JP2006242204A - Sealing device with garter spring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種装置の軸封部に用いられるリップシール等のガータスプリング付きシール装置に関する。 The present invention relates to a seal device with a garter spring such as a lip seal used for a shaft seal portion of various devices.
下記の特許文献1などに示すように、リップシールは、一般的に、シール本来の役割をなすシール本体(ゴム材質)と、そのシール本体におけるリップ部(シール部)の背面に装着されるガータスプリングとの二つの部材から成り立っている。シール本体を構成するゴム材質としては、ニトリルゴム、ふっ素ゴム等が用いられる。また、ガータスプリングは、ばね鋼、ステンレス、ハステロイ等の材料からなるものが多い。 As shown in the following Patent Document 1 and the like, a lip seal is generally a seal body (rubber material) that plays the role of the seal, and a garter attached to the back of the lip portion (seal part) in the seal body. It consists of two members, a spring. Nitrile rubber, fluorine rubber, or the like is used as the rubber material constituting the seal body. Many garter springs are made of materials such as spring steel, stainless steel, and hastelloy.
ガータスプリングとは、両端を連結して円形としたつる巻状のコイルばねで、リップシールのリップ(シール部)と軸との間の半径方向の締め付け力を保持するために、円周方向張力を与えた状態で用いられる。 A garter spring is a helical coil spring that has a circular shape with both ends connected. In order to maintain the radial clamping force between the lip (seal part) of the lip seal and the shaft, a circumferential tension is applied. It is used in the state given.
従来のリップシールでは、高圧力および/または高速の高負荷条件下では、軸とリップ先端との摺接部分が摩擦摩耗の極限状態となり、摩擦係数の上昇と摺動発熱により、リップ摺接面温度が上昇し、いわゆるステイックスリップが発生する。 With conventional lip seals, the sliding contact portion between the shaft and the tip of the lip is in an extreme state of frictional wear under high pressure and / or high speed high load conditions. The temperature rises and so-called stick slip occurs.
このステイックスリップとは、リップ先端摺接面の高負荷および高温状態により、ゴム材料の軟化および焼付き等が惹起され起こるものである。このステイックスリップ現象が生じると、摺接面の不連続的な粘着と破断により、リップ先端の潤滑状態が極めて劣悪な環境に至る。 This stick slip is caused by softening and seizure of the rubber material due to a high load and high temperature state of the lip tip sliding contact surface. When this stick-slip phenomenon occurs, the lubrication state at the tip of the lip reaches an extremely poor environment due to discontinuous adhesion and breakage of the sliding contact surface.
このとき従来のリップシールでは、ガータスプリングは、リップ部の背面に形成してあるばね溝の中で、回転軸の軸芯に沿う方向(X方向)と、回転軸の半径方向(Y方向)に揺動し、その後に、ガータスプリングの長手方向、すなわち回転軸の円周方向(Z方向)に、蠕動運動が起こる。すなわち、ガータスプリングがXおよびY方向に向けてジグザク運動を始め、ばね溝の中を、ガータスプリングが蠕動しながらZ方向へ移動するという運動が起こる。 At this time, in the conventional lip seal, the garter spring has a direction along the axis of the rotation shaft (X direction) and a radial direction of the rotation shaft (Y direction) in the spring groove formed on the back surface of the lip portion. Then, a peristaltic motion occurs in the longitudinal direction of the garter spring, that is, in the circumferential direction (Z direction) of the rotating shaft. That is, the garter spring starts a zigzag movement in the X and Y directions, and the garter spring moves in the Z direction while swinging in the spring groove.
このときリップ先端の摺接面が回転軸面から瞬間的に離間し(開口)、被密封液が開口面から漏出するという現象を誘起する。このように、リップシールにステイックスリップが発生するときガータスプリングの蠕動運動が起き、このときシール面が開口して漏れに繋がることが漏れ原因の一つと推定されている。 At this time, the sliding contact surface at the tip of the lip is instantaneously separated from the rotation shaft surface (opening) to induce a phenomenon that the liquid to be sealed leaks from the opening surface. As described above, it is presumed that one of the causes of leakage is that the garter spring is oscillated when stick slip occurs in the lip seal, and at this time, the sealing surface opens and leads to leakage.
一般的なリップシール用ガータスプリング設計の考え方では、ゴム単体では、永久変形が避けられないので、金属のスプリングを補助にし、これにより、締め代減少を緩和するという考えである。従って、一般的に、ガータスプリングは、単に、ばね溝に嵌合されている状態で使用されており、ガータスプリングの挙動を制限するという方策はなされていない。 The general idea of designing lip seal garter springs is that permanent deformation is unavoidable with rubber alone, so metal springs are assisted, thereby reducing the reduction in tightening allowance. Therefore, in general, the garter spring is simply used in a state where it is fitted in the spring groove, and there is no measure for limiting the behavior of the garter spring.
