JP6314487B2 - 密封装置 - Google Patents
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Description
本発明は、軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置に関する。
ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）は、相対的に移動する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するパッキンの材料として用いられている。このＰＴＦＥは、高温高圧下において用いることができ、耐薬品性に優れ、かつ摺動性に優れた長所を有している。一方、ＰＴＦＥは、特に高温環境下で用いられる場合に、塑性変形（へたり）が生じ易いという短所を有している。パッキンにおけるシールリップにへたりが生じてしまうと、シール性が低下してしまう。
そこで、パッキンに形成された環状の装着溝内に金属製のバネ部材を装着することで、シールリップが軸の外周面やハウジングの軸孔内周面に対して密着した状態を維持させる技術が知られている（特許文献１，２参照）。
しかしながら、ハウジングの材料として一般的に用いられる金属材料の線膨張係数に比べて、ＰＴＦＥの線膨張係数の方が大きい。そのため、高温環境下では、パッキンにおける外周側のシールリップ（外周リップ）は、径方向外側に向かって拡がるように変形しようとするため、ハウジングの軸孔内周面に対して強く押し付けられる。これにより、外周リップには大きなへたりが生じてしまい、単に、バネ部材を装着しただけでは、へたりの対策として不十分であった。
なお、従来、金属製のバネ部材がパッキンから抜け落ちてしまうことを抑制するために、外周リップの先端には内周側に向かって突出する環状の突起が設けられている。そのため、外周リップの剛性は比較的高くなっていた。
本発明の目的は、外周リップの塑性変形（へたり）を原因とするシール性の低下を抑制することのできる密封装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の密封装置は、
軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置において、
密封対象流体側に設けられた環状の装着溝を介して外周側の外周リップと、前記装着溝を介して内周側の内周リップとを有する樹脂製のパッキンと、
前記装着溝内に装着され、該装着溝の溝底側から外周側かつ密封対象流体側に伸びて前記外周リップを外周側に押圧する外周押圧部と、前記装着溝の溝底側から内周側かつ密封対象流体側に伸びて前記内周リップを内周側に押圧する内周押圧部とを有する金属製のバネ部材と、を備え、
前記外周リップと内周リップのうち、前記内周リップ側にのみ前記バネ部材の抜け落ちを抑制する突起が設けられていることを特徴とする。
軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置において、
密封対象流体側に設けられた環状の装着溝を介して外周側の外周リップと、前記装着溝を介して内周側の内周リップとを有する樹脂製のパッキンと、
前記装着溝内に装着され、該装着溝の溝底側から外周側かつ密封対象流体側に伸びて前記外周リップを外周側に押圧する外周押圧部と、前記装着溝の溝底側から内周側かつ密封対象流体側に伸びて前記内周リップを内周側に押圧する内周押圧部とを有する金属製のバネ部材と、を備え、
前記外周リップと内周リップのうち、前記内周リップ側にのみ前記バネ部材の抜け落ちを抑制する突起が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、バネ部材の抜け落ちを抑制する突起を、内周リップ側にのみ設けて、外周リップには設けない構成を採用している。これにより、外周リップの剛性を低くすることができ、バネ部材における外周押圧部による影響を大きくすることが可能となる。従って、外周リップ自体がへたってしまっても、外周押圧部による押圧力により、外周リップによるシール性を長期に亘って維持させることができる。
また、本発明は、前記外周リップのうち最も外径が大きな部位よりもリップの根本側における最も厚みの薄い部位の肉厚は、前記内周リップのうち最も内径が小さな部位よりもリップの根本側における最も厚みの薄い部位の肉厚よりも薄く構成されている。
これにより、軸と内周リップとの間で摺動する用途に密封装置が用いられる場合には、摺動摩耗が生ずる内周リップの摩耗代を確保しつつ、外周リップの剛性を低くすることができる。
