JP2003113946A - Shaft sealing device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ハウジングと回転
軸との間に介装される軸シール装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shaft seal device interposed between a housing and a rotary shaft.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、スーパーチャージャー等の過給器
のような高速回転軸を用いる分野では、その能力をより
高めるため、回転軸の回転速度がさらに高速化し、その
条件に対応する軸シール装置の開発が求められている。2. Description of the Related Art In recent years, in the field of using a high-speed rotating shaft such as a supercharger such as a supercharger, in order to further enhance its capability, the rotating speed of the rotating shaft is further increased, and a shaft seal device corresponding to the conditions. Development is required.
【０００３】従来、図５に示すように、機器本体部等の
ハウジング42と高速回転する回転軸41との間に介装さ
れ、油室47内の油（流体）を密封する軸シール装置は、
金属製のアウターケース44の内面側に、油室47側から、
インナーケース45、シールエレメント43、ガスケット46
を備え、アウターケース44にかしめられて、一体化して
いるものが用いられている。そしてこのシールエレメン
ト43は、油室47側に摺接面を有し、回転軸41に摺接して
油室47の油（流体）を密封している。また、この摺接面
には、１条（本）のスクリュー溝48が形成されている。
つまり、円環平盤状の素材に、内周縁から１条の螺旋溝
を切欠形成し、図５のように回転軸41を挿入して組み立
てられる。Conventionally, as shown in FIG. 5, a shaft seal device, which is interposed between a housing 42 such as a main body of a device and a rotating shaft 41 which rotates at high speed, seals oil (fluid) in an oil chamber 47. ,
On the inner surface side of the metal outer case 44, from the oil chamber 47 side,
Inner case 45, seal element 43, gasket 46
The outer case 44 is crimped to the outer case 44 to be integrated. The seal element 43 has a sliding contact surface on the oil chamber 47 side, and slidably contacts the rotating shaft 41 to seal the oil (fluid) in the oil chamber 47. Further, a single (book) screw groove 48 is formed on the sliding contact surface.
That is, one spiral groove is cut out from the inner peripheral edge of the annular flat plate-shaped material, and the rotary shaft 41 is inserted as shown in FIG.
【０００４】回転軸41が停止している時、シールエレメ
ント43の軸緊迫力（回転軸41への抱付き力）によって、
油を密封していた。また、回転軸41の回転が始まると、
その緊迫力による押しつけ作用とともに、摺接面のスク
リュー溝48によるハイドロダイナミック作用（ポンピン
グ作用）により、密封対象となる油を油室47側へ戻す働
きを担い、シール性能を確保している。When the rotary shaft 41 is stopped, the axial tension of the seal element 43 (the force of holding the rotary shaft 41) causes
The oil was sealed. Also, when the rotation of the rotating shaft 41 starts,
In addition to the pressing action by the tightening force, a hydrodynamic action (pumping action) by the screw groove 48 of the sliding contact surface plays a role of returning the oil to be sealed to the oil chamber 47 side, thus ensuring the sealing performance.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、図５に示す従
来の軸シール装置に於て、回転軸41の回転数が 15000〜
20000rpmと高回転になり、また、軸シール背面側49の圧
力変動が起こると、シールエレメント43（シール装置）
の発熱が多くなり、回転軸41のテンパーカラーの発生
や、油のスラッジ（劣化）、シールエレメント43の摩耗
が増大する。従って、シールエレメント43の摩耗、油の
劣化により、ハイドロダイナミック作用が低減し、結果
としてシール寿命の低下を引き起こす原因となるという
問題点がある。However, in the conventional shaft seal device shown in FIG. 5, the rotation speed of the rotary shaft 41 is 15,000-
When the rotation speed becomes as high as 20000 rpm and the pressure fluctuation on the back side 49 of the shaft seal occurs, the sealing element 43 (sealing device)
Heat generation of the rotary shaft 41 increases, the generation of temper color on the rotating shaft 41, the sludge (deterioration) of oil, and the wear of the seal element 43 increase. Therefore, there is a problem that the hydrodynamic action is reduced due to the wear of the seal element 43 and the deterioration of oil, resulting in a decrease in the life of the seal.
【０００６】そこで本発明は、回転軸の高速化および、
軸シール背面側の圧力変動が発生する使用状態でも対応
可能で、密封作用を向上・持続させることができる軸シ
ール装置を提供することを目的とする。Therefore, the present invention provides a high-speed rotating shaft and
An object of the present invention is to provide a shaft seal device which can be used even in a usage state where pressure fluctuations occur on the back side of the shaft seal and which can improve and maintain the sealing action.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る軸シール装置は、ハウジングと回転
軸との間に介装される軸シール装置に於て、上記回転軸
に摺接する第１シールエレメントと、該第１シールエレ
メントよりも背面気体側に配設されて該回転軸に摺接す
る第２シールエレメントと、を有し、上記第１シールエ
レメントの該回転軸との摺接面に該回転軸の回転時に該
摺接面の油を油室側へ戻す複数条のスクリュー溝を形成
し、上記第２シールエレメントの厚さは該第１シールエ
レメントの厚さより薄く、かつ、該第２シールエレメン
トの上記回転軸との摺接幅は該第１シールエレメントの
該回転軸との摺接幅より狭くなるよう設定したものであ
る。In order to achieve the above-mentioned object, a shaft seal device according to the present invention is a shaft seal device interposed between a housing and a rotary shaft. A first seal element that is in sliding contact with the first seal element, and a second seal element that is disposed on the back side gas side of the first seal element and that is in slidable contact with the rotary shaft. A plurality of screw grooves are formed on the sliding contact surface for returning the oil on the sliding contact surface to the oil chamber when the rotary shaft rotates, and the thickness of the second seal element is thinner than the thickness of the first seal element. Further, the sliding contact width of the second seal element with the rotary shaft is set to be narrower than the sliding contact width of the first seal element with the rotary shaft.
