シール装置
【課題】高圧の被密封流体に対してシールリップにより確実な軸シールを維持するとともに、シールリップに発生する相当ミーゼス応力の軽減を図り、シールリップの耐用期間を長期に延ばすことのできるシール装置を提供すること。
【解決手段】バックアップリング２は、その固定部２１から連続して延びるテーパー部２３、そして先端部２４とを有してなり、少なくともテーパー部２３の表面Ｄから先端部２４の表面Ｆへと移る境界部２６には、曲率半径（Ｒ―１）のアール面Ｅが形成されているとともに、境界部２６であるアール面Ｅに接しているテーパー部２３の表面Ｄの一部が、境界部２６の曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径を持つ凸曲面である。
【解決手段】バックアップリング２は、その固定部２１から連続して延びるテーパー部２３、そして先端部２４とを有してなり、少なくともテーパー部２３の表面Ｄから先端部２４の表面Ｆへと移る境界部２６には、曲率半径（Ｒ―１）のアール面Ｅが形成されているとともに、境界部２６であるアール面Ｅに接しているテーパー部２３の表面Ｄの一部が、境界部２６の曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径を持つ凸曲面である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールリップを有して軸をシールするシール装置に関し、特に、高圧な冷媒等の被密封流体に対してシールリップにより確実な軸シールを可能とするとともに、シールリップの耐用期間を長期に延ばすことの出来るシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カークーラー等において使用される冷媒として、環境への影響を配慮してフロンガスから二酸化炭素ガスへの変更が進んでおり、二酸化炭素ガスである被密封流体を軸シールする構造が一般化してきている。しかし、冷媒に二酸化炭素ガスを用いた場合、冷媒としての被密封流体は従来よりも高圧に設定されることになり、軸シール部分の密封力の向上が急務になっており、カークーラーのコンプレッサ用リップ型シールとして、種々の高密封力のシール装置が開発されてきている。
【０００３】
例えば、実開平３−４１２６４号公報（特許文献１）に示すリップ型シール装置（図１０）が存在する。このリップ型シール装置は、シールリップ１０１の大気側である内周面と回転軸１０２との間に、環状を成す金属材製のバックアップリング１０３がシールリップ１０１の内周面に軽く接触嵌合する状態で配置されている。更に、バックアップリング１０３の大気側Ｂには、樹脂材製の環状部１０４がバックアップリング１０３と同形状に配置されている。さらに、バックアップリング１０３の被密封流体側Ａには、補強環１０５を埋設した基部１０６からシールリップ１０１が被密封流体側に傾斜して延びた端部１０７に回転軸１０２の外周面と密接するシール面１０７aが設けられ、このシール面１０７aを緊迫するガータスプリング１０８が端部１０７の外周面に設けられた環状溝に装着されている。
【０００４】
又、環状部１０４の大気側にはリング状のサポートプレート１０９が配置され、バックアップリング１０３と、環状部１０４と、サポートプレート１０９とは外周部が断面コの字形の保持リング１１０により挟持されている。この挟持された三部品全体がシール部で、並列されたシールリップ１０１を補助している。
【０００５】
又、シールリップ１０１の先端部のシール面１０７aと環状溝との距離も正確に製作しなければならないが、シールリップ１０１がゴム材製であるから変形しやすく、ゴム成形上、この距離寸法を確保することが困難になっている。更に、バックアップリング１０３とシールリップ１０１との接合も正確に接合させなければならず、シールリップ１０１に対してバックアップリング１０３を圧接すると、シールリップ１０１が回転軸外周面から浮き上がるのでシール能力を悪化させることになる。
【０００６】
このような種々の問題点に着目して、特許第３３４６７４３号公報（特許文献２）、特開２００３−１２０８２１号公報（特許文献３）に示されるような技術が開発されており、これら特許文献の技術は、シールリップに於けるテーパ面にバックアップリングの傾斜支持部を圧入嵌合してシール部面の径を拡張し、この傾斜支持部で傾斜したシールリップの拡張テーパ面を圧接保持し、大気側シール部面を一定の角度に保つようにしたものである。このような構成によれば、このバックアップリングで保持された緊迫状態のシール部面が軸の外周面とシャープな面圧で密接するようになり、シール部面が軸と小さな接触面積で接触し、シール部面が押し込まれた異常な変形によりシール能力が低下するのを効果的に防止すると共に、シール角部がシャープな面圧で接触する状態を保持し、優れたシール能力を発揮するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平３−４１２６４号公報（第１頁、第１図）
【特許文献２】特許第３３４６７４３号公報（第２頁、第２図）
【特許文献３】特開２００３−１２０８２１号公報（第２頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述の特許第３３４６７４３号公報（特許文献２）、特開２００３−１２０８２１号公報（特許文献３）に示されるような従来技術では、大きな被密封流体圧がゴム材製のシールリップの外周に加わると、シールリップが回転軸方向へ押され、バックアップリングのテーパー面が回転軸方向へ折り返される角部と、シールリップのシール内面との間に、過大な応力が発生し、バックアップリングの前記角部に位置するシールリップには、極めて大きな相当ミーゼス応力が発生し、長期の使用によりシールリップに破断現象が現れる危険があり、現状では上記したバックアップリングの角部にアール（Ｒ）を形成し、シールリップに発生する相当ミーゼス応力の軽減を図っているものの、更なる相当ミーゼス応力の軽減が望まれている。
【０００９】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、高圧の被密封流体に対してシールリップにより確実な軸シールを維持するとともに、シールリップに発生する相当ミーゼス応力の軽減を図り、シールリップの耐用期間を長期に延ばすことのできるシール装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のシール装置は、回転軸を囲むように流体収納室側に延出するバックアップリングを有し、少なくとも前記バックアップリングが先細り形状となっており、このバックアップリングにより支持されたシールリップのリップ先端部が回転軸に対して当接可能となっているシール装置であって、前記バックアップリングは、その固定部から連続して延びるテーパー部、そして先端部とを有してなり、少なくとも前記テーパー部の表面から前記先端部の表面へと移る境界部には、曲率半径（Ｒ―１）のアール面が形成されているとともに、前記境界部であるアール面に接しているテーパー部の表面の一部が、前記境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径を持つ凸曲面であることを特徴としている。
この特徴によれば、流体収納室側の圧力がシールリップに作用し、リップ先端部が回転軸に対して圧接されると同時に、シールリップからの押圧力がバックアップリングに伝わることになる。そして特に、シールリップは、バックアップリングのテーパー部の表面から先端部の表面へと移る境界部（バックアップリングの角部）に強力に当接され、ここに極めて大きな相当ミーゼス応力が集中する傾向にあるが、本発明によれば、前記境界部であるアール面と連続しているテーパー部の表面の一部に、比較的大きな曲率半径を持つ直線面ではない面が形成されているため、このテーパー部における少なくとも一部の膨らんだ丸み（曲率半径）が、シールリップを保持するバックアップリングのテーパー部の面積の増大に寄与し、この増大した接触面の摩擦力増大により流体収納室の圧力がシールリップに働いても、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制することになる。したがって、バックアップリングのテーパー部の表面から先端部の表面へと移る境界部（バックアップリングの角部）に位置しているシールリップに、相当ミーゼス応力が極端に集中せず、シールリップにより確実な軸シールを維持しつつ、シールリップに発生する相当ミーゼス応力の軽減が図られ、シールリップの耐用期間を長期に延ばすことができることになる。
【００１１】
