JP4648514B2 - リップ型シール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種回転機器を軸封するリップ型シールにおいて、密封対象流体が著しく高圧になるような条件での耐圧性及び密封性を向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、リップ型シールとして、図３あるいは図４に示されるようなものがある。この種のリップ型シール１００は、ハウジング１の内周にＯリング１０６又はガスケット部１０７を介して密嵌固定されるケース１０１の内周に、エラストマリップ部材１０２と、このエラストマリップ部材１０２をその背面側（密封対象の機内空間Ｓ１と反対側）から支承する耐圧補強リング１０３と、この耐圧補強リング１０３の背面側に配置された樹脂リップ部材１０４と、更にこの樹脂リップ部材１０４の背面側に添設されたバックアップリング１０５が、それぞれの外径部を互いに密着した状態で保持された構造を備える。
【０００３】
この種のリップ型シール１００において、エラストマリップ部材１０２は、機内空間Ｓ１側へ延びる内径側のシールリップ部１０２ａの内周面に、回転軸２の回転に伴って漏れ方向のポンピング作用を生じる潤滑用ポンピング螺子１０２ｂが形成されているため、前記漏れ方向ポンピングを行わない軸停止時に機内空間Ｓ１内の高圧流体の漏れを阻止するものである。一方、樹脂リップ部材１０４は、そのシールリップ部１０４ａの内周面に、軸回転時に流体をエラストマリップ部材１０２側へ押し戻す方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子１０４ｂが形成されており、すなわち主に軸回転時に、エラストマリップ部材１０２の摺動部を通過した機内空間Ｓ１内の密封対象流体が、大気Ｓ２側へ漏れるのを阻止するものである。
【０００４】
樹脂リップ部材１０４のシールリップ部１０４ａにおけるポンピング螺子１０４ｂは、回転軸２との摺動面のうち、先端寄りの部分にのみ形成されている。これは、軸停止時に、漏れ遮断方向のポンピング作用を失ったポンピング螺子１０４ｂを通って、流体が大気Ｓ２側へ漏れてしまうのを防止する必要があるからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種のリップ型シール１００は、機内空間Ｓ１の圧力が１MPa［gage］以上の高圧条件下においては、樹脂リップ部材１０４は、前記圧力の影響を受けて断面略L字形に変形する。そして、従来構造のものは、前記変形過程において、シールリップ１０４ａの先端部の応力は、ポンピング螺子１０４ｂの存在によって相対的に小さく、ポンピング螺子１０４ｂの形成されていない屈曲部１０４ｃ近傍に生じる応力が相対的に大きいものとなるために、回転軸２の外周面に対する面圧の極大部が前記屈曲部１０４ｃ側に偏在する。このため、屈曲部１０４ｃ寄りの内周面が摩耗しやすく、その結果、ポンピング螺子１０４ｂが形成された先端部が回転軸２の外周面から浮き上がるような変形を生じる。そして、このような浮き上がりを生じると、前記ポンピング螺子１０４ｂによる漏れ遮断方向のポンピング作用が損なわれ、軸回転時の密封機能が低下してしまう問題があった。
【０００６】
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、樹脂リップ部材の先端部が回転軸の外周面から浮き上がるような変形を生じるのを防止して、長期にわたって優れた密封機能を維持することの可能なリップ型シールを提供することにある。
【０００７】
【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、本発明に係るリップ型シールは、円筒状本体部を有する筒状ケースと、密封空間側へ延びる内径側のシールリップ部が回転軸の外周面と密接されるエラストマリップ部材と、このエラストマリップ部材の背面側に配置され内径側の屈曲部から密封空間側へ延びるシールリップ部が前記回転軸の外周面と密接される第一の樹脂リップ部材と、この第一の樹脂リップ部材の背面側に配置され内径側の屈曲部から密封空間側へ延びる内径側のシールリップ部が前記回転軸の外周面と密接される第二の樹脂リップ部材と、前記第一の樹脂リップ部材と前記第二の樹脂リップ部材の間に配置され、前記第一の樹脂リップ部材を背面から支承する第一のバックアップリングと、前記第一のバックアップリングと前記第二の樹脂リップ部材の間に介在するスペーサとを備えたリップ型シールであって、前記エラストマリップ部材のシールリップ部の内周面に軸回転時に漏れ方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子が形成され、前記第一の樹脂リップ部材に、そのシールリップ部の内周面から屈曲部の背面にかけて軸回転時に漏れと反対方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子が形成され、前記第二の樹脂リップ部材の内周面が平滑に形成され、前記スペーサは、環状のエラストマ部材に断面Ｌ字形を呈する金属製の補強環が埋設されたものであって、前記第一のバックアップリングと前記第二の樹脂リップ部材の外径部間に配置されて、前記筒状ケースにおける円筒状本体部の内周面に圧縮状態で密接することを特徴とするものである。なお、ここでいう「背面」とは密封空間とは反対側の面のことである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るリップ型シールの好適な実施の形態を示すもので、参照符号１は機器の軸孔ハウジング、２は前記ハウジング１の内周に挿通され軸心Ｏを中心にして回転される回転軸、１０は本発明に係るリップ型シールである。
