特許 6925101 軸シール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6925101

(24)【登録日】2021年8月5日

(45)【発行日】2021年8月25日

(54)【発明の名称】軸シール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/3204 20160101AFI20210812BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/3204

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-153110(P2015-153110)

(22)【出願日】2015年8月3日

(65)【公開番号】特開2017-32076(P2017-32076A)

(43)【公開日】2017年2月9日

【審査請求日】2018年3月2日

【審判番号】不服2020-16083(P2020-16083/J1)

【審判請求日】2020年11月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003263

【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080746

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 武嗣

(72)【発明者】

【氏名】藤井 伸和

【合議体】

【審判長】 間中 耕治

【審判官】 尾崎 和寛

【審判官】 平田 信勝

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６２−１８４６８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−２７６８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３３６７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５３２６１１１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開平５−５７５２０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

F16J 15/3204-15/3236

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸（Ｋ）に摺接するシールエレメント（６）と、大気側（Ｘ）からのダストの侵入
を防止するためのダストシール（７）と、を備えた軸シールに於て、
上記ダストシール（７）は、上記回転軸（Ｋ）の軸心（Ｌ）に直交する平面形状で、か
つ、縦断面の肉厚が均一のストレート状であり、
組み付け完成状態で、上記ダストシール（７）の外周面（７ａ）をアウターケース（１
）の円筒壁部（11）の内周面に当接状態として、上記ダストシール（７）はラジアル方向
に位置決めされ、
上記ダストシール（７）は円形の孔（17）を有し、該円形の孔（17）の自由状態におけ
る内径寸法（ｄ７）は、上記回転軸（Ｋ）の外径寸法（Ｄ）よりも極微小寸法をもって小
さく設定され、上記回転軸（Ｋ）の回転が開始されて起こる初期摩耗によって、自由状態
における上記ダストシール（７）の上記孔（17）の内径寸法（ｄ７）は上記回転軸（Ｋ）
の外径寸法（Ｄ）と同一となって、装着運転状態において、上記孔（17）の内周面（７ｂ）と上記回転軸（Ｋ）の外周面（Ｋａ）との間隙が零でありかつ摺接面圧力が零となってダストシール（７）の内周面（７ｂ）が回転軸（Ｋ）の外周面（Ｋａ）を弾発的に押圧しないことを特徴とする軸シール。

【請求項2】

上記ダストシール（７）の肉厚寸法（Ｔ７）を、上記シールエレメント（６）のリップ
部（62）の肉厚寸法（Ｔ６）の０．３倍以上１．３倍以下に設定した請求項１記載の軸シ
ール。

【請求項3】

上記シールエレメント（６）及び上記ダストシール（７）は、ＰＴＦＥから成る請求項
１又は２記載の軸シール。

【請求項4】

上記ダストシール（７）の上記内周面（７ｂ）を、平滑円周面とした請求項１，２又は
３記載の軸シール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸シールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、真空ポンプに用いる軸シールとして、回転軸に摺接する樹脂製のシールエレメン
トをアウターケースとインナーケースで挟圧保持したものが公知である（例えば特許文献
１参照）。
さらに、図６に示すように、アウターケース91とインナーケース92で、シールエレメン
ト95と、大気側Ｘからのダストの侵入を防止するダストシール96とを、挟圧保持したもの
があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−２２５０８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、真空ポンプやコンプレッサ等の気体（ガス）用機械に使用される軸シールに対し
て、高速（高摺動性）、耐ダスト性などの厳しい使用環境への適用が要求されている。
しかし、図６に示すような従来の軸シール９は、ダストシール96を、自由状態で大気側
Ｘに向って縦断面視Ｊ字状に弯曲させてダストリップ部96ａを形成すると共に、ダストリ
ップ部96ａの内周端縁96ｄの内径寸法ｄ９を回転軸Ｋの外径寸法Ｄよりも小さく設定して
いるため、図７に示すように、運転時（回転軸Ｋの回転時）に、ダストリップ部96ａの内
周端縁96ｄと回転軸Ｋの外周面Ｋａとの間で高温の摺動発熱が発生し、ダストリップ部96
ａの物性が変化（低下）して摩耗が促進されるといった問題や、回転軸Ｋに焼けＫｚが発
生して摩耗がさらに促進されるといった問題があった。
また、図８に示すように、ダストシール96の弾性的復元力によって、外周面Ｋａに押し
付けられるため、摩耗が早くなると共に焼けが酷くなり、安定したシール性能が発揮でき
ず、耐久性も低下する（寿命が短くなる）といった問題があった。

