旋转轴密封件
阅读：929发布：2020-05-13
专利汇可以提供旋转轴密封件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的目的在于，提供一种不增加现有旋 转轴 密封件 的部件个数，可降低与 旋转轴 密封件 接触 的接触面压 力 ，实现 润滑油 向滑动接触面的摄入，从而提高了耐久性的旋转轴密封件。唇部(3)的自由状态下的截面形状是在被支承件(4)支承的区域(Z)中具有厚度最大部(7)的末端细的梯形。，下面是旋转轴密封件专利的具体信息内容。
1.一种旋转轴密封件，具备：夹装于壳体(1)和旋转轴(2)之间并与该旋转轴(2)滑动接触的橡胶制唇部(3)、以及从低压侧背面(3a)支承该唇部(3)的支承件(4)，其特征在于，
上述唇部(3)的自由状态下的截面形状为，在被上述支承件(4)支承的区域(Z)中具有厚度最大部(7)，并且，具备随着从该厚度最大部(7)朝向唇部最末端(8)而逐渐变薄的呈末端细的形状的唇部末端部(9)，
如果将该唇部末端部(9)的低压侧背面(9a)相对上述旋转轴(2)的轴心(L)所成的背面倾斜角度设为α，并且将该唇部末端部(9)的高压侧倾斜面(9b)相对上述轴心(L)所成的受压侧倾斜角度设为β，则由15°≤α≤30°且1.7≤β/α≤3.5所示的关系式成立，并且，在上述唇部末端部(9)与上述旋转轴(2)接触的受压状态下，接触面压力(P)的分布曲线(20)为丘陵型，峰值(P0)的位置比轴心方向中央(M)偏向低压侧(40)，上述唇部最末端(8)具有向高压侧(30)扩径的倾斜面状的圆环状端面(18)，如果将截面形状中该圆环状端面(18)与上述旋转轴(2)的轴心(L)所成的端面倾斜角度设为γ，则
60°≤γ≤90°的关系式成立，
上述唇部(3)的上述厚度最大部(7)存在于上述高压侧倾斜面(9b)与直线部(10)相交的角部(11)的位置，该高压侧倾斜面(9b)的自由状态下的截面形状为直线状，该直线部(10)呈平行于上述轴心(L)的圆筒状外表面形状，并且，该角部(11)的位置设置于比上述支承件(4)的高压侧最末端(14)更靠高压侧(30)的位置上。
2.根据权利要求1所述的旋转轴密封件，其特征在于，
上述圆环状端面(18)的宽度尺寸W1设定为0.5mm～1.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的旋转轴密封件，其特征在于，
在上述背面倾斜角度α与上述受压侧倾斜角度β之间2.0≤β/α≤2.5的关系式成立。
4.根据权利要求1或2所述的旋转轴密封件，其特征在于，
上述支承件(4)的高压侧最末端(14)与上述旋转轴(2)的外周面间的间隙尺寸G设定为0.1mm～0.15mm。
5.根据权利要求1或2所述的旋转轴密封件，其特征在于，在将上述圆环状端面(18)的宽度尺寸设定为W1，上述支承件(4)的高压侧最末端(14)与上述旋转轴(2)的外周面间的间隙尺寸设定为G时，3≤W1/G≤15的关系式成立。
旋转轴密封件
技术领域
背景技术
[0002] 作为现有的这种旋转轴密封件，公知的结构如图6所示。即，公知的结构是用外壳36、支承件37和内壳38...组装PTFE等制的密封元件33、34和橡胶制唇部(lip)35(例如参照专利文献1)。
[0003] 专利文献1：特许第3346743号公报
[0004] 但是，在图6所示的现有旋转轴密封件中，例如最近使用CO2等作为压缩机的制冷剂从而促进了高压化，如果这样则如图4(B)所示，橡胶制唇部35与旋转轴2相接触的接触面压力P过大，导致磨损发展迅速，会产生应该密封的流体向外部泄漏的问题。即，现有的橡胶制唇部35到最末端35a为止都是基本相同的厚度尺寸W4，在图4(B)所示的高压流体受压状态下，相对旋转轴2以陡峭山坡型的接触面压力分布被按压，在耐久性方面会产生问题。
