JP2008286389A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立作業性の向上を図り、高圧時におけるシールリップの異常変形をより確実に抑制して安定した密封性能の維持を図った密封装置を提供する。
【解決手段】回転軸１４の表面１０に向かうにつれて反密封領域２０側から密封領域４側に向かって軸表面付近まで伸びる部分を有し、回転軸１４の偏心に追随するベローズ３と、ベローズ３の内周端に接続して設けられ、かつ回転軸１４の表面１０に対して摺動自在に接するシールリップ２と、を備える密封装置１００であって、シールリップ２は、ベローズ３の内周端から反密封領域２０側に向かって伸び、かつその内周側に回転軸１４の表面１０に摺動自在に接触する接触部を有する第１シールリップ部５と、ベローズ３の内周端から密封領域４側に向かって伸び、かつ密封対象流体１２の流体圧力が正常な範囲内では回転軸１４の表面１０に接しない第２シールリップ部６と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、密封装置に関するものである。

従来、軸と該軸が挿入される軸孔を有する部材との間の環状隙間を密封する密封装置において、軸の偏心時においても好適に密封するために、ベローズを備えた密封装置が知られている。かかる密封装置においては、軸孔の内周面側に固定される固定部と軸表面に摺動自在に密着するシールリップとが、例えば、断面形状がおおよそＺ字形状により構成されたベローズによって接続されている。このような密封装置においては、例えば、ベローズが、軸表面に向かうに連れて反密封領域側から密封領域側に向かって伸び、シールリップがベローズの内周端から反密封領域側に向かって伸びるように構成される（特許文献１参照）。

このように構成される密封装置においては、密封対象流体の圧力が高い場合においても、シールリップがより確実に密封性を発揮するように、ベローズが密封領域内部に向かって入り込むような状態で密封装置は固定されている。これにより、密封対象流体の圧力が高まると、シールリップが軸表面に対してより高い圧力で密着するように作用し、密封性が保たれる。なお、かかる密封装置は、ラジアルシャフトシールリング，ピストンシールリングまたはロッドシールリングとして好適に適用することができる。また、かかる密封装置におけるシールリップは、径方向に対して可撓性を有している。また、かかる密封装置におけるシールリップなどの弾性部分の材料としては、好ましくはポリテトラフルオロエチレンが用いられるが、その他の好適な材料を用いることもできる。

上記のように構成される密封装置においては、偏心追随性に優れ、高圧下においても安定した密封性能を発揮するものの、密封装置に対して軸を挿入する際に、軸の先端がシールリップ先端に当ってしまい軸を挿入しにくいなど、組立作業性に難があった。また、高圧時において、シールリップが異常変形してしまうおそれもあった。
独国特許出願公開１０３５３３０５号明細書

本発明の目的は、組立作業性の向上を図り、高圧時におけるシールリップの異常変形をより確実に抑制して安定した密封性能の維持を図った密封装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明は、
軸と該軸が挿入される軸孔を有する部材との間の環状隙間を密封する密封装置において、
軸表面に向かうにつれて反密封領域側から密封領域側に向かって軸表面付近まで伸びる部分を有し、軸の偏心に追随するベローズと、
前記ベローズの内周端に接続して設けられ、かつ軸表面に対して摺動自在に接するシールリップと、
を備える密封装置であって、
前記シールリップは、
前記ベローズの内周端から反密封領域側に向かって伸び、かつその内周側に軸表面に摺
動自在に接触する接触部を有する第１シールリップ部と、
前記ベローズの内周端から密封領域側に向かって伸び、かつ密封対象流体の流体圧力が正常な範囲内では軸表面に接しない第２シールリップ部と、
を備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、上記のように構成された第２シールリップ部が備えられていることにより、組立時（軸を第２シールリップ部側から第１シールリップ部側に向かって挿入する時）及び高圧時（密封対象流体の圧力が高い時）において、シールリップの変形を抑制することができる。すなわち、組立時や高圧時において、シールリップが反密封領域側に変形しようとすると、第２シールリップ部が軸の表面に突き当たって抵抗力となるため、シールリップの変形を抑制することができる。また、第２シールリップ部は、密封対象流体の流体圧力が正常な範囲内では軸表面に接しないので、摺動抵抗を低く抑えることができる。