【０００９】
リップ型シール１０は、密封空間である機内空間Ｓ１と、反密封空間である大気Ｓ２側との間で回転軸２を軸封するもので、金属製の筒状ケース１１と、その内周に保持されたエラストマリップ部材１２、金属製の耐圧補強リング１３、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の低摩擦合成樹脂からなる第一の樹脂リップ部材１４、金属製の第一のバックアップリング１５、スペーサ１６、金属製のガイドリング１７、ＰＴＦＥ等の低摩擦合成樹脂からなる第二の樹脂リップ部材１８、及び金属製の第二のバックアップリング１９とを備えている。
【００１０】
筒状ケース１１は、機内空間Ｓ１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１１１と、そこから機内空間Ｓ１と反対側へ延びる円筒状本体部１１２と、この円筒状本体部１１２の前記Ｏリング装着部１１１と反対側の端部に内径側へ屈曲形成されたカシメ部１１３とを有する。そしてこの筒状ケース１１は、前記Ｏリング装着部１１１に装着したＯリング３を介してハウジング１の内周面１ａに圧入固定されるようになっている。
【００１１】
エラストマリップ部材１２は、断面略Ｌ字形を呈する金属製の補強環１２２が埋設された外径基部１２１と、この外径基部１２１から内径側かつ機内空間Ｓ１側へ湾曲して延びる本体部分１２３と、内径縁１２４ａが回転軸２の外周面と摺接されるシールリップ部１２４とを有する。前記外径基部１２１は、筒状ケース１１における円筒状本体部１１２の内周面に適当な圧縮状態で密接されることによって、筒状ケース１１とエラストマリップ部材１２の間の気密性を保持するガスケット部として機能している。
【００１２】
鋼板等の金属板からなる耐圧補強リング１３は、エラストマリップ部材１２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１３ａは、前記エラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４の背面に達している。
すなわち、この耐圧補強リング１３は、エラストマリップ部材１２における外径基部１２１から本体部分１２３にかけての部分を背面側から支承し、機内空間Ｓ１の流体圧力によるエラストマリップ部材１２の変形を規制するものである。また、当該リップ型シール１０を回転軸２の外周に組み込む際に、第一の樹脂リップ部材１４のシールリップ部１４３を前記回転軸２の外周面近傍で円筒状に拡径変形させるためのガイド手段としての機能も有する。
【００１３】
第一の樹脂リップ部材１４は、エラストマリップ部材１２の外径基部１２１及び耐圧補強リング１３の外径部と、第一のバックアップリング１５とで挟持された外径部１４１の内周から機内空間Ｓ１側へ湾曲して延びる形状を呈し、そのシールリップ部１４３の内周面が、前記耐圧補強リング１３の先端部１３ａより大気Ｓ２側へ適宜後退した位置で、回転軸２の外周面と密接されるようになっている。
【００１４】
第一のバックアップリング１５は、第一の樹脂リップ部材１４の外径部１４１及び湾曲部１４２をその背面側から支承するものである。
【００１５】
スペーサ１６は、環状のエラストマ部材１６１に、断面略Ｌ字形を呈する金属製の補強環１６２が埋設されたものであって、第一のバックアップリング１５と第二の樹脂リップ部材１８の外径部間に介在して、筒状ケース１１における円筒状本体部１１２の内周面に適当な圧縮状態で密接されることによって、この部分の気密性を保持するガスケットとして機能すると共に、第一及び第二の樹脂リップ部材１４，１８間に適当な間隔を与えるものである。
【００１６】
ガイドリング１７は、当該リップ型シール１０を回転軸２の外周に組み込む際に、第二の樹脂リップ部材１８のシールリップ部１８３を、前記回転軸２の外周面近傍で円筒状に拡径変形させるためのガイド手段となるもので、スペーサ１６の背面に密着した径方向部１７１と、前記スペーサ１６の内周側で第一のバックアップリング１５側へ円筒状に延びる内周軸方向部１７２とからなる。
【００１７】
第二の樹脂リップ部材１８は、スペーサ１６の背面及びガイドリング１７の径方向部１７１と第二のバックアップリング１９とで挟持された外径部１８１の内周から、第一の樹脂リップ部材１４側へ湾曲して延びる形状を呈し、そのシールリップ部１８３の内周面が、第一のバックアップリング１５より大気Ｓ２側へ適宜後退した位置で、回転軸２の外周面と密接されるようになっている。
【００１８】
第二のバックアップリング１９は、第二の樹脂リップ部材１８の外径部１８１及び湾曲部１８２をその背面側から支承するものである。
【００１９】
上記エラストマリップ部材１２、耐圧補強リング１３、第一の樹脂リップ部材１４、第一のバックアップリング１５、スペーサ１６、ガイドリング１７、第二の樹脂リップ部材１８及び第二のバックアップリング１９は、各外径部同士が互いに軸方向に密接された状態で、筒状ケース１１におけるＯリング装着部１１１とカシメ部１１３との間に固定されている。