【０００８】また、上記第１シールエレメントのスクリ
ュー溝を３条とするも、好ましい。また、上記第１シー
ルエレメントの厚さを 0.4〜0.9mm の範囲で設定し、上
記第２シールエレメントの厚さを0.25〜0.55mmの範囲で
設定し、かつ、該第１シールエレメントの上記摺接幅と
第２シールエレメントの上記摺接幅との差を0.85〜1.25
mmに設定したものである。また、上記スクリュー溝の深
さを 0.2〜0.6mm とし、該スクリュー溝のピッチを 0.1
〜0.3mm に設定したものである。また、上記第１シール
エレメント及び第２シールエレメントは複数の金属製構
成部品と共に組み立てられ、該複数の金属製構成部品の
うちの少なくとも一つの部品をアルミ合金製としたもの
である。It is also preferable that the first seal element has three screw grooves. The thickness of the first sealing element is set in the range of 0.4 to 0.9 mm, the thickness of the second sealing element is set in the range of 0.25 to 0.55 mm, and the sliding of the first sealing element is set. The difference between the contact width and the sliding contact width of the second seal element is 0.85 to 1.25.
It is set to mm. The depth of the screw groove is 0.2 to 0.6 mm, and the pitch of the screw groove is 0.1 mm.
It is set to ~ 0.3mm. Further, the first sealing element and the second sealing element are assembled together with a plurality of metallic constituent parts, and at least one of the plurality of metallic constituent parts is made of an aluminum alloy.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、図示の実施の形態に基づ
き、本発明を詳説する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below in detail based on the illustrated embodiments.
【００１０】本発明に係る軸シール装置は、例えば、過
給器として用いられるスーパーチャージャーの高速回転
軸に用いられるシール装置である。図１に示すように、
この軸シール装置は、機器本体部等のハウジング２と回
転軸１との間に介装されるものであり、図１において回
転軸１の左延長上には過給器用ギヤが、右延長上には過
給器用ローターが接続されているものである。また、回
転軸１の直径は、10mm〜40mmくらいのものもある。The shaft seal device according to the present invention is, for example, a seal device used for a high-speed rotating shaft of a supercharger used as a supercharger. As shown in Figure 1,
The shaft seal device is interposed between a housing 2 such as a device body and a rotary shaft 1. In FIG. 1, a supercharger gear is provided on the left extension of the rotary shaft 1 and a right extension is provided on the left extension thereof. Is connected to the supercharger rotor. The diameter of the rotary shaft 1 is about 10 mm to 40 mm.
【００１１】そして、この軸シール装置の左側は、油が
充填（もしくは飛沫状態に）された油室Ｂ（密封対象
側）となり、右側は背面気体側Ａ（加圧又は負圧となる
空気充填側）となっている。即ち、このシール装置は、
油室Ｂの油を背面気体側Ａに漏らさないよう密封するも
のである。なお、密封対象となるのは、油に限らずその
他の流体であってもよい。また、背面気体側Ａは、空気
に限らず他のガスであってもよく、背面気体側Ａの流体
の油室Ｂ（密封対象側）への微量な漏れは許容できるも
のとされる。The left side of the shaft seal device is an oil chamber B (the side to be sealed) filled with oil (or is in a splash state), and the right side is a rear gas side A (air filled with pressurized or negative pressure). Side). That is, this sealing device
The oil in the oil chamber B is sealed so as not to leak to the rear gas side A. The object to be sealed is not limited to oil and may be other fluid. Further, the back side gas side A is not limited to air but may be another gas, and a slight leak of the fluid on the back side gas side A to the oil chamber B (sealing target side) is allowed.
【００１２】具体的な軸シール装置の構成は、図１に於
て、内鍔部12，13を有する金属製アウターケース７と、
このアウターケース７の円筒部14の内周面側に、油室Ｂ
側から、断面略Ｌ字型の金属製の第１インナーケース８
と、一辺が第１インナーケース８の、回転軸１の軸心に
直角な、壁面に接触し、他辺が回転軸１に摺接する断面
略Ｌ字型の第１シールエレメント３と、円環状のガスケ
ット10と、ガスケット10の内径より小さい内径の金属製
のワッシャ11と、断面略Ｌ字型の金属製の第２インナー
ケース９と、一辺が第２インナーケース９の、回転軸１
の軸心に直角な、壁面に接触し、他辺が回転軸１に摺接
する断面略Ｌ字型の第２シールエレメント４と、を有し
ており、アウターケース７の内鍔部12，13によりかしめ
られて、一体化している。即ち、第１シールエレメント
３及び第２シールエレメント４は、複数の金属製構成部
品（アウターケース７、第１インナーケース８、ワッシ
ャ11、第２インナーケース９）と共に構成されている。
また、アウターケース７の円筒部14の外周面には、ゴム
系コート材が付設されて、ハウジング２との密封性を確
保している。The specific construction of the shaft seal device is as shown in FIG. 1 in which a metal outer case 7 having inner flange portions 12 and 13 is provided.
