JP2005291246A - 機械可動部密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡素でかつコストが低廉な水中機械等の可動部密封構造を提供する。
【解決手段】 不動部２の台部２ａの外部環境４１の海水と連通する箇所に第１シール室３１を設けゴム系材料からなる第１シール部材３１を封入し、不動部３の内部空間４２の空気と連通する箇所に第２シール室１２を設けゴム系材料からなる第２シール部材３２を封入し、これらの中間箇所に微少厚さを有する侵入防止空間１３を設けるとともに海水よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有するグリースからなる充填材５０を侵入防止空間１３に封入した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、水中等で作動する機械の可動部への防水を行う機械可動部密封構造などに関するものである。

図４に示すように、水中で使用するモータ等においては、不動部２０２に対して可動部２０３が可動、例えば、図における水平線Ｃ２を回転の中心線として回転する。この場合、外部環境２４１は水中であり、例えば海水Ｗ２が充満している。また、内部空間２４２は、空気Ａ２が充満している。また、海水Ｗ２の圧力の方が、空気Ａ２の圧力よりも大きい。したがって、可動部２０３は、内部空間２４２と外部環境２４１の両方に接触して運動することになる。このような場合、可動部（例えば回転軸）２０３の周辺から内部へ水が漏洩することを防止する必要がある。

このため、従来は、図示のように、シール室２１１等を形成し、この凹部に、ゴム系材料からなるＯリング、ゴム系材料からなる成型パッキン部材などを配置していた。しかし、Ｏリング２３１は、圧力によって変形しやすく、図４に示すように、Ｏリング３２１と可動部２０２との間の間隙２２１などを通って海水Ｗ２が内部空間２４２の側へ漏出することは避けられなかった。

この漏水をさらに小さく抑えるための対策として、オイルシール、メカニカルシール等を配置する対策、あるいは、機械の外部環境の圧力と、機械の内部の圧力をほぼ同一の圧力とする構造（以下、「均圧構造」という。）を用いて、圧力差による漏水を防止する対策が採用されていた。

しかしながら、オイルシールやメカニカルシールは、設置する箇所に密着させる必要があり、高い精度で加工・作製を行うことから、コストが非常に高価であり、かつ部品の大きさが大きくなり、水中機械自体を大型化させる、という問題があった。また、均圧構造は、機構が複雑になり、コストも高価である、という問題があった（特許文献１を参照）。
特開平＊＊−＊＊＊＊号公報

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、構造が簡素でかつコストが低廉な水中機械等の可動部密封構造を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る機械可動部密封構造は、
水又は水溶液からなる液体が充満した外部環境の中に設置されて使用されるとともに、前記液体よりも圧力の低い気体が充満した内部空間を有し、かつ前記内部空間と前記外部環境の両方に接触して運動する可動部を有する機械において、前記外部環境から前記可動部を経て前記内部空間へ前記液体が侵入することを防止する機械可動部密封構造であって、
前記不動部の前記外部環境と連通する箇所に第１シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材を当該第１シール室に封入し、前記不動部の前記内部空間と連通する箇所に第２シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材を当該第２シール室に封入し、前記第１シール室と前記第２シール室により挟まれかつ前記不動部と前記可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を設けるとともに前記液体よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料からなる充填材を当該侵入防止空間に封入したこと
を特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る機械可動部密封構造は、
水又は水溶液からなる液体が充満した外部環境の中に設置されて使用されるとともに、前記液体よりも圧力の低い気体が充満した内部空間を有し、かつ前記内部空間と前記外部環境の両方に接触して運動する可動部を有する機械において、前記外部環境から前記可動部を経て前記内部空間へ前記液体が侵入することを防止する機械可動部密封構造であって、
前記不動部の前記外部環境と連通する箇所に第１シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材を当該第１シール室に封入し、前記不動部の前記内部空間と連通する箇所に第２シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材を当該第２シール室に封入し、前記第１シール室と前記第２シール室により挟まれかつ前記不動部と前記可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を複数設けるとともにゴム系材料からなる中間シール部材を当該複数の侵入防止空間で挟まれる箇所に封入し、前記液体よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料からなる充填材を前記複数の侵入防止空間のそれぞれに封入したこと
を特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る機械可動部密封構造は、
気体が充満した外部環境の中に設置されて使用されるとともに、水又は水溶液からなり前記気体よりも圧力の高い液体が充満した内部空間を有し、かつ前記内部空間と前記外部環境の両方に接触して運動する可動部を有する機械において、前記内部空間から前記可動部を経て前記外部環境へ前記液体が侵入することを防止する機械可動部密封構造であって、
前記不動部の前記内部空間と連通する箇所に第１シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材を当該第１シール室に封入し、前記不動部の前記外部環境と連通する箇所に第２シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材を当該第２シール室に封入し、前記第１シール室と前記第２シール室により挟まれかつ前記不動部と前記可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を設けるとともに前記液体よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料からなる充填材を当該侵入防止空間に封入したこと
を特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る機械可動部密封構造は、
気体が充満した外部環境の中に設置されて使用されるとともに、水又は水溶液からなり前記気体よりも圧力の高い液体が充満した内部空間を有し、かつ前記内部空間と前記外部環境の両方に接触して運動する可動部を有する機械において、前記内部空間から前記可動部を経て前記外部環境へ前記液体が侵入することを防止する機械可動部密封構造であって、
前記不動部の前記内部空間と連通する箇所に第１シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材を当該第１シール室に封入し、前記不動部の前記外部環境と連通する箇所に第２シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材を当該第２シール室に封入し、前記第１シール室と前記第２シール室により挟まれかつ前記不動部と前記可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を複数設けるとともにゴム系材料からなる中間シール部材を当該複数の侵入防止空間で挟まれる箇所に封入し、前記液体よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料からなる充填材を当該侵入防止空間のそれぞれに封入したこと
を特徴とする。

