JP4111733B2 - 軸封装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸封装置に関する。更に詳しくは、例えば、攪拌機などの高圧又は超高圧撹拌流体をシールするのに適した軸封装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関する関連技術として図４に示すメカニカルシールが存在する。図４は、高圧用メカニカルシールの断面図である。
図４に於いて、攪拌機１５０に於けるケーシング１５１に設けられた軸受部に回転軸１７５が回転自在に支持されている。そして、回転軸１７５がケーシング１５１の内部と外部に貫通状態に配置されている。この撹拌機１５０内は高圧の被密封流体（揚液）Ａが充填されている。
【０００３】
この回転軸１７５が貫通したケーシング１５１との間は、３つの空室１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃに区画されている。この各空室１５２は被密封流体Ａ側から順に第１空室１５２Ａ、第２空室１５２Ｂ及び第３空室１５２Ｃに形成されている。
この第１空室１５２Ａには、例えば、被密封流体Ａの圧力が２０ＭＰａの場合には、この被密封流体Ａの圧力より１段下げた１５ＭＰａの圧力流体を第１配管１５３Ａを介して供給されている。次に、第２空室１５２Ｂには第１空室１５２Ａ内の圧力より更に１段下げた１０ＭＰａの圧力流体を第２配管１５３Ｂを介して供給している。更に、第３空室には、第２空室１５２Ｂ内の圧力より更に１段下げた５ＭＰａの圧力流体を第３配管１５３Ｃを介して供給している。このように被密封流体Ａの高圧力に応じて段階的に圧力を一定圧づつ降下させるように多段階圧力の空室に構成される。
このような手段を講じないと、高圧力により第１メカニカルシール装置１１０が破損することになる。
【０００４】
この第１空室１５２Ａ、第２空室１５２Ｂ及び第３空室１５２Ｃには、各々メカニカルシール装置１１０、１２０、１３０が内在し、この各メカニカルシール装置１１０、１２０、１３０は、被密封流体Ａ側から外部に向かって順に第１メカニカルシール装置１１０と、第２メカニカルシール装置１２０と、第３メカニカルシール装置１３０とが配置されている。
第１メカニカルシール装置１１０は、被密封流体Ａが高圧であるために高圧用のメカニカルシール装置である。更に、第２メカニカルシール装置１２０、第３メカニカルシール装置１３０も圧力に応じて高圧用メカニカルシール装置１２０、１３０が用いられている。
【０００５】
攪拌機１５０等の被密封流体Ａは、高圧流体であるために、メカニカルシール装置１１０、１２０、１３０が用いられているものであって、ゴム状弾性材製のパッキンでは耐圧能力に問題が生じるので採用できない。このメカニカルシール装置１１０、１２０、１３０は、高圧流体用であり、その構成は、回転軸１７５にＯリングを介してスリーブ１１１が嵌着されている。又、スリーブ１１１の段部には、ばね座用の支持部１１２が嵌着されている。又、スリーブ１１１の端部側に回転密封環１１３がＯリングを介して移動自在に嵌合している。そして、支持部１１２に保持されたコイルスプリング１１４が回転密封環１１３を押圧するように装着されている。
一方、回転密封環１１３の摺動シール面１１３Ａに密接する対向シール面１１５Ａを設けた静止用密封環１１５が、Ｏリングを介してケース１５１の保持部に嵌着している。
【０００６】
第２メカニカルシール装置１２０及び第３メカニカルシール装置１３０も第１メカニカルシール装置１１０と同様に構成されている。
この第１メカニカルシール装置１１０は、第１空室１５２Ａ内の被密封流体Ａの圧力より１段低くされた圧力と協働して高圧の被密封流体Ａを効果的にシールしている。又、第２メカニカルシール装置１２０も同様にして、第２空室１５２Ｂ内の２段階に低圧にされた流体圧力と協働して第１空室１５２Ａ内の圧力流体をシールしている。更に、第３メカニカルシール装置１３０も同様にして３段階に引き下げられた第３空室１５２Ｃ内の流体圧力と協働して第２空室１５２Ｂ内の圧力流体をシールしている。このように、段階的に低圧にされた各空室内で高性能のメカニカルシール装置により段階的にシールすることにより初めて高圧の被密封流体Ａをシールすることが可能になる。つまり、高圧力の流体に対しては、その高圧力に対し段階的に圧力を降下して対応しない限り、１個のメカニカルシール装置で対応しようとしても、高圧流体に耐られずに、メカニカルシール装置が早期に摩耗・損傷することになる。
【０００７】
このために、多数の高価なメカニカルシール装置を用いなければ成らず、シールするための構造が大型になる問題が存する。更に、段階的なメカニカルシール装置の内の１個のメカニカルシール装置が故障すると、その両側の圧力差が大きくなるので、この圧力差が原因となって多段のすべてのメカニカルシール装置が故障することになる。更に、多段のメカニカルシール装置は、メカニカルシール装置の組立作業と共に、その取付のための加工が困難であり、コスト高に成っている。
更には、多段に各空室内に圧力が異なる圧力流体を供給することは、ポンプ及びその制御装置がコスト高になる問題がある。又、その流体圧力の制御が困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする課題は、高価なメカニカルシール装置を多数個配列しなければならないので、軸封装置全体が高価に成る問題があるが、この問題を解決してシール装置を安価にすることにある。
更に、高圧被密封流体をシールするためには、多段階に多数のシール装置を取り付けなければならないので、構造が大型になる問題があるが、軸封装置の取り付ける場所を小さくして軸封装置を小型にすることにある。
又、高圧力の被密封流体に対して耐圧性とシール能力を発揮し、且つ被密封流体の圧力による故障を防止した軸封装置を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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って、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
【００１０】
請求項１に係わる本発明の軸封装置は、ハウジングと回転軸との間で被密封流体をシールする軸封装置であって、前記被密封流体側に設けられて前記被密封流体をシールする第１シール部と、前記第１シール部より低圧側に有する第２シール部と、前記第１シール部と前記第２シール部の間に有する流体室と、前記流体室の第１シール部側に連通する連通路と連通してシーラントを前記連通路へ流入させる流入通路と、前記流体室内に配置されて前記連通路から流入するシーラントを前記回転軸との間で減圧する減圧内面を有するフローティングリングと、前記流体室に連通して減圧されたシーラントを流出させる流出通路と、を具備し、前記第１シール部は前記被密封流体を遮断するとともに前記シーラントが被密封流体側へ漏洩するのをシールする構成にされたものである。
【００１１】
この請求項１に係わる本発明の軸封装置では、フローティングリングで被密封流体に対応する高圧力のシーラントを減圧し、第１シール部を耐圧に機能変換するものである。このためにフローティングリングは耐強度、耐摩耗性のみの機能材質にすればよいので、シールを目的とするシール装置では得ることのできない減圧効果の大きいフローティングリングと低コストのシール部との組み合わせで耐久能力とシール能力を発揮する軸封装置が容易に得られる。
【００１２】
又、フローティングリングはシーラントの圧力を減圧して第２シール部へ流すので、第１シール部を低圧用のシール部にすることができ、しかも安価にすることが可能になる。更に、フローティングリングは１個で高圧流体を減圧することが可能になるから、軸封装置を小型にできると共に、取付構造を簡単にすることが可能になる。更に、フローティングリングの上流に設けられた連通路でシーラントがフローティングリングにより堰止めされて減圧されるので、シーラントの減圧効果に優れる。
【００１３】
請求項２に係わる本発明の軸封装置は、前記流入通路が前記第１シール部と前記流体室との間の連通路に連通すると共に、前記ハウジングと前記回転軸との間隙を介して前記流体室に連通しているものである。
【００１４】
