CN1973154A

CN1973154A - 密封装置

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Publication number: CN1973154A
Application number: CNA2005800210899A
Authority: CN
Inventors: 真田雅光
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2025-06-17
Also published as: US20080272551A1; JPWO2006001353A1; EP1760371B1; EP1760371A4; CN100540959C; EP1760371A1; WO2006001353A1; US7648144B2; JP4855936B2

Abstract

本发明的密封装置中，将支撑环(40)与增强环(30)相独立地嵌入在形成于密封唇部(23)的内周面的环状凹部(23t)中，从内周侧支撑密封唇部(23)，同时形成隔着中介部(23u)由增强环(30)在轴向支撑该支撑环(40)的结构。由此，当将旋转轴(S)插入至密封环(20)中时，可以使密封部(23e)与旋转轴(S)的接触面积适当，同时当高压力作用密封唇部(23)时，可以将密封部(23c)与旋转轴(S)之间的接触面积抑制在适当的范围内，另外，还可以根据旋转轴(S)的偏心而随动。

Description

密封装置

技术领域

本发明涉及将机器等的轴与壳体(housing)之间密封的密封装置。

背景技术

作为将壳体和从壳体向外部突出的旋转轴之间密封的密封装置，已知有唇型密封装置。 (例如，参考日本专利特开2003-120821号公报)。对于唇型密封装置，要求可确实防止高压的被密封流体漏出的耐压性能，以及对由与旋转轴接触的密封唇的滑动摩擦所引起的磨损及发热的耐久性能。

另一方面，唇型密封中，为了即使在高压环境下，也保证密封唇与旋转轴之间的接触面积为适度大小，已知有具有支撑密封唇的支撑环的装置(例如，参考日本专利特开平10-325470号公报)。

在上述日本专利特开平10-325470号公报中公开的唇型密封装置是油封，如图1所示，具有橡胶制的密封环100，该密封环具有被嵌接在壳体107的孔107a中的嵌接部101、从该嵌接部向径向内侧延伸的环状部102、以及从该环状部102向图面右方的要密封的油侧延伸的与旋转轴106相抵接的筒状的密封唇部103，以及在嵌接部101以及环状部102埋设的金属制的增强环104，和在密封唇部103的根部的内周面埋设的金属制的支撑环105。

支撑环105防止密封唇103的根部承受压力、在旋转轴106侧产生过度的变形，抑制由密封唇部103和旋转轴106之间的接触面积增大所致磨损及摩擦热的出现。

增强环104增强密封环100的嵌接部101以及环状部102，同时在轴向上与支撑环105抵接。

上述以往的油封是通过在成形橡胶制密封环100时，与金属制的增强环104以及支撑环105一起一体成形而形成。

但是，如果将密封环100与增强环104以及支撑环105一起一体成形，则将密封环100安装在旋转轴106时的密封唇部103与旋转轴106之间的接触状态，随着密封唇部103的成形精度的离散而变化。例如，当密封唇部103过度接触在旋转轴106上时，密封唇部103从根部开始变形，自支撑环105脱离，有时在两者之间形成间隙。如果在支撑环105和密封唇部103之间形成间隙，则支撑环105就起不到支撑密封唇部103的根部的作用。

另外，上述以往的油封的密封唇部103由于设置了支撑环105，因此不能根据旋转轴106的偏心而随动，在高压力的作用下磨损显著。

发明的揭示

本发明由认真研究上述以往技术的情况而得，其目的是提供密封装置，它是用于高压被密封流体的设置有密封唇部的密封装置，其中，密封唇部可以根据旋转轴的偏心而随动，同时该装置耐压性、耐久性优良。

