JP2012127447A

JP2012127447A - リップシール

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Publication number: JP2012127447A
Application number: JP2010280649A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Himeno; 修宏姫野; Mashiba Kyogoku; 真柴京極; Masakazu Tamura; 正和田村
Original assignee: Wartsila Japan Ltd
Current assignee: Wartsila Japan Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: EP2653757A4; US9599227B2; JP5496868B2; KR20130141574A; CN103261759A; EP2653757B1; US20130264777A1; KR101887076B1; EP2653757A1; WO2012081630A1

Abstract

【課題】環境やリップシールの磨耗具合に応じて、接触具合を能動的に適宜調整できる構造を備えたリップシールの提供。
【解決手段】単体又は複数でリング状を成し、シャフト０の表面に全周にわたって摺接するリップ部１と、リップ部１を摺接位置に支持する弾性アーム部２及び可撓壁３と、弾性アーム部２及び可撓壁３とハウジング１０を連結するキー部４を備え、弾性アーム部２と可撓壁３を隔壁として単体又は複数でリング状の調圧室Ａを形作り、調圧室Ａ内の加減圧で可撓壁３が変形しリップ部１が少なくとも半径方向へ変化することを特徴とするリップシール。
【選択図】図１

Description

本発明は、シャフトに摺接し流体流通の遮断状態を確保するリップシールに関する。

船舶の船尾管シール装置をはじめとするシール装置は、船体など構造物の内部へ海水等の流体が浸入すること、又は内部からの流体流出による機能上の不都合を回避すべく備えられたものであり、シャフトを挿通する軸孔に、ゴムやエラストマー等の弾性体からなるリップシールを一重又は複数重に装備するものである。

リップシールは、シャフトの表面に対して摺動自在に密封接触（以下シールと記す）し、リップシール自身の弾性力、スプリング等による加圧、又はリップシールの正背面の流体圧力差等によりシャフトへの緊迫力を保持するものである。
リップシール自身の弾性力等の作用としては、第一に、リップ部の弾性変形によるシール（例えば下記特許文献１参照）、第二に、エアバネ式シールによる締代の値の調整によるシール（例えば下記特許文献２参照）、第三に、シールリップに装着されてシールリップをシャフトに押し付ける緊迫力を当該リップシールに付与する緊迫力付与手段によるシール（例えば下記特許文献３又は特許文献４参照）が行われる。

実公昭５０−１５３５６号公報実開平５−３６１６６号公報実開平２−７６２６７号公報実開平５−２５０６９号公報

しかしながら上記手法によれば、第一の手法及び第三の手法にあっては、シャフトの表面に対するリップシールの接触具合（以下接触具合と記す）は、専らリップシールの弾性や緊迫力付与手段の能力に依存しており、第二の手法にあっては、周囲の温度環境にも依存する。

以上の状況において、長期使用を経たリップシール自身の弾性力の低下や摺動部の磨耗により、良好な緊迫力が維持できず、振動等でシャフトの支持状況が悪化し、締代を超えるシャフト変位が半径方向に生じた状態では、充分なシール状態が確保出来ず、密封流体の装置外への流出、又は外部流体の浸入を招来するという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、環境やリップシールの磨耗具合に応じて、接触具合を能動的に適宜調整できる構造を備えたリップシールを提供し、リップシールの長寿命化及び密封性能の向上を図ることを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明によるリップシールは、シャフトの表面に全周にわたって摺接するリップ部と、リップ部を摺接位置に支持する弾性アーム部及び可撓壁と、弾性アーム部及び可撓壁とハウジングを連結するキー部を備え、弾性アーム部と可撓壁を隔壁としたリング状の調圧室を備え、調圧室内の加減圧で可撓壁が変形しリップ部が少なくともシャフトを中心とする半径方向へ変化することにより、緊迫力の調整及びリップシールの密封姿勢を調整することを特徴とする。ここで、変化とは、緊迫力の調整に寄与する変形又は変位（進退）を含むものである。