本発明に係る機械可動部密封構造は、水又は水溶液からなる液体が充満した外部環境の中に設置されて使用されるとともに、液体よりも圧力の低い気体が充満した内部空間を有し、かつ内部空間と外部環境の両方に接触して運動する可動部を有する機械において、外部環境から可動部を経て内部空間へ液体が侵入することを防止する機械可動部密封構造であって、不動部の外部環境と連通する箇所に第１シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材を当該第１シール室に封入し、不動部の内部空間と連通する箇所に第２シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材を当該第２シール室に封入し、第１シール室と第２シール室により挟まれかつ不動部と可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を設けるとともに液体よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料からなる充填材を当該侵入防止空間に封入するようにした。あるいは、気体が充満した外部環境の中に設置されて使用されるとともに、水又は水溶液からなり気体よりも圧力の高い液体が充満した内部空間を有し、かつ内部空間と外部環境の両方に接触して運動する可動部を有する機械において、内部空間から可動部を経て外部環境へ液体が侵入することを防止する機械可動部密封構造であって、不動部の内部空間と連通する箇所に第１シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材を当該第１シール室に封入し、不動部の外部環境と連通する箇所に第２シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材を当該第２シール室に封入し、第１シール室と第２シール室により挟まれかつ不動部と可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を設けるとともに液体よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料からなる充填材を当該侵入防止空間に封入した。このため、高圧の液体は、侵入防止空間の充填材により阻止され、漏洩することが防止される、という利点がある。また、構造が簡素でかつコストが低廉である、という利点を有している。

以下に説明する実施例は、水又は水溶液からなる液体が充満した外部環境の中に設置されて使用されるとともに、液体よりも圧力の低い気体が充満した内部空間を有し、かつ内部空間と外部環境の両方に接触して運動する可動部を有する機械において、外部環境から可動部を経て内部空間へ液体が侵入することを防止する機械可動部密封構造であって、不動部の外部環境と連通する箇所に第１シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材を当該第１シール室に封入し、不動部の内部空間と連通する箇所に第２シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材を当該第２シール室に封入し、第１シール室と第２シール室により挟まれかつ不動部と可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を設けるとともに液体よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料からなる充填材を当該侵入防止空間に封入するようにしたものであり、本発明を実現するための構成として最良の形態である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明を行う。図１は、本発明の第１実施例であるシール構造が用いられる水中アクチュエータの構成を示す図である。

