(57)【要約】【課題】密封流体の圧力が高くても、シール部材の接触面部の摩耗を減少させ、耐久性に優れた回転軸シールを提供することを目的とする。【解決手段】回転軸２０の表面に接触する接触面部１６を有するゴム製リップ部１５を備えている。このリップ部１５の接触面部１６の自由状態での断面形状が、相違する２つのアール半径Ｒ１  ，Ｒ２  の円弧をもって滑らかに弧状に連結形成されている。反密封流体側Ｚの円弧のアール半径Ｒ１  を小さく設定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の表面に接触する接触面部を有するゴム製リップ部を備えた回転軸シールに於て、上記リップ部の接触面部の自由状態での断面形状が、相違するアール半径の複数の円弧をもって滑らかな弧状に連結形成され、かつ、反密封流体側の円弧のアール半径を小さく設定したことを特徴とする回転軸シール。
【請求項２】
回転軸の表面に接触する接触面部を有するゴム製リップ部を備えた回転軸シールに於て、上記リップ部の接触面部の自由状態での断面形状が、相違するアール半径の２つの円弧をもって滑らかな弧状に連結形成され、かつ、上記２つの円弧の各接線が上記回転軸の軸心と平行となる位置にて上記連結形成され、しかも、反密封流体側の円弧のアール半径を小さく設定したことを特徴とする回転軸シール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸シールに係り、特に、ガス等の高圧流体を密封するのに用いられる回転軸シールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図５に示すような回転軸シール３１が使用され（例えば、特許文献１参照）、回転軸３２の表面に接触するゴム製リップ部３３の接触面部３４の断面形状は、単一の半径Ｒ′の円弧で構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３０４４２２公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
密封流体の圧力が高い場合、ゴム製リップ部３３の接触面部３４と回転軸３２との接触面圧が増大して、接触面部３４の摩耗が進行しやすい。図５に示した合成樹脂製エレメント３５にてリップ部３３の裏面（内径側の面）を受けるだけでは受持力が不足するので、このエレメント３５とリップ部３３の間に薄い板材のサポート金具（図示省略）を介装し、リップ部３３の裏面（内径側の面）を受持させて、接触面部３４と回転軸３２との接触面圧を低減し、摩耗を減少させる等の提案や、リップ部３３の形状を変更する等の種々の提案が、従来から行われてきた。
【０００５】
しかしながら、最近、冷媒ガス等の密封流体の圧力が高くなって、シールリップ部３３の接触面部３４と回転軸３２との接触面圧が高くなり、摩擦力も高まり、発熱も増加し、接触面部３４が早期に摩耗する問題を解決するには限界に達しつつある。
【０００６】
本発明は従来のリップ部３３の接触面部３４が、単一の半径Ｒ′の円弧である点に着眼してなされた発明であり、圧力が負荷されたとき単一の円弧では、接触面圧の分布が、回転軸３２と接触面部（摺接部）３４の略中央をピークとした正規分布のようになるので、潤滑性を有する密封流体が、回転軸３２と、リップ部３３の接触面部３４の間に導入し難く───上記略中央のピークよりも反密封流体側への導入量が少なく───摩擦係数が大きくなり、発熱を生じ、早期に摩耗が進むという予測のもとで、試行錯誤を重ねて完成された発明である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転軸の表面に接触する接触面部を有するゴム製リップ部を備えた回転軸シールに於て、上記リップ部の接触面部の自由状態での断面形状が、相違するアール半径の複数の円弧をもって滑らかな弧状に連結形成され、かつ、反密封流体側の円弧のアール半径を小さく設定した。
【０００８】
また、回転軸の表面に接触する接触面部を有するゴム製リップ部を備えた回転軸シールに於て、上記リップ部の接触面部の自由状態での断面形状が、相違するアール半径の２つの円弧をもって滑らかな弧状に連結形成され、かつ、上記２つの円弧の各接線が上記回転軸の軸心と平行となる位置にて上記連結形成され、しかも、反密封流体側の円弧のアール半径を小さく設定した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態に基づき、本発明を詳説する。