可撓壁の形態の変更を個別に可能とすべく、可撓壁の内部に、前記調圧室（Ａ）と同心リング状の加圧室を備える構造としても良い。加圧室としては、流体の給排が可能な流路を可撓壁の周方向に沿って均一に形成しても良いし、その様な流路を構成する伸縮可能なチューブをインサートするなど、いずれの手法でも良い。

弾性アーム部にあっては、断面形状が円弧状、くの字状、又はストレート状であって弾性アーム部が形作る円弧状の曲率、くの字状の屈曲角度、又はストレート状の態様（伸縮等）が調圧室内の加減圧で変化する構成が挙げられる。
可撓壁にあっては、断面形状が円弧状、くの字状、又はストレート状であって可撓壁が形作る円弧状の曲率、くの字状の屈曲角度、又はストレート状の態様が調圧室内の加減圧で変化する構成が挙げられる。
リップシールの構造を決定するに当たっては、上記構造を適宜採用し、又はそれらを併用した構成としても良い。

また、可撓壁、キー部、若しくは弾性アーム部の内面又は外面に、繊維若しくは樹脂膜、又は下記作用が期待できるそれに類する素材（以下繊維等と記す）を被着し又は内装し、繊維等を有する側の伸縮を抑制し又は部分的に強度を高めることによって可撓壁又は弾性アーム部の撓みの態様を構造的に制御しても良い。
更に、リップ部に、リップ部のシャフトに対する緊迫力を付与するスプリング、リング状のバネ等の緊迫力付与手段を備えることによって、弾性アーム部の弾性との兼ね合いで前記緊迫力の調整を行える構造としても良い。

本発明によるリップシールは、単体によるものでも良いし、複数部材（例えば、リング状を分割した形状を持つ部材）を使用時に形作るリング状に連結し、調圧室又は加圧室と共に軸対称体の外観を形作る構成としたものであっても良い

本発明によるリップシールは、弾性アーム部と可撓壁を隔壁としてリング状の調圧室を形作る構成により、調圧室内の加減圧で可撓壁が変形し、リップ部をすくなくとも半径方向へ変化させて緊迫力や締代を調整することができる。その結果、環境やリップシールの磨耗具合に応じて、接触具合を能動的に適宜調整できる。また、圧力変動による密封流体の流出、又は外部流体の浸入も防止できる。

また、可撓壁の内部に加圧室を備える構造を採用することによって、可撓壁の変態が可能となり、リップ部の変化量、又はリップ部の一定量の変化に要する調圧室内の圧力変化等（リップ部の仕様）をリップシールを交換することなく調整することも可能となる。かかる調整を以って、弾性アーム部の経年変化によるへたりを抑制することも可能である。

弾性アーム部の断面形状として、円弧状やくの字状を採用することにより、可撓壁が形作る円弧状の曲率、くの字状の屈曲角度、又はストレート状の態様が調圧室内の加減圧で変化し、可撓壁に、リップ部をシャフトに対して進退させるためのリンクとしての役割を与えることができる。

また、可撓壁、キー部、若しくは弾性アーム部の内面又は外面に繊維等を被着し又は内装し、繊維等を有する側の伸縮を抑制し又は部分的に強度を高めることによって可撓壁若しくは弾性アーム部の撓みの態様を構造的に制御することができ、その結果、調圧室内の圧力変化に伴う可撓壁若しくは弾性アーム部の形態変化を安定させ、シャフトに対するリップ部の変化の量及び方向等を安定させることができる。

更に、リップ部に、リップ部のシャフトに対する緊迫力を付与する緊迫力付与手段を備えることによって、弾性アーム部の弾性との兼ね合いで前記緊迫力の調整を行うことができ、例えば、リップ部等の磨耗が進んだ場合にあっても、調圧室や加圧室の作用のみで不足したシャフトへの緊迫力を補うことができる。

