專利名稱：轉(zhuǎn)軸密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)軸密封，尤其是，涉及用于密封高壓流體如氣體的轉(zhuǎn)軸密封。
背景技術(shù)：
通常，使用如在圖3C中所示的轉(zhuǎn)軸密封31，它有橡膠唇部33(參閱日本專利臨時出版物No.2003-097723)。包圍外殼34的內(nèi)邊部分36的橡膠部件37和內(nèi)邊部分36通過粘接或烘焙連接成一體，而組成橡膠部件37一部分的橡膠唇部33被支持在低壓側(cè)E和由橫截面呈L型的支持金屬件38支持它的內(nèi)圓周面?zhèn)?背側(cè))。
唇的端部33a朝密封流體側(cè)(高壓側(cè))C伸出很長和形成的唇部33如其中心為轉(zhuǎn)軸32的軸線L的圓筒形。
當(dāng)密封流體室(高壓)側(cè)的壓力增加時，在圖3C中用雙點虛線表示的自由狀態(tài)的唇部33被壓縮和變形，在轉(zhuǎn)軸32上的滑動部分S0上產(chǎn)生很高的接觸壓力P。由于很高的接觸壓力P，唇的端部33a在滑動部分S0被很快地磨損從而產(chǎn)生流體泄漏。
為了解決這個問題，包括本發(fā)明的發(fā)明人在內(nèi)的許多發(fā)明者建議如在圖8中所示的轉(zhuǎn)軸密封41(參閱日本專利臨時出版物No.2004-353765)。
也就是說，這是一種裝有橡膠密封部分39的轉(zhuǎn)軸密封，橡膠密封部分39有與轉(zhuǎn)軸32表面接觸的滑動部分S0和與橡膠密封部分39固定成一體的金屬外殼34。外殼34有在密封流體側(cè)(高壓側(cè)C)內(nèi)終端部分上的內(nèi)邊部分36，橡膠密封部分39覆蓋內(nèi)邊部分36，并將滑動部分S0布置在軸向上外殼34的尺寸M內(nèi)，包括覆蓋密封流體側(cè)內(nèi)邊部分36的橡膠覆蓋層42的厚度T42。唇部33并不如圖3C中所示朝高壓側(cè)(密封流體側(cè))C伸出，和將滑動部分S0設(shè)置在與軸正交的面43上或接近它的地方，該面包括如在圖8中所示的內(nèi)邊部分36。
還有，如在圖8中所示，橡膠密封部分39裝有與軸正交的壁部分44，它有在內(nèi)圓周邊緣的滑動部分S0，由在低壓側(cè)E與軸正交的支持金屬件45支持與軸正交的壁部分44。圓形的和形成如平的墊圈狀的內(nèi)圓周邊緣45a均勻地支持橡膠密封部分39的與軸正交的壁部分44背面(低壓側(cè)E)的整個圓周。所以，將橡膠唇部33設(shè)置在沿著與軸正交面43的內(nèi)圓周邊緣側(cè)，有極小的接受壓力的面積。
雖然與圖3C的密封相比，有圖8所示結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸密封41可以大大減小在轉(zhuǎn)軸32上的接觸壓力，但是近來還是發(fā)現(xiàn)了下述問題。
也就是說，在用作汽車中空調(diào)的各種壓縮機中不再使用常規(guī)的冷卻介質(zhì)HFC 134a，開發(fā)了使用CO2作為第二代冷卻介質(zhì)的壓縮機。而冷卻介質(zhì)CO2的操作壓力比常規(guī)冷卻介質(zhì)HFC 134a的操作壓力高出十倍或十倍以上。發(fā)現(xiàn)在這樣高壓的操作條件下，在橡膠唇部33上產(chǎn)生很大的磨損區(qū)47，如在圖7B中用點表示的區(qū)域。
