JP2599787B2 - パッキンリング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被密封軸と、該被密封軸に弾性予圧をもっ
て押圧される環状に形成された重合材料製シールリップ
を具備するパッキンリングに関する。

〔従来の技術〕

この種のパッキンリングは公知である。その場合シー
ルリップと相対する円筒面は、面に食い込むくぼみを有
する。くぼみは互いに平行に伸張する条痕又は条溝から
成る。これは円筒面の機械加工、例えば表面研削の時に
発生し、パッキンリングによって得られる密封効果に影
響することがある。相対回転可能な機械部品に関して、
例えば軸にパッキンリングを使用する場合に、影響が特
に重大である、その場合はそれ自体公知の流体力学的効
果の結果、密封ギャップ内に軸方向送り作用が生じ、密
封効果の悪化又は改善をもたらすからである。一般に密
封効果の改善を得るように努める。従って用途のために
使用する時に密封ギャップに被密封室を指向する送り作
用が生じるように、円筒面の軸線に対して個々の条痕又
は条溝の傾きを定めるようになった。ところが軸回転数
の増加と共に送り作用が次第に強く現れ、遂には極めて
高い軸回転数の場合には、密封ギャップにある被密封媒
質が、そこで必要な潤滑とシールリップの冷却にとって
はなはだ僅少な状態になる。パッキンの早期の使用中止
がその必然的帰結である。

ならし運転状態及び使用状態で油膜が表面に良く付着
する表面構造を得るために、用途のための使用中に相互
作用するすべり面の全部又は一部を仕上加工後、ガラス
ショットでブラスト加工する金属すべり面の表面処理法
が西ドイツ特許出願公開第2108341号明細書により公知
である。許容すべり速度の値がこれによって高められ
る。パッキンの製造に関連してガラスショットブラスト
を使用することは、上記の刊行物で言及していない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、卓越した密封効果と、20m/secを超
える極めて高いすべり速度で大幅に改善された寿命が従
来公知のものと異なる、軸区域に使用するためのパッキ
ンリングを開発することである。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は、冒頭に挙げた種類のパッキンリングにお
いて、特許請求の範囲第１項の特徴によって達成され
る。従属特許請求の範囲は有利な実施態様に関するもの
である。

本発明に基づくパッキンリングにおいて、くぼみは円
筒面の外径基準で４〜12ミクの最大深さの球欠形に形成
された凹面からなる。この場合、概ね各くぼみの全外周
区域はそれに隣接するくぼみによって取囲まれ、隣接す
るくぼみは刃状の境界を有している。極めて密に隣接す
るくぼみの中心間隔は僅少であり、統計的に見て0.1mm
の平均値を超えない。意外なことに、これによって軸の
停止時も軸の回転時も卓越した密封効果が得られる。軸
回転数が極めて高い場合でももはやシールリップの「無
潤滑回転」のおそれはなく、冷却及び密封ギャップに関
して円筒面の接触面の拡大により著しく改善された条件
が生まれる。このため寿命が大幅に延長される。

くぼみは、外径基準で４〜９ミクロンの最大深さを有
することが好ましい。シールリップの製造のために通常
使用される重合体材料に関しては、特に上記の範囲で良
好な密封効果が得られるのである。パッキン材料として
種々のエラストマー材料のほかに、特にポリ四フッ化エ
チレン及びポリアミドの材料が考えられる。

有利な実施態様によれば、円筒面の任意の方向に連続
的に順次続くくぼみが、全体としてレリーフ状の輪郭を
有し、被密封軸の軸心を通る縦断面において、中心線か
ら半径方向外側にある被密封軸の部分（Ｄ）の面積の合
計と、中心線から半径方向内側にあるくぼみの部分
（Ｅ）の面積の合計とが等しくなるような仮想の中心線
を想定し、この中心線と前記部分（Ｄ）の最上点間の距
離の合計と、前記中心線と前記部分（Ｅ）の最下点間の
距離の合計との差が1.5ミクロン未満、好ましくは1.0ミ
クロン未満である。統計的に見て、当該の輪郭ははなは
だ大きな均一性を特徴とする。こうして静止状態でも回
転する軸においても特に良好な密封効果が得られる。

くぼみは、互いに異なる曲率半径を有する球状凹面か
ら成ることができる。このことは、望ましくない送り効
果を回避する上で、特に有利であることが判明した。隣
接するくぼみの凹面により挟まれる角が概ね90゜〜135
゜であることが好ましい。

個々のくぼみが円筒面に統計的に分布すること、即ち
偶然的方向に従った相互関係にあることが好ましい。軸
が回転する時に生じるシールリップの周方向の直線相対
運動に関連して、このため密封ギャップ内に引きずり流
れが生じ、刃状の境界すなわち交差縁を越える度に絶え
ずその方向が交替し、くぼみに納められた被密封媒質の
激しい循環を引き起こす。摩擦に基づく媒質の過熱がこ
うして確実に回避される。