したがって、ガータスプリングが、単にばね溝に嵌合されているだけの従来の装置構成では、ステイックスリップの発生する極限状態に至った場合には、リップ先端の摺接境界面では常に不安定な動きを示す。 Therefore, in the conventional device configuration in which the garter spring is simply fitted in the spring groove, when the extreme state where the stick slip occurs is reached, the lip tip sliding contact boundary surface is always unstable. Indicates.
また、従来の方式では、ガータスプリングがXおよびY方向へ揺動し、Z方向へは大きく移動するために、シール面が常に不安定となり、漏れを誘起する原因の一つとなるという問題がある。 Further, the conventional method has a problem that the garter spring swings in the X and Y directions and moves greatly in the Z direction, so that the seal surface is always unstable and causes leakage. .
さらに、通常のリップシールでは、被密封体の圧力が増大すると、軸締め付け力は、それに伴いますます増大し、シール面に加わる負荷を増加させ、摺動発熱の増大、リップ先端の硬化、焼付き、および、それらによる回転軸の損傷等の悪影響が出始め、シール寿命の低下を招くという問題がある。
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、いわゆるステイックスリップによるシール部の開口を防止することが可能であり、しかも、被密封流体圧力の変動によっても安定したシールを図り、シールの安定と長寿命化を図ることができるガータスプリング付きシール装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and can prevent the opening of the seal portion due to so-called stick slip, and achieves a stable seal even when the sealed fluid pressure fluctuates. An object of the present invention is to provide a sealing device with a garter spring capable of extending the life.
上記目的を達成するために、本発明に係るシール装置は、
シール本体と、前記シール本体におけるシール部の背面位置に装着してあるリング状のガータスプリングとを有するガータスプリング付きシール装置であって、
前記ガータスプリングの外径面の一部が、前記シール本体とは異なる材料の被覆用弾性部材で被覆してあることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a sealing device according to the present invention comprises:
A seal device with a garter spring having a seal body and a ring-shaped garter spring attached to a back surface position of a seal portion in the seal body,
A part of the outer diameter surface of the garter spring is covered with a covering elastic member made of a material different from that of the seal body.
本発明では、ガータスプリングの外周の一部を被覆用弾性部材で覆うことにより、ガータスプリングの一部の動きを制限し、他の部分は自由に動ける状態としている。このため、本発明によれば、ガータスプリングが、軸締め付け圧力を調整し、適正な締め代を維持しつつ、さらに、シール装部品として構成されるガータスプリングの効用を最大限に活用することができる。 In the present invention, by covering a part of the outer periphery of the garter spring with the covering elastic member, the movement of a part of the garter spring is restricted, and the other part is freely movable. For this reason, according to the present invention, the garter spring can adjust the shaft tightening pressure and maintain an appropriate tightening allowance, and further make the most of the utility of the garter spring configured as a sealing component. it can.
すなわち、ガータスプリングにおける被覆用弾性部材が、ガータスプリングの長手方向(Z方向)の動きに対して、これを拘束するように作用する。また、ガータスプリングの全周が被覆用弾性部材で被覆されているわけではないため、ガータスプリングの長手方向と垂直な方向(XおよびY方向)の動きに対して、リップ先端に発生し伝達される微細振動を吸収する程度の自由度を有する。 That is, the covering elastic member in the garter spring acts to restrain the longitudinal movement (Z direction) of the garter spring. In addition, since the entire circumference of the garter spring is not covered with the covering elastic member, it is generated and transmitted to the tip of the lip with respect to the movement in the direction (X and Y directions) perpendicular to the longitudinal direction of the garter spring. The degree of freedom to absorb the minute vibrations.
本発明では、外周の一部のみが被覆用弾性部材で被覆してあるために、ガータスプリングは、ミクロ的には振動を吸収しながら、マクロ的にはシール本体のコアとして、その位置が固定されていることになる。 In the present invention, since only a part of the outer periphery is covered with the covering elastic member, the position of the garter spring is fixed as the core of the seal body on a macro scale while absorbing vibration on a micro scale. Will be.
その結果、本発明によれば、次に示す作用効果が得られる。
被覆用弾性部材付ガータスプリングにより、シール装置としての機能性が向上し、ステイックスリップによるシール部摺接面での開口を抑制することが可能になる。また、シール部摺接面での開口を起こしにくくすることによって、シール性が安定化すると共に長寿命化が期待できる。
As a result, according to the present invention, the following effects can be obtained.
The garter spring with the covering elastic member improves the functionality as a sealing device, and it is possible to suppress the opening on the sliding surface of the seal portion due to the stick slip. Further, by making it difficult for the opening on the sliding surface of the seal portion to occur, the sealing performance can be stabilized and a longer life can be expected.