【0005】

そこで、本発明は、長期に渡り安定したシール性能を発揮しつつ優れた耐久性が得られ
る軸シールの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る軸シールは、回転軸に摺接するシールエレメントと、大気側からのダスト
の侵入を防止するためのダストシールと、を備えた軸シールに於て、上記ダストシールは
、上記回転軸の軸心に直交する平面形状で、かつ、縦断面の肉厚が均一のストレート状で
あり、組み付け完成状態で、上記ダストシールの外周面をアウターケースの円筒壁部の内
周面に当接状態として、上記ダストシールはラジアル方向に位置決めされ、上記ダストシ
ールは円形の孔を有し、該円形の孔の自由状態における内径寸法は、上記回転軸の外径寸
法よりも極微小寸法をもって小さく設定され、上記回転軸の回転が開始されて起こる初期
摩耗によって、自由状態における上記ダストシールの上記孔の内径寸法は上記回転軸の外
径寸法と同一となって、装着運転状態において、上記孔の内周面と上記回転軸の外周面との間隙が零でありかつ摺接面圧力が零となってダストシールの内周面が回転軸の外周面を弾発的に押圧しないように構成されているものである。
また、上記ダストシールの肉厚寸法を、上記シールエレメントのリップ部の肉厚寸法の
０．３倍以上１．３倍以下に設定したものである。
また、上記シールエレメント及び上記ダストシールは、ＰＴＦＥから成るものである。
また、上記ダストシールの上記内周面を、平滑円周面としたものである。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ダストシールと回転軸の間の摺動発熱を低減し、ダストシールの寿命
を改善（延命化）して、シール性能と耐久性を大幅に向上できる。構造が簡素で、かつ、
製造も容易でありながら、ダストシールの摩耗を防止し、回転時の過剰な発熱を防ぎ、長
期間に渡って、安定して優れたシール性（耐ダスト性）を発揮できる。特に、工事現場等
の屋外や工場といったダストの多い雰囲気で使用される大型機械用軸シールとして、ダス
トに対するシール性能が向上され、高速回転にも十分に適用可能で、耐久性にも優れる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の軸シールの実施の一形態を示す要部縦断面図である。

【図2】装着運転状態を示す要部縦断面図である。

【図3】自由状態のダストシールの一例を示す要部拡大縦断面図である。

【図4】自由状態のダストシールの他例を示す要部拡大断面図である。

【図5】初期摩耗後のダストシールを示す要部拡大縦断面図である。

【図6】従来例を示す要部縦断面図である。

【図7】従来例の問題点を説明するための要部拡大縦断面図である。

【図8】従来例の問題点を説明するための要部拡大縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
本発明に係る軸シールは、図１及び図２に示すように、金属製のアウターケース１と、
金属製のインナーケース２と、ゴム等の弾性材のガスケット３と、樹脂製のシールエレメ
ント６と、を備え、さらに、シールエレメント６よりも大気側Ｘに、大気側Ｘからのダス
トの侵入を防止する樹脂製のダストシール７を備えている。（なお、ダストシール７は一
般にダストリップと呼ばれる場合もある。）

【0010】

アウターケース１は、円筒壁部11と、円筒壁部11の一端部（大気側Ｘの端部）からラジ
アル内方向に延伸状の内鍔部12と、円筒壁部11の他端部（密封室側Ｙの端部）に設けられ
組立工程においてラジアル内方向へ折曲げられる小内鍔状のカシメ折曲げ片13と、を有し
ている。なお、アウターケース１は、円筒壁部11にラジアル方向に貫通する小孔を有して
いない。

【0011】

インナーケース２は、縦断面Ｌ字状として、アウターケース１の円筒壁部11に内嵌状に
装着されると共にアウターケース１のカシメ折曲げ片13にてアウターケース１の内鍔部12
側へ押圧される円筒状壁部21と、アウターケース１の内鍔部12と共働きしてガスケット３
とシールエレメント６とダストシール７とを挟圧保持する内鍔部22と、を有している。な
お、インナーケース２は、Ｉ字状や角形ブロック状であっても良い。

【0012】

ガスケット３は、円環平板形状であって、図例においては、インナーケース２の内鍔部
22とシールエレメント６との挟圧面間に介在させているが、シールエレメント６とダスト
シール７との挟圧面間や、ダストシール７とアウターケース１の内鍔部12との挟圧面間に
介在させても良い（図示省略）。

