JP2000501494A - エアチャージを備えたベアリングアイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本件発明は汚染物を除去するために空気パージを使用している改良されたシールを開示している。このシール（１）はスピンドル（１０）において大変有用であり、組み合わせたロッキングリング及びデフューザーリング（１８）を使用してシール部材（１）内の空気を拡散している。加圧空気がデフューザー（１８）から少なくとも１つの凹み又は室（３１）へ通り、該凹み又は室はシール（１）のロータ内にあり、かつロータとしてのその回転のため、該凹み又は室は遠心効果を提供して液体又は空気を含む汚染物を有効にかつ完全に除去し、こうして汚染物がベアリングへ到達することを防止し、これによりシール又はべアリングアイソレータを保護している。ベアリングアイソレータ又はシール要素は空気圧力と共に又は空気圧力なしで有効に機能するが、デフューザー（１８）及びロッキング要素へ付与される非常に僅かの空気圧力によりより一層効果的に作動する。

Description

【発明の詳細な説明】 エアチャージを備えたベアリングアイソレータ 発明の背景 １）発明の分野 本件発明はベアリングのシールに関し、特に汚染物が存在しており該汚染物を ベアリングから断絶しなければならないような高速環境下での使用におけるべア リングシールの分野に関する。 ２）従来の技術 マシンツールスピンドルはそれらが高速度回転（？）するため、汚染物がベア リングと相互に作用することを最大限に少なくし又は最大限に全体的減少を図る ことの要求が発生し、その結果、シール及びスピンドル製造に関する絶えること のない問題が存在している。シール製造に関してエアパージを付与することがベ アリングの保護を改良し即ちエアパージとの結合によりシール機構を使用するこ とがベアリングの保護を改良すると長い間思われていた。これまではリップシー ルやラビリンスパターン等がエアパージと組み合わされていた。エアパージ圧力 は通常５〜７ｐｓｉでありこの圧力がリップシールラビリンスパターンの外部又 は内部若しくは中間部に付与されていた。シールと組合わさっているリップシー ル付きのこれらのラビリンスパターンは非常に満足であるというものではなかっ た。特にこのシールは大量の冷却剤の氾濫及び衝突を受け、実質的に大量の冷却 剤がラビリンスパターンとリップシールとの間の空間に集積する。そしてこのリ ップシールは実質的にベアリングとこの集積された汚染物及び冷却剤との間の単 一のシール部材をなしているのである。圧力及び摩擦のために、このシールは大 量の摩耗を受け、最終的に汚染物又は冷却剤がリップシールを介して侵入すると いうことが常に起こっている。 回転速度（？）は全てのシール装置に影響する要素であり、リップシールは低 い周速でより良く作動し他のタイプのシールよりも寿命が短い。 エアパージは米国特許第５３７８０００号に示されかつ記載されているような ベアリングアイソレータと共に作動しているが、あまり芳しいものではない。 これまでのエアパージは空気をベアリングアイソレータの外部へ指向しており 、ベアリングアイソレータは今ではリップシールを取って代わっている。この装 置は少なくとも２つの欠点を有しておりかつベアリングアイソレータの前面へエ アパージを指向することが冷却剤及び屑を含む空気を圧力によってアイソレータ を介してかつベアリングハウジング内へ流すため完全には満足なものではない。 幾分かの小片又は金属粉がベアリングアイソレータの周りに空気圧力によって捕 捉され摩耗を増大しベアリング効果を減少しているのである。 ベアリングアイソレータのシール機構を理論的に改良するための空気を使用す る別のシステムはハウジングを加圧することである。この圧力は通常５／１０ｐ ｓｉ〜２ｐｓｉであり、一般にはベアリング間におけるハウジングの中間点に導 入されている。この構造においては、空気が適切に付与されると、ベアリングア イソレータと一緒に機能する。しかしながら、空気がベアリングへ直接導入され ればされるほど、空気の清潔さが非常に重要となる。