また、被密封体圧力の変動を、ガータスプリングの被覆用弾性部材が一次的にその圧力変動を捉えて緩衝し、二次的にシール部摺接面(リップ摺接面)に圧力変動を伝達するため、圧力の変動に鈍感な緊縛力リップシールとなり、シール性が安定する。 In addition, the elastic member for covering of the garter spring primarily catches the pressure fluctuation by buffering the fluctuation of the sealed object pressure, and secondarily transmits the pressure fluctuation to the seal sliding surface (lip sliding surface). Therefore, it becomes a binding force lip seal which is insensitive to pressure fluctuation, and the sealing performance is stabilized.
本発明における被覆用弾性部材の材質としては、伸び特性が大きく、且つ、引張り強さの大きいゴム状弾性物質を用いることが好ましい。伸び特性としては、JIS(K6251)で定義される伸びが、好ましくは100%以上、さらに好ましくは300%以上、特に好ましくは600%以上である。 As the material of the covering elastic member in the present invention, it is preferable to use a rubber-like elastic substance having a large elongation characteristic and a high tensile strength. As the elongation characteristic, the elongation defined by JIS (K6251) is preferably 100% or more, more preferably 300% or more, and particularly preferably 600% or more.
好ましくは、前記シール本体におけるシール部の背面位置に形成してあるバネ溝内に、前記ガータスプリングが、外径面における全周に対する一部が埋め込まれ、残りが露出するように嵌合してあり、前記バネ溝から露出しているガータスプリングの外径面が、前記被覆用弾性部材で被覆してある。 Preferably, the garter spring is fitted in a spring groove formed at the back surface position of the seal portion in the seal body so that a part of the outer circumference of the garter spring is embedded and the rest is exposed. The outer diameter surface of the garter spring exposed from the spring groove is covered with the covering elastic member.
従来方式のガータスプリング付きシール装置においては、一般的に、ガータスプリングの被密封体側に、その外径面の表面の一部をシール部材から露出させ、残の部分がシール部材のばね溝に嵌合されている。本発明では、このようにガータスプリングの外周で露出している部分に、被覆用弾性部材を形成することにより、比較的安価且つ容易な方法により、ガータスプリング耐食性を維持することができる。 In a conventional sealing device with a garter spring, generally, a part of the outer diameter surface of the garter spring is exposed from the sealing member on the sealed body side of the garter spring, and the remaining portion is fitted in the spring groove of the sealing member. Are combined. In the present invention, the garter spring corrosion resistance can be maintained by a relatively inexpensive and easy method by forming the covering elastic member on the exposed portion of the outer periphery of the garter spring.
なお、従来方式では、腐食性密封液に対するガータスプリングの防食対策として、(i)耐食性金属材料(ハステロイ、ステンレス等)を用いる方法と、(ii)ガータスプリングの表面にゴムまたはプラスチック製チューブを被せる等の方法が用いられている。しかしながら、これらの方法では、(i)の方法では、高コストになり勝ちであり、(ii)の方法では、チューブの繋ぎ目から腐食性液が浸入し、却って腐食を促進する等の問題がある。本発明では、これらの欠点を解消している。 In the conventional method, as a countermeasure against corrosion of the garter spring against the corrosive sealing liquid, (i) a method using a corrosion-resistant metal material (Hastelloy, stainless steel, etc.) and (ii) covering the surface of the garter spring with a rubber or plastic tube Etc. are used. However, in these methods, the method (i) tends to be high in cost, and in the method (ii), there is a problem that the corrosive liquid enters from the joint of the tube and promotes corrosion. is there. The present invention eliminates these drawbacks.
好ましくは、前記バネ溝から露出しているガータスプリングの外径面が、前記被覆用弾性部材で被覆してあり、シール本体とガータスプリングとが、前記被覆用弾性部材により一体化してある。 Preferably, an outer diameter surface of the garter spring exposed from the spring groove is covered with the covering elastic member, and the seal body and the garter spring are integrated with the covering elastic member.
この場合には、予め所定寸法のシールリングサイズのライナ上で、シール本体の内径を固定しながら、シール本体とガータスプリングとを被覆用弾性部材で接合一体化することにより、シール寸法の安定性が確保される。 In this case, the stability of the seal dimensions can be ensured by joining and integrating the seal body and the garter spring with a covering elastic member while fixing the inner diameter of the seal body on a liner having a seal ring size of a predetermined dimension in advance. Is secured.
好ましくは、前記ガータスプリングの外径面における全周に対する1/2〜1/4が、前記被覆用弾性部材で全体的または部分的に被覆してある。被覆している割合が小さすぎても大きすぎても、本発明の効果が少なくなる傾向にある。 Preferably, 1/2 to 1/4 of the entire circumference of the outer diameter surface of the garter spring is covered with the covering elastic member in whole or in part. Even if the covering ratio is too small or too large, the effect of the present invention tends to be reduced.
