JP7246905B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、密封装置に関する。

自動車や汎用機械などの分野では、ハウジングに設けられた開口を貫通する部材を密封するために、密封装置が用いられている。

例えば特許文献１には、ロッカーカバーが有する点火栓装着用のパイプを挿入するための開口に設けられたオイルシールが記載されている。特許文献２、３に記載されているのは、エンジンのクランクシャフトをシールするオイルシールである。

特許文献１は、ロッカーカバーの下面にバッフルプレートを溶着し、ロッカーカバーとバッフルプレートとの間にオイルシールを配置した構成例を開示している（文献１の段落［０００８］～［００１０］、図１参照）。オイルシールの外周にはオイルシール支持体が溶着され、ロッカーカバーとバッフルプレートとの間にはオイル支持体が嵌り込んで支持される。オイル支持体は、バッフルプレートに溶着される。

特許文献２は、エンジンカバーに設けたクランクシャフト用の開口（クランクシャフト用孔１２）にオイルシールを設け、開口を貫通するクランシャフトをシールする構成例を開示している（文献２の段落［０００９］～［００１５］参照）。

特許文献３は、タイミングチェーンカバーに設けた開口（貫通孔２２）にオイルシールを設け、開口を貫通するクランクシャフトをシールする構成例を開示している（文献３の段落［００２９］［００３３］～［００３６］参照）。

特許文献１のロッカーカバー、特許文献２のエンジンカバー、及び特許文献３のタイミングチェーンカバーは、いずれもハウジングの一部を構成する。上記「開口を貫通する部材」は、特許文献１では点火栓装着用のパイプ、特許文献２、３ではクランクシャフトである。

特開平０６－０３４１５３号公報 特開平０７－０５５０１５号公報 特開２０１５－１２１３００号公報

自動車の分野は、いつの時代も軽量化を課題としている。とりわけ近年、世界的なエネルギー問題を背景に省エネルギー化の要請が高まり、軽量化はより一層重要性を帯びている。軽量化の手法として一般的に用いられるのは、材料の見直しである。

例えば特許文献１の構成例は、ロッカーカバー、オイルシール支持体、及びバッフルプレートの材料として、合成樹脂を用いている（文献１の段落［０００８］参照）。特許文献２の構成例は、エンジンカバーを成形プラスチックで製造する（文献２の段落［０００９］参照）。特許文献３の構成例は、タイミングチェーンカバーを樹脂材料であるポリアミドから構成している（文献３の段落［００２９］参照）。こうして特許文献１～３に示される構成例ではハウジングや密封装置の一部に樹脂部品が用いられ、軽量化が図られている。

樹脂製のハウジングを用いた場合、熱による変形が問題になる。樹脂製のハウジングは金属製のハウジングに対して熱膨張による寸法変化が大きく、クリープ変形も大きいからである。密封装置に樹脂部品を用いた場合にも同様の問題が発生する。このためハウジングや密封装置が熱によって変形したとき、開口と密封装置との間の密接力が低下し、密封流体の漏れが発生したり、場合によっては密封装置の抜けが発生したりしてしまう。
改善が望まれる。

密封装置の抜けの問題に対しては、抜け止め構造によってその解決を図ることが可能である。特許文献１～３も、密封装置の抜け止め構造を採用している。ところが抜け止め構造は部品点数を増加させ、構造の複雑化を招く。これによって部品コストや製造コストの上昇、組立工数の増加という新たな問題が引き起こされる。
改善が望まれる。

本発明の課題は、樹脂部品に熱による変形が発生しても、簡単な構造によって密封流体の漏れや密封装置の抜けを生じさせないようにすることである。

密封装置の一態様は、ハウジングに設けられた開口に装着され、前記開口の奥に段形状に設けられた受け面に奥側の端面を突き当てる円筒形状をした樹脂製の樹脂環と、前記樹脂環に固定され、前記開口に配置される部材の表面に密接するゴム製のシールリップと、前記樹脂環の外周面に設けられ、前記開口の内周面とねじ結合するねじ締結部と、前記樹脂環の奥側の端面に環状に設けられ、前記ハウジングの受け面に密接するシールとを備え、前記シールは、前記樹脂環の奥側の端面に凹状に設けられた環状溝に嵌るリング状のシール材であり、前記環状溝に収まりきらず、前記樹脂環の奥側の端面を前記ハウジングの受け面に対して非接触状態にする。

