JP4651744B1

JP4651744B1 - 回転軸シール

Info

Publication number: JP4651744B1
Application number: JP2010071511A
Authority: JP
Inventors: 伸和藤井; 弘紀笈田
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: EP2551563B1; EP2551563A4; CN102822576A; EP2551563A1; WO2011117951A1; CN102822576B; US9074688B2; KR20120108064A; US20130015624A1; KR101216351B1; JP2011202755A

Abstract

【課題】高回転、低リークなどの厳しい要求に於ても、長期にわたって安定したシール性能を維持することができる回転軸シールを提供する。
【解決手段】弯曲壁部５を介して断面略Ｊ字状に弯曲した基本肉厚寸法Ｔを有する第１・第２シールエレメント１・２をシャフト軸心Ｌに沿って相反方向へ弯曲するように配設した回転軸シールに於て、第１・第２シールエレメント１・２の各々の弯曲壁部５の対向面６に帯状の凹周溝部７を形成する。（装着）使用状態下で、最先端縁部８が接触面圧のピークをもって、かつ、基本肉厚寸法Ｔの２倍以下の接触幅寸法Ｅをもって、回転軸９の外周面９ａに接触するよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸シールに関する。

従来、コンプレッサ等に用いられる回転軸シールとして、断面略Ｔ字状に弯曲した均等な肉厚寸法を有する第１・第２シールエレメントをシャフト軸心に沿って相反方向へ弯曲するように配設した回転軸シールが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、近年、高効率化および製造装置の大型化にともない高排出能力のポンプが求められており、このポンプに用いられる回転軸シールに対しても高回転、低リークなどの厳しい使用環境への適用が要求されている。また、従来の回転軸シールには、回転軸シールの緊迫力（シャフトを締め付ける力）が過大で、フリクション（摺動トルク）が大きくなる欠点があり、さらに、第１・第２シールエレメントの間の空室部に封入したグリースの流失量も多く、第１・第２シールエレメントの摩耗量が大きいという欠点がある。

特開平７−３１７９１２号公報

解決しようとする課題は、高回転、低リークなどの厳しい要求に於て、回転軸シールの緊迫力（シャフトを締め付ける力）が過大であるので、シールエレメントの摩耗量が大きく、また、グリースの流失量も多い点である。そして、上記のような要求では長期にわたって安定したシール性能を維持することが困難な点である。

そこで、本発明に係る回転軸シールは、弯曲壁部を有する第１・第２シールエレメントをシャフト軸心に沿って相反方向へ弯曲するように配設し、上記第１・第２シールエレメントの各々の上記弯曲壁部の対向面に帯状の凹周溝部を形成し、使用状態下で、上記第１・第２シールエレメントと回転軸の外周面との間に形成された中間空室部にグリースを封入し、さらに、上記第１・第２シールエレメントを挟持するインナーケースとアウターケースを備え、該インナーケースとアウターケースの内鍔部の内周端縁部の内周端面のラジアル方向位置を、上記第１・第２シールエレメントの凹周溝部のラジアル方向範囲内に設け、上記中間空室部の反対側両面から上記内鍔部の内周端縁部が上記第１・第２シールエレメントを保持するように構成したものである。

また、弯曲壁部を有する第１・第２シールエレメントをシャフト軸心に沿って相反方向へ弯曲するように配設し、上記第１・第２シールエレメントの各々の上記弯曲壁部の対向面に帯状の凹周溝部を形成し、使用状態下で、上記第１・第２シールエレメントと回転軸の外周面との間に形成された中間空室部にグリースを封入し、さらに、上記第１・第２シールエレメントを挟持する一対のインナーケースを備え、該インナーケースの内鍔部の内周端縁部の内周端面のラジアル方向位置を、上記第１・第２シールエレメントの凹周溝部のラジアル方向範囲内に設け、上記中間空室部の反対側両面から上記内鍔部の内周端縁部が上記第１・第２シールエレメントを保持するように構成したものである。

