JP2008175318A - シャフトシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な工程により取り付け長が高精度に規定値となるように組み付けることのできるシャフトシール装置を提供する。
【解決手段】端面リップシール１０４の突出リップ最小径Ｄ１と、密封環１０３の嵌合部１０６が嵌合される箇所のシャフト１０２の直径Ｄ２とが等しく形成されているため、被密封流体の圧力によって密封環１０３がシャフト１０２の軸方向に移動することが無く、密封環１０３とシャフト１０２との相対位置を任意に設定することができる。従って、密封環１０３を端面リップシール１０４と同一の基準面を用いて設置することができ、シール取り付け長を高精度かつ容易に規定値通りに管理することができ、シールの密封性能及び信頼性を大幅に向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空調機用の圧縮機、ポンプ、原動機等の回転装置に適用して好適な、ハウジングとシャフトとの間の被密封流体をシールするシャフトシール装置に関する。

従来、例えば空調機用の圧縮機等の回転装置に適用されるシャフトシール装置（以下、単にシャフトシールと称する場合もある。）として、図６に示すような構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図６に示すシャフトシール装置９００は、回転装置のハウジング９０１に密封的に取り付けられる固定側の密封環（以下、固定環と称する。）９０３と、シャフト９０２に密接嵌合されて一体で回転するゴム材製の端面リップシール９０４とを有し、端面リップシール９０４に形成される突出リップ９０５が固定環９０３の端面に対して外径方向へ傾斜して延在密接することにより密封摺動面が形成され、これにより、突出リップ９０５の外周部に存在する被密封流体Ｑ’が、固定環９０３より内径側、背面側の大気空間Ａ’へ漏洩するのを防止する構成となっている。
特開２００３−２１４５４１号公報

このような構成のシャフトシール装置９００を組み付ける際には、端面リップシール９０４は、シャフト９０２の段差端面９０２ａに突き当てられる。すなわち、端面リップシール９０４の組み付け位置は、シャフト段差端面９０２ａが基準とされる。一方、端面リップシール９０４と対向して密封摺動面を形成する固定環９０３は、パッキン９０７，９０８、補強ケース９０９及びシールリップ９１０を構成部として有する固定側シール９０６を介して回転装置のハウジング９０１の段差端面９０１ａに突き当てられる。すなわち、固定環９０３の組み付け位置は、ハウジング段差端面９０１ａが基準とされる。
従って、固定環９０３と端面リップシール９０４とを回転装置に組み付けた際の固定側シール９０６と端面リップシール９０４との両部品間の軸方向固定距離（以下、シール取り付け長と称する。）Ｌ０は、回転装置のハウジング９０１とシャフト９０２との取り合い寸法（相対位置）に依存する。

ところで、このような構成のシャフトシール装置９００においては、固定環９０３と端面リップシール９０４とを回転装置に組み付けた際のシール取り付け長Ｌ０がシール性能に大きく影響し、これを適切な長さにすることが重要である。

具体的には、端面リップシール９０４と固定環９０３との軸方向離間距離が増加すると、突出リップ９０５と固定環９０３との摺動面面積が小さくなって摺動面の負荷応力が大きくなるが、その離間距離が所定よりも大きくなると、突出リップ９０５の摺動面面積が極端に小さくなって負荷応力が集中し、摺動面の過剰摩耗や突出リップ９０５の破損が発生する可能性がある。さらには、突出リップ９０５が固定環９０３の摺動面に対して十分に追随できない状態、あるいは離接状態となり、いわゆる「シール面の開き」が発生する可能性が生じる。

また、反対に、端面リップシール９０４と固定環９０３との軸方向離間距離が減少すると、突出リップ９０５と固定環９０３との摺動面の直径が大きくなり、摺動面の相対滑り速度を増大させ、また、摺動面の受圧面積を増大させ、摺動面にかかる圧力による荷重を増大させ、さらに、突出リップ９０５の弾性反発力による摺動面荷重も大きくなる。その結果、摺動面温度の異常上昇や摺動面の過剰摩耗、さらには突出リップ９０５の破損が惹起される可能性が生じる。

以上のように、固定環９０３と端面リップシール９０４との軸方向配置距離が所定の範囲内にない場合、すなわちシール取り付け長Ｌ０が所定の規定値より大きくずれた場合には、被密封流体Ｑ’の洩れに帰する不具合が発生する可能性が高くなり、このような構成のシャフトシール装置９００について所望の性能を発揮させるためには、シール装置組み付け時において、シール取り付け長Ｌ０をできるだけばらつき（誤差）の小さい規定値に管理することが重要である。

一方で、前述したように、このようなシャフトシール装置９００では、端面リップシール９０４がシャフト９０２に対して嵌合固定されているため、端面リップシール９０４がシャフト９０２上を軸方向に移動する構造、さらには、バネ等の弾発手段によって固定環９０３に対して押圧される構造を持たない。従って、シール取り付け長Ｌ０の許容誤差は、固定環９０３の摺動面に対して端面リップシール９０４の突出リップ９０５が弾性変形しながら追随できる範囲に制限される。換言すると、突出リップ９０５の長さにより制限される。

シール取り付け長Ｌ０の許容誤差を拡大するために突出リップ９０５の長さを長くすることは、突出リップ９０５と固定環９０３との摺動面の直径、すなわち摺動面の相対滑り速度を増大させ、また、摺動面の受圧面積、すなわち摺動面にかかる圧力による荷重を増大させることになるため好ましくない。従って、突出リップ９０５の長さはできるだけ短くすることが設計上必要である。その結果、このような構成によるシャフトシール装置９００のシール取り付け長Ｌ０の許容誤差は、例えばメカニカルシール等の端面シールと比較すると極めて小さい値に制限される。