本発明のシール装置は、回転軸を囲むように流体収納室側に延出するバックアップリングを有し、少なくとも前記バックアップリングが先細り形状となっており、このバックアップリングにより支持されたシールリップのリップ先端部が回転軸に対して当接可能となっているシール装置であって、前記バックアップリングは、その固定部から連続して延びるテーパー部、そして先端部とを有してなり、少なくとも前記テーパー部の表面から前記先端部の表面へと移る境界部には、曲率半径（Ｒ―１）のアール面が形成されているとともに、前記テーパー部の表面は、前記境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きなほぼ一定の曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面であることを特徴としている。
この特徴によれば、前記テーパー部の表面が、前記境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きなほぼ一定の曲率半径（Ｒ―２）を持った先細りのテーパー面であることにより、この曲率半径（Ｒ―２）は、シールリップを保持するバックアップリングのテーパー面の面積の増大に寄与し、流体収納室の圧力がシールリップに働いても、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。したがって、バックアップリングのテーパー部の表面から先端部の表面へと移る境界部（バックアップリングの角部）に位置しているシールリップに、相当ミーゼス応力が極端に集中せず、シールリップにより確実な軸シールを維持しつつ、シールリップに発生する相当ミーゼス応力の軽減が図られ、シールリップの耐用期間を長期に延ばすことができることになる。
【００１２】
本発明のシール装置は、前記バックアップリングは、その固定部から連続して延びる延出部を有してなり、該延出部の表面が前記回転軸と略平行な面となっており、前記延出部の表面からテーパー部の表面へと移る境界部は、前記テーパー部の表面であるテーパー面の曲率半径（Ｒ―２）以上の曲率半径をもったアール面であることを特徴としている。
この特徴によれば、従来、バックアップリングにおいて延出部の表面からテーパー部の表面へと移る境界部に、比較的曲率半径の小さな屈曲部が存在すると、流体収納室の内部圧の変動によりシールリップがこの屈曲部でバックアップリングと乖離を起こしやすくなり、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレを助長することになるが、上記構成によれば、前記延出部の表面からテーパー部の表面へと緩やかに移る境界部を形成できるため、極端な屈曲部が存在しないことになり、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【００１３】
本発明のシール装置は、回転軸を囲むように流体収納室側に延出するバックアップリングを有し、少なくとも前記バックアップリングが先細り形状となっており、このバックアップリングにより支持されたシールリップのリップ先端部が回転軸に対して当接可能となっているシール装置であって、前記バックアップリングは、その固定部から連続して延びるテーパー部、そして先端部とを有してなり、少なくとも前記テーパー部の表面から前記先端部の表面へと移る境界部には、曲率半径（Ｒ―１）のアール面が形成されているとともに、前記テーパー部の表面は、前記境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きな複数の異なる曲率半径の組み合わせからなる直線面の存在しない凸曲面であることを特徴としている。
この特徴によれば、前記テーパー部の表面が、前記境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きな複数の異なる曲率半径の組み合わせからなる直線面の存在しない先細りのテーパー面であることにより、流体収納室内の圧力分布に適するように曲線を種々変更できることとなり、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【００１４】
本発明のシール装置は、前記バックアップリングの先端部には、回転軸とほぼ平行な内端面が形成され、前記先端部の表面から前記内端面へと移る境界部には、前記曲率半径（Ｒ―１）のアール面より小さい曲率半径（Ｒ―０）のアール面が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、前記バックアップリングの先端部の内端面の角部でシールリップが傷つくことがない。
【００１５】
本発明のシール装置は、固定部から連続して延びる延出部、テーパー部、そして先端部とを有してなる前記バックアップリングにより支持される前記シールリップの内側面が、少なくとも前記シールリップの成型時において、予め前記バックアップリングのテーパー部である凸曲面に合致する凹曲面として形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、前記シールリップが、前記バックアップリングのテーパー部である凸曲面のアール面に合致する凹曲面のアール面に予め形成されているため、シールリップ自体の素材強度と相俟ってシールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施の形態におけるシール装置の半断面図である。
【図２】バックアップリングの斜視図である。
【図３】バックアップリングの上半断面図である。
【図４】バックアップリングによりもたらされる相当ミーゼス応力の測定（試験１）とシールリップの切れやすさを評価する実験（試験２）を示した図である。
【図５】試験１の結果を示した図である。
【図６】試験２の結果を示した図である。
【図７】第１実施の形態と比較例３のバックアップリングを比較した図である。
【図８】シールリップの構造を示した図である。
【図９】第２実施の形態のシール装置を示した図である。
【図１０】実開平３−４１２６４号公報（特許文献１）に示すリップ型シール装置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例】
【００１８】
本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図１は、本発明の第１実施の形態におけるシール装置の半断面図である。図２は、バックアップリングの斜視図である。図３は、バックアップリングの上半断面図である。図４は、バックアップリングによりもたらされる相当ミーゼス応力の測定（試験１）とシールリップの切れやすさを評価する実験（試験２）を示した図である。図５は、試験１の結果を示した図である。図６は、試験２の結果を示した図である。図７は、第１実施の形態と比較例３のバックアップリングを比較した図である。図８は、シールリップの構造を示した図である。図９は、第２実施の形態のシール装置を示した図である。図１０は、実開平３−４１２６４号公報（特許文献１）に示すリップ型シール装置を示した図である。
【００１９】
図１は、本発明に係わる第１実施の形態のシール装置を示すものであって、軸に装着されない状態の半断面図である。この図１において、１は、大気Ｙ側と流体収納室Ｘ側の間に設置されるシール装置であり、このシール装置１には、ハウジング６の嵌合孔６１に嵌着するゴム材製の嵌着部７が設けられている。この嵌着部７の外周面には、凸部状のシール部分７Ａが形成されている。又、嵌着部７には、補強環８が埋設されており、この補強環８によりハウジング６との嵌着を強固にすると共に、嵌着部７により第２シールリップ４、第３シールリップ５が保持されている。
【００２０】
又、この補強環８を介してゴム材製のシールリップ３が嵌着部７から回転軸５０に向かって傾斜した筒状に形成されている。このシールリップ３のリップ先端部３１がシール機能面を成し、回転軸５０に最適に密接すると面圧を高めてシール能力を発揮する。
【００２１】
シールリップ３の嵌着部７から流体収納室Ｘ側には、シールリップ３の面に沿ってほぼシールリップ３と近似する形状のバックアップリング２が設けられている。このバックアップリング２は、シールリップ３に被密封流体の圧力を受けても変形しない耐圧性を有する厚さに形成されている。
【００２２】
この第１実施の形態のシール装置１にあっては、回転軸を囲むように流体収納室Ｘ側に延出するバックアップリング２は、少なくともバックアップリングの前方部分が図１、図２に示されるように先細り形状となっており、このバックアップリング２より支持されたシールリップ３のリップ先端部３１が回転軸５０に対して当接可能となっている。このシール装置１のバックアップリング２は、第２シールリップ４と補強環８で支持されたゴム材製のシールリップ３とで挟まれることによってシール装置１に固定される部分である固定部２１を有している。