また、上記第１・第２シールエレメントが基本肉厚寸法を有し、上記第１・第２シールエレメントの各々の上記弯曲壁部の対向面に帯状の凹周溝部を形成し、使用状態下で、最先端縁部が接触面圧のピークをもって、かつ、上記基本肉厚寸法の２倍以下の接触幅寸法をもって、回転軸の外周面に接触するよう構成したものである。
また、上記第１・第２シールエレメントが基本肉厚寸法を有し、上記第１・第２シールエレメントの各々の上記弯曲壁部の対向面に帯状の凹周溝部を形成し、初期使用状態下で、最先端縁部が線接触状に回転軸の外周面に接触するように第１・第２シールエレメントの孔の径寸法を大きく設定したものである。

本発明の回転軸シールによれば、第１・第２シールエレメントの（シャフトを締め付ける）緊迫力を軽減でき、フリクション（摺動トルク）を低減することができる。高回転、低リークなどの厳しい使用環境に於ても、長期にわたって安定したシール性能を維持することができ、耐久性に優れる。また、封入するグリース量を多くすることができると共にグリースの流失量も低減できて、第１・第２シールエレメントの摩耗量がさらに低減して寿命が延びる。

本発明の第１の実施の形態の使用状態を示す要部断面正面図である。要部断面正面図である。説明図である。第２の実施の形態の使用状態を示す要部断面正面図である。第３の実施の形態の使用状態を示す要部断面正面図である。要部断面正面図である。

図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態を示す。この回転軸シールは、ポンプやコンプレッサ等の回転軸シールで、作動油がほとんど接近しない密封箇所等に用いられる。第１・第２シールエレメント１・２を挟持するアウターケース３とインナーケース４を備える。第１・第２シールエレメント１・２は、例えば、ＰＴＦＥ等から成る。アウターケース３とインナーケース４は、例えば、鋼板等の金属や合成樹脂から成り、アウターケース３は、ハウジング20の孔部21へ嵌着される。

弯曲壁部５を介して断面略Ｊ字状に弯曲した基本肉厚寸法Ｔを有する第１・第２シールエレメント１・２をシャフト軸心Ｌに沿って相反方向（逆方向）へ弯曲するようにハの字型に配設する。そして、第１・第２シールエレメント１・２の各々の弯曲壁部５の対向面６に帯状の凹周溝部（カットバック）７が形成されている。
なお、シールエレメント１，２は、図３に点線にて示すように均等な肉厚寸法の場合に限らず、不均一な肉厚寸法としてもよい（図示省略）。本発明に於て、基本肉厚寸法Ｔとは、回転軸９に接触する領域（範囲）の平均肉厚寸法を言う。

使用状態下（すなわち、装着後で使用中の状態下）で、第１・第２シールエレメント１・２の最先端縁部８の角部８ａが接触面圧のピークＰ_ｍａｘをもって、かつ、基本肉厚寸法Ｔの２倍以下の接触幅寸法Ｅをもって、回転軸９の外周面９ａに接触するよう構成されている。すなわち、使用状態下で、基本肉厚寸法Ｔと接触幅寸法Ｅは、Ｅ≦２・Ｔに設定されている。Ｅ＞２・Ｔの場合、使用状態下で、接触面圧のピークが最先端縁部８以外の部分（最先端縁部８より後述の中間空室部13側）にまで拡大して凹状の摩耗が発生し、漏洩を生じる。

そして、アウターケース３とインナーケース４の内鍔部10の内周端縁部11のラジアル方向位置が第１・第２シールエレメント１・２の凹周溝部７の存在する薄肉部12に対応するように構成されている。平板円環状のガスケット22を介して、サンドウィッチ状に第１・第２シールエレメント１・２の固定平板部が、上記内鍔部10，10によって挟圧状に保持される。（後述の）中間空室部13とは反対側両面から、上記内鍔部10，10が第１・第２シールエレメント１・２を保持し、略Ｊ字状に断面形状を維持している。
使用状態下で、第１・第２シールエレメント１・２と回転軸９の外周面９ａとの間に形成された中間空室部13にグリースＧが封入されている。