【００２０】
エラストマリップ部材１２において回転軸２の外周面との摺動部となる先端リップ部１２４の内径縁１２４ａの背面側に形成されたテーパ状内周面には、回転軸２の回転によって漏れ方向、すなわち機内空間Ｓ１側の流体をエラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４の背面空間Ｓ３へ送り込むポンピング作用を生じる方向性を持った、潤滑用ポンピング螺子１２５が形成されている。
【００２１】
第一の樹脂リップ部材１４において回転軸２の外周面との摺動面となるシールリップ部１４３の内周面には、回転軸２の回転によって漏れ遮断方向、すなわち前記背面空間Ｓ３から第一の樹脂リップ部材１４の背面空間Ｓ４側への漏れ圧力と対抗するポンプ圧力を生じる方向性をもったポンピング螺子１４４が、前記シールリップ部１４３の先端から屈曲部１４２の背面位置まで形成されている。
【００２２】
第二の樹脂リップ部材１８において回転軸２の外周面との摺動面となるシールリップ部１８３の内周面は、上述のようなポンピング螺子の存在しない平滑な面として形成されている。
【００２３】
以上の構成になるリップ型シール１０は、第二のバックアップリング１９の背面が、ハウジング１における支承面１ｂに当接されるように、筒状ケース１１がＯリング３を介してハウジング１の内周面１ａに圧入固定される。そしてこの状態では、前記筒状ケース１１のカシメ部１１３が、前記支承面１ｂの外周の環状凹部１ｃに遊嵌される。
【００２４】
一方、第一及び第二の樹脂リップ部材１４，１８は、そのシールリップ部１４３，１８３が、回転軸２の挿通によって、耐圧補強リング１３及びガイドリング１７をガイドとして、図１に示されたテーパ状からほぼ円筒状に拡径変形され、その内周面が回転軸２の外周面と密接される。また、エラストマリップ部材１２は、そのシールリップ部１２４の内径縁１２４ａが、前記回転軸２の外周面に適当な潰し代をもって弾性的に密接する。
【００２５】
軸回転時において、機内空間Ｓ１の圧力は、エラストマリップ部材１２の本体部分１２３を縮径させるように作用するが、このエラストマリップ部材１２の外径基部１２１から本体部分１２３にかけての部分は、耐圧補強リング１３によって背面側から支承されているので、前記圧力による内径方向への変形が規制される。
【００２６】
エラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４は、耐圧補強リング１３による支持を受けていないが、軸回転時は、前記シールリップ部１２４に形成された潤滑用ポンピング螺子１２５の漏れ方向ポンピング作用によって、機内空間Ｓ１の流体がシールリップ部１２４と回転軸２との摺動面に積極的に導入され、厚い流体潤滑膜が形成されるので、摺動負荷が軽減される。また、エラストマリップ部材１２の背面空間Ｓ３から第一の樹脂リップ部材１４の背面空間Ｓ４側への流体の漏洩は、第一の樹脂リップ部材１４のシールリップ部１４３に形成されたポンピング螺子１４４による前記潤滑用ポンピング螺子１２５とは逆方向のポンピング作用によって遮断される。
【００２７】
しかも、エラストマリップ部材１２の潤滑用ポンピング螺子１２５の漏れ方向ポンピング作用と、第一の樹脂リップ部材１４のポンピング螺子１４４の漏れ遮断方向ポンピング作用によって、エラストマリップ部材１２の背面空間Ｓ３内は機内空間Ｓ１と拮抗する圧力となる。したがって、機内空間Ｓ１の圧力によるエラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４の縮径変形が抑えられ、これによっても摺動負荷が軽減される。
【００２８】
ここで、エラストマリップ部材１２の背面空間Ｓ３内の圧力は、第一の樹脂リップ部材１４のシールリップ部１４３を縮径変形させるように作用するため、特に、機内空間Ｓ１の圧力が１MPa［gage］以上の高圧条件下においては、第一の樹脂リップ部材１４は、その圧力の影響を受けて断面略L字形に変形する。しかしながら、この第一の樹脂リップ部材１４は、ポンピング螺子１４４がシールリップ部１４３の内周面から屈曲部１４２の背面まで形成されているため、屈曲部１４２近傍の応力が小さく、また、ポンピング螺子１４４のポンピング作用によって、屈曲部１４２寄りの内周面に流体が介入しようとするため、シールリップ部１４３の内周面が屈曲部１４２側で大きく摩耗するといった偏摩耗が防止される。その結果、シールリップ部１４３の先端が回転軸２の外周面から浮き上がるような変形を生じることがなく、前記ポンピング螺子１４４による漏れ遮断方向のポンピング作用が維持される。
【００２９】
しかも、第一の樹脂リップ部材１４は、ポンピング螺子１４４が回転軸２との摺動面全域に形成されているので、シールリップ部の先端近傍の内周面にのみポンピング螺子を形成していた従来構造のものに比較して、ポンピング螺子１４４による漏れ遮断作用が大きく、したがって軸回転時における密封性能が向上する。
【００３０】
