专利名称：旋转轴密封件的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转轴密封件，尤其涉及一种汽车空调器用压缩机等 中的、对高压流体进行密封用的旋转轴密封件。
背景技术：
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 无件33、 34和橡胶制唇部(lip) 35 (例如参照专利文献l).专利文献1:特许第3346743号公冲艮但是，在图6所示的现有旋转轴密封件中，例如最近使用CO^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.发明内容因此，本发明的目的在于，提供一种在保持构成部件数量不变的 同时能降低接触面压力，并且滑动面能摄入润滑油，从而不易产生磨 损，可长时间发挥优越的密封性的旋转轴密封件.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側背面相对上述旋转轴的轴心所成的背面 倾斜角度设为ot ,并且将该唇部末端部的高压側倾斜面相对上述轴心 所成的受压側倾斜角度设为P ，则由15°< oc <30°且1.7< p/ot <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 中央偏向低压側.而且，上述唇部最末端具有向高压側扩径的倾斜面状的圆环状端 面，如果将截面形状中该圃环状端面与上述旋转轴的轴心所成的端面倾斜角度设为y,则60°< y <的90°的关系式成立.并且，将上述圆环状端面的宽度尺寸设定为0.5mm~ 1.5mm.另外，在上述背面倾斜角度cx与上述受压侧倾斜角度P之间2.0 < p/ct <2.5的关系式成立。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，该高压側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圃筒状外表面形状，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側的位置.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.另外，在将上述圆环状端面的宽度尺寸设定为Wp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 《W,/G《15的关系式成立.本发明会起到下述显著的效果.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.
图l是表示本发明的一个实施方式的主要部分的剖视图. 图2是用于说明尺寸和形状的主要部分剖视说明图. 图3是用于说明尺寸和形状的主要部分剖视说明图。 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困. 图5是接触面压力的曲线图。图6是表示现有技术例的半剖视图. 附图标记说明1壳体，2旋转轴，3唇部，3a低压側背面，4支承件，7厚 度最大部，8唇部最末端，9唇部末端部，9a低压側背面，9b高压 侧倾斜面，10直线部，11角部，14高压侧最末端，18圃环状端面， 20分布曲线，30高压侧，40低压侧，a背面倾斜角度，P受压 侧倾斜角度，Y端面倾斜角度，G间隙尺寸，L轴心，W，宽度尺 寸，W2最大厚度尺寸，Z被支承区域，P接触面压力，P。峰值， M轴心方向中央.具体实施方式
下面，根据图示的实施方式对本发明进行详细说明。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、从低压側背面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 —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的圃筒部外周面上，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l的内周面上，而保持密封状态.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.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C02等制冷剂和润滑油等流体。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\￥2的厚度最大部7在图1、图3和困4中，由虚线表示该厚度最大部7.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).并且，在将唇部末端部9的低压側背面9a相对旋转轴2的轴心 L所成的背面倾斜角度设为ot，唇部末端部9的高压側倾斜面9b相 对上述轴心L所成的受压侧倾斜角度设为P时，按照在两个角度a、 P之间满足下述关系式的方式设定各角度a 、 P。即，15°<ct<30° 且1.7< p/ot ".5。特别优选20°< a <30°而且2.0< p/a <2.5.另外，唇部最末端8具有向高压側30扩径的倾斜面状的圃环状 端面18。即，从与轴心L平行的方向观察，端面18可以看作圓环状， 而且，其宽度尺寸W,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).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y时，按照满足60°< y <90°的关系式 的方式进行设定。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側倾斜面9b与平行于轴心L的圃筒 状外表面形状的直线部IO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圃弧面倒角，而且，该角部n的 轴心方向位置被配置在比支承件4的高压側最末端14更靠高压侧30 的位置上.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側30弯曲 约卯°的圆筒壁部16、和使该圃筒壁部16的高压側端部向高压侧緩 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緩圃孤状的圃弧状截面，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O.lmm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O.lmm ~ 0.5mm.另外，对在圃筒壁部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)。前述直线部IO以下述方式形成，即，将对支承件4的圃筒壁部16 进行包覆的唇部3的基部的圃筒壁的外径尺寸保持基本恒定，而向高 压側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平行的圃筒状外表面 形状的直线部10，也包括以土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的外径尺寸向高压側30平緩增加(或者减少)的情况.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与前述圃环 状端面18的宽度尺寸W,之间下述关系式成立.即，3《W"G《15的 关系式成立.