(57)【要約】      （修正有）【課題】摺動面の潤滑や冷却が適切に行われ、摺動面の過剰摩耗、突出リップの破損あるいはシール面開き等の現象が早期に発生することが防止された、耐久性が高くシール性能の高いシール装置を提供する。【解決手段】突出リップ１０５の外径側の固定環１０３の摺動面１０３ａの近傍に、摺動面１０３ａに対向するように、シャフト１０２と一体的に回転することにより突出リップ１０５の外径側から突出リップ１０５の方向に流体を誘導するインペラー１０６を配置する。インペラー１０６のポンピング作用により、摺動面１０３ａの潤滑や冷却に寄与する被密封流体や潤滑液等の流体を、固定環１０３の摺動面１０３ａに強制的に導くことができ、摺動面の潤滑や冷却が効率よく行え、潤滑作用や冷却作用を適切に確保することができる。【選択図】  図１
2008051252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトが通過するハウジングに固定される固定環と、前記シャフトに固定される端面シールとを有し、前記固定環の摺動面に前記端面シールの突出リップを摺動可能に密接させることにより前記シャフトに沿って被密封流体をシールするシール装置であって、
前記突出リップの外径側の前記固定環の前記摺動面の近傍に当該摺動面に対向するように配置され、前記シャフトと一体的に回転することにより、前記突出リップの外径側から当該突出リップの方向に流体を誘導するインペラー
を有することを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記インペラーは、前記端面シールと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
一方の周端面に前記インペラーを具備する円環状部材であって、前記端面シールの外周に装着されるポンピングリングをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項４】
前記ポンピングリングは、前記円環状の本体の両周端面において前記円環状本体から内径側に配設される部材を有し、前記部材により、前記端面シールとの前記シャフトの軸心方向の相対的な位置が規定され、前記端面シールとの前記相対的な位置がずれないように前記端面シールに装着されることを特徴とする請求項３に記載のシール装置。
【請求項５】
前記インペラーは、少なくとも一部が、当該インペラーが形成された前記端面シールの外周、又は、当該インペラーが具備される前記ポンピングリングの前記円環状の本体の外周よりもさらに外径側に突出するように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシール装置。
【請求項６】
前記インペラーは、前記ポンピングリングの周端面に形成された凸状板部分をプレス（折り曲げ）加工して形成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のシール装置。
【請求項７】
前記インペラーは、前記ポンピングリングの周端部を切削加工して形成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空調機用の圧縮機、ポンプ、原動機等の回転装置に適用して好適な、ハウジングとシャフトとの間の被密封流体をシールするシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば空調機用の圧縮機等の回転装置に適用されるシャフトシール装置（以下、単にシール装置と称する場合もある。）として、図１０に示すような端面リップシールが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図１０に示す端面リップシール９００は、回転装置のハウジング９０１に密封的に取り付けられる固定側の密封環（以下、固定環と称する。）９０３と、シャフト９０２に密接嵌合されて一体で回転するゴム材製の端面シール（以下、ゴム端面シールと称する。）９０４とを有し、ゴム端面シール９０４に形成される突出リップ９０５が固定環９０３の端面に対して外径方向へ傾斜して延在密接することにより密封摺動面が形成され、これにより、突出リップ９０５の外周部に存在する被密封流体Ｑ’が、固定環９０３より内径側、背面側の大気空間Ａ’へ漏洩するのを防止する構成となっている。
【特許文献１】特開２００３−２１４５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、そのような従来のシール装置においては、密封摺動面（以下、単に摺動面と称する。）の潤滑や冷却が適切に行われないために、摺動面の過剰摩耗、突出リップの破損、あるいは、いわゆるシール面開きと言われる現象等が、早期に発生する可能性がある。
【０００４】
