JP4180829B2 - シール装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シール部と端面シールとを１対に組み合わせて分離した対向シール面とシールするシール装置に関する。更に詳しくは、高圧又は高圧と低圧とにランダムに変化する被密封流体を用いる各種回転機器の被密封流体をシールするシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の先行技術として図３に示す軸封装置１００が存在する。
図３に示す軸封装置１００のケース１０１は、ハウジング１１０の内周面にＯリング１０６を介して密封に嵌着されている。このケース１０１の内周にはエラストマリップ１０２と、このエラストマリップ１０２の背面を支承する補強環１０３が配置されている。
更に、この補強環１０３の被密封流体側と反対の背面には、樹脂リップ１０４と、この樹脂リップ１０４の背面に配置されて背面を支承するバックアップリング１０５とが配置されている。これらのエラストマリップ１０２、補強環１０３、樹脂リップ１０４及びバックアップリング１０５の各外周面をケース１０１の内周面に密接させて保持されている。
【０００３】
この軸封装置１００においてエラストマリップ１０２は、機内空間Ｓ１側へ延びる内径側のシールリップ部１０２ａの内周面に回転軸１２０の回転に伴って被密封流体を押し戻すポンピング作用のシールねじ１０２ｂが形成されている。更に、樹脂リップ１０４にも、そのシールリップ１０４ａの内周面に回転時に被密封流体をエラストマリップ１０２側へ押し戻す方向のポンピング作用を発生させるシールねじ１０４ｂが設けられている。
【０００４】
この樹脂リップ１０４におけるシールリップ１０４ａの内周面に形成されたポンピング作用のシールねじ１０４ｂは、回転軸１２０との摺動面のうち先端部分にのみ形成されている。これは、回転軸１２０の停止時にシールねじ１０４ｂを通って被密封流体が大気Ｓ２側へ漏洩するのを防止するためである。
【０００５】
この軸封装置１００は、機内空間Ｓ１の被密封流体圧力が１Ｍｐａ以上の高圧条件下においては、樹脂リップ１０４は、被密封流体の圧力を受けて断面がＬ字状に変形する。
そして、この樹脂リップ１０４の変形過程において、シールリップ１０４ａの先端部の応力がシールねじ１０４ｂの存在によって小さくなる一方、シールねじ１０４ｂが形成されていない屈曲部１０４ｃ近傍に生じる応力が反対に大きくなる傾向がある。
このため、回転軸の外周面に対する面圧の極大部が屈曲部１０４ｃ側に偏在することになるので、屈曲部１０４ｃ寄りの内周面が摩耗することになる。
そして、シールねじ１０４ｂが形成された先端部が回転軸１２０の外周面から浮き上がるような変形を生じることになる。その結果、シールねじ１０４ｂは被密封流体の漏れを遮断するポンピング作用が損なわれることになるので、回転時にも密封能力が低下する。
【０００６】
更に、エラストマリップ１０２と樹脂リップ１０４は近接して配置されているから、樹脂リップ１０４の摺動面が回転軸１２０に圧接され、摺動面の摩擦が増大して発熱すると、この発熱がエラストマリップ１０２に伝熱することになる。又は、エラストマリップ１０２が被密封流体の高圧力により回転軸１２０に圧接されると、同様に発熱することになる。そして、エラストマリップ１０２のシールリップ１０２ａ及び樹脂リップ１０４のシールリップ１０４ａが加熱されて軟化するので、特に、ゴム材製のシールリップ１０２ａの摩耗が促進されてシール能力を低下させる。
【０００７】
又、エラストマリップ１０２のシールリップ１０２ａ及び樹脂リップ１０４のシールリップ１０４ａが摩耗すると、その摩耗粉が各シールリップ１０２ａ、１０４ａの摺動面間に付着してシール能力を低下させる。
更に、エラストマリップ１０２のシールリップ１０２ａ及び樹脂リップ１０４のシールリップ１０４ａが回転軸１２０と圧接されて回転するので通常の回転軸１２０では早急に摩耗することになる。一方、機器部品である回転軸１２０は高価であると共に、装置に組み込まれている為に簡単には交換することが不可能である。このために、エラストマリップ１０２のシールリップ１０２ａ及び樹脂リップ１０４のシールリップ１０４ａのシール面が摩耗している回転軸と摺動するので、この両摺動面の摩耗が促進してシール装置のシール能力を低下させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする技術的課題は、各種回転機器が回転と停止が繰り返される場合、又は被密封流体の圧力が高圧と低圧とにランダムに繰り返される場合でも、シール能力を向上させることにある。
又、樹脂材製のシールリップが回転中の摩擦により発熱しても、ゴム材製の端面リップに伝熱して端面リップを軟化させ、シール能力が低下するのを防止することにある。
