(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（２）に摺接する内周シール部（３２ｃ）と、ハウジング（１）内周側へ形成されるガスケット（３２ｅ）と、前記ハウジング（１）の内周面に前記ガスケット部（３２ｅ）を介して密嵌固定されるとともに樹脂リップ部材（３３）、背面支持板（３６）、前面支持板（３７）、第二の樹脂リップ部材（３４）および第二の背面支持板（３８）をカシメ固定するケース（３１）と、を有するエラストマ製リップ部材（３２）と、
径方向部（３３ａ）及びその内周から密封空間（Ｓ１）側へ屈曲して延び回転軸（２）外周面との間にシール面を形成する内周シール部（３３ｃ）からなる樹脂リップ部材（３３）と、
前記樹脂リップ部材（３３）の径方向部（３３ａ）の背面側に当接配置されて前記樹脂リップ部材（３３）をその背面側から支持する背面支持板（３６）と、
前記背面支持板（３６）の更に背面側に配置された第二の樹脂リップ部材（３４）と、
前記背面支持板（３６）および前記第二の樹脂リップ部材（３４）の間に配置されて前記第二の樹脂リップ部材（３４）をその前面側から支持する前面支持板（３７）と、
前記第二の樹脂リップ部材（３４）の背面側に配置されて前記第二の樹脂リップ部材（３４）をその背面側から支持する第二の背面支持板（３８）と、からなり、
前記前面支持板（３７）は、その背面が前記ハウジング（１）の密封空間（Ｓ１）側を向いた支持面（１３）に前記第二の樹脂リップ部材（３４）および第二の背面支持板（３８）を介して支承されるリップ型シールにおいて、
前記背面支持板（３６）は、その外径端部から背面側へ延びる円筒状の外周スペーサ部（３６ａ）が形成され、内径縁部（３６ｂ）は前記樹脂リップ部材（３３）の形状に対応して形成され、
前記前面支持板（３７）は、その外径部が前記背面支持板（３６）の前記外周スペーサ部（３６ａ）の端部に当接するとともに、その内周から軸方向へ延びる円筒状のストッパ（３７ｂ）が形成され、前記樹脂リップ部材（３３）の前面に作用する圧力によって前記背面支持板（３６）内周部の大気側へ変位するような曲げ変形が前記ストッパ（３７ｂ）との当接により規制されるように、前記ストッパ（３７ｂ）の先端は前記背面支持板（３６）の内周部の背面と近接または接触していることを特徴とするリップ型シール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機器の回転軸周を密封するリップ型シールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のリップ型シールとしては、例えば図２に示されるように、ガスケット部１０２ａを介してハウジング１の内周面に密嵌固定されるケース１０１に、エラストマ製リップ部材１０２と、その背面側の樹脂リップ部材１０３及び第二の樹脂リップ部材１０４が保持され、密封空間Ｓが高圧になった時の密封対象流体の漏れを防止し、密封空間Ｓが真空状態になった時にその真空状態を保持する機能を有するものがある。
【０００３】
すなわち図２に示されるリップ型シール１００において、最も密封空間Ｓ側のエラストマ製リップ部材１０２は、密封空間Ｓの圧力による変形がその背面に配置された耐圧補強環１０５によって制限されており、内周摺動面に、回転軸２の回転によって密封空間Ｓからの漏れ方向のポンピング作用を生じる螺旋溝１０２ｂが形成されている。
【０００４】
エラストマ製リップ部材１０２の背面側に配置された樹脂リップ部材１０３は、外周の径方向部１０３ａが、その前面側の耐圧補強環１０５と背面側の背面支持板１０６に挟持されることによって軸方向への変形を規制されており、内周摺動面に、回転軸２の回転によって漏れと反対方向のポンピング作用を生じる螺旋溝１０３ｂが形成されている。
【０００５】
