(57)【要約】【課題】  シールリップの戻り応答性がよく、回転軸の停止時における密封流体の漏洩を長期間に亘り確実に防止することのできる密封装置を提供する。【解決手段】  内側部材２および外側部材４のうちの回転可能に配設された一方に装着され、内側部材２および外側部材４のうちの非装着側に対して摺接可能なシールリップ７と、このシールリップ７の内周側あるいは外周側に配設されたガータースプリング１１とを具備しており、シールリップ７およびガータースプリング１１が、それぞれ異なる回転数で開くように形成する。【選択図】      図１
2005257051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転可能とされた内側部材および外側部材の相互間からの回転停止時における密封流体の漏洩を防止する密封装置であって、
前記内側部材および外側部材のうちの回転可能に配設された一方に装着され、前記内側部材および外側部材のうちの非装着側に対して摺接可能なシールリップと、このシールリップの内周側あるいは外周側に配設されたガータースプリングとを具備しており、前記シールリップおよびガータースプリングが、遠心力によってそれぞれ異なる回転数で開くように形成されていることを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記内側部材が回転可能とされた回転軸であり、前記外側部材がケーシングであり、前記シール部材が前記ケーシングに装着されており、前記回転軸の回転にともなって前記ガータースプリングが前記シールリップより先に開くように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
【請求項３】
非接触シールを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転停止時における密封流体の漏洩を防止するのに好適な密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、相対回転可能とされた内側部材および外側部材の相互間からの密封流体の漏洩を防止する密封装置の一種として、オイルシールに代表されるリップシールが知られている。
【０００３】
図１２は、従来公知のオイルシールの一例の要部を示すものであり、従来のオイルシール１００は、断面ほぼＬ字状に形成された環状の補強環１０１にゴムなどのゴム様弾性体１０２を被着することにより形成されている。そして、ゴム様弾性体１０２の外周には、外側部材としてのハウジング１０３に嵌合されるシール外周面１０４が形成されており、ゴム様弾性体１０２の内周には、内側部材としての回転軸１０５に摺接する断面ほぼ三角形状のシールリップ１０６が設けられている。このシールリップ１０６には、回転軸１０５と適宜な締代を有し、回転軸１０５と弾接するリップ先端１０７が設けられている。また、リップ先端１０７の径方向外側の背面には、シールリップ１０６と回転軸１０５との間のラジアル方向の緊迫力を保持するためのガータースプリング１０８が配設されており、シールリップ１０６のリップ先端１０７が回転軸１０５の外周面と常に弾接するように形成されている。
【０００４】
このような構成のオイルシール１００によれば、シールリップ１０６のリップ先端１０７を回転軸１０５の外周面に弾接させることで、密封流体が密封側ＯＳから大気側ＡＳに向かって漏洩するのを防止することができるようになっている。
【０００５】
しかしながら、このようなオイルシール１００においては、リップ先端１０７が回転軸１０５と常に弾接する構造とされているため、回転軸１０５の高速回転時に、回転軸１０５との摩擦にともなうシールリップ１０６の発熱が大きくなり、この発熱に起因してシールリップ１０６に硬化現象によるクラックが発生し、シール寿命が短くなるという問題点があることが知られている。
【０００６】
また、リップ先端１０７と回転軸１０５とが接触することで、接触部に摩擦が発生し、回転軸１０５の回転トルクをロスしたり、接触部の摩耗により経時的に密封機能が低下するなどの問題点があることも知られている。
【０００７】
このような問題点に対処することのできる密封装置として、回転体と静止部との間にシール隙間を設け、回転体の回転により密封流体の漏れ量を非接触で許容限界以下とすることのできる非接触シールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
図１３は、従来の非接触シールとしてのラビリンスシールの一例の要部を示すものであり、従来のラビリンスシール１１０は、内側部材としての回転体たる回転軸１１１と、外側部材としての静止部たるケーシング１１２とを備えている。一方の回転軸１１１には、円盤状のつば１１３が形成されており、他方のケーシング１１２には、つば１１３の周縁が回転可能に挿入される円環状凹部１１４が形成されている。そして、つば１１３の回転により密封流体を回転させて、その遠心力でつば１１３と円環状凹部１１４の内周面との間に形成されたシール隙間１１５に環状の隔壁を形成することにより非接触で密封流体の漏洩を防止、詳しくは密封流体の漏れ量を許容限界以下とすることができるようになっている。
【０００９】
