| 【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と対応する湾曲形状を呈する。リップカバー１４の先端部１４ａ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１３ａ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に対して密封するキャップ１５が装着され、シールリップ１３の湾曲部１３ｃにはリップカバー１４との間Ｇを大気側空間Ｓ２に開放する小孔１３ｄが開設されている。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。 |
【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反密封対象空間に対して開放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、シールリップとリップカバーとの間の開放が、シールリップに貫通した小孔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４】 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５】 請求項１乃至４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６】 請求項１乃至４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との間に介在させ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７】 請求項１乃至４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５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５（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反密封対象空間に対して開放されたものである。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】上記構成において、シールリップとリップカバーとの間は密封対象空間に対して密閉されているが、何らかの原因によって、シールリップとリップカバーとの間に密封対象流体が一時的に侵入することも考えられる。しかし、前記シールリップとリップカバーとの間は反密封対象空間に開放されているので、侵入した流体の圧力がシャフトの外周面に対するシールリップの密接荷重を増大にさせるように作用することがない。この場合、シールリップとリップカバーとの間を反密封対象空間に開放する手段としては、シールリップに小孔を開設することが考えられる。
【０００７】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である。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。
【０００８】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介在させ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。
【０００９】
【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、左側が反密封対象空間である大気側空間Ｓ２である。
【００１０】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。
【００１１】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。
【００１２】シールリップ１３は、外ケース１１の鍔部１１ａに密接した状態で保持された鍔状外径部１３ｂの内周から機内空間Ｓ１側へ湾曲して延びる形状を呈し、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１３ｃ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ものである。
【００１３】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。
【００１４】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。リップカバー１４の肉厚をこのように規定したのは、肉厚が０．０５ｍｍ未満では、リップカバー１４の機械的強度が小さくなってシールリップ１３に対する十分な圧力遮蔽機能が得られなくなり、肉厚が０．２５ｍｍ超では、剛性が大きくなって所要のフレキシビリティが確保できなくなるからである。
【００１５】リップカバー１４における内径側の先端部１４ａには、シールリップ１３の先端部１３ａとの間を機内空間Ｓ１に対して密閉するパッキングとして、環状のキャップ１５が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。
【００１６】キャップ１５は、例えば図２に拡大して示すように、断面略コ字形を呈する金属環１５１にエラストマからなる本体１５２を加硫接着したもので、軸方向一側に円周方向へ連続した溝１５ａを有し、この溝１５ａにおいてリップカバー１４の先端部１４ａに嵌着されるものである。
【００１７】シールリップ１３には、外ケース１１及びシャフト２と密接しない部分、具体的には湾曲部１３ｃに、厚さ方向に貫通した所要数の小孔１３ｄが開設されている。この小孔１３ｄは、シールリップ１３とリップカバー１４との間を大気側空間Ｓ２へ開放するものである。
【００１８】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１３ｂ，１４ｂ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１３ａ，１４ａ間はキャップ１５により密封されているので、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。
【００１９】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の摺動負荷増大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、キャップ１５を介して、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といった適切な自己増圧機能が確保される。
【００２０】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。
【００２１】ここで、シールリップ１３の先端部１３ａ外周面とキャップ１５との間、あるいはリップカバー１４の先端部１４ａとキャプ１５の嵌合部等から、シールリップ１３とリップカバー１４との間Ｇへ、機内空間Ｓ１の密封対象流体が僅かに入り込み、蓄積されて行くと、その圧力によってシャフト２の外周面に対するシールリップ１３の先端部１３ａの密接荷重が増大し、これに伴う摺動発熱量の増大によってシールリップ１３が軟化（ヘタリ）する恐れが懸念される。しかし、上記構成においては、シールリップ１３とリップカバー１４との間Ｇが小孔１３ｄを介して大気開放されているので、このような圧力の蓄積は起こらない。
【００２２】図３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５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。
【００２３】［実施形態２］次に図４は、本発明に係るリップ型シールの実施形態２を、機器への装着状態で示すものである。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、その湾曲部１３ｃには所要数の小孔１３ｄが開設されている。
【００２４】リップカバー１４には、その表裏全体に、エラストマからなる弾性シート１６が一体的に焼付接着されている。そしてこの弾性シート１６のうち、リップカバー１４の背面に被着された部分１６ａ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。
【００２５】この構成によれば、リップカバー１４に接着された弾性シート１６は、シールリップ１３との間に機内空間Ｓ１からの高圧流体の侵入を防止するものである。このため、機内空間Ｓ１の流体圧力はリップカバー１４で受け、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しない。また、弾性シート１６とシールリップ１３との間に前記高圧流体が僅かに侵入しても、弾性シート１６とシールリップ１３との間は小孔１３ｄを介して大気開放されているので、圧力が蓄積されることはなく、実施形態１と同等の効果が実現される。
【００２６】なお、本発明は図示の実施形態に限定されるものではない。例えば、シールリップ１３とリップカバー１４との間の密封は、このシールリップ１３とリップカバー１４の先端部１３ａ，１４ａ間にＯリング等を介在させたり、両者１３ａ，１４ａを全周互いに接着すること等によっても行うことができる。
【００２７】また、リップカバー１４は、薄肉の金属板を複数積層したものや、鋼板以外の金属板からなるものであっても良い。
【００２８】
【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をリップカバーで受け、この圧力は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。また、リップカバーとシールリップとの間には流体が侵入しても蓄積されない。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２００１−７４１４６（Ｐ２００１−７４１４６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２３日（２００１．３．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４９６５６ |
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