また、軸停止時は、第一の樹脂リップ部材１４に形成されたポンピング螺子１４４による漏れ遮断方向のポンピング作用は失われるが、エラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４に形成された潤滑用ポンピング螺子１２５の漏れ方向ポンピングも行われなくなるので、エラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４がその潤滑用ポンピング螺子１２５を押し潰した状態で回転軸２の外周面と密接し、機内空間Ｓ１からエラストマリップ部材１２の背面空間Ｓ３への密封対象流体の漏洩を遮断する。
【００３１】
一方、第一の樹脂リップ部材１４は、ポンピング螺子１４４がシールリップ部１４３の先端内周面から屈曲部１４２の背面まで延びているため、エラストマリップ部材１２の背面空間Ｓ３に存在する流体は、前記ポンピング螺子１４４を通じて第一の樹脂リップ部材１４の背面空間Ｓ４へは流出可能であるが、その背面側にある第二の樹脂リップ部材１８は、シールリップ部１８３がポンピング螺子の存在しない平滑な内周面で回転軸２の外周面と密接しているため、前記背面空間Ｓ４から大気Ｓ２側への流体の漏洩を確実に遮断する。
【００３２】
図２は、図１に示される構造のリップ型シール１０と、先に説明した図３に示される従来構造のリップ型シール１００による摺動試験を、次の試験条件において実施した結果を示すものである。
［試験条件］
回転軸の回転数・・・・・・５０００ｒｐｍ
密封空間の圧力・・・・・・４MPa［gage］
密封液の種類・・・・・・・・合成油
密封液の温度・・・・・・・・１００℃
密封液の量・・・・・・・・・・シールボックス（密封空間）内に充満
試験時間・・・・・・・・・・・２００時間
【００３３】
この試験結果、従来構造のリップ型シールでは短時間で油漏れが発生した。また、２００時間摺動後のエラストマリップ部材及びその背面側の樹脂リップ部材を確認すると、図２の上欄に示されるように、樹脂リップ部材におけるシールリップ部内周面の摩耗は屈曲部近傍で大きく、その反面、シールリップ部の先端近傍では殆ど摩耗が認められない。これは、シールリップ部の先端近傍に回転軸外周面からの浮き上がりを生じていたためであると推定される。
【００３４】
一方、本発明構造によるリップ型シールでは、２００時間の運転期間中における油漏れの発生が認められなかった。また、２００時間摺動後のエラストマリップ部材及びその背面側の第一の樹脂リップ部材を確認すると、図２の下欄に示されるように、第一の樹脂リップ部材におけるシールリップ部内周面の摩耗は、屈曲部近傍で摩耗量が大きくなるような偏摩耗が認められず、良好な摺動状態を維持していたことがわかる。これは、第一の樹脂リップ部材にはポンピング螺子が屈曲部の背面まで延在されていることによって、屈曲部の応力が小さくなったためであり、密封性能が良好が良好であったのは、シールリップ部の先端近傍に浮き上がり現象が発生しなかったことと、ポンピング螺子により漏れ遮断方向のポンピング作用の生じる領域が軸方向に長いためであることが推定される。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のリップ型シールによると、軸回転時にエラストマリップ部材の背面の圧力が正面側から作用する密封空間の圧力と拮抗することによって、このエラストマリップ部材の良好な潤滑状態が維持されると共に摺動負荷が抑制される。また、第一の樹脂リップ部材は、ポンピング螺子がシールリップ部の内周面から屈曲部の背面まで延長されていることによって、屈曲部近傍の応力が小さくなるので、シールリップ部の内周面が屈曲部側で大きく摩耗するといった偏摩耗が防止され、その結果、シールリップ部の先端の浮き上がりが防止されて、漏れ遮断方向のポンピング作用が維持されるので、優れた密封機能を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るリップ型シールの好ましい実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図２】 試験結果を示す説明図である。
【図３】 従来技術によるリップ型シールを、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図４】 他の従来技術によるリップ型シールを、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 ハウジング
２ 回転軸
１０ リップ型シール
１１ 筒状ケース
１２ エラストマリップ部材
１２４，１４３ シールリップ部
１２５，１４４ ポンピング螺子
１３ 耐圧補強リング
１４ 第一の樹脂リップ部材
１８ 第二の樹脂リップ部材
Ｓ１ 機内空間
Ｓ２ 大気
Ｓ３，Ｓ４ 背面空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種回転機器を軸封するリップ型シールにおいて、密封対象流体が著しく高圧になるような条件での耐圧性及び密封性を向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、リップ型シールとして、図３あるいは図４に示されるようなものがある。この種のリップ型シール１００は、ハウジング１の内周にＯリング１０６又はガスケット部１０７を介して密嵌固定されるケース１０１の内周に、エラストマリップ部材１０２と、このエラストマリップ部材１０２をその背面側（密封対象の機内空間Ｓ１と反対側）から支承する耐圧補強リング１０３と、この耐圧補強リング１０３の背面側に配置された樹脂リップ部材１０４と、更にこの樹脂リップ部材１０４の背面側に添設されたバックアップリング１０５が、それぞれの外径部を互いに密着した状態で保持された構造を備える。