また、回転軸１１１には、ゴム様弾性体により形成されたシールリップ１１６を備えたシール部材１１７が装着されており、シールリップ１１６のリップ先端１１８を回転軸１１１の停止時においてはケーシング１１２に弾接させ、回転軸１１１の高速回転時においてはリップ先端１１８を遠心力によってケーシング１１２から離間させることで、回転軸１１１の停止時および低速回転時における密封流体の漏洩を防止することができるようになっている。
【００１０】
なお、非接触シールとしてのフローティングリングシールに回転軸の停止時における密封流体の漏洩を防止するシール部材を設けることも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開昭５１−８４４１号公報
【特許文献２】特許第２５８３１９４号公報（第４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、前述した従来の密封装置、例えばラビリンスシール１１０における回転軸１１１の停止時における密封流体の漏洩を防止するシール部材１１７においては、回転軸１１１の高速回転時に、シールリップ１１６のリップ先端１１８を遠心力によってケーシング１１２から離間させることができるので、シールリップ１１６の発熱、回転トルクのロス、接触部の摩耗などを防止することはできるものの、回転軸１１１の回転時間が長くなると、シールリップ１１６にクリープが発生し、回転軸１１１の停止時および低速回転時に、シールリップ１１６のリップ先端１１８がケーシング１１２に弾接せず、密封流体の漏洩が発生するという問題点があった。
【００１３】
すなわち、従来のラビリンスシール１１０においては、回転軸１１１の停止時における密封流体の漏洩を長期間に亘り確実に防止することができないという問題点があった。
【００１４】
また、従来のラビリンスシール１１０のシール部材１１７においては、シールリップ１１６にクリープが発生しない場合であっても、回転軸１１１の回転を急速に停止した場合、戻り応答性が悪いため、密封流体の漏洩が発生するという問題点があった。
【００１５】
すなわち、従来のラビリンスシール１１０のシール部材１１７においては、ケーシング１１２に対するシールリップ１１６のリップ先端１１７の接離動作が、シールリップ１１６を構成するゴム様弾性体それ自身の弾性（ゴム弾性）によって行われているので、遠心力によってケーシング１１２から離間して開いたシールリップ１１６のリップ先端１１８が、もとの状態であるケーシング１１２に弾接した閉じた状態に復帰するのに時間を必要とし、回転軸１１１の回転停止のタイミングと、シールリップ１１６のリップ先端１１８がケーシング１１２に弾接するタイミングとにタイムラグが発生し、回転軸１１１の回転停止時に、密封流体の漏洩が発生するという問題点もあった。
【００１６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、シールリップの戻り応答性がよく、回転軸の停止時における密封流体の漏洩を長期間に亘り確実に防止することのできる密封装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述した目的を達成するため本発明に係る密封装置の特徴は、相対回転可能とされた内側部材および外側部材の相互間からの回転停止時における密封流体の漏洩を防止する密封装置であって、前記内側部材および外側部材のうちの回転可能に配設された一方に装着され、前記内側部材および外側部材のうちの非装着側に対して摺接可能なシールリップと、このシールリップの内周側あるいは外周側に配設されたガータースプリングとを具備しており、前記シールリップおよびガータースプリングが、遠心力によってそれぞれ異なる回転数で開くように形成されている点にある。
【００１８】
本発明に係る密封装置においては、前記内側部材が回転可能とされた回転軸であり、前記外側部材がケーシングであり、前記シール部材が前記ケーシングに装着されており、前記回転軸の回転にともなって前記ガータースプリングが前記シールリップより先に開くように形成されていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の密封装置においては、非接触シールを設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の密封装置によれば、シールリップの戻り応答性がよく、回転軸の停止時における密封流体の漏洩を長期間に亘り確実に防止することができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る密封装置の実施形態の要部を示す半断面図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の密封装置１は、内側部材としての回転体たる回転軸２に装着されるシール部材３と、外側部材としての静止部たるケーシング４にシール部材３と対向するように装着される固定部材用環体５とを有している。この密封装置１は、図１左側が密封流体、例えば潤滑油が存在する密封側ＯＳとされ、密封装置１の図１右側が大気側ＡＳとされている。
【００２４】
前記シール部材３は、金属あるいは樹脂などにより形成された補強環６に、ゴム様弾性体により形成されたシールリップ７が焼き付けられて一体に形成されている。