具体的には、まず、前述したような構成の従来のシール装置が組み込まれた回転装置において、シール装置が組み込まれた空間の雰囲気、すなわちシールボックス内の雰囲気として、摺動面の潤滑や冷却に寄与する被密封流体や潤滑液が希薄である場合がある。そのような状態においては、摺動面の摩耗が早期に進んだり、摺動発熱が大きくなったりする可能性があり、摺動発熱が大きくなった場合にも、摺動面の冷却に寄与する被密封流体や潤滑液が希薄であることから熱が除去されにくく、すなわち放熱が効率よく行われず、摺動材の温度が極めて高温になる可能性がある。摺動材が異常に高温になると、摺動材としてゴムを使用している場合には、温度の上昇に伴って摺動材の耐摩耗性及び剛性が著しく低下し、摺動面の過剰摩耗や突出リップの破損が発生する可能性がある。また、摺動材の硬化や永久歪みが促進され、突出リップが固定環の摺動面に対して十分に追従できない状態、いわゆる「シール面開き」が早期に発生する可能性もある。
【０００５】
また、シャフト停止時に液の循環が無く、シールボックスの底部に被密封流体や潤滑液が溜まる構造の回転装置においても、組み込まれたシール装置の摺動面の潤滑や冷却が適切に行われない場合がある。このような装置においては、シールボックスの底部に溜まった被密封流体や潤滑液の液面が突出リップの先端に届かない状態で装置を起動すると、摺動面に液膜がほとんど介在しない「ドライ運転」の状態となり、摺動面の早期摩耗や突出リップの破損が生じる可能性がある。
【０００６】
より具体的には、例えば空調器用のコンプレッサー等において、しばしばこのような危険性がある。空調器用のコンプレッサー等においては、シャフトの回転によりピストンやローター等が作動して冷媒と潤滑油の混合液が圧縮、循環されているが、潤滑油は、通常、装置の効率を考慮して、冷媒よりも少ない量がミスト状で循環されている。しかし、シャフトが停止すると、この潤滑油の循環が止まり、潤滑油は、冷媒よりも比重が大きいために、シールボックスの底部に溜まり、その結果、シャフト停止時にシール装置の近傍は、冷媒で充満されることとなる。その結果、シャフトの起動時には、この冷媒雰囲気中で突出リップと摺動面が摺動することとなり、冷媒は摺動面の潤滑に寄与しないため、ドライ運転の状態となる。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、摺動面の潤滑や冷却が適切に行われることにより、摺動面の過剰摩耗、突出リップの破損あるいはシール面開き等の現象が早期に発生することが防止された、耐久性が高くシール性能の高いシール装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、請求項１に係る本発明のシール装置は、シャフトが通過するハウジングに固定される固定環と、前記シャフトに固定される端面シールとを有し、前記固定環の摺動面に前記端面シールの突出リップを摺動可能に密接させることにより前記シャフトに沿って被密封流体をシールするシール装置であって、前記突出リップの外径側の前記固定環の前記摺動面の近傍に当該摺動面に対向するように配置され、前記シャフトと一体的に回転することにより、前記突出リップの外径側から当該突出リップの方向に流体を誘導するインペラーを有する。
【０００９】
また、請求項２に係る本発明のシール装置は、前記インペラーが、前記端面シールと一体的に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に係る本発明のシール装置は、一方の周端面に前記インペラーを具備する円環状部材であって、前記端面シールの外周に装着されるポンピングリングをさらに有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に係る本発明のシール装置は、前記ポンピングリングが、前記円環状の本体の両周端面において前記円環状本体から内径側に配設される部材を有し、前記部材により、前記端面シールとの前記シャフトの軸心方向の相対的な位置が規定され、前記端面シールとの前記相対的な位置がずれないように前記端面シールに装着されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に係る本発明のシール装置は、前記インペラーの少なくとも一部が、当該インペラーが形成された前記端面シールの外周、又は、当該インペラーが具備される前記ポンピングリングの前記円環状の本体の外周よりもさらに外径側に突出するように形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に係る本発明のシール装置は、前記インペラーが、前記ポンピングリングの周端面に形成された凸状板部分をプレス（折り曲げ）加工して形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に係る本発明のシール装置は、前記インペラーが、前記ポンピングリングの周端部を切削加工して形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る本発明のシール装置によれば、シャフトの回転に応じたインペラーのポンピング作用により、摺動面の潤滑や冷却に寄与する被密封流体や潤滑液等の流体を、固定環の摺動面に強制的に導くことができ、摺動面の潤滑や冷却が効率よく行え、潤滑作用や冷却作用を適切に確保することができる。その結果、摺動面の潤滑及び冷却に寄与する被密封流体や潤滑液が希薄である回転装置においても、摺動面の異常な発熱や、端面シールの破損等の発生を防ぐことができる。
