JP2019056422A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可動軸の偏心に対する追従性が高く、かつ、リップシールの耐久性や密封性の低下を抑制した密封装置を提供する。【解決手段】ハウジングの軸孔周面と、該軸孔に挿入された可動軸との隙間を密封する密封装置であって、可動軸２０の表面に当接する先端部１１ａを有するリップシール部１１と、リップシール部の両端部に設けられ、それぞれ、可動軸の軸心方向に沿って、少なくとも１つ以上の環状の山部及び／又は谷部を有するベローズ１２とを備え、ベローズの山部及び/又は谷部は、軸孔に可動軸が挿入された状態で、可動軸の表面から離間している。【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジングの軸孔周面と、当該軸孔に挿入された可動軸との隙間を密封する密封装置に関する。

ハウジングの軸孔に可動軸が組み付けられた機器において、ハウジングの軸孔周面と、当該軸孔に挿入された可動軸との隙間を密封する密封装置の一つとして、リップシールが知られている。このリップシールは、ハウジングに固定されて、リップ先端部が可動軸に当接して摺動することにより、ハウジングの軸孔周面と可動軸との隙間を密封するものである。

リップシールの密封性を確保するためには、リップ先端部が可動軸の表面に対して、一定の圧力を加える必要がある。そのため、通常、リップシールは、ゴム等の弾性部材で構成され、リープシール内に可動軸を挿入した際に生じるリップシールの撓み反力等によって、密封性が確保される。

ところで、ハウジングの軸孔に挿入した可動軸の偏心（軸振れ）に対して、密封性を確保するために、リップシールに可動軸を挿入（圧入）する際の圧入代を大きくする必要がある。しかしながら、圧入代を大きくすると、リップシールの撓み量が大きくなるため、リップシールに過大な荷重が加わることになる。その結果、リップ先端部が摩耗して、リップシールの耐久性が低下するという問題が生じる。特に、リップシールの材料として、耐薬品性の強い樹脂（例えば、フッ素系樹脂）を用いた場合、一般に、樹脂は、ゴムよりも弾性が劣るため、圧入代を大きくすると、リップシールの耐久性の低下がより顕著になる。

そこで、可動軸の偏心に対する追従性を高めるために、リップシールと、リップシールのハウジング側の取付部との間に、ベローズを設けた密封装置が、例えば、特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示された密封装置は、図８に示すように、リップ先端部が可動軸１４０の外周に接触するリップシール１１０と、ハウジング１５０の内周面に嵌合された取付部１６０との間に、ベローズ１２０が設けられている。これにより、ベローズ１２０が、可動軸１４０の偏心に追従して、柔軟に伸縮するため、密封性を維持することができる。

特開２０１６−１７７４００号公報

しかしながら、特許文献１に開示された密封装置では、リップ先端部に、可動軸表面に対する一定の圧力を与えるためには、ベローズを、可動軸の軸心方向に対して垂直な方向に圧縮した状態で、密封装置をハウジングに装着する必要がある。

そのため、可動軸が偏心したとき、偏心した側のベローズは、圧縮度が増すため、リップ先端部には、設定以上の圧力が加わる。その結果、当該部位において、リップ先端部の摩擦が増えて、リップシールの耐久性が低下するという問題が生じる。

一方、偏心した側と反対側のベローズは、圧縮度が減るため、リップ先端部には、設定以下の圧力が加わる。その結果、当該部位において、リップシールの密封性が低下し、機器内の流体が外部に洩れ出るという問題が生じる。

また、ベローズの山部及び谷部は、可動軸の軸心方向に垂直な方向に沿って形成されているため、ハウジングの軸孔周面と、軸孔に挿入された可動軸との隙間を、ベローズを収容できる程度に大きくする必要がある。そのため、ハウジングの軸孔の径が大きくなり、ハウジングの大きさの拡大を招く。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、ハウジングの軸孔周面と、該軸孔に挿入された可動軸との隙間を密封する密封装置において、可動軸の偏心に対する追従性が高く、かつ、リップシール部の耐久性や密封性の低下を抑制した密封装置を提供することにある。

