JP2006300191A - シール装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バックアップリング30によりリップ部22,23の背面23aを支持すると共に、ゴム又は樹脂製のサポートリング100をバックアップリング30に保持させて、圧力を受けて変形するリップ部23の背面23aをサポートリング100のリップ支持面100aにより支持し、回転軸SがハウジングHの孔に対して偏芯する場合には軸対向周面100dにより回転軸Sの外周面Saを支持する構成とした。これにより、回転軸S及びバックアップリング30の接触を防ぎつつ、高圧及び高温の環境下においても、リップ部33の変形を適正な範囲に維持できる。
【選択図】 図3
Description
そこで、このようなリップ型シール装置では、高圧環境下においても、リップ部のシール面と回転軸との接触面積を適度な大きさに保つために、リップ部を支持するバックアップリングを備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に開示されたリップ型シール装置は、エアコンに用いられるコンプレッサの回転軸に摺接するように先端に向けて徐々に縮径するリップ部を有するゴム状弾性材製の環状のシールリップ、リップ部の背面を支持する金属製のバックアップリング等を備えている。バックアップリングは、リップ部が圧力を受けて回転軸側に過剰に変形するのを防止し、リップ部と回転軸との接触面積の増大による磨耗や摩擦熱の発生を抑制する。
一方、リップ部の一部が回転軸とバックアップリングとの間の隙間にはみ出すのを防ぐには、バックアップリングの内径を縮小して回転軸との隙間を狭めることが考えられる。
しかしながら、金属製のバックアップリングの場合、回転軸との隙間を狭めると、ハウジングと回転軸との偏芯や回転軸の振れがある場合に、回転軸とバックアップリングが接触し、回転軸やバックアップリングが損傷したり、回転軸とバックアップリングの摩耗により金属粉が発生したりする可能性がある。
この構成によれば、高圧、高温の環境下において、リップ部が被密封流体から圧力を受けて変形すると、バックアップリングの接合周面に保持されたサポートリングは、そのリップ支持面によりリップ部の背面を支持する。これにより、リップ部の変形が適正な範囲に保たれる。
また、サポートリングは、ハウジングと軸との偏芯や軸の振れがある場合に、その軸対向周面により軸の外周面を支持して軸とバックアップリングとが直接接触するのを防ぐと共にその形成材料の弾性により偏芯や軸振れに追随する。
この構成によれば、サポートリングの軸対向周面の軸方向の長さを延長することにより軸対向周面の面積を拡張でき、ハウジングと軸との偏芯や軸の振れがある場合に、軸の外周面を確実に支持できて、軸の外周面がリップ部に圧接されてシール面の面圧が偏るのを防ぐ作用が奏される。
この構成によれば、サポートリングのリップ支持面がバックアップリングの支持面の一部として機能し、軸とバックアップリングの接触を防ぎつつ、サポートリングを用いずにバックアップリングを軸の外周面に近づけてリップ部を支持する場合と同様の作用が奏される。
この構成によれば、バックアップリングとサポートリングのリップとがより堅固に接合されて、両者の剥がれ等を防止できる。
この構成によれば、ハウジングと軸との偏芯や軸の振れ等がある場合でも、軸対向周面の片当たりが防止されて、所期のシール性能を得ることができる。
図1ないし図5は、本発明のシール装置の一実施形態を示すものであり、図1は装着状態におけるシール装置の片側断面図、図2は未装着状態におけるシール装置の片側断面図、及び図3はサポートリング周辺の拡大部分断面図である。
シールリップ20の材料としては、H−NBR系のゴム材料等の如く、耐熱性と強度に優れたゴム状弾性材が用いられ、又、回転軸Sの外周面Saとの接触状態を最適に維持することができるように材質硬度が選択される。
円錐支持部33は、円筒支持部32側から円錐部23の途中の領域まで延出して、円錐部23の内部空間F(被密封流体)とは反対側の背面23aを径方向内側から支持するようになっている。また、円錐支持部33は、その外周面である支持面33cが、円錐部23側に向けて凸状となるように湾曲して形成されている。
接合周面33aは、回転軸Sの外径よりも大きい内径をもち、接合周面33aと回転軸Sの外周面Saとは、図4に示すように、距離SP1を隔てて対向している。
被接合面100b,100cは、接合周面33a及び内壁面33bに接着、溶着、焼付(一体成形)等により接合されている。これにより、サポートリング100は、バックアップリング30に強固に保持される。
軸対向周面100dは、これに挿通される回転軸Sの外周面Saとの間に僅かな隙間SP2をもつように形成される。この隙間SP2は、軸対向周面100dが外周面Saと常時接触するのを避けるために形成される。また、軸対向周面100dの軸方向の長さは、接合周面33aの軸方向の長さよりも長く形成されている。これにより、サポートリング100は、軸受けとしての機能を確実に発揮する。
接合部91は、シールリップ20のカシメ部24bで第3シールリップ80の接合部81に向けて押し付けられて堅固に固定されている。
これにより、順次に挿入されたバックアップリング30、第2シールリップ40、第2バックアップリング50、スペーサリング60、ホルダリング70、第3シールリップ80、第3バックアップリング90は全て、シールリップ20により挟持されて固定され、シール装置10が完成する。