【０００３】
この種のリップ型シール１００において、エラストマリップ部材１０２は、機内空間Ｓ１側へ延びる内径側のシールリップ部１０２ａの内周面に、回転軸２の回転に伴って漏れ方向のポンピング作用を生じる潤滑用ポンピング螺子１０２ｂが形成されているため、前記漏れ方向ポンピングを行わない軸停止時に機内空間Ｓ１内の高圧流体の漏れを阻止するものである。一方、樹脂リップ部材１０４は、そのシールリップ部１０４ａの内周面に、軸回転時に流体をエラストマリップ部材１０２側へ押し戻す方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子１０４ｂが形成されており、すなわち主に軸回転時に、エラストマリップ部材１０２の摺動部を通過した機内空間Ｓ１内の密封対象流体が、大気Ｓ２側へ漏れるのを阻止するものである。
【０００４】
樹脂リップ部材１０４のシールリップ部１０４ａにおけるポンピング螺子１０４ｂは、回転軸２との摺動面のうち、先端寄りの部分にのみ形成されている。これは、軸停止時に、漏れ遮断方向のポンピング作用を失ったポンピング螺子１０４ｂを通って、流体が大気Ｓ２側へ漏れてしまうのを防止する必要があるからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種のリップ型シール１００は、機内空間Ｓ１の圧力が１MPa［gage］以上の高圧条件下においては、樹脂リップ部材１０４は、前記圧力の影響を受けて断面略L字形に変形する。そして、従来構造のものは、前記変形過程において、シールリップ１０４ａの先端部の応力は、ポンピング螺子１０４ｂの存在によって相対的に小さく、ポンピング螺子１０４ｂの形成されていない屈曲部１０４ｃ近傍に生じる応力が相対的に大きいものとなるために、回転軸２の外周面に対する面圧の極大部が前記屈曲部１０４ｃ側に偏在する。このため、屈曲部１０４ｃ寄りの内周面が摩耗しやすく、その結果、ポンピング螺子１０４ｂが形成された先端部が回転軸２の外周面から浮き上がるような変形を生じる。そして、このような浮き上がりを生じると、前記ポンピング螺子１０４ｂによる漏れ遮断方向のポンピング作用が損なわれ、軸回転時の密封機能が低下してしまう問題があった。
【０００６】
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、樹脂リップ部材の先端部が回転軸の外周面から浮き上がるような変形を生じるのを防止して、長期にわたって優れた密封機能を維持することの可能なリップ型シールを提供することにある。
【０００７】
【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、本発明に係るリップ型シールは、円筒状本体部を有する筒状ケースと、密封空間側へ延びる内径側のシールリップ部が回転軸の外周面と密接されるエラストマリップ部材と、このエラストマリップ部材の背面側に配置され内径側の屈曲部から密封空間側へ延びるシールリップ部が前記回転軸の外周面と密接される第一の樹脂リップ部材と、この第一の樹脂リップ部材の背面側に配置され内径側の屈曲部から密封空間側へ延びる内径側のシールリップ部が前記回転軸の外周面と密接される第二の樹脂リップ部材と、前記第一の樹脂リップ部材と前記第二の樹脂リップ部材の間に配置され、前記第一の樹脂リップ部材を背面から支承する第一のバックアップリングと、前記第一のバックアップリングと前記第二の樹脂リップ部材の間に介在するスペーサとを備えたリップ型シールであって、前記エラストマリップ部材のシールリップ部の内周面に軸回転時に漏れ方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子が形成され、前記第一の樹脂リップ部材に、そのシールリップ部の内周面から屈曲部の背面にかけて軸回転時に漏れと反対方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子が形成され、前記第二の樹脂リップ部材の内周面が平滑に形成され、前記スペーサは、環状のエラストマ部材に断面Ｌ字形を呈する金属製の補強環が埋設されたものであって、前記第一のバックアップリングと前記第二の樹脂リップ部材の外径部間に配置されて、前記筒状ケースにおける円筒状本体部の内周面に圧縮状態で密接することを特徴とするものである。なお、ここでいう「背面」とは密封空間とは反対側の面のことである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るリップ型シールの好適な実施の形態を示すもので、参照符号１は機器の軸孔ハウジング、２は前記ハウジング１の内周に挿通され軸心Ｏを中心にして回転される回転軸、１０は本発明に係るリップ型シールである。
【０００９】
リップ型シール１０は、密封空間である機内空間Ｓ１と、反密封空間である大気Ｓ２側との間で回転軸２を軸封するもので、金属製の筒状ケース１１と、その内周に保持されたエラストマリップ部材１２、金属製の耐圧補強リング１３、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の低摩擦合成樹脂からなる第一の樹脂リップ部材１４、金属製の第一のバックアップリング１５、スペーサ１６、金属製のガイドリング１７、ＰＴＦＥ等の低摩擦合成樹脂からなる第二の樹脂リップ部材１８、及び金属製の第二のバックアップリング１９とを備えている。
