JP3987670B2 - リップ型シールの装着構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機器の回転軸周を密封するリップ型シールにおいて、特に、その装着構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
リップ型シールを用いた軸封技術としては、従来、図7及び図8に示されるような構造のものが知られている。これらの図において、参照符号101は、空調装置における冷凍機コンプレッサ等の機器の軸孔ハウジング、102はこの軸孔ハウジング101の内周に挿通された回転軸、200は前記軸孔ハウジング101の内周面に形成されたシール装着部101aに装着されて回転軸102の軸周を密封するリップ型シールである。
【0003】
図7に示されるリップ型シール200は、金属からなる環状のケース201の内周に、ゴム材料からなる主シールリップ202と、その背面側に配置された低摩擦樹脂材料からなる樹脂製シールリップ203と、更にその背面側に配置された金属からなる背面支持リング204が保持された構造を備えており、前記ケース201が、軸孔ハウジング101のシール装着部101aにゴム材料からなるOリング205を介して密嵌されると共に、機内の密封空間S1側へ湾曲して延びるシールリップ202,203の内周部が、回転軸102の外周面と密接されるものである。
【0004】
また、図8に示されるリップ型シール200は、主シールリップ202の外周部がケース201に一体的に接合されており、このケース201が、ゴム材料からなる前記主シールリップ202の外周部と連続して形成された密着シール部206を介して、軸孔ハウジング101のシール装着部101aの内周面に密嵌されるもので、他の部分は図7とほぼ同様の構成となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空調装置の冷凍サイクルを循環される冷媒は、近年、成層圏のオゾン層を破壊する塩素を含まないフレオンR134aに変更されたが、このフレオンR134aは、地表からの長波(赤外線)放射を吸収して温室効果を来す温暖化係数が非常に大きく、すなわち大気中に微量に漏れても地球温暖化を来すおそれのある温室効果ガスであることが新たな問題となっている。このため、前記冷媒として、このフロンR134aから相対的に温暖化係数の小さいCO2(二酸化炭素)への変更が検討されている。
【0006】
しかしながら、上記従来構造のリップ型シールは、フレオンガスに対しては耐ガス透過性に優れ、良好な密封性能を発揮するものであるが、CO2はゴム材料に対する透過性が高いため、CO2を冷媒とする冷凍機コンプレッサの軸封装置として用いた場合は、機内で圧縮された高圧の冷媒CO2が、ゴム材料からなるOリング205あるいは密着シール部206を容易に透過して、機外側Aへ漏洩してしまうといった問題が指摘される。
【0007】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その主な技術的課題とするところは、特にCO2を密封対象として優れた密封性能を発揮することのできるリップ型シールの装着構造を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
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、本願の請求項1に係るリップ型シールの装着構造は、外周部が環状のケースに保持され又は一体的に設けられたシールリップを備え、前記ケースが前記シールリップと連続又は分離して設けられた主ガスケットを介して機器のハウジングの内周面に密嵌され、前記シールリップの内周部が前記ハウジングの内周に挿通された回転軸の外周面に密接されるリップ型シールにおいて、前記主ガスケットとは別体であってかつ前記主ガスケットを形成しているゴム材料よりもCO2透過係数の小さな材料よりなる副ガスケットを、前記ケースにカシメ固定した背面板と前記ハウジングとの対向面間であって前記主ガスケットから大気側空間への漏れ経路に介在させ、さらに前記ハウジングは、軸心と直交する平面をなす支持面と、その外周側にあって前記支持面よりも軸方向へ後退した環状凹部とを有し、前記支持面の外径は前記ケースにおけるカシメ部の内周端部よりも小径とされ、前記環状凹部の軸方向深さは前記カシメ部の肉厚以上の寸法とされ、前記カシメ部は前記環状凹部に遊嵌され、機内の密封空間の圧力による軸方向荷重を前記支持面と前記背面板の背面との当接によって支承し、前記副ガスケットは、前記支持面に設けた溝内に装着されて、前記背面板の背面との間で軸方向に圧縮された状態に介在されることを特徴とするものである。
【0009】
また、本願の請求項2に係るリップ型シールの装着構造は、上記した請求項1記載のリップ型シールの装着構造において、副ガスケットは、主ガスケットに比較してガス透過方向と直交する方向の肉厚が小さく設定されていることを特徴とするものである。
【0010】
なお、以下の説明における「正面側」とは密封空間側のことであり、「背面」とは密封空間と反対側を向いた面のことであり、「背面側」とは密封空間と反対側のことである。