ハウジングH内の内部空間Fの被密封流体が高温、高圧になると、図4に示すように、シールリップ20の円錐部23は圧力を受けて変形する。このとき、サポートリング100のリップ支持面100aは、円錐部23の先端部の背面23aを支持するので、円錐部23の変形は適正な範囲に保たれる。これにより、円錐部23のシール面23bと回転軸Sの外周面Saとの間の面圧が適正な範囲に維持されて安定したシール性能を確保することができる。
また、上記したように、隙間SP2は、軸対向周面100dと回転軸Sの外周面Saとの接触を避けるための僅かな隙間であるため、変形した円錐部23の一部は隙間SP2にはみ出すことが殆どない。
さらに、リップ支持面100aはエッジ33eを含む領域に配置されているので、エッジ33eにおいて円錐部23に応力が集中することがなく、円錐部23の損傷を防ぐことができる。
サポートリング100を備えていない場合には、ハウジングH内の被密封流体が高温、高圧になると、図6に示すように、円錐部23の先端部は、バックアップリング30の接合周面33aと回転軸Sの外周面Saとの間に形成される隙間SP1内に向かってはみ出す。ハウジングH内の被密封流体が高温、高圧になるほどこのはみ出し量は大きくなる。このように、円錐部23が隙間SP1内にはみ出すと、円錐部23のシール面23bの面圧が低下してシール性能が低下すると共に円錐部23が損傷しやすくなる。
なお、被密封流体としてCO2+PAGオイルを用い、回転軸Sの回転数を9500rpmとし、被密封流体の圧力を5.5MPaとし、温度を150℃として密封性試験を行った。
図7から分かるように、サポートリング100を用いた場合には、長時間経過後にも漏れ量の増加は僅かであるが、サポートリング100を用いない場合には、時間の経過と共に漏れ量が急激に増大する。
このように、本実施形態に係るシール装置は、5.5MPaの如く高圧で150℃の如く高温の環境下においても、長期間の使用に耐え得るシール性能をもつ。
この実施形態においては、図8に示すように、バックアップリング30´の接合周面33aと支持面33cとの交わる領域に湾曲した湾曲部33e´が形成されている。また、サポートリング100´のリップ支持面100a´が、バックアップリング30´の湾曲部33e´及び支持面33c(すなわち、バックアップ部の支持面側)の一部を覆うように形成され、又、軸方向S1におけるリップ支持面100a´とは反対側において、軸対向周面100dと端面100e´とが交わる領域にテーパ状に面取りされた面取り部100f´が形成されている。
また、上記実施形態では、サポートリング100のリップ支持面100aをバックアップリング30のエッジ33eを含む領域に配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、リップ部としての円錐部23の変形を適正な範囲に保つことができればよく、エッジ33eより前方あるいは後方に配置することも可能である。
20 シールリップ
21 嵌着部
22 円筒部(リップ部)
22a 背面
23 円錐部(リップ部)
23a 背面
23b シール面
30,30´ バックアップリング
31 接合部(被支持部)
32 円筒支持部(バックアップ部)
33 円錐支持部(バックアップ部)
33a 接合周面
33b 内壁面
33c 支持面
33e エッジ
33e´ 湾曲部
40 第2シールリップ
50 第2バックアップリング
51 接合部
60 スペーサリング
61 金属環
62 環状パッキン
70 ホルダリング
80 第3シールリップ
90 第3バックアップリング
100 サポートリング
100a,100a´ リップ支持面
100b 被接合面
100c 被接合面
100d 軸対向周面
100e´ 端面
100f´ 面取り部
S 回転軸
Sa 外周面
H ハウジング
Ha 孔
Hb 内周面
SP2 隙間
Claims (5)
- ハウジングの孔の内周面と前記孔に挿通された軸の外周面との間に装着されてハウジング内の被密封流体をシールするシール装置であって、
前記ハウジングの孔の内周面に嵌着される嵌着部,前記嵌着部から被密封流体側へ延出して先端側内周に前記軸の外周面と密接可能なシール面をもつリップ部,を備えるゴム状弾性材製の環状のシールリップと、
前記嵌着部に支持される被支持部,前記被支持部から被密封流体側に延出して前記リップ部の被密封流体とは反対側の背面を支持するバックアップ部,前記バックアップ部の先端部内周に形成されて前記軸を囲む接合周面,を備えるバックアップリングと、
前記接合周面に接合される被接合面,前記軸の外周面と隙間をおいて対向する軸対向周面,前記リップ部の背面を支持可能なリップ支持面,を備えるゴム又は樹脂製のサポートリングと、を有する、
ことを特徴とするシール装置。 - 前記軸対向周面の前記軸方向の長さは、前記接合周面の前記軸方向の長さよりも長く形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のシール装置。 - 前記リップ支持面は、前記バックアップ部の支持面と面一に且つ同一曲率をもつように形成されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のシール装置。 - 前記リップ支持面は、前記バックアップ部の支持面側の一部を覆うように形成されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のシール装置。 - 前記軸対向周面には、前記軸方向の前記リップ支持面とは反対側に面取り部が形成されている、
ことを特徴とする請求項1ないし4いずれかに記載のシール装置。
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