JP2009204039A

JP2009204039A - 密封装置

Info

Publication number: JP2009204039A
Application number: JP2008045441A
Authority: JP
Inventors: Hirokata Mizuta; 裕賢水田; Tomonari Saito; 知成斎藤
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-09-10

Abstract

【課題】摺動面に螺旋溝３４を形成したシールリップ３によって密封を行う密封装置において、回転体５の停止時におけるシール性を確保するために螺旋溝３４の途中に形成された堰３５による螺旋溝３４の閉塞を防止する。
【解決手段】回転体５の外周面と摺動可能に密接されるシールリップ３の内周面に、軸心Ｏを中心とするＲ方向への回転体５の回転によって密封空間Ｓ側へのポンピング流れを発生する螺旋溝３４が形成され、螺旋溝３４の途中に堰３５が形成され、前記堰３５は、螺旋溝３４の延長方向における大気側を向いた面が溝底から螺旋溝３４の延長方向における密封空間側へ向けて漸次高くなる斜面３５ａをなす。
【選択図】図１

Description

本発明は、機器の回転部分をシールリップによって密封する密封装置に関する。

機器の回転部分、例えば回転軸の軸周の密封を行う密封装置には、シールリップを前記回転軸の外周面に摺動可能に密接させるものがある。

図３は、このようなシールリップを備えた従来の密封装置をその軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図、図４は、図３の密封装置におけるシールリップの一部を、軸心と直交する平面で回転軸の一部と共に切断して示す断面図である。この密封装置１００は、補強環１０２にゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料によって一体に成形されると共に外周部がハウジング２００の内周面に密接状態に圧入されるボディ１０１と、このボディ１０１に支持されＰＴＦＥ等の合成樹脂材料、ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料からなるシールリップ１０３とを備える。

シールリップ１０３は、ボディ１０１の背面部に密接状態に取り付けられ、ハウジング２００への装着状態では、内周部１０３ａが、機内の密封空間Ｓ側へ円筒状に変形された状態で、ハウジング２００の内周に挿通された回転軸３００の外周面に摺動可能に密接される。

シールリップ１０３の内周部１０３ａの内周面には、螺旋溝１０３ｂが形成されている。詳しくは、この螺旋溝１０３ｂは、回転軸３００の回転時に軸周に接触している流体を密封空間Ｓ側へポンピングする方向へ延びている。また、回転軸３００の停止時に密封空間Ｓの密封対象流体が螺旋溝１０３ｂを伝わって大気Ａ側へ漏れることのないように、この螺旋溝１０３ｂは所々で堰１０３ｃによって不連続となっている（例えば下記の特許文献参照）。
特開２０００−１４５９７５号公報

しかしながら、螺旋溝１０３ｂに堰１０３ｃを設けたものは、図４に示されるように、回転軸３００との摺動によって生じた摩耗粉や外部から螺旋溝１０３ｂへ入り込んだ異物Ｄが、堰１０３ｃにより堰き止められて蓄積され、堰１０３ｃよりも大気Ａ側で螺旋溝１０３ｂが埋まって閉塞してしまうことがある。そしてこのような閉塞が顕著になると、螺旋溝１０３ｂによるポンピング効果が損なわれ、摺動トルクの増大やシール性の低下を来たすおそれがあった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、摺動面に螺旋溝を形成したシールリップによって密封を行う密封装置において、回転体の停止時におけるシール性を確保するために螺旋溝の途中に形成された堰による螺旋溝の閉塞を防止することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る密封装置は、回転体の外周面と摺動可能に密接されるシールリップの内周面に、軸心を中心とする一定方向への前記回転体の回転によって密封空間側へのポンピング流れを発生する螺旋溝が形成され、前記螺旋溝の途中に堰が形成され、前記堰は、前記螺旋溝の延長方向における大気側を向いた面が溝底から前記螺旋溝の延長方向における密封空間側へ向けて漸次高くなる斜面をなすものである。