図１に示すように、この水中アクチュエータ１は、略円筒状の不動部２の内部に、可動部３が設けられている。可動部３は、軸部３ａと基部３ｂを有しており、通電による電動モータの原理等により、軸部３ａと基部３ｂが回転するように構成されている。本発明に係る機械可動部密封構造の第１実施例であるシール構造４は、不動部２の台部２ａと、可動部３の基部３ｂとの間に介在するように配設される。

図２は、図１に示す水中アクチュエータにおけるシール構造の構成を示す断面図である。図２に示すように、まず、不動部２の台部２ａにおいて外部環境４１の水中と連通する箇所に凹部を設け、第１シール室１１とする。この第１シール室１１は、全体として見ると、細い円環状となっている。そして、ゴム系材料からなり略円環状に形成された第１シール部材３１をこの第１シール室１１に封入する。この場合、可動部３の軸部３ａと第１シール部材３１の間には、符号２１で示すような第１間隙が形成される。これは、軸部３ａの回転に必要な隙間であり、これ以上第１間隙２１の隙間の厚みが薄いと、軸部３ａの円滑な回転が損なわれることになるので、最低限の厚みの隙間は必要である。

第１間隙２１は、その下端で水平に（図２において右方へ向かって）屈曲し、侵入防止空間１３を形成する。この侵入防止空間１３は、第１間隙２１よりも大きな厚みを持つ空間であり、不動部２の台部２ａの底面が侵入防止空間１３の天井面となり、かつ、可動部３の台部３ａの内部の上面が侵入防止空間１３の底面となっている。侵入防止空間１３の厚みは、０．５〜２．０ミリメートル程度に設定されている。この侵入防止空間１３は、全体として見ると、薄い円盤状となっており、軸部３ａに相当する中央部が開口した円盤状となっている。

上記した侵入防止空間１３の内部には、充填材５０が充填されている。充填材５０としては、グリースが用いられいる。グリースは、ＪＩＳ−Ｋ−２２２０に規定されるような「潤滑油中に増ちょう剤を分散させて半固体状又は固体状にしたもの」である。グリースは、いわゆる油脂材料の一つであり、水（海水、他の水溶液も含む）よりも高い粘度を有しており、かつ、疎水性（親油性）を有している。充填材５０に用いるグリースとしては、ＪＩＳ−Ｋ−２２２０に規定されているものは、すべて使用可能である。例えば、一般用グリース１種、一般用グリース２種等である。なお、充填材５０として用いるグリースのちょう度番号としては、ある程度固いもの（軟らかすぎないもの）が必要であることから、ちょう度番号１号〜４号程度がよい。好ましくは、ちょう度番号２号又は３号がよい。ここに、ちょう度番号は、ＮＬＧＩ（米国グリース協会）で規定している番号である。ちょう度番号２号のちょう度の範囲は、２６５〜２９５であり、ちょう度番号３号のちょう度の範囲は、２２０〜２５０となっている。ここに、グリースのちょう度とは、規定の円錐を落下させ、グリースへ侵入した深さ（ミリメートル）の１０倍の数値で示される。したがって、ちょう度が大きいほど、グリースが軟らかいことを示している。

また、侵入防止空間１３の外側の端部（図２における右端）には、侵入防止空間１３の外端部から上方へ食い込むような凹部が形成され、第２シール室１２となっている。この第２シール室１２は、全体として見ると、細い円環状となっている。そして、ゴム系材料からなり略円環状に形成された第２シール部材３２がこの第２シール室１２の中に封入される。

第２シール室１２の外端部（図２における右端部）から、図の下方へ向かって、可動部３の軸部３ａと、不動部２の台部２ａの間には、符号２２で示すような第２間隙が形成される。これは、軸部３ａの回転に必要な隙間であり、これ以上第２間隙２２の隙間の厚みが薄いと、軸部３ａの円滑な回転が損なわれることになるので、最低限の厚みの隙間は必要である。そして、第２間隙２２の図における下端は、内部空間４２に連通している。

この場合、外部環境４１は水中であり、例えば海水が充満している。また、内部空間４２は、空気が充満している。また、海水の圧力の方が、空気の圧力よりも大きくなっている。