【００２３】
さらにバックアップリング２は、この固定部２１から連続して延びる延出部２２、テーパー部２３、そして先端部２４とを有している。図３には、バックアップリング２の上半断面図が示されており、各部の表面が、順に固定部２１の表面Ａ、延出部２２の表面Ｂ、テーパー部２３の表面Ｄ、そして先端部２４の表面Ｆとして示されている。そして少なくとも前記テーパー部２３の表面Ｄから先端部２４の表面Ｆへと移る第１境界部２６の表面には、曲率半径（Ｒ―１）のアール面Ｅが形成されているとともに、前記延出部２２の表面Ｂからテーパー部２３の表面Ｄへと移る第２境界部２９の表面には、曲率半径（Ｒ―３）のアール面Ｃが形成されている。この第１実施の形態のシール装置にあっては、特にテーパー部２３の表面Ｄの全面が、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きなほぼ一定の曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面からなる先細りのテーパー面に形成されており、さらに前記延出部２２の表面Ｂからテーパー部２３の表面Ｄへと移る第２境界部２９の表面であるアール面Ｃも、テーパー部２３の表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）と同じ曲率半径（Ｒ―２）の凸曲面となっている。この場合、アール面Ｃの曲率半径（Ｒ―３）と、テーパー部２３の表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）とが、同じ曲率半径となっていると、アール面Ｃとテーパー部２３の表面Ｄとの加工が容易となり、また前記延出部２２の表面Ｂからテーパー部２３の表面Ｄへ緩やかな曲面だけで移行できる。
【００２４】
ただし、本実施例に限ることなく、第１境界部２６の表面であるアール面Ｅと連続しているテーパー部２３の表面Ｄの一部のみに、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面が形成されているだけでよい。すなわち本発明においては、テーパー部２３の表面Ｄにおいて直線面の存在を出来るだけ狭小なものとするだけで良いのであり、バックアップリング２のテーパー面における少なくとも一部（全面でも可能）の膨らんだ丸み（曲率半径）が、シールリップ３を保持するバックアップリング２のテーパー面の面積の増大に寄与すれば良いのである。
【００２５】
ここでテーパー部２３の表面Ｄの一部のみに、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面を形成する場合、アール面Ｅ寄りのテーパー部２３の表面Ｄの一部に、アール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面を形成する方が、この凸曲面の影響がアール面Ｅ近傍に及ぼされ易くなるため、より好適である。
【００２６】
さらに前記バックアップリング２の先端部２４には、回転軸５０とほぼ平行な内端面２７が形成されており、前記先端部２４の表面Ｆから前記内端面２７へと移る部分には、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より小さい曲率半径（Ｒ―０）のアール面Ｆ’が形成されている。なお、前記先端部２４に関して、先端部２４の表面Ｆは、基本的に回転軸５０に対して垂直に向く部分であるが、ここに垂直の面を設けず、先端部２４の表面Ｆが、曲率半径（Ｒ―１）のアール面Ｅから曲率半径（Ｒ―０）のアール面Ｆ’へと直接移行する曲面でも良い。少なくとも曲率半径（Ｒ―０）のアール面Ｆ’の存在により、前記バックアップリング２の先端部２４の内端面に形成される角部でシールリップ３が傷つくことがない。
【００２７】
第１実施の形態のシール装置にあっては、好適な例として、アール面Ｆ’の曲率半径（Ｒ―０）が０．１ｍｍ、アール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）が０．４ｍｍ、表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）が３．０ｍｍ、アール面Ｃの曲率半径（Ｒ―３）が３．０ｍｍとなっている。
【００２８】
また第１実施の形態のシール装置にあっては、バックアップリング２は、その固定部２１から連続して延びる延出部２２の表面Ｂが前記回転軸５０と略平行な面となっており、前記延出部２２の表面Ｂからテーパー部２３の表面Ｄへと移る第２境界部２９の表面であるアール面Ｃは、テーパー部２３の表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）よりも大きい曲率半径（Ｒ―３）のアール面としてもよい。さらに、固定部２１の形状は任意であり、また延出部２２の表面Ｂが前記回転軸５０と略平行な面である必要がないはばかりか、固定部２１と延出部２２とを格別区別する必要もない。
【００２９】
一般に前述したように、大きな被密封流体圧がゴム材製のシールリップ３の外周に加わった場合、シールリップ３が回転軸５０の軸方向へ押され、バックアップリング２のテーパー面が回転軸方向へ折り返される角部（アール面Ｅの近傍）と、シールリップ３のシール内面との間に過大な応力が発生し、アール面Ｅの近傍に位置するシールリップ３に相当ミーゼス応力が加わることになる。そこで図４に示されるように、第１実施の形態のシール装置（本発明品）のバックアップリング２によりもたらされる相当ミーゼス応力と、比較例１、２、３の構造の異なるバックアップリングを用いた場合にもたらされる相当ミーゼス応力の測定（試験１）と、温度条件を変更するとともに圧力変動を与えてシールリップの切れやすさを評価する実験（試験２）を行った。
【００３０】
ここで（１）バックアップリングの比較例１においては、アール面Ｃ１がほぼアールの存在しない角であり、表面Ｄ１がほぼアールの存在しない平面。（２）バックアップリングの比較例２においては、アール面Ｃ２が曲率半径１．５ｍｍであり、表面Ｄ２がほぼアールの存在しない平面。（３）バックアップリングの比較例３においては、アール面Ｃ３が曲率半径１．０ｍｍであり、表面Ｄ３がほぼアールの存在しない平面になっている。
【００３１】
試験１の試験条件として、油温を２００℃と定め、被密封流体圧力として８ＭＰａの圧力をかけることとし、各バックアップリング形状によるリップ先端最大相当ミーゼス応力を、ＦＥＭ解析結果として出力した。
【００３２】
試験２の試験条件として、油温を２２０℃と定め、圧力変動幅を２ＭＰａとし、６ＭＰａと８ＭＰａの圧力を交互にかけることとし、この脈動回数を２４００回とした。更に軸の偏心として軸偏心を０．３ｍｍとし、各バックアップリング形状によるのシールリップの切れやすさを評価した。
【００３３】
試験１の結果として、図５に示されるように、比較例１にあってはリップ先端最大相当ミーゼス応力が１５．２ＭＰａ、比較例２にあってはリップ先端最大相当ミーゼス応力が１３．３ＭＰａ、比較例３にあってはリップ先端最大相当ミーゼス応力が８．３ＭＰａであり、第１実施の形態のシール装置（本発明品）にあってはリップ先端最大相当ミーゼス応力が７．９ＭＰａであった。更に図６に示されるように、緊迫力（Ｎ）についての測定でも第１実施の形態のシール装置（本発明品）のものが、約１８４Ｎと、他の比較例のものより低く、発熱に対して強いことが確認された。
【００３４】
試験２の結果では、他の比較例１，２，３のシールリップに全て切れが発生した後も、第１実施の形態のシール装置（本発明品）のシールリップに切れが発生せず、シールリップに発生する相当ミーゼス応力の軽減が図られていることが明らかになった。
【００３５】
ここで図７に基づき、第１実施の形態のシール装置のバックアップリングと、これに比較的近似している比較例３のバックアップリングとを比較する。一般に流体収納室Ｘ側の圧力がシールリップ３に作用すると、リップ先端部が回転軸に対して圧接されると同時に、シールリップ３からの押圧力がバックアップリング２に伝わることになる。そして特に、シールリップ３は、バックアップリング２のテーパー部の表面から先端部の表面へと移る境界部（バックアップリングの角部）に強力に当接され、ここに極めて大きな相当ミーゼス応力が集中する傾向にある。
【００３６】
図７によれば、比較例３のバックアップリング２のテーパー部である表面Ｄ３は直線面として形成されている。さらに固定部から連続して延びる直線面である延出部の表面Ｂ３と、直線面であるテーパー部の表面Ｄ３との境界部には、アール面Ｃ３が形成されている。これに対して第１実施の形態のシール装置で利用されるバックアップリング２は、テーパー部の表面Ｄの全面部（または一部）に、比較的大きな曲率半径を持つ直線面ではない面が形成されている。