好ましくは、前記ガータスプリングの軸方向に沿って連続的または断続的に前記被覆用弾性部材で被覆してある。本発明においては、前記ガータスプリングの軸方向に沿って連続的に前記被覆用弾性部材で被覆してあることが好ましいが、多少断続的に形成しても本発明の効果は得られる。 Preferably, it is covered with the covering elastic member continuously or intermittently along the axial direction of the garter spring. In the present invention, it is preferable that the elastic member for covering is continuously covered along the axial direction of the garter spring, but the effect of the present invention can be obtained even if it is formed somewhat intermittently.
好ましくは、前記被覆用弾性部材の厚みが0.5〜3mmの範囲にある。この厚みが薄すぎても厚すぎても、本発明の効果が小さくなる傾向にある。 Preferably, the thickness of the covering elastic member is in the range of 0.5 to 3 mm. If this thickness is too thin or too thick, the effects of the present invention tend to be small.
被覆用弾性体がガータスプリングを被覆するときの膜厚と面積については、種々調査の結果、X,Y,Z方向の動きに対して、拘束と開放という二面性を有する制御を行うに適した物性として、可撓性および伸びのある皮膜であるという必要性から、膜厚は0.5〜3mm、被覆面積はガータスプリング外径面の1/2〜1/4周とする範囲が適当であるという結論によるものである。 As for the film thickness and area when the elastic body for coating covers the garter spring, as a result of various investigations, it is suitable for performing control with two-sidedness of restraint and release with respect to the movement in the X, Y and Z directions. As the physical properties, it is necessary to have a flexible and stretchable film. Therefore, the film thickness should be 0.5 to 3 mm and the coating area should be 1/2 to 1/4 of the outer surface of the garter spring. This is due to the conclusion that
本発明によれば、いわゆるステイックスリップによるシール部の開口を防止することが可能であり、しかも、被密封流体圧力の変動によっても安定したシールを図り、シールの安定と長寿命化を図ることができるガータスプリング付きシール装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the opening of the seal portion due to so-called stick slip, and it is possible to achieve a stable seal even when the sealed fluid pressure fluctuates, and to achieve a stable seal and a long life. A sealing device with a garter spring can be provided.
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図1は本発明の一実施形態に係るリップシール装置の要部斜視図、
図2は図1に示すシール装置の要部斜視図、
図3はガータスプリングの斜視図、
図4は図3に示すガータスプリングの要部斜視図、
図5は被覆用弾性部材付きガータスプリングの要部斜視図、
図6は被覆用弾性部材付きガータスプリングの正面図、
図7は本発明の実施例に係るシール装置の効果を示す試験装置の概略断面図、
図8〜図12は本発明の実施例および比較例に係るシール装置のシール特性を示すグラフである。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of an essential part of a lip seal device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a main part of the sealing device shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view of a garter spring,
4 is a perspective view of a main part of the garter spring shown in FIG.
FIG. 5 is a perspective view of an essential part of a garter spring with an elastic member for covering,
FIG. 6 is a front view of a garter spring with a covering elastic member,
FIG. 7 is a schematic sectional view of a test apparatus showing the effect of the sealing device according to the embodiment of the present invention,
8 to 12 are graphs showing the sealing characteristics of the sealing devices according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るリップシール装置10は、全体がリング形状をしているシール本体1を有する。シール本体1は、ケーシングなどに取り付けられるリング形状の基端部1aと、その基端部1aの内周側に一体に形成される断面屈曲状の支持部1cと、その支持部1cの内周側に一体に形成されるリング形状のシールリップ部1bとを有する。シールリップ部1bの内周には、横断面において内周先端が尖っているリップ先端(シール部)4が形成してある。リップ先端4が、図7に示すように、回転軸16の外周に対して摺動するようになっている。