发明内容
[0006] 为了实现上述目的，本发明的旋转轴密封件具备：夹装于壳体和旋转轴之间并与该旋转轴滑动接触的橡胶制唇部、以及从低压侧背面支承该唇部的支承件，其中，上述唇部的自由状态下的截面形状为，在被上述支承件支承的区域中具有厚度最大部，并且，具备随着从该厚度最大部朝向唇部最末端而逐渐变薄的末端细形状的唇部末端部，如果将该唇部末端部的低压侧背面相对上述旋转轴的轴心所成的背面倾斜角度设为α，并且将该唇部末端部的高压侧倾斜面相对上述轴心所成的受压侧倾斜角度设为β，则由15°≤α≤ 30°且1.7≤β/α≤3.5所示的关系式成立，并且，在上述唇部末端部与上述旋转轴接触的受压状态下，接触面压力的分布曲线为丘陵型，峰值的位置比轴心方向中央偏向低压侧。
[0007] 而且，上述唇部最末端具有向高压侧扩径的倾斜面状的圆环状端面，如果将截面形状中该圆环状端面与上述旋转轴的轴心所成的端面倾斜角度设为γ，则60°≤γ≤的90°的关系式成立。
[0008] 并且，将上述圆环状端面的宽度尺寸设定为0.5mm～1.5mm。
[0009] 另外，在上述背面倾斜角度α与上述受压侧倾斜角度β之间2.0≤β/α≤2.5的关系式成立。
[0010] 而且，上述唇部的上述厚度最大部存在于上述高压侧倾斜面与直线部相交的角部的位置，该高压侧倾斜面的自由状态下的截面形状为直线状，该直线部呈平行于上述轴心的圆筒状外表面形状，并且，该角部的位置设置于比上述支承件的高压侧最末端更靠高压侧的位置。
[0011] 并且，将上述支承件的高压侧最末端与上述旋转轴的外周面间的间隙尺寸设定为0.1mm～0.15mm。
[0012] 另外，在将上述圆环状端面的宽度尺寸设定为W1，上述支承件的高压侧最末端与上述旋转轴的外周面间的间隙尺寸设定为G时，3≤W1/G≤15的关系式成立。
[0013] 本发明会起到下述显著的效果。
[0014] 在受压状态下，由支承件有效地承受唇部所受到的压力，峰值的位置巧妙地移动而接近支承件(与以往相比)，并且，可以降低峰值面压力，使得润滑油摄入(浸入)到和旋转轴的滑动面，能够长时间防止唇部的磨损，发挥出色的密封性(密闭性能)，具备足够的耐久性。附图说明
[0015] 图1是表示本发明的一个实施方式的主要部分的剖视图。
[0016] 图2是用于说明尺寸和形状的主要部分剖视说明图。
[0017] 图3是用于说明尺寸和形状的主要部分剖视说明图。
[0018] 图4是用于对实施本发明的产品和现有技术产品进行比较说明的受压状态的主要部分剖视说明图。
[0019] 图5是接触面压力的曲线图。
[0020] 图6是表示现有技术例的半剖视图。
[0021] 附图标记说明
[0022] 1壳体，2旋转轴，3唇部，3a低压侧背面，4支承件，7厚度最大部，8唇部最末端，9唇部末端部，9a低压侧背面，9b高压侧倾斜面，10直线部，11角部，14高压侧最末端，18圆环状端面，20分布曲线，30高压侧，40低压侧，α背面倾斜角度，β受压侧倾斜角度，γ端面倾斜角度，G间隙尺寸，L轴心，W1宽度尺寸，W2最大厚度尺寸，Z被支承区域，P接触面压力，Po峰值，M轴心方向中央。
具体实施方式
[0023] 下面，根据图示的实施方式对本发明进行详细说明。
[0024] 图1～图3、图4(A)表示本发明的旋转轴密封件的一个实施方式，该旋转轴密封件包括：夹装于壳体1和旋转轴2之间并与旋转轴2滑动接触的橡胶制唇部3、从低压侧背面3a支承该唇部3的支承件4、通过烧结或粘接、熔融等与上述橡胶制唇部3一体化并对该唇部进行保持的金属制外壳5、(在图1和图2中省略了图示，但参照现有技术例的图6即可明了的)起抽吸(pumping)作用的(一片或多片)PTFE制密封元件、和夹设于外壳5的高压侧内凸缘部5a和附图之外的低压侧内凸缘部之间并保持支承件4和密封元件的金属等制成的内壳等。另外，在外壳5的圆筒部外周面上，从上述橡胶制唇部3开始连续地包覆形成橡胶材料，通过使其弹性变形的同时将其嵌装在壳体1的内周面上，而保持密封状态。
