JP7366915B2 - リップ型軸封装置 - Google Patents

Description

本発明は、リップ型軸封装置に関する。

従来から流体の漏洩を防止する軸封装置として、流体の圧力を利用して所期の密封性能を得るためリップ型軸封装置が用いられている。例えば、カーエアコンを構成するコンプレッサの回転軸には、弾性を有するゴムにより形成されるシールリップの先端が摺動することで、機内側の冷媒の大気側への漏洩を防止している。

このような、コンプレッサのリップ型軸封装置の一例として特許文献１には、機内側のシールリップである第一リップよりも大気側に第二リップを更に備え、大気側から機内側への空気の漏洩や異物の進入を防止し、機内側の第一リップの軸封性能を維持できるようになっている。第二リップはバックアップリングによって保持され、第一リップとユニット化されてリップ型軸封装置が組み立てられている。具体的には、バックアップリングは断面視略Ｌ字形を成しており、径方向に延びる基部と、該基部の内径先端から大気側を向いて延びる内径先端部とを備え、基部を第二リップの外径側の基端部に大気側から軸方向に当接させることで、第二リップはバックアップリングにより保持されている。

実願平３－３１０８７号（実開平４－１１７９５９号）のマイクロフィルム（第４頁、第１図）

特許文献１のリップ型軸封装置は、機内側の第一リップは機内側に、大気側の第二リップは大気側に、それぞれ冷媒の圧力、気圧を受ける方向に向けてそれぞれの摺動部が延びて配置されており、それぞれの軸封性能が高められている。そして、リップ型軸封装置を回転軸に挿入する際に、第二リップは先端部が回転軸に接触しているため、第二リップの先端部は大気側に引きずられ、第二リップはバックアップリングの内径先端部を基点に大気側に湾曲した状態となり、第二リップはバックアップリングの内径先端部の先端の角部に当接する。そのため、第二リップがバックアップリングの内径先端部の角部に接触する箇所に応力が集中し、第二リップの当該接触箇所より基部側は長手方向への伸びが制限される一方、当該接触箇所よりも自由端側が回転軸に引きずられて伸びることになり、当該接触箇所において第二リップが破損する虞があった。また、リップ型軸封装置の装着状態において、第一リップと第二リップとの間で区画された空間において内圧が立った場合にも第二リップは摺動部側が外径方向に捲れ上がるように変形し、この場合も同様にバックアップリングの基部の角部との接触箇所に応力が集中し、第二リップが破損する虞があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、バックアップリングに保持される第二リップの破損を防止できるリップ型軸封装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のリップ型軸封装置は、
機内側の第一リップと、バックアップリングに保持される大気側の第二リップとにより、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間をシールするリップ型軸封装置であって、
前記バックアップリングは、前記第二リップを保持する基部と、内径先端部と、前記内径先端部と前記基部との間に配置される湾曲部と、を備える。
これによれば、バックアップリングの基部の内径部には湾曲部が連続して形成されているため、第二リップの内径側に軸を挿入する際に第二リップの摺動部が大気側に引きずられる場合や、第一リップと第二リップとの間で区画された空間において内圧が立ち、第二リップの摺動部側が外径方向に捲れ上がるように変形する場合、第二リップはバックアップリングの湾曲部に倣って当接して曲がり、バックアップリングに保持される保持箇所から自由端に亘って長手方向に伸びやすいから第二リップの破損を防止することができる。また、第二リップは当該変形に伴う応力がバックアップリングの湾曲部の面に沿って分散され、第二リップの破損を防止することができる。

好適には、前記湾曲部は、前記第二リップ側に円弧形状の面を成している。
これによれば、湾曲部が円弧形状を成すため、第二リップがバックアップリングに干渉した際の応力が湾曲部の全面に分散され、第二リップの破損を効果的に防止できる。

好適には、前記湾曲部において、前記円弧の中心角が９０度以上である。
この特徴によれば、内径先端部の終端の角部が内径方向に立たないため、第二リップと角部とが干渉しにくく第二リップの破損を防止できる。

好適には、前記内径先端部は、前記軸に対して平行である。
この特徴によれば、湾曲部の最も内径側における接線の方向と軸方向とが一致するため、軸をリップ型軸封装置に挿入する際に第二リップが軸に牽引され難く、第二リップの過度な変形を防止できる。

