JPH0525074U - 非接触シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非接触シールにおいて、高速回転時における
ラビリンス効果を増加させ、低速時においては侵入流体
をシール対象流体側に侵入しないように排出してシール
性の安定化を図る。 【構成】 固定体７と回転体４を非接触状態に互いに対
向配置してラビリンス隙間１７，２０を形成し、回転体
４のラビリンス隙間１７，２０に臨むラビリンス構成部
５１，５２をラビリンス隙間１７，２０を狭める方向に
変位可能とし、回転時に作用する遠心力によってラビリ
ンス構成部５１，５２をラビリンス隙間１７，２０を狭
める方向に変位せしめ、また、固定体７と回転体４の間
に、外部からシール対象側に侵入する侵入流体を下方に
導いて外部に排出する排出路を構成する受け溝８を設け
てなることを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、たとえば圧延用密封ベアリング等に用いられる低速から高速まで幅 広い回転域に対応可能な非接触シールに関し、特にラビリンス部を有する非接触 シールに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来のこの種の非接触シールとしては、たとえば図４に示すようなラビリンス シールがある。すなわち、このラビリンスシール１００は、シール本体１０６内 周と回転軸１０１の対向面１０２間にラビリンス隙間１０３を形成している。こ のラビリンス隙間１０３は、シール本体１０６内周に軸方向に所定間隔でもって 複数の凸部１０４を設け、この凸部１０４と凸部１０４の間に拡大室１０５を繰 り返し形成したもので、回転軸１０１の回転により発生する流体圧を利用してシ ールするものである。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記した従来技術の場合には、ラビリンス隙間１０３が一定な のでラビリンス効果にも限度があり、多量のシール対象流体をシールする場合に シール性が悪くなるという問題があった。

【０００４】 また、ラビリンスシールは回転軸１０１が回転する際に発生する圧力を利用す るため、低速になるとラビリンス効果が薄れてシール性が悪くなる。そのため、 外部からの侵入物がシール対象流体側に侵入するおそれがあるという問題もあっ た。

【０００５】 本考案は上記した従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的 とするところは、回転時におけるラビリンス効果を増大させてシール性の向上を 図ると共に、低速時においては侵入流体がシール対象流体側に侵入せず低速域か ら高速域までシール性を安定させ得る非接触シールを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案にあっては、ハウジングに固定される固定体 と、該ハウジングと同心的に設けられる回転軸に固定され回転軸と共回りする回 転体と、を具備し、前記固定体と回転体を非接触状態に互いに対向配置すると共 に固定体と回転体の間にラビリンス隙間を形成し、前記回転体のラビリンス隙間 に臨むラビリンス構成部をラビリンス隙間を狭める方向に変位可能とし、回転時 に作用する遠心力によってラビリンス構成部をラビリンス隙間を狭める方向に変 位せしめ、また、前記固定体と回転体の間に、外部からシール対象側に侵入する 侵入流体を下方に導いて外部に排出する排出路を設けてなることを特徴とする。

【０００７】 上記ラビリンス構成部がリップ形状に形成することが好適である。

【０００８】

【作用】

上記構成の非接触シールにあっては、回転体に設けたラビリンス構成部が回転 体の回転による遠心力により、対向する固定体に近づいていき、ラビリンス隙間 が狭くなりラビリンス効果が増大する。したがって、たとえ多量のシール対象流 体であってもシールされることとなる。

【０００９】 また、回転体の低速時においては、ラビリンス部のシール対象流体側へ侵入す る侵入流体の侵入側に設けている侵入流体を受ける受け溝により侵入流体がシー ル対象流体側に侵入してきても受け溝により侵入流体を受け、シール対象流体側 に侵入されないので、シール性が確保され、シール性の安定化が図れる。

【００１０】

【実施例】

以下に本考案を図示の実施例に基づいて説明する。本考案の一実施例に係る非 接触シールを示す図１乃至図３において、この非接触シール１は、互いに同心的 に組付けられ相対的に回転移動する２部材としてのハウジング２と回転軸３との 環状の隙間をシールするものである。

【００１１】 非接触シール１は、概略、回転軸３と共に回転する環状の回転体４と、その回 転体４に設けられたラビリンス構成部５と、そのラビリンス構成部５に対向する 対向面部６を有するハウジング２に固定された固定体７と、外部Ａからの侵入物 を受けて下方に導いて外部Ａに排出する排出路としての受け溝８とから構成され ている。