換句話說，在高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸32上滑動的唇部33由于受到冷卻介質(zhì)的壓力產(chǎn)生很大的變形，產(chǎn)生的熱量增加，磨損快速發(fā)展，使密封的操作壽命變短。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種轉(zhuǎn)軸密封，用它來解決常規(guī)轉(zhuǎn)軸密封的上述所有問題，減小磨損量和產(chǎn)生的熱量，延長密封的壽命。
按照本發(fā)明，提供一種裝有橡膠密封部分和背面支持金屬件的轉(zhuǎn)軸密封，橡膠密封部分有與軸正交的壁部分，有在內(nèi)圓周邊緣上接觸轉(zhuǎn)軸表面的滑動部分，背面支持金屬件有從低壓側(cè)支持與軸正交的壁部分的與軸正交的板部分，該轉(zhuǎn)軸密封包括一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，在受壓狀態(tài)下當(dāng)滑動部分沿著轉(zhuǎn)軸表面上的圓周方向畫出凹凸波形時，從低壓側(cè)支持與軸正交的壁部分的與軸正交的板部分的支持力也在沿著圓周方向增加和減小。


將參考附圖描述本發(fā)明，附圖有圖1是表示本發(fā)明實施例主要部分的橫剖面圖；圖2是表示主要部分(背面支持金屬件)一個實施例的正視圖；圖3A、3B、和3C是用于比較本發(fā)明和常規(guī)實例的結(jié)構(gòu)和工作情況的說明性剖面圖，和解釋本發(fā)明的工作原理；圖4A是用于解釋主要部分和工作情況的說明性透視圖；圖4B是用于解釋主要部分和工作情況的說明性曲線圖；圖5是表示另一個實施例主要部件的正視圖；圖6A是表示主要部件的放大的縱向剖面圖；圖6B是表示主要部件的放大的縱向剖面圖；圖7A是表示本發(fā)明實驗結(jié)果的主要部件剖面圖；圖7B是表示常規(guī)實例實驗結(jié)果的主要部件剖面圖；和圖8是表示第3常規(guī)實例主要部件的剖面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的各優(yōu)選實施例。
圖1、2、3A和3B表示本發(fā)明的一個實施例。圖1是縱向剖面圖，圖2是一個主要部件的正視圖，和圖3A和3B是用于解釋主要部分工作情況的縱向剖面圖。例如，這個轉(zhuǎn)軸密封是用于密封在密封流體室21側(cè)的高壓冷卻介質(zhì)。在圖1、3A和3B中表示轉(zhuǎn)軸密封的半個截面和圖1表示自由狀態(tài)(不連接狀態(tài))。用雙點虛線表示轉(zhuǎn)軸20和殼體(外殼)22。和，在圖3A和3B中的實線表示受壓狀態(tài)(下面描述)，其中將密封放在轉(zhuǎn)軸20和殼體22之間。
在圖1中，記號1代表有內(nèi)邊部分2和3的外殼，橡膠密封部分5是通過粘接、焊接、或熱模制成一體地固定在外殼1的圓筒形壁部分4的圓周面上和在密封流體側(cè)C(被密封的流體室21側(cè))的內(nèi)邊部分2的前后兩面上。將有螺旋形槽6的密封元件7設(shè)置在密封部分5的相反側(cè)Z(也稱為低壓側(cè)或大氣側(cè))。密封元件7優(yōu)選地是由氟樹脂如PTFE(聚四氟乙烯)組成。
記號8代表背面支持金屬件8，它的剖面近似為L型，還用作所謂的內(nèi)殼，它由裝配在外殼1圓筒形壁部分4的內(nèi)圓周面上的圓筒形板部分15和與軸線L成直角的與軸正交的板部分16組成。
背面支持金屬件8、I形剖面的內(nèi)殼9、密封元件7、L形剖面的內(nèi)部件11成依次串接的各層并固定在內(nèi)邊部件2和3。
橡膠密封部分5裝有圓筒形覆蓋部分5a，5a有凹凸波形部分(在自由狀態(tài))以便彈性地接觸殼體22的內(nèi)圓筒面用于密封，和裝有與軸正交的壁部分5b，5b有U形剖面的內(nèi)邊覆蓋部分，在圓周側(cè)覆蓋內(nèi)邊部分2的前后兩面，并有滑動部分23，在內(nèi)圓周邊緣上接觸轉(zhuǎn)軸20的表面。
