JPS5980569A - 流体力学的軸密封体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転軸用のワッシャ形の流体カ字的ｊ′督耐
部片、ことに嶋い軸販れ又は回転１紬心を伴う環境で友
うこのような密封部片の特殊な幾何学的形状に関する。

多くの従来の流体力学的［ｌＩＩ密到部片は榎榎の高い
温度、圧力及びその他の環境条件のもとて有効１（使わ
れている。しかし轍しい軸振れの環境では密封性＋４目
上の表一点が必要釦なる。たとえばプラスチック材及び
ポリテトラフルオルエチレンのような不活性の比軟的高
密度の材料は、すぐれた流体力学的密封性、耐久性及び
ｈ化に対する＠、抗性を確実に保つことが望ましい。し
かし著しい軸振れ又は軸圓心を生ずる環境では、密封部
片は弾種及び、たわみ性が高いことにより有効な密封用
のエラストマー質材料に限定しなければならない。すな
わち前記した点でエラストマー質材料には欠点があって
も、これ等の材料−はこのような環境における商い振れ
の追従性に対し信順性がある。

密封業界の他の間組点は、缶耐部片自体の品質又は最適
の有効性のほかに密封体にｄ当な有用寿命を得ることに
係わる。又密封部片のｍ＋：要請部分の密Ａ性能の有効
度に生として係わる。ワッシャ形の密封部片は一般に、
軸のまわりに唇状都形の密封部片により理論的に得られ
るような環状１祿でなくて帯状部を仕切る接触部分な付
っ。又ワッシャ形密列部片は、密封のため”に軸に当て
かったときに荷重のもとて通常たわむビーム形道所面を
仕切る半径方向に延びるたわみ性本１本を固有に持つ。

この場合生ずる曲げ力はビーム力と称する。ワッシャ形
密刺体の実際の接触部分を囲むａ虜伸長した環状体によ
り別の組の相互作用力が加わる。

この力は、フープ力と呼ばれ軸に接触する密封唇大部の
半径方向内向きのゴムバンド的性質から生ずる。ビーム
力及びフープ力のつりあいは、普通の形状のワッシャ形
密封部片を使うと得にくくて与えられた音列上の要求に
対しあまり望ましくない効果を生じやすい。地相的には
密封部片の密封性能は、ポリテトラフルオルエチレンの
ような比較的密な材料を關い軸掘れ父は１掃心を伴う環
境で使うときはあまり妥協してはならない。

前記した本発明は、接触部分の密封性能及び磨耗を尚い
ＩＩＩＩ熾れ及び偏心の条件のもとで有効に利用できる
ようにつりあわせるワッシャ形の新規な密封部片を提供
するものである。本密封部片は、固有の比較的高い耐者
耗性及び耐劣化性を持つたとえばプラスチック材又はポ
リテトラフルオルエチレンのような従来の好適とする比
軟的高密度の比較的不活性の若干の材料のうちの１徨υ
）ら作る。

好適とする形状では本発明による流体力学的軸密封体は
半径方向に延びる２つの面を持つ密封部片を備えている
。同心の環状の内縁部及び外５庫部はこれ寺の面の境界
を仕切る。この密封部片は、半径方向外向きに延びる固
定の本体部分と半径方向内向とに延びるたわみ性本１本
部分とから成っている。前記の・６本体部分間の境界面
によりたわみ環状体を仕切る。前記各回は外縁部から円
縁部まで連続して広がり父はテーパを持つ。この広がり
は、一般に外縁部から内縁部に向って壇Ｊ−広がりであ
る。好適とする形状ではこれ等の面の横方向の広がりは
たわみ性本体部分の半匝方向長さｌｉｎ当たり０．００
６ないし０．０６　ＣＩ　ｉｎ　０）４（４四内になる
。

又好適とする形状では本密封部片は、０．０２５ないし
Ｌｌ、０５０　ｉｎの範囲の壁厚を持つ。たわみ性本体
部分は半径方向長さがｔＪ、２００ないし０．６００ｉ
ｎの範囲である。たわみ環”状体は、本密到部片を貫い
て配置した回転軸の直径より０．２００ないし０．６０
０　ｉｎの範囲内だけ大きい直径を待つのがよい。

以下本発明贋耐体の実症例を小村図面について詳細に説
明する。

第１図に示すように本発明の好適とする実砲し１１によ
る流体力学的軸密封体１０は回転軸３６の油密封体とし
て作用する。軸密封体３０は、一般に扁平なワッシャ形
又は環状の置版形部片から成る密封部片１２を備えてい
る。密封部片１２は、拘束した本体部分１４及びたわみ
性本体部分１６を崩えてい・５゜たわみ性環状体１８は
両部会１４゜１６０境界面に形成しである。環状体１８
は、破１摩で示され密封部片１２のだわ鍜性本本部分１
６の外部境界をＩｉ：ｌＡる。本体部分１４は外部ケー
シング部片２０及び内部ケーシング部片２２により１句
末しである。合ケーンング部片２０．２２は図下のよう
に配置しである。好適とする実施例では６刀に遮ひるた
わみ性本体部分１Ｇは密封環境の油側に４出した面２４
を−えているが、本体部分１６の而２ｂは密封環境の空
気側に喀出する。密封部片１２は又外縁部２８及び内縁
部３０を備えている。軸接触部分３２は密封部片１２の
空気側の面２Ｇにあり内縁部３０により一方の側を仕切
っである。

