JP6696085B2 - リップシール - Google Patents

Description

本発明は、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するリップシールに関する。

相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するリップシールにおいては、軸表面に対して摺動するシールリップが設けられている。このようなリップシールにおいて、シールリップ先端を波形状にしたり、リップの腰部に対して硬度の低い部位を周方向に間隔を空けて複数設けたりすることで、リップ先端の軸表面に対する摺動幅を周方向に波形状に変化させる技術が知られている。このような技術によれば、リップ先端に潤滑膜（密封対象流体による膜）が形成され易くなり、摺動性が高められる。

しかしながら、上記のような従来技術の場合には、経時的にリップ先端の摺動摩耗が進むにつれて、リップ先端の軸表面に対する摺動幅が初期の状態から変わっていき易く、リップ先端に潤滑膜が十分形成されなくなってしまうおそれがある。

特開平１１−１５９６２９号公報 特開２００８−１１５９６８号公報

本発明の目的は、シールリップのリップ先端の摺動摩耗が進んでも、リップ先端に長期に亘って安定的に潤滑膜を形成させることが可能なリップシールを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のリップシールは、
相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するリップシールであって、前記軸表面に対して摺動するシールリップを備えるリップシールにおいて、
前記シールリップの外周面側には、ガータースプリングが装着される環状の装着溝が設けられると共に、
前記装着溝の溝底には、径方向の外側に向かって突出し、前記ガータースプリングに締付けられる突出部が周方向に間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ガータースプリングの緊迫力が密封対象流体の圧力による緊迫力よりも大きい場合、シールリップは、突出部が設けられている部位においては、ガータースプリングによって締め付けられ、突出部が設けられていない部位においては、ガータースプリングにより締め付けられない。従って、ガータースプリングによってシールリップを径方向内側に締付ける力が周方向で異なる。或いは、ガータースプリングの緊迫力が密封対象流体の圧力による緊迫力よりも小さい場合、突出部が設けられている部位においては、流体の圧力を受ける箇所が小さく、突出部が設けられていない部位においては、流体の圧力を受ける箇所が突出部が設けられている部位よりも大きい。従って、ガータースプリングによってシールリップを径方向内側に締め付ける力が周方向で異なる。これにより、シールリップのリップ先端の軸表面に対する摺動幅は周方向で異なる。そして、突出部は周
方向に間隔を空けて複数設けられているため、リップ先端の軸表面に対する摺動幅は、周方向に波形状に変化するように構成される。従って、リップ先端に潤滑膜（密封対象流体等による膜）を形成させ易くなり、摺動性を高めることができる。そして、本発明においては、経時的にリップ先端の摺動摩耗が進んでも、各突出部が摺動してしまう訳ではない。そのため、リップ先端の軸表面に対する摺動幅が、周方向に波形状に変化する状態を、長期に亘って安定的に維持させることができる。

複数設けられた前記突出部先端面の周方向の距離は、いずれも前記ガータースプリングにおける１ピッチよりも長いとよい。

これにより、各突出部は、いずれもガータースプリングによって、より確実に締め付けられる。

複数の前記突出部の形状及び寸法は同一であり、周方向に等間隔に配置されているとよい。

これにより、リップ先端に形成される潤滑膜の状態を、周方向全域に亘って、同様な状態にすることができる。

複数の前記突出部において、隣り合う突出部の各先端面の間にできる各凹部の表面の全域と前記ガータースプリングとの間には、いずれも隙間が形成されているとよい。

これにより、隣り合う突出部の先端面の間にできる凹部が、ガータースプリングにより締め付けられることが抑制される。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、シールリップのリップ先端の摺動摩耗が進んでも、リップ先端に長期に亘って安定的に潤滑膜を形成させることができる。

図１は本発明の実施例に係る船尾管シール装置の模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係るリップシールの模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係るリップシールの使用時の状態を示す模式的断面図である。 図４は本発明の実施例に係るリップシールの模式的断面図である。 図５は本発明の変形例１に係るリップシールの模式的断面図である。 図６は本発明の変形例２に係るリップシールの模式的断面図である。 図７は本発明の変形例３に係るリップシールの模式的断面図である。 図８は本発明の変形例４に係るリップシールの模式的断面図である。 図９は本発明の変形例５に係るリップシールの模式的断面図である。 図１０は本発明の実施例に係るリップシールの模式的拡大断面図である。 図１１は本発明の変形例６に係るリップシールの模式的拡大断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定
する趣旨のものではない。なお、以下の実施例においては、リップシールを船尾管に取付けた場合を例にして説明する。ただし、本発明に係るリップシールは、船尾管に限らず、各種装置に適用可能である。