【００３７】
上記比較試験の結果からも明らかなように、第１実施の形態のシール装置で利用されるバックアップリング２のテーパー面における少なくとも一部（全面でも可能）の膨らんだ丸み（曲率半径）は、シールリップ３を保持するバックアップリング２のテーパー面の面積の増大に寄与しており、流体収納室Ｘの圧力がシールリップ３に働いても、この増大した接触面の摩擦力によりシールリップ３とバックアップリング２のテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制されることになるのである。したがって、バックアップリングのテーパー部の表面から先端部の表面へと移る第１境界部２６のアール面Ｅに位置しているシールリップに、相当ミーゼス応力が極端に集中せず、シールリップ３により確実な軸シールを維持しつつ、シールリップ３に発生する相当ミーゼス応力の軽減が図られ、シールリップの耐用期間を従来品に比較して長期に延ばすことができることになるのである。
【００３８】
特に、この第１実施の形態のシール装置にあっては、テーパー部２３の表面Ｄの全面が、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きなほぼ一定の曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面からなる先細りのテーパー面に形成されており、さらに前記延出部２２の表面Ｂからテーパー部２３の表面Ｄへと移る第２境界部２９の表面であるアール面Ｃも曲率半径（Ｒ―２）の凸曲面となっている。この場合、アール面Ｃの曲率半径（Ｒ―３）とテーパー部２３の表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）とは同じ曲率半径となっている。
【００３９】
このようにアール面Ｃの曲率半径（Ｒ―３）とテーパー部２３の表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）とを同じ曲率半径にすれば、バックアップリング２の製造が容易になるが、これに限らず、テーパー部の表面であるテーパー面の曲率半径（Ｒ―２）以上の曲率半径（Ｒ―３）をもったアール面Ｃとすることもできる。
【００４０】
特に比較例３のバックアップリング２などにあっては、固定部から連続して延びる直線面である延出部の表面Ｂ３と、直線面であるテーパー部の表面Ｄ３との境界部には、アール面Ｃ３が比較的目立つ屈曲部として表れる。このように比較的曲率半径の小さな屈曲部が存在すると、流体収納室の内部圧の変動によりシールリップ３がこの屈曲部でバックアップリング２と乖離を起こしやすくなり、シールリップ３とバックアップリング２のテーパー面間に生ずる僅かなズレを助長することになる。しかし第１実施の形態のシール装置にあっては、テーパー部の表面Ｄは既に所定の曲率半径で延びてきており、テーパー部の表面Ｄから前記延出部の表面Ｂへと緩やかに移る境界部となるため、極端な屈曲部が存在しないことになり、シールリップ３とバックアップリング２のテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【００４１】
図８には、シールリップ３の構造が示されており、固定部から連続して延びる延出部、テーパー部、そしてリップ先端部３１とを有してなる前記バックアップリング２により支持される前記シールリップ３の内側面が、少なくとも前記シールリップ３の成型時において、予め前記バックアップリング２のテーパー部の表面Ｄである凸曲面に合致する凹曲面３２として形成されている。このように、シールリップ３が、前記バックアップリング２のテーパー部である凸曲面の表面Ｄに合致する凹曲面３２に予め形成されていると、シールリップ３の凹曲面３２とテーパー部である凸曲面の表面Ｄとが平常圧状態においても合致しており、さらにこのシールリップ３は、従来のシールリップの内側面が直線面を有するものより変形し難く、シールリップ３自体の素材強度と相俟ってシールリップ３とバックアップリング２のテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【００４２】
図９には、第２実施の形態のシール装置が示されており、第１実施の形態のシール装置と相違する点は、第１実施の形態のシール装置が、特にテーパー部２３の表面Ｄの全面が、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きなほぼ一定の曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面からなる先細りのテーパー面に形成されているのに対して、第２実施の形態のシール装置が、テーパー部２３の表面Ｄが、前記第１境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径を持ち、かつ曲率半径がそれぞれ異なる面Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・からなっており、このテーパー部２３の表面Ｄがそれぞれ異なる曲率半径の組み合わせからなる直線面の存在しない先細りのテーパー面になっている点であり、流体収納室内の圧力分布に適するように曲率半径がそれぞれ異なる面Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を組み合わせて、テーパー部２３の表面Ｄの曲線を種々変更できるため、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【００４３】
また、（Ｄ１の曲率半径）＞（Ｄ２の曲率半径）＞（Ｄ３の曲率半径）のように第１境界部２６のアール面Ｅから次第に曲率半径が大きくなるようにすると、テーパー部の表面Ｄから前記延出部の表面Ｂへと緩やかに移る境界部となるため、極端な屈曲部が存在し難くなる。
【００４４】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１ シール装置
２ バックアップリング
３ シールリップ
４ シールリップ
５ シールリップ
６ ハウジング
７ 嵌着部
７Ａ シール部分
８ 補強環
２１ 固定部
２２ 延出部
２３ テーパー部
２４ 先端部
２６ 境界部
２７ 内端面
２９ 境界部
３１ リップ先端部
３２ 凹曲面
５０ 回転軸
６１ 嵌合孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールリップを有して軸をシールするシール装置に関し、特に、高圧な冷媒等の被密封流体に対してシールリップにより確実な軸シールを可能とするとともに、シールリップの耐用期間を長期に延ばすことの出来るシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カークーラー等において使用される冷媒として、環境への影響を配慮してフロンガスから二酸化炭素ガスへの変更が進んでおり、二酸化炭素ガスである被密封流体を軸シールする構造が一般化してきている。しかし、冷媒に二酸化炭素ガスを用いた場合、冷媒としての被密封流体は従来よりも高圧に設定されることになり、軸シール部分の密封力の向上が急務になっており、カークーラーのコンプレッサ用リップ型シールとして、種々の高密封力のシール装置が開発されてきている。
【０００３】
例えば、実開平３−４１２６４号公報（特許文献１）に示すリップ型シール装置（図１０）が存在する。このリップ型シール装置は、シールリップ１０１の大気側である内周面と回転軸１０２との間に、環状を成す金属材製のバックアップリング１０３がシールリップ１０１の内周面に軽く接触嵌合する状態で配置されている。更に、バックアップリング１０３の大気側Ｂには、樹脂材製の環状部１０４がバックアップリング１０３と同形状に配置されている。さらに、バックアップリング１０３の被密封流体側Ａには、補強環１０５を埋設した基部１０６からシールリップ１０１が被密封流体側に傾斜して延びた端部１０７に回転軸１０２の外周面と密接するシール面１０７aが設けられ、このシール面１０７aを緊迫するガータスプリング１０８が端部１０７の外周面に設けられた環状溝に装着されている。
【０００４】
又、環状部１０４の大気側にはリング状のサポートプレート１０９が配置され、バックアップリング１０３と、環状部１０４と、サポートプレート１０９とは外周部が断面コの字形の保持リング１１０により挟持されている。この挟持された三部品全体がシール部で、並列されたシールリップ１０１を補助している。