On the inner peripheral surface side of the cylindrical portion 14 of the outer case 7, the oil chamber B
From the side, the first inner case 8 made of metal and having a substantially L-shaped cross section
A first seal element 3 having a substantially L-shaped cross section, one side of which is in contact with a wall surface of the first inner case 8 that is perpendicular to the axis of the rotating shaft 1 and the other side is in sliding contact with the rotating shaft 1; Gasket 10, a metal washer 11 having an inner diameter smaller than the inner diameter of the gasket 10, a second inner case 9 made of metal and having a substantially L-shaped cross section, and a rotary shaft 1 having a second inner case 9 on one side.
And a second seal element 4 having a substantially L-shaped cross section, which is in contact with the wall surface at right angles to the axial center of the outer edge and is in slidable contact with the rotary shaft 1 at the other side, and the inner flange portions 12 and 13 of the outer case 7 are provided. It is crimped by and is integrated. That is, the first seal element 3 and the second seal element 4 are configured together with a plurality of metallic components (outer case 7, first inner case 8, washer 11, second inner case 9).
Further, a rubber-based coating material is attached to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 14 of the outer case 7 to ensure hermeticity with the housing 2.
【００１３】即ち、回転軸１に摺接して密封するシール
材は、後述する特殊な溝を備えた第１シールエレメント
３と、第１シールエレメント３よりも背面気体側Ａに配
設される溝のないプレーンタイプの第２シールエレメン
ト４から、成り、油室Ｂ方向にリップ部18，19を備えた
２段仕様のダブルリップ構造を形成している。また、略
Ｌ字型断面の第１シールエレメント３と第２シールエレ
メント４の摺接面５，15となる一辺（リップ部18，19）
に直角で背面気体側Ａの他辺の固定部16，17は、その両
面を他の上記部材により面で保持（挟持）されている。That is, the sealing material which is slidably in contact with the rotary shaft 1 and hermetically seals is a first seal element 3 having a special groove described later, and a groove arranged on the rear gas side A with respect to the first seal element 3. It is composed of the second type seal element 4 of a plain type and has a two-stage double lip structure with lip portions 18 and 19 in the oil chamber B direction. Also, one side (lip portions 18, 19) that becomes the sliding contact surfaces 5, 15 of the first seal element 3 and the second seal element 4 having a substantially L-shaped cross section.
The fixed portions 16 and 17 at right angles to the other side of the rear gas side A are held (sandwiched) on both sides by the other members.
【００１４】第１・第２シールエレメント３，４の材質
はＰＴＦＥ、ガスケット10はフッ素ゴム、アウターケー
ス７と第１・第２インナーケース８，９とワッシャ11は
合金や鋼等により製作され、特に放熱作用が高いアルミ
合金が好ましい。そして、これら複数の金属製構成部品
のうちの少なくとも一つの部品をアルミ合金製とすれば
よい。The first and second sealing elements 3 and 4 are made of PTFE, the gasket 10 is made of fluororubber, the outer case 7, the first and second inner cases 8 and 9, and the washer 11 are made of alloy or steel. Particularly, an aluminum alloy having a high heat dissipation effect is preferable. Then, at least one of the plurality of metal components may be made of aluminum alloy.
【００１５】背面気体側Ａに配置した第２シールエレメ
ント４は、例えば、スーパーチャージャーの背面気体側
Ａの圧力変動（ 0.3〜−0.1MPaの加圧・負圧）による第
１シールエレメント３への負荷変動・変形を緩和、防止
できるものである。即ち、スーパーチャージャー等の過
給器用の軸シール装置は、シールの背面側（背面気体側
Ａ）が真空や加圧状態となる場合があるが、第２シール
エレメント４が緩衝材として機能することで、主として
密封作用を有する第１シールエレメント３はこの影響を
受けることがなく安定してその効果を奏する。The second sealing element 4 arranged on the back side gas side A is connected to the first sealing element 3 by, for example, pressure fluctuations on the back side gas side A of the supercharger (pressurization / negative pressure of 0.3 to -0.1 MPa). The load fluctuation and deformation can be alleviated and prevented. That is, in a shaft seal device for a supercharger such as a supercharger, the back side (back side gas side A) of the seal may be in a vacuum state or a pressurized state, but the second seal element 4 functions as a cushioning material. Then, the first sealing element 3, which mainly has a sealing action, is not affected by this and stably exerts its effect.
