WO2020230545A1 - シール装置 - Google Patents

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WO2020230545A1
WO2020230545A1 PCT/JP2020/017171 JP2020017171W WO2020230545A1 WO 2020230545 A1 WO2020230545 A1 WO 2020230545A1 JP 2020017171 W JP2020017171 W JP 2020017171W WO 2020230545 A1 WO2020230545 A1 WO 2020230545A1
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WO
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cap
rotating shaft
lip seal
seal
inner diameter
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PCT/JP2020/017171
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English (en)
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Inventor
宏樹 大島
Original Assignee
イーグル工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3204—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip
    • F16J15/3232—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip having two or more lips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings

Definitions

  • the present invention relates to a sealing device.
  • a lip-type shaft sealing device is used to obtain the desired sealing performance by using the pressure of the fluid.
  • a lip-type sealing device used in a compressor that constitutes a car air conditioner has a sliding portion of a lip seal formed of elastic rubber that is slidably contacted with a shaft so that the refrigerant inside the machine is brought into the atmosphere side. Prevents leakage.
  • Patent Document 1 includes first to third lip seals in order from the inside of the machine, and the first lip seal and the second lip seal are directed from the outer diameter to the inner diameter.
  • the third lip seal extends from the outer diameter to the inner diameter toward the atmosphere. Further, the first to third lip seals are integrated on the outer diameter side.
  • the first lip seal and the second lip seal axially seal the refrigerant inside the machine, while the third lip seal prevents the outside air from entering the inside of the machine from the atmosphere side. It has become. Therefore, even if the inside of the machine becomes negative pressure during the operation of the compressor, the suction of outside air can be suppressed, and the air conditioner can be operated without lowering the freezing efficiency.
  • JP-A-2018-17161 (Pages 6-8, Fig. 2)
  • the present invention has been made by paying attention to such a problem, and provides a sealing device capable of suppressing the ingress of outside air from the atmosphere side to the inside of the machine and relatively rotating the rotating shaft body with a small torque. It is a thing.
  • the sealing device of the present invention A sealing device that seals an annular gap between a rotating shaft body that rotates relatively and a housing by a first lip seal.
  • a cap seal having a ring-shaped thin plate at least on the inner diameter side is provided, and the inner diameter of the cap seal is the same as the outer diameter of the rotating shaft body or larger than the rotating shaft body.
  • the inner surface of the cap seal may be formed parallel to the outer peripheral surface of the rotating shaft body in the axial direction. According to this, the gap between the cap seal and the rotating shaft body is formed so as to extend in the axial direction, and since the gap is long in the axial direction, the intrusion of outside air from the atmosphere side to the inside of the machine can be reliably suppressed.
  • the inner diameter of the cap seal may be larger than the outer diameter of the rotating shaft body. According to this, since it is difficult for the cap seal to come into contact with the rotating shaft body that rotates relative to each other, the rotating shaft body can be relatively rotated with less torque.
  • the cap seal may be arranged closer to the atmosphere than the first lip seal. According to this, the cap seal can prevent the air and the dust on the atmospheric side from entering the first lip seal.
  • the second lip seal may be arranged closer to the atmosphere than the cap seal. According to this, between the first lip seal and the second lip seal located between the inside of the machine and the atmosphere side, the first lip seal-cap seal section and the cap seal-second lip seal section 2 by the cap seal. Since it is divided into two sections and the pressure changes stepwise in the two sections, it is possible to suppress the load due to the pressure of the fluid to be sealed on the second lip seal.
  • the cap seal may be arranged inside the machine more than the first lip seal. According to this, the pressure fluctuation of the fluid to be sealed inside the machine can be alleviated by the cap seal, and the load due to the momentary pressure fluctuation on the first lip seal can be suppressed.
  • the cap seal may be made of PTFE (polytetrafluoroethylene). According to this, since PTFE has low frictional properties, the frictional resistance between the cap seal and the rotating shaft can be reduced. Further, when the cap seal is arranged closer to the atmosphere than the first lip seal, it is more effective because the cap seal is arranged at a place where the fluid to be sealed is difficult to be supplied and the lubrication is poor.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the front side of the paper surface in FIG. 1 is the front side, and the vertical and horizontal directions when viewed from the front side are used as a reference.
  • the left side is the atmosphere side A
  • the right side is the inside L of the machine
  • the upper side is the outer diameter side
  • the lower side is the inner diameter side. It is explained as.
  • the sealing device 1 includes a first lip seal 4, a second lip seal 7, a cap 10 as a cap seal, and the first lip seal 4, the second lip seal 7, and the cap 10. It is mainly composed of a backup ring 8 and a skeleton ring 6 which play a role of strength assistance and movement regulation, and a sealing device 1 which unitizes these is mounted in a housing 3 and a first lip seal 4 and a second.
  • the lip seal 7 seals the annular gap between the rotating shaft 2 as the rotating shaft and the housing 3 to prevent the refrigerant inside the machine from leaking to the atmosphere side A (see FIG. 2).
