TWI670434B - 密封件 - Google Patents

Abstract

本發明係有關一種用於軸或可旋轉的軸構件或元件的彈性密封件，包含一靜態密封體，該靜態密封體的外環面可結合在一機械元件殼體的軸孔處，該靜態密封體的內環面具有向其中心方向所延伸的一徑向動態密封環，而靜態密封體在其軸向方向所區隔的一外端面處，具有向外延伸的一第一動態密封唇與一第二動態密封唇，該第一動態密封唇鄰近該徑向動態密封環，且該第一、第二動態密封唇間具有一夾角；而該軸的外表面具有一肩部；該徑向動態密封環接觸該軸的外表面，該第一、第二動態密封唇接觸該軸的肩部，徑向動態密封環與第一動態密封唇間構成有一第一密封空間，第一動態密封唇與該第二動態密封唇間構成有一第二密封空間；藉由第一、第二密封空間的設置可促使該徑向動態密封環與第一動態密封唇能承受機械元件殼體中的流體壓力，進而降低其變形率。

Description

密封件

本發明總體上涉及一種用於軸或可旋轉的軸構件或元件的彈性密封件。

本發明更具體地涉及用於安裝在一個殼體之軸孔中或類似外殼中的孔或類似開口中的密封件，以便提供該殼體和諸如旋轉軸或軸之間的密封。

已經存在的一種類型的徑向唇形密封件的設計上，如美國公開第20130175763A1號「Lubricated Shaft Seal」案，該密封件具有一剛性的環狀套管以及由該套管在其軸向和徑向地朝向軸心所延伸的一錐形密封唇。該套管將可安裝在一機械元件殼體的一軸孔中，而錐形密封唇將隨之穿套在實施於該軸孔之轉軸的外表面，而錐形密封唇為朝向該殼體內部，進而密封該機械元件殼體(軸孔)與轉軸間的間隙。

上述的習知密封件結構已能達到密封殼體與轉軸間的間隙實施，然而當該機械元件殼體內部如為實施有具壓力值之流體時，該錐形密封唇勢必將承受該流體壓力；在壓力的產生下，該錐形密封唇會產生變形，一但變形量過大，錐形密封唇與轉軸間的接觸面會產生不均勻的接觸，如此，不均勻的磨擦損耗會加速該密封件的洩漏發生，耐用性降低。

本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種技術，該技術係可藉由增加密封唇的承受壓力，降低密封唇的不當變形率，而提高其使用壽命，且除了在軸的軸向橫向方向施予密封設計外，另對軸的縱向施以密封實施而降低洩漏發生率。

根據本公開，用於軸或其他可旋轉構件或元件的密封件包括一靜態密封體以及構成在該軸外表面的一肩部，該靜態密封體具有一內環面與一外環面以及在其軸向方向所區隔開的一內端面與外端面，該內環面具有向其中心方向所延伸的一徑向動態密封環，該徑向動態密封環包括連接該靜態密封體的一第一端與向外延伸的一第二端，且動態密封環在相對該外端面的一端形成一密封面，而該外端面具有在該密封件軸向所延伸的一第一動態密封唇與一第二動態密封唇，該第一動態密封唇鄰近該內環面、徑向動態密封環，且該第一動態密封唇與該第二動態密封唇間具有一夾角；該肩部在其軸向具有一相對於該靜態密封體外端面的一側端面。

較佳者，該徑向動態密封環的第二端朝向內端面方向延伸，該徑向動態密封環與該內環面間具有一小於90度之銳角夾角。

較佳者，該徑向動態密封環的第二端在其厚度間具有一末端面，該末端面與該密封面間為呈小於90度之銳角夾角。

一較佳實施方式，該密封件更可包括形成在該靜態密封體外環面的一襯環。

最好，該襯環的外表面具有一彈性披覆層。

一較佳實施方式，該肩部為一固定在該軸外表面的一側封環所構成，該側封環在其軸向區隔呈有一第一端面與一第二端面，以及於該 第一端面與第二端面間的一內環面，該第一端面構成該肩部的側端面。

