JP2014177986A - 軸シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の軸方向外側に設けられたシールリングの発熱抑制効果及び潤滑効果を高め、該シールリングを長寿命化する。
【解決手段】回転軸１０とハウジング１２との間に外側シールリング２４及び内側シールリング３４が設けられ、これらシールリング間にリング状の間座２８が介装され、間座２８の内側に環状空間ｓ１が形成されている。間座２８に貫通孔３０ａ〜３０ｃが形成され、潤滑油供給系４０から貫通孔３０ａ〜３０ｃを介して環状空間ｓ１に潤滑油ｏが供給される。貫通孔３０ａ〜３０ｃの開口は、外側シールリング２４と回転軸１０との摺接部Ｓに近接した位置に配置され、貫通孔３０ａ〜３０ｃから滴下した潤滑油ｏで摺接部Ｓを冷却する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸と該回転軸が設けられたハウジングとの間をシールする軸シール装置に関する。

従来、回転軸と、該回転軸を軸受を介して支持するハウジングとの間では、軸受の潤滑性を保持しながらシール性能を確保する必要があるため、各種のシール構造が用いられている。例えば、プロペラ軸が船外へ突出する船体部分に設けられる船尾管においては、軸受を囲むように潤滑油溜まりを形成して、軸受の潤滑を保持し、焼付きや発熱を防止すると共に、軸受のプロペラ軸方向外側で、リング状のシール部材をプロペラ軸方向に沿って多重に設け、潤滑油溜まりから潤滑油が船外に漏れるのを防止している。

しかし、軸方向外側のシール部材には、潤滑油溜まりの潤滑油が届かないので、外側シール部材の発熱などによる早期損傷を防止する必要がある。そのため、外側シール部材とその内側に設けられたシール部材との間に、少量の潤滑油を供給するなどの対策が考えられている。

特許文献１には、船尾管のシール構造の一例が開示されている。このシール構造は、プロペラ軸方向で最も外側に設けられた第１シールリングと、その軸方向内側に設けられた第２シールリングとの間に形成される環状空間に水溜まりを形成している。この水溜まりによって、第１シールリングと回転部分との摺接面を冷却すると共に、該摺接面の潤滑性を保持し摩耗を防止している。また、水溜まりを形成している水が第１シールリングから船外に漏れても、油漏れと異なり、環境汚染とはならない利点がある。

特開２０００−２３８６９４号公報

特許文献１では、第１シールリングと第２シールリングとの間に水溜まりを形成している。しかし、船尾管以外の用途で、環境汚染が問題とならない場合は、水溜まりの代わりに、潤滑油溜まりを形成したほうが摺接部の潤滑性をさらに向上できると考えられる。
しかし、潤滑油溜まりを形成した場合でも、潤滑油が滞留したままで流動しなければ、潤滑油の温度は時間と共に急激に上昇してしまうので、冷却効果は時間と共に急激に低下する。そのため、大量の潤滑油を使用する割には冷却効果は期待したほど向上しないという問題がある。

また、第１シールリングと第２シールリングとの間に潤滑油を供給しても、シールリングと回転軸との摺接面に潤滑油をうまく供給できるとは限らない。そのため、所期の冷却効果が得られず、第１シールリングが早期に焼損するおそれもある。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、回転軸の軸方向外側に設けられたシールリングの発熱抑制効果及び潤滑効果を高め、該シールリングの長寿命化を達成することを目的とする。

本発明は、回転軸の外周面に摺接する第１シールリングと、第１シールリングに対し回転軸の軸方向内側に配置され、回転軸に摺接する第２シールリングとを備え、第２シールリングに対し回転軸の軸方向内側で回転軸の外周面に潤滑油溜まりが形成された軸シール装置に適用される。

前記目的を達成するため、本発明の軸シール装置は、第１シールリングと第２シールリングとの間に介装され、回転軸との間に環状空間を形成するリング状の間座と、間座に形成され環状空間に開口した潤滑油供給孔に潤滑油を供給する潤滑油供給系と、環状空間に供給された潤滑油を環状空間から排出する潤滑油排出系とを備え、間座は、回転軸に接近する方向に延設された延設部を有し、潤滑油供給孔は間座の延設部まで形成され、第１シールリングと回転軸との摺接部の近接位置に開口している。

本発明では、第１シールリングと第２シールリングとの間に、間座を介装することで、第１シールリングと第２シールリングとの間に所望容積の環状空間を形成できる。この間座に潤滑油供給孔を形成することで、簡単な構成で環状空間に潤滑油を容易に供給できる。この間座は、回転軸に接近する方向に延設された延設部を有し、潤滑油供給孔は間座の延設部まで形成される。これによって、潤滑油供給孔を第１シールリングと回転軸との摺接部の近接位置に開口できる。そのため、環状空間に供給される潤滑油を第１シールリングと回転軸との摺接部に確実に供給することができ、潤滑油溜まりを形成しなくても、少量の潤滑油を環状空間に滴下するだけで、前記摺接部の冷却効果を向上できる。

