JP2008518165A

JP2008518165A - 支持リングおよび軸貫通部

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Publication number: JP2008518165A
Application number: JP2007537843A
Authority: JP
Inventors: ペロロフアンダーソン、; リフェトメメドヴィク、; ヘンリクネードリチ、; パーゲーキ、
Original assignee: Roplan Development Center AB
Current assignee: Roplan Development Center AB
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2008-05-29
Also published as: SE527765C2; NO20071713L; SE0402549L; US20070246892A1; SE0402549D0; EP1802899A1; WO2006043877A9; WO2006043877A1

Abstract

本発明は、軸パッキンを安定させる支持リング（１１０）に関する。軸パッキンは、外側境界規定表面（１３０ｂ）が実質的に輪状である軸制限要素（１３０）を有していることを前提とする。支持リング（１１０）は、軸制限要素（１３０）を受け入れる開口を形成している内側境界規定表面（１１０ｂ）を有している。支持リング（１１０）は、支持リング（１１０）の内側境界規定表面（１１０ｂ）が軸制限要素（１３０）の輪状の外側境界規定表面（１３０ｂ）に対して隙間（２２５ａ；２２５ｂ）を有して隣接するように、軸筐体（１００）内に静止して取り付けられるようにされている。内側境界規定表面（１１０ｂ）は、支持リング（１１０）のこの表面（１１０ｂ）に沿った内径が最大開口寸法（Ｄ_max）と最小開口寸法（Ｄ_min）との間で変化するように構成されている。

Description

本発明は、全般的に軸パッキンの特性の改善に関する。特に、本発明は、請求項１の前提部の支持リングと、請求項６の前提部の軸貫通部とにそれぞれ関する。

軸貫通部、特に船舶の動力伝達装置用の軸貫通部では、軸のあらゆる望ましくない動きを最小にすることと、液体媒体に対する密封を実現することの両方が重要である。軸方向および／または半径方向の軸のあらゆる動きは、通常水である液体媒体に対する密封を損なってはならない。さらに、例えばウォータージェット装置においては、船の運転中に水の比較的大きな流れが実際の軸パッキンを通過できるようにすることが望ましいが、これは、そのような流れが、その領域に堆積物、生物などが侵入するのを防止することに寄与するからである。所望の水の流れは、例えばエンジンの冷却水系に接続されているポンプ手段によって実現可能である。

国際公開第０３／０６４８８５号は、実質的に静止している密封要素を回転密封要素に押し付ける蛇腹状のばね要素について記述している。密封状態でばね要素は回転軸を制限するように構成されており、両密封要素を共に押し付ける力を非常に低くしたり高くしたりせずに、軸の軸方向の動きを許容するように構成されている。

しかし、公知の蛇腹状ばねは、軸の半径方向のいかなる動きにも十分に対応することはできない。船舶の動力伝達軸は、多くの異なる運転状態で半径方向の力に曝され、その結果として、半径方向に多少変位することがある。例えば、船体がグラスファイバーなどの比較的ねじり剛性が低い材料でできている場合、船体自体が加速、減速、または海のために、一時的にある程度変形することがある。さらに、これは、動力伝達装置の軸貫通部が、動力伝達装置が有している伝達軸に対して、半径方向に変位する可能性があり、これにより軸パッキンが水中に漏れることにつながる可能性がある。

この種類の望ましくない効果を最小にする理論的に可能な解決策は、実質的に静止している密封要素用の支持リングを密封要素に密着して嵌め合わせ、支持リングの弾性を比較的小さくすることである。これにより、軸パッキンでは非常に小さい半径方向の軸の動きだけが許容される。しかし、これは船体（または軸が嵌め合わされている他のあらゆる物体）の強い振動につながり、さらに、関連する構造部材に対して剪断力とねじり力との形態で材料内に大きな歪みを生じさせる原因となりうる。