更に、本発明は、前記外周リップは、前記装着溝内に装着されているバネ部材における外周押圧部の先端よりも密封対象流体側に伸び、かつ、軸線方向の長さは内周リップよりも短く構成されている。
これにより、バネ部材が外周リップの外側にはみ出してしまうことを抑制しつつ、外周リップの剛性を低くすることができる。
以上説明したように、本発明によれば、外周リップの塑性変形（へたり）を原因とするシール性の低下を抑制することができる。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
（実施例）
図１〜図５を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。本実施例に係る密封装置は、ターボチャージャーなどの各種装置において、軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するために用いられる。なお、密封装置は、軸とハウジングが相対的に移動する機構において、好適に用いることができる。また、軸がハウジングに対して、相対的に往復移動する場合、相対的に回転する場合、相対的に搖動する場合、これらのいずれ
かの組み合わせの場合のいずれの場合にも、本実施例に係る密封装置は適用され得る。なお、以下の説明において、軸線とは、軸の中心軸線を意味する。
図１〜図５を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。本実施例に係る密封装置は、ターボチャージャーなどの各種装置において、軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するために用いられる。なお、密封装置は、軸とハウジングが相対的に移動する機構において、好適に用いることができる。また、軸がハウジングに対して、相対的に往復移動する場合、相対的に回転する場合、相対的に搖動する場合、これらのいずれ
かの組み合わせの場合のいずれの場合にも、本実施例に係る密封装置は適用され得る。なお、以下の説明において、軸線とは、軸の中心軸線を意味する。
＜密封装置の構成＞
本実施例に係る密封装置の構成について説明する。本実施例に係る密封装置１００は、樹脂製のパッキン１０と、金属製のバネ部材２０とから構成される。パッキン１０の材料としては、炭素繊維，ガラス繊維，ブロンズ粉末などの充填剤入りのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を好適に用いることができる。バネ部材２０の材料としては、ステンレス鋼を好適に用いることができる。
本実施例に係る密封装置の構成について説明する。本実施例に係る密封装置１００は、樹脂製のパッキン１０と、金属製のバネ部材２０とから構成される。パッキン１０の材料としては、炭素繊維，ガラス繊維，ブロンズ粉末などの充填剤入りのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を好適に用いることができる。バネ部材２０の材料としては、ステンレス鋼を好適に用いることができる。
密封装置１００は、上記の通り、軸２００とハウジング３００との間の環状隙間を封止するために用いられる。例えば、ハウジング３００の軸孔の内周面に形成された環状溝３１０に装着されて、軸２００の外周面とハウジング３００の軸孔内周面との間の環状隙間を封止する（図２参照）。なお、図２においては、図中右側が密封対象流体側（高圧側（Ｈ））であり、図中左側が低圧側（Ｌ）である。また、本実施例においては、パッキン１０は環状溝３１０内に装着されることでハウジング３００に対して固定されており、軸２００がハウジング３００に対して相対的に移動すると、パッキン１０と軸２００との間で摺動する。
パッキン１０は、回転対称形状である。そして、パッキン１０は、軸線方向の一方側（高圧側（Ｈ））に設けられた環状の装着溝１１を介して外周側の外周リップ１２と、装着溝１１を介して内周側の内周リップ１３とを有している。
本実施例に係るパッキン１０においては、バネ部材２０の抜け落ちを抑制するために、外周リップ１２と内周リップ１３のうち内周リップ１３側にのみ外周側に向かって突出した環状の突起１３ａが設けられている。
また、外周リップ１２のうち最も外径が大きな部位よりもリップの根本側における最も厚みの薄い部位の肉厚Ｔ１は、内周リップ１３のうち最も内径が小さな部位よりもリップの根本側における最も厚みの薄い部位の肉厚Ｔ２よりも薄くなるように設計されている。なお、Ｔ１＜（２／３）Ｔ２を満たすようにすると好適である。