図３に示すように、凹周溝部７の深さ寸法Ｈと基本肉厚寸法Ｔの間には、0.15×Ｔ≦Ｈ≦0.50×Ｔの関係があり、さらに好ましくは、0.20×Ｔ≦Ｈ≦0.40×Ｔに設定する。深さ寸法Ｈがこの範囲にある場合、使用時に第１・第２シールエレメント１・２から回転軸９に対してかかる緊迫力を適切な大きさにすることができる。すなわち、深さ寸法Ｈが下限値未満の場合、使用時に大きな緊迫力がかかってしまう。深さ寸法Ｈが上限値を越す場合、使用時に緊迫力が小さ過ぎて適切にシールすることができない。

凹周溝部７の幅寸法Ｗと基本肉厚寸法Ｔの間には、 1.0×Ｔ≦Ｗ≦ 5.0×Ｔの関係がある。幅寸法Ｗがこの範囲にある場合、使用時に第１・第２シールエレメント１・２から回転軸９に対してかかる緊迫力を適切な大きさにすることができる。すなわち、Ｗ＜ 1.0×Ｔの場合、使用時に大きな緊迫力がかかってしまう。 5.0×Ｔ＜Ｗの場合、使用時に緊迫力が小さ過ぎて適切にシールすることができない。

図４は、第２の実施の形態を示す。初期使用状態下（すなわち、装着直後で摩耗が発生しない状態下）で、最先端縁部８の角部８ａが線接触状に回転軸９の外周面９ａに接触するように第１・第２シールエレメント１・２の孔14の径寸法Ｄ（図２参照）が大きく設定されている。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
なお、図１〜図６に於ては、シールエレメント１・２が略Ｊ字状断面の場合について説明したが、所望により略Ｌ字状断面とすることもできる（図示省略）。

次に、図５と図６に示した第３の実施の形態では、１本（又は複数本）の独立した同心溝30が付加される。すなわち、第１・第２シールエレメント１・２が回転軸９に摺接する接触幅寸法Ｅ内に、１本（又は図示省略した２本以上）の独立した同心溝30を形成する。このように同心溝30を形成すれば、グリースＧの外部漏洩を有効防止し、さらに、この同心溝30にグリースが浸入保持されて、回転軸９との摺接部の早期摩耗を防止する。なお、図５，図６は、既述の図１，図２に各々対応し、同一符号は同じ構成と作用であるので、説明を省略する。

次に、図２，図４，図６等に示すように、インナーケース４の内鍔部10の内周端面11Ａのラジアル方向位置は、第１シールエレメント１の凹周溝部７のラジアル方向範囲内に設け、かつ、アウターケース３の内鍔部10の内周端面11Ａのラジアル方向位置は、第２シールエレメント２の凹周溝部７のラジアル方向範囲内に設けられている。このように構成すれば、第１・第２シールエレメント１・２の（弯曲壁部５として）弯曲を開始する位置が正確に定まる。
なお、（図示省略するが、）一対のインナーケース４，４によって第１・第２シールエレメント１・２を挟持する場合は、一対の該インナーケース４，４の内鍔部10の内周端縁部11のラジアル方向位置を上記第１・第２シールエレメント１・２の凹周溝部７の存在する薄肉部12に対応させる。

以上のように、本発明は、弯曲壁部５を有する第１・第２シールエレメント１・２をシャフト軸心Ｌに沿って相反方向へ弯曲するように配設し、上記第１・第２シールエレメント１・２の各々の上記弯曲壁部５の対向面６に帯状の凹周溝部７を形成したので、第１・第２シールエレメント１・２の緊迫力（全体の合計のシャフト締め付け力）を軽減でき、フリクション（摺動トルク）を低減することができる。また、耐久性を改善することができる。すなわち、高回転、低リークなどの厳しい要求に於ても、長期にわたって安定したシール性能を維持することができる。また、封入するグリース量を多くすることができる。さらに、摩耗形態に優れる。第１・第２シールエレメント１・２の摩耗量が小さく、また、グリースＧの流失量が少ない。