【００１６】
また、シャフト停止時に潤滑液等の循環が無く、シールボックスの底部に被密封流体や潤滑液が溜まる構造の回転装置においても、インペラーのポンピング作用によりシャフト起動直後から被密封流体や潤滑液を摺動面の全体に安定して供給することができるため、シャフト起動時のドライ運転による不具合を有効に防止することができる。従って、摺動面の全面に渡って、適切な潤滑効果、冷却効果を得ることができ、回転装置を安全かつ安定して駆動することができる。
【００１７】
また、請求項２に係る本発明のシール装置によれば、前述した請求項１に係る本発明のシール装置の効果に加えて、インペラーが端面シールに一体的に形成されているので、シール装置の部品点数を少なくすることができ、また、端面シールの組み付け等を容易に行うことができる。
【００１８】
また、請求項３に係る本発明のシール装置によれば、前述した請求項１に係る本発明のシール装置の効果に加えて、インペラーを端面シールとは別部材のポンピングリングに形成しているので、端面シールを製作し直すことなくポンピングリングを装着するのみで、従来のシール装置を本願発明に係るシール装置とすることができる。すなわち、ポンピングリングを装着するのみで、摺動面の潤滑性や冷却性を向上させることができ、摺動面の異常な発熱、端面シールの破損、及び、ドライ運転等の発生を防ぐことができる。
また、インペラーを突出リップとは別部材で構成できるので、突出リップにおけるシール性能、インペラーにおける冷却、潤滑性能の各々について、個々に最適な材料を選択し、最高の作用効果を発揮させることができる。
【００１９】
また、請求項４に係る本発明のシール装置によれば、前述した請求項３に係る本発明のシール装置の効果に加えて、ポンピングリングと端面シールとがより確実に一体化されるので、ポンピングリングがずれること無く高い信頼性で常に、摺動面の冷却及び潤滑作用等を得ることができる。
【００２０】
また、請求項５に係る本発明のシール装置によれば、前述した請求項２に係る本発明のシール装置の効果に加えて、シャフトからより遠い位置に溜まっている流体をもインペラーにより掬い上げて、摺動面に誘導することができ、ドライ運転の可能性があったより一層多くの回転装置について、ドライ運転が生じないようにすることができる。
【００２１】
また、請求項６に係る本発明のシール装置によれば、前述した請求項１に係る本発明のシール装置の効果に加えて、簡単な工程により、本発明のような作用効果を奏するインペラーを製造することができる。
【００２２】
また、請求項７に係る本発明のシール装置によれば、前述した請求項１に係る本発明のシール装置の効果に加えて、より一層簡単な工程により、本発明のような作用効果を奏するインペラーを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
第１実施形態
本発明の第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のシール装置１００の断面図である。
また、図２は、図１に示したシール装置１００のゴム端面シール１０４の構造を示す図であり、図２（Ａ）は、ゴム端面シール１０４の正面図であり、図２（Ｂ）は、ゴム端面シール１０４の断面図である。
図１に示すように、本実施形態のシール装置１００は、回転装置のシャフト１０２に取り付けられて、シャフト１０２が通過するハウジング１０１内において、シャフト１０２に沿って被密封流体Ｑと大気空間Ａとをシールするものである。
【００２４】
図１に示すように、シャフトシール装置１００は、回転装置のハウジング１０１に取り付けられる固定環１０３、及び、シャフト１０２に密接嵌合されて一体で回転するゴム端面シール１０４を有する。そしてシャフトシール装置１００は、ゴム端面シール１０４に形成される突出リップ１０５が固定環１０３の端面たる摺動面１０３ａに対して外径方向へ傾斜して密接し、これにより、突出リップ１０５の外周部に存在する被密封流体Ｑが、固定環１０３より内径側及び背面側の大気空間Ａへ漏洩するのが防止される構成となっている。
【００２５】
ゴム端面シール１０４は、図示のごとく、断面が略Ｌ形であり、内部に補強環１０９が埋設されてその周囲をゴム材により被覆した構成である。
補強環１０９は、例えば鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、エンジニアプラスチック等により形成され、切削加工、プレス加工、又はモールド成形により製作されるが、図１及び図２に示すような形状の本実施形態の補強環１０９は、プレス加工により成形するのが好適である。
【００２６】
ゴム端面シール１０４の端部の、固定環１０３の摺動面１０３ａと対向する位置には、断面がＶ形状に外方へ延在した突出リップ１０５が形成されている。突出リップ１０５は、固定環１０３の摺動面１０３ａに向かって発散するように外方へ傾斜しており、突出リップ１０５の先端角部である密接面は、対向する摺動面１０３ａに弾性接触し、その内径側と外径側とをシールする。この突出リップ１０５は外周側から被密封流体の圧力を受けると、傾斜角度が水平方向へ小さくなるように変形して摺動面１０３ａに圧接するように構成されている。
