JP5087284B2

JP5087284B2 - シャフトシール装置

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Publication number: JP5087284B2
Application number: JP2007010234A
Authority: JP
Inventors: 宜昭瀧ヶ平; 二郎飯塚
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-01-19
Also published as: EP2123953A4; JP2008175323A; EP2123953A1; WO2008088041A1; EP2123953B1

Description

本発明は、例えば空調機用の圧縮機、ポンプ、原動機等の回転装置においてハウジングとシャフトとの間の被密封流体をシールするシャフトシール装置に関し、特に、被密封流体の圧力が高圧となる回転装置、あるいは、被密封流体の圧力が高圧な状態と低圧な状態とにランダムに変化する回転装置において被密封流体をシールするシャフトシール装置に関する。具体的には、例えばＣＯ_２を冷媒とする空調装置の圧縮機（ＣＯ_２圧縮機）において冷媒ＣＯ_２をシールするのに適したシャフトシール装置に関する。

従来、例えば空調機用の圧縮機等の回転装置に適用されるシャフトシール装置として、図１７に示すような構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図１７に示すシャフトシール装置９００は、回転装置のハウジング９０１に密封的に取り付けられる固定側の密封環（以下、固定環と称する。）９０３と、シャフト９０２に密接嵌合されて一体で回転するゴム材製の端面リップシール９０４とを有し、端面リップシール９０４に形成される突出リップ９０５が固定環９０３の端面に対して外径方向へ傾斜して延在密接することにより密封摺動面が形成され、これにより、突出リップ９０５の外周部に存在する被密封流体Ｑ’が、固定環９０３より内径側、背面側の大気空間Ａ’へ漏洩するのを防止する構成となっている。
特開２００３−２１４５４１号公報

このような構成のシャフトシール装置９００を組み付ける際には、端面リップシール９０４は、シャフト９０２の段差端面９０２ａに突き当てられる。すなわち、端面リップシール９０４の組み付け位置は、シャフト段差端面９０２ａが基準とされる。一方、端面リップシール９０４と対向して密封摺動面を形成する固定環９０３は、パッキン９０７，９０８、補強ケース９０９及びシールリップ９１０を構成部として有する固定側シール９０６を介して回転装置のハウジング９０１の段差端面９０１ａに突き当てられる。すなわち、固定環９０３の組み付け位置は、ハウジング段差端面９０１ａが基準とされる。
従って、固定環９０３と端面リップシール９０４とを回転装置に組み付けた際の固定側シール９０６と端面リップシール９０４の両部品間の軸方向固定距離（以下、シール取り付け長と称する。）Ｌ０は、回転装置のハウジング９０１とシャフト９０２との取り合い寸法（相対位置）に依存する。

このような構成のシャフトシール装置９００においては、固定環９０３と端面リップシール９０４とを回転装置に組み付けた際のシール取り付け長Ｌ０がシール性能に大きく影響し、これを適切な長さにすることが重要である。
具体的には、端面リップシール９０４と固定環９０３との軸方向離間距離が増加すると、突出リップ９０５と固定環９０３とのの摺動面面積が小さくなって摺動面の負荷応力が大きくなるが、その離間距離が所定よりも大きくなると、突出リップ９０５の摺動面面積が極端に小さくなって負荷応力が集中し、摺動面の過剰摩耗や突出リップ９０５の破損が発生する可能性がある。さらには、突出リップ９０５が固定環９０３の摺動面に対して充分に追随できない状態、あるいは離接状態となり、いわゆる「シール面の開き」が発生する可能性が生じる。

また、反対に、端面リップシール９０４と固定環９０３との軸方向離間距離が減少すると、突出リップ９０５と固定環９０３との摺動面の直径が大きくなり、摺動面の相対滑り速度を増大させ、また、摺動面の受圧面積を増大させ、摺動面にかかる圧力による荷重を増大させ、さらに、突出リップ９０５の弾性反発力による摺動面荷重も大きくなる。その結果、摺動面温度の異常上昇や摺動面の過剰摩耗、さらには突出リップ９０５の破損が惹起される可能性が生じる。
以上のように、固定環９０３と端面リップシール９０４との軸方向配置距離が所定の範囲内にない場合、すなわちシール取り付け長Ｌ０が所定の規定値より大きくずれた場合には、被密封流体Ｑ’の洩れに帰する不具合が発生する可能性が高くなり、このような構成のシャフトシール装置９００について所望の性能を発揮させるためには、シール装置組み付け時において、シール取り付け長Ｌ０をできるだけばらつき（誤差）の小さい規定値に管理することが重要である。

一方で、前述したように、このようなシャフトシール装置９００では、端面リップシール９０４がシャフト９０２に対して嵌合固定されているため、端面リップシール９０４がシャフト９０２上を軸方向に移動する構造、さらには、バネ等の弾発手段によって固定環９０３に対して押圧される構造を持たない。従って、シール取り付け長Ｌ０の許容誤差は、固定環９０３の摺動面に対して端面リップシール９０４の突出リップ９０５が弾性変形しながら追随できる範囲に制限される。換言すると、突出リップ９０５の長さにより制限される。
シール取り付け長Ｌ０の許容誤差を拡大するために突出リップ９０５の長さを長くすることは、突出リップ９０５と固定環９０３との摺動面の直径、すなわち摺動面の相対滑り速度を増大させ、また、摺動面の受圧面積、すなわち摺動面にかかる圧力による荷重を増大させることになるため好ましくない。従って、突出リップ９０５の長さはできるだけ短くすることが設計上必要である。その結果、このような構成によるシャフトシール装置９００のシール取り付け長Ｌ０の許容誤差は、例えばメカニカルシール等の端面シールと比較すると極めて小さい値に制限される。

従来の端面リップシール９０４を有するシャフトシール装置９００の組み付け方法では、シール取り付け長（Ｌ０）を規定値通りに管理すること、すなわち許容誤差内で組み付けることが非常に難しいという問題がある。
前述したように、シール取り付け長Ｌ０は、回転装置のハウジング９０１とシャフト９０２との取り合い寸法（相対位置）に依存する。しかし、回転装置は、通常はハウジング９０１やシャフト９０２以外にも多数の部品（ベアリング等）が使用される。そのため、ハウジング９０１とシャフト９０２との取り合い寸法の誤差、すなわちばらつきは、それら個々の部品自体の誤差と部品相互の組み付け誤差とを合わせた値となり、その結果、シャフトシール装置９００のシール取り付け長Ｌ０のばらつきは、上記取り合い寸法のばらつきとシャフトシール装置に係るばらつきとを合わせた範囲となる。

そのために従来は、シャフトシール装置９００を組み付ける前に、一度、回転装置を仮組みしてハウジング９０１とシャフト９０２との相対位置を計測し、次に、回転装置を分解して固定環９０３の取り付け基準面となるハウジング段差端面９０１ａあるいは端面リップシール９０４の取り付け基準面となるシャフト段差端面９０２ａの一方あるいは両方に、計測した相対位置と規定値との差を修正するための、例えばシム、金属ワッシャー等の別部品を装着した上で、シャフトシール装置９００を組み付けて、再度回転装置を組み立てると言うような方法を行っていた。
しかしそのような組み付け方法は、実質的に回転装置を２度組み立てることとなり作業が煩雑で工数が多くなり組み立て時間が長くなるという問題がある。また、装着する部品の寸法精度や再組み立てする際の再現性等の問題から、実際に最終的に組み付けられたシャフトシール装置９００のシール取り付け長Ｌ０を厳密に規定値とするには限界があった。

このような課題を解決するシャフトシール装置として、図１８に示すように、突出リップ９２５の根元部の直径Ｄ１と、嵌合部９２６のシャフト直径Ｄ２とを等しくする構成が、本願発明者らにより提案されている。
図１８に示すシャフトシール装置では、突出リップ９２５の根元部の直径Ｄ１が嵌合部９２６のシャフト直径Ｄ２と等しいため、突出リップ９２５の根元部から端面リップシール９２４の背端面９２４ｂまでの領域Ｗ２については、被密封流体Ｑの圧力Ｐに起因したシャフト９０２の軸方向の力は発生しない。
一方、突出リップ９２５の根元部から摺動面９０３ａまでの領域Ｗ１については、突出リップ９２５が圧力Ｐで摺動面９０３ａに押し付けられる作用の反発力により、端面リップシール９２４に対して、突出リップ９２５側から背端面９２４ｂ方向に向かう力Ｆ１（被密封流体圧力Ｐによる軸方向の外力Ｆ１）が発生する。

