JPS60196468A - 密封装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、穴とこの穴に通した回転軸との間の隙間のた
めの密Ｌ・ｌ装置に関する。詳しくは、穴のなかで液密
に支承された硬質材料からなる外環と、軟質材料からな
る内環とで構成され、外環は内向きに開口し軸方向境界
面を２個備えた周面構部を有し、内環は該溝部の内部に
液密にかつ捩れ防止して軸に支承され、円筒中央部及び
２個の外向き突出フランジ部を有し、該フランジ部が各
境界面に接触しているものに関する。

［従来の技術］ ごの種の密封装置を述べたものとして、ドイツ特許公開
明細書箱２６１４８８８号がある。この密１４装置は継
続使用を目的としたものでなく、プロペラ軸と区画室と
の間の、１ｆｆｌ常はシールなしの隙間に、たまたま片
側から水が浸入したときのための単なる安全装置とした
ものである。

この場合、水が密封装置の内室に流入してそこの圧力を
高め、低圧側フランジ部が溝部の当該境界面に押し付け
られると、希望する密１：、１効果が得られることとな
る。このためにはフランジ部が変形する必要があるが、
この変形は密１・ｌ装置の高圧側と低圧側との間の差圧
に直接左右される。それゆえ、差圧が小さいときや欠落
した場合、この密封装置の使用が困難または無意味なも
のとなることがある。

更に、内環のフランジ部は外環に当接するまで変形する
必要があるが、この変形度は両部品の相互距離に依存し
ている。この距離が変化したり不正確に調整された場合
には、密１：・１装置の応答が不正確なものとなりうる
。それゆえこの距離を極めて厳密に調整し、そして運転
中に軸が移動した結果距離が変るのを防く必要がある。

距離が変ると、この密封装置を実際に使用する点で諸困
難が付加的に生しる。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、差圧が存在しないとき、またじｌ比較
的高い差圧が存在するとき、更に受容穴を基準に被密封
軸の軸方向変位、半径方向変位および／または角変位が
常に生じる場合でも、連続運転中十分な動作信頼性が得
られるよう、冒頭述べた種類の密封装置を改良すること
である。この目的が本発明によれば特許請求の範囲第１
項の特徴により達成される。有利な諸構成は従属する請
求の範囲に記載しである。

［問題点を解決するだめの手段］ 本発明に係る密封装置では、外環の溝部の軸方向境界面
が先細に設計してあり、回転軸から離れるにつれ２つの
境界面の相互距離が小さくなっている。内環の２個の外
向きに突出したフランジ部は弾性初期応力を受けて境界
面に当接する。この弾性初期応力は特に内環を外環に嵌
込んでいる間にフランジ部が行う弾性変形から生じるも
のである。この接触圧部分は一定したものであり、しか
もフランジ部が内環構成部品として被密封軸の回転に追
従するときフランジ部そのものに生しる遠心力により補
充される。

つまり本発明に係る密封装置の内環フランジ部は外環の
当該境界面にたえず接触し、両部品間に本来の意味での
隙間は存在しない。それゆえ本発明の密封装置は常に液
密であり、軸が一方向に回転中であるかどうかは問題で
はない。

内環は軟質材料からなり、液密でかつ捩れを防止して被
密封軸の表面に摺動可能に固定してあり、２つのフラン
ジ部とその間の円筒状に構成した中央部を有する。中央
部し：１少なくとも外環の溝部の低圧側では外径が外環
の内径より大きい。この外径はイ→加的に溝部両側の外
環の内径より大きい方が望ましい。これにより隙間から
の漏れに対し成る程度の安定性が得られ、内環と外環と
が閉塞する恐れはない。むしろ、連続運転中に軸方向変
位が生じた場合でも、内環は外環により軸方向に十分案
内される。取付中に内環を特別に調整する必要はない。

隙間漏れ発生の危険は、連続運転中密封装置に加わる差
圧の増加にともなって高まる６溝部低圧側で内環の中央
部の外径と外環の内径との比を大きくしてこうした危険
に対処することができる。更に、中央部には硬質材料か
らなる軸方向補強要素を理Ｊ＋、ｊすることができる。