その代わりに、支持リングが比較的柔軟な材料（例えばゴムまたはプラスチック）で作られていると、これらの振動と材料内の歪みとをかなり低減することができる。しかし、支持リングが密封要素に対して嵌め合う必要があることによって、水流が軸パッキンを通過するのが妨げられる。さらに、このタイプの柔軟な支持リングは、前述の蛇腹状ばね要素によって許容される軸の動きを複雑化する可能性があるが、これは、実質的に静止している密封要素（つまり、非回転要素）が、いわゆるスティックスリップ運動によって固着するおそれがあるためである。つまり、例えば、軸のわずかな曲がりによって軸が軸方向だけでなく半径方向にも変位すると、密封要素は、たんすの引き出しの場合のように、支持リングに対して上方へ強制的に押し込まれ動かなくなる可能性がある。

したがって、本発明の目的は、前述の問題を軽減し、豊富な液体の流れが軸パッキンを通過できるようにしながら、隣接している軸パッキンに悪影響を与えることなく、または強い振動を発生させることなく、軸貫通部に対するわずかな半径方向の軸の動きに対応することができる解決策を確立することである。

本発明の一態様によれば、この目的は、最初に述べた支持リングにおいて、内側境界規定表面は、支持リングのこの表面に沿った内径が最大開口寸法と最小開口寸法との間で変化するように構成されていることを特徴とする支持リングによって達成される。

この構成の重要な利点は、変化する開口寸法が、一方で密封要素を安定化させ、他方でスティックスリップ運動を回避することである。これは、密封要素を支持リングのこれらの点に接触して嵌め込むようにできるために可能であって、開口寸法が最小になるのと同時に、軸制限要素は開口寸法が最小寸法よりも大きいこれらの表面部に沿って支持リングに対して角度を有することができる。当然、液体は、支持リングを各嵌め合わせ点の間に（つまり、開口寸法が最小ではない複数の表面部に沿って）形成されている複数の隙間を通って通過することも可能である。

本発明の一態様の好適実施形態によれば、内側境界規定表面は波形であって、最大開口寸法は波の底部に対応しており、最小開口寸法は波の頂部に対応している。すなわち、任意の波形について、内側境界規定表面のこの構成によって、軸パッキンの安定性と軸パッキンを通過した望ましい液体の流れとの間で適切な調節が可能になる。

本発明の一態様の他の好適実施形態によれば、内側境界規定表面は奇数個の波の頂部を有しているが、その奇数個は少なくとも３つである。これによって、スティックスリップ運動のおそれがさらに減少するが、これは軸制限要素と支持リングとの間で直径方向に対向している２つの嵌め合わせ点がなくなるためである。

本発明の一態様のさらに他の好適実施形態によれば、支持リングはエラストマーのような弾性材料で実質的にできている。材料のこの選択によって支持リングに異例の緩衝特性と耐久特性とが与えられる。

本発明の他の態様によれば、前述の目的は、軸筐体が提案されている支持リングを有しており、この支持リングは、支持リングの内側境界規定表面が軸制限要素の輪状の外側境界規定表面に対して隙間を有して隣接するように、軸筐体内に取り付けられていることを特徴とする前述の軸貫通部によって達成される。これは、軸制限要素と支持リングとの間でスティックスリップ運動が生じるおそれが一切なくなり、パッキン要素が安定になるため有利である。さらに、液体の流れが支持リングを通過することができる。

本発明の他の態様の好適実施形態によれば、隙間は、液体媒体の特定の流れが支持リングを通過できるようにされている。したがって、隙間の全断面積は特有の大きさとなる。

本発明の他の態様の他の好適実施形態によれば、隙間は、支持リングの内側境界規定表面が波形であることによって実現される。この場合、内側境界規定表面と軸制限要素の輪状の外側境界規定表面との間の最大隙間は、波の底部によって与えられ、最小隙間は、波の頂部によって与えられる。このような構造は、波形を、安定性と緩衝作用とについての特定の実施要件に適応させることができ、同時に支持リングを通過する所望の液体の流れが可能であるため有利である。特に、支持リングは、主隙間空間が軸制限要素の輪状の外側境界規定表面と、支持リングの内側境界規定表面の２つの連続している波の頂部の間の表面部との間に形成されるように構成することができる。さらに、波形は支持リングの全ての波の頂部の間の主隙間空間を組み合わせた断面積によって前述の液体の流れが可能になるようにされている。

