JPH01145471A

JPH01145471A - 一体型弾性シールスプリング

Info

Publication number: JPH01145471A
Application number: JP63254697A
Authority: JP
Inventors: Richard M Boyd; リチャード　ミルトン　ボイド
Original assignee: Quadion Corp
Current assignee: Minnesota Rubber and Plastics
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1988-10-08
Publication date: 1989-06-07
Also published as: CA1320978C; AU611954B2; AU2340288A; JPH0444144B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は自己潤滑式軸受に支持されて使用する一体型弾
性シールスプリングに関する。

（従来の技術）高速回転金属部品は、膨張係数の異なる金属軸受に収容
しなければならないという理由から、潤滑を生じ、その
結果摩耗という問題を長年に渡って持っていた。その直
接的な結果として、高速回転では、部品間の適切な潤滑
にも係わらず熱を発生し、結果として対向する金属部品
が率の異なる膨張を生じ、収納しているギアボックスか
ら潤滑を逃してしまう。−旦、潤滑が漏れてしまうと、
相当の摩耗を受け、運動が継続されると設備の運命が定
まってしまう。同様の問題が、高速往復運動を利用する
設備でも経験されている。

Ｋ１受の形状の金属部品間に位置するシールは、長期間
、こうした高速相対運動に適応するものであり、高い固
有の潤滑度を有する最近開発された材料で形成できるの
で有利である。例えば、ペスベル（ＹＥＳＰＥＬ　）と
いう商標で販売されている軸受製品は、非常に高価で機
械加工しなければならないが、前記の条件下で７−ルと
して機能する。ただし、これは過剰な圧力を掛けたすせ
ずに密封面に穏やかに且つ確実Ｋまた継続的に作用させ
た場合であり、過剰圧力を加えた場合には過度な摩耗の
原因となる。このことは、これまでに考案あるいは公知
の構成でこのようなシールを充分に備えたものがないこ
とを示している。これは、標準的寸法変動のある金属部
品間に継続的にまた実質的に均一な隠やかな圧力を、長
期間の高速運動中に発生する温度範囲全体に渡って提供
する方法が知られていなかったからである。この圧力を
自動的に調節して、上記部品に発生する温度変化の全域
にわたって寸法上の変化を補正する方法は公知ではなか
った。

（発明が解決しようとする課題）ベスベルのような組成物はすでに公知であり、その自己
潤滑特性は認識されているが、本発明者はこの様な材質
の単なる環状軸受が、対向する異なる金属の膨張係数の
違いをうまく補正しないことを見出した。その結果、軸
受の円周の変更ができるスプリッ）　ＩＪング軸受を利
用した。

しかしながら、限られた状況下以外では、スプリットリ
ング軸受もうまく機能しないことがわかった。この場合
、設置構成要素の最初の寸法の変動および発生した熱に
よる起こる変動にも係わらず、潤滑性の高い軸受のシー
ル面をシール面に軽く、しかし確実かつ均一に作用させ
る適度な圧力でさえ、有害な摩耗状況を生じる。

それ故、標準の０リングあるいは標準寸法および構成の
フォード（ＱＵＡＤ　）　ＩＪングの利用を考えたが、
そのいずれもが十分に機能しないことが分かった。これ
はこれらのリングが適切な圧力を最初に加えない、ある
いは軸受忙過剰な圧力を加え、発生した熱で寸法変化を
生じるからである。これは、これらのリングが溝を埋め
過ぎるかあるいは本質的に非圧縮性矩形になるからであ
り、このような場合には軸受面が過度な摩耗も無く、耐
えるよりはむしろ高い放射状の圧力下にさらされること
になる。

（課題を解決するための手段）このような問題点を解決するため本発明者は椎々の実験
を試みた結果、軸受部材が、表面速度１００フィート／
分時１ｃ　１８００以上の圧力速度値で固有自己潤滑性
を有する材料からなり、円周方向に調節できるようにス
プリットリング状に形成されている場合、またゴムのよ
うな容易に流動する材料製の適切な臨界寸法の弾性バッ
クアップリングが設けられる場合、長期間の高速運動用
の長期持続し有効なシールが設けられることを見出した
。このようなシールを得るために、断面が多角形で実質
的に等しい横寸法で、凸状コーナーロープおよび向かい
合う凹状側面金持ち、凹所と凸所の度合いおよび最大と
最小の半径寸法が臨界範囲内の規定値である弾性バック
アップリングを設計した。このバックアップリングは断
面形状が実質的に対称である。