【００２７】
また、同じくゴム端面シール１０４の端部の、固定環１０３の摺動面１０３ａと対向する位置の突出リップ１０５の外径側には、インペラー１０６が形成されている。すなわち、本実施形態のシール装置１００においては、インペラー１０６は、ゴム端面シール１０４と一体的に成形されている。
インペラー１０６は、図２（Ａ）に示すように、シャフト１０２が回転することによってインペラー１０６の回転軌道にある流体（ガスや液体）を、内径方向、すなわちシャフト１０２の軸心方向に流すように作用する羽根である。すなわち、インペラー１０６は、シャフト１０２の回転動作によりポンピング作用を発揮するように形成された部材である。
【００２８】
インペラー１０６は、図示のごとく、固定環１０３の摺動面１０３ａに対して、微小隙間をあけて対向配置される。インペラー１０６と摺動面１０３ａとの間隔（隙間）は、インペラー１０６のポンピング作用の強さに影響し、隙間が小さくなるとポンピング作用も高くなる。従って、回転装置の要求仕様に応じてインペラー１０６と摺動面１０３ａとの間隔を設定することにより、所望のポンピング作用を得ることができる。
【００２９】
なお、突出リップ１０５及びインペラー１０６を含むゴム端面シール１０４の表面ゴム材を形成する材料は、 被密封流体の種類により選定され、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコンゴム（ＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等が使用される。
【００３０】
インペラー１０６を形成する材料は、固定環１０３の材料に比べて極めて軟質であるため、仮に、インペラー１０６と固定環１０３の摺動面１０３ａとが接触した場合でも、摺動面１０３ａの温度が異常に上昇したり、部品の破損やかじり等が発生したりすることは回避できる。
なお、インペラー１０６の剛性が不足していると判断されるような場合には、例えば電子線をマスクを使用する等してインペラー１０６にのみ照射することにより、インペラー１０６の剛性を上げることも可能である。
【００３１】
固定環１０３は、ハウジング１０１に設置された固定側の密封環である。固定環１０３は、シャフト１０２の径方向においては第１パッキン１２１、補強ケース１２２及び第２パッキン１２３を介してハウジング１０１に設置され、また、シャフト１０２の軸方向においては直接にハウジング１０１に対して設置されている。固定環１０３の、シャフト１０２の軸心方向でゴム端面シール１０４を指向する側の面が、回転側のゴム端面シール１０４の突出リップ１０５が圧接、摺動される摺動面１０３ａとして形成される。
固定環１０３は、例えば超硬合金、炭化珪素、セラミックス、鋳鉄、エンジニアプラスチック等の、ゴム端面シール１０４の表面ゴム材よりも硬質の材料により形成される。なお、潤滑条件が厳しい回転装置においては、自己潤滑性に優れるカーボン、又はカーボンと硬質材の複合材を選定することも可能である。
【００３２】
第１パッキン１２１は、補強ケース１２２とハウジング１０１との間から被密封流体が漏洩しないように、これらの間をシールし、また、第２パッキン１２３は、補強ケース１２２と固定環１０３との間から被密封流体が漏洩しないように、これらの間をシールする。すなわち、第１パッキン１２１、補強ケース１２２及び第２パッキン１２３の全体で、ハウジング１０１と固定環１０３との間を密封して被密封流体が漏洩しないようにしている。
【００３３】
このような構成のシール装置１００においては、シャフト１０２の回転に応じたインペラー１０６のポンピング作用により、摺動面１０３ａの潤滑や冷却に寄与する被密封流体や潤滑液等の流体（液体、ガス等を含む）を、固定環１０３の摺動面１０３ａに強制的に導くことが可能である。従って、摺動面１０３ａの潤滑や冷却が効率よく行われ、潤滑作用や冷却作用を適切に確保することができる。その結果、摺動面１０３ａの潤滑及び冷却に寄与する被密封流体や潤滑液が希薄である回転装置においても、摺動面１０３ａの異常な発熱や、ゴム端面シール１０４の破損等の発生を防ぐことができる。
【００３４】
また、このような構成のシール装置１００であれば、シャフト停止時に潤滑液等の循環が無く、シールボックスの底部に被密封流体や潤滑液が溜まる構造の回転装置においても、シャフト起動時のドライ運転による不具合を有効に防止することができる。
すなわち、従来のシール装置においてドライ運転を避けるためには、シャフト停止時にシールボックスの底部に溜まる被密封流体や潤滑液は、液面が突出リップ１０５の先端より上の位置となる程度、すなわち、図１に示す液面Ｌ１以上となる程度必要であった。しかしながら、本実施形態のシール装置１００では、シャフト停止時にシールボックスの底部に溜まる被密封流体や潤滑液は、液面がインペラー１０６の先端より上の位置となる程度、すなわち、図１に示す液面Ｌ２以上となる程度あればよい。