この補強要素闘゛境界面の間近まで延び、場合によって
は境界面に滑動当接する。例えば周面に均等配置した金
属ピンまたは場合によっては加硫した管部分により適宜
な補強要素を形成することができる。

外環溝部の境界面は先細りの円錐面により形成すること
ができる。そのさい、回転軸の半径方向外に向かうにつ
れ円錐角が小さくなる、少なくとも２組の円錐面を連続
させることができ、この場合賃なる円錐角を有する連続
円錐面間に当該フランジ部表面から成る程度の距離が生
じ、所期の密封効果が向上する。

本発明の密封装置の内室には、運転中という条件の下で
密封流体が詰められる。密封流体は内室から低圧側の方
向に流出することができない。

内室に含まれた密封流体は、被密封軸を一時的に停止さ
せた場合でも前記令ａ域から７＃出しない。それゆえ運
転を再開した場合動的に士下で滑動するシール面の十分
な潤滑がすでに最初から保証されている。

この効果は、境界面が回転軸を基／１１′、に凹面湾曲
している場合、特に効果的に現われる。なぜならこの場
合、溝部に係合したフランジ部の外径範囲で付属の境界
面に対するフランジ部の接触圧が多少弱くなるからであ
る。これにより密封装置の内室に含まれた液体は、活動
シール面に容易に達して潤滑することができる。

別の構成によれば、境界面が回転軸を基（１１こ凹面湾
曲し、その結果境界面し：１回転軸に対する角度が外径
範囲でよりも内径範囲の方で急勾配であり、異なる勾配
が均一に移行し合っている。

この種の密封装置は軸の回転運動に重複して軸方向運動
、半径方向運動および／または角運動が現われる場合の
高圧密封に１．冒こ適している。

内環の密封流体から離れた方のフランジ部は、流体力学
的に働く漏れ液用戻し要素を備えることができる。この
戻し要素は、望ましくは、外環の当該境界面に接触する
シール面にてはなく、フランジ部の外面に設ｉＪる。こ
れにより密封効果が向１する他、密封装置の内部に含ま
れた液体をｉ！Ｉ！続的に循環さ−けることもでき、ｖ
Ｊ的シール帯範囲の加熱防１１−が促進される。

密封装置の内室、特に両フランジ部間の中間室には、す
でに製造時に潤滑剤を詰めておくことができる。潤滑剤
として！Ｊ黒鉛含量約９４％の黒鉛ポリグリコール油混
合物が特に好適であることが判明した。粘度が比較的低
い場合、この混合物の固形物合計は比較的高い。この比
較的高い固形物含尾により、優れた非常回転特性の他、
１分な耐久性も得られる。

適切に使用されている１−分な弾性Ｈ料は、ずべて内環
の製造乙こ使用することができる。ゴムの他特にｌ’ｒ
ＦＩｊ　（ボリテＩ・ラフルオロエチレン）か使用され
る。ただし、被密封軸の表面を内環が（−ばしぽ軸方向
に摺動し、静的シール範囲に１ 成る程度摩耗が生しることがあり、その結果最後には漏
れを牛しる点を考慮−Ｉ！ポ）ばならない。

この理由から、本発明の有利な　構成によれば、フラン
ジ部間の中間室に２次的ばね要素が配；６され、該ばね
要素が弾性初ｊＵｌ応力を受りて中央部の外周面に当接
し、中央部の１員耗お、Ｌび緩和現象は自動的に補償さ
れる。この点に関し、例えばｉｍ常の回転軸シールのシ
ールリップを押圧するのに使用するよ・うな円筒コイル
ばねを用いると、特に有利であることが判明した。

本発明に係る密封装置では、すでに述べたように内環が
軸方向でり１環に案内され、被密封軸の軸方向運動が両
部品間に軸方向で存在する遊隙を上まわるとき、内環し
、ｌ輔を往復滑動する。