最好，該側封環更包括一固定環，該固定環具有在其直徑方向所貫穿的一定位螺孔，該定位螺孔提供一定位螺栓鎖設；該軸的外表面具有提供該側封環抵靠的一階狀端面。

較佳者，該側端面的表面粗糙度Ra在0.01~3.2之間。

10‧‧‧密封件

12‧‧‧第一密封空間

14‧‧‧第二密封空間

20‧‧‧靜態密封體

21‧‧‧內端面

22‧‧‧穿孔

23‧‧‧外端面

24‧‧‧內環面

26‧‧‧外環面

32‧‧‧第一動態密封唇

322‧‧‧密封端面

34‧‧‧第二動態密封唇

342‧‧‧密封端面

40‧‧‧襯環

42‧‧‧橫向環部

44‧‧‧肩部

46‧‧‧外表面

48‧‧‧彈性披覆層

50‧‧‧側封環

502‧‧‧第一端面

504‧‧‧第二端面

506‧‧‧內環面

508‧‧‧環槽

52‧‧‧密封環

54‧‧‧固定環

542‧‧‧定位螺孔

56‧‧‧定位螺栓

60‧‧‧徑向動態密封環

62‧‧‧第一端

64‧‧‧第二端

66‧‧‧密封端面

68‧‧‧末端面

80‧‧‧機器元件

82‧‧‧殼體

822‧‧‧軸孔

824‧‧‧沉孔

826‧‧‧內環壁

828‧‧‧側端壁

84‧‧‧軸

844‧‧‧階狀端面

86‧‧‧肩部

862‧‧‧側端面

A‧‧‧內部空間側

B‧‧‧外部空間側

圖1、表示根據本發明處於安裝狀態的一較佳實施例的橫截面圖。

圖2、為本發明密封件的橫截面圖。

圖3、為本發明另一較佳實施例示意圖。

圖4、依圖3之附加實施例示意圖。

圖5、為本發明又一較佳實施例示意圖。

請參考附圖，圖1、圖2顯示出根據本發明製造的密封件10組件的一優選實施例，該密封件10可經由熱壓接合成型或射出成型或這些方法或類似方法的組合來模製而成。該密封件10被安置在一機器元件80的殼體82和一軸84(轉軸)之間的間隙中，當密封件10組裝到一靜態之殼體82與動態的軸84之間的間隙中，密封件10在殼體82被密封區域的一側可稱為"內部空間側"A，而位於密封件10所區隔的另一側區域部分可稱為"外部空間側"B。

本發明之密封件10包括一環狀靜態密封體20以及構成在該軸84外表面的一肩部86，該靜態密封體20具有一穿孔22而構成有一內環面 24與一外環面26，以及，在其軸向所區隔開的一內端面21與外端面23，該外環面26或該內端面21可構成一靜態密封面；該內環面24具有向其中心方向所延伸的一柔性(彈性)徑向動態密封環60，該徑向動態密封環60包括連接該靜態密封體20的一第一端62與向外延伸的一第二端64，且該徑向動態密封環60在相對該外端面23的一端形成一密封端面66；而該外端面23具有在該密封件10軸向所延伸的一柔性(彈性)第一動態密封唇32與一柔性(彈性)第二動態密封唇34，該第一動態密封唇32鄰近該內環面24、徑向動態密封環60，且該第一動態密封唇32與該第二動態密封唇34間具有一夾角，該第一動態密封唇32、第二動態密封唇34在該夾角端形成該第一動態密封唇32的一密封端面322以及該第二動態密封唇34的一密封端面342；該徑向動態密封環60與第一、第二動態密封唇32、34可通過常規的化學方式結合到靜態密封體20，或，與靜態密封體20一體模製而成，在一優選的實施方式中，該徑向動態密封環60向環體中心與被密封空間A(內端面21)的方向延伸，即，該徑向動態密封環60與該內端面21端之內環面24間具有一小於90度之銳角夾角，而該動態密封環60的厚度方向在相對於外部空間側B的一側構成該密封端面66。又，該徑向動態密封環60的第二端64在其厚度間具有一末端面68，該末端面68與該密封端面66間為呈小於90度之銳角夾角，且徑向動態密封環60第二端64的直徑尺寸被設計成小於軸84的直徑。

根據本發明的密封件10在其一安裝實施例中，被安裝在機器組件80中的適當位置，如圖1所示，該機器元件80包括具有軸孔822的殼體82，而一軸84延伸穿過該軸孔822，該軸孔822在該殼體82的外表面具有在其直徑方向所擴大的一階狀沉孔824，該沉孔824形成包括一內環壁826以及 一側端壁828；密封件10安裝在該軸84上，該徑向動態密封環60的第二端64遠離外部空間側B並朝向被密封空間A而延伸位於被密封空間A內，而該徑向動態密封環60的密封端面66藉由該徑向動態密封環60的材料彈性緊貼束合在該軸84的外表面842，由此，該徑向動態密封環60與軸84間將構成一橫向動態密封面；該靜態密封體20將被插入安置在該沉孔824內，該靜態密封體20的外環面26直徑略大於該沉孔824內環壁826的直徑，該靜態密封體20的外環面26與該沉孔824的內環壁826間將構成一橫向靜態密封面，而該靜態密封體20迫緊抵靠於該沉孔824側端壁828時，該靜態密封體20的內端面21與該沉孔824的側端壁828間將構成一縱向靜態密封面，以防止殼體82內的流體由靜態密封體20與沉孔824(軸孔822)間的間隙滲出。