【００１２】 回転体４は回転軸３の端面からシール対象流体側Ｏの外周面に設けられている 回転体嵌合溝９に回転体金属環１０が回転軸３と共に回転するよう嵌合されてい る。この回転体金属環１０は断面Ｌ字状で回転軸３の外周面に沿う回転体円筒部 １０ａと、ラビリンス構成部５が設けられる半径方向外向きの回転体外向きフラ ンジ部１０ｂと、から成り、さらに回転体嵌合溝９に嵌合される半径方向内向き の回転体内向きフランジ部１０ｃが連続して設けられている。

【００１３】 そして、回転体金属環１０の外部Ａ側端面には、その回転体金属環１０の形状 に沿った断面Ｌ字形状の回転体ゴム状弾性体部材１１が一体的に焼き付けられ、 その回転体ゴム状弾性体部材１１を介して回転体金属環１０が嵌合される。

【００１４】 また、回転体金属環１０の外向きフランジ部１０ｂの先端部にもゴム状弾性体 部材が連続して設けられており、このゴム状弾性体部材にはＵ溝が形成され、そ のＵ溝の外周縁が突出して成り、すなわち、この突出部がフィン部でＵ溝部が拡 大室となって、従来技術で示したようなラビリンスシールの構成の回転体ラビリ ンスシール部１１ａとなっている。

【００１５】 そして、回転体金属環１０の外向きフランジ部１０ｂのシール対象流体側Ｏの 端面にはラビリンス構成部５が設けられている。このラビリンス構成部５は可撓 性部材として上記回転体ゴム状弾性体部材１１，回転体ラビリンスシール部１１ ａと同じでゴム状弾性体でリップ形状を成すラビリンス構成部５が回転体金属環 １０に連続して回転体金属環１０に一体的に設けられている。

【００１６】 このラビリンス構成部５は二つ設けられており、まず第１ラビリンス構成部５ １は、回転体ラビリンスシール部１１ａのシール対象流体側Ｏの端面から軸方向 シール対象流体側Ｏに向かって断面形状三角形に突出しており、その突出部５１ ａの先端部は半径方向内向きに若干突出し内向き突出部５１ｂが形成されている 。

【００１７】 また、第２ラビリンス構成部５２は第１ラビリンス構成部５１より所望の間隔 をおいて回転軸３側に設けられ、軸方向シール対象流体側Ｏに向かって若干先細 りとなって突出し、その突出部５２ａの先端部は半径方向外向きでシール対象流 体側Ｏに傾いて突出部５２ａの肉厚より薄肉で突出し外向き突出部５２ｂが形成 されている。この第２ラビリンス構成部５２のハウジング２側端面は断面形状ポ ケット状で受け溝８としての回転体ポケット状溝８１となっている。

【００１８】 一方、固定体７はハウジング２の端面からシール対象流体側Ｏの内周面に設け られている固定体嵌合溝１２に固定体金属環１３が嵌合され固定されている。こ の固定体金属環１３は断面形状Ｌ字状でハウジング２の内周面に沿う固定体円筒 部１３ａと、対向面部６が設けられる半径方向内向きの固定体内向きフランジ部 １３ｂと、から成り、さらに、固定体嵌合溝１２に嵌合される半径方向外向きの 固定体外向きフランジ部１３ｃが連続して設けられている。

【００１９】 そして、固定体金属環１３の固定体円筒部１３ａのハウジング２側端面にはハ ウジング２の端面まで伸びる固定体ゴム状弾性体部材１４が一体的に焼き付けら れ、その固定体ゴム状弾性体部材１４を介して固定体金属環１３が嵌合されてい る。また、この固定体ゴム状弾性部材１４の固定体円筒部１３ａと固定体内向き フランジ部１３ｂの間の曲がり部端面には段部１４ａが設けられている。