従来の端面リップシール９０４を有するシャフトシール装置９００の組み付け方法では、シール取り付け長（Ｌ０）を規定値通りに管理すること、すなわち許容誤差内で組み付けることが非常に難しいという問題がある。
前述したように、シール取り付け長Ｌ０は、回転装置のハウジング９０１とシャフト９０２との取り合い寸法（相対位置）に依存する。しかし、回転装置は、通常はハウジング９０１やシャフト９０２以外にも多数の部品（ベアリング等）が使用される。そのため、ハウジング９０１とシャフト９０２との取り合い寸法の誤差、すなわちばらつきは、それら個々の部品自体の誤差と部品相互の組み付け誤差とを合わせた値となり、その結果、シャフトシール装置９００のシール取り付け長Ｌ０のばらつきは、上記取り合い寸法のばらつきとシャフトシール装置に係るばらつきとを合わせた範囲となる。

そのために従来は、シャフトシール装置９００を組み付ける前に、一度、回転装置を仮組みしてハウジング９０１とシャフト９０２との相対位置を計測し、次に、回転装置を分解して固定環９０３の取り付け基準面となるハウジング段差端面９０１ａあるいは端面リップシール９０４の取り付け基準面となるシャフト段差端面９０２ａの一方あるいは両方に、計測した相対位置と規定値との差を修正するための、例えばシム、金属ワッシャー等の別部品を装着した上で、シャフトシール装置９００を組み付けて、再度回転装置を組み立てるというような方法を行っていた。

しかしそのような組み付け方法は、実質的に回転装置を２度組み立てることとなり作業が煩雑で工数が多くなり組み立て時間が長くなるという問題がある。また、装着する部品の寸法精度や再組み立てする際の再現性等の問題から、実際に最終的に組み付けられたシャフトシール装置９００のシール取り付け長Ｌ０を厳密に規定値とするには限界があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単な工程によりシール取り付け長が高精度に規定値となるように組み付けることができるシャフトシール装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に係る本発明のシャフトシール装置は、シャフトと当該シャフトが通過するハウジングとの間に設置され、当該シャフトに沿って被密封流体をシールするシャフトシール装置であって、前記シャフトに嵌合される密封環と、前記ハウジングに固定され、突出リップを前記密封環の摺動面に摺動可能に密接させる端面リップシールとを有し、前記突出リップの被密封流体側表面の最小径部分の直径（Ｄ１）は、密封環が嵌合されている箇所の前記シャフトの直径（Ｄ２）と等しいことを特徴とする。

また、請求項２に係る本発明のシャフトシール装置は、前記密封環は、前記ハウジングの所定の基準位置に対して所定の取り付け長となる位置で前記シャフトに取り付けられ、前記端面リップシールは、前記基準位置に対して位置合わせされて取り付けられることを特徴とする。

また、請求項３に係る本発明のシャフトシール装置は、前記密封環が前記シャフトに対して相対的に回転しないように、前記密封環と前記シャフトとを係合させる係合手段をさらに有することを特徴とする。

また、請求項４に係る本発明のシャフトシール装置は、前記シャフトは段差を有し、前記密封環は、前記シャフトの段差を跨ぎ、当該段差を跨ぐ範囲で前記シャフトの軸方向に位置調整可能に当該シャフトに嵌合されることを特徴とする。

また、請求項５に係る本発明のシャフトシール装置は、前記端面リップシールが、前記ハウジング内に設置される止め輪により、少なくとも前記突出リップが配置される端部とは反対側の端部が支持され、前記ハウジングに固定されることを特徴とする。

また、請求項６に係る本発明のシャフトシール装置は、前記シャフトは段差を有し、前記密封環は、前記シャフトの段差の前記端面リップシール側に配置され、前記段差までの間隙の範囲で前記シャフトの軸方向に位置調整可能に当該シャフトに嵌合されることを特徴とする。

請求項１に係る本発明のシャフトシール装置によれば、突出リップの最小径と密封環の嵌合部が嵌合されるシャフトの直径とが等しく形成されているため、密封環のシャフトの軸方向の両側において、被密封流体から圧力を受ける領域の面積（受圧面積）が略等しくなり、密封環に対して、被密封流体により、端面リップシールから密封環方向に作用する力と、被密封流体が溜まっているシャフトの太径部分から端面リップシール方向に作用する力とが略等しくなる。従って、シャフトシール装置が作動している状態において、密封環がシャフトの軸方向に移動することを防ぐことができる。その結果、密封環と端面リップシールとを同一の基準面を基準として組み付けることが可能となり、簡単な工程によりシール取り付け長が高精度に規定値となるように組み付けることが可能なシャフトシール装置を提供することができる。

また、請求項２に係る本発明のシャフトシール装置によれば、密封環と端面リップシールとをハウジングの所定の基準面を基準として組み付けることが可能となり、簡単な工程によりシール取り付け長が高精度に規定値となるように組み付けることが可能なシャフトシール装置を提供することができる。

また、請求項３に係る本発明のシャフトシール装置によれば、密封環とシャフトとのシャフト回転方向の相対移動も一層強く阻止され、被密封流体の洩れやシールの破損等の不具合をより有効に防止することができる。

また、請求項４に係る本発明のシャフトシール装置によれば、シャフトの段差部分を用いて適切に前記条件の端面リップシールを設置することができる。

また、請求項５に係る本発明のシャフトシール装置によれば、簡単な部品を用いて簡単な方法により端面リップシールの組み付けあるいは分解を行うことができ、また、部品寸法さえ管理しておけば高精度な組み付け状態が維持できて高い信頼性を維持することができ、さらにはコストを抑制することもできる。

また、請求項６に係る本発明のシャフトシール装置によれば、密封環の構成を単純化することができるので製造コストを低減することができる。

第１実施形態
本発明の第１実施形態について、図１及び２を参照して説明する。
図１は、本実施形態を示すシャフトシール装置１００の半断面図である。
本実施形態のシャフトシール装置１００は、回転装置のシャフト１０２とハウジング１０１との間に取り付けられて、シャフト１０２が通過するハウジング１０１内において、シャフト１０２に沿って被密封流体Ｑと大気空間Ａとをシールするものである。

