TW202403204A - 具備金屬製的密封環的密封機構 - Google Patents
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Abstract
用於密封殼體(2)與旋轉軸(3)之間的環狀間隙(4)的密封機構(1)是具備金屬製之密封環(10)。在密封環(10)的圓形內周面(11)上，形成有第一軸滑動面(15)、迷宮式密封形成面(16)、第二軸滑動面(17)。第一、第二軸滑動面(15、17)為預定之表面粗糙度的緞紋面。在迷宮式密封形成面(16)與旋轉軸(3)的圓形外周面(3a)之間形成有迷宮式密封。透過將第一、第二軸滑動面(15、17)設為緞紋面，能夠減小與旋轉軸(3)之間的摩擦阻力，能夠抑制第一、第二軸滑動面(15、17)的磨損、發熱。再者，所得到的密封機構係能夠防止軸線方向的兩方向的漏油。
Description
本發明是關於一種密封機構，密封可相對轉動的軸與殼體之間的環狀間隙。
作為這種密封機構，廣泛地使用油封、密封墊等橡膠製品。橡膠製的油封是在殼體與旋轉軸之間的環狀間隙中、安裝在殼體之側。使油封的密封脣與旋轉軸的外周面接觸，形成將環狀間隙密封的狀態，以防止潤滑油經由環狀間隙洩漏出到殼體外等。脣緣前端相對於旋轉軸的外周面的接觸力是透過橡膠製的油封本體所持有的壓力或配置在油封內部的彈簧的彈簧壓力來控制。
此種具備橡膠製之油封的密封機構中，存在有以下需要解決的課題。
(1)由於使橡膠製的密封脣與金屬製的旋轉軸的外周面接觸，如果密封脣磨損、劣化，則不能形成適當的接觸狀態，將發生漏油。
(2)為了防止漏油，有提高油封向圓周方向的張力(迫緊力)的方法。但是，難以推定因為與金屬(旋轉軸)的接觸力而引起的油封的發熱量或磨耗量，因此，亦難以將迫緊力設定為適當的值。
(3)油封與金屬(旋轉軸)接觸而產生摩擦阻力，從而從接觸部發熱，而發熱將影響製品特性。
(4)由於油封與金屬(旋轉軸)接觸，將對金屬產生傷害，而發生二次性之漏油。
(5)由於一般的油封是需要金屬環或彈簧，特別難以製作出期望為小型、輕量化的製品。
(6)油封的漏油防止部(脣部)是，能夠防止漏油的方向為一個方向，不是作為基本結構而設想為防止兩方向的漏油的結構。
在此，在專利文獻1中，提出了具備密封脣的密閉裝置。在該文獻所記載的密閉裝置中，為了將伴隨橡膠製的密封脣的滑動的摩擦力給降低、抑制磨損，在密封脣的滑動面賦予微細的凹凸，且向該滑動面供給預定黏度的潤滑脂(grease)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2012/127895號
[發明所欲解決之課題]
在具備以往的橡膠製的脣形密封的密封機構中，仍然殘留有在脣形密封滑動面的磨損及發熱、由此引起的密封性之劣化的問題。再者，藉由彈簧力來形成脣形密封相對於旋轉軸的接觸狀態，所以不容易形成適當的接觸狀態(密封狀態)。而且，根據接觸狀態，脣形密封的磨損、發熱的狀態亦將變動，因此維持適當的接觸狀態(密封狀態)亦不容易。
本發明的目的在於，鑒於這種問題點，提供一種密封機構，其能夠消除具備橡膠製之油封的密封機構之缺失。
[用於解決課題之手段]
為了解決上述課題，根據本發明所提供之密封機構，其密封可相對轉動的軸與殼體之間的環狀間隙，
具備金屬製的密封環；
其中，在前述密封環的內周面，沿著軸線方向形成有第一軸滑動面、迷宮式(labyrinth)密封形成面及第二軸滑動面；
前述第一、第二軸滑動面為前述軸的外周面滑動之面，在這些第一、第二軸滑動面上，形成有遍及圓周方向的整體的緞紋面；