この外力Ｆ１は被密封流体の圧力Ｐに起因する力であることから、被密封流体の圧力が高圧とならない回転装置においてはその力は小さい。従って、そのような装置では、端面リップシール９２４の嵌合部９２６のゴム弾性による緊迫力Ｆ２により、端面リップシール９２４は、シャフト９０２の軸方向に移動することなく、シャフト９０２に固定される。そしてそのような装置では、端面リップシール９２４とシャフト９０２の軸方向及び回転方向の相対移動が嵌合部９２６の緊迫力Ｆ２により防止され、端面リップシール９２４の組み付け位置をシャフト９０２の段差端面で規定する必要がなく、また、回転装置の作動時においても端面リップシール９２４をシャフト段差端面で支持する必要がない。すなわち、端面リップシール９２４とシャフト９０２の相対的な位置関係を任意に設定することができ、端面リップシール９２４の組み付け位置の基準面をハウジング９０１側に設けること、さらには、固定環９０３の組み付け基準面（図１８に示す例においては、基準面９０１ｂ）と同一にすることが可能となる。つまり、被密封流体の圧力Ｐが高圧とならない回転装置においては、図１８に示すような構成のシャフトシール装置により、簡単な工程により、高精度に規定値通りの組み付けが可能なシャフトシール装置を提供することができる。

ところで、例えばカーエアコン等の空調装置用の冷媒としては、従来、フロンガスが広く使用されていたが、フロンガスは、空調装置から漏洩したり使用後の空調装置から適切に回収されない等の理由によって大気中に拡散される場合があり、地球温暖化に多大な悪影響を与えるとして昨今世界的に問題視されている。このため、フロンガスに代わる冷媒として、地球温暖化係数が小さい、いわゆる自然冷媒が検討されている。中でもＣＯ_２は、比較的容易に液化し、その熱特性から冷房に加えて暖房（ヒートポンプ）としても利用できる点で好適であり、また、毒性が小さく汚染や安全性の観点からも好ましい。このＣＯ_２を冷媒として使用する冷凍回路中のＣＯ_２圧縮機では、被密封流体（冷媒ＣＯ_２と霧状あるいは滴状のオイルとの混合流体）の圧力が約３ＭＰａから約１２ＭＰａという空調装置としては非常に高い圧力範囲となる。

ここで、ＣＯ_２圧縮機に図１８に示すようなシャフトシール装置を適用しようとすると、被密封流体の圧力Ｐが約３ＭＰａから約１２ＭＰａと高圧であるため、圧力Ｐに起因する外力Ｆ１が非常に大きく、端面リップシール９２４の嵌合部９２６のゴム弾性による緊迫力Ｆ２では、端面リップシール９２４をシャフト９０２に対して固定できなくなる可能性がある。
緊迫力Ｆ２によって端面リップシール９２４をシャフト９０２に固定する力よりも外力Ｆ１が大きくなると、端面リップシール９２４は固定環９０３から離れる方向に移動し、突出リップ９２５が摺動面９０３ａに対して充分に追随できない状態、あるいは届かない「シール面開き」の状態となり、被密封流体Ｑが漏洩する。

このような事態を避けるために、予めＣＯ_２の圧縮機において想定される外力Ｆ１よりも緊迫力Ｆ２によって端面リップシール９２４をシャフト９０２に固定する力が大きくなるように端面リップシール９２４を設計することも可能であるが、実際の使用においては、端面リップシール９２４をシャフト９０２へ組み付け難くなる、あるいは、組み付け時に端面リップシール９２４の嵌合部９２６が破損する（むしれる）等の問題が生じる。従って、ＣＯ_２圧縮機のような被密封流体の圧力Ｐが高くなるような回転装置に対しては、図１８に示すようなシャフトシール装置を適用するのは困難であった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、被密封流体の圧力が高圧となる回転装置、あるいは高圧と低圧とに変化する回転装置においても、簡単な工程によりシール取り付け長が高精度に規定値となるように組み付けることができるシャフトシール装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に係る本発明のシャフトシール装置は、シャフトが通過するハウジングに固定される固定環と、前記シャフトに嵌合される端面リップシールとを有し、前記固定環の摺動面に前記端面リップシールの突出リップを摺動可能に密接させることにより、前記シャフトに沿って被密封流体をシールするシャフトシール装置であって、前記端面リップシールの前記シャフトと嵌合されている箇所の直径（Ｄ２）は、前記突出リップの前記被密封流体側表面の最小径部分の直径（Ｄ１）よりも小さく、前記端面リップシールの前記突出リップが配設される箇所の直径（Ｄ３）よりも大きいことを特徴とする。

また、請求項２に係る本発明のシャフトシール装置は、前記端面リップシールは、前記ハウジングの所定の基準位置に対して所定の取り付け長となる位置で前記シャフトに嵌合され、前記固定環も、前記基準位置に対して位置合わせされて設置されることを特徴とする。

また、請求項３に係る本発明のシャフトシール装置は、前記端面リップシールは、前記突出リップ及び当該端面リップシールの表面を構成するゴム製の軟質部と、前記軟質部に埋設されて前記端面リップシールの形状を維持する補強環とを有し、前記補強環は、前記シャフトとの嵌合部において周面の一部が除去されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る本発明のシャフトシール装置は、前記シャフトは段差を有し、前記端面リップシールは、前記シャフトの段差を跨ぎ、当該段差を跨ぐ範囲で前記シャフトの軸方向に位置調整可能に当該シャフトに嵌合されることを特徴とする。

また、請求項５に係る本発明のシャフトシール装置は、前記固定環は、固定側シール部品を介して前記ハウジングに保持され、前記固定側シール部品は、先端内周面が前記シャフトと密接するシールリップと、第１パッキンと、前記第１パッキンを介して前記ハウジングに固定される円環状の補強ケースと、前記補強ケースの内周側で前記補強ケースと前記シールリップ及び前記固定環との間に介在される第２パッキンと、を有し、前記第１パッキンは、前記補強ケースと前記ハウジングとの間を密封し、前記第２パッキンは、前記固定環の外周面と前記補強ケースの内周面とを密封するとともに、前記シールリップの固定環側の端面と前記補強ケースの支持部の端面との間を密封することを特徴とする。

請求項１に係る本発明のシャフトシール装置によれば、端面リップシールに作用する、被密封流体側から突出リップ側に向かうシャフトの軸方向の外力と、突出リップ側から被密封流体側に向かうシャフトの軸方向の外力とを平衡させることができ、あるいは、後者の影響を小さくすることができ、被密封流体の圧力が高圧である、あるいは、高圧と低圧とに変化する回転装置においても、端面リップシールはシャフトの軸方向に移動せず、組み付け位置に維持される。その結果、端面リップシールを従来行われていたようにシャフトの段差に突き当てて位置決めするような組み付け方法をとる必要がなく、端面リップシールを固定環と同じ基準に基づいて組み付けることができる。従って、固定環と端面リップシールとの相対的な位置を高精度に設計値通りとすることができ、適切なシール性能を発揮するシャフトシール装置を供することができる。

また、請求項１に係る本発明のシャフトシール装置によれば、端面リップシールとシャフトとのスリップが発生しにくくなる。

また、請求項２に係る本発明のシャフトシール装置によれば、端面リップシールと固定環とをハウジングの所定の基準面を基準として組み付けることが可能となり、簡単な工程によりシール取り付け長が高精度に規定値となるように組み付けることが可能となる。

また、請求項３に係る本発明のシャフトシール装置によれば、補強環が除去された領域の軟質部に被密封流体の圧力が直接的に作用し、端面リップシールをシャフトに圧接する緊迫力が有効に作用する。また、補強環が存在する部分に対する被密封流体の圧力により補強環が弾性変形し易くなり、補強環が存在する部分においても、同様の緊迫力が発生する。その結果、端面リップシールのシャフトに対する緊迫力が一層強くなり、簡単な工程によりシール取り付け長が高精度に規定値となるように組み付けることが可能なシャフトシール装置を提供することができる。

また、請求項４に係る本発明のシャフトシール装置によれば、シャフトの段差部分を用いて適切に前記条件の端面リップシールを設置することができる。

また、請求項５に係る本発明のシャフトシール装置によれば、簡単な部品を用いて簡単な方法により固定環の組み付けあるいは分解を行うことができ、また、部品寸法さえ管理しておけば高精度な組み付け状態が維持できて高い信頼性を維持することができ、さらにはコストを抑制することもできる。