本発明の他の態様のさらに他の好適実施形態によれば、波形は、特定の主回転振動数の間隔に関して、軸制限要素の半径方向の振動を最適に減衰させるようにされている。もちろん、これによって、軸が主に前述の間隔で回転している特定の実施について振動の減少が改善される。

本発明の他の態様のまたさらに他の好適実施形態によれば、軸貫通部は、軸筐体に対して実質的に静止している非回転ばね要素を有している。ばね要素は、軸パッキンの実質的に静止している部分の第１の密封表面を、軸に接続されている軸パッキンの回転部の第２の密封表面に対して押し付けるようにされている。これによって、軸パッキンの品質を損なうことなく軸の半径方向の変位も可能になる。ばね要素は、蛇腹状の外形を有していることが好ましく、これはこの構成がそれ自体で軸に対する密封を効果的に保証するためである。

前述の内容に加えて、提案されている解決策においては、液体がばね要素を囲むようにして、ばね要素の慣性によって安定効果を達成するように、比較的大量の液体を空間内に常に閉じこめることができるようにすることで、軸パッキンの安定性が改善される。これは、さらに、提案されている支持リングを通過する液体の流れを比較的正確に定めることができるため可能である。

本発明を、例として記述されている好適実施形態を参照し、添付の図面を参照して、さらに詳細に説明する。

本発明の一実施形態の軸貫通部が図１に示されている。軸貫通部は軸筐体１００と軸パッキンとを有している。さらに、軸パッキンは輪状の外側境界規定表面１３０ｂを有している少なくとも１つの軸制限要素１３０を有している。さらに、軸パッキンは、互いに押し付けられている実質的に静止している部分１２０と回転部分１２５とを有していることが好ましい。しかし、その代わりに、静止部分１２０と軸制限要素１３０とが、１つの装置に一体化されていてもよい。

いずれの場合でも、軸パッキンは、軸パッキンの第１の側の回転軸１９０と接続した第１の空間１４０ａに位置する液体媒体が軸パッキンの第２の側の乾き空間１５０に到達しないようにされている。支持リング１１０は、支持リング１１０の内側境界規定表面１１０ｂが軸制限要素１３０の輪状の外側境界規定表面１３０ｂに対して隙間を有して隣接するように、軸筐体１００内に取り付けられている。この隙間によって、液体媒体は、第２の空間１４０ｂから第１の空間１４０ａへと軸制限要素１３０を通過することができる。

図２は、図１の断面Ｂに沿った支持リング１１０の側面図である。この図では、軸制限要素１３０の外側境界規定表面１３０ｂを破線で模式的に示している。図２からわかるように、支持リング１１０の内側境界規定表面１１０ｂと軸制限要素１３０の輪状の外側境界規定表面１３０ｂとの間の隙間は、最大値２２５ａと隙間なしになりうる最小値２２５ｂとの間で変化する。隙間は、液体媒体の特定の流れが支持リング１１０を通過できるようにされていることが好ましい。つまり、これによって、第２の空間１４０ｂの特定のすすぎ速度が保証されるため、第２の空間に堆積物、生物などが侵入しない状態を保つことができる。例えば、水などの液体媒体は、エンジンの冷却系から空間１４０ｂに供給されることが好ましい。したがって、通常、軸１９０を推進するエンジン（または複数のエンジン）からの冷却水は、通路１６０を通って空間１４０ｂ内に供給される。これにより、空間１４０ｂへの液体の流れは、対象としているエンジン（または複数のエンジン）の回転数に実質的に比例する。この回転数は、実質的に、アイドル時のゼロ近くから、例えば素早く加速しているときの比較的高い値まで変化するため、空間１４０ｂ内への液体の流れは特に非均一となることがある。その結果、そのような流れの変動を受容するための緩衝部としての役割を果たすように空間１４０ｂ内に、ある量の液体を蓄えることが望ましい。同時に、空間１４０ｂ内に許容不能な高圧を発生させずに、より長い期間の高回転数に耐えるように、支持リング１１０を通過する特定の最小の流れが保証されなければならない。

