JP2008069909A

JP2008069909A - 回転軸シール

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Publication number: JP2008069909A
Application number: JP2006250733A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ashida; 哲哉芦田; Hiroki Oida; 弘紀笈田
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: US20080067759A1; KR20080025287A; KR101368294B1; EP1900982A1; JP4800158B2

Abstract

【課題】良好な密封性を長期間に渡って維持することができる回転軸シールを提供することを目的とする。
【解決手段】軸心Ｘに直交する軸心直交壁部２と、軸心直交壁部２の内端に連設されると共に高圧側Ｈに湾曲する湾曲状中間部３と、中間部３の先端に連設されるシールリップ部４と、を有するシールエレメント１を備えた回転軸シールである。かつ、シールエレメント１は、中間部３に薄肉部６を具備する。されに、薄肉部６に低圧側Ｌから接触して中間部３を支持する受け面９を有するサポート部材７を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸シールに関する。

（液状又はガス状の）高圧流体を密封するのに用いられる従来の回転軸シールとして、金属ケースにポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）等のフッ素樹脂製のシールエレメントが収容され、このシールエレメントの低圧側の背面は、金属ケース又は金属ケースに内装された保持金具にて支持されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１９４２３１号公報

しかし、図12に示すような従来の回転軸シールは、シールエレメント101 に流体収容室側（高圧側Ｈ）から高い圧力が作用した場合、流体圧力によりシールエレメント101 の湾曲部103 が折れ曲がって回転軸10の外周面11と接触するような過度な変形が生じたり、湾曲部103 が金属ケース100 の（回転軸10を挿通する）円貫孔102 から低圧側Ｌへはみ出したりして（図13参照）密封性が低下する。また、シールエレメント101 が回転軸10との摺動熱により加熱されて強度が低下した場合、湾曲部103 が回転軸10の外周面11と強く接触して局所的に大きな摩耗が発生すると言った問題があった。このように、従来の回転軸シールには、良好な密封性を長期的に維持できなかった。
また、金属ケース100 の内端を高圧側Ｈ側へ傾斜状に延伸させて湾曲部103 を支持するように形成することが考えられたが、湾曲部103 のはみ出しや局所的な摩耗を防止することはできなかった。

そこで、本発明は、良好な密封性を長期間に渡って維持することができる回転軸シールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る回転軸シールは、軸心に直交する軸心直交壁部と、該軸心直交壁部の内端に連設されると共に高圧側に湾曲する湾曲状中間部と、該中間部の先端に連設されるシールリップ部と、を有するシールエレメントを備えた回転軸シールであって、上記シールエレメントは、上記中間部に薄肉部を具備し、該薄肉部に低圧側から接触して上記中間部を支持する受け面を有するサポート部材を備えたものである。

また、上記シールエレメントの上記低圧側を厚さ方向に切り欠いて上記薄肉部を形成した。
また、上記シールエレメントの上記低圧側を上記軸心直交壁部から上記中間部に渡って厚さ方向に切り欠いて上記薄肉部を形成した。
また、上記サポート部材は、上記中間部の内径面を受持する受圧面部を有し、該受圧面部には回転軸の外周面と平行状の平行面が形成されている。

また、上記中間部の厚さ寸法と上記サポート部材の受け面から上記受圧面部に至るまでの厚さ寸法との合計厚さ寸法が、上記シールリップ部の厚さ寸法より薄くなるように形成されている。

また、上記シールエレメントの上記高圧側に配設されると共に上記サポート部材とで該シールエレメントを保持する保持部材を備え、該保持部材の内端縁に上記中間部と接触するアール状押え面（12）を形成してもよい。