図１に示すように、シャフトシール装置１００は、回転装置のハウジング１０１に取り付けられる端面リップシール１０４、及び、シャフト１０２に密接嵌合されて一体で回転する密封環１０３を有し、端面リップシール１０４に形成される突出リップ１０５が密封環１０３の端面たる摺動面１０３ａに対して外径方向へ傾斜して密接し、これにより、突出リップ１０５の外周部に存在する被密封流体Ｑが、端面リップシール１０４より内径側、背面側の大気空間Ａへ漏洩するのが防止される構成となっている。

端面リップシール１０４は、図示のような断面形状を有し、内部に補強環１０９が埋設され、その周囲をゴム材が被覆した構成である。端面リップシール１０４は、ハウジング１０１に固定的に設置される。
端面リップシール１０４の一方の端部の、密封環１０３の摺動面１０３ａと対向する位置には、断面がＶ形状に外方へ延在した突出リップ１０５が形成されている。突出リップ１０５は、前述したように密封環１０３の摺動面１０３ａに向かって発散するように外方へ傾斜しており、突出リップ１０５の先端角部である密接面は、対向する摺動面１０３ａに弾性接触して被密封流体Ｑをシールする。この突出リップ１０５は外周側から被密封流体Ｑの圧力を受けると傾斜角度を水平方向へ小さくなるように変形して摺動面１０３ａに圧接するように構成されている。

そして本実施形態の端面リップシール１０４においては、端面リップシール１０４の突出リップ１０５の付け根部分に相当する、突出リップ１０５の最小径部分の外周側表面の直径Ｄ１（突出リップ最小径Ｄ１と称する）は、密封環１０３がシャフト１０２に嵌合される部分のシャフト１０２の直径Ｄ２と等しくなるように形成されている。

また、端面リップシール１０４の他方の端部は、シール固定部品１０８の基準面１０８ｂによりその位置が規定されている。シール固定部品１０８は、基準面１０８ｂが、ハウジング１０１の基準面１０１ｂに当接するまでハウジング１０１に押し込まれたものであり、従って、端面リップシール１０４の他方の端部は、ハウジング１０１の基準面１０１ｂに位置合わせされていることとなる。

また、端面リップシール１０４の、突出リップ１０５が形成されている最小径部分の突出リップ１０５の背面側には、ダストリップシール１０７が形成されている。ダストリップシール１０７は、シャフト１０２方向に僅かに傾斜して延在し、先端部がシャフト１０２の周面に接触するように形成されており、大気空間Ａ側の（大気中の）ダストが摺動面１０３ａ近傍に侵入するのを防止している。

端面リップシール１０４の表面ゴム材の材質は、 被密封流体の種類により選定され、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコンゴム（ＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等が使用される。
また、端面リップシール１０４の補強環１０９は、例えば鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、エンジニアリングプラスチック等により形成され、切削加工、プレス加工、又はモールド成形により製作される。

シール固定部品１０８は、端面リップシール１０４をシャフト１０２に沿ってハウジング１０１内に挿入し固定するための部材であり、ハウジング１０１に対して軸方向の移動及び固定が自在に可能な部材である。本実施形態においてシール固定部品１０８は、図１にその断面形状を示すように、両端部を除く外周面にねじ溝１０８ａが形成されている略円筒状の部材である。ハウジング１０１のシール固定部品１０８が挿入される部分の内周面にもねじ溝１０１ａが形成されており、シール固定部品１０８は、これらのねじ溝１０１ａ及び１０８ａを係合させてハウジング１０１に挿入されることにより、ハウジング１０１の内部をシャフト１０２に沿って移動可能であるとともに、所望の位置に精度よく固定される。

密封環１０３は、シャフト１０２に嵌合固定される断面がＬ字状の部材である。
密封環１０３の端面リップシール１０４側は肉厚部（つば部）１０３ｂとなっており、その端面リップシール１０４と対向する端面は、端面リップシール１０４の突出リップ１０５が圧接される摺動面１０３ａとして形成されている。
また、密封環１０３の摺動面１０３ａが形成されている肉厚部１０３ｂとは反対側の肉薄部は、嵌合部１０６として形成されており、この部分がガスケット１２０を介してシャフト１０２に嵌合されることにより、密封環１０３はシャフト１０２に嵌合固定される。

シャフト１０２には段差１０２ａが形成されており、密封環１０３は、この段差１０２ａを跨ぐように配置される。
また、シャフト１０２の密封環１０３が装着される箇所には、ノックピン１３１が圧入設置されており、また、密封環１０３の肉薄部側の端部には、このノックピン１３１に係合する切り欠き１０３ｃが形成されている。図示のごとく、この切り欠き１０３ｃにノックピン１３１が係合されることにより、密封環１０３とシャフト１０２とのシャフト１０２の回転方向の相対移動（ずれや滑り等）が機械的に完全に阻止される。
なお、ノックピン１３１のシャフト圧入部の径は、密封環１０３の切り欠き１０３ｃの幅よりも大きくしておくのが好適である。そのような構成としておけば、ノックピン１３１がシャフト圧入部より外れた場合でも、ノックピン１３１が回転装置の機内に脱落することを防止することができる。

また、密封環１０３は、後述する組み付け方法によりシャフト１０２に嵌合されて装着されるが、その軸方向設置位置は、ハウジング１０１の基準面１０１ｂを基準として、この基準面１０１ｂから規定の距離が所定のシール取り付け長Ｌ１となるように配置される。従って、密封環１０３は、端面リップシールに対して従来行われていたような、端面リップシールをシャフト１０２の段差１０２ａに突き当てることによってシール取り付け長を設定するようことはしない。