この請求項２に係わる本発明の軸封装置では、第１シール部と流体室との間の連通路に連通してハウジングと回転軸との間隙を介して流体室に連通しているので、フローティングリングでシーラントが圧力降下される前に流入通路と連通する連通路で圧力降下することができる。更に、ハウジングと回転軸との間隙で更なる圧力降下が可能になる。
このため、フローティングリングの減圧前段階で効果的に減圧することが可能になると共に、被密封流体の高圧力を支持して第１シール部が被密封流体の高圧力により損傷するのを効果的に防止することが可能になる。そして、フローティングリングを低耐圧材にすることもできると共に、第１シール部を簡単な機能のシール部を採用可能にする。その結果、軸封装置を小型化にして、安価にすることが可能になる。
【００１５】
更に、流入通路を第１シール部と流体室との間の連通路に連通しているので第１シール部と流体室とを近接した配置にすることが可能になる。このために第１シール部と流体室との全体を小型に構成できる。
【００１６】
請求項３に係わる本発明の軸封装置は、前記第１シール部と前記流体室との間の前記連通路のうちの第１シール部取付室に前記流入通路が連通すると共に、前記流入通路から流入するシーラントの圧力値が前記被密封流体の圧力値以下にされており、前記第１シール部の耐圧能力値が前記被密封流体の圧力値から前記シーラントの圧力値を引いた圧力値以上の範囲に構成されているものである。
【００１７】
請求項３に係わる本発明の軸封装置では、第１シール部取付室に流入通路が連通しているので、被密封流体が高圧でも第１シール部取付室に流入するシーラントの圧力が被密封流体の圧力に近く、その被密封流体の圧力値とシーラントの圧力値との差が第１シール部の耐圧範囲であるので、第１シール部が圧力により故障するのを防止することが可能になる。また、第１シール部の摺動面が高圧の流体圧力により摺動発熱や摩耗が生じても第１シール部取付室に直接に流入するシーラントにより冷却と洗浄とを行い第１シール部の耐久能力を発揮させることができる。
【００１８】
請求項４に係わる本発明の軸封装置は、前記第１シール部がメカニカルシール装置に構成されていると共に前記メカニカルシール装置の回転用密封環がスラストベアリングに支持されたスリーブに保持されているものである。
【００１９】
この請求項４の本発明の軸封装置では、回転用密封環がスリーブに保持されていると共に、スリーブがスラストベアリングにより回転可能に支持されているので、メカニカルシール装置のシールする摺動面を正確に支持することが可能になる。そして、耐圧性を発揮するメカニカルシール装置を採用することが可能になる。
【００２０】
請求項５に係わる本発明の軸封装置は、前記第２シール部の前記フローティングリング側と反対側に回転軸を回転可能に支持するベアリングを有し、前記ベアリングへ供給する潤滑油の供給通路を前記第２シール部が配置された第２シール部取付室に連通するものである。
【００２１】
この請求項５に係わる本発明の軸封装置では、潤滑油が第２シール部のベアリング側の第２シール部取付室に連通しているから、第２シール部取付室に供給される潤滑油の圧力により第２シール部が支持される。このために、第２シール部がシーラントの圧力を受けても反対側から潤滑油の圧力により支持されるのでシーラントの漏れが防止され、シール能力と共に、圧力に対する耐圧能力を発揮する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる好ましい実施の形態のシール装置を、その図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、所謂、特許用の概念図ではなく、寸法関係が正確な設計図である。
【００２３】
図１は本発明に係わる好ましい実施の形態を示す軸封装置１の断面図である。図１に於いて、ハウジング６０には回転軸５０が貫通する貫通孔６１が設けられている。シール用のハウジング６０は、第１ハウジング６０Ａと第２ハウジング６０Ｂと第３ハウジング６０Ｃ、第４ハウジング６０Ｄに分割されていると共にボルト６２Ｄを介して一体に結合されている。
更に、図示右側には軸受側の円筒状のハウジング６０Ｅと、エンドカバー状のハウジング６０Ｆが設けられている。このハウジング６０Ｅと、ハウジング６０Ｆはボルト６２Ｃを介してハウジング６０Ｂに取り付けられている。
【００２４】
そして、これらのハウジング６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆは基部のハウジング６０Ｇにボルト６２Ａを介して取り付けられる。
この第１ハウジング６０Ａと第２ハウジング６０Ｂと第３ハウジング６０Ｃと、第４ハウジング６０Ｄ、を含めてシール用ハウジング６０を構成する。又、第５ハウジング６０Ｅと第６ハウジング６０Ｆは軸受用ハウジング６０を構成する。
このシール用ハウジング６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄと軸受用ハウジング６０Ｅ、６０Ｆを含めて全体がハウジング６０である。
【００２５】
ハウジング６０の貫通孔６１には機内Ａ側に機内部６６が形成されている。この機内部６６に対し、ハウジング６０には外部Ｂ側に内周溝状の第１シール部取付室２６が形成されており、第１シール部取付室２６は機内部６６と間隙を介して連通している。この第１シール部取付室２６には、第１シール部１４が配置されている。この第１シール部１４はメカニカルシールに構成されている。このメカニカルシールの代わりにセグメントシール、Ｏリング等のシール装置を用いることができる。
【００２６】
第１シール部１４のメカニカルシールは静止用密封環１４Ａと回転用密封環１４Ｂから構成されている。静止用密封環１４Ａはハウジング６０の凸部に密封に嵌合して回動不能に保持されている。
一方、回転用密封環１４Ｂは、第１スリーブ５１Ａに設けられたフランジ部５１Ａ３に軸方向のみ移動自在に保持されている。そして、互いの相対シール面１４Ｃで密接して被密封流体をシールする。
【００２７】
第１シール部取付室２６の第１シール部１４より外部Ｂ側には、流入通路２０が連通している。この流入通路２０は第１シール部取付室２６と流体室６３との間の連通路２２に連通させることも可能である。又、連通路２２の流体室６３側は回転軸５０とハウジング６０の貫通孔６１との間が狭い間隙２３に形成されている。
この流入通路２０から、サラダ油等の作動油であるシーラントＳが供給される。この作動油の圧力は被密封流体の圧力とほぼ同じ圧力、又は若干低圧（数字的には被密封流体の圧力より０．０１から０．５ＭＰａ位い低い圧力）の圧力に構成されている。
この被密封流体の圧力より低圧の圧力差は、第１シール部１４の耐圧機能範囲内にする必要がある。この耐圧機能範囲に保持すれば、被密封流体の圧力により第１シール部１４の耐圧性が低下するのを防止できるからである。
【００２８】
更に、第１シール部取付室２６より外部Ｂ側には、流体室６３が形成されている。この流体室６３には一方の機内部６６側の端面に第１固定ピン６５Ａが固着されていると共に、他方の外部Ｂ側の端面に第２固定ピン６５Ｂが固着されている。更に、流体室６３より外部Ｂ側には溝状の第２シール部取付室６９が設けられている。
【００２９】
更に、ハウジング６０には第２シール部取付溝６９に連通する流出通路６７が形成されている。
この流出通路６７は、ハウジング６０に連結された第２配管７２に連通している。この第２配管７２の下流にはバルブＶ２を介して貯蔵タンクＴが設けられている。更に、貯蔵タンクＴに第２配管７２により連通してポンプＰＦが設けられている。そして、後で詳述するフローティングリング２により減圧されたシーラントＳは、流出通路６７と第２配管７２を介して貯蔵タンクＴに戻されて収容される。
【００３０】
更に、このシーラントＳは、貯蔵タンクＴからポンプＰＦの作動により、Ｐ１の圧力に変換されて第１配管７１を介して流入通路２０に戻される。シーラントＣを圧送するポンプＰＦは、特殊のポンプを用いることなく、安価なポンプを用いることが可能である。
【００３１】
このようにして、シーラントＳは流体室６３を介して減圧された後に循環されて、流入通路２０に戻される。このシーラントＳの圧力は、４０ＭＰａの圧力で流入通路２０から第１シール部取付室２６に流入し、第１シール部１４と流体室６３との間の連通路２２を通って流体室６３に流入する。この連通路２２には流体室６３側の回転軸５０と貫通孔６１との間に狭い間隙２３が形成されているので、この間隙２３でもシーラントＳの圧力は減圧される。
更にシーラントＳは、次の流体室６３を通過するときに後述するフローティングリング２により４０ＭＰａの圧力Ｐ１が０．１から３ＭＰａの圧力Ｐ２に減圧される。