従って、従来ドライ運転の可能性があった多くの回転装置について、ドライ運転が生じないようにすることができる。
【００３５】
また、従来のシール装置においては、突出リップ１０５の一部が被密封流体や潤滑液に浸かっている場合でも、それらの流体を固定環１０３の摺動面１０３ａの全体に行き渡らせるのは困難であったり、あるいは回転開始後に相当の時間が必要であった。しかし、本実施形態のシール装置１００では、インペラー１０６のポンピング作用によりシャフト起動直後から被密封流体や潤滑液を摺動面１０３ａの全体に安定して供給することができる。従って、摺動面１０３ａの全面に渡って、適切な潤滑効果、冷却効果を得ることができ、回転装置を安全かつ安定して駆動することができる。
【００３６】
第２実施形態
本発明の第２実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。
図３は、本発明の第２実施形態のシール装置１００ｂの半断面図である。
また、図４は、本実施形態のシール装置１００ｂのポンピングリング１０８の構造を示す図であり、図４（Ａ）は、ポンピングリング１０８の正面図であり、図４（Ｂ）は、ポンピングリング１０８の断面図である。
【００３７】
第２実施形態のシール装置１００ｂは、その基本構成は前述した第１実施形態のシール装置１００と同じである。従って、図３及び図４において、第１実施形態のシール装置１００と同一の構成部については、図１及び図２と同一の符号を付するものとする。また、以下の説明において、それら同一の構成部についての説明は省略する。
【００３８】
第２実施形態のシール装置１００ｂが第１実施形態のシール装置１００と異なる点は、インペラー１０６ｂの構成方法である。すなわち、第１実施形態のシール装置１００においては、図１に示すように、インペラー１０６は、突出リップ１０５とともにゴム端面シール１０４に一体的に形成されていた。しかしながら、第２実施形態のシール装置１００ｂにおいては、図３に示すように、インペラー１０６ｂは、ゴム端面シール１０４ｂとは別部材であるポンピングリング１０８に形成されており、これがゴム端面シール１０４ｂと固定環１０３との摺動面１０３ａの近傍に配置されている。
【００３９】
従って、第２実施形態のシール装置１００に具備されるゴム端面シール１０４ｂは、その端面に突出リップ１０５のみが形成されているもので、第１実施形態のゴム端面シール１０４が具備していたようなインペラー１０６（図１参照）は形成されていない。
但し、ゴム端面シール１０４ｂの外周側面に、嵌合されたポンピングリング１０８が容易に移動しないようにこれを保持するための突起部１４１が形成されている。
【００４０】
ポンピングリング１０８は、ゴム端面シール１０４ｂの外側に嵌合するように形成された円環状部材であり、一方の円周端面にインペラー１０６ｂが形成されているものである。インペラー１０６ｂは、第１実施形態のインペラー１０６と同様に、シャフト１０２の回転動作によりポンピング作用を発揮するように形成された部材であり、図４（Ａ）に示すように、シャフト１０２が回転することによってインペラー１０６ｂの回転軌道にある流体（ガスや液体）を、内径方向、すなわちシャフト１０２の軸心方向に流すように作用する羽根である。
【００４１】
ポンピングリング１０８は、図３に示すように、ゴム端面シール１０４ｂの外周面に嵌合されて一体的な構造とされ、シャフト１０２に装着される。
シール装置１００ｂが組み付けられた状態においては、第１実施形態と同様に、インペラー１０６ｂは、固定環１０３の摺動面１０３ａに対して、微小隙間をあけて対向する位置に配置される。
【００４２】
なお、ポンピングリング１０８を形成する材料は、鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、あるいはエンジニアプラスチック等の任意の材料を用いてよい。
但し、ポンピングリング１０８は、ゴム端面シール１０４ｂと一体で回転するため、なるべく軽量であることが好ましい。なお、ポンピングリング１０８の軽量化のためには、ポンピングリング１０８の本体に穴あけ加工を施すようにしてもよい。
また、ポンピングリング１０８を、固定環１０３よりも軟質の自己潤滑性材料（典型的にはＰＴＦＥ）によって製作しておけば、仮に、インペラー１０６ｂと固定環１０３の摺動面１０３ａとが接触した場合でも、摺動面１０３ａの温度が異常に上昇したり、部品の破損やかじり等が発生したりすることは回避できて好適である。
また、ポンピングリング１０８を形成する材料は、インペラー１０６ｂの形成方法によっても使い分けるのが好適である。なお、本実施形態のポンピングリング１０８は、モールド成形により製造するのが好適である。
【００４３】
このような構成の第２実施形態のシール装置１００ｂにおいても、第１実施形態のシール装置１００と同一の作用効果を得ることができる。