本発明によるリップシールの実施態様例を示す縦断面図である。図１Ａ部の作用の一例を示す拡大図である。本発明によるリップシールの作用の一例を示す（Ａ）：復帰時，（Ｂ）：加圧時，（Ｃ）：減圧時における縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。本発明によるリップシールの一例を示す縦断面図である。従来のリップシールの一例を示す縦断面図である。

以下、本発明によるリップシールの実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明によるリップシールを船尾管シール装置に用いた一例を示したものである。
図１に示す船尾管シール装置は、ハウジング１０の軸孔に、リング状を成すリップシール１１を、それらのリップ部１がシャフト０の表面に全周にわたって接する様に固定したものである。
尚、リップシール１１が形作るリング状は、リング状のリップシール１１が単体で形作るものであっても良いし、円弧状のリップシール１１が複数連結して形作るものであっても良い。

以下、リップシールの実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図２及び図３に示す例は、ゴム又はエラストマー等からなるリング状の弾性体であって、シャフト０の表面に摺接するリップ部１と、リップ部１を摺接位置に支持する弾性アーム部２及び可撓壁３と、弾性アーム部２及び可撓壁３とハウジング１０を連結するキー部４（又は４ａ，４ｂ）を一体的に形作る形状を、シャフト０を中心として３６０度回転させることによって形作られる軸対称体である。

当該例におけるリップ部１は、シャフト０に接する接触面として先窄まりの形態を採用し、弾性アーム部２は、リップ部１の端面から、摺接すべきシャフト０の長手方向（以下前後と記す）のいずれかの方向へ外向き（シャフトから離隔する方向）に延出し、リップシールの最も外側に位置するキー部４（又は４ａ）へ至る様に円弧状又はくの字状のカーブを描く。
尚、弾性アーム部２の形態にあっては、カーブを描く形態に限るものではなく、リップ部１の側面から前後いずれかの方向へ外向きに延出し、リップシールの最も外側に位置するキー部４（又は４ａ）へ略直線的に至る構造を採っても良い。

可撓壁３は、リップ部１の外面（ハウジング１０に面する側）から摺接位置の外側へ向かって起立し、その端部にキー部４（又は４ｂ）を設ける。

弾性アーム部２と可撓壁３（必要に応じてキー部４（又は４ａ，４ｂ）を含む）は、各々隔壁としたリング状の調圧室Ａを形作り、調圧室Ａ内への加減圧で調圧室Ａが膨張し収縮する。調圧室Ａの変形に伴って弾性アーム部２と可撓壁３が変形し、弾性アーム部２に支持されたリップ部１が内外へ変化することとなる。

尚、リップシール１１が単体でリング状を形作る構成を採用する場合には、調圧室Ａは、単一のリング状の空隙、若しくはリング状の空隙を複数の隔壁で隔離したものとなる。一方、リップシール１１が複数のリップシールが連結することによってリング状を形作る構成を採用する場合には、リング状を形作る個々のリップシールは、円周方向の両側を開放した調圧室Ａを備えるもの、又は円周方向の片側若しくは両側を隔壁で閉じた調圧室Ａを備えるものとなる。

図２及び図３に示す第１の実施の形態は、キー部４が前後に分離し、弾性アーム部２に連なるメインキー４ａと可撓壁３に連なるサブキー４ｂを備え、メインキー４ａとサブキー４ｂの間隙に、軸孔に突出するハウジング１０の突条１０ａが嵌ることとなる。
当該例では、弾性アーム部２の断面形状がくの字状であり可撓壁３の断面形状が円弧状であって、弾性アーム部２に比べて可撓壁３は薄肉となっている。

図４は、可撓壁３の断面形状をくの字状とした第２の実施の形態であり、図５は、可撓壁３の断面形状を直線状とした第３の実施の形態であり、図６は、第１の実施の形態の可撓壁３の湾曲の向きを逆にした第４の実施の形態である。

第２の実施の形態にあっては、可撓壁３の伸縮が素材的又は構造的に抑えられている限りにおいて、調圧室Ａを規定の内圧から加圧することを以って可撓壁３を変形させてリップ部１のシャフト０に対する緊迫力を高める形態であって、加圧が遮断又は減圧されれば（又は負圧となれば）リップ部１のシャフト０に対する緊迫力が減少する（図４参照）。