【００２５】
前記補強環６は、回転軸２の外周面に装着される内側円筒部８を備えている。この内側円筒部８の密封側ＯＳに位置する左端縁には、外側部材としてのケーシング４の内周面に向かって径方向外側にほぼ直角に折曲された側面ほぼ環状の外側直立壁部９が延出形成されている。この外側直立壁部９の外周縁は、回転軸２の外周面とケーシング４の内周面とのほぼ中間部分に位置するように形成されている。そして、外側直立壁部９の外周縁には、大気側ＡＳに向かってほぼ直角に折曲された外側円筒部１０が延出形成されている。この外側円筒部１０の長さ寸法は、内側円筒部８の長さ寸法より短く形成されている。これらの内側円筒部８、外側直立壁部９および外側円筒部１０により、補強環６が全体として断面ほぼ逆コの字形状に形成されている。
【００２６】
なお、外側円筒部１０の内周面は、後述するガータースプリング１１と対向するように設定されており、ガータースプリング１１が遠心力Ｆ（図４参照）によって開く際の最大開き位置を規制するストッパーとして機能するようになっている。
【００２７】
前記シールリップ７は、補強環６の外側直立壁部９の大気側ＡＳに位置する側面の回転軸側に基部が配置されており、その先端であるリップ先端１２が大気側ＡＳに配置されている。このシールリップ７は、外側直立壁部９の大気側ＡＳの側面から大気側ＡＳに向かって徐々に拡径するように形成されている。また、シールリップ７は、回転軸２の回転停止時においては図１に示すように固定部材用環体５の後述するシール接触面１３に対してリップ先端１２が適宜な締代をもって弾接し、回転軸２の回転にともなう遠心力Ｆによってリップ先端１２が開いてシール接触面１３から離間するように形成されている。すなわち、シールリップ７のリップ先端１２は、固定部材用環体５のシール接触面１３に対して接離可能に形成されている。
【００２８】
なお、回転軸２に装着される補強環６の内側円筒部８の内周面に、回転部材用弾性シールとなるゴム様弾性体を一体に形成してもよい。
【００２９】
前記シールシップ７の素材としては、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）などの各種のゴム類や熱可塑性エラストマーなどのゴム弾性を呈するゴム様弾性体から仕様や設計コンセプトなどの必要に応じて選択使用することができる。
【００３０】
前記シールリップ７の外周側には、回転停止時におけるシールリップ７と回転軸２との間のラジアル方向の緊迫力を保持するための開閉可能なガータースプリング１１が配設されている。このガータースプリング１１の素材としては、硬鋼線Ｂ種（ＳＷＢ）が一般的に用いられ、ピアノ線Ａ種（ＳＷＰ−Ａ）、ばね用ステンレス鋼線（ＳＵＳ３０４−ＷＰＢ、ＳＵＳ３１６−ＷＰＡ）、りん青銅鋼（Ｃ５１９１Ｗ−Ｈ）などが使用条件などに応じて選択使用される。また、ガータースプリング１１の張力、伸長率、線径、コイル径なども使用条件などに応じて設定される。
【００３１】
本実施形態のガータースプリング１１の初期張力は、ガータースプリング１１を開く回転軸２の回転数の遠心力Ｆよりわずかに小さく設定されており、回転軸２の所定の回転数で瞬時に開閉することができるようになっている。
【００３２】
なお、シールリップ７およびガータースプリング１１は、回転軸２の回転にともなってガータースプリング１１が先に開くように形成されている。すなわち、ガータースプリング１１およびシールリップ７は、それぞれ異なる回転数で開くように形成されている。
【００３３】
ここで、本明細書中におけるシールリップ７が開くとは、回転軸２の回転にともなう遠心力Ｆによってシール接触面１３に弾接しているリップ先端１２をシール接触面１３から離間させることをいう。また、シールリップ７を閉じるとは、回転軸２の回転にともなう遠心力Ｆによって開いたリップ先端１２を回転軸２の回転停止にともなう遠心力Ｆの解除によってシール接触面１３に弾接させることをいう。
【００３４】
したがって、シールリップ７の開閉とは、回転軸２の回転にともなう遠心力Ｆおよびその解除によって、シールリップ７のリップ先端１２を固定部材用環体５のシール接触面１３に対して接離させることを意味する。
【００３５】
また、ガータースプリング１１が開くとは、回転軸２の回転にともなう遠心力Ｆによってシールリップ７の外周に弾接しているガータースプリング１１の内周をシールリップ７の外周から離間させることをいう。また、ガータースプリング１１を閉じるとは、回転軸２の回転にともなう遠心力Ｆによって開いたガータースプリング１１の内周を回転軸２の回転停止にともなう遠心力Ｆの解除によってシールリップ７の外周に弾接させることをいう。
【００３６】
したがって、ガータースプリング１１の開閉とは、回転軸２の回転にともなう遠心力Ｆおよびその解除によって、ガータースプリング１１の内周をシールリップ７の外周に対して接離させることを意味する。
【００３７】
前記固定部材用環体５は、金属あるいは樹脂などにより形成されている。この固定部材用環体５は、外周面がケーシング４の内周面と対向する軸方向に平行な水平筒状部１４と、この水平筒状部１４の大気側ＡＳに位置する右端縁から径方向中心に向かうにともない密封側ＯＳに徐々に傾斜するように形成された内向きフランジ状の固定側シール弾接部１５とを有する断面ほぼＬ字状に形成されている。そして、水平筒状部１４の内周面は、取付状態において補強環６の外側円筒部１０の外周面と適宜な間隔をおいて対向するように配置されている。さらに、固定側シール弾接部１５の密封側ＯＳの側面の内縁側近傍は、回転軸２の停止時においてシールリップ７のリップ先端１２が弾接されるシール接触面１３とされている。