また、上記保持部材の上記シールエレメントと接触する内径角部を、上記サポート部材の上記中間部と接触する先端角部と、上記軸心方向にずらして配置することが望ましい。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係る回転軸シールによれば、受圧時の中間部の過度の変形を防止することができ良好な密封性を発揮することができる。即ち、受圧時に、中間部は受け面にて受持されるので、中間部が大きく変形して回転軸の外周面に押圧されるのを防止することができる。従って、従来のような中間部のはみ出しや局所的な摩耗（図13参照）を防止することができ、良好な密封性を長期間に渡って維持することができる。さらに、回転軸に対する過大な接触面圧の発生を確実に防止し───接触面圧を低減し───発熱の抑制と摺動トルクの低減を図り得る。
また、シールエレメントに薄肉部を形成したことにより、中間部での可撓性が向上し、中間部のサポート部材との接触面圧、及び、シールリップ部の回転軸との接触面圧を、低減することができる。このことにより、シールエレメントに生じる摺動熱や摺動トルクを低減して、摩耗・劣化を抑制することができる。また、摩耗し易いシールリップ部については、簡単に厚くするように設計変更することができる。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１は本発明に係る回転軸シールの第１実施形態を示し、図に於て、回転軸シールはハウジング20と回転軸10との間に装着した状態（装着状態）となっている。ハウジング20の内周面に形成された凹周溝には止め輪19が係止され、回転軸シールはこの止め輪19によって抜け止めされる。また、左側が密封流体を収納する高圧側Ｈ、右側が低圧側Ｌである。

図１に於て、１はＰＴＦＥ等の樹脂製のシールエレメントであり、装着状態では内径側が回転軸10の外周面11に面接触するように湾曲している。つまり、シールエレメント１は、回転軸10の軸心Ｘに直交する軸心直交壁部２と、軸心直交壁部２の内端に連設されると共に高圧側Ｈへ湾曲する湾曲状中間部３と、中間部３の先端に連設されるシールリップ部４と、を有している。また、シールリップ部４の回転軸10との摺接面には螺旋溝５が形成されている。

７はシールエレメント１を保持する金属製のサポート部材であり、サポート部材７は、円筒状周壁部17と、円筒状周壁部17の低圧側Ｌの端部から内径方向に突出した断面略Ｊ字型の保持片部18と、を有している。言い換えれば、この場合、サポート部材７はアウターケースとなっている。

サポート部材（アウターケース）７内には、低圧側Ｌから高圧側Ｈに向かってシールエレメント１、円環状のゴム製又は樹脂製のガスケット40、倒立Ｌ字型断面のインナーケース21（保持部材８）が順次重ね合うようにして、周壁部17の高圧側Ｈの端縁17ａのカシメにより保持片部18との間で保持固定されている。なお、ガスケット40はシールエレメント１（軸心直交壁部２）とサポート部材７との間に介装されていてもよい。

シールエレメント１は、軸心直交壁部２から中間部３に渡って低圧側Ｌを厚さ方向に切り欠いて形成した薄肉部６を具備する。また、シールリップ部４は肉厚に形成されている。そして、サポート部材７は、この薄肉部６に低圧側Ｌから接触して配設され、湾曲状中間部３を支持するアール状の受け面９を有している。また、受け面９の形状は、図示省略するが、略直角状の折曲り面や、ストレート状の勾配面等であってもよい。

図２は、図１に示した第１実施形態の要部を示した図であり、図２に示すように、サポート部材７は、中間部３の内径面15を受持する受圧面部16を有し、受圧面部16（の全部又は一部）には、回転軸10の外周面11と平行状の平行面16ａが形成されている。この「平行状」には、外周面11に対し僅かに傾斜する略平行も含まれると定義する。また、平行面16ａは受圧面部16の全部に形成されていることが好ましく、さらに、平行面16ａは外周面11と完全に平行に配設されることが望ましい。図２に示すように、サポート部材７は、上記アール状受け面９と連続するストレート状の受圧面部16を有し、アール状の受け面９とストレート状の受圧面部16（平行面16ａ）にて中間部３（薄肉部６）を支持する。

また、中間部３（薄肉部６）の厚さ寸法とサポート部材７の受け面９から受圧面部16に至るまでの厚さ寸法との合計厚さ寸法Ｔは、シールリップ部４の厚さ寸法ｔより薄くなるように形成されている。
また、シールリップ部４の背面（低圧側Ｌの端面）を支持するサポート部材７の先端面25は、軸心Ｘと直交方向に配設されている。