【００２０】 また、固定体金属環１３の固定体内向きフランジ部１３ｂの先端部にもゴム状 弾性体部材が設けられており、このゴム状弾性体部材には前記回転体ラビリンス シール部１１ａのＵ溝より小さめのＵ溝が２つ形成され、そのＵ溝の外周縁がフ ィン部でＵ溝部が拡大室となって、従来技術で示したようなラビリンスシールの 構成の固定体ラビリンスシール部１４ｂとなっている。そして、その固定体ラビ リンスシール部１４ｂの外部Ａ側端面が半径方向外向きに伸び固定体内向きフラ ンジ部１３ｂのほぼ中央部まで薄肉となって固定体内向きフランジ部１３ｂに一 定的に設けられ、その薄肉部より軸方向外部Ａ側に突出するリップ形状の固定体 突起１５が設けられている。

【００２１】 この固定体突起１５は、外部Ａ側に向かって若干先細りとなって突出し、その 突出部１５ａの先端部は半径方向外向きで外部Ａ側に傾いて突出した突出部１５ ａより薄肉の外向き突起部１５ｂが形成されている。さらに外向き突起部１５ｂ の付け根には、半径方向内向きに若干突出した内向き突起部１５ｃが設けられて いる。また、固定体突起１５のハウジング２側端面が外向き突起部１５ｂが設け られていることにより断面形状ポケット状の受け溝８としての固定体ポケット状 溝８２が形成されている。

【００２２】 そして、上記回転体４と固定体７が回転体４の第１，２ラビリンス構成部５１ ，５２と固定体７の固定体突起１５が互いに接触しない程度に咬み合い、回転体 ４の回転体外向きフランジ部１０ｂと固定体７の固定体内向きフランジ部１３ｂ とが平行に相対向するように配設し、回転体４の回転体ラビリンスシール部１１ ａと固定体７の固定体ゴム状弾性体部材１４との間に断面形状Ｌ字状のシールカ バー１６が固定体ゴム状弾性体部材１４の段部１４ａの端面まで嵌合され、この シールカバー１６により回転体４と固定体７とが一体化されている。

【００２３】 ここで回転体４と固定体７との位置関係について説明する。まず、回転体４の 回転体ラビリンスシール部１１ａは、この回転体ラビリンスシール部１１ａのフ ィン部がシールカバー１６の端面に微接触させ、また、固定体７の固定体ラビリ ンスシール部１４ｂは回転体４の回転体円筒部１０ａのハウジング２側端面に対 し、固定体ラビリンスシール部１４ｂのフィン部を微接触させている。尚、これ ら微接触は初期摩耗でしめしろＯをねらっている。

【００２４】 そして、回転体４の第１，２ラビリンス構成部５１，５２と固定体７に設けら れている対向面部６としての段部１４ａ；固定体突起１５との位置関係はという と、まず、回転体４の第１ラビリンス構成部５１と固定体７の段部１４ａは、段 部１４ａの段部斜面が第１ラビリンス構成部５１と対向する第１対向面６１と成 り、その第１対向面６１と第１ラビリンス構成部５１のハウジング２側のハウジ ング側第１ラビリンス斜面５１ｃとの間に第１ラビリンス構成部５１が回転体４ の回転による遠心力により変動しても第１対向面６１に接触しない第１ラビリン ス隙間１７が形成され第１対向面６１と第１ラビリンス構成部５１が配置されて いる。

【００２５】 また、回転体４の第１ラビリンス構成部５１と固定体７の固定体突起１５の位 置関係は、第１ラビリンス構成部５１の第１突出部５１ａと内向き突出部５１ｂ の回転軸３側の回転軸側第１ラビリンス斜面５１ｄと内向き突出部斜面５１ｅに より形成されるくぼみに固定体突起１５の外向き突起部１５ｂが回転体外向きフ ランジ部１０ｂ寄りに回転軸側第１ラビリンス斜面５１ｄと接触しないように前 記第１ラビリンス隙間１７より小さい微小隙間１８が確保できるよう入り込んで いる。

【００２６】 さらに、固定体突起１５と第２ラビリンスシール部５２との位置関係は、固定 体突起１５と内向き突起部１５ｃの回転軸３側の回転軸側固定体突起端面と内向 き突起部斜面により形成されるくぼみの面６２に第２ラビリンス部５２の外向き 突出部５２ｂが固定体内向きフランジ部１３ｂ寄りに前記微小隙間１８とほぼ同 じ隙間１９を確保して入り込んでいる。また、回転軸側固定突起端面と内向き突 起部斜面により形成されたくぼみの面６２が第２ラビリンス構成部５２と対向す る第２対向面６２と成り、その第２対向面６２に第２ラビリンス構成部５２の外 向き突出部５２ｂが回転体４の回転による遠心力により変動しても第２対向面６ ２に接触しない第２ラビリンス隙間２０が形成され第２対向面６２と第２構成ラ ビリンス部５２が配置されている。

