JP2005214293A - 軸封装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、取付部品に振動が生じてもシール能力を発揮できる軸封装置を得ることにある。又、安価な軸封装置を得ることにある。
【解決手段】 軸封装置(1)は、軸(50)が嵌挿すると共に孔部品(11)に連結され弾性管(7)と、弾性管(7)に取付面(5E)が嵌着すると共に軸(50)に摺動自在に嵌合する摺動面(5D)を有するシールケーシング(5)と、軸(50)が貫挿してシールケーシング(5)との間にシールリング収容室(3)を形成するシール面(4A)を有するメイティングリング(4)と、メイティングリング(4)のシール面(4A)にリップ面(2D)が密接すると共に、軸(50)に嵌合する内周シール面(2C)を有し、且つシールリング収容室(3)内に収容されるシールリング(2)とを具備するものである。
【選択図】 図1
【解決手段】 軸封装置(1)は、軸(50)が嵌挿すると共に孔部品(11)に連結され弾性管(7)と、弾性管(7)に取付面(5E)が嵌着すると共に軸(50)に摺動自在に嵌合する摺動面(5D)を有するシールケーシング(5)と、軸(50)が貫挿してシールケーシング(5)との間にシールリング収容室(3)を形成するシール面(4A)を有するメイティングリング(4)と、メイティングリング(4)のシール面(4A)にリップ面(2D)が密接すると共に、軸(50)に嵌合する内周シール面(2C)を有し、且つシールリング収容室(3)内に収容されるシールリング(2)とを具備するものである。
【選択図】 図1
Description
本発明は、振動又は偏芯を伴う回転軸と、回転軸が嵌通する孔付部品との間をシールする軸封装置に関する。特に、プロペラ軸が貫通する船管との間をシールする軸封装置に関するものである。
新製品の開発に伴い、振動を伴う回転軸の軸封装置が多用されるようになってきた。例えば、新しい船舶に於ける推進用のプロペラ軸の軸封装置(船尾管用軸封装置)である。特に、漁船、水中翼船、高速艇等の小型船舶においては、長いプロペラ軸の端部にあるプロペラをエンジンにより回転させるために、プロペラに作用する力によりプロペラ軸に大きなトルクが生じる。この力により、プロペラ軸に振動が惹起する。このプロペラ軸に振動が惹起すると、プロペラ軸の船尾管に設けた軸封装置のシール面は振動により非接触状態と接触状態を繰り返すので、シール能力の低下と共に、シール面の摩耗が促進される。このために、軸封装置の耐久能力が低下するので、課題解決が迫られている。
本発明に係わる関連技術には、図3に示す軸封装置が存在する(特許文献1を参照)。図3は中型船舶用のプロペラ軸に用いられる軸封装置100の半断面図である。図3に於いて、115は船体隔壁である。船体隔壁115には内外に貫通する貫通孔115Aが設けられている。この貫通孔115Aに嵌着する長い船尾管軸受118が設けられている。船尾管軸受118はプロペラ軸150が回転中に焼き付くために、軸受面118Bとプロペラ軸150との間に間隙を設けていると共に、軸受面118Bに潤滑溝118Aを設けなければならない。又、船尾管軸受118の焼き付きを防止するために、外部に連通する通路Pから軸受面118Bに潤滑油を供給する供給装置も設けなければならない。更に、プロペラ軸150は、船体隔壁115の貫通孔115Aを貫通して設けるために長尺になるので、このプロペラ軸150を支承する船尾管軸受118も長尺にしなければならない。
船体隔壁115の端部にはケーシング105のフランジ部105Cがボルト131により取り付けられている。又、船体隔壁115の端部とケーシング105のフランジ部105Cとの間にはガスケット121を介在して接合間をシールしている。そして、船体隔壁115の端部とケーシング105との内周間の空間に潤滑油室120が形成されている。又、ケーシング105の内周には、内周端に仕切部105Aが設けられている。更に、仕切部105Aの側面と円筒面105Bからなる段部には、シールリング取付空間106が設けられる。更に又、潤滑油室120とシールリング取付空間106とは連通路107により連通して潤滑油が流通できるように成されている。