また、潤滑剤の漏出及びベ アリングアイソレータ内の温度上昇を防止するために最大内部圧力を制限するこ とが非常に重要である。このベアリングハウジングへ対する圧力の付加は特に周 速の遅い又は停止している軸のベアリングアイソレータ効果を改善するが示され ている。 べアリングアイソレータの使用に空気を組み合わせた別の例では、べアリング アイソレータの内方へ空気を導入しており、通常のリップシール又はその他の制 限装置によってハウジングから空気をシールするよう試みられている。空気パー ジ内の水分又はその他の汚染物を逃がすため開口が使用される。このような構造 では、リップシール又はその他の制限装置がやはり重大な部材であり、シール効 果の寿命及び品質を制限している。この構造は更に、主に、より低い周速のスピ ンドル又は軸に適している。 しかして、リップシールを使用せず、かつ同時に必ずしも清浄化しない即ち流 体を含んでいる汚染物を含有しているような空気供給を使用することが出来るシ ールシステムを有することは重要である。汚染物は、特に高周速の場合に、リッ プシールを介して移動するであろう。発明の概略 本件発明は、ベアリングアイソレータ及び通常のエアーパージ機構によってベ アリングから汚染物を拘束するようになっている。ベアリングを空気圧力及びそ こに含まれている汚染物から隔離すると共に、シール状態を改善するため空気圧 力を使用出来ることは本件発明の基本的な改善点である。 本件発明は、改良されたシール機構を提供しており、これにより積極的な汚染 物追放によって、このシールは、高速度においても長い耐用寿命を有する。本件 発明は更に軸が静止しているときに積極的な汚染物追放を提供している。 ベアリングを収容しているハウジングは、しばしば、ハウジングの外部圧力、 即大気圧よりも僅かに低い圧力で作動される。この発明においては、ロータ及び ステータの面が互いに衝接し軸線方向に一緒にロックされている。 本件発明は、たとえこのシールのベーシックシールリングが外れても、高周速 にてシール機構を提供し、空気圧力がシールを補強しかつ常に積極的なシール機 構を提供する。この空気パージシステムは、シール機構が汚染物を放逐しシール を通気するよう形成されている。本件発明のシール機構は静的又は動的状態にて 空気圧力の付与がないが、ベアリングへ対して汚染物の流れを防止し続ける。 もし空気流が停止され、邪魔され又は使用されないなら、ベアリングシールア イソレータは通常の状態で作動してべアリング部分への汚染物の流入を阻止する のである。 図面に関する記載 図１は、シールを補助するための空気システムを含んでいる、ハウジング内へ のシールの組立体の詳細を示す断面図である。 発明の詳細な記載 本件発明の新規なシール１はハウジング９へ取り付けられたステータ１３と共 に図示されている。ロータ１４が軸１０へ固着されかつリング部材１７によって 駆動される。本件発明の新規なシール機構は、ハウジング９とステータ１３との 間をシールするシール１６を有することも可能であり又は有しないことも可能で ある。軸１０はハウジング９を介して伸びており、かつステータ１３及びロータ １４を含むシール１によって取り囲まれている。ロータ１４は軸１０へ取り付け られており、かつ駆動部材即ちリング部材１７によって軸１０と一緒に回動する 。シーリングリング２２、凹み２１，２５及びロータ１４及びステータ１３に形 成された対応するラビリンスがハウジング９の凹み３１内へ汚染物を含む物質の 浸入及び放出を有効にシールするように機能している。本件発明の新規なシール のこれらの要素は公知の技術において存在しているものである。 本件発明の新規なシールによって提供される改良点はエアキャップ１２へ接続 されている空気圧力源１５からの空気圧力の使用を含むことである。このキャッ プ１２は閉鎖されることが出来、又は溝若しくは空気通路１９内へキャップ空間 １２を介して空気圧が入り込むことを可能としている。通常０〜１０ｐｓｉ程度 の圧力を有する高圧空気がデフューザーリング１８へ指向され、空気圧力が均一 にシール１の周辺にかつ第１空気室即ち凹み２１内へ分与されるようにしている 。このデフューザーリング１８は更にロータ１４とステータ１３とを一緒にロッ クし、ロータ１４とステータ１３との間の軸線方向運動を制限している。