【００１６】さらに、図２に示すように、第２シールエ
レメント４の厚さｔは、第１シールエレメント３の厚さ
Ｔより薄く、かつ、第２シールエレメント４の回転軸１
との摺接幅Ｖは、第１シールエレメント３の摺接幅Ｗよ
り狭くなるよう設定している。これは、第２シールエレ
メント４の厚さｔ、摺接幅Ｖを小さくすることで、第２
シールエレメント４の摺接面15の摩耗を低減させるよう
設定しており、また、第２シールエレメント４の軸緊迫
力を第１シールエレメント３より低くすることが可能で
あり、背面気体側Ａから油室Ｂ側（第１シールエレメン
ト３と第２シールエレメント４との間の空室部20側）へ
の微量な気体（空気）漏れを許容するため、漏れ気体に
より第１シールエレメント３を冷却（空冷）し、第１シ
ールエレメント３の寿命を延ばすことが可能となる。Further, as shown in FIG. 2, the thickness t of the second seal element 4 is smaller than the thickness T of the first seal element 3, and the rotary shaft 1 of the second seal element 4 is
The sliding contact width V with and is set to be narrower than the sliding contact width W of the first seal element 3. This is achieved by reducing the thickness t and the sliding contact width V of the second seal element 4
It is set to reduce wear of the sliding contact surface 15 of the seal element 4, and the axial tightening force of the second seal element 4 can be made lower than that of the first seal element 3. To allow a slight amount of gas (air) to leak to the oil chamber B side (the space 20 side between the first seal element 3 and the second seal element 4), the first seal element 3 is cooled by the leak gas. (Air cooling), the life of the first sealing element 3 can be extended.
【００１７】また、油室Ｂ側もしくは空室部20側へ気体
（空気）が流入することで、アウターケース７、インナ
ーケース８，９、ワッシャ11のうちで放熱作用の高いア
ルミ合金製のものを冷却（空冷）することが可能であ
り、軸シール全体の放熱作用を図ることができる。さら
に、アルミ合金の使用によるこの気体（空気）の冷却
（空冷）作用は、後述するハイドロダイナミック作用に
より、さらに顕著にこの冷却の効果を発揮させるものと
なる。即ち、軸シール部における熱のこもりを解消させ
ることができる。Further, when the gas (air) flows into the oil chamber B side or the vacant chamber 20 side, one of the outer case 7, the inner cases 8, 9 and the washer 11 made of an aluminum alloy having a high heat dissipation effect. Can be cooled (air-cooled), and the heat dissipation effect of the entire shaft seal can be achieved. Further, the cooling (air cooling) action of the gas (air) by using the aluminum alloy makes the cooling effect more remarkable by the hydrodynamic action described later. That is, it is possible to eliminate the heat buildup in the shaft seal portion.
【００１８】第２シールエレメント４は、第１シールエ
レメント３と第２シールエレメント４との間の空室部20
内の（内圧の無い）油をシールする補助的なシール材で
もあり、第２シールエレメント４の摺接面15では、密封
対象である油の潤滑がないため、ドライ運転（ドライ摺
接）となるが、第２シールエレメント４の厚さｔ、摺接
幅Ｖを所定の小寸法に設定することにより、摺接面15の
発熱・摩耗を防止するものである。The second seal element 4 has a space 20 between the first seal element 3 and the second seal element 4.
It is also an auxiliary sealing material for sealing the internal oil (without internal pressure), and since there is no lubrication of the oil to be sealed at the sliding contact surface 15 of the second seal element 4, dry operation (dry sliding contact) However, by setting the thickness t and the sliding contact width V of the second seal element 4 to a predetermined small dimension, heat generation and wear of the sliding contact surface 15 are prevented.
【００１９】具体的に説明すると、第１シールエレメン
ト３の厚さＴを 0.4〜0.9mm の範囲で設定し、第２シー
ルエレメント４の厚さｔを0.25〜0.55mmの範囲で設定
し、かつ、第１シールエレメント３の摺接幅Ｗと第２シ
ールエレメント４の摺接幅Ｖとの差を0.85〜1.25mmに設
定する。第１シールエレメント３の厚さＴを 0.4mmより
小さくすると、下記で述べるスクリュー溝６の形成が不
可能となり、厚さＴを 0.9mmより大きくすると、回転軸
１への押しつけ力が大きくなり発熱・摩耗の原因とな
る。さらに、第２シールエレメント４の厚さｔを0.25mm
より小さくすると、第２シールエレメント４の剛性が低
くなり背面気体側Ａの圧力変動を吸収することができ
ず、厚さｔを0.55mmより大きくすると、回転軸１への押
しつけ力が大きくなり発熱・摩耗の原因となる。More specifically, the thickness T of the first seal element 3 is set in the range of 0.4 to 0.9 mm, the thickness t of the second seal element 4 is set in the range of 0.25 to 0.55 mm, and The difference between the sliding contact width W of the first seal element 3 and the sliding contact width V of the second seal element 4 is set to 0.85 to 1.25 mm. If the thickness T of the first sealing element 3 is smaller than 0.4 mm, the screw groove 6 described below cannot be formed. If the thickness T is larger than 0.9 mm, the pressing force against the rotary shaft 1 becomes large and heat is generated.・ Causes wear. Furthermore, the thickness t of the second sealing element 4 is set to 0.25 mm.