好適には、前記第二リップは、前記バックアップリングの前記湾曲部に対応する位置に折れ曲がり部を有する。
この特徴によれば、第二リップの折れ曲がり部がバックアップリングの湾曲部の形状に沿って移動し易く、第二リップの特定の箇所への過度な応力集中を防止できる。

本発明の実施例１におけるリップ型軸封装置を示す断面図である。 （ａ）は、実施例１におけるリップ型軸封装置がハウジング内に装着された状態を示す断面図であり、（ｂ）は、第二バックアップリングを拡大して示す断面図である。 （ａ）は、図２のＸ部分を拡大し、軸を大気側に挿入した直後の状態を示す断面図であり、（ｂ）は、図２のＸ部分を拡大し、軸を大気側に挿入している状態を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の実施例２におけるリップ型軸封装置がハウジング内に装着された状態を示す断面図であり、（ｂ）は、第二バックアップリングを拡大して示す断面図である。

本発明に係るリップ型軸封装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係るリップ型軸封装置につき、図１～３を参照して説明する。以下、図１の紙面前方側を正面とし、その前方側から見たときの上下左右方向を基準とし、左側を大気側Ａ、右側を機内側Ｌ、上側を外径側、下側を内径側として説明する。

図１に示されるように、リップ型軸封装置１は、第一リップ４及び第二リップ７と、これら第一リップ４及び第二リップ７の強度補助及び移動規制の役割を担う第一バックアップリング５、バックアップリングとしての第二バックアップリング８及び骨格リング６と、から主に構成されおり、これらをユニット化したものをハウジング３内に装着することで軸２とハウジング３との環状隙間をシールする。

第一リップ４はゴム製の部材であり、外径側にある本体部４１と内径側にある摺動部４２によって主に構成されている。第一リップ４の本体部４１は、第二リップ７、第一バックアップリング５及び第二バックアップリング８を外径側で包囲している。本体部４１には断面視倒立略Ｕ字状の金属製の骨格リング６がインサートされている。また、摺動部４２は断面視略Ｓ字状の金属製の第一バックアップリング５により位置を決めており、機内側Ｌに延びている。

第二リップ７は、PTFE(polytetrafluoroethylene)製の部材であり、略一定の厚さを有し、内径方向に延びる根部７１と折れ曲がり部７２と摺動部７３とを備えており、摺動部７３は、断面視折れ曲がり部７２を介して根部７１と鈍角に屈曲して連続している。根部７１は機内側Ｌに配置される第一バックアップリング５と、大気側Ａに配置される第二バックアップリング８とにより、また第一バックアップリング５よりも外径側に位置する第一リップ４の基部４１ｂとにより軸方向で挟まれた状態で保持されている。また、第二リップ７の根部７１の外周及び第二バックアップリング８の外径板８０の外周は、第一リップ４の本体部４１の内径側の環状の嵌合凹部４１ａに当接して、第二リップ７の根部７１及び第二バックアップリング８は、第一リップ４の嵌合凹部４１ａに収容されている。さらに、第一リップ４の基部４１ｂ、第二リップ７の根部７１及び第二バックアップリング８の外径板８０は、骨格リング６の一対の脚部によって挟まれて保持されている。また、摺動部７３は大気側Ａに延びている。

第二バックアップリング８は金属板を折曲げ加工によって作られた断面視略Ｊ字状の部材であり、第二リップ７の根部７１の大気側Ａに当接する基部８１と内径先端部８３とを備えており、内径先端部８３は、湾曲部としての円弧部８２を介して基部８１と連続している。円弧部８２は、中心角９０度の円弧状を成しており、内径先端部８３は軸２と平行である（図２（ａ）（ｂ）参照）。また、基部８１は外径側において軸方向に延びる外径板８０を備えており、内径先端部８３は外径板８０よりも軸方向に短いため、第一バックアップリング５及び第二リップ７とともに第一リップ４の本体部４１の嵌合凹部４１ａに嵌合する際、内径先端部８３を持ちやすく、第二バックアップリング８、リップ型軸封装置１のユニット化作業がしやすい。

図２（ａ）に示されるように、リップ型軸封装置１がハウジング３内に装着された状態において、ハウジング３に対して第一リップ４の本体部４１が潰れながら、本体部４１とハウジング３との間を塞ぐように当接する。また、軸２に対して第一リップ４の摺動部４２及び第二リップ７の摺動部７３が弾性力を有しながら当接する。このとき、第二リップ７は断面視略Ｌ字状を成している。軸２が回転する際、摺動部４２及び摺動部７３が軸２表面を摺動しながら軸封するため、機内側Ｌ及び大気側Ａの流体の漏洩を防止できる。