【００３８】
なお、ケーシング４に装着される固定部材用環体５の水平筒状部１４の外周面に、固定部材用弾性シールとなるゴム様弾性体を一体に形成してもよい。
【００３９】
また、ケーシング４に、固定側シール弾接部１５を一体形成する構成としてもよい。
【００４０】
さらに、回転軸２を固定軸とし、ケーシング４を回転させ、シール部材３をケーシング４に装着する構成としてもよい。すなわち、シール部材３は、相対回転可能とされた内側部材および外側部材のうちの回転可能に配設された一方に装着されていればよい。したがって、シールリップ７のリップ先端１２は、内側部材および外側部材のうちの非装着側に設けたシール接触面１３に対して摺接可能に形成されていればよい。
【００４１】
さらにまた、ガータースプリング１１をシールリップ７の内周側に設ける構成としてもよい。
【００４２】
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。
【００４３】
本実施形態の密封装置１におけるシールリップ７およびガータースプリング１１の開閉動作について説明する。
【００４４】
図２は、シールリップ７の応答性、すなわち残留歪み率と時間との関係についてテストピースを用いて調査した結果を示すものである。この調査は、シールリップ７の素材を、ＶＭＱ（シリコーンゴム：硬さ８０度）、ＦＫＭ１（フッ素ゴム：硬さ７５度）、ＦＫＭ２（フッ素ゴム：硬さ８０度）の３種類のゴムとし、これらのゴムのテストピースに荷重を加えてそれぞれ５％伸長および１０％伸長させ、荷重を解除した後の残留歪み率（％）と時間（分）との関係を求めたものである。なお、残留歪み率０％は、もとの長さに復帰したことを示している。
【００４５】
図２に示す応答性の調査結果から分かるように、ＶＭＱは、比較的応答性に優れているものの、ＦＫＭ１およびＦＫＭ２は、荷重を解除した後、６０分を経ても５％以上の残留歪み率を有しており、回転軸２を長時間回転させるとクリープが発生し、シールリップ７の弾性だけでは、回転軸２を停止させた場合に、シールリップ７のリップ先端１２がシール接触面１３に弾接しない。すなわち、シールリップ７の弾性だけでは、回転軸２の回転にともなう遠心力Ｆによって開いたリップ先端１２を、回転軸２の停止にともなう遠心力Ｆの解除によっても、リップ先端１２がシール接触面１３に弾接したもとの状態に復帰させることができない。
【００４６】
図３は、ガータースプリング１１の張力、すなわち、荷重と伸長率との関係について調査した結果を示すものである。この調査は、ガータースプリング１１の素材を硬鋼線Ｂ種とし、そのサイズ、すなわち線径（ｍｍ）×コイル径（ｍｍ）を、０．１５×１．０、０．１５×１．３、０．２０×１．０、０．２×１．３、０．２５×１．３の５種類とし、これらのガータースプリング１１の荷重と伸長率との関係を求めたものである。
【００４７】
ここで、回転軸２の回転によってシールリップ７およびガータースプリング１１に働く遠心力Ｆについて説明する。
【００４８】
遠心力Ｆは、一般的に、
Ｆ（遠心力）＝ｍ（質量）・ｒ（半径）・ω（角速度）２  
で示され、
簡易的には、
Ｆ＝１．１１９×１０−６・ｍ・ｒ・ｎ（回転数：ｒｐｍ）２  
で算出することができる。
【００４９】
前記遠心力Ｆをシールリップ７の素材、ガータースプリング１１に反映させるには、図４に示すように、簡易的に、遠心力Ｆのｙ方向成分の総和（ΣＦｙ）の１／２と張力Ｔとがほぼ一致するとして計算することができる。
【００５０】
図５に示すように、遠心力Ｆは、回転数の二乗に比例して上昇する。一方、ガータースプリング１１の荷重と伸びの関係は、図３に示すように、ガータースプリング１１の線径、コイル径に固有の初期張力を持ちその後はなだらかな一次式で示される。
【００５１】
したがって、ガータースプリング１１の初期張力の設定を調整することで、ある一定の回転数でガータースプリング１１を開閉させることが可能となる。また、シールリップ７の荷重と伸びの関係は、ガータースプリング１１とは異なり、一次式であらわすことはできないため、一定の回転数でのリップ先端１２の開閉動作は難しく、シールリップ７の形状などを調整することで、回転数に応じた開き量を見つけ出すことができる。その結果、シールリップ７およびガータースプリング１１を、それぞれ異なる回転数で開閉するように形成することが容易にできる。
【００５２】
すなわち、遠心力Ｆによるシールリップ７のリップ先端１２の開閉動作設計、詳しくは回転軸２の回転数を何回転としたときに固定部材用環体５のシール接触面１３からリップ先端１２を離間させるかという設定を容易に行うことができる。
【００５３】
このような構成からなる本実施形態の密封装置１によれば、図１に示すように、回転軸２の回転停止時および低速時においては、シールリップ７自身の弾性復元力およびガータースプリング１１によるシールリップ７を回転軸２方向へ押しつける力によって、従来と同様に、リップ先端１２を固定部材用環体５のシール接触面１３に弾接させることができるので、密封側ＯＳから大気側ＡＳへの密封流体の漏れを確実かつ容易に防止することができる。