  • the first lip seal 4, the second lip seal 7, and the cap 10 are arranged in order from the inside L of the machine to the atmosphere side A. Further, as the refrigerant inside the machine L, alternative chlorofluorocarbons such as HCFC (hydrochlorofluorocarbon) and HFC (hydrofluorocarbon), carbon dioxide gas and the like are used.
  • HCFC hydrochlorofluorocarbon
  • HFC hydrofluorocarbon
  • the first lip seal 4 is formed of hydrogenated nitrile rubber, nitrile rubber, fluorine rubber, ethylene propylene rubber, etc., and has a main body 41 on the outer diameter side and a leg 43 extending from the main body 41 to the inside L of the machine. It is mainly composed of a tip portion 42 located on the inner diameter side of the leg portion 43 and continuous with the leg portion 43.
  • a metal skeleton ring 6 having a substantially U-shaped cross-sectional view is internally provided in a main body portion 41 having a substantially U-shaped cross-sectional view, and the skeleton ring 6 has a base portion 61 extending in the axial direction and the base portion.
  • the main body 41 is formed with a fitting recess 41a by a horizontal portion extending in the axial direction and a pair of hanging portions extending toward the inner diameter side from each end of the machine inside L and the atmosphere side A of the horizontal portion. .. Further, the sliding portion 42a formed on the inner diameter side of the tip portion 42 slides with respect to the rotating shaft 2 (see FIG. 2).
  • the second lip seal 7 is a member made of PTFE (polytetrafluoroethylene), and includes a root portion 71 extending in the radial direction and an extending portion 72. Further, the extension portion 72 extends to the inside L of the machine, and the sliding portion 72a formed on the inner diameter side of the extension portion 72 slides with respect to the rotating shaft 2 (see FIG. 2). ..
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the cap 10 is a member made of PTFE and has a ring shape having a rectangular cross section, and an inner diameter surface 12 as an inner surface thereof is formed parallel to the outer peripheral surface of the axial rotation shaft 2. Further, since the inner diameter of the cap 10 is slightly larger than the outer diameter of the rotating shaft 2, the inner diameter surface 12 is not in contact with the rotating shaft 2, and there is a slight annular gap between the cap 10 and the rotating shaft 2. 13 is formed (see FIG. 2). At this time, the radial dimension ⁇ of the gap 13 is smaller than the radial dimension R of the cap 10 ( ⁇ ⁇ R), preferably smaller than 1/5 of the radial dimension R of the cap 10 ( ⁇ ⁇ R / 5).
  • the radial dimension ⁇ of the gap 13 is smaller than the axial dimension W of the sliding portion 42a of the first lip seal 4 ( ⁇ ⁇ W), preferably 1/2 of the axial dimension W of the sliding portion 42a. It is smaller than ( ⁇ ⁇ W / 2), and more preferably smaller than 1/4 of the axial dimension W of the sliding portion 42a ( ⁇ ⁇ W / 4) (see FIG. 2). Since the inner diameter surface 12 does not come into contact with the rotating shaft 2 and is not tightened in the inner diameter direction, the sealing device 1 can be easily mounted in the housing 3.
  • the root portion 71 of the second lip seal 7, the outer diameter portion 81 extending in the axial direction of the backup ring 8, and the root portion 11 of the cap 10 are housed in the fitting recess 41a of the main body portion 41 of the first lip seal 4. It is sandwiched in the axial direction by the main body 41 and the skeleton ring 6. In this way, the first lip seal 4, the second lip seal 7, the backup ring 8, and the cap 10 are unitized to form the seal device 1, and the seal device 1 is mounted in the housing 3. (See Fig. 2).
  • the leg portion 43 of the first lip seal 4 is elastically restored by being bent toward the inside L of the machine.
  • the leg portion 43 and the sliding portion 42a are pressed against the rotating shaft 2 in the inner diameter direction and toward the atmosphere side A by the force and the pressure of the refrigerant inside the machine L, and the tip portion 42 is partially crushed.
  • the sliding portion 42a of the first lip seal 4 is in sliding contact. According to this, since the first lip seal 4 seals between the rotating shaft 2 and the housing 3, it is possible to suppress leakage of the refrigerant to the atmosphere side A.
  • the extension portion 72 of the second lip seal 7 also has an inner diameter of the extension portion 72 due to the elastic restoring force due to being bent toward the inside L of the machine and the pressure of the refrigerant passing through a part of the first lip seal 4. Pressed in the direction and toward the atmosphere side A, the sliding portion 72a of the second lip seal 7 is in sliding contact with the rotating shaft 2. According to this, since the second lip seal 7 is arranged in addition to the first lip seal 4, leakage of the refrigerant to the atmosphere side A can be reliably suppressed.
  • the outside air on the atmospheric side A tries to enter the machine inside L due to the differential pressure, but it is formed between the inner diameter surface 12 of the cap 10 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 2. Since the width in the radial direction is narrow in the gap 13, the inflow resistance of the fluid is generated by the throttle effect, so that the inflow of the outside air can be suppressed. In addition, the inflow of outside air can also be suppressed by the circumferential flow of gas in the gap 13 and its vicinity generated by the inertia caused by the rotation of the rotating shaft 2. Further, since the gap 13 is formed in the axial direction of the cap 10, in other words, in the width direction, the above two effects can be sufficiently exerted. Therefore, the inflow of outside air can be suppressed by the cap 10 even if the lip seal extending from the outer diameter to the inner diameter toward the atmosphere side A is not provided.