また、円弧部８２は、第二リップ７側に４分円弧形状の円弧面８２ａを成しており、第二リップ７の折れ曲がり部７２は円弧面８２ａに対して部分的に当接し、当接しない円弧面８２ａと折れ曲がり部７２との間に僅かな隙間が形成される。第二リップ７に軸２を大気側Ａに挿入する場合や、第一リップ４と第二リップ７との間で区画された空間において内圧が立ち、第二リップ７の摺動部７３側が外径方向に捲れ上がるように変形する場合、該隙間が第二リップ７の変形代として残されているため、第二リップ７の破損が防止される。

また、内径先端部８３の軸方向寸法は、基部８１の径方向寸法よりも長いため、その分第二リップ７の摺動部７３の軸方向寸法も相対的に長くなる。よって、リップ型軸封装置１をハウジング３内に装着した際、軸２に対する第二リップ７の摺動部７３の摺動面積が広くなり、第二リップ７が軸２を広い範囲でシールすることができる。

図３を参照して、第二リップ７の内径側に軸２を大気側Ａに挿入する場合について説明する。まず、第二リップ７に軸２を大気側Ａに挿入した直後、第二リップ７は軸２の動きにつられ変形し、第二バックアップリング８の円弧部８２に沿って折れ曲がり部７２が当接する（図３（ａ）参照）。このとき、第二リップ７が円弧部８２の円弧面８２ａとの当接箇所に倣って曲がる。

次いで、第二リップ７に軸２を大気側Ａに挿入しているとき、第二リップ７は摺動部７３が軸２に接触しているため、第二リップ７の摺動部７３は大気側Ａに引きずられる。このとき、第二リップ７は第二バックアップリング８の円弧部８２の円弧面８２ａに倣って当接して曲がり、第二バックアップリング８に保持される保持箇所から自由端に亘っての長手方向に伸びやすいため、第二リップ７の破損を防止することができる（図３（ｂ）参照）。また、当該変形に伴う応力が第二バックアップリング８の円弧面８２ａに沿って分散され、第二リップ７の破損を防止することができる。

そして、第二リップ７に軸２を挿入した後、自由端側の長手方向に伸びていた第二リップ７は、元の形状に戻る（図２（ａ）参照）。

次に第一リップ４と第二リップ７との間で区画された空間において内圧が立つ場合について説明する。この場合も、第二リップ７の摺動部７３側が外径方向に捲れ上がるように変形することで、第二リップ７は第二バックアップリング８の円弧部８２の円弧面８２ａに倣って当接して曲がり、第二バックアップリング８に保持される保持箇所から自由端に亘って長手方向に伸びやすいため、第二リップ７の破損を防止することができる。また、当該変形に伴う応力が第二バックアップリング８の円弧面８２ａに沿って分散され、第二リップ７の破損を防止することができる。

摺動部７３と内径先端部８３との間に径方向に僅かな隙間が形成される。このことから、該隙間が第二リップ７の変形代となり、第一リップ４と第二リップ７との間で区画された空間において内圧が立った際、第二リップ７を外径方向に捲れ上がるように変形させる応力を分散でき、捲れ上がりを抑止できる。尚、該隙間の寸法は、摺動部７３及び内径先端部８３の短手方向の厚さに比べ、十分小さい。

以上説明したように、第二バックアップリング８の基部８１の内径部には円弧部８２が連続して形成されているため、第二リップ７の内径側に軸２を挿入する際に第二リップ７の摺動部７３が大気側Ａに引きずられる場合や、第一リップ４と第二リップ７との間で区画された空間において内圧が立ち、第二リップ７の摺動部７３側が外径方向に捲れ上がるように変形する場合、第二リップ７は円弧部８２との当接箇所に倣って曲がり、自由端側の長手方向に伸びやすいことから、第二リップ７は円弧部８２の面に沿って応力が分散され、第二リップ７の破損を防止することができる。

また、円弧部８２は円弧形状を成すため、第二リップ７が第二バックアップリング８に干渉した際の応力が円弧部８２の全面に分散され、第二リップ７の破損を効果的に防止できる。

また、円弧部８２において、前記円弧の中心角が９０度であるため、内径先端部８３の終端の角部８３ａが内径方向に立たないため、第二リップ７と角部８３ａとが干渉しにくく第二リップ７の破損を防止できる。