在位於前述第一、第二軸滑動面之間的前述迷宮式密封形成面上，是形成有在與前述軸的外周面之間形成迷宮式密封之圓環狀凹部及圓環狀凸部。
在本發明的密封機構中，在金屬製的密封環的內周面上形成軸滑動面(第一、第二軸滑動面)，將軸滑動面作為預定的表面粗糙度的緞紋(satin)面(梨地面)。藉由使軸滑動面為緞紋面，能夠減小該軸滑動面與軸之間的摩擦阻力，而能夠抑制軸滑動面的磨損、發熱。再者，與橡膠製的油封不同，不需要在內部組裝用於使脣形密封與軸的外周面接觸的金屬環或彈簧部件，因此亦容易實現小型輕量化。
另外，在本發明的密封機構中，作為緞紋面的軸滑動面是在微觀上看的情況下，變為微小的油槽，因此亦發揮漏油防止部的功能。在位於軸滑動面之間的迷宮式密封形成面與軸的外周面之間，是形成有迷宮式密封。藉由迷宮式密封與兩側的作為緞紋面的軸滑動面的漏油防止功能，在軸線方向的兩方向皆防止了漏油。
在此，較佳地，本發明的密封機構更具備安裝用環，安裝在前述密封環、並位於該密封環與前述殼體之間，該安裝用環是由可彈性變形的材料或可伸縮的材料來形成。藉由安裝用環的彈性位移或伸縮，可以吸收軸、殼體、密封環的尺寸誤差、組裝誤差或對位誤差等的誤差。再者，還能夠緩和旋轉時密封環與軸之間的餘隙(clearance)變化或偏心的影響等。
再者，形成在軸滑動面上的緞紋面可以為最大高度Ry為3μm~15μm左右的表面粗糙度之面。在此情況下，金屬製之密封環的軸滑動面與軸的外周面之間的間隙尺寸可以設定為5μm~15μm。
[發明之效果]
在本發明的密封機構中，將形成在金屬製的密封環的內周面上的軸滑動面(第一、第二軸滑動面)做成為緞紋面，並且在軸滑動面之間配置迷宮式密封。由此，能夠抑制軸滑動面的磨損、發熱，再者，能夠防止軸線方向的兩方向的漏油。
以下，將參照圖式，說明適用本發明的密封機構的實施方式。如圖1、2所示，根據實施方式的密封機構1是用於將形成在殼體2與旋轉軸3之間的圓環狀的間隙4給密封的機構。密封機構1是具備金屬製的密封環10與安裝用環20，安裝用環20係為與此密封環10的外周部同軸地安裝的圓環形狀、為橡膠製或樹脂製。安裝用環20係被配置在密封環10與殼體2之間。密封環10是經由安裝用環20安裝在殼體2上。另外，在密封環10中，是使用例如SS材(一般結構用軋延鋼材)、SC材(機械結構用碳鋼)、SCr材(鉻鋼)、SCM材(鉻鉬鋼)、SNC材(鎳鉻鋼)、SNCM材(鎳鉻鉬鋼)等鋼鐵材料。
密封環10是矩形截面的環，具備圓形內周面11、圓形外周面12、面向圓環狀的間隙4的內部的為圓環形狀的內側端面13、以及相反側的為圓環形狀的外側端面14。在圓形內周面11上，沿著軸線1a的方向，從內側端面13之側朝向外側端面14，依序形成有第一軸滑動面15、迷宮式密封形成面16及第二軸滑動面17。
第一軸滑動面15及第二軸滑動面17是旋轉軸3的圓形外周面3a能夠滑動的圓形內周面。第一軸滑動面15是從內側端面13於軸線1a的方向上為一定之寬度的圓形內周面，第二軸滑動面17是從外側端面14於軸線1a的方向上為一定之寬度的圓形內周面。第一、第二軸滑動面15、17為預定之表面粗糙度的緞紋面。
在第一、第二軸滑動面15、17之間的迷宮式密封形成面16上，是形成有兩條圓環狀凹部18a、18b與位於這些圓環狀凹部18a、18b之間的圓環狀凸部19。圓環狀凹部18a、18b為一定之寬度且一定之深度的矩形截面的凹部，在內周側(旋轉軸側)呈開口。形成在這些圓環狀凹部18a、18b之間的圓環狀凸部19為一定之寬度且一定之高度的矩形截面的凸部，在該圓環狀凸部19的內周面與旋轉軸3的圓形外周面3a之間形成有預定的間隙。在這些圓環狀凹部18a、18b及圓環狀凸部19與旋轉軸3的圓形外周面3a之間，構成有迷宮式密封件。另外，迷宮式密封形成面16的構成、即圓環狀凹部及圓環狀凸部的數量、寬度、高度(深度)並非實施方式所要限制者。
