CN103732956A - 轴封装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种轴封装置，在静止时不泄漏，在包括旋转初期在内的旋转时借助流体润滑进行工作并且防止泄漏，能够兼顾密封和润滑。作为达成上述目的的手段，本发明的特征在于，在旋转部件的外周面以沿圆周方向分离开的方式形成有多个泵浦部，所述多个泵浦部借助唇密封体与所述旋转部件之间的相对旋转滑动来产生泵浦作用，所述多个泵浦部具备向吸入被密封流体的方向作用的吸入泵浦部和向排出被密封流体的方向作用的排出泵浦部，所述唇密封体的唇部以在轴向上留出所述泵浦部的靠被密封流体侧的一部分的方式向大气侧延伸设置。

Description

轴封装置

技术领域

本发明涉及用于将壳体与旋转轴之间密封的唇型密封的轴封装置。

背景技术

以往，在安装于固定壳体并对旋转轴的表面进行滑动密封的唇形密封中，为了应对环境问题，通过唇部形状和尺寸以及唇部材质的适当化、唇部滑动面或对象轴表面的涂层、以及对象轴表面粗糙度的适当化而实现低摩擦化。

在对唇部滑动面或对象轴表面施加涂层的唇形密封、以及使对象轴表面粗糙度适当化的唇形密封中，存在着仅在初期有效并随着时间经过而因磨损使低摩擦无法持续的问题。

另一方面，作为使润滑特性良好的轴封装置，已知图12所示的封固单元（下面，称为“现有技术1”。例如，参照专利文献1）。

该现有技术1为，装有在壳体50安装的唇型密封体51，所述唇型密封体51具有封固缘部53，所述封固缘部53以与旋转轴52接触的方式配设，在旋转轴表面的所述封固缘部53所接触的接触部区域54具备箭头形槽部55，所述箭头形槽部55交替地设有槽56和垄部57，在旋转轴52在壳体50内旋转的情况下，箭头形槽部55发挥泵浦效应，将从大气侧浸入的异物弹回去，并且将来自被密封流体侧的流体压回去，从而维持封固效果。

此外，取代现有技术1的箭头形槽部，还已知设有螺旋槽的轴封装置（例如，参照专利文献2）。

再有，作为兼顾低转矩化和密封性的轴封装置，已知图13所示的封固单元（下面，称为“现有技术2”。例如，参照专利文献3）。

所述现有技术2具有：密封唇部60，其对被密封流体进行密封；以及螺杆泵机构64，其配置在所述密封唇部60的大气侧，由筒状部63和形成于旋转轴61表面的螺纹62构成，所述螺杆泵机构64朝向密封唇部60发挥流体泵浦作用，使密封唇部60的压紧力实质上降低，由此，利用密封唇部60确保了密封性，并且利用螺杆泵机构64实现了密封唇部60的低转矩化。

然而，在图12所示的现有技术1的轴封装置中，形成为唇型密封体51的封固缘部53与箭头形槽部55接触的结构，并且所述箭头形槽部55由高硬度材料形成且设置在旋转轴表面的接触部区域54，因此，封固缘部53的磨损较快，而且，箭头形槽部55的各槽56形成为将大气侧与被密封流体侧沿轴向直接连通的“く字状”的形状，并且封固缘部53的末端部未与“く字状”的槽56接触，因此，处于被密封流体侧与大气侧始终连通的状态，因而，在装置的静止状态下存在着被密封流体漏出到大气侧的可能性。已知在通常的油封件中轴的表面粗糙度达到2.5μm以上时成为静止时的泄漏的原因，在现有技术1的情况下，如果槽56的深度为2.5μm以上，则在静止时会发生严重的泄漏。

而且，即使是在取代现有技术1的箭头形槽部而设置螺旋槽的轴封装置中，由于是大气侧与被密封流体侧经由螺旋槽直接连通的形状，因此存在着与现有技术1同样的问题。

此外，在图13所示的现有技术2的轴封装置中，为了密封唇部60的低转矩化而使密封唇部60的压紧力降低，因此，存在着密封唇部60的密封性降低并且大气混入到被密封流体侧的问题。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-214979号公报

专利文献2：日本特开平10-331985号公报

专利文献3：日本特开2005-273693号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明正是为了解决上述现有技术的问题而完成的，其目的在于提供一种唇密封型的轴封装置，静止时不泄漏，在包括旋转初期在内的旋转时借助流体润滑而工作并且防止泄漏，能够兼顾密封和润滑。

用于解决课题的方案

为了达成上述的目的，本发明的轴封装置的第一特征在于，所述轴封装置是一种唇型密封的轴封装置，其具备唇密封体，所述唇密封体对在径向内外呈同心状地配置的旋转部件和固定部件之间进行密封，在所述轴封装置中，