そのさい内環の１員傷を防くうえで、円環中央部の半径
方向厚さが溝部低圧側での外環と被密＋ｙ、を軸との間
の距離の少なくとも１４；４ｇであると有利であること
が判明した。

外環は溝部の密封流体から離れた方の側よりも密封？ｊ
ｉｊ体に対向した側の方で内径を犬きくず２ べきである。この場合、運転中という条件の下で溝部内
を循環する液体環の半径方向法がりは、ｌ＾）′部の低
圧側を軸方向で密閉する境界面を越えない。それゆえ漏
れが最初から排除されている。

本発明に係る密封装置は、ごく簡単かつ安価に製造し３
．１１立てることができる。この場合にも存在する動的
シール帯は密封装置のなかにあり、別の実施態様の場合
よりも機械的な点で危険が少なく、Ｉ−下で滑動する構
成部品の特殊な選定および構成により摩擦工学−１−の
観点でもまた十分な密封効果を得るうえでも最適な結果
を達成する可能１７１を密封装置製造業者に与える。

［実施例及び作用１ 添イ」図面に本提案密封装置の幾つかの実施例をあられ
し、以下それを詳しく説明する。

本発明の密封装置では、特殊な構成をとるか否かにかか
わりなく、外環も内環も複数個または１個の受容機械部
品に一般に非可動式に取イ」りである。それゆえ外環と
受容穴との間にも、）■−た内１１３と被密１−・ｌ軸
表面との間にも本来の意味での動的シール帯が存在せず
、別個部品間６′）？Ｐｊ密結合を簡単に達成すること
ができる。

本発明の密封装置でば内環の外向きフランジ部３．４は
弾性初期応力を受ｉＪて常に外環の当該境界面５，６に
当接している。ごのこと番Ｊ一方で内環の特殊形状およ
び外環に対する円環の配置に、そして他方で内環製造に
用いる＋Ａ利の弾性にその原因がある。製造十の制約か
らフランジ部３．４は例えば互いに平行に半径方向外方
に延ばすことができる。外環に嵌込んだとき両フランジ
部が互いに内向きに弾性変形し、そしてその結果溝部境
界面に対し希望どおり弾性接触するよう、フランジ部の
相！ｒ、　ｉ？ｒｉｇ１１が設ｄ１シである。

内環の製造にゴム弾性材料を用いると、弾性ポテンシャ
ルが特に大きくなり、緩和傾向が強いので、しばしば１
１１’Ｉ’Ｉｊ　（ポリテトラフルオロエチレン）の使
用が優先される。

第１図に図示した実施例では、内環２が、ソヨアー硬度
へ７６のゴムからなり、外環ｌばｌ”　Ｔ　Ｆ　ＩＥの
成形品である。外環は内向き乙こ径が拡大した溝部を有
し、該溝部に内環２が挿入しである。

溝部の軸方向両側は、円錐状に構成され互いに収斂した
境界面５，６により限定される。溝部は回転軸に対しそ
れぞれ６０°の角度をなし、内環２の挿入後、内環のフ
ランジ部３．４の互いに内向きのｑｉｔ性変形をひき起
こす。両部品を組立てる前に番Ｊ、フランジ部３．４は
互いに平行である。

内環２の軸方向最大長が外環溝部の軸方向最大伸長より
短（、内環は軸方向でも半径方向でも外環に対し相互移
動できる。

内環２は中央部範囲に半径方向厚さＢを有する。この厚
さの値は、被密封軸表面に対する外環の両側で続いた距
離Ａ、Ｃより大きい。これにより、軸方向で存在する遊
隙用」二に軸が軸方向に変位すると、内環２は被密封軸
表面を軸方向に摺動するが、そのさい溝部の当該境界面
に対するフランジ部３，４の接触圧が本質的影響を受ｉ
Ｊることはない。それゆえ組立作業中でも、５ 外環に対する内環の配置は特別な注意またｃ；＋言ｔ１
整を必要としない。