第１実施形態
本発明の第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、第１実施形態のシャフトシール装置１００の構造を示す断面図である。
本実施形態のシャフトシール装置１００は、回転装置のシャフト１０２に取り付けられて、シャフト１０２が通過するハウジング１０１内において、シャフト１０２に沿って被密封流体Ｑと大気空間Ａとをシールするものである。

図１に示すように、シャフトシール装置１００は、回転装置のハウジング１０１に取り付けられる固定側シール部品１２０及び固定環１０３、及び、シャフト１０２に密接嵌合されて一体で回転する端面リップシール１０４を有する。そしてシャフトシール装置１００は、端面リップシール１０４に形成される突出リップ１０５が固定環１０３の端面たる摺動面１０３ａに対して外径方向へ傾斜して密接し、これにより、突出リップ１０５の外周部に存在する被密封流体Ｑが、固定環１０３より内径側、背面側の大気空間Ａへ漏洩するのを防止する構成となっている。

シャフト１０２は、端面リップシール１０４の突出リップ１０５のわずかに被密封流体Ｑ側に段差１０２ａが形成されており、この段差１０２ａを境界として、突出リップ１０５側（固定側シール部品１２０側）が細径部分１０２ｂ、被密封流体Ｑが収容されている側が太径部分１０２ｃとなっている。すなわち、シャフト１０２は、段差１０２ａを境界として、突出リップ１０５側より被密封流体Ｑ側の方が直径が太く形成されている。
そして、この段差１０２ａを跨ぐように、シャフト１０２に端面リップシール１０４が装着されている。

端面リップシール１０４は、図示のような断面形状を有し、内部に補強環１０９が埋設され、その周囲をゴム材が被覆した構成である。
端面リップシール１０４の一方の端部の、固定環１０３の摺動面１０３ａと対向する位置には、断面がＶ形状に外方へ延在した突出リップ１０５が形成されている。突出リップ１０５は、前述したように固定環１０３の摺動面１０３ａに向かって発散するように外方へ傾斜しており、突出リップ１０５の先端角部である密接面は、対向する摺動面１０３ａに弾性接触して被密封流体Ｑをシールする。この突出リップ１０５は外周側から被密封流体Ｑの圧力を受けると傾斜角度を水平方向へ小さくなるように変形して摺動面１０３ａに圧接するように構成されている。

また、端面リップシール１０４の突出リップ１０５とは反対側の端部の内面部は、嵌合部１０６として形成されており、この部分が、シャフト１０２の太径部分１０２ｃに嵌合されることにより被密封流体Ｑがシール（封止）され、かつ、端面リップシール１０４は、シャフト１０２に回転方向に回動が困難なように装着固定される。
そして本実施形態の端面リップシール１０４においては、端面リップシール１０４の突出リップ１０５の付け根部分に相当する突出リップ１０５の最小径部分の外周側表面の直径Ｄ１（突出リップ最小径Ｄ１と称する）は、端面リップシール１０４のシャフト１０２と嵌合している嵌合部１０６の直径（内径）Ｄ２よりも大きくなるように構成されている。
また、端面リップシール１０４の最小直径、すなわち、端面リップシール１０４の突出リップ１０５が形成されている箇所の直径（内径）Ｄ３は、前記端面リップシールの前記シャフトと嵌合されている箇所の直径（内径）Ｄ２よりも小さくなるように形成されている。なお、この端面リップシール１０４の最小直径Ｄ３は、シャフト１０２の細径部分１０２ｂの直径と略同等、あるいは細径部分１０２ｂの直径よりも僅かに大に構成され、この箇所においては被密封流体Ｑはシール（封止）されない。

突出リップ最小径Ｄ１、端面リップシール１０４のシャフト１０２と嵌合している嵌合部１０６の直径Ｄ２、及び、端面リップシール１０４の突出リップ１０５が形成されている箇所の直径Ｄ３の寸法をこのような関係とすることにより、被密封流体の圧力Ｐに起因し、端面リップシール１０４の背端面１０４ｂ側から突出リップ１０５側に向かうシャフト１０２の軸方向の力（外力Ｆ１’）を端面リップシール１０４に作用させ、これを、突出リップ１０５が被密封流体の圧力で摺動面１０３ａに押し付けられる作用の反発力Ｆ１と平衡させるか、あるいはその差を小さくして反発力Ｆ１の端面リップシール１０４に対して実際に作用する力を小さくさせることができる。
その結果、被密封流体の圧力Ｐが高圧である、あるいは、高圧と低圧とに変化する回転装置においても、端面リップシール１０４が外力Ｆ１の作用によりシャフト１０２の軸方向に移動するのを防ぐことができ、端面リップシール１０４を組み付け時に配置した位置に安定的に保持することができる。

なおここで、外力Ｆ１’は、端面リップシール１０４の背端面１０４ｂに作用する被密封流体の圧力Ｐのうち、端面リップシール１０４のシャフト１０２と嵌合されている箇所の直径Ｄ２と、突出リップ最小径Ｄ１との差により発生する力であって、本発明に係るシャフトシール装置ではＤ１＞Ｄ２なので、端面リップシール１０４の背端面１０４ｂ側から突出リップ１０５側に向かうシャフト１０２の軸方向の力である。

また、端面リップシール１０４に対して作用する軸方向の外力（Ｆ１及びＦ１’の合力）が小さいかあるいは完全に平衡されるため、端面リップシール１０４の嵌合部１０６のゴム弾性による緊迫力Ｆ２を小さく設計しても、シャフト１０２に対する端面リップシール１０４の固定が確実に行われる。従って、シャフトシール装置１００の組み付け時において、端面リップシール１０４をシャフト１０２に嵌合する際の抵抗を小さくすることができ、端面リップシール１０４の装着性を向上させることができる。また、端面リップシール１０４の嵌合部１０６が破損する（むしれる）等の問題を回避することもできる。

また、端面リップシール１０４にはシャフト１０２の軸方向に動かされる力が実質的に作用せず、端面リップシール１０４は、シャフト１０２に組み付けた位置、設置した位置に確実に固定される。従って、端面リップシール１０４は、ハウジング１０１の固定環１０３の摺動面１０３ａと当接する面を基準面１０１ｂとして、この基準面１０１ｂから規定の距離が所定のシール取り付け長Ｌ１となるように配置することができる。後述する組み付け方法によって固定環１０３も同じ基準面１０１ｂを基準として組み付けることにより、固定環１０３と端面リップシール１０４との相対的な位置を高精度に設計値通りとすることができ、適切なシール性能を発揮し維持することができる。すなわち、端面リップシール１０４については、従来行われていたように端面リップシール１０４をシャフトの段差１０２ａに突き当てることによってシール取り付け長を設定するようなことはしない。

また、図２に示すように、端面リップシール１０４の突出リップ１０５が形成されている側の端面（固定環側端面）１０４ａには、端面リップシール１０４を組み付ける際に装着治具が係合される薄肉部１０４ｂが形成されている。
図２（Ａ）は、端面リップシール１０４の固定環側端面１０４ａを突出リップ１０５方向から見た時の図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に対応する端面リップシール１０４の断面図である。
図２（Ａ）に示すように、薄肉部１０４ｂは、固定環側端面１０４ａに対して４等配の溝形状に形成される。
シャフトシール装置１００の組み付け方法については後述するが、装着治具が当接される部分の固定環側端面１０４ａのゴム材の厚みを薄くしておくことにより、装着治具の押圧による端面リップシール１０４のゴム材の寸法変形（圧縮変形）を極めて小さくすることができ、シール取り付け長Ｌ１（図１参照）の管理を精度よく行うことができる。

端面リップシール１０４の表面ゴム材の材質は、被密封流体の種類により選定され、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコンゴム（ＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等が使用される。
また、端面リップシール１０４の補強環１０９は、例えば鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、エンジニアリングプラスチック等により形成され、切削加工、プレス加工、又はモールド成形により製作される。

図１に戻って、固定環１０３は、固定側シール部品１２０を介してハウジング１０１に設置され、端面リップシール１０４側の端面が端面リップシール１０４の突出リップ１０５が圧接される摺動面１０３ａとして形成されている。
固定環１０３は、後述するように、固定環１０３の摺動面１０３ａがハウジング１０１の基準面１０１ｂに当接するようにハウジング１０１に嵌合されて端面リップシール１０４方向に押し込まれて設置される。
固定環１０３は、例えば超硬合金、炭化珪素、セラミックス、鋳鉄、エンジニアリングプラスチック等の、端面リップシール１０４の表面ゴム材よりも硬質の材料により形成される。なお、潤滑条件が厳しい回転装置においては、自己潤滑性に優れるカーボン、又はカーボンと硬質材の複合材を選定することも可能である。

