| 【発明の名称】 |
リップ型シール |
| 【発明者】 |
【氏名】宮井 一郎
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| 【要約】 |
【課題】高圧条件でのシールリップ１３のヘタリを防止し、耐圧性及び密封性を向上させる。
【解決手段】合成樹脂からなるシールリップ１３の正面側にリップカバー１４が添設されている。リップカバー１４は薄肉の鋼板からなり、シャフト２の外周への装着状態におけるシールリップ１３とほぼ対応する湾曲形状を呈する。リップカバー１４の先端に形成された段差部１４ａの内周には、軸周への装着によって拡径されるシールリップ１３の先端部１３の外周面と密接することによって、シールリップ１３とリップカバー１４の間を機内空間Ｓ１に対して密封するＯリング１５が保持されている。このため、シールリップ１３には、機内空間Ｓ１の高圧の流体圧力が作用しないようになっている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ハウジングの内周に固定されるケースに、密封対象空間側へ延びる内径側の端部がシャフトの外周面と密封的に摺接されるシールリップと、このシールリップの前記密封対象空間側の面に添設され適当な弾性を有する金属薄板からなるリップカバーと、が保持され、前記シールリップとリップカバーとの間が前記密封対象空間に対して密閉されたことを特徴とするリップ型シール。
【請求項２】 請求項１の記載において、リップカバーの肉厚が０．０５〜０．２５ｍｍであることを特徴とするリップ型シール。
【請求項３】 請求項１の記載において、リップカバーが、金属薄板からなる複数のカバープレートを厚さ方向に互いに重合すると共に互いに密封的に接合したものであることを特徴とするリップ型シール。
【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかの記載において、シールリップとリップカバーとの間の密封が、このシールリップとリップカバーの先端間に保持されたパッキングによりなされたことを特徴とするリップ型シール。
【請求項５】 請求項１乃至３のいずれかの記載において、シールリップとリップカバーとの間の密封が、このシールリップとリップカバーの間に保持されたエラストマからなるシートによりなされたことを特徴とするリップ型シール。
【請求項６】 請求項１乃至３のいずれかの記載において、シールリップとリップカバーとの間の密封が、このシールリップとリップカバーの先端同士を互いに接着することによりなされたことを特徴とするリップ型シール。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は機器の軸封を行うリップ型シールに関し、特に、密封対象流体が著しく高圧となる条件での耐久性を向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、例えば流体圧縮機に使用される軸封装置として、図１０に示すようなリップ型シール１００がある。この種のリップ型シール１００は、流体圧縮機の軸受部ハウジング１の内周面にＯリング１０３を介して密嵌固定される金属製のケース１０１に、内径部が密封対象である機内空間Ｓ１側へ向けて湾曲して延びるＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）等の合成樹脂材からなるシールリップ１０２の外径部を密着状態に保持してなる構造を備え、シールリップ１０２の内径端部１０２ａがシャフト２の外周面と気密的に摺接することによって、機内空間Ｓ１内の圧縮流体が大気側空間Ｓ２側へ漏れるのを阻止するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種のリップ型シールは、機内空間Ｓ１が著しく高圧になる条件では、圧縮流体の圧力によって図１０（Ｂ）に示されるようにシールリップ１０２が変形され、シャフト２の外周面との摺動面積及び面圧の増大による摺動発熱量の増大や潤滑不足の発生を来し、高熱及び高圧による永久変形（ヘタリ）や材質の劣化を起こして密封性能が早期に損なわれるおそれがあった。
【０００４】本発明は、上記のような事情のもとになされたもので、その技術的課題とするところは、密封対象空間が著しく高圧になる条件下でも、シールリップの安定した摺動状態を確保して、優れた密封性能を維持することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、本発明によって有効に解決することができる。すなわち本発明に係るリップ型シールによる軸封構造は、ハウジングの内周に固定されるケースに、密封対象空間側へ延びる内径側の端部がシャフトの外周面と密封的に摺接されるシールリップと、このシールリップの前記密封対象空間側の面に添設され適当な弾性を有する金属薄板からなるリップカバーとが保持され、前記シールリップとリップカバーとの間が前記密封対象空間に対して密閉されたものである。金属板からなるリップカバーはシールリップに対する密封対象空間の圧力を遮断するものであり、しかも適当な弾性を有するため、シャフトに対する前記シールリップの適正な密封面圧及び追随性を確保することができる。