二つのリングの向かい合う半径方向に空間を形成する作
用面間の臨界半径距ｍは、そのリングの片側の向かい合
うコーナーの最大半径距離の６０−７５チの範囲、好ま
しくは６８チである。

コーナーロープは、該コーナー間の同一最大半径距離の
１４−１／ｌチ、好ましくは１６チの凸所の半径である
。二つの向かい合う作用面の凹所は、上記の距離の１７
−５５チ、好ましくは２８チである。

（作　用）このような特徴を組み合わせて持つ弾性リングは、優れ
た作用機能があり、充分な利益をもたらすもので、膨張
係数の違いによる寸法の変化のあらゆる違いおよび、軸
受に加わる過剰な放射状圧力もなく、初期の寸法のあら
ゆる変化を適切に補正することを見出した。回かい合う
作用面の比較的深い凹所および隣接するコーナーの鋭い
凸所が、軸受シールの裏側に柔軟あるいは緩慢な圧力を
生じさせて、この圧力を放射状に調節して、シールでの
圧力の過剰変動を生じることなく寸法の変化とすること
ができる。

このように、過度な熱や摩耗を生じずに充分なシールを
設けられる。凸状コーナーロープのゴムは、隣接する作
用面の比較的深い凹所に流入し、この凹所がそのための
充分なスペースヲ提供するので、流動性ではあるが圧縮
性ではない長方形ゴムブロックの形成を回避するものと
思われる。代わって、弾性リングは、初期設置時に加え
た圧力に近い穏やかな圧力を軸受クールの裏側に加え続
ける。バックアップリングは、略１．９〜五〇ボンド／
平方インチの緩やかで緩慢な圧力を提供するように考え
られている上に、この圧力は上記のゴムの流動によって
実質的に一定レベルに保持されるので、シール軸受は、
過剰な摩耗もなくシール軸受の周囲の変化の全域につい
て充分なシールを提供し続ける。

（実　施　例）第１図は、本発明の一体型弾性シールスプリングの一つ
を使用した図を示す。明らかなように、環状溝１１を外
表面に設けた高速回転金属軸１０が、軸１０を取り巻く
金属軸受部材１２と向かい合っている。この時この軸１
０は長期間にわた夛高速で回転する。典型的には、軸受
１２は、軸１０を作る金楓とは異なる膨張係数であるた
め、高速による結果およびその結果としてこれらの金属
のそれぞれの温度上昇にょる寸法変化が相当違ってくる
。その結果、二つの部材ｊ０．１２の間に設けた１３で
示す若干の空隙が潤滑を許容し、その寸法が実質的に変
化する。このような寸法の実質的変化によって、潤滑が
逃げてしまう。その結果として、軸受部材１２は、潤滑
の逃げるのを防止する備えをしなければ破損を生じてし
まう。このような要求を満たすため、本発明は、スプリ
ットリング軸受シール部材１４を含むシール手段を提供
するものであり、これは、空隙１５の位置において軸受
１２の軸受面と実質的に等しい外周を有している。この
スプリットリング軸受部材は自己調節するもので、１０
０フィート／分の面速度で圧力速度１８００以上の自己
潤滑性を有する自己潤滑材料から作られる。第１図に示
すように、これは平坦で、普通は矩形の断面形状であっ
て、舌１５を備え、これは軸方向に外方に伸びていて軸
１０に設けた開口部１６に収まる。この舌１５は、軸受
部材１４が軸受１２内の軸１０と共に回転するのを確実
なものにする。

スプリットリング軸受部材１４は、第５図乃至第７図に
詳細に示されている。第７図に一番良く示しであるよう
に、対角線１７で切れており、相互に相対的に円周およ
び軸方向に可動な自由端部１Ｂ、１９を備えている。こ
れによって軸受１４と溝１１の底部との間に示しである
本発明の一体型弾性シールスプリングによって外側に正
しく押されると、温度変化による寸法変化に対する自動
的な調節を行う。軸受１２と軸１０とが、第１図に示す
ように構造体によってその間に完成されたシールの支持
構造を担っていることが分かる。

