JP2015059600A - 軸封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シールリング１２０と回転軸２００との間の隙間をシールするシール部材１４０のシール性を安定させる。
【解決手段】回転軸２００の周面に密着する筒状部１４１と、筒状部１４１から回転軸２００の軸線方向におけるシールリング１２０側に延びる突出部１４２とを有する、ゴム製のシール部材と、ゴム製のシール部材１４０と、筒状部１４１を回転軸２００に対して締め付けるドライブリング１５０と、シールリング１２０と突出部１４２とを固定し、ドライブリング１５０が固定され、コイルスプリング１７０によって軸線方向に付勢されるケース１６０と、ケース１６０と突出部１４２との間に挟まれ回転軸２００の径方向外側に延びる外向きフランジ１８２と、軸線方向のドライブリング１５０側に延びる円筒部１８１とからなるツバ部材１８０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸封装置に関する。

軸封装置としてのメカニカルシールは、回転軸側に設けられることで回転軸と共に回転する回転環と、回転軸が挿通される軸孔を有するハウジング側に設けられる静止環とを備えている。そして、回転軸の回転によって、回転環と静止環とが摺動する。また、回転環が静止環に対して回転軸の軸線方向にコイルスプリング等によって付勢されることで、回転環と静止環との摺動面におけるシール性が確保される。

また、メカニカルシールにおいて、ゴムベローズ等のゴム製のシール部材を回転軸に密着して設けることにより、回転環と回転軸との間の隙間をシール（二次シール）するものが知られている。このような構成において、流体が密封される密封流体側の流体圧力の上昇を原因として、シール部材が径方向の外側に変形してしまう場合がある。シール部材が径方向の外側に変形すると、回転軸に対する密着性が低下し、シール性能が不安定になってしまう。そこで、特許文献１に示すように、シール部材の径方向の外側への変形量を規制するために規制部材としてのバックアップリング１３を用いた構成が採用されている。

実開平５−６６３７３号公報

ここで、特許文献１においては、バックアップリング１３の端部が、回転軸の軸線方向においてシール部材側に向いている。そのため、シール部材が径方向の外側へ変形した場合、バックアップリングの端部に接触してシール部材が損傷してしまう虞がある。シール部材が損傷してしまうと、シール性が不安定となってしまう。

そこで、本発明は、軸封装置において、回転環と回転軸との間の隙間をシールするシール部材のシール性を安定させることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の軸封装置は、
回転軸と、前記回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間に設けられ、前記ハウジング内の流体を封じる軸封装置において、
前記回転軸に設けられ、前記回転軸と共に回転する回転環と、
前記ハウジング側に設けられ、前記回転環と摺動する静止環と、
前記回転環を前記静止環に対して前記回転軸の軸線方向に付勢する付勢部材と、
前記回転環に対し前記静止環とは前記軸線方向の反対側に設けられ、前記回転軸の周面に密着する筒状部と、前記筒状部から前記軸線方向における前記回転環側に延びる突出部とを有する、ゴム製のシール部材と、
前記筒状部を前記回転軸に対して締め付ける締め付け部材と、
前記回転軸の軸線方向の一端側において前記回転環と前記突出部とを固定し、他端側において前記締め付け部材が固定される固定部材であって、前記付勢部材によって前記軸線
方向に付勢される固定部材と、
前記固定部材と前記突出部との間に挟まれ前記回転軸の径方向外側に延びる外向きフランジと、前記軸線方向の前記締め付け部材側に延びる円筒部とからなる規制部材と、
を備えることを特徴とする。

この構成によれば、規制部材の円筒部によって、シール部材の径方向の外側への変形量が規制される。シール部材の径方向の外側への変形量が規制されると、シール部材と回転軸の周面との密着性が維持され、シール部材のシール性が安定する。

また、規制部材の円筒部は、回転軸の軸線方向の締め付け部材側に延びている。そのため、付勢部材の付勢力に抗して回転環側の部材を回転軸に組み付ける際、固定部材を介して付勢力を受けることによりシール部材が変形しても、規制部材の円筒部の端部がシール部材に接触することはない。そのため、規制部材の円筒部の端部がシール部材に接触することを原因とするシール部材の損傷が生じることはない。したがって、組み付け時におけるシール部材の損傷によりシール性が不安定になることもない。

また、固定部材に設けられた軸線方向に延びる取り付け部と、締め付け部材に設けられた切欠きとが嵌り合うことにより、固定部材と締め付け部材とが固定され、規制部材の円筒部は切欠きよりも回転軸の径方向内側に設けられると好適である。このような構成により、シール部材の膨出部分が締め付け部材の切欠きに接触することがなく、シール部材の損傷を防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、回転環と回転軸との間の隙間をシールするシール部材のシール性を安定させることができる。