  • the first lip seal 4 is deformed so as to slightly rise in the outer diameter direction, but the sliding portion 42a is in contact with the rotating shaft 2 and slides in a sealed state. Can be maintained. Further, since the second lip seal 7 is arranged on the cap 10 side of the first lip seal 4, the leakage of the refrigerant to the atmosphere side A can be reliably suppressed.
  • the gap 13 is formed between the inner diameter surface 12 of the cap 10 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 2, it is difficult for the cap 10 to come into contact with the rotating shaft 2 which rotates relative to the rotating shaft 2, and the frictional resistance is small.
  • the rotating shaft 2 can be activated by, and the power load of the device can be reduced.
  • the sealing device 1 since the sealing device 1 has a ring shape having a rectangular cross section and has a cap 10 having an inner diameter larger than that of the rotating shaft 2, it is formed between the cap 10 and the rotating shaft 2. Due to the throttle effect in the narrow gap 13, the intrusion of outside air from the atmosphere side A to the inside L of the machine can be suppressed. Further, since the cap 10 is hard to come into contact with the rotating shaft 2 that rotates relative to each other and the frictional resistance is small, the rotating shaft 2 can be started with a small torque.
  • the inner diameter surface 12 of the cap 10 is formed parallel to the outer peripheral surface of the axial rotation shaft 2. According to this, the gap 13 between the cap 10 and the rotating shaft 2 is formed so as to extend in the axial direction, and the gap 13 is long in the axial direction, so that the outside air can surely enter from the atmosphere side A to the inside L of the machine. Can be suppressed.
  • the cap 10 since the cap 10 is arranged closer to the atmosphere side A than the first lip seal 4, the cap 10 can prevent the atmosphere and dust on the atmosphere side A from entering the first lip seal 4.
  • the cap 10 is made of PTFE and the PTFE has low frictional properties, the frictional resistance between the cap 10 and the rotating shaft 2 can be reduced. Further, when the cap 10 is arranged closer to the atmosphere side A than the first lip seal 4, the cap 10 is arranged at a position where the refrigerant is difficult to be supplied and the lubrication is poor, which is more effective.
  • the cap 10 has a rectangular cross section and does not abut on the rotating shaft 2, the mounting length in the axial direction can be shortened, and the configuration of the sealing device can be reduced.
  • a modified example 1 of the first embodiment will be described.
  • the same components as those shown in the above embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
  • the inner diameter of the cap 10A is slightly larger than the outer diameter of the rotating shaft 2, and a gap 13A is formed.
  • a plurality of annular concave grooves 14a are provided on the inner diameter surface 12A of the cap 10A, and an annular space 14b is formed between the plurality of annular concave grooves 14a and the outer peripheral surface of the rotating shaft 2. According to this, since the inner diameter surface 12A of the cap 10A has a labyrinth structure, the inflow of fluid can be suppressed more than the flat surface.
  • a modified example 2 of the first embodiment will be described.
  • the same components as those shown in the above embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
  • the inner diameter side of the cap 10B is tapered, that is, the axial width is narrowed toward the inner diameter, and the inner diameter portion forms the inner diameter surface 12B.
  • the inner diameter of the cap 10B is larger than the outer diameter of the rotating shaft 2, and a gap 13B is formed between the inner diameter surface 12B and the outer peripheral surface of the rotating shaft 2.
  • the cross-sectional shape of the cap does not have to be rectangular as shown in the first embodiment.
  • the sealing device 101 includes a first lip seal 104, a second lip seal 107, a cap 110, and strength assistance of the first lip seal 104, the second lip seal 107, and the cap 110.
  • the first backup ring 105, the second backup ring 108, the L-shaped rings 109a, 109b, and the skeleton ring 106 which play the role of movement regulation, are mainly composed of the seal device 101, which is a unitized seal device 101, inside the housing 3. It is attached to.
  • the first lip seal 104, the cap 110, and the second lip seal 107 are arranged in order from the inside L of the machine to the atmosphere side A.
  • the first lip seal 104 and the second lip seal 107 seal between the rotating shaft 2 and the housing 3 in the same manner as in the first embodiment. Further, as described in the first embodiment, the cap 110 is moved from the atmosphere side A to the inside L of the machine by forming a gap 113 between the inner diameter surface 112 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 2. It is possible to suppress the ingress of outside air and the ingress of refrigerant from the inside L of the machine to the atmosphere side A.
  • the cap 110 is arranged between the first lip seal 104 and the second lip seal 107, the first lip seal located between the machine inside L and the atmosphere side A.
  • the section between 104 and the second lip seal 107 is divided into two sections, the first lip seal 104-cap 110 section and the cap 110-second lip seal 107 section, by the cap 110, and the pressure is gradually applied in the two sections. Change will occur. At this time, the load due to the pressure of the refrigerant on the second lip seal 107 can be suppressed as compared with the case where the cap 110 is not arranged between the first lip seal 104 and the second lip seal 107.