密封環10的圓形內周面11及旋轉軸3的圓形外周面3a是實施有氮化處理、感應淬火、滲碳處理、塗層等表面處理，而提高了表面硬度。再者，密封環10的圓形內周面11在進行表面處理而提高了表面硬度之後，實施緞紋面加工。緞紋面例如為通過珠擊(shot blasting)來形成。在此，根據旋轉條件，旋轉軸3的圓形外周面3a之中與密封環10相對的外周面部分也成為緞紋面。形成在密封環10的第一、第二軸滑動面15、17上的緞紋面可以是最大高度Ry為3μm~15μm左右的表面粗糙度的面。在此情況下，第一、第二軸滑動面15、17與旋轉軸3的圓形外周面3a之間的間隙尺寸可以為5μm~15μm。
接著，上述構成的金屬製的密封環10經由安裝用環20安裝在殼體2上。安裝用環20是由橡膠材料或樹脂材料構成的部件，能夠彈性變形或伸縮。安裝用環20是具備一定之厚度的圓筒部21、及從該圓筒部21的一端以直角彎曲並向半徑方向的內側延伸的一定之厚度的圓環狀端部22。圓筒部21是從半徑方向被夾在殼體2的圓形內周面2a與密封環10的圓形外周面12之間，而圓環狀端部22是從軸線方向被夾在殼體2的圓環狀內周端面2b與密封環10的內側端面13之間。
殼體2、旋轉軸3、密封環10中，產生有尺寸誤差、組裝誤差、對位誤差等誤差。另外，在旋轉軸3旋轉時，有時會發生密封環10與旋轉軸3之間的間隙尺寸之變動、旋轉軸3的偏心等。經由橡膠製或樹脂製的安裝用環20將金屬製的密封環10安裝在殼體2的圓形內周面2a上時，藉由安裝用環20的彈性變形或伸縮，上述之誤差將被吸收，另外，間隙尺寸的變動、偏心等的影響將被緩和。
根據具備本例的金屬製的密封環10的密封機構1，如下所列舉，能夠消除以往的具備橡膠製的油封之密封機構的問題。
(1)由於使橡膠製的油封與金屬製的旋轉軸的外周面接觸，當橡膠製的油封磨損、劣化時，會發生漏油。
與此相對，在本例的密封機構1中，藉由進行了高硬度表面處理的金屬製的密封環10的第一、第二軸滑動面15、17設為緞紋面，防止這些第一、第二軸滑動面15、17的磨損。緞紋面是在微觀上看的情況下，變為微小的油槽，因此具備防止漏油的功能。藉由金屬彼此的接觸之磨合，不會產生橡膠製之油封般的劣化。
(2)為了防止漏油，有提高油封向圓周方向的張力(迫緊力)的方法。但是，難以推定因為與金屬(旋轉軸)的接觸力而引起的油封的發熱量或磨耗量，因此，亦難以將迫緊力設定為適當的值。
與此相對，在本例的密封機構1中，不需要如油封般要用朝向圓周方向的張力(迫緊力)來控制。因此，存在有發熱或磨耗量容易地推定的優點。
(3)藉由油封與金屬(旋轉軸)接觸而產生摩擦阻力，從接觸部發熱，隨之影響波及到製品特性。
與此相對，在本例的密封機構1中，藉由將金屬製的密封環10的第一、第二軸滑動面15、17設為緞紋面，第一、第二軸滑動面15、17與旋轉軸3之間的摩擦阻力將變少，能夠進行平順(smooth)之動作，也能夠抑制滑動部分的發熱。
(4)由於油封與金屬(旋轉軸)接觸，將對金屬產生傷害，而發生二次性之漏油。油封脣部的前端與旋轉軸線有線接觸，而產生「裂痕」。
與此相對，在本例的密封機構1中，在組裝金屬製的密封環10時，藉由向此金屬製的密封環10與旋轉軸3的圓形外周面3a之間供給潤滑油(塗佈潤滑脂)，能夠防止因金屬間的磨合而產生「初期磨損」或「裂痕」。
另外，金屬製的密封環10的第一、第二軸滑動面15、17是緞紋面，相對於旋轉軸3的圓形外周面3a係以點接觸狀態接觸，因此抑制了伴隨滑動而產生的「裂痕」。
