| 【発明の名称】 |
リップ型シール |
| 【発明者】 |
【氏名】池田 康浩
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| 【要約】 |
【課題】軸回転時に機内空間Ｓ１が高圧になっても、エラストマ製リップ部材１２の先端リップ部１２４の摺動負荷が増大せず、軸停止時の密封性能を長期間維持することが可能なリップ型シールを提供する。
【解決手段】ハウジング１の内周に固定される筒状ケース１１の内周に、エラストマ製リップ部材１２と、その本体部分１２３を背面側から支承する内側バックアップリング１３と、その背面側に配置された合成樹脂（ＰＴＦＥ）製リップ部材１４が保持されている。エラストマ製リップ部材１２の先端リップ部１２４の内周面には軸回転時に漏れ方向のポンピング作用を生じる螺子溝１２５が形成され、合成樹脂（ＰＴＦＥ）製リップ部材１４の先端リップ部１４３の内周面には漏れと反対方向のポンピング作用を生じる螺子溝１４４が形成されている。これによって、エラストマ製リップ部材１２の先端リップ部１２４の背面空間Ｓ３の圧力が、機内空間Ｓ１の圧力と拮抗し、前記先端リップ部１２４の摺動負荷を緩和する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 密封空間側へ延びる内径側の先端リップ部が回転軸の外周面と密封的に摺接されるエラストマ製リップ部材と、その背面側に配置され密封空間側へ延びる内径側の先端リップ部が前記エラストマ製リップ部材の先端リップ部より反密封空間側で前記回転軸の外周面と密封的に摺接される合成樹脂製リップ部材とを備え、前記エラストマ製リップ部材の先端リップ部内周面に軸回転時に漏れ方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子が形成され、前記合成樹脂製リップ部材の先端リップ部内周面に軸回転時に漏れと反対方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子が形成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、各種回転機器を軸封するリップ型シールにおいて、密封対象流体が著しく高圧になるような条件での耐圧性及び密封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、圧縮機等に使用される軸封装置として、図４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、軸受部ハウジング１の内周にＯリング３を介して密嵌固定される金属製の筒状ケース１０１の内周に、エラストマ製リップ部材１０２と、このエラストマ製リップ部材１０２をその背面側（密封対象の機内空間Ｓ１と反対側）から支承する金属製の内側バックアップリング１０３と、この内側バックアップリング１０３の背面側に配置されたＰＴＦＥ等の合成樹脂からなるリップ部材１０４と、更にこの合成樹脂製リップ部材１０４の背面側に添設された金属製の外側バックアップリング１０５が、それぞれの外径部を互いに密着した状態で保持された構造を備える。
【０００３】この種のリップ型シール１００において、エラストマ製リップ部材１０２は、機内空間Ｓ１側へ延びる内径側の先端リップ部１０２ａが回転軸２の外周面と密接することによって、主に軸停止時に機内空間Ｓ１内の高圧流体の漏れを阻止するものである。一方、合成樹脂製リップ部材１０４は、その先端リップ部１０４ａの内周面に軸回転時に流体をエラストマ製リップ部材１０２側へ送り出す方向性の螺旋溝（図示省略）が形成されており、すなわち主に軸回転時に、エラストマ製リップ部材１０２の摺動部を通過した機内空間Ｓ１内の密封対象流体が大気Ｓ２側へ漏れるのを阻止するものである。また、機内空間Ｓ１が高圧になった時のエラストマ製リップ部材１０２の変形は、内側バックアップリング１０３によって規制される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転軸２の偏心や、摺動による摩耗等に対する追随性を確保する必要から、エラストマ製リップ部材１０２の先端リップ部１０２ａは内側バックアップリング１０３で支承されていないため、機内空間Ｓ１が高圧になると、その圧力によって前記先端リップ部１０２ａが内径側へ変形され、回転軸２の外周面との摺動負荷が増大することが避けられない。上記従来構造のリップ型シール１００では、使用可能な圧力条件は約７ｋｇ／ｃｍ２Ｇ（０．７ＭＰａ）までであり、機内空間Ｓ１がそれ以上の圧力になると、エラストマ製リップ部材１０２の先端リップ部１０２ａが摺動面積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て早期に損耗し、その結果、軸停止時の密封機能を奏し得なくなるといった問題が指摘される。