固定側シール部品１２０は、その内周部のシャフト１０２の端部側（端面リップシール１０４の遠位側）にシールリップ１２４を有するとともに、内周部の端面リップシール１０４側に固定環１０３を保持する。
固定側シール部品１２０は、第１パッキン１２１、第１パッキン１２１を介してハウジング１０１に固定される円環状の補強ケース１２２、補強ケース１２２の内周側で補強ケース１２２とシールリップ１２４及び固定環１０３との間に介在される第２パッキン１２３、及び、シールリップ１２４を有する。
第１パッキン１２１は、補強ケース１２２とハウジング１０１との間から被密封流体が漏洩しないように、補強ケース１２２とハウジング１０１との間をシールしている。
また、第２パッキン１２３は、固定環１０３の外周面と補強ケース１２２の内周面との間を密封し、さらに、シールリップ１２４の固定環１０３側の端面と、補強ケース１２２の支持部１２６の端面との間を密封して被密封流体が漏洩しないようにしている。

シールリップ１２４は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の低摩擦係数の性質を有する合成樹脂により形成されている。このシールリップ１２４は、成形時の原形が円盤状板に形成されて、さらに円盤状板を軸方向に曲げ加工して外周が固定側シール部品１２０による保持部として形成されると共に、内周が軸方向を成す筒状に形成されたリップに構成されている。そして、このリップのシール接合面１２４ａの先端内周面が、シャフト１０２とシャープに密接してシールする。

シール固定部品１０８は、固定環１０３及び固定側シール部品１２０をシャフト１０２に沿ってハウジング１０１内に挿入し固定するための部材であり、ハウジング１０１に対して軸方向の移動及び固定が自在に可能な部材である。本実施形態においてシール固定部品１０８は、図１にその断面形状を示すように、両端部を除く外周面にねじ溝１０８ａが形成されている略円筒状の部材である。ハウジング１０１のシール固定部品１０８が挿入される部分の内周面にもねじ溝１０１ａが形成されており、シール固定部品１０８は、これらのねじ溝１０１ａ及び１０８ａを係合させてハウジング１０１に挿入されることにより、ハウジング１０１の内部をシャフト１０２に沿って移動可能であるとともに、所望の位置に精度よく固定される。

次に、本発明に係るシャフトシール装置１００の組み付け方法について図３を参照して説明する。
シャフトシール装置の組み付けに際しては、まず、シャフト１０２とハウジング１０１の組み立てが完了した回転装置に対して、図３（Ａ）に示すように、端面リップシール１０４を、装着治具１１０を用いて装着する。
図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、その装着治具１１０の構造を示す側面図及び正面図である。
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、装着治具１１０は、先端面の外周側に治具基準先端面１１０ａが形成され、内周側に治具突起１１０ｂが形成された治具である。

治具基準先端面１１０ａは、装着治具１１０をハウジング１０１内に挿入した時にハウジング１０１の基準面１０１ｂに当接する面であり、治具突起１１０ｂの高さＬ２を規定するための基準となる面である。
装着治具１１０は、治具突起１１０ｂを、端面リップシール１０４の固定環側端面１０４ａの薄肉部１０４ｂに係合した状態で、これをハウジング１０１とシャフト１０２との間隙に挿入し、治具基準先端面１１０ａがハウジング１０１の基準面１０１ｂに当接するまで押し込む。
治具突起１１０ｂの治具基準先端面１１０ａに対する高さＬ２は、ハウジング１０１の基準面１０１ｂ（換言すれば、固定環１０３の摺動面１０３ａ）と端面リップシール１０４との間隔であるシール取り付け長Ｌ１と等しくされる。

端面リップシール１０４を押し込んだら、次に、図１に示すように固定環１０３及び固定側シール部品１２０を、シール固定部品１０８を介して、すなわちシール固定部品１０８をねじ込むことにより、ハウジング１０１に挿入し、固定環１０３の摺動面１０３ａをハウジング１０１の基準面１０１ｂに規定の荷重で突き当てる。
その結果、図１に示すように端面リップシール１０４、固定環１０３及び固定側シール部品１２０が配置されたシャフトシール装置１００が構成される。

このように、本実施形態のシャフトシール装置１００においては、図２（Ｂ）に示すように、端面リップシール１０４の突出リップ最小径Ｄ１が、端面リップシール１０４のシャフト１０２と嵌合している嵌合部１０６の直径Ｄ２よりも大きくなるように形成されているため、端面リップシール１０４に対して、シャフト１０２の軸方向に沿った２方向（各々反対方向を指す）から作用する被密封流体の圧力による外力を平衡させる、あるいは略同等とすることができる。その結果、端面リップシール１０４はシャフト１０２の軸方向に移動しないように構成される。従って、端面リップシール１０４の組み付け位置を例えばシャフト１０２の段差１０２ａにより規定する必要がなく、シャフトシール装置１００の作動時において端面リップシール１０４をシャフト１０２の段差１０２ａで支持する必要もない。

従って、端面リップシール１０４とシャフト１０２との相対位置を任意に設定することができ、端面リップシール１０４の組み付け位置の基準面をハウジング１０１側に設けることも可能であり、固定環１０３と同一の基準面を用いることも可能である。
そして、そのように端面リップシール１０４を固定環１０３と同一の基準面を用いて設置することにより、シャフトシール装置１００のシール取り付け長Ｌ１が、回転装置のハウジング１０１とシャフト１０２との取り合い誤差（寸法のばらつき）の影響を受けることを回避することができる。その結果、シール取り付け長を高精度かつ容易に規定値通りに管理することができ、シールの密封性能及び信頼性を大幅に向上させることができる。

また、その組み付けに際して、端面リップシール１０４の固定環側端面１０４ａの装着治具１１０が当接される部分は、ゴム材の厚みが薄い薄肉部１０４ｂとして形成されているため、装着治具１１０の当接による端面リップシール１０４の変形量を小さくすることができ、シール取り付け長Ｌ１を一層精度よく管理することができる。

なお、本実施形態は本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
例えば、前述した端面リップシールの構成や端面リップシールのシャフトへの装着方法、あるいはシール固定部品の構成等についても、本発明の範囲内において、前述した実施形態以外の種々の形態で実現することができ、また、前述した実施形態の種々の変形も可能である。
以下、そのような他の形態や変形例について説明する。

第２実施形態
まず、端面リップシールの他の形態について、本発明の第２実施形態として図４を参照して説明する。
図４は、本発明の第２実施形態の端面リップシール２０４の構造を示す図であり、図４（Ａ）はその断面図（図４（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図であり、図４（Ｃ）はその補強環２０９の側面図である。
端面リップシール２０４は、その外径形状、寸法等は、第１実施形態の端面リップシール１０４と同じである。
しかし端面リップシール２０４においては、内部に埋設されている補強環２０９に、切り欠き２１０が形成されている。そして、切り欠き２１０が形成された箇所には周囲と同じゴム材が配設されている。

このような構成の端面リップシール２０４においては、補強環２０９の切り欠き部２１０に配設されたゴム材に被密封流体の圧力が直接的に作用し、端面リップシール２０４をシャフト１０２に圧接する緊迫力Ｆ３が発生する。
また、補強環２０９の梁部分２１１が被密封流体の圧力により弾性変形し易くなり、補強環２０９が切り欠かれていない部分においても、同様の緊迫力Ｆ２が発生する。

従ってこのような構成の補強環２０９を有する端面リップシール２０４は、第１実施形態の端面リップシール１０４と比較してシャフト１０２に対する緊迫力が一層強くなっており、端面リップシール２０４はシャフト１０２の軸方向に移動することは一層阻止される。その結果、端面リップシール２０４のシール取り付け長は長期にわたって初期の組み付け時の寸法（規定値）に保持される。また、端面リップシール２０４とシャフト１０２とのシャフト１０２の回転方向の相対移動も一層強く阻止され、被密封流体の洩れやシールの破損等の不具合をより有効に防止することができる。

第３実施形態
端面リップシールのさらに他の形態について、本発明の第３実施形態として図５を参照して説明する。
図５は、その端面リップシール３０４の構造を示す図であり、図５（Ａ）はその断面図（図５（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図であり、図５（Ｃ）はその補強環３０９の側面図である。
端面リップシール３０４も、その外径形状、寸法等は第１実施形態及び第２実施形態の端面リップシール１０４及び２０４と全く同じである。
しかし端面リップシール３０４においては、内部に埋設されている補強環３０９に、図５（Ｃ）に示すような開口３１０が形成されており、この開口３１０には、周囲と同じゴム材が配設されている。