本発明に係る密封装置は、ハウジングの軸孔周面と、該軸孔に挿入された可動軸との隙間を密封する密封装置であって、可動軸の表面に当接する先端部を有するリップシール部と、リップシール部の両端部に設けられ、それぞれ、可動軸の軸心方向に沿って、少なくとも１つ以上の環状の山部及び／又は谷部を有するベローズとを備え、ベローズの山部及び/又は谷部は、軸孔に可動軸が挿入された状態で、可動軸の表面から離間していることを特徴とする。

本発明によれば、ハウジングの軸孔周面と、該軸孔に挿入された可動軸との隙間を密封する密封装置において、可動軸の偏心に対する追従性が高く、かつ、リップシール部の耐久性や密封性の低下を抑制した密封装置を提供することができる。

本発明の一実施形態における密封装置の構成を模式的に示した断面図である。 図１に示した密封装置を、機器のハウジング内に取り付けた状態を模式的に示した断面図である。 可動軸の軸が、距離Ｌだけ偏心したときの状態を示した断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、可動軸が偏心した際のベローズが撓む理由を説明した概念図である。 本発明の他の実施形態における密封装置の構成を模式的に示した断面図である。 （ａ）は、図５に示した密封装置を、機器のハウジング内に取り付けた状態を模式的に示した断面図で、（ｂ）は、可動軸の軸が、距離Ｌだけ偏心したときの状態を示した断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の変形例における密封装置の構成を模式的に示した断面図である。 従来のベローズを設けた密封装置の構成を示した断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１は、本発明の一実施形態における密封装置の構成を模式的に示した断面図である。なお、本実施形態における密封装置は、ハウジングの軸孔に可動軸が組み付けられた機器において、ハウジングの軸孔周面と、当該軸孔に挿入された可動軸との隙間を密封するものである。また、本実施形態において、可動軸は、回転軸あるいは進退軸のどちらにも適用しうる。

図１に示すように、本実施形態における密封装置１０は、可動軸２０の表面２０ａに当接する先端部１１ａを有するリップシール部１１と、リップシール部１１の両端部に設けられ、それぞれ、可動軸２０の軸心Ｊ方向に沿って、少なくとも１つ以上の環状の山部１２ａ及び／又は谷部１２ｂを有するベローズ１２とを備えている。

なお、本実施形態では、リップシール部１１の両端部に設けられたベローズ１２として、それぞれ、山部１２ａを２つ、谷部１２ｂを１つ有するものを例示するが、これに限定されるものではない。また、ベローズ１２は、リップシール部１１の両端部にそれぞれ設けられていればよく、それぞれのベローズ１２に形成された山部１２ａ及び／又は谷部１２ｂの数は、必ずしも同じでなくてもよい。

また、本実施形態におけるリップシール部１１及びベローズ１２の材料は、特に限定されないが、樹脂部材（例えば、フッ素系樹脂）により一体的に形成されていることが好ましい。

図１に示すように、ベローズ１２の山部１２ａ及び谷部１２ｂは、ハウジング（不図示）の軸孔に可動軸２０が挿入された状態で、可動軸２０の表面２０ａから離間している。すなわち、可動軸２０の表面２０ａには、リップ先端部１１ａのみが当接している。

図２は、図１に示した密封装置１０を、機器のハウジング内に取り付けた状態を模式的に示した断面図である。

図２に示すように、リップシール部１１の両端部に設けられたベローズ１２は、ベローズ１２の端部１３が、可動軸２０の軸心Ｊ方向と垂直なハウジング３０、３１の内壁面３０ａ、３１ａに当接して、ハウジング３０、３１に取り付けられている。このとき、リップシール部１１の両端部に設けられたベローズ１２は、ハウジング３０、３１に取り付けられた状態で、可動軸２０の軸心Ｊ方向に圧縮されている。例えば、ハウジング３０、３１内に、密封装置１０を配置した後、ハウジング３０、３１を、互いにボルト４０で締め付けることによって、リップシール部１１の両端部に設けられたベローズ１２を、可動軸２０の軸心Ｊ方向に圧縮することができる。