【００５４】
また、本実施形態の密封装置１によれば、回転軸２が回転を開始すると、シールリップ７およびガータースプリング１１に対して遠心力Ｆが発生し、シールリップ７のリップ先端１２およびガータースプリング１１がともに径方向外側に向かって拡径を開始する。そして、回転軸２の回転数が所定の回転数より低回転のある一定の回転数に到達すると、回転軸２の回転による遠心力Ｆがガータースプリング１１の初期張力を越え、その結果、図６に示すように、シールリップ７のリップ先端１２がシール接触面１３に弾接している状態で、ガータースプリング１１が急速に拡径して開き、シールリップ７の外周から離間する。なお、ガータースプリング１１の拡径は、ガータースプリング１１の外周が外側円筒部１０の内周面に弾接することで規制されている。
【００５５】
その後、回転軸２の回転数が所定の回転数に到達する前に、シールリップ７のリップ先端１２がガータースプリング１１より遅れて開き、図７に示すように、リップ先端１２がシール接触面１３から離間する。その結果、回転軸２が所定の回転数に到達した高速回転時において、リップシール１５のリップ先端１２とシール接触面１３を非接触状態に保持することができる。
【００５６】
また、回転状態の回転軸２が停止する場合には、回転軸２の回転数の低下にともなう遠心力Ｆの低下により、シールリップ７のリップ先端１２がガータースプリング１１より先に縮径を開始し、その後、回転軸２の回転数が一定の回転数、すなわち、回転軸２の回転による遠心力Ｆがガータースプリング１１の初期張力を下回る回転数に低下すると、開いたガータースプリング１１が短時間で急速に縮径して閉じる。このガータースプリング１１の閉動作により、ガータースプリング１１の内周がシールリップ７の外周に弾接するとともに、シールリップ７を回転軸２に向かって付勢し、シールリップ７のリップ先端１２が、シールリップ７自身の弾性復元力のみの場合よりも迅速にシール接触面１３に弾接する。
【００５７】
その後、回転軸２が停止すると、シールリップ７のリップ先端１２は、シールリップ７自身の弾性復元力およびガータースプリング１１によるシールリップ７を回転軸２方向へ押しつける力によって、固定部材用環体５のシール接触面１３に弾接したもとの状態に容易に復帰する。
【００５８】
したがって、本実施形態の密封装置１によれば、回転軸２の停止時および回転軸２の低速回転時においては、シールリップ７のリップ先端１２を固定部材用環体５のシール接触面１３に弾接させることができるので、密封側ＯＳから大気側ＡＳへの密封流体の漏洩を確実かつ容易に防止することができる。
【００５９】
また、本実施形態の密封装置１によれば、回転軸２の高速回転時においては、シールリップ７のリップ先端１２を固定部材用環体５のシール接触面１３から離間させることができるので、シールリップ７の発熱、回転トルクのロス、接触部の摩耗などを防止することができる。
【００６０】
このことは、性能評価試験により確認することができた。この性能評価試験は、シールリップ７およびガータースプリング１１の開閉を評価する開閉評価試験と、回転を停止した際の漏洩の有無を評価する密封評価試験とにより行った。
【００６１】
一方の開閉評価試験には、試験装置に設けた外径７４ｍｍの回転軸２の外周面にシール部材３を装着するとともに、内径１００ｍｍのケーシング４の内周面に大気側ＡＳより観察できる透明な樹脂製の固定部材用環体５を設けることにより行った。そして、シール部材３は、硬さ７５度のＦＫＭにより厚さ０．３ｍｍのシールリップ７を設けるとともに、リップ先端１２の直径を８０ｍｍとし、リップ先端１２のシール接触面１３に対する締め代を０．５ｍｍとした。また、ガータースプリング１１は、硬鋼線Ｂ種を素材とし、線径０．１５ｍｍでコイル径を１．０ｍｍ、線径０．２ｍｍでコイル径を１．０ｍｍ、線径０．２ｍｍでコイル径を１．３ｍｍとした３種類のものを用いた。そして、回転軸２の回転にともなうシールリップ７の挙動をＣＣＤカメラで撮影して観察するとともに、回転軸２の回転数毎のリップ先端１２およびガータースプリング１１の拡径量と、ガータースプリング１１の位置を計測した。この開閉評価試験の結果を図８に示す。
【００６２】
図８に示すように、いずれのガータースプリング１１を装着した場合であっても、回転軸２の回転数が２５００ｒｐｍ以下でガータースプリング１１が開くとともに、ガータースプリング１１の拡径の開始からガータースプリング１１の外周が補強環６の外側円筒部１０の内周面に弾接して拡径が完了するまでの回転数の範囲が１０００〜２５００ｒｐｍ程度であることが判明した。なお、回転軸２を停止した場合にも、同様の回転数で縮径した。
【００６３】
また、シールリップ７は、回転軸２の回転数が２０００ｒｐｍ程度で徐々に拡径を開始し、４０００ｒｐｍ程度で２．０ｍｍ程度の拡径量を得られることが認められた。このシールリップ７のリップ先端１２の回転軸２に対する締め代を設計上０．５ｍｍとしていることから、回転軸２の回転が３０００ｒｐｍ程度で、リップ先端１２がシール接触面１３から離間して非接触状態となることが判明した。
【００６４】