本発明によれば、支持リング１１０の内側境界規定表面１１０ｂは、例えば図２に例示されている湾曲のタイプの、つまり支持リング１１０の内側境界規定表面１１０ｂによって形成されている開口の最大開口寸法Ｄ_maxと最小開口寸法Ｄ_minとの間で比較的滑らかに遷移している波形であることが好ましい。例えば、海で適用する場合、渦の形成のような水力学的効果に関して、これは有利である。しかし、本発明によれば、支持リング１１０の内側境界規定表面１１０ｂを構成している表面に沿って、より大きな内径とより小さな内径との間に１つ以上の別個の段差を有しているのこぎり歯形状または段差形状など任意の代替の波形も同様に着想可能である。本発明の１つの好適実施形態によれば、波形は、軸１９０の主回転振動数の間隔に関して軸制限要素１３０の半径方向の振動を減衰させるようにもされている。本実施形態では、特定の波形によらず、内側境界規定表面１１０ｂと軸制限要素１３０の外側境界規定表面１３０ｂとの間の最大隙間２２５ａは、波の底部２１０によって、内側境界規定表面１１０ｂと軸制限要素１３０の外側境界規定表面１３０ｂとの間の最小隙間２２５ｂは、波の頂部２２０ａと２２０ｂとによって、それぞれ与えられる。

さらに、支持リング１１０の材料は、そのばね定数と緩衝作用とが軸１９０の主回転振動数の間隔に対して最適化されるように選択されることが好ましい。支持リング１１０は、弾性材料で構成されていることが好ましい。そのため、支持リング１１０は、例えばポリイソプレン（または天然ゴム）、ポリブタジエン、ポリイソブチレン、およびポリウレタンの形態のゴム、例えばプリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、およびポリメタクリル酸メチルの形態のプラスチックなどのエラストマーを有していることが好ましい。

本発明の一実施形態によれば、支持リング１１０は、主隙間Ａが表面１３０ｂと、表面１１０ｂの２つの連続している波の頂部２２０ａと２２０ｂの間の表面部と、の間に形成されるように構成されている。

さらに、波形は、支持リング１１０の全ての波の頂部の間の主隙間Ａの断面積を組み合わせることによって特定の流れが可能になるように構成されている。したがって、図２に示されている例では、この組み合わされた断面積は１１Ａであるが、これは支持リング１１０が１１個の波の頂部（および、したがって１１個の波の底部）を有しているためである。すなわち、波の頂部の数は、軸１９０の寸法と液体媒体の粘度とに依存する最適化パラメータである。いかなる場合でも、内側境界規定表面１１０ｂは、奇数個の波の頂部を有していることが好ましく、その奇数個の最小数は３つである。

本発明の１つの好適実施形態によれば、軸貫通部は、軸筐体１００に対して実質的に静止している非回転ばね要素１７０（図１参照）も有している。ばね要素１７０は、実質的に静止している部分１２０の第１の密封表面を軸パッキンの回転部１２５の第２の密封表面に押し付けるようにされている。ばね要素１７０は、軸１９０を密封するように囲んでおり、蛇腹状の外形を有している。つまり、したがって、空間１４０ｂの液体媒体は、軸パッキンの他方の側の乾き空間１５０に到達することが防止される。