【０００５】
又、シールリップ１０１の先端部のシール面１０７aと環状溝との距離も正確に製作しなければならないが、シールリップ１０１がゴム材製であるから変形しやすく、ゴム成形上、この距離寸法を確保することが困難になっている。更に、バックアップリング１０３とシールリップ１０１との接合も正確に接合させなければならず、シールリップ１０１に対してバックアップリング１０３を圧接すると、シールリップ１０１が回転軸外周面から浮き上がるのでシール能力を悪化させることになる。
【０００６】
このような種々の問題点に着目して、特許第３３４６７４３号公報（特許文献２）、特開２００３−１２０８２１号公報（特許文献３）に示されるような技術が開発されており、これら特許文献の技術は、シールリップに於けるテーパ面にバックアップリングの傾斜支持部を圧入嵌合してシール部面の径を拡張し、この傾斜支持部で傾斜したシールリップの拡張テーパ面を圧接保持し、大気側シール部面を一定の角度に保つようにしたものである。このような構成によれば、このバックアップリングで保持された緊迫状態のシール部面が軸の外周面とシャープな面圧で密接するようになり、シール部面が軸と小さな接触面積で接触し、シール部面が押し込まれた異常な変形によりシール能力が低下するのを効果的に防止すると共に、シール角部がシャープな面圧で接触する状態を保持し、優れたシール能力を発揮するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平３−４１２６４号公報（第１頁、第１図）
【特許文献２】特許第３３４６７４３号公報（第２頁、第２図）
【特許文献３】特開２００３−１２０８２１号公報（第２頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述の特許第３３４６７４３号公報（特許文献２）、特開２００３−１２０８２１号公報（特許文献３）に示されるような従来技術では、大きな被密封流体圧がゴム材製のシールリップの外周に加わると、シールリップが回転軸方向へ押され、バックアップリングのテーパー面が回転軸方向へ折り返される角部と、シールリップのシール内面との間に、過大な応力が発生し、バックアップリングの前記角部に位置するシールリップには、極めて大きな相当ミーゼス応力が発生し、長期の使用によりシールリップに破断現象が現れる危険があり、現状では上記したバックアップリングの角部にアール（Ｒ）を形成し、シールリップに発生する相当ミーゼス応力の軽減を図っているものの、更なる相当ミーゼス応力の軽減が望まれている。
【０００９】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、高圧の被密封流体に対してシールリップにより確実な軸シールを維持するとともに、シールリップに発生する相当ミーゼス応力の軽減を図り、シールリップの耐用期間を長期に延ばすことのできるシール装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のシール装置は、回転軸を囲むように流体収納室側に延出するバックアップリングを有し、少なくとも前記バックアップリングが先細り形状となっており、このバックアップリングにより支持されたシールリップのリップ先端部が回転軸に対して当接可能となっているシール装置であって、前記バックアップリングは、その固定部から連続して延びるテーパー部、そして先端部とを有してなり、少なくとも前記テーパー部の表面から前記先端部の表面へと移る境界部には、曲率半径（Ｒ―１）のアール面が形成されているとともに、前記境界部であるアール面に接しているテーパー部の表面の一部が、前記境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径を持つ凸曲面であることを特徴としている。
この特徴によれば、流体収納室側の圧力がシールリップに作用し、リップ先端部が回転軸に対して圧接されると同時に、シールリップからの押圧力がバックアップリングに伝わることになる。そして特に、シールリップは、バックアップリングのテーパー部の表面から先端部の表面へと移る境界部（バックアップリングの角部）に強力に当接され、ここに極めて大きな相当ミーゼス応力が集中する傾向にあるが、本発明によれば、前記境界部であるアール面と連続しているテーパー部の表面の一部に、比較的大きな曲率半径を持つ直線面ではない面が形成されているため、このテーパー部における少なくとも一部の膨らんだ丸み（曲率半径）が、シールリップを保持するバックアップリングのテーパー部の面積の増大に寄与し、この増大した接触面の摩擦力増大により流体収納室の圧力がシールリップに働いても、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制することになる。したがって、バックアップリングのテーパー部の表面から先端部の表面へと移る境界部（バックアップリングの角部）に位置しているシールリップに、相当ミーゼス応力が極端に集中せず、シールリップにより確実な軸シールを維持しつつ、シールリップに発生する相当ミーゼス応力の軽減が図られ、シールリップの耐用期間を長期に延ばすことができることになる。
【００１１】
本発明のシール装置は、回転軸を囲むように流体収納室側に延出するバックアップリングを有し、少なくとも前記バックアップリングが先細り形状となっており、このバックアップリングにより支持されたシールリップのリップ先端部が回転軸に対して当接可能となっているシール装置であって、前記バックアップリングは、その固定部から連続して延びるテーパー部、そして先端部とを有してなり、少なくとも前記テーパー部の表面から前記先端部の表面へと移る境界部には、曲率半径（Ｒ―１）のアール面が形成されているとともに、前記テーパー部の表面は、前記境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きなほぼ一定の曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面であることを特徴としている。
この特徴によれば、前記テーパー部の表面が、前記境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きなほぼ一定の曲率半径（Ｒ―２）を持った先細りのテーパー面であることにより、この曲率半径（Ｒ―２）は、シールリップを保持するバックアップリングのテーパー面の面積の増大に寄与し、流体収納室の圧力がシールリップに働いても、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。したがって、バックアップリングのテーパー部の表面から先端部の表面へと移る境界部（バックアップリングの角部）に位置しているシールリップに、相当ミーゼス応力が極端に集中せず、シールリップにより確実な軸シールを維持しつつ、シールリップに発生する相当ミーゼス応力の軽減が図られ、シールリップの耐用期間を長期に延ばすことができることになる。
【００１２】
本発明のシール装置は、前記バックアップリングは、その固定部から連続して延びる延出部を有してなり、該延出部の表面が前記回転軸と略平行な面となっており、前記延出部の表面からテーパー部の表面へと移る境界部は、前記テーパー部の表面であるテーパー面の曲率半径（Ｒ―２）以上の曲率半径をもったアール面であることを特徴としている。
この特徴によれば、従来、バックアップリングにおいて延出部の表面からテーパー部の表面へと移る境界部に、比較的曲率半径の小さな屈曲部が存在すると、流体収納室の内部圧の変動によりシールリップがこの屈曲部でバックアップリングと乖離を起こしやすくなり、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレを助長することになるが、上記構成によれば、前記延出部の表面からテーパー部の表面へと緩やかに移る境界部を形成できるため、極端な屈曲部が存在しないことになり、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【００１３】
本発明のシール装置は、回転軸を囲むように流体収納室側に延出するバックアップリングを有し、少なくとも前記バックアップリングが先細り形状となっており、このバックアップリングにより支持されたシールリップのリップ先端部が回転軸に対して当接可能となっているシール装置であって、前記バックアップリングは、その固定部から連続して延びるテーパー部、そして先端部とを有してなり、少なくとも前記テーパー部の表面から前記先端部の表面へと移る境界部には、曲率半径（Ｒ―１）のアール面が形成されているとともに、前記テーパー部の表面は、前記境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きな複数の異なる曲率半径の組み合わせからなる直線面の存在しない凸曲面であることを特徴としている。
