JPH0243940B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、補剛リング及び水密に連結されたポ
リ四フツ化エチレン製リツプリングから成り、該
リツプリングがラツパ状に変形した薄い円板の形
状を有し、軸方向間隔によつて隔てられた２個の
区域が被密封機械部材に接する、往復運動、回転
運動の少なくとも一方を遂行する機械部材のため
のパツキンに関する。

（従来の技術） 上記の如きパツキンは米国特許明細書第
3250541号に記載されている。ラツパ状に変形し
た薄い円板からなるパツキンリツプは、密封され
る空間の方向へ予め湾曲させてある。パツキンリ
ツプは相対運動する機械部材に弾性予圧されて接
し、機械的剛性がきわめて乏しい。従つて正常な
取付は被密封空間の方向からしか行えず、このこ
とが多くの場合に大きな困難をきたらしてきた。
方向を逆転した取付けは、不良な密封結果をもた
らしてきた。

西独特許出願公告第2842694号は、パツキンリ
ツプの被密封媒質に面する側が補剛リングと連結
され、外気に面する側の方向へ軸方向に突出する
軸パツキンリツプに関するものである。このパツ
キンは外側から取り付けやすいが、しかしパツキ
ンリツプの形状が比較的複雑であり、十分な押圧
のためにリングコイルバネが必要であるため、か
なり高価である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的とするところは、パツキンリツプ
が被密封空間とは離れる側の方向に突出するとき
に、良好な使用挙動、特に良好な運動特性と密封
特性が得られるように、冒頭に上げた種類のパツ
キンを改良することである。

（課題を解決するための手段） 上記課題の下に、本発明のパツキンはパツキン
リツプの一端を固定する補剛リングを使用してお
り、かくして補剛リングを通つて相対的に移動す
る（例えば補剛リングと相対的に往復運動する）
か又は補剛リングに対してその軸の周囲で相対的
に回転する被密封機械部材の周囲にパツキンリツ
プを配置する。このパツキンリツプは環状の、少
なくともいくらかの弾性を有する円板である。パ
ツキンリツプは補剛リングに固定された端部から
被密封機械部材の方へと判径方向内に延び、ラツ
パ状に変形して被密封機械部材と接触して密封を
行う。

固定された端部とは反対側の、被密封媒質から
離れた区域の端部において円板状のパツキンリツ
プを屈曲して実質的に横断方向に突出するよう構
成することで、案内面が形成される。案内面が突
出する方の側の表面の円板の区域は密封面として
構成されており、密封面には流体力学的に作用す
る戻し要素が備えられる。流体力学的に作用する
戻し要素は、被密封機械部材がパツキンに対して
相対的に動かされた場合に、被密封媒質をパツキ
ンリツプから返送するように作用する。好ましい
戻し要素は、互いに交差する二つの螺旋条溝であ
る。互いに交差するためには、これらの条溝は同
じ向き（右回り又は左回りの螺旋）で異なるピツ
チを有するのが好ましい。条溝の向きは本発明に
とつて本質的なものではないが、被密封機械部材
がパツキンに対して相対的に回転する場合には、
これに伴つて同様に回転してくる被密封媒質をパ
ツキンリツプから返送する向きであるのが好まし
い。条溝の一方は好ましくは他方よりもより深
く、三角形の断面を有し、他方はより浅く半円形
の断面を有する。

円板の密封面を画定するためには、被密封機械
部材に対する円板の配置及び寸法は、少なくとも
パツキンが被密封機械部材上に配置された場合
に、円板が補剛リングに固定された半径方向を向
いた端部から案内面を有する端部までラツパ状に
湾曲するようにされる。案内面を形成するよう屈
曲された円板の端部は被密封機械部材上に当接
し、この屈曲が円板の横断方向に突出しているた
めに密封面の端部は被密封機械部材から離され、
かくして円板もまた戻し要素を有する密封面にお
いて被密封機械部材に対して当接する。かくして
密封面と案内面とは軸方向に間隔を置くことにな
る。