如上所述，形成的與軸正交的壁部分5b是與軸線L成直角，從覆蓋外殼1的內(nèi)邊部分2的內(nèi)邊覆蓋部分徑向朝內(nèi)伸出，并在內(nèi)圓周邊緣上有滑動部分23。
背面支持金屬件8的與軸正交的板部分16從低壓側(cè)Z支持橡膠密封部分5的與軸正交的壁部分5b。和，在與軸正交的壁部分5b的低壓側(cè)Z(背面?zhèn)?形成圈形凹槽24。雖然圈形凹槽24有防止在與軸正交的壁部分5b的受壓狀態(tài)下壓縮的橡膠過度向內(nèi)流動的作用(參考圖3A)，但在本發(fā)明中有時也可省略凹槽24。
如上參考圖1所述，外殼1有在被密封流體側(cè)C內(nèi)端部分上的內(nèi)邊部分2，和將滑動部分23設(shè)置在包括內(nèi)邊部分2的與軸正交的面P0上。
也就是說，內(nèi)邊部分2有一(薄的)厚度，在軸線方向在該(薄的)厚度上有許多以一定間隔存在的與軸正交的面P0。將滑動部分23在軸向的某位置設(shè)置在一個與軸正交面P0上。定義滑動部分23在軸向上的該位置為，在最大操作壓力下(參考圖3A)在轉(zhuǎn)軸20上滑動的某位置上接觸壓力P的重力G的中心。
盡管在各圖中沒有表示，滑動部分23在軸向上的該位置可以優(yōu)選地設(shè)置在接近與軸正交面P0的位置?！敖咏钡囊馑际瞧钤趦?nèi)邊部分2厚度的5倍范圍內(nèi)。
換句話說，將滑動部分23在軸向的該位置設(shè)置在外殼1在軸向的內(nèi)部尺寸M范圍內(nèi)。定義軸向內(nèi)部尺寸M為，包括(計算在內(nèi))覆蓋在被密封流體側(cè)C內(nèi)邊部分2的橡膠覆蓋層17的厚度T的尺寸。
下面，描述本發(fā)明的優(yōu)秀特征。如在圖1、2、3A、和3B所示，背面支持的金屬件8的與軸正交的板部分16的內(nèi)圓周邊緣構(gòu)成為凹凸形。在各圖中，將3個凸出部分25設(shè)置在內(nèi)圓周邊緣上以便在相鄰?fù)钩霾糠?5之間構(gòu)成凹部分26。
如在圖3A中所示，有滑動部分23的錘子狀的唇部27得到圓周位置上凸出部分的充分支持，因為存在凸出部，幾乎不能朝圖3A中的右側(cè)(低壓側(cè)Z)變形。
但是，如在圖3B中所示，在沒有凸出部分25的圓周位置上，沒有支持的錘子狀唇部27朝圖3A中的右側(cè)(低壓側(cè)Z)產(chǎn)生很大的變形。
因此，如在圖4A中所示，滑動部分23畫出凹凸的波形W。也就是說，滑動部分23的接觸壓力P的重力G的中心是沿著圓周變化的，從而沿著轉(zhuǎn)軸20的圓周面畫出波形。圖4B是曲線圖，圖中軸向的位置X表示在橫軸上而在圓周方向的位置R表示在縱軸上?；瑒硬糠?3，精確地說，其接觸壓力P的重力G的中心，在那里滑動部分23被壓在轉(zhuǎn)軸20的表面上，在軸向上是變化的從而畫出凹凸的波形W。換句話說，在受壓狀態(tài)下當(dāng)滑動部分23的位置沿著轉(zhuǎn)軸20表面上的圓周方向畫出凹凸波形W時，從低壓側(cè)支持與軸正交的壁部分5b的支持金屬件8的與軸正交的板部分16的支持力也在沿著圓周方向增加和減小。
下面，圖5和6A表示另一個實施例。圖5是作為主要部分一個部件的背面支持金屬件8的正視圖，和圖6A是圖5的放大縱向剖面圖。
與上述實施例(參看圖1和2)比較清楚地表示，在支持金屬件8中，在密封部分支持面16a上沿著圓周方向通過切割等方法形成3個(弧形)凹部分28，在密封部分支持面16a上與軸正交的板部分16從低壓側(cè)Z支持密封部分5的與軸正交的壁部分5b，和在支持面16a內(nèi)圓周邊緣上形成凹凸部分。也就是說，凸部分29是由原來的支持面16a組成，而凹部分28是由輕微切割(刨削)部分組成。其他的結(jié)構(gòu)與圖1和2中上述的實施例相同。
