JP2010007715A - 回転軸のシール機構 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物がパッキンの端面に入り込むことによるパッキンのシール不良を未然に防止して、シール状態を良好に維持することができる回転軸のシール機構を提供すること。
【解決手段】被処理物を処理する内部空間と外部空間との間に設けられるパッキン２を備え、パッキン２の端面を回転軸６１のシール端面６７に向かう軸方向に付勢機構６６によって付勢するようにした回転軸６１のシール機構において、パッキン２に流体供給路２３を形成し、流体供給路２３を介してパッキン２の端面に流体を供給する流体供給機構３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸のシール機構に関し、特に、被処理物がパッキンの端面に入り込むことによるパッキンのシール不良を未然に防止して、シール状態を良好に維持することができるようにした回転軸のシール機構に関するものである。

例えば、混練機においては、ケーシング外部への混練材料の漏洩を防止するために、樹脂製のパッキンをロータの軸端面にばねで押し付けてシールを行っているが、混練材料がパッキンの端面を通って外部へ漏洩することがある。

このような材料漏れの発生原因として、以下のプロセスが考えられる。
（１）図９（ａ）に示すように、混練材料の内圧によりパッキン２が内径側に変形し、パッキンの端面にクサビ状の隙間ができる。この隙間に入り込んだ混練材料が、軸端面のウェアリングプレート６７に追従するパッキン２の動きを阻害して、端面が開き、そこから材料漏れが発生する。
（２）図９（ｂ）に示すように、混練時の負荷によりロータ６にはタワミが生じることから、軸端面が傾き、パッキン２の端面にクサビ状の隙間ができる。この隙間に混練材料が入り込むことにより端面が開き、そこから材料漏れが発生する。

混練時の材料漏れは混練物の品質上問題となり、また、清掃作業が必要となる上、粉塵の発生等、作業環境的にも問題となるため、材料漏れを生じない回転軸のシール機構が求められている。

本発明は、上記従来の回転軸のシール機構が有する問題点に鑑み、被処理物がパッキンの端面に入り込むことによるパッキンのシール不良を未然に防止して、シール状態を良好に維持することができる回転軸のシール機構を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、被処理物がパッキンの端面に入り込むことによるパッキンのシール不良を検知することができる回転軸のシール機構を提供することを第２の目的とする。
また、本発明は、被処理物がパッキンの端面に入り込むことによるパッキンのシール不良が発生したときに、装置を分解することなくシール不良を解消することができる回転軸のシール機構を提供することを第３の目的とする。

上記第１の目的を達成するため、本発明の回転軸のシール機構は、被処理物を処理する内部空間と外部空間との間に設けられるパッキンを備え、該パッキンの端面を回転軸のシール端面に向かう軸方向に付勢機構によって付勢するようにした回転軸のシール機構において、前記パッキンに流体供給路を形成し、該流体供給路を介してパッキンの端面に流体を供給する流体供給機構を備えたことを特徴とする。

この場合において、前記流体供給機構による流体供給圧力を前記付勢機構による付勢力よりも小さく設定したり、大きく設定したりすることができる。

また、上記第２の目的を達成するため、パッキンの端面に供給された流体の圧力を測定する圧力測定機構及び／又はパッキンの端面に供給される流体の流量を測定する流量測定機構を備え、前記圧力測定機構及び／又は流量測定機構の測定値によって、パッキンのシール不良を検知するようにすることができる。

さらに、上記第３の目的を達成するため、圧力測定機構が圧力降下を検知したとき及び／又は流量測定機構が流量の増大を検知したときに、パッキンの端面に前記パッキンの端面に供給していた流体よりも高圧の流体を供給し、噴出させる流体噴射機構を備えることができる。

本発明の回転軸のシール機構によれば、パッキンの端面が回転軸のシール端面に向かう軸方向に付勢機構によって付勢されることによって、被処理物を処理する内部空間と外部空間とをシールするに当たり、パッキンの端面が回転軸のシール端面に良好に密着しているときには、シール状態を良好な状態に保つことができる。
一方、パッキンが変形したときや傾いたときには、パッキンの端面と回転軸のシール端面との間に隙間が生じるが、流体供給機構によりその隙間に流体を連続的に供給することにより、その隙間への材料の侵入及びその隙間を介した材料漏れを抑制することができる。