As shown in FIG. 1, a
シールリップ部1bにおけるリップ先端の背面側(外周側)には、ガータスプリング2を嵌合するためのバネ溝3が、シールリップ部1bの長手方向に沿って形成してある。基端部1a、支持部1cおよびシールリップ部1bから成るシール本体1は、ニトリルゴムあるいはフッ素ゴムなどのゴム材料あるいは合成樹脂などで一体に成形される。
A
図1および図2に示すように、バネ溝3の内部には、その上端部が露出するようにガータスプリング2が嵌合している。ガータスプリング2は、たとえばバネ鋼、ステンレス金属、ハステロイなどの金属で構成してある。図3に示すように、ガータスプリング2は、全体としてリング形状に連結してある。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
図4に示すように、ガータスプリング2の線径d1は、特に限定されないが、たとえば0.8〜1.4mm程度である。また、ガータスプリング2の外径Doは、図2に示すバネ溝3の内径と略同一であり、たとえば4.0〜7.0mm程度である。ガータスプリング2の内径Diは、外径Doから線径d1の二倍を引いた値である。
As shown in FIG. 4, the wire diameter d1 of the
本実施形態では、図1および図2に示すように、バネ溝3の内部に嵌合してあるガータスプリング2におけるバネ溝3から露出している部分が、被覆用弾性部材8で覆われている。この被覆用弾性部材8は、ガータスプリング2における全周の一部を覆うのみでなく、バネ溝3の両側に形成してある前縁部5および後縁部6をも一体に被覆してある。なお、図2において、Z方向が、ガータスプリング2の長手方向(円周方向)であり、それに直交するX方向が、図7に示す回転軸16の軸芯方向であり、それらに直交するY方向が、回転軸16の半径方向である。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the exposed portion of the
図5および図6に示すように、ガータスプリング2の外周に対して、被覆用弾性体8が覆う範囲θは、図2に示すバネ溝3の開口部の範囲と略同じであり、全周に対して、好ましくは1/2〜1/4である。本実施形態では、ガータスプリング2の外周における一部の範囲θを、ガータスプリング2の長手方向Zに沿って連続して被覆用弾性体8で覆っている。
5 and 6, the range θ covered by the covering
被覆用弾性体8は、シール本体1を構成する材料とは異なるゴム材で構成してあり、好ましくは、シール本体1を構成する材料よりも柔軟性に優れたゴム材料で構成してある。たとえばシール本体1を構成する材料の伸び(JISK6251にて規定)が100〜150%である場合に、被覆用弾性体8の伸びは、その1〜4倍程度に大きく、好ましくは100%以上、さらに好ましくは300%以上、特に好ましくは600%以上である。
The covering
被覆用弾性体8がガータスプリング2の外周面の一部を被覆する厚みは、特に限定されないが、好ましくは0.5〜3mmの範囲にある。被覆用弾性体8は、ガータスプリング2の外周面から内周面にまで入り込んでガータスプリング2を覆っても良い。
The thickness with which the covering
ガータスプリング2の外周面の一部を被覆用弾性体8で覆うための方法としては、特に限定されないが、たとえば接着方式と焼き付け方式とが例示される。接着方式では、図1および図2に示すように、ガータスプリング2をバネ溝3の内部に嵌合させた後、バネ溝3から露出しているガータスプリング2の外周面に硬化型接着剤を塗布し、その後に、接着剤を乾燥させて硬化させる。その結果、バネ溝3に対してガータスプリング2が露出する部分を、硬化された接着剤から成る被覆用弾性体8で完全に覆うことができる。
Although it does not specifically limit as a method for covering a part of outer peripheral surface of the
硬化型接着剤としては、常温硬化型接着剤、二液混合型接着剤、紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤などが例示されるが、特に限定されない。接着剤の材質は、硬化後の状態で、シール本体1より柔軟性があり、伸び特性が大きいものを選択する。また、被覆用弾性体8を構成する接着剤としては、ガータスプリング(金属)2およびシール本体(ゴム)1との双方に接着性の良好な材料を選定することが好ましい。
Examples of the curable adhesive include room temperature curable adhesive, two-component mixed adhesive, ultraviolet curable adhesive, and thermosetting adhesive, but are not particularly limited. The material of the adhesive is selected after it is cured and is more flexible than the seal body 1 and has a large elongation characteristic. Further, as the adhesive constituting the covering
焼き付け方式では、たとえば未加硫のゴム状被覆用弾性シートを別に準備し、このシートでガータスプリング2の全周における所定範囲θを長手方向に沿って覆い、これをガータスプリング2に焼き付けて、被覆用弾性体8を形成しガータスプリング2の一部を被覆する。焼き付ける工程が、ガータスプリング2をバネ溝3に嵌合させる前であれば、被覆用弾性体8は、ガータスプリング2に対してのみ付着するが、ガータスプリング2をバネ溝3に嵌合させた後に、シール本体1と一体化させて焼き付けることが好ましい。バネ溝3に対してガータスプリング2が露出する部分を被覆用弾性体8で完全に覆うことができるからである。焼き付け法におけるゴム状弾性シートの材質の選択方法は、接着方式と同様である。
In the baking method, for example, an unvulcanized rubber-like elastic sheet for covering rubber is separately prepared, and this sheet covers a predetermined range θ along the entire circumference of the