前記ベローズの内周端から第２シールリップ部の先端までの距離に対する前記ベローズの内周端から第１シールリップ部の先端までの距離の比は、１以上３以下に設定されているとよく、より好ましくは、前記比は２であるとよい。ここで、一般的な大きさの密封装置においては、ベローズの内周端から第２シールリップ部の先端までの距離は、約０．８ｍｍ〜１．４ｍｍに設定されるとよい。

前記軸孔の内周面側に固定された補強環と、
該補強環に固定された固定部と、
を備え、
前記ベローズは、前記固定部から密封領域側に向かって屈折した屈折部を介して該固定部に接続するように構成されているとよい。

従って、密封流体圧力が高い場合や、軸が偏心した場合において、ベローズは、特に屈折部を中心にして撓むように変形する。これにより、軸の大きな偏心に対してもシールリップを好適に追随させることができ、安定した密封性能を維持させることができる。

第１シールリップ部の内周面には、軸との相対回転時に密封対象流体を密封領域側に戻すネジ突起またはネジ溝が設けられているとよい。

これにより、ネジ突起またはネジ溝によるポンプ効果によって密封対象流体を密封領域側に戻すことができるので、摺動抵抗を低くしても、密封性能を維持することができる。

前記シールリップは、前記軸が挿入され、かつ該軸の偏心がない状態で、略一定の肉厚を有する円筒形状をなすように構成されており、前記ベローズの内周端に接続する部位よりも反密封領域側が第１シールリップ部を構成し、前記ベローズの内周端に接続する部位よりも密封対象側が第２シールリップ部を構成するとよい。

このように、第１シールリップ部と第２シールリップ部から構成されるシールリップを、略一定の肉厚を有する円筒形状とすることで、シールリップの成形を容易にすることができる。

前記ベローズとシールリップは、ポリマー系のシール材料（特に、ポリテトラフルオロエチレンが好適である）から構成されているとよい。ただし、その他の適宜の材料を用いることもできる。

第１シールリップ部は、自己の弾性圧縮力のみによって軸表面に接触するように構成さ
れているとよい。

これにより、摺動抵抗を低く抑えることができる。

前記シールリップの内周面は、外力が作用していない状態において、第１シールリップ部側から第２シールリップ部側に向かって拡径する略テーパ面により構成されるとよい。ここで、前記略テーパ面のテーパ角は４５°であると好適である。

このように構成すれば、特に、組立作業（軸の挿入作業）の面で優れる。すなわち、外力が作用していない状態、つまり軸が挿入される前の状態で、シールリップの内周面は第２シールリップ部側に向かって拡径するテーパ面で構成されるため、第２シールリップ部側から第１シールリップ部側に軸を挿入する際に、軸の先端がシールリップ（第２シールリップ部）の先端に突き当たってしまうことを抑制できる。従って、シールリップの損傷や、シールリップが異常に変形した状態で軸が挿入されてしまうことを抑制することができる。また、複数の密封装置を軸方向に隣接させて配置させる場合においても、軸を容易に挿入することができる。

上記の通り、第２シールリップ部は、密封対象流体の流体圧力が正常な範囲内では軸表面に接しないように構成されている。ここで、第２シールリップ部は、該第２シールリップ部の内周面と軸表面との間に、毛細管現象が生ずる程度の隙間が設けられるように構成されているとよい。このように構成することで、静止時において、第１シールリップ部におけるネジ突起またはネジ溝によるポンプ効果が発揮されていないときでも、密封対象流体が第１シールリップ部側に漏れることを抑制することができ、安定した密封性能を発揮させることができる。このように、第２シールリップ部の内周面と軸表面との間の隙間を上記の通り設定することで、摺動抵抗を低く抑えつつ、安定した密封性能を維持させることができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、組立作業性の向上を図り、高圧時におけるシールリップの異常変形をより確実に抑制して安定した密封性能の維持を図ることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置について説明する。図１は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図（外力が作用していない状態（軸挿入前の状態）を示す模式的断面図）である。図２は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図（密封対象流体の流体圧力がかかった状態を示す模式的断面図）である。図３は本発明の実施例１に係る密封装置におけるシールリップ先端付近の模式的断面図である。