When the thickness is made smaller, the rigidity of the second seal element 4 becomes lower and the pressure fluctuation on the back side gas side A cannot be absorbed, and when the thickness t is made larger than 0.55 mm, the pressing force to the rotary shaft 1 becomes large and heat is generated.・ Causes wear.
【００２０】さらに、第１シールエレメント３の摺接幅
Ｗと第２シールエレメント４の摺接幅Ｖとの差を0.85mm
より小さくすると、第２シールエレメント４の押しつけ
力低減の効果が小さくなるか、または、第１シールエレ
メント３の押しつけ力が大きくなり発熱・摩耗の原因と
なる。第１シールエレメント３の摺接幅Ｗと第２シール
エレメント４の摺接幅Ｖとの差を1.25mmより大きくする
と、第２シールエレメント４の摺接幅Ｖが小さくなる場
合は補助的なシール材としての機能が失われ、または、
第１シールエレメント３の摺接幅Ｗが大きくなる場合は
発熱・摩耗の原因となる。Further, the difference between the sliding contact width W of the first seal element 3 and the sliding contact width V of the second seal element 4 is 0.85 mm.
If it is made smaller, the effect of reducing the pressing force of the second seal element 4 becomes smaller, or the pressing force of the first seal element 3 becomes larger, which causes heat generation and wear. If the difference between the sliding contact width W of the first sealing element 3 and the sliding contact width V of the second sealing element 4 is larger than 1.25 mm, the auxiliary sealing is performed when the sliding contact width V of the second sealing element 4 becomes small. Loss of function as material, or
If the sliding contact width W of the first seal element 3 becomes large, it causes heat generation and wear.
【００２１】さらに、第１シールエレメント３の厚さＴ
を 0.5〜0.8mm とし、第２シールエレメント４の厚さｔ
を0.35〜0.45mmとするのが、更に好ましい。この設定に
よれば、背面気体側Ａで急激な圧力変動が発生しても、
第１シールエレメント３は異常変形や、振動、異常摩耗
を生ずるおそれがなく、さらに、下記に説明するハイド
ロダイナミック作用（ポンピング作用）が低減し、密封
性能を損なうことがない。Further, the thickness T of the first sealing element 3 is
Is 0.5 to 0.8 mm and the thickness t of the second sealing element 4 is
Is more preferably 0.35 to 0.45 mm. According to this setting, even if a sudden pressure change occurs on the backside gas side A,
The first seal element 3 has no risk of abnormal deformation, vibration, or abnormal wear. Further, the hydrodynamic action (pumping action) described below is reduced, and the sealing performance is not impaired.
【００２２】この軸シール装置は、回転軸１が静止時に
は、第１シールエレメント３（又は第２シールエレメン
ト４との共働）の回転軸１への押しつけ力（軸緊迫力）
により油の漏れを防ぐ。また、第１シールエレメント３
のリップ部18の、回転軸１との摺接面５には、回転軸１
の回転時に摺接面５の潤滑材として使用される油室Ｂの
油を油室Ｂ側へ戻す（循環させる）スクリュー溝６を形
成している。In this shaft seal device, when the rotary shaft 1 is stationary, the first seal element 3 (or in cooperation with the second seal element 4) presses the rotary shaft 1 against the rotary shaft 1 (axial tension force).
Prevents oil leakage. In addition, the first seal element 3
On the sliding surface 5 of the lip portion 18 of the rotary shaft 1 with the rotary shaft 1,
The screw groove 6 that returns (circulates) the oil in the oil chamber B used as a lubricant for the sliding contact surface 5 to the oil chamber B side at the time of rotation is formed.
【００２３】図３は、矢印Ｒ方向に回転する回転軸１に
使用される、第１シールエレメント３の平面図（背面気
体側Ａから見た図）である。図３に示すようにスクリュ
ー溝６は、ＮＣ切削や押型等で所定方向向きに設けられ
た溝で、リップ部18の摺接面５とさらに後方側である背
面気体側Ａの固定部16にまで形成されている。回転軸１
の回転時には、上記第１シールエレメント３の抱付き力
（押しつけ力）による作用と同時に、このスクリュー溝
６により摺接面５（スクリュー溝６内）の油、及び／又
は、にじみにより多少漏れた（潤滑材として活用するた
め漏らした）空室部20にある油は、回転軸１の回転に伴
ってハイドロダイナミック作用（ポンピング作用）によ
り油室Ｂ側へ戻される。FIG. 3 is a plan view (a view seen from the back side gas side A) of the first seal element 3 used for the rotary shaft 1 rotating in the direction of arrow R. As shown in FIG. 3, the screw groove 6 is a groove provided in a predetermined direction by NC cutting, stamping, or the like, and is provided on the sliding contact surface 5 of the lip portion 18 and the fixing portion 16 on the rear gas side A which is the rear side. Has been formed. Rotating shaft 1
At the time of rotation, the oil leaks from the sliding contact surface 5 (inside the screw groove 6) due to the screw groove 6 and / or bleeding at the same time as the action of the embracing force (pressing force) of the first seal element 3. The oil in the empty space 20 (which has leaked to be utilized as a lubricant) is returned to the oil chamber B side by the hydrodynamic action (pumping action) as the rotary shaft 1 rotates.
