JPWO2017163992A1 - 密封装置 - Google Patents

Abstract

偏心追随性の向上を図った密封装置を提供する。密封領域側（Ｈ）に設けられた環状の装着溝１１０を介して径方向外側の外周リップ１２０と、装着溝１１０を介して径方向内側の内周リップ１３０とを有する樹脂製のパッキン１００と、装着溝１１０内に装着され、外周リップ１２０を径方向外側に押圧する外周押圧部２１０と、内周リップ１３０を径方向内側に押圧する内周押圧部２２０とを有するバネ部材２００と、を備え、内周リップ１３０の外周面には、装着溝１１０の溝底に隣接するように外周面側環状溝１１が形成されていることを特徴とする。

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）。このような従来例に係る密封装置について、図８を参照して説明する。図８は従来例に係る密封構造を示す模式的断面図である。密封装置５００は、相対的に移動する軸３００とハウジング４００との間の環状隙間を封止するために用いられる。そして、この密封装置５００は、ハウジング４００の内周に設けられた環状溝４１０に装着される。また、密封装置５００は断面がＵ字形状のＵパッキン５１０と、金属製のバネ部材５２０とから構成される。このように、金属製のバネ部材５２０を設けることによって、Ｕパッキン５１０の材料として、ＰＴＦＥを用いた場合に、Ｕパッキン５１０にへたりが生じてしまっても、密封性を維持させることができる。

しかしながら、ハウジングに対して軸が偏心する用途に用いられる場合には、一般的に、ゴム製のパッキンに比べて、ＰＴＦＥ製のパッキンは追随性が劣り、漏れが生じやすいことが知られている。この対策として、上記の金属製のバネ部材による荷重を高めることも考えられる。しかしながら、この場合には、パッキンと軸との摩擦抵抗が大きくなってしまう欠点がある。また、パッキンのリップ全体の肉厚を薄くすることで、リップを変形し易くする対策も考えられる。しかしながら、リップ全体の肉厚を薄くし過ぎると、リップが異常に変形してしまうおそれがある。また、経時的な摺動摩耗によりリップの肉厚が薄くなることは避けられないため、寿命が短くなってしまう欠点もある。従って、リップ全体の肉厚を薄くするには限度がある。

実開昭６３−２７７６３号公報 特開２０１５−１３５１３７号公報

本発明の目的は、偏心追随性の向上を図った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。

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、
密封対象流体が密封されている密封領域側に設けられた環状の装着溝を介して径方向外側の外周リップと、前記装着溝を介して径方向内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、前記外周リップを径方向外側に押圧する外周押圧部と、前記内周リップを径方向内側に押圧する内周押圧部とを有するバネ部材と、を備え、
前記内周リップの外周面には、前記装着溝の溝底に隣接するように外周面側環状溝が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、樹脂製のパッキンにおける装着溝内にバネ部材が装着されるため、パッキンにおける外周リップ及び内周リップに塑性変形（へたり）が生じてしまっても密封性が維持される。そして、内周リップの外周面には、装着溝の溝底に隣接するように外周面側環状溝が形成されているため、内周リップは外周面側環状溝を起点として変形し易い。従って、ハウジングに対して軸が偏心しても、内周リップが軸に追随し易いため偏心追随性に優れる。

前記外周面側環状溝は、前記パッキンの中心軸線を含む面で切断した断面形状が円弧状の湾曲面により形成されているとよい。

これにより、内周リップが変形した際に、外周面側環状溝の一部に応力が集中してしまうことを抑制することができる。

前記内周リップの内周面には、軸線方向において前記外周面側環状溝よりも前記密封領域側にずれた位置に内周面側環状溝が形成されているとよい。

これにより、より一層、内周リップが変形し易くなるため、偏心追随性を更に向上させることができる。

前記内周面側環状溝は、前記パッキンの中心軸線を含む面で切断した断面形状が円弧状の湾曲面により形成されているとよい。

これにより、内周リップが変形した際に、内周面側環状溝の一部に応力が集中してしまうことを抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、偏心追随性の向上を図ることができる。

