JP2002147619A - パッキン組立体 - Google Patents

パッキン組立体

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】設計が単純かつ低コストで製造可能であり、寿
命が非常に長く、しかも機械シャフトを信頼性高く長時
間安定してシールする。 【解決手段】パッキン組立体１は、シャフト３上で浮上
するパッキン適合ユニット６を具える。パッキン適合ユ
ニット６はボールジョイント組立体５によってハウジン
グ２上で支持され、ボールジョイント組立体５はシャフ
ト３に向かって、およびシャフト３側から半径方向に軸
回転および並進運動が可能である。ボールジョイント組
立体５は中央孔を設けたボール部材２０を具え、このボ
ール部材２０はボールソケット２３内に収容される。ボ
ール部材２０の孔へ貫入する案内要素２５は、ボール部
材２０の中央孔の軸線に沿った並進方向の運動を案内す
る働きをなし、それによってボール部材２０の孔の軸線
は、実質的にシャフト３の中央長手方向軸線と直角に延
在する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械ハウジング内
で回転および／または振動する機械シャフトをシールす
るための、機械シャフト上で浮上した状態で配置される
ように適合させたパッキン適合部材と、機械ハウジング
に対する回転および／または軸線方向の運動を防ぐため
にパッキン適合部材を支持するように適合させたボール
ジョイント組立体とを具えるパッキン組立体に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】こうしたパッキン組立体は、例えば、回
転および／または振動するシャフトを有する工作機械の
加工チャンバー内側をシールするのに使用することがで
き、特にこうした機械および装置は、化学品、プラスチ
ック、食品、医薬品および化粧品工業において、製品の
混合、混練、可塑化および均質化に用いられている。
【０００３】加工チャンバーのシールの分野における基
本的な問題は、回転するシャフトが、多かれ少なかれ、
常に、正確な位置から外れて振り子運動をしたり、動力
学的な不釣り合いを示すと言う事実が見られることにあ
る。こうした誤りは、ここで議論するパッキン組立体の
シール特性に負の影響を与えることが理解される。なぜ
ならば、パッキン組立体のシール用パケットに対するシ
ャフトの半径方向に向かう相対運動が生じ、その結果シ
ール用パケットが大きな応力を受けるからである。特
に、シャフトの振り子運動は、こうしたパッキン組立体
のシール特性および寿命に負の効果をもたらすと断言す
ることができる。
【０００４】上述した問題は、大型で重く、かつ大きな
応力を受けるシャフト、特に、回転するだけでなく、同
時に振動するシャフトの場合に強調される。
【０００５】上述した問題を回避するため、これまで、
いわゆる浮上型シャフトシール用組立体が用いられてお
り、この組立体においては、シール用パケット適合部材
を機械シャフト上で浮上させて収容する。これら浮上型
シール用組立体と結合させて解決すべき問題は、シャフ
トの振り子運動および揺動を許容する自由度を保証す
る。これまでは、通常、機械シャフトの半径方向の曲げ
および振り子運動を許容する、弾性支持要素が用いられ
てきた。しかしながら、実験により、こうした弾性支持
要素の寿命は、特に大きな熱応力下では非常に限定され
ることが示された。さらに、弾性支持要素は比較的小さ
な捩り力のみに晒され得るものであり、比較的高い復元
力を示し、シール用パケットの寿命を減じさせることが
示される。
【０００６】ドイツ特許明細書第1,214,199号は、垂直
に延在する回転シャフトを取り付けるための装置を開示
している。この装置は、パッキン押さえをシャフト上で
浮上させて配置し、移動可能な折り畳み式ベローズ、パ
ッキン箱およびパッキン箱押さえと協働するハウジング
に対してシャフトをシールする。
【０００７】フランス特許明細書第2,450,393号は、ハ
ウジング壁を貫通して延在するシャフト部材をシールす
るためのシール用組立体を開示している。このシール用
組立体は、ハウジングとシャフトの間に浮上させて配置
したパッキン箱を含む。パッキン箱の回転を防止する手
段としてねじが設けられ、このねじはハウジングに固定
されてパッキン箱の溝と係合する。ハウジング壁とパッ
キン箱との間の防水シールはベローズ型シール用部材に
よって保証され、この部材は浮上するパッキン箱とハウ
ジングとの間の相対運動を許容する。