【０００５】本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その主な技術的課題とするところは、軸回転時に密封空間が高圧になっても、エラストマ製リップ部材の先端リップ部の摺動負荷が増大せず、軸停止時の密封性能を長期間維持することが可能なリップ型シールを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、軸回転時に、エラストマ製リップ部材の背面の圧力を正面側から作用する密封空間の圧力と拮抗させることによって、上述した技術的課題を有効に解決するものである。
【０００７】すなわち、本発明に係るリップ型シールは、密封空間側へ延びる内径側の先端リップ部が回転軸の外周面と密封的に摺接されるエラストマ製リップ部材と、その背面側に配置され密封空間側へ延びる内径側の先端リップ部が前記エラストマ製リップ部材の先端リップ部より反密封空間側で前記回転軸の外周面と密封的に摺接される合成樹脂製リップ部材とを備え、前記エラストマ製リップ部材の先端リップ部内周面に軸回転時に漏れ方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子が形成され、前記合成樹脂製リップ部材の先端リップ部内周面に軸回転時に漏れと反対方向のポンピング作用を生じるポンピング螺子が形成されたものである。なお、ここでいう「背面」とは密封空間とは反対側の面のことである。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るリップ型シールの好適な実施形態を示すもので、（Ａ）は機器への未装着状態、（Ｂ）は装着状態を示すものである。この図において、参照符号１は流体圧縮機の軸受部のハウジング、２は前記ハウジング１の内周に挿通され軸心Ｏを中心にして回転される回転軸、１０はこの実施形態に係るリップ型シールである。
【０００９】リップ型シール１０は、密封空間である機内空間Ｓ１と、反密封空間である大気Ｓ２側との間で回転軸２を軸封するもので、金属製の筒状ケース１１と、この筒状ケース１１の内周にそれぞれ外周部が保持されたエラストマ製のリップ部材１２、金属製の内側バックアップリング１３、ＰＴＦＥ製のリップ部材１４、金属製の外側バックアップリング１５及び金属製のプルリング１６とを備えている。
【００１０】筒状ケース１１は、機内空間Ｓ１側の端部に内周側へ凹んだ形状に形成され円周方向に連続したＯリング装着部１１１と、そこから大気Ｓ２側に延びる円筒状本体部１１２と、この円筒状本体部１１２の大気Ｓ２側の端部に内径側へ屈曲形成されたカシメ部１１３とを有する。そしてこの筒状ケース１１は、前記Ｏリング装着部１１１に装着したＯリング３を介してハウジング１の内周面１ａに圧入されると共に、前記内周面１ａに形成された環状溝１ｂに嵌着したスナップリング４によって前記ハウジング１の段差面１ｃとの間で軸方向に対して拘束されるようになっている。
【００１１】エラストマ製リップ部材１２は、断面略Ｌ字形を呈する金属製の補強環１２２が埋設された外径基部１２１と、この外径基部１２１から内径側かつ機内空間Ｓ１側へ湾曲して延びる本体部分１２３と、内径縁１２４ａが回転軸２の外周面と摺接される先端リップ部１２４とを有する。
【００１２】鋼板等の金属板からなる内側バックアップリング１３は、エラストマ製リップ部材１２の背面に沿って湾曲した形状に成形されており、内径側へ屈曲した先端部１３ａは、前記エラストマ製リップ部材１２の先端リップ部１２４の背面に達している。すなわち、この内側バックアップリング１３は、エラストマ製リップ部材１２における外径基部１２１から本体部分１２３にかけての部分を背面側から支承し、機内空間Ｓ１の流体圧力によるエラストマ製リップ部材１２の変形を規制しているものである。
【００１３】ＰＴＦＥ製リップ部材１４は、エラストマ製リップ部材１２の外径基部１２１及び内側バックアップリング１３の外径部と外側バックアップリング１５とで挟持された外径部１４１の内周から機内空間Ｓ１側へ湾曲して延びる形状を呈し、その先端リップ部１４３の内周面が、前記内側バックアップリング１３の先端部１３ａより大気Ｓ２側へ適宜後退した位置で、回転軸２の外周面と摺接されるようになっている。
【００１４】外側バックアップリング１５は、このＰＴＦＥ製リップ部材１４の外径部１４１及び湾曲部１４２をその背面側からバックアップするものであり、プルリング１６は、当該リップ型シール１０をハウジング１の内周から外側へ引き抜いて取り外す際に引き抜き用治具を引掛けるためのものである。
【００１５】エラストマ製リップ部材１２、内側バックアップリング１３、ＰＴＦＥ製リップ部材１４、外側バックアップリング１５及びプルリング１６は、各外径部同士が互いに軸方向に密接された状態で、筒状ケース１１におけるＯリング装着部１１１とカシメ部１１３との間に固定されている。そしてエラストマ製リップ部材１２の外径基部１２１は、筒状ケース１１の円筒状本体部１１２の内周面に適当な圧縮状態で密接されることによって、筒状ケース１１とエラストマ製リップ部材１２の間の気密性を保持するガスケット部として機能している。
【００１６】エラストマ製リップ部材１２において回転軸２の外周面との摺動部となる先端リップ部１２４の内径縁１２４ａの背面側に形成されたテーパ状内周面には、回転軸２の回転によって漏れ方向、すなわち機内空間Ｓ１側の流体をエラストマ製リップ部材１２の先端リップ部１２４の背面空間Ｓ３へ送り込むポンピング作用を生じる方向性の螺子溝１２５が形成されている。また、ＰＴＦＥ製リップ部材１４において回転軸２の外周面との摺動部となる先端リップ部１４３の内周面には、回転軸２の回転によって漏れ遮断方向、すなわち前記背面空間Ｓ３から大気Ｓ２側への漏れ圧力と対抗するポンプ圧力を生じる方向性の螺子溝１４４が形成されている。