更に、シールリップ及び端面リップの摺動抵抗を低減して省エネルギーを図ると共に、シール装置の取付交換を容易にすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的な解決手段は以下のように構成されている。
請求項１に係わる本発明のシール装置は、回転軸を収容したハウジングと前記回転軸との間で被密封流体を各リップで順次にシールするシール装置であって、前記ハウジングの前記被密封流体側の取付穴に密封に装着可能にして端面にシール面を有する密封環と、前記密封環のシール面と反対の端面に結合されて前記回転軸と密接して前記被密封流体をシールするリップ部が設けられたシールリップと、前記密封環と対向して一端周部から外径方向へ傾斜して前記シール面と弾性に密接する突出リップを有するとともに、内周面が前記回転軸の段部に密封に嵌着可能な形状の端面シールとを具備し、前記端面シールは前記突出リップより外周側の第１受圧面の面積が前記第１受圧面と反対の第２受圧面の面積より大きく形成されて前記被密封流体の圧力により前記段部に押圧されるものである。
【００１０】
この請求項１に係わる本発明のシール装置では、シールリップと密封環とを結合したシール部と、端面シールとが対向して一対に組み合わされているので、回転機器への組立及び分解修理が極めて容易である。又、単品であるシール部の密封環がシール面を鏡面に仕上げることができるとともに、端面シールがゴム状弾性材製であるから、端面シールの方が早く摩耗する。そして、端面シールは被密封流体の圧力で回転軸の段部に着脱自在に固定されているから、その早く摩耗する一方の端面シールみを簡単に交換することができる。したがって、端面シールの交換等のコストを低減することが可能になる。また、この構成は、端面シールの取付部の構造が極めて簡単になるので、端面シールの取付作業も容易になる。
更に、突出リップは密封環のシール面と端面で密接しているので、被密封流体の圧力に応じた大きさの接触力が得られる。このために被密封流体の圧力が高圧でない場合は摺動抵抗を低減できるので、回転軸を回転する動力の省エネルギーとなる。
【００１１】
又、シールリップは回転軸と密接してシールし、一方、突出リップは回転軸と直交するシール面の密封環と密接してシールする構成であるために、シールリップの摺動発熱が突出リップに伝熱するのを疎外して、突出リップが温度により軟化してシール能力が悪化するのを効果的に防止できる。
更に、シールリップの回転軸との摺動時に発生する摩耗粉は、シールリップより上流であって、シールリップより離れて直交する位置のシール面と密接状態で傾斜した突出リップに付着するのが防止できる。その結果、突出リップに摩耗粉を付着させてシール面が摺動時に摩耗するのを効果的に防止できる。
【００１２】
シールリップのリップ部は、被密封流体に対して密封環より下流側に配置されているから、例え、被密封流体の圧力が変動して突出リップより被密封流体が漏洩したとしても、リップ部により被密封流体を確実にシールすることができる。
【００１３】
請求項２に係わる本発明のシール装置は、前記シールリップが合成樹脂材製であると共に、前記突出リップがゴム材製で形成されているものである。
【００１４】
この請求項２に係わる本発明のシール装置では、回転軸の回転中は、摩擦係数の小さな合成樹脂製のシールリップでシールし、回転軸の停止時には、シール能力が優れたゴム材製の突出リップでシールすると効果的にシール能力を向上させることが可能になる。
特に、回転軸が回転したり、停止したり、更には、被密封流体が高圧と、低圧とに繰り返される場合には、このシール装置の構成に於いて、この材料の組み合わせが極めて有効である。
【００１５】
請求項３に係わる本発明のシール装置は、前記突出リップの内周面にバックアップリングが配置されて前記突出リップを耐圧に支持されているものである。
【００１６】
この請求項３の本発明のシール装置では、回転軸が回転したり、停止したり、更には、被密封流体が高圧と、低圧とに繰り返される場合には、この突出リップに変動応力が作用する。しかし、突出リップにバックアップリングが設けられていると、変動する圧力に対して突出リップを耐圧に支持してシール効果を発揮させることが可能になる。
【００１７】
請求項４に係わる本発明のシール装置は、前記シールリップが前記密封環と非接触に配置されているものである。
【００１８】
この請求項４に係わる本発明のシール装置は、シールリップが密封環と非接触に配置されているので、シールリップの摺動発熱がゴム状弾性材製の突出リップに伝熱するのを疎外して、突出リップが温度により軟化してシール能力が悪化するのを効果的に防止できる。
【００１９】
請求項５に係わる本発明のシール装置は、前記端面シールには内周支持部を有する補強環を有し、前記内周支持部が回り止めにより支持されているものである。
【００２０】