【0013】

シールエレメント６は、肉厚が均一状であり、図１の自由状態（ハウジングＨと回転軸
Ｋの間に取着していない未装着状態）では、縦断面形状がＪ字状であり、アウターケース
１の軸心Ｌに直交する直交平面壁部61と、回転軸Ｋの外周面Ｋａに摺接可能なリップ部62
と、両者を連続状に結ぶ弯曲壁部63と、から成る。
図２に示すように、ハウジングＨ及び回転軸Ｋの間に装着され回転軸Ｋが回転している
装着運転状態では、シールエレメント６の縦断面形状はＬ字状であり、シールリップ部62
は円筒形状となって回転軸Ｋの外周面Ｋａ（以下、軸外周面Ｋａと呼ぶ場合もある）に摺
接する。

【0014】

ダストシール７は、チリやホコリ等のダストが、大気側Ｘからシールエレメント６の背
面側（大気側Ｘ）に侵入を防止するためのものであって、このダストシール７は、自由状
態及び装着状態のいずれにあっても、軸心直交面状の円環平板形状であり、縦断面で肉厚
が略均一のストレート状（一文字状）である。

【0015】

そして、ダストシール７は、円形の孔17を有し、また、アウターケース１の内鍔部12と
インナーケース２の内鍔部22との間に挟圧保持される正面視円環状の軸心直交平面壁部71
と、軸心直交平面壁部71のラジアル内方端部からラジアル内方向へ延伸状に設けられた正
面視円環状かつ縦断面視ストレート状のダストリップ部72と、を連続状に（一体に）有し
ていると言うこともできる。図２に示すように、ダストリップ部72は装着運転状態におい
ても回転軸Ｋに対して直交面状に保持される。

【0016】

ダストシール７とシールエレメント６は同材質であって、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオ
ロエチレン）から成る。
また、ダストシール７は、ワンピース（１片）から成り、材質の異なる複数ピースを接
着等によって一体化させた場合に比べて、製造が容易でありながら寸法精度に優れる。

【0017】

ダストシール７は、その外周面７ａを、アウターケース１の円筒壁部11の内面部に（直
接に）当接させて、ラジアル方向に位置決めされている。
ダストシール７の孔17の内周面７ｂは、平滑円周面に形成している。言い換えると、内
周凹溝や螺旋溝等のラビリンス溝を省略している。

【0018】

そして、図１及び図３に示すように、未使用（自由）状態に於て、ダストシール７の円
形の孔17の内径寸法ｄ７を、回転軸Ｋの外径寸法Ｄと、同一寸法に設定するか、あるいは
、図４に示すように、自由状態で、ダストシール７の内径寸法ｄ７を、回転軸Ｋの外径寸
法Ｄよりも極微小寸法をもって小さく設定する。
後者の場合には、ハウジングＨ及び回転軸Ｋの間に装着されると共に回転軸Ｋが回転を
開始していない装着運転前状態では、ダストシール７が僅かにラジアル外方へ弾性変形し
て、内周面７ｂを軸外周面Ｋａに軽く圧接させる。

【0019】

そして、図５に示すように、回転軸Ｋの回転が開始されると、初期摩耗（なじみ）によ
り、内周面７ｂと軸外周面Ｋａの間隙が零となるように構成している。
言い換えると、ダストシール７の内径寸法ｄ７は、回転軸Ｋの回転が開始されて起こる
初期摩耗によって、回転軸Ｋの外径寸法Ｄと同一寸法となるように設けている。即ち、上
述の極微小寸法は初期摩耗によって摩耗可能な寸法である。

【0020】

また、装着運転状態において、ダストシール７は、初期摩耗が終了した後は、内周面７
ｂが軸外周面Ｋａを弾発的に押圧せず、（内周面７ｂと軸外周面Ｋａが接していても、）
初期摩耗以上の摩耗が発生せず、摺動発熱を低減して（物性が変化する程の高温の摺動発
熱を発生させず）、シール性能が保持されると共に十分な耐久性が得られる。

【0021】

他方、前者の場合には、図３に示すように、自由状態において、ダストシール７の内径
寸法ｄ７を、回転軸Ｋの外径寸法Ｄと同一寸法となるように設定したので、自由状態、装
着運転前状態、装着運転状態の何れの状態においても、ダストシール７の孔17の内周面７
ｂと軸外周面Ｋａの間隙が零となる。