在所述旋转部件的外周面以在圆周方向分离的方式形成有多个泵浦部，所述泵浦部通过所述唇密封体与所述旋转部件之间的相对旋转滑动来产生泵浦作用，

所述多个泵浦部具备向吸入被密封流体的方向进行作用的吸入泵浦部和向排出被密封流体的方向进行作用的排出泵浦部，

所述唇密封体的唇部以在轴向上留出所述泵浦部的所述被密封流体侧的一部分的方式向大气侧延伸设置。

而且，本发明的轴封装置的第二特征在于，在第一特征的基础上，所述唇密封体的唇部以在轴向上留出所述泵浦部的被密封流体侧的一部分的方式覆盖所述泵浦部并且向大气侧延伸设置，所述唇密封体的唇部被设定为与旋转部件的比所述泵浦部靠大气侧的外周面滑动接触。

而且，本发明的轴封装置的第三特征在于，在第一特征的基础上，所述唇密封体的唇部被设定为，以在轴向上留出所述泵浦部的被密封流体侧的一部分和大气侧的一部分的方式与旋转部件的形成有所述泵浦部的外周面滑动接触。

而且，本发明的轴封装置的第四特征在于，在第一至第三特征的任意一项的基础上，所述泵浦部呈线状的凹凸的周期结构，所述线状的凹凸形成为，所述凹凸的方向相对于所述滑动面的滑动方向倾斜预定的角度。

而且，本发明的轴封装置的第五特征在于，在第四特征的基础上，所述多个泵浦部形成为，相邻的泵浦部的所述线状的凹凸的方向相对于所述滑动面的滑动方向对称。

而且，本发明的轴封装置的第六特征在于，在第四或第五特征的基础上，通过照射飞秒激光来形成所述泵浦部的线状的凹凸的周期结构。

而且，本发明的轴封装置的第七特征在于，在第一至第六特征的任意一项的基础上，所述泵浦部设于多个凹部的底面，所述多个凹部形成于旋转部件的外周面。

而且，本发明的轴封装置的第八特征在于，在第四至第七特征的任意一项的基础上，所述吸入泵浦部形成为，侧面观察时，线状的凹凸随着朝向旋转轴的旋转方向而逐渐变深，排出泵浦部形成为，侧面观察时，直线状的凹凸随着朝向旋转轴的旋转方向而逐渐变浅。

而且，本发明的轴封装置的第九特征在于，在第七特征的基础上，所述多个凹部的上缘部被加工成锥形形状或者弧形形状。

而且，本发明的轴封装置的第十特征在于，在第一至第九特征的任意一项的基础上，在形成于所述多个凹部的底面的泵浦部中，所述吸入泵浦部的泵浦容量与排出泵浦部的泵浦容量设定为相等，或者其中任一方的泵浦容量设定得大。

而且，本发明的轴封装置的第十一特征在于，在第四至第十特征的任意一项的基础上，在形成于所述多个凹部的底面的泵浦部中，所述排出泵浦部的线状的凹凸的间距比吸入泵浦部的线状的凹凸的间距形成得小。

而且，本发明的轴封装置的第十二特征在于，在第四至第十一特征的任意一项的基础上，在形成于所述多个凹部的底面的泵浦部中，所述排出泵浦部的线状的凹凸的宽度或者深度比吸入泵浦部的线状的凹凸的宽度或者深度形成得大。

而且，本发明的轴封装置的第十三特征在于，在第四至第十二特征的任意一项的基础上，在形成于所述多个凹部的底面的泵浦部中，所述排出泵浦部的径向的长度或者圆周方向的长度比吸入泵浦部的径向的长度或者圆周方向的长度形成得大。

发明效果

本发明取得如下的优异的效果。

（1）根据上述第一特征，在静止时，通过唇密封体的唇部与旋转部件的外周面压接而防止泄漏，并且，在起动时，能够通过使被密封流体进入到泵浦部内来迅速地形成润滑流体膜，能够降低滑动面的滑动转矩并降低磨损。

并且，在运转时，使被密封流体进入到吸入泵浦部内，并经由滑动面将所述被密封流体送入至位于分离开的位置的排出泵浦部，通过排出泵浦部的作用使所述被密封流体返回到被密封流体侧，通过被密封流体的流动确保滑动面的润滑性，并且防止泄漏，能够确保密封性。

（2）根据上述第二特征，由于唇密封体的唇部压接于旋转部件的比泵浦部靠大气侧的外周面，因此能够可靠地防止静止时的泄漏。

（3）根据上述第三特征，由于唇密封体的唇部被设定为与旋转部件的形成有泵浦部的外周面压接，因此能够将泵浦部的轴向的长度设定得比唇密封体的轴向的长度大，能够改善泵浦作用。