このような構成の端面リップシール３０４においても、補強環３０９の開口３１０に配設されたゴム材に被密封流体の圧力が直接的に作用し、端面リップシール３０４をシャフト１０２に圧接する緊迫力が発生する。
従って端面リップシール３０４は、第１実施形態の端面リップシール１０４と比較してシャフト１０２に対する緊迫力が一層強くなっており、シャフト１０２の軸方向に一層移動し難い状態となる。その結果、端面リップシール３０４のシール取り付け長は長期にわたって初期の組み付け時の寸法（規定値）に保持される。また、端面リップシール３０４とシャフト１０２とのシャフト１０２の回転方向の相対移動も一層強く阻止され、被密封流体の洩れやシールの破損等の不具合をより有効に防止することができる。

第４実施形態
端面リップシールのさらに他の形態について、本発明の第４実施形態として図６を参照して説明する。
図６は、その端面リップシール４０４の構造を示す図であり、図６（Ａ）はその断面図（図６（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図であり、図６（Ｃ）はその補強環４０９の側面図である。
端面リップシール４０４は、図４を参照して前述した第２実施形態の端面リップシール２０４と同様に、補強環４０９に切り欠き４１０を形成したものであり、これについては第２実施形態の端面リップシール２０４と同様の作用効果を奏する。

端面リップシール４０４においては、さらに、端面リップシール４０４が装着される箇所のシャフト１０２（太径部分１０２ｃ）に、ノックピン４１３が圧入設置されており、また、端面リップシール４０４の補強環４０９にこのノックピン４１３に係合する係合切り欠き４１２が形成されている。そして、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、この係合切り欠き４１２にノックピン４１３が係合されている。
このような構成とすることにより、端面リップシール４０４はシャフト１０２に対するシャフト１０２の回転方向の相対移動（ずれや滑り等）が機械的に完全に阻止されるため、シールの信頼性がさらに向上して好適である。

なお、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、ノックピン４１３のシャフト圧入部の径は、補強環４０９の係合切り欠き４１２の幅よりも大きくしておくのが好適である。そのような構成としておけば、ノックピン４１３がシャフト圧入部より外れた場合でも、ノックピン４１３が回転装置の機内に脱落することを防止することができる。

第５実施形態
前述したような端面リップシールのシャフトに対する相対移動を防止する機構に係る変形、すなわち回り止め機構に係る変形としては、さらに種々の形態が考えられる。
図６を参照して前述した第４実施形態の端面リップシール４０４は、シャフト１０２にノックピン４１３を圧入してこれに端面リップシール４０４を係合させたが、ノックピン４１３に相当する凸部を予めシャフトに形成しておくようにしてもよい。
そのような形態のシャフトシール装置について、本発明の第５実施形態として図７を参照して説明する。
図７は、その端面リップシール４０４の回り止め機構の変形例を示す図であり、図７（Ａ）はシャフト２０２に装着された端面リップシール４０４の断面図（図７（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。

端面リップシール４０４は、第４実施形態として図６に示した同一符号の端面リップシールと同じ構成である。一方、端面リップシール４０４が装着されるシャフト２０２には、端面リップシール４０４の装着箇所に凸部２０３が形成されており、端面リップシール４０４の係合切り欠き４１２に、シャフト２０２のこの凸部２０３が係合される。
このような構成とすることによっても、端面リップシール４０４とシャフト２０２のシャフト回転方向の相対移動（ずれや滑り等）が機械的に完全に阻止され、シールの信頼性がさらに向上する。

第６実施形態
端面リップシールのシャフトに対する回り止め機構に係るさらに他の形態を、本発明の第６実施形態として図８を参照して説明する。
図８は、端面リップシールの回り止め機構の他の形態を示す図であり、図８（Ａ）はシャフト３０２に装着された端面リップシール５０４の断面図（図８（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。

本実施形態は、端面リップシール５０４の補強環５０９にダボ加工部５１３を形成し、シャフト３０２に面取り部３０３を形成し、これらを係合させることにより端面リップシール５０４とシャフト３０２のシャフト回転方向の相対移動を阻止するものである。
ダボ加工部５１３は、補強環５０９の側周面の一部を、プレス加工により、内径側に突起させることにより形成する。また、ダボ加工部５１３においては、図示のごとく、補強環５０９をゴム層よりむき出しにして、シャフト３０２の面取り部３０３とメタルタッチ（金属同士のカシメ又は噛合わせ）として係合させる。これにより、一層強固に補強環５０９（端面リップシール５０４）とシャフト３０２とを係合させることができる。

なお、このような構成は、回転装置の構造によっては、端面リップシールをシャフトの正規の位置に装着してから、プレス加工によりダボを形成することによっても実現可能である。

なお、図８に示した端面リップシール５０４においては、図４を参照して例示した端面リップシール２０４と同様に補強環５０９に切り欠き５１０が形成されており、この箇所に被密封流体の圧力が直接的に作用し、端面リップシール５０４をシャフト３０２に圧接する緊迫力が発生するように構成されている。

第７実施形態
さらに、端面リップシールとシャフトの嵌合方法の他の形態について、本発明の第７実施形態として図９を参照して説明する。
図９は、端面リップシールとシャフトとが嵌合した状態を示すシャフト軸方向の断面図である。
本実施形態は、シャフト４０２の端面リップシール２０４の嵌合箇所にローレット加工を施しておき、端面リップシール２０４の嵌合部２０６の一部を、このシャフト４０２に形成されたローレット加工部４０３に食い込ませるようにして、端面リップシール２０４とシャフト４０２とを嵌合させるものである。

ローレット加工の方法としては、切削ローレット加工が好適である。
軸方向に平行なローレット加工（スプライン加工）であれば、端面リップシール２０４とシャフト４０２とのシャフト回転方向の相対移動（ずれ）を抑止できる。また、網目加工の場合は、回転方向と軸方向の両方のずれを抑止できて効果的である。なお、端面リップシール２０４をシャフト４０２に圧入する際に、密封面にキズが付くのを避けるため、シャフト４０２の嵌合部は２段に形成するのが好適である。すなわち、ローレット加工部４０３が形成された部分のシャフト４０２の直径は、突出リップ２０５が配置されるシャフト４０２の細径部分４０２ｂよりも太く、端面リップシール２０４が嵌合されるシャフト４０２の太径部分４０２ｃよりも細い直径とするのが好適である。

なお、ローレット加工部４０３が形成されたシャフト４０２に嵌合される端面リップシールとして、図９においては、図４に示した端面リップシール２０４を示したが、その他、図１及び図２に示した端面リップシール１０４、図５に示した端面リップシール３０４、図６に示した端面リップシール４０４、及び、図８に示した端面リップシール５０４等を嵌合させることも可能である。

第８実施形態
また、本発明に係る端面リップシールのさらに他の形態について、本発明の第８実施形態として図１０を参照して説明する。
図１０は、その端面リップシール６０４とシャフト１０２とが嵌合した状態を示すシャフト軸方向の断面図である。
図１０に示す端面リップシール６０４は、前述した各端面リップシールと同様に、内部に補強環６０９が埋設され、その周囲をゴム材が被覆した構成である。端面リップシール６０４の固定環１０３側の端面には突出リップ６０５が形成されており、また、他方の端面は、シャフト１０２の太径部分１０２ｃに嵌合する嵌合部６０６として形成されている。また、端面リップシール６０４の突出リップ最小径Ｄ１が、端面リップシール６０４のシャフト１０２と嵌合している嵌合部６０６の直径Ｄ２よりも大きくなるように形成されているため、端面リップシール６０４に対して、シャフト１０２の軸方向に沿った２方向（各々反対方向を指す）から作用する被密封流体の圧力による外力を平衡させる、あるいは略同等とすることができ、端面リップシール６０４は、シャフト１０２の軸方向に移動しないように構成される。また、被密封流体の圧力は端面リップシール６０４のシャフト１０２の径方向に緊迫力として作用し、端面リップシール６０４はシャフト１０２に固定されている。

そして図１０に示す端面リップシール６０４においては、突出リップ６０５が形成されている側とは反対側の端面、すなわち嵌合部６０６側の端面に、補助リップ６１３が形成されている。補助リップ６１３は、図示のように端面リップシール６０４の端面からシャフト１０２の軸心方向に傾斜してシャフト１０２の太径部分１０２ｃに密接するように形成されており、このような補助リップ６１３に対して被密封流体の圧力が作用することにより、補助リップ６１３はシャフト１０２に押圧され、シャフト１０２に対して緊迫力を作用させることになる。その結果、端面リップシール６０４は、一層強固にシャフト１０２に固定される。