  • Example 1 the sealing device according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 7. It should be noted that the same configuration as in Examples 1 and 2 and the duplicate description will be omitted. Modifications 1 and 2 of Example 1 may be applied to this example.
  • the sealing device 201 includes a first lip seal 204, a second lip seal 207, a cap 210, and strength assistance of the first lip seal 204, the second lip seal 207, and the cap 210.
  • the sealing device 201 which is mainly configured and unitized by these, is mounted in the housing 3. Further, the cap 210, the first lip seal 204, and the second lip seal 207 are arranged in order from the inside L of the machine to the atmosphere side A.
  • the first lip seal 204 and the second lip seal 207 seal between the rotating shaft 2 and the housing 3 in the same manner as in the first and second embodiments. Further, as described in Examples 1 and 2, in the cap 210, a gap 213 is formed between the inner diameter surface 212 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 2, so that the air side A to the inside L of the machine It is possible to suppress the ingress of outside air into the aircraft and the ingress of refrigerant from the inside L to the atmosphere side A.
  • the cap 210, the first lip seal 204, and the second lip seal 207 are arranged in this order from the inside L of the machine to the atmosphere side A, and the cap 210 is a refrigerant from the inside L of the machine to the atmosphere side A.
  • the pressure fluctuation of the refrigerant inside the machine L can be alleviated, and the load on the first lip seal 204 due to the momentary pressure fluctuation can be suppressed.
  • the sealing device is provided with the first lip seal and the second lip seal, but the present invention is not limited to this, and only the first lip seal may be provided.
  • the rotating shaft 2 is described as an example of the rotating shaft body of the present invention, the rotating shaft body may be composed of the rotating shaft and a sleeve fixed to the rotating shaft.
  • the case where the rotating shaft 2 rotates has been described, the case is not limited to this, and the housing 3 may rotate relative to the rotating shaft 2.
  • the inner diameter of the cap is not limited to the case where the inner diameter is larger than the outer diameter of the rotating shaft 2, and may be the same diameter. According to this, since the space between the cap and the rotating shaft 2 is substantially closed, the ingress of outside air from the atmosphere side A to the inside L of the machine can be suppressed.
  • the cap has a rectangular cross section and a thin ring shape from the inner diameter side to the outer diameter side, but the present invention is not limited to this, and at least the inner diameter side of the cap has a cross-sectional view plate shape. At least the part on the inner diameter side may have a thin plate-like ring shape.
