JPH0570757B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、シール要素を含み、該シール要素
を軸に接触させて軸に沿つて漏出する被密封液の
軸封を果すロータリシヤフトリツプシールに関す
る。

〔従来の技術と問題点〕

上記の種類のロータリシヤフトリツプシールが
ドイツ特許公開明細書第2553290号に記載してあ
る。これは平板から形成したシール要素を含む。
シール要素は内周部分が円筒状端部を形成し、ま
た被密封空間の方向に湾曲し、被密封軸に接触す
る領域にレリーフ状に突出した、漏出液戻しリブ
を備えている。このようなシール要素では、十分
な密封効果が得られるかどうかは軸が正しい速度
で回転するかどうかにかかつている。軸の回転速
度が高すぎるとリブの送り（戻し）効果が強まる
結果となり、動的密封域の範囲で潤滑が不足す
る。また、周囲から動的密封域に、また場合によ
つては被密封空間にゴミが送り込まれることがあ
る。これらはいずれも望ましくなく、パツキンの
寿命を縮める結果となりうる。

他方、回転速度が低下すると被密封空間の方向
へのリブの送り（戻し）効果も低下する。そのよ
うな場合、特定の限界速度以下では被密封流体が
特に個々のリブ間の隙間の範囲から動的密封域を
外方へと通過し、そこを汚すことがある。このよ
うな状態は、軸が停止しているとき、及び被密封
空間内に圧力が生成されうる場合、特にはつきり
と観察することができ、望ましくない。

さらに、かかるパツキンは２サイクルエンジン
のクランク軸を密封するのに使用することができ
ない。なぜなら負圧の発生時に、外気、場合によ
つてはそれに含まれた不純物が動的密封域を被密
封空間の方向へと容易に通過できるからである。
戻しリブの存在はこの過程を促進する。

この発明の目的は、上に指摘した欠点の発生を
確実に防ぐことのできるように、冒頭に述べた種
類のロータリシヤフトリツプシールを改良するこ
とである。改良されたロータリシヤフトリツプシ
ールは、被密封軸が停止中か回転中であるかには
係わりなく常に十分な密封効果を保証し、方向を
交番する（異にする）圧力が生じた場合でも支障
がなく、従つて例えば２サイクルエンジンのクラ
ンク軸を密封するのに好適なものでなければなら
ない。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、即ち従来の問題点を
解決するため本発明では両面が平行な平らなリン
グ状円板から形成した非エラストマー性プラスチ
ツク、主にPTFE製シール要素を含み、該シール
要素の外周部分を補強輪内に固定し、内周部分は
軸の方向に常温で湾曲させ初期応力を加えて軸に
接触させてなるロータリシヤフトリツプシールで
あつて、シール要素の円板の厚みが0.3〜0.8mm
で、該円板の内径は軸の径に比べ該円板の厚みの
１，５〜７倍の値だけ小さく、補強輪の円板の嵌
め込み箇所での軸との距離は円板の厚みの２〜７
倍であり、円板は嵌め込み箇所でその両面を補強
輪で軸方向に支持されていることを特徴とする、
ロータリシヤフトリツプシールを提案する。

シール要素の円板の厚みｔを特定することでシ
ールとして機能しかつ経済的利点を損わない厚み
をシール要素に付与することができる。

ところで、円板の内周部を軸方向に湾曲させて
シール要素を形成する際に、内周部の湾曲と内径
の拡大に伴い最終的にシールリツプ部となる円板
の内縁部の肉厚は元の肉厚よりも薄くなり摩耗体
積の減少をもたらす。このことは長期使用に関し
問題がある。

そこで、円板の内径と軸の径との関係を円板の
厚みに基づき特定することで上記摩耗体積の減少
を補償することができる。

次に、円板の内径ｄと軸の径Ｄとの関係は、式
で表すと、Ｄ−ｄ＝［1.5〜７］ｔ＝ktである。

左辺、Ｄ−ｄは、軸方向に湾曲される円板の内
周部に相当する。

円板の厚みｔが小さいときは、上記内周部の大
きさも小さくなり（軸径Ｄと円板内径ｄは大きさ
が接近する）、従つて円板の内縁部の拡大をあま
り伴わないから、最終的に形成されるリツプシー
ル部の薄肉化の程度がちいさくなり、これにより
摩耗体積の減少を補償することができる。