第３の実施の形態にあっては、可撓壁３の伸縮が素材的又は構造的に抑えられている限りにおいて、調圧室Ａを規定の内圧から減圧することを以って可撓壁３を変形させてリップ部１のシャフト０に対する緊迫力を弱める形態であって、増圧されればリップ部１のシャフト０に対する緊迫力が増加する（図５参照）。

第４の実施の形態にあっては、可撓壁３の伸縮が素材的又は構造的に抑えられている限りにおいて、調圧室Ａを規定の内圧から減圧すること（又は負圧とすること）を以って可撓壁３をいったん湾曲状態から直線状に変形させてリップ部１のシャフト０に対する緊迫力を高め、更に減圧すること（又は更なる負圧とすること）によって直線状から湾曲状態に再び変形しリップ部１のシャフト０に対する緊迫力を弱める形態であって、減圧が遮断されれば（又は負圧の状態が解除されれば）リップ部１のシャフト０に対する緊迫力が減少する（図６参照）。

また、可撓壁３の取付け角度を変化させることもでき、それによって、調圧室Ａに圧力を加えない場合（平常時）において、弾性アーム部２を外側へ引き寄せる作用を奏する構造（図１１（Ａ）参照）、又は弾性アーム部２を内側へ押し出す作用を奏する構造（図１１（Ｂ）参照）とすることも可能である。

また、リップ部１における調圧室Ａの外（図２及び図３では弾性アーム部の先端部）にリップ部１とシャフト０との間に緊迫力を付与する緊迫力付与手段６としてスプリングを装着する場合には、当該リップ部１の外面に、当該スプリングを装着する為の保持溝１ａを全周にわたって設ける。緊迫力付与手段は、スプリング以外でもよく、例えば、弾性を持ったリング状のものでも良い。
尚、図７に示す第５の実施の形態は、第１の実施の形態の緊迫力付与手段６を具備しない例である。

図８に示す第６の実施の形態及び図９に示す第７の実施の形態は、第１の実施の形態におけるメインキー４ａ及びサブキー４ｂを一体的に形成し、調圧室Ａへ充填する流体が流通する流路１０ｂを形成したものであって、第７の実施の形態にあっては、更にキー部４に保形及び補強用のフレーム４ｃを内装したものである。

図１０に示す第８の実施の形態は、第１の実施の形態の可撓壁３を保持溝１ａに対して反対側に設けることにより、緊迫力付与手段（当該例ではスプリング）６を調圧室Ａの内部に装着したものである。

以上に示した実施の形態によれば、調圧室内Ａの加減圧により、可撓壁３が形作る円弧状の曲率変化、又はくの字状の屈曲角度の変化を主とする調圧室Ａの膨張と収縮が生じ、前記曲率変化等による可撓壁３の内外端間の直線距離の伸縮がリップ部１をシャフト０に対して進退させるリンクの様な役割を果たす（図３参照）。
即ち、リップ部１に磨耗や劣化が生じていない時に比べて、磨耗や劣化が生じている時においては、調圧室Ａへの加圧を増加させることにより、磨耗分だけリップ部１を内側へ進め、リップ部１がシャフト０に摺接するに充分な内側への緊迫力を付与するものである（図２参照）。

図１２に示す第９の実施の形態は、第１の実施の形態の可撓壁３を二重にして設けたものである。尚、この例にあっては、各可撓壁３の間に保持溝１ａを設け、当該保持溝１ａに緊迫力付与手段６を装着してある。これを以って、調圧室Ａの外部から緊迫力付与手段６が隔絶され、調圧室Ａを流通する流体を適宜選択することによって耐用年数の延長に寄与することができる。