ステー タ１３とロータ１４との間の面３２はデフューザーリング１８によって所定位置 へ保持されている。デフューザーリング１８は通路１９と凹み２１とを連結して いる通路１８ａを有している。ロータ１４とステータ１３との間のロッキング力 はデフューザー１８によって提供されている。このデフューザー１８はステータ １ ３とロータ１４とに衝接し、更にステータ１３へ対して保持されている。 更に第１空気室２１が設けてあり、前記デフューザー１８からの空気は該第１ 空気室２１内へ移動し、次いで翼２４を含む遠心機力作用によって第２空気室即 ち凹み２５内へ移動し、かつ凹み２５及び第２翼２３の作用によって再度遠心作 用を受け、汚染物及び／又は幾分かの液体を凹み又は室２１、２５の外部へ移動 し、更にこのアイソレーター上のある位置、好ましくはベアリングアイソレータ ーの底部即ち６時の位置に設けてあるドレン４１を介して排出される。また堆積 物はロータ１４とステータ１３との間の通路３５によって形成されている出口３ ５を介して押し出されるであろう。静的状態の間における空気流は重力及び遠心 力のかかっていない空気とによって出口から流れ出るであろう。 もし軸１０が回転しておらず即ち静止状態にあるとき、重力及び空気流ドレン が多少の及び全ての汚染物を空気室２１、２３からを追い出し、こうして汚染物 がベアリングハウジングへ入ることを防止する。 空気圧力源１５から空気通路１９を介して空気がシール１へ付与されないとき 及び／又はエアキャップ１２が空気通路１９へ差し込まれている場合には、シー リングリング２２が制限通路として作用し続け、空気室２１及び２５内の空気又 は汚染物が外方へ出ることを保証している。シーリングリング２２は空気室２１ 及び２５内へ空気又は汚染物が流動することを防ぐ制限通路を提供している。こ れらの空気又は汚染物は更に出口３５を介して又は重力ドレン４１から外方へ押 し出されるであろう。 作動時に、駆動リング部材１７がロータ１４を駆動し、空気圧力源１５からの 空気圧力がキャップ１２及び空気通路１９を介して提供されると、デフューザー １８がこの空気を空気室２１内へ放出する。この空気室２１は当該空気室２１内 への及び遠心運動による外方への汚染物の運動を僅かに制限する部分を提供して いる。しかしてシーリングリング２２は、ステータ１３とロータ１４との間に凹 み２１，２３により形成された邪魔構造及び／又はラビリンスでもって、常にべ アリングハウジング３１内への汚染物の導入を阻止するように作用する。 要求される空気圧力及び空気量はいくつかの公知の空気パージシステムの圧力 よりも著しく少ない。また、空気供給中に含まれる汚染物を遠心分離出来るため 、公知の空気及び排気システムでは不可能であった安価で底品質の空気源でも使 用される。もしこの空気システムが作動されこの空気システムの欠陥が発生して も、本件発明のベアリングアイソレーターはシールとして満足に作動を継続する のである。 空気の付加は、ベアリングアイソレーターを横切る圧力及び／又は温度の僅か な相違のみにて、汚染物からの改良された保護及びシールを提供している。出口 ３５及び／又はドレン４１は、遠心作用によって強化された液体の流れに対し僅 かな抵抗を提供しており、汚染物及び液体をこの僅かな制限をする出口３５及び ／又はドレン４１から外方へ強制的に押し出している。このベアリングシールは 全ての条件下で極めて信頼性の高い状態で作用する。このことは改良されたシー ル作用を得るために、より少ない空気圧力及びより少ない空気量がデフューザー リング１８へ付与されることを必要としているのである。 好ましい具体例について記載したが、本件発明の別の特徴は、公知のものに対 して、図示された本件発明の具体例における種々の改良例及び変形例として、疑 いもなく起こるであろう。それらの全ては、添付の請求の範囲に記載の事項にお いて確定される本件発明の精神及び範囲から出ることなく、得られるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホウル，ニール アメリカ合衆国イリノイ州61284，テイラ ー・リッジ，ワンハンドレッドアンドサー ティナインス・アベニュー・コート・ウエ スト 14314