また、円板が肉厚のときは、内周部の大きさも
大きくなり、これに伴い内周部分の変形量も大き
くなるが、もともと肉厚のため問題はない。

また、シール要素を固持する補強輪と軸との距
離を、円板の厚みに基づき特定することにより、
成形に際し円板を最適に湾曲させることができ、
その結果シールリツプに適切なシール圧を与える
ことができ、軸を効果的に密封することができ
る。

本構成は、動的密封域に被密封軸の表面に対向
する流体力学的戻し要素を何等備えていない。こ
れにより密封の有効性は、被密封軸の停止状態に
おいても保証されると共に、また回転状態にあつ
ても回転方向の交番、回転速度の変化、及び高い
圧力にも容易に対処することができる。

本構成によれば、シールリツプと軸との接触面
積（動的密封域の軸方向長さ）を極端に短くする
ことができ、従つてこの範囲において被密封流体
により所要の潤滑が促進され、その結果長期間に
わたり良好な密封効果を維持することができる。

また、本発明によれば、シール要素を円板から
形成するため、高価な成形装置は不要で、かつシ
ール要素を製造するのに必要とされるPTFEの量
も少なくてすむ。円板の厚みが０，４〜0.6mmの
場合には、円板の内径は好ましくは軸の径に比べ
円板の厚みの約３〜４倍の値だけ小さく、補強輪
の円板の嵌め込み個所での軸との距離は円板の厚
みの３〜４倍である。

この補強輪の円板の嵌め込み個所での軸との距
離は、0.88〜８mm、好ましくは1.8〜2.2mmの範囲
にある。多くの場合、この数値は２mmとなる。

本発明によるロータリシヤフトリツプシールの
シール要素は、冒頭に述べた先行技術の実施態様
に比べ、!?かに小型かつコンパクトに寸法設計し
てあるが、通常の機械設計において現れる被密封
軸の半径方向移動をも十分考慮してある。特に直
径10〜40mmの軸は本発明のロータリシヤフトリツ
プシールを使用して十分に密封することができ
る。

本発明により動的密封域の軸方向の長さは極端
に短くなり、この範囲において被密封流体により
所要の潤滑が促進される。この点に関し、シール
要素の製造に非エラストマー性プラスチツク、特
にPTFE（ポリテトラフロオロエチレン）を使用
することも重要である。

円板は取り付け易くするため、内周部分から被
密封空間へと円錐状に、例えば成形用金型を用い
て湾曲させることができる。しかしその際使用材
料の変形性を損なうことのないよう、この成形中
に材料の加熱を避けることが決定的に重要であ
る。これにより円板の円錐状端部は被密封軸の表
面に長期にわたつて確実且つ均一に接触する。動
的密封域の軸方向長さが短く、またその潤滑が十
分であり強力な加熱が最初から生じえないので、
この均一な接触が通常の運転中損なわれることも
ない。

円板は円錐状に変形した端部に被密封軸の表面
に対向する流体力学的戻し要素を何等備えていな
い。これにより密封の有効性は、被密封軸が停止
中カ回転中かには全く左右されることなく保証さ
れる。回転方向の交番、回転速度の変化、及び密
封される圧力の方向の交番にも容易に対処するこ
とができる。ただし２サイクルエンジンのクラン
ク軸パツキンとして使用する場合には、円板の内
周部が被密封空間に背を向けた方向に湾曲する取
り付け状態が望ましいことが判明した。本発明に
係るロータリシヤフトリツプシールは、なかんず
く上記取り付け状態において任意の２サイクルエ
ンジンのクランク軸を密封するのに適している。

有利な一構成によると、円板と被密封軸は、補
強輪が円板を取り囲む範囲でほぼ直交する。別の
形による円板と軸の相互配置も容易に可能である
が、直交配置の場合には特に優れた有効寿命と優
れた密封効果が得られる。

補強輪は円板を挟んで被密封流体と反対の側
に、軸の間近にまで延長した環状突起を有するこ
とができる。動的密封を引き起こす端部の軸方向
支持がこれにより向上し、副次的効果として動的
密封域に外部からゴミや汚れが供給されて付着す
ることが困難になるという利点が生じる。例えば
２サイクルエンジンのクランク軸を密封する場
合、望ましい状態とは逆の取り付け状態でも、や
はり密封効果の向上が得られる。これはそのよう
な場合に運転上発生する圧力の脈動が、補強輪の
環状突起により動的密封帯から実質的に遠ざけら
れることにあると考えることができよう。特に補
強輪の環状突起が軸から僅かな距離にまで接近し
ている場合、最良の結果が得られる。環状突起の
内面は望ましくは円筒面により画定する。この円
筒面の軸方向の長さは少なくとも円筒面との距離
に等しく、望ましくは少なくともその３倍、最大
では10倍である。