密封環１０３をこのような構成とする結果、密封環１０３とシャフト１０２の段差１０２ａとの間には隙間が生じることとなり、十分に強い力を作用させれば、密封環１０３は、シャフト１０２の軸方向に沿って移動する。
しかしながら、本実施形態のシャフトシール装置１００においては、前述したように、端面リップシール１０４の突出リップ１０５の付け根の直径Ｄ１と、密封環１０３がシャフト１０２に嵌合される部分のシャフト１０２の直径Ｄ２とが等しく形成されているため、密封環１０３がシャフト１０２の軸方向の両側において被密封流体から圧力を受ける領域の面積（受圧面積）が略等しくなっている。すなわち、密封環１０３に対して、被密封流体Ｑにより、端面リップシール１０４から密封環１０３の方向に作用する力と、密封環１０３から端面リップシール１０４の方向に作用する力とが略等しくなる。
従って、シャフトシール装置１００が作動している状態において、密封環１０３がシャフト１０２の軸方向に移動することは無い。

また、嵌合部１０６においては、ガスケット１２０が被密封流体の圧力によって圧縮される反発力の径方向成分、及び、嵌合部１０６の外周面にかかる被密封流体の圧力による外力（シャフト１０２の軸心方向に向かう力）が、密封環１０３をシャフト１０２に対して強固に圧接する緊迫力として作用する。従って、密封環１０３は、シャフト１０２の軸方向に移動し難い状態で装着される。
また、このような緊迫力により密封環１０３がシャフト１０２に圧接されることにより、密封環１０３とシャフト１０２とのシャフト１０２の回転方向における相対移動（ずれや滑り等）を防ぐことができる。本実施形態のシャフトシール装置１００においては、前述したように、シャフト１０２にノックピン１３１が装着され、密封環１０３には切り欠き１０３ｃが形成され、これらが係合されることにより密封環１０３とシャフト１０２とは回転方向にずれないようになっている。しかしながら、ノックピン１３１が無くとも、密封環１０３に作用する緊迫力により、密封環１０３とシャフト１０２とのシャフト１０２の回転方向における相対移動（ずれや滑り等）は、十分に防ぐことができる。

密封環１０３は、例えば超硬合金、炭化珪素、セラミックス、鋳鉄、エンジニアリングプラスチック等の、端面リップシール１０４の表面ゴム材よりも硬質の材料により形成される。なお、潤滑条件が厳しい回転装置においては、自己潤滑性に優れるカーボン、又はカーボンと硬質材の複合材を選定することも可能である。

密封環１０３とシャフト１０２との間に介在されるガスケット１２０は、図示のごとく内部に補強環１２１が埋設されたものであり、シャフト１０２と密封環１０３との間をシールする。
ガスケット１２０の材料は、端面リップシール１０４と同様に、被密封流体の種類により選定され、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコンゴム（ＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、エンジニアリングプラスチック等が使用される。
また、ガスケット１２０に埋設される補強環１２１は、例えば鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、エンジニアリングプラスチック等により形成され、切削加工、プレス加工、又はモールド成形により製作される。

次に、本発明に係るシャフトシール装置１００の組み付け方法について図２を参照して説明する。
シャフトシール装置の組み付けに際しては、まず、シャフト１０２とハウジング１０１の組み立てが完了した回転装置に対して、図２に示すように、密封環１０３を、装着治具１１０を用いて装着する。
装着治具１１０は、装着治具１１０をハウジング１０１内に挿入した時にハウジング１０１の基準面１０１ｂに当接する治具基準面１１０ｂと、密封環１０３をハウジング１０１とシャフト１０２との間隙のハウジング１０１の基準面１０１ｂよりもさらに奥に挿入するための治具突起１１０ａとを有する。
治具突起１１０ａの治具基準面１１０ｂに対する高さＬ２は、ハウジング１０１の基準面１０１ｂと密封環１０３の摺動面１０３ａとの間隔であるシール取り付け長Ｌ１と等しくされる。

密封環１０３を押し込んだら、次に、図１に示すように端面リップシール１０４をシール固定部品１０８を介して、すなわちシール固定部品１０８をねじ込むことにより、ハウジング１０１に挿入する。その結果、端面リップシール１０４の突出リップ１０５が密封環１０３の摺動面１０３ａに突き当たり、図１に示すように端面リップシール１０４及び密封環１０３が配置されたシャフトシール装置１００が構成される。

このように、本実施形態のシャフトシール装置１００においては、端面リップシール１０４の突出リップ最小径Ｄ１と、密封環１０３の嵌合部１０６が嵌合される箇所のシャフト１０２の直径Ｄ２とが等しく形成されているため、密封環１０３が、シャフト１０２の軸方向に沿った２方向（各々反対方向を指す）について圧力を受ける面積が、その２方向で略等しくなっており、その結果、受ける荷重の大きさも略等しくなっている。従って、密封環１０３がシャフト１０２の軸方向に移動することが無いので、密封環１０３の組み付け位置を、従来技術のようにシャフト１０２の段差１０２ａにより規定する必要が無く、また、シャフトシール装置１００の作動時において密封環１０３をシャフト１０２の段差１０２ａで支持する必要も無い。

従って、密封環１０３、換言すれば摺動面１０３ａとシャフト１０２との相対位置を任意に設定することができ、密封環１０３の組み付け位置の基準面をハウジング１０１側に設けることも可能であり、端面リップシール１０４と同一の基準面を用いることも可能である。
そして、そのように密封環１０３を端面リップシール１０４と同一の基準面を用いて設置することにより、シャフトシール装置１００のシール取り付け長Ｌ１が、回転装置のハウジング１０１とシャフト１０２との取り合い誤差（寸法のばらつき）の影響を受けることを回避することができる。その結果、シール取り付け長を高精度かつ容易に規定値通りに管理することができ、シールの密封性能及び信頼性を大幅に向上させることができる。