これにより、ベローズ１２の端部１３は、ハウジング３０、３１の内壁面３０ａ、３１ａに押圧されるため、ハウジング３０、３１と、密封装置１０との密封性が確保される。また、同時に、リップシール部１１が可動軸２０との摺動により供回りするのを防止することができる。

図３は、可動軸２０の軸心Ｊが、距離Ｌだけ軸心Ｊ’に偏心したときの状態を示した断面図である。

図３に示すように、可動軸２０が偏心した側（図の上側）に位置するベローズ（以下、「偏心側のベローズ」という）１２は、リップ先端部１１ａが、偏心した可動軸２０によって押し上げられる。これにより、偏心側のベローズ１２は、ハウジング３０、３１の内壁に押圧されているベローズ１２の端部１３を支点として、可動軸２０が偏心した方向（図の上側）に撓む。これに伴い、可動軸２０が偏心した側と反対側（図の下側）に位置するベローズ（以下、「反対側のベローズ」という）１２も、ベローズ１２の端部１３を支点として、偏心側のベローズ１２と同じ方向（図の上側）に撓む。その結果、可動軸２０が偏心した側と反対側（図の下側）に位置するリップ先端部１１ａも、反対側のベローズ１２の撓みに伴い、可動軸２０が偏心した方向（図の上側）に移動する。これにより、可動軸２０が偏心しても、リップ先端部１１ａを、可動軸２０の偏心に追従して移動させることができる。

以下、図４を参照しながら、可動軸２０が偏心した際に、ベローズ１２が上述したように撓む理由を説明する。ここで、図４（ａ）は、可動軸２０が偏心していない状態を示した概念図を示し、図４（ｂ）は、可動軸２０が偏心した状態を示した概念図を示す。なお、説明を簡単にするために、図４（ａ）、（ｂ）では、ベローズ１２の山部１２ａ及び谷部１２ｂを省略している。また、環状に形成された山部１２ａの内周部を直線で描いている。

図４（ａ）に示すように、可動軸２０が偏心していない状態では、リップ先端部１１ａは、可動軸２０の表面に当接した状態で、可動軸２０軸心Ｊに対して、径方向（図の上下方向）に等距離の位置にある。

一方、図４（ｂ）に示すように、可動軸２０が距離Ｌだけ偏心すると、偏心側に位置するリップ先端部１１ａは、可動軸２０の偏心によって、偏心側（図の上側）に押し上げられる。これにより、偏心側のベローズ１２は、ハウジング３０、３１の内壁に押圧されているベローズ１２の端部１３を支点として、可動軸２０が偏心した方向（図の上側）に撓む。なお、ここでは、説明の便宜上、ベローズ１２の撓みを、実際の撓みよりも誇張して描いている。

ところで、本実施形態におけるベローズ１２は、環状の山部１２ａ及び谷部１２ｂが、可動軸２０の軸心Ｊ方向に沿って形成されている。そのため、ベローズ１２は、軸心Ｊ方向では、収縮性を有するが、山部１２ａ及び谷部１２ｂの周方向は、ほとんど収縮しない。つまり、環状の山部１２ａ及び谷部１２ｂの内径は、ほとんど変化しない。そのため、偏心側のベローズ１２が、可動軸２０が偏心した方向（図の上側）に撓むと、反対側のベローズ１２は、ハウジング３０、３１の内壁に押圧されているベローズ１２の端部１３を支点として、山部１２ａ及び谷部１２ｂの内径を維持したまま、偏心側のベローズ１２と同じ方向（図の上側）に、同じ量だけ撓むことになる。これにより、可動軸２０が偏心した側と反対側（図の下側）に位置するリップ先端部１１ａも、反対側のベローズ１２の撓みによって、可動軸２０が偏心した方向（図の上側）に移動する。