[0025] 本发明具有旋转轴密封件的唇部3和支承件4的最大特征，除此之外的结构可自由应用以往公知的各种构造(参照图6)，在图1～图4(A)中都省略了图示。
[0026] 在图1～图4(A)中，附图的右侧是高压侧30，左侧是大气等低压侧40。在高压侧30收纳有CO2等制冷剂和润滑油等流体。
[0027] 在图1～图3中，由实线表示自由状态。即，表示将旋转轴密封件安装到壳体1与旋转轴2之间以前的自由状态，唇部3在该自由状态下在被支承件支承的区域Z具有最大厚度尺寸W2的厚度最大部7。在图1、图3和图4中，由虚线表示该厚度最大部7。
[0028] 而且，唇部3具备末端细的形状(近似梯形)的唇部末端部9，在自由状态下，该唇部末端部9随着从厚度最大部7朝向唇部最末端8而变薄(厚度减少)。
[0029] 并且，在将唇部末端部9的低压侧背面9a相对旋转轴2的轴心L所成的背面倾斜角度设为α，唇部末端部9的高压侧倾斜面9b相对上述轴心L所成的受压侧倾斜角度设为β时，按照在两个角度α、β之间满足下述关系式的方式设定各角度α、β。即，15°≤α≤30°且1.7≤β/α≤3.5。
[0030] 特别优选20°≤α≤30°而且2.0≤β/α≤2.5。
[0031] 另外，唇部最末端8具有向高压侧30扩径的倾斜面状的圆环状端面18。即，从与轴心L平行的方向观察，端面18可以看作圆环状，而且，其宽度尺寸W1设定为0.5mm～1.5mm(这是在旋转轴2的外径尺寸为约5mm～15mm时的情况)。
[0032] 并且，在将形成唇部最末端8的圆环状端面18与旋转轴2的轴心L所成的端面倾斜角度设为γ时，按照满足60°≤γ≤90°的关系式的方式进行设定。
[0033] 从图1～图3可知，唇部3的厚度最大部7存在(对应)于自由状态的截面形状为直线状的高压侧倾斜面9b与平行于轴心L的圆筒状外表面形状的直线部10相交的角部11的位置。并且，该角部11可以自由地附加形成小曲率半径的圆弧面倒角，而且，该角部
11的轴心方向位置被配置在比支承件4的高压侧最末端14更靠高压侧30的位置上。
11的轴心方向位置被配置在比支承件4的高压侧最末端14更靠高压侧30的位置上。
[0034] 支承件4具有近似L字状的截面形状，具体而言，包括：呈与轴心L正交的面状的正交壁部15、将该正交壁部内端向高压侧30弯曲约90°的圆筒壁部16、和使该圆筒壁部16的高压侧端部向高压侧缓慢缩径并延伸形成的(圆弧状剖面的)支承壁部17。支承壁部17是弯曲成向外径方向凸出的平缓圆弧状的圆弧状截面，而且，如果在最末端14处沿着与轴心L平行的方向测量，则是以0.1mm以上的间隙尺寸H与唇部末端部9的背面9a(自由状态下)游离。另外，该间隙尺寸H优选为0.1mm～0.5mm。
[0035] 另外，对在圆筒壁部16与支承壁部17的交界附近(月牙状)间隙部19形成在背面3a、9a之间的情况进行了图示，由于该间隙部19的存在，有可以将后述图4(a)所示接触面压力P稍稍降低的优点。另外，根据要求也可以省略该间隙部19(不产生间隙部19)。
[0036] 前述直线部10以下述方式形成，即，将对支承件4的圆筒壁部16进行包覆的唇部3的基部的圆筒壁的外径尺寸保持基本恒定，而向高压侧30延伸。该直线部10以基本恒定的外径尺寸到达角部11。即，虽然省略了图示，但在本发明中，所谓与轴心L平行的圆筒状外表面形状的直线部10，也包括以±5°以内的微小角度相对于轴心L稍微倾斜的情况，因此，定义为包括直线部10的外径尺寸向高压侧30平缓增加(或者减少)的情况。