第２実施形態
本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。
図１を参照して前述した第１実施形態において端面リップシール１０４は、外周面にねじ溝１０８ａが形成されている略円筒状のシール固定部品１０８により大気空間Ａ側端部が支持され、ハウジング１０１の基準面１０１ｂに対して位置決めされ、ハウジング１０１に固定的に設置されていた。しかしながら、シール固定部品の構成や端面リップシール１０４の固定方法はこれに限られるものではなく、他の構成や他の方法であってもよい。ここでは、シール固定部品の構成及び端面リップシールの固定方法の他の例について、本発明の第２実施形態として図３を参照して説明する。

本実施形態においては、いわゆる（穴用）止め輪（スナップリング）により、端面リップシールをハウジングに固定する。特に、本実施形態においては、外周端面がテーパー形状に形成されているベベル形止め輪をシール固定部品として用いて、端面リップシールの固定を行う。
図３は、ベベル形止め輪２０８を用いて端面リップシール１０４を固定したシャフトシール装置２００を示す図であり、図３（Ａ）はそのシャフトシール装置２００の構造及び組み付け方法を説明するための断面図であり、図３（Ｂ）はそのべベル形止め輪２０８の正面図であり、図３（Ｃ）はそのべベル形止め輪２０８の環状部の断面図であって図３（Ｂ）のＡ−Ａ’における断面図である。

図３に示すシャフトシール装置２００において、シャフト１０２、密封環１０３、端面リップシール１０４及びガスケット１２０の構成及び配置は、図１を参照して前述した第１実施形態のシャフトシール装置１００と同一である。

シャフトシール装置２００においては、ハウジング２０１の内周面に、べベル形止め輪２０８が嵌入される溝２０１ｃが形成されている。この溝２０１ｃのシャフト１０２の軸方向大気空間Ａ側（端面リップシール１０４から遠位側）の側面は、べベル形止め輪２０８を掛止し支持するための掛止面２０１ｄとされ、この掛止面２０１ｄは、内径方向に向かって大気空間Ａ側に傾斜した傾斜面（テーパー面）として形成されている。

端面リップシール１０４を固定するために用いるべベル形止め輪２０８は、例えば図３（Ｂ）に示すような平面形状で、図３（Ｃ）に示すような断面形状の円環部を有し、その外周面に、外周方向に向かって肉薄となるようなテーパー面２０８ａが形成されている。

このようなハウジング２０１及びべベル形止め輪２０８を有するシャフトシール装置２００においては、まず、密封環１０３をハウジング２０１内の被密封流体Ｑ側の所定位置に押し込む。次に、端面リップシール１０４を、突出リップ１０５が密封環１０３の摺動面１０３ａに当接し、端面リップシール１０４の大気空間Ａ側の端部がハウジング２０１の溝２０１ｃの掛止面２０１ｄよりも被密封流体Ｑ側の位置となるまで、密封環１０３方向に押し込む。そして、端面リップシール１０４の大気空間Ａ側端部に当接配置されるべベル形止め輪２０８をハウジング２０１の溝２０１ｃに嵌入する。
これにより、べベル形止め輪２０８は大気空間Ａ側に移動しない状態となり、端面リップシール１０４はべベル形止め輪２０８に大気空間Ａ側の端部が支持された状態となり、図３（Ａ）に示すような構成のシャフトシール装置２００が構成される。

このような構成のシャフトシール装置２００においては、ハウジング２０１の溝２０１ｃあるいは掛止面２０１ｄを基準として端面リップシール１０４及び密封環１０３の組み付けを行うため、組み付けに係る積み重ね誤差を少なくすることができ、シャフトシール装置２００を高精度に組み付けることが可能となる。
またその際には、端面リップシール１０４の位置を厳密に規定する必要があるが、本実施形態のシャフトシール装置２００においては、べベル形止め輪２０８の外周テーパー面２０８ａとハウジング２０１のテーパー状掛止面２０１ｄとが噛合って配置される構成としているので、そのテーパー面２０８ａの軸方向の長さｔ分（図３（Ａ）及び図３（Ｃ）参照）、組み付けの許容範囲が生まれる。従って、端面リップシール１０４の実際の組み付けを、容易かつ高精度に行うことができる。換言すれば、この許容範囲を規定の寸法としておくことにより、端面リップシール１０４をその規定の許容範囲内で組み付けることができ、端面リップシール１０４を安定的に高精度に組み付けることが可能となる。

また、べベル形止め輪２０８は、部品寸法さえ管理しておけば緩み止めの必要が無い。従って、高い信頼性で、端面リップシール１０４を設置することができる。
また、べベル形止め輪２０８を用いたこのような端面リップシール１０４の設置方法は、簡単な方法であり、組み付けや分解を容易に行うことができる。また使用する部品も単純な部品でよい。従って、シャフトシール装置の製造や設置に係るコスト、あるいはこれを用いた装置に係るコストを抑えることができる。
端面リップシール１０４は、このように、べベル形止め輪２０８により大気空間Ａ側の端部（突出リップ１０５が形成されていない側の端部）を支持されて固定されるようにしてもよい。

第３実施形態
本発明の第３実施形態について、図４を参照して説明する。
図３を参照して前述した第２実施形態において端面リップシール１０４は、一方の端部がべベル形止め輪２０８に当接されて支持されることのみによって、ハウジングに固定設置されていた。本実施形態においては、さらに他の端面リップシールの固定方法として、ハウジングに設けた段差部とべベル形止め輪との間に端面リップシールを挟持することにより、端面リップシールをハウジングの所定位置に設置する方法について説明する。