上記のような構成により、充填材５０であるグリースは、ある程度固い流動体状であるので、可動部３の軸部３ａが回転した場合でも、侵入防止空間１３から第１間隙２１を通って外部環境４１へ流出し全部が失われることはない。同様に、このグリースは、侵入防止空間１３から第２間隙２２を通って内部空間４２へ流出し全部が失われることはない。また、グリースは粘着性に富んでいるから、侵入防止空間１３に隙間無く充満するだけでなく、図２に示すように、第１間隙２１や第２間隙２２に一部が出ても、第１間隙２１や第２間隙２２の一部を隙間無く充填する。また、グリースは疎水性を有しているから、図２に示すように、第１間隙２１において、外部環境４１の水中から高い圧力により押し込まれてきた海水と接触した場合でも、高圧の海水がグリース内を経て内部空間４２に到達することは困難である。その理由は、高圧海水がグリース内を貫通するためには、海水が侵入した孔が維持され、後続の高圧海水との間に海水が充満し、高い水圧が作用し続ける必要があるが、グリースはある程度の軟らかさを有しているから、たとえ微少な海水が押し込んできても孔は形成されず、すぐに塞がってしまうと考えられるからである。

実際に、外部環境４１として約３気圧の水圧のかかる地点（水深約２０メートル付近）で、ＮＬＧＩちょう度番号２号のグリースを上記のような構成のシール構造４の侵入防止空間１３に封入して試験をした結果、空気（約１気圧）の内部空間４２への漏水は認められなかった。このため、第１実施例のシール構造４は、所用の性能を発揮できることが確認された。

なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではない。上記各実施例は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、第１実施例のように屈曲したシール構造だけではなく、図３に示す第２実施例のような屈曲しない構成としても本発明は実現可能である。この第２実施例のシール構造４Ａの場合も、不動部２Ａの外部環境（水又は水溶液で充満された空間）４１Ａと連通する箇所に第１シール室１１Ａを設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材３１Ａを当該第１シール室１１Ａに封入し、不動部２Ａの内部空間（空気で充満された空間）４２Ａと連通する箇所に第２シール室１２Ａを設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材３２Ａを当該第２シール室１２Ａに封入する。また、第１シール室１１Ａと第２シール室１２Ａにより挟まれかつ不動部２Ａと可動部（直線Ｃ１を回転の中心として回転する部分）３Ａに挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間１３Ａを設けるとともに、外部環境４１Ａを構成する液体（水、又は水溶液）よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料、例えばグリースなどからなる充填材５０Ａを当該侵入防止空間１３Ａに封入するようにしてもよい。

また、第１シール室と第２シール室により挟まれかつ不動部と可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を複数設け、その複数の侵入防止空間の中にそれぞれ充填材を充填するようにしてもよい。また、複数の侵入防止空間どうしの中間には、ゴム系材料からなる中間シール部材を、当該複数の侵入防止空間で挟まれるそれぞれの箇所に封入するようにしてもよい。

また、上記各実施例においては、外部環境として、高圧な海水を例に挙げて説明したが、外部環境としては真水又は水溶液であってもよい。また、外部環境を低圧の空気環境とし、内部空間に高圧の水又は水溶液を封入した機械の可動部においても、本発明は適用可能である。

また、上記した可動部の可動方向は、回転だけに限定されない。例えば、図３において可動部３Ａが不動部２Ａに対して、直線Ｃ１に平行な方向に往復摺動運動する場合であっても、本発明は適用可能である。

本発明は、水中で作動し可動部を有する機械を製造する機械製造業等で実施可能であり、これらの産業で利用可能である。

本発明の第１実施例であるシール構造が用いられる水中アクチュエータの構成を示す図である。 図１に示す水中アクチュエータにおけるシール構造の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施例であるシール構造の構成を示す断面図である。 従来の水中アクチュエータのシール構造の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 水中アクチュエータ
２、２Ａ 不動部
２ａ 台部
３、３Ａ 可動部
３ａ 軸部
３ｂ 基部
４ シール構造
１１、１１Ａ 第１シール室
１２、１２Ａ 第２シール室
１３、１３Ａ 侵入防止空間
１４Ａ 連通空間
１５Ａ 連通空間
２１、２１Ａ 第１間隙
２２、２２Ａ 第２間隙
３１、３１Ａ 第１シール部材
３２、３２Ａ 第２シール部材
４１、４１Ａ 外部環境
４２、４２Ａ 内部空間
５０、５０Ａ 充填材
２０２ 不動部
２０３ 可動部
２１１ シール室
２２１ 間隙
２３１ Ｏリング
２４１ 外部環境
２４２ 内部空間
２４３、２４４ 接続空間
Ａ１、Ａ２ 空気
Ｃ１、Ｃ２ 回転中心線
Ｗ１、Ｗ２ 海水