樹脂リップ部材１０３の背面側に配置された第二の樹脂リップ部材１０４は、背面支持板１０６の外周スペーサ部１０６ａ及びその後端面に当接配置された前面支持板１０７を介して、前記樹脂リップ部材１０３と離間した状態に保持されると共に、径方向部１０４ａが、その背面側の第二の背面支持板１０８と、前記前面支持板１０７の間に挟持されることによって、軸方向への変形を規制されている。また、前記前面支持板１０７は、当該リップ型シール１００を回転軸２の外周に組み込む際に、前記第二の樹脂リップ部材１０４を内周側で屈曲させるガイドとなるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のリップ型シールによれば、第二の背面支持板１０８は、その背面がハウジング１の端面に当接しているため、大気Ａ側へ変形することはない。しかし、背面支持板１０６は、外周部のみが外周スペーサ部１０６ａを介して拘束されているため、樹脂リップ部材１０３の前面に高圧が作用すると、このリップ部材１０３の径方向部１０３ａを介して大きな軸方向荷重を受けるので、内径側のモーメントが大きくなり、図中に破線で示されるように、大気Ａ側へ大きく曲げ変形される。
【０００７】
また、背面支持板１０６及び第二の背面支持板１０８の内径は、回転軸２の外周面との隙間Ｇへ樹脂リップ部材１０３が食い込むのを防止するために、回転軸２の径方向の振れや、取付偏心の最大量を考慮した最小径に形成し、これによって前記隙間Ｇを極力小さくすることが望ましい。ところが、樹脂リップ部材１０３の屈曲部に対応して密封空間Ｓ側へ屈曲形成された背面支持板１０６の内径縁部１０６ｂは、上述のような大気Ａ側への変形によって僅かに内径側へ変位するので、前記隙間Ｇを小さくすると、回転している回転軸２の外周面と接触してしまうことがある。そしてこのような接触によって異音を発生したり、ガスケット部１０２ａに大きなトルクが作用してスリップを生じたり、ひいてはリップ型シール１００の破損を来すおそれがある。
【０００８】
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、密封空間の圧力による背面支持板の曲げ変形を防止して、耐圧性に優れたリップ型シールを提供することにある。
【０００９】
【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、回転軸に摺接する内周シール部と、ハウジング内周側へ形成されるガスケットと、前記ハウジングの内周面に前記ガスケット部を介して密嵌固定されるとともに樹脂リップ部材、背面支持板、前面支持板、第二の樹脂リップ部材および第二の背面支持板をカシメ固定するケースと、を有するエラストマ製リップ部材と、径方向部及びその内周から密封空間側へ屈曲して延び回転軸外周面との間にシール面を形成する内周シール部からなる樹脂リップ部材と、前記樹脂リップ部材の径方向部の背面側に当接配置されて前記樹脂リップ部材をその背面側から支持する背面支持板と、前記背面支持板の更に背面側に配置された第二の樹脂リップ部材と、前記背面支持板および前記第二の樹脂リップ部材の間に配置されて前記第二の樹脂リップ部材をその前面側から支持する前面支持板と、前記第二の樹脂リップ部材の背面側に配置されて前記第二の樹脂リップ部材をその背面側から支持する第二の背面支持板と、をカシメ固定し、前記前面支持板は、その背面が前記ハウジングの密封空間側を向いた支持面に前記第二の樹脂リップ部材および第二の背面支持板を介して支承されるリップ型シールにおいて、前記背面支持板は、その外径端部から背面側へ延びる円筒状の外周スペーサ部が形成され、内径縁部は前記樹脂リップ部材の形状に対応して形成され、前記前面支持板は、その外径部が前記背面支持板の前記外周スペーサ部の端部に当接するとともに、その内周から軸方向へ延びる円筒状のストッパが形成され、前記樹脂リップ部材の前面に作用する圧力によって前記背面支持板内周部の大気側へ変位するような曲げ変形が前記ストッパとの当接により規制されるように、前記ストッパの先端は前記背面支持板の内周部の背面と近接または接触していることを特徴とするものである。
【００１０】
なお、本書でいう「前面」とは密封空間側を向いた面のことであり、「背面」とは密封空間と反対側を向いた面のことであり、「正面側」とは密封空間側のことであり、「背面側」あるいは「背後」とは密封空間と反対側のことである。
【００１１】
【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の形態を示すものであり、図中の参照符号１は機器の軸孔部のハウジング、２はこのハウジング１の軸孔１１に遊挿され軸心Ｏの周りに回転可能な回転軸、３は前記ハウジング１にその軸孔１１から径方向に拡張形成したシール装着部１２に装着されて、回転軸２の軸周を密封するリップ型シールである。リップ型シール３は、密封空間Ｓ１が高圧になった時の密封対象流体の漏れを防止すると共に、密封空間Ｓ１が真空状態になった時にその真空状態を保持するもので、エラストマ（ゴム状弾性材料）製リップ部材３２と、その背面側の樹脂リップ部材３３及び第二の樹脂リップ部材３４が保持された構造を有する。