この請求項５に係わる本発明のシール装置では、補強環の内周支持部が回転軸に保持された回り止めにより支持されているので、端面シールを回転軸に周面密封部と側面密封部を介して嵌着するのみで保持することが可能になる。このために、端面シールと回転軸との嵌着面のシールを確実にすると共に、突出リップの密封環のシール面に対する密接度を向上させることが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる好ましい実施の形態のシール装置を、その図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、所謂、特許用の概念図ではなく、実験データを基にした寸法関係が正確な設計図である。
【００２２】
図１は、本発明の好ましい実施の形態を示すシール装置１の半断面図である。図１に於いて、シール装置１は端面シール２とシール部１０が１対を成して対向するように組み合わされている。又、シール部１０は、密封環１１とシールリップ１５とが主要な構成部品である。
【００２３】
端面シール２は、断面がＬ形を成して端面シール体５に構成されている。端面シール体５の一端には断面がＶ形状に外方へ延在した突出リップ３が形成されている。又、端面シール体５の段付の内周面５Ａには２カ所に周面密封部５Ｈと側面密封部５Ｖとが形成されている。そして、端面シール体５はゴム材で構成されている。この端面シール体５には補強環４が埋設されており、この補強環４が端面シール２の全体を補強している。更に、この補強環４は断面Ｌ形の内周に内周支持部４Ａが形成されている。
又、端面シール２における突出リップ３より外周の端面は、図２と同じ高圧Ｐ１の被密封流体の圧力を受ける第１受圧面に形成されている。更に、第１受圧面と反対の背端面は第２受圧面に形成されている。この第１受圧面は第２受圧面より大きな受圧面積に構成されて
いる。
【００２４】
この端面シール２は回転軸５０の段部に嵌着されている。そして、周面密封部５Ｈが回転軸５０の外周面に密接すると共に、側面密封部５Ｖが回転軸５０の段部端面に密接している。又、端面シール体５の補強環４の内周支持部４Ａは、回転軸に嵌着した回り止め６を介して回転軸５０に固着されている。この回り止め６は周面密封部５Ｈがシャープな面圧で弾性変形しやすいときに用いて端面シール２を回転軸と同心に保持するものである。
【００２５】
端面シール２は回転軸５０の段部に嵌着するが、第１受圧面が第２受圧面よりも大きな面積に構成されているので、第１受圧面に被密封流体の圧力が軸方向へ作用して端面シール２を回転軸５０の段部面に常に押圧して保持する。この押圧で必要以上に押圧されるときは、補強環４の内周支持部４Ａの図示右側端部が回転軸５０の段部に当接して突出リップ３がシール面１１Ｂから離接しないように構成されている。
突出リップ３はシール面１１Ｂに向かって発散するように外方へ傾斜している。そして、突出リップ３の先端角部である密接面は対向するシール面１１Ｂに弾性接触してシールする。この突出リップ３は外周側から被密封流体の圧力を受けると傾斜角度を水平方向へ小さくなるように変形してシール面１１Ｂに圧接するように構成されている。
【００２６】
一方、端面シール２に対向する位置に配置されたシール部１０は、回転軸５０を貫通孔Ｂに収容したハウジング６０の貫通孔Ｂと同心の取付孔Ａに第１パッキン２１を介して嵌着し、ハウジング６０に固定されている。
シール部１０には第１パッキン２１を介してハウジング６０に固定する円環状の補強ケース２０が設けられている。この補強ケース２０は、内周部がシールリップ１５を支持する支持部２０Ｂに形成されていると共に、外周一端部は密封環１１を保持するように径方向へ折り曲げられたカシメ部２０Ａに形成されている。
この補強ケース２０とハウジング６０との間は第１パッキン２１によりシールされて被密封流体が漏洩しないように成されている。
この補強ケース２０の内周には第２パッキン２２を間に挟持してシールリップ１５と密封環１１とが保持されている。又、第２パッキン２２は密封環１１の外周面と補強ケース２０の内周面との間を密封して被密封流体が漏洩しないようにしている。
【００２７】
シールリップ１５は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の低摩擦係数の性質を有する合成樹脂により形成されている。このシールリップ１５は、成形時の原形がリング板に形成されて、更にリング板を曲げ加工して外周が保持部１５Ｂに形成されていると共に、内周が軸方向を成す筒状に形成されたリップ１５Ａに構成されている。そして、リップ部１５Ａのシール接合面１７が回転軸５０に嵌合してシールしている。このリップ１５Ａのシール接合面１７は先端内周面が回転軸５０とシャープに密接してシールする。
【００２８】