  • the sealing device includes a first backup ring, a second backup ring, a skeleton ring, an L-shaped ring, a spacer, an outer diameter ring, and an O-ring in all the embodiments.
  • the shape, size, and arrangement may not be the same as in the embodiment, some members may be omitted as appropriate, or new members may be added as appropriate.
  • first lip seal is made of rubber and the second lip seal and cap are made of PTFE, the present invention is not limited to this, and for example, all may be made of rubber.
  • Sealing device 2 Rotating shaft (Rotating shaft body) 3 Housing 4 1st lip seal 7 2nd lip seal 10 Cap (cap seal) 10A Cap 10B Cap 12 Inner diameter surface (inner surface) 12A Inner diameter surface 12B Inner diameter surface 13 Gap 13A Gap 13B Gap 101 Sealing device 104 1st lip seal 107 2nd lip seal 110 Cap 112 Inner diameter surface 113 Gap 201 Sealing device 204 1st lip seal 207 2nd lip seal 210 Cap 212 Inner diameter surface 213 Gap A Atmosphere side L Inside the machine

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Abstract

大気側から機内側への外気の進入を抑制できるとともに小さいトルクで回転軸体を相対回転させることができるシール装置を提供する。　第１リップシール４により、相対的に回転する回転軸体２とハウジング３との間の環状隙間をシールするシール装置１であって、少なくとも内径側の部位が薄板状のリング形状であるキャップシール１０を備え、該キャップシール１０の内径は回転軸体２の外径と同一径または回転軸体２よりも大径である。

Description

シール装置
　本発明は、シール装置に関する。
　流体の漏洩を防止するシール装置として、流体の圧力を利用して所期の密封性能を得るためリップ型軸封装置が用いられている。例えば、カーエアコンを構成するコンプレッサに用いられるリップ型のシール装置は、弾性を有するゴムにより形成されるリップシールの摺動部を軸に摺接させることで、機内側の冷媒の大気側への漏洩を防止している。
　このような、コンプレッサのシール装置の一例として特許文献１には、機内側から順に第１～第３リップシールが備えられており、第１リップシール及び第２リップシールは外径から内径に向けて機内側に延び、第３リップシールは外径から内径に向けて大気側に延びている。また、第１～第３リップシールは外径側で一体となっている。
　このようなシール装置にあっては、第１リップシール及び第２リップシールにより機内側の冷媒を軸封する一方で、第３リップシールにより大気側から機内側への外気の進入を防止できるようになっている。そのため、コンプレッサの運転中に機内側が負圧になっても、外気の吸い込みを抑制でき、エアコンの冷凍効率を下げることなく運転させることが可能となる。
特開２０１８－１７１６１号公報（第６～８頁、第２図）
　しかしながら、第３リップシールは軸に対して締め付けられていることから、軸を回転させる際の摩擦抵抗が大きく、高いトルクを必要とするため、コンプレッサにかかる動力負荷が大きくなる問題がある。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、大気側から機内側への外気の進入を抑制できるとともに小さいトルクで回転軸体を相対回転させることができるシール装置を提供するものである。
　前記課題を解決するために、本発明のシール装置は、
　第１リップシールにより、相対的に回転する回転軸体とハウジングとの間の環状隙間をシールするシール装置であって、
　少なくとも内径側の部位が薄板状のリング形状であるキャップシールを備え、該キャップシールの内径は前記回転軸体の外径と同一径または前記回転軸体よりも大径である。
　これによれば、キャップシールと回転軸体との間が略閉塞されることにより、またはキャップシールと回転軸体との間に形成される狭い隙間における絞り効果により、大気側から機内側への外気の進入を抑制できる。さらに、相対回転する回転軸体に対するキャップシールの摩擦抵抗が小さいため、小さいトルクで回転軸体を起動させることができる。
　前記キャップシールの内面は、軸方向視前記回転軸体の外周面に平行に形成されていてもよい。
　これによれば、キャップシールと回転軸体との間の隙間が軸方向に延びて形成され、該隙間が軸方向に長いため、大気側から機内側への外気の進入を確実に抑制できる。
　前記キャップシールの内径は、前記回転軸体の外径よりも大径であってもよい。
　これによれば、キャップシールが相対回転する回転軸体に接触しにくいため、より少ないトルクで回転軸体を相対回転させることができる。
　前記キャップシールは、前記第１リップシールよりも大気側に配置されていてもよい。