ケーシング105の端部には側蓋110がボルト132を介して取り付けられている。このケーシング105と側蓋110との接合間はO−リング122によりシールされる。この側蓋110は、シールリング取付空間106側にシール面110Aが設けられている。又、側蓋110の内周面110Bは、プロペラ軸150と接触しない間隙になるように大きな内径に形成されている。
シールリング取付空間106内にはシールリング102が設けられている。シールリング102の内周面102Cは、プロペラ軸150と密封に嵌合している。シールリング102の外周面は、ガータスプリング125により弾性に締め付けられている。又、シールリング102は、シール面110Aと接触する面に第1リップ面102Aと第2リップ面102Bが設けられており、海水及び潤滑油室120内の潤滑油をシールする。このシールリング102はゴム材製である。尚、潤滑油室120及びシールリング取付空間106への潤滑油は通路Pから供給される。
このように構成された軸封装置100は、大型の船舶では問題ないが、小型の船舶では以下のような問題が惹起する。小型船舶では、船体隔壁115へ直接に金属製の船尾管軸受118が取り付けられているために、全体が剛性体となる。このとき、プロペラ軸150が振動すると、軸受面118Bにプロペラ軸150が絶えず強く圧接又は当接するので、当接する両部品面は摩耗する。又、側蓋110は金属製でケーシング105を介して船体隔壁115に剛体を成すように取り付けられているから、シールリング102の第1リップ面102A及び第2リップ面102Bと、側蓋110のシール面110Aとの接合面は、プロペラ軸150が振動すると、絶えず非接触状態になるので、接合面間から海水や潤滑油が漏洩することになる。更には、側蓋110の内周面110Bがプロペラ軸150に接触してプロペラ軸150が急速に摩耗する。このため、軸封装置100は、振動に対して改善する余地が残されている。又、船尾管軸受118等の部品の加工が困難であるから、加工コストを低減する点で改善する必要がある。
図4は本発明に関連する他の軸封装置200である。この軸封装置200は、図3に示す用途より小さな船舶、例えば、レジャーボートなどの船尾管用軸封装置200である。小型船舶は、構造的にプロペラ軸150に大きな振動が発生する。図4に於いて、船尾管の軸受兼セットボディ209の内外の流体は、メカニカルシール201によりシールされている。このメカニカルシール201は、固定用密封環202のシール面202Aと回転用密封環203のシール面203Aが密接してシールする。
この固定用密封環202は円筒体に形成されている。そして、円筒体の中間の外周面に段部状の取付部202Cが形成されている。又、先端のシール面202Aと反対側の円筒部の外周面には、周面に沿って凹凸のスプライン部202Bが設けられている。又、固定用密封環202の内周面202Dは、プロペラ軸150と間隙を設けて嵌合している。更に又、船尾側の軸受兼セットボディ209は、図示省略の部分の端部がプロペラ軸150の外周面と摺動自在に嵌合する軸受に設けられている。そして、軸受兼セットボディ209の固定用密封環202側の内周面には、スラストラバー205が嵌着されている。更に、このスラストラバー205の内周面には固定用密封環202のスプライン部202Bと係合する凹凸状のスプラインガイド205Aが設けられている。
固定用密封環202のスプライン部202Bは、スラストラバー205のスプラインガイド205Aにより軸方向へ移動自在に支承されている。又、固定用密封環202の取付部202Cと軸受兼セットボディ209の両端部は、断面が円弧状に膨らんだ円環状のラバーベローズ207により連結されている。このラバーベローズ207の両端部の外周面はバンド230、230により締められて固定されている。更に、ラバーベローズ207の内周には、ラバーベローズ207と並列にばね220が配置されており、このばね220とラバーベローズ207とにより固定用密封環202を弾発に回転用密封環203へ押圧している。