また、端面リップシール６０４においては、補助リップ６１３が形成されている側の端部において、補強環６０９の端部が外周面に突出してゴム材からも露出した状態とされている。この補強環６０９の端部は、シャフト１０２の軸方向に垂直に立設される面６１４として形成されている。この立設面６１４は、端面リップシール６０４をシャフト１０２に組み付ける際に、装着治具１１０（図３参照）を突き当てるための面として使用される。
端面リップシール６０４を組み付ける際に、装着治具１１０を補強環６０９のような硬質部材で形成された面に当接させて、端面リップシール６０４の位置決めをすることにより、ゴム材のような柔軟な構成部に装着治具１１０を突き当てる場合に比べて、端面リップシール６０４の位置決めを高精度かつ簡単に行うことができる。
端面リップシールは、このような形態で実現されてもよい。

第９実施形態
また、さらに端面リップシールの他の形態について、本発明の第９実施形態として図１１を参照して説明する。
図１１は、その端面リップシール７０４の他の形態を示す図であり、図１１（Ａ）はシャフト５０２に装着された端面リップシール７０４の断面図（図１１（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。
図１１に示す端面リップシール７０４の基本的な構成は、図１０に示した端面リップシール６０４と同じである。すなわち、端面リップシール７０４には、突出リップ７０５とは反対側の端面に補助リップ７１３が形成されており、また、補強環７０９の補助リップ７１３側の端部は、外径方向に突出して装着治具１１０（図３参照）が突き当てられる立設面７１４を形成している。

そして、特に、図１１に示す端面リップシール７０４においては、その立設面７１４が形成された補強環７０９の端面の一部が、さらにシャフト５０２の軸方向に平行に延伸されて係合爪７１５として形成されている。図１１に示す端面リップシール７０４においては、図１１（Ｂ）に示すように、補強環７０９を３等配する位置に、係合爪７１５が形成されている。
そして、シャフト５０２には、端面リップシール７０４のこの係合爪７１５に係合するための構成が形成される。すなわち、シャフト５０２には、端面リップシール７０４の嵌合部７０６が嵌合される太径部分５０２ｃのさらに奥側（細径部分５０２ｂに連なる側とは反対側）に、径拡大部分５０２ｄが形成されており、この径拡大部分５０２ｄの周縁部の係合爪７１５に対応する位置に、係合爪７１５と係合する係合切り欠き５０３が形成されている。このシャフト５０２の係合切り欠き５０３に端面リップシール７０４の係合爪７１５が係合されることにより、端面リップシール７０４とシャフト５０２とのシャフト５０２の回転方向の相対移動（ずれや滑り等）が機械的に完全に阻止され、シールの信頼性が向上する。
なお、端面リップシール７０４の係合爪７１５は、補強環７０９とともに一体的にプレス加工等により形成する。

第１０実施形態
また、前述した各実施形態の端面リップシールは、いずれも、補強環の内周側表面に配設されたゴム材によりシャフトに嵌合される構成であった。しかしながら、嵌合部のゴム材の代わりに、Ｏリング等を用いることも可能である。
そのように構成の端面リップシール８０４について、本発明の第１０実施形態として図１２を参照して説明する。
図１２は、その端面リップシール８０４とシャフト１０２とが嵌合した状態を示すシャフト軸方向の断面図である。

図１２に示すように、端面リップシール８０４においては、ゴム材は、補強環８０９の突出リップ８０５が形成される側の端面及び周面にのみ装着されており、突出リップ８０５とは反対側の側周面は補強環８０９が露出した構成となっている。そして、その補強環８０９は、シャフト１０２との間にＯリング８０６を介在させて、シャフト１０２の太径部分１０２ｃに嵌合されている。
また、端面リップシール８０４が装着される箇所のシャフト１０２（太径部分１０２ｃ）に、ノックピン８１３が圧入設置されており、また、端面リップシール８０４の補強環８０９には、ノックピン８１３に係合する係合切り欠き８１２が形成されており、図１２に示すように、この係合切り欠き８１２にノックピン８１３が係合されている。

本発明のシャフトシール装置は、このような構成の端面リップシール８０４を用いても実現することができる。すなわち、端面リップシール８０４に対して、シャフト１０２の軸方向に沿った２方向（各々反対方向を指す）から作用する被密封流体の圧力による外力が平衡、あるいは略同等となり、端面リップシール８０４がシャフト１０２の軸方向に移動することはない。また、ノックピンにより端面リップシール８０４をシャフト１０２に係合させているので、端面リップシール８０４とシャフト１０２とのシャフト回転方向の相対的移動は機械的に完全に阻止され、シールの信頼性も向上される。

第１１実施形態
また、前述した各実施形態において固定環１０３及び固定側シール部品１２０は、例えば図１に示すように、外周面にねじ溝１０８ａが形成されている略円筒状のシール固定部品１０８により、シャフト１０２に沿ってハウジング１０１内に挿入され、大気Ａ側背面が支持され、ハウジング１０１の基準面１０１ｂとシール固定部品１０８との間に保持されるものであった。しかしながら、シール固定部品の構成及び固定環１０３等の固定方法はこれに限られるものではなく、他の構成や方法であってもよい。
シール固定部品の構成及び固定環１０３等の固定方法の他の例について、第１１実施形態として図１３を参照して説明する。

本実施形態においては、いわゆる（穴用）止め輪（スナップリング）により、固定環１０３及び固定側シール部品１２０をハウジングに固定する。特に、本実施形態においては、外周端面がテーパー形状に形成されているベベル形止め輪をシール固定部品として用いて、固定環１０３及び固定側シール部品１２０の固定を行う。
図１３は、ベベル形止め輪２０８を用いて固定環１０３及び固定側シール部品１２０を固定したシャフトシール装置２００を示す図であり、図１３（Ａ）はそのシャフトシール装置の構造及び組み付け方法を説明するための断面図であり、図１３（Ｂ）はそのべベル形止め輪２０８の正面図であり、図１３（Ｃ）はそのべベル形止め輪２０８の環状部の断面図であって図１３（Ｂ）のＡ−Ａ’における断面図である。

図１３に示すシャフトシール装置２００において、シャフト１０２、固定環１０３、端面リップシール１０４及び固定側シール部品１２０の構成及び配置は、図１を参照して前述した第１実施形態のシャフトシール装置１００と同一である。

シャフトシール装置２００においては、ハウジング２０１の内周面に、べベル形止め輪２０８が嵌入される溝２０１ｃが形成されている。この溝２０１ｃのシャフト１０２の軸方向大気Ａ側（端面リップシール１０４から遠位側）の側面は、べベル形止め輪２０８を掛止し支持するための掛止面２０１ｄとされ、この掛止面２０１ｄは、内径方向に向かって大気側に傾斜した傾斜面（テーパー面）として形成されている。

一方、固定環１０３及び固定側シール部品１２０を固定するために用いるべベル形止め輪２０８は、例えば図１３（Ｂ）に示すような平面形状で、図１３（Ｃ）に示すような断面形状の円環部を有し、その外周面に、外周方向に向かって肉薄となるようなテーパー面２０８ａが形成されている。

このようなハウジング２０１及びべベル形止め輪２０８を有するシャフトシール装置２００においては、端面リップシール１０４をシャフト１０２に沿ってハウジング２０１内の被密封流体Ｑ側の所定位置に押し込んだ後、固定環１０３及び固定側シール部品１２０をハウジング２０１に挿入し、固定環１０３の摺動面１０３ａがハウジング２０１の基準面（段差部）２０１ｂに当接するまで端面リップシール１０４方向に押し込む。そして、固定環１０３の摺動面１０３ａがハウジング２０１の基準面（段差部）２０１ｂに当接したら、固定側シール部品１２０の大気側背面に当接配置されるべベル形止め輪２０８をハウジング２０１の溝２０１ｃに嵌入する。これにより、べベル形止め輪２０８は大気側に移動しない状態となる。
その結果、固定環１０３と固定側シール部品１２０とは、べベル形止め輪２０８とハウジング２０１の基準面（段差部）２０１ｂとの間に挟持された状態となり、図１３（Ａ）に示すような構成のシャフトシール装置２００が構成される。