（実施例）
図１〜図４を参照して、本発明の実施例に係るリップシールについて説明する。

＜船尾管シール装置の全体構成＞
図１を参照して、本発明の実施例に係る船尾管シール装置の全体構成について説明する。図１は、船尾管に対して本発明の実施例に係るリップシールが適用される船尾管シール装置が取り付けられている付近の構造を示す模式的断面図である。

船尾管シール装置１００は、プロペラ軸２１０の外周に設けられたライナ２２０と、船尾管３００との間の環状隙間を封止するために設けられる。なお、ライナ２２０が取り付けられたプロペラ軸２１０が本発明における軸に相当し、ライナ２２０の表面が本発明における軸表面に相当する。プロペラ軸２１０にはプロペラ２３０が取り付けられている。ライナ２２０は円筒状の部材で構成されており、ボルトＢによってプロペラ２３０に固定され、プロペラ軸２１０の外周を覆っている。プロペラ２３０の内周側には環状の切り欠き２３１が設けられており、この切り欠き２３１にシールリング２４０が装着されている。このシールリング２４０によって、プロペラ軸２１０とライナ２２０との間に海水等が浸入してしまうことが抑制される。

また、プロペラ軸２１０は軸受（滑り軸受）２５０によって軸支されている。本実施例においては、潤滑液として環境性に優れた水を用いており、この軸受２５０はゴム材又は樹脂材からなる。

そして、船尾管シール装置１００は、環状のケース１１０と、ライナ２２０の外周面に摺動自在に設けられる複数（ここでは４つ）のゴム状弾性体製のリップシール１２０とから構成される。

ケース１１０は、金属製のフランジリング１１１と、複数（ここでは３つ）の金属製の中間リング１１２，１１３，１１４と、金属製のカバーリング１１５とから構成される。これらの金属製のリングは、不図示のボルトにより組み合わされている。そして、これらのリング間にそれぞれリップシール１２０の外周側が締め付けられて固定されている。

＜リップシール＞
特に、図２〜図４を参照して、本実施例に係るリップシール１２０について、より詳細に説明する。リップシール１２０は環状の部材で構成されており、説明の便宜上、その中心軸線を「中心軸線」と称し、中心軸線方向において、図１，２，３中、右側を「一方側」、左側を「他方側」と称する。なお、リップシール１２０の使用時においては、リップシール１２０の中心軸線と軸（ライナ２２０が取り付けられたプロペラ軸２１０）の中心軸線は一致するように設計されている。

図２は本発明の実施例に係るリップシールの模式的断面図である。なお、図２は、環状のリップシールを、中心軸線を含む面で切断した断面図である。ただし、説明の便宜上、図中、上部に示す断面図と下部に示す断面図とで、切断面の位相をずらしている。具体的には、図４中のリップシールをＢＢの位置で切断した断面に相当する。図３は本発明の実施例に係るリップシールの使用時の状態を示す模式的断面図である。この図３においても、リップシールについては、リップシールを、中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。また、説明の便宜上、図中、上部に示すリップシールの断面図と下部に示すリッ
プシールの断面図とで、切断面の位相をずらしている。具体的には、図４中のリップシールをＢＢの位置で切断した断面に相当する。なお、図３においては、図１に示す中間リング１１３と中間リング１１４によって固定されたリップシール１２０を示している。図４は本発明の実施例に係るリップシールの模式的断面図である。この図４は、リップシールを中心軸線に対して垂直な面で切断した断面図であり、図２において、ＡＡの位置で切断した断面図に相当する。

リップシール１２０は、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するために用いられる。上述した船尾管シール装置１００に適用される場合には、リップシール１２０は、ライナ２２０が取り付けられたプロペラ軸２１０（回転する軸）とハウジングとしてのケース１１０との間の環状隙間を封止するために用いられる。

そして、リップシール１２０は、ケース１１０（より具体的にはケース１１０を構成する中間リング）により固定される環状の被固定部１２１と、被固定部１２１から径方向内側に伸びる環状の屈曲部１２２と、屈曲部１２２の先端に設けられるシールリップ１２３とから構成される。屈曲部１２２は、被固定部１２１の内周面から一方側に向かって縮径する第１縮径部１２２ａと、第１縮径部１２２ａの先端から他方側に向かって縮径する第２縮径部１２２ｂとから構成される。この第２縮径部１２２ｂの先端にシールリップ１２３が設けられている。なお、第１縮径部１２２ａにおける一方側の面は中間リングによって支えられる（図３参照）。