而該軸84之肩部86係由其外表面842在該軸84之徑向所擴大構成，該肩部86形成在該密封件10之外端面23的外側，該肩部86在其軸向具有一相對於該靜態密封體20外端面23的一側端面862，第一動態密封唇32、第二動態密封唇34的密封端面322、342將彈性抵靠該肩部86的側端面862，該第一、第二動態密封唇32、34的密封端面322、342與肩部86之間構成一縱向動態密封面。

就該徑向動態密封環60與該第一動態密封唇32、第二動態密封唇34的實施上，徑向動態密封環60、第一動態密封唇32與軸84外表面842、肩部86之間將構成一第一密封空間12，該第一動態密封唇32、第二動態密封唇34與該肩部86之間將構成一第二密封空間14；該第一密封空間12、第二密封空間14的形成將有助於該徑向動態密封環60與第一動態密封唇32承受外部壓力，是如，當機器組件80的殼體82內部是具有高壓狀態之 流體時，內部空間側A的高壓流體容易迫使該徑向動態密封環60朝向外部空間側B變形，如此，徑向動態密封環60之密封端面66與軸84的外表面842將容易發生滲漏；而在該第一密封空間12的存在下，該第一密封空間12的內部壓力將可抑制徑向動態密封環60的變形量，藉此降低了由該徑向動態密封環60處所發生的變形滲漏或不當的磨耗，而該徑向動態密封環60第二端64的末端面68與該密封端面66間呈一銳角角度的實施下，其亦降低了該末端面68承受殼體82內部流體的軸向壓力。

而當該徑向動態密封環60經長久磨耗而發生滲漏時，該第一動態密封唇32與第二動態密封唇34繼續阻隔了殼體82軸孔822與軸84之間的間隙，該第二密封空間14的內部壓力將可抑制第一動態密封唇32受流體壓力所產生的變形量，藉此降低了由該第一動態密封唇32與第二動態密封唇34處所產生的滲漏風險。

該第一動態密封唇32與第二動態密封唇34的設置除了構成該第一密封空間12與該第二密封空間14外，另有為了在該徑向動態密封環60磨損滲漏後，尚存在有第一動態密封唇32(第二動態密封唇34)予以密封殼體82和軸84之間的間隙；再者，該第一動態密封唇32、第二動態密封唇34與該軸84肩部86間所構成的縱向動態密封面是與軸孔822軸向形成垂直，如此，由軸孔822軸向所產生的流體壓力不會直接施予在該縱向動態密封面，故使得該縱向動態密封面處不容易受到流體壓力的影響而發生滲漏。

而為了降低該第一、第二動態密封唇32、34與該肩部86側端面862間的磨耗，在已知可改變該第一、第二動態密封唇32、34的實施材質方式外，本發明的一較佳實施方式中，該肩部86與該第一、第二動態密 封唇32、34接觸的側端面862可為一表面粗糙度(Surface Roughness)較低的一加工端面，以具有較佳的滑動性、氣密性以及密著性者，其可以以精磨、研磨、拋光、超精磨、鏡面磨削或電鍍等方式達成，該側端面862的表面粗糙度(Ra)可在0.01~3.2之間，而最佳的表面粗糙度(Ra)是在0.01~1.6之間。

為了方便該肩部86側端面862的表面粗糙度施工及軸84的拆卸組裝，在一優選的實施方案中，該肩部86可為一固定在該軸84外表面842的一側封環50所構成，該側封環50在其軸向區隔呈有一第一端面502以及一第二端面504，該第一端面502構成該側端面862，該側封環50與軸84的外表面842間為以一密封環52密封兩者間隙，較佳者，該側封環50的內環面506具有一環槽508，該密封環52容納設置在該環槽508中；而就該側封環50與軸84之間的結合上，除了該側封環50可以以其本體鎖設或焊接或緊配合於該軸84之外表面842的方式之外，於本發明圖式所揭示之一實施例方式中，該側封環50更包括一固定環54，而該軸84的外表面842具有一階狀端面844，該固定環54具有在其直徑方向所貫穿的一定位螺孔542以提供一定位螺栓56的鎖設，當該側封環50的第一端面864抵靠在該階狀端面844，該固定環54將夾合該側封環50而位於其第二端面504，而該固定環54在該定位螺栓56鎖抵於該軸84後，固定該側封環50於該軸84的外表面842。