本実施形態に係るリップシール装置10では、被覆用弾性部材8で一部が覆われたガータスプリング2により、ステイックスリップによるガータスプリング2の蠕動運動を拘束する。また、バネ溝3に接触するガータスプリング2の部分は、拘束されていないことから、リップ先端4の振動に対して、追随できる程度の自由度が与えられが、大幅な動きは制限される。その結果、シール装置10としての機能性が向上し、ステイックスリップによるリップ先端4の摺接面での開口を抑制することが可能になる。また、摺接面での開口を起こしにくくすることによって、シール性が安定化すると共に長寿命化が期待できる。
In the
また、本実施形態では、被密封体7の圧力の増大に対して、軸締め付け力の増加を低く抑える効果も有する。これは、被覆用弾性体8とガータスプリング2の上面部とが接合し、弾性体8が、ガータスプリング2の上部隙間に充満されるために、ガータスプリング2が縮もうとするのを阻み、被密封体圧力の増加に対して、それを打ち消すような逆向きな力を発生させ、軸に対する締め付け力の増加分を漸減するからである。
Moreover, in this embodiment, it has the effect which suppresses the increase in a shaft clamping force low with respect to the increase in the pressure of the to-
すなわち、本実施形態では、被密封体7の圧力の変動が、直ちにリップ先端4の摺接面に作用するのではなく、被覆用弾性部材8で一次的に圧力変動を捉え、これに緩衝作用をなさしめた後、リップ先端4の摺接面に二次的に漸減された変動圧が伝達される仕組みとなる。このため、圧力の変動に鈍感な緊縛力リップシールとなり、シール性が安定する。
That is, in the present embodiment, the pressure fluctuation of the sealed
さらに、本実施形態では、バネ溝3に対してガータスプリング2の外周で露出している部分に、被覆用弾性部材8を形成することにより、比較的安価且つ容易な方法により、ガータスプリング耐食性を維持することができる。
Further, in the present embodiment, by forming the covering
さらにまた、本実施形態では、バネ溝3から露出しているガータスプリング2の外径面が、被覆用弾性部材8で被覆してあり、シール本体1とガータスプリング2とが、被覆用弾性部材8により一体化してある。このため、予め所定寸法のシールリングサイズのライナ(図示省略)上で、シール本体1の内径を固定しながら、シール本体1とガータスプリング2とを被覆用弾性部材8で接合一体化することにより、シール寸法(リップ先端4の内径)の安定性が確保される。
Furthermore, in this embodiment, the outer diameter surface of the
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、本発明に係るガータスプリング付きシール装置は、図示する実施形態のリップシール装置10の具体的構造に限定されず、その他のリップシール装置、あるいはその他のシール装置にも適用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the present invention.
For example, the seal device with a garter spring according to the present invention is not limited to the specific structure of the
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
実施例1
Hereinafter, although this invention is demonstrated based on a more detailed Example, this invention is not limited to these Examples.
Example 1
図1および図2に示す形状のシール本体1およびガータスプリング2とを準備し、ガータスプリング2およびシール本体1の表面を溶剤で洗浄し、汚れ、油分等を除去した。次いで、シール本体1のばね溝3に、ガータスプリング2を嵌合し、これを、シール軸径に応じた所定寸法のライナ上へ載せた。
A seal body 1 and a
この状態で、図2のように、バネ溝3から露出しているガータスプリング2の表面と、前縁部5および後縁部6に、室温硬化型シリコーンゴム系統の溶液を、表面が平滑になるように0.5〜3mmの厚さで塗布した。その後、所定時間放置し、接着剤の皮膜が乾燥固化した後、シール本体1をライナから取り外した。
In this state, as shown in FIG. 2, a room temperature curable silicone rubber system solution is applied to the surface of the
室温硬化型シリコーンゴム系統材料の種類は多岐にわたり、その特性として伸びは50〜600%、引張り強さは1〜3MPa程度であり、使用温度範囲は、−50〜+250℃でゴム弾性を失わない材質のものが知られている。 There are various types of room temperature curing type silicone rubber system materials, and the properties are 50 to 600% elongation, tensile strength is about 1 to 3 MPa, and the operating temperature range is −50 to + 250 ° C., and the rubber elasticity is not lost. The material is known.
従来のガータスプリング密封方式と、被膜用弾性体付ガータスプリング方式と、被覆用弾性体皮膜の被覆面積と皮膜特性(伸び)による密封安定性を比較調査するため、以下のような評価試験を行った。被覆用弾性体皮膜の厚みは、全て1〜1.5mmであった。その試験装置を図7に示す。 The following evaluation tests were conducted in order to compare and investigate the sealing stability of the conventional garter spring sealing method, the garter spring method with an elastic material for coating, and the coating area and coating properties (elongation) of the elastic coating for coating. It was. The thickness of the covering elastic coating was 1 to 1.5 mm. The test apparatus is shown in FIG.