（4）根据上述第四特征，由线状的凹凸的周期结构形成泵浦部，因此容易形成泵浦部，而且能够通过调整倾斜角度来自如地调节泵浦性能。

（5）根据上述第五特征，适于滑动面向两个方向旋转的情况。

（6）根据上述第六特征，泵浦部的线状的凹凸的周期结构通过照射飞秒激光而形成，因此，能够进行所述泵浦部的线状的凹凸的周期结构的方向性的控制，而且能够进行加工位置的控制，因此，能够分成离散的小范围并在各个范围形成预期的线状的凹凸的周期结构。

（7）根据上述第七特征，由于泵浦部设置于在旋转部件的外周面形成的凹部的底面，因此，在起动时，能够利用进入到凹部内的被密封流体来迅速地形成润滑流体膜。

（8）根据上述第八特征，在吸入泵浦部，能够进一步使被密封流体进入并送入到排出泵浦部，而且，在排出泵浦部，能够进一步使被送入的被密封流体返回到被密封流体侧，因此能够进一步改善滑动面的润滑性并防止泄漏。

（9）根据上述第九特征，由于凹部的上缘部被加工成锥形形状或者弧形形状，因此，唇密封体的唇部与旋转部件的外周面之间的滑动平滑，能够减少唇密封体的唇部的磨损。

（10）根据上述第十特征，由于能够将吸入泵浦部的泵浦容量与排出泵浦部的泵浦容量设定为相等，或者将其中任一方的泵浦容量设定得大，因此，能够根据轴封装置的使用形态来自由地设定吸入或排出的泵浦容量。

（11）而且，根据上述第十一至第十三特征，由于排出泵浦部的排出容量被设定得比吸入泵浦部的吸入容量大，因此从吸入泵浦部等流入的被密封流体从排出泵浦部返回至被密封流体侧，防止泄漏到大气侧。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的轴封装置的纵剖视图。

图2是示出本发明的实施方式2的轴封装置的纵剖视图。

图3是示出本发明的实施方式3的轴封装置的纵剖视图。

图4是示出本发明的实施方式4的轴封装置的纵剖视图。

图5是示出本发明的实施方式5的轴封装置的纵剖视图。

图6是示出本发明的实施方式6的轴封装置的纵剖视图。

图7是说明本发明的实施方式1至6的轴封装置中在旋转轴或套筒外周面设置的泵浦部的俯视图，其示出了将旋转轴或套筒的外周面的一部分展开成平面状的状态。

图8用于说明图7所示的泵浦部，是从被密封流体侧观察的立体图。

图9是说明泵浦部的第一变形例的图，是从与旋转轴正交的面观察的剖视图。

图10是说明泵浦部的第二变形例的俯视图，其示出了将旋转轴或套筒的外周面的一部分展开成平面状的状态。

图11是说明泵浦部的第三变形例的俯视图，其示出了将旋转轴或套筒的外周面的一部分展开成平面状的状态。

图12是说明现有技术1的纵剖视图。

图13是说明现有技术2的纵剖视图。

具体实施方式

参照附图对用于实施本发明的轴封装置的方式详细地进行说明，但本发明不受其限定和解释，只要不脱离本发明的范围，能够基于本领域技术人员的知识，实施各种变更、修正和改进。

[实施方式1]

图1是示出本发明的实施方式1的轴封装置的纵剖视图。

在图1中，在壳体1设有供旋转轴2贯穿插入的旋转轴贯通孔3，旋转轴2贯穿插入于该旋转轴贯通孔3，通过未图示的轴承等以旋转轴2与旋转轴贯通孔3周壁之间存在预定的间隙的方式支承旋转轴2。

在此，对于在径向内外呈同心状地配设的旋转部件和固定部件，壳体1相当于固定部件，旋转轴2相当于旋转部件。

在旋转轴2与旋转轴贯通孔3周壁之间配设有轴封装置10，以对被密封流体侧L与大气侧A之间进行密封。

在图1中，右侧是被密封流体侧L，左侧是大气侧A。

轴封装置10具备唇密封体11，从而将壳体1与旋转轴2对置的环状空间分隔为被密封流体侧L和大气压侧A这两个空间并且将这两个空间内外隔断，在径向截面形状为大致横L字形的加强环12呈环状地包覆有弹性体制成的密封唇部件13。密封唇部件13的旋转轴2侧即内周部分向被密封流体侧L延伸并朝向内周侧延伸，且剖面形状为大致倒三角形，与该三角形的顶点对应的缘部形状的部分形成唇部14。所述唇部14能够在压接于旋转轴2的外周面上时缘部变形从而以预定的轴向接触宽度在所述旋转轴2的外周面上滑动。

在唇部14的外周安装有卡紧弹簧15，所述卡紧弹簧15使唇部14压接于旋转轴2的外周面。

在旋转轴2的外周面形成有在周向分离的多个泵浦部20。多个泵浦部20与密封唇部件13的唇部14配置成，唇部14以在轴向上留出泵浦部20的被密封流体侧L的一部分的方式与旋转轴20的形成有泵浦部20的外周面滑动。而且，泵浦部20的大气侧的一部分未被唇部14覆盖。即，在轴向上，泵浦部20的被密封流体侧L的一部分和大气侧的一部分未由唇部14覆盖。