この特徴によれば、前記テーパー部の表面が、前記境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きな複数の異なる曲率半径の組み合わせからなる直線面の存在しない先細りのテーパー面であることにより、流体収納室内の圧力分布に適するように曲線を種々変更できることとなり、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【００１４】
本発明のシール装置は、前記バックアップリングの先端部には、回転軸とほぼ平行な内端面が形成され、前記先端部の表面から前記内端面へと移る境界部には、前記曲率半径（Ｒ―１）のアール面より小さい曲率半径（Ｒ―０）のアール面が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、前記バックアップリングの先端部の内端面の角部でシールリップが傷つくことがない。
【００１５】
本発明のシール装置は、固定部から連続して延びる延出部、テーパー部、そして先端部とを有してなる前記バックアップリングにより支持される前記シールリップの内側面が、少なくとも前記シールリップの成型時において、予め前記バックアップリングのテーパー部である凸曲面に合致する凹曲面として形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、前記シールリップが、前記バックアップリングのテーパー部である凸曲面のアール面に合致する凹曲面のアール面に予め形成されているため、シールリップ自体の素材強度と相俟ってシールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施の形態におけるシール装置の半断面図である。
【図２】バックアップリングの斜視図である。
【図３】バックアップリングの上半断面図である。
【図４】バックアップリングによりもたらされる相当ミーゼス応力の測定（試験１）とシールリップの切れやすさを評価する実験（試験２）を示した図である。
【図５】試験１の結果を示した図である。
【図６】試験２の結果を示した図である。
【図７】第１実施の形態と比較例３のバックアップリングを比較した図である。
【図８】シールリップの構造を示した図である。
【図９】第２実施の形態のシール装置を示した図である。
【図１０】実開平３−４１２６４号公報（特許文献１）に示すリップ型シール装置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例】
【００１８】
本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図１は、本発明の第１実施の形態におけるシール装置の半断面図である。図２は、バックアップリングの斜視図である。図３は、バックアップリングの上半断面図である。図４は、バックアップリングによりもたらされる相当ミーゼス応力の測定（試験１）とシールリップの切れやすさを評価する実験（試験２）を示した図である。図５は、試験１の結果を示した図である。図６は、試験２の結果を示した図である。図７は、第１実施の形態と比較例３のバックアップリングを比較した図である。図８は、シールリップの構造を示した図である。図９は、第２実施の形態のシール装置を示した図である。図１０は、実開平３−４１２６４号公報（特許文献１）に示すリップ型シール装置を示した図である。
【００１９】
図１は、本発明に係わる第１実施の形態のシール装置を示すものであって、軸に装着されない状態の半断面図である。この図１において、１は、大気Ｙ側と流体収納室Ｘ側の間に設置されるシール装置であり、このシール装置１には、ハウジング６の嵌合孔６１に嵌着するゴム材製の嵌着部７が設けられている。この嵌着部７の外周面には、凸部状のシール部分７Ａが形成されている。又、嵌着部７には、補強環８が埋設されており、この補強環８によりハウジング６との嵌着を強固にすると共に、嵌着部７により第２シールリップ４、第３シールリップ５が保持されている。
【００２０】
又、この補強環８を介してゴム材製のシールリップ３が嵌着部７から回転軸５０に向かって傾斜した筒状に形成されている。このシールリップ３のリップ先端部３１がシール機能面を成し、回転軸５０に最適に密接すると面圧を高めてシール能力を発揮する。
【００２１】
シールリップ３の嵌着部７から流体収納室Ｘ側には、シールリップ３の面に沿ってほぼシールリップ３と近似する形状のバックアップリング２が設けられている。このバックアップリング２は、シールリップ３に被密封流体の圧力を受けても変形しない耐圧性を有する厚さに形成されている。
【００２２】
この第１実施の形態のシール装置１にあっては、回転軸を囲むように流体収納室Ｘ側に延出するバックアップリング２は、少なくともバックアップリングの前方部分が図１、図２に示されるように先細り形状となっており、このバックアップリング２より支持されたシールリップ３のリップ先端部３１が回転軸５０に対して当接可能となっている。このシール装置１のバックアップリング２は、第２シールリップ４と補強環８で支持されたゴム材製のシールリップ３とで挟まれることによってシール装置１に固定される部分である固定部２１を有している。
【００２３】
さらにバックアップリング２は、この固定部２１から連続して延びる延出部２２、テーパー部２３、そして先端部２４とを有している。図３には、バックアップリング２の上半断面図が示されており、各部の表面が、順に固定部２１の表面Ａ、延出部２２の表面Ｂ、テーパー部２３の表面Ｄ、そして先端部２４の表面Ｆとして示されている。そして少なくとも前記テーパー部２３の表面Ｄから先端部２４の表面Ｆへと移る第１境界部２６の表面には、曲率半径（Ｒ―１）のアール面Ｅが形成されているとともに、前記延出部２２の表面Ｂからテーパー部２３の表面Ｄへと移る第２境界部２９の表面には、曲率半径（Ｒ―３）のアール面Ｃが形成されている。この第１実施の形態のシール装置にあっては、特にテーパー部２３の表面Ｄの全面が、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きなほぼ一定の曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面からなる先細りのテーパー面に形成されており、さらに前記延出部２２の表面Ｂからテーパー部２３の表面Ｄへと移る第２境界部２９の表面であるアール面Ｃも、テーパー部２３の表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）と同じ曲率半径（Ｒ―２）の凸曲面となっている。この場合、アール面Ｃの曲率半径（Ｒ―３）と、テーパー部２３の表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）とが、同じ曲率半径となっていると、アール面Ｃとテーパー部２３の表面Ｄとの加工が容易となり、また前記延出部２２の表面Ｂからテーパー部２３の表面Ｄへ緩やかな曲面だけで移行できる。
【００２４】
ただし、本実施例に限ることなく、第１境界部２６の表面であるアール面Ｅと連続しているテーパー部２３の表面Ｄの一部のみに、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面が形成されているだけでよい。すなわち本発明においては、テーパー部２３の表面Ｄにおいて直線面の存在を出来るだけ狭小なものとするだけで良いのであり、バックアップリング２のテーパー面における少なくとも一部（全面でも可能）の膨らんだ丸み（曲率半径）が、シールリップ３を保持するバックアップリング２のテーパー面の面積の増大に寄与すれば良いのである。
【００２５】
ここでテーパー部２３の表面Ｄの一部のみに、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面を形成する場合、アール面Ｅ寄りのテーパー部２３の表面Ｄの一部に、アール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面を形成する方が、この凸曲面の影響がアール面Ｅ近傍に及ぼされ易くなるため、より好適である。
【００２６】