図４は、第３実施形態のシャフトシール装置３００を示す図であって、その構造及び組み付け方法を説明するための断面図である。
図４に示すシャフトシール装置３００において、シャフト１０２、密封環１０３及びガスケット１２０の基本的な構成及び配置は、前述した第１実施形態及び第２実施形態のシャフトシール装置１００，２００と同じである。また、べベル形止め輪２０８の構造は、図３を参照して前述した第２実施形態のべベル形止め輪と同じである。また、端面リップシール３０４は、ダストリップシール１０７（図１及び図３参照）を具備しない構成となっている点を除いて、前述した第１実施形態及び第２実施形態の端面リップシール１０４と同じ構成である。

本実施形態のシャフトシール装置３００においても、第２実施形態のシャフトシール装置２００と同様に、ハウジング３０１（シャフトシール装置２００においてはハウジング２０１）の内周面に、べベル形止め輪２０８が嵌入される溝２０１ｃが形成されている。溝２０１ｃの大気空間Ａ側の側面は、べベル形止め輪２０８を掛止し支持するための掛止面２０１ｄとして形成されており、掛止面２０１ｄは、内径方向に向かって大気空間Ａ側に傾斜した傾斜面（テーパー面）として形成されている。
シャフトシール装置３００においては、さらに、ハウジング３０１の内周面の端面リップシール３０４の突出リップ１０５と密封環１０３とが当接する摺動面１０３ａの近傍に、端面リップシール３０４の突出リップ１０５が形成されている側の端面３０６を当接するための段差部３０１ｂが形成されている。
そしてシャフトシール装置３００においては、この段差部３０１ｂとべベル形止め輪２０８との間に端面リップシール３０４を挟持し、端面リップシール３０４をハウジング３０１に固定設置している。この際、シャフトシール装置３００においては、段差部３０１ｂを基準面として、密封環１０３及び端面リップシール３０４の位置を決定する。

すなわちシャフトシール装置３００においては、まず、密封環１０３を、図２を参照して前述したようにハウジング３０１内の被密封流体Ｑ側の所定位置に押し込む。次に、端面リップシール３０４をハウジング３０１に挿入し、突出リップ１０５が形成されている付け根の部分を形成する端面３０６がハウジング３０１の段差部（基準面）３０１ｂに当接するまで密封環１０３方向に押し込む。そして、端面リップシール３０４の端面３０６がハウジング３０１の段差部３０１ｂに当接したら、端面リップシール３０４の大気空間Ａ側背面に当接配置されるべベル形止め輪２０８をハウジング３０１の溝２０１ｃに嵌入する。
これにより、べベル形止め輪２０８は大気側に移動しない状態となり、端面リップシール３０４はべベル形止め輪２０８とハウジング３０１の段差部３０１ｂとの間に挟持された状態となり、図４に示すような構成のシャフトシール装置３００が構成される。

このような構成のシャフトシール装置３００においては、ハウジング３０１の段差部３０１ｂを基準として端面リップシール３０４及び密封環１０３の組み付けを行うため、組み付けに係る積み重ね誤差を少なくすることができ、シャフトシール装置３００を高精度に組み付けることが可能となる。

このような構成で現実に端面リップシール３０４をハウジング３０１に組み付けるためには、端面リップシール３０４とべベル形止め輪２０８の全体の軸方向長さと、ハウジング３０１の段差部３０１ｂから溝２０１ｃのテーパー状掛止面２０１ｄまでの長さとを等しくしておく必要がある。この点において、シャフトシール装置３００においては、べベル形止め輪２０８の外周テーパー面２０８ａとハウジング３０１のテーパー状掛止面２０１ｄとが噛合って配置される構成としているので、そのテーパー面２０８ａの軸方向の長さｔ分、組み付けの許容範囲が生まれる。従って、端面リップシール３０４の実際の組み付けを、容易かつ高精度に行うことができる。換言すれば、この許容範囲を規定の寸法としておくことにより、端面リップシール３０４をその規定の許容範囲内で組み付けることができ、端面リップシール３０４を安定的に高精度に組み付けることが可能となる。

なお、べベル形止め輪２０８は部品寸法さえ管理しておけば緩み止めの必要が無いため、高い信頼性で端面リップシール３０４を設置することができる点、べベル形止め輪２０８を用いたこのような端面リップシール３０４の設置方法は単純な部品を用いた簡単かつ容易な方法でありコストを抑えることができる点等も、第２実施形態と同様である。
端面リップシール３０４は、このように、ハウジング３０１に設けた段差部３０１ｂとべベル形止め輪２０８により挟持して固定するようにしてもよい。

第４実施形態
本発明の第４実施形態について、図５を参照して説明する。
前述した第１実施形態〜第３実施形態においては、例えば図１に示すように、密封環１０３は、肉厚部と肉薄部とを有する形状に形成され、シャフト１０２の段差１０２ａを跨ぐように配置され、その肉薄部側がガスケット１２０を介在してシャフト１０２の太径部分（直径Ｄ２の部分）に嵌合されてシャフト１０２に装着されている。しかしながら、密封環の構成や密封環のシャフトへの装着方法はこのような形態に限られるものではなく、他の構成や他の方法であってもよい。ここでは、シャフトの段差を跨がない構成の密封環及びその装着方法について、本発明の第４実施形態として図５を参照して説明する。

図５は、第４実施形態のシャフトシール装置４００を示す図であって、その構造及び組み付け方法を説明するための断面図である。
図５に示すシャフトシール装置４００において、ハウジング１０１、シャフト１０２、端面リップシール１０４及びシール固定部品１０８の基本的な構成及び配置は、図１を参照して前述した第１実施形態のシャフトシール装置１００と同じである。従って、それらの説明は省略する。
本実施形態のシャフトシール装置４００は、密封環４０３及び密封環４０３とともに配置されるガスケット４２０の構成が、前述した各実施形態とは異なる。