このシーラントＳの粘度は高粘度であれば、その粘度の高度に応じて減圧力が大きくなる。又、フローティングリング２と回転軸５０との減圧間隙７の寸法の大小とも粘度による減圧効果が関係する。
【００３２】
流体室６３には、フローティングリング２が配置されている。フローティングリング２は、内周面が減圧内面３に形成されている。そして、フローティングリング２の減圧内面３と回転軸５０に嵌着された第１スリーブ５１Ａの外周面５１Ａ１との間が減圧間隙７に形成されている。この減圧間隙７は、シーラントＳ（例えば、サラダ油）の粘度及び速度、並びにフローティングリング２の軸方向の長さに関係して減圧効果が生じる。
この減圧内面３には更に、後述する実施例のごとくラビリンスシールを設けて減圧効果を向上させることができる。減圧内面３にラビリンスシールを設けることにより、フローティングリング２の軸方向長さが短縮でき、小型化が可能となる効果を奏する。更に、減圧内面３をテーパ面に形成して減圧効果を発揮させることも可能である。
又、フローティングリング２の径の大きさにも減圧効果が関係する。
これらのデータを考慮してフローティングリング２は設計される。このフローティングリング２と回転軸５０との減圧間隙７の寸法は０．０１から０．５mmの範囲に形成されている。更に好ましくは、減圧間隙７を０．０５から０．２mmにすると良い。
【００３３】
更に、フローティングリング２は、シーラントＳが流入する流入口側が流体室６３の端面と近接する対向端面４に形成されている。又、外部Ｂ側がシール面５に形成されている。このシール面５は、流体室６３の端面と対向端面４との間に周方向へ複数に配置されたコイルスプリング１０により押圧されて静止環１１の対向シール面１２と密接している。
更に、対向端面４には第１係止凹部６が形成されており、この第１係止凹部６に第１固定ピン６５Ａが係合してフローティングリング２が回転軸５０と共に回動しないように保持されている。そして、フローティングリング２は第１スリーブ５１Ａの外周面５１Ａ１の外周側に径方向へフリー状態に保持されている。
【００３４】
静止環１１は、フローティングリング２の外部Ｂ側に配置されている。この静止環１１は対向シール１２と反対の端面に第２係止凹部が形成されており、この第２係止凹部に第２固定ピン６５Ｂが係止している。尚、静止環１１は、フローティングリング２の一部品であり、第１スリーブ５１Ａとの間隙がフローティングリング２の減圧間隙７とほぼ同一に構成されている。このフローティングリング２と静止環１１は耐圧強度を有する金属材料であれば良く、例えば、ＳｉＣセラミック、超硬合金等より製作される。尚、シール面５は対向シール面１２に対しては回動はせずに径方向へ微少な揺動が生じるだけである。
【００３５】
フローティングリング２の外部Ｂ側の第２シール部取付室６９には、第２シール部１５が設けられている。第２シール部１５は、メカニカルシールに構成されている。
このメカニカルシール１５は、回転用密封環１６のシール面１６Ａと、静止密封環１７の対向シール面１７Ａとを密接させてシーラントＳをシールする。
又、この第２シール部取付溝６９の外周面には、シール面１６Ａと対向シール面１７Ａとの相対摺動面を冷却する堰２５が設けられている。そして、フローティングリング２側から流入したシーラントＳを堰２５を介してメカニカルシール１５側に近接流入させ、相対摺動するシール面１６Ａ、１７Ａを冷却している。又、第２シール部１５の他の実施例として、長方形断面のカーボン材製シールリングと、このシールリングの外周面と結合するカバーリングと、カバーリングの外周にガタースプリングを嵌合した構成のセグメントシールを配置することもできる。そして、第２シール部１５により、フローティングリング２で減圧されたシーラントＣを外部Ｂ側へ漏洩しないようにシールすると共に、シールした流体を流出通路６７へ流すようにする。
【００３６】
この第２シール部１５は、ゴム材製のシールリップを用いることもできる。この第２シール部１５は、低圧力のシーラントＳが外部Ｂへ漏洩するのを防止すればよいから、シーラントＳ側のみシールする片面シールにすることが可能である。 更に１実施例として、ゴム材製のパッキン、ゴム材製のＯリング等も利用できる。
【００３７】
更に、回転軸５０にはスリーブ５１が嵌着されている。このスリーブ５１は、３個の第１スリーブ５１Ａ、第２スリーブ５１Ｂ、第３スリーブ５１Ｃから構成されている。この内の第１スリーブ５１Ａの外周面５１Ａ１は、樹脂、表面焼き入れ又は金属のコーテングが施されて表面処理されている。このスリーブ５１Ａの表面処理された被覆層５１Ａ２は、フローティングリング２との摺動に対応して耐久性を発揮するようにされている。
第１スリーブ５１Ａの端面の外部Ｂ側には、回転用密封環１６を回転軸５０と共に回転可能に保持する第２スリーブ５１Ｂが設けられている。更に、第２スリーブ５１Ｂの外部Ｂ側には、軸受用の第３スリーブ５１Ｃが回転軸５０に嵌着している。更に、第１スリーブ５１Ａと第２スリーブ５１Ｂと第３スリーブ５１Ｃの一部の内周面１８に嵌着する固定スリーブ５３が回転軸５０に嵌着している。そして、各スリーブ５１はドライブピン５５Ａ、５５Ａを介して係合し、共に回動するように連結されている。
【００３８】
第２スリーブ５１Ｂのフランジ部５１Ｂ１に固定されたドライブピンは、回転用密封環１６の凹部と係止し、回転用密封環１６を回転軸５０と共周りするように回動させる。又、回転用密封環１６はフランジ部５１Ｂ１に取り付けられた複数のコイルばね１９により静止用密封環１７方向へ押圧されている。フローティングリング２側から減圧されて流入するシーラントＳは、この回転用密封環１６のシール面１６Ａと静止用密封環１７の対向シール面１７Ａとの密接によりシールされる。
【００３９】
以上のように、フローティングリング２と第１スリーブ５１Ａとの間に形成された減圧間隙７によりシーラントＳの圧力は減圧される。
このとき、１実施例として、シーラントＳの圧力は６５ＭＰａである。
又、その流量は１０から１５ｌ／ｍｉｎである。
一方、減圧間隙７の寸法は０．０５から０．２mmに構成されている（この減圧間隙７の寸法は、０．０２から０．５mmの範囲について良好な結果が得られているが、シーラントＳの圧力、粘度、流速と、フローティングリング２の軸方向の長さ、径の大きさ及びラビリンスシール等の形状により決定される）。
【００４０】
この状態で軸封装置１を実験した結果は、流入通路２０内の６５ＭＰａ圧力が、第２配管７２内では３ＭＰａ圧力に減圧された。しかも、第２シール部１５からのシーラントＳの漏れは認められない。更に、第２シール部１５に変形や不具合は認められないし、シール能力は良好であると認められる。
【００４１】
第３スリーブ５１Ｃはハウジング６０に取り付けられた軸受５６Ａ、５６Ｂにより回転可能に支持されている。又、第３スリーブ５１Ｃはスラストベアリング５５により軸方向の力を支持している。そして、被密封流体の圧力及びシーラントＳの圧力に対して軸方向に支持している。
そして、軸受５６Ａ、５６Ｂとスラストベアリング５５とを潤滑する潤滑油Ｌは供給通路５７から供給される。この供給通路５７は第２シール部取付室６９に於ける第２シール部１５の外部Ｂ側に連通している。更に、ハウジング６０には第２シール部取付室６９より軸受５６Ａ、５６Ｂとスラストベアリング５５とを通過して排出通路５９に連通する循環通路５８が形成されている。排出通路５９は図示省略の循環装置に流入して浄化され、再度、供給通路５７へ圧送される。
【００４２】
この供給通路５７から潤滑油Ｌを供給することにより第２シール部であるメカニカルシール１５や軸受５６Ａ、５６Ｂ、スラストベアリング５５を潤滑すると共に冷却する。同時に、第２シール部取付室６９に流入した潤滑油Ｌの圧力により第２シール部１５を介してシーラントＳの圧力に対向し第２シール部１５に耐圧性を付与すると共に、シーラントＳの漏洩を防止する。このため、第２シール部１５は高度な機能を必要としないから、安価にすることが可能になる。
【００４３】
図２は、本発明に係わる第２実施の形態を示す軸封装置１の断面図である。
この図２は、図１のフローティングリング２と、スリーブ５１と、流出通路６７の位置と、第１シール部１４と、第２シール部１５を除いてほぼ同一である。このフローティングリング２は、静止環１１を不要とするものである。つまり、フローティングリング２の端部外周面は、ハウジング６０に於ける貫通孔６１の内周面にＯリング６８を介して嵌着されている。このＯリング６８は、ゴム材製であり、弾性変形が容易なシリコンゴム、アクリルゴム等のものを利用するとよい。