回転用密封環203は、円環体に形成されている。この円環体の端面にはシール面203Aが設けられていると共に、内周面にはプロペラ軸150と嵌合する嵌合面203Bが形成されている。そして、回転用密封環203と軸方向に対して並列に配置すると共に、端部に接合するアジャストローター215がプロペラ軸150に嵌合している。このアジャストローター215は回転用密封環203を支持すると共に、軸方向の位置を調整できるように成されている。
このように構成された図4に示す軸封装置200は、プロペラ軸150が振動すると、又は、プロペラ軸150が偏芯すると、固定用密封環202は、弾性変形するラバーベローズ207に保持されていると共に、円筒体で長尺に形成されているために、シール面202Aは揺動して変位するから、シール能力を低下させる。特に、軸受兼セットボディ209がプロペラ軸150に嵌合しているので、プロペラ軸150の振動が直接に軸受兼セットボディ209に伝わる。更に、断面を半円形状にして弾性変形しやすくしたラバーベローズ207と結合する固定用密封環202は、軸受兼セットボディ109から別々に支持されたラバーベローズ207とスプライン部202Bとにより共振するから、固定用密封環202のシール面202Aと回転用密封環203のシール面203Aは互いに変位又は傾斜して被密封流体を漏洩させることになる。特に、固定用密封環202はカーボン材製であるために、振動によって当接するとシール面202Aが損傷するおそれがある。又、メカニカルシール201は密封環の材料費が高価であり、更に、加工費も高価であるために、全体のコストが高揚すると言われている。
本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものである。その技術的課題は、軸封装置をシールする回転軸等が振動してもシール能力を発揮できるようにすることにある。又、軸封装置を取り付けるケーシング部品が振動してもシール面の損傷を防止することにある。更に、軸封装置の製作コストを低減することにある。
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものである。そして、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
請求項1に係わる本発明の軸封装置は、軸が貫通する孔付部品と軸との間をシールする軸封装置であって、軸が嵌挿すると共に孔付部品に一端が連結される弾性管と、弾性管の他端に密封に嵌合すると共に軸に摺動自在に嵌合する摺動面を有するシールケーシングと、シールケーシングとの間にシールリング収容室を形成するメイティングリングと、シールリング収容室を形成する側面に有するシール面と、シールリング収容室内に収容されてシール面にリップ面が密接すると共に軸に嵌合する内周シール面を有するシールリングとを具備するものである。
請求項2に係わる本発明の軸封装置は、シールケーシングの摺動面に冷却流体を介在させる冷却溝を有するものである。
請求項3に係わる本発明の軸封装置は、シールリング収容室にはシールリングの外周側に冷却流体を供給する通路が連通しているものである。
請求項4に係わる本発明の軸封装置は、シールケーシングが樹脂材製又は硬質ゴム材製であるものである。
ある。
ある。
請求項5に係わる本発明の軸封装置は、シールリングがシールケーシングの材質よりゴム状弾性を有する材料で構成されているものである。
この請求項1に係わる本発明の軸封装置では、シールケーシングは弾性管に支持されていると共に、軸に摺動状態に嵌合した摺動面を有するので、軸が振動してもシールケーシングは軸と共に揺動する。このために、シールケーシングに取り付けられたメイティングリングとの間のシールリング収容室のシール面は、シールケーシングの摺動面と軸の外周面との間隙が摺動状態ではシール面は軸に対してほとんど変位しない。その結果、シール面は軸と共に移動するから、ほとんど振動の影響を受けないようにすることが可能になる。更に、シールリングは軸に嵌合しているから、シール面と同一状態で動くことになる。つまり、シール面とリップ面は相対的に静止状態になる。又、シールリングはゴム状弾性材に構成できるから、振動が生じてもリップ面は振動を吸収してシール面に常に密接し、リップ面のシール能力を発揮することが可能になる。