また、弯曲壁部５を介して断面略Ｊ字状に弯曲した基本肉厚寸法Ｔを有する第１・第２シールエレメント１・２をシャフト軸心Ｌに沿って相反方向へ弯曲するように配設した回転軸シールに於て、第１・第２シールエレメント１・２の各々の弯曲壁部５の対向面６に帯状の凹周溝部７を形成したので、第１・第２シールエレメント１・２の緊迫力（全体の合計のシャフト締め付け力）を軽減でき、フリクション（摺動トルク）を低減することができる。また、耐久性を改善することができる。すなわち、高回転、低リークなどの厳しい要求に於ても、長期にわたって安定したシール性能を維持することができる。また、封入するグリース量を多くすることができる。さらに、摩耗形態に優れる。第１・第２シールエレメント１・２の摩耗量が小さく、また、グリースＧの流失量が少ない。

また、上記第１・第２シールエレメント１・２が基本肉厚寸法Ｔを有し、第１・第２シールエレメント１・２の各々の弯曲壁部５の対向面６に帯状の凹周溝部７を形成し、（装着）使用状態下で、最先端縁部８が接触面圧のピークをもって、かつ、基本肉厚寸法Ｔの２倍以下の接触幅寸法Ｅをもって、回転軸９の外周面９ａに接触するよう構成したので、第１・第２シールエレメント１・２の緊迫力（全体の合計のシャフト締め付け力）を軽減でき、フリクション（摺動トルク）を低減することができる。また、耐久性を改善することができる。すなわち、高回転、低リークなどの厳しい使用環境に於ても、長期にわたって安定したシール性能を維持することができる。また、封入するグリース量を多くすることができる。さらに、摩耗形態に優れる。第１・第２シールエレメント１・２の摩耗量が小さく、また、グリースＧの流失量が少ない。

また、上記第１・第２シールエレメント１・２が基本肉厚寸法Ｔを有し、第１・第２シールエレメント１・２の各々の弯曲壁部５の対向面６に帯状の凹周溝部７を形成し、初期使用状態下で、最先端縁部８が線接触状に回転軸９の外周面９ａに接触するように第１・第２シールエレメント１・２の孔14の径寸法Ｄを大きく設定したので、最先端縁部８が接触面圧のピークをもって回転軸９の外周面９ａに接触する。そして、第１・第２シールエレメント１・２の緊迫力を軽減でき、フリクション（摺動トルク）を低減することができる。また、耐久性を改善することができる。すなわち、高回転、低リークなどの厳しい使用環境に於ても、長期にわたって安定したシール性能を維持することができる。また、封入するグリース量を多くすることができる。さらに、摩耗形態に優れる。第１・第２シールエレメント１・２の摩耗量が小さく、また、グリースＧの流失量が少ない。

また、使用状態下で、第１・第２シールエレメント１・２と回転軸９の外周面９ａとの間に形成された中間空室部13にグリースＧを封入したので、耐久性を大幅に改善することができる。特に、凹周溝部７，７によって、その中間空室部13の容積が増加して長期にわたってグリースＧによる潤滑が行われる。
また、第１・第２シールエレメント１・２を挟持するアウターケース３とインナーケース４を備え、アウターケース３とインナーケース４の内鍔部10の内周端縁部11（内周端面11Ａ）のラジアル方向位置を第１・第２シールエレメント１・２の凹周溝部７の存在する薄肉部12に対応するように構成したので、第１・第２シールエレメント１・２が弯曲を開始する位置が正確に定まって、第１・第２シールエレメント１・２の弯曲壁部５，５の形状が正確となり、両シールエレメント１・２が大きく開脚方向に変形して異常摩耗することを有効に防止でき、かつ、緊迫力の大きさを適切な大きさにすることができる。
また、上記第１・第２シールエレメント１・２を挟持する一対のインナーケース４，４を備え、該インナーケース４，４の内鍔部10の内周端縁部11のラジアル方向位置を上記第１・第２シールエレメント１・２の凹周溝部７の存在する薄肉部12に対応するように構成したので、第１・第２シールエレメント１・２の弯曲壁部５，５の形状が正確となり、両シールエレメント１・２が大きく開脚方向に変形して異常摩耗することを有効に防止でき、かつ、緊迫力の大きさを適切な大きさにすることができる。