次に、図３は、本発明の第２実施形態を示す。この図３に於て、ＰＴＦＥ等の樹脂製のシールエレメント１を保持する金属製のサポート部材７は、アウターケース22に内嵌されるインナーケースとなっている。
第２実施形態の回転軸シールの具体的構成は、アウターケース22がその高圧側Ｈの端縁に内鍔部24を有し、アウターケース22の外周面及び内鍔部24の前後両面にゴム製シール部23が一体に固着されている。さらに、アウターケース22の低圧側Ｌの端縁22ａのカシメにより、サポート部材７とゴム製シール部23との間にシールエレメント１が挟着されている。

また、サポート部材７は、円筒状周壁部17と、円筒状周壁部17の高圧側Ｈの端部から内径方向に突出した断面略Ｊ字型の保持片部18と、を有している。
シールエレメント１は、軸心直交壁部２から中間部３に渡って低圧側Ｌを厚さ方向に切り欠いて形成した薄肉部６を具備する。そして、サポート部材７は、この薄肉部６に接触して配設され、湾曲状中間部３を支持するアール状の受け面９を有している。

図４は、第２実施形態の要部を示した図であり、図４に於て、サポート部材７は、中間部３の内径面15を受持する受圧面部16を有し、受圧面部16は回転軸10の外周面11と平行状の平行面16ａを有している。
即ち、サポート部材７は、上記アール状受け面９と連続するストレート状の受圧面部16を有し、アール状受け面９とストレート状の受圧面部16（平行面16ａ）にて中間部３を受持する。

また、中間部３の厚さ寸法とサポート部材７のアール状受け面９から受圧面部16に至るまでの厚さ寸法との合計厚さ寸法Ｔは、シールリップ部４の厚さ寸法ｔより薄くなるように形成されている。
なお、図３と図４に於て上記説明した構成以外に、図１・図２と同一の符号は、図１・図２と同様の構成であるので説明を省略する。

図５は、本発明の第３実施形態を示す。図５に於て、ＰＴＦＥ等の樹脂製のシールエレメント１を保持する金属製のサポート部材７は、アウターケース22に内嵌されるインナーケースとなっている。
22は、高圧側Ｈの端縁に内鍔部24を有するアウターケース、23は、アウターケース22の外周面及び内鍔部24の前後両面に一体に固着したゴム製シール部である。アウターケース22には、低圧側Ｌから高圧側Ｈへ向かって、サポート部材７、シールエレメント１、円環状の保持部材８、倒立Ｌ字型断面のインナーケース21が順次重ね合うようにして内嵌され、アウターケース22の低圧側Ｌの端縁22ａのカシメによりゴム製シール部23との間で保持固定されている。

また、第３実施形態の要部を示す図６に於て、サポート部材７は、中間部３の内径面15を受持する受圧面部16を有し、受圧面部16は回転軸10の外周面11と平行状の平行面16ａを有する。そして、サポート部材７は、上記アール状の受け面９と連続するストレート状の受圧面部16を有し、アール状受け面９とストレート状の受圧面部16（平行面16ａ）にて中間部３を受持する。

また、中間部３の厚さ寸法とサポート部材７のアール状受け面９から受圧面部16に至るまでの厚さ寸法との合計厚さ寸法Ｔは、シールリップ部４の厚さ寸法ｔより薄くなるように形成されている。
なお、図５と図６に於て上記説明した構成以外に、図１・図２と同一の符号は、図１・図２と同様の構成であるので説明を省略する。
また、上記第２実施形態及び第３実施形態のような回転軸シールは、カーエアコン用コンプレッサに使用される回転軸シールとして好ましい。

図７は本発明の第４実施形態を示す。図７に示すように、シールエレメント１は、高圧側Ｈの（円環状の）保持部材８と低圧側Ｌのサポート部材７（保持片部18）とで挟持されている（図５参照）。保持部材８はその内端縁に、湾曲状中間部３と接触するアール状押え面12を有している。即ち、図７の第４実施形態は、図５・図６の第３実施形態の保持部材８を内径方向に延伸し、その内端縁の低圧側Ｌの角部を中間部３の湾曲面に沿ってアール状に形成したものである。
なお、図７に於て、図６と同一の符号は図６と同様の構成であるので説明を省略する。