【０００６】本発明における一層好ましい構成においては、リップカバーの肉厚が０．０５〜０．２５ｍｍであり、また、リップカバーが、金属薄板からなる複数のカバープレートを厚さ方向に互いに重合すると共に、互いに密封的に接合したものとする。
【０００７】また、本発明において、シールリップとリップカバーとの間の密閉は、例えばこのシールリップとリップカバーの先端間に保持されたパッキングによりなされるか、このシールリップとリップカバーの間に保持されたエラストマシートによりなされるか、このシールリップとリップカバーの先端同士を互いに接着することによりなされる。
【０００８】
【発明の実施の形態】［実施形態１］図１は、本発明に係るリップ型シールの実施形態１を示す半断面図であり、このうち（Ａ）は機器への装着状態、（Ｂ）は未装着状態を示すものである。この図における符号１は流体圧縮機の軸受部のハウジング、符号２はこのハウジング１の内周に回転自在に挿通されたシャフトで、シャフト２の軸周は、ハウジング１の内周面に固定されたリップ型シール１０によって軸封されており、その図中右側が密封対象である機内空間Ｓ１、左側が大気側空間Ｓ２である。
【０００９】この実施形態のリップ型シール１０は、外ケース１１と、この外ケース１１の内周に嵌合された内ケース１２とによって、シールリップ１３と、このシールリップ１３の機内空間Ｓ１側（以下、正面側という）に添設されたリップカバー１４が、その外径部を一体的に保持された構造を有する。
【００１０】これを更に詳しく説明すると、外ケース１１は鋼材等の金属板からなるものであって、その大気側空間Ｓ２側（以下、背面側という）の端部から内周側へ延びる鍔部１１ａを有する。内ケース１２も鋼材等の金属板からなるものであって、前記外ケース１１の外周円筒部１１ｂの内周面に嵌合されると共にカシメ部１１ｃによって固定され、その背面側の端部に内周側へ延びる鍔部１２ａを有する。そしてシールリップ１３とリップカバー１４の外径部は、前記外ケース１１の鍔部１１ａと内ケース１２の鍔部１２ａとの間に軸方向に挟圧された状態で保持されている。
【００１１】シールリップ１３は、内径部が機内空間Ｓ１側へ湾曲して延びＰＴＦＥ等の低摩擦の合成樹脂材からなるものであって、図１（Ｂ）に示される未装着状態では湾曲部の曲率が小さく、その内径はシャフト２の外径よりも小さい。そして内周にシャフト２を挿通することによって、図１（Ａ）に示されるように内径部が拡径され、その先端部１３ａの内周面が、シャフト２の外周面に対して所要の面圧で密接される。
【００１２】すなわちこのリップ型シール１０は、外ケース１１が、ハウジング１の内周面にＯリング３を介して圧入されると共に、前記ハウジング１の内周面における前記Ｏリング３の装着部より大気側に円周方向に連続して形成された段差面１ａと、前記Ｏリング３の装着部より機内側に形成された環状溝１ｂに嵌着した止め輪４との間に拘束されることによって、前記ハウジング１に固定され、シールリップ１３の先端部１３ａの内周面がシャフト２の外周面と密封的に摺接されることにより、機内空間Ｓ１の高圧流体が軸周から大気側空間Ｓ２へ漏洩するのを防止するものである。
【００１３】リップカバー１４は、例えば肉厚が０．０５〜０．２５ｍｍの薄肉の鋼板からなるものであって、シャフト２の外周への装着状態におけるシールリップ１３とほぼ対応する湾曲形状に成形されている。また、このリップカバー１４における内径側の先端部には、円周方向連続して外周側へ屈曲形成された段差部１４ａを有し、その内周には、パッキングとしてＯリング１５が保持されている。そしてこのＯリング１５は、軸周への装着によって拡径されるシールリップ１３の先端部１３ａの外周面と、前記段差部１４ａとの間に挟着された状態となり、シールリップ１３とリップカバー１４の先端間を機内空間Ｓ１に対して密閉するものである。
【００１４】以上の構成によれば、シールリップ１３の正面側はリップカバー１４で覆われており、しかもその外径部同士は外ケース１１と内ケース１２の鍔部１１ａ，１２ａ間で挟圧されることにより互いに密接しており、先端部間はＯリング１５により密閉されているので、機内空間Ｓ１の流体圧力はリップカバー１４で受けることになり、シールリップ１３には前記圧力が縮径方向の変形力として直接作用することがない。このため、前記圧力が著しく高圧となる場合でも、シャフト２の外周面に対するシールリップ１３の先端部１３ａの摺動負荷の増大が著しく緩和され、ヘタリを有効に防止することができる。
【００１５】上述のように、リップカバー１４は機内空間Ｓ１の流体圧力によるシールリップ１３の先端部１３ａの摺動負荷を抑えるものであるが、剛体ではなく、薄肉に形成されたことによってある程度の弾性を有するため、外周からの流体圧力によって縮径方向へ僅かに弾性変形され、合成樹脂材からなるシールリップ１３の先端部１３ａに適当な緊迫力を与える。そして、この緊迫力は、前記流体圧力に比例して変化するため、前記流体圧力の上昇に伴う漏洩圧力の上昇に対抗する密封面圧を得ることができる。