密封装置の外気に面した側で乙９１、夕１環と被密封軸
表面との間のｉ？Ｉ’ｉ離Ａが密封装置の圧側での対応
する距離Ｃより短い。これにより、軸の回転時に密封装
置の内室を一緒に循環する液体環は、シール間隙を通過
することができない。

内環２の、密封装置の外気に面した側に設りであるフラ
ンジ部３　ｉｌ、その外面に周面に均等配置した戻し要
素たるリブ７を有する。、二のリブは軸の回転時密封装
置内部に含まれた液体を連続的に循環さ・Ｕる。これに
より、動的シール帯範囲に発生ずる熱は容易に隣接機械
部品に伝達され、排出されることができる。

第２図に示した密封装置Ｇよ前述の実施例のものと機能
が同しである。ただしり）環が２部分から構成され、着
脱不可能かつ液密に結合された２個の部分環８．９を有
する。

環９は深絞り薄板ｔｌｉｉ＋からなり、■輩８はプラス
チック成形品からなる。

６ 半径方向内向きに開口した溝部を軸方向で密閉する境界
面は鏡像対称に構成してあり、軸方向で連続した２Ｎ、
■の境界面を有する。この境界面は互いに収斂し、回転
軸に対し内側では８０°、外側では６０°の角度をなし
ている。

この場合でも内環し、１ゴムからなり、製造上の制約か
ら２個の互いに平行なフランジ部３，４を有する。内環
を外環に嵌挿すると、フランジ部し、１図示したように
互いに内向きに屈曲する。

内環２の中央部が二次的ばね要素たる円筒コイルばね１
０により被密封軸表面に押圧されると、内環２と液密１
．１輔表面との間の静的シール効果が促進される。なか
んずく軸のきわめて大きな軸方向変位がしばしば起きる
場合、このことが有利に作用する。

内環と外環との間に残存する中空室に９３．８％の黒鉛
と６．２％のポリグリコール油とからなる潤滑剤が充填
してあり、密封装置は優れた易動性と十分な非常回転特
性とを有し、クランク軸のソールに好適である。

第３図に示した実施例は第２図に示したものと機能が同
しでる。ごの場合外環は焼結青銅からなり、内環ばＰ汗
Ｅからなり、ごの密封装置は耐熱性に特に優れている。

更に外環の内向きに開［１した溝部が軸方向で凹状湾曲
面により制限され、この密１−．１装置は被密封軸の大
きな半径方向変位、軸方向変位および角変位に対し、前
述の実施例のものＪソ上に対抗することができる。この
点に関連して得られる使用特性は、周面に黄銅棒１１を
均等配置して内環２を軸方向で補強するごとにより、イ
く１加的に向上する。密封装置の外面に防１（Ｍリップ
１２を配置することにより密封装置の内室に塵が浸入す
るのが防上され、寿命が一層高まる。