安価に製造するという観点から、補強輪をプラ
スチツクから構成し、円板の外周面範囲に直接射
出成形すると有利であることが判明した。熱硬化
性プラスチツク材料が望ましい材料である。両部
品の相互固定及び密封に関する諸問題は、ドイツ
特許明細書第3329386号に記載の方法に従つて処
理する場合には、これにより確実に防止すること
ができる。

〔実施例〕

本発明によるロータリシヤフトリツプシールの
実施例を添付図面に断面図で示す。以下詳しく説
明する。

第１図及び第２図に示す実施例は、２サイクル
エンジンのクランク軸に使用するパツキンであ
る。これはシール要素たる円板１と補強輪２とか
らなる。補強輪２はガラス繊維強化フエノール樹
脂から形成し、円板１の外周部分に直接成形す
る。円板１をこれにより取り外し不可能かつ液密
に補強輪の中で固定する。円板１は固定された領
域の範囲で軸３と直交する。

PTFEからなる円板１は、内周部分が被密封空
間の方向に湾曲し、円錐形の端部が被密封軸３の
表面に面接触している。

使用した円板１は外径が27mm、内径が18.2mm、
厚さが0.5mmである。補強輪の嵌め込み個所での
軸との距離Ｘは２mm、軸の径は20mmであつた。取
り付け後に円板１と被密封軸３の表面との間に生
じる接触面の軸方向長さは約0.3mmであり、極め
て短い。このロータリシヤフトリツプシールは安
価に製造でき容易に取り付けることができ、２サ
イクルエンジンのクランク軸に使用した場合寿命
がつきるまで優れた密封効果を保証する。第２図
の実施例では補強輪に環状突起４が設けられてい
る。これにより外部から動的密封域に汚染物が入
り込むことがより効果的に防止される。

〔発明の効果〕

本発明のシールによれば、摩耗体積が確保され
ると共に、適正な動的密封域が規定されるから長
期の使用に耐えることができると共に十分な潤滑
が可能となり小さいながらも長期にわたる安定し
た密封を行なうことができ、その密封性は軸の回
転速度や回転方向、あるいは密封圧力の交番など
に左右されることがない。しかもその製造は容易
で、安価に作成することができる。更に、シール
材料の節約が果せコスト低減に貢献することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は共に本発明によるロータリ
シヤフトリツプシールの実施例を示す断面図であ
る。 １……円板、２……補強輪、３……軸、４……
環状突起。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両面が平行な平らなリング状円板から形成し
   た非エラストマー性プラスチツク、主にPTFE製
   シール要素を含み、該シール要素の外周部分を補
   強輪内に固定し、内周部分は軸の方向に常温で湾
   曲させ初期応力を加えて軸に接触させてなるロー
   タリシヤフトリツプシールであつて、シール要素
   の円板の厚みが0.3〜0.8mmで、該円板の内径は軸
   の径に比べ該円板の厚みの1.5〜７倍の値だけ小
   さく、補強輪の円板の嵌め込み箇所での軸との距
   離は円板の厚みの２〜７倍であり、円板は嵌め込
   み箇所でその両面を補強輪で軸方向に支持されて
   いることを特徴とするロータリシヤフトリツプシ
   ール。 ２ 円板の厚みが0.4〜0.6mmで、該円板の内径は
   軸の径に比べ該円板の厚みの３〜４倍の値だけ小
   さく、補強輪の円板の嵌め込み箇所での軸との距
   離は円板の厚みの３〜４倍であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のロータリシヤフ
   トリツプシール。 ３ 円板と軸は補強輪が円板を取り囲む範囲で直
   交することを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項に記載のロータリシヤフトリツプシー
   ル。 ４ 補強輪はシール要素を挟んで被密封流体と反
   対側に、軸の間近にまで延びた内向き環状突起を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第３項のいずれかに記載のロータリシヤフト
   リツプシール。 ５ 補強輪がプラスチツクからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   かに記載のロータリシヤフトリツプシール。