达到上述目的的本发明的密封装置，是将内部收置有被密封流体的壳体和轴之间密封的密封装置，其特征在于，具备具有在壳体的孔中嵌接的嵌接部、从嵌接部向径向内侧延伸的环状部、从环状部向被密封流体侧延伸的筒状的密封唇部、在密封唇部的内周从环状部向前端设置的环状凹部以及密封部，并且由橡胶状弹性材料形成的密封环；具有在环状部埋设的环状增强部的增强环；被嵌入至密封唇部的环状凹部中的支撑密封唇部的支撑环。增强环的环状增强部隔着形成密封唇部的橡胶状弹性材料的中介部，在轴向上支撑支撑环。

通过该结构，虽然密封唇部受到被密封流体的压力会变形至向轴接近，但是，由于密封唇部受到支撑环从内周侧支撑，因此可以防止过度的变形，可以防止密封环部与轴之间的接触面积的增大。

另外，通过使形成密封环的橡胶状弹性材料的中介部隔置在增强环与支撑环之间，由于该橡胶状弹性材料的中介部随轴的偏心而变形，因此即使出现轴的偏心，密封唇部也可以随动。

另外，由于是支撑环与密封环各自分别成形，再将支撑环嵌入至在密封环的内周面形成的环状凹部中的结构，因此可以通过支撑环确定密封唇部的位置，即使在密封唇部具有成形误差也可以防止密封唇部与轴的接触面积过度地增大。另外，可以仅更换支撑环，同时还可以根据情况采用材料、强度、尺寸等规格不同的支撑环。

上述结构中，可以采用将支撑环嵌入至密封环部的环状凹部使密封环的内径扩张的结构。

根据上述结构，如果将支撑环嵌入在密封唇部的内周面的环状凹部中，则形成支撑环抵抗密封唇部的弹性变形所产生的力而支撑密封唇部的状态。这样，即使密封唇部变形，也可以防止在支撑环与环状凹部之间形成间隙，支撑环可以使密封唇部稳定地被支撑，同时还可以将密封唇部与轴的接触状态稳定化。

上述结构中，可以采用支撑密封唇部的内周面的支撑环的支撑面由向密封唇部的前端侧外径逐渐减小的弯曲面形成，密封唇部的内周面相对于该支撑环的支撑面弯曲的结构。

根据该结构，由于密封唇部的内周面以及支撑环的支撑面两者均为弯曲面，因此可以防止在密封唇部出现应力集中，可以提高密封唇部的耐久性。

如上所述，本发明的密封装置，通过利用最优设计的支撑环支撑密封唇部，同时使形成密封唇部的橡胶状弹性材料的一部分(中介部)隔置在支撑环和支撑其的增强环之间，可以防止密封唇部在高压环境下的过度变形，另外还可以使密封唇部根据轴的偏心而随动。结果，可以抑制由与轴之间的滑动引起的磨损和发热，可以得到优良的耐压性、耐久性。

另外，采用本发明的密封装置，由于形成了增强环与支撑环分离、将支撑环嵌入至密封环的结构，因此可以使密封唇部的相对于轴的位置稳定化，同时可以使支撑环稳定接合在密封环，可以提高密封的可靠性。