第４図に示した実施例では、密封流体から離れた方のフ
ランジ部３の断面が半径方向り）ツノに延張され、更に
別のシール面を有する円筒部１３で外環に接触している
。

外環の断面ば密封流体に対向した側が段状に構成してあ
り、境界面６は半径方向内側にずれている。これにより
、境界面６に当接した圧倒のフランジ部４番才、外周面
の範囲で支えられ、弾性初期応力を受けて対向するフラ
ンジ部３に当接する。これによりフランジ部３が外環１
の当該境界面５．１４に一層強（押圧され、シール効果
は向上する。付加的に、振動発生時それが減衰され、こ
の場合でも漏れを心配する必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図しＪ単体からなるプラスチック外環を有する本発
明の密封装置の断面図、第２図は第１図のものと同様で
るが外環が２部分からなる密封装置の断面図、第３図は
第２図のものと同様であるが、外環の境界面が凹状湾曲
した密封装置の断面図、第４図はフランジ同士が接触し
た密ト・１装置の断面図である。 １・・・外環 ２・・・内環 ３．４・・・フランジ部 ９ ５．６・・・境界面 ７・・・戻し要素 ８．９・・・部分環 １０・・・二次的ばね要素 １１・・・黄銅棒 １２・・・中央部 出願人代理人　古　谷　馨 同　溝部孝彦 同　古谷　聡 ０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　穴と該穴に’ｒｆｆｌした回転軸との間の隙間のた
   めの密１４装置であって、穴のなかで液密に支承された
   硬質材料からなる外環と軟質斗イ料からなる内環とで構
   成し、外環は内向きに開口し軸方向境界面を２個備えた
   円面溝部を有し、内環は該１１み部の内部で液密にかつ
   捩れを防上して回転軸に支承され円筒中央部及び２個の
   外向き突出フランジ部を有し、該フランジ部が前記境界
   面の各々に接触している密上・Ｉ装置において、境界面
   （５，６）相互間の距離が回転軸の半径方向外方に向か
   うにつれ減少し、各フランジ部（３，４）が境界面（５
   ，６）と滑動当接し、円筒中央部（１２）の外径が少な
   くとも溝部の低圧側では夕１環（１）の内径より大きい
   ことを！１１″徴とする密封装置。 ２　境界面（５，６）を収斂する円錐面により形成する
   ことを特徴とする’ｈＩｉ’ｌ請求の範囲第１項に記載
   の密ｊ−１１装置。 ３　回転軸の半径方向外方に向か１）につれ円錐面の円
   錐角が小さくなる少なくとも２糸［１の円錐面が連続す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の密封
   、す置。 ４　境界面（５，６）が回転軸を占（（店に凸状湾曲す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の密封
   装置。 ５　境界面＜５．６）が回転軸をｊ、（ｆｊｊ；　４；
   １凹状湾曲することを特徴とする特ａ１請求の範囲第１
   項に記載の密封装置。 ６　密封される流体側とは逆側のフランジ部（３）が漏
   出液出？！ｌｔ体式戻し要素（７）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５゛項のいずれか
   に記載の密封装置。 ７　戻し要素（７）をフランジ部（３）の外周面に配置
   したことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の密
   １：４装置。 ８　フランジ部（３，４）の、各境界面（５゜に）に対
   向するシール面は未組込み状態のとき回転軸に対する角
   度が境界面より鋭角であることを′ｌＩｆ徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の密封
   装置。 ９　フランジ部（３，４）間の空隙に潤滑剤を充填した
   ごとを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第８項の
   いずれかに記載の密封装置。 １０　弾性初期応力を受４Ｊて内環（２）の中央部（Ｉ
   ２）の外周面に当接する二次的ばね要素（１０）をフラ
   ンジ部（３，４）間の空隙に配置したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれかに記載の
   密封装置。 １１　二次的ばね要素が円筒コイルばねからなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の密封装置。 １２　中央部の半径方向厚さくＢ）が低圧側の外環と回
   転軸との間の：（Ｉｉ　ｇｌｔ　（Ａ　）の少なくとも
   １゜５倍であることを特徴とする特許請求の範囲第１１
   項に記載の密封装置。 １３　外環の内径は、溝部の密封される流体に対向した
   側の方が密封される流体から離れた側よりも大きいこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１２項のい
   ずれかに記載の密封装置。 １４　密封される流体から乱れたフランジ部（３）は密
   封される流体に対向したフランジ部（４）よりも外径が
   大きいことを４！Ｉ”　ｉｔ？とする特許請求の範囲第
   １３項に記載の密封装置。 １５　中央部（１２）の外径は溝部の低圧側および高圧
   側の外環（１）の内径より大きいことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第１４項のいずれかに記載の密
   封装置。 １６　密封される流体に対向したフランジ部（４）は密
   封される流体から離れた方のフランジ部（３）に接触す
   る境界面（５）とは逆の側面に接触したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第１４項のいずれかに記
   載の密１．１装置。 １７　フランジ部（４）は弾性初期応力を受けてフラン
   ジ部（３）に当接することを特徴とする特許請求の範囲
   第１６項に記載の密封装置。