軸受シール１４について支持関係にある溝１１内に配置
しであるのは、本発明の一体型弾性シールスプリングの
一つであり、普通は番号２０で表示しである。このシー
ルスプリングは、断面が通常、直角多角形構造の一体式
環状体で構成され、ゴムのような流動性弾性材料で作ら
れる。実際には、本発明では本物のゴムに代えてエラス
トマー配合物を使用する。このリング２０は、全体が均
一な断面形状で、第３，４図に一番良く示しであるよう
に対称形である。該リング２０は、向かい合う凹状側面
２１．２２があり、これらが作用面であって放射状に空
間のあることが分かる。このリングはまた一対の軸方向
に空間のある凹状側面２５．２４も備えている。これら
の凹状側面は、番号２５乃至２８で識別したリングの凸
状コーナーロープと概ね正線で合流する。

二つの向かい合う半径方間に空間を形成する側面２１．
２２の凹所の底部間で測定したリング２０の最小半径寸
法は、該作用面間の最大正規半径寸法の６０−７５％で
ある。この最大半径寸法は、リングの側面の二つの向か
い合うコーナー間の最大距離、例えば、第４図に番号２
９゜５０で表示したポイント間の距離、を測定したもの
である。この最小半径寸法の好ましい範囲は、該最大半
径寸法の６５−７０％であり、向かい合う凹所の底部で
の理想とする最小半径寸法は該最大半径寸法の６８チで
ある。

コーナーロープ２５乃至２８は、作用面２１゜２２間の
最大半径距離の１４−１６％の凸所を有している。好ま
しい凸所は、この最大半径寸法の１６％である・四つの側面２１乃至２４のそれぞれの凹所は実質的なも
のである。これらの凹所は、既に規定したようＫ　ＩＪ
ングの最大正規半径寸法の１７−３３チの範囲に及ぶ。

この好ましい範囲は、該寸法の２４−３０％で、理想と
する範囲は、その寸法の２７−２９％である。好ましい
単一寸法は、作用面間の最大正規半径寸法の２８チであ
る。

上記に規定した寸法で、長期間にわたり、高速で相互に
通過移動する金属面間の効果的長期的シールを提供でき
ることを見出した。この動作は、第１図に示すように１
つの部品が他の部品を通過する回転である。あるいは、
例えばシールがピストンの外面に設けてあり、第１図に
示すような往復運動でもよい、このリング２０のような
一体型弾性シールスプリングの設計は、全温度範囲にお
よぶ平坦軸受シール部材１４にゆるやかなバックアップ
圧力がかかるようになり、その結果、長期間にわたりて
高速運転した場合に上記のような金属部品が経験する寸
法変化を起こさせる。このように１このような部品が熱
くなると、実質的な寸法変化が起こり、その結果、限界
的寸法になったリング２０によって継続的に外側へ圧迫
される軸受シール部材１４は、周囲方向に調節して補正
を行う。これは、自由端部１８，１９の相互移動によっ
て許容される軸受とシール部材の周囲の変化によって達
成される。同時に、環状弾性リング２０の形状の、一体
型弾性シールスプリングが、溝内の圧力量を調節する。

この溝の寸法も温度変化によって変わることが分かる。

こうした変化は、軸、溝、軸受、そしてリング自体の初
期の構造に寸法変化を加え、これらすべてを補正するこ
とは非常に困難なすべての変化を含むものである。しか
し、本明細書に説明した限界範囲内の寸法を有するリン
グは、部材１４のような一体型シール軸受を利用した場
合、こうした変化をうまく補正することを見出した。

こうした調整が必要になると、上記リング２０を構成す
るエラストマー材料はこのリング２０の各側面に設けら
れた実質的凹所２１乃至２４に流れ込む、この材料は、
容易に流動するが非圧縮性であるため、本発明では標準
のフォードリングまたは０リングによりてこれまでに経
験した問題を回避した。これらリングは、過度な圧力が
加わり、その結果ひどい摩耗を受けることによって、経
験する温度範囲にわたって、こうした軸受やシール部材
を支持するように適宜調節することができなくなる。

上記リング２０は、その上部と同じく溝１１の底部にわ
たって完全なシールにもなることが分かる。このように
、このリング２０はシールとして機能すると同時に、充
分な感度があり多様な高速での運転時にこうした設備の
受ける全温度範囲にわたって、二つの相対的運動部品１
０．１２間の適切なシールを軸受１４とともに確実にす
る弾性スプリングとしての機能もある。