【０００８】イギリス特許明細書第684,373号は、回転
する混合・撹拌用シャフトを有する反応容器を開示して
いる。容器の壁を貫通して延在するシャフトをシールす
る目的で、反応容器の壁の両側にパッキン箱の形を取る
シール用部材を具える。パッキン箱のハウジングの一部
分は球面を示し、この面は環状要素によって支持され、
この環状要素は同様の球面を有し、反応容器の壁に溶接
されている。パッキン箱を静止して固定するために、反
応容器のハウジングにボルト締めした保持用キャップを
設けている。保持用キャップには、その上端に配置した
球形の内面が設けられ、同様の球形の表面部分を有する
パッキン箱ハウジングを支持する。こうした設計は反応
容器に対するシャフトの振り子運動を許容する。パッキ
ン箱と保持用キャップとの間の空間を満たすために、保
持用キャップを貫通して延在する複数の管が設けられて
いる。
【０００９】最後に、国際特許出願公開WO 94 21944号
は、パッキン箱を設けた自己調整型シャフト軸受を開示
している。このシャフト軸受は、その軸受チャンバーの
内面を規定する軸受ハウジングを具える。軸受ハウジン
グは、実質的に管状をなすベース部材および、このベー
ス部材にボルト締めされた閉鎖部材を具える。軸受チャ
ンバーはベース部材の最外端と閉鎖部材の内部との間に
配置されている。さらに、このシャフト軸受は管状の内
側要素を具え、この内側要素を貫通してシャフトが延在
する。この内側要素には半径方向に延在する二つのフラ
ンジ部材が設けられ、これらフランジ部材は軸受チャン
バーに対応して配置された軸受要素によって支持され
る。このシャフト軸受は回転および振動の両方の運動を
行うシャフトに適している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術に留意
すると、本発明の目的は、機械ハウジング内で回転およ
び／または振動する機械シャフトをシールするためのパ
ッキン組立体であって、機械シャフト上で浮上させて配
置するように適合させたパッキン適合部材を支持するた
めのボールジョイント組立体を有し、設計が単純かつ低
コストで製造可能であり、それにもかかわらず寿命が非
常に長く、しかも機械シャフトを信頼性高く長時間安定
してシールすることが保証されるパッキン組立体を提案
することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的および他の目的
に適合させるため、本発明は、機械内で回転および／ま
たは振動する、中心長手方向軸線を有するシャフトをシ
ールするためのパッキン組立体であって、シャフト上で
浮上した状態で配置されるように適合させたパッキン適
合部材と、機械ハウジングに対する回転および／または
軸線方向の運動を防ぐためにパッキン適合部材を支持す
るように適合させたボールジョイント組立体手段とを具
えるパッキン組立体を提供する。
【００１２】ボールジョイント組立体はボール部材を含
み、このボール部材には中央孔および、ボール部材を回
転可能に収容するソケット部材が設けられている。本パ
ッキン組立体は案内要素を更に具え、この案内要素はボ
ール部材に設けた中央孔へ貫入する案内部を有し、ボー
ル部材の、その中央孔の中央長手方向軸線に沿った並進
運動方向への案内に適合されている。それによって、ボ
ール部材の中央孔の中央長手方向軸線は、実質的に機械
シャフトの中央長手方向軸線と直角に延在することとな
る。
【００１３】提案されるパッキン組立体は、パッキン組
立体と機械シャフトとの間の並進方向の相対運動ならび
にパッキン組立体と機械シャフトとの間の相対的な振り
子運動の両方が最も遠く延在することを避ける。さら
に、ここで開示するボールジョイント組立体は実質的に
メンテナンスフリーである。シャフトおよび、そこで浮
上するように収容されるシール用パケット適合部材の振
り子運動は、それぞれボールジョイント組立体によって
吸収され、横方向の運動に変換される。ボールジョイン
ト組立体は更に、設計が単純で低コストで製造可能かつ
長寿命である。加えて、このボールジョイント組立体は
比較的低い復元力を示す。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下において、本発明に係る装置
の一実施形態を、添付図面を参照して更に説明する。
【００１５】以下、本発明に係るパッキン組立体の実施
形態の設計および動作原理を、図1を参照して説明す
る。
【００１６】符号1で示されるパッキン組立体は、通
常、機械ハウジング2と、この機械ハウジング2に回転お
よび／または振動するように取り付けられた機械シャフ