すなわち、シャフト１０２の回転に応じたインペラー１０６ｂのポンピング作用により、摺動面１０３ａの潤滑や冷却に寄与する被密封流体や潤滑液等の流体を、固定環１０３の摺動面１０３ａに強制的に導くことができ、摺動面１０３ａの潤滑や冷却が効率よく行え、潤滑作用や冷却作用を適切に確保することができる。その結果、摺動面１０３ａの潤滑及び冷却に寄与する被密封流体や潤滑液が希薄である回転装置においても、摺動面１０３ａの異常な発熱や、ゴム端面シール１０４ｂの破損等の発生を防ぐことができる。
【００４４】
また、シャフト停止時に潤滑液等の循環が無く、シールボックスの底部に被密封流体や潤滑液が溜まる構造の回転装置においても、インペラー１０６ｂのポンピング作用によりシャフト起動直後から被密封流体や潤滑液を摺動面１０３ａの全体に安定して供給することができるため、シャフト起動時のドライ運転による不具合を有効に防止することができる。従って、摺動面１０３ａの全面に渡って、適切な潤滑効果、冷却効果を得ることができ、回転装置を安全かつ安定して駆動することができる。
【００４５】
そして、さらに第２実施形態のシール装置１００ｂにおいては、インペラー１０６ｂをゴム端面シール１０４ｂとは別部材のポンピングリング１０８に形成しているので、ゴム端面シール１０４ｂを製作し直すこと無く、ポンピングリング１０８を装着するのみで、従来のシール装置を本願発明に係るシール装置１００ｂとすることができる。すなわち、ポンピングリング１０８を装着するのみで、摺動面１０３ａの潤滑性や冷却性を向上させることができ、摺動面１０３ａの異常な発熱、ゴム端面シール１０４ｂの破損、及び、ドライ運転等の発生を防ぐことができる。
また、インペラー１０６ｂを突出リップ１０５とは別部材で構成できるので、突出リップ１０５におけるシール性能、インペラー１０６ｂにおける冷却、潤滑性能の各々について、個々に最適な材料を選択し、最高の作用効果を発揮させることができる。
【００４６】
第３実施形態
本発明の第３実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。
図５は、本発明の第３実施形態のシール装置１００ｃの半断面図である。
また、図６は、本実施形態のシール装置１００ｃのポンピングリング１０８ｃの構造を示す図であり、図６（Ａ）は、ポンピングリング１０８ｃの正面図であり、図６（Ｂ）は、ポンピングリング１０８ｃの断面図である。
【００４７】
第３実施形態のシール装置１００ｃは、その基本構成は前述した第２実施形態のシール装置１００ｂと同じである。従って、図５及び図６において、第１実施形態のシール装置１００及び第２実施形態のシール装置１００ｂと同一の構成部については、図１〜図４と同一の符号を付するものとする。また、以下の説明において、それら同一の構成部についての説明は省略する。
【００４８】
第３実施形態のシール装置１００ｃが第２実施形態のシール装置１００ｂと異なる点は、ポンピングリング１０８ｃの構成方法である。すなわち、第２実施形態のシール装置１００ｂでは、図３に示すように、インペラー１０６ｂを形成したポンピングリング１０８は、ゴム端面シール１０４ｂに形成された突起部１４１により、移動不能にゴム端面シール１０４ｂに固定されていた。これに対して本実施形態のシール装置１００ｃでは、図５に示すように、突起部１４１を作用させた嵌合に加えて、係合部１５１及びインペラー１０６ｃによりゴム端面シール１０４ｂを挟持することにより、より確実にポンピングリング１０８ｃをゴム端面シール１０４ｂに固定するようにした。
【００４９】
すなわち、ポンピングリング１０８ｃは、ゴム端面シール１０４ｂの外側に嵌合するように形成された円環状部材であり、一方の円周端面にインペラー１０６ｃが形成されており、他方の円周端面に係合部１５１が形成されているものである。
ポンピングリング１０８ｃは、少なくともインペラー１０６ｃあるいは係合部１５１のいずれかが未成形な状態でゴム端面シール１０４ｂに嵌合されて、ゴム端面シール１０４ｂと一体的な構造とされる。その後、図６に示すようなポンピングリング１０８ｃとしての最終的な形態に成形され、シャフト１０２に装着される。
そのために、本実施形態のポンピングリング１０８ｃは、特に、鉄、鋼、ステンレス鋼あるいはアルミニウム等の金属材料により構成されており、また、インペラー１０６ｃは、プレス加工（折り曲げ加工）により形成される。
【００５０】
ポンピングリング１０８ｃとゴム端面シール１０４ｂとを一体化する方法としては、前述したように、インペラー１０６ｃを、ポンピングリング１０８ｃとゴム端面シール１０４ｂとを嵌合させた後に成形する方法（第１の方法）と、係合部１５１を、ポンピングリング１０８ｃとゴム端面シール１０４ｂとを嵌合させた後に成形する方法（第２の方法）の２つの方法があり、いずれの方法を採ってもよい。
【００５１】
具体的には、第１の方法は、例えば次のような方法である。
まず、係合部１５１のみが形成され、インペラー１０６ｃは最終的な形状に折り曲げ加工されておらずポンピングリング１０８ｃ本体の円環形状に沿ったストレートな状態に維持されているポンピングリング１０８ｃを、インペラー１０６ｃが形成される端面側からゴム端面シール１０４ｂの外周側面に嵌合させる。そして、図５に示すように、ポンピングリング１０８ｃが完全にゴム端面シール１０４ｂの外周側面に嵌合したら、その後、インペラー１０６ｃを折り曲げ加工し、すなわちインペラー１０６ｃをシャフト１０２の軸心方向、内径方向に折り曲げ、インペラー１０６ｃを形成する。