図示の好適とする実施例では内縁部３０はスカロツ！３
４として表わした１連の波形を１１串えている。スカロ
ツプ３４は、輔３６の回ｌ伝中に１１１１３６の周辺の
まわりにある油に軸線力向のポンプ作用を加える。たと
えば油は、これかトタ縁部３０のスカロツプ３４の１つ
と接触するまで破１琢の天１：ｌ］　Ｘに沿い円周方向
に流れる。この接触のと詫には、＋１＄３６が密封本体
部分１６に対して方向Ｚに回転するものとして、油は湾
曲した破、ｅＩ　Ｙに近い径Ｉ賂に沿い右方に付勢され
る。このようにして谷スカロツプ３４は油を軸線方向Ｖ
′：３力に本缶＠１本の油側に向い動かすように絶えず
作用する。

第２図では密封部片１２は応力？生じてない状ゆで示し
である。密封部片１２の油側の面２４及び空気・開の面
２６が外縁部２８から内縁部に向い増大する横方向間隔
又はテーパを持つのは明らかである。すなわち好適とす
る実症例では谷面２４゜２６は縁部２８から縁部３０ま
で連続的に広がる。

一定の広がりを示しであるか、本発明ではこの広がりは
一足でなくてもよい。又本発明によればこｉ１’ｌ−咎
のテーパは油側の而２４の万が１頃斜してもよいし又は
密封部片１２の半径方向軸線に対し対称でもよい。しか
しこの好調とする実施例に示したテーパは空気１則の面
２６か１頃糾している。

外縁部２８における谷面２４，２６の債方向間１−は外
縁部２８における壁厚を表わし図示のように距離Ｏとし
て示す。同様に内縁部３０における、４ｅ厚は距離Ｐに
より表わす。距離Ｐ、Ｏ間の走に尋しい距離Ｓは、広か
り量又は外縁部２８及び内縁部３０における横聞醐間の
差を表わす。密封部片１２の長さにわたる各面２４．２
６間の平均横方向間隔は、○＋”／　３に等しい距離で
示した平均壁厚を表わす。距４Ｋ　Ｑはたわみ環状体１
８及び円縁部：３０における横方向間隔の差を表わす。

たわ４環状体１８は、密封部片１２の空気側の面２６が
ｌ１ＩＩ３６に退庁するように軸線方向にたわむ際に軸
３６に向らてゆがむ。好適とする実施例では谷ｔｈｌｉ
２４．２６の好適とする広がりは、さらに詳しく後述す
るように密封部片１２のたわみ性本体部分１６の半径方
向長さ１　ｉｎ当たり０．００６ないし０．０６０　ｉ
ｎの範囲にある。

当業者には明らかなように密封の有効性を制御する変数
は多い。さらに１つの特定の変数すなわら協働する回転
軸の振れ又は偏心の敵はこれについて予知し父は設計し
或はこれ咎の両方を行うことが極めてむすかしい。回転
＠又は密封或はこれ専の両方の技術の当業者には明らか
なように低い戯れの櫃はタ゛イヤル指示３ｇの全指示器
端みで表わされるようにｏ、ｏ　ｏ　ｉないし０．００
５　ｉｎ　Ｏ）７四内になる。このような条件は、たと
えはクランク軸の場合に熾れをクランク軸軸受にかなり
近接して測定した場合に得られる。中ノ崖度の振れの値
は０．００５ないしＱ、Ｑ　ｉ　５　ｉｎ　０）４７１
囲内になるか、高い振れの値はＯ−０１５ｉｎ以上にな
る。この条件（閤い倣れ）は、軸受が者しく＃托し又は
測定する軸を支えてないような異常ンよ又は極端な環境
で生ずる。しかし本発明曽列体は、＆ｉ耐部片１ノの幾
例学的形状を０．０６５　ｉｎまでの全指示６Ｇ読みに
より表わしたきびしい戯れ条件のもとでも有効な密封の
できるようにした密封体である。

当業者には明らｖ為なようにきびしいＪ辰れ又は軸１＠
心の条件のもとでは慣性力は朔３４から密封部片１２を
ｌ１ｆｌ助的に隔離させるのに十分強くなる。

従って嶋いｊｋｈ値では、前記のフープ力及びビーム力
は、追従性を保証して密封部片１２及び軸３４１…に連
続凄触状機を保つように注意深（制御することが大切で
ある。