【００１０】
筒状ケース１１は、機内空間Ｓ１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１１１と、そこから機内空間Ｓ１と反対側へ延びる円筒状本体部１１２と、この円筒状本体部１１２の前記Ｏリング装着部１１１と反対側の端部に内径側へ屈曲形成されたカシメ部１１３とを有する。そしてこの筒状ケース１１は、前記Ｏリング装着部１１１に装着したＯリング３を介してハウジング１の内周面１ａに圧入固定されるようになっている。
【００１１】
エラストマリップ部材１２は、断面略Ｌ字形を呈する金属製の補強環１２２が埋設された外径基部１２１と、この外径基部１２１から内径側かつ機内空間Ｓ１側へ湾曲して延びる本体部分１２３と、内径縁１２４ａが回転軸２の外周面と摺接されるシールリップ部１２４とを有する。前記外径基部１２１は、筒状ケース１１における円筒状本体部１１２の内周面に適当な圧縮状態で密接されることによって、筒状ケース１１とエラストマリップ部材１２の間の気密性を保持するガスケット部として機能している。
【００１２】
鋼板等の金属板からなる耐圧補強リング１３は、エラストマリップ部材１２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１３ａは、前記エラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４の背面に達している。
すなわち、この耐圧補強リング１３は、エラストマリップ部材１２における外径基部１２１から本体部分１２３にかけての部分を背面側から支承し、機内空間Ｓ１の流体圧力によるエラストマリップ部材１２の変形を規制するものである。また、当該リップ型シール１０を回転軸２の外周に組み込む際に、第一の樹脂リップ部材１４のシールリップ部１４３を前記回転軸２の外周面近傍で円筒状に拡径変形させるためのガイド手段としての機能も有する。
【００１３】
第一の樹脂リップ部材１４は、エラストマリップ部材１２の外径基部１２１及び耐圧補強リング１３の外径部と、第一のバックアップリング１５とで挟持された外径部１４１の内周から機内空間Ｓ１側へ湾曲して延びる形状を呈し、そのシールリップ部１４３の内周面が、前記耐圧補強リング１３の先端部１３ａより大気Ｓ２側へ適宜後退した位置で、回転軸２の外周面と密接されるようになっている。
【００１４】
第一のバックアップリング１５は、第一の樹脂リップ部材１４の外径部１４１及び湾曲部１４２をその背面側から支承するものである。
【００１５】
スペーサ１６は、環状のエラストマ部材１６１に、断面略Ｌ字形を呈する金属製の補強環１６２が埋設されたものであって、第一のバックアップリング１５と第二の樹脂リップ部材１８の外径部間に介在して、筒状ケース１１における円筒状本体部１１２の内周面に適当な圧縮状態で密接されることによって、この部分の気密性を保持するガスケットとして機能すると共に、第一及び第二の樹脂リップ部材１４，１８間に適当な間隔を与えるものである。
【００１６】
ガイドリング１７は、当該リップ型シール１０を回転軸２の外周に組み込む際に、第二の樹脂リップ部材１８のシールリップ部１８３を、前記回転軸２の外周面近傍で円筒状に拡径変形させるためのガイド手段となるもので、スペーサ１６の背面に密着した径方向部１７１と、前記スペーサ１６の内周側で第一のバックアップリング１５側へ円筒状に延びる内周軸方向部１７２とからなる。
【００１７】
第二の樹脂リップ部材１８は、スペーサ１６の背面及びガイドリング１７の径方向部１７１と第二のバックアップリング１９とで挟持された外径部１８１の内周から、第一の樹脂リップ部材１４側へ湾曲して延びる形状を呈し、そのシールリップ部１８３の内周面が、第一のバックアップリング１５より大気Ｓ２側へ適宜後退した位置で、回転軸２の外周面と密接されるようになっている。
【００１８】
第二のバックアップリング１９は、第二の樹脂リップ部材１８の外径部１８１及び湾曲部１８２をその背面側から支承するものである。
【００１９】
上記エラストマリップ部材１２、耐圧補強リング１３、第一の樹脂リップ部材１４、第一のバックアップリング１５、スペーサ１６、ガイドリング１７、第二の樹脂リップ部材１８及び第二のバックアップリング１９は、各外径部同士が互いに軸方向に密接された状態で、筒状ケース１１におけるＯリング装着部１１１とカシメ部１１３との間に固定されている。
【００２０】
エラストマリップ部材１２において回転軸２の外周面との摺動部となる先端リップ部１２４の内径縁１２４ａの背面側に形成されたテーパ状内周面には、回転軸２の回転によって漏れ方向、すなわち機内空間Ｓ１側の流体をエラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４の背面空間Ｓ３へ送り込むポンピング作用を生じる方向性を持った、潤滑用ポンピング螺子１２５が形成されている。
【００２１】
第一の樹脂リップ部材１４において回転軸２の外周面との摺動面となるシールリップ部１４３の内周面には、回転軸２の回転によって漏れ遮断方向、すなわち前記背面空間Ｓ３から第一の樹脂リップ部材１４の背面空間Ｓ４側への漏れ圧力と対抗するポンプ圧力を生じる方向性をもったポンピング螺子１４４が、前記シールリップ部１４３の先端から屈曲部１４２の背面位置まで形成されている。