ト3との間に配置される。パッキン組立体1にはパッキン
適合ユニット6が設けられ、このユニットは収容箱また
はパッキン押さえの原理によって設計および操作される
ものである。パッキン適合ユニット6はシール用パケッ
ト9の収容および固定に適合されている。パッキング適
合ユニット6は機械シャフト3を取り囲む中空円筒スリー
ブ部材7を具える。スリーブ部材7の一端部には半径方向
内側へ突出する止めカラー8が設けられ、またスリーブ
部材7の他端部には内ねじ（図示せず）が設けられてい
る。シール用パケット9を固定するため、スリーブ部材7
との螺合に適合させた外ねじ（図示せず）を有するクラ
ンプ用ライナー10が設けられている。クランプ用ライナ
ー10の前面11とスリーブ部材7の止めカラー8との間に、
４個のシール用パケット9および１個の環状要素12、な
らびに別のシール用パケットおよび／または軸受リング
部材18が設けられている。クランプ用ライナー10には、
破線で示す円に沿って配置した多数の孔（図示せず）が
設けられ、これらの孔は、ねじ切りしたボルト（図示せ
ず）の収容に適合されている。これらのボルトは、前記
シール用パケット9を固定かつ圧縮するために、前記ク
ランプ用ライナー10の反対側の、スリーブ部材7の端部
領域内へねじ止めされる。
【００１７】パッキング組立体を支持し、それによっ
て、そのいかなる回転運動をも防ぐために、ボールジョ
イント組立体5が設けられている。ボールジョイント組
立体5は、中央に孔21を設けたボール部材20を具える。
ボール部材20はスリーブ部材7に固定されたボールソケ
ット23内で支持される。ボール部材20は、孔21の中心軸
線が機械シャフト3の中心長手方向軸線と直角に延在す
るように配置される。ボール部材20の中央孔21の軸線に
沿った並進運動方向への案内のために、ボール部材20の
中央孔21へと貫入する案内要素25が設けられている。案
内要素25は、通常、円筒形の前部26を有するねじ部材と
して設計される。案内要素25は支持部材30と螺合し、そ
れによって案内要素25の円筒形の前部26は支持部材30か
ら起立する。支持部材30は環状をなし、機械ハウジング
2に固定される。
【００１８】ボールジョイント組立体5は、図示のよう
に、シャフト3の中心軸線および回転軸線に直角な方向
の、シャフト3の傾斜運動ならびに並進運動に追従する
ことが可能である。機械シャフト3の振り子運動に、ボ
ール部材20のボールソケット23に対する回転が追従する
間、機械シャフト3の半径方向の曲げ変形、特に正確な
位置からの抜け、あるいは動的な不釣り合いによって始
まる機械シャフト3の曲げ変形は、ボール部材20と、ボ
ール部材20の孔21の中心長手方向軸線に沿った案内要素
25と、案内要素25の中心長手方向軸線それぞれの間の相
対的な並進運動を生じさせる。
【００１９】こうしたボールジョイント組立体5は、基
本的にパッキン組立体1を、その回転を防ぐように支持
するための剛体要素を構成し、それによってパッキン組
立体1は機械シャフト3上で浮くことが可能である。その
結果、パッキン組立体1の摩耗と、特にシール用パケッ
ト9の摩耗がかなり減少する。なぜならば、シール用パ
ケット9と機械シャフト3との間には回転運動および、特
に軸線方向への運動のみが生じるからである。ボール部
材20の中心孔21内を通る案内要素25の、円筒形の前部26
の摺動摩擦はゼロに近くなり、それによってシール用パ
ケット9に作用する不所望の変形力は事実上除去され
る。ボールジョイント組立体5自体は、従来公知の可撓
性支持組立体とは対照的に、本質的にメンテナンスフリ
ーかつ摩耗が無い。
【００２０】例えば、ボールジョイント組立体5を直接
または間接的に機械ハウジング2側へ固定し、案内要素2
5をパッキン組立体1側へ固定すれば、ボールジョイント
組立体5と案内要素25との間で動力学的に反対にした配
置もまた可能であることに注意されたい。
【００２１】加工チャンバー35に対して、スリーブ部材
7を支持部材30との間に配置した環状の隙間31のシール
を可能とするためにダイヤフラム32が設けられており、
その前面は支持部材30およびスリーブ部材7に固定され
る。加えて、あるいはこれに代えて、環状の隙間31をシ
ール用発泡材で充填することも可能である。
【００２２】環状要素12には、その外側に、機械ハウジ
ング2に面する第一の窪み13が、内側にはシャフト3に面
する第二の窪み14が設けられている。さらに、環状要素
12には、二つの窪み13，14を相互に接続する少なくとも
一つの孔15が設けられている。環状要素12の窪み13，14