这样，多个泵浦部20分别与在周向相邻的泵浦部20由旋转轴2的未形成有泵浦部20的外周面分离开，而且泵浦部20与被密封流体侧L连通。通过唇部14的压接，被密封流体侧L与大气侧A成为不连通的。

泵浦部20的轴向的长度a1被设定为比唇部14的与旋转轴2的外周面接触的长度a2稍大，而且，泵浦部20的周向的长度（圆弧面的长度）b1被设定为与存在于相邻的泵浦部20、20之间的外周面S的周向的长度（圆弧面的长度）b2相等或者比其稍大。

另外，对于泵浦部20在下文中详细说明。

[实施方式2]

图2是示出本发明的实施方式2的轴封装置的纵剖视图。

在图2中，与图1所标的标号相同的标号是指与图1中的部件相同的部件，并省略详细的说明。

轴封装置30具备唇密封体31，从而将壳体1与旋转轴2对置的环状空间分隔为被密封流体侧L和大气压侧A这两个空间并将这两个空间内外隔断。唇密封体31具备截面呈L形状的树脂制的密封唇部件32，所述密封唇部件32由截面呈大致L形状的靠外侧的结合金属环33和截面呈大致L形状的靠内侧的按压金属环34夹持。

在截面呈L形状的密封唇部件32的内周侧形成有筒状唇部35，该筒状唇部35与旋转轴2的外周面强力地紧密接触而将被密封流体密封起来。

在筒状唇部35与旋转轴2的外周面紧密接触的紧密接触部的附近，在旋转轴2的外周面形成有在周向分离的多个泵浦部20。所述泵浦部20基本与实施方式1的泵浦部20相同。

与实施方式1同样地，多个泵浦部20与密封唇部件32的筒状唇部35配置成，筒状唇部35以在轴向上留出泵浦部20的被密封流体侧L的一部分的方式与旋转轴20的形成有泵浦部20的外周面滑动。泵浦部20的大气侧的一部分未被筒状唇部35覆盖。即，在轴向上，泵浦部20的被密封流体侧L的一部分和大气侧的一部分未由筒状唇部35覆盖。

这样，多个泵浦部20分别与在周向相邻的泵浦部20由旋转轴2的未形成有泵浦部20的外周面分离开，而且与被密封流体侧L连通。通过筒状唇部35的压接，被密封流体侧L与大气侧A成为不连通的。

泵浦部20的轴向的长度a1被设定为比筒状唇部35的与旋转轴20的外周面接触的轴向的长度a2稍大，而且，泵浦部20的周向的长度（圆弧面的长度）b1被设定为与存在于相邻的泵浦部20、20之间的外周面S的周向的长度（圆弧面的长度）b2相等或者比其稍大。

另外，对于泵浦部20在下文中详细说明。

[实施方式3]

图3是示出本发明的实施方式3的轴封装置的纵剖视图。

在图3中，与图2所标的标号相同的标号是指与图1中的部件相同的部件，并省略详细的说明。

在本实施方式3中，在旋转轴2嵌合有密封用套筒4这一点与实施方式2不同，其他结构与实施方式2相同，在所述套筒4的外周面S形成有在周向分离的多个泵浦部20。在此，套筒4相当于旋转部件。

另外，对于泵浦部20在下文中详细说明。

[实施方式4]

图4是示出本发明的实施方式4的轴封装置的纵剖视图。

在图4中，与图2所标的标号相同的标号是指与图2中的部件相同的部件，并省略详细的说明。

在本实施方式4中，与实施方式2的不同点在于：泵浦部20的轴向的长度a1被设定为与筒状唇部35的跟旋转轴2的外周面接触的轴向的长度a2大致相等或者比其稍小，多个泵浦部20与密封唇部件32的筒状唇部35配置成，筒状唇部35以在轴向上留出泵浦部20的被密封流体侧L的一部分的方式覆盖泵浦部20，筒状唇部35形成为进一步向大气侧A延伸设置的形状，从而配置成与旋转轴2的比泵浦部20靠大气侧A的外周面滑动。即，在轴向上，泵浦部20的被密封流体侧L的一部分未由筒状唇部35覆盖，而泵浦部20的大气侧被覆盖。

这样，多个泵浦部20分别与在周向相邻的泵浦部20由未形成有泵浦部20的外周面分离开，而且与被密封流体侧L连通。通过筒状唇部35与旋转轴2的滑动面S之间的压接，被密封流体侧L与大气侧A成为不连通的。

另外，对于泵浦部20在下文中详细说明。

[实施方式5]

图5是示出本发明的实施方式5的轴封装置的纵剖视图。

在图5中，与图4所标的标号相同的标号是指与图4中的部件相同的部件，并省略详细的说明。

在本实施方式5中，在旋转轴2嵌合有密封用套筒4这一点与实施方式4不同，其他结构与实施方式4相同，在所述套筒4的外周面S形成有在周向分离的多个泵浦部20。

在此，套筒4相当于旋转部件。

另外，对于泵浦部20在下文中详细说明。

[实施方式6]