前記した本発明により密封部片１２の有効な蝮嶺分亜の
できる看Ｔ現な手段か傅られΦ。すなわち”４密度の材
料を利用してたわみ柱本体部分、１６〔蓄封部片１２の
作用部片〕の５＆例学的形状と密封体及び軸のその他の
パラメータの相対−す法とは、ビーム力及びフープ力の
聞に局い倣れの値における有効腎封に有ｇな慣性力に打
豹つつりあいが得られるようにしである。このために本
発明は谷面ノ４・２６の横方向間隔をＶ′３縁部３０か
らたわみ性環状座１８まで連１洸的に増加させる。

例 流体力学的軸密封体１ｕの次の例は、６１ｎの直径の−
に対し構成され２４０Ｏｒｐｍの軸回転１＊度で著しい
振れ条件のもとで有効な＃ｊ封の全部の所要の特性を待
つことが分った。Ｏ＋１／２Ｓの平均壁厚は０．０２　
ｓないし０．［Ｊ　５　Ｕ　ｉｎの軸回であった。距Ａ
ｍ　Ｑは、たわみ外環状体１８がら内縁部３０まで測っ
て０．２００ないし０．６００　ｉｎの半径方向寸法を
持つたわみ柱本体部分１６にわたって０．００４ないし
０．０１２　ｉｎでｋ）つた。このようにして谷面２４
，２６のたわみ外環状体１８から内縁部３０までの広が
りはたわみ柱本体部分１６の半径方向長さ１　ｉｎ当た
り０．００６ないし０・［Ｊ　６０　ｉｎの車巳回内に
なった。又ｄ：Ｊ１６に対するたわ４性本体部分１６の
＋１歩は、内縁部３ｏの平均内径が軸３６の＜５　ｉｎ
の直径よりｔＪ、２００ないしＯ，，６００ｉｎだけ小
さくなるような１直であった。さらに軸３６に対するパ
わみ外環状体１８の位置は、！１Ｉ１１３６に対する内
部ケーシング部片２２の内側すみ部２３の位１＃による
。好適とする実施汐！１ではケーシング部片２２の内・
１ｌＩＩｌす６部ン３の内部は、軸３６の１自径より肌
２００ないし肌６００ｉｎだけ太き（・。

第１図に示すように各スヵロップ３４又は波形０）　Ｉ
ｗｎ　縁方向に化’Ｉ’ハＤ、ＩＪ　１０ナイシ０．０
６０　ｉｎの帷囲であり、又スヵロップ３４の５汐は２
ないし８０：）　ｄＱ囲にあるのが好適であった。又密
封部片１ノの材料はポリテトラフルオルエチレンヲ１吏
うのか好適である。

久にすべて前記した範囲内にある時短の有用なワッシャ
形缶封・体のパラメータを示′ｇ′。

（ａ）　　’４３．６−＝　６　ｉｎ直径ｆｂ）　　Ｑ
−１１，０υ７１ｎ ＩＣ）　　Ｏ＋　１／２Ｓ　＝　［Ｊ、０４２５１ｎｆ
ｄ）　　−１−み部２３の内径＝帽３６の直径より０．
あＯｉｎ大きい （ｅ）　　内縁部３０の十均直僅＝軸；４６の直径より
（Ｊ、４２０　ｉｎ小さい （ｆ）　　　Ｔ　＝　０−０３　０　　ｉｎｆｇ）　　
スカロップ３４の数；８ 流体力学的テフロンｇ　ｍ　密封体１ｏについて述べた
パラメータは、著し℃１ノ娠れを竿う環゛・完で密封部
片１２の寿砧と祷られる密刃体の密封性り〔との妥協点
を表わす。試験成績により、内縁部３゜における谷面２
４．２６の横方向間隔とたわみ外環状体１８における横
方向間隔との比。）大といほと、たわみ性密刊本体部分
１６の接触部分３２の壊れ性及び熱に対する不感性とが
増大することが実証された。又この横方向間・春の比が
大穴くなるほと、他のパラメータケすべて一定に保つと
口、ｏ１２１ｎＩＣ等しいＱの１直までは工業的に６午
容できる密封性能を保持できることが分った。ｋ ず７よりもたわみ柱本体部分１６の長さが０．２００７
ＬイＬ　（ＪＪ、６　ＣＩ　ＣＩ　ｉｎの好適とする軸
回にあルト、谷面２４．２６の一方向間隔がたわみ柱本
体部分１６の半径方向長さｌ　ｉｎ当たりＬｌ、［Ｊ　
０．６ないし０、Ｕ　６　Ｄ　ｉｎ　（７）範囲内にな
るのは明らかである。

