JP2017032076A - 軸シール - Google Patents

Abstract

【課題】長期に渡り安定したシール性能を発揮しつつ優れた耐久性が得られる軸シールを提供する。【解決手段】回転軸Ｋに摺接するシールエレメント６と、大気側Ｘからのダストの侵入を防止するためのダストシール７と、を備えた軸シールであって、ダストシール７は、回転軸Ｋの外径寸法Ｄと同一の内径寸法ｄ７の円形の孔17を有する円環平板形状を保ち、孔17の内周面７ｂと回転軸Ｋの外周面Ｋａとの間隙が零となるように設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、軸シールに関する。

従来、真空ポンプに用いる軸シールとして、回転軸に摺接する樹脂製のシールエレメントをアウターケースとインナーケースで挟圧保持したものが公知である（例えば特許文献１参照）。
さらに、図６に示すように、アウターケース91とインナーケース92で、シールエレメント95と、大気側Ｘからのダストの侵入を防止するダストシール96とを、挟圧保持したものがあった。

特開２００７−２２５０８８号公報

近年、真空ポンプやコンプレッサ等の気体（ガス）用機械に使用される軸シールに対して、高速（高摺動性）、耐ダスト性などの厳しい使用環境への適用が要求されている。
しかし、図６に示すような従来の軸シール９は、ダストシール96を、自由状態で大気側Ｘに向って縦断面視Ｊ字状に弯曲させてダストリップ部96ａを形成すると共に、ダストリップ部96ａの内周端縁96ｄの内径寸法ｄ９を回転軸Ｋの外径寸法Ｄよりも小さく設定しているため、図７に示すように、運転時（回転軸Ｋの回転時）に、ダストリップ部96ａの内周端縁96ｄと回転軸Ｋの外周面Ｋａとの間で高温の摺動発熱が発生し、ダストリップ部96ａの物性が変化（低下）して摩耗が促進されるといった問題や、回転軸Ｋに焼けＫｚが発生して摩耗がさらに促進されるといった問題があった。
また、図８に示すように、ダストシール96の弾性的復元力によって、外周面Ｋａに押し付けられるため、摩耗が早くなると共に焼けが酷くなり、安定したシール性能が発揮できず、耐久性も低下する（寿命が短くなる）といった問題があった。

そこで、本発明は、長期に渡り安定したシール性能を発揮しつつ優れた耐久性が得られる軸シールの提供を目的とする。

本発明に係る回転軸シールは、回転軸に摺接するシールエレメントと、大気側からのダストの侵入を防止するためのダストシールと、を備えた軸シールに於て、上記ダストシールは、上記回転軸の外径寸法と同一の内径寸法の円形の孔を有する円環平板形状を保ち、上記孔の内周面と上記回転軸の外周面との間隙が零となるように設定されているものである。
また、上記ダストシールの肉厚寸法を、上記シールエレメントのリップ部の肉厚寸法の０．３倍以上１．３倍以下に設定したものである。
また、上記シールエレメント及び上記ダストシールは、ＰＴＦＥから成るものである。
また、上記ダストシールの外周面をアウターケースの円筒壁部に当接させて、上記ダストシールのラジアル方向の位置決めをしたものである。
また、上記ダストシールの上記内周面を、平滑円周面としたものである。

本発明によれば、ダストシールと回転軸の間の摺動発熱を低減し、ダストシールの寿命を改善（延命化）して、シール性能と耐久性を大幅に向上できる。構造が簡素で、かつ、製造も容易でありながら、ダストシールの摩耗を防止し、回転時の過剰な発熱を防ぎ、長期間に渡って、安定して優れたシール性（耐ダスト性）を発揮できる。特に、工事現場等の屋外や工場といったダストの多い雰囲気で使用される大型機械用軸シールとして、ダストに対するシール性能が向上され、高速回転にも十分に適用可能で、耐久性にも優れる。