は、機械ハウジング2を半径方向に貫通して延在する管
部材16と連通している。この管部材16によって、窪み1
3，14を液状またはガス状の媒体が流通することができ
る。それゆえ、例えば大気中の酸素がシール用パケット
9を通して加工チャンバー35内へ侵入可能となることが
排除される。
【００２３】軸受リング18は環状要素12とクランプ用ラ
イナー10との間に挿入されて平面軸受として作用し、パ
ッキン組立体1がシャフト3上で浮くことを補助する。軸
受リング18は、良好な自己潤滑特性を有するプラスチッ
ク材料で製造することが望ましい。軸受リング18の代わ
りに、あるいは軸受リング18に加えて、窪み13，14へ流
入させるのに使用する媒体が外部へ漏出するのを防ぐた
めに、一つまたはそれ以上のシール用パケットを挿入す
ることも可能である。
【００２４】パッキン適合ユニット6およびシール用パ
ケット9それぞれの領域におけるシャフト3の耐摩耗性を
向上させるために、シャフト3にはジャケット部材34が
設けられ、ジャケット部材34は中空円筒形状を有し、そ
の表面は特殊な要求に適合したものとなっている。
【００２５】図２はボールジョイント組立体5を断面図
で示すものであり、ボール部材20には中央の孔21、ボー
ルソケット23ならびに中央の孔21内へと貫入する案内要
素25が設けられていることが明瞭に示されている。
【００２６】ここで前述した、本発明に係るパッキン組
立体は、多数の大きな利点を提示するものである。 ・ボールジョイント組立体は、シャフトの半径方向の曲
げおよび振り子運動に追従することができる。 ・ボールジョイント組立体は耐熱性を有する。 ・ボールジョイント組立体は比較的低い復元力を示す。 ・ボールジョイント組立体は高い捩り力に耐えることが
可能である。 ・ボールジョイント組立体は長寿命であり、また本質的
にメンテナンスフリーである。 ・ボールジョイント組立体は設計が単純であり、低コス
トで製造可能である。 ・ボールジョイント組立体は水平、垂直、あるいは三次
元の空間的な任意の角度で延在するシャフトに使用する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ボールジョイント組立体を含むパッキング組
立体の長手方向断面図である。
【図２】 ボールジョイント組立体の断面図である。
【符号の説明】
1 パッキン組立体 2 機械ハウジング 3 機械シャフト 5 ボールジョイント組立体 6 パッキン適合ユニット 7 スリーブ部材 8 止めカラー 9 シール用パケット 10 クランプ用ライナー 11 クランプ用ライナーの前面 12 環状要素 13 環状要素の第一の窪み 14 環状要素の第二の窪み 15 環状要素の孔 16 管部材 18 軸受リング部材 20 ボール部材 21 ボール部材の中央孔 23 ボールソケット 25 案内要素 26 案内要素の前部 30 支持部材 31 環状の隙間 32 ダイヤフラム 34 ジャケット部材 35 加工チャンバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J042 AA03 AA06 BA03 BA05 BA08 CA03 CA15 DA01 DA03 3J105 AA22 AA36 AA37 CA32 CB77 CB81

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハウジング手段内で回転および／または
    振動する、中心長手方向軸線を有するシャフト手段をシ
    ールするためのパッキン組立体であって、 前記シャフト手段上で浮上した状態で配置されるように
    適合させたパッキン適合手段と、前記ハウジング手段に
    対する回転および／または軸線方向の運動を防ぐために
    前記パッキン適合手段を支持するように適合させたボー
    ルジョイント組立体手段とを具え、 前記ボールジョイント組立体手段が、中央長手方向軸線
    を有する中央孔を設けたボール手段および、前記ボール
    手段を回転可能に収容するソケット手段を含み、 それによって当該パッキン組立体が前記ボール手段内に
    設けた前記中央孔へ貫入する案内部分を有し、前記ボー
    ル手段を前記中央孔の前記中央長手方向軸線に沿った並
    進運動を案内するのに適合させた案内要素手段を更に具
    え、 それによって前記ボール手段の前記中央孔の前記中央長
    手方向軸線が前記シャフト手段の前記中央長手方向軸線
    に実質的に直角に延在することを特徴とするパッキン組