図１は、本実施例に係るメカニカルシールの全体構成を示す模式的断面図である。 図２は、本実施例に係るメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断面図である。 図３は、比較例に係るメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（本実施例）
＜本実施例に係るメカニカルシールの構成＞
図１を参照して、本実施例に係る軸封装置としてのメカニカルシールの構成について説明する。図１は、本実施例に係るメカニカルシールの全体構成を示す模式的断面図である。本実施例においては、メカニカルシールを１つ用いたシングルシールについて説明する。しかし、これに限らず、２つのメカニカルシールを用いたダブルシールにも本発明を適用することができる。

本実施例に係るメカニカルシール１００は、回転軸２００と、回転軸２００が挿通される軸孔を有するハウジング３００との間に設けられ、ハウジング３００内の流体を封じる
軸封装置である。

本実施例に係るメカニカルシール１００は、ハウジング３００側に設けられる静止環としてのメイティングリング１１０と、回転軸２００に設けられて回転軸２００と共に回転する回転環としてのシールリング１２０とを備えている。なお、シールリング１２０は、回転軸２００に直接取り付けられる構成でも良いし、円筒状のスリーブなどを介して回転軸２００に取り付けられる構成でも良い。

シールリング１２０は大気側（図１中のＢ側）に設けられており、メイティングリング１１０は大気よりも圧力が高い流体が密封される密封流体側（図１中のＡ側）に設けられている。回転軸２００が回転することにより、メイティングリング１１０の端面１１０ａと、シールリング１２０の端面１２０ａとが摺動する。このように互いに摺動する端面１１０ａと端面１２０ａとにより、密封流体側に密封される流体をシール（１次シール）する。

また、本実施例に係るメカニカルシール１００は、メイティングリング１１０とハウジング３００との隙間をシールする円筒状のカップガスケット１３０を備えている。カップガスケット１３０は、内周面側においてメイティングリング１１０に当接し、外周面側のカップガスケット変形部１３０ａにおいてハウジング３００に当接している。図１中のカップガスケット１３０近傍の点線は、カップガスケット１３０をハウジング３００に対して当接させる前のカップガスケット変形部１３０ａの形状を表している。

さらに、本実施例に係るメカニカルシール１００は、シール部材１４０と、シール部材１４０を回転軸２００に対して締め付ける（抱かせる）締め付け部材としてのドライブリング１５０と、シールリング１２０とシール部材１４０とを固定する固定部材としてのケース１６０と、を備えている。これらの各部材は一体となって、回転軸２００の回転に伴って回転する。

シール部材１４０は、ゴム製の部材から成る。なお、シール部材１４０としては、蛇腹状で伸縮性に優れたベローズを用いるのが好適である。図１に示すように、シール部材１４０は、シールリング１２０に対しメイティングリング１１０とは反対側に設けられ、回転軸２００の周面に密着する筒状部１４１と、筒状部１４１から回転軸２００の軸線方向の回転環側（機内側）に延びる突出部１４２とを有する。図１中のシール部材１４０近傍の点線は、シール部材１４０の筒状部１４１を回転軸２００に対して密着させる前のシール部材変形部１４１ａの形状を表している。ゴム製の部材から成るシール部材１４０は、回転軸２００の変位を許容しつつ、シールリング１２０と回転軸２００との隙間を封止（２次シール）している。

ドライブリング１５０は、シール部材１４０の筒状部１４１を回転軸２００に対して締め付けている。なお、ドライブリング１５０は、金属等から成るが、応力に耐え得る部材であればそれに限られるものではない。

ケース１６０は、回転軸２００の軸線方向の一端側（図１中のＡ側）において、シールリング１２０とシール部材１４０の突出部１４２とを固定し、これら部材間の隙間を封止している。シールリング１２０とシール部材１４０の突出部１４２が接触した状態で、ケース１６０の一端を折り曲げる加工を行うことにより折り曲げ部１６１が形成され、シールリング１２０とシール部材１４０の突出部１４２とが固定される。また、シールリング１２０には外径側の一部に切欠き１２１があり、この切欠き１２１にケース１６０の嵌合部１６２が嵌合している。そのため、シールリング１２０がケース１６０に対して相対的に回転しないように固定されている。

また、ケース１６０に設けられた回転軸２００の軸線方向に延びる取り付け部１６３と、ドライブリング１５０に設けられた切欠き１５１とが嵌り合うことにより、ケース１６０とドライブリング１５０は固定されている。なお、ケース１６０は、金属等から成るが、応力に耐え得る部材であればそれに限られるものではない。また、この取り付け部１６３と切欠き１５１は周方向に複数設けられていてもよい。

ドライブリング１５０からシール部材側に突出する規制部材としてのツバ部材１８０が備えられている。このツバ部材１８０は、シール部材１４０の径方向の外側への変形量を規制する部材である。ツバ部材１８０は、シール部材１４０の筒状部１４１よりも径方向の外側に位置している。