このように、本実施形態における密封装置１０によれば、可動軸２０が偏心しても、偏心側のベローズ１２と、反対側のベローズ１２とは、可動軸２０が偏心した同じ方向に撓むことによって、リップ先端部１１ａを、可動軸２０の偏心に追従して移動させることができる。特に、リップシール部１１の材料として、ゴムよりも弾性の低い樹脂（例えば、フッ素系樹脂）を用いた場合でも、可動軸２０の偏心に対する追従性を、ベローズ１２の撓みによって確保することができる。そのため、リップシール部１１の圧入代を小さくすることができるため、リップシール部１１の耐久性の低下を抑制することができる。

また、偏心側のベローズ１２と、反対側のベローズ１２とは、偏心した方向に同じ量だけ撓むため、偏心した側のリップ先端部１１ａに加わる圧力と、偏心した側と反対側のリップ先端部１１ａに加わる圧力とは、ほとんど差が生じない。そのため、山部及び谷部が、可動軸２０の軸心Ｊ方向に垂直な方向に沿って形成された従来のベローズのように、リップ先端部に加わる圧力が必要以上に大きくなって、リップシール部の耐久性が低下したり、逆に、リップ先端部に加わる圧力が必要以下に小さくなって、リップシール部の密封性が低下するのを効果的に抑制することができる。

さらに、ベローズ１２の山部１２ａ及び谷部１２ｂは、可動軸２０の軸心Ｊ方向に沿って形成されているため、ベローズ１２の山部１２ａ及び谷部１２ｂが、可動軸２０の軸心Ｊ方向に垂直な方向に沿って形成された従来のベローズに較べて、ハウジング３０、３１の軸孔周面と、軸孔に挿入された可動軸２０との隙間を、大きくする必要がない。そのため、ハウジングの拡大を抑制することができる。

図５は、本発明の他の実施形態における密封装置１０の構成を模式的に示した断面図である。

図５に示すように、本実施形態における密封装置１０は、リップシール部１１の両端部に設けられたベローズ１２が、可動軸２０の軸心Ｊ方向に沿って、１つの環状の山部のみを有している。

本実施形態におけるベローズ１２においても、環状の山部１２ａが、可動軸２０の軸心Ｊ方向に沿って形成されているため、軸心Ｊ方向では、収縮性を有する一方、山部１２ａの周方向はほとんど収縮しない。そのため、可動軸２０が偏心した場合でも、図４（ａ）、（ｂ）で示したようなベローズ１２の撓みが生じるため、リップ先端部１１ａを、可動軸２０の偏心に追従して移動させることができる。

図６（ａ）は、図５に示した密封装置１０を、機器のハウジング内に取り付けた状態を模式的に示した断面図で、図６（ｂ）は、可動軸２０の軸心Ｊが、距離Ｌだけ軸心Ｊ’に偏心したときの状態を示した断面図である。なお、図６（ａ）に示すように、密封装置１０をハウジング３０、３１に取り付ける方法は、図２に示したのと同じあるため、説明は省略する。

図６（ｂ）に示すように、本実施形態の密封装置１０においても、可動軸２０が偏心した場合、偏心側のベローズ１２と、反対側のベローズ１２とは、偏心した同じ方向に撓むことによって、リップ先端部１１ａを、可動軸２０の偏心に追従して移動させることができる。

なお、本実施形態において、リップシール部１１の両端部に設けられたベローズ１２の形状は、可動軸２０の軸心Ｊ方向に沿って、少なくとも１つ以上の環状の山部及び／又は谷部を有するものであれば、特に限定されない。

図７（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の変形例における密封装置の構成を模式的に示した断面図である。