    立体。
  2. 【請求項２】 前記ボール手段および前記ソケット手段
    が、シール手段を設けた前記パッキン適合手段に固定さ
    れ、前記案内要素手段が、前記ハウジング手段に直接、
    あるいは取付手段によって取り付けられることを特徴と
    する、請求項１記載のパッキン組立体。
  3. 【請求項３】 前記ボール手段および前記ソケット手段
    が、前記ハウジング手段に直接、あるいは取付手段によ
    って取り付けられ、前記案内要素手段が、シール手段を
    設けた前記パッキン適合手段に固定されることを特徴と
    する、請求項１記載のパッキン組立体。
  4. 【請求項４】 前記ボール手段が、前記案内要素手段に
    対して前記シャフト手段へ、および前記シャフト手段か
    ら半径方向に並進運動可能であることを特徴とする、請
    求項２または３記載のパッキン組立体。
  5. 【請求項５】 前記案内要素手段が、前記ボール手段に
    対して前記シャフト手段へ、および前記シャフト手段か
    ら半径方向に並進運動可能であることを特徴とする、請
    求項２または３記載のパッキン組立体。
  6. 【請求項６】 前記パッキン適合手段が環状の隙間によ
    って取り囲まれ、この環状の隙間がダイヤフラム手段お
    よび／または発泡剤を満たすことによりシールされるこ
    とを特徴とする、請求項２記載のパッキン組立体。
  7. 【請求項７】 前記ハウジング手段と結合、あるいは前
    記ハウジング手段と一体化した支持部材手段を更に具
    え、前記ボール手段の前記孔へ貫入する前記案内要素手
    段が前記支持部材手段に固定されることを特徴とする、
    請求項２記載のパッキン組立体。
  8. 【請求項８】 前記案内要素手段が前記ボール手段を案
    内するように適合させた円筒形の前部を設けたねじ手段
    の形を取り、前記ねじ手段が、前記円筒形の前部が前記
    支持部材手段上に突出するように前記支持部材手段にね
    じ止めされることを特徴とする、請求項７記載のパッキ
    ン組立体。
  9. 【請求項９】 前記パッキン適合手段が、中空円筒形状
    を有し前記シャフト手段を取り囲むスリーブ手段を具
    え、前記スリーブ手段の内部に前記シャフト手段上に静
    止する多数のシール用パケット手段を設けたことを特徴
    とする、請求項１記載のパッキン組立体。
  10. 【請求項１０】 前記スリーブ手段の一方の端部には半
    径方向内側へ突出する止めカラー手段を設け、前記スリ
    ーブ手段のもう一方の端部には内ねじ手段を設け、前記
    パッキン適合手段がクランプ用ライナー手段を更に具
    え、このクランプ用ライナー手段に、前記シール用パケ
    ット手段を前記止めカラー手段と前記クランプ用ライナ
    ー手段との間で固定かつ圧縮するために前記スリーブ手
    段にねじ止めされるように適合させた外ねじ手段を設け
    たことを特徴とする、請求項９記載のパッキン組立体。
  11. 【請求項１１】 前記クランプ用ライナー手段に、刻み
    つけた円に沿って配置した多数の孔を配置し、この孔
    を、前記シール用パケット手段を固定かつ圧縮するため
    の前記クランプ用ライナー手段の反対側にある前記スリ
    ーブ手段の端部領域内にねじ止めするねじ付きボルト手
    段を収容するのに適合させたことを特徴とする、請求項
    １０記載のパッキン組立体。
  12. 【請求項１２】 前記クランプ用ライナー手段の前面と
    前記シール用パケット手段と間に挿入された環状要素手
    段を更に具え、前記環状要素手段に、当該環状要素手段
    の外側に配置され、前記ハウジング手段に面する第一の
    窪み手段および、当該環状要素手段の内側に配置され、
    前記シャフト手段に面する第二の窪み手段を設け、前記
    第一および第二の窪み手段が液状またはガス状の媒体を
    供給するための供給管手段と連通することを特徴とす
    る、請求項１０または１１記載のパッキン組立体。
  13. 【請求項１３】 少なくとも一つのシール用パケット手
    段および／または軸受リング手段を前記スリーブ手段の
    前記止めカラー手段と前記クランプ用ライナー手段の前
    面との間に挿入することを特徴とする、請求項１０記載
    のパッキン組立体。
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