更に、軸線方向において、外周リップ１２の先端は、突起１３ａの幅Ｘの範囲内に収まるように設定されている。つまり、外周リップ１２は、装着溝１１内に装着されているバネ部材２０における外周押圧部２１の先端よりも高圧側（Ｈ）に伸び、かつ、軸線方向の長さは内周リップ１３よりも短くなるように設計されている。
バネ部材２０は、パッキン１０における装着溝１１内に装着される。このバネ部材２０は、装着溝１１の溝底側から外周側かつ高圧側（Ｈ）に伸びて外周リップ１２を外周側に押圧する外周押圧部２１と、装着溝の１１の溝底側から内周側かつ高圧側（Ｈ）に伸びて内周リップ１３を内周側に押圧する内周押圧部２２とを有している。
図３〜図５を参照して、このバネ部材２０の構成及び製法について説明する。まず、金属板に切削加工を施すことにより、周方向に蛇行するように伸びる中間製品２０ａを製作する（図３参照）。この中間製品２０ａの径方向の中心を通る仮想円Ｌを谷として、仮想円Ｌよりも内側の部分と外側の部分をそれぞれ図３中紙面手前方向に折り曲げるように折り曲げ加工を施す。これにより、バネ部材２０を得ることができる。なお、図４は折り曲げ加工により得られたバネ部材の平面図を示し、図５は図４中のＡＡ断面（ただし、一部については省略している）を示している。
＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
以上説明したように、本実施例に係る密封装置１００においては、パッキン１０における外周リップ１２の剛性を低くして、バネ部材２０における外周押圧部２１の影響を大きくすることができる。これにより、外周リップ１２の塑性変形（へたり）を原因とするシール性の低下を抑制することができる。すなわち、背景技術の中で説明したように、高温環境下では、パッキンにおける外周リップがハウジングの軸孔内周面に対して強く押し付けられる。これにより、外周リップに、へたりが生じてしまう。この場合、外周リップの剛性が高く、バネ部材における外周押圧部の影響が小さいと、へたりによるシール性の低下が顕著になってしまう。これに対して、本実施例に係る密封装置１００によれば、上記の通り、外周リップ１２の剛性を低くして、外周押圧部２１の影響を大きくすることで、外周リップ１２のへたりを原因とするシール性の低下を抑制することができる。以下、より詳細に説明する。
以上説明したように、本実施例に係る密封装置１００においては、パッキン１０における外周リップ１２の剛性を低くして、バネ部材２０における外周押圧部２１の影響を大きくすることができる。これにより、外周リップ１２の塑性変形（へたり）を原因とするシール性の低下を抑制することができる。すなわち、背景技術の中で説明したように、高温環境下では、パッキンにおける外周リップがハウジングの軸孔内周面に対して強く押し付けられる。これにより、外周リップに、へたりが生じてしまう。この場合、外周リップの剛性が高く、バネ部材における外周押圧部の影響が小さいと、へたりによるシール性の低下が顕著になってしまう。これに対して、本実施例に係る密封装置１００によれば、上記の通り、外周リップ１２の剛性を低くして、外周押圧部２１の影響を大きくすることで、外周リップ１２のへたりを原因とするシール性の低下を抑制することができる。以下、より詳細に説明する。
本実施例においては、バネ部材２０の抜け落ちを抑制する突起１３ａを、パッキン１０の内周リップ１３側にのみ設ける構成を採用している。これにより、外周リップ１２の剛性を低くすることができ、バネ部材２０における外周押圧部２１による影響を大きくすることが可能となる。従って、外周リップ１２自体がへたってしまっても、外周押圧部２１による押圧力により、外周リップ１２によるシール性を長期に亘って維持させることができる。また、内周リップ１３に環状の突起１３ａを設けることによって、内周リップ１３の先端が、軸２００とハウジング３００との間の微小隙間Ｓ１（図２参照）にはみ出してしまうことを抑制できる効果もある。
また、本実施例においては、外周リップ１２における特定の部位の肉厚Ｔ１が、内周リップ１３における特定の部位の肉厚Ｔ２よりも薄くなるように設計されている。これにより、軸２００と内周リップ１３との間で摺動する用途に密封装置１００が用いられる場合には、摺動摩耗が生ずる内周リップ１３の摩耗代を確保することができる。その一方で、外周リップ１２の肉厚は薄くすることにより、外周リップ１２の剛性については低くすることができる。なお、Ｔ１＜（２／３）Ｔ２を満たすようにすることで、これらの効果をより確実に発揮させることができる。