このようにして０．０６５１ｎ　門での１辰れ又は回転
偏心に耐えることのできるすぐれた密封体が慴られる。

要スルニ本発明により、前記した作動パラメ−タで著し
い軸１辰れ又は１紬心の条件のもとて油の漏れを防ぐ流
体力学的１咄密封体か得られる。本密封体の油側及び窒
気側の各面の増大する広がりにより密封性能にｆ＆ＸＥ
／響を及はずようになるが、密封体−軸境界曲における
＠温度を含む密封部片寿命のパラメータ（比較的悪い環
境を模すように油なしの条件のもとで試験した）はテー
パ遣のｉｔに（１）い好い影響を生じた。すなわちテー
パの正の遺か望ましいが、過度のテーパにより嶋い振れ
条件のもとでは密封性能が許容できなくなる。この高い
撮れを生ずる現１沫は一部は、たわみ性環状体１８にお
ける減少した質量に対する督封部片ＮＩＭ刊接触部分に
おける増加した電量に協働するフープ力対ビームカの比
の変化に基づく。たわみ性環状体１８から内縁部３０ま
での横方向間隔Ｑの好適とする全ｌ１１０囲（０，００
４ないし０．０１２　ｉｎ　）は、０．０６５　ｉｎの
全振れにおける軸境界面温度、接触部分若托幅（これ寺
は＠封体の寿命を指示する）及び慴封性相有・初度の組
合わせをもとにした。

以上本発明をその実＄　ｆｉｌについて詳細に説明した
が本発明はなおその梢紳を逸脱しないで檀煉の変化変型
を行うことができるのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流体力学的Ｉ咄笛園１本の好（頒
とする実施例を軸に取付けて示す軸＝　ｒｆｉ図、第２
図は第１図の輔密封体の密封１１１Ｓ片の！１が図的ζ
１旧ウノ１面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１）　　半径方向に延びる２つの面と、これ等の面の
   境界を仕切る互に大体同心の環状の内縁部及び外縁部と
   を園え、さらに半径方向外向きに延ひる固ボの本体部分
   と、半径方向内向きに延びるたわみ性本体部分とを設け
   た密封部片から成る流体力学的軸密封体において、２つ
   の面を環状の外縁部から内縁部まで連続的に広け、この
   広がりを前記の外縁部υ・ら内縁部まで前記各面の償方
   向間噛をたわみ性本体部分の半径方向長さ１　ｉｎ当た
   り０．ＵＯ６ないし０．０６０　ｉｎの範囲で増すこと
   により生じさせたことを特徴とする流体力学的軸密封体
   。 （２）　密封部片を相対的に回転自在な軸に密封状態で
   接触するようにし、前記密封部片の平均壁厚をＵ、（Ｊ
   　２５ないしＯ，ＬＩ　５０　ｉｎの範囲にし、前記密
   封部片のたわみ性本体部分か０．２００ないし０．６１
   １Ｏ１ｎの範囲の半径方向長さを持つようにした特許請
   求の範囲第（１）項記載の密封体。 （３）　　たわみ性本体部分に半径方向に延びる谷面の
   一方に沿い、密封部片を相対的に回転自在な軸に取付け
   たときに前記密封片を疲いて配置した前記の回転自在な
   軸に沿い軸線方向に延びる環状の軸接触部分を設け、環
   状の内縁部を前記軸に対し大体直父させ、前記接触部分
   を前記内縁部により仕切った特許請求の範囲第（２）項
   記載の密封体。 （４）￥！ｌｊ封部片の固足の本体部分及びたわみ性′
   本体部分の間の境界面により仕切ったたわみ性環状体を
   備え、このたわみ−件環状本のｌｋ径を前記密封部片を
   貝いて配置した相対的に１ｇＪ私自在な軸の直径より０
   ．２００ないし０．６００　ｉｎ大きくした特許請求の
   範囲第（３）項記載の密封体。 （５）　　応力を生じてない状態で＆ｉ耐部片の半径方
   向外向の縁部が、この密封部用を頁いて弓己直した相対
   的に回転自在な軸の直径より０．２００ないし０−６０
   ０　ｉｎ小さい平均直径を持つようにした特許請求の範
   囲第（４）項記載の密封体。 （６）半径方向内側の縁部に、密封部片の軸接触部分に
   わたり被数の周期的波形を仕切った特許請求の範囲第（
   ５）項記載の密封体。 （７）各波形の末端が０．０１０ないし０．０６０　ｉ
   ｎの全変化範囲内にあるようにした特許請求の範囲率（
   ６）項記載の密封体。 （８）　　俵故の同期的波形を２ないし８の範囲の数に
   した特許請求の範囲第（７）項記載の密封体。 ＋９１　　ｍ封部片をポリテトラフルオルエチレン材Ｍ
   から作った特許請求の範囲第＋８１項記載の密封体。