樹脂部品に熱による変形が発生しても、簡単な構造によって密封流体の漏れや密封装置の抜けを生じさせないようにすることができる。

実施の一形態として、ハウジングに保持された密封装置をクランクシャフトの軸心上で切断して半分のみ示す水平断面図。 密封装置をクランクシャフトの軸心上で切断して半分のみ示す水平断面図。 シールが嵌め込まれた樹脂環を示す斜視図。 別の実施の一形態として、密封装置をクランクシャフトの軸心上で切断して半分のみ示す水平断面図。 別の実施の一形態として、密封装置をクランクシャフトの軸心上で切断して半分のみ示す水平断面図。 別の実施の一形態として、密封装置をクランクシャフトの軸心上で切断して半分のみ示す水平断面図。

実施の一形態を図１ないし図３に基づいて説明する。本実施の形態は、ハウジングの一部を構成するエンジンのクランクケースに設けられ、クランクシャフトをシールする密封装置の一例を示す。

図１に示すように、クランクケース１１には開口１２が設けられ、一点鎖線で示すクランクシャフト３１が貫通している。開口１２には密封装置１０１が装着されている。密封装置１０１はクランクシャフト３１をシールしている。図１中、Ａは機外側、Ｂは機内側である。

クランクケース１１は樹脂製である。開口１２の内周面は段形状に形成されており、大径部１２ａと小径部１２ｂとを有している。段形状は、大径部１２ａと小径部１２ｂとを開口１２の軸方向と直交する方向に沿った面で連絡させた形状である。この面は、機外Ａ側から開口１２を見たとき、大径部１２ａと小径部１２ｂとの間に出現する開口１２の奥に段形状に設けられた面である。本実施の形態では、この面を受け面１３と呼ぶ。

開口１２の軸は、開口１２を貫通するクランクシャフト３１及び密封装置１０１の軸と一致している。図１中、この軸をＣで示す。

開口１２の内周面において、大径部１２ａは小径部１２ｂよりも軸方向に長い領域を占めている。この大径部１２ａには、内周面に雌ねじ１４が形成されている。

図２に示すように、密封装置１０１は、樹脂環１１１の内周面にゴム状弾性体１３１が架橋接着されて形成されている。ゴム状弾性体１３１は、シールリップ１３２とダストリップ１４１とを一体に成形している。

図１ないし図３に示すように、樹脂環１１１は、円筒形状を有する樹脂製の環状部材である。樹脂環１１１は、ねじ結合部としての雄ねじ１１２を外周面に形成している。この雄ねじ１１２は、クランクケース１１の開口１２内に設けられた雌ねじ１４にねじ結合される。雄ねじ１１２は、樹脂環１１１に一体に成形されている。

樹脂環１１１は、開口１２内の雌ねじ１４に雄ねじ１１２がねじ込まれていくことで開口１２の奥に向けて進行し、奥側の端面１１３を受け面１３に突き当てる。奥側の端面１１３には、樹脂環１１１と同心円上に凹状の環状溝１１４が設けられている。この環状溝１１４には、シールとしてのＯリング１１５が嵌められている。環状溝１１４は、Ｏリング１１５を端面１１３から突出させる深さに形成されている。

樹脂環１１１は、内周面を段形状に形成し、大径部１１６ａと小径部１１６ｂとを有している。大径部１１６ａは、奥側の端面１１３に近い側の内周面である。小径部１１６ｂは、手前側の端面１１７に近い側の内周面である。樹脂環１１１の内周面の段形状は、大径部１１６ａと小径部１１６ｂとを密封装置１０１の軸Ｃの方向と直交する方向に沿った面で連絡させた形状である。本実施の形態では、この面をステップ面１１８と呼ぶ。