图6是示出本发明的实施方式6的轴封装置的纵剖视图。

在图6中，与图1所标的标号相同的标号是指与图1中的部件相同的部件，并省略详细的说明。

在本实施方式6中，与实施方式1的不同点在于：泵浦部20的轴向的长度a1被设定为与唇部14的跟旋转轴2的外周面接触的轴向的长度a2大致相等或者比其稍小，多个泵浦部20与密封唇部件13的唇部14配置成，唇部14以在轴向上留出泵浦部20的靠被密封流体侧L的一部分的方式覆盖泵浦部20，唇部14形成为进一步向大气侧A延伸设置的形状，从而配置成与旋转轴2的比泵浦部20靠大气侧A的外周面滑动。即，在轴向上，泵浦部20的被密封流体侧L的一部分未由唇部14覆盖，而泵浦部20的大气侧被覆盖。

这样，多个泵浦部20分别与在周向相邻的泵浦部20由未形成有泵浦部20的外周面分离开，而且与被密封流体侧L连通。通过唇部14与旋转轴2的滑动面S之间的压接，被密封流体侧L与大气侧A成为不连通的。

另外，对于泵浦部20在下文中详细说明。

在上述的图1的实施方式1和图6的实施方式6的情况下，与图3的实施方式3和图5的实施方式5同样地，当然也可以应用于将密封用套筒4嵌合于旋转轴2的结构。

[泵浦部的结构]

图7是说明本发明的实施方式1至6的轴封装置中在旋转轴或套筒之类的旋转部件的外周面设置的泵浦部的俯视图，其示出了将旋转部件的外周面的一部分展开成平面状的状态。在图7中，以实施方式1～6中实施方式1的泵浦部20为例进行说明，不过实施方式2～6的泵浦部20也是同样的结构。

为了使密封唇部件与旋转部件的外周面滑动的滑动面低摩擦化，虽然根据被密封流体的种类、温度等而不同，不过通常滑动面之间需要约为0.1μm～10μm的液膜。为了得到该液膜，在本发明中，如上所述，在旋转部件的外周面沿圆周方向独立地配置有多个泵浦部20，所述泵浦部20借助于密封唇部件13与旋转部件之间的相对旋转滑动而产生泵浦作用。所述泵浦部20具备向吸入被密封流体的方向进行作用的吸入泵浦部20a和向排出被密封流体的方向进行作用的排出泵浦部20b。

如图8中详细示出地，在各个泵浦部20分别形成有相互平行且具有一定间距的多个线状的凹凸(在本发明中，也称为“线状的凹凸的周期结构”。）。如后所述，所述线状的凹凸的周期结构例如是由飞秒激光形成的细微的结构。

另外，在本发明中，“线状的凹凸”除了直线状的凹凸之外，还包含在形成直线状的凹凸的过程中出现的稍稍弯曲了的凹凸或者曲线状的凹凸。

而且，除了线状的凹凸的周期结构与旋转轴2或套筒4的外周面形成得处于同一面的情况之外，也可以在外周面形成凹部21并在所述凹部的底面形成所述线状的凹凸的周期结构。

在图7中，示出了旋转轴2沿R方向旋转的情况，在泵浦部20形成的线状的凹凸形成为相对于滑动面S的滑动方向以预定的角度θ倾斜。优选的是，预定的角度θ相对于滑动面S的滑动方向在10°～80°的范围。

多个泵浦部20中的各个泵浦部20的线状的凹凸相对于旋转切线倾斜的倾斜角度θ可以全部相同，也可以是按照泵浦部20不同而不同。但是，滑动面S的滑动特性随着所述倾斜角度θ而受到影响，因此，为了得到稳定的滑动特性，根据所要求的润滑性和滑动条件等将各泵浦部20的线状的凹凸的倾斜角度统一成适当的特定的倾斜角度θ是有效的。

因此，如果滑动面S的旋转滑动方向是一个方向的话，多个泵浦部21各自的线状的凹凸相对于旋转切线的倾斜角度θ被限定为最佳的特定的角度。

此外，如果滑动面S的旋转滑动方向是正反两个方向的话，优选混杂有第一泵浦部和第二泵浦部，所述第一泵浦部具有以向一个方向旋转时形成适当的滑动特性的第一角度相对于旋转切线倾斜的线状的凹凸，所述第二泵浦部具有以向与所述一个方向相反的方向旋转时形成适当的滑动特性的第二角度相对于旋转切线倾斜的线状的凹凸。根据这样的结构，在滑动面S向正反两个方向旋转时，能够分别得到适当的滑动特性。

