利用されるだろう）。但し、内側環状領域２２とリング部材９の間に間隙があってもよい。

この実施形態では、内側環状領域２２側のリング部材９の円環部２４の端面は、羽根２６の端面に面一であるが、面一でなくてもよい。

この実施形態においては、クランクシャフト４に取り付けられた回転シール部材６に固定されたリング部材９は、クランクシャフト４と回転シール部材６とともに回転する。クランクケース２の内部からメインリップ１８を通過した潤滑油の滴は、回転するリング部材９の羽根２６および／または羽根２６が引き起こす気流によって、径方向外側に移動する。したがって、油滴をクランクシャフト４と回転シール部材６の回転に従って、径方向外側ひいてはメインリップ１８の外側に効率的に送り戻すことが可能である。

羽根２６が設けられたリング部材９の円環部２４には回転シール部材６のスリーブ１０が嵌め入れられる。このように、リング部材９と回転シール部材６が別々の部品であるため、回転シール部材６に例えばプレス加工、切削加工、溶接加工などで羽根２６を形成するのに比べて、回転シール部材６を容易に製造することができる。また、リング部材９はエラストマーまたは樹脂製であるため、リング部材９の円環部２４に回転シール部材６のスリーブ１０を圧入するのに大きな力を要しない。したがって、密封装置１を容易に製造することができる。

複数の羽根２６は、メインリップ１８とフランジ１２の接触部分に径方向において揃えられている。したがって、メインリップ１８を通過して浮遊する潤滑油の滴は、リング部材９の羽根２６および／または羽根２６が引き起こす気流によって、メインリップ１８とフランジ１２の接触部分に効率的に移動し、さらにメインリップ１８の外側に効率的に戻される。

上記の通り、回転シール部材６のフランジ１２の面１２ａにおける少なくともメインリップ１８が接触する領域は、平坦である。つまり、少なくともメインリップ１８が接触する領域には、特開２０１８−９１３７２号公報に開示された螺旋状（渦巻状）の溝が形成されない。したがって、フランジ１２を容易に製造することができる。また、クランクシャフト４の静止時に、クランクケース２の内部から潤滑油がこのような溝を通じてメインリップ１８を通過するおそれがない。したがって、クランクシャフト４の静止時に、密封装置１の封止性能を高めることができる。

図１に示すように、リング部材９の円環部２４の内周面と、フランジ１２に対面する円環部２４の端面とがなす隅部は、面取りされており、この結果、面取り面２９が形成されている。このため、図１に示すように、回転シール部材６のフランジ１２とスリーブ１０の連結部分３０が湾曲していたり、段差を有していたりしても、リング部材９の羽根２６がメインリップ１８とフランジ１２の接触部分に径方向において揃えられるように、リング部材９の円環部２４に回転シール部材６のスリーブ１０を圧入することが容易である。

上記の通り、回転シール部材６のフランジ１２の面１２ａは、メインリップ１８が接触する外側環状領域２０と、リング部材９の羽根２６が近接する内側環状領域２２を有し、内側環状領域２２は、外側環状領域２０に対して凹んでいる。このため、回転シール部材６のフランジ１２がスリーブ１０に対して直交するように形成されていなくても、リング部材９の羽根２６がメインリップ１８とフランジ１２の接触部分に径方向において揃えられるように、リング部材９の円環部２４に回転シール部材６のスリーブ１０を圧入することが容易である。

以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。

例えば、メインリップ１８の内面１８ａに、特許第６１９６４０８号に開示された複数のネジ突起を形成してもよい。このようなネジ突起は、メインリップ１８を通過した潤滑油の滴を回転シール部材６の回転に従って、メインリップ１８の径方向内側からメインリップ１８の径方向外側に送り戻す役割を果たす。

上記実施形態に係る密封装置は、クランクシャフトの周囲に配置されて、クランクケース内の潤滑油を封止するオイルシールである。しかし、本発明は、実施形態に限定されず、例えば、変速機の軸の周囲に配置されて変速機のハウジング内の潤滑油を封止するオイルシール、差動歯車機構の軸の周囲に配置されて差動歯車機構のハウジング内の潤滑油を封止するオイルシール、モーターの軸の周囲に配置されてモーターのハウジング内の潤滑油を封止するオイルシールにも利用することができる。

固定シール部材８に特開２０１８−９１３７２号公報に開示されたダストリップおよび中間リップを設けてもよい。図示しないが、ダストリップは、例えば弾性環１４の内端部１４ｃから回転シール部材６のスリーブ１０に向けて延びる。ダストリップは、大気側から潤滑油側への異物（例えば、水およびダスト）の流入を阻止する。好ましくは、ダストリップはスリーブ１０には接触させられず、大気側からメインリップ１８の径方向内側の空間への空気の流通を阻害せず、回転する羽根２６による気流の発生を阻害しない。

図示しないが、中間リップは、例えば弾性環１４の内端部１４ｃから回転シール部材６のフランジ１２に向けて延びる。中間リップは、メインリップ１８を通過した潤滑油を受け止める。好ましくは、中間リップはフランジ１２には接触させられず、回転する羽根２６による気流の発生を阻害しない。

図示しないが、固定シール部材８の弾性環１４の内端部１４ｃと、回転シール部材６のスリーブ１０の間に空気が流通する多孔質材料（例えばスポンジ）製の封止部材を介在させてもよい。この封止部材は、内端部１４ｃに固定されてスリーブ１０に摺動可能に接触させられてもよいし、逆にスリーブ１０に固定されて内端部１４ｃに摺動可能に接触させられてもよい。封止部材によって大気側から潤滑油側への異物の流入が阻止される一方、封止部材が多孔質材料製であることにより、大気側からメインリップ１８の径方向内側の空間への空気の流通は阻害されず、回転する羽根２６による気流の発生が阻害されない。