本実施例に係る密封装置１００は、回転軸１４と、回転軸１４が挿入される軸孔を有する部材であるハウジング３０との間の環状隙間を密封するものである。

図１においては、回転軸１４が挿入される前の状態を示しており、配置や寸法関係の概
略が分かるように回転軸１４は点線にて示している。

密封装置１００は、補強環１８と、補強環１８に一体的に固定されたゴム状弾性体製のシール本体Ｓとを備えている。補強環１８は、例えば金属などの硬質材料から構成されており、ハウジング３０の軸孔の内周面側に固定されている。

シール本体Ｓは、補強環１８の内周端部１に一体的に固定される固定部９ａを備えており、この固定部９ａは補強環１８によって補強されている。また、シール本体Ｓは、固定部９ａから密封領域４側に向かって屈折した屈折部９と、屈折部９を介して固定部９ａに接続するベローズ３と、ベローズ３の内周端に接続して設けられるシールリップ２とを備えている。ベローズ３は、回転軸１４の中心軸線１９と平行に延伸可能に構成されている。シールリップ２は、いずれもベローズ３の内周端に接続された第１シールリップ部５と第２シールリップ部６とから構成される。ここで、第１シールリップ部５は、ベローズ３の内周端から反密封領域２０側に向かって伸びるように構成され、第２シールリップ部６は、ベローズ３の内周端から密封領域４側に向かって伸びるように構成されている。

シールリップ２の内周面は、図１に示すように、外力が作用していない状態において、第１シールリップ部５側から第２シールリップ部６側に向かって拡径する略テーパ面により構成されている。この略テーパ面で構成された、シールリップ２の内周面と、回転軸１４の表面１０とのなす角（つまりテーパ角）１６は３０°以上４５°以下の鋭角となるように設定されている。そして、第２シールリップ部６の部分における内径は、回転軸１４の直径よりも大きくなるように設定されている。特に、第２シールリップ部６の先端の内径が最大径となり、この最大径は回転軸１４の直径よりもかなり大きくなるように設定されている。従って、組立時において、回転軸１４を図中矢印１５方向に挿入する際に、回転軸１４の先端が、第２シールリップ部６の先端に突き当たってしまうことを抑制でき、回転軸１４を簡単に挿入することができる。これに伴い、シールリップ２の損傷を抑制することができ、かつ、シールリップ２が反密封領域２０側に異常に変形してしまうことを抑制できる。

図２には、回転軸１４が挿入された状態が示されている。図示のように、本実施例に係る密封装置１００におけるシール本体Ｓの部分は、断面形状がおおよそＺ字形状となるように構成されている。そして、上記の通り、外径側の固定部９ａと内径側のシールリップ２とがベローズ３によって一体的に接続されている。ベローズ３は回転軸１４の表面１０に向かうにつれて反密封領域２０側から密封領域４側に向かって回転軸１４の表面１０付近まで伸び、かつ内周端付近で反密封領域２０側に折れ曲がった部分を有するように構成されている。そして、このベローズ３の内周端に接続するようにシールリップ２が設けられている。このシールリップ２は、ベローズ３の内周端から反密封領域２０側に向かって伸びるように構成された第１シールリップ部５と、ベローズ３の内周端から密封領域４側に向かって伸びるように構成された第２シールリップ部６を一体的に備えた構成である。また、シールリップ２とベローズ３は、同一材料によって一体的に構成されている。また、本実施例においては、ベローズ３の内周端から第２シールリップ部６の先端までの距離８に対するベローズ３の内周端から第１シールリップ部５の先端までの距離７の比が２となるように設定されている。