【００２２】
第二の樹脂リップ部材１８において回転軸２の外周面との摺動面となるシールリップ部１８３の内周面は、上述のようなポンピング螺子の存在しない平滑な面として形成されている。
【００２３】
以上の構成になるリップ型シール１０は、第二のバックアップリング１９の背面が、ハウジング１における支承面１ｂに当接されるように、筒状ケース１１がＯリング３を介してハウジング１の内周面１ａに圧入固定される。そしてこの状態では、前記筒状ケース１１のカシメ部１１３が、前記支承面１ｂの外周の環状凹部１ｃに遊嵌される。
【００２４】
一方、第一及び第二の樹脂リップ部材１４，１８は、そのシールリップ部１４３，１８３が、回転軸２の挿通によって、耐圧補強リング１３及びガイドリング１７をガイドとして、図１に示されたテーパ状からほぼ円筒状に拡径変形され、その内周面が回転軸２の外周面と密接される。また、エラストマリップ部材１２は、そのシールリップ部１２４の内径縁１２４ａが、前記回転軸２の外周面に適当な潰し代をもって弾性的に密接する。
【００２５】
軸回転時において、機内空間Ｓ１の圧力は、エラストマリップ部材１２の本体部分１２３を縮径させるように作用するが、このエラストマリップ部材１２の外径基部１２１から本体部分１２３にかけての部分は、耐圧補強リング１３によって背面側から支承されているので、前記圧力による内径方向への変形が規制される。
【００２６】
エラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４は、耐圧補強リング１３による支持を受けていないが、軸回転時は、前記シールリップ部１２４に形成された潤滑用ポンピング螺子１２５の漏れ方向ポンピング作用によって、機内空間Ｓ１の流体がシールリップ部１２４と回転軸２との摺動面に積極的に導入され、厚い流体潤滑膜が形成されるので、摺動負荷が軽減される。また、エラストマリップ部材１２の背面空間Ｓ３から第一の樹脂リップ部材１４の背面空間Ｓ４側への流体の漏洩は、第一の樹脂リップ部材１４のシールリップ部１４３に形成されたポンピング螺子１４４による前記潤滑用ポンピング螺子１２５とは逆方向のポンピング作用によって遮断される。
【００２７】
しかも、エラストマリップ部材１２の潤滑用ポンピング螺子１２５の漏れ方向ポンピング作用と、第一の樹脂リップ部材１４のポンピング螺子１４４の漏れ遮断方向ポンピング作用によって、エラストマリップ部材１２の背面空間Ｓ３内は機内空間Ｓ１と拮抗する圧力となる。したがって、機内空間Ｓ１の圧力によるエラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４の縮径変形が抑えられ、これによっても摺動負荷が軽減される。
【００２８】
ここで、エラストマリップ部材１２の背面空間Ｓ３内の圧力は、第一の樹脂リップ部材１４のシールリップ部１４３を縮径変形させるように作用するため、特に、機内空間Ｓ１の圧力が１MPa［gage］以上の高圧条件下においては、第一の樹脂リップ部材１４は、その圧力の影響を受けて断面略L字形に変形する。しかしながら、この第一の樹脂リップ部材１４は、ポンピング螺子１４４がシールリップ部１４３の内周面から屈曲部１４２の背面まで形成されているため、屈曲部１４２近傍の応力が小さく、また、ポンピング螺子１４４のポンピング作用によって、屈曲部１４２寄りの内周面に流体が介入しようとするため、シールリップ部１４３の内周面が屈曲部１４２側で大きく摩耗するといった偏摩耗が防止される。その結果、シールリップ部１４３の先端が回転軸２の外周面から浮き上がるような変形を生じることがなく、前記ポンピング螺子１４４による漏れ遮断方向のポンピング作用が維持される。
【００２９】
しかも、第一の樹脂リップ部材１４は、ポンピング螺子１４４が回転軸２との摺動面全域に形成されているので、シールリップ部の先端近傍の内周面にのみポンピング螺子を形成していた従来構造のものに比較して、ポンピング螺子１４４による漏れ遮断作用が大きく、したがって軸回転時における密封性能が向上する。
【００３０】
また、軸停止時は、第一の樹脂リップ部材１４に形成されたポンピング螺子１４４による漏れ遮断方向のポンピング作用は失われるが、エラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４に形成された潤滑用ポンピング螺子１２５の漏れ方向ポンピングも行われなくなるので、エラストマリップ部材１２のシールリップ部１２４がその潤滑用ポンピング螺子１２５を押し潰した状態で回転軸２の外周面と密接し、機内空間Ｓ１からエラストマリップ部材１２の背面空間Ｓ３への密封対象流体の漏洩を遮断する。
【００３１】
一方、第一の樹脂リップ部材１４は、ポンピング螺子１４４がシールリップ部１４３の先端内周面から屈曲部１４２の背面まで延びているため、エラストマリップ部材１２の背面空間Ｓ３に存在する流体は、前記ポンピング螺子１４４を通じて第一の樹脂リップ部材１４の背面空間Ｓ４へは流出可能であるが、その背面側にある第二の樹脂リップ部材１８は、シールリップ部１８３がポンピング螺子の存在しない平滑な内周面で回転軸２の外周面と密接しているため、前記背面空間Ｓ４から大気Ｓ２側への流体の漏洩を確実に遮断する。