図８に示す本発明の第５実施形態は、図７に示す保持部材８の厚さ寸法を大きくしたものである。そして、保持部材８のシールエレメント１（シールリップ部４の外周面）と接触する内径角部13は、サポート部材７の中間部３と接触する先端角部14と、軸心Ｘ方向にずらした位置に配置されている。つまり、内径角部13と先端角部14とは、軸心方向間隔寸法Ａだけずらして配置されている。
このように、図８の回転軸シールは、内径角部13を（先端角部14と軸心Ｘ方向にずらして）シールリップ部４の外周面と接触する位置に配置することで、シールリップ部４を外径側から押えてシールリップ部４が回転軸10の外周面11に安定して面接触できると共に、受圧時に内径角部13・先端角部14との接触部位での応力集中を回避することができる点で好ましい。

また、図９は本発明の第６実施形態を示し、図のように保持部材８の先端（内端）を高圧側Ｈへ湾曲させてもよい。詳しくは、保持部材８の湾曲させた内端縁に、中間部３と接触するアール状押え面12を形成し、シールリップ部４の外周面と接触する保持部材８の内径角部13は、サポート部材７の中間部３と接触する先端角部14と、軸心Ｘ方向に（軸心方向間隔寸法Ａだけ）ずらした位置に配置されている。

また、図10は本発明の第７実施形態を示し、この場合、シールエレメント１は、軸心直交壁部２から中間部３近傍に渡って低圧側Ｌと高圧側Ｈを厚さ方向に切り欠いて形成した薄肉部６を具備している。そして、その高圧側Ｈの切欠部26に保持部材８が接触して配設されている。また、保持部材８の内端縁には中間部３と接触するアール状押え面12を有し、高圧側Ｈの切欠部26と接触する内径角部13は、サポート部材７の先端角部14と、軸心Ｘ方向に（軸心方向間隔寸法Ａだけ）ずらした位置に配置されている。

また、図11に示す本発明の第８実施形態の如く、サポート部材７の（低圧側Ｌの）内端縁が角張った形状に成形されていてもよい。これに対し、図１〜図10ではサポート部材７の（低圧側Ｌの）内端縁はアール状に形成されている。即ち、図１〜図10はプレス加工によりサポート部材７を作製した場合、図11は切削加工によりサポート部材７を作製した場合である。
なお、図８〜図11に於て上記説明した構成以外に、図６と同一の符号は、図６と同様の構成であるので説明を省略する。

また、本発明は上述の実施の形態に限定されず、シールエレメント１を２個以上有するものであってもよく、この場合は最も高圧側Ｈに配設されるシールエレメント１について上記本発明の構成を適用することが好ましい。また、全てのシールエレメント１について本発明の構成を適用しても自由である。
また、薄肉部６を、シールエレメント１の軸心直交壁部２に形成せずに、図示省略するが、中間部３に於て先端へ次第に薄くなるように（切り欠いて）形成してもよい。
サポート部材７は金属製以外のものであってもよい。サポート部材７が金属製である場合の製法は、プレス加工（図１〜図10参照）、切削加工（図11参照）、鍛造等の一般的な製法で構わない。また、サポート部材７の厚さ寸法は均一に形成されていてもよく、また、図４に示すようにサポート部材７の厚さ寸法を先端面25に向かって薄くなるように（不均一に）形成してもよい。
また、シールリップ部４の摺動面に形成される溝は、螺旋状以外に、同心円状に複数の独立溝を形成したものであってもよく、また、溝を有さない場合であってもよい。
図１〜図11のいずれに於ても、サポート部材７の内周面と回転軸10の外周面11との間には微小ギャップ30が形成されている。