ゴム状弾性体１３１は、樹脂環１１１の内周面に対して、小径部１１６ｂとステップ面１１８とに跨って接着されている。小径部１１６ｂに接着されている部分は比較的厚く、シールリップ１３２とダストリップ１４１とに連続している。ステップ面１１８に接着されているゴム状弾性体１３１は、膜状である。

シールリップ１３２は、ダストリップ１４１よりも機内Ｂ側に設けられた環状の部材である。シールリップ１３２は、機内Ｂ側の斜面である内斜面１３３と機外Ａ側の斜面である外斜面１３４とが交わる頂部をリップ端１３５とする断面三角形形状を有している。リップ端１３５はクランクシャフト３１に密接し、機内Ｂ側の空間と機外Ａ側の空間とを画し、二つの空間をシールする。

ゴム状弾性体１３１は、シールリップ１３２のリップ端１３５の裏側に当たる位置に、断面半円形状の装着溝１３６を備えている。装着溝１３６には、コイルスプリングの両端を環状につないだガータスプリング１３７が嵌め込まれている。ガータスプリング１３７は、その緊締力によって、クランクシャフト３１に対するシールリップ１３２のリップ端１３５の密接力を高める。

ダストリップ１４１は、シールリップ１３２よりも機外Ａ側に設けられ、機外Ａ側に向けてリップ端１４２を斜めに延ばす環状の部材である。機外Ａ側に延びるダストリップ１４１のリップ端１４２は、クランクシャフト３１に密接している。ダストリップ１４１は、機外Ａ側から機内Ｂ側への汚泥や埃塵などの異物の侵入を防止する。

樹脂環１１１は、手前側の端面１１７に、樹脂環１１１を回転させる図示しない治具と嵌り合う装着部１１９を設けている。装着部１１９は、手前側の端面１１７の周上に沿って複数個配置された窪み状のものである。治具は、これらの装着部１１９に図示しない爪を嵌め込み、樹脂環１１１を回転させることができる。

作用について説明する。

クランクケース１１に密封装置１０１を装着するには、クランクシャフト３１を貫通させた状態の密封装置１０１を開口１２に嵌め込む。開口１２には雌ねじ１４が形成されているので、この雌ねじ１４に樹脂環１１１の雄ねじ１１２をねじ込んでいく。
この作業は、図示しない治具の爪を樹脂環１１１の手前側の端面１１７に設けた装着部１１９に嵌め込み、治具によって密封装置１０１を回転させることによって行う。密封装置１０１は開口１２内にねじ込まれ、やがて奥側の端面１１３に設けたＯリング１１５を開口１２内の受け面１３に突き当てる。この状態からさらにねじ込むと、密封装置１０１は完全に締め込まれてクランクケース１１に装着される。

クランクケース１１に対する密封装置１０１の装着時、Ｏリング１１５は受け面１３に密接してシール作用を生ずるため、奥側の端面１１３は、受け面１３に対して接触状態になっていても非接触状態のままであってもいずれでもよい。奥側の端面１１３は、押し潰されて変形したＯリング１１５が環状溝１１４内に収まる場合には受け面１３に対して接触するし、環状溝１１４内に収まりきらない場合には受け面１３に対して非接触状態になる。

クランクケース１１に装着された密封装置１０１は、シールリップ１３２のリップ端１３５をクランクシャフト３１に密接させ、機内Ｂから機外Ａへのオイルの漏れ出しを防止する。ダストリップ１４１は、機外Ａ側から機内Ｂ側への汚泥や埃塵などの異物の侵入を防止する。

密封装置１０１は、開口１２内の受け面１３に樹脂環１１１の奥側の端面１１３を接触状態又はＯリング１１５を介して非接触状態で突き当て、Ｏリング１１５を受け面１３に密接させてシールしている。これによって開口１２と樹脂環１１１との間の隙間からのオイル漏れも防止される。