【0011】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1及び図2は、本発明に係るリップ型シールの装着構造の実施の形態1を示すものであり、これらの図において、参照符号1は、CO2を冷媒とする冷凍機コンプレッサの軸孔ハウジング、2はこの軸孔ハウジング1の内周に挿通された回転軸、3A,3Bは前記軸孔ハウジング1の内周に装着されて回転軸2の軸周を密封するリップ型シールである。
【0012】
軸孔ハウジング1は複数のハウジング部材11,12からなり、このハウジング部材11,12の内周部間には、シール装着部1aが形成されている。このシール装着部1aは、ハウジング部材11に形成され軸心とほぼ直交する平面をなす支持面11aと、その外周側にあって前記支持面11aより軸方向へ後退した環状凹部11bと、この環状凹部11bの外周から密封空間S1側へ延びる円筒面11cと、ハウジング部材12の端面12aとで囲まれ、円周方向に連続したものである。
【0013】
リップ型シール3A,3Bは、軸孔ハウジング1におけるシール装着部1aの円筒面11cに固定するためのケース31を有し、このケース31の内周に、主シールリップ32と、この主シールリップ32をその背面側(内周側)から支承する径方向支持リング33と、この径方向支持リング33の背面側に配置された樹脂製シールリップ34と、更にこの樹脂製シールリップ34の背面側に添設された背面支持リング35が、それぞれの外径部を互いに密着した状態で設けられた構造を備える。
【0014】
ケース31は、鋼材等の金属材料からなるものであって、図1に示されるリップ型シール3Aにおいては、このケース31は、正面側の端部に内周側へ凹んだ形状に形成され円周方向に連続したOリング装着部31aと、そこから背面側に延びる円筒状本体部31bと、この円筒状本体部31bの背面側の端部に内径側へ屈曲形成されたカシメ部31cが形成され、前記Oリング装着部31aの外周面に装着したゴム状弾性材料からなる主ガスケットとしてのOリング36を介して、シール装着部1aの円筒面11cに密嵌される。そして、主シールリップ32、径方向支持リング33、樹脂製シールリップ34及び背面支持リング35は、それぞれの外径部を互いに密着した状態で、前記Oリング装着部31aの背面とカシメ部31cとの間に保持されている。
【0015】
主シールリップ32は、ゴム状弾性材料からなるものであって、断面略L字形を呈する金属製の補強環37が埋設された基部32aと、この基部32aから内径側かつ正面側へ湾曲して延びる本体部分32bと、内径縁が回転軸2の外周面と摺接される先端リップ部32cとを有する。
【0016】
また、図2に示されるリップ型シール3Bにおいては、ケース31の円筒状本体部31bにおける正面側部分の外周面には、主シールリップ32の基部32aから連続形成された主ガスケットとしての密着シール部32dが一体的に加硫接着されている。すなわちケース31が、前記密着シール部32dを介して、軸孔ハウジング1におけるシール装着部1aの円筒面11c及び端面12aに密嵌されるようになっている。したがって前記ケース31には図1のようなOリング装着部31aは存在せず、正面側の端部31dが前記基部32a内に埋設されて、図1における補強環37としての機能を兼ねるものである。
【0017】
径方向支持リング33は鋼材等の金属材料からなるものであって、主シールリップ32の背面に沿って湾曲した形状に成形されており、内径側へ屈曲した先端部が、前記主シールリップ32の先端リップ部32cの背面に達している。すなわち、この径方向支持リング33は、主シールリップ32の本体部分32bを背面側から支承し、機内の密封空間S1における冷媒CO2の圧力による主シールリップ32の縮径変形を、規制するものである。
【0018】
樹脂製シールリップ34は、PTFE(四フッ化エチレン)等の低摩擦合成樹脂材料からなるものであって、外径部が、主シールリップ32の基部32a及び径方向支持リング33の外径部と背面支持リング35とで挟持され、その内周から密封空間S1側へ湾曲して延びる形状を呈し、その先端リップ部34cの内周面が、前記径方向支持リング33の先端部より大気側空間S2側へ適宜後退した位置で、回転軸2の外周面と摺接されるようになっている。
【0019】
背面支持リング35は鋼材等の金属材料からなるものであって、円盤状に形成されており、樹脂製シールリップ34の外径部34a及び湾曲部34bをその背面側から支持するものである。
【0020】
すなわち、図1に示されるリップ型シール3Aは、ケース31がOリング36を介して軸孔ハウジング1のシール装着部1aに嵌着されるのに対し、図2に示されるリップ型シール3Bは、主シールリップ32と一体に形成された密着シール部32dを介して前記シール装着部1aに嵌着される点で相違し、その他の部分は互いに同様の構成を有するものである。
【0021】
軸孔ハウジング1のシール装着部1aにおける支持面11aの外径は、ケース31におけるカシメ部31cの内周端部よりも小径であり、軸方向高さ、言い換えれば環状凹部11bの軸方向深さは、前記カシメ部31cの肉厚以上の寸法に形成されている。すなわち、上記構成のリップ型シール3A,3Bは、前記カシメ部31cが前記環状凹部11b内に遊嵌され、機内の密封空間S1の圧力による軸方向荷重が、背面支持リング35の背面と、支持面11aとの当接によって支承されるようになっている。