密封環４０３は、図示のごとく、断面が略矩形の円環状の部材であり、ガスケット４２０の太径部４２０ａに嵌合されて、シャフト１０２の段差１０２ａより端面リップシール１０４側（大気空間Ａ側）、すなわちシャフト１０２の細径部分に配置される。密封環４０３の端面リップシール１０４と対向する面は、端面リップシール１０４の突出リップ１０５が圧接される摺動面４０３ａとして形成されている。
密封環４０３の摺動面４０３ａの背面４０３ｂは、ガスケット４２０と当接する当接面として形成されている。密封環４０３は、後述するようにガスケット４２０の太径部４２０ａに嵌入されるが、この際、密封環４０３は、当接面４０３ｂがガスケット４２０の当接面４２０ｅに当接するまで太径部４２０ａに嵌入され、ガスケット４２０と一体化される。
また、密封環４０３の摺動面４０３ａと当接面４０３ｂとの間の外周面４０３ｃは、密封環４０３をガスケット４２０の太径部４２０ａに嵌合保持する際の嵌合面として形成される。

ガスケット４２０は、シャフト１０２と密封環４０３との間をシールする部材であって、図５に示すような断面形状の円環状部材、すなわち径の異なる２つの円環状部材（太径部４２０ａと細径部４２０ｂ）が同心で接続された形態の、段差を有する円環状部材である。このような形状のガスケット４２０において、太径部４２０ａには密封環４０３が嵌合され、細径部４２０ｂにはシャフト１０２が嵌合される。

ガスケット４２０の内部には、補強環４２１が埋設されている。ガスケット４２０は、補強環４２１の周囲に略同じ肉厚で材料が形成されて構成されるが、太径部４２０ａと細径部４２０ｂとを接続する部分の内面、すなわちシャフト１０２の軸方向に略垂直な、密封環４０３が当接される当接面４２０ｅにおいては、その材料の肉厚が極めて薄いか、あるいは材料が全く形成されずに補強環４２１がむき出しになった状態に構成される。このような構成とすることにより、密封環４０３を組み付ける時や機内の圧力が高圧となった時に、ガスケット４２０を構成する材料が圧縮変形して密封環４０３にずれが発生するのを防ぐことができ、取り付け長の精度を確保し易くなる。

前述したように、ガスケット４２０の太径部４２０ａの内周面４２０ｄは密封環４０３の嵌合面として形成されている。密封環４０３をガスケット４２０の太径部４２０ａに嵌入することにより、密封環４０３の嵌合面４０３ｃとガスケット４２０の太径部４２０ａの内周面４２０ｄとが密接嵌合し（嵌合部４５１）、密封環４０３はガスケット４２０の太径部４２０ａに嵌合保持され、密封環４０３とガスケット４２０は一体化される。この際、密封環４０３は、前述したように、当接面４０３ｂがガスケット４２０の当接面４２０ｅに当接するまで（当接部４５２）、ガスケット４２０の太径部４２０ａに嵌入される。

また、ガスケット４２０の細径部４２０ｂの内周面４２０ｆは、ガスケット４２０をシャフト１０２に嵌合装着するための嵌合面として形成されており、この部分がシャフト１０２に嵌合されることにより（嵌合部４５３）、ガスケット４２０はシャフト１０２に嵌合装着される。

ガスケット４２０は、密封環４０３を嵌合保持した状態で、図２を参照して前述した第１実施形態の場合と同様に装着治具１１０を用いて、ハウジング１０１とシャフト１０２との間に挿入されてシャフト１０２に装着される。すなわち、装着治具１１０（図２参照）の突起１１０ａの先端を密封環４０３の摺動面４０３ａに当接させた状態で、一体化した密封環４０３とガスケット４２０とをハウジング１０１とシャフト１０２との間に押し込む。これにより、密封環４０３の摺動面４０３ａは、ハウジング１０１の基準面１０１ｂから所定の距離に配置される。

この状態において、ガスケット４２０の太径部４２０ａと細径部４２０ｂとの間に規定される当接面４２０ｅがシャフト１０２の段差１０２ａより端面リップシール１０４側に配置され、また、ガスケット４２０の細径部４２０ｂは、シャフト１０２の太径部（直径Ｄ２の部分）の段差１０２ａの近傍に嵌合される。換言すれば、シャフトシール装置４００においては、このような状態で密封環４０３及びガスケット４２０が組み付けられるように、各部の形状等が規定されている。そしてその結果、密封環４０３は、シャフト１０２の段差１０２ａとある程度の間隔をもって、シャフト１０２の細径部に配置されることになる。

この時、シャフトシール装置４００においては、前述した各実施形態と同様に、端面リップシール１０４の突出リップ１０５の付け根の直径Ｄ１と、一体化された密封環４０３とガスケット４２０とがシャフト１０２に嵌合される嵌合部４５３のシャフト１０２の直径Ｄ２とが等しく形成されているため、一体化された密封環４０３及びガスケット４２０がシャフト１０２の軸方向の両側において被密封流体から圧力を受ける領域の面積（受圧面積）が略等しくなっている。すなわち、密封環４０３に対して、被密封流体Ｑにより、端面リップシール１０４から密封環４０３の方向に作用する力と、密封環４０３から端面リップシール１０４の方向に作用する力とが略等しくなる。
従って、シャフトシール装置４００が作動している状態において、密封環４０３がシャフト１０２の軸方向に移動することは無い。

シャフト１０２のガスケット４２０が装着される箇所には、ノックピン４３１が圧入設置されており、また、ガスケット４２０の細径部４２０ｂの端部には、このノックピン４３１に係合する切り欠き４２０ｃが形成されている。この切り欠き４２０ｃにノックピン４３１が係合されることにより、密封環４０３と一体化されたガスケット４２０とシャフト１０２との回転方向の相対移動（ずれや滑り等）が機械的に完全に阻止される。
なお、シャフトシール装置４００においては、このガスケット４２０の最外径、すなわち、太径部４２０ａの外周面の直径は、ハウジング１０１の内径（端面リップシール１０４が配置されている箇所の内径）よりも小さく形成する、換言すれば、ハウジングの内径（ボア径）は、ガスケット４２０の外径よりも大きくする。
また、ガスケット４２０及び補強環４２１の材料は、前述した第１実施形態のシャフトシール装置１００のガスケット１２０及び補強環１２１と同一である。