附图的简单说明

图1是显示以往的密封装置的结构的一例的截面图。

图2是显示将本发明涉及的密封装置安装在压缩机的壳体和旋转轴之间的状态的部分截面图。

图3A是显示本发明涉及的密封装置的未安装状态的截面图，图3B是显示将支撑环安装在密封环之前的密封装置的截面图。

图4A是显示支撑环与密封环一体成形的密封装置的截面图，图4B是显示将支撑环与密封环一体成形的密封装置安装在旋转轴上的状态的截面图。

图5是显示将支撑环与密封环一体成形的密封装置安装在压缩机的壳体和旋转轴之间，密封唇部承受压力而变形的状态的截面图。

图6是显示密封唇部和旋转轴的接触宽度与被密封流体的压力之间关系的图。

图7是显示本发明涉及的密封装置的其它实施方式的截面图。

实施发明的最佳方式

以下，参考附图对本发明的最佳实施方式进行说明。另外，在此对将本发明涉及的密封装置用于安装于汽车等的空调系统的压缩机的情况进行说明。

图2、图3A以及图3B显示了本发明的密封装置的一实施方式，图2是安装状态下的密封装置的截面图，图3A以及图3B是未安装状态下的密封装置的截面图。

如图2所示，压缩机具有划定外轮廓的壳体H、从外部向收置在壳体H内的压缩机构(图中未示)传送旋转驱动力的旋转轴S等。安装本发明涉及的密封装置10，将旋转轴S(的外周面)和壳体H(的孔Ha的内壁面)之间密封，防止收置在内部空间的被密封流体F漏出至外部。另外，作为冷却剂的被密封流体F被加压至0.1～7MPa左右的高压(当为油封时，通常不满0.1MPa)。

如图2、图3A以及图3B所示，密封装置10基本上由密封环20、在该密封环20中埋设的增强环30以及在密封环20的内周嵌接的支撑环40形成，另外，还具有紧箍弹簧50。

密封环20由橡胶材料形成，如图2、图3A以及图3B所示，由嵌接部21、环状部22、密封唇部23、防尘唇部24等构成。另外，对于密封环20，只要是在高压环境下可得到适当弹性变形的材料即可，不限于橡胶材料，也可以使用树脂材料。

嵌接部21形成筒状，与壳体H的孔Ha嵌接。

环状部22从嵌接部21向径向内侧延伸，将嵌接部21与密封唇部23连接。

防尘唇部24从环状部22的内周部向轴线方向S1的壳体H的外部延伸，其前端部与旋转轴S抵接。该防尘唇部24防止灰尘进入至壳体H的内部。

密封唇部23从环状部22的被密封流体F侧中的侧面22f向壳体H的内部(被密封流体F侧)延伸，形成筒状。该密封唇部23在前端部的内周具有划定向旋转轴S突出的三角形的截面的圆锥面23c、23d，在由该圆锥面23c、23d划定的棱线区域中具有与旋转轴抵接的密封部23e。通过将密封部23e与旋转轴S的周边抵接，将旋转轴S的外周密封。

密封唇部23在前端部的外周具有环状的沟23，将环状的紧箍弹簧50嵌入该沟23h内。另外，紧箍弹簧50对密封唇部23的前端部向旋转轴S方向施力。

密封唇部23在从环状部22的侧面22f延伸的根部23a的内周，具有嵌入支撑环40的环状凹部23t。该环状凹部23t的内周面形成与支撑环40的支撑面的形状相对应的弯曲面。

另外，密封唇部23具有隔置在增强环30的后述环状增强部32和支撑环40之间的中介部23u。

增强环30具有在密封环20的嵌接部21和环状部22中分别埋设的筒状增强部31以及环状增强部32，加强由橡胶材料形成的密封环20。另外，增强环30被形成密封环20的材料覆盖。

增强环30由金属形成，但由于其被形成密封环20的橡胶材料覆盖，因此即使被密封流体F使用使金属腐蚀的流体，也可以由钢等容易生锈但便宜且强度高的材料形成。

增强环30是在密封环20的成形时，放置在成形模具中与密封环20一体成形的。

支撑环40形成环状，被嵌入至在密封唇部23的根部23a的内周形成的环状凹部23t，通过从内周侧支撑该根部23a，抑制受到被密封流体F的压力造成密封唇部23变形。

支撑环40由金属形成，但是当被密封流体F使用使金属腐蚀的流体时，使用不锈钢等耐腐蚀性的金属，或者由耐腐蚀性的材料通过镀覆等覆盖表面的金属。

支撑环40的截面形状具有圆弧状，在外周具有支撑环状凹部23t的支撑面40t。该支撑面40t由向密封唇部23的前端侧外径逐渐减小的弯曲面形成。密封唇部23的环状凹部23t的内周面也形成与支撑面40t相对应的弯曲面。通过将支撑面40t以及密封唇部23的环状凹部23t的内周面形成弯曲面，当密封唇部23受到压力变形时，可以防止因支撑环40的边缘造成的应力集中在密封唇部而出现的皲裂。