【0022】
また、シール装着部1aにおける支持面11aには、円周方向に連続した溝11dが形成されており、この溝11dには、副ガスケットとして、ゴム材料よりCO2透過係数が著しく小さい軟質合成樹脂材料、例えばナイロンで成形された樹脂製Oリング41が装着されている。前記溝11dの軸方向深さは、樹脂製Oリング41の線径よりも浅く、したがってこの樹脂製Oリング41は、リップ型シール3A,3Bの背面支持リング35の背面との間で、軸方向に適宜圧縮された状態に介在される。
【0023】
以上の構成において、主ガスケット、すなわちリップ型シール3AにおけるOリング36や、リップ型シール3Bにおける主シールリップ32と一体の密着シール部32dは、軸孔ハウジング1とケース31との間で径方向に対する適当な締め代が与えられ、ゴム材料の有する摩擦力によって、これらリップ型シール3A,3Bを、軸孔ハウジング1に対して非回転状態にしっかり固定するものであると共に、機内の冷媒CO2ガスにミスト状に混在する潤滑油(冷凍機油)に対して良好な密封性を有する。
【0024】
また、密封空間S1の冷媒CO2の圧力が著しく高くなっても、この圧力によってリップ型シール3A又は3Bに作用する軸方向荷重が、背面支持リング35と、軸孔ハウジング1における支持面11aとの当接によって支承されるため、前記背面支持リング35が、ケース31のカシメ部31cを支点にして大気側空間S2側へ変位するような曲げ変形を受けることがなく、正常な装着姿勢が保持される。
【0025】
また、主ガスケットであるOリング36あるいは密着シール部32dを形成しているゴム状弾性材料は、CO2透過係数が高いため、密封空間S1に存在する高圧の冷媒CO2ガスは、前記Oリング36あるいは密着シール部32dを透過して、大気側空間S2へ漏れようとする。しかし、これらOリング36あるいは密着シール部32dの背面側から前記大気側空間S2への漏れ経路には、CO2透過係数が著しく小さいナイロン等からなる樹脂製Oリング41が介在しているため、冷媒CO2ガスの漏洩が有効に低減される。
【0026】
[実施の形態2]
次に、図3及び図4は、本発明に係るリップ型シールの装着構造の実施の形態2を示すものである。図3に示されるリップ型シール3Aは、図1のものと全く同様の構成を備え、図4に示されるリップ型シール3Bは、図2のものと全く同様の構成を備える。
【0027】
図1及び図2に示される実施の形態1と異なる点は、軸孔ハウジング1における支持面11aに円周方向に連続して形成した溝11dに、副ガスケットとして樹脂製角リング42を装着した点にある。この樹脂製角リング42も、実施の形態1における樹脂製Oリング41と同様、ゴム材料よりCO2透過係数が著しく小さいナイロン等の軟質合成樹脂材料で成形されたもので、前記溝11dの軸方向深さは、樹脂製角リング42の軸方向肉厚よりも浅く形成される。したがってこの樹脂製角リング42は、リップ型シール3A,3Bの背面支持リング35の背面との間で、軸方向に適宜圧縮された状態に介在され、冷媒CO2の漏れを有効に低減するものである。
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
なお、上述した実施の形態1乃至2において、樹脂製Oリング41あるいは樹脂製角リング42は、ゴム材料よりCO2透過係数が著しく低く適当な弾性を有するものであれば、ナイロン以外の合成樹脂材料を用いることもできる。また、その断面形状も、図示のようなOリング状あるいは角リング状に限らず、軸方向に薄肉のシート状など、種々のものが考えられる。
【0032】
[実施の形態3]
次に、図5及び図6は、本発明に係るリップ型シールの装着構造の実施の形態3を示すものである。図5に示されるリップ型シール3Aは、図1と全く同様の構成を備え、図6に示されるリップ型シール3Bは、図2と全く同様の構成を備える。
【0033】
実施の形態1乃至2と異なる点は、軸孔ハウジング1における支持面11aに円周方向に連続して形成した帯状溝11eに、副ガスケットとして、円周方向に連続し、軸方向に対して薄肉のゴムシート44を装着した点にある。このゴムシート44は、ゴム材料で成形されたもので、その軸方向肉厚は、主ガスケットとしてのOリング36あるいは主シールリップ32の密着シール部32dにおけるCO2透過方向と直交する方向の肉厚、すなわちケース31と軸孔ハウジング部材1との密接面との間の肉厚よりも十分に小さく形成され、好ましくは0.5mm以下の薄いものとする。また、前記帯状溝11eの軸方向深さは、ゴムシート44の軸方向肉厚よりも浅く、したがってこのゴムシート44は、リップ型シール3A,3Bの背面支持リング35の背面との間で、軸方向に適宜圧縮された状態に介在される。
【0034】
この構成によれぱ、ゴムシート44は、Oリング36あるいは主シールリップ32の密着シール部32dのように、大きな締め代によってリップ型シール3A,3Bを固定するものではないため、軸方向肉厚、言い換えればCO2透過方向と直交する方向の肉厚を、0.5mm以下の薄いものとすることができ、しかも、Oリング36あるいは主シールリップ32の密着シール部32dに比較して小径であるため、外周側からの冷媒CO2に対する接触面積が著しく小さいものとなる。したがって、ゴムシート44を形成しているゴム材料自体は、CO2透過係数がナイロン等に比較して大きいものであるにも拘らず、冷媒CO2透過の絶対量が著しく小さくなり、これによって冷媒CO2の漏れを有効に低減することができる。