圖6B表示一種修改。雖然正視圖與圖5相同，保持(板的)厚度尺寸不變，通過沖壓在與軸正交的板部分16的密封部分支持面16a的內(nèi)圓周邊緣上沿著圓周方向形成3個凹部分28以便構(gòu)成凹凸部分。也就是說，凸部分29是由原來的支持面16a構(gòu)成，而凹部分28是由輕微的塑性變形構(gòu)成。其他結(jié)構(gòu)與圖1和2中上述實施例相同。
在圖5、6A、和6B中凹部分28的數(shù)目可以是2個或大于4個。
在圖5、6A、和6B中在連接到操作受壓狀態(tài)下，有滑動部分23的喙形唇部27(參考圖1)受到凸形部分29的支持，防止其朝低壓側(cè)Z變形如在圖3A中所示，因此幾乎不會產(chǎn)生變形。
與此相反，在凹部分28位置上，唇部27變形以便朝低壓側(cè)Z硬擠入到凹部分28中。
因此，滑動部分23(參考圖1)畫出如在圖4A中所示的凹凸的波形W，接觸壓力P的重力G的中心(參考圖3A)按照圓周方向上的位置而變化，以便沿著轉(zhuǎn)軸20的圓周面在圓周上畫出波形。也就是說，畫出的凹凸波形W如在圖4B中所示的那樣。
總結(jié)一下，在圖5、6A、和6B的實施例中，在背面支持金屬件8的與軸正交的板部分16的密封部分支持面16a上沿著圓周方向形成凹凸部分，使在受壓狀態(tài)下唇部27的滑動部分23的構(gòu)形在轉(zhuǎn)軸20的表面上沿著圓周方向變成凹凸的波形。
將圖1和2的實施例與圖5、6A、和6B的實施例組合起來也是優(yōu)選的。也就是說，與圖1和2比較為了小的徑向尺寸，通過切割在圖5、6A、和6B中凹部分28的內(nèi)圓周邊緣也可以形成凹部分26。
在壓力為4.0MPa、流體溫度為100℃、滑動部分的滑動速度為4.6m/sec的條件下進行比較試驗，比較在圖1和2中表示的本發(fā)明的產(chǎn)品和圖8的常規(guī)實例。在滑動部分23和S0上的磨損分別表示在圖7A和7B中。
如在圖7B中用點表示的那樣，10小時后磨損部分47特別大。與此相反，在本發(fā)明的產(chǎn)品中，在17小時后磨損部分47是小的，如在圖7A中所示。
在常規(guī)實例中，滑動部分S0是在軸正交面43上，幾乎不產(chǎn)生油膜，產(chǎn)生的熱量很大，從而造成很大的磨損。與此相反，在本發(fā)明的產(chǎn)品中，滑動在如在圖4A和4B中表示的凹凸波形W上，很容易產(chǎn)生油膜，提高了熱輻射，減小了唇部27滑動部分23的磨損量，從而提高了耐用性。
在本發(fā)明中，除上述實施例外可對各實施例進行修改，在圖8表示的常規(guī)實例中，與軸正交的支持金屬件45也可以形成內(nèi)圓周邊緣45a，以便凹凸像在圖1和2中與軸正交的板部分16，或者如在圖6中那樣(沒有表示在圖中)可以形成凹部分28。和，可以設(shè)置兩個或多個密封元件7，也可以省略密封元件7，以及可以自由地改變支持金屬件8的構(gòu)形、內(nèi)殼9和內(nèi)部件11的數(shù)目和構(gòu)形。
在本發(fā)明中，將潤滑油(密封流體)注入到在滑動部分23和轉(zhuǎn)軸20之間的部分，在那里滑動部分23向低壓側(cè)Z運動，隨著轉(zhuǎn)軸20的轉(zhuǎn)動潤滑油(密封流體)被散布在滑動部分23的整個圓周邊上，防止產(chǎn)生摩擦熱和早期磨損，使該密封使用壽命延長，這是因為按以下方式構(gòu)造了裝有橡膠密封部分5和背面支持金屬件8的轉(zhuǎn)軸密封，橡膠密封部分5有與軸正交的壁部分5b，和在內(nèi)圓周邊緣上與轉(zhuǎn)軸20表面接觸的滑動部分23，而背面支持金屬件8有從低壓側(cè)支持與軸正交的壁部分5b的與軸正交的板部分16，并且使背面支持金屬件8的與軸正交的板部分16的內(nèi)圓周邊緣形成凹凸，和在受壓狀態(tài)下使滑動部分23在轉(zhuǎn)軸20表示上沿圓周方向畫出凹凸波形W。特別是，該密封有優(yōu)秀的耐用性，適合應(yīng)用于密封汽車空調(diào)壓縮機的高壓氣體。