樹脂は金属に対して熱膨張による寸法変化が大きく、クリープ変形も大きい。エンジンが暖まり、その熱がクランクケース１１に伝導すると、クランクケース１１は変形する。このとき本実施の形態の密封装置１０１は、クランクケース１１の開口１２と密封装置１０１の樹脂環１１１とが雌ねじ１４と雄ねじ１１２とでねじ結合しているため、開口１２の内径が拡大しても、開口１２から密封装置１０１を脱落させてしまうことがない。

しかも密封装置１０１の樹脂環１１１も樹脂製であるため、クランクケース１１に伝導した熱は樹脂環１１１にも伝導し、樹脂環１１１はその外径を拡大する傾向になる。このため開口１２と樹脂環１１１との間のねじ結合が緩みにくくなり、Ｏリング１１５によるオイル漏れ防止作用を維持することができる。

したがって本実施の形態によれば、樹脂部品であるクランクケース１１や密封装置１０１の樹脂環１１１に熱による変形が発生しても、簡単な構造によってオイル漏れや密封装置１０１の抜けを生じさせないようにすることができる。

その他本実施の形態によれば、つぎに示す作用効果も奏する。

クランクケース１１の開口１２と密封装置１０１の樹脂環１１１とは、雌ねじ１４と雄ねじ１１２とによるねじ結合によって装着されるため、クランクケース１１に対する密封装置１０１の着脱作業が容易である。しかも密封装置１０１の着脱によって開口１２が損傷しないため、クランクケース１１や樹脂環１１１の再利用が可能である。

ねじ締結部をなす雄ねじ１１２は、樹脂環１１１に一体成形されている。したがって雄ねじ１１２を設けたことによる部品点数の増加を抑えることができ、樹脂環１１１に雄ねじ１１２を組み込む作業も不要になって作業の省力化を図ることもできる。

開口１２と樹脂環１１１との間のシールは、樹脂環１１１の奥側の端面１１３に設けた環状溝１１４にＯリング１１５を嵌めるだけという簡単な構成によって実現されるので、部品コストの低減や構造の簡略化を図ることができる。

樹脂環１１１の手前側の端面１１７には、樹脂環１１１を回転させる治具と嵌り合う装着部１１９が設けられているので、装着部１１９に治具をセットすることで、クランクケース１１の開口１２に密封装置１０１を容易にねじ込むことができる。クランクケース１１から突出させることなく密封装置１０１を装着することも可能になるため、密封装置１０１を設けることによる開口１２の入口付近の大型化も防止することができる。

別の実施の形態を図４に基づいて説明する。
本実施の形態は、開口１２と樹脂環１１１との間のシールとして、Ｏリング１１５に替えて角シール２０１を設けた一例である。角シール２０１も、リング状のシール材という点ではＯリング１１５に共通する。Ｏリング１１５と相違するのは、開口１２内の受け面１３に対する密接力をより一層強化することが可能になる点である。受け面１３に対する密接力を高める必要がある場合、角シール２０１の採用は有利に働く。

図４に示す一例では、角シール２０１は環状溝１１４内に余裕なく収められている。このためクランクケース１１に対する密封装置１０１の装着時、押し潰されて変形した角シール２０１は環状溝１１４内に収まりきらず、奥側の端面１１３は、受け面１３に対して非接触状態になる。

さらに別の実施の形態を図５に基づいて説明する。
本実施の形態は、開口１２と樹脂環１１１との間のシールとして、Ｏリング１１５及び角シール２０１に替えて、ガスケット２１１を設けた一例である。ガスケット２１１も、リング状のシール材という点ではＯリング１１５及び角シール２０１に共通する。Ｏリング１１５及び角シール２０１と相違するのは、形状の自由度が高いという点である。

例えば図５に示すガスケット２１１は、周方向の内周側と外周側とにリップ端２１２が二列並んだような形状を有している。ガスケット２１１は、各列のリップ端２１２によって、開口１２内の受け面１３に対する密接領域を増やし、シール性を高めることが可能である。

図５に示す一例では、ガスケット２１１は環状溝１１４内に余裕なく収められている。このためクランクケース１１に対する密封装置１０１の装着時、押し潰されて変形したガスケット２１１は環状溝１１４内に収まりきらず、奥側の端面１１３は、受け面１３に対して非接触状態になる。