円筒面のくぼみはガラス又はスチールショットでブラ
ストすることによって作られる。この場合同時に表面の
常温硬化が生じ、機械的耐性を著しく改善する。当該の
ショットブラスト処理は特に経済的に実施される。従っ
て大量連続生産に問題なく採用することができる。

また円筒面の適当なショットブラスト処理によって、
先行する切削又は無切削表面変形によって発生した円筒
面の有害な表面不規則、例えば条痕が除去されることが
大いに有利である。従って、ショットブラストは例えば
軸の予め仕上研削した表面又はカセット形パッキンの深
絞り加工リングの表面のための、特に安価に実施できる
後処理として推奨される。その場合適当に作られる面の
軸方向伸張は、重合体材料のシールリップの接触面の幅
をあまり超えないでよい。一般にシールリップの軸方向
接触面を両側に約1.5mm超える軸方向伸張で十分であ
る。処理面内には方向に対して中立のぬれ性が生じる。

本発明に基づくパッキンリングの、球欠形くぼみを具
備する円筒面は、密封技術的に見てその後の損傷に対す
る大きな不感性を特徴とする。深い引掻き傷は平滑な円
筒面を有する公知のパッキンリングの場合は直ちに洩れ
をもたらすが、本発明に基づく実施態様においては密封
挙動の顕著な変化を生じない。従って本発明に戻づくパ
ッキンリング感性円筒面は当該の部材の貯蔵及び輸送中
に特別の保護を必要としない。これによっても大きな節
約が得られる。

〔実施例〕

次に本発明の主題を添付の図面に基づいて詳述する。

第１図に示すパッキンリングは、通常の構造のラジア
ル軸パッキンリングから成る。このパッキンリングは用
途のために使用中の状態で示されており、シールリップ
４の密封縁を被密封軸に接触する。その場合密封縁は、
外側に取付けた環状コイルばねの力で被密封軸１の表面
に押し付けられる。軸１は外径を有する。

円筒面は密封縁の接触面の区域にくぼみ２を具備す
る。このくぼみ２は球欠形に形成された凹面からなる。
外径基準でこのくぼみの深さは４〜６ミクロンである。
その場合概ね各くぼみがそのくぼみの全外周区域で隣接
するくぼみによって取囲まれ、隣接するくぼみ２は、そ
の境界すなわち交差縁３で相接する。密封縁と円筒縁の
互いに接触する区域に、第２図に示す状態が生まれる。
これは、一般区域が環状コイルばねの押圧により面圧縮
された、重合体材料製シールリップ４の密封縁と円筒面
５のくぼみの相接するくぼみの交差縁３が相対すること
を特徴とする。この場合くぼみは通常の使用条件のもと
で、即ち、液状媒質の密封に関して、媒質で満たされて
いる、その結果、軸の回転の際に明らかにシールリップ
４の密封縁は軸の回転と共に円筒面５から僅かに遊離
し、被密封媒質が同時にくぼみと密封ギャップ内で一貫
して循環される。回転数が極め高くても、潤滑問題は全
く起こらない。

第３図に使用可能な円筒面の実施例を拡大して示す。
くぼみは、球欠形に形成された凹面からなり、各くぼみ
の全外周区域が隣接のくぼみによって取囲まれ、その
際、互いに隣接するくぼみが交差縁で相接することがは
っきり分かる。こうして全く不規則な表面構造が生じ
る。にもかかわらず適当に形成された円筒面を使用した
場合、軸の停止時も回転時も優れた密封効果が得られ
る。

第４図は本発明に基づくパッキンリングの使用可能な
円筒面の断面のレリーフの一例を示す。同図は、被密封
軸１の軸心を通る縦断面を示し、同図において、中心線
Ａから半径方向外側にある被密封軸１の部分Ｄの面積の
合計と、中心線Ａから半径方向内側にあるくぼみ２の部
分Ｅの面積の合計とが等しくなるような仮想の中心線Ａ
を想定し、この中心線Ａと前記部分Ｄの最上点間の距離
Ｂの合計と、前記中心線Ａと前記部分Ｅの最下点間の距
離Ｃの合計の差が1.0ミクロン未満である。

〔発明の効果〕

以上の説明より明らかなように、本発明によれば、軸
の停止時も回転時も卓越した密封効果が得られる。本発
明によれば、軸回転数が極めて高い場合にも、シールリ
ップが無循環回転をするおそれはなく、冷却及び密封ギ
ャップに関して円筒面の接触面が拡大し、そのため寿命
が大幅に伸びる。