提案の構造は米国特許明細書第3250541号によ
る構造と違つて、被密封空間の方向に取り付けを
行う時も、卓越した使用挙動を示す。この意外な
効果は、発明者の見解によれば、ラツパ状に変形
した円板の内側に流体力学的に作用する戻し要素
があつて、密封面と案内面の間の軸方向間隔と組
み合わされていることによる。従つて、流体力学
的に作用する戻し要素の特殊な構造が重要な意義
を持つのであり、本発明によれば、深さ、ピツチ
が互いに異なり、かつ互いに交差する、少なくと
も２種の同じ向きの戻し要素又は戻し要素群を設
けるのが有利であることが判明した。戻し要素は
例えば螺旋状に走るリブ又は溝から成り、場合に
よつては互いに中断することができる。互いに交
差する戻し要素の輪郭深さ、ピツチの少なくとも
一方の比は、比１：３ないし１：300、好ましく
は１：50ないし１：100の範囲内を推移する。特
に後者の場合には新品のパツキンの場合にも、長
期間使用後の場合でも変わらぬ顕著な密封効果が
得られる。輪郭は対称に画定され、表面に配列さ
れることが好ましい。円板の表面に対して２個の
戻し要素の少なくとも一方を非対称に構成し配列
すれば、流れ挙動を改変することができる。この
ことは、例えばオイルカーボンの沈着を回避する
上で重要である。非対称の構造又は配列は特に大
きな断面又は間隔の戻し要素を形成するために重
要である。この場合適当に構成された螺旋リブ又
は溝の中心線は、円環形円板の表面との間に、中
心点に関して25ないし55度、好ましくは40度の角
を挟む。

提案の構造においては、密封面と案内面が軸方
向間隔により、好ましくは円板の輪郭の内向き曲
折部によつて隔てられる。円板の中間区域には断
面が薄くなつたところがない。このことは密封面
と案内面の間の相互関係の良好な安定性をもたら
す。従つて例えば機械の始動や停止の際の軸の振
動の形の、被密封機械部材の半径方向変位が、密
封面を不都合に損傷することはない。また案内面
には密封面から汚れを遠ざける役割がある。

（実施例） 別紙にて添付した図面に、提案のパツキンの実
施例を半截図で示す。

第１図に示すパツキンは、プラスチツク製補剛
リング１を、ラツパ状に変形した薄いポリ四フツ
化エチレン製円板２の半径方向に伸張する保持部
上に直接取り付けて成るものである。

少なくとも幾らかの弾性を有する環状の円板２
の一方の端部は、図示の如く補剛リングに連結さ
れており、これと一体になつていて、補剛リング
から半径方向内方に延びる。この円板２の他端は
円板２の一方の面（設置前に円板が平坦である場
合の円板の表面）から実質的に横断方向に突出す
る屈曲部を有し、且つこの屈曲部は第１図に示す
如くパツキンが設置された場合には、実質的に半
径方向内方を向いている。

円板は補剛リングに連結された端部からラツパ
状をなして窄まり、被密封機械部材、ここでは例
えば直径85mmの軸上に弾性的に当接する。密封面
４は、補剛リングに対する連結部分から半径方向
及び軸方向に間隔を置いている。密封面４と連結
部分との間の軸方向間隔は、少なくとも円板２の
厚みに等しい。

屈曲部は、パツキンが第１図のように設置され
た場合にその端部が軸に対して当接するように構
成されている。軸に当接する屈曲部の一部は、密
封面のための案内面５を形成している。案内面５
は、密封面４から軸方向に間隔を置いている。

密封面４が形成されている円板の表面は、流体
力学的に作用する戻し要素（条溝３及び条溝６）
を有し、第１図で言えば左側から軸に沿つて密封
面４を通過して漏れてきた流体を返送する。これ
らの戻し要素は二つの螺旋条溝３及び６によつて
形成されており、これらの条溝は互いに交差す
る。

第２図は円板２の拡大された詳細図である。こ
れらの２種の条溝のうち第１の条溝６は、半径
（Ｒ）0.2mmの半円形に画定された輪郭を有する。
条溝は回転軸を螺旋上に取り囲み、その再ピツチ
（Ｂ）は0.25mm、深さ（Ｄ）は40μmである。

２種の条溝のうち第２の条溝３は、鋭角に切り
込んだ、最大深さ（Ｃ）0.4mmの対称の三角形輪
郭を有する。この条溝は回転軸を0.8mmのピツチ
（Ａ）で取り囲む。三角形輪郭の対称軸は回転軸
との間に40度の角（Ｗ）を挟む。それによつて条
溝が円板の表面に非対称に配列される。条溝６の
経過は条溝３によつて絶えず中断される。

単純な屈曲により圧力背き側の方向に予め湾曲
した円板の案内面を５で表す。案内面５は円板２
の輪郭のうち向き曲折部の端面からなる。この案
内面は機械的に安定しており、隣接する２つの区
域に良好な形状安定性を与える。被密封機械部材
と、異なつた区域にある密封面及び案内面とが挟
む角度は、こうして長期にわたり保持される。こ
のことは良好な使用特性を得る上で重要である。