【００２７】 以上のように回転体４と固定体７が配設されることにより回転体金属環１０の 回転体外向きフランジ部１０ｂと固定体金属環１３の固定体内向きフランジ部１ ３ｂとの対向する空間にラビリンスシールが構成されたことになる。

【００２８】 すなわち、固定体ラビリンスシール部１４ｂの外部Ａ側端面と回転体円筒部１ ３ａのハウジング２側端面と回転体外向きフランジ部１０ｂのシール対象流体側 Ｏ端面と第２ラビリンス構成部５２の回転軸３側端面とによって略台形状の拡大 室Ｂが形成され、第２ラビリンス構成部５２の外向き突出部５２ｂがフィン部を 成し、第２ラビリンス部５２の回転体ポケット溝８１内端面と回転体外向きフラ ンジ部１０ｂのシール対象流体側Ｏ端面に焼き付いている薄肉ゴム状弾性体部材 １１ｂの端面と固定体突起１５の外向き突起部１５ｂと内向き突起部１５ｃの外 部Ａ側端面とによって略三角形状の拡大室Ｃが形成され、固定体突起１５の外向 き突起部１５ｂがフィン部と成り、固定体内向きフランジ部１３ｂの外部Ａ側端 面に焼き付いている薄肉のゴム状弾性体部材と固定体突起１５の固定体ポケット 状溝８２内端面と第１ラビリンス構成部５１の回転軸３側第１ラビリンス斜面５ １ｄとによって拡大室Ｄが形成され、第１ラビリンス構成部５１がフィン部と成 り、フィン部と拡大室とが繰返して設けられラビリンスシールの構成を成してい る。

【００２９】 したがって、この非接触シール１の回転軸３の回転により発生する圧力でシー ル対象流体はシール対象流体側Ｏから外部Ａに向かって流れるわけであるが、ま ず、固定体７の固定体ラビリンスシール部１４ｂを通って拡大室Ｂに、そして第 ２ラビリンス隙間２０，拡大室Ｃ，微小隙間１８，拡大室Ｄ，第１ラビリンス隙 間１７，回転体４の回転体ラビリンスシール部１１ａと順に流れていき、その流 れによる圧力損失で、外部Ａへの漏れを少なくしている。

【００３０】 尚、本実施例では回転体４及び固定体７にそれぞれラビリンスシール部１１ａ ，１４ｂを設けているが特にこれに限定されることはなく非接触となっていれば よい。

【００３１】 上記構成の非接触シールにあっては、回転軸３が回転することにより回転体４ が回転し、その回転により回転体４に設けられた可撓性部材としてのゴム状弾性 体の第１，２ラビリンス構成部５１，５２に遠心力が作用し、その遠心力によっ て第１，２ラビリンス構成部５１，５２がそれぞれの第１，２対向面６１，６２ に近づいていき第１，２ラビリンス隙間１７，２０が小さくなりラビリンス効果 が増し、たとえ多量のシール対象流体であってもシールされることになる。すな わち、回転速度に応じてラビリンス効果が増しシール性が向上する。

【００３２】 したがって、接触式のオイルシールにおいては、高速回転時に於けるシール性 は３０ｍ／ｓ以上になるとリップ摺動発熱によるクラック及び軸の偏心に対する リップ追随性がないことによりシール性が低下するが、本考案の非接触シールは 上記に示すように回転による遠心力でシールを行っているため高速回転時でも良 好なシール性が得られる。

【００３３】 また、低速時はラビリンス効果は小さいが第２ラビリンス構成部５２，固定体 突起１５の形状がハウジング２側に開口する断面形状ポケット状の回転体ポケッ ト状溝８１，固定体ポケット状溝８２としているため、その形状効果で侵入した 侵入流体は図２のように侵入流体を受けハウジング２，回転軸３を横置きとした 場合、それぞれのポケット状溝８１，８２に沿って下側へ導かれるとともに、そ れぞれのポケット状溝８１，８２を形成するための外向き突出部５２ｂ，外向き 突起部１５ｂが侵入流体が侵入してくる方向に流れるように傾いているので、下 側の固定体ゴム状弾性体部材１４に設けられた流体抜き切欠き（図示せず）によ り外部Ａへ排出され、シール対象流体側Ｏへの侵入防止が図れ、もってシール性 が確保され、シール性の安定化が図れた。