Claims (4)

1. 水又は水溶液からなる液体が充満した外部環境の中に設置されて使用されるとともに、前記液体よりも圧力の低い気体が充満した内部空間を有し、かつ前記内部空間と前記外部環境の両方に接触して運動する可動部を有する機械において、前記外部環境から前記可動部を経て前記内部空間へ前記液体が侵入することを防止する機械可動部密封構造であって、
   前記不動部の前記外部環境と連通する箇所に第１シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材を当該第１シール室に封入し、前記不動部の前記内部空間と連通する箇所に第２シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材を当該第２シール室に封入し、前記第１シール室と前記第２シール室により挟まれかつ前記不動部と前記可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を設けるとともに前記液体よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料からなる充填材を当該侵入防止空間に封入したこと
   を特徴とする機械可動部密封構造。
2. 水又は水溶液からなる液体が充満した外部環境の中に設置されて使用されるとともに、前記液体よりも圧力の低い気体が充満した内部空間を有し、かつ前記内部空間と前記外部環境の両方に接触して運動する可動部を有する機械において、前記外部環境から前記可動部を経て前記内部空間へ前記液体が侵入することを防止する機械可動部密封構造であって、
   前記不動部の前記外部環境と連通する箇所に第１シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材を当該第１シール室に封入し、前記不動部の前記内部空間と連通する箇所に第２シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材を当該第２シール室に封入し、前記第１シール室と前記第２シール室により挟まれかつ前記不動部と前記可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を複数設けるとともにゴム系材料からなる中間シール部材を当該複数の侵入防止空間で挟まれる箇所に封入し、前記液体よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料からなる充填材を前記複数の侵入防止空間のそれぞれに封入したこと
   を特徴とする機械可動部密封構造。
3. 気体が充満した外部環境の中に設置されて使用されるとともに、水又は水溶液からなり前記気体よりも圧力の高い液体が充満した内部空間を有し、かつ前記内部空間と前記外部環境の両方に接触して運動する可動部を有する機械において、前記内部空間から前記可動部を経て前記外部環境へ前記液体が侵入することを防止する機械可動部密封構造であって、
   前記不動部の前記内部空間と連通する箇所に第１シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材を当該第１シール室に封入し、前記不動部の前記外部環境と連通する箇所に第２シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材を当該第２シール室に封入し、前記第１シール室と前記第２シール室により挟まれかつ前記不動部と前記可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を設けるとともに前記液体よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料からなる充填材を当該侵入防止空間に封入したこと
   を特徴とする機械可動部密封構造。
4. 気体が充満した外部環境の中に設置されて使用されるとともに、水又は水溶液からなり前記気体よりも圧力の高い液体が充満した内部空間を有し、かつ前記内部空間と前記外部環境の両方に接触して運動する可動部を有する機械において、前記内部空間から前記可動部を経て前記外部環境へ前記液体が侵入することを防止する機械可動部密封構造であって、
   前記不動部の前記内部空間と連通する箇所に第１シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第１シール部材を当該第１シール室に封入し、前記不動部の前記外部環境と連通する箇所に第２シール室を設けるとともにゴム系材料からなる第２シール部材を当該第２シール室に封入し、前記第１シール室と前記第２シール室により挟まれかつ前記不動部と前記可動部に挟まれる箇所に微少厚さを有する侵入防止空間を複数設けるとともにゴム系材料からなる中間シール部材を当該複数の侵入防止空間で挟まれる箇所に封入し、前記液体よりも高い粘度を有しかつ疎水性を有する油脂系材料からなる充填材を当該侵入防止空間のそれぞれに封入したこと
   を特徴とする機械可動部密封構造。

Images