更に、フローティングリング２の減圧内面３はテーパ面３Ｂに形成されている。そして、減圧内面３には凹凸状のラビリンスシール３Ａが、図２では４個形成されている。
【００４４】
又、フローティングリング２は、図１の第１固定ピン６５Ａを不用とする。又、図１のコイルスプリング１０も不用にすることができる。しかし、コイルスプリング１０を付けたままでも良い。
更に、第１シール部１４は、第１スリーブ５１Ａと摺動密接する樹脂材製リング１４Ｄとゴム材製リング１４Ｅとを組み合わせて１体に形成したものである。この第１シール部１４の樹脂材製リング１４Ｄはカーボン材製にしても良い。
又、第１シール部１４のゴム状弾性材製リング１４Ｅは、材質を、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムなどが用いられる。
この第１シール部１４は、必要なら軸方向へ複数配置することもできる。この第１シール部１４の配列個数は被密封流体の圧力、温度、種類等により設計される。又、必要に応じてパッキン、Ｏリング等も利用できる。
【００４５】
又、流入通路２０は第１シール部１４と流体室６３との間の連通路２２に連通している。又、連通路２２の流体室６３側には間隙２３が形成されている。そして、シーラントＳは間隙２３でも減圧される。その減圧されたシーラントＳがフローティングリング２で更に減圧される。
この減圧されたシーラントＳは、流体室６３と第２シール部１５との間に形成された流出通路６７から流出する。
【００４６】
図３は、本発明に係わる第３実施の形態を示す軸封装置１の断面図である。
この図３は、図１の軸封装置１と同様に構成されている。相違する点は、フローティングリング２の減圧内面３に凹凸状のラビリンスシール３Ａが４個形成されている。このラビリンスシールは、１個又は２個でも良い。そして、第１シール部取付室２６に連通した流入通路２０から被密封流体とほぼ同圧又は、被密封流体の圧力より０．１から３ＭＰａ位低圧にされたシーラントＳが流入して第１シール部１４のメカニカルシールを介して被密封流体の圧力に対し反対側から対応し、被密封流体の漏洩を防止する。
【００４７】
更に、第２シール部１５は、第１スリーブ５１Ａと摺動密接する樹脂材製リング１５Ｄとゴム材製リング１５Ｅとを組み合わせて１体に形成したものである。この第２シール部１５の樹脂材製リング１５Ｄはカーボン材製にしても良い。
又、第２シール部１５のゴム状弾性材製リング１５Ｅは、材質を、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムなどが用いられる。
この第２シール部１５の個数は、構造的に複数にしても良い。その個数はシーラントＳの圧力、温度、種類等により設計される。又、必要に応じて１個のパッキン、Ｏリング等を配置することもできる。又、流出通路６７は図２と同様に流体室６３と第２シール部１５との間に連通している。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係わる軸封装置によれば、フローティングリングは耐強度、耐摩耗性の材料にすればよいので、シールのみを目的とするシール装置では得ることのできない耐久能力とシール能力が得られる効果を奏する。
又、耐圧のみを要件とするフローティングリングは材質のみでシーラントを介して被密封流体の圧力を支持するので、第１シール部を低圧機能にして安価にできる効果を奏する。
更に、フローティングリングは１個で高圧流体を減圧することが可能になるから、軸封装置全体を小型にできると共に、取付構造が簡単にできる効果を奏する。
【００４９】
又、シーラントの圧力を連通路とフローティングリングの減圧間隙により減圧して第１シール部を介して被密封流体を耐圧してシールし、この減圧されたシーラントを更に回収するので、シーラントの使用量が少なくて経済的である。
【００５０】
第１シール部と流体室との間の連通路に連通してハウジングと回転軸との間隙を介して流体室に連通しているので、フローティングリングでシーラントが圧力降下される前に流入通路と連通する連通路で圧力降下することができる効果を奏する。更に、ハウジングと回転軸との間隙で更なる圧力降下が可能になる効果を奏する。
このため、フローティングリングの減圧前段階で効果的に減圧することが可能になると共に、被密封流体の高圧力を支持して第１シール部が被密封流体の高圧力により損傷するのを防止する効果を奏する。そして、フローティングリングを低耐圧材にすることもできると共に、小型化を可能にする効果が期待できる。
【００５１】
第１シール部取付室に流入通路が連通しているので、被密封流体が高圧でも第１シール部取付室に流入するシーラントの圧力が被密封流体の圧力に近く、その被密封流体の圧力値とシーラントの圧力値との差が第１シール部の耐圧範囲であるので、第１シール部が圧力により故障するのを効果的に防止する。
【００５２】
又、潤滑油が第２シール部のベアリング側の第２シール部取付室に連通しているから、第２シール部取付室に供給される潤滑油の圧力により第２シール部が支持される。このために、第２シール部がシーラントの圧力を受けても反対側から潤滑油の圧力により支持されるので、シール能力と共に、シーラントの圧力に対する耐圧能力を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる１実施の形態を示す軸封装置の断面図である。
【図２】本発明に係わる２実施の形態を示す軸封装置の一部の断面図である。
【図３】本発明に係わる３実施の形態を示す軸封装置の一部の断面図である。
【図４】従来例の軸封装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 軸封装置
２ フローティングリング
３ 減圧内面
３Ａ ラビリンスシール
３Ｂ テーパ面
４ 対向端面
５ シール面
６ 第１係止凹部
７ 減圧間隙
１０ コイルスプリング
１１ 静止環
１２ 対向シール
１４ 第１シール部
１４Ａ 静止用密封環
１４Ｂ 回転用密封環
１４Ｃ 摺動面
１４Ｄ 樹脂材製リング
１４Ｅ ゴム状弾性材製リング
１５ 第２シール部
１５Ｄ 樹脂材製リング
１５Ｅ ゴム状弾性材製リング
１６ 回転用密封環
１６Ａ シール面
１７ 静止用密封環
１７Ａ 対向シール面
１８ 内周面
１９ コイルばね
２０ 流入通路
２２ 連通路
２３ 間隙
２５ 堰
２６ 第１シール部取付室
５０ 回転軸
５１ スリーブ
５１Ａ 第１スリーブ
５１Ａ１ 外周面
５１Ａ２ 被覆層
５１Ａ３ フランジ部
５１Ｂ 第２スリーブ
５１Ｂ１ フランジ部
５１Ｃ 第３スリーブ
５３ 固定スリーブ
５５ スラストベアリング
５５Ａ ドライブピン
５６Ａ 軸受
５６Ｂ 軸受
５７ 供給通路
５８ 循環通路
５９ 排出通路
６０ ハウジング
６０Ａ 第１ハウジング
６０Ｂ 第２ハウジング
６０Ｃ 第３ハウジング
６０Ｄ 第４ハウジング
６０Ｅ 第５ハウジング
６０Ｆ 第６ハウジング
６１ 貫通孔
６３ 流体室
６５Ａ 第１固定ピン
６５Ｂ 第２固定ピン
６６ 機内部
６７ 流出通路
６８ Ｏリング
６９ 第２シール部取付室
７１ 第１配管
７２ 第２配管
Ａ 機内
Ｂ 外部
Ｓ シーラント
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸封装置に関する。更に詳しくは、例えば、攪拌機などの高圧又は超高圧撹拌流体をシールするのに適した軸封装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関する関連技術として図４に示すメカニカルシールが存在する。図４は、高圧用メカニカルシールの断面図である。
図４に於いて、攪拌機１５０に於けるケーシング１５１に設けられた軸受部に回転軸１７５が回転自在に支持されている。そして、回転軸１７５がケーシング１５１の内部と外部に貫通状態に配置されている。この撹拌機１５０内は高圧の被密封流体（揚液）Ａが充填されている。
【０００３】
この回転軸１７５が貫通したケーシング１５１との間は、３つの空室１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃに区画されている。この各空室１５２は被密封流体Ａ側から順に第１空室１５２Ａ、第２空室１５２Ｂ及び第３空室１５２Ｃに形成されている。