さらに前記バックアップリング２の先端部２４には、回転軸５０とほぼ平行な内端面２７が形成されており、前記先端部２４の表面Ｆから前記内端面２７へと移る部分には、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より小さい曲率半径（Ｒ―０）のアール面Ｆ’が形成されている。なお、前記先端部２４に関して、先端部２４の表面Ｆは、基本的に回転軸５０に対して垂直に向く部分であるが、ここに垂直の面を設けず、先端部２４の表面Ｆが、曲率半径（Ｒ―１）のアール面Ｅから曲率半径（Ｒ―０）のアール面Ｆ’へと直接移行する曲面でも良い。少なくとも曲率半径（Ｒ―０）のアール面Ｆ’の存在により、前記バックアップリング２の先端部２４の内端面に形成される角部でシールリップ３が傷つくことがない。
【００２７】
第１実施の形態のシール装置にあっては、好適な例として、アール面Ｆ’の曲率半径（Ｒ―０）が０．１ｍｍ、アール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）が０．４ｍｍ、表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）が３．０ｍｍ、アール面Ｃの曲率半径（Ｒ―３）が３．０ｍｍとなっている。
【００２８】
また第１実施の形態のシール装置にあっては、バックアップリング２は、その固定部２１から連続して延びる延出部２２の表面Ｂが前記回転軸５０と略平行な面となっており、前記延出部２２の表面Ｂからテーパー部２３の表面Ｄへと移る第２境界部２９の表面であるアール面Ｃは、テーパー部２３の表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）よりも大きい曲率半径（Ｒ―３）のアール面としてもよい。さらに、固定部２１の形状は任意であり、また延出部２２の表面Ｂが前記回転軸５０と略平行な面である必要がないはばかりか、固定部２１と延出部２２とを格別区別する必要もない。
【００２９】
一般に前述したように、大きな被密封流体圧がゴム材製のシールリップ３の外周に加わった場合、シールリップ３が回転軸５０の軸方向へ押され、バックアップリング２のテーパー面が回転軸方向へ折り返される角部（アール面Ｅの近傍）と、シールリップ３のシール内面との間に過大な応力が発生し、アール面Ｅの近傍に位置するシールリップ３に相当ミーゼス応力が加わることになる。そこで図４に示されるように、第１実施の形態のシール装置（本発明品）のバックアップリング２によりもたらされる相当ミーゼス応力と、比較例１、２、３の構造の異なるバックアップリングを用いた場合にもたらされる相当ミーゼス応力の測定（試験１）と、温度条件を変更するとともに圧力変動を与えてシールリップの切れやすさを評価する実験（試験２）を行った。
【００３０】
ここで（１）バックアップリングの比較例１においては、アール面Ｃ１がほぼアールの存在しない角であり、表面Ｄ１がほぼアールの存在しない平面。（２）バックアップリングの比較例２においては、アール面Ｃ２が曲率半径１．５ｍｍであり、表面Ｄ２がほぼアールの存在しない平面。（３）バックアップリングの比較例３においては、アール面Ｃ３が曲率半径１．０ｍｍであり、表面Ｄ３がほぼアールの存在しない平面になっている。
【００３１】
試験１の試験条件として、油温を２００℃と定め、被密封流体圧力として８ＭＰａの圧力をかけることとし、各バックアップリング形状によるリップ先端最大相当ミーゼス応力を、ＦＥＭ解析結果として出力した。
【００３２】
試験２の試験条件として、油温を２２０℃と定め、圧力変動幅を２ＭＰａとし、６ＭＰａと８ＭＰａの圧力を交互にかけることとし、この脈動回数を２４００回とした。更に軸の偏心として軸偏心を０．３ｍｍとし、各バックアップリング形状によるのシールリップの切れやすさを評価した。
【００３３】
試験１の結果として、図５に示されるように、比較例１にあってはリップ先端最大相当ミーゼス応力が１５．２ＭＰａ、比較例２にあってはリップ先端最大相当ミーゼス応力が１３．３ＭＰａ、比較例３にあってはリップ先端最大相当ミーゼス応力が８．３ＭＰａであり、第１実施の形態のシール装置（本発明品）にあってはリップ先端最大相当ミーゼス応力が７．９ＭＰａであった。更に図６に示されるように、緊迫力（Ｎ）についての測定でも第１実施の形態のシール装置（本発明品）のものが、約１８４Ｎと、他の比較例のものより低く、発熱に対して強いことが確認された。
【００３４】
試験２の結果では、他の比較例１，２，３のシールリップに全て切れが発生した後も、第１実施の形態のシール装置（本発明品）のシールリップに切れが発生せず、シールリップに発生する相当ミーゼス応力の軽減が図られていることが明らかになった。
【００３５】
ここで図７に基づき、第１実施の形態のシール装置のバックアップリングと、これに比較的近似している比較例３のバックアップリングとを比較する。一般に流体収納室Ｘ側の圧力がシールリップ３に作用すると、リップ先端部が回転軸に対して圧接されると同時に、シールリップ３からの押圧力がバックアップリング２に伝わることになる。そして特に、シールリップ３は、バックアップリング２のテーパー部の表面から先端部の表面へと移る境界部（バックアップリングの角部）に強力に当接され、ここに極めて大きな相当ミーゼス応力が集中する傾向にある。
【００３６】
図７によれば、比較例３のバックアップリング２のテーパー部である表面Ｄ３は直線面として形成されている。さらに固定部から連続して延びる直線面である延出部の表面Ｂ３と、直線面であるテーパー部の表面Ｄ３との境界部には、アール面Ｃ３が形成されている。これに対して第１実施の形態のシール装置で利用されるバックアップリング２は、テーパー部の表面Ｄの全面部（または一部）に、比較的大きな曲率半径を持つ直線面ではない面が形成されている。
【００３７】
上記比較試験の結果からも明らかなように、第１実施の形態のシール装置で利用されるバックアップリング２のテーパー面における少なくとも一部（全面でも可能）の膨らんだ丸み（曲率半径）は、シールリップ３を保持するバックアップリング２のテーパー面の面積の増大に寄与しており、流体収納室Ｘの圧力がシールリップ３に働いても、この増大した接触面の摩擦力によりシールリップ３とバックアップリング２のテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制されることになるのである。したがって、バックアップリングのテーパー部の表面から先端部の表面へと移る第１境界部２６のアール面Ｅに位置しているシールリップに、相当ミーゼス応力が極端に集中せず、シールリップ３により確実な軸シールを維持しつつ、シールリップ３に発生する相当ミーゼス応力の軽減が図られ、シールリップの耐用期間を従来品に比較して長期に延ばすことができることになるのである。
【００３８】
特に、この第１実施の形態のシール装置にあっては、テーパー部２３の表面Ｄの全面が、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きなほぼ一定の曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面からなる先細りのテーパー面に形成されており、さらに前記延出部２２の表面Ｂからテーパー部２３の表面Ｄへと移る第２境界部２９の表面であるアール面Ｃも曲率半径（Ｒ―２）の凸曲面となっている。この場合、アール面Ｃの曲率半径（Ｒ―３）とテーパー部２３の表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）とは同じ曲率半径となっている。
【００３９】
このようにアール面Ｃの曲率半径（Ｒ―３）とテーパー部２３の表面Ｄの曲率半径（Ｒ―２）とを同じ曲率半径にすれば、バックアップリング２の製造が容易になるが、これに限らず、テーパー部の表面であるテーパー面の曲率半径（Ｒ―２）以上の曲率半径（Ｒ―３）をもったアール面Ｃとすることもできる。
【００４０】
特に比較例３のバックアップリング２などにあっては、固定部から連続して延びる直線面である延出部の表面Ｂ３と、直線面であるテーパー部の表面Ｄ３との境界部には、アール面Ｃ３が比較的目立つ屈曲部として表れる。このように比較的曲率半径の小さな屈曲部が存在すると、流体収納室の内部圧の変動によりシールリップ３がこの屈曲部でバックアップリング２と乖離を起こしやすくなり、シールリップ３とバックアップリング２のテーパー面間に生ずる僅かなズレを助長することになる。しかし第１実施の形態のシール装置にあっては、テーパー部の表面Ｄは既に所定の曲率半径で延びてきており、テーパー部の表面Ｄから前記延出部の表面Ｂへと緩やかに移る境界部となるため、極端な屈曲部が存在しないことになり、シールリップ３とバックアップリング２のテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【００４１】