【００１０】
図１は本発明に係る回転軸シールを示し、例えば、流体収納室２１側に高圧の冷媒等の流体を密封する。
図１は、回転軸シールの断面の半分のみを示し、かつ、実線をもって自由状態───未装着状態───を示し、回転軸２０とハウジング２２は２点鎖線にて示し、この回転軸２０とハウジング２２の間に介装された装着状態では各部が弾性変形する。
【００１１】
具体的に説明すると、図１に於て、１は内鍔部２，３を有する金属製アウターケースであり、このアウターケース１の円筒壁部４の外周面、及び、密封流体側Ｙ（流体収納室２１側）の内鍔部２の前後両面に、接着・溶着・焼付け等にてゴム製シール部材５が固着一体化されている。また、このシール部材５よりも反密封流体側（低圧側・大気側）Ｚに、螺旋溝６付きのシールエレメント７が設けられている。このシールエレメント７の材質はＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂が好ましい。
８は断面略Ｌ字状のサポート金具であり、第１インナーケース９、第２インナーケース１０、上記シールエレメント７、インナー部材１１と順次重ね合うようにして、両内鍔部２，３間に保持固定されている。
【００１２】
アウターケース１に一体状に固着されたシール部材５は、ハウジング２２内周面に弾発的に接して密封作用を成すため（自由状態では）凹凸波形に外周面が形成された円筒部被覆部５ａと、内鍔部２の前後両面と円周端縁を被覆する断面Ｕ字形の内鍔被覆部５ｂと、その内鍔被覆部５ｂの内周寄りの部位から密封流体側Ｙ（流体収納室２１側）へ延伸されたリップ部１５と、から構成されている。
【００１３】
ゴム製リップ部１５についてさらに詳しく説明すると、回転軸２０の軸心Ｌと平行に密封流体側Ｙへストレート状に延伸した短円筒部１４と、この短円筒部１４から密封流体側Ｙにしだいに縮径状に延伸したリップ先端部１３とを、有する。図１、及び、その要部拡大説明用の図２（Ａ）と図３に於て、このリップ先端部１３は、サポート金具８の先端側へ縮径状の勾配先端部８ａに沿った勾配面１３ａと、図３の実線にて示す如く回転軸２０の表面に接触する接触面部１６と、上記勾配面１３ａの最先端と接触面部１６とを滑らかな曲線で連絡する連結部１３ｂと、上記接触面部１６から密封流体側Ｙへ概略しだいに拡径する先端内面１３ｃと、（前記短円筒部１４の先端から）密封流体側Ｙへ縮径するテーパ外周面１３ｄとから、構成されている。
そして、接触面部１６を有する部位は、内周面側へ凸状に形成された小突隆部１７をもって形成されている。
【００１４】
図２（Ａ）と図３の２点鎖線に示す如く、ゴム製リップ部１５の接触面部１６の自由状態での断面形状が、相違するアール半径Ｒ１  ，Ｒ２  の２つの円弧１６ａ，１６ｂをもって滑らかな弧状に連結形成されている。つまり、反密封流体側Ｚの円弧１６ａのアール半径Ｒ１  は、密封流体側Ｙの円弧１６ｂのアール半径Ｒ２  よりも、小さく設定される。即ち、Ｒ２  ＞Ｒ１  とする。
【００１５】
この２つの円弧１６ａ，１６ｂの各接線が、回転軸２０の軸心Ｌと平行となる位置にて、連結（形成）され、接触面部１６が滑らかな弧状を呈する。言い換えると、この２つの円弧１６ａ，１６ｂの連結形成部位は、自由状態の接触面部１６において最も径が小さい部位に相当する。
【００１６】
次に、本発明の作用（機能）について説明すると、図３に示すように、２点鎖線で示した自由状態のゴム製リップ部１５は、その後、図示省略の装着状態とされ、その装着状態下で密封流体側Ｙ（流体収納室２１側）の圧力を受けた場合に、実線にて示す如くリップ部１５は弾性変形し、回転軸２０の表面との接触面圧Ｐの分布は、ピーク１８の位置が接触幅Ｗ１  の半分（１／２）から、反密封流体側Ｚへ偏在する。つまり、接触面部１６が回転軸２０の表面と接触する全幅寸法（接触幅）Ｗ１  の中央よりも、反密封流体側Ｚに片寄って存在する。図３では、ｗ１  ＞（１／２）×Ｗ１  となっている。
【００１７】