更には、ケース１６０とシール部材１４０の突出部１４２との間にツバ部材１８０が挟まれる。ツバ部材１８０は径方向に延びる外向きフランジ１８２を有し、また、軸線方向に延びる円筒部１８１は、シール部材１４０の筒状部１４１よりも径方向の外側に位置し、また、ツバ部材１８０の円筒部１８１はドライブリング１５０の切欠き１５１よりも径方向内側、つまり、切欠き１５１の外周面よりも径方向内側に設けられている。ツバ部材１８０は、シール部材１４０の筒状部１４１の径方向の外側への変形量を円筒部１８１にて規制する部材である。

以上のような構成により、回転環側において、ケース１６０によって、シールリング１２０と、シール部材１４０と、ドライブリング１５０とが一体化されている。そして、回転軸２００の回転力が、シール部材１４０、ドライブリング１５０、及びケース１６０を介して、シールリング１２０へと伝わり、シールリング１２０がメイティングリング１１０に摺動しながら回転する。

また、図１に示すように、本実施例に係るメカニカルシール１００は、付勢部材としてのコイルスプリング１７０を備えている。コイルスプリング１７０は、ケース１６０を介して、シールリング１２０に付勢力を加えるように設けられている。コイルスプリング１７０の付勢力によって、シールリング１２０の端面１２０ａとメイティングリング１１０の端面１１０ａとの面圧が確保され、シール性を確保することができる。また、シールリング１２０の端面１２０ａとメイティングリング１１０の端面１１０ａとの摺動によってそれら端面に摩耗が生じても、コイルスプリング１７０の付勢力により、シールリング１２０がメイティングリング１１０に対して軸線方向に追随するため、シール性が確保される。

＜本実施例に係るメカニカルシールの優れた点＞
次に、図２、図３を参照して、本実施例に係るメカニカルシール１００の優れた点について説明する。図２は、本実施例に係るメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断面図であって、密封流体側の圧力が高くなった状態を示す図である。図３は、比較例であるツバ部材を有しないメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断面図であって、密封流体側の圧力が高くなった状態を示す図である。図３によりツバ部材の効果を説明する。尚、図３に示す比較例のメカニカルシールは、ツバ部材を有さないことを除いて本実施例のメカニカルシールと同様の構成のため、同一の符号を用いてその説明は省略する。

流体が密封される密封流体側（図中のＡ側）領域の高圧化により、シール部材１４０の筒状部１４１が径方向の外側に浮き上がるように弾性変形してしまう場合がある。このような場合、図３に示すように、シール部材１４０が径方向外側に膨出し、シール部材１４０が移動したり、内部流体が漏れたりする恐れがある。そこで、本実施例に係るメカニカルシール１００は、規制部材としてのツバ部材１８０を備えている。

このようにツバ部材１８０を備えることによって、密封流体側の高圧化により、シール部材１４０の筒状部１４１が径方向の外側に浮き上がるように変形しようとしても、ツバ部材１８０の円筒部１８１がシール部材１４０の筒状部１４１の変形量を規制する。そのため、回転軸２００とシール部材１４０の筒状部１４１との密着性が維持され、シール部材１４０が大気側に移動することや、大気側に形状が変形することが抑制される。その結果、回転軸２００とシール部材１４０間のシール性が安定し、密封流体側に密封される流体の漏れが抑制される。

さらに、本実施例においては、ツバ部材１８０の円筒部１８１の端部１８１ａは、軸線方向においてシール部材１４０の突出部１４２側（密封流体側）からドライブリング１５０側（大気側）に向いている。すなわち、ツバ部材１８０の円筒部１８１の端部１８１ａは、シール部材１４０の突出部１４２と反対側に突出するように向いている。

仮に、ツバ部材１８０の円筒部１８１の端部１８１ａがシール部材１４０の突出部１４２に対向する方向に向いていると、ツバ部材１８０の円筒部１８１の端部１８１ａがシール部材１４０の突出部１４２に接触して、シール部材１４０を傷付けてしまう虞がある。その結果、シール部材１４０が損傷し、シール性能が低下してしまう可能性がある。それは、以下の理由のためである。

シールリング１２０、シール部材１４０はケース１６０によって一体化されており、また、ケース１６０とドライブリング１５０は回転不能に固定されている。この前述の回転環側の複数の部材（シールリング１２０、シール部材１４０、ケース１６０、ドライブリング１５０）は、コイルスプリング１７０を自然長より軸線方向に一定量圧縮させた状態で回転軸２００に挿通されて組み込まれる。そのため、組み込み時に、この一体化された回転環側の部材は、静止環側に対して付勢力を受ける。その付勢力によって、ケース１６０を介して、シール部材１４０の突出部１４２は回転軸２００の軸線方向に弾性変形をする。その弾性変形により、突出部１４２とツバ部材１８０の円筒部１８１の端部１８１ａとの隙間の距離が縮まる。その結果、突出部１４２とツバ部材１８０の円筒部１８１の端部１８１ａとが接触してしまう場合がある。