本発明の軸シールの実施の一形態を示す要部縦断面図である。 装着運転状態を示す要部縦断面図である。 自由状態のダストシールの一例を示す要部拡大縦断面図である。 自由状態のダストシールの他例を示す要部拡大断面図である。 初期摩耗後のダストシールを示す要部拡大縦断面図である。 従来例を示す要部縦断面図である。 従来例の問題点を説明するための要部拡大縦断面図である。 従来例の問題点を説明するための要部拡大縦断面図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
本発明に係る軸シールは、図１及び図２に示すように、金属製のアウターケース１と、金属製のインナーケース２と、ゴム等の弾性材のガスケット３と、樹脂製のシールエレメント６と、を備え、さらに、シールエレメント６よりも大気側Ｘに、大気側Ｘからのダストの侵入を防止する樹脂製のダストシール７を備えている。（なお、ダストシール７は一般にダストリップと呼ばれる場合もある。）

アウターケース１は、円筒壁部11と、円筒壁部11の一端部（大気側Ｘの端部）からラジアル内方向に延伸状の内鍔部12と、円筒壁部11の他端部（密封室側Ｙの端部）に設けられ組立工程においてラジアル内方向へ折曲げられる小内鍔状のカシメ折曲げ片13と、を有している。なお、アウターケース１は、円筒壁部11にラジアル方向に貫通する小孔を有していない。

インナーケース２は、縦断面Ｌ字状として、アウターケース１の円筒壁部11に内嵌状に装着されると共にアウターケース１のカシメ折曲げ片13にてアウターケース１の内鍔部12側へ押圧される円筒状壁部21と、アウターケース１の内鍔部12と共働きしてガスケット３とシールエレメント６とダストシール７とを挟圧保持する内鍔部22と、を有している。なお、インナーケース２は、Ｉ字状や角形ブロック状であっても良い。

ガスケット３は、円環平板形状であって、図例においては、インナーケース２の内鍔部22とシールエレメント６との挟圧面間に介在させているが、シールエレメント６とダストシール７との挟圧面間や、ダストシール７とアウターケース１の内鍔部12との挟圧面間に介在させても良い（図示省略）。

シールエレメント６は、肉厚が均一状であり、図１の自由状態（ハウジングＨと回転軸Ｋの間に取着していない未装着状態）では、縦断面形状がＪ字状であり、アウターケース１の軸心Ｌに直交する直交平面壁部61と、回転軸Ｋの外周面Ｋａに摺接可能なリップ部62と、両者を連続状に結ぶ弯曲壁部63と、から成る。
図２に示すように、ハウジングＨ及び回転軸Ｋの間に装着され回転軸Ｋが回転している装着運転状態では、シールエレメント６の縦断面形状はＬ字状であり、シールリップ部62は円筒形状となって回転軸Ｋの外周面Ｋａ（以下、軸外周面Ｋａと呼ぶ場合もある）に摺接する。

ダストシール７は、チリやホコリ等のダストが、大気側Ｘからシールエレメント６の背面側（大気側Ｘ）に侵入を防止するためのものであって、このダストシール７は、自由状態及び装着状態のいずれにあっても、軸心直交面状の円環平板形状であり、縦断面で肉厚が略均一のストレート状（一文字状）である。

そして、ダストシール７は、円形の孔17を有し、また、アウターケース１の内鍔部12とインナーケース２の内鍔部22との間に挟圧保持される正面視円環状の軸心直交平面壁部71と、軸心直交平面壁部71のラジアル内方端部からラジアル内方向へ延伸状に設けられた正面視円環状かつ縦断面視ストレート状のダストリップ部72と、を連続状に（一体に）有していると言うこともできる。図２に示すように、ダストリップ部72は装着運転状態においても回転軸Ｋに対して直交面状に保持される。

ダストシール７とシールエレメント６は同材質であって、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）から成る。
また、ダストシール７は、ワンピース（１片）から成り、材質の異なる複数ピースを接着等によって一体化させた場合に比べて、製造が容易でありながら寸法精度に優れる。

