JP4180829B2 - シール装置 - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
Priority Applications (7)
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