[0037] 而且，在附图的实例中，支承件4的最末端14通过切削或冲压加工等形成为与旋转轴2的外周面平行的内周面形状，如果将其内周面14a与密封件安装状态下的旋转轴2外周面间的间隙尺寸设为G，则设定为0.1mm≤G≤0.15mm。并且，在该间隙尺寸G与前述圆环状端面18的宽度尺寸W1之间下述关系式成立。即，3≤W1/G≤15的关系式成立。
[0038] 而且，在图2中，厚度最大部7的最大厚度尺寸W2设定得足够大，为唇部最末端8(圆环状端面18)的宽度尺寸的2.0倍～4.0倍。优选设定为2.5倍～3.5倍。如果利用关系式来表示则如下所述。
[0039] 2.0≤W2/W1≤4.0，优选2.5≤W2/W1≤3.5。
[0040] 由图可知，从唇部最末端8(圆环状端面18)的外周端缘到角部11，没有弯曲地形成直线状的倾斜面9b，这可以说是本发明的特征之一。
[0041] 而且，如图3所示，与支承件4的高压侧最末端14的外表面相切的切线与轴心L所成的倾斜角度θ设定为小于90°，优选为20°≤θ≤60°。
[0043] 接着，图4(A)、(B)是用于对承受压力负荷时(安装受压状态)实施本发明的产品和现有技术品进行比较的FEM分析结果的图。而且，图5是对图4(A)、(B)的接触面压力P的分布进行详细描述的图(其中，图5和图4(A)、(B)的接触面压力曲线图上下翻转进行描述)。
[0044] 在实施本发明的产品中，唇部末端部9与旋转轴2接触，图2的背面倾斜角度α变化为零(0°)，并且，接触面压力P的分布曲线20为丘陵型(平缓的山型)，由星号表示的峰值(顶峰部)P0的位置比(轴心方向的)接触范围E的轴心方向中央M偏向低压侧40。
[0045] 与之相对，在现有产品中，如图4(B)以及图5所示，为近似均等的厚度尺寸W4，接触面压力P的分布曲线31是陡峭的山型，由星号表示的峰值(顶峰部)P0’的位置比接触范围E的轴心方向中央N偏向高压侧30。
[0046] 并且，根据实施本发明的产品与现有技术产品的FEM分析，实施本发明的产品与现有技术产品相比可以将最大接触面压力(峰值P0、P0’的面压力)降低大约25％。由此，本申请发明可以防止局部的磨损。而且，现有技术产品的接触面压力分布曲线31是(陡峭的)山型，而与之相对，实施本申请发明的产品中显示出了丘陵型(平缓的山型)的接触面压力分布曲线20，所以，润滑油容易浸入唇部末端部9与旋转轴2之间，由此，可以防止唇部末端部9的滑动接触部的磨损，从而可提高耐久性。
[0047] 并且，在现有技术产品中，峰值P0’比接触范围E的轴心方向中央N偏向高压侧30，润滑油不能摄入，容易产生局部的磨损(如剜除那样的磨损)，与之相对，实施本发明的产品中，峰值P0处于靠近接触范围E的轴心方向中央M的位置并位于低压侧40，可以防止极端偏向一侧的磨损或局部磨损的发生。换言之，根据图4和图5可知，本申请发明的旋转轴密封件基于前述结构，可以降低最大接触面压力(峰值面压力P0)，并且，润滑油易于从高压侧30摄入(浸入)到旋转轴滑动接触部位，能够显著减轻唇部末端部9的磨损而实现长寿命化(耐久性提高)。因此，在汽车空调器的压缩机旋转轴密封件中，本申请发明可以充分满足最近的制冷剂的高压化要求，尤其在使用CO2制冷剂的压缩机中，发挥能耐受长时间使用的密封性以及长寿命的优点。