さらに別の実施の形態を図６に基づいて説明する。
本実施の形態のシールは、樹脂環１１１の奥側の端面１１３に層状に固定されたゴム製のシート２２１である。Ｏリング１１５、角シール２０１、及びガスケット２１１はいずれもリング状のシール材であるのに対して、本実施の形態はシート状のシール材である点で相違する。シート２２１は、シールリップ１３２及びダストリップ１４１を形成するゴム状弾性体１３１と一体成形されており、大径部１１６ａを経由して奥側の端面１１３に回り込んでいる。シート２２１は、端面１１３の全面又は一部に設けられている。

開口１２に装着された密封装置１０１は、開口１２内の受け面１３に、シート２２１を介して樹脂環１１１の奥側の端面１１３を突き当て、シート２２１を受け面１３に密接させてシールする。これによって開口１２と樹脂環１１１との間の隙間からのオイル漏れを防止することができる。

本実施の形態によれば、奥側の端面１１３の全面、あるいは一部に設けたシート２２１によって、開口１２内の受け面１３を広い面積でシールする。これによって開口１２と密封装置１０１との間のシール作用を高めることができる。

本実施の形態によれば、樹脂環１１１に対するゴム状弾性体１３１の接着時にシート２２１をゴム状弾性体１３１と一体に形成することができるので、製造と組立の容易化を図ることができる。

以上、四つの実施の形態を紹介した。これらの実施の形態の実施に際しては、各種の変形や変更が可能である。

１１ クランクケース（ハウジング）
１２ 開口
１２ａ 大径部
１２ｂ 小径部
１３ 受け面
１４ 雌ねじ
３１ クランクシャフト（開口に配置される部材）
１０１ 密封装置
１１１ 樹脂環
１１２ 雄ねじ（ねじ締結部）
１１３ 奥側の端面
１１４ 環状溝
１１５ Ｏリング（シール、リング状のシール材）
１１６ａ 大径部
１１６ｂ 小径部
１１７ 手前側の端面
１１８ ステップ面
１１９ 装着部
１３１ ゴム状弾性体
１３２ シールリップ
１３３ 内斜面
１３４ 外斜面
１３５ リップ端
１３６ 装着溝
１３７ ガータスプリング
１４１ ダストリップ
１４２ リップ端
２０１ 角シール
２１１ ガスケット
Ａ 機外
Ｂ 機内

Claims (6)

1. ハウジングに設けられた開口に装着され、前記開口の奥に段形状に設けられた受け面に奥側の端面を突き当てる円筒形状をした樹脂製の樹脂環と、
   前記樹脂環に固定され、前記開口に配置される部材の表面に密接するゴム製のシールリップと、
   前記樹脂環の外周面に設けられ、前記開口の内周面とねじ結合するねじ締結部と、
   前記樹脂環の奥側の端面に環状に設けられ、前記ハウジングの受け面に密接するシールと、
   を備え、
   前記シールは、
   前記樹脂環の奥側の端面に凹状に設けられた環状溝に嵌るリング状のシール材であり、
   前記環状溝に収まりきらず、前記樹脂環の奥側の端面を前記ハウジングの受け面に対して非接触状態にする、
   密封装置。
2. 前記ねじ締結部は、前記樹脂環に一体成形されている、
   請求項１に記載の密封装置。
3. 前記シールは、Ｏリングである、
   請求項１に記載の密封装置。
4. 前記シールは、周方向と直交する方向に断面にした形状を矩形形状とする角シールである、
   請求項１に記載の密封装置。
5. 前記シールは、周方向と直交する方向に断面にした形状として、前記樹脂環の周方向の内周側と外周側とに前記ハウジングの受け面に突き当たるリップ端が二列並んだ形状を有するガスケットである、
   請求項１に記載の密封装置。
6. 前記樹脂環の手前側の端面には、前記樹脂環を回転させる治具と嵌り合う装着部が設けられている、
   請求項１に記載の密封装置。

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