構成該肩部86側端面862的側封環之第一端面502是表面粗糙度(Surface Roughness)較低的一加工端面，其表面粗糙度(Ra)是在0.01~3.2之間，而最佳的表面粗糙度(Ra)是在0.01~1.6之間。

以上所述之靜態密封體20可以以硬度較高的聚合物來實 施，以使其本身與沉孔824間的迫合組裝具有一定的密合性。然而在考量靜態密封體20的結構強度以及防止其發生變形的問題上，本發明之密封件10更可包括一襯環40，如圖3所示；該襯環40總體與該靜態密封體20模制一體，可通過化學膠合、熱壓接合成型或射出成型或這些方法或類似方法的組合來模製而成，該襯環40主要為補助該靜態密封體20的環體強度而不至於產生變形；圖式中所顯示的一較佳實施例中，該襯環40包括一形成在該靜態密封體20外環面26的一橫向環部42以及形成在內端面21的一肩部44，該襯環40的外表面46構成上述所稱之”靜態密封面”。

在安裝實施例中，該靜態密封體20藉由該襯環40安置在該沉孔824內，該襯環40橫向環部42的外表面46直徑可略大於該沉孔824內環壁826的直徑，該襯環40將在其外表面塗抹如墊片膠等膠合劑後，迫合安置於該沉孔824內，該襯環40的外表面46將構成該橫向靜態密封面以及該縱向靜態密封面，防止殼體82內的流體由靜態密封體20與沉孔824(軸孔822)間的間隙滲出。

又，該襯環40的外表面46更可包括一彈性披覆層48，如圖4所示，該彈性披覆層48可僅形成在該襯環40橫向環部42的外表面46或橫向環部42與該肩部44的外表面46，其可由該靜態密封體20一體模製所形成或由化學膠合、熱壓接合成型或二次射出成型等類似方法來模製而成；該彈性披覆層48提供一良好的密封效果，在密封件10安置在該沉孔824內時，提供與沉孔824間一良好的密封效果，而由該彈性披覆層48構成上述所稱之”靜態密封面”。

在前述說明書中，本發明僅是就特定實施例做描述，而依本 發明的設計特徵是可做多種變化或修改，例如，本實施例中所揭示之徑向動態密封環60，基於第一動態密封唇32、第二動態密封唇34與一形成在該軸84外表面842之肩部86的設置下，其所構成的縱向動態密封面是與由軸孔822軸向所產生的流體壓力方向形成垂直，使得該縱向動態密封面處不容易受到流體壓力的影響而發生滲漏，如此，該徑向動態密封環60是可以予以省略的，如圖5所示。是以，對於熟悉此項技藝人士可作之明顯替換與修飾，仍將併入於本發明所主張的專利範圍之內。

Claims (15)