この請求項2に係わる本発明の軸封装置では、シールケーシングの摺動面に冷却溝が設けてあるから、摺動面に生じる摺動熱を冷却流体により冷却できるので、摺動面と軸との間隙を微小にすることが可能になる。このために、シール面は振動力が作用しても軸に嵌合したシールリングと共に動くので、シールリングのリップ面とシール面は変位することなく密接することが可能になる。このために、シールリングのシール能力が向上できる効果を奏する。そして、シールケーシングの材質を樹脂材製にしても故障することなく長期間利用できる。
この請求項3の本発明の軸封装置では、シールリング収容室へ冷却流体を供給する通路が設けてあるので、摺動して発熱するシールリングとシールケーシングの摺動面とを同時に冷却することが可能になる。そして、冷却流体の圧力によりシールリップをシール面に圧接してリップ面のシール能力を向上することが可能になる。
この請求項4に係わる本発明の軸封装置では、シールケーシングが樹脂材又はゴム材で構成されているので、軸と摺動しても軸の摩耗を防止できる。このために、シールケーシングの摺動面と軸との間隙を微小な間隙にしてシール面の変動を防止し、リップ面の密接を常に保持にすることが可能になる。又、シールケーシングは樹脂材又はゴム材に構成できるから、射出成形が可能であり、加工コスト、材料コストを低減でき、メカニカルシール装置の全体を安価にできる効果を奏する。
この請求項5に係わる本発明の軸封装置では、シールケーシングの材質よりシールリングの材質をゴム状弾性材に構成することにより、シールリングの弾性変位をシールケーシングの変位より大きくできるから、シールケーシングが振動してシール面を変位させても、シールリングのシールリップが弾性変形してリップ面をシール面に密接することが可能になる。又、シールケーシングを樹脂材に構成することにより、メイティングリングとシールケーシングとを一体に成形することが可能になる。このために、メイティングリングとシールケーシングとの製作コストが低減できるので、メカニカルシール装置が安価になる。
以下、本発明に係わる実施の形態の軸封装置1を図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、寸法関係が正確な設計図を基にしたものである。
図1は、軸封装置1の断面図である。又、図2は、船体の船尾管に軸封装置1を取り付けたプロペラ軸50の側面図である。図2に於いて、15は船体の船尾管側の一部の断面図である。プロペラ軸(軸)50の一端部にはカップリング20が設けられている。このカップリング20は、図示省略のエンジン側のカップリングに図示省略のボルトを介して接続する。そして、エンジンの動力がプロペラ軸50に伝達される。プロペラ軸50の他端部には、プロペラ51を取り付ける。又、プロペラ軸50はエンジンからプロペラ51までの長さが長いので船体15のブラケット16に設けた軸受17により中間を支持する。又、船体15には、船体15の内外に貫通して取り付けられた船尾管11を設ける。船尾管11の外端部には短い軸受を設けることもできる。そして、船尾管11内を通過して浸入する被密封流体(海水)をシールするためにゴム管7に保持された軸封装置1を設ける。
この軸封装置1の詳細は、図1に示すように構成する。図1に於いて、軸封装置1にはシールケーシング5を設ける。シールケーシング5は、軸受部5Aとフランジ部5Bとを設ける。この軸受部5Aの外周面には鋸形の嵌合する取付面5Eを形成する。又、軸受部5Aの内周の摺動面5Dには、周面に沿って配置された複数の流通路用の冷却溝6を形成する。この冷却溝6は螺旋状溝、又は、交互に螺旋状溝を組み合わせた溝にすることもできる。つまり、摺動面5Dを冷却すると共に、潤滑する溝構造にすると良い。シールケーシング5を樹脂材にすると摺動摩擦を低減できる。特に、摺動摩擦を低減する点では、樹脂にガラス繊維などを含有させた複合材にすると良い。摺動面5Dはプロペラ軸(軸)50に対してミクロン単位の間隙にして摺動させると良い。この点では、シールケーシング5を樹脂材にすると、摩耗を小さくすることが可能になる。更に、シールケーシング5を樹脂材にすると、成形が可能になるので、製作コストを低減することが可能になる。又、断面がL形のフランジ部5Bの内周にはシールリング収容室3の形成面5Cを形成する。更に又、フランジ部5Bには円周に沿って等配の取付孔5Fを設ける。尚、シールケーシング5は潤滑性の良い軸受用の樹脂材製である。例えば、エポキシ樹脂(ER),ポリイミド樹脂(PI),ポリエーテルエーテルケント(PEEK)又は、これらの樹脂に強化繊維を複合した樹脂材を用いると良い。又、その他に、硬質ゴム、アルミニュウム、銅合金、含油焼結軸受等を利用することもできる。