【００１７】以上の構成において、圧縮機の駆動時（軸回転時）には、機内空間Ｓ１の圧力がエラストマ製リップ部材１２に作用するが、このエラストマ製リップ部材１２の外径基部１２１から本体部分１２３にかけての部分は、内側バックアップリング１３によって背面側から支承されているので、前記圧力による内径方向への変形が規制される。
【００１８】エラストマ製リップ部材１２の先端リップ部１２４は、内側バックアップリング１３による支持を受けていないが、軸回転時は、エラストマ製リップ部材１２の先端リップ部１２４に形成された螺子溝１２５の漏れ方向ポンピング作用によって機内空間Ｓ１から空間Ｓ３へ流体が積極的に導入されるので、前記先端リップ部１２４における回転軸２との摺動部に厚い潤滑膜が形成される。また、空間Ｓ３から大気Ｓ２側への流体の漏洩は、ＰＴＦＥ製リップ部材１４の先端リップ部１４３に形成された螺子溝１４４による前記螺子溝１２５とは逆方向のポンピング作用によって遮断される。
【００１９】しかも、エラストマ製リップ部材１２の螺子溝１２５の漏れ方向ポンピング作用と、ＰＴＦＥ製リップ部材１４の螺子溝１４４の漏れ遮断方向ポンピング作用によって、エラストマ製リップ部材１２の背面空間Ｓ３内は機内空間Ｓ１と拮抗する圧力となる。したがって、機内空間Ｓ１の圧力によるエラストマ製リップ部材１２の先端リップ部１２４の縮径変形が抑えられる。
【００２０】また、軸停止時は、ＰＴＦＥ製リップ部材１４の先端リップ部１４３に形成された螺子溝１４４による漏れ遮断方向のポンピング作用は失われるが、エラストマ製リップ部材１２の先端リップ部１２４に形成された螺子溝１２５の漏れ方向ポンピングも行われなくなるので、空間Ｓ３には機内空間Ｓ１と拮抗する圧力を生じない。このため、機内空間Ｓ１の圧力及びエラストマの有する弾性によって、エラストマ製リップ部材１２の先端リップ部１２４が回転軸２の外周面と密接状態になり、機内空間Ｓ１から空間Ｓ３への密封対象流体の漏洩を遮断する。
【００２１】図２は、図１に示す上記実施形態によるリップ型シール１０（実施例１，２）と、先に説明した図４に示された従来のリップ型シール１００による漏洩試験を、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］
試験機・・・・・・・・・・・・・・単体回転試験機 回転軸の回転数・・・・・・２０００ｒｐｍ 密封空間の圧力・・・・・・２０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ（Ｎ２ガス加圧）
密封液の温度・・・・・・・・１００℃ 密封液の種類・・・・・・・・ＰＡＧ油 試験時間・・・・・・・・・・・・１００時間【００２２】この試験結果から明らかなように、本発明に係る実施例１，２のリップ型シールでは、１００時間運転しても油の漏洩が全く認められず、しかも２０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ（２ＭＰａ）の高圧条件でもエラストマ製リップ部材の摩耗が従来例に比較して著しく小さいことが確認された。
【００２３】なお、本発明は図１に示された実施形態に限らず、例えば図３に示された他の実施形態のように、筒状ケース１１に一体的に加硫成形されたエラストマ製リップ部材１２の外径基部１２１ａがハウジングの内周面との密封手段として機能し、図１（Ｂ）のようなＯリング３の装着を不要にしたものにも適用することができる。すなわちエラストマ製リップ部材１２及びその背面側に配置された合成樹脂製リップ部材１４が一体的に保持された基本構造を有するものであれば実施可能である。
【００２４】
【発明の効果】本発明のリップ型シールによると、軸回転時にエラストマ製リップ部材の背面の圧力が正面側から作用する密封空間の圧力と拮抗することによって、このエラストマ製リップ部材の良好な潤滑状態が維持されると共に摺動負荷が抑制されるので、先端リップ部の早期摩耗が防止され、優れたシール性及び耐久性を発揮することができる。
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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９月３日（１９９９．９．３） |
| 【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２００１−７４１４３（Ｐ２００１−７４１４３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２３日（２００１．３．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４９６５５ |
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