他方の密封評価試験には、前記シール部材３に線径０．２ｍｍでコイル径を１．０ｍｍとしたガータースプリング１１を装着したものを本発明品とし、回転軸２を所定時間回転させた後、密封側ＯＳに、室温の潤滑油を充填し、潤滑油の大気側ＡＳへの漏洩の有無を目視により評価した。また、回転軸２の回転時間として、５分、３０分、６時間、２４時間、１００時間の５種類を用いた。なお、ガータースプリング１１を装着しないものを従来品として比較評価した。この密封評価試験結果を図９に示す。なお、図９中における評価結果の○印は、「潤滑油の漏洩なし」を示し、△印は、「停止直後に潤滑油のにじみあり、その後潤滑油のにじみの拡大なし」を示し、×印は、「潤滑油の漏洩あり」を示している。
【００６５】
図９の密封評価試験結果に示すように、シールリップ７の外周面にガータースプリング１１を装着した本発明品は、いずれの試験時間においても潤滑油の漏洩がなく良好な密封性能を有することが判明した。
【００６６】
これに対し、シールリップ７の外周面にガータースプリング１１を装着しない従来品は、試験時間が６時間で停止直後の潤滑油のにじみが発生し、試験時間が２４時間を越えると潤滑油の漏洩が発生することが判明した。すなわち、従来品は、回転軸２の回転時間の増加にともなって、シールリップ７にクリープが発生し、回転停止時における密封性能が低下することが確認できた。
【００６７】
さらに、本実施形態の密封装置１によれば、回転軸２の高速回転時においては、シールリップ７のリップ先端１２を固定部材用環体５のシール接触面１３から離間させることができるので、シールリップ７の発熱、回転トルクのロス、接触部の摩耗などを確実かつ容易に防止することができる。
【００６８】
さらにまた、本実施形態の密封装置１によれば、回転軸２が停止する際に、ガータースプリング１１によって、シールリップ７のリップ先端１２を固定部材用環体５のシール接触面１３に迅速に弾接させることができるので、シールリップ７の戻り応答性がよく、回転軸２の回転を急速に停止した場合においても密封側ＯＳから大気側ＡＳへの密封流体の漏洩を確実かつ容易に防止することができる。
【００６９】
また、本実施形態の密封装置１によれば、回転軸２が停止する際に、ガータースプリング１１によって、シールリップ７のリップ先端１２を固定部材用環体５のシール接触面１３に弾接させることができるので、回転軸２の回転時間が長くなって、シールリップ７にクリープが発生した場合であっても、シールリップ７のリップ先端１２を固定部材用環体５のシール接触面１３に確実に弾接させることができる。これにより、密封側ＯＳから大気側ＡＳへの密封流体の漏洩を長期間に亘り確実かつ容易に防止することができる。
【００７０】
すなわち、本実施形態の密封装置１によれば、ガータースプリング１１を、そのばね特性によって狭い範囲の回転数域で開閉させることができるので、シールリップ７を閉じる際に、クリープなどで戻りきらないシールリップ７を短時間でもとの位置に戻すことができる。
【００７１】
また、本実施形態の密封装置１によれば、シールリップ７にガータースプリング１１を保持させるための加工が不要であり、シールリップ７の構造を簡単にすることができるとともに、回転軸２の低回転時における遠心力Ｆでリップ先端１２の開閉を容易に行うことができる。
【００７２】
したがって、本実施形態の密封装置１によれば、シールリップ７の戻り応答性がよく、回転軸２の停止時における密封流体の漏洩を長期間に亘り確実に防止することができる。
【００７３】
図１０は本発明に係る密封装置の第２実施形態を示す半断面図である。なお、前述した第１実施形態の密封装置と同一ないし相当する構成については図面中に同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００７４】
本実施形態の密封装置は、非接触シールの回転停止時における密封流体の漏洩防止に用いた一例である。
【００７５】
図１０に示すように、本実施形態の密封装置１Ａは、内側部材としての回転体たる回転軸２Ａと、外側部材としての静止部たるケーシング４Ａとの相互間に、非接触シールとしてのラビリンスシール２１が配設されている。そして、回転軸２Ａは、大気側ＡＳに向かって小径の段付きに形成されており、ケーシング４Ａは、回転軸２Ａとの対向面が大気側ＡＳに向かって大径の段付きに形成されている。
【００７６】
前記ラビリンスシール２１は、従来公知のものであり、内側部材としての回転体たる回転軸２Ａに装着される回転側環体２２と、外側部材としての静止部たるケーシング４Ａに回転側環体２２と対向するように装着される固定側環体２３とを有している。そして、回転側環体２２と固定側環体２３との対向面間には、例えば、０．１ｍｍ程度の間隔のシール隙間２４が形成されている。また、シール隙間２４は、断面ほぼ櫛の歯状をなすように大径部と小径部とを軸方向に沿って交互に配列した多段に形成されている。そして、ラビリンスシール２１の図１０左側が密封流体としての潤滑油が存在する密封側ＯＳとされ、ラビリンスシール２１の図１０右側が大気側ＡＳとされている。
【００７７】
前記ラビリンスシール２１の大気側ＡＳには、回転停止時における密封流体の漏洩を防止するため、前述した第１実施形態の密封装置１と同様のシール部材３と固定部材用環体５がラビリンスシール２１と間隔を置いて配置されている。
【００７８】