【００１６】また、リップカバー１４が適当な弾性を有することによって、シャフト２の僅かな偏心に対するシールリップ１３の先端部１３ａの追従性が確保される。したがって、このようなシャフト２の偏心状況においても良好な密封性能を発揮することができる。
【００１７】図２は、上記実施形態１によるリップ型シール１０と、先に説明した図１０に示される従来構造によるリップ型シール１００の漏洩試験を、次の試験条件において実施した結果を示すものである。
［試験条件］
シャフトの回転数・・・・・・５０００ｒｐｍ密封対象空間の圧力・・・・０．５ＭＰａ密封液の温度・・・・・・・・・・８０℃密封液の種類・・・・・・・・・・油試験時間・・・・・・・・・・・・・・１００時間この試験結果から明らかなように、上記実施形態のリップ型シール１０によれば、１００時間の累積漏洩量が従来のリップ型シール１００に比較して著しく少なく、０．５ＭＰａ（５気圧）の高圧条件でも優れた密封性能を維持可能であることが確認された。
【００１８】［実施形態２］次に図３は、本発明に係るリップ型シールの実施形態２を示す半断面図であり、このうち（Ａ）は機器への装着状態、（Ｂ）は未装着状態を示すものである。この実施形態２において、外ケース１１、内ケース１２及びシールリップ１３は、先に説明した実施形態１と同様のものである。
【００１９】リップカバー１４における内径側の先端部には、円周方向連続して外周側へ屈曲形成されたテーパ部１４ｂを有し、その内周には、パッキングとして環状エラストマ１４ｃが一体的に焼付成形（加硫接着）されている。この環状エラストマ１４ｃは、軸周への装着によって拡径されるシールリップ１３の先端部１３ａの外周面に適当な潰し代をもって密接するものである。したがってこの構成によれば、実施形態１とほぼ同様の効果を実現することができ、しかも前記環状エラストマ１４ｃは脱落するおそれがない。
【００２０】［実施形態３］次に図４は、本発明に係るリップ型シールの実施形態３を示す装着状態の半断面図である。この実施形態３において、外ケース１１、内ケース１２及びシールリップ１３は、先に説明した各実施形態と同様のものである。
【００２１】リップカバー１４における内径側の先端部１４ｄには、パッキングとして、軸方向一側に円周方向に連続した溝を有する断面略コ字形のエラストマからなる環状のキャップ１６が、前記溝において密接状態に嵌合又は接着されており、軸周への装着によって拡径されるシールリップ１３の先端部１３ａの外周面に、適当な潰し代をもって密接されるようになっている。したがってこの構成によれば、シールリップ１３の正面には機内空間Ｓ１の流体圧力が縮径方向の変形力として直接作用することがないので、実施形態１とほぼ同様の効果を実現することができる。
【００２２】［実施形態４］次に図５は、本発明に係るリップ型シールの実施形態４を示す装着状態の半断面図である。この実施形態４も、外ケース１１、内ケース１２及びシールリップ１３は、先に説明した各実施形態と同様のものである。
【００２３】シールリップ１３とリップカバー１４との間には、その全域に、エラストマで成形された弾性シート１７が介在している。この弾性シート１７は、外径部１７ａが、シールリップ１３及びリップカバー１４の外径部と共に、外ケース１１の鍔部１１ａと内ケース１２の鍔部１２ａとの間に軸方向に挟圧された状態で保持されており、図示の装着状態において、前記シールリップ１３とリップカバー１４との対向面の前面に密接されるものである。
【００２４】この構成によれば、弾性シート１７は、シールリップ１３とリップカバー１４の間を機内空間Ｓ１に対して密閉することにより、前記シールリップ１３の正面に前記機内空間Ｓ１の流体圧力が作用しないようにする機能と、シャフト２の偏心に対するシールリップ１３の内径部の追従性を良好にするクッション機能を有するものである。したがってこの実施形態４においても、実施形態１とほぼ同様の効果を実現することができる。
【００２５】［実施形態５］次に図６は、本発明に係るリップ型シールの実施形態５を示す装着状態の半断面図である。この実施形態５は、図５に示された実施形態４における弾性シート１７の内径側の先端部に断面略コ字形の嵌合部１７ａを形成し、この嵌合部１７ｂを、リップカバー１４の先端部１４ｄに密接嵌合したものである。換言すれば、弾性シート１７の先端に、図４に示された実施形態３のキャップ１６を一体的に形成した形状を有するものであり、機内空間Ｓ１に対するシールリップ１３とリップカバー１４の間の密封を、一層確実に行うことがてきる。
【００２６】［実施形態６］次に図７は、本発明に係るリップ型シールの実施形態６を示す装着状態の半断面図である。この実施形態６も、外ケース１１、内ケース１２及びシールリップ１３は、先に説明した各実施形態と同様のものである。