また、前記流体供給機構による流体供給圧力を前記付勢機構による付勢力よりも小さく設定することにより、通常の状態では、パッキンの端面が回転軸のシール端面に良好に密着するようにして、流体供給機構によるパッキンの端面への流体の供給は停止され、一方、パッキンが変形したり、傾いたときにのみ、流体供給機構によるパッキンの端面への流体の供給が行われるので、流体の消費量を少なくすることができる。
また、前記流体供給機構による流体供給圧力を前記付勢機構による付勢力よりも大きく設定することにより、通常の状態で、流体供給機構によるパッキンの端面への流体の供給が連続的に行われるので、パッキンの端面と回転軸のシール端面との間への材料の侵入及びその隙間を介した材料漏れを抑制することができる。

また、パッキンの端面に供給された流体の圧力を測定する圧力測定機構及び／又はパッキンの端面に供給される流体の流量を測定する流量測定機構を備え、前記圧力測定機構及び／又は流量測定機構の測定値によって、パッキンのシール不良を検知するようにすることにより、パッキンの端面が開口することによる流体の圧力降下や流量の増大によりパッキンのシール不良を検知することができる。

また、圧力測定機構が圧力降下を検知したとき及び／又は流量測定機構が流量の増大を検知したときに、パッキンの端面に前記パッキンの端面に供給していた流体よりも高圧の流体を供給し、噴出させる流体噴射機構を備えることにより、パッキンの端面に入り込んだ被処理物を吹き飛ばして正常な状態に復帰させることができる。

以下、本発明の回転軸のシール機構の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図３に、本発明の回転軸のシール機構の第１実施例を示す。
この回転軸のシール機構は、混練機等の被処理物を処理する内部空間と外部空間とを区画するケーシングの側壁１に設けられるものであり、パッキン２の端面２１に空気を供給して圧力をかける流体供給機構３と、供給された空気の圧力を測定する圧力測定機構４と、圧力測定機構４が圧力降下を検知したときに、パッキン２の端面２１から空気を噴出させる流体噴射機構５とを備えている。

パッキン２は、ロータ６の駆動軸６１の貫通位置に取り付けたパッキンガイド６２に対し、先端にパッキン２を配設したパッキン押え６３をボルト６４を介して支持するとともに、ナット６５を締め付けて、付勢機構としてのばね６６の付勢力によりパッキン押え６３を押圧し、パッキン２をシール端面としてのロータ軸端面のウェアリングプレート６７に摺接させることによってシールを行っている。

流体供給機構３は、図２にも示すように、合成樹脂からなる円筒状のパッキン２の端面２１に形成された環状の凹溝２２と、凹溝２２からパッキン２を軸方向に貫通するエア供給孔２３と、エア供給孔２３と連通してパッキン押え６３を軸方向に貫通するエア供給孔２４と、パッキン押え６３のエア供給孔２４に低圧空気を供給する低圧ライン３１とを備えている。
低圧ライン３１は、コンプレッサ（図示省略）から供給される圧力空気を減圧弁３２で低圧にし、通常時は電磁弁３３を開にしてパッキン２の端面２１に低圧空気を供給した後、この電磁弁３３を閉じて圧力を保持する。
この場合、電磁弁３３の下流側に、圧力を保持するアキュムレータ３４を付設することもできる。

ところで、本実施例においては、流体供給機構３による流体供給圧力を付勢機構としてのばね６６による付勢力よりも小さく設定するようにし、通常の状態では、パッキン２の端面２１がウェアリングプレート６７に良好に密着するようにしている。

圧力測定機構４は、低圧ライン３１の電磁弁３３の下流側に配設されたプレッシャスイッチ４１からなる。
プレッシャスイッチ４１は、パッキン２のシール不良の発生時に、パッキン２の端面２１が開口することによる空気圧の降下を検知するもので、圧力降下を検知すると下流側の電磁弁５３を切り替え、後述する流体噴射機構５の高圧ライン５１から高圧空気を供給し、パッキン２の端面２１に形成された隙間に入り込んだ被処理物を吹き飛ばすようにする（図３（ｂ）参照）。
また、パッキン２の端面２１に形成された隙間に入り込んだ被処理物が吹き飛ばされた上、端面２１に形成された隙間が閉じて、空気のリークがなくなると、プレッシャスイッチ４１が電磁弁５３を切り替えることにより、低圧ライン３１より低圧空気を再び供給し、通常時の状態に復帰する（図３（ａ）参照）。