回転軸１４が偏心した場合（回転軸１４の中心軸線１９と固定部９ａの中心軸線がずれた場合）においては、ベローズ３は、特に屈折部９を中心にして撓むように変形する。これに伴い、シールリップ２は、固定部９ａとベローズ３とを接続する屈折部９を中心に弧を描くように移動する。

図２に示すように、シールリップ２のうち、第１シールリップ部５のみが回転軸１４の
表面１０に接触するように構成されている。そして、この第１シールリップ部５の内周側には環状凸部１１が設けられている。第１シールリップ部５の内周面において、この環状凸部１１の部分が回転軸１４の表面１０に接触するように構成されている。この環状凸部１１は密封対象流体１２を密封領域４側に戻す機能を有する（この点については後述する）。これにより、正常動作時において、回転軸１４の回転に伴って、密封対象流体１２が密封領域４側に戻されるため、反密封領域２０側への漏れを抑制することができる。なお、本実施例においては、回転軸１４の一方向側への回転に対してのみ密封対象流体１２を密封領域４側に戻す機能を発揮するように構成しているが、いずれの回転に対しても密封対象流体１２を密封領域４側に戻す機能を発揮するように構成してもよい。

シールリップ２において、第１シールリップ部５と第２シールリップ部６の肉厚１３は略同じ厚みとなるように構成されている。そして、シールリップ２は、回転軸１４が挿入され、かつ軸の偏心がない状態（密封対象流体１２の流体圧力は正常な範囲内である状態）で、図２に示すように、略一定の肉厚を有する円筒形状をなすように構成されている。また、この状態において、第２シールリップ部６の内周面と回転軸１４の外周表面との間には環状隙間１７が形成されるように構成されている。更に、この状態において、本実施例では、シールリップ２のうち第１シールリップ部５の内周面に設けられた環状凸部１１の部分のみが回転軸１４の表面１０に接触するように構成されている。これにより、シールリップ２により回転軸１４の表面１０に対する摺動抵抗を低く抑えることができる。なお、本実施例においては、シールリップ２は、自己の弾性圧縮力によってのみ、環状凸部１１が回転軸１４の表面１０に接触するように構成されている。これにより、摺動抵抗をより確実に低く抑えることができる。

また、第２シールリップ部６の内周面と回転軸１４の外周表面との間に形成される環状隙間１７は、毛細管現象が生ずる程度の隙間となるように設定されている。このように構成することで、静止時において、第１シールリップ部５によって密封対象流体１２を密封領域４側に戻す機能が発揮されていないときでも、密封対象流体１２が第１シールリップ部５側に漏れることを抑制することができ、安定した密封性能を発揮させることができる。

密封対象流体１２の流体圧力が高くなると、ベローズ３に対して主として外径側から内径側に向かって押圧する力が作用し、シールリップ２を回転軸１４の表面１０に向かって押圧する力が作用する（図２中、矢印Ｐ参照）。これにより、流体圧力が高くなるほど、シールリップ２に対して、回転軸１４の表面１０に密着する力が大きくなるように作用する。

従って、流体圧力を試験的に正常な範囲を越えた圧力とした場合、あるいは通常の使用時において、何らかの影響で流体圧力が正常な範囲を越えてしまった場合においても、第２シールリップ部６を設けたことによって、ベローズ３が屈折部９を中心として反密封領域２０側に移動するように変形してしまうことを抑制することができる。

密封対象流体１２を密封領域４側に戻す機能を有する環状凸部１１について更に詳しく説明する。なお、このような機能は、一般的にポンプ機能と称される。

環状凸部１１には、ポンプ機能を発揮させるためのネジ突起またはネジ溝が設けられている。このネジ突起またはネジ溝は、回転軸１４の回転方向のいずれの位置にも存在するように、２回転〜２回転半の間で形成されている。

シールリップ２において回転軸１４の表面１０に接触する部分は、小さな圧力で接触するように構成されるのが望ましく、複数の線接触部を生じさせ、静止時においても密封性
を最適化する微細構造を好適に用いることができる。この構造は特に好ましくはネジ突起で囲まれる部分の形状が三角形のものである。