　これによれば、キャップシールにより第１リップシールへの大気及び大気側のダストの進入を防止できる。
　前記キャップシールよりも大気側に、第２リップシールが配置されていてもよい。
　これによれば、機内側と大気側との間に位置する第１リップシール－第２リップシール間を、キャップシールにより第１リップシール－キャップシール区間とキャップシール－第２リップシール区間の２つの区間に分けられ、該２つの区間において段階的に圧力の変化が生じるため、第２リップシールへの被密封流体の圧力による負荷を抑制することができる。
　前記キャップシールは、前記第１リップシールよりも機内側に配置されていてもよい。
　これによれば、キャップシールにより機内側の被密封流体の圧力変動を緩和でき、第１リップシールへの瞬間的な圧力変動による負荷を抑制することができる。
　前記キャップシールは、PTFE(polytetrafluoroethylene)製であってもよい。
　これによれば、PTFEは低摩擦性を有するため、キャップシールと回転軸体との摩擦抵抗を小さくすることができる。また、キャップシールが第１リップシールよりも大気側に配置される場合、被密封流体が供給されにくく貧潤滑となる箇所にキャップシールが配置されるため一層有効である。
本発明の実施例１におけるシール装置を示す断面図である。 シール装置がハウジング内に装着された状態を示す断面図である。 シール装置の使用状態を説明する拡大断面図である。 実施例１におけるキャップの変形例１を示す拡大断面図である。 実施例１におけるキャップの変形例２を示す拡大断面図である。 本発明の実施例２におけるシール装置を示す断面図である。 本発明の実施例３におけるシール装置を示す断面図である。
　本発明に係るシール装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
　実施例１に係るシール装置につき、図１～５を参照して説明する。以下、図１の紙面前方側を正面とし、その前方側から見たときの上下左右方向を基準とし、左側を大気側Ａ、右側を機内側Ｌ、上側を外径側、下側を内径側として説明する。
　図１に示されるように、シール装置１は、第１リップシール４と、第２リップシール７と、キャップシールとしてのキャップ１０と、これら第１リップシール４、第２リップシール７及びキャップ１０の強度補助及び移動規制の役割を担うバックアップリング８及び骨格リング６と、から主に構成されており、これらをユニット化したシール装置１はハウジング３内に装着され第１リップシール４及び第２リップシール７により回転軸体としての回転軸２とハウジング３との環状隙間をシールし、機内側Ｌの冷媒の大気側Ａへの漏洩を防いでいる（図２参照）。このように、第１リップシール４、第２リップシール７及びキャップ１０は機内側Ｌから大気側Ａに順に配置されている。また、機内側Ｌの冷媒としては、HCFC（hydrochlorofluorocarbon）、HFC（hydrofluorocarbon）のような代替フロンや、炭酸ガス等が使用される。
　第１リップシール４は水素化ニトリルゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム等により形成されており、外径側の本体部４１と、該本体部４１から機内側Ｌに延びる脚部４３と、該脚部４３の内径側にあり脚部４３と連続している先端部４２と、によって主に構成されている。断面視倒立略Ｕ字状の本体部４１には断面視倒立略Ｕ字状の金属製の骨格リング６が内設されており、該骨格リング６は、軸方向に延びる基部６１と、該基部６１の機内側Ｌ及び大気側Ａの各端部より内径側へ延びる脚部６２，６３とを備えている。本体部４１には、軸方向に延びる水平部と、該水平部の機内側Ｌ及び大気側Ａの各端部より内径側へ延びる一対の垂下部と、によって嵌合凹部４１ａが形成されている。また、先端部４２の内径側に形成された摺動部４２ａは回転軸２に対して摺動するようになっている（図２参照）。
　第２リップシール７はPTFE（polytetrafluoroethylene）製の部材であり、径方向に延びる根部７１と延設部７２とを備えている。また、延設部７２は機内側Ｌに延びており、延設部７２の内径側に形成された摺動部７２ａは回転軸２に対して摺動するようになっている（図２参照）。
　キャップ１０はPTFE製の部材であり、断面矩形状のリング形状を成しており、その内面としての内径面１２は、軸方向視回転軸２の外周面に平行に形成されている。また、キャップ１０の内径は、回転軸２の外径よりも僅かに大径であるため、内径面１２は回転軸２に接触しておらず、回転軸２との間に僅かな環状の隙間１３が形成されている（図２参照）。このとき、隙間１３の径方向寸法Δは、キャップ１０の径方向寸法Ｒよりも小さく（Δ＜Ｒ）、好ましくはキャップ１０の径方向寸法Ｒの１／５よりも小さく（Δ＜Ｒ／５）、さらに好ましくはキャップ１０の径方向寸法Ｒの１／１０よりも小さい（Δ＜Ｒ／１０）（図２参照）。また、隙間１３の径方向寸法Δは、第１リップシール４の摺動部４２ａの軸方向寸法Ｗよりも小さく（Δ＜Ｗ）、好ましくは摺動部４２ａの軸方向寸法Ｗの１／２よりも小さく（Δ＜Ｗ／２）、さらに好ましくは摺動部４２ａの軸方向寸法Ｗの１／４よりも小さい（Δ＜Ｗ／４）（図２参照）。尚、内径面１２は回転軸２に対して当接せず、内径方向に締め付けられていない状態となるため、シール装置１をハウジング３内に装着し易い。
　第２リップシール７の根部７１と、バックアップリング８の軸方向に延びる外径部８１と、キャップ１０の根部１１とは、第１リップシール４の本体部４１の嵌合凹部４１ａに収容されており、本体部４１及び骨格リング６によって軸方向に挟持されている。このように、第１リップシール４と、第２リップシール７と、バックアップリング８と、キャップ１０とをユニット化してシール装置１が構成されており、該シール装置１はハウジング３内に装着されている（図２参照）。
　図２に示されるように、シール装置１がハウジング３内に装着され回転軸２が回転している状態において、第１リップシール４の脚部４３は、機内側Ｌに曲げられることによる弾性復元力と、機内側Ｌの冷媒の圧力とにより、脚部４３及び摺動部４２ａが内径方向かつ大気側Ａに押圧され、先端部４２の一部が潰された状態で回転軸２に対して第１リップシール４の摺動部４２ａが摺接する。これによれば、第１リップシール４が回転軸２とハウジング３との間をシールするため、冷媒の大気側Ａへの漏洩を抑制できる。