ダストシール７は、その外周面７ａを、アウターケース１の円筒壁部11の内面部に（直接に）当接させて、ラジアル方向に位置決めされている。
ダストシール７の孔17の内周面７ｂは、平滑円周面に形成している。言い換えると、内周凹溝や螺旋溝等のラビリンス溝を省略している。

そして、図１及び図３に示すように、未使用（自由）状態に於て、ダストシール７の円形の孔17の内径寸法ｄ７を、回転軸Ｋの外径寸法Ｄと、同一寸法に設定するか、あるいは、図４に示すように、自由状態で、ダストシール７の内径寸法ｄ７を、回転軸Ｋの外径寸法Ｄよりも極微小寸法をもって小さく設定する。
後者の場合には、ハウジングＨ及び回転軸Ｋの間に装着されると共に回転軸Ｋが回転を開始していない装着運転前状態では、ダストシール７が僅かにラジアル外方へ弾性変形して、内周面７ｂを軸外周面Ｋａに軽く圧接させる。

そして、図５に示すように、回転軸Ｋの回転が開始されると、初期摩耗（なじみ）により、内周面７ｂと軸外周面Ｋａの間隙が零となるように構成している。
言い換えると、ダストシール７の内径寸法ｄ７は、回転軸Ｋの回転が開始されて起こる初期摩耗によって、回転軸Ｋの外径寸法Ｄと同一寸法となるように設けている。即ち、上述の極微小寸法は初期摩耗によって摩耗可能な寸法である。

また、装着運転状態において、ダストシール７は、初期摩耗が終了した後は、内周面７ｂが軸外周面Ｋａを弾発的に押圧せず、（内周面７ｂと軸外周面Ｋａが接していても、）初期摩耗以上の摩耗が発生せず、摺動発熱を低減して（物性が変化する程の高温の摺動発熱を発生させず）、シール性能が保持されると共に十分な耐久性が得られる。

他方、前者の場合には、図３に示すように、自由状態において、ダストシール７の内径寸法ｄ７を、回転軸Ｋの外径寸法Ｄと同一寸法となるように設定したので、自由状態、装着運転前状態、装着運転状態の何れの状態においても、ダストシール７の孔17の内周面７ｂと軸外周面Ｋａの間隙が零となる。

以上のように、ダストシール７の孔17の内径寸法ｄ７が、自由状態で、図４のように回転軸Ｋの外径寸法Ｄよりも極微小寸法だけ小さい場合、あるいは、図３のように上記外径寸法Ｄと同一の場合のいずれにあっても、装着状態では、回転軸Ｋの外径寸法Ｄと同一の内径寸法ｄ７を保ち、しかも、形状はストレート状断面―――円環平板形状―――を保ち、回転軸Ｋの回転時（装着運転時）には、内周面７ｂと軸外周面Ｋａとの間隙が零となる。
図６〜図８に示した従来例にあっては、折れ曲がったダストリップ部96ａは矢印Ｍ方向に弾発的に復元しようとする弾発付勢力が、内周端縁96ｄの摩耗進行にかかわりなく作用するのに対し、本発明では、当初から（図３の場合）、あるいは、初期摩耗が終れば（図４、図５の場合）、その後は、摺接面圧力が零となり、摩耗がほとんど進行せず、寿命が延びるのである。

さらに、図１に示すように、自由状態で、ダストシール７（ダストリップ部72）の肉厚寸法Ｔ７を、シールエレメント６のリップ部62の肉厚寸法Ｔ６の０．３倍以上１．３倍以下に設定している。好ましくは、０．５倍以上１．１倍以下に設定する。下限値未満であるとダストの侵入を十分に防止できない虞れがあり、上限値を越えると軸シール全体の厚み寸法が大きくなって材料が無駄となる。

なお、ダストシール７とシールエレメント６の間の空間Ｓ（図２参照）にグリース（潤滑剤）を保持させるも良い。
ダストシール７が、長期間に渡って摩耗等により変形しないため、グリースが長期間に渡って適切に保持される。