図示しないが、回転シール部材６のスリーブ１０に、回転シール部材６とともに回転して異物を跳ね飛ばす封止部材を固定してもよい。このような封止部材は、例えば、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、またはポリアミド樹脂から形成することができる。封止部材は、固定シール部材８には接触させられず、大気側からメインリップ１８の径方向内側の空間への空気の流通を阻害せず、回転する羽根２６による気流の発生を阻害しない。

本発明の態様は、下記の番号付けされた条項にも記載される。

条項１． ハウジング内に配置された回転軸の外周面に取り付けられる円筒状のスリーブと、前記スリーブの潤滑油側の端部から径方向外側に広がる円環状のフランジを有する回転シール部材と、
前記ハウジングに取り付けられて、前記回転シール部材に接触する固定シール部材と、
前記回転シール部材の前記スリーブの周囲に配置されて前記回転シール部材に固定されたエラストマーまたは樹脂製のリング部材とを有し、
前記固定シール部材は、前記回転シール部材の前記フランジの大気側の面に摺動可能に接触し、前記ハウジング内の潤滑油を封止する、弾性材料から形成された円環状のメインリップを有し、
前記リング部材は、前記スリーブが嵌め入れられる円環部と、前記円環部の周囲に放射状に延びるように配置された複数の羽根とを有する
ことを特徴とする密封装置。

条項２． 前記複数の羽根は、前記メインリップと前記フランジの接触部分に径方向において揃えられている
ことを特徴とする条項１に記載の密封装置。

この条項によれば、メインリップを通過して浮遊する潤滑油の滴は、リング部材の羽根および／または羽根が引き起こす気流によって、メインリップとフランジの接触部分に効率的に移動し、さらにメインリップの外側に効率的に戻される。

条項３． 前記回転シール部材の前記フランジの前記面における少なくとも前記メインリップが接触する領域は、平坦である
ことを特徴とする条項１または２に記載の密封装置。

この条項によれば、少なくともメインリップが接触する領域には、特開２０１８−９１３７２号公報に開示された螺旋状（渦巻状）の溝が形成されない。したがって、フランジを容易に製造することができる。また、回転軸の静止時に、ハウジングの内部から潤滑油が溝を通じてメインリップを通過するおそれがない。したがって、回転軸の静止時に、密封装置の封止性能を高めることができる。

条項４． 前記リング部材の前記円環部の内周面と、前記フランジに対面する前記円環部の端面とがなす隅部は、面取りされている
ことを特徴とする条項１から３のいずれか１項に記載の密封装置。

この条項によれば、回転シール部材のフランジとスリーブの連結部分が湾曲していたり、段差を有していたりしても、リング部材の羽根がメインリップとフランジの接触部分に径方向において揃えられるように、リング部材の円環部に回転シール部材のスリーブを圧入することが容易である。

条項５． 前記回転シール部材の前記フランジの前記面は、
前記メインリップが接触する外側環状領域と、
前記外側環状領域の径方向内側に配置されて前記スリーブに連結されており、前記リング部材の前記羽根が近接する内側環状領域を有し、
前記内側環状領域は、前記外側環状領域に対して凹んでいる
ことを特徴とする条項１から４のいずれか１項に記載の密封装置。

この条項によれば、回転シール部材のフランジがスリーブに対して直交するように形成されていなくても、リング部材の羽根がメインリップとフランジの接触部分に径方向において揃えられるように、リング部材の円環部に回転シール部材のスリーブを圧入することが容易である。

１ 密封装置
２ クランクケース（ハウジング）
４ クランクシャフト（回転軸）
６ 回転シール部材
８ 固定シール部材
９ リング部材
１０ スリーブ
１２ フランジ
１２ａ 大気側の面
１４ 弾性環
１４ａ 円環部
１４ｂ 円板部
１４ｃ 内端部
１６ 剛性環
１６ａ 円環部
１６ｂ 円板部
１８ メインリップ
２０ 外側環状領域
２２ 内側環状領域
２４ 円環部
２６ 羽根
２９ 面取り面
３０ 連結部分

Claims (5)

1. ハウジング内に配置された回転軸の外周面に取り付けられる円筒状のスリーブと、前記スリーブの潤滑油側の端部から径方向外側に広がる円環状のフランジを有する回転シール部材と、
   前記ハウジングに取り付けられて、前記回転シール部材に接触する固定シール部材と、
   前記回転シール部材の前記スリーブの周囲に配置されて前記回転シール部材に固定されたエラストマーまたは樹脂製のリング部材とを有し、
   前記固定シール部材は、前記回転シール部材の前記フランジの大気側の面に摺動可能に接触し、前記ハウジング内の潤滑油を封止する、弾性材料から形成された円環状のメインリップを有し、
   前記リング部材は、前記スリーブが嵌め入れられる円環部と、前記円環部の周囲に放射状に延びるように配置された複数の羽根とを有する
   ことを特徴とする密封装置。
2. 前記複数の羽根は、前記メインリップと前記フランジの接触部分に径方向において揃えられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記回転シール部材の前記フランジの前記面における少なくとも前記メインリップが接触する領域は、平坦である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
4. 前記リング部材の前記円環部の内周面と、前記フランジに対面する前記円環部の端面とがなす隅部は、面取りされている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の密封装置。
5. 前記回転シール部材の前記フランジの前記面は、
   前記メインリップが接触する外側環状領域と、
   前記外側環状領域の径方向内側に配置されて前記スリーブに連結されており、前記リング部材の前記羽根が近接する内側環状領域を有し、
   前記内側環状領域は、前記外側環状領域に対して凹んでいる
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の密封装置。

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