JP2010025322A - 軸封装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シールリップ40のリップ部41のシール面42が摺動する回転軸10の摺動面12は、表面粗さの十点平均粗さが0.5μm〜2.0μmで、γ=(周方向表面粗さ平均波長)/(軸方向表面粗さ平均波長)、と定義される表面粗さの方向依存特性γが、γ<1.3であるように形成する。その結果、回転軸10の摺動面12に十分な潤滑油を導入することができ、その結果、潤滑層の厚みを厚くして負荷能力を増大させることができる。その結果、高圧な流体であっても適切にシールすることが可能であり、シール部の摩耗が少なく耐久性の高い軸封装置を提供することができる。
【選択図】 図1
Description
すなわち、高圧な流体をシールするためにはシール部が回転軸に強い圧力で密接される場合が多いが、そのような形態ではシール部と回転軸との間に十分な潤滑油が介在することができず、シール部の摩耗が大きくなり、耐久性が不十分になる。また、シール部と回転軸との圧接力を軽くすると、シール部と回転軸との間に導入される潤滑油は増大するものの、被密封流体が高圧であるがために多量の被密封流体の漏洩する可能性がある。また、前述した特許文献1に記載のような構成では、別途カバー材等を設置して空室部を構成する必要があり、装置構成が複雑になるとともに装置が大型化する可能性がある。
本実施形態においては、カーエアコンのコンプレッサに適用して好適な軸封装置を例示して本発明を説明する。
図1は、その軸封装置1の構成を示す半断面図である。
図1に示すように、軸封装置1は、コンプレッサのハウジング2に設けられた開口3に装着され、その開口3を通過する回転軸10とハウジング2との間を回転軸10の軸方向にシールする。図1においては、図面左側が大気側空間A(大気側A)であり、図面右側が冷媒が封入されたコンプレッサ内部側空間B(高圧流体側B)である。コンプレッサ内部側空間Bには、高圧なCO2 が冷媒として封入されており、軸封装置1は、この高圧な冷媒(高圧流体)が回転軸10の周囲から漏洩するのを防止する。なお、コンプレッサ内部側空間Bに封入される流体は、潤滑油を含んでいる。
まず、シール装置30の構成について説明する。
シール装置30は、嵌着部31、補強環33、背板リング34、支持環35、第1シールリップ40及び第2シールリップ50を有する。
また、第1シールリップ40のリップ部41の付け根部分の内周側は、円筒内面から断面なめらかに折り曲げられて傾斜したテーパ面43に形成されている。
この支持環35は、一端がフランジ状で中間が円筒状に形成されている。そして、支持環35は、第1シールリップ40が被密封流体の圧力を受けても変形しない耐圧性を有する厚さに形成されている。
前述の摺動面12の表面粗さの方向依存特性を示す特性値γは、模式的に表すと例えば図2に示すような摺動面12の表面特性を示すものである。
すなわち、γ>1というのは、回転軸10の表面において表面の粗さ(凹凸)の平均波長が軸方向よりも周方向の方が大きいことを意味し、例えば図2(A)に模式的に示すように、軸方向よりも周方向の方が長めの凹凸が多く存在している状態である。
また、γ=1というのは、回転軸10の表面において表面の粗さ(凹凸)の平均波長が周方向と軸方向でほぼ等しいことを意味し、例えば図2(B)に模式的に示すように、軸方向長さも周方向長さもほぼ同じ長さの凹凸が主に存在している状態である。
また、γ<1というのは、回転軸10の表面において表面の粗さ(凹凸)の平均波長が周方向よりも軸方向の方が大きいことを意味し、例えば図2(C)に模式的に示すように、軸方向よりも周方向の方が長めの凹凸が多く存在している状態である。
γが1より十分大きい値となる(図では単にγ>1と示す。)図2(A)に示す表面状態は、現在行われている通常の研磨仕上げを行った場合の状態に相当する。また、γが1に近い値となる(図では単にγ=1と示す。)図2(B)に示す表面状態は、いわゆるショット仕上げを施した場合の状態に相当する。また、γが1より十分小さい値となる(図では単にγ<1と示す。)図2(C)に示すような表面状態になる仕上げを、ここでは強制軸方向仕上げと称するものとする。