１第１シールエレメント
２第２シールエレメント
３アウターケース
４インナーケース
５弯曲壁部
６対向面
７凹周溝部
８最先端縁部
９回転軸
９ａ外周面
10 内鍔部
11 内周端縁部
12 薄肉部
13 中間空室部
14 孔
Ｄ径寸法
Ｅ接触幅寸法
Ｇグリース
Ｌシャフト軸心
Ｔ基本肉厚寸法

Claims

弯曲壁部（５）を有する第１・第２シールエレメント（１）（２）をシャフト軸心（Ｌ）に沿って相反方向へ弯曲するように配設し、上記第１・第２シールエレメント（１）（２）の各々の上記弯曲壁部（５）の対向面（６）に帯状の凹周溝部（７）を形成し、使用状態下で、上記第１・第２シールエレメント（１）（２）と回転軸（９）の外周面（９ａ）との間に形成された中間空室部（13）にグリース（Ｇ）を封入し、
さらに、上記第１・第２シールエレメント（１）（２）を挟持するインナーケース（４）とアウターケース（３）を備え、該インナーケース（４）とアウターケース（３）の内鍔部（10）の内周端縁部（11）の内周端面（11Ａ）のラジアル方向位置を、上記第１・第２シールエレメント（１）（２）の凹周溝部（７）のラジアル方向範囲内に設け、上記中間空室部（13）の反対側両面から上記内鍔部（10）（10）の内周端縁部（11）（11）が上記第１・第２シールエレメント（１）（２）を保持するように構成したことを特徴とする回転軸シール。
弯曲壁部（５）を有する第１・第２シールエレメント（１）（２）をシャフト軸心（Ｌ）に沿って相反方向へ弯曲するように配設し、上記第１・第２シールエレメント（１）（２）の各々の上記弯曲壁部（５）の対向面（６）に帯状の凹周溝部（７）を形成し、使用状態下で、上記第１・第２シールエレメント（１）（２）と回転軸（９）の外周面（９ａ）との間に形成された中間空室部（13）にグリース（Ｇ）を封入し、
さらに、上記第１・第２シールエレメント（１）（２）を挟持する一対のインナーケース（４）（４）を備え、該インナーケース（４）（４）の内鍔部（10）の内周端縁部（11）の内周端面（11Ａ）のラジアル方向位置を、上記第１・第２シールエレメント（１）（２）の凹周溝部（７）のラジアル方向範囲内に設け、上記中間空室部（13）の反対側両面から上記内鍔部（10）（10）の内周端縁部（11）（11）が上記第１・第２シールエレメント（１）（２）を保持するように構成したことを特徴とする回転軸シール。
上記第１・第２シールエレメント（１）（２）が基本肉厚寸法（Ｔ）を有し、上記第１・第２シールエレメント（１）（２）の各々の上記弯曲壁部（５）の対向面（６）に帯状の凹周溝部（７）を形成し、使用状態下で、最先端縁部（８）が接触面圧のピークをもって、かつ、上記基本肉厚寸法（Ｔ）の２倍以下の接触幅寸法（Ｅ）をもって、回転軸（９）の外周面（９ａ）に接触するよう構成した請求項１又は２記載の回転軸シール。
上記第１・第２シールエレメント（１）（２）が基本肉厚寸法（Ｔ）を有し、上記第１・第２シールエレメント（１）（２）の各々の上記弯曲壁部（５）の対向面（６）に帯状の凹周溝部（７）を形成し、初期使用状態下で、最先端縁部（８）が線接触状に回転軸（９）の外周面（９ａ）に接触するように第１・第２シールエレメント（１）（２）の孔（14）の径寸法（Ｄ）を大きく設定した請求項１又は２記載の回転軸シール。