【００１２】
詳しくは、エラストマ製リップ部材３２は、その基部３２ａが、鋼材等の金属からなる環状のケース３１の一端に形成された内向きフランジ部３１ａを埋設した状態で、一体的に加硫成形（加硫接着）されており、前記基部３２ａの内周から密封空間Ｓ１側へ軸方向に延びる本体部分３２ｂと、その先端に形成されて回転軸２の外周面と摺接される内周シール部３２ｃとを有する。内周シール部３２ｃの内周摺動面には、回転軸２の回転によって密封空間Ｓ１からの漏れ方向、すなわち図中左側へのポンピング作用を生じる方向性を持った螺旋溝３２ｄが形成されている。また、前記基部３２ａからは、ケース３１における円筒状の本体部分３１ｂの外周側を覆うガスケット部３２ｅが、連続して形成されている。
【００１３】
エラストマ製リップ部材３２の背面には、鋼材等の金属からなる耐圧補強環３５が当接配置されている。この耐圧補強環３５は、密封空間Ｓ１の圧力による前記エラストマ製リップ部材３２の変形を制限するもので、このリップ部材３２の基部３２ａの背面に当接した径方向部３５ａと、その内周からアール状の屈曲部３５ｂを介して延び、前記リップ部材３２の本体部分３２ｂの内周面に当接される円筒部３５ｃとを有する。
【００１４】
樹脂リップ部材３３は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のような低摩擦の合成樹脂製のシートからなるものであって、エラストマ製リップ部材３２の基部３２ａ及び耐圧補強環３５の径方向部３５ａの背面に当接された径方向部３３ａと、その内周からアール状の屈曲部３３ｂを介して、前記耐圧補強環３５における円筒部３５ｃの内周側へ延びる内周シール部３３ｃとを有する。この内周シール部３３ｃは、未装着時の原形状態においては、径方向部３３ａとの間の屈曲部３３ｂ側が回転軸２よりも大径で、先端側が回転軸２よりも小径になるテーパ状に形成されており、その内周摺動面には、回転軸２の回転によって、漏れと反対方向すなわち図中右側へのポンピング作用を生じる方向性を持った螺旋溝３３ｄが形成されている。
【００１５】
樹脂リップ部材３３における径方向部３３ａの背面には、背面支持板３６が当接配置されている。この背面支持板３６は、鋼材等の金属からなるものであって、外径端部からは、背面側へ円筒状に延びる外周スペーサ部３６ａが形成されており、内径縁部３６ｂが、樹脂リップ部材３３の屈曲部３３ｂに対応して密封空間Ｓ１側へ屈曲形成されている。
【００１６】
第二の樹脂リップ部材３４は、例えばＰＴＦＥのような低摩擦の合成樹脂シートからなるものであって、樹脂リップ部材３３と相似形状に形成されているが、その内周シール部３４ｃにおける内周摺動面は、螺旋溝の存在しない平滑な面となっている。また、この第二の樹脂リップ部材３４は、密封空間Ｓ１が真空状態になった時に、その真空状態を保持するための減圧シールとして機能するもので、その外周部である径方向部３４ａの前面には、前面支持板３７が、また前記径方向部３４ａの背面には、第二の背面支持板３８が当接配置されている。
【００１７】
前面支持板３７は、鋼材等の金属からなるものであって、背面が第二の樹脂リップ部材３４における径方向部３４ａの前面に当接すると共に、外径部の前面が背面支持板３６における外周スペーサ部３６ａの端部に当接することによって、密封空間Ｓ１が真空状態となった時に大気の圧力によって第二の樹脂リップ部材３４が変形・変位するのを防止し、減圧シールとしての機能を保持するものである。この前面支持板３７の内周からは、アール状の屈曲部３７ａを介して軸方向に円筒状に延びるストッパ３７ｂが形成されており、このストッパ３７ｂの先端が、背面支持板３６の内径近傍の背面と微小隙間を介して近接している。
【００１８】
第二の背面支持板３８は、鋼材等の金属からなるものであって、第二の樹脂リップ部材３４における径方向部３４ａからその内周の屈曲部３４ｂにかけての背面に当接され、内径縁部３８ａが、前記屈曲部３４ｂに対応して密封空間Ｓ１側へ屈曲形成されている。また、その内径が、回転軸２の径方向の振れや、取付偏心の最大量を考慮した最小径に形成されている。