1)Patir, N. & Cheng H., Trans. ASME, F Vol.101 (1979)220-230
2)Cheng, H., Proc. of the JSLE ITC 1885
3)日経メカニカル, 1990. 12.24, 85-86
この平均流モデルの考え方は、すべり軸受け面への潤滑油の導入に関するものであって、軸回転によりすべり軸受け面に潤滑油が導入されるが、回転方向に平行な加工と直角な加工とでその油膜厚さが変化し、直角な加工の方が油膜は厚くなり、その負荷能力が大きくなるというものである。
この数値範囲の根拠は、次のような検証実験に基づくものである。
また、潤滑油の油漏れ量を少なくする点から、摺動面の表面粗さの方向依存性の特性値γは、γ>0.6であることが好ましく、より好適には、γ>0.8であることが好ましい。
また、ゴムリップの摩耗を少なくする点から、摺動面の表面粗さ(十点平均粗さ)Rzは、0.5μm〜2.0μmであることが好ましい。
また、支持環35等に使用する金属材料としては、SUS,鋼等を用いてよい。
そのような構成においては、本願発明の軸封装置の構成としては、回転軸を含まず、回転軸に装着するそのような円筒状部材を含むものとなるものである。
10…回転軸
12…摺動面
30…シール装置
31…嵌着部
32…シール部分
33…補強環
34…背板リング
35…支持環
36…外周支持部
37…傾斜支持部
38…リング部分
40…第1シールリップ
41…リップ部
42…シール面
43…テーパ面
50…第2シールリップ
51…挟持部
52…リップ部
53…シール面
Claims (8)
- ハウジングに形成された開口部を通過する回転軸と、
前記開口部に装着されて前記ハウジングと前記回転軸との間をシールするシール装置であって当該回転軸の周面に摺動するシールリップを有するシール装置とを有し、
前記シールリップが摺動する前記回転軸の摺動面は、γ=(周方向表面粗さ平均波長)/(軸方向表面粗さ平均波長)、と定義される表面粗さの方向依存特性γが、γ<1.3であるように形成されていることを特徴とする軸封装置。 - 前記回転軸の摺動面は、前記表面粗さの方向依存特性γが、γ<1.1であるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の軸封装置。
- 前記回転軸の摺動面は、前記表面粗さの方向依存特性γが、0.6<γ<1.3であるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の軸封装置。
- 前記回転軸の摺動面は、さらに、表面粗さの十点平均粗さが、0.5μm〜2.0μmであるように形成されていることを特徴とする請求項3に記載の軸封装置。
- 回転軸の周面に前記回転軸と一体的に回転可能に装着される円筒状部材と、
ハウジングの開口部に装着されて前記ハウジングと前記回転軸との間をシールするシール装置であって前記回転軸に装着された前記円筒状部材の周面に摺動するシールリップを有するシール装置とを有し、
前記シールリップが摺動する前記円筒状部材の摺動面は、γ=(周方向表面粗さ平均波長)/(軸方向表面粗さ平均波長)、と定義される表面粗さの方向依存特性γが、γ<1.3であるように形成されていることを特徴とする軸封装置。 - 前記円筒状部材の摺動面は、前記表面粗さの方向依存特性γが、γ<1.1であるように形成されていることを特徴とする請求項5に記載の軸封装置。
- 前記円筒状部材の摺動面は、前記表面粗さの方向依存特性γが、0.6<γ<1.3であるように形成されていることを特徴とする請求項5に記載の軸封装置。
- 前記円筒状部材の摺動面は、さらに、表面粗さの十点平均粗さが、0.5μm〜2.0μmであるように形成されていることを特徴とする請求項7に記載の軸封装置。
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