【００２７】リップカバー１４には、その表面全体に、エラストマからなる薄膜１４ｅが一体的に焼付接着されている。そしてこの薄膜１４ｅのうち、リップカバー１４の背面に被着された部分は、図示の装着状態において、全面がシールリップ１３に密接されることによって高圧流体の侵入を防止するものである。したがってこの実施形態６においても、実施形態１と同様の効果を実現することができる。
【００２８】［実施形態７］次に図８は、本発明に係るリップ型シールの実施形態７を示す装着状態の半断面図である。上述した各実施形態は、いずれもシールリップ１３とリップカバー１４との間を密閉する手段として、エラストマからなる部材を介在させたものであるのに対し、この実施形態７は、シールリップ１３の先端部１３ａの外周面とリップカバー１４の先端部１４ｄ同士を、接着部Ｂｄを介して全周にわたって互いに接着したものである。なお、外ケース１１、内ケース１２及びシールリップ１３は、上述の各実施形態と同様のものである。
【００２９】この構成によれば、接着部Ｂｄは、シールリップ１３とリップカバー１４の間をその先端部１３ａ，１４ｄ間で機内空間Ｓ１に対して密閉する機能を有するため、前記シールリップ１３の正面には機内空間Ｓ１の流体圧力が作用しない。したがって、先の各実施形態とほぼ同様の効果を実現することができ、しかもエラストマからなる部材が不要であるため、部品数の増大を来さない。
【００３０】［実施形態８］次に図９は、本発明に係るリップ型シールの実施形態８を示す装着状態の半断面図で、このうち（Ａ）は機器への装着状態、（Ｂ）は（Ａ）の一部を拡大したものである。この実施形態８においては、リップカバー１４が、鋼板等の金属薄板からなる２枚のカバープレート１４１，１４２を互いに厚さ方向に重合すると共に、その先端部１４１ａ，１４２ａ同士を溶接部Ｗｄにおいて全周にわたって互いに溶接したものである。そしてこれらカバープレート１４１，１４２の肉厚の和が、例えば０．０５〜０．２５ｍｍとなっている。
【００３１】リップカバー１４を構成する２枚のカバープレート１４１，１４２のうち、背面側のカバープレート１４２の先端部１４２ａの内周面は、シールリップ１３の先端部１３ａの外周面と接着部Ｂｄを介して互いに接着されている。また、カバープレート１４１，１４２及びシールリップ１３の外径部同士は、外ケース１１と内ケース１２の鍔部１１ａ，１２ａの間で挟圧されることにより互いに密接されている。なお、外ケース１１、内ケース１２及びシールリップ１３は、上述の各実施形態と同様のものである。
【００３２】この構成によれば、溶接部Ｗｄはカバープレート１４１，１４２の間をその先端部１４１ａ，１４２ａ間で機内空間Ｓ１に対して密封する機能を有し、接着部Ｂｄは、シールリップ１３とカバープレート１４２の間をその先端部１３ａ，１４２ａ間で機内空間Ｓ１に対して密封する機能を有するものである。このため、背面側のカバープレート１４２及びシールリップ１３の正面には機内空間Ｓ１の流体圧力が作用せず、上記各実施形態と同様の効果が実現される。また、リップカバー１４が、厚さ方向に２枚のカバープレート１４１，１４２に分割されていることから、その弾性が向上し、シールリップ１３の追従性を一層良好にすることができる。
【００３３】なお、リップカバー１４を構成するカバープレートの数は、圧力条件等によって決定されるものであり、すなわち２枚以上であっても良い。また、先に説明した実施形態１〜６におけるリップカバー１４も、それぞれ同様に複数のカバープレートを重合した構成することができる。
【００３４】
【発明の効果】本発明に係るリップ型シールによると、密封対象空間の圧力が直接シールリップに作用しないため、高圧条件において、シールリップが前記圧力によって縮径方向に大きく変形されてシャフトとの摺動面積及び面圧が著しく増大することがない。このため、シールリップの摺動負荷増大によるヘタリを有効に防止することができ、しかもリップカバーの弾性によって、漏洩力に対応する適正な密封面圧を与えることができるので、高圧条件下での優れた耐圧性及び密封性を実現することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１０１８７９
【氏名又は名称】イーグル工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年４月２２日（１９９９．４．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１２０５
【弁理士】
【氏名又は名称】野本 陽一
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３０４１３８（Ｐ２０００−３０４１３８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１１４４２５ |
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