【００１９】
ケース３１における円筒状本体部分３１ｂの背面側の端部には、カシメによって内周側へ屈曲されたカシメ部３１ｃが形成されており、耐圧補強環３５、樹脂リップ部材３３、背面支持板３６、前面支持板３７、第二の樹脂リップ部材３４及び第二の背面支持板３８は、各外周部が、前記ケース３１の内向きフランジ部３１ａで補強されたエラストマ製リップ部材３２の基部３２ａの背面と、前記カシメ部３１ｃとの間に、互いに密接した状態に挟持されている。
【００２０】
一方、ハウジング１の軸孔１１とそれよりも大径のシール装着部１２との間には、密封空間Ｓ１側を向いた支持面１３と、その外周側に軸方向に後退するように形成された環状凹部１４が、環状段差部１５を介して形成されている。前記支持面１３は軸心Ｏとほぼ直交する平面をなし、その外径（環状段差部１５）は、リップ型シール３におけるケース３１のカシメ部３１ｃの内径よりも小径であり、前記環状段差部１５の軸方向高さ、言い換えれば前記環状凹部１４の軸方向深さは、前記カシメ部３１ｃの肉厚以上の寸法に形成されている。
【００２１】
以上の構成において、リップ型シール３は、第二の背面支持板３８の背面が、ハウジング１における支持面１３に当接されるように、ケース３１がエラストマ製リップ部材３２のガスケット部３２ｅを介して、前記ハウジング１のシール装着部１２の内周に圧入嵌着される。そして、この状態では、前記ケース３１におけるカシメ部３１ｃが、前記支持面１３の外周の環状凹部１４に遊嵌される。
【００２２】
一方、樹脂リップ部材３３及び第二の樹脂リップ部材３４は、内周シール部３３ｃ，３４ｃが、回転軸２の挿通によって、図１に示されたテーパ状からほぼ円筒状に拡径変形され、その内周面が回転軸２の外周面と摺動可能に密接される。このとき、耐圧補強環３５は、前記樹脂リップ部材３３をその屈曲部３３ｂの内周側で円筒状に変形させるためのガイドとなり、前面支持板３７は、前記第二の樹脂リップ部材３４をその屈曲部３４ｂの内周側で円筒状に変形させるためのガイドとなる。また、エラストマ製リップ部材３２の内周シール部３２ｃの内周摺動面が、前記回転軸２の外周面に適当な潰し代をもって弾性的に密接する。
【００２３】
密封空間Ｓ１の流体圧力は、リップ型シール３全体を大気Ａ側へ向けて押圧するように作用するが、このリップ型シール３は、第二の背面支持板３８が、ハウジング１におけるシール装着部１２の支持面１３と当接することによって、リップ型シール３の大気Ａ側への軸方向変位が規制される。このため、前記第二の背面支持板３８は曲げ変形を受けることがなく、したがってその内径を、回転軸２の径方向の振れや、取付偏心の最大量を考慮した最小径に形成することができ、また、各リップ部材３２〜３４は正常な装着姿勢が保持される。
【００２４】
軸回転時において、密封空間Ｓ１の圧力が上昇すると、この圧力は、エラストマ製リップ部材３２の本体部分３２ｂを縮径させるように作用するが、前記本体部分３２ｂから基部３２ａにかけての部分は、耐圧補強環３５によって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制限される。
【００２５】
エラストマ製リップ部材３２の内周シール部３２ｃは、耐圧補強環３５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３２の内周シール部３２ｃに形成された螺旋溝３２ｄの漏れ方向ポンピング作用によって、密封空間Ｓ１からエラストマ製リップ部材３２と樹脂リップ部材３３との間の空間Ｓ２へ密封対象流体が導入されるので、前記内周シール部３２ｃにおける回転軸２との摺動部に厚い流体潤滑膜が形成される。また、前記空間Ｓ２から樹脂リップ部材３３の背後空間への流体の漏洩は、この樹脂リップ部材３３の内周シール部３３ｃの内周面に形成された螺旋溝３３ｄが、漏れと逆方向のポンピング作用を奏することによって遮断される。
【００２６】
しかも、エラストマ製リップ部材３２の螺旋溝３２ｄの漏れ方向ポンピング作用と、樹脂リップ部材３３の螺旋溝３３ｄ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３２の背後空間Ｓ２内は密封空間Ｓ１と拮抗する圧力となる。したがって、密封空間Ｓ１の圧力によるエラストマ製リップ部材３２の内周シール部３２ｃの縮径変形が抑えられ、摺動負荷が軽減される。