このような構成のシャフトシール装置４００においては、ハウジング１０１の基準面１０１ｂを基準として密封環４０３及び端面リップシール１０４の組み付けを行うため、組み付けに係る積み重ね誤差を少なくすることができ、シャフトシール装置４００を高精度に組み付けることが可能となる。

また、このような構成のシャフトシール装置４００においては、密封環４０３の形状を非常に簡単にすることができるので、密封環４０３の加工や組み付けも容易となり、シャフトシール装置４００の製造に係るコストを低減することができる。
また、密封環４０３はガスケット４２０及びノックピン４３１を介してシャフト１０２と一体的に回転するように係止されており、密封環４０３が直接にノックピンにより係止されているものではない。従って、シャフト１０２（及び密封環４０３、ガスケット４２０）が高い負荷（高いトルク）がかかって回転する時等においても、密封環４０３が破損等する可能性をより少なくすることができる。
本発明に係るシャフトシール装置は、このような形態で実施してもよい。

なお、前述した各実施形態は本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を何ら限定するものではない。前述した各実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

例えば、密封環１０３とシャフト１０２との廻り止め（滑り止め）機構は、本実施形態のようにノックピン１３１を用いる方法に限られない。例えば、シャフト１０２に面取り部を設けて密封環１０３と係合させるようにしてもよいし、密封環１０３が金属系の材料からできている時には、シャフト１０２とのメタルタッチとして強固に係合させることも可能である。また、回転装置の構造によっては、密封環１０３をシャフト１０２上の正規の位置に装着してから、ダボ加工（プレス加工）することも可能である。
また、これらの廻り止め機構は、密封環１０３の肉薄部に形成することに限られるものではなく、肉厚部（つば部）１０３ｂに設けるようにしてもよい。

産業上の利用分野

本発明のシャフトシール装置及びその組み付け方法は、空調機用の圧縮機、ポンプ、原動機等の回転装置に好適に適用可能である。また、ハウジングとシャフトとの間の被密封流体をシールする装置であれば、任意の装置に対して適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態のシャフトシール装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示したシャフトシール装置の組み付け方法を説明するための図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係るシャフトシール装置を示す図であり、図３（Ａ）はシャフトシール装置の構造及び組み付け方法を説明するための断面図であり、図３（Ｂ）はシャフトシール装置の組み付けに用いるシール固定部品（べベル形止め輪）の正面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）のＡ−Ａ’における環状部断面図である。 図４は、本発明の第３実施形態に係るシャフトシール装置を示す図であり、その構造及び組み付け方法を説明するための断面図である。 図５は、本発明の第４実施形態に係るシャフトシール装置を示す図であり、その構造及び組み付け方法を説明するための断面図である。 図６は、従来のシャフトシール装置の構成を示す図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００…シャフトシール装置
１０１、２０１、３０１…ハウジング
１０２…シャフト
１０２ａ…段差
１０３、４０３…密封環
１０３ａ、４０３ａ…摺動面
１０３ｂ…肉厚部
１０６…嵌合部
４０３ｂ…当接面
４０３ｃ…嵌合面
１０４、３０４…端面リップシール
１０５…突出リップ
３０６…端面
１０７…ダストリップシール
１０９…補強環
１０８…シール固定部品
２０８…べベル形止め輪（シール固定部品）
１２０、４２０…ガスケット
４２０ａ…太径部
４２０ｂ…細径部
４２０ｃ…切り欠き
４２０ｄ、４２０ｆ…嵌合面
４２０ｅ…当接面
１２１、４２１…補強環
１３１、４３１…ノックピン
４５１、４５３…嵌合部
４５２…当接部
９００…シャフトシール装置
９０１…ハウジング
９０２…シャフト
９０３…固定環（固定側密封環）
９０４…端面リップシール
９０５…突出リップ
９０６…固定側シール
９０７，９０８…パッキン
９０９…補強ケース
９１０…シールリップ

Claims (6)

1. シャフトと当該シャフトが通過するハウジングとの間に設置され、当該シャフトに沿って被密封流体をシールするシャフトシール装置であって、
   前記シャフトに嵌合される密封環と、
   前記ハウジングに固定され、突出リップを前記密封環の摺動面に摺動可能に密接させる端面リップシールとを有し、
   前記突出リップの被密封流体側表面の最小径部分の直径（Ｄ１）は、前記密封環が嵌合されている箇所の前記シャフトの直径（Ｄ２）と等しいことを特徴とするシャフトシール装置。
2. 前記密封環は、前記ハウジングの所定の基準位置に対して所定の取り付け長となる位置で前記シャフトに取り付けられ、前記端面リップシールは、前記基準位置に対して位置合わせされて取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のシャフトシール装置。
3. 前記密封環が前記シャフトに対して相対的に回転しないように、前記密封環と前記シャフトとを係合させる係合手段をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載のシャフトシール装置。
4. 前記シャフトは段差を有し、前記密封環は、前記シャフトの段差を跨ぎ、当該段差を跨ぐ範囲で前記シャフトの軸方向に位置調整可能に当該シャフトに嵌合されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシャフトシール装置。
5. 前記端面リップシールは、前記ハウジング内に設置される止め輪により、少なくとも前記突出リップが配置される端部とは反対側の端部が支持され、前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシャフトシール装置。
6. 前記シャフトは段差を有し、前記密封環は、前記シャフトの段差の前記端面リップシール側に配置され、前記段差までの間隙の範囲で前記シャフトの軸方向に位置調整可能に当該シャフトに嵌合されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシャフトシール装置。

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