又、この取付孔5Fを介してフランジ部5Bの端面には金属製又は樹脂材製のメイティングリング4を接合する。このメイティングリング4の接合側の側面にはシール面4Aを形成する。又、メイティングリング4の内周面4Bの内径は、プロペラ軸50との間に間隙を形成する寸法にする。更に又、メイティングリング4の外周側には、円周に沿って取付孔5Fに対応する位置に貫通孔を設ける。この取付孔5Fと貫通孔とに通した通しボルト20によりシールケーシング5にメイティングリング4を締め付けて固定する。このシールケーシング5の形成面5Cとメイティングリング4のシール面4Aとの間には、シールリング収容室3を形成する。尚、シールリング2のリップ面2Dが密接するシール面は、シール面4Aと反対の形成面5Cでも良い。
シールリング収容室3内には、プロペラ軸50に密封に嵌合したシールリング2を配置する。シールリング2はゴム材製又は樹脂材製である。このシールリング2において筒状の本体2Aの外周面に設けた断面が半円形の溝には、ガータスプリング9を装着する。このガータスプリング9の緊迫力によりシールリング2の内周シール面2Cをプロペラ軸50に密封に嵌合する。そして、シールリング2により内周シール面2Cとプロペラ軸50との間をシールする。又、シールリップ2Bの端面には二条のリップ面2Dを設ける。このリップ面2Dは二条のリップ面2Dの他に、一条又は三条のリップ面2Dにすることもできる。シールリング2のリップ面2Dと反対の背面2Eは形成面5Cに接合させると良い。しかし、背面2Eを形成面5Cに対して間隙を設けるように形成しても良い。尚、シールリング2の材質は、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、パーフロロエラストマー、H−NBR等を利用することができる。又、必要に応じて弾性樹脂材にすることができる。
シールケーシング5には、シールリング収容室3へポンプにより冷却水を供給する通路Nが設けてある。この通路から冷却水は、通路Nに矢視するようにシールリング収容室3内に流入する。そして、冷却溝6に流入して摺動面5Dの摺動発熱を冷却する。又、この冷却水は、摺動面5Dの潤滑作用もする。このために、シールケーシング5の摺動面5Dは、プロペラ軸50に対して微小な摺動間隙にすることができる。
シールケーシング5は船尾管11の外周面11Bに嵌着したゴム管(弾性管)7と連結している。ゴム管7は、両端部に第1取付部7Aと第2取付部7Bを設ける。この第1取付部7Aと第2取付部7Bは各2個のバンド30により固定する。そしてゴム管7の中間は弾性変形可能に構成されている。一方、船尾管11は樹脂材製であるが、錆びない金属材性でも良い。船尾管11の内周面11Aは、プロペラ軸50に対して間隙を設けている。又、船尾管11は船体15に結合している。ゴム管7は、総称して弾性管と言うが、樹脂管、弾性変形する金属管でも良い。
上述のように構成された軸封装置1は、弾性変形可能なゴム管7により保持されている。一方、シールケーシング5とメイティングリング4とは一体に結合している。このために、シールケーシング5が振動しても、メイティングリング4のシール面4A又は形成面5Cはプロペラ軸50に対して嵌合した摺動面5Dの微小な間隙の範囲内でシール面4A又は形成面5Cの傾きが規制される。しかも、摺動面5Dは微小な間隙があっても、ある長さがあるから、幾何学的に見てもほとんどシール面4A又は形成面5Cに対して傾斜角度が生じない。このために、摺動面5Dのプロペラ軸50に対する間隙を小さくすればするほど、シール面4Aの傾きを規制できる。シール面4A又は形成面5Cの傾きを規制できれば、プロペラ軸50が振動しても、シール面4A又は形成面5Cとリップ面2Dとの密接が向上してシール能力が発揮できる。これは、シールケーシングを樹脂材製又はゴム材製にすることにより可能になる。又、ゴム材製のシールリング2のシールリップ2は、プロペラ軸50が振動しても、シール面4A又は形成面5Cに対し弾性変形して密接することができる。尚、このシールリング2の代わりにセグメントシールを用いることができる。このセグメントシールはシール面4Aと密接する端面シールと共に、プロペラ軸50と密接する内周シール面が設けられているものである。