上述した本発明の回転軸シールの使用方法（作用）について説明する。
本発明の回転軸シールをハウジング20と回転軸10との間に装着した装着状態とする（図１参照）。高圧側Ｈに収納された密封流体が加圧されると、シールエレメント１には図２に示す矢印の方向に流体圧力が働く。
そして、流体圧力が作用する受圧時に、中間部３は受け面９にて受持される。言い換えれば、（アール状の）受け面９にて、受圧前（装着未加圧状態）の中間部３の湾曲形状を受圧後も維持されている。

また、中間部３のシールリップ部４との接続部近傍では、流体圧力による径方向内側の押圧力が作用する。そして、中間部３の内径面15は、外周面11と平行状の平行面16ａ（受圧面部16）にて保持される。このように、中間部３のシールリップ部４の接続近傍部が、平行面16ａ（受圧面部16）にて外周面11と平行状となるように受持されることで、シールリップ部４の摺動面が外周面11に対し平行に（接触面圧が均一に）押圧される。
また、シールリップ部４の先端面には軸心と平行な流体圧力が働く。そして、シールリップ部４は低圧側Ｌへ押圧されてサポート部材７の先端面25に、切欠部との段付面31が当接して支持される。このように、サポート部材７の先端面25にてシールリップ部４を支持して、低圧側Ｌへの移動を防止する。

以上のように、本発明の回転軸シールは、軸心Ｘに直交する軸心直交壁部２と、軸心直交壁部２の内端に連設されると共に高圧側Ｈに湾曲する湾曲状中間部３と、中間部３の先端に連設されるシールリップ部４と、を有するシールエレメント１を備えた回転軸シールであって、シールエレメント１は、中間部３に薄肉部６を具備し、薄肉部６に低圧側Ｌから接触して中間部３を支持する受け面９を有するサポート部材７を備えたので、受圧時の中間部３の過度の変形を防止することができ良好な密封性を発揮することができる。即ち、受圧時に、中間部３は受け面９にて受持されるので、中間部３が大きく変形して回転軸10の外周面11に押圧されるのを防止することができる。従って、従来のような中間部３のはみ出しや局所的な摩耗（図13参照）を防止することができ、良好な密封性を長期間に渡って維持することができる。かつ、回転軸10に対する接触面圧を低減することができ、発熱の抑制、及び、摺動トルクの低下を図り得る。
また、摩耗し易いシールリップ部４については、簡単に厚くするように設計変更することができる。

また、シールエレメント１の低圧側Ｌを厚さ方向に切り欠いて薄肉部６を形成したので、簡単に薄肉部６を形成することができる。また、その切欠部内にサポート部材７を配設することで、受圧時にシールリップ部４（の低圧側Ｌの段付面31）をサポート部材７の先端面25にて支持することができ、シールリップ部４の低圧側Ｌへの移動を防止して良好な密封性を発揮することができる。

また、シールエレメント１の低圧側Ｌを軸心直交壁部２から中間部３に渡って厚さ方向に切り欠いて薄肉部６を形成したので、簡単に薄肉部６を形成することができる。また、その切欠部内にサポート部材７を配設することで、受圧時にシールリップ部４（の低圧側Ｌの段付面31）をサポート部材７の先端面25にて支持することができ、シールリップ部４の低圧側Ｌへの移動を防止して良好な密封性を発揮することができる。

また、サポート部材７は、中間部３の内径面15を受持する受圧面部16を有し、受圧面部16には回転軸10の外周面11と平行状の平行面16ａが形成されているので、受圧時に平行面16ａにて中間部３の内径面15を外周面11と平行状になるように受持することができる。即ち、受圧時に中間部３のシールリップ部４の接続近傍部が、平行面16ａにて支持されて外周面11と平行となることで、シールリップ部４の摺動面が外周面11に対し平行に押圧（面接触）することができる。これにより、シールリップ部４の摺動面に生じる接触面圧を均一にすることができ、シールリップ部４の局所的な摩耗を防止して長期間に渡って密封性を維持することができる。

また、中間部３の厚さ寸法とサポート部材７のアール状受け面９から受圧面部16に至るまでの厚さ寸法との合計厚さ寸法Ｔが、シールリップ部４の厚さ寸法ｔより薄くなるように形成されているので、受圧時にシールリップ部４が外周面11に確実に密着して良好な密封性を発揮することができる。