還有，在本發(fā)明中，將潤滑油(密封流體)注入到在滑動部分23和轉(zhuǎn)軸20之間的部分，在那里滑動部分23向低壓側(cè)Z運動，隨著轉(zhuǎn)軸20的轉(zhuǎn)動潤滑油(密封流體)被散布在滑動部分23的整個圓周邊上，防止產(chǎn)生摩擦熱和早期磨損，使該密封使用壽命延長，這是因為按以下方式構(gòu)造了裝有橡膠密封部分5和背面支持金屬件8的轉(zhuǎn)軸密封，橡膠密封部分5有與軸正交的壁部分5b，和在內(nèi)圓周邊緣上與轉(zhuǎn)軸20表面接觸的滑動部分23，而背面支持金屬件8有從低壓側(cè)支持與軸正交的壁部分5b的與軸正交的板部分16，并且在背面支持件8的與軸正交的板部分16的密封部分支持面16a上沿著圓周方向形成凹凸部分，和在受壓狀態(tài)下使滑動部分23在轉(zhuǎn)軸20表面上沿著圓周方向畫出凹凸波形W。特別是，該密封有優(yōu)秀的耐用性，適合應(yīng)用于密封汽車空調(diào)壓縮機的高壓氣體。還有，在密封部分支持面16a上要生成的凹凸部分的深度可以按照操作壓力和唇部27的構(gòu)形相對容易地給定(制造)，從而該密封可以靈活地適應(yīng)操作條件。
權(quán)利要求
1.一種裝有橡膠密封部分(5)和背面支持金屬件(8)的轉(zhuǎn)軸密封，橡膠密封部分(5)有與軸正交的壁部分(5b)，有在內(nèi)圓周邊緣上接觸轉(zhuǎn)軸(20)表面的滑動部分(23)，背面支持金屬件(8)有從低壓側(cè)支持與軸正交的壁部分(5b)的與軸正交的板部分(16)，該轉(zhuǎn)軸密封包括一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，在受壓狀態(tài)下當(dāng)滑動部分(23)沿著轉(zhuǎn)軸(20)表面上的圓周方向畫出凹凸波形(W)時，從低壓側(cè)支持與軸正交的壁部分(5b)的與軸正交的板部分(16)的支持力也在沿著圓周方向增加和減小。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)軸密封，其特征在于在背面支持金屬件(8)的與軸正交的板部分(16)內(nèi)圓周邊緣上形成凹凸?fàn)睢?br> 3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)軸密封，其特征在于在背面支持金屬件(8)的與軸正交的板部分(16)的密封部分支持面(16a)上沿著圓周方向形成凹凸部分。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)軸密封裝有橡膠密封部分(5)和支持金屬件(8)，橡膠密封部分(5)有接觸轉(zhuǎn)軸(20)表面的滑動部分(23)，和支持金屬件(8)在低壓側(cè)支持橡膠密封部分(5)?；瑒硬糠?23)沿著轉(zhuǎn)軸(20)表面的圓周方向變形以便在受壓時形成凹凸波形。
文檔編號F16J15/16GK1928397SQ20061012818
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月7日
發(fā)明者馬場健 申請人:三菱電線工業(yè)株式會社