以上述べたように、本発明は、振動が伴う装置の部品間に取り付けられてシール能力を発揮する有用な軸封装置である。更に又、部品点数が少なく、しかも、加工が容易で製作コストを低減できる有用な軸封装置である。
1 軸封装置
2 シールリング
2A 本体
2B シールリップ
2C 内周シール面
2D リップ面
2E 背面
3 シールリング収容室
4 メイティングリング
4A シール面
4B 内周面
5 シールケーシング
5A 軸受部
5B フランジ部
5C 形成面
5D 摺動面
5E 取付面
6 冷却溝
7 ゴム管(弾性管)
11 船尾管
15 船体
16 ブラケット
17 軸受
20 カップリング
50 プロペラ軸
51プロペラ
2 シールリング
2A 本体
2B シールリップ
2C 内周シール面
2D リップ面
2E 背面
3 シールリング収容室
4 メイティングリング
4A シール面
4B 内周面
5 シールケーシング
5A 軸受部
5B フランジ部
5C 形成面
5D 摺動面
5E 取付面
6 冷却溝
7 ゴム管(弾性管)
11 船尾管
15 船体
16 ブラケット
17 軸受
20 カップリング
50 プロペラ軸
51プロペラ
Claims (5)
- 軸が貫通する孔付部品と軸との間をシールする軸封装置であって、前記軸が嵌通すると共に前記孔付部品に一端部が連結される弾性管と、前記弾性管の他端部に密封に嵌合すると共に前記軸に摺動自在に嵌合する摺動面を有するシールケーシングと、前記シールケーシングとの間にシールリング収容室を形成するメイティングリングと、前記シールリング収容室の側面に有するシール面と、前記シールリング収容室に収容されて前記シール面にリップ面が密接すると共に軸に嵌合する内周シール面を有するシールリングとを具備することが特徴である軸封装置。
- 前記シールケーシングの前記摺動面に冷却流体を介在させる冷却溝を有することを特徴とする請求項1に記載の軸封装置。
- 前記シールリング収容室に前記シールリングの外周側より冷却流体を供給する通路が連通していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の軸封装置。
- 前記シールケーシングが樹脂材製又は硬質ゴム材製であることを特徴とする請求項1又は請求項2又は請求項3に記載の軸封装置。
- 前記シールリングが前記シールケーシングの材質よりゴム状弾性を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2又は請求項3又は請求項4に記載の軸封装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004021585A JP2005214293A (ja) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | 軸封装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114087363A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-02-25 | 中国航发北京航科发动机控制***科技有限公司 | 一种自适应补偿型机械密封装置 |
-
2004
- 2004-01-29 JP JP2004021585A patent/JP2005214293A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114087363A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-02-25 | 中国航发北京航科发动机控制***科技有限公司 | 一种自适应补偿型机械密封装置 |
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