本発明は、図面に示されている実施形態には限定されず、以降の請求項の範囲内で自由に変更することができる。

本発明の一実施形態の軸貫通部を示す図である。提案されている支持リングの一例を示す図である。

Claims

軸パッキンを安定させる支持リング（１１０）であって、該軸パッキンは、外側境界規定表面（１３０ｂ）が実質的に輪状である軸制限要素（１３０）を有しており、該支持リング（１１０）は、該軸制限要素（１３０）を受け入れる開口を構成している内側境界規定表面（１１０ｂ）を有しており、該支持リング（１１０）の該内側境界規定表面（１１０ｂ）が該軸制限要素（１３０）の輪状の該外側境界規定表面（１３０ｂ）に対して隙間（２２５ａ；２２５ｂ）を有して隣接するように、軸筐体（１００）内に静止して取り付けられるようにされている支持リング（１１０）において、
前記内側境界規定表面（１１０ｂ）は、前記支持リング（１１０）のこの表面（１１０ｂ）に沿った内径が最大開口寸法（Ｄ_max）と最小開口寸法（Ｄ_min）との間で変化するように構成されていることを特徴とする、
支持リング（１１０）。
前記内側境界規定表面（１１０ｂ）は波形であって、前記最大開口寸法（Ｄ_max）は波の底部（２２０ｂ）に対応しており、前記最小開口寸法（Ｄ_min）は波の頂部（２２０ａ、２２０ｂ）に対応していることを特徴とする、請求項１に記載の支持リング（１１０）。
前記内側境界規定表面（１１０ｂ）は、奇数個の前記波の頂部（２２０ａ、２２０ｂ）を有していることを特徴とする、請求項２に記載の支持リング（１１０）。
前記波の頂部（２２０ａ、２２０ｂ）の数は、少なくとも３つであることを特徴とする、請求項３に記載の支持リング（１１０）。
実質的に弾性材料で構成されていることを特徴とする、請求項１から4のいずれか１項に記載の支持リング（１１０）。
軸筐体（１００）と、輪状の外側境界規定表面（１３０ｂ）を有している軸制限要素（１３０）を有している軸パッキンと、を有している軸貫通部であって、該軸パッキンは、該軸パッキンの第１の側（１４０ａ；１４０ｂ）で回転軸（１９０）と接続して位置している液体媒体が該軸パッキンの第２の側（１５０）に到達しないようにされている軸貫通部において、
前記軸筐体（１００）は請求項１から５のいずれか１項に記載の支持リング（１１０）を有しており、該支持リング（１１０）は、該支持リング（１１０）の前記内側境界規定表面（１１０ｂ）が前記軸制限要素（１３０）の前記輪状の外側境界規定表面（１３０ｂ）に対して隙間（２２５ａ；２２５ｂ）を有して隣接するように、前記軸筐体（１００）内に取り付けられていることを特徴とする、
軸貫通部。
前記隙間（２２５ａ；２２５ｂ）は、前記液体媒体の特定の流れが前記支持リング（１１０）を通過できるようにされていることを特徴とする、請求項６に記載の軸貫通部。
前記支持リング（１１０）の前記内側境界規定表面（１１０ｂ）は波形であって、該内側境界規定表面（１１０ｂ）と前記軸制限要素（１３０）の前記輪状の外側境界規定表面（１３０ｂ）との間の最大隙間（２２５ａ）は、波の底部（２１０）によって与えられており、該内側境界規定表面（１１０ｂ）と該軸制限要素（１３０）の該輪状の外側境界規定表面（１３０ｂ）との間の最小隙間（２２５ｂ）は、波の頂部（２２０ａ、２２０ｂ）によって与えられていることを特徴とする、請求項７に記載の軸貫通部。
前記支持リング（１１０）は、主隙間空間（Ａ）が前記軸制限要素（１３０）の前記輪状の外側境界規定表面（１３０ｂ）と、前記支持リング（１１０）の前記内側境界規定表面（１１０ｂ）の２つの連続している前記波の頂部（２２０ａ、２２０ｂ）の間の表面部との間に形成されるように配置されており、前記波形は、該支持リング（１１０）の全ての該波の頂部の間の該主隙間空間（Ａ）の断面積を組み合わせることによって前記特定の流れが可能になるように構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の軸貫通部。
前記波形は、前記軸制限要素（１３０）の前記軸（１９０）の主回転振動数の間隔に関して半径方向の振動を減衰させるようにされていることを特徴とする、請求項８または９に記載の軸貫通部。
前記軸筐体（１００）に対して回転しないばね要素（１７０）を有しており、該要素（１７０）は、前記軸パッキンの実質的に静止している部分（１２０）の第１の密封表面を、前記軸（１９０）に接続されている該軸パッキンの回転部分（１２５）の第２の密封表面に押し付けるようにされていることを特徴とする、請求項６から１０のいずれか１項に記載の軸貫通部。
前記ばね要素（１７０）は、前記軸（１９０）を囲むようにされている蛇腹状の外形を有していることを特徴とする、請求項１１に記載の軸貫通部。