（発明の効果）以上述べたことから明らかなように本発明は一体型弾性
シールスプリングを自己潤滑性を有するスプリットリン
グ型環状軸受を支持するようにシール溝に配置するとと
もに、シールスプリングの断面形状を特定することによ
り、向い合う作用面に形成される比較的深い凹所および
隣接するコーナの凸所が、軸受部材に対して裏側から柔
軟あるいは緩慢な圧力を生じさせるので、軸受にシール
による圧力の過剰変動を生じさせることがなくなり、高
速回転かつ長時間の運転に対して有効なシールスプリン
グとなることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、自己潤滑式軸受シールの裏側の軸の溝に設け
た本発明の一体型シール／弾性スプリングの一つを備え
た軸受の縦断面図、第２図は、本発明の一体型シール／
弾性スプリングの一つの側面図、第３図は、第２図のライン３−３における縦断面図、第４図は、第２図と第３図に示すリングを拡大した断面
図、第５図は、第１図に宗す軸受シールの自由形式の側面図
、第６図は、第５図のライン６−６における軸受クールの
縦断面図、第７図は、第５図と第６図に示す軸受シールの平面図で
ある。１０・・・高速回転金属軸　　１１・・・環状溝１２・
・・軸受　　　１４・・・スプリットリング型軸受部材
２０・・・弾性スプリングリング