シールリップ１２３は、リップ内周端から他方側に向かって拡径する第１テーパ面１２３ａと、リップ内周端から一方側に向かって拡径する第２テーパ面１２３ｂとを備えている。これら第１テーパ面１２３ａと第２テーパ面１２３ｂとの交わる部分がリップ内周端に相当する。また、シールリップ１２３の外周面側には、ガータースプリング１３０が装着される環状の装着溝１２４が設けられている。

そして、この装着溝１２４の溝底には、径方向の外側に向かって突出し、ガータースプリング１３０に締付けられる突出部１２４ａが周方向に間隔を空けて複数設けられている。これら複数設けられた突出部１２４ａの先端面の周方向の距離Ｗは、いずれもガータースプリング１３０における１ピッチＰよりも長くなるように設計されている。ここで、ガータースプリング１３０における１ピッチとは、巻部の線間の中心から中心の間隔を意味する（図４参照）。本実施例においては、複数の突出部１２４ａの形状及び寸法は同一であり、周方向に等間隔に配置されている。また、複数の突出部１２４ａにおいて、隣り合う突出部１２４ａの各先端面の間にできる各凹部１２４ｂの表面の全域とガータースプリング１３０との間には、いずれも隙間が形成されている。

また、これら複数の突出部１２４ａと、隣り合う突出部１２４ａの間にそれぞれ形成される凹部１２４ｂの形成方法については、様々な方法を採用し得る。例えば、肉厚が一様なシールリップ１２３を有するリップシール１２０を金型で成形した後に、凹部１２４ｂに相当する部分を切削加工によって形成することで、複数の突出部１２４ａ及び凹部１２４ｂを設けることができる。また、複数の突出部１２４ａ及び凹部１２４ｂを金型成形によって設けることもできる。この場合、図２，３に示すように、リップシール１２０の中心軸線を含む断面で見た場合に、突出部１２４ａにおける曲率半径に対して凹部１２４ｂにおける曲率半径を大きくする構成を採用することで、金型の設計が容易となる。例えば、後者の曲率半径を前者の曲率半径の１．０１倍以上２．００倍以下に設定するとよい。また、凹部１２４ｂの１つ当たりの周方向の長さは、シールリップ１２３の内周面側の全周に対して、０．０１倍以上０．２５倍以下に設定するとよい。更に、図４に示す例においては、突出部１２４ａ及び凹部１２４ｂが８か所設けられる場合を例に示しているが、これらの数は限定されるものではない。これらは、例えば、２〜３２個の範囲で設けると
好適である。

＜本実施例に係るリップシールの優れた点＞
本実施例に係るリップシール１２０によれば、ガータースプリング１３０が装着される環状の装着溝１２４の溝底に、複数の突出部１２４ａが設けられている。これにより、ガータースプリング１３０の緊迫力が密封対象流体の圧力（水圧）による緊迫力よりも大きい場合、シールリップ１２３は、突出部１２４ａが設けられている部位においては、ガータースプリング１３０によって締め付けられ、突出部１２４ａが設けられていない部位においては、ガータースプリング１３０により締め付けられない。従って、ガータースプリング１３０によってシールリップ１２３を径方向内側に締付ける力が周方向で異なる。或いは、ガータースプリング１３０の緊迫力よりも水圧による緊迫力の方が大きい場合、突出部１２４ａが設けられている部位よりも、突出部１２４ａが設けられていない部位の方が周方向において面積が大きく水圧による影響を強く受ける。従って、シールリップ１２３を径方向内側に締付ける力が周方向で異なる。これにより、シールリップ１２３のリップ先端の軸表面に対する摺動幅は周方向で異なる。

そして、突出部１２４ａは周方向に間隔を空けて複数設けられているため、リップ先端の軸表面（ライナ２２０の表面）に対する摺動幅は、周方向に波形状に変化するように構成される。図３の軸２２０の表面には、ガータースプリング１３０の緊迫力よりも水圧による緊迫力の方が大きい場合におけるリップ先端の摺動領域Ｓを示している。従って、リップ先端に潤滑膜（密封対象流体等による膜）を形成させ易くなり、摺動性を高めることができる。つまり、摺動幅が狭い部分に存在する流体が、軸の回転に伴い周方向に移動し、摺動幅の広い部分の摺動部に引き込まれるため、潤滑膜が形成され易くなる。なお、船尾管シール装置の場合、リップシール１２０により封止する対象流体は、海水、真水、潤滑油等である。従って、潤滑膜は、これらのいずれかの流体により構成される膜である。

