JP2005221020A

JP2005221020A - 密封装置

Info

Publication number: JP2005221020A
Application number: JP2004030444A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tanida; 昌幸谷田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】螺子ポンプ作用によるシールリップの所要の密封性能を、長期間にわたって維持することの可能な密封装置を提供する。
【解決手段】シールリップ１４を回転体３に摺動可能に密接させる密封装置１において、シールリップ１４が、軸方向に密接状態に重合した複数の平ワッシャ状のシート１４１からなる。このため、シールリップ１４が弾性に乏しい材質であっても、各シート１４１の肉厚を薄くすることによって、回転体３の偏心運動（軸振れ）に対する良好な追随性を得ることができる。各シート１４１の内周縁１４１ａ，１４１ａ，・・・間には、漏れ圧力の減衰に有効な環状溝１４ａ，１４ａ，・・・が形成され、この環状溝１４ａ，１４ａ，・・・は、シート１４１の内周縁１４１ａの摩耗によって消滅することがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールリップによって回転部分の密封を行う密封装置に関する。

シールリップによって回転軸周などの密封を行う密封装置においては、例えば高速回転や、高温・高圧等の条件で使用されるものは、シールリップとして、ゴム状弾性材料に比較して耐熱性、耐摩耗性に優れ、かつ摩擦係数の低いＰＴＦＥ（PolyTetraFluoroEthylene：四フッ化エチレン樹脂）等の低摩擦合成樹脂材料で成形されたものが使用されている。ところが、ＰＴＦＥのような合成樹脂材料は、ゴム状弾性材料に比べて弾性に乏しく、回転軸の偏心運動（軸振れ）に対する追随性も低いため、ゴム状弾性材料からなるシールリップに比較して、漏れを発生しやすいといった問題がある。

そこで、合成樹脂製シールリップの偏心追随性を補償すると共に、螺子ポンプ作用による密封性の向上を図る目的で、例えば下記の特許文献に記載されているように、この種の合成樹脂製シールリップには、螺旋状の溝加工を施すことが知られている。
特開平７−３３２５０１号公報特開２０００−１８３９３

図８は、特許文献１に記載されたものと同種の、従来技術による密封装置を、その軸心を通る平面で切断した半断面図であり、図９は、特許文献２に記載されたものと同種の、他の従来技術による密封装置を、その軸心を通る平面で切断した半断面図である。これらの密封装置は、外環１０１の外周のゴム状弾性材料からなる固定部１０２においてハウジングの内周に圧入され、前記外環１０１の内周に、回転軸の外周面と摺動可能に密接される合成樹脂製シールリップ１０３が保持された構成を有する。

そしてこのうち、図８（特許文献１）に示される密封装置は、シールリップ１０３の内周面（回転軸との摺動面）から、湾曲した腰部の背面にかけて、斜めに切り込みを入れた螺旋状スリット１０３ａが形成されている。また、図９（特許文献２）に示される密封装置は、シールリップ１０３の先端部から、湾曲した腰部にかけて、プレス成形による螺旋溝１０３ｂを設けることによって、蛇腹状に形成したものである。そして、このような螺旋状スリット１０３ａあるいは螺旋溝１０３ｂによって、合成樹脂製シールリップ１０３の剛性が低下して軸偏心追随性が確保されると共に、回転軸との摺動面を通過しようとする流体を密封空間側へ押し戻す螺子ポンプ作用によって、所要の密封性能を得ている。

しかしながら、図８（特許文献１）のような螺旋状スリット１０３ａあるいは図９（特許文献２）のような螺旋溝１０３ｂは、回転軸との摺動に伴うシールリップ１０３の内周面の経時的な摩耗や、高圧条件でのつぶれ等によって小さくなり、螺子ポンプ作用による所要の密封性能を得られなくなって、漏れの発生に至っていた。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、シールリップの所要の密封性能を、長期間にわたって維持することの可能な密封装置を提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る密封装置は、シールリップが、軸方向に密接状態に重合した複数の平ワッシャ状のシートからなり、各シートの先端縁を回転体に摺動可能に密接させるものである。

また、請求項２の発明に係る密封装置は、シールリップが、軸方向に密接状態に重合した螺旋状のシートからなり、各シートの螺旋状の端縁を回転体に摺動可能に密接させるものである。

また、請求項３の発明に係る密封装置は、請求項１又は２に記載の構成において、シートがその内周縁において回転体の外周面に摺動可能に密接するものであり、前記シートの内径を、密封空間側ほど小径にしたものである。