1. 一種用於密封地接合軸的密封件(10)，包括：一靜態密封體(20)，該靜態密封體(20)具有一穿孔(22)而構成有一內環面(24)與一外環面(26)以及在其軸向方向所區隔開的一內端面(21)與外端面(23)，該內環面(24)具有向其中心方向所延伸的一徑向動態密封環(60)，該徑向動態密封環(60)包括連接該靜態密封體(20)的一第一端(62)與向外延伸的一第二端(64)，且該徑向動態密封環(60)在相對該外端面(23)的一端形成一密封端面(66)，而該外端面(23)具有在該密封件(10)軸向所延伸的一第一動態密封唇(32)與一第二動態密封唇(34)，該第一動態密封唇(32)鄰近該徑向動態密封環(60)，且該第一動態密封唇(32)與該第二動態密封唇(34)間具有一夾角；以及一形成在該軸(84)外表面(842)的一肩部(86)，該肩部(86)在其軸向具有一相對於該靜態密封體(20)外端面(23)的一側端面(862)；當密封件(10)穿設於該軸(84)，該徑向動態密封環(60)橫向密合實施於該軸(84)的外表面(842)，該第一動態密封唇(32)與第二動態密封唇(34)縱向密合實施於該肩部(86)之側端面(862)，該徑向動態密封環(60)與該第一動態密封唇(32)間形成有一第一密封空間(12)，該第一動態密封唇(32)與該第二動態密封唇(34)間形成有一第二密封空間(14)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之密封件(10)，其中，該徑向動態密封環(60)的第二端(64)朝向內端面(21)方向延伸，該徑向動態密封環(60)與該內端面21端之內環面(24)間具有一小於90度之銳角夾角。
3. 如申請專利範圍第1項所述之密封件(10)，其中，該徑向動態密封環(60) 的第二端(64)在其厚度間具有一末端面(68)，該末端面(68)與該密封端面(66)間為呈小於90度之銳角夾角。
4. 如申請專利範圍第1項所述之密封件(10)，更包括：形成在該密封體(20)外環面(26)的一襯環(40)。
5. 如申請專利範圍第4項所述之密封件(10)，其中，該襯環(40)具有形成在該靜態密封體(20)內端面(21)的一肩部(44)。
6. 如申請專利範圍第4項所述之密封件(10)，其中，該襯環(40)的外表面(46)具有一彈性披覆層(48)。
7. 如申請專利範圍第1項所述之密封件(10)，其中，該肩部(86)為一固定在該軸(84)外表面(842)的一側封環(50)所構成，該側封環(50)在其軸向區隔呈有一第一端面(502)與一第二端面(504)，以及於該第一端面(502)與第二端面(504)間的一內環面(506)，該第一端面(502)構成該肩部(86)的側端面(862)。
8. 如申請專利範圍第7項所述之密封件(10)，其中：該側封環(50)更包括一固定環(54)，該固定環(54)具有在其直徑方向所貫穿的一定位螺孔(542)，該定位螺孔(542)提供一定位螺栓(56)鎖設；該軸(84)，其外表面(842)具有提供該側封環(50)抵靠的一階狀端面(844)。
9. 如申請專利範圍第1項或第7項所述之密封件(10)，其中該側端面(862)的表面粗糙度Ra在0.01~3.2之間。
10. 如申請專利範圍第7項所述之密封件(10)，其中，該側封環(50)的內環面(506)具有一環槽(508)，該環槽(508)提供容納一密封環(52)。
11. 一種用於密封地接合軸的密封件(10)，包括： 一靜態密封體(20)，該靜態密封體(20)具有一內環面(24)與一外環面(26)以及在其寬度方向所區隔開的一內端面(21)與外端面(23)，該外端面(23)具有在該密封件(10)軸向所延伸的一第一動態密封唇(32)與一第二動態密封唇(34)，該第一動態密封唇(32)鄰近該內環面(24)，且該第一動態密封唇(32)與該第二動態密封唇(34)間具有一夾角；以及一形成在該軸(84)外表面(842)的一肩部(86)，該肩部(86)在其軸向具有一相對於該靜態密封體(20)外端面(23)的一側端面(862)，該肩部(86)為一固定在該軸(84)外表面(842)的一側封環(50)所構成，該側封環(50)在其軸向區隔呈有一第一端面(502)與一第二端面(504)，以及於該第一端面(502)與第二端面(504)間的一內環面(506)，該第一端面(502)構成該肩部(86)的側端面(862)；當密封件(10)穿設於該軸(84)且該第一動態密封唇(32)與第二動態密封唇(34)密合實施於該軸(84)之肩部(86)時，形成一動態密封面。
12. 如申請專利範圍第11項所述之密封件(10)，其中：該側封環(50)更包括一固定環(54)，該固定環(54)具有在其直徑方向所貫穿的一定位螺孔(542)，該定位螺孔(542)提供一定位螺栓(56)鎖設；該軸(84)，其外表面(842)具有提供該側封環(50)抵靠的一階狀端面(844)。
13. 如申請專利範圍第11項所述之密封件(10)，其中該側端面(862)的表面粗糙度Ra在0.01~3.2之間。
14. 如申請專利範圍第11項所述之密封件(10)，其中，該側封環(50)的內環面(506)具有一環槽(508)，該環槽(508)提供容納一密封環(52)。
15. 一種用於密封地接合軸的密封件(10)，包括： 一靜態密封體(20)，該靜態密封體(20)具有一內環面(24)與一外環面(26)以及在其寬度方向所區隔開的一內端面(21)與外端面(23)，該外端面(23)具有在該密封件(10)軸向所延伸的一第一動態密封唇(32)與一第二動態密封唇(34)，該第一動態密封唇(32)鄰近該內環面(24)，且該第一動態密封唇(32)與該第二動態密封唇(34)間具有一夾角度；以及一形成在該軸(84)外表面(842)的一肩部(86)，該肩部(86)在其軸向具有一相對於該靜態密封體(20)外端面(23)的一側端面(862)，該側端面(862)的表面粗糙度Ra在0.01~3.2之間；當密封件(10)穿設於該軸(84)，且該第一動態密封唇(32)與第二動態密封唇(34)縱向密合實施於該肩部(86)之側端面(862)。