また、本実施例に係るリップシール１２０においては、経時的にシールリップ１２３のリップ先端の摺動摩耗が進んでも、各突出部１２４ａが摺動してしまう訳ではない。そのため、リップ先端の軸表面に対する摺動幅が、周方向に波形状に変化する状態を、長期に亘って安定的に維持させることができる。従って、シールリップ１２３のリップ先端の摺動摩耗が進んでも、リップ先端に長期に亘って安定的に潤滑膜を形成させることができる。また、本実施例においては、複数設けられた突出部１２４ａの先端面の周方向の距離Ｗは、いずれもガータースプリング１３０における１ピッチＰよりも長くなるように構成されている。これにより、各突出部１２４ａは、いずれもガータースプリング１３０によって、より確実に締め付けられる。

また、本実施例においては、複数の突出部１２４ａの形状及び寸法は同一であり、周方向に等間隔に配置されている。これにより、シールリップ１２３のリップ先端に形成される潤滑膜の状態を、周方向全域に亘って、同様な状態にすることができる。

更に、本実施例においては、複数の突出部１２４ａにおいて、隣り合う突出部１２４ａの各先端面の間にできる各凹部１２４ｂの表面の全域とガータースプリング１３０との間に、いずれも隙間が形成されるように構成されている。従って、隣り合う突出部１２４ａの先端面の間にできる凹部１２４ｂが、ガータースプリング１３０により締め付けられることが抑制される。

ここで、本実施例に示す突出部１２４ａと凹部１２４ｂについては、中心軸線に垂直な断面の形状が略台形形状である（図４参照）。しかしながら、本発明における突出部と凹部の形状については、特に限定されるものではなく、様々な形状を採用し得る。以下に、いくつかの具体例を説明する。

（突出部と凹部の形状についての具体例（変形例））
図５〜図９には、突出部と凹部の形状についての具体例（変形例１〜５）が示されている。これらの図は、いずれもリップシールの模式的断面図であり、リップシールを中心軸線に対して垂直な面で切断した断面図である。また、これらの図は、図４の場合と同様に、図２において、ＡＡの位置で切断した断面図に相当する。

図５に示す変形例１においては、突出部１２４ａ１と凹部１２４ｂ１の形状（中心軸線に垂直な断面の形状）が略長方形となっている。本変形例においても、複数設けられた突出部１２４ａ１の先端面の周方向の距離は、いずれもガータースプリング１３０における１ピッチよりも長くなるように構成されている。また、本変形例においても、複数の突出部１２４ａ１の形状及び寸法は同一であり、周方向に等間隔に配置されている。更に、本変形例においても、複数の突出部１２４ａ１において、隣り合う突出部１２４ａ１の各先端面の間にできる各凹部１２４ｂ１の表面の全域とガータースプリング１３０との間に、いずれも隙間が形成されるように構成されている。以上の構成により、本変形例においても、上記実施例の場合と同様の効果を得ることができる。

図６に示す変形例２においては、突出部１２４ａ２の形状（中心軸線に垂直な断面の形状）が略半円形となっている。本変形例においては、突出部１２４ａ２の先端の湾曲面の曲率半径を大きくすることによって、各突出部１２４ａ２が、いずれもガータースプリング１３０によって、より確実に締め付けられるように構成されている。また、本変形例においても、複数の突出部１２４ａ２の形状及び寸法は同一であり、周方向に等間隔に配置されている。更に、本変形例においても、複数の突出部１２４ａ２において、隣り合う突出部１２４ａ２の各先端面の間にできる各凹部１２４ｂ２の表面の全域とガータースプリング１３０との間に、いずれも隙間が形成されるように構成されている。以上の構成により、本変形例においても、上記実施例の場合と同様の効果を得ることができる。