請求項１の発明に係る密封装置によれば、シールリップを構成する各シートの肉厚を薄くすることによって、回転体の相対的な偏心運動に対する追随性を向上することができる。また、シールリップの摺動部には、各シートの重合部の端部に相当する環状溝が形成され、この環状溝が漏れ圧力を減衰させるので、優れた密封機能を奏し、しかもこの環状溝は回転体との摺動に伴うシートの摩耗によって消滅することがないので、優れた密封性能を長期にわたって維持することができる。

請求項２の発明に係る密封装置によれば、螺旋状シートの肉厚を薄くすることによって、回転体の相対的な偏心運動に対するシールリップの追随性を向上することができる。また、シールリップの摺動部には、螺旋状シートの重合部の端部に相当する螺旋溝が形成され、この螺旋溝が回転による螺子ポンプ作用を発揮するので、優れた密封機能を奏し、しかもこの螺旋溝は回転体との摺動に伴うシートの摩耗によって消滅することがないので、優れた密封性能を長期にわたって維持することができる。

請求項３の発明に係る密封装置によれば、内周縁が回転体の外周面に密接するシートの内周縁を、密封空間側ほど小径にすることによって、回転体の外周面に対するシートの良好な密接状態が確保されるので、優れた密封機能を奏することができる。

以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、第一の形態による密封装置を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図、図２は、図１の密封装置を、軸心を通る平面で切断して示す未装着状態の断面図、図３は、図１の密封装置における合成樹脂シートを示す斜視図である。

図１に示される密封装置１は、機器のハウジング２と、このハウジング２の軸孔２１に挿通された回転軸３との間の軸周空間を密封し、密封空間Ｓ内の流体が大気側Ａへ漏れるのを防止するものである。回転軸３は、請求項１に記載された回転体に相当する。

すなわち、この密封装置１は、ハウジング２の軸孔２１に拡張形成されたシール装着部２２の内周に圧入固定される外周シール部１１と、内周縁１２ａが回転軸３の外周面に微小隙間をもって対向されるダストリップ１２と、外周シール部１１及びダストリップ１２に跨って埋設一体化された補強環１３と、内周縁１４１ａが回転軸３の外周面に摺動可能に密接されるシールリップ１４と、このシールリップ１４を補強環１３の内周に固定するためのリテーナ１５からなる。

補強環１３は、金属板の打ち抜きプレス成形によって製作されたものであって、外筒部１３ａと、その一端から内周側へ延びる内向き鍔部１３ｂとからなり、すなわち軸心を通る平面で切断した断面形状（図１及び図２の断面形状）が略Ｌ字形をなしている。リテーナ１５も補強環１３と同様、金属板の打ち抜きプレス成形によって製作されたものであって、補強環１３の外筒部１３ａの内周に圧入嵌着される内筒部１５ａと、その一端から内周側へ延びる内向き鍔部１５ｂとからなる。

外周シール部１１及びダストリップ１２はゴム状弾性材料からなる。外周シール部１１は、補強環１３の外筒部１３ａの外周に一体的に加硫接着されており、ストリップ１２は、厚肉の外周基部１２ｂが補強環１３の内向き鍔部１３ｂを埋設した状態でこの内向き鍔部１３ｂに一体的に加硫接着されている。すなわち、外周シール部１１及びダストリップ１２は、予め加硫接着剤を塗布した補強環１３を所定の金型（不図示）内にセットし、型締め状態において金型内面と補強環１３との間に画成された環状のキャビティ内に、未加硫ゴム材料を充填して加熱・加圧することによって、成形と同時に補強環１３に一体的に加硫接着されたものである。

シールリップ１４は、平ワッシャ状の複数（図示の例では４枚）の合成樹脂シート１４１を、軸方向に互いに密接重合させた状態で補強環１３の外筒部１３ａの内周に挿入し、外周部１４１ｂを、ダストリップ１２の外周基部１２ｂと、前記外筒部１３ａに圧入嵌着したリテーナ１５の内向き鍔部１５ｂとの間に挟持したものである。図３に示されるように、各合成樹脂シート１４１（１４１_１〜１４１_ｎ）は、ＰＴＦＥ（PolyTetraFluoroEthylene：四フッ化エチレン樹脂）からなるものであって、請求項１に記載されたシートに相当し、その内周縁１４１ａは、請求項１に記載された先端縁に相当する。

図２に示される未装着状態では、合成樹脂シート１４１（１４１_１〜１４１_ｎ）の内径は、回転軸３の外径ｄよりも小径であり、かつリテーナ１５側に位置するものほど、言い換えれば図１において密封空間Ｓ側に位置するものほど、内径が小径となっている。したがって、回転軸３を、図２に二点鎖線で示されるように、ダストリップ１２側から挿入することによって、図１の装着状態では、各合成樹脂シート１４１の内周部が押し広げられると共に密封空間Ｓ側を向くように湾曲変形され、各合成樹脂シート１４１の内周縁１４１ａのみが、回転軸３の外周面と密接する。