このような構成のシャフトシール装置２００においても、ハウジング２０１の基準面２０１ｂを基準として端面リップシール１０４及び固定環１０３の組み付けを行うため、組み付けに係る積み重ね誤差を少なくすることができ、シャフトシール装置２００を高精度に組み付けることが可能となる。

また、このような構成で現実に固定環１０３及び固定側シール部品１２０をハウジング２０１に組み付けるためには、固定環１０３、固定側シール部品１２０及びべベル形止め輪２０８の全体の軸方向長さと、ハウジング２０１の基準面２０１ｂから溝２０１ｃのテーパー状掛止面２０１ｄまでの長さとを等しくしておく必要がある。本実施形態のシャフトシール装置２００においては、べベル形止め輪２０８の外周テーパー面２０８ａとハウジング２０１のテーパー状掛止面２０１ｄとが噛合うようにしているので、そのテーパー面２０８ａの軸方向の長さｔ分（図１３（Ａ）及び図１３（Ｃ）参照）、組み付けの許容範囲が生まれる。従って、固定環１０３及び固定側シール部品１２０の実際の組み付けを、容易かつ高精度に行うことができる。換言すれば、この許容範囲を規定の寸法としておくことにより、規定の許容範囲で組み付けを行うことが可能となり、固定環１０３及び固定側シール部品１２０を安定的に高精度に組み付けることができる。

また、べベル形止め輪２０８は、部品寸法さえ管理しておけば緩み止めの必要が無い。従って、高い信頼性で、固定環１０３及び固定側シール部品１２０を設置することができる。
また、べベル形止め輪２０８を用いたこのような固定環１０３及び固定側シール部品１２０の設置方法は、簡単な方法であり、組み付けや分解を容易に行うことができる。また使用する部品も単純な部品でよい。従って、シャフトシール装置の製造や設置に係るコスト、あるいはこれを用いた装置に係るコストを抑えることができる。
固定環１０３及び固定側シール部品１２０は、このように、べベル形止め輪２０８を用いて固定するようにしてもよい。

以上説明したように（図１参照）、本発明に係る端面リップシール１０４においては、突出リップ１０５の付け根部分の直径Ｄ１は、シャフト１０２と嵌合している嵌合部１０６の内径Ｄ２よりも大きくなるように形成されている。
その結果、端面リップシール１０４に作用する、背端面１０４ｂ側から突出リップ１０５側に向かうシャフト１０２の軸方向の外力Ｆ１’と、突出リップ１０５側から背端面１０４ｂ側に向かうシャフト１０２の軸方向の外力Ｆ１とを平衡させることができ、あるいは、外力Ｆ１の影響を小さくすることができ、被密封流体の圧力Ｐが高圧である、あるいは、高圧と低圧とに変化する回転装置においても、端面リップシール１０４はシャフト１０２の軸方向に移動せず、組み付け位置に維持される。

また、その結果、端面リップシール１０４を従来行われていたようにシャフト１０２の段差１０２ａに突き当てて位置決めするような組み付け方法をとる必要がなく、端面リップシール１０４を固定環１０３と同じハウジング１０１の基準面１０１ｂを基準として組み付けることができる。従って、固定環１０３と端面リップシール１０４との相対的な位置を高精度に設計値通りとすることができ、適切なシール性能を発揮するシャフトシール装置を供することができる。

ここで、突出リップ１０５の付け根部分の直径Ｄ１を嵌合部１０６の内径Ｄ２よりも大きくすることの効果、及び、その差異の適切な範囲について図１４及び図１５を参照して説明する。
図１４は、突出リップ１０５の付け根部分の直径Ｄ１と嵌合部１０６の内径Ｄ２の比が異なる種々の端面リップシール１０４における、被密封流体の圧力と、被密封流体の圧力に起因して端面リップシール１０４に作用するシャフト１０２の軸方向の力との関係を示す図である。なお、図１４に示す関係は、有限要素法による解析結果である。

図１４において、横軸は被密封流体の圧力Ｐであり、ＣＯ_２圧縮機を想定してその最大範囲は１２ＭＰａとした。また、縦軸は、端面リップシール１０４に作用するシャフト１０２の軸方向の力Ｆであり、Ｆ＝Ｆ１−Ｆ１’と定義する。すなわち、外力Ｆの値がプラスの場合は、外力Ｆ１が作用して突出リップ１０５から背端面１０４ｂ方向に端面リップシール１０４に力が作用し、また、外力Ｆの値がマイナスの場合は、外力Ｆ１’が作用して背端面１０４ｂから突出リップ１０５方向に端面リップシール１０４に力が作用する。

ここでは、突出リップ１０５の付け根部分の直径Ｄ１と嵌合部１０６の内径Ｄ２との比Ｄ２／Ｄ１が１．０００から０．８３１までの端面リップシール１０４について、被密封流体の圧力と、端面リップシール１０４に作用する軸方向の力Ｆとの関係を示す。
なお、突出リップ１０５の付け根部分の直径Ｄ１は１４．２ｍｍとし、これに対して嵌合部１０６の内径Ｄ２を変化させて、Ｄ２／Ｄ１の各条件の端面リップシール１０４を構成した。また、各端面リップシール１０４で異なるのは嵌合部１０６の内径Ｄ２のみであり、例えば突出リップ１０５の断面形状、突出リップ１０５が形成される箇所の端面リップシール１０４の内径Ｄ３、被密封流体の圧力Ｐにより、突出リップ１０５が摺動面１０３ａに押し付けられる力、シャフトシールの性能（密封性能、摩擦摩耗特性）等の他の条件は各例において全て同じである。また、端面リップシール１０４のゴム材としては、摺動用あるいは高圧用シール材として好適とされる公知のゴム材とした（例えば、特開２００２−８０６３９号公報の実施例１のゴム組成物等）。

なお、図１４においては、突出リップ１０５の付け根部分の直径Ｄ１と嵌合部１０６の内径Ｄ２とが等しい場合、すなわちＤ２／Ｄ１＝１．０００の場合は、図１８に示した構成と同じ構成なので、これを従来例とし、また、結果の適切性から、Ｄ２／Ｄ１が、０．９７２、０．９４４、及び０．８３１の場合は比較例（比較例１〜比較例３）とし、Ｄ２／Ｄ１が０．９１５、０．８８７及び０．８５９の場合は実施例（実施例１〜実施例３）として示した。

図１４に示すように、従来例では、例えば被密封流体の圧力Ｐが１２ＭＰａの条件において、端面リップシール１０４に約４１０Ｎもの外力Ｆ（Ｆ１方向）が作用するが、比較例１及び比較例２に示すように、Ｄ２／Ｄ１が小さくなるに連れて、外力Ｆも低下する。ただし、Ｄ２／Ｄ１を小さくし過ぎた場合には、比較例３に示すように、Ｆ１’方向の外力が大きくなり好ましくない。
従って、この例においては、実施例１〜実施例３に示すような範囲のＤ２／Ｄ１が好ましいと言える。

なお、Ｄ２／Ｄ１の最適な値は、設計者あるいは使用者が目的に合わせて選定すればよい。
例えば、ＣＯ_２圧縮機の使用圧力範囲の中でも、圧力４ＭＰａ〜６ＭＰａの中圧域における信頼性、安定性を重視するなら、外力Ｆの絶対値が他よりも小さい実施例１の構成を選択すればよい。また、ＣＯ_２圧縮機で想定される圧力範囲の全域（約３ＭＰａ〜約１２ＭＰａ）について被密封流体の圧力の変化に影響されにくいシャフトシール装置１００を得たい場合は、外力Ｆの平均絶対値及び変化率が小さい実施例２の構成を適用すればよい。あるいはまた、嵌合部１０６に何らかの不具合があり、緊迫力が失われた場合の安全性を重視するなら、実施例３の構成を選定すればよい。すなわち、実施例３ではＣＯ_２圧縮機で想定される圧力範囲の全域にわたって外力Ｆがマイナスの値（Ｆ１’方向）となっていることから、仮に緊迫力が失われた場合には端面リップシール１０４は固定環１０３に押し付けられる方向に移動し、少なくとも被密封流体の摺動面１０３ａからの大量漏れを防止することができる。

また、ある一定の圧力Ｐにおける端面リップシール１０４の径の比Ｄ２／Ｄ１と外力Ｆとの関係を図１５に示す。図１５においては、圧力Ｐが６ＭＰａ及び１２ＭＰａの場合について示す。
図１５に示すように、端面リップシール１０４の径の比Ｄ２／Ｄ１と外力Ｆとの関係は、１次関数で近似される。従って、図１４に示されていない構成についても、図１５に示すような関係式を用いることで補間することが可能であり、より精度よく端面リップシール１０４の形態の条件、すなわち、突出リップ１０５の付け根部分の直径Ｄ１と嵌合部１０６の内径Ｄ２との関係を求めることができる。