図7に示すように、試験装置のシールケーシング12に保持された試験機軸受側リップシール装置9および供試用リップシール装置10の間のシール室17に、空気源、フィルター、レギュレータ、流量調整弁(これらは図示せず)を備えた空気圧制御ユニット19から給気管18を通して初期設定された空気を一定時間流した。空気圧制御ユニット19における初期設定圧は40×10−4MPaであった。シール室17の圧力は、通気管20を通して、圧力センサーで測定した。試験機軸受側リップシール装置9の正面側には、軸受け油21が0.09〜0.12MPaの圧力で密封されていた。図7において、符号22は大気、符号11は回転試験機軸受側フランジ、13はケーシング押さえ、16は回転軸を示す。
試験条件
As shown in FIG. 7, an air source, a filter, a regulator, and a flow control valve are provided in a
Test conditions
試験は、完全無潤滑条件で、試験開始から30分間は給気せず、軸回転数270rpmで回転した。30分経過後に、40×10−4MPa(0.004Mpa)の加圧空気を、シール室17へ流し、空気加圧が2時間内での圧力降下回数と、リップ先端4の摺動発熱温度を測定し、比較評価を行った。
The test was performed under completely unlubricated conditions, with no air supply for 30 minutes from the start of the test, and rotated at a shaft speed of 270 rpm. After 30 minutes, 40 × 10 −4 MPa (0.004 Mpa) of pressurized air was flowed into the
供試用リップシール装置10のリップ先端4の摺接面から2mm外側の個所に温度測定用熱電対線を埋め込み、摺動発熱温度を測定した。
A thermocouple wire for temperature measurement was embedded at a
その他の条件は次の通りであった。
(1) ライナー径(回転軸16の外径);φ355mm、
(2) リップ内径:φ348mm、
(3) ガータスプリング2の外径Do:φ4mm、線径d1:0.8mm、
(4) 回転軸16の周速; 5.0m/s (270rpm)、
(5) 軸偏心; TIR 0.5mm、
(6) ケーシング偏心;TIR 0.1mm以下、
(7) 空気圧;0.004MPa (但し、回転試験開始30分後から)、
(8) シール室:完全ドライであった。
試験1
Other conditions were as follows.
(1) Liner diameter (outer diameter of rotating shaft 16); φ355mm,
(2) Lip inner diameter: φ348mm,
(3) Outer diameter Do of garter spring 2: φ4 mm, wire diameter d1: 0.8 mm,
(4) The peripheral speed of the
(5) Shaft eccentricity; TIR 0.5mm,
(6) Casing eccentricity; TIR 0.1 mm or less,
(7) Air pressure: 0.004 MPa (however, 30 minutes after the start of the rotation test)
(8) Seal chamber: Completely dry.
Test 1
試験1は、従来方式に対応し、図1および図2に示す被覆用弾性体8を、全く形成しなかった。試験1におけるシール室圧力とリップ先端温度との変化曲線図を図8に示す。
Test 1 corresponds to the conventional method, and the covering
図8に示す試験1のグラフから、シール室圧力降下回数、リップ先端の最高温度、およびその到達時間を読取った数値を、表1に示す。なお、シール室圧力降下回数の読取りは、10×10−4MPa(0.001Mpa)以上の範囲で圧が降下した場合、1回と数えた。 Table 1 shows numerical values obtained by reading the number of times of pressure drop in the seal chamber, the maximum temperature at the tip of the lip, and the arrival time thereof from the graph of Test 1 shown in FIG. In addition, the reading of the number of times of pressure reduction in the seal chamber was counted as one when the pressure dropped in a range of 10 × 10 −4 MPa (0.001 Mpa) or more.
図8および表1に示すように、リップ先端の最高温度は高く、最高温度に到達する時間も短い。シール圧力降下回数も多かった。ステイックスリップが頻繁に起こり、ガータスプリングが大きく蠕動移動した(約45mm移動)ことも確認された。また、リップ面に埋めこんだ熱電対線が振動のため約90分で破断した。
試験2
As shown in FIG. 8 and Table 1, the maximum temperature of the lip tip is high and the time to reach the maximum temperature is short. The number of seal pressure drops was also high. It was also confirmed that stick-slip occurred frequently and the garter spring moved significantly (moving about 45 mm). Further, the thermocouple wire embedded in the lip surface was broken in about 90 minutes due to vibration.