以上のように構成された第一の形態の密封装置１によれば、シールリップ１４が、軸方向に互いに密接状態に重合した複数の平ワッシャ状の合成樹脂シート１４１からなるため、ＰＴＦＥのように弾性に乏しい材質であっても、各合成樹脂シート１４１を薄肉にすることによって柔軟性を確保することができる。また、各合成樹脂シート１４１を、例えば先に説明した図８あるいは図９のように、内周部を円筒状に屈曲した状態で回転軸に摺接させた場合は、偏心に対する追随性が損なわれるが、本発明では、図１のように、合成樹脂シート１４１の内周縁１４１ａのみを回転軸３の外周面と密接させて湾曲量を抑えることによって、回転軸３の偏心運動（軸振れ）に対する良好な追随性を得ることができる。

そして、図１に示される装着状態では、合成樹脂シート１４１の湾曲した内周部の曲率半径が、密封空間Ｓ側に位置するものほど小さくなるが、合成樹脂シート１４１は、密封空間Ｓ側に位置するものほど、内径が未装着状態において小径になっているので、各内周縁１４１ａを確実に回転軸３の外周面と密接させることができる。

図１に示される装着状態では、回転軸３の外周面に対するシールリップ１４の摺動部、すなわち各合成樹脂シート１４１の内周縁１４１ａ，１４１ａ，・・・間には、回転軸３の外周面に沿って円周方向へ連続した複数の環状溝１４ａ，１４ａ，・・・が形成される。そして、密封空間Ｓの密封対象流体がシールリップ１４と回転軸３の間から大気側Ａへ漏れるには、合成樹脂シート１４１の内周縁１４１ａと回転軸３の摺動部と、環状溝１４ａとを交互に通過しなければならず、このため漏れ圧力が減衰され、優れた密封機能を奏することができる。

また、合成樹脂シート１４１の内周縁１４１ａは、回転軸３との摺動によって経時的に摩耗することは避けられないが、このような摩耗を生じても、各合成樹脂シート１４１の摺動部間には、合成樹脂シート１４１，１４１，・・・の重合部の内周端に相当する環状溝１４ａ，１４ａ，・・・が常に形成されていて、消滅することがない。このため、上述した漏れ圧力減衰作用による優れた密封性能を、長期にわたって維持することができる。

次に、図４は、本発明の第二の形態による密封装置を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図、図５は、図４の密封装置を、軸心を通る平面で切断して示す未装着状態の断面図、図６は、図５の密封装置における合成樹脂シートを示す斜視図、図７は、図５の密封装置における合成樹脂シートの加工方法を示す斜視図である。

この形態において、先に説明した第一の形態と異なるところは、シールリップ１４が、軸方向に密接状態に重合した螺旋状の合成樹脂シート１４２からなる点にあり、その他の部分、すなわち図４及び図５における外周シール部１１、ダストリップ１２、補強環１３、リテーナ１５等は、図１及び図２と同様に構成されている。

シールリップ１４は、図６に示されるように、軸方向に薄肉の帯状であって複数回周回した螺旋形状の合成樹脂シート１４２を、軸方向に互いに密接重合させた状態で、図５に示されるように補強環１３の外筒部１３ａの内周に挿入し、外周部１４２ｂを、ダストリップ１２の外周基部１２ｂと、前記外筒部１３ａに圧入嵌着したリテーナ１５の内向き鍔部１５ｂとの間に挟持したものである。

合成樹脂シート１４２は、ＰＴＦＥ（PolyTetraFluoroEthylene：四フッ化エチレン樹脂）からなるものであって、請求項２に記載されたシートに相当し、その内周縁１４２ａは、請求項２に記載された螺旋状の端縁に相当する。図５に示される未装着状態では、合成樹脂シート１４２の螺旋状の内周縁１４２ａは、回転軸３の外径ｄよりも小径であり、かつリテーナ１５側へ向けて漸次小径に形成されている。したがって、回転軸３を、図５に二点鎖線で示されるように、ダストリップ１２側から挿入することによって、図４のように、合成樹脂シート１４２の内周部が押し広げられると共に密封空間Ｓ側を向くように湾曲変形され、内周縁１４２ａのみが、回転軸３の外周面と密接する。