密封環１１は端面にシール面１１Ｂが形成されていると共に、内周に内周面１１Ａが形成されている。この密封環１１は焼き入れ鋼、超硬、セラミックス等の硬質材により構成されている。密封環１１の外周部が第２パッキン２２と補強ケース２０のカシメ部２０Ａで挟持されている。密封環１１の内周面１１Ａはリップ部１５Ａの外周面に近接状態に嵌合している。そして、リップ部１５Ａの先端が盛り上がった時に保持できるように成されている。
【００２９】
図２は、本発明に係わる第２実施の形態のシール装置の半断面図である。
この第２実施の形態である図２に示すシール装置１は、図１に示すシール装置１と同一符号は同一部品に構成されている。
このシール装置１は被密封流体側が高圧Ｐ１であり、被密封流体側と反対側が低圧Ｐ２になされている。又、回転軸５０が停止中又は回転中に高圧Ｐ１側が高圧と低圧とに圧力変動する場合に適している。
このシール装置１の端面シール２の内周面にはバックアップリング７が設けられている。このバックアップリング７は一端側が突出リップ３の内周面を保持するリップ支持板７Ｂに形成されている。又、バックアップリング７の他端は端面シール２を支持するように全体支持板７Ａに形成されている。そして、全体支持板７Ａは回り止め６と嵌着し、回り止め６と共に回転軸５０に嵌合している。
【００３０】
一方、補強ケース２０の内周の支持部２０Ｂは、回転軸５０に近接する内径面に形成されている。そして、支持部２０Ｂが円弧状を成してシールリップ１５の折り曲げ部を支持している。更に、シールリップ１５のシール接合面１７にはポンピング作用のねじシール１６が形成されている。このねじシール１６により被密封流体をポンピング作用により被密封流体側へ押し返すように形成されている。
【００３１】
上述のように構成されたシール装置１は、端面シール２とシール部１０とを対向して一対に構成されている。このために端面シール２は回転軸５０と嵌合して回転軸５０の段部に周面密封部５Ｈを嵌着すると共に、側面密封部５Ｖを段面に接合している。このため第１受圧面に被密封流体の圧力を受けると、第１受圧面の面積が第２受圧面の面積より大きいために、端面シール２は段部面に押圧されて固定される。そして、端面シール２がシール部１０側へ抜け出ようとするのを防止する。その結果、端面シール２を複雑な保持手段で固定する必要が無く、簡単に着脱できる。
【００３２】
更に、ゴム材製の端面シール２は、回転軸５０が停止しているときなどに被密封流体をシールすることが可能になる。特に、バックアップリング７により突出リップ３が支持されているときには、被密封流体の圧力が高圧でも突出リップの３の耐圧性を発揮してシールする。
【００３３】
シールリップ１５は合成樹脂で形成されているから摺動抵抗が小さく、回転軸５０が回転している時にシール効果を発揮することができる。特に、シール接合面１７にねじシール１６を形成すると、回転時のポンピング作用によりシール効果を発揮する。更に、シールリップ１５のリップ部１５Ａが密封環１１の内周面１１Ａ内に配置されていると、高圧Ｐ１側の被密封流体の圧力が高圧であり、長期間には突出リップ３から漏洩した高圧Ｐ１側の被密封流体の圧力を介して外周面からリップ部１５Ａを回転軸５０へ押さえることも可能になる。このため、シール接合面１７のシール能力を向上させることが可能になる。
又、シール部１０は第１パッキン２１を介してハウジング６０の取付孔Ａに嵌着すれば簡単に取り付けられる。しかも、第１パッキン２１にはハウジング６０の取付孔Ａの形成面と密接する突出したシール部分が複数に設けられているので、このシール部分によりハウジング６０の取付穴Ａの形成面と効果的にシールする。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係わるシール装置によれば、以下のような優れた効果を奏する。
請求項１に係わる本発明のシール装置によれば、シール部と端面シールとが対向して一対に組み合わされているので、回転機器への組立及び分解修理が極めて容易である。又、シール部と端面シールの一方が摩耗した場合でも、その摩耗した一方のみを交換することが可能であるのでコストを低減できる効果を奏する。更に、突出リップは密封環のシール面と端面状態で密接しているので、被密封流体の高圧、低圧の圧力に応じた密接力が発生し、シール能力を効果的に発揮する。このために被密封流体の圧力が高圧でない場合は摺動抵抗を低減できるので、回転軸の回転動力を省エネルギーする効果を奏する。
【００３５】
又、シールリップは回転軸と密接してシールし、一方、突出リップは密封環と密接してシールする構成であるため、リップ部と、密封環とは間隙を設けて分離しているから、シールリップの摺動発熱が突出リップに伝熱することが無く、突出リップが温度により軟化してシール能力が低下するのを効果的に防止できる。更に、シールリップの摺動時に発生する摩耗粉は、シールリップより離れた位置の突出リップへ流入しないので、突出リップに摩耗粉を付着させてシール面が摩耗するのを効果的に防止できる。