冷媒には一般に潤滑油が混在しており、図３の接触面圧Ｐの分布グラフ図からも分かるように、密封流体側Ｙから反密封流体側Ｚへ、しだいに接触面圧Ｐが上昇し、かつ、その上昇領域（範囲）ｗ１  が１／２×Ｗ１  よりも大きいので、接触面部１６に上記潤滑油が導入されやすく、摩擦抵抗を減少できて、接触面部１６（リップ部１５）の摩耗と発熱を低減できる。しかも、ピーク１８が接触幅Ｗ１  の中央よりも反密封流体側Ｚに偏在（偏位）しているので、反密封流体側Ｚに発生する（シールエレメント７の）ＰＴＦＥ摩耗粉の噛み込みを低減して、接触面部１６の摩耗を一層減少できる。
【００１８】
図２（Ｂ）及び図４は、上述した本発明の構成と作用を一層明らかとするために示す比較例であり、この比較例のゴム製リップ部１５の接触面部１６は、単一のアール半径Ｒ０  の円弧で構成され、（図３に対応する）図４に示すように、密封流体側Ｙの圧力を受けた場合に、実線にて示す如くリップ部１５は弾性変形し、回転軸２０の表面との接触面圧Ｐ０  の分布は、ピーク１８の位置が接触幅Ｗ０  の半分（１／２）から、密封流体側Ｙへ偏在する。つまり、ｗ０  ＜（１／２）×Ｗ０  となっている。しかも、この比較例の接触幅Ｗ０  は、本発明の接触幅Ｗ１  よりも大きい。
【００１９】
このような接触面圧Ｐ０  の分布を示す比較例では、冷媒中の潤滑油が接触面部１６に十分に導入されない。つまり、ピーク１８が密封流体側Ｙに偏って存在するので、そのピーク１８を越えて反密封流体側Ｚへ導入されにくく、摩擦抵抗が増大して発熱し、早期摩耗を生じる。しかも、反密封流体側Ｚに発生するＰＴＦＥ摩耗粉の噛み込みが、広い幅寸法───（Ｗ０  −ｗ０  ）の範囲───で生じやすく、接触面部１６の摩耗が促進されてしまうという問題があることが、明らかである。
【００２０】
このように、図２（Ａ）・図３に示す本発明は、図２（Ｂ）・図４に示した比較例と比較すれば、高圧環境下でのリップ部１５の摩耗を低減し、寿命を著しく延長できることが、明らかとなる。
【００２１】
なお、本発明は上述の実施例に限定されず、例えば、接触面部１６の自由状態の断面形状が、相違する３つ以上の（複数の）アール半径の円弧Ｒ１  ，Ｒ２  ，…をもって滑らかな弧状に連結形成するも自由であり、このとき、反密封流体側Ｚの円弧のアール半径を（順次）小さく設定するのがよい。図３と同様の作用効果が得られる。また、図１に示した全体構造と形状以外に、ゴム製グリップ部を２つ以上としたり、シールエレメント７を２つ以上としたり、逆に、省略する等の設計変更は自由である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、上述の構成により次のような著大な効果を奏する。
【００２３】
（請求項１，２によれば、）密封流体の圧力が高い高圧環境下で、ゴム製リップ部１５の接触面部１６の（回転軸２０に対する）接触面圧Ｐの分布を反密封流体側Ｚへ偏位させることができ、十分な潤滑油導入を可能として、摩擦抵抗と発熱を低下させ、摩耗を防止し、長寿命のシールを実現できる。
【００２４】
また、反密封流体側ＺからＰＴＦＥ等の摩耗粉の噛み込みも低減できて、一層、接触面部１６の摩耗を低減して、長寿命のシールとなる。
しかも、従来の回転軸シールに新たな部品を追加せず、リップ部１５の接触面部１６の形状を僅かに変更することで、上述の著大な作用効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す要部断面説明図である。
【図２】本発明と比較例とを対比して示した要部の形状の拡大対比説明図である。
【図３】本発明の作用説明を兼ねた要部断面説明図である。
【図４】比較例の作用を説明する要部断面図である。
【図５】従来例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
５    シール部材
１５      リップ部
１６      接触面部
１６ａ    円弧
１６ｂ    円弧
１８        ピーク
２０        回転軸
２１        流体収納室
Ｌ    軸心
Ｐ    面圧
Ｒ１    アール半径
Ｒ２    アール半径
Ｙ    密封流体側
Ｚ    反密封流体側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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