流体噴射機構５は、パッキン２の端面２１の凹溝２２と、パッキン２及びパッキン押え６３のエア供給孔２３、２４とを、流体供給機構３と共用するとともに、パッキン押え６３のエア供給孔２４に高圧空気を供給する高圧ライン５１を備えるようにしている。
高圧ライン５１は、コンプレッサ（図示省略）から供給される圧力空気を減圧弁５２で高圧のまま保持し、プレッシャスイッチ４１が圧力降下を検知したときに、電磁弁５３を開に切り替え、エア供給孔２３、２４を介して凹溝２２に高圧空気を供給し、パッキン２の端面２１に形成された隙間に入り込んだ被処理物を吹き飛ばすようにする。

なお、図４に示すように、流体供給機構３、圧力測定機構４及び流体噴射機構５を複数設けることにより、１台のコンプレッサ（図示省略）で複数の回転軸のシール部に対応することができる。
これにより、異常が発生した箇所の特定が可能となり、装置の整備・保守作業を簡易かつ迅速に行うことができる。
また、図では省略しているが、流体供給機構３が供給した空気の流量を測定する流量測定機構を設け、この流量測定機構が流量の増大を検知したときに、パッキン２の端面２１から空気を噴出させるようにすることも可能である。

かくして、本第１実施例の回転軸のシール機構は、被処理物を処理する内部空間と外部空間との間に設けられる回転軸のシール機構において、パッキン２の端面２１がシール端面としてのロータ軸端面のウェアリングプレート６７にばね６６によって付勢されることによって、被処理物を処理する内部空間と外部空間とをシールするに当たり、パッキン２の端面２１がウェアリングプレート６７に良好に密着しているときには、シール状態を良好な状態に保つことができる。
一方、パッキン２が変形したときや傾いたときには、パッキン２の端面２１とウェアリングプレート６７との間に隙間が生じるが、流体供給機構３によりその隙間に流体を連続的に供給することにより、その隙間への材料の侵入及びその隙間を介した材料漏れを抑制することができる。
この場合、流体供給機構３による流体供給圧力を付勢機構としてのばね６６による付勢力よりも小さく設定するようにしているので、通常の状態では、パッキン２の端面２１がウェアリングプレート６７に良好に密着するようにして、流体供給機構３によるパッキン２の端面２１への流体の供給は停止され、一方、パッキン２が変形したり、傾いたときにのみ、流体供給機構３によるパッキン２の端面２１への流体の供給が行われるので、流体の消費量を少なくすることができる。
さらに、パッキン２の端面２１に流体を供給して圧力をかける流体供給機構３と、供給された流体の圧力を測定する圧力測定機構４及び／又は流体の流量を測定する流量測定機構とを備えることにより、端面２１が開口することによる流体の圧力降下や流量の増大によりパッキン２のシール不良を検知するとともに、圧力測定機構４が圧力降下を検知したとき及び／又は流量測定機構が流量の増大を検知したときに、パッキン２の端面２１から流体を噴出させる流体噴射機構５を備えることにより、パッキン２の端面２１に形成された隙間に入り込んだ被処理物を吹き飛ばすことができる。

図５〜図６に、本発明の回転軸のシール機構の第２実施例を示す。
この回転軸のシール機構は、被処理物を処理する内部空間と外部空間とを区画するケーシングの側壁１に設けられるものであり、パッキン２の端面２１に空気を連続的に供給する流体供給機構３と、供給する空気の流量を測定する流量測定機構７と、流量測定機構７が流量の増大を検知したときに、パッキン２の端面２１から空気を噴出させる流体噴射機構５とを備えている。

パッキン２は、ロータ６の駆動軸６１の貫通位置に取り付けたパッキンガイド６２に対し、先端にパッキン２を配設したパッキン押え６３をボルト６４により直接固定している。

流体供給機構３は、図２にも示すように、合成樹脂からなる円筒状のパッキン２の端面２１に形成された環状の凹溝２２と、凹溝２２からパッキン２を軸方向に貫通するエア供給孔２３と、エア供給孔２３と連通してパッキン押え６３を軸方向に貫通するエア供給孔２４と、パッキン押え６３のエア供給孔２４に低圧空気を連続的に供給する低圧ライン３１とを備えている。
低圧ライン３１は、図５に示すように、コンプレッサ（図示省略）から供給される圧力空気を減圧弁３２で低圧にし、通常時は電磁弁３３を開にして、パッキン２の凹溝２２に低圧空気を連続的に供給する。