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ハウジングから突き出ている軸のためのシールであって： ａ）ハウジングと； ｂ）該ハウジングを介して伸びている軸と； ｃ）該ハウジングへ対して取り付けられかつ前記軸を取り囲んでいるシールと ； を有しており、 ｄ）該シールが： １）前記ハウジングへ取り付けられているステータと； ２）前記軸と一緒に回転するロータと； ３）前記ハウジングと前記ロータとの間に通路を有している前記ステータと ； ４）前記ステータに関する前記ロータの軸線方向運動を防止するロッキング 機構と； ５）汚染物を除去するため外部へ又はシールへ対する遠心力が付与された液 体の通路と共に、汚染物を含んでいる液体のための遠心機として機能している複 数の凹みと； ６）遠心力が付与された液体及び汚染物の流れのための前記凹みから該シー ルを出るための通路と； を有しているシール。 ２．前記ロッキング機構が前記ハウジングへ対する通路を前記複数の凹みへ接続 している複数の通路を含んでいる請求項１に記載のシール。 ３．前記複数の凹みが前記ロータ内へ形成された少なくとも第１凹みを含んでい る請求項１に記載のシール。 ４．前記複数の凹みが前記ステータと前記ロータとの間に形成された少なくとも 第２凹みを含んでいる請求項１に記載のシール。 ５．前記ロッキング機構が前記ロッキング機構の前記複数の通路の各々へ接続さ れている中央通路を含んでいる請求項２に記載のシール。 ６．前記遠心力が付与された液体の通路が前記ロータと前記ステータとの間に通 路を含んでいる請求項１に記載のシール。 ７．前記第２凹みからシールの外部まで、遠心力が付与された液体を除去するた めのドレンが設けてある請求項１に記載のシール。 ８．前記第１凹みが前記液体へ遠心を補助するための翼を有している請求項１に 記載のシール。 ９．前記第２凹みが前記液体へ遠心を補助するための翼を有している請求項１に 記載のシール。 １０．ハウジングから突き出ている軸のためのシールであって： ａ）ハウジングと； ｂ）該ハウジングを介して伸びている軸と； ｃ）該ハウジングへ対して取り付けられかつ前記軸を取り囲んでいるシールと ； を有しており、 ｄ）該シールが： １）前記ハウジングへ取り付けられているステータと； ２）前記軸と一緒に回転するロータと； ３）前記ハウジングと前記ロータとの間に通路を有している前記ステータと ； ４）前記ステータに関する前記ロータの軸線方向運動を防止するロッキング 機構と； ５）中央通路と、該中央通路へ接続された複数の通路と、を有している前記 ロッキング機構と； ６）液体へ遠心力を付与するための複数の凹みと； ７）遠心力が付与された液体が前記シールを出るための少なくとも１つの通 路と； を有しており、更に、 ｅ）加圧液体源と； ｆ）前記加圧液体源へ及び前記ロッキング機構内の前記中央通路へ接続されて いる、前記ハウジング内の前記通路と； ｇ）前記凹みへ接続された複数の通路を有し、それにより通路が前記シールを 出た後に、前記遠心を掛けられた加圧液体が汚染物を除去する、前記ロッキング 機構と； を有しているシール。 １１．前記中央通路が前記複数の通路へ接続されている請求項１０に記載のシー ル。 １２．前記複数の凹みが前記ロータ内へ形成された少なくとも第１凹みを含んで いる請求項１０に記載のシール。 １３．前記複数の凹みが前記ステータと前記ロータとの間に形成された第２凹み を含んでいる請求項１０に記載のシール。 １４．前記シールの外部へ対する前記通路が前記ロータと前記ステータとの間に ある通路である請求項１０に記載のシール。 １５．ドレンが前記第２凹みとシールの外部とを接続している請求項１０に記載 のシール。 １６．前記第１凹みが前記液体へ遠心を補助し汚染物を除去する補助をするため の翼を有している請求項１０に記載のシール。 １７．前記第２凹みが前記液体へ遠心を補助し汚染物を除去する補助をするため の翼を有している請求項１０に記載のシール。 １８．前記加圧された液体源を前記中央通路へ接続している前記ハウジングの通 路が閉じられている請求項１０に記載のシール。