【００２４】このスクリュー溝６によるハイドロダイナ
ミック作用は、回転軸１の所定方向の回転に従って、ス
クリュー溝６に沿って油が進み（流れ）、油室Ｂ側へ戻
される作用である。第１シールエレメント３の摺接面５
（リップ部18）は、回転軸１に対する押圧密封作用と同
時に、その押圧による発熱・摩耗を低減させる潤滑作用
をも有している。The hydrodynamic action by the screw groove 6 is an action in which the oil advances (flows) along the screw groove 6 and is returned to the oil chamber B side as the rotary shaft 1 rotates in a predetermined direction. Sliding contact surface 5 of the first seal element 3
The (lip portion 18) has not only the function of pressing and sealing the rotating shaft 1, but also the function of lubricating to reduce heat generation and wear due to the pressing.
【００２５】また、第１シールエレメント３のスクリュ
ー溝６を図３に示すように３条とする。これにより、従
来の１条のスクリュー溝を有する軸シール装置よりハイ
ドロダイナミック作用を増大させ、第１シールエレメン
ト３の摺接面５（軸接触部）の油の循環が活発と（大き
く）なり、発熱を低減させることとなる。従って、密封
する油の劣化、第１シールエレメント３の摩耗を低減さ
せることができる。また、劣化した油のスクリュー溝６
への浸入によるシール性能の低下の影響を受けにくく、
高速回転・高温油下での、シール装置としての使用に適
している。Further, the screw groove 6 of the first seal element 3 has three threads as shown in FIG. As a result, the hydrodynamic action is increased as compared with the conventional shaft seal device having a single screw groove, and the oil circulation on the sliding contact surface 5 (shaft contact portion) of the first seal element 3 becomes active (large), This will reduce heat generation. Therefore, the deterioration of the oil to be sealed and the wear of the first seal element 3 can be reduced. Also, the deteriorated oil screw groove 6
Less susceptible to deterioration of sealing performance due to penetration into
Suitable for use as a sealing device under high speed rotation and high temperature oil.
【００２６】さらに、図２に示すように、スクリュー溝
６の深さｄを 0.2〜0.6mm とし、スクリュー溝６のピッ
チｐを 0.1〜0.3mm に設定する。深さｄは 0.2mmより小
さいとハイドロダイナミック作用の発生が不十分で、
0.6mmより大きいとスクリュー溝６への油の浸入が多く
油の漏れの原因となる。ピッチｐが 0.1mmより小さい場
合、及び、 0.3mmより大きい場合には、ハイドロダイナ
ミック作用による油の流れが悪くなる。特に好ましく
は、スクリュー溝６の深さｄを0.35〜0.45mmとし、ピッ
チｐを0.15〜0.25mmとする。このように設定すると、第
１シールエレメント３の密封作用と潤滑作用とのバラン
スが最適となり、回転軸１が高速回転（ 15000〜20000r
pm：周速、約30〜40m/sec ）の条件においても、密封性
能を維持しつつ、密封される油、軸シール装置の寿命を
長くすることができる。Further, as shown in FIG. 2, the depth d of the screw groove 6 is set to 0.2 to 0.6 mm, and the pitch p of the screw groove 6 is set to 0.1 to 0.3 mm. If the depth d is less than 0.2 mm, the hydrodynamic action is not sufficiently generated,
If it is larger than 0.6 mm, the amount of oil infiltrated into the screw groove 6 is large and causes oil leakage. When the pitch p is smaller than 0.1 mm and larger than 0.3 mm, the oil flow due to the hydrodynamic action becomes poor. Particularly preferably, the depth d of the screw groove 6 is 0.35 to 0.45 mm and the pitch p is 0.15 to 0.25 mm. With this setting, the balance between the sealing action and the lubricating action of the first seal element 3 becomes optimum, and the rotary shaft 1 rotates at high speed (15000 to 20000r).
(pm: peripheral speed, about 30 to 40 m / sec), the life of the sealed oil and shaft seal device can be extended while maintaining the sealing performance.
【００２７】次に、第１シールエレメント３に設けたス
クリュー溝６の条数（本数）ごとの、回転軸１の回転数
(rpm) とポンピング量(g/min) との関係を図４に示す。
図４によれば、スクリュー溝６のハイドロダイナミック
作用により、回転軸１の回転数が増加（高速化）するに
従い、ポンピング量は増加する。また、スクリュー溝６
の条数を３条としたとき、回転軸１の回転数が増加する
と（高速化すると）、そのポンピング量は従来の１条の
場合よりも（約 1.5倍）増加し、ハイドロダイナミック
作用を増大させることがわかる。Next, the number of rotations of the rotary shaft 1 for each number (number) of screw grooves 6 provided in the first seal element 3.
Fig. 4 shows the relationship between (rpm) and pumping amount (g / min).