【００３６】
シールリップのリップ部は密封環と回転軸との間で密封環に近接して配置できるから、長期には突出リップから漏洩して密封環と回転軸との間に作用する被密封流体の圧力によりシール接合面が回転中に回転軸から捲れ上がるのを効果的に防止できる。
又、被密封流体が突出リップから漏洩したとしても、漏洩した下流側のリップ部によって被密封流体をシールすることができる。
【００３７】
請求項２に係わる本発明のシール装置によれば、回転軸の回転中は、摩擦係数の小さな合成樹脂製のシールリップでシールし、回転軸の停止時には、シール能力に優れたゴム材製の突出リップでシールすると効果的にシール能力を向上させることが可能になる。
特に、回転軸が回転したり、停止したり、更には、被密封流体が高圧と、低圧とにランダム状態に繰り返されるときには、このシール装置の構成に於いて、この材料の組み合わせが極めて優れた効果を奏する。
【００３８】
請求項３に係わる本発明のシール装置によれば、回転軸が回転したり、停止したり、更には、被密封流体が高圧と、低圧とに繰り返される場合には、この突出リップに変動応力が作用する。しかし、突出リップにバックアップリングが設けられていると、変動する圧力に対し、突出リップを耐圧に支持してシール効果を発揮させることが可能になる。
【００３９】
請求項４に係わる本発明のシール装置によれば、シールリップが密封環と非接触に配置されているので、シールリップの摺動発熱がゴム状弾性材製の突出リップに伝熱するのを疎外して、突出リップが温度により軟化してシール能力が悪化するのを効果的に防止できる。
【００４０】
請求項５に係わる本発明のシール装置によれば、補強環の内周支持部が回転軸に保持された回り止めにより嵌着して支持されているので、端面シールを回転軸にシャ−プな面圧を形成する密接部により嵌着するのみで保持することが可能になる。このために、端面シールと回転軸との嵌合面のシール効果を密接部により発揮すると共に、突出リップは、密封環のシール面に対する密接度を向上させることが可能にできる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係わるシール装置の半断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係わるシール装置の半断面図である。
【図３】従来の軸封装置の半断面図である。
【符号の説明】
１ シール装置
２ 端面シール
３ 突出リップ
４ 補強環
４Ａ 内周支持部
５ 端面シール体
５Ｈ 周面密接部
５Ｖ 側面密接部
６ 回り止め
７ バックアップリング
７Ａ 全体支持板
７Ｂ リップ支持板
１０ シール部
１１ 密封環
１１Ａ 内周面
１１Ｂ シール面
１５ シールリップ
１５Ａ リップ部
１５Ｂ 保持部
１６ ねじシール
１７ シール接合面
２０ 補強ケース
２０Ａ カシメ部
２０Ｂ 支持部
２１ 第１パッキン
２２ 第２パッキン
Ａ 取付孔
Ｂ 貫通孔

Claims (5)

1. 回転軸を収容したハウジングと前記回転軸との間で被密封流体を各リップで順次にシールするシール装置であって、
   前記ハウジングの前記被密封流体側の取付穴に密封に装着可能にして端面にシール面を有する密封環と、
   前記密封環のシール面と反対の端面に結合されて前記回転軸と密接して前記被密封流体をシールするリップ部が設けられたシールリップと、
   前記密封環と対向して一端周部から外径方向へ傾斜して前記シール面と弾性に密接する突出リップを有するとともに、内周面が前記回転軸の段部に密封に嵌着可能な形状の端面シールとを具備し、
   前記端面シールは前記突出リップより外周側の第１受圧面の面積が前記第１受圧面と反対の第２受圧面の面積より大きく形成されて前記被密封流体の圧力により前記段部の段部面に押圧されることを特徴とするシール装置。
2. 前記シールリップが合成樹脂材製であると共に、前記突出リップがゴム材製であることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
3. 前記突出リップの内周面にバックアップリングが配置されて前記突出リップを耐圧に支持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシール装置。
4. 前記シールリップは前記密封環と非接触に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載のシール装置。
5. 前記端面シールには内周支持部を有する補強環を有し、前記内周支持部が回り止めにより支持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載のシール装置。

Images