ところで、本実施例においては、流体供給機構３による流体供給圧力を付勢機構としてのばね６６による付勢力よりも大きく設定するようにし、通常の状態で、流体供給機構３によるパッキン２の端面２１への流体の供給が連続的に行われるようにしている。

流量測定機構７は、低圧ライン３１の電磁弁３３の下流側に配設された流量スイッチ７１からなる。
流量スイッチ７１は、パッキン２のシール不良の発生時に、パッキン２の端面２１に形成された開口による空気の流量の増大を検知するもので、流量の増大を検知すると下流側の電磁弁５３を切り替え、後述する流体噴射機構５の高圧ライン５１から高圧空気を供給し、パッキン２の端面２１に形成された隙間に入り込んだ被処理物を吹き飛ばすようにする。
また、パッキン２の端面２１に形成された隙間に入り込んだ被処理物が吹き飛ばされることによってパッキン２が正常な状態に復帰すると、流量スイッチ７１が電磁弁を切り替えることにより、低圧ライン３１より低圧空気を再び供給し、通常時の状態に復帰する。

流体噴射機構５は、パッキン２の端面２１の凹溝２２と、パッキン２及びパッキン押え６３のエア供給孔２３、２４とを、流体供給機構３と共用するとともに、パッキン押え６３のエア供給孔２４に高圧空気を供給する高圧ライン５１を備えるようにしている。
高圧ライン５１は、コンプレッサ（図示省略）から供給される圧力空気を減圧弁５２で高圧のまま保持し、流量スイッチ７１が流量の増大を検知したときに、電磁弁５３を開に切り替え、エア供給孔２３、２４を介して凹溝２２に高圧空気を供給し、パッキン２の端面２１に形成された隙間に入り込んだ被処理物を吹き飛ばすようにする。

なお、流体供給機構３、流量測定機構７及び流体噴射機構５を複数設けることにより、１台のコンプレッサで複数の回転軸のシール部に対応することができる。
これにより、異常が発生した箇所の特定が可能となり、装置の整備・保守作業を簡易かつ迅速に行うことができる。
また、図では省略しているが、流体供給機構３が供給する空気の圧力を測定する圧力測定機構４を設け、この圧力測定機構４が圧力降下を検知したときに、パッキン２の端面２１から空気を噴出させるようにすることも可能である。

かくして、本第２実施例の回転軸のシール機構は、被処理物を処理する内部空間と外部空間との間に設けられる回転軸のシール機構において、流体供給機構３による流体供給圧力を付勢機構としてのばね６６による付勢力よりも大きく設定するようにしているので、通常の状態で、流体供給機構３によるパッキン２の端面２１への流体の供給が連続的に行われるので、パッキン２の端面２１とウェアリングプレート６７との間への材料の侵入及びその隙間を介した材料漏れを抑制することができる。
また、流体供給機構３によるパッキン２の端面２１への流体の供給が連続的に行われ、パッキン２の端面２１とウェアリングプレート６７とが実質的に非接触の状態でシールが行われるため、パッキン２やウェアリングプレート６７の長寿命化を図ることができる。
また、パッキン２が変形したときや傾いたときには、パッキン２の端面２１とウェアリングプレート６７との間の隙間が大きくなるが、流体供給機構３によりその隙間に流体を連続的に供給することにより、その隙間への材料の侵入及びその隙間を介した材料漏れを抑制することができる。
さらに、パッキン２の端面２１に流体を連続的に供給する流体供給機構３と、供給された流体の圧力を測定する圧力測定機構４及び／又は流体の流量を測定する流量測定機構７とを備えることにより、端面２１の開口による流体の圧力降下や流量の増大によりパッキン２のシール不良を検知するとともに、圧力測定機構４が圧力降下を検知したとき及び／又は流量測定機構７が流量の増大を検知したときに、パッキン２の端面２１から流体を噴出させる流体噴射機構５を備えることにより、パッキン２の端面２１に形成された隙間に入り込んだ被処理物を吹き飛ばすことができる。

また、上記第１及び第２実施例において、図７に示すように、パッキン２を後方から支持するパッキン押え６３の先端部に、パッキン２を内周側から支持する環状のパッキン支持部６３ａを設けることができる。
これにより、混練材料の内圧によりパッキン２が内径側に変形することを軽減することができる。