図１３に示す第１０の実施の形態は、可撓壁３の内面又は外面に、繊維若しくは膜、又は同様の作用が期待できるそれに類する素材を、被着し又は内装したものである（以下この部分を複合部５と記す）。繊維や膜の素材、繊維の配列、太さ、若しくは織不織等、又は複合部５の厚み等は、調圧室Ａに加えられるべき圧力の範囲や、目的とする可撓壁３の変形態様、例えば、可撓壁３の伸縮に素材的又は構造的な抑制を与えたり、反発性（バネ性）を与える等の目的等に応じて適宜選択すれば良い。
尚、必要に応じて、サブキー４ｂ、又は弾性アーム部２若しくはメインキー４ａの内面又は外面の一部に複合部５を設けても良い。

図１４に示す第１１の実施の形態は、可撓壁３の内部に加圧室Ｂを備える例である。
当該例では、可撓壁３の内外方向の中間部全周にわたってリング状の伸縮性パイプを形成すると共に、加圧室Ｂ内の圧力を調整することで、可撓壁３の形態の変更が可能となり、緊迫力の調整をすることができる（図１４（Ａ）参照）。また、それに伴って、弾性アーム部２の経年変化によるへたりを制御することも可能である（図１４（Ｂ）参照）。
尚、加圧室Ｂが形作るリング状は、リング状のリップシール１１の可撓壁３に設けられた空隙が単体で形作るものであっても良いし、円弧状のリップシール１１の可撓壁３に設けられた円弧状の空隙が複数連結して形作るものであっても良い。

図１５及び図１６に示す第１２の実施の形態及び第１３の実施の形態は、一つのリップシールに一対のリップ部１を設け、その連結部においてシャフト０とリップシールとの間に存在する空隙４ｅを流通する流体を給排するリーク路４ｄを設けたものである。当該例では、二つのリップシールを一体的に連結しこれを実現している。
第１２の実施の形態にあっては、第１の実施の形態を一対背中合わせに連結したものであり、第１３の実施の形態にあっては、可撓壁３を備えるリップシールと従来のリップシール（図１７参照）を一体的に連結したものである。

０シャフト，１リップ部，１ａ保持溝，２弾性アーム部，３可撓壁，
４キー部，
４ａメインキー，４ｂサブキー，４ｃフレーム，４ｄリーク路，４ｅ空隙，
５複合部，６緊迫力付与手段，
１０ハウジング，１０ａ突条，１０ｂ流路，
１１リップシール，
Ａ調圧室，Ｂ加圧室，

Claims

シャフト（０）の表面に全周にわたって摺接するリップ部（１）と、リップ部（１）を摺接位置に支持する弾性アーム部（２）及び可撓壁（３）と、弾性アーム部（２）及び可撓壁（３）とハウジング（１０）を連結するキー部（４）を各々リング状に備え、
弾性アーム部（２）と可撓壁（３）を隔壁としたリング状の調圧室（Ａ）を備え、
調圧室（Ａ）内の加減圧で可撓壁（３）が変形しリップ部（１）が少なくともシャフト（０）を中心とする半径方向へ変化することを特徴とするリップシール。
可撓壁（３）の内部に、前記調圧室（Ａ）と同心リング状の加圧室（Ｂ）を備えることを特徴とする前記請求項１に記載のリップシール。
弾性アーム部（２）の断面形状が円弧状、くの字状、又はストレート状であり弾性アーム部（２）が形作る円弧状の曲率又はくの字状の屈曲角度が調圧室（Ａ）内の加減圧で変化することを特徴とする前記請求項１又は請求項２に記載のリップシール。
可撓壁（３）の断面形状が円弧状、くの字状、又はストレート状であり可撓壁（３）が形作る円弧状の曲率又はくの字状の屈曲角度が調圧室（Ａ）内の加減圧で変化することを特徴とする前記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のリップシール。
可撓壁（３）若しくは弾性アーム部（２）の内面又は外面に複合部（５）を備えることを特徴とする前記請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のリップシール。
リップ部（１）に、リップ部（１）とシャフト（０）間に緊迫力を付与する緊迫力付与手段（６）を備える前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のリップシール。
複数部材をリング状に連結してなる前記請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のリップシール。