According to FIG. 4, the pumping amount increases as the rotational speed of the rotary shaft 1 increases (speeds up) due to the hydrodynamic action of the screw groove 6. Also, the screw groove 6
Assuming that the number of threads is 3, the pumping amount will increase (about 1.5 times) when the number of rotations of the rotary shaft 1 increases (increasing speed), and the hydrodynamic action will increase. I understand that
【００２８】即ち、この作用により、密封対象となる油
（実施の油温は100 〜150 ℃）を油室Ｂ側へ戻す働きを
増大させ、密封性能をより高めることができ、高速回転
する回転軸１の密封性能に適するものとすることができ
る。また、スクリュー溝６の条数を４条或いはそれ以上
にすると、逆にこの作用は低減し、適切なハイドロダイ
ナミック作用を得ることができず、密封性能を保持する
ことができない。なお、スクリュー溝６の条数を３条と
しても、回転軸１の静止時において、第１シールエレメ
ント３（又は第２シールエレメント４との共働）により
油を漏らすことはない。That is, by this action, the action of returning the oil to be sealed (the oil temperature of the implementation is 100 to 150 ° C.) to the oil chamber B side can be increased, the sealing performance can be further enhanced, and the rotation speed is high. It may be suitable for the sealing performance of the shaft 1. On the other hand, if the number of threads in the screw groove 6 is four or more, on the contrary, this action is reduced, an appropriate hydrodynamic action cannot be obtained, and the sealing performance cannot be maintained. Even if the number of threads of the screw groove 6 is three, oil does not leak due to the first seal element 3 (or the cooperation with the second seal element 4) when the rotating shaft 1 is stationary.
【００２９】[0029]
【発明の効果】本発明は上述の構成により次のような効
果を奏する。The present invention has the following effects due to the above configuration.
【００３０】（請求項１によれば）複数条のスクリュー
溝６…によって、ハイドロダイナミック作用が増大し、
摺接面５の発熱を低減して、スラッジ（油劣化）を防止
し、摺接面５の摩耗を低減し、特に、高速回転と高油温
での使用に耐え得る。また、背面気体側Ａに設けた第２
シールエレメント４により、（例えばスーパーチャージ
ャーの）背面気体側Ａの圧力変動の影響を、第１シール
エレメント３に及ぼすことがないため、第１シールエレ
メント３の発熱等による劣化、摩耗を低減させることが
可能であり、密封装置としての作用を高め、また、その
性能を長く維持することができる。また、第２シールエ
レメント４は、発熱・劣化することなく、第１シールエ
レメント３の補助的な役割を有し、密封性を高めること
ができる。スクリュー溝６により、回転軸１が回転した
際、油を外部（背面気体側Ａ）へ漏らすことがなく、よ
り信頼性の高い軸シール装置とすることができる。(According to claim 1) the hydrodynamic action is increased by the plurality of screw grooves 6 ...
Heat generation of the sliding contact surface 5 is reduced, sludge (oil deterioration) is prevented, wear of the sliding contact surface 5 is reduced, and in particular, it can endure use at high speed rotation and high oil temperature. In addition, the second provided on the back gas side A
Since the seal element 4 does not affect the first seal element 3 due to the pressure fluctuation on the back side gas side A (of the supercharger, for example), the deterioration and wear of the first seal element 3 due to heat generation and the like can be reduced. It is possible to enhance the action as a sealing device and maintain its performance for a long time. In addition, the second seal element 4 has an auxiliary role of the first seal element 3 without generating heat or deterioration, and can improve the sealing performance. By the screw groove 6, when the rotating shaft 1 rotates, oil does not leak to the outside (back side gas side A), and a more reliable shaft sealing device can be provided.
【００３１】（請求項２によれば）ハイドロダイナミッ
ク作用を増大させることにより、密封性能を著しく低下
させる原因となる油の劣化、及び、シールエレメントの
摩耗を、低減させることができる。従って、軸シール装
置の寿命を長くすることができる。By increasing the hydrodynamic effect (according to claim 2), it is possible to reduce the deterioration of the oil and the wear of the sealing element, which cause a significant deterioration of the sealing performance. Therefore, the life of the shaft seal device can be extended.
【００３２】（請求項３によれば）第１シールエレメン
ト３による密封作用を高め、第２シールエレメント４の
発熱等による劣化、摩耗を低減させることが可能であ
り、さらに密封装置としての作用を高め、その性能を長
く維持させることができる。
（請求項４によれば）ハイドロダイナミック作用を増大
させることができ、密封性能を向上させることが可能で
ある。
（請求項５によれば）放熱性の高いアルミ合金を使用す
ることにより、上述のハイドロダイナミック作用との相
乗的効果が発揮され、一層、軸シール自体の熱のこもり
を低減することが可能であり、密封性能を著しく低下さ
せる原因となる油の劣化、及び、シールエレメント３，
４の摩耗を低減させることができる。従って、軸シール
装置の寿命を長くすることができる。(According to claim 3) It is possible to enhance the sealing action of the first seal element 3 and reduce the deterioration and wear of the second seal element 4 due to heat generation and the like. It can be enhanced and its performance can be maintained for a long time. The hydrodynamic effect can be increased (according to claim 4) and the sealing performance can be improved. By using an aluminum alloy having high heat dissipation (according to claim 5), a synergistic effect with the above-mentioned hydrodynamic action is exhibited, and the heat retention of the shaft seal itself can be further reduced. Yes, deterioration of oil that causes a significant decrease in sealing performance, and sealing element 3,
4 wear can be reduced. Therefore, the life of the shaft seal device can be extended.