したがって、本実施形態の密封装置１Ａは、密封側ＯＳにラビリンスが配置され、大気側ＡＳに回転停止時における密封流体の漏洩を防止するシールが配置されている。
【００７９】
このような構成からなる本実施形態の密封装置１Ａによれば、ラビリンスシール２１によって、回転軸２Ａの回転により密封流体の密封側ＯＳから大気側ＡＳへの漏洩を非接触で防止（実質的に無視できるほど少なく）することができ、シール部材３および固定部材用環体５によって、回転軸２の回転停止時における密封流体の密封側ＯＳから大気側ＡＳへの漏洩を確実に防止することができる。
【００８０】
また、本実施形態の密封装置１Ａにおけるシール部材３および固定部材用環体５は、前述した第１実施形態の密封装置１と同様の効果を奏する。
【００８１】
図１１は本発明に係る密封装置の第３実施形態を示す半断面図である。
【００８２】
本実施形態の密封装置は、非接触シールの回転停止時における密封流体の漏洩防止に用いた他例である。
【００８３】
図１１に示すように、本実施形態の密封装置１Ｂは、非接触シールとしてのラビリンスシール２１Ｂに前述した第１実施形態の密封装置１とほぼ同様のシール部材３Ｂが一体に形成されている。
【００８４】
すなわち、本実施形態の密封装置１Ｂのラビリンスシール２１Ｂは、内側部材としての回転体たる回転軸２Ｂに装着された回転部材２６と、外側部材としての静止部たるケーシング４Ｂの一部に一体形成された固定側環体２３Ｂとを有している。なお、固定側環体２３Ｂを別個に形成し、この別個に形成した固定側環体を外側部材としての静止部たるケーシング４Ｂに装着する構成としてもよい。
【００８５】
前記回転部材２６は、回転軸２Ｂの外周面に装着される内側円筒部８Ｂを備えている。この内側円筒部８Ｂの密封側ＯＳに位置する左端縁には、外側部材としてのケーシング４Ｂの内周面に向かって径方向外側にほぼ直角に折曲された側面ほぼ環状の外側直立壁部９Ｂが延出形成されている。この外側直立壁部９Ｂの大気側ＡＳの側面には、シール隙間２４Ｂを形成するための複数、本実施形態においては外、中、内の３つの回転側環状筒部２７ａ、２７ｂ、２７ｃがそれぞれ大気側ＡＳに向かって相互に平行に延在するように突設されている。これらの回転側環状筒部２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、図１１の左右方向に示す長さ寸法がそれぞれ同一とされている。また、各回転側環状筒部２７ａ、２７ｂ、２７ｃの長さ寸法は、内側円筒部８Ｂの長さ寸法より短く形成されている。さらに、径方向の最も外側に位置する回転側環状筒部２７ａの基部は、外側直立壁部９Ｂの外周縁に配置されており、径方向の最も外側に位置する回転側環状筒部２７ａの内側に隣位する回転側環状筒部２７ｂの基部は、外側直立壁部９Ｂの外周縁と外側直立壁部９Ｂの径方向のほぼ中央部との中間に配置されており、径方向の最も内側に位置する回転側環状筒部２７ｃの基部は、外側直立壁部９Ｂの径方向のほぼ中央部に配置されている。また、各回転側環状筒部２７の相互に隣位する相互間のそれぞれの間隔は同一とされている。
【００８６】
前記外側直立壁部９Ｂの大気側ＡＳの側面の回転側環状筒部２７ｃより内側円筒部８Ｂ側には、ゴム様弾性体により形成されたシールリップ７Ｂの基部が配置されており、このシールリップ７Ｂの先端であるップ先端１２Ｂが大気側ＡＳに配置されている。このシールリップ７Ｂは、外側直立壁部９Ｂの大気側ＡＳの側面から大気側ＡＳに向かって徐々に拡径するように形成されている。また、シールリップ７Ｂは、回転軸２Ｂの回転停止時においては図１１に示すように固定側環体２３Ｂに設けられた固定側シール弾接部１５Ｂのシール接触面１３Ｂに対してリップ先端１２Ｂが適宜な締代をもって弾接し、回転軸２Ｂの回転にともなう遠心力Ｆによってップ先端１２Ｂが開き、シール接触面１３Ｂから離間するように形成されている。
【００８７】
すなわち、シールリップ７Ｂのップ先端１２Ｂは、シール接触面１３Ｂに対して接離可能に形成されている。
【００８８】
前記シールリップ７Ｂの外周側には、回転停止時におけるシールリップ７Ｂと回転軸２Ｂとの間のラジアル方向の緊迫力を保持するための開閉可能なガータースプリング１１Ｂが配設されている。このガータースプリング１１Ｂの初期張力は、前述第１実施形態の密封装置１におけるガータースプリング１１と同様に、ガータースプリング１１Ｂを開閉する回転軸２Ｂの回転数の遠心力Ｆよりわずかに小さく設定されており、回転軸２Ｂの所定の回転数で瞬時に開閉することができるようになっている。
【００８９】
前記固定側環体２３Ｂは、回転軸２Ｂに装着された径方向の最も外側に位置する回転部材２６の回転側環状筒部２７ａの外周と対向するように軸方向に沿って形成された水平筒状部１４Ｂを有しており、この水平筒状部１４Ｂの大気側ＡＳの端面には、径方向内側にほぼ直角に折曲された側面ほぼ環状の内向きのフランジ部２８が延出形成されている。このフランジ部２８の密封側ＯＳの側面には、外、内の２つの固定側環状筒部２９ａ、２９ｂがそれぞれ密封側ＯＳに向かって突設されている。これらの固定側環状筒部２９ａ、２９ｂは、図１１の左右方向に示す長さ寸法がそれぞれ同一とされている。また、径方向の外側に位置する固定側環状筒部２９ａは、径方向の最も外側に位置する回転側環状筒部２７ａとその内側に隣位する回転側環状筒部２７ｂとの相互間に遊挿されており、径方向の内側に位置する固定側環状筒部２９ｂは、径方向の最も内側に位置する回転側環状筒部２７ｃとその外側に隣位する回転側環状筒部２７ｂとの相互間に遊挿されている。そして、水平筒状部１４Ｂと径方向の最も外側に位置する回転側環状筒部２７ａとの対向面間、フランジ部２８と各回転側環状筒部２７ａ、２７ｂ、２７ｃとの対向面間、各回転側環状筒部２７ａ、２７ｂ、２７ｃと各固定側環状筒部２９ａ、２９ｂとの対向面間、および、各回転側環状筒部２７ａ、２７ｂ、２７ｃと外側直立壁部９Ｂとの対向面間には、例えば、０．１ｍｍ程度の間隔のシール隙間２４Ｂがそれぞれ形成されている。