また、図３に示すように、環状凸部１１の外側にも微小な隙間が形成されており、この隙間の部分においても、反密封領域２０側に漏れ出した密封対象流体１２が保持される。

（実施例２）
図４には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、第２シールリップの変形例を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

図４は本発明の実施例２に係る密封装置におけるシールリップ先端付近の模式的断面図である。本実施例においては、第１シールリップ部５の先端の内周側に、回転軸１４の表面に摺動自在に接する環状突起５Ｘが設けられている。この環状突起５Ｘによって、反密封領域２０側からダストなどの不純物が密封領域４側に侵入してしまうことを抑制することができる。

図１は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図（外力が作用していない状態（軸挿入前の状態）を示す模式的断面図）である。 図２は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図（密封対象流体の流体圧力がかかった状態を示す模式的断面図）である。 図３は本発明の実施例１に係る密封装置におけるシールリップ先端付近の模式的断面図である。 図４は本発明の実施例２に係る密封装置におけるシールリップ先端付近の模式的断面図である。

符号の説明

１ 内周端部
２ シールリップ
３ ベローズ
４ 密封領域
５ 第１シールリップ部
５Ｘ 環状突起
６ 第２シールリップ部
９ 屈折部
９ａ 固定部
１０ （回転軸の）表面
１１ 環状凸部
１２ 密封対象流体
１３ 肉厚
１４ 回転軸
１７ 環状隙間
１８ 補強環
１９ 中心軸線
２０ 反密封領域
３０ ハウジング
１００ 密封装置
Ｓ シール本体

Claims (11)

1. 軸と該軸が挿入される軸孔を有する部材との間の環状隙間を密封する密封装置において、
   軸表面に向かうにつれて反密封領域側から密封領域側に向かって軸表面付近まで伸びる部分を有し、軸の偏心に追随するベローズと、
   前記ベローズの内周端に接続して設けられ、かつ軸表面に対して摺動自在に接するシールリップと、
   を備える密封装置であって、
   前記シールリップは、
   前記ベローズの内周端から反密封領域側に向かって伸び、かつその内周側に軸表面に摺動自在に接触する接触部を有する第１シールリップ部と、
   前記ベローズの内周端から密封領域側に向かって伸び、かつ密封対象流体の流体圧力が正常な範囲内では軸表面に接しない第２シールリップ部と、
   を備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記ベローズの内周端から第２シールリップ部の先端までの距離に対する前記ベローズの内周端から第１シールリップ部の先端までの距離の比は、１以上３以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記比は２であることを特徴とする請求項２に記載の密封装置。
4. 前記軸孔の内周面側に固定された補強環と、
   該補強環に固定された固定部と、
   を備え、
   前記ベローズは、前記固定部から密封領域側に向かって屈折した屈折部を介して該固定部に接続するように構成されていることを特徴とする請求項１，２または３に記載の密封装置。
5. 第１シールリップ部の内周面には、軸との相対回転時に密封対象流体を密封領域側に戻すネジ突起またはネジ溝が設けられていることを特徴とする１〜４のいずれか一つに記載の密封装置。
6. 前記シールリップは、前記軸が挿入され、かつ該軸の偏心がない状態で、略一定の肉厚を有する円筒形状をなすように構成されており、前記ベローズの内周端に接続する部位よりも反密封領域側が第１シールリップ部を構成し、前記ベローズの内周端に接続する部位よりも密封対象側が第２シールリップ部を構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の密封装置。
7. 前記ベローズとシールリップは、ポリマー系のシール材料から構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の密封装置。
8. 第１シールリップ部は、自己の弾性圧縮力のみによって軸表面に接触するように構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の密封装置。
9. 前記シールリップの内周面は、外力が作用していない状態において、第１シールリップ部側から第２シールリップ部側に向かって拡径する略テーパ面により構成されることを特徴とする請求項６，７または８に記載の密封装置。
10. 前記略テーパ面のテーパ角は４５°であることを特徴とする請求項９に記載の密封装置
    。
11. 第２シールリップ部は、該第２シールリップ部の内周面と軸表面との間に、毛細管現象が生ずる程度の隙間が設けられるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の密封装置。

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