【００５２】
また、第２の方法は、例えば次のような方法である。
まず、インペラー１０６ｃのみが形成され、係合部１５１は未だ形成されておらず、係合部１５１側の円環状周端面は、ポンピングリング１０８ｃ本体の円環形状に沿ったストレートな状態に維持されているポンピングリング１０８ｃを、係合部１５１が形成される端面側からゴム端面シール１０４ｂの外周側面に嵌合させる。そして、図５に示すように、ポンピングリング１０８ｃが完全にゴム端面シール１０４ｂの外周側面に嵌合したら、その後、係合部１５１をカシメ加工して形成する。
【００５３】
いずれの方法においても、ポンピングリング１０８ｃは、ゴム端面シール１０４ｂの突起部１４１による嵌合、及び、インペラー１０６ｃ及び係合部１５１によるゴム端面シール１０４ｂの両端の挟持により、確実にゴム端面シール１０４ｂに対して装着される。
そして、シール装置１００ｃが組み付けられた状態においては、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、インペラー１０６ｃは、固定環１０３の摺動面１０３ａに対して、微小隙間をあけて対向する位置に配置される。
【００５４】
インペラー１０６ｃは、第１実施形態のインペラー１０６及び第２実施形態のインペラー１０６ｂと同様に、シャフト１０２の回転動作によりポンピング作用を発揮するように形成された部材であり、図６（Ａ）に示すように、シャフト１０２が回転することによってインペラー１０６ｃの回転軌道にある流体（ガスや液体）を、内径方向、すなわちシャフト１０２の軸心方向に流すように作用する羽根である。
【００５５】
このような構成の第３実施形態のシール装置１００ｃにおいても、第１実施形態のシール装置１００及び第２実施形態のシール装置１００ｂと同一の作用効果を得ることができる。
すなわち、シャフト１０２の回転に応じたインペラー１０６ｃのポンピング作用により、摺動面１０３ａの潤滑や冷却に寄与する被密封流体や潤滑液等の流体を、固定環１０３の摺動面１０３ａに強制的に導くことができ、摺動面１０３ａの潤滑や冷却が効率よく行え、潤滑作用や冷却作用を適切に確保することができる。その結果、摺動面１０３ａの潤滑及び冷却に寄与する被密封流体や潤滑液が希薄である回転装置においても、摺動面１０３ａの異常な発熱や、ゴム端面シール１０４ｂの破損等の発生を防ぐことができる。
【００５６】
また、シャフト停止時に潤滑液等の循環が無く、シールボックスの底部に被密封流体や潤滑液が溜まる構造の回転装置においても、インペラー１０６ｃのポンピング作用によりシャフト起動直後から被密封流体や潤滑液を摺動面１０３ａの全体に安定して供給することができるため、シャフト起動時のドライ運転による不具合を有効に防止することができる。従って、摺動面１０３ａの全面に渡って、適切な潤滑効果、冷却効果を得ることができ、回転装置を安全かつ安定して駆動することができる。
【００５７】
また、ゴム端面シール１０４ｂとは別部材のポンピングリング１０８ｃをゴム端面シール１０４ｂに装着するのみで、上述したような作用効果を有する本願発明のシール装置を実現することができる。
また、インペラー１０６ｃを突出リップ１０５とは別部材で構成できるので、突出リップ１０５におけるシール性能、インペラー１０６ｃにおける冷却、潤滑性能の各々について、個々に最適な材料を選択し、最高の作用効果を発揮させることができる。
【００５８】
そして、特に第３実施形態のシール装置１００ｃにおいては、ポンピングリング１０８ｃは、ゴム端面シール１０４ｂの突起部１４１による嵌合、及び、インペラー１０６ｃ及び係合部１５１によるゴム端面シール１０４ｂの両端の挟持の両方の作用により、確実にゴム端面シール１０４ｂに対して装着される。
【００５９】
変形例
本実施形態は本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
【００６０】
例えば、本発明に係るインペラーの形態、形成方法、インペラーが形成されたポンピングリングの形態、あるいは装着方法等は、第１〜第３の実施形態として前述した方法に限られるものではなく、その他の任意の形態、任意の方法でよい。
例えば、インペラーを有するポンピングリングの構成例として、図７に示すポンピングリング１０８ｄのように、単純な円環状部材に対してインペラーを形成したような構成でもよい。このような形態のポンピングリング１０８ｄであれば、円環状部材を切削加工するのみで形成することができる。図７に示すポンピングリング１０８ｄは、図３及び図４を参照して例示した第２実施形態のポンピングリング１０８と同一の方法でゴム端面シールに装着し、また、シール装置に組み込むことができる。そして、このような構成のポンピングリング１０８ｄにおいても、その円環状周端面に形成されたインペラー１０６ｄにより、インペラー１０６ｄの回転軌道にある流体を、シャフトの軸心方向、すなわち突出リップと固定環の摺動面に流すことができ、前述した各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
