JP2005214293A - 軸封装置 - Google Patents

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

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。

特開２０００−６５２１９号明細書（図１及び図２） 特開２００３−２９４１５５号公報（図１及び図２）

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。

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。

本発明に係わる第１実施の形態を示す軸封装置の断面図である。 図１に示す軸封装置を船舶に取り付けた実施例の断面図である。 本発明に類似する第１関連技術の軸封装置の半断面図である。 本発明に類似する第２関連技術の軸封装置の断面図である。

符号の説明

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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