図７（ａ）に例示した密封装置は、図１に示した密封装置に対して、ハウジング３０、３１の内壁面と当接しているベローズ１２の端部１３の面積が小さくなっている。

上述したように、リップシール部１１の両端部に設けられたベローズ１２は、ハウジング３０、３１に取り付けられた状態で、可動軸の軸心方向に圧縮されている。これにより、ベローズ１２の端部１３は、ハウジング３０、３１の内壁面に押圧されるため、ハウジング３０、３１と、密封装置との密封性が確保される。この密封性は、ハウジング３０、３１の内壁面に押圧されたベローズ１２の端部１３における面圧によって規制されるが、この面圧は、ベローズ１２の材料や形状等によって変わる。そのため、ハウジング３０、３１の内壁面と当接しているベローズ１２の端部１３の面積を、ベローズ１２の材料や形状等に応じて適宜設定することにより、ハウジング３０、３１と、密封装置との密封性を、必要な範囲に調整することができる。

図７（ｂ）に例示した密封装置は、図１に示した密封装置に対して、リップシール部１１の両端部に設けられたベローズ１２を、それぞれ、一つの山部及び谷部で構成したものである。

また、図７（ｃ）に例示した密封装置は、図１に示した密封装置に対して、ハウジング３０、３１の内壁面と当接しているベローズ１２の端部１３の一部に、凹部１４を設けたものである。これにより、ベローズ１２の端部１３が、ハウジング３０、３１の内壁面に当接した状態で、ハウジング３０、３１の内壁面との間に空間が形成される。その結果、万一、ハウジング３０、３１と密封装置との密封性が低下して、機器内の流体が外部に洩れ出たときでも、その流体を、凹部１４に形成した空間に、一時的に溜めることができる。これにより、機器内の流体が外部に漏れ出す時間を遅らすことができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、可動軸２０が偏心した場合、ハウジング３０、３１の内壁に押圧されているベローズ１２の端部１３を支点として、ベローズ１２を、可動軸２０の偏心した方向に撓ますことによって、リップ先端部１１ａを、可動軸２０の偏心に追従して移動させたが、ベローズ１２の端部１３を、ハウジング３０、３１の内壁面に対して、可動軸２０の軸心Ｊ方向と垂直な方向に摺動可能に取り付けておいてもよい。これにより、ベローズ１２の撓みに加えて、ベローズ１２の端部１３の摺動によって、リップ先端部１１ａの可動軸２０の偏心に対する追従性をより向上させることができる。

１０ 密封装置
１１ リップシール部
１１ａ リップ先端部
１２ ベローズ
１２ａ 山部
１２ｂ 谷部
１３ ベローズの端部
１４ 凹部
２０ 可動軸
２０ａ 可動軸の表面
３０、３１ ハウジング
３０ａ、３１ａ ハウジングの内壁面

Claims (5)

1. ハウジングの軸孔周面と、該軸孔に挿入された可動軸との隙間を密封する密封装置であって、
   前記可動軸の表面に当接する先端部を有するリップシール部と、
   前記リップシール部の両端部に設けられ、それぞれ、前記可動軸の軸心方向に沿って、少なくとも１つ以上の環状の山部及び／又は谷部を有するベローズと
   を備え、
   前記ベローズの前記山部及び/又は谷部は、前記軸孔に前記可動軸が挿入された状態で、前記可動軸の表面から離間している、密封装置。
2. 前記リップシール部の両端部に設けられた前記ベローズは、前記ハウジングに取り付けられた状態で、前記可動軸の軸心方向に圧縮されている、請求項１に記載の密封装置。
3. 前記リップシール部の両端部に設けられた前記ベローズは、該ベローズの端部が、前記可動軸の軸心方向と垂直な前記ハウジングの内壁面に当接して、該ハウジングに取り付けられている、請求項２に記載の密封装置。
4. 前記ベローズの端部は、前記ハウジングの内壁面に対して、前記可動軸の軸心方向と垂直な方向に摺動可能に取り付けられている、請求項３に記載の密封装置。
5. 前記リップシール部及び前記ベローズは、樹脂部材により一体的に形成されている、請求項１に記載の密封装置。