この第１空室１５２Ａには、例えば、被密封流体Ａの圧力が２０ＭＰａの場合には、この被密封流体Ａの圧力より１段下げた１５ＭＰａの圧力流体を第１配管１５３Ａを介して供給されている。次に、第２空室１５２Ｂには第１空室１５２Ａ内の圧力より更に１段下げた１０ＭＰａの圧力流体を第２配管１５３Ｂを介して供給している。更に、第３空室には、第２空室１５２Ｂ内の圧力より更に１段下げた５ＭＰａの圧力流体を第３配管１５３Ｃを介して供給している。このように被密封流体Ａの高圧力に応じて段階的に圧力を一定圧づつ降下させるように多段階圧力の空室に構成される。
このような手段を講じないと、高圧力により第１メカニカルシール装置１１０が破損することになる。
【０００４】
この第１空室１５２Ａ、第２空室１５２Ｂ及び第３空室１５２Ｃには、各々メカニカルシール装置１１０、１２０、１３０が内在し、この各メカニカルシール装置１１０、１２０、１３０は、被密封流体Ａ側から外部に向かって順に第１メカニカルシール装置１１０と、第２メカニカルシール装置１２０と、第３メカニカルシール装置１３０とが配置されている。
第１メカニカルシール装置１１０は、被密封流体Ａが高圧であるために高圧用のメカニカルシール装置である。更に、第２メカニカルシール装置１２０、第３メカニカルシール装置１３０も圧力に応じて高圧用メカニカルシール装置１２０、１３０が用いられている。
【０００５】
攪拌機１５０等の被密封流体Ａは、高圧流体であるために、メカニカルシール装置１１０、１２０、１３０が用いられているものであって、ゴム状弾性材製のパッキンでは耐圧能力に問題が生じるので採用できない。このメカニカルシール装置１１０、１２０、１３０は、高圧流体用であり、その構成は、回転軸１７５にＯリングを介してスリーブ１１１が嵌着されている。又、スリーブ１１１の段部には、ばね座用の支持部１１２が嵌着されている。又、スリーブ１１１の端部側に回転密封環１１３がＯリングを介して移動自在に嵌合している。そして、支持部１１２に保持されたコイルスプリング１１４が回転密封環１１３を押圧するように装着されている。
一方、回転密封環１１３の摺動シール面１１３Ａに密接する対向シール面１１５Ａを設けた静止用密封環１１５が、Ｏリングを介してケース１５１の保持部に嵌着している。
【０００６】
第２メカニカルシール装置１２０及び第３メカニカルシール装置１３０も第１メカニカルシール装置１１０と同様に構成されている。
この第１メカニカルシール装置１１０は、第１空室１５２Ａ内の被密封流体Ａの圧力より１段低くされた圧力と協働して高圧の被密封流体Ａを効果的にシールしている。又、第２メカニカルシール装置１２０も同様にして、第２空室１５２Ｂ内の２段階に低圧にされた流体圧力と協働して第１空室１５２Ａ内の圧力流体をシールしている。更に、第３メカニカルシール装置１３０も同様にして３段階に引き下げられた第３空室１５２Ｃ内の流体圧力と協働して第２空室１５２Ｂ内の圧力流体をシールしている。このように、段階的に低圧にされた各空室内で高性能のメカニカルシール装置により段階的にシールすることにより初めて高圧の被密封流体Ａをシールすることが可能になる。つまり、高圧力の流体に対しては、その高圧力に対し段階的に圧力を降下して対応しない限り、１個のメカニカルシール装置で対応しようとしても、高圧流体に耐られずに、メカニカルシール装置が早期に摩耗・損傷することになる。
【０００７】
このために、多数の高価なメカニカルシール装置を用いなければ成らず、シールするための構造が大型になる問題が存する。更に、段階的なメカニカルシール装置の内の１個のメカニカルシール装置が故障すると、その両側の圧力差が大きくなるので、この圧力差が原因となって多段のすべてのメカニカルシール装置が故障することになる。更に、多段のメカニカルシール装置は、メカニカルシール装置の組立作業と共に、その取付のための加工が困難であり、コスト高に成っている。
更には、多段に各空室内に圧力が異なる圧力流体を供給することは、ポンプ及びその制御装置がコスト高になる問題がある。又、その流体圧力の制御が困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする課題は、高価なメカニカルシール装置を多数個配列しなければならないので、軸封装置全体が高価に成る問題があるが、この問題を解決してシール装置を安価にすることにある。
更に、高圧被密封流体をシールするためには、多段階に多数のシール装置を取り付けなければならないので、構造が大型になる問題があるが、軸封装置の取り付ける場所を小さくして軸封装置を小型にすることにある。
又、高圧力の被密封流体に対して耐圧性とシール能力を発揮し、且つ被密封流体の圧力による故障を防止した軸封装置を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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って、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
【００１０】
請求項１に係わる本発明の軸封装置は、ハウジングと回転軸との間で被密封流体をシールする軸封装置であって、前記被密封流体側に設けられて前記被密封流体をシールする第１シール部と、前記第１シール部より低圧側に有する第２シール部と、前記第１シール部と前記第２シール部の間に有する流体室と、前記流体室の第１シール部側に連通する連通路と連通してシーラントを前記連通路へ流入させる流入通路と、前記流体室内に配置されて前記連通路から流入するシーラントを前記回転軸との間で減圧する減圧内面を有するフローティングリングと、前記流体室に連通して減圧されたシーラントを流出させる流出通路と、を具備し、前記第１シール部は前記被密封流体を遮断するとともに前記シーラントが被密封流体側へ漏洩するのをシールする構成にされたものである。
【００１１】
この請求項１に係わる本発明の軸封装置では、フローティングリングで被密封流体に対応する高圧力のシーラントを減圧し、第１シール部を耐圧に機能変換するものである。このためにフローティングリングは耐強度、耐摩耗性のみの機能材質にすればよいので、シールを目的とするシール装置では得ることのできない減圧効果の大きいフローティングリングと低コストのシール部との組み合わせで耐久能力とシール能力を発揮する軸封装置が容易に得られる。
【００１２】
又、フローティングリングはシーラントの圧力を減圧して第２シール部へ流すので、第１シール部を低圧用のシール部にすることができ、しかも安価にすることが可能になる。更に、フローティングリングは１個で高圧流体を減圧することが可能になるから、軸封装置を小型にできると共に、取付構造を簡単にすることが可能になる。更に、フローティングリングの上流に設けられた連通路でシーラントがフローティングリングにより堰止めされて減圧されるので、シーラントの減圧効果に優れる。
【００１３】
請求項２に係わる本発明の軸封装置は、前記流入通路が前記第１シール部と前記流体室との間の連通路に連通すると共に、前記ハウジングと前記回転軸との間隙を介して前記流体室に連通しているものである。
【００１４】
この請求項２に係わる本発明の軸封装置では、第１シール部と流体室との間の連通路に連通してハウジングと回転軸との間隙を介して流体室に連通しているので、フローティングリングでシーラントが圧力降下される前に流入通路と連通する連通路で圧力降下することができる。更に、ハウジングと回転軸との間隙で更なる圧力降下が可能になる。
このため、フローティングリングの減圧前段階で効果的に減圧することが可能になると共に、被密封流体の高圧力を支持して第１シール部が被密封流体の高圧力により損傷するのを効果的に防止することが可能になる。そして、フローティングリングを低耐圧材にすることもできると共に、第１シール部を簡単な機能のシール部を採用可能にする。その結果、軸封装置を小型化にして、安価にすることが可能になる。
【００１５】
更に、流入通路を第１シール部と流体室との間の連通路に連通しているので第１シール部と流体室とを近接した配置にすることが可能になる。このために第１シール部と流体室との全体を小型に構成できる。
【００１６】
請求項３に係わる本発明の軸封装置は、前記第１シール部と前記流体室との間の前記連通路のうちの第１シール部取付室に前記流入通路が連通すると共に、前記流入通路から流入するシーラントの圧力値が前記被密封流体の圧力値以下にされており、前記第１シール部の耐圧能力値が前記被密封流体の圧力値から前記シーラントの圧力値を引いた圧力値以上の範囲に構成されているものである。