また、シールエレメント１の高圧側Ｈに配設されると共にサポート部材７とでシールエレメント１を保持する保持部材８を備え、保持部材８の内端縁に中間部３と接触するアール状押え面12を形成したので、受圧前（装着未加圧状態）の中間部３の湾曲形状を受圧後も確実に維持することができ、良好な密封性を発揮することができる。

また、保持部材８のシールエレメント１と接触する内径角部13を、サポート部材７の中間部３と接触する先端角部14と、軸心Ｘ方向にずらして配置したので、内径角部13・先端角部14とのシールエレメント１の接触部位での受圧時の応力集中を回避することができ、シールエレメント１の早期劣化を抑制することができる。

本発明に係る回転軸シールの第１実施形態を示す断面図である。要部拡大断面図である。本発明の第２実施形態を示す断面図である。要部拡大断面図である。本発明の第３実施形態を示す断面図である。要部拡大断面図である。本発明の第４実施形態を示す要部拡大断面図である。本発明の第５実施形態を示す要部拡大断面図である。本発明の第６実施形態を示す要部拡大断面図である。本発明の第７実施形態を示す要部拡大断面図である。本発明の第８実施形態を示す要部拡大断面図である。従来の回転軸シールの断面図である。要部拡大断面図である。

符号の説明

１シールエレメント
２軸心直交壁部
３中間部
４シールリップ部
６薄肉部
７サポート部材
８保持部材
９受け面
10 回転軸
11 外周面
12 押え面
13 内径角部
14 先端角部
15 内径面
16 受圧面部
16ａ平行面
Ｈ高圧側
Ｌ低圧側
ｔ厚さ寸法
Ｔ合計厚さ寸法
Ｘ軸心

Claims

軸心（Ｘ）に直交する軸心直交壁部（２）と、該軸心直交壁部（２）の内端に連設されると共に高圧側（Ｈ）に湾曲する湾曲状中間部（３）と、該中間部（３）の先端に連設されるシールリップ部（４）と、を有するシールエレメント（１）を備えた回転軸シールであって、
上記シールエレメント（１）は、上記中間部（３）に薄肉部（６）を具備し、該薄肉部（６）に低圧側（Ｌ）から接触して上記中間部（３）を支持する受け面（９）を有するサポート部材（７）を備えたことを特徴とする回転軸シール。
上記シールエレメント（１）の上記低圧側（Ｌ）を厚さ方向に切り欠いて上記薄肉部（６）を形成した請求項１記載の回転軸シール。
上記シールエレメント（１）の上記低圧側（Ｌ）を上記軸心直交壁部（２）から上記中間部（３）に渡って厚さ方向に切り欠いて上記薄肉部（６）を形成した請求項１記載の回転軸シール。
上記サポート部材（７）は、上記中間部（３）の内径面（15）を受持する受圧面部（16）を有し、該受圧面部（16）には回転軸（10）の外周面（11）と平行状の平行面（16ａ）が形成されている請求項１，２又は３記載の回転軸シール。
上記中間部（３）の厚さ寸法と上記サポート部材（７）の受け面（９）から上記受圧面部（16）に至るまでの厚さ寸法との合計厚さ寸法（Ｔ）が、上記シールリップ部（４）の厚さ寸法（ｔ）より薄くなるように形成されている請求項４記載の回転軸シール。
上記シールエレメント（１）の上記高圧側（Ｈ）に配設されると共に上記サポート部材（７）とで該シールエレメント（１）を保持する保持部材（８）を備え、該保持部材（８）の内端縁に上記中間部（３）と接触するアール状押え面（12）を形成した請求項１，２，３，４又は５記載の回転軸シール。
上記保持部材（８）の上記シールエレメント（１）と接触する内径角部（13）を、上記サポート部材（７）の上記中間部（３）と接触する先端角部（14）と、上記軸心（Ｘ）方向にずらして配置した請求項６記載の回転軸シール。