第３図は、案内面が被密封機械部材の内周溝、
この場合は摩耗ブシユ７の溝に係合する実施態様
を示す。溝の軸方向界面は回転軸に対して垂直に
伸張し、曲折部から両側に僅かな間隔を有する。
この溝は、高い圧力が生じたときに軸方向支承と
案内を行う。適当な構造の摩耗ブシユを、場合に
よつてはパツキンと共に準備することができる。
パツキンの前述の取り付けは、溝によつて妨げら
れない。

（作用） パツキンに関しては、先だつて理論があるもの
ではない。これは基本的に、いくつかの流動学的
な作用が入り組んでいると考えられ、その討ちの
いくらかは例えば回転又は往復運動する被密封機
械部材についてパツキンを使用するということに
関係している。しかしながら作用についていくら
かの説明が可能であり、それは本発明及びその驚
くほど効果的な密封効果の理解を助けるものと考
えられる。

密封面４と案内面５とが軸方向に間隔を置いて
被密封軸に対して係合することは、２重シールを
もたらす。すなわち案内面５はダストリツプとし
て機能して汚れを密封面４から遠ざけ、密封面の
摩耗を減少させると同時にその密封性能を改良さ
せる。案内面５はまた振動や、補剛リングに対し
て円板２が連結されている端部の平面に平行な動
きと共に円板を撓曲するものであり、かくして密
封面の軸との密封係合を維持する。案内面の側に
置いて円板の密封面と軸表面との間に形成される
くさび形は、また毛管現象的に液体を保持し、さ
らなる漏出を防ぐ。

流体力学的に作用する戻し要素のうち、三角形
の断面を有する条溝３は、密封表面の領域及び密
封表面と案内面の間の領域に漏出する被密封媒質
を毛管現象により引き入れる。被密封媒質である
液体は、被密封機械部材の回転に際して遠心力に
より円板に付着し、あるいは往復運動に際して円
板により拭き取られるものである。かくして引き
入れられた液体は、案内面を越えて漏出すること
はない。また上述したように案内面によつて円板
が撓曲された場合、液体は条溝３から絞り出され
るが、円板の表面の液体が最終的に案内面を構成
している屈曲部にまで到達した場合でも、実質的
に横断方向に構成されているこの屈曲部上へと流
れるには抵抗があり、従つて密封面からこの屈曲
部までの円板の内面に溜まつて、最終的には案内
面の当接圧力により密封面からそれ以上の液体が
漏出することが妨げられ、また密封面を通して戻
される。条溝６の表面親和性により密封面の領域
に置いて液体は保持され、前述した毛管現象を営
むくさび形と相俟つて、漏出防止に寄与するもの
である。

（発明の効果） 以上の如く本発明によれば、流体力学的に作用
する戻し要素として機能する二つの条溝の特異な
構成により、パツキンが被密封空間から離れるよ
うに突出して取着された場合でも、良好な密封が
保証される。また密封面と案内面との間に軸方向
間隔があることにより相互の安定性ももたらさ
れ、しかも低廉なコストで製造可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は取り付けたパツキンの半截図、第２図
はパツキンに使用される円板の変形前の輪郭の部
分図、第３図は摩耗ブシユに取り付けたパツキン
の半截図を示す。 １…補剛リング、２…円板、３…戻し要素、４
…密封面、５…案内面、Ｍ…被密封媒質。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 補剛リングと、該補剛リングに水密に連結さ
   れたパツキンリツプとからなり、該パツキンリツ
   プがラツパ状に変形される薄い円板の形状を有
   し、軸方向間隔によつて隔てられた２個の区域が
   被密封機械部材に接する、往復運動、回転運動の
   少なくとも一方を遂行する機械部材のためのパツ
   キンにおいて、 ラツパ状に変形される円板２が少なくとも内側
   に流体力学的に作用する戻し要素３，６を具備
   し、前記２個の区域のうち被密封媒質Ｍに面する
   区域が密封面４として、また被密封媒質から離れ
   た区域が案内面５として構成され、前記戻し要素
   が深さ、ピツチが異なり且つ互いに交差する少な
   くとも２個の螺旋条溝によつて構成されているこ
   とを特徴とするパツキン。 ２ 互いに交差する戻し要素３，６の輪郭の深
   さ、ピツチの少なくとも一方の比が１：３ないし
   １：300であることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項に記載のパツキン。 ３ 互いに交差する戻し要素３，６の輪郭の深
   さ、ピツチの少なくとも一方の比が１：50ないし
   １：100であることを特徴とする、特許請求の範
   囲第２項に記載のパツキン。 ４ 密封面４と案内面５が円板２の輪郭の内向き
   曲折部によつて隔てられていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項から第３項の何れか一
   つに記載のパツキン。