【００１７】
請求項３に係わる本発明の軸封装置では、第１シール部取付室に流入通路が連通しているので、被密封流体が高圧でも第１シール部取付室に流入するシーラントの圧力が被密封流体の圧力に近く、その被密封流体の圧力値とシーラントの圧力値との差が第１シール部の耐圧範囲であるので、第１シール部が圧力により故障するのを防止することが可能になる。また、第１シール部の摺動面が高圧の流体圧力により摺動発熱や摩耗が生じても第１シール部取付室に直接に流入するシーラントにより冷却と洗浄とを行い第１シール部の耐久能力を発揮させることができる。
【００１８】
請求項４に係わる本発明の軸封装置は、前記第１シール部がメカニカルシール装置に構成されていると共に前記メカニカルシール装置の回転用密封環がスラストベアリングに支持されたスリーブに保持されているものである。
【００１９】
この請求項４の本発明の軸封装置では、回転用密封環がスリーブに保持されていると共に、スリーブがスラストベアリングにより回転可能に支持されているので、メカニカルシール装置のシールする摺動面を正確に支持することが可能になる。そして、耐圧性を発揮するメカニカルシール装置を採用することが可能になる。
【００２０】
請求項５に係わる本発明の軸封装置は、前記第２シール部の前記フローティングリング側と反対側に回転軸を回転可能に支持するベアリングを有し、前記ベアリングへ供給する潤滑油の供給通路を前記第２シール部が配置された第２シール部取付室に連通するものである。
【００２１】
この請求項５に係わる本発明の軸封装置では、潤滑油が第２シール部のベアリング側の第２シール部取付室に連通しているから、第２シール部取付室に供給される潤滑油の圧力により第２シール部が支持される。このために、第２シール部がシーラントの圧力を受けても反対側から潤滑油の圧力により支持されるのでシーラントの漏れが防止され、シール能力と共に、圧力に対する耐圧能力を発揮する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる好ましい実施の形態のシール装置を、その図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、所謂、特許用の概念図ではなく、寸法関係が正確な設計図である。
【００２３】
図１は本発明に係わる好ましい実施の形態を示す軸封装置１の断面図である。図１に於いて、ハウジング６０には回転軸５０が貫通する貫通孔６１が設けられている。シール用のハウジング６０は、第１ハウジング６０Ａと第２ハウジング６０Ｂと第３ハウジング６０Ｃ、第４ハウジング６０Ｄに分割されていると共にボルト６２Ｄを介して一体に結合されている。
更に、図示右側には軸受側の円筒状のハウジング６０Ｅと、エンドカバー状のハウジング６０Ｆが設けられている。このハウジング６０Ｅと、ハウジング６０Ｆはボルト６２Ｃを介してハウジング６０Ｂに取り付けられている。
【００２４】
そして、これらのハウジング６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆは基部のハウジング６０Ｇにボルト６２Ａを介して取り付けられる。
この第１ハウジング６０Ａと第２ハウジング６０Ｂと第３ハウジング６０Ｃと、第４ハウジング６０Ｄ、を含めてシール用ハウジング６０を構成する。又、第５ハウジング６０Ｅと第６ハウジング６０Ｆは軸受用ハウジング６０を構成する。
このシール用ハウジング６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄと軸受用ハウジング６０Ｅ、６０Ｆを含めて全体がハウジング６０である。
【００２５】
ハウジング６０の貫通孔６１には機内Ａ側に機内部６６が形成されている。この機内部６６に対し、ハウジング６０には外部Ｂ側に内周溝状の第１シール部取付室２６が形成されており、第１シール部取付室２６は機内部６６と間隙を介して連通している。この第１シール部取付室２６には、第１シール部１４が配置されている。この第１シール部１４はメカニカルシールに構成されている。このメカニカルシールの代わりにセグメントシール、Ｏリング等のシール装置を用いることができる。
【００２６】
第１シール部１４のメカニカルシールは静止用密封環１４Ａと回転用密封環１４Ｂから構成されている。静止用密封環１４Ａはハウジング６０の凸部に密封に嵌合して回動不能に保持されている。
一方、回転用密封環１４Ｂは、第１スリーブ５１Ａに設けられたフランジ部５１Ａ３に軸方向のみ移動自在に保持されている。そして、互いの相対シール面１４Ｃで密接して被密封流体をシールする。
【００２７】
第１シール部取付室２６の第１シール部１４より外部Ｂ側には、流入通路２０が連通している。この流入通路２０は第１シール部取付室２６と流体室６３との間の連通路２２に連通させることも可能である。又、連通路２２の流体室６３側は回転軸５０とハウジング６０の貫通孔６１との間が狭い間隙２３に形成されている。
この流入通路２０から、サラダ油等の作動油であるシーラントＳが供給される。この作動油の圧力は被密封流体の圧力とほぼ同じ圧力、又は若干低圧（数字的には被密封流体の圧力より０．０１から０．５ＭＰａ位い低い圧力）の圧力に構成されている。
この被密封流体の圧力より低圧の圧力差は、第１シール部１４の耐圧機能範囲内にする必要がある。この耐圧機能範囲に保持すれば、被密封流体の圧力により第１シール部１４の耐圧性が低下するのを防止できるからである。
【００２８】
更に、第１シール部取付室２６より外部Ｂ側には、流体室６３が形成されている。この流体室６３には一方の機内部６６側の端面に第１固定ピン６５Ａが固着されていると共に、他方の外部Ｂ側の端面に第２固定ピン６５Ｂが固着されている。更に、流体室６３より外部Ｂ側には溝状の第２シール部取付室６９が設けられている。
【００２９】
更に、ハウジング６０には第２シール部取付溝６９に連通する流出通路６７が形成されている。
この流出通路６７は、ハウジング６０に連結された第２配管７２に連通している。この第２配管７２の下流にはバルブＶ２を介して貯蔵タンクＴが設けられている。更に、貯蔵タンクＴに第２配管７２により連通してポンプＰＦが設けられている。そして、後で詳述するフローティングリング２により減圧されたシーラントＳは、流出通路６７と第２配管７２を介して貯蔵タンクＴに戻されて収容される。
【００３０】
更に、このシーラントＳは、貯蔵タンクＴからポンプＰＦの作動により、Ｐ１の圧力に変換されて第１配管７１を介して流入通路２０に戻される。シーラントＣを圧送するポンプＰＦは、特殊のポンプを用いることなく、安価なポンプを用いることが可能である。
【００３１】
このようにして、シーラントＳは流体室６３を介して減圧された後に循環されて、流入通路２０に戻される。このシーラントＳの圧力は、４０ＭＰａの圧力で流入通路２０から第１シール部取付室２６に流入し、第１シール部１４と流体室６３との間の連通路２２を通って流体室６３に流入する。この連通路２２には流体室６３側の回転軸５０と貫通孔６１との間に狭い間隙２３が形成されているので、この間隙２３でもシーラントＳの圧力は減圧される。
更にシーラントＳは、次の流体室６３を通過するときに後述するフローティングリング２により４０ＭＰａの圧力Ｐ１が０．１から３ＭＰａの圧力Ｐ２に減圧される。
このシーラントＳの粘度は高粘度であれば、その粘度の高度に応じて減圧力が大きくなる。又、フローティングリング２と回転軸５０との減圧間隙７の寸法の大小とも粘度による減圧効果が関係する。
【００３２】
流体室６３には、フローティングリング２が配置されている。フローティングリング２は、内周面が減圧内面３に形成されている。そして、フローティングリング２の減圧内面３と回転軸５０に嵌着された第１スリーブ５１Ａの外周面５１Ａ１との間が減圧間隙７に形成されている。この減圧間隙７は、シーラントＳ（例えば、サラダ油）の粘度及び速度、並びにフローティングリング２の軸方向の長さに関係して減圧効果が生じる。
この減圧内面３には更に、後述する実施例のごとくラビリンスシールを設けて減圧効果を向上させることができる。減圧内面３にラビリンスシールを設けることにより、フローティングリング２の軸方向長さが短縮でき、小型化が可能となる効果を奏する。更に、減圧内面３をテーパ面に形成して減圧効果を発揮させることも可能である。
又、フローティングリング２の径の大きさにも減圧効果が関係する。