更に、本実施例においては、外周リップ１２は、装着溝１１内に装着されているバネ部材２０における外周押圧部２１の先端よりも高圧側（Ｈ）に伸び、かつ、軸線方向の長さは内周リップ１３よりも短くなるように設計されている。これにより、バネ部材２０が外周リップ１２の外側にはみ出してしまうことを抑制しつつ、外周リップ１２の剛性を低くすることができる。つまり、外周リップ１２の軸線方向の長さを短くするほど、外周リップ１２の剛性を低くすることができる。ここで、バネ部材２０の抜け落ちを抑制するために環状の突起１３ａが設けられた内周リップ１３よりも、外周リップ１２の軸線方向の長さを短くすることができる。ただし、バネ部材２０の外周押圧部２１が装着溝１１からはみ出してしまわないようにする必要がある。そこで、本実施例においては、外周リップ１２を上記の通り設計している。また、外周リップ１２の軸線方向の長さを短くすることによって、外周リップ１２は、バネ部材２０における外周押圧部２１により、リップ先端に近い位置で外周側に押圧される。従って、てこの原理により、リップ先端から離れた位置で外周側に押圧される場合に比べて、バネ部材２０における外周押圧部２１による影響を大きくすることが可能となる。
上記の通り、外周リップ１２は、剛性が低くなるように構成されるため、変形し易い特性を有する。しかしながら、外周リップ１２は内周リップ１３よりも短いため、環状溝３１０の側壁面に突き当たってしまうことはなく、異常に変形してしまうことはない。なお、内周リップ１３は、環状溝３１０の側壁面に突き当たってしまうこともあり得るが、肉厚が厚く、かつ環状の突起１３ａが設けられていることで剛性が高いため、異常に変形し
てしまうことはない。
てしまうことはない。
なお、耐久性に関して、本実施例に係る密封装置１００と、現行の密封装置とを比較するために、比較試験を行った。試験を行った現行の密封装置は、内周リップと外周リップの肉厚及び軸線方向の長さが等しく、かつ両リップにバネ部材の抜け落ちを抑制する環状の突起を設けた構成である。耐久試験の内容は次の通りである。まず、試験サンプルを２６０℃の高温環境下に１００時間放置する。その後、−３０℃の環境下で外周リップの締め代の測定を行った。なお、初期の締め代は、現行の密封装置及び本実施例に係る密封装置１００のいずれも０．４５ｍｍに設定した。耐久試験の結果、現行の密封装置は、外周リップの締め代が０．１ｍｍまで低下したのに対して、本実施例に係る密封装置１００の場合には、外周リップ１２の締め代は０．２５ｍｍであった。以上のように、本実施例に係る密封装置１００を採用することにより、外周リップ１２のへたりを原因とするシール性の低下を抑制することができることを確認できた。
１０ パッキン
１１ 装着溝
１２ 外周リップ
１３ 内周リップ
１３ａ 突起
２０ バネ部材
２０ａ 中間製品
２１ 外周押圧部
２２ 内周押圧部
１００ 密封装置
２００ 軸
３００ ハウジング
３１０ 環状溝
Ｓ１ 微小隙間
１１ 装着溝
１２ 外周リップ
１３ 内周リップ
１３ａ 突起
２０ バネ部材
２０ａ 中間製品
２１ 外周押圧部
２２ 内周押圧部
１００ 密封装置
２００ 軸
３００ ハウジング
３１０ 環状溝
Ｓ１ 微小隙間
Claims (2)
- 軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置において、
密封対象流体側に設けられた環状の装着溝を介して外周側の外周リップと、前記装着溝を介して内周側の内周リップとを有する樹脂製のパッキンと、
前記装着溝内に装着され、該装着溝の溝底側から外周側かつ密封対象流体側に伸びて前記外周リップを外周側に押圧する外周押圧部と、前記装着溝の溝底側から内周側かつ密封対象流体側に伸びて前記内周リップを内周側に押圧する内周押圧部とを有する金属製のバネ部材と、を備え、
前記外周リップと内周リップのうち、前記内周リップ側にのみ前記バネ部材の抜け落ちを抑制する突起が設けられていると共に、
前記外周リップのうち最も外径が大きな部位よりもリップの根本側における最も厚みの薄い部位の肉厚は、前記内周リップのうち最も内径が小さな部位よりもリップの根本側における最も厚みの薄い部位の肉厚よりも薄く、
前記外周リップは、前記装着溝内に装着されているバネ部材における外周押圧部の先端よりも密封対象流体側に伸び、かつ、軸線方向の長さは内周リップよりも短いことを特徴とする密封装置。 - 前記外周リップのうち最も外径が大きな部位よりもリップの根本側における最も厚みの薄い部位の肉厚をＴ１とし、前記内周リップのうち最も内径が小さな部位よりもリップの根本側における最も厚みの薄い部位の肉厚をＴ２とすると、
Ｔ１＜（２／３）Ｔ２
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
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