本発明の効果を更に詳述すれば、以下の通りである。

各くぼみが、所定の深さを有する球状の凹面からなる
ことにより、各くぼみは、その中に被密封媒質を保有す
ることができる。

また、隣接するくぼみが刃状の境界を有することによ
り、極めて密にくぼみが形成され、これによって密封効
果の向上と被密封媒質の保有量の増大が図れる。

各くぼみがその中に被密封媒質を保有することによ
り、移動時の初期潤滑が常に確保され、無潤滑状態での
軸の回転始動が回避される結果、シールリップの寿命が
大幅に改善される。また、各くぼみにより構成される被
密封軸のシールリップと当接する領域は、送り作用を有
せず、従って軸の回転時においても各くぼみがその中に
保有する被密封媒質により、常に潤滑が確保され、これ
によりシールリップの摩耗、及び発熱が回避されるもの
である。

また、冷却に関して、本くぼみは、以下のように作用
する。

軸の回転により、シールリップの円筒面と軸との間に
相対運動が生じ、両者の密封ギャップ内に引きずり流れ
が生じる。この引きずり流れは、隣接するくぼみの刃状
の境界を越える度に絶えずその方向が交替し、くぼみ内
の被密封媒質の激しい循環を引起こす。摩擦に基づく媒
質の過熱がこうして確実に回避される。

極めて密にくぼみが形成されることにより、くぼみ形
成領域全体で保有される被密封媒質の量が増大する。こ
のことは、密封領域での潤滑と冷却に良い結果をもたら
す。

また、上記構成により、シールリップの円筒面は、被
密封軸と、刃状の境界において、接触する。

従って、本パッキンリングにおいては、シールリップ
と被密封軸とは、面対面の接触ではなく、面（シールリ
ップの円筒面）対縁（被密封軸の刃状の境界）の接触で
ある。

本願の第２図に示すような閉ループ状の無数の密封縁
がシールリップの円筒面と接触する結果、軸の停止時に
おいても、また軸の回転時においても極めて卓越した密
封効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に基づく種類のパッキングリングの半截
断面図、第２図は第１図のＡの部分の拡大部分図、第３
図は本発明に基づくパッキンリングの円筒面の一例の写
真、第４図は図示の適宜上細部を大幅に拡大して示した
本発明パッキンリングの円筒面の輪郭断面図を示す。 １……被密封軸、２……くぼみ、３……交差縁、 ４……シールリップ、５……円筒面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール・ハインリヒ・スピース ドイツ連邦共和国6943ビルケナウ，シュ テッティナー・シュトラーセ・14 (72)発明者 ゲルハルト・キルタウ ドイツ連邦共和国6800マンハイム51，エ ルンシュト・ターラー・シュトラーセ・ 18 (56)参考文献 特開 昭54−125276（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−79965（ＪＰ，Ｕ) 西独国特許公開2108341（ＤＥ，Ａ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被密封軸（１）と、該被密封軸（１）に弾
   性予圧をもって押圧される環状に形成された重合材料製
   シールリップ（４）を具備するパッキンリングにおい
   て、 前記被密封軸（１）の少なくとも前記シールリップ
   （４）と当接する領域に多数のくぼみ（２）が形成さ
   れ、 各くぼみ（２）が、前記被密封軸（１）の外径に対して
   最大４〜12ミクロンの深さを有する球状の凹面からな
   り、 各くぼみ（２）が、隣接するくぼみ（２）によって取囲
   まれ、 それらの隣接するくぼみ（２）が刃状の境界（３）を有
   することを特徴とする、パッキンリング。
2. 【請求項２】前記くぼみ（２）が４〜９ミクロンを最大
   深さを有することを特徴とする、請求項１に記載のパッ
   キンリング。
3. 【請求項３】任意の方向に連続的に順次続く前記くぼみ
   （２）が全体としてレリーフ状の輪郭を有し、前記被密
   封軸（１）の軸心を通る縦断面において、中心線（Ａ）
   から半径方向外側にある前記被密封軸（１）の部分
   （Ｄ）の面積の合計と、中心線（Ａ）から半径方向内側
   にある前記くぼみ（２）の部分（Ｅ）の面積の合計とが
   等しくなるような仮想の中心線（Ａ）を想定し、この中
   心線（Ａ）と前記部分（Ｄ）の最上点間の距離（Ｂ）の
   合計と、前記中心線（Ａ）と前記部分（Ｅ）の最下点間
   の距離（Ｃ）の合計との差が1.5ミクロン未満であるこ
   とを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のパッキ
   ンリング。
4. 【請求項４】前記差が1.0ミクロン未満であることを特
   徴とする、請求項３に記載のパッキンリング。
5. 【請求項５】前記くぼみ（２）がそれぞれ互いに異なる
   曲率半径を有することを特徴とする、請求項１ないし請
   求項４のいずれかに記載のパッキンリング。
6. 【請求項６】隣接する前記くぼみ（２）の凹面により挟
   まれる角が概ね90゜〜135゜であることを特徴とする、
   請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のパッキンリ
   ング。