　また、第２リップシール７の延設部７２も、機内側Ｌに曲げられることによる弾性復元力と、一部の第１リップシール４を通過した冷媒の圧力とにより、延設部７２は内径方向かつ大気側Ａに押圧され、回転軸２に対して第２リップシール７の摺動部７２ａが摺接する。これによれば、第１リップシール４に加えて第２リップシール７が配置されているため、冷媒の大気側Ａへの漏洩を確実に抑制できる。
　また、機内側Ｌで負圧が発生した際、差圧により大気側Ａの外気が機内側Ｌに進入しようとするが、キャップ１０の内径面１２と回転軸２の外周面との間に形成された隙間１３において径方向の幅が狭いことで絞り効果により流体の流入抵抗が生じるため、外気の流入を抑制することができる。加えて、回転軸２の回転による慣性で生じる隙間１３及びその近傍の気体の周方向の流れによっても、外気の流入を抑制することができる。また、隙間１３はキャップ１０の軸方向、言い換えると幅方向に亘って形成されているため、上記した２つの効果を十分に発揮させることができる。従って、外径から内径に向けて大気側Ａに延びるリップシールを備えなくても、キャップ１０によって外気の流入を抑制できる。
　このとき、機内側Ｌが負圧となるため第１リップシール４を内径方向へ押圧する力が弱まるが、第１リップシール４の有する弾性力が内径方向に働き続ける。そのため、図３において一点鎖線で示されるように、第１リップシール４は若干外径方向に浮き上がるように変形するが、回転軸２に対して摺動部４２ａが接触して摺動するシール状態を維持することができる。さらに、第１リップシール４よりもキャップ１０側に第２リップシール７が配置されているので、冷媒の大気側Ａへの漏洩を確実に抑制できる。
　また、キャップ１０の内径面１２と回転軸２の外周面との間に隙間１３が形成されていることから、キャップ１０が相対回転する回転軸２に接触しにくく摩擦抵抗が小さいため、小さいトルクで回転軸２を起動させることができ、機器の動力負荷を小さくできる。
　また、機内側Ｌの冷媒の圧力が大気側Ａの気圧よりも高い場合、差圧により機内側Ｌから第１リップシール４及び第２リップシール７を通過した一部の冷媒が大気側Ａに進入しようとするが、上記同様、絞り効果による流体の流入抵抗と、回転軸２の回転による慣性で生じる隙間１３及びその近傍の気体の周方向の流れと、によって、当該冷媒の大気側Ａへの漏洩を抑制することができる。
　以上説明したように、シール装置１は、断面矩形状のリング形状で、その内径は回転軸２よりも大径なキャップ１０を備えていることから、キャップ１０と回転軸２との間に形成される狭い隙間１３における絞り効果により、大気側Ａから機内側Ｌへの外気の進入を抑制できる。さらに、キャップ１０が相対回転する回転軸２に接触しにくく摩擦抵抗が小さいため、小さいトルクで回転軸２を起動させることができる。
　また、キャップ１０の内径面１２は、軸方向視回転軸２の外周面に平行に形成されている。これによれば、キャップ１０と回転軸２との間の隙間１３が軸方向に延びて形成され、該隙間１３が軸方向に長いため、大気側Ａから機内側Ｌへの外気の進入を確実に抑制できる。
　また、キャップ１０は、第１リップシール４よりも大気側Ａに配置されているため、キャップ１０により第１リップシール４への大気及び大気側Ａのダストの進入を防止できる。
　また、キャップ１０は、PTFE製であり、PTFEは低摩擦性を有するため、キャップ１０と回転軸２との摩擦抵抗を小さくすることができる。さらに、キャップ１０が第１リップシール４よりも大気側Ａに配置される場合、冷媒が供給されにくく貧潤滑となる箇所にキャップ１０が配置されるため一層有効である。
　また、キャップ１０は断面矩形状を成し回転軸２に当接していないため、軸方向の取付長を短くすることができ、シール装置の構成を小さくすることができる。
　実施例１の変形例１について説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一のものについては、同一符号を付して重複する説明を省略する。図４に示されるように、キャップ１０Ａの内径は、回転軸２の外径よりも僅かに大径であり、隙間１３Ａが形成されている。また、キャップ１０Ａの内径面１２Ａには、複数の環状の凹溝１４ａが設けられており、複数の凹溝１４ａと回転軸２の外周面との間に環状空間１４ｂが形成されている。これによれば、キャップ１０Ａの内径面１２Ａはラビリンス構造を成しているので、平坦面よりも一層流体の流入を抑制できる。
　実施例１の変形例２について説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一のものについては、同一符号を付して重複する説明を省略する。図５に示されるように、キャップ１０Ｂの内径側はテーパ状を成しており、すなわち内径に向けて軸方向幅が狭まっており、その内径の部位は内径面１２Ｂを成す。また、キャップ１０Ｂの内径は回転軸２の外径よりも大径であり、内径面１２Ｂと回転軸２の外周面との間に隙間１３Ｂが形成されている。このように、キャップの断面形状が前記実施例１で示されたように矩形状を成していなくてもよい。
　次に、実施例２に係るシール装置につき、図６を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する説明を省略する。尚、実施例１の変形例１，２を本実施例に適用させてもよい。
　図６に示されるように、シール装置１０１は、第１リップシール１０４と、第２リップシール１０７と、キャップ１１０と、これら第１リップシール１０４、第２リップシール１０７及びキャップ１１０の強度補助及び移動規制の役割を担う第１バックアップリング１０５、第２バックアップリング１０８、Ｌ字リング１０９ａ，１０９ｂ及び骨格リング１０６と、から主に構成されており、これらをユニット化したシール装置１０１はハウジング３内に装着されている。また、第１リップシール１０４、キャップ１１０及び第２リップシール１０７は機内側Ｌから大気側Ａに順に配置されている。
　回転軸２が回転している状態において、前記実施例１と同様に、第１リップシール１０４及び第２リップシール１０７は、回転軸２とハウジング３との間をシールする。また、前記実施例１で説明したのと同様に、キャップ１１０は、内径面１１２と回転軸２の外周面との間に隙間１１３が形成されることにより、大気側Ａから機内側Ｌへの外気の進入及び機内側Ｌから大気側Ａへの冷媒の進入を抑制することができる。