図１は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図である。 図２は本発明の実施例１に係る密封構造を示す模式的断面図である。 図３は本発明の実施例１に係るバネ部材の折り曲げ加工前の状態を示す平面図である。 図４は本発明の実施例１に係るバネ部材の平面図である。 図５は本発明の実施例１に係るバネ部材の断面図である。 図６は本発明の実施例２に係る密封装置の模式的断面図である。 図７は本発明の実施例２に係るパッキンの一部拡大断面図である。 図８は従来例に係る密封構造を示す模式的断面図である。

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１）
図１〜図５を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置について説明する。図１は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図である。図１においては、密封装置の中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図２は本発明の実施例１に係る密封構造を示す模式的断面図である。図２においても、密封装置の中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図３は本発明の実施例１に係るバネ部材の折り曲げ加工前の状態を示す平面図である。図４は本発明の実施例１に係るバネ部材の平面図である。図５は本発明の実施例１に係るバネ部材の断面図である。なお、図５は図４中のＡＡ断面図である。

本実施例に係る密封装置は、軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するために用いられる。なお、本実施例に係る密封装置は、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、相対的に揺動する場合、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。更に、本実施例に係る密封装置は、ハウジングに対して軸が偏心する環境下においても、好適に用いることができる。

＜密封装置の構成＞
本実施例に係る密封装置１０の構成について説明する。本実施例に係る密封装置１０は、樹脂製のパッキン１００と、金属製のバネ部材２００とから構成される。パッキン１００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２００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１０は、上記の通り、軸３００とハウジング４００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４００の軸孔の内周面に形成された環状溝４１０に装着されて、軸３００の外周面とハウジング４００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１，２においては、図中右側が、密封対象流体が密封されている領域側（以下、密封領域側（Ｈ）と称する）である。そして、図１，２中左側が、密封対象流体が密封されている領域とは反対側（以下、反密封領域側（Ｌ）と称する）である。密封対象流体による流体圧力によって、密封領域側（Ｈ）が高圧となり、反密封領域側（Ｌ）は密封領域側（Ｈ）に比べて低圧となる。また、本実施例においては、パッキン１００は環状溝４１０内に装着されることでハウジング４００に対して固定されており、軸３００がハウジング４００に対して相対的に移動すると、パッキン１００と軸３００との間で摺動する。

本実施例に係るパッキン１００は、回転対称形状である。そして、パッキン１００は、密封領域側（Ｈ）に設けられた環状の装着溝１１０を介して径方向外側の外周リップ１２０と、装着溝１１０を介して径方向内側の内周リップ１３０とを有している。本実施例に係るパッキン１００においては、バネ部材２００の抜け落ちを抑制するために、内周リップ１３０側に、径方向外側に向かって突出した環状の突起１３１が設けられている。また、本実施例に係る外周リップ１２０と内周リップ１３０は、最大の肉厚が０．７ｍｍ以下となるように設定されると好適である。

そして、本実施例に係るパッキン１００における内周リップ１３０の外周面には、外周面側環状溝１１１が形成されている。この外周面側環状溝１１１は、装着溝１１０の溝底に隣接するよう形成されている。この外周面側環状溝１１１は、パッキン１００の中心軸線を含む面で切断した断面形状が円弧状の湾曲面（いわゆるＲ面）により形成されている。ここで、この湾曲面の曲率半径は０．３ｍｍ以上となるように設定されると好適である。これにより、内周リップ１３０が変形した際に、外周面側環状溝１１１の一部に応力が集中してしまうことを効果的に抑制することができる。

バネ部材２００は、パッキン１００における装着溝１１０内に装着される。このバネ部材２００は、装着溝１１０の溝底側から径方向外側かつ密封領域側（Ｈ）に伸びて外周リップ１２０を径方向外側に押圧する外周押圧部２１０を備えている。また、バネ部材２００は、装着溝の１１０の溝底側から径方向内側かつ密封領域側（Ｈ）に伸びて内周リップ１３０を径方向内側に押圧する内周押圧部２２０を備えている。