図７に示す変形例３においては、凹部１２４ｂ３の形状（中心軸線に垂直な断面の形状）が略半円形となっており、突出部１２４ａ３の先端は尖った形状となっている。また、本変形例においても、複数の突出部１２４ａ３の形状及び寸法は同一であり、周方向に等間隔に配置されている。以上の構成により、本変形例においても、上記実施例の場合と同様の効果を得ることができる。なお、本変形例の場合には、複数の突出部１２４ａ３について、ガータースプリング１３０によって締め付けられない突出部１２４ａ３が発生する可能性もある。また、これに伴い、凹部１２４ｂ３の一部がガータースプリング１３０によって締め付けられる可能性もある。従って、所望の摺動幅が得られない部位が存在し得るが、部分的であるので、大きな影響はない。

図８に示す変形例４においては、凹部１２４ｂ４の形状（中心軸線に垂直な断面の形状）が略台形となっており、突出部１２４ａ４の先端は尖った形状となっている。また、本変形例においても、複数の突出部１２４ａ４の形状及び寸法は同一であり、周方向に等間隔に配置されている。以上の構成により、本変形例においても、上記実施例の場合と同様の効果を得ることができる。なお、本変形例の場合には、複数の突出部１２４ａ４について、ガータースプリング１３０によって締め付けられない突出部１２４ａ４が発生する可能性もある。また、これに伴い、凹部１２４ｂ４の一部がガータースプリング１３０によって締め付けられる可能性もある。従って、所望の摺動幅が得られない部位が存在し得るが、部分的であるので、大きな影響はない。

図９に示す変形例５においては、装着溝底表面の形状（中心軸線に垂直な断面の形状）が多角形（具体的には、正１６角形）となっており、突出部１２４ａ５の先端は尖った形状となっている。また、本変形例においても、複数の突出部１２４ａ５の形状及び寸法は
同一であり、周方向に等間隔に配置されている。以上の構成により、本変形例においても、上記実施例の場合と同様の効果を得ることができる。なお、本変形例の場合には、複数の突出部１２４ａ５について、ガータースプリング１３０によって締め付けられない突出部１２４ａ５が発生する可能性もある。また、これに伴い、凹部１２４ｂ５の一部がガータースプリング１３０によって締め付けられる可能性もある。従って、所望の摺動幅が得られない部位が存在し得るが、部分的であるので、大きな影響はない。

（装着溝における中心軸線を含む面で切断した断面の形状）
図１０には本発明の実施例に係るリップシールの模式的拡大断面図を示している。なお、図１０においては、リップシールを、中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。上述した装着溝１２４の溝底（つまり、突出部１２４ａの表面と凹部１２４ｂの表面）の形状（中心軸線を含む面で切断した断面の形状）は、円弧状となっている。しかしながら、当該形状は円弧状に限られることはない。例えば、図１１に示す変形例６のように、当該形状を直線状にすることもできる。

１００ 船尾管シール装置
１１０ ケース
１１１ フランジリング
１１２，１１３，１１４ 中間リング
１１５ カバーリング
１２０ リップシール
１２１ 被固定部
１２２ 屈曲部
１２２ａ 第１縮径部
１２２ｂ 第２縮径部
１２３ シールリップ
１２３ａ 第１テーパ面
１２３ｂ 第２テーパ面
１２４ 装着溝
１２４ａ，１２４ａ１，１２４ａ２，１２４ａ３，１２４ａ４，１２４ａ５ 突出部
１２４ｂ，１２４ｂ１，１２４ｂ２，１２４ｂ３，１２４ｂ４，１２４ｂ５ 凹部
１３０ ガータースプリング
２１０ プロペラ軸
２２０ ライナ
２３０ プロペラ
２４０ シールリング
２５０ 軸受
３００ 船尾管

Claims (4)

1. 相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するリップシールであって、前記軸表面に対して摺動するシールリップを備えるリップシールにおいて、
   前記シールリップの外周面側には、ガータースプリングが装着される環状の装着溝が設けられると共に、
   前記装着溝の溝底には、径方向の外側に向かって突出し、前記ガータースプリングに締付けられる突出部が周方向に間隔を空けて複数設けられていることを特徴とするリップシール。
2. 複数設けられた前記突出部先端面の周方向の距離は、いずれも前記ガータースプリングにおける１ピッチよりも長いことを特徴とする請求項１に記載のリップシール。
3. 複数の前記突出部の形状及び寸法は同一であり、周方向に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリップシール。
4. 複数の前記突出部において、隣り合う突出部の各先端面の間にできる各凹部の表面の全域と前記ガータースプリングとの間には、いずれも隙間が形成されていることを特徴とする請求項１，２または３に記載のリップシール。

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