【００９０】
前記フランジ部２８の大気側ＡＳの側面の内周側には、径方向中心に向かうにともない密封側ＯＳに向かって徐々に傾斜するように形成された内向きフランジ状の固定側シール弾接部１５Ｂが形成されている。そして、固定側シール弾接部１５Ｂの密封側ＯＳの側面の内縁側近傍は、回転軸２Ｂの停止時においてシールリップ７Ｂのップ先端１２Ｂが弾接されるシール接触面１３Ｂとされている。
【００９１】
したがって、本実施形態の密封装置１Ｂは、径方向外側にラビリンスシール２１Ｂが配置され、径方向内側に回転停止時における密封流体の漏洩を防止するシールリップ７Ｂが配置されているとともに、ラビリンスシール２１Ｂとシールリップ７Ｂとが一体に形成されている。
【００９２】
このような構成からなる本実施形態の密封装置１Ｂによれば、ラビリンスシール２１Ｂによって、回転軸２Ｂの回転により密封流体の密封側ＯＳから大気側ＡＳへの漏洩を非接触で防止（実質的に無視できるほど少なく）することができ、シール部材３Ｂおよび固定側環体２３Ｂの固定側シール弾接部１５Ｂによって、回転軸２Ｂの回転停止時における密封流体の密封側ＯＳから大気側ＡＳへの漏洩を確実に防止することができる。また、本実施形態の密封装置１Ｂにおけるシール部材３Ｂおよび固定側環体２３Ｂは、前述した第１実施形態の密封装置１と同様の効果を奏する。
【００９３】
本発明の密封装置は、自動車のエンジンおよびターボチャージャ、ミッション、足回りの潤滑部分などに用いることができる。
【００９４】
また、本発明の密封装置は、多種多様の密封流体の漏洩防止に用いることができる。
【００９５】
さらに、本発明の密封装置の非接触シールとしては、ラビリンスシールに限らず、フローティングリングシールなどの各種のものから選択使用することができる。
【００９６】
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る密封装置の第１実施形態の要部を示す断面図
【図２】密封装置のシールリップの応答性である残留歪み率と時間との関係についてテストピースを用いて調査した結果を示す線図
【図３】密封装置のガータースプリングの張力である荷重と伸長率との関係について調査した結果を示す線図
【図４】密封装置のシールリップおよびガータースプリングの回転軸の回転による遠心力を説明する説明図
【図５】密封装置のシールリップおよびガータースプリングの回転軸の回転による遠心力と回転軸の回転数との関係を示す線図
【図６】本発明に係る密封装置の第１実施形態の回転軸の回転によりガータースプリングが開いた状態の要部を示す図１と同様の図
【図７】本発明に係る密封装置の第１実施形態の回転軸の回転によりガータースプリングおよびシールリップがともに開いた状態の要部を示す図１と同様の図
【図８】本発明に係る密封装置の第１実施形態の開閉評価試験の結果を示す線図
【図９】本発明に係る密封装置の第１実施形態の密封評価試験結果を説明する説明図
【図１０】本発明に係る密封装置の第２実施形態の要部を示す図１と同様の図
【図１１】本発明に係る密封装置の第３実施形態の要部を示す図１と同様の図
【図１２】従来の密封装置としてのオイルシールの一例の要部を示す半断面図
【図１３】従来の密封装置としての非接触シールとしてのラビリンスシールの一例の要部を示す断面図
【符号の説明】
【００９８】
１、１Ａ、１Ｂ  密封装置
２、２Ａ、２Ｂ  回転軸
３、３Ｂ  シール部材
４、４Ａ、４Ｂ  ケーシング
５  固定部材用環体
６  補強環
７  シールリップ
１１  ガータースプリング
１２、１２Ｂ  リップ先端
１３、１３Ｂ  シール接触面
１５、１５Ｂ  固定側シール弾接部
２１、２１Ｂ  ラビリンスシール
２２  回転側環体
２３、２３Ｂ  固定側環体
２４、２４Ｂ  シール隙間
２６  回転部材
ＡＳ  大気側
ＯＳ  密封側
Ｆ  遠心力
【図１】
2005257051.tif 000003
【図２】
2005257051.tif 000004
【図３】
2005257051.tif 000005
【図４】
2005257051.tif 000006
【図５】
2005257051.tif 000007
【図６】
2005257051.tif 000008
【図７】
2005257051.tif 000009
【図８】
2005257051.tif 000010
【図９】
2005257051.tif 000011
【図１０】
2005257051.tif 000012
【図１１】
2005257051.tif 000013
【図１２】
2005257051.tif 000014
【図１３】
2005257051.tif 000015