図３〜図５を参照して、このバネ部材２００の構成及び製法について説明する。まず、金属板に切削加工が施されることにより、周方向に蛇行するように伸びる中間製品２００ａが製作される（図３参照）。この中間製品２００ａの径方向の中心を通る仮想円Ｓを谷として、仮想円Ｓよりも内側の部分と外側の部分がそれぞれ図３中紙面手前方向に折り曲げられるように折り曲げ加工が施される。これにより、バネ部材２００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２００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＞
本実施例に係る密封装置１０によれば、樹脂製のパッキン１００における装着溝１１０内に金属製のバネ部材２００が装着されている。そのため、パッキン１００における外周リップ１２０及び内周リップ１３０に塑性変形（へたり）が生じてしまっても密封性が維持される。そして、内周リップ１３０の外周面には、装着溝１１０の溝底に隣接するように外周面側環状溝１１１が形成されているため、内周リップ１３０は外周面側環状溝１１１を起点として変形し易い。従って、ハウジング４００に対して軸３００が偏心しても、内周リップ１３０が軸に追随し易いため偏心追随性に優れる。従って、ハウジング４００に対して軸３００が偏心した場合でも、密封性を維持することができる。なお、バネ部材２００による押圧力に対する内周リップ１３０の変形のし易さは、内周リップ１３０の付け根の部分の剛性の影響力が大きい。従って、装着溝１１０の溝底に隣接するように外周面側環状溝１１１が形成されていることで、バネ部材２００による押圧力の効果を十分に発揮させることができる。つまり、内周リップ１３０を軸３００に対して、十分追随させることができる。

また、外周面側環状溝１１１は、パッキン１００の中心軸線を含む面で切断した断面形状が円弧状の湾曲面により形成されている。従って、内周リップ１３０が変形した際に、外周面側環状溝１１１の一部に応力が集中してしまうことを抑制することができる。これにより、内周リップ１３０が破損してしまうことを抑制することができる。なお、ＰＴＦＥ製のパッキン１００の場合、通常、切削加工により形状が作られる。そのため、先端が湾曲面（Ｒ面）形状の加工刃具を用いることで、外周面側環状溝１１１を容易に製作可能である。

（実施例２）
図６及び図７には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、上記実施例１で示したパッキンの内周リップの内周面側に内周面側環状溝を更に形成した構成を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。図６は本発明の実施例２に係る密封装置の模式的断面図である。図６においては、密封装置の中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図７は本発明の実施例２に係るパッキンの一部拡大断面図であり、パッキンにおける内周リップの根元付近を拡大した断面図である。

本実施例に係る密封装置１０ａの適用例、及び密封装置１０ａを用いた密封構造については、上記実施例１の場合と同様であるので、その説明は省略する。

本実施例に係る密封装置１０ａも、上記実施例１の場合と同様に、樹脂製のパッキン１００ａと、金属製のバネ部材２００とから構成される。バネ部材２００の構成については、上記実施例１と同一であるので、その説明は省略する。なお、パッキン１００ａ及びバネ部材２００の材料については、上記実施例１で説明した通りである。

本実施例に係るパッキン１００ａも、回転対称形状である。そして、パッキン１００ａは、密封領域側（Ｈ）に設けられた環状の装着溝１１０を介して径方向外側の外周リップ１２０と、装着溝１１０を介して径方向内側の内周リップ１３０ａとを有している。本実施例に係るパッキン１００ａにおいては、バネ部材２００の抜け落ちを抑制するために、内周リップ１３０ａ側に、径方向外側に向かって突出した環状の突起１３１が設けられている。また、本実施例に係る外周リップ１２０と内周リップ１３０ａは、最大の肉厚が０．７ｍｍ以下となるように設定されると好適である。