試験2では、接着剤として、硬化後の伸びが600%である室温硬化型シリコーンゴム系統接着剤aを用いてガータスプリング全周被覆し、さらに、そのガータスプリングを、ばね溝と全周接合して、リップシール装置を組み立て、試験1と同様な試験を行った。結果を表1および図9に示す。
In
伸びの大きな材料を被覆層用弾性体として使用しているが、ガータスプリング2が全面固定されているため、X,Y,Z方向の全ての動きが封じられ、試験1よりエア圧力降下回数は低いが、他の比較試料に比べると、試験1に次いで良くないことが判明した。
試験3
A material with large elongation is used as the elastic body for the coating layer, but since the
試験3では、硬化後の皮膜特性として伸び600%の接着剤aを用いて、ガータスプリング2の全周に対して1/3周の範囲θを被覆し、その硬化後の被膜が、バネ溝3の前縁部5および後縁部6をも一体に被覆しているリップシール装置にて、試験1と同様な試験を行った。結果を表1および図10に示す。
In
表1および図10に示すように、この試験3では、試験1,2と異なり、リップ最高温度も低く、シール圧力降下回数も低いことが確認された。これは、Z方向の蠕動運動は妨げられるが、X,Y方向の微細振動は吸収しているためと考えられる。
試験4
As shown in Table 1 and FIG. 10, in
試験4では、硬化後の皮膜特性として伸び300%の接着剤bを用いて、ガータスプリング2の全周に対して1/3周の範囲θを被覆し、その硬化後の被膜が、バネ溝3の前縁部5および後縁部6をも一体に被覆しているリップシール装置にて、試験1と同様な試験を行った。結果を表1および図11に示す。
In
表1および図11に示すように、この試験4では、試験1,2と異なり、リップ最高温度も低く、シール圧力降下回数も低いことが確認された。これは、Z方向の蠕動運動は妨げられるが、X,Y方向の微細振動は吸収しているためと考えられる。ただし、試験4は、試験3よりやや劣る。
試験5
As shown in Table 1 and FIG. 11, in
試験5では、硬化後の皮膜特性として伸び80%の接着剤cを用いて、ガータスプリング2の全周に対して1/3周の範囲θを被覆し、その硬化後の被膜が、バネ溝3の前縁部5および後縁部6をも一体に被覆しているリップシール装置にて、試験1と同様な試験を行った。結果を表1および図12に示す。
In
表1および図12に示すように、リップ最高温度およびシール圧力降下回数共に、皮膜付着ガータスプリングの中では、試験2についで良くないことが確認された。
評価
As shown in Table 1 and FIG. 12, it was confirmed that both the maximum lip temperature and the number of seal pressure drops were not good in
Evaluation
これらのデータから、ガータスプリングを覆う皮膜面積と皮膜の接合方法及び皮膜特性により、リップシールに与える影響は大きいことが分かり、これらを有効に組合せ利用することにより、安定したシール性が確保されると考える。 From these data, it can be seen that the film area covering the garter spring, the bonding method and the film characteristics of the film have a large effect on the lip seal, and by using these in combination, a stable sealing performance is ensured. I think.
また、従来からゴム成型時にガータスプリングをばね溝に埋め込んだ、ガータスプリング埋め込み一体型リップが知られているが、これは試験2と同様に、ばねの自由度を完全に奪うもので、本発明の実施例に比べて圧力降下が多くなることが予想される。
Further, a garter spring-embedded integrated lip in which a garter spring is embedded in a spring groove at the time of rubber molding is known. However, as in
本発明は、いわゆるステイックスリップによるシール部の開口を防止することが可能であり、しかも、被密封流体圧力の変動によっても安定したシールを図り、シールの安定と長寿命化を図ることができるリップシール装置などに適用することができる。 The present invention is capable of preventing the opening of the seal portion due to so-called stick-slip, and also achieves a stable seal even when the sealed fluid pressure fluctuates, thereby achieving a stable seal and a long life. It can be applied to a sealing device or the like.
1…シール本体
2…ガータスプリング
3…ばね溝
4…リップ先端
5…前縁部
6…後縁部
7…被密封体
8…被覆用弾性体
9…試験機軸受側リップシール装置
10…リップシール装置
11…回転試験機軸受け側フランジ
12…シールケーシング
13…ケーシング押え
16…回転軸
17…シール室
18…給気管
19…空気圧制御ユニット
20…圧力センサーの通気管
21…軸受け油
22…大気
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Seal
Claims (5)
前記ガータスプリングの外径面の一部が、前記シール本体とは異なる材料の被覆用弾性部材で被覆してあることを特徴とするシール装置。 A seal device with a garter spring having a seal body and a ring-shaped garter spring attached to a back surface position of a seal portion in the seal body,
A part of the outer diameter surface of the garter spring is covered with a covering elastic member made of a material different from that of the seal body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005054390A JP2006242204A (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Sealing device with garter spring |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2006242204A true JP2006242204A (en) | 2006-09-14 |
Family
ID=37048829
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019132325A (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Nok株式会社 | Sealing device |
-
2005
- 2005-02-28 JP JP2005054390A patent/JP2006242204A/en active Pending
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JP2019132325A (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Nok株式会社 | Sealing device |
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