另外，如图2所示，支撑环40隔着形成密封环20的橡胶材料的一部分的中介部23u与增强环30的环状增强部32的内侧面在轴线方向S1上对向。通过使形成密封环20的橡胶材料的中介部23u隔置在支撑环40与增强环30的环状增强部32之间，由于该橡胶材料的中介部23u可以随旋转轴S的偏心进行弹性变形，因此密封唇部23也可以根据旋转轴S的偏心随动。

另外，由于支撑环40不与增强环30的环状增强部32接触，而与其在轴线方向S1上对向，因此即使支撑环40受到来自被密封流体F的轴线方向S1的力，支撑环40也被增强环30的环状增强部32支撑。

如图3B所示，将没有嵌接支撑环40状态的密封环20的环状凹部23t的内径D2设定成小于支撑环40的外径D1。即，为了将支撑环40嵌入至环状凹部23t中，需要使密封环20中的密封唇部23发生弹性变形，同时将密封唇部23向径向外侧扩张。

如果向径向外侧扩张密封唇部23将支撑环40嵌接至环状凹部23t中，则密封唇部23的根部23a如图3A所示向径向外侧产生弹性变形。在该状态中，支撑环40由于受到来自密封唇部23的根部23a的恢复力，因此支撑面40t与环状凹部23t的内周面始终密合。

另外，如图3B所示，将没有嵌接支撑环40的状态的密封环20形成密封部23e的内径小于旋转轴S的外径。该密封部23e的位置在没有嵌接支撑环40的状态下，随成形精度的离散而变化。特别是如果密封唇部23的根部23a中存在成形误差，则密封部23e的位置将大幅变化。

另一方面，如图3A所示，如果将支撑环40嵌接在环状凹部23t中，则根部23a受到弹性变形，密封部23e移动至与支撑环40的外径D1相对应的位置。也就是说，即使密封唇部23中存在成形误差，通过支撑环40抵抗弹性变形所产生的力，支撑根部23a，因此密封部23e的位置可以大致一定。如果将由该支撑环40确定的密封部23e的位置设计为与旋转轴S适度接触的位置，则将旋转轴插入至密封环20中时，可使密封部23e与旋转轴S的接触面积稳定化。

在此，为了使将密封环20与支撑环40各自分别成形，之后再将支撑环40嵌入至密封环20的结构带来的优点更加明确，作为比较例，在图4A、图4B以及图5中，显示了将密封环20和支撑环40一体成形的密封装置的一例。

如图4A、图4B以及图5所示，密封装置200的支撑环40与增强环30的环状增强部32抵接。

将密封环20与支撑环40一体成形时，密封部23e的位置随成形精度的离散而变化，例如，如图4A所示，有时将其成形为密封部23e的位置大幅伸入至旋转轴S侧的状态。

在成形为图4A所示形状的密封装置200中，如图4B所示，如果将旋转轴S插入，则密封唇部23的根部23a向径向外侧大幅变形，密封唇部23有可能自支撑环40脱离。在该状态下，支撑环40没有支撑密封唇部23，不能得到由支撑环40产生的抑制密封唇部23的变形的效果。

如果使用如图4B所示状态的密封装置200，来进行旋转轴S和壳体H之间的密封，则当被密封流体F的压力增高时，如图5所示，密封唇部23向旋转轴S大幅变形，密封部23e和旋转轴S之间的在轴线方向S1上的接触宽度W极端增大。即，这是因为，在密封装置200中，支撑环40没有充分支撑密封唇部23，不能充分得到由支撑环40产生的抑制密封唇部23的变形的效果。

另一方面，在前述的图2所示的本发明的实施方式中，在将支撑环40嵌入至密封环20的环状凹部23t中的状态下，支撑环40可靠地支撑密封唇部23的内周侧。因此，当密封唇部23受到来自被密封流体F的压力时，可以可靠地得到由支撑环40产生的抑制密封唇部23的变形的效果。