また、図８に示すように、パッキン２及びウェアリングプレート６７の各端面２１、６８を球面状に形成することにより、ロータ６のタワミによる軸端面の傾きに対しても、端面２１、６８間にクサビ状の隙間ができることを軽減することができる。
この場合、駆動軸６１は軸受６９を支点としてタワミを生じるので、軸受６９から端面２１、６８までの距離Ｌを球面状の端面２１、６８の曲率半径とすること、すなわち、端面２１、６８の形状を軸受６９を中心とする球面状に形成することが好ましい。

以上、本発明の回転軸のシール機構について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、例えば、本実施例では、空気を流体として使用しているが、窒素ガス等の不活性ガス等の流体を使用することも可能である等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。
なお、上記第１及び第２実施例において備えるようにしている、圧力測定機構４、流体噴射機構５及び流量測定機構７は、必要に応じて設けるようにすればよく、これらを省略することもでき、また、圧力測定機構４及び流量測定機構７を備える場合には、いずれか一方を備えるようにするほか、その両方を備えて併用するようにすることもできる。

本発明の回転軸のシール機構は、被処理物がパッキンの端面に入り込むことによるパッキンのシール不良を未然に防止して、シール状態を良好に維持することができるという特性を有していることから、被処理物を処理する内部空間と外部空間との間に設けられる回転軸のシール機構として広く好適に用いることができる。

本発明の回転軸のシール機構の第１実施例を示す要部拡大図である。 パッキンを示し、（ａ）はその底面図、（ｂ）は同断面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図、（ｄ）は（ａ）の要部拡大図である。 （ａ）は同回転軸のシール機構の通常時の状態を示す要部拡大図、（ｂ）はロータの軸にタワミが生じた状態を示す要部拡大図である。 流体供給機構、圧力測定機構及び流体噴射機構を複数設けた状態を示す要部拡大図である。 本発明の回転軸のシール機構の第２実施例を示す要部拡大図である。 シール部の拡大断面図である。 パッキン押えにパッキン支持部を設けた実施例を示す拡大断面図である。 ウェアリングプレート及びパッキンの端面を球面状に形成した実施例を示す拡大断面図である。 従来の回転軸のシール機構を示し、（ａ）は混練材料の内圧によりパッキンが内径側に変形した状態を示す拡大断面図、（ｂ）はロータのタワミにより軸端面が傾いた状態を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ ケーシング側壁
２ パッキン
２１ 端面
２２ 凹溝
２３ エア供給孔（流体供給路）
２４ エア供給孔（流体供給路）
３ 流体供給機構
３１ 低圧ライン
３２ 減圧弁
３３ 電磁弁
３４ アキュムレータ
４ 圧力測定機構
４１ プレッシャスイッチ
５ 流体噴射機構
５１ 高圧ライン
５２ 減圧弁
５３ 電磁弁
６ ロータ
６１ 駆動軸（回転軸）
６２ パッキンガイド
６３ パッキン押え
６３ａ パッキン支持部
６４ ボルト
６５ ナット
６６ ばね
６７ ウェアリングプレート（シール端面）
６８ 端面
６９ 軸受
７ 流量測定機構
７１ 流量スイッチ

Claims (5)

1. 被処理物を処理する内部空間と外部空間との間に設けられるパッキンを備え、該パッキンの端面を回転軸のシール端面に向かう軸方向に付勢機構によって付勢するようにした回転軸のシール機構において、前記パッキンに流体供給路を形成し、該流体供給路を介してパッキンの端面に流体を供給する流体供給機構を備えたことを特徴とする回転軸のシール機構。
2. 前記流体供給機構による流体供給圧力が前記付勢機構による付勢力よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転軸のシール機構。
3. 前記流体供給機構による流体供給圧力が前記付勢機構による付勢力よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転軸のシール機構。
4. パッキンの端面に供給された流体の圧力を測定する圧力測定機構及び／又はパッキンの端面に供給される流体の流量を測定する流量測定機構を備え、前記圧力測定機構及び／又は流量測定機構の測定値によって、パッキンのシール不良を検知するようにしたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の回転軸のシール機構。
5. 圧力測定機構が圧力降下を検知したとき及び／又は流量測定機構が流量の増大を検知したときに、パッキンの端面に前記パッキンの端面に供給していた流体よりも高圧の流体を供給し、噴出させる流体噴射機構を備えたことを特徴とする請求項４記載の回転軸のシール機構。

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