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）均一な弾性があり流動性のゴム状材料から
成り、固有の自己潤滑性のある環状スプリットリング型
軸受部材と支持関係のリング状構成のシール溝に合うよ
うに構成し、配置した一体型環状体であって、（ｂ）該環状は、略直角の多角形の断面形状で、半径方
向と空間を形成する一対の凹面形の表面と軸方向に空間
を形成する一対の凹面形表面とを有し、（ｃ）該環状体は、前記の各表面の凹所と実質的に正接
で合流している凸状に湾曲したコーナー部を有し、（ｄ）前記一対の表面の一つは、該一対の表面間の最大
正規断面寸法の約２４−３３％の凹所半径を有する、自
由形状の作用面を構成し、（ｅ）該凹面形の作用面間の最小断面寸法は、該作用面
間の最大正規断面寸法の６５−７５％以下であることを
特徴とする、自己潤滑式軸受と支技関係で使用する一体
型弾性シールスプリング。
（２）（ａ）均一な弾性があり流動性のゴム状材料から
成り、固有の自己潤滑性のある環状スプリットリング型
軸受部材と支持関係にあるリング状構成のシール溝に合
うように構成し、配置した一体型環状体であつて、（ｂ）該環状体は、略直角の多角形の断面形状で、半径
方向に空間を形成する一対の凹面形の表面と軸方向に空
間を形成する一対の凹面形の表面とを有し、（ｃ）該環状体は、前記の各表面の凹所と実質的に正接
で合流している凸状に湾曲したコーナー部を有し、（ｄ）前記一対の表面の一つは、作用面を構成し、その
作用面間の最小寸法がその最大正規寸法の６５−７０％
であることを特徴とする、自己潤滑式軸受と支持関係で
使用する一体型弾性シールスプリング。
（３）（ａ）均一な弾性があり流動性のゴム状材料から
成り、固有の自己潤滑性のある環状スプリットリング型
軸受部材と支持関係にあるリング状構成のシール溝に合
うように構成し、配置した一体型環状体であって、（ｂ）該環状体は、略直角の多角形の断面形状で、半径
方向に空間を形成する一対の凹面形の表面と軸方向に空
間を形成する一対の凹面形の表面とを有し、（ｃ）該環状体は、前記の各表面の凹所と実質的に正接
で合流している凸状に湾曲したコーナー部を有し、（ｄ）前記一対の表面の一つは、作用面を構成し、その
作用面間が自由形状の場合、各々が該作用面間の最大正
規寸法の略１７−３３％の凹状半径を有することを特徴
とする、自己潤滑式軸受と支持関係で使用する一体型弾
性シールスプリング。
（４）環状体が実質的に対称的な断面形状であることを
特徴とする、請求項３記載のシールスプリング。
（５）前記作用面の各々の凹所半径は、該作用面間の最
大正規断面寸法の２７−２９％であることを特徴とする
、請求項３記載のシールスプリング。
（６）前記作用面の各々の凹所の半径は、該作用面間の
最大正規断面寸法の略２８％であることを特徴とする、
請求項３記載のシールスプリング。
（７）前記コーナー部の凸所の半径は、該作用面間の最
大正規断面寸法の略１６％であることを特徴とする、請
求項３記載のシールスプリング。
（８）該コーナー部の凸所の半径は、該作用面の凹所の
半径の略半分であることを特徴とする、請求項５記載の
シールスプリング。
（９）該コーナー部の凸所の半径は、該作用面間の最大
正規断面寸法の１４−１６％であることを特徴とする、
請求項３記載のシールスプリング。
（１０）前記環状体の最大軸寸法は、この環状体が自由
形状である場合の最大半径寸法に等しいことを特徴とす
る、請求項３記載のシールスプリング。
（１１）自由形状の前記作用面の凹所の各半径が同一で
あることを特徴とする、請求項３記載のシールスプリン
グ。
（１２）前記凹面形の作用面間の最小断面寸法は、該作
用面間の最大正規断面寸法の略６０−７５％であること
を特徴とする、請求項３記載のシールスプリング。
（１３）前記凹面形の作用面間の最小断面寸法は、該作
用面間の最大正規断面寸法の６８％であることを特徴と
する、請求項３記載のシールスプリング。
（１４）（ｅ）環状溝を設けた支持構造体、（ｆ）該支
持構造体によって支持され、該溝内に設けられた環状ス
プリットリング型軸受部材、（ｇ）この軸受部材は１０
０フィート／分の表面速度で圧力速度値が１８００以上
である、自己潤滑性を有しており、（ｈ）環状体が、該軸受部材を圧迫する一方の作用面で
該軸受部材を支持し、他方の作用面は該溝の底を圧迫し
て、前記環状溝内に設けられ、（ｉ）該溝の幅は、軸方
向に空間を形成する一対の表面間の最大寸法より若干大
きく、該溝の深さは、前記軸受部材の総合半径寸法と前
記環状体の最大正規断面寸法より若干小さく、該環状体
と該軸受部材とは若干の圧迫下で保持されていることを
特徴とする、請求項３記載のシールスプリング。
（１５）（ｅ）高速相対運動用に設けられ、該運動の起
こる環状合わせ軸受面を有する一対の金属部材、（ｆ）
前記面の一方に設けられた環状溝、（ｇ）環状体が、その底の該溝に設けられ、（ｈ）スプ
リットリング型軸受部材が、１００フィート／分の表面
速度で圧力速度値１８００以上で、固有の自己潤滑性を
有するプラスチック材料から成り、（ｉ）該軸受部材が、前記環状体について支持関係で該
溝内に設けてあり、該溝に対して他の相対的に運動して
いる金属部材を圧迫し、（ｊ）該環状体と該軸受部材の合計半径寸法が、該溝の
深さより若干大きく、（ｋ）該環状体の軸幅が、該溝の幅より小さく、（ｌ）
半径方向に空間を形成する凹面形の表面間の最小断面寸
法が、該半径方向の空間表面間の最大正規断面寸法の略
６０−７５％であることを特徴とする、請求項３記載の
シールスプリング。
（１６）前記軸受部材が、相互に半径方向および軸方向
に可動する隣接自由端部を有することを特徴とする、請
求項１５記載のシールスプリング。
（１７）前記環状体が、実質的に対称的断面構成である
ことを特徴とする、請求項１５記載のシールスプリング
。
（１８）該環状体の半径方向の空間表面が、前記作用面
間の最小正規半径寸法の略２８％の凹所半径を有するこ
とを特徴とする、請求項１５記載のシールスプリング。
（１９）該環状体の半径方向の空間表面間の最小半径距
離が、その間の最大正規半径距離の略６８％であること
を特徴とする、請求項１５記載のシールスプリング。
（２０）前記シール部材の最大軸寸法が、該シール部材
の最大半径と本質的に同一であることを特徴とする、請
求項１５記載のシールスプリング。
（２１）前記環状体の上記凸状湾曲コーナー部は、前記
半径方向の空間表面間の最大正規半径距離の略１６％の
曲率半径を有することを特徴とする、請求項１５記載の
シールスプリング。
（２２）該環状体の上記凸状湾曲コーナー部が、前記半
径方向の空間表面間の最大正規半径距離の略１４−１６
％の曲率半径を有することを特徴とする、請求項１５記
載のシールスプリング。