そして、本実施例に係るパッキン１００ａにおける内周リップ１３０ａの外周面には、外周面側環状溝１１１が形成されている。この外周面側環状溝１１１は、装着溝１１０の溝底に隣接するよう形成されている。この外周面側環状溝１１１は、パッキン１００の中心軸線を含む面で切断した断面形状が円弧状の湾曲面（いわゆるＲ面）により形成されている。ここで、この湾曲面の曲率半径Ｒ１は０．３ｍｍ以上となるように設定されると好適である。これにより、内周リップ１３０ａが変形した際に、外周面側環状溝１１１の一部に応力が集中してしまうことを効果的に抑制することができる。

また、本実施例に係るパッキン１００ａにおける内周リップ１３０ａの内周面には、軸線方向（パッキン１００ａにおける中心軸線方向）において外周面側環状溝１１１よりも密封領域側（Ｈ）にずれた位置に内周面側環状溝１３２が形成されている。この内周面側環状溝１３２は、パッキン１００ａの中心軸線を含む面で切断した断面形状が円弧状の湾曲面（Ｒ面）により形成されている。ここで、この湾曲面の曲率半径Ｒ２は０．３ｍｍ以上となるように設定されると好適である。これにより、内周リップ１３０ａが変形した際に、内周面側環状溝１３２の一部に応力が集中してしまうことを効果的に抑制することができる。

なお、外周面側環状溝１１１と内周面側環状溝１３２との間の最小距離Ｔ（図７参照）は、０．３ｍｍ以上にすると好適である。また、図７に示す断面において、最小距離Ｔとなる直線と、パッキン１００ａにおける中心軸線に対して垂直な直線とのなす角度（β）は、内周リップ１３０ａの内周面における上記中心軸線に対する角度（α）と同一となるように設計されている。

以上のように構成される本実施例に係る密封装置１０ａにおいても、上記実施例１の場合と同様の効果を得ることができる。なお、本実施例の場合には、内周リップ１３０ａの内周面にも内周面側環状溝１３２が形成されているので、より一層、内周リップ１３０ａが変形し易くなる。そのため、偏心追随性を更に向上させることができる。

また、内周面側環状溝１３２は、パッキン１００ａの中心軸線を含む面で切断した断面形状が円弧状の湾曲面により形成されている。従って、内周リップ１３０ａが変形した際に、内周面側環状溝１３２の一部に応力が集中してしまうことを抑制することができる。これにより、内周リップ１３０ａが破損してしまうことを抑制することができる。なお、内周面側環状溝１３２を容易に製作可能であることは、外周面側環状溝１１１の場合と同様であることは言うまでもない。

（その他）
上記実施例１，２においては、内周リップにバネ部材の抜け落ちを抑制するための環状の突起を設ける場合を示したが、外周リップにバネ部材の抜け落ちを抑制するための環状の突起を設けてもよい。

１０，１０ａ 密封装置
１００，１００ａ パッキン
１１０ 装着溝
１１１ 外周面側環状溝
１２０ 外周リップ
１３０，１３０ａ 内周リップ
１３１ 突起
１３２ 内周面側環状溝
２００ バネ部材
２００ａ 中間製品
２１０ 外周押圧部
２２０ 内周押圧部
３００ 軸
４００ ハウジング
４１０ 環状溝

Claims (4)

1. 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、
   密封対象流体が密封されている密封領域側に設けられた環状の装着溝を介して径方向外側の外周リップと、前記装着溝を介して径方向内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、前記外周リップを径方向外側に押圧する外周押圧部と、前記内周リップを径方向内側に押圧する内周押圧部とを有するバネ部材と、を備え、
   前記内周リップの外周面には、前記装着溝の溝底に隣接するように外周面側環状溝が形成されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記外周面側環状溝は、前記パッキンの中心軸線を含む面で切断した断面形状が円弧状の湾曲面により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記内周リップの内周面には、軸線方向において前記外周面側環状溝よりも前記密封領域側にずれた位置に内周面側環状溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
4. 前記内周面側環状溝は、前記パッキンの中心軸線を含む面で切断した断面形状が円弧状の湾曲面により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の密封装置。

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