【００２７】
ところで、軸回転中は、上述のように、エラストマ製リップ部材３２の背後空間Ｓ２内は密封空間Ｓ１と拮抗する高圧状態となる。一方、樹脂リップ部材３３の径方向部３３ａの背面を支承する背面支持板３６は、外周部のみが外周スペーサ部３６ａを介して拘束されているため、前記樹脂リップ部材３３の前面に高圧が作用することによって、このリップ部材３３の径方向部３３ａを介して大きな軸方向荷重を受け、内径部が大気Ａ側へ変位するような曲げ変形を受ける。
【００２８】
しかし、本発明の構成によると、背面支持板３６の内径部の大気Ａ側への軸方向変位は、その背後の前面支持板３７に形成されたストッパ３７ｂとの当接によって制限される。そして、このストッパ３７ｂに、前記背面支持板３６の当接によって与えられる軸方向荷重は、前面支持板３７、第二の樹脂リップ部材３４の径方向部３４ａ及び第二の背面支持板３８を介して、ハウジング１における支持面１３で受けるので、前記背面支持板３６の曲げ変形が確実に規制される。したがって、樹脂リップ部材３３の屈曲部３３ｂに対応して屈曲形成された背面支持板３６の内径縁部３６ｂが、前記曲げ変形に伴って内径側へ変位するのも規制され、回転軸２の外周面と接触することによる異音の発生や、ガスケット部３２ｅに大きなトルクが作用してハウジング１とのスリップを生じたり、破損を来すのを、有効に防止することができる。
【００２９】
また上述のように、背面支持板３６は、その内径縁部３６ｂが内径側へ変位するような曲げ変形がストッパ３７ｂによって防止されているため、その内径を、回転軸２の径方向の振れや、取付偏心の最大量を考慮した最小径に形成することができ、したがって、空間Ｓ２の圧力によって、樹脂リップ部材３３の屈曲部３３ｂが、前記内径縁部３６ｂと回転軸２の外周面との隙間へ食い込むのを有効に防止することができる。
【００３０】
また、軸停止時は、樹脂リップ部材３３の螺旋溝３３ｄ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３２の内周シール部３２ｃに形成された螺旋溝３２ｄの漏れ方向ポンピングも行われなくなるので、エラストマ製リップ部材３２の背後空間Ｓ２には密封空間Ｓ１と拮抗する圧力を生じない。このため、密封空間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３２の内周シール部３２ｃが回転軸２の外周面と密接し、密封空間Ｓ１から空間Ｓ２への密封対象流体の漏洩を遮断する。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリップ型シールによると、樹脂リップ部材の背面を支承する背面支持板が、前記樹脂リップ部材の前面に作用する圧力によって、内径部が大気側へ変位するような曲げ変形を、その背後のストッパによって規制されるので、前記背面支持板の内径縁部が、前記曲げ変形に伴って、回転している回転軸の外周面と接触し、異音を発生したり、ガスケット部とハウジングとのスリップを生じたり、リップ型シールの破損を来すのを有効に防止することができる。また、圧力による樹脂リップ部材の食い込みを防止するために、背面支持板の内径を、回転軸の径方向の振れや、取付偏心の最大量を考慮した最小径に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリップ型シールの好ましい実施の一形態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図２】従来技術に係るリップ型シールを、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  回転軸
３  リップ型シール
３１  ケース
３２  エラストマ製リップ部材
３３  樹脂リップ部材
３４  第二の樹脂リップ部材
３５  耐圧補強環
３６  背面支持板
３７  前面支持板
３７ｂ  ストッパ
３８  第二の背面支持板
Ｓ１  密封空間
【図１】
0003875824.tif 000002
【図２】
0003875824.tif 000003