上記構成において、シールリップの内周面に形成された螺旋溝は、回転体の偏心に対するシールリップの追随性を向上させると共に、回転体が軸心を中心として一定方向へ回転したときに、密封空間側へ向かうポンピング流れを発生させ、密封空間からシールリップの内周を経由して大気側へ漏れようとする密封対象流体を密封空間側へ押し戻す作用を有するものである。また、螺旋溝の途中に形成された堰は、回転体の停止時に、螺旋溝を通じての密封対象流体の漏れを遮断するものである。

そして、回転体が一定方向へ回転することによって螺旋溝に生じるポンピング流れは、堰の大気側では、螺旋溝の延長方向における大気側を向いた堰の斜面にぶつかることになり、この斜面は、密封空間側へ向けて漸次高くなるものであるため、摩耗粉や、ポンピングによって外部から螺旋溝へ吸い込まれる異物が容易に堰を乗り越えることができる。このため前記摩耗粉や異物が、堰の大気側に蓄積されて螺旋溝を閉塞するのを防止することができる。

本発明に係る密封装置によれば、堰の大気側における螺旋溝の閉塞を防止して回転時の螺旋溝のポンピング作用による優れたシール性が確保されると共に、停止時の堰による漏れ遮断機能が確保される。

以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図、図２は、図１の密封装置におけるシールリップの一部を、軸心と直交する平面で回転軸の一部と共に切断して示す断面図である。

図１に示される密封装置は、ステンレス鋼板等の金属板の打ち抜きプレス加工によって製作された補強環２に、ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料によって一体的に成形されたボディ１と、摩擦係数が低く、耐摩耗性、耐流体性及び耐熱性に優れたＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene：四フッ化エチレン樹脂）等の合成樹脂材料、あるいはフッ素ゴム、アクリルゴム、ニトリルゴムなどのゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料で成形され前記ボディ１に支持されたシールリップ３とを備える。

補強環２は軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状（図１に示される断面形状）が略Ｌ字形をなし、すなわち円筒部２１と、その軸方向一端から軸心Ｏとほぼ直交する平面状をなして内周側へ延びる内向き鍔部２２とを有する。

ボディ１は、予め加硫接着剤を塗布した補強環２を所定の金型（不図示）内にセットし、型閉じによって金型内面と補強環２との間に画成された環状のキャビティ内に、未加硫のゴム又は樹脂成形材料を充填して加熱・加圧することによって、補強環２に一体成形されたもので、補強環２における円筒部２１の外周面に接合され、機器のハウジング４の内周面に全周が所要の締め代をもって密接される外周シール部１１と、補強環２における内向き鍔部２２を埋設した状態に接合されたシールリップ支持部１２とを有する。

シールリップ３は、補強環２の円筒部２１の内周に嵌合されると共にボディ１におけるシールリップ支持部１２に密接状態に支持された円盤状外周部３１と、その内周から機内の密封空間Ｓ側へ向けて湾曲部３２を介して円筒状に突出した形状に変形された状態で、ハウジング４の内周に挿通された回転軸５の外周面に摺動可能に密接される内周部３３からなる。なお、回転軸５は請求項１に記載された回転体に相当する。

シールリップ３における湾曲部３２から内周部３３にかけての内周面には、螺旋溝３４が形成されている。詳しくは、この螺旋溝３４は、回転軸５が軸心Ｏを中心として矢印Ｒ方向へ回転した時に、軸周に接触している流体を密封空間Ｓ側へポンピングする方向、すなわちＲ方向へ周回しながら内周部３３の先端３３ａへ向けて延びるように形成されている。

螺旋溝３４には、その延長方向一箇所以上に堰３５が形成されており、すなわち螺旋溝３４は、堰３５によって所々で途切れている。堰３５は、螺旋溝３４による相対的な突条部３４ａと同等の高さ、言い換えれば溝深さと同等の高さを有するものであって、図２に示されるように、螺旋溝３４の延長方向における大気側を向いた面（回転軸５の回転方向Ｒと対向する側の面）が、溝底３４ｂから螺旋溝３４の延長方向における密封空間側へ向けて、言い換えれば回転軸５の回転方向Ｒへ向けて漸次高くなる緩勾配の斜面３５ａをなす。