【００３２】
図２は、図１に示される構造のリップ型シール１０と、先に説明した図３に示される従来構造のリップ型シール１００による摺動試験を、次の試験条件において実施した結果を示すものである。
［試験条件］
回転軸の回転数・・・・・・５０００ｒｐｍ
密封空間の圧力・・・・・・４MPa［gage］
密封液の種類・・・・・・・・合成油
密封液の温度・・・・・・・・１００℃
密封液の量・・・・・・・・・・シールボックス（密封空間）内に充満
試験時間・・・・・・・・・・・２００時間
【００３３】
この試験結果、従来構造のリップ型シールでは短時間で油漏れが発生した。また、２００時間摺動後のエラストマリップ部材及びその背面側の樹脂リップ部材を確認すると、図２の上欄に示されるように、樹脂リップ部材におけるシールリップ部内周面の摩耗は屈曲部近傍で大きく、その反面、シールリップ部の先端近傍では殆ど摩耗が認められない。これは、シールリップ部の先端近傍に回転軸外周面からの浮き上がりを生じていたためであると推定される。
【００３４】
一方、本発明構造によるリップ型シールでは、２００時間の運転期間中における油漏れの発生が認められなかった。また、２００時間摺動後のエラストマリップ部材及びその背面側の第一の樹脂リップ部材を確認すると、図２の下欄に示されるように、第一の樹脂リップ部材におけるシールリップ部内周面の摩耗は、屈曲部近傍で摩耗量が大きくなるような偏摩耗が認められず、良好な摺動状態を維持していたことがわかる。これは、第一の樹脂リップ部材にはポンピング螺子が屈曲部の背面まで延在されていることによって、屈曲部の応力が小さくなったためであり、密封性能が良好が良好であったのは、シールリップ部の先端近傍に浮き上がり現象が発生しなかったことと、ポンピング螺子により漏れ遮断方向のポンピング作用の生じる領域が軸方向に長いためであることが推定される。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のリップ型シールによると、軸回転時にエラストマリップ部材の背面の圧力が正面側から作用する密封空間の圧力と拮抗することによって、このエラストマリップ部材の良好な潤滑状態が維持されると共に摺動負荷が抑制される。また、第一の樹脂リップ部材は、ポンピング螺子がシールリップ部の内周面から屈曲部の背面まで延長されていることによって、屈曲部近傍の応力が小さくなるので、シールリップ部の内周面が屈曲部側で大きく摩耗するといった偏摩耗が防止され、その結果、シールリップ部の先端の浮き上がりが防止されて、漏れ遮断方向のポンピング作用が維持されるので、優れた密封機能を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るリップ型シールの好ましい実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図２】 試験結果を示す説明図である。
【図３】 従来技術によるリップ型シールを、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図４】 他の従来技術によるリップ型シールを、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 ハウジング
２ 回転軸
１０ リップ型シール
１１ 筒状ケース
１２ エラストマリップ部材
１２４，１４３ シールリップ部
１２５，１４４ ポンピング螺子
１３ 耐圧補強リング
１４ 第一の樹脂リップ部材
１８ 第二の樹脂リップ部材
Ｓ１ 機内空間
Ｓ２ 大気
Ｓ３，Ｓ４ 背面空間
Claims (1)
- 円筒状本体部を有する筒状ケースと、
密封空間側へ延びる内径側のシールリップ部が回転軸の外周面と密接されるエラストマリップ部材と、
このエラストマリップ部材の背面側に配置され内径側の屈曲部から密封空間側へ延びるシールリップ部が前記回転軸の外周面と密接される第一の樹脂リップ部材と、
この第一の樹脂リップ部材の背面側に配置され内径側の屈曲部から密封空間側へ延びる内径側のシールリップ部が前記回転軸の外周面と密接される第二の樹脂リップ部材と、
前記第一の樹脂リップ部材と前記第二の樹脂リップ部材の間に配置され、前記第一の樹脂リップ部材を背面から支承する第一のバックアップリングと、
前記第一のバックアップリングと前記第二の樹脂リップ部材の間に介在するスペーサとを備えたリップ型シールであって、
前記エラストマリップ部材のシールリップ部の内周面に軸回転時に漏れ方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子が形成され、
前記第一の樹脂リップ部材に、そのシールリップ部の内周面から屈曲部の背面にかけて軸回転時に漏れと反対方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子が形成され、
前記第二の樹脂リップ部材の内周面が平滑に形成され、
前記スペーサは、環状のエラストマ部材に断面Ｌ字形を呈する金属製の補強環が埋設されたものであって、前記第一のバックアップリングと前記第二の樹脂リップ部材の外径部間に配置されて、前記筒状ケースにおける円筒状本体部の内周面に圧縮状態で密接することを特徴とするリップ型シール。
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