在此，在图6中显示了密封唇部23和旋转轴S之间的接触宽度相对于被密封流体F的压力的上升的关系。另外，为了进行比较，也显示了没有设置支撑环40的密封装置。

如图6所示可知，通过支撑环40支撑密封唇部23时，接触宽度与压力的上升成比例地缓慢增加，然而没有支撑环40支撑的情况下，接触宽度与压力的上升不成比例，形成急剧增大。

如上所示，通过本实施方式，将支撑环40与增强环30相独立地嵌入在密封环20的内周，抵抗由弹性变形所产生的力支撑密封唇部23的根部23a的内周，因此可以使密封环20的密封部23e的位置大致一定，将旋转轴S插入至密封环20中时可以使密封部23e与旋转轴S之间的接触面积适当。

另外，当高压力作用在密封唇部23上时，由于支撑环40可靠地支撑密封唇部23，因此可以防止密封唇部23的过度变形，可以将密封部23e与旋转轴S之间的接触面积的增加抑制在适当的范围。

另外，通过本实施方式，由于使作为密封环20的形成材料的橡胶材料的中介部23u隔置在增强环30的环状增强部32与支撑环40之间，因此可以使密封唇部23根据旋转轴S的偏心随动，可以防止密封唇部23的由于旋转轴S的偏心所产生的磨损。

另外，通过本实施方式，由于将支撑环40与增强环30分离设置，因此可以不受增强环的限制，根据密封装置的使用环境适当设定支撑环40的配置、尺寸、强度、材料等。

在上述实施方式中，对在密封唇部23的外周设置有紧箍弹簧50的密封装置进行了说明，但不限于此，例如，如图7所示，本发明也可应用于密封唇部23A中没有设置紧箍弹簧50的密封装置。

另外，在上述实施方式中，对于设置有防尘唇部24的密封装置进行了说明，但是本发明也可应用于没有设置防尘唇部24的密封装置。

另外，在上述实施方式中，对通过支撑环40支撑密封唇部23的根部23a的情况进行了说明，但是不限于此，可以是根据需密封的冷却剂的压力，将支撑环40向密封唇部23的前端侧延伸，也可以是将支撑环40整个向密封唇部23的前端侧移动。

产业利用的可能性

如上所述，本发明的密封装置，通过支撑环起到可靠的作用，可以确保希望的密封性能，可以减轻磨损和滑动摩擦产生的发热从而提高耐久性，因此特别适合安装在暴露于高压环境下的领域，不仅对旋转轴，对需要密封往返运动的轴的外周的机械、电器等均有用。

Claims

1.密封装置，它是将内部收置有被密封流体的壳体与轴之间密封的密封装置，其特征在于，具备

密封环，所述密封环具有嵌接在所述壳体的孔中的嵌接部、从所述嵌接部向径向内侧延伸的环状部、从所述环状部向所述被密封流体侧延伸的筒状的密封唇部、在所述密封唇部的内周从所述环状部向前端设置的环状凹部以及密封部，并且所述密封环由橡胶状弹性材料形成，

具有埋设在所述环状部的环状增强部的增强环，

被嵌入至所述密封唇部的环状凹部、支撑所述密封唇部的支撑环；

所述增强环的环状增强部隔着形成所述密封唇部的橡胶状弹性材料的中介部，在轴向支撑所述支撑环。

2.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，将所述支撑环以使所述密封环的内径扩张的状态嵌入至所述密封唇部的内周面的环状凹部。

3.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，支撑所述密封唇部的内周面的所述支撑环的支撑面，由向所述密封唇部的前端侧外径逐渐减小的弯曲面形成，所述密封唇部的内周面相应于所述支撑面形成弯曲。

4.如权利要求2所述的密封装置，其特征在于，支撑所述密封唇部的内周面的所述支撑环的支撑面，由向所述密封唇部的前端侧外径逐渐减小的弯曲面形成，所述密封唇部的内周面相应于所述支撑面形成弯曲。