更为具体地来说，在滑动面S向正反两个方向旋转的情况下，优选吸入泵浦部20a与排出泵浦部20b各自的线状的凹凸的倾斜角度形成为相对于旋转切线对称的角度。

而且，优选吸入泵浦部20a和排出泵浦部20b形成为沿滑动面S的周向交替地配置。

图7所示的吸入泵浦部20a和排出泵浦部20b为适于所述的滑动面S向两个方向旋转的情况的结构。

另外，吸入泵浦部20a和排出泵浦部20b也可以不沿滑动面S的周向交替地配置，例如也可以按照两个吸入泵浦部20a、一个排出泵浦部20b的比例配置，或者以相反的比例配置。

采用将相互平行且一定间距的多个线状的凹凸高精度地以预定的间距配置的结构的泵浦部20，例如通过使用飞秒激光将滑动面S的预定的区域严格地划分开、进而在各范围高精度地控制凹凸的方向来形成。

当以接近加工界限值的照射强度对基板照射直线偏光的激光时，由于入射光与沿着基板的表面的散射光或者等离子波的干涉，与偏光方向正交地自组织地形成具有波长等级的间距和槽深的凹凸状的周期结构。此时，通过使飞秒激光重复进行操作，能够在表面形成所述周期结构图案。

在所述利用飞秒激光的照射而形成的线状的凹凸的周期结构中，能够进行所述凹凸的周期结构的方向性的控制，而且能够进行加工位置的控制，因此，能够分成离散的小范围并在各个范围形成预期的线状的凹凸的周期结构。即，使圆筒状的旋转轴或套筒的外周面旋转的同时采用该方法的话，能够在外周面选择性地形成细微的周期图案。并且，在利用飞秒激光的加工方法中，能够形成对提高唇型密封的润滑性和减少泄漏有效的亚微米等级的深度的凹凸。

所述线状的凹凸的周期结构的形成不限于使用飞秒激光，也可以使用皮秒激光或电子束。而且，也可以通过使用具备周期结构的槽的模具而在使圆筒状的滑动面旋转的同时进行压花或者刻印来形成所述线状的凹凸的周期结构。

此外，也可以是，当在外周面（滑动面）的凹部的底部形成所述线状的凹凸的周期结构的情况下，通过蚀刻在外周面形成凹部，然后利用飞秒激光等使凹部的底部形成线状的凹凸的周期结构。此外，也可以是，通过飞秒激光等在外周面仅形成线状的凹凸的周期结构，然后在线状的凹凸的周期结构的周围进行镀敷或者成膜来形成包围件。

图8是说明图7所示的泵浦部的图，是从被密封流体侧观察的立体图。

为了使密封唇部件与旋转部件的外周面滑动的滑动面低摩擦化，虽然根据被密封流体的种类、温度等而不同，不过通常在滑动面之间形成约为0.1μm～10μm的液膜h，不过，在该情况下，在泵浦部20，假定一个将凹凸的顶点连结起来的假想平面，所述假想平面根据液膜h被设定为与滑动面S处于同一面或者位于滑动面S的下方。在图8（a）中，示出了滑动面S与假想平面之间的距离d1=0、即假想平面与滑动面S处于同一面的情况，而且，在图8（b）中，示出了在形成于滑动面S的凹部21的底部形成有泵浦部20的情况，假想平面被设定在相对于滑动面S低d1>0的量的位置。

如图1～3所示，出于防止静止时的泄漏的观点，在唇密封体的唇部14或筒状唇部35与旋转轴2的形成有泵浦部20的外周面滑动接触的情况下，优选将滑动面S与假想平面之间的距离d1设定为0≤d1≤2μm。而且，优选将凹凸的顶点连结起来而成的假想平面与底部之间的深度d2处于0<d2≤2μm的范围，优选d1与d2的合计值为0<d1+d2≤2.5μm。

另一方面，如图4～6所示，在唇密封体的唇部14或筒状唇部35还与旋转轴2的比泵浦部20靠大气侧的外周面滑动接触的情况下，优选为，滑动面S与假想平面之间的距离d1在d1=0～10h的范围，且将凹凸的顶点连结起来而成的假想平面与底部之间的深度d2在d2=0.1～10h的范围。

并且，泵浦部11的直线状的凹凸的间距p根据被密封流体的粘度进行设定，不过在图1～6的任一情况下，优选所述间距p为0.1μm～100μm。在被密封流体的粘度高的情况下，优选增大间距p以使流体充分进入到槽内。

在形成于外周面（滑动面S）的凹部21的底部形成泵浦部20的情况下，利用飞秒激光，首先形成凹部21，然后接着形成泵浦部20。在形成于外周面（滑动面S）的凹部21的底部形成有泵浦部20的情况下，被密封流体能够进入到凹部21内的空间，能够大量产生不会被泵浦部20泄漏到大气侧的液体的流动。而且，在该情况下，凹部21的上缘部22是密封唇部件13的唇部14擦过的部分，因此优选所述凹部21的上缘部22形成为锥形形状或者弧形形状。