　図６に示されるように、キャップ１１０は第１リップシール１０４と第２リップシール１０７との間に配置されていることから、機内側Ｌと大気側Ａとの間に位置する第１リップシール１０４－第２リップシール１０７間を、キャップ１１０により第１リップシール１０４－キャップ１１０区間とキャップ１１０－第２リップシール１０７区間の２つの区間に分けられ、該２つの区間において段階的に圧力の変化が生じる。このとき、第２リップシール１０７への冷媒の圧力による負荷は、キャップ１１０を第１リップシール１０４－第２リップシール１０７間に配置しない場合よりも抑制することができる。
　次に、実施例３に係るシール装置につき、図７を参照して説明する。尚、前記実施例１，２と同一構成で重複する説明を省略する。尚、実施例１の変形例１，２を本実施例に適用させてもよい。
　図７に示されるように、シール装置２０１は、第１リップシール２０４と、第２リップシール２０７と、キャップ２１０と、これら第１リップシール２０４、第２リップシール２０７及びキャップ２１０の強度補助及び移動規制の役割を担う第１バックアップリング２０５、第２バックアップリング２０８、スペーサ２０９、骨格リング２０６及び外径リング２１５と、これらの部材とハウジング３との間に嵌入されるＯリング２１６と、から主に構成されており、これらをユニット化したシール装置２０１はハウジング３内に装着されている。また、キャップ２１０、第１リップシール２０４及び第２リップシール２０７は機内側Ｌから大気側Ａに順に配置されている。
　回転軸２が回転している状態において、前記実施例１，２と同様に、第１リップシール２０４及び第２リップシール２０７は、回転軸２とハウジング３との間をシールする。また、前記実施例１，２で説明したのと同様に、キャップ２１０は、内径面２１２と回転軸２の外周面との間に隙間２１３が形成されることにより、大気側Ａから機内側Ｌへの外気の進入及び機内側Ｌから大気側Ａへの冷媒の進入を抑制することができる。
　図７に示されるように、キャップ２１０、第１リップシール２０４、第２リップシール２０７は機内側Ｌから大気側Ａに順に配置されており、キャップ２１０が機内側Ｌから大気側Ａへの冷媒の進入を抑制するため、キャップ２１０により機内側Ｌの冷媒の圧力変動を緩和でき、第１リップシール２０４への瞬間的な圧力変動への負荷を抑制することができる。
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、シール装置には、第１リップシール及び第２リップシールが備えられていると説明したが、これに限らず第１リップシールのみ備えられていてもよい。
　また、本発明の回転軸体として実施例では回転軸２を例に説明しているが、回転軸体は回転軸及び回転軸に固定されたスリーブによって構成されていてもよい。
　また、回転軸２が回転する場合について説明したが、これに限らずハウジング３が回転軸２に対して相対回転するものであってもよい。
　また、キャップの内径は、回転軸２の外径よりも大径の場合に限らず、同一径であってもよい。これによれば、キャップと回転軸２との間が略閉塞されるため、大気側Ａから機内側Ｌへの外気の進入を抑制できる。
　また、キャップは断面矩形状を成し内径側から外径側に亘って薄板状のリング形状をなしていると説明したが、これに限らず、少なくともキャップの内径側が断面視板状を成し少なくも内径側の部位が薄板状のリング形状を成していればよい。
　また、シール装置には、全実施例において第１バックアップリング、第２バックアップリング、骨格リング、Ｌ字リング、スペーサ、外径リング及びＯリングが備えられていると説明したが、これらの部材は実施例通りの形状、大きさ、配置でなくてもよく、また一部の部材を適宜省略しても、新たな部材を適宜追加してもよい。
　また、第１リップシールはゴム製、第２リップシール及びキャップはPTFE製と説明したが、これに限らず、例えば全てゴム製にしてもよい。
１　　　　　　シール装置
２　　　　　　回転軸（回転軸体）
３　　　　　　ハウジング
４　　　　　　第１リップシール
７　　　　　　第２リップシール
１０　　　　　キャップ（キャップシール）
１０Ａ　　　　キャップ
１０Ｂ　　　　キャップ
１２　　　　　内径面（内面）
１２Ａ　　　　内径面
１２Ｂ　　　　内径面
１３　　　　　隙間
１３Ａ　　　　隙間
１３Ｂ　　　　隙間
１０１　　　　シール装置
１０４　　　　第１リップシール
１０７　　　　第２リップシール
１１０　　　　キャップ
１１２　　　　内径面
１１３　　　　隙間
２０１　　　　シール装置
２０４　　　　第１リップシール
２０７　　　　第２リップシール
２１０　　　　キャップ
２１２　　　　内径面
２１３　　　　隙間
Ａ　　　　　　大気側
Ｌ　　　　　　機内側

Claims (7)

  1. 　第１リップシールにより、相対的に回転する回転軸体とハウジングとの間の環状隙間をシールするシール装置であって、
    　少なくとも内径側の部位が薄板状のリング形状であるキャップシールを備え、該キャップシールの内径は前記回転軸体の外径と同一径または前記回転軸体よりも大径であるシール装置。
  2. 　前記キャップシールの内面は、軸方向視前記回転軸体の外周面に平行に形成されている請求項１に記載のシール装置。
  3. 　前記キャップシールの内径は、前記回転軸体の外径よりも大径である請求項１または２に記載のシール装置。
  4. 　前記キャップシールは、前記第１リップシールよりも大気側に配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載のシール装置。
  5. 　前記キャップシールよりも大気側に、第２リップシールが配置されている請求項４に記載のシール装置。
  6. 　前記キャップシールは、前記第１リップシールよりも機内側に配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載のシール装置。
  7. 　前記キャップシールは、PTFE(polytetrafluoroethylene)製である請求項１ないし６のいずれかに記載のシール装置。
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JP2003120821A (ja) * 2001-10-19 2003-04-23 Eagle Ind Co Ltd シール装置

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