而且，在图2中，厚度最大部7的最大厚度尺寸\￥2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，2，(XW2/W,《4.0，优选2.5《W2/W、3.5。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而且，如图3所示，与支承件4的高压側最末端14的外表面相 切的切线与轴心L所成的倾斜角度0设定为小于90°,优选为20°< e "O0。另外，支承件4是金属或硬质合成树脂制成的。而且，唇部末端 部9的高压側倾斜部外的倾斜角度P设定在50° ~ 80°的范围内.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).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ot变化为零(0°)，并且，接触面压力P的分布曲线20 为丘陵型(平緩的山型)，由星号表示的峰值(顶峰部)P。的位置比 (轴心方向的)接触范围E的轴心方向中央M偏向低压側40。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)Pn，的位置比接触范围E的轴心方向中央N 偏向高压側30.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、 P。，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(平緩 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.并且，在现有技术产品中，峰值Po，比接触范围E的轴心方向中 央N偏向高压側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P。处于靠近 接触范围E的轴心方向中央M的位置并位于低压側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P。)，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.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、以及从低压側背面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的低压側背面9a相对旋转轴2的轴线L 所成的背面倾斜角度设为ot，并且，将唇部末端部9的高压側倾斜面 9b相对轴心L所成的受压側倾斜角度设为P ，则由15°< a <30°且1.7< p/a <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偏向低压側40，所以，可以充分降低接触 面压力P的峰值P^，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 C02制冷剂的压缩机的密封件。特别是通过按照15°< a <30°且1.7< p/a <3.5的方式设定各角度a、 P ，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)，而且，唇部最末端8具有向高压側30扩径的倾斜面状的圃环状 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y，则60°< y <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。并且，由于将圆环状端面18的宽度尺寸Wl设定为0.5mm~ 1.5mm，所以，可以防止在宽度尺寸Wl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l.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.另外，由于在背面倾斜角度a和受压側倾斜角度P之间2.0<0/ a<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P。面压力的 充分降低，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IO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更靠高压側30的位置，所以，厚度最大部7发挥 着用于得到图5所示平緩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P。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.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，还包括以土5。以内的微小 角度相对于轴心L稍微倾斜的情况.这样，即使在这样以土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。而且，由于将支承件4的高压側最末端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描绘出平緩的曲线.并且，由于在将圆环状端面18的宽度尺寸设为Wp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 < W,/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。
权利要求
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)。
2. 根据权利要求l所述的旋转轴密封件，其特征在于， 上述唇部最末端(8)具有向高压侧(30)扩径的倾斜面状的圓环状端面(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(y )，则60°< y <90°的关系式成立.
3. 根据权利要求2所述的旋转轴密封件，其特征在于， 上述圃环状端面(18)的宽度尺寸(W》设定为0,5mm~ 1.5mm.
4. 根据权利要求l、 2或3所述的旋转轴密封件，其特征在于， 在上述背面倾斜角度(a )与上述受压側倾斜角度(P )之间2.0< p/a <2.5的关系式成立。
5. 根据权利要求l、 2或3所述的旋转轴密封件，其特征在于， 上述唇部(3)的上述厚度最大部(7)存在于上述高压側倾斜面(9b)与直线部(IO)相交的角部(11)的位置，该高压側倾斜面(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)更靠高压側(30)的位置上.
6. 根据权利要求l、 2或3所述的旋转轴密封件，其特征在于，上述支承件(4)的高压側最末端(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。
7.根据权利要求2或3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(WJ ,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《W,/G《15的关系式成立。
全文摘要
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。
文档编号F16J15/32GK101225880SQ20071011019
公开日2008年7月23日 申请日期2007年6月18日 优先权日2007年1月15日
发明者笈田弘纪, 芦田哲哉 申请人:三菱电线工业株式会社