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
尚、図1乃至図6に示される実施の形態1乃至3については、背面支持リング35の背面に環状突起部を形成し、この環状突起部を、軸孔ハウジング1のシール装着部1aにおける平坦な支持面11aで支承するように構成することができる。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリップ型シールの装着構造によると、主ガスケットを形成しているゴム材料よりもCO2透過係数の小さい材料からなり、あるいは加えて主ガスケットに比較してガス透過方向と直交する方向の肉厚を小さくすることによってCO2透過量を小さくした副ガスケットを主ガスケットとは別体に併せ備えるため、CO2に対する優れた密封性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1として、ガスケットが主シールリップと別体であるリップ型シールの装着構造を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図2】 本発明の実施の形態1として、ガスケットが主シールリップと連続して形成されたリップ型シールの装着構造を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図3】 本発明の実施の形態2として、ガスケットが主シールリップと別体であるリップ型シールの装着構造を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図4】 本発明の実施の形態2として、ガスケットが主シールリップと連続して形成されたリップ型シールの装着構造を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図5】 本発明の実施の形態3として、ガスケットが主シールリップと別体であるリップ型シールの装着構造を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図6】 本発明の実施の形態3として、ガスケットが主シールリップと連続して形成されたリップ型シールの装着構造を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図7】 ガスケットが主シールリップと別体であるリップ型シールの、従来技術による装着構造を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図8】 ガスケットが主シールリップと連続して形成されたリップ型シールの、従来技術による装着構造を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【符号の説明】
1 軸孔ハウジング
1a シール装着部
2 回転軸
3A,3B リップ型シール
31 ケース
32 主シールリップ
32d 密着シール部(主ガスケット)
34 樹脂製シールリップ
35 背面支持リング(背面板)
36 Oリング(主ガスケット)
41 樹脂製Oリング(副ガスケット)
42 樹脂製角リング(副ガスケット)
44 ゴムシート(副ガスケット)
S1 密封空間
S2 大気側空間
Claims (2)
- 外周部が環状のケースに保持され又は一体的に設けられたシールリップを備え、前記ケースが前記シールリップと連続又は分離して設けられた主ガスケットを介して機器のハウジングの内周面に密嵌され、前記シールリップの内周部が前記ハウジングの内周に挿通された回転軸の外周面に密接されるリップ型シールにおいて、
前記主ガスケットとは別体であってかつ前記主ガスケットを形成しているゴム材料よりもCO2透過係数の小さな材料よりなる副ガスケットを、前記ケースにカシメ固定した背面板と前記ハウジングとの対向面間であって前記主ガスケットから大気側空間への漏れ経路に介在させ、
さらに前記ハウジングは、軸心と直交する平面をなす支持面と、その外周側にあって前記支持面よりも軸方向へ後退した環状凹部とを有し、前記支持面の外径は前記ケースにおけるカシメ部の内周端部よりも小径とされ、前記環状凹部の軸方向深さは前記カシメ部の肉厚以上の寸法とされ、前記カシメ部は前記環状凹部に遊嵌され、機内の密封空間の圧力による軸方向荷重を前記支持面と前記背面板の背面との当接によって支承し、前記副ガスケットは、前記支持面に設けた溝内に装着されて、前記背面板の背面との間で軸方向に圧縮された状態に介在されることを特徴とするリップ型シールの装着構造。 - 請求項1記載のリップ型シールの装着構造において、
副ガスケットは、主ガスケットに比較してガス透過方向と直交する方向の肉厚が小さく設定されていることを特徴とするリップ型シールの装着構造。
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