また、本発明に係る端面リップシール１０４においては、嵌合部１０６の内径Ｄ２は、突出リップ１０５が配設される箇所の直径（図１に示す端面リップシール１０４では端面リップシール１０４の最小直径）Ｄ３よりも大きいものとした。これは、端面リップシール１０４とシャフト１０２とがスリップをしないようにする上で好適な条件である。このことについて、図１６を参照して説明する。

図１６は、端面リップシール１０４の嵌合部１０６の内径Ｄ２と端面リップシール１０４の最小直径Ｄ３との寸法比Ｄ２／Ｄ３と、固定トルクの比（Ｔ２／Ｔ３）との関係を示す図である。
固定トルクＴは、端面リップシール１０４とシャフト１０２とを円周方向に相対回転させる際に必要な力で、固定トルクＴ＝緊迫力×半径×摩擦係数として定義される。固定トルクＴが大きいほど、端面リップシール１０４とシャフト１０２とのスリップが発生しにくくなり、好適な設計となる。

図１６において、トルクＴ２は、嵌合部１０６の内径Ｄ２における固定トルクを示し、トルクＴ３は、嵌合部１０６の内径を端面リップシール１０４の最小直径Ｄ３と仮定した場合の固定トルクを示す。なお、緊迫力はゴム弾性による緊迫力とし、嵌合部における端面リップシールの設計寸法（径方向締め代率、軸方向幅）及び端面リップシールとシャフトとの間の摩擦係数は全て同一とした。
図１６から明らかなように、嵌合部１０６の内径Ｄ２が端面リップシール１０４の最小直径Ｄ３より大きくなるほど、固定トルクＴは大きくなる。
従って、嵌合部１０６の内径Ｄ２は、少なくとも端面リップシール１０４の最小直径Ｄ３よりも大きいことが、適切な端面リップシール１０４の設計条件となる。

産業上の利用分野

本発明のシャフトシール装置及びその組み付け方法は、空調機用の圧縮機、ポンプ、原動機等の回転装置に好適に適用可能である。また、ハウジングとシャフトとの間の被密封流体をシールする装置であれば、任意の装置に対して適用することができる。

図１は、本発明の第１実施形態のシャフトシール装置を示す断面図である。図２は、図１に示したシャフトシール装置の端面リップシールを示す図であり、図２（Ａ）は端面リップシールの固定環側端面を突出リップ方向から見た正面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ｏにおける断面図である。図３は、図１に示したシャフトシール装置の組み付け方法を説明するための図であり、図３（Ａ）は装着治具により端面リップシールをハウジング内に押し込む状態を示す図であり、図３（Ｂ）は装着治具の側面図であり、図３（Ｃ）は装着治具の正面図である。図４は、本発明の第２実施形態に係る端面リップシールを示す図であり、図４（Ａ）はその断面図（図４（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図であり、図４（Ｃ）はその補強環の側面図である。図５は、本発明の第３実施形態に係る端面リップシールを示す図であり、図５（Ａ）はその断面図（図５（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図であり、図５（Ｃ）はその補強環の側面図である。図６は、本発明の第４実施形態に係る端面リップシールを示す図であり、図６（Ａ）はその断面図（図６（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図であり、図６（Ｃ）はその補強環の側面図である。図７は、本発明の第５実施形態に係る端面リップシールを示す図であり、図７（Ａ）はその断面図（図７（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。図８は、本発明の第６実施形態に係る端面リップシールを示す図であり、図８（Ａ）はその断面図（図８（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。図９は、本発明の第７実施形態に係る端面リップシールを示す断面図である。図１０は、本発明の第８実施形態に係る端面リップシールを示す断面図である。図１１は、本発明の第９実施形態に係る端面リップシールを示す図であり、図１１（Ａ）はその断面図（図１１（Ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ’における断面図）であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。図１２は、本発明の第１０実施形態に係る端面リップシールを示す断面図である。図１３は、本発明の第１１実施形態に係るシャフトシール装置を示す図であり、図１３（Ａ）はシャフトシール装置の構造及び組み付け方法を説明するための断面図であり、図１３（Ｂ）はシャフトシール装置の組み付けに用いるシール固定部品（べベル形止め輪）の正面図であり、図１３（Ｃ）は図１３（Ｂ）のＡ−Ａ’における環状部断面図である。図１４は、突出リップの付け根部分の直径と嵌合部の内径の比が異なる種々の端面リップシールにおける、被密封流体の圧力と、被密封流体の圧力に起因して端面リップシールに作用するシャフトの軸方向の力との関係を示す図である。図１５は、ある一定の圧力における、突出リップの付け根部分の直径と嵌合部の内径の比と、外力との関係を示す図である。図１６は、端面リップシールの嵌合部の内径と端面リップシールの最小直径との寸法比と、固定トルクの比との関係を示す図である。図１７は、従来のシャフトシール装置を示す図である。図１８は、他の従来のシャフトシール装置を示す図である。

符号の説明

１００、２００…シャフトシール装置
１０１、２０１…ハウジング
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２…シャフト
２０３…凸部
３０３…面取り部
４０３…ローレット加工部
５０３…係合切り欠き
１０３…固定環
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４、７０４、８０４
…端面リップシール
１０５、６０５…突出リップ
１０６、６０６、７０６…嵌合部
１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９、７０９、８０９…補強環
２１０、５１０…切り欠き
２１１…梁部
３１０…開口
４１２、８１２…係合切り欠き
４１３、８１３…ノックピン
５１３…ダボ加工部
６１３、７１３…補助リップ
６１４、７１４…立設面
７１５…係合爪
８０６…Ｏリング
１０８…シール固定部品
２０８…べベル形止め輪（シール固定部品）
１２０…固定側シール部品
１２１…第１パッキン
１２２…補強ケース
１２３…第２パッキン
１２４…シールリップ
１１０…装着治具
９００…シャフトシール装置
９０１…ハウジング
９０２…シャフト
９０３…固定環（固定側密封環）
９０４…端面リップシール
９０５…突出リップ
９０６…固定側シール
９０７，９０８…パッキン
９０９…補強ケース
９１０…シールリップ

Claims

シャフトが通過するハウジングに固定される固定環と、前記シャフトに嵌合される端面リップシールとを有し、前記固定環の摺動面に前記端面リップシールの突出リップを摺動可能に密接させることにより、前記シャフトに沿って被密封流体をシールするシャフトシール装置であって、
前記端面リップシールの前記シャフトと嵌合されている箇所の直径（Ｄ２）は、前記突出リップの前記被密封流体側表面の最小径部分の直径（Ｄ１）よりも小さく、前記端面リップシールの前記突出リップが配設される箇所の直径（Ｄ３）よりも大きいことを特徴とするシャフトシール装置。
前記端面リップシールは、所定の取り付け長となる位置で、前記ハウジングの基準面が前記固定環の前記摺動面と当接することによって、前記ハウジングの前記基準面に対して所定の取り付け長となる位置で前記シャフトに嵌合され、前記固定環も、前記基準面で位置合わせされて設置されることを特徴とする請求項１に記載のシャフトシール装置。
前記端面リップシールは、前記突出リップ及び当該端面リップシールの表面を構成するゴム製の軟質部と、前記軟質部に埋設されて前記端面リップシールの形状を維持する補強環とを有し、前記補強環は、前記シャフトとの嵌合部において周面の一部が除去されていることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のシャフトシール装置。
前記シャフトは段差を有し、前記端面リップシールは、前記シャフトの段差を跨ぎ、当該段差を跨ぐ範囲で前記シャフトの軸方向に位置調整可能に当該シャフトに嵌合されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシャフトシール装置。
前記固定環は、固定側シール部品を介して前記ハウジングに保持され、
前記固定側シール部品は、
先端内周面が前記シャフトと密接するシールリップと、
第１パッキンと、
前記第１パッキンを介して前記ハウジングに固定される円環状の補強ケースと、
前記補強ケースの内周側で前記補強ケースと前記シールリップ及び前記固定環との間に介在される第２パッキンと、
を有し、
前記第１パッキンは、前記補強ケースと前記ハウジングとの間を密封し、
前記第２パッキンは、前記固定環の外周面と前記補強ケースの内周面とを密封するとともに、前記シールリップの固定環側の端面と前記補強ケースの支持部の端面との間を密封することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシャフトシール装置。