以上のように本発明の軸シールは、回転軸Ｋに摺接するシールエレメント６と、大気側Ｘからのダストの侵入を防止するためのダストシール７と、を備えた軸シールに於て、ダストシール７は、回転軸Ｋの外径寸法Ｄと同一の内径寸法ｄ７の円形の孔17を有する円環平板形状を保ち、孔17の内周面７ｂと回転軸Ｋの外周面Ｋａとの間隙が零となるように設定されているので、ダストシール７と回転軸Ｋの間の摺動発熱を低減し、回転軸Ｋの局部的な焼けＫｚ（図８参照）を防止して、ダストシール７の寿命を改善（延命化）し、シール性能と耐久性を大幅に向上できる。構造が簡素で、かつ、製造も容易でありながら、ダストシール７の摩耗を防止し、回転時の過剰な発熱を防ぎ、長期間に渡って安定して優れたシール性（耐ダスト性）を発揮できる。特に、工事現場等の屋外や工場といったダストの多い雰囲気で使用される大型機械用軸シールとして、ダストに対するシール性能が向上され、高速回転にも十分に適用可能で、耐久性にも優れる。

また、ダストシール７の肉厚寸法Ｔ７を、シールエレメント６のリップ部62の肉厚寸法Ｔ６の０．３倍以上１．３倍以下に設定したので、軸シール全体を薄く形成可能としながらも、十分な耐ダスト性能（ダスト侵入防止性能）を発揮できる。容易に製造及び組立を行うことができる。

また、シールエレメント６及びダストシール７は、ＰＴＦＥから成るので、摺動発熱を低減できると共に耐久性を向上できる。シールエレメント６の製造工程や材料調達をそのままダストシール７に共用できて、製造コストを低減できる。

また、ダストシール７の外周面７ａをアウターケース１の円筒壁部11に当接させて、ダストシール７のラジアル方向の位置決めをしたので、ダストシール７をラジアル方向に高精度に位置決めでき、孔17の内周面７ｂの軸外周面Ｋａに対する間隙を精度良く零として、品質及び性能を安定させることができる。

また、ダストシール７の内周面７ｂを、平滑円周面としたので、製作が容易でありながらも、ダストの侵入を確実に防止できる。

１ アウターケース
６ シールエレメント
７ ダストシール
７ａ 外周面
７ｂ 内周面
11 円筒壁部
17 孔
62 リップ部
Ｄ 外径寸法
ｄ７ 内径寸法
Ｋ 回転軸
Ｋａ 外周面
Ｔ６ 肉厚寸法
Ｔ７ 肉厚寸法
Ｘ 大気側

Claims (5)

1. 回転軸（Ｋ）に摺接するシールエレメント（６）と、大気側（Ｘ）からのダストの侵入を防止するためのダストシール（７）と、を備えた軸シールに於て、
   上記ダストシール（７）は、上記回転軸（Ｋ）の外径寸法（Ｄ）と同一の内径寸法（ｄ７）の円形の孔（17）を有する円環平板形状を保ち、上記孔（17）の内周面（７ｂ）と上記回転軸（Ｋ）の外周面（Ｋａ）との間隙が零となるように設定されていることを特徴とする軸シール。
2. 上記ダストシール（７）の肉厚寸法（Ｔ７）を、上記シールエレメント（６）のリップ部（62）の肉厚寸法（Ｔ６）の０．３倍以上１．３倍以下に設定した請求項１記載の軸シール。
3. 上記シールエレメント（６）及び上記ダストシール（７）は、ＰＴＦＥから成る請求項１又は２記載の軸シール。
4. 上記ダストシール（７）の外周面（７ａ）をアウターケース（１）の円筒壁部（11）に当接させて、上記ダストシール（７）のラジアル方向の位置決めをした請求項１，２又は３記載の軸シール。
5. 上記ダストシール（７）の上記内周面（７ｂ）を、平滑円周面とした請求項１，２，３又は４記載の軸シール。

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