図８には、シールリップ３の構造が示されており、固定部から連続して延びる延出部、テーパー部、そしてリップ先端部３１とを有してなる前記バックアップリング２により支持される前記シールリップ３の内側面が、少なくとも前記シールリップ３の成型時において、予め前記バックアップリング２のテーパー部の表面Ｄである凸曲面に合致する凹曲面３２として形成されている。このように、シールリップ３が、前記バックアップリング２のテーパー部である凸曲面の表面Ｄに合致する凹曲面３２に予め形成されていると、シールリップ３の凹曲面３２とテーパー部である凸曲面の表面Ｄとが平常圧状態においても合致しており、さらにこのシールリップ３は、従来のシールリップの内側面が直線面を有するものより変形し難く、シールリップ３自体の素材強度と相俟ってシールリップ３とバックアップリング２のテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【００４２】
図９には、第２実施の形態のシール装置が示されており、第１実施の形態のシール装置と相違する点は、第１実施の形態のシール装置が、特にテーパー部２３の表面Ｄの全面が、第１境界部２６のアール面Ｅの曲率半径（Ｒ―１）より大きなほぼ一定の曲率半径（Ｒ―２）を持った凸曲面からなる先細りのテーパー面に形成されているのに対して、第２実施の形態のシール装置が、テーパー部２３の表面Ｄが、前記第１境界部の曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径を持ち、かつ曲率半径がそれぞれ異なる面Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・からなっており、このテーパー部２３の表面Ｄがそれぞれ異なる曲率半径の組み合わせからなる直線面の存在しない先細りのテーパー面になっている点であり、流体収納室内の圧力分布に適するように曲率半径がそれぞれ異なる面Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を組み合わせて、テーパー部２３の表面Ｄの曲線を種々変更できるため、シールリップとバックアップリングのテーパー面間に生ずる僅かなズレの発生を効果的に抑制できることになる。
【００４３】
また、（Ｄ１の曲率半径）＞（Ｄ２の曲率半径）＞（Ｄ３の曲率半径）のように第１境界部２６のアール面Ｅから次第に曲率半径が大きくなるようにすると、テーパー部の表面Ｄから前記延出部の表面Ｂへと緩やかに移る境界部となるため、極端な屈曲部が存在し難くなる。
【００４４】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１ シール装置
２ バックアップリング
３ シールリップ
４ シールリップ
５ シールリップ
６ ハウジング
７ 嵌着部
７Ａ シール部分
８ 補強環
２１ 固定部
２２ 延出部
２３ テーパー部
２４ 先端部
２６ 境界部
２７ 内端面
２９ 境界部
３１ リップ先端部
３２ 凹曲面
５０ 回転軸
６１ 嵌合孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を囲むように流体収納室側に延出するバックアップリングを有し、少なくとも前記バックアップリングが先細り形状となっており、このバックアップリングにより支持されたシールリップのリップ先端部が回転軸に対して当接可能となっているシール装置であって、
前記バックアップリングは、
その固定部から連続して延びる延出部、テーパー部、そして先端部とを順次有してなり、少なくとも前記テーパー部の表面から前記先端部の表面へと移る第１境界部には、所定の曲率半径（Ｒ―１）のアール面が形成されているとともに、前記延出部の表面から前記テーパー部の表面へと移る第２境界部の表面には、曲率半径（Ｒ―３）のアール面が形成されており、
更に、前記第１境界部であるアール面に接している前記テーパー部の表面は、前記第１境界部の所定の曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径（Ｒ―２）を持つ凸曲面であるとともに、該テーパー部の表面の曲率半径（Ｒ―２）は、前記第２境界部の表面のアール面の曲率半径（Ｒ―３）と同じ曲率半径となっていることを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記バックアップリングは、前記固定部から連続して延びる前記延出部の表面が前記回転軸と略平行な面となっていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記バックアップリングの先端部には、回転軸とほぼ平行な内端面が形成され、前記先端部の表面から前記内端面へと移る境界部には、前記所定の曲率半径（Ｒ―１）のアール面より小さい曲率半径（Ｒ―０）のアール面が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシール装置。
【請求項４】
固定部から連続して延びる延出部、テーパー部、そして先端部とを有してなる前記バックアップリングにより支持される前記シールリップの内側面が、少なくとも前記シールリップの成型時において、予め前記バックアップリングのテーパー部である凸曲面に合致する凹曲面として形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシール装置。
【請求項１】
回転軸を囲むように流体収納室側に延出するバックアップリングを有し、少なくとも前記バックアップリングが先細り形状となっており、このバックアップリングにより支持されたシールリップのリップ先端部が回転軸に対して当接可能となっているシール装置であって、
前記バックアップリングは、
その固定部から連続して延びる延出部、テーパー部、そして先端部とを順次有してなり、少なくとも前記テーパー部の表面から前記先端部の表面へと移る第１境界部には、所定の曲率半径（Ｒ―１）のアール面が形成されているとともに、前記延出部の表面から前記テーパー部の表面へと移る第２境界部の表面には、曲率半径（Ｒ―３）のアール面が形成されており、
更に、前記第１境界部であるアール面に接している前記テーパー部の表面は、前記第１境界部の所定の曲率半径（Ｒ―１）より大きな曲率半径（Ｒ―２）を持つ凸曲面であるとともに、該テーパー部の表面の曲率半径（Ｒ―２）は、前記第２境界部の表面のアール面の曲率半径（Ｒ―３）と同じ曲率半径となっていることを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記バックアップリングは、前記固定部から連続して延びる前記延出部の表面が前記回転軸と略平行な面となっていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記バックアップリングの先端部には、回転軸とほぼ平行な内端面が形成され、前記先端部の表面から前記内端面へと移る境界部には、前記所定の曲率半径（Ｒ―１）のアール面より小さい曲率半径（Ｒ―０）のアール面が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシール装置。
【請求項４】
固定部から連続して延びる延出部、テーパー部、そして先端部とを有してなる前記バックアップリングにより支持される前記シールリップの内側面が、少なくとも前記シールリップの成型時において、予め前記バックアップリングのテーパー部である凸曲面に合致する凹曲面として形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシール装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２５５５６５（Ｐ２０１２−２５５５６５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２２２２０（Ｐ２０１２−２２２２２０）
【出願日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【分割の表示】特願２００８−５０３７５５（Ｐ２００８−５０３７５５）の分割
【原出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（０００１０１８７９）イーグル工業株式会社 (119)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【分割の表示】特願２００８−５０３７５５（Ｐ２００８−５０３７５５）の分割
【原出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（０００１０１８７９）イーグル工業株式会社 (119)
【Ｆターム（参考）】
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