如上所述，在静止时，通过形成沿圆周方向连续的滑动面S而防止泄漏，并且，在起动时，能够通过使被密封流体进入到泵浦部20内来迅速地形成润滑流体膜，能够降低滑动面S的滑动转矩并减少磨损。并且，在运转时，使被密封流体进入到吸入泵浦部20a内，并经由滑动面S将所述被密封流体送入至位于分离开的位置的排出泵浦部20b，通过排出泵浦部20b的作用使所述被密封流体返回被密封流体侧。通过这样的被密封流体的流动来确保滑动面S的润滑性，并且防止泄漏，能够确保密封性。特别是在将泵浦部20的凹凸的顶点连结起来而成的假想平面设定得比滑动面S低的情况下，假想平面形成为与滑动面S具有阶梯差d1的形状，因而，在起动时，能够利用进入到凹部21内的被密封流体迅速地形成润滑流体膜。

[泵浦部的第一变形例]

图9是说明泵浦部的第一变形例的图，是从与旋转轴正交的面观察的剖视图。

在图9中，在凹部21的底部形成的泵浦部20的吸入泵浦部20a形成为：其线状的凹凸随着朝向旋转轴2的旋转方向R而逐渐变深，排出泵浦部20b形成为：其线状的凹凸随着朝向旋转轴2的旋转方向R而逐渐变浅。

这样，线状的凹凸形成为，不仅在俯视观察时相对于旋转切线倾斜，而且从侧面观察时也相对于旋转切线倾斜，因此，在吸入泵浦部20a，能够进一步使被密封流体进入并送入至排出泵浦部20b，而且，在排出泵浦部20b，能够进一步使送入的被密封流体返回到被密封流体侧。

另外，线状的凹凸除了沿周向倾斜的情况之外，也可以沿轴向倾斜，而且也可以沿周向和轴向这两个方向都倾斜。

在本例的情况下，在设形成于滑动面之间的液膜厚度为h的情况下，在唇密封体的唇部14或筒状唇部35与旋转轴2的比泵浦部20靠大气侧的外周面也滑动接触的情况下，将从滑动面到将泵浦部的凹凸的顶点连结起来而成的假想平面的最深部和最浅部的深度设定为在0～10h的范围内即可。而且，在唇密封体的唇部14或筒状唇部35与旋转轴2的形成有泵浦部20的外周面滑动接触的情况下，将从滑动面到将泵浦部的凹凸的顶点连结起来而成的假想平面的最深部和最浅部的深度设定为在0～2μm的范围内即可。

[泵浦部的第二变形例]

图10是说明泵浦部的第二变形例的俯视图，其示出了将旋转轴或套筒的外周面的一部分展开成平面状的状态，示出了旋转轴2向R方向旋转的情况。

在旋转轴2的外周面形成有相同容量的吸入泵浦部20a和排出泵浦部20b的情况下，具有能够在两个旋转方向的轴封装置中利用的优点，但是在被密封流体的压力高的情况下，存在着来自吸入泵浦部20a等的流入量超过来自排出泵浦部20b的排出量而导致泄漏量增加的危险。

在图10（a）中，排出泵浦部20b的线状的凹凸的间距Pb形成得比吸入泵浦部20a的线状的凹凸的间距Pa小，排出泵浦部11b的排出容量设定得比吸入泵浦部20a的吸入容量大。因此，从吸入泵浦部20a等流入的被密封流体从排出泵浦部20b排出到被密封流体侧，防止泄漏到大气侧。

另外，在图10（b）中，排出泵浦部20b的线状的凹凸的宽度或者深度形成得比吸入泵浦部20a的线状的凹凸的宽度或者深度大，排出泵浦部20b的排出容量设定得比吸入泵浦部20a的吸入容量大。因此，从吸入泵浦部20a等流入的被密封流体从排出泵浦部20b返回到被密封流体侧，防止泄漏到大气侧。

[泵浦部的第三变形例]

图11是说明泵浦部的第三变形例的俯视图，其示出了将旋转轴或套筒的外周面的一部分展开成平面状的状态，示出了旋转轴2向R方向旋转的情况。

在旋转轴2的外周面形成有相同容量的吸入泵浦部20a和排出泵浦部20b的情况下，具有能够在两个旋转方向的轴封装置中利用的优点，但是在被密封流体的压力高的情况下，存在着从吸入泵浦部20a等流入的流入量超过从排出泵浦部20b排出的排出量而导致泄漏量增加的危险。

在图11（a）中，吸入泵浦部20a和排出泵浦部20b的周向的长度a相同，但是排出泵浦部20b的轴向的长度b′比吸入泵浦部20a的轴向的长度b形成得长，排出泵浦部20b的排出容量被设定得比吸入泵浦部20a的吸入容量大。因此，从吸入泵浦部20a等流入的被密封流体从排出泵浦部20b返回到被密封流体侧，防止泄漏到大气侧。