【図１】本発明の軸シール装置の実施の一形態を示す縦
断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view showing an embodiment of a shaft seal device of the present invention.
【図２】軸シール装置の摺接部を示す拡大説明図であ
る。FIG. 2 is an enlarged explanatory view showing a sliding contact portion of the shaft seal device.
【図３】組立前の平板状態のシールエレメントの平面図
である。FIG. 3 is a plan view of the seal element in a flat plate state before assembly.
【図４】スクリュー溝の効果を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an effect of a screw groove.
【図５】従来の軸シール装置の縦断面図である。FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a conventional shaft seal device.
１ 回転軸 ２ ハウジング ３ 第１シールエレメント ４ 第２シールエレメント ５ 摺接面 ６ スクリュー溝 Ａ 背面気体側 Ｂ 油室 ｄ 深さ ｐ ピッチ Ｔ 厚さ ｔ 厚さ Ｗ 摺接幅 Ｖ 摺接幅 1 rotation axis 2 housing 3 First seal element 4 Second seal element 5 Sliding surface 6 screw groove A back side gas side B oil chamber d depth p pitch T thickness t thickness W sliding width V sliding contact width
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 健 和歌山県有田市箕島663番地 三菱電線工 業株式会社箕島製作所内 Ｆターム(参考） 3J006 AE05 AE16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Ken Baba 663 Minoshima, Arita-shi, Wakayama Mitsubishi Electric Works Minoshima Works Co., Ltd. F-term (reference) 3J006 AE05 AE16
Claims (5)
軸シール装置に於て、上記回転軸に摺接する第１シール
エレメントと、該第１シールエレメントよりも背面気体
側に配設されて該回転軸に摺接する第２シールエレメン
トと、を有し、上記第１シールエレメントの該回転軸と
の摺接面に該回転軸の回転時に該摺接面の油を油室側へ
戻す複数条のスクリュー溝を形成し、上記第２シールエ
レメントの厚さは該第１シールエレメントの厚さより薄
く、かつ、該第２シールエレメントの上記回転軸との摺
接幅は該第１シールエレメントの該回転軸との摺接幅よ
り狭くなるよう設定したことを特徴とする軸シール装
置。1. A shaft seal device interposed between a housing and a rotary shaft, comprising: a first seal element slidably contacting the rotary shaft; and a rear gas side of the first seal element. And a second seal element that is in sliding contact with the rotary shaft, and returns the oil of the slide contact surface to the oil chamber side when the rotary shaft rotates on the sliding contact surface of the first seal element with the rotary shaft. A plurality of screw grooves are formed, the thickness of the second seal element is smaller than the thickness of the first seal element, and the sliding contact width of the second seal element with the rotary shaft is the first seal element. The shaft seal device is set to be narrower than the sliding width of the rotary shaft.
溝を３条とした請求項１記載の軸シール装置。2. The shaft seal device according to claim 1, wherein the first seal element has three screw grooves.
〜0.9mm の範囲で設定し、上記第２シールエレメントの
厚さを0.25〜0.55mmの範囲で設定し、かつ、該第１シー
ルエレメントの上記摺接幅と該第２シールエレメントの
上記摺接幅との差を0.85〜1.25mmに設定した請求項１又
は請求項２記載の軸シール装置。3. The thickness of the first sealing element is 0.4
To 0.9 mm, the thickness of the second sealing element is set to 0.25 to 0.55 mm, and the sliding contact width of the first sealing element and the sliding contact of the second sealing element are set. The shaft seal device according to claim 1 or 2, wherein the difference from the width is set to 0.85 to 1.25 mm.
とし、該スクリュー溝のピッチを 0.1〜0.3mm に設定し
た請求項１，２又は３記載の軸シール装置。4. The depth of the screw groove is 0.2 to 0.6 mm.
The shaft seal device according to claim 1, 2 or 3, wherein the pitch of the screw groove is set to 0.1 to 0.3 mm.
ルエレメントは複数の金属製構成部品と共に組み立てら
れ、該複数の金属製構成部品のうちの少なくとも一つの
部品をアルミ合金製とした請求項１，２，３又は４記載
の軸シール装置。5. The first sealing element and the second sealing element are assembled together with a plurality of metallic components, and at least one of the plurality of metallic components is made of an aluminum alloy. The shaft seal device according to 2, 3, or 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001310299A JP2003113946A (en) | 2001-10-05 | 2001-10-05 | Shaft sealing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
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ID=19129299
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| JP2001310299A Pending JP2003113946A (en) | 2001-10-05 | 2001-10-05 | Shaft sealing device |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2003113946A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007132243A (en) * | 2005-11-09 | 2007-05-31 | Kobe Steel Ltd | Screw compressor |
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| WO2021256772A1 (en) | 2020-06-19 | 2021-12-23 | 씰링크 주식회사 | Rotation shaft sealing device and semiconductor substrate processing device using same |
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2001
- 2001-10-05 JP JP2001310299A patent/JP2003113946A/en active Pending
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