(5)一般的油封在製作橡膠部時需要模具，改變尺寸並不容易。特別是，由於在油封的內部組裝有金屬環、彈簧部件，小型化並不容易，從而難以製作出期望為小型化、輕量化的製品。
與此相對，在本例的密封機構1中，使用金屬製的密封環10。在金屬製的密封環10中，由於沒有組裝至內部的部件，不容易受到尺寸的制約。因此，與橡膠製的密封環相比，有利於小型化。
(6)油封的漏油防止部(脣部)是，能夠防止漏油的方向為一個方向，不是作為基本結構而設想為防止兩方向的漏油的結構。
與此相對，在本例的密封機構1中，形成有緞紋面的第一、第二軸滑動面15、17是在點接觸狀態下與旋轉軸3的圓形外周面3a接觸，在防止漏油功能上並沒有方向性，因此能夠防止軸方向之兩方向的漏油。
1:密封機構
2:殼體
3:旋轉軸
4:間隙
10:密封環
11:圓形內周面
12:圓形外周面
13:內側端面
14:外側端面
15:第一軸滑動面
16:迷宮式密封形成面
17:第二軸滑動面
19:圓環狀凸部
20:安裝用環
21:圓筒部
22:圓環狀端部
18a:圓環狀凹部
18b:圓環狀凹部
1a:軸線
2a:圓形內周面
2b:圓環狀內周端面
3a:圓形外周面
[圖1]是表示適用本發明的密封機構的一例的概略半剖視圖。
[圖2]是表示圖1的密封機構的主要部分的說明圖。
1:密封機構
1a:軸線
2:殼體
2a:圓形內周面
2b:圓環狀內周端面
3:旋轉軸
3a:圓形外周面
4:間隙
10:密封環
11:圓形內周面
12:圓形外周面
13:內側端面
14:外側端面
15:第一軸滑動面
16:迷宮式密封形成面
17:第二軸滑動面
18a:圓環狀凹部
18b:圓環狀凹部
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20:安裝用環
21:圓筒部
22:圓環狀端部
Claims (6)
- 一種密封機構，密封可相對轉動的軸與殼體之間的環狀間隙，其特徵在於： 具備金屬製的密封環； 其中，在前述密封環的內周面，沿著軸線方向形成有第一軸滑動面、迷宮式(labyrinth)密封形成面及第二軸滑動面； 前述第一、第二軸滑動面為前述軸的外周面滑動之面，在這些第一、第二軸滑動面上，形成有遍及圓周方向的整體的緞紋面； 在位於前述第一、第二軸滑動面之間的前述迷宮式密封形成面上，是形成有在與前述軸的外周面之間形成迷宮式密封之圓環狀凹部及圓環狀凸部。
- 如請求項1所述之密封機構，更具備： 安裝用環，安裝在前述密封環、並位於該密封環與前述殼體之間； 前述安裝用環是由可彈性變形的材料或可伸縮的材料來形成。
- 如請求項2所述之密封機構，其中， 前述安裝用環是橡膠製環或樹脂製環，其具備從半徑方向夾在前述密封環與前述殼體之間的部分、以及從軸線方向夾在前述密封環與前述殼體之間的部分。
- 如請求項1所述之密封機構，其中， 前述緞紋面是最大高度Ry為3μm~15μm左右的表面粗糙度的面。
- 如請求項3所述之密封機構，其中， 前述第一、第二軸滑動面與前述軸的外周面之間的間隙尺寸為5μm~15μm。
- 如請求項1所述之密封機構，更具備： 安裝用環，安裝在前述密封環、並位於該密封環與前述殼體之間； 其中，前述安裝用環是： 由可彈性變形或可伸縮的橡膠材料或樹脂材料來形成；且 具備從半徑方向夾在前述密封環與前述殼體之間的部分、以及從軸線方向夾在前述密封環與前述殼體之間的部分； 前述緞紋面是最大高度Ry為3μm~15μm的表面粗糙度的面； 前述第一、第二軸滑動面與前述軸的外周面之間的間隙尺寸為5μm~15μm。
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