また、円弧部８２の最も内径側における接線の方向と軸２方向とが一致するため、軸２をリップ型軸封装置１に挿入する際に第二リップ７が軸２に牽引され難く、第二リップ７の過度な変形を防止できる。

また、第二リップ７は、第二バックアップリング８の円弧部８２に対応する位置に折れ曲がり部７２を有するため、折れ曲がり部７２が円弧部８２の形状に沿って移動し易く、第二リップ７の特定の箇所への過度な応力集中を防止できる。

また、第一リップ４の本体部４１には、骨格リング６がインサートされているため、第一リップ４の強度を高めることができる。

また、第一リップ４はゴム製の部材なので、密封性に優れている。

また、第二リップ７はPTFE製の部材なので、耐摩耗性に優れている。

実施例２に係るリップ型軸封装置につき、図４を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一のものについては、同一符号を付して重複する説明を省略する。

図４（ａ）に示されるように、リップ型軸封装置１０１は、バックアップリングとしての第二バックアップリング１０８を備えている。第二バックアップリング１０８は金属板を折曲げ加工によって作られた部材であり、第二リップ７の根部７１の大気側Ａに当接する基部１８１と内径先端部１８３とを備えており、内径先端部１８３は、湾曲部としての円弧部１８２を介して基部１８１と連続している。円弧部１８２は、第二リップ７側に円弧形状の円弧面１８２ａを成しており、第二リップ７の折れ曲がり部７２は円弧面１８２ａに対して部分的に当接している。

図４（ｂ）に示されるように、円弧部１８２は、中心角αが鈍角（すなわち＞９０度）の円弧状を成していることから、第一リップ４と第二リップ７との間で区画された空間において内圧が立ち、第二リップ７の摺動部７３側が外径方向に捲れ上がるように変形する場合、内径先端部１８３の終端の角部１８３ａが内径方向に立たないため、第二リップ７と角部１８３ａとが干渉しにくく第二リップ７の破損を防止できる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、リップ型軸封装置は第一リップ４及び第二リップ７を備えると説明したが、これに限らず１枚または３枚以上のリップを備えてもよい。

また、円弧部は第二リップ７に円弧形状の面を成すと説明したが、これに限らず、任意の湾曲した形状であればよく、例えば２つ以上の円弧を組合せた形状であってもよい。

また、内径先端部は軸２に対して平行であると説明したが、これに限らず、平行な直線形状でなくてもよい。

また、第一リップ４はゴム製の部材であると説明したが、これに限らず、例えばPTFE製であってもよい。

また、第二リップ７はPTFE製の部材であると説明したが、これに限らず、例えばゴム製であってもよい。

１ リップ型軸封装置
２ 軸
３ ハウジング
４ 第一リップ
７ 第二リップ
８ 第二バックアップリング（バックアップリング）
７１ 根部
７２ 折れ曲がり部
７３ 摺動部
８１ 基部
８２ 円弧部（湾曲部）
８２ａ 円弧面
８３ 内径先端部
１０１ リップ型軸封装置
１０８ 第二バックアップリング（バックアップリング）
１８１ 基部
１８２ 円弧部（湾曲部）
１８２ａ 円弧面
１８３ 内径先端部
Ａ 大気側
Ｌ 機内側
α 中心角

Claims (5)

1. 機内側の第一リップと、バックアップリングに保持される大気側の第二リップとにより、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間をシールするリップ型軸封装置であって、
   前記バックアップリングは、外径部と、前記第二リップを保持する基部と、前記外径部と前記基部との間に配置される円弧部と、内径先端部と、前記内径先端部と前記基部との間に配置される湾曲部と、を備え、
   前記バックアップリングは、前記外径部、前記円弧部、前記基部、前記湾曲部、及び前記内径先端部が一体で成形され、
   前記バックアップリングの外径側に、前記外径部及び前記第二リップを保持する骨格リングが配置され、前記外径部と前記骨格リングとの間には緩衝部材が設けられており、
   前記第二リップと前記緩衝部材と前記円弧部との間に空間が形成されるリップ型軸封装置。
2. 前記湾曲部は、前記第二リップ側に円弧形状の面を成している請求項１に記載のリップ型軸封装置。
3. 前記湾曲部において、前記円弧の中心角が９０度以上である請求項２に記載のリップ型軸封装置。
4. 前記内径先端部は、前記軸に対して平行である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリップ型軸封装置。
5. 前記第二リップは、前記バックアップリングの前記湾曲部に対応する位置に折れ曲がり部を有する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のリップ型軸封装置。

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