これらのデータを考慮してフローティングリング２は設計される。このフローティングリング２と回転軸５０との減圧間隙７の寸法は０．０１から０．５mmの範囲に形成されている。更に好ましくは、減圧間隙７を０．０５から０．２mmにすると良い。
【００３３】
更に、フローティングリング２は、シーラントＳが流入する流入口側が流体室６３の端面と近接する対向端面４に形成されている。又、外部Ｂ側がシール面５に形成されている。このシール面５は、流体室６３の端面と対向端面４との間に周方向へ複数に配置されたコイルスプリング１０により押圧されて静止環１１の対向シール面１２と密接している。
更に、対向端面４には第１係止凹部６が形成されており、この第１係止凹部６に第１固定ピン６５Ａが係合してフローティングリング２が回転軸５０と共に回動しないように保持されている。そして、フローティングリング２は第１スリーブ５１Ａの外周面５１Ａ１の外周側に径方向へフリー状態に保持されている。
【００３４】
静止環１１は、フローティングリング２の外部Ｂ側に配置されている。この静止環１１は対向シール１２と反対の端面に第２係止凹部が形成されており、この第２係止凹部に第２固定ピン６５Ｂが係止している。尚、静止環１１は、フローティングリング２の一部品であり、第１スリーブ５１Ａとの間隙がフローティングリング２の減圧間隙７とほぼ同一に構成されている。このフローティングリング２と静止環１１は耐圧強度を有する金属材料であれば良く、例えば、ＳｉＣセラミック、超硬合金等より製作される。尚、シール面５は対向シール面１２に対しては回動はせずに径方向へ微少な揺動が生じるだけである。
【００３５】
フローティングリング２の外部Ｂ側の第２シール部取付室６９には、第２シール部１５が設けられている。第２シール部１５は、メカニカルシールに構成されている。
このメカニカルシール１５は、回転用密封環１６のシール面１６Ａと、静止密封環１７の対向シール面１７Ａとを密接させてシーラントＳをシールする。
又、この第２シール部取付溝６９の外周面には、シール面１６Ａと対向シール面１７Ａとの相対摺動面を冷却する堰２５が設けられている。そして、フローティングリング２側から流入したシーラントＳを堰２５を介してメカニカルシール１５側に近接流入させ、相対摺動するシール面１６Ａ、１７Ａを冷却している。又、第２シール部１５の他の実施例として、長方形断面のカーボン材製シールリングと、このシールリングの外周面と結合するカバーリングと、カバーリングの外周にガタースプリングを嵌合した構成のセグメントシールを配置することもできる。そして、第２シール部１５により、フローティングリング２で減圧されたシーラントＣを外部Ｂ側へ漏洩しないようにシールすると共に、シールした流体を流出通路６７へ流すようにする。
【００３６】
この第２シール部１５は、ゴム材製のシールリップを用いることもできる。この第２シール部１５は、低圧力のシーラントＳが外部Ｂへ漏洩するのを防止すればよいから、シーラントＳ側のみシールする片面シールにすることが可能である。 更に１実施例として、ゴム材製のパッキン、ゴム材製のＯリング等も利用できる。
【００３７】
更に、回転軸５０にはスリーブ５１が嵌着されている。このスリーブ５１は、３個の第１スリーブ５１Ａ、第２スリーブ５１Ｂ、第３スリーブ５１Ｃから構成されている。この内の第１スリーブ５１Ａの外周面５１Ａ１は、樹脂、表面焼き入れ又は金属のコーテングが施されて表面処理されている。このスリーブ５１Ａの表面処理された被覆層５１Ａ２は、フローティングリング２との摺動に対応して耐久性を発揮するようにされている。
第１スリーブ５１Ａの端面の外部Ｂ側には、回転用密封環１６を回転軸５０と共に回転可能に保持する第２スリーブ５１Ｂが設けられている。更に、第２スリーブ５１Ｂの外部Ｂ側には、軸受用の第３スリーブ５１Ｃが回転軸５０に嵌着している。更に、第１スリーブ５１Ａと第２スリーブ５１Ｂと第３スリーブ５１Ｃの一部の内周面１８に嵌着する固定スリーブ５３が回転軸５０に嵌着している。そして、各スリーブ５１はドライブピン５５Ａ、５５Ａを介して係合し、共に回動するように連結されている。
【００３８】
第２スリーブ５１Ｂのフランジ部５１Ｂ１に固定されたドライブピンは、回転用密封環１６の凹部と係止し、回転用密封環１６を回転軸５０と共周りするように回動させる。又、回転用密封環１６はフランジ部５１Ｂ１に取り付けられた複数のコイルばね１９により静止用密封環１７方向へ押圧されている。フローティングリング２側から減圧されて流入するシーラントＳは、この回転用密封環１６のシール面１６Ａと静止用密封環１７の対向シール面１７Ａとの密接によりシールされる。
【００３９】
以上のように、フローティングリング２と第１スリーブ５１Ａとの間に形成された減圧間隙７によりシーラントＳの圧力は減圧される。
このとき、１実施例として、シーラントＳの圧力は６５ＭＰａである。
又、その流量は１０から１５ｌ／ｍｉｎである。
一方、減圧間隙７の寸法は０．０５から０．２mmに構成されている（この減圧間隙７の寸法は、０．０２から０．５mmの範囲について良好な結果が得られているが、シーラントＳの圧力、粘度、流速と、フローティングリング２の軸方向の長さ、径の大きさ及びラビリンスシール等の形状により決定される）。
【００４０】
この状態で軸封装置１を実験した結果は、流入通路２０内の６５ＭＰａ圧力が、第２配管７２内では３ＭＰａ圧力に減圧された。しかも、第２シール部１５からのシーラントＳの漏れは認められない。更に、第２シール部１５に変形や不具合は認められないし、シール能力は良好であると認められる。
【００４１】
第３スリーブ５１Ｃはハウジング６０に取り付けられた軸受５６Ａ、５６Ｂにより回転可能に支持されている。又、第３スリーブ５１Ｃはスラストベアリング５５により軸方向の力を支持している。そして、被密封流体の圧力及びシーラントＳの圧力に対して軸方向に支持している。
そして、軸受５６Ａ、５６Ｂとスラストベアリング５５とを潤滑する潤滑油Ｌは供給通路５７から供給される。この供給通路５７は第２シール部取付室６９に於ける第２シール部１５の外部Ｂ側に連通している。更に、ハウジング６０には第２シール部取付室６９より軸受５６Ａ、５６Ｂとスラストベアリング５５とを通過して排出通路５９に連通する循環通路５８が形成されている。排出通路５９は図示省略の循環装置に流入して浄化され、再度、供給通路５７へ圧送される。
【００４２】
この供給通路５７から潤滑油Ｌを供給することにより第２シール部であるメカニカルシール１５や軸受５６Ａ、５６Ｂ、スラストベアリング５５を潤滑すると共に冷却する。同時に、第２シール部取付室６９に流入した潤滑油Ｌの圧力により第２シール部１５を介してシーラントＳの圧力に対向し第２シール部１５に耐圧性を付与すると共に、シーラントＳの漏洩を防止する。このため、第２シール部１５は高度な機能を必要としないから、安価にすることが可能になる。
【００４３】
図２は、本発明に係わる第２実施の形態を示す軸封装置１の断面図である。
この図２は、図１のフローティングリング２と、スリーブ５１と、流出通路６７の位置と、第１シール部１４と、第２シール部１５を除いてほぼ同一である。このフローティングリング２は、静止環１１を不要とするものである。つまり、フローティングリング２の端部外周面は、ハウジング６０に於ける貫通孔６１の内周面にＯリング６８を介して嵌着されている。このＯリング６８は、ゴム材製であり、弾性変形が容易なシリコンゴム、アクリルゴム等のものを利用するとよい。
更に、フローティングリング２の減圧内面３はテーパ面３Ｂに形成されている。そして、減圧内面３には凹凸状のラビリンスシール３Ａが、図２では４個形成されている。
【００４４】
又、フローティングリング２は、図１の第１固定ピン６５Ａを不用とする。又、図１のコイルスプリング１０も不用にすることができる。しかし、コイルスプリング１０を付けたままでも良い。
更に、第１シール部１４は、第１スリーブ５１Ａと摺動密接する樹脂材製リング１４Ｄとゴム材製リング１４Ｅとを組み合わせて１体に形成したものである。この第１シール部１４の樹脂材製リング１４Ｄはカーボン材製にしても良い。
又、第１シール部１４のゴム状弾性材製リング１４Ｅは、材質を、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムなどが用いられる。
この第１シール部１４は、必要なら軸方向へ複数配置することもできる。この第１シール部１４の配列個数は被密封流体の圧力、温度、種類等により設計される。又、必要に応じてパッキン、Ｏリング等も利用できる。