螺旋状の合成樹脂シート１４２は、図７に示されるように、例えばＰＴＦＥからなる環状体を、螺旋状に切り出すことによって製作することができる。このため図５や図６にも示されるように、合成樹脂シート１４２の両端の一周部１４２ｃ，１４２ｄが徐々に薄肉になるように形成される。そしてこのため、リテーナ１５の内向き鍔部１５ｂ及びダストリップ１２の外周基部１２ｂとの接触部に段差が形成されるのを防止して、全周密接させることができる。

以上のように構成された第二の形態の密封装置１によれば、シールリップ１４が、軸方向に互いに密接状態に重合した螺旋状の合成樹脂シート１４２からなるため、ＰＴＦＥのように弾性に乏しい材質であっても、合成樹脂シート１４２の肉厚を薄くすること、及び内周縁１４２ａのみを回転軸３の外周面と密接させることによって、第一の形態と同様、回転軸３の偏心運動（軸振れ）に対する良好な追随性を得ることができる。

そして、図４に示される装着状態では、合成樹脂シート１４２の湾曲した内周部の曲率半径が、密封空間Ｓ側ほど小さくなるが、合成樹脂シート１４２は、未装着状態での内周縁１４２ａが、密封空間Ｓ側ほど小径になっているので、この内周縁１４２ａを確実に回転軸３の外周面と密接させることができる。

図４に示される装着状態では、合成樹脂シート１４２の内周部が密封空間Ｓ側を向くように湾曲変形されることによって、回転軸３の外周面に対するシールリップ１４の摺動部には、これを構成する合成樹脂シート１４１が螺旋状であるため、その内周縁１４２ａの重合部に沿って、螺旋状溝１４ｂが形成される。この螺旋状溝１４ｂは、回転軸３の回転によって、流体を密封空間Ｓ側へ向けて送り出すポンプ圧力（螺子ポンプ作用）を生じ、密封空間Ｓからシールリップ１４と回転軸３の間を通過して大気側Ａへ漏れようとする密封対象流体を密封空間Ｓへ押し戻すので、優れた密封機能を奏することができる。

なお、このような螺子ポンプ作用を生じるためには、回転軸３の回転方向に応じて、合成樹脂シート１４２の螺旋の方向を決定するものであることは言うまでもない。

また、合成樹脂シート１４２の内周縁１４２ａは、回転軸３との摺動によって経時的に摩耗することは避けられないが、このような摩耗を生じても、合成樹脂シート１４２の重合部の内周端に相当する螺旋状溝１４ｂが常に形成されていて、消滅することがない。このため、上述した漏れ圧力減衰作用による優れた密封性能を、長期にわたって維持することができる。

なお、上述の各形態においては、合成樹脂シート１４１，１４２の外周部をリテーナ１５によって固定しているが、接着剤によって固定し、リテーナ１５を不要とすることもできる。

本発明の第一の形態による密封装置を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。図１の密封装置を、軸心を通る平面で切断して示す未装着状態の断面図である。図１の密封装置における合成樹脂シートを示す斜視図である。本発明の第二の形態による密封装置を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。図４の密封装置を、軸心を通る平面で切断して示す未装着状態の断面図である。図５の密封装置における合成樹脂シートを示す斜視図である。図５の密封装置における合成樹脂シートの加工方法を示す斜視図である。従来技術による密封装置を、その軸心を通る平面で切断した半断面図である。他の従来技術による密封装置を、その軸心を通る平面で切断した半断面図である。

符号の説明

１密封装置
１１外周シール部
１２ダストリップ
１３補強環
１４シールリップ
１４ａ環状溝
１４ｂ螺旋状溝
１４１，１４２合成樹脂シート（シート）
１４１ａ，１４２ａ内周縁
１５リテーナ
２ハウジング
２１軸孔
２２シール装着部
３回転軸（回転体）
Ａ大気側
Ｓ密封空間

Claims

シールリップ（１４）が、軸方向に密接状態に重合した複数の平ワッシャ状のシート（１４１）からなり、各シート（１４１）の先端縁（１４１ａ）を回転体（３）に摺動可能に密接させることを特徴とする密封装置。
シールリップ（１４）が、軸方向に密接状態に重合した螺旋状のシート（１４２）からなり、各シート（１４２）の螺旋状の端縁（１４２ａ）を回転体（３）に摺動可能に密接させることを特徴とする密封装置。
シート（１４１，１４２）がその内周縁（１４１ａ，１４２ａ）において回転体（３）の外周面に摺動可能に密接するものであり、前記シート（１４１，１４２）の内径が、密封空間（Ｓ）側ほど小径であることを特徴とする請求項１又は２に記載の密封装置。