另外，在图11（b）中，吸入泵浦部20a和排出泵浦部20b的轴向的长度b相同，但是排出泵浦部20b的周向的长度a′比吸入泵浦部20a的周向的长度a形成得长，排出泵浦部20b的排出容量被设定得比吸入泵浦部20a的吸入容量大。因此，从吸入泵浦部20a等流入的被密封流体从排出泵浦部20b返回到被密封流体侧，防止泄漏到大气侧。

再有，虽未图示，也可以将排出泵浦部20b的周向的长度或者轴向的长度形成得比吸入泵浦部20a的周向的长度或者轴向的长度长，将排出泵浦部20b的排出容量设定得比吸入泵浦部20a的吸入容量大。

标号说明

1：壳体；

2：旋转轴；

3：旋转轴贯通孔；

4：套筒；

10：轴封装置；

11：唇密封体；

12：加强环；

13：密封唇部件；

14：唇部；

15：卡紧弹簧；

20：泵浦部；

20a：吸入泵浦部；

20b：排出泵浦部；

21：凹部；

22：凹部的上缘部；

30：轴封装置；

31：唇密封体；

32：密封唇部件；

33：结合金属环；

34：按压金属环；

35：筒状唇部；

S：旋转部件的滑动面；

L：被密封流体侧；

A：大气侧。

Claims (13)

1.一种轴封装置，所述轴封装置是具备唇密封体的唇型密封的轴封装置，所述唇密封体对在径向内外呈同心状地配置的旋转部件与固定部件之间进行密封，所述轴封装置的特征在于，

在所述旋转部件的外周面以在圆周方向分离的方式形成有多个泵浦部，所述泵浦部通过所述唇密封体与所述旋转部件的相对旋转滑动来产生泵浦作用，

所述多个泵浦部具备向吸入被密封流体的方向进行作用的吸入泵浦部和向排出被密封流体的方向进行作用的排出泵浦部，

所述唇密封体的唇部以在轴向上留出所述泵浦部的所述被密封流体侧的一部分的方式向大气侧延伸设置。

2.根据权利要求1所述的轴封装置，其特征在于，所述唇密封体的唇部以在轴向上留出所述泵浦部的被密封流体侧的一部分的方式覆盖所述泵浦部并且向大气侧延伸设置，所述唇密封体的唇部被设定为与旋转部件的比所述泵浦部靠大气侧的外周面滑动接触。

3.根据权利要求1所述的轴封装置，其特征在于，所述唇密封体的唇部被设定为，以在轴向上留出所述泵浦部的被密封流体侧的一部分和大气侧的一部分的方式与旋转部件的形成有所述泵浦部的外周面滑动接触。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的轴封装置，其特征在于，所述泵浦部呈线状的凹凸的周期结构，所述线状的凹凸形成为，所述凹凸的方向相对于所述滑动面的滑动方向倾斜预定的角度。

5.根据权利要求4所述的轴封装置，其特征在于，所述多个泵浦部形成为，相邻的泵浦部的所述线状的凹凸的方向相对于所述滑动面的滑动方向对称。

6.根据权利要求4或5所述的轴封装置，其特征在于，通过照射飞秒激光来形成所述泵浦部的线状的凹凸的周期结构。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的轴封装置，其特征在于，所述泵浦部设于多个凹部的底面，所述多个凹部形成于旋转部件的外周面。

8.根据权利要求4至7中的任意一项所述的轴封装置，其特征在于，所述吸入泵浦部形成为，在从侧面观察时，线状的凹凸随着朝向旋转轴的旋转方向而逐渐变深，排出泵浦部形成为，在从侧面观察时，线状的凹凸随着朝向旋转轴的旋转方向而逐渐变浅。

9.根据权利要求7所述的轴封装置，其特征在于，所述多个凹部的上缘部被加工成锥形形状或者弧形形状。

10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的轴封装置，其特征在于，在形成于所述多个凹部的底面的泵浦部中，所述吸入泵浦部的泵浦容量与排出泵浦部的泵浦容量设定为相等，或者其中任一方的泵浦容量设定得大。

11.根据权利要求4至10中的任意一项所述的轴封装置，其特征在于，在形成于所述多个凹部的底面的泵浦部中，所述排出泵浦部的线状的凹凸的间距比吸入泵浦部的线状的凹凸的间距形成得小。

12.根据权利要求4至11中的任意一项所述的轴封装置，其特征在于，在形成于所述多个凹部的底面的泵浦部中，所述排出泵浦部的线状的凹凸的宽度或者深度比吸入泵浦部的线状的凹凸的宽度或者深度形成得大。

13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的轴封装置，其特征在于，在形成于所述多个凹部的底面的泵浦部中，所述排出泵浦部的径向的长度或者圆周方向的长度比吸入泵浦部的径向的长度或者圆周方向的长度形成得大。

Images