溝底３４ｂに対する斜面３５ａの勾配は、０．１〜４５°、好ましくは０．５〜２０°とするのが良い。これは、斜面３５ａが急勾配過ぎると摩耗粉や異物Ｄの蓄積が起こりやすくなり、逆に緩勾配過ぎると型の加工が難しくなり、溝の加工精度などに問題を生じるからである。

一方、堰３５の延長方向における密封対象流体側を向いた面３５ｂは、溝底３４ｂに対して、上述の斜面３５ａよりも十分な急勾配で立ち上がり、好ましくはほぼ径方向に延びる面をなしている。

以上のように構成された密封装置は、図１に示されるように、ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料からなるボディ１の外周シール部１１が、ハウジング４の内周面に圧入されることによって、この内周面に所要の締め代をもって密接した状態に固定され、シールリップ３の内周部３３の内周面が、回転軸５の外周面に摺動可能に密接される。この状態で、回転軸５が図１におけるＲ方向へ回転すると、シールリップ３の内周部３３の内周面に形成された螺旋溝３４に沿って密封空間Ｓ側へ向かうポンピング流れを生じ、密封空間Ｓからシールリップ３と回転軸５の間を通過して大気Ａ側へ漏れようとする密封対象流体が密封空間Ｓへ押し戻されるので、優れた密封機能を奏する。

シールリップ３は、その湾曲部３２から内周部３３にかけての部分が螺旋溝３４によって柔軟に変形可能となっているため、回転軸５が回転に伴って軸振れを発生しても、内周部３３は、このような偏心運動に追随し、回転軸５の外周面に対する良好な密接状態を維持することができる。

ここで、螺旋溝３４の途中に形成された堰３５の大気側（図２における堰３５の左側）では、回転軸５の回転によって螺旋溝３４内に生じるポンピング流れＦは、堰３５の斜面３５ａにぶつかることになり、この斜面３５ａは、密封空間側へ向けて漸次高くなるように緩勾配で形成されているため、前記ポンピング流れＦによって螺旋溝３４内を移動する摩耗粉や異物Ｄは、前記斜面３５ａを駆け上がりながら容易に堰３５を乗り越えることができる。このため前記摩耗粉や異物Ｄが、堰３５の大気側で螺旋溝３４に蓄積されて螺旋溝３４が埋まって閉塞してしまうのを有効に防止することができる。

しかも、螺旋溝３４内に生じるポンピング流れは、堰３５を乗り越える際に動圧を発生して、螺旋溝３４による相対的な突条部３４ａへ介入するので、シールリップ３の内周部３３の内周面と回転軸５の外周面との間に厚い流体潤滑膜が形成されて良好な流体潤滑状態となり、摺動負荷の軽減が期待できる。

また、回転軸５の回転が停止した状態では、螺旋溝３４によるポンピング作用は失われるが、密封空間Ｓから螺旋溝３４を通じて大気Ａ側へ流出しようとする密封対象流体は、螺旋溝３４の延長方向一箇所以上に形成された堰３５によって堰き止められる。このため、回転軸５の停止時における密封対象流体の漏洩を有効に防止することができる。

本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。図１の密封装置におけるシールリップの一部を、軸心と直交する平面で回転軸の一部と共に切断して示す断面図である。従来の密封装置を、その軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。図３の密封装置におけるシールリップの一部を、軸心と直交する平面で回転軸の一部と共に切断して示す断面図である。

符号の説明

１ボディ
２補強環
３シールリップ
３１円盤状外周部
３２湾曲部
３３内周部
３４螺旋溝
３４ｂ溝底
３５堰
３５ａ斜面
５回転軸（回転体）
Ａ大気
Ｓ密封空間

Claims

回転体の外周面と摺動可能に密接されるシールリップの内周面に、軸心を中心とする一定方向への前記回転体の回転によって密封空間側へのポンピング流れを発生する螺旋溝が形成され、前記螺旋溝の途中に堰が形成され、前記堰は、前記螺旋溝の延長方向における大気側を向いた面が溝底から前記螺旋溝の延長方向における密封空間側へ向けて漸次高くなる斜面をなすことを特徴とする密封装置。