[0048] 如上所述，本发明的旋转轴密封件具备：夹装于壳体1与旋转轴2之间并与旋转轴2滑动接触的橡胶制唇部3、以及从低压侧背面3a支承唇部3的支承件4，其中，唇部3的自由状态下的截面形状为，在被支承件4支承的区域Z具有厚度最大部7，并且，具备随着从厚度最大部7朝向唇部最末端8而逐渐变薄的呈末端细的形状的唇部末端部9，如果将唇部末端部9的低压侧背面9a相对旋转轴2的轴线L所成的背面倾斜角度设为α，并且，将唇部末端部9的高压侧倾斜面9b相对轴心L所成的受压侧倾斜角度设为β，则由15°≤α≤30°且1.7≤β/α≤3.5所示的关系式成立，并且，唇部末端部9在与旋转轴2接触的受压状态下，接触面压力P的分布曲线20为丘陵型，峰值P0的位置比轴心方向中央M偏向低压侧40，所以，可以充分降低接触面压力P的峰值P0，从而能够防止局部的磨损，长时间维持出色的密封性能，能够适应近年来对密封流体的高压化要求，尤其适用于使用了CO2制冷剂的压缩机的密封件。特别是通过按照15°≤α≤30°且1.7≤β/α≤3.5的方式设定各角度α、β，如图4和图5详细描述的那样，可以实现接触面压力P的降低，将润滑油摄入到滑动面，防止磨损，从而长时间发挥优越的密封性(密闭性)。
[0049] 而且，唇部最末端8具有向高压侧30扩径的倾斜面状的圆环状端面18，如果将截面形状中圆环状端面18与旋转轴2的轴心L所成的端面倾斜角度设为γ，则60°≤γ≤90°的关系式成立，所以，可防止唇部最末端8以过大的面压力与旋转轴2接触而产生异常的局部磨损，能够得到图5所示的分布曲线20，从而实现进一步的长寿命化。
[0050] 并且，由于将圆环状端面18的宽度尺寸W1设定为0.5mm～1.5mm，所以，可以防止在宽度尺寸W1小于0.5mm的情况下，唇部最末端8以过大的面压力与旋转轴2接触或产生破碎的问题，从而能够得到图5所示所期望的分布曲线20。相反，如果超过1.5mm，则唇部末端部9的整体变得厚度过大，不能够得到图5所示期望的接触面压力分布曲线20，容易产生局部的磨损。
[0051] 另外，由于在背面倾斜角度α和受压侧倾斜角度β之间2.0≤β/α≤2.5的关系式成立，所以，唇部末端部9的截面形状为恰当的形状，可以得到图5所示期望的接触面压力分布，实现峰值P0面压力的充分降低。
[0052] 而且，唇部3的厚度最大部7存在于自由状态的截面形状为直线状的高压侧倾斜面9b、和与轴心L平行的圆筒状外表面形状的直线部10相交的角部11的位置，并且，角部11的位置设置在比支承件4的高压侧最末端14更靠高压侧30的位置，所以，厚度最大部7发挥着用于得到图5所示平缓山型即丘陵型压力分布曲线20的最大功能，并且，实现了峰值P0的面压力的降低，能够将润滑油充分地摄入到与旋转轴2的滑动接触部位，从而可显著降低唇部的磨损，实现长寿命化。
[0053] 另外，虽然省略了图示，但也可以将(图1～图3所示的)直线状高压侧倾斜面9b形成为稍微凹陷的形状来作为凹曲线状，或形成为稍微鼓出的形状来作为凸曲线状，这都是自由的，而且这样也能够发挥同样的作用、效果。而且，在本发明中进行下述定义：与(图1～图3所示的)轴心L“平行”的直线部10，还包括以±5°以内的微小角度相对于轴心L稍微倾斜的情况。这样，即使在这样以±5°以内的微小角度发生了倾斜的情况下，也可以发挥同样的作用、效果。
[0054] 而且，由于将支承件4的高压侧最末端14与旋转轴2的外周面间的间隙尺寸G设定为0.1mm～0.15mm，所以可以变化成，使得高压侧最末端14附近的接触面压力P的分布曲线20描绘出平缓的曲线。
[0055] 并且，由于在将圆环状端面18的宽度尺寸设为W1，支承件4的高压侧最末端14与旋转轴2的外周面间的间隙尺寸设为G时，3≤W1/G≤15的关系式成立，所以，如图4(A)所示，可以使唇部末端部9与旋转轴2的外周面接触，描绘出图5所示的(期望的)接触面压力分布曲线20，发挥更加出色的稳定的密封性，且能防止磨损，得到耐久性更加出色的旋转轴密封件。
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