そして、特に、このような構成のポンピングリング１０８ｄは、円環状部材を単に切削加工するのみで成形できるので、製造が非常に容易である。
【００６１】
また、同じくインペラーを有するポンピングリングの他の構成例として、図８に示すポンピングリング１０８ｅのように、インペラー１０６ｅをポンピングリング１０８ｅの本体よりも外側にはみ出るような構成でもよい。図８に示すポンピングリング１０８ｅは、図５及び図６を参照して説明した第３実施形態のポンピングリング１０８ｃと同様に、ポンピングリング１０８ｅ本体は、金属系の材料により形成し、インペラー１０６ｅは、プレス加工（折り曲げ加工）により形成することにより、容易に製造することができる。そして、このポンピングリング１０８ｅにおいては、インペラー１０６ｅを外側に折り曲げて形成し、インペラー１０６ｅの先端はポンピングリング１０８ｅ本体よりも突出しているため、シャフト起動時のドライ運転を回避するために必要な被密封流体及び潤滑液の液面位置Ｌ２ｅは、図１に示した第１実施形態のシール装置１００において必要な液面位置Ｌ２よりもさらに下げることができる。従って、ドライ運転の可能性があったより一層多くの回転装置について、ドライ運転が生じないようにすることができる。
【００６２】
さらにまた、インペラーを有するポンピングリングの構成例として、図９に示すポンピングリング１０８ｆのように、円環状部材に対して  プレス（折り曲げ）加工のみを行ってインペラーを形成したような構成でもよい。図９に示すポンピングリング１０８ｆは、ポンピングリング１０８ｆ本体となる円環状部材の周端面に突起部（あるいは切り欠き部）を形成し、その一部（円周に沿った所定の側の端部）を斜めに折り曲げることによりインペラー１０６ｆを形成している。例えば図４あるいは図８を参照して前述したポンピングリングは、円環状部材の周端面に突起部を形成した後に、円環状部材の軸方向に平行に突起部を折り曲げてインペラーを形成するために、側周面に沿って突起部の付け根の一部に切り込みを入れなければならない。しかしながら、図９に示すインペラー１０６ｆの構成では、そのような切り込みを入れる必要は無く、インペラー１０６ｆの成形工程を著しく簡単にすることができる。
【産業上の利用分野】
【００６３】
本発明のシール装置及びその製造方法は、空調機用の圧縮機、ポンプ、原動機等の回転装置に好適に適用可能である。また、ハウジングとシャフトとの間の被密封流体をシールする装置であれば、任意の装置に対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態のシール装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示したシール装置のゴム端面シールの構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態のシール装置の構成を示す図である。
【図４】図４は、図３に示したシール装置のポンピングリングの構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態のシール装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、図５に示したシール装置のポンピングリングの構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明に係るポンピングリングの他の構成を示す第１の図である。
【図８】図８は、本発明に係るポンピングリングの他の構成を示す第２の図である。
【図９】図９は、本発明に係るポンピングリングの他の構成を示す第３の図である。
【図１０】図１０は、従来のシール装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００、１００ｂ、１００ｃ…シャフトシール装置
１０１…ハウジング
１０２…シャフト
１０３…固定環
１０３ａ…摺動面
１０４、１０４ｂ…ゴム端面シール
１０５…突出リップ
１０９…補強環
１４１…突起部
１０６、１０６ｂ〜１０６ｆ…インペラー
１０８、１０８ｃ〜１０８ｆ…ポンピングリング
１５１…係合部
１２１…第１パッキン
１２２…補強ケース
１２３…第２パッキン
９００…端面リップシール（シャフトシール装置）
９０１…ハウジング
９０２…シャフト
９０３…固定環（固定側密封環）
９０４…ゴム端面シール
９０５…突出リップ
【図１】
2008051252.tif 000003
【図２】
2008051252.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008051252.tif 000009
【図８】
2008051252.tif 000010
【図９】
2008051252.tif 000011
【図１０】
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