【００４５】
又、流入通路２０は第１シール部１４と流体室６３との間の連通路２２に連通している。又、連通路２２の流体室６３側には間隙２３が形成されている。そして、シーラントＳは間隙２３でも減圧される。その減圧されたシーラントＳがフローティングリング２で更に減圧される。
この減圧されたシーラントＳは、流体室６３と第２シール部１５との間に形成された流出通路６７から流出する。
【００４６】
図３は、本発明に係わる第３実施の形態を示す軸封装置１の断面図である。
この図３は、図１の軸封装置１と同様に構成されている。相違する点は、フローティングリング２の減圧内面３に凹凸状のラビリンスシール３Ａが４個形成されている。このラビリンスシールは、１個又は２個でも良い。そして、第１シール部取付室２６に連通した流入通路２０から被密封流体とほぼ同圧又は、被密封流体の圧力より０．１から３ＭＰａ位低圧にされたシーラントＳが流入して第１シール部１４のメカニカルシールを介して被密封流体の圧力に対し反対側から対応し、被密封流体の漏洩を防止する。
【００４７】
更に、第２シール部１５は、第１スリーブ５１Ａと摺動密接する樹脂材製リング１５Ｄとゴム材製リング１５Ｅとを組み合わせて１体に形成したものである。この第２シール部１５の樹脂材製リング１５Ｄはカーボン材製にしても良い。
又、第２シール部１５のゴム状弾性材製リング１５Ｅは、材質を、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムなどが用いられる。
この第２シール部１５の個数は、構造的に複数にしても良い。その個数はシーラントＳの圧力、温度、種類等により設計される。又、必要に応じて１個のパッキン、Ｏリング等を配置することもできる。又、流出通路６７は図２と同様に流体室６３と第２シール部１５との間に連通している。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係わる軸封装置によれば、フローティングリングは耐強度、耐摩耗性の材料にすればよいので、シールのみを目的とするシール装置では得ることのできない耐久能力とシール能力が得られる効果を奏する。
又、耐圧のみを要件とするフローティングリングは材質のみでシーラントを介して被密封流体の圧力を支持するので、第１シール部を低圧機能にして安価にできる効果を奏する。
更に、フローティングリングは１個で高圧流体を減圧することが可能になるから、軸封装置全体を小型にできると共に、取付構造が簡単にできる効果を奏する。
【００４９】
又、シーラントの圧力を連通路とフローティングリングの減圧間隙により減圧して第１シール部を介して被密封流体を耐圧してシールし、この減圧されたシーラントを更に回収するので、シーラントの使用量が少なくて経済的である。
【００５０】
第１シール部と流体室との間の連通路に連通してハウジングと回転軸との間隙を介して流体室に連通しているので、フローティングリングでシーラントが圧力降下される前に流入通路と連通する連通路で圧力降下することができる効果を奏する。更に、ハウジングと回転軸との間隙で更なる圧力降下が可能になる効果を奏する。
このため、フローティングリングの減圧前段階で効果的に減圧することが可能になると共に、被密封流体の高圧力を支持して第１シール部が被密封流体の高圧力により損傷するのを防止する効果を奏する。そして、フローティングリングを低耐圧材にすることもできると共に、小型化を可能にする効果が期待できる。
【００５１】
第１シール部取付室に流入通路が連通しているので、被密封流体が高圧でも第１シール部取付室に流入するシーラントの圧力が被密封流体の圧力に近く、その被密封流体の圧力値とシーラントの圧力値との差が第１シール部の耐圧範囲であるので、第１シール部が圧力により故障するのを効果的に防止する。
【００５２】
又、潤滑油が第２シール部のベアリング側の第２シール部取付室に連通しているから、第２シール部取付室に供給される潤滑油の圧力により第２シール部が支持される。このために、第２シール部がシーラントの圧力を受けても反対側から潤滑油の圧力により支持されるので、シール能力と共に、シーラントの圧力に対する耐圧能力を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる１実施の形態を示す軸封装置の断面図である。
【図２】本発明に係わる２実施の形態を示す軸封装置の一部の断面図である。
【図３】本発明に係わる３実施の形態を示す軸封装置の一部の断面図である。
【図４】従来例の軸封装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 軸封装置
２ フローティングリング
３ 減圧内面
３Ａ ラビリンスシール
３Ｂ テーパ面
４ 対向端面
５ シール面
６ 第１係止凹部
７ 減圧間隙
１０ コイルスプリング
１１ 静止環
１２ 対向シール
１４ 第１シール部
１４Ａ 静止用密封環
１４Ｂ 回転用密封環
１４Ｃ 摺動面
１４Ｄ 樹脂材製リング
１４Ｅ ゴム状弾性材製リング
１５ 第２シール部
１５Ｄ 樹脂材製リング
１５Ｅ ゴム状弾性材製リング
１６ 回転用密封環
１６Ａ シール面
１７ 静止用密封環
１７Ａ 対向シール面
１８ 内周面
１９ コイルばね
２０ 流入通路
２２ 連通路
２３ 間隙
２５ 堰
２６ 第１シール部取付室
５０ 回転軸
５１ スリーブ
５１Ａ 第１スリーブ
５１Ａ１ 外周面
５１Ａ２ 被覆層
５１Ａ３ フランジ部
５１Ｂ 第２スリーブ
５１Ｂ１ フランジ部
５１Ｃ 第３スリーブ
５３ 固定スリーブ
５５ スラストベアリング
５５Ａ ドライブピン
５６Ａ 軸受
５６Ｂ 軸受
５７ 供給通路
５８ 循環通路
５９ 排出通路
６０ ハウジング
６０Ａ 第１ハウジング
６０Ｂ 第２ハウジング
６０Ｃ 第３ハウジング
６０Ｄ 第４ハウジング
６０Ｅ 第５ハウジング
６０Ｆ 第６ハウジング
６１ 貫通孔
６３ 流体室
６５Ａ 第１固定ピン
６５Ｂ 第２固定ピン
６６ 機内部
６７ 流出通路
６８ Ｏリング
６９ 第２シール部取付室
７１ 第１配管
７２ 第２配管
Ａ 機内
Ｂ 外部
Ｓ シーラント
Claims (5)
- ハウジングと回転軸との間で被密封流体をシールする軸封装置であって、
前記被密封流体側に設けられて前記被密封流体をシールする第１シール部と、
前記第１シール部より低圧側に有する第２シール部と、
前記第１シール部と前記第２シール部の間に有する流体室と、
前記流体室の第１シール部側に連通する連通路と連通してシーラントを前記連通路へ流入させる流入通路と、
前記流体室内に配置されて前記連通路から流入するシーラントを前記回転軸との間で減圧する減圧内面を有するフローティングリングと、
前記流体室に連通して減圧されたシーラントを流出させる流出通路と、を具備し、前記第１シール部は前記被密封流体を遮断するとともに前記シーラントが被密封流体側へ漏洩するのをシールする構成にされたことを特徴とする軸封装置。 - 前記流入通路は前記第１シール部と前記流体室との間の連通路に連通すると共に前記ハウジングと前記回転軸との間隙を介して前記流体室に連通していることを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。
- 前記第１シール部と前記流体室との間の前記連通路のうちの第１シール部取付室に前記流入通路が連通すると共に、前記流入通路から流入するシーラントの圧力値が前記被密封流体の圧力値以下にされており、前記第１シール部の耐圧能力値が前記被密封流体の圧力値から前記シーラントの圧力値を引いた圧力値以上の範囲に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に記載の軸封装置。
- 前記第１シール部がメカニカルシールに構成されていると共に前記メカニカルシールの回転用密封環がスラストベアリングに支持されたスリーブに保持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に記載の軸封装置。
- 前記第２シール部の前記フローティングリング側と反対側に前記回転軸を回転可能に支持するベアリングを有し、前記ベアリングへ供給する潤滑油の供給通路を前記第２シール部が配置された第２シール部取付室に連通す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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