【0022】

以上のように、ダストシール７の孔17の内径寸法ｄ７が、自由状態で、図４のように回
転軸Ｋの外径寸法Ｄよりも極微小寸法だけ小さい場合、あるいは、図３のように上記外径
寸法Ｄと同一の場合のいずれにあっても、装着状態では、回転軸Ｋの外径寸法Ｄと同一の
内径寸法ｄ７を保ち、しかも、形状はストレート状断面―――円環平板形状―――を保ち
、回転軸Ｋの回転時（装着運転時）には、内周面７ｂと軸外周面Ｋａとの間隙が零となる
。
図６〜図８に示した従来例にあっては、折れ曲がったダストリップ部96ａは矢印Ｍ方向
に弾発的に復元しようとする弾発付勢力が、内周端縁96ｄの摩耗進行にかかわりなく作用
するのに対し、本発明では、当初から（図３の場合）、あるいは、初期摩耗が終れば（図
４、図５の場合）、その後は、摺接面圧力が零となり、摩耗がほとんど進行せず、寿命が
延びるのである。

【0023】

さらに、図１に示すように、自由状態で、ダストシール７（ダストリップ部72）の肉厚
寸法Ｔ７を、シールエレメント６のリップ部62の肉厚寸法Ｔ６の０．３倍以上１．３倍以
下に設定している。好ましくは、０．５倍以上１．１倍以下に設定する。下限値未満であ
るとダストの侵入を十分に防止できない虞れがあり、上限値を越えると軸シール全体の厚
み寸法が大きくなって材料が無駄となる。

【0024】

なお、ダストシール７とシールエレメント６の間の空間Ｓ（図２参照）にグリース（潤
滑剤）を保持させるも良い。
ダストシール７が、長期間に渡って摩耗等により変形しないため、グリースが長期間に
渡って適切に保持される。

【0025】

以上のように本発明の軸シールは、回転軸Ｋに摺接するシールエレメント６と、大気側
Ｘからのダストの侵入を防止するためのダストシール７と、を備えた軸シールに於て、ダ
ストシール７は、回転軸Ｋの外径寸法Ｄと同一の内径寸法ｄ７の円形の孔17を有する円環
平板形状を保ち、孔17の内周面７ｂと回転軸Ｋの外周面Ｋａとの間隙が零となるように設
定されているので、ダストシール７と回転軸Ｋの間の摺動発熱を低減し、回転軸Ｋの局部
的な焼けＫｚ（図８参照）を防止して、ダストシール７の寿命を改善（延命化）し、シー
ル性能と耐久性を大幅に向上できる。構造が簡素で、かつ、製造も容易でありながら、ダ
ストシール７の摩耗を防止し、回転時の過剰な発熱を防ぎ、長期間に渡って安定して優れ
たシール性（耐ダスト性）を発揮できる。特に、工事現場等の屋外や工場といったダスト
の多い雰囲気で使用される大型機械用軸シールとして、ダストに対するシール性能が向上
され、高速回転にも十分に適用可能で、耐久性にも優れる。

【0026】

また、ダストシール７の肉厚寸法Ｔ７を、シールエレメント６のリップ部62の肉厚寸法
Ｔ６の０．３倍以上１．３倍以下に設定したので、軸シール全体を薄く形成可能としなが
らも、十分な耐ダスト性能（ダスト侵入防止性能）を発揮できる。容易に製造及び組立を
行うことができる。

【0027】

また、シールエレメント６及びダストシール７は、ＰＴＦＥから成るので、摺動発熱を
低減できると共に耐久性を向上できる。シールエレメント６の製造工程や材料調達をその
ままダストシール７に共用できて、製造コストを低減できる。

【0028】

また、ダストシール７の外周面７ａをアウターケース１の円筒壁部11に当接させて、ダ
ストシール７のラジアル方向の位置決めをしたので、ダストシール７をラジアル方向に高
精度に位置決めでき、孔17の内周面７ｂの軸外周面Ｋａに対する間隙を精度良く零として
、品質及び性能を安定させることができる。

【0029】

また、ダストシール７の内周面７ｂを、平滑円周面としたので、製作が容易でありなが
らも、ダストの侵入を確実に防止できる。

【符号の説明】

【0030】

１ アウターケース
６ シールエレメント
７ ダストシール
７ａ 外周面
７ｂ 内周面
11 円筒壁部
17 孔
62 リップ部
Ｄ 外径寸法
ｄ７ 内径寸法
Ｋ 回転軸
Ｋａ 外周面
Ｌ 軸心
Ｔ６ 肉厚寸法
Ｔ７ 肉厚寸法
Ｘ 大気側

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】