また、流体が密封される密封流体側の圧力が高くなると、シール部材１４０が大気側に移動する、又は大気側に形状が変形する場合がある。そのような移動や変形を原因として、シール部材１４０の突出部１４２とツバ部材１８０の円筒部１８１の端部１８１ａとの距離が縮まり、突出部１４２とツバ部材１８０の円筒部１８１の端部１８１ａとが接触してしまう場合もある。

しかしながら、本実施例においては、ツバ部材１８０の円筒部１８１の端部１８１ａは、シール部材１４０の突出部１４２と反対方向に向いている。したがって、上記のように、ケース１６０によって一体化された回転環側の部材の組み込み時に、シール部材１４０の突出部１４２が軸線方向に弾性変形しても、ツバ部材１８０の円筒部１８１の端部１８１ａがシール部材１４０の突出部１４２に接触することはない。密封流体側の高圧化により、シール部材１４０が大気側に移動、又は大気側に形状が変形した場合も同様である。そのため、本実施例に係るメカニカルシール１００の構成においては、シール部材１４０が損傷し、シール性が低下することを抑制することができる。

なお、上述したように、ツバ部材１８０の固定端としての外向きフランジ１８２は、シール部材１４０の突出部１４２とケース１６０とに挟まれて設けられている。このような構成をしているため、外向きフランジ１８２の長さを調整することにより、径方向における、ツバ部材１８０の円筒部１８１と回転軸２００との距離を調整することができる。す
なわち、外向きフランジ１８２の長さを長くすると、外向きフランジ１８２と回転軸との距離が近くなり、その分、シール部材１４０の筒状部１４１の径方向の外側への変形可能な領域が小さくなるため、変形をより抑制しやすくなる。

なお、本実施例において、図２に示すように、ツバ部材１８０の外向きフランジ１８２は、円筒部１８１の端部から屈曲ではなく湾曲して径方向の外側に延びている。そのため、径方向の外側にシール部材１４０の筒状部１４１が変形することにより、外向きフランジ１８２の湾曲部に接触しても、シール部材１４０は損傷しにくい。

更に、ツバ部材１８０の円筒部１８１は切欠き１５１よりも径方向内側に設けられているため、シール部材１４０の膨出部分が切欠き１５１に接触することなく、シール部材１４０の損傷を防止することが可能となる。

１００ メカニカルシール
１１０ メンティングリング
１１０ａ 端面（メンティングリング）
１２０ シールリング
１２０ａ 端面（シールリング）
１２１ 切欠き
１３０ カップガスケット
１３０ａ カップガスケット変形部
１４０ シール部材
１４１ 筒状部
１４１ａ シール部材変形部
１４２ 突出部
１５０ ドライブリング
１５１ 切り欠き
１６０ ケース
１６１ 折り曲げ部
１６２ 嵌合部
１６３ 取り付け部
１７０ コイルスプリング
１８０ ツバ部材
１８１ 円筒部
１８１ａ 端部
１８２ 外向きフランジ
２００ 回転軸
３００ ハウジング

Claims (2)

1. 回転軸と、前記回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間に設けられ、前記ハウジング内の流体を封じる軸封装置において、
   前記回転軸に設けられ、前記回転軸と共に回転する回転環と、
   前記ハウジング側に設けられ、前記回転環と摺動する静止環と、
   前記回転環を前記静止環に対して前記回転軸の軸線方向に付勢する付勢部材と、
   前記回転環に対し前記静止環とは前記軸線方向の反対側に設けられ、前記回転軸の周面に密着する筒状部と、前記筒状部から前記軸線方向における前記回転環側に延びる突出部とを有する、ゴム製のシール部材と、
   前記筒状部を前記回転軸に対して締め付ける締め付け部材と、
   前記回転軸の軸線方向の一端側において前記回転環と前記突出部とを固定し、他端側において前記締め付け部材が固定される固定部材であって、前記付勢部材によって前記軸線方向に付勢される固定部材と、
   前記固定部材と前記突出部との間に挟まれ前記回転軸の径方向外側に延びる外向きフランジと、前記軸線方向の前記締め付け部材側に延びる円筒部とからなる規制部材と、
   を備えることを特徴とする軸封装置。
2. 前記固定部材に設けられた前記軸線方向に延びる取り付け部と、前記締め付け部材に設けられた切欠きとが嵌り合うことにより、前記固定部材と前記締め付け部材とが固定され、前記円筒部が前記切欠きよりも前記回転軸の径方向内側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。

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