【００３４】 尚、本実施例では、流体を受ける受け溝８をラビリンス構成部５と対向面部６ に一体的に設けたが別体でも良い。

【００３５】 さらに、回転体４と対向面部６を有する固定体７をシールカバー１６により一 定化され、ハウジング２と回転軸３の間への組み込み性も容易となった。

【００３６】 尚、上記実施例では回転体４に設けられたラビリンス構成部５とそれに対向す る対向面部６がそれぞれ２つずつとしたが数は特に限定されず、少なくともそれ ぞれ１つずつあれば良い。

【００３７】

【考案の効果】

本考案は、以上の構成および作用を有するもので、回転体に設けたラビリンス 構成部が回転体の回転による遠心力により、固定体に近づいていき、ラビリンス 隙間が小さくなりラビリンス効果が増し、たとえ多量のシール対象流体であって もシールされることになる。

【００３８】 また、回転の低速時においては、シール対象流体側に侵入する侵入流体を排出 路を通じて外部に排出するようにしたので、シール対象流体側への侵入防止が図 れ、もってシール性が確保され、高速域から低速域に渡ってシール性の安定化が 図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は一実施例に係る非接触シールの要部縦断
面図である。

【図２】図２は図１の非接触シールの要部拡大縦断面図
である。

【図３】図３は図１の非接触シールのラビリンス構成部
が回転体の回転による遠心力によって対向面部に近づい
ていることを示す要部縦断面図である。

【図４】図４は従来の非接触シールの要部縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 非接触シール ２ ハウジング ３ 回転軸 ４ 回転体 ５ ラビリンス構成部 ５１ 第１ラビリンス構成部 ５１ａ 第１突出部 ５１ｂ 内向き突出部 ５１ｃ ハウジング側第１ラビリンス斜面 ５１ｄ 回転軸側第１ラビリンス斜面 ５１ｅ 内向き突出部斜面 ５２ 第２ラビリンス構成部 ５２ａ 突出部 ５２ｂ 外向き突出部 ６ 対向面部 ６１ 第１対向面 ６２ 第２対向面 ７ 固定体 ８ 受け溝 ８１ 回転体ポケット状溝 ８２ 固定体ポケット状溝 ９ 回転体嵌合溝 １０ 回転体金属環 １０ａ 回転体円筒部 １０ｂ 回転体外向きフランジ部 １０ｃ 回転体内向きフランジ部 １１ 回転体ゴム状弾性体部材 １１ａ 回転体ラビリンスシール部 １１ｂ 薄肉ゴム状弾性体部材 １２ 固定体嵌合溝 １３ 固定体金属環 １３ａ 固定体円筒部 １３ｂ 固定体内向きフランジ部 １３ｃ 固定体外向きフランジ部 １４ 固定体ゴム状弾性体部材 １４ａ 段部 １４ｂ 固定体ラビリンスシール部 １５ 固定体突起 １５ａ 固定体突出部 １５ｂ 外向き突起部 １５ｃ 内向き突起部 １６ シールカバー １７ 第１ラビリンス隙間 １８ 微小隙間 １９ 隙間 ２０ 第２ラビリンス隙間

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに固定される固定体と、該ハ
   ウジングと同心的に設けられる回転軸に固定され回転軸
   と共回りする回転体と、を具備し、 前記固定体と回転体を非接触状態に互いに対向配置する
   と共に固定体と回転体の間にラビリンス隙間を形成し、 前記回転体のラビリンス隙間に臨むラビリンス構成部を
   ラビリンス隙間を狭める方向に変位可能とし、回転時に
   作用する遠心力によってラビリンス構成部をラビリンス
   隙間を狭める方向に変位せしめ、 また、前記固定体と回転体の間に、外部からシール対象
   側に侵入する侵入流体を下方に導いて外部に排出する排
   出路を設けてなることを特徴とする非接触シール。
2. 【請求項２】 ラビリンス構成部がリップ形状に形成さ
   れている請求項１記載の非接触シール。