本発明では、環状空間に潤滑油を供給する潤滑油供給系と、環状空間から潤滑油を排出する潤滑油排出系とを備えているので、環状空間の潤滑油を常時循環できる。そのため、潤滑油の温度上昇を回避できるので、前記摺接部の冷却効果を高く維持できる。

本発明の一態様として、第１シールリングと回転軸との摺接部に対面する間座の延設部の側面に、潤滑油供給孔を開口させることができる。これによって、潤滑油供給孔の開口を前記摺接部に近接した位置でかつ前記摺接部に向けて配置できるので、潤滑油を前記摺接部に確実に到達させることができる。これによって、前述のように、摺接部の冷却効果を高く維持できる。

本発明の一態様として、回転軸が横方向に配置されたとき、潤滑油供給孔を間座の上部に形成するとよい。これによって、環状空間の上部に供給された潤滑油は、環状空間を全周に亘り流れ落ちるので、第１シールリングと回転軸との摺接部を全周に亘り冷却することができる。
また、間座の延設部の底面が、前記摺接部に向かって回転軸に徐々に接近する傾斜面を有するように形成することができる。これによって、間座の延設部の底面に付着した潤滑油は、重力によって前記傾斜面に沿い前記摺接部に向かって流れ、前記摺接部に最も接近した位置で回転軸に滴下する。従って、潤滑油を前記摺接部に確実に到達できる。

本発明の一態様として、潤滑油供給孔の開口の周縁に、潤滑油供給孔の開口から流出した潤滑油を前記摺接部にガイドするリップ部材が設けることができる。これによって、簡単な構成で、潤滑油を前記摺接部に確実に到達させることができる。

さらに、本発明の一態様として、潤滑油供給系に、環状空間に供給する潤滑油の流量を調整する流量調整弁を設けると共に、潤滑油排出系に、環状空間から排出される潤滑油の温度を検出する温度センサを設け、制御装置に温度センサの検出値を入力させ、該制御装置によって、流量調整弁の開度を制御するようにすることができる。これによって、第１シールリングの冷却度を所望の温度に調整することができる。

本発明によれば、最も外側に配置された第１シールリングと回転軸との摺接部を、少量の潤滑油で冷却でき、かつ潤滑性を保持できる。従って、第１シールリングの焼損及び摩耗を抑制でき、第１シールリングの長寿命化を達成できる。

本発明の第１実施形態に係る軸シール装置の縦断面図である。 図１中のＡ―Ａ線に沿う断面図である。 図１の一部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る軸シール装置縦断面図である。 図４中のＢ方向矢視図である。 図４中のＣ方向矢視図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１において、回転軸１０は水平方向に配置され、回転軸１０と、回転軸１０を軸受を介してハウジング１２との間に本実施形態の軸シール装置２０Ａが設けられている。ハウジング１２には、内側に突出した軸受支持部１２ａが設けられ、軸受支持部１２ａに軸受１４が設けられ、軸受１４によって回転軸１０を回転自在に支承している。回転軸１０の軸方向最外部に配置された支持板２２の軸方向内側で、回転軸１０とハウジング１２との間に外側シールリング２４が介装されている。外側シールリング２４はゴム等の弾性体で構成されている。

外側シールリング２４の内面には、斜め方向に突出した弾性リップ２４ａが一体に形成されている。弾性リップ２４ａには、断面が円形でリング状のガータスプリング２６が設けられている。弾性リップ２４ａはガータスプリング２６によって回転軸１０に押し付けられ、回転軸１０との摺接面をシールしている。また、弾性リップ２４ａは、支持板２２と一体のリテーナ２２ａによって下方から支持されている。

外側シールリング２４の内側には断面が四角形で金属製の間座２８が設けられている。間座２８には、内外両面に貫通する貫通孔３０ａが形成されている。貫通孔３０ａはハウジング１２に設けられた油供給管１６ａと連通している。間座２８と回転軸１０との間に環状空間ｓ１が形成されており、油供給管１６ａ及び貫通孔３０ａを通して環状空間ｓ１に潤滑油が供給される。

間座２８の軸方向内側に金属製のリテーナ３２が設けられ、リテーナ３２と軸受支持部１２ａの側面との間に内側シールリング３４が介装されている。内側シールリング３４は、ゴム等の弾性体で構成されている。内側シールリング３４の内面には、斜め方向に突出した弾性リップ３４ａが一体に形成されている。弾性リップ３４ａには、ガータスプリング３６が設けられ、弾性リップ３４ａはガータスプリング３６によって回転軸１０に押し付けられ、回転軸１０との摺接面をシールしている。また、弾性リップ２４ａはリテーナ３２によって下方から支持されている。内側シールリング３４の軸方向内側に形成された環状空間ｓ２には潤滑油ｏが満たされている。

次に、環状空間ｓ１に潤滑油ｏを供給する潤滑油供給系４０の構成を説明する。ハウジング１２の内部に潤滑油ｏを貯留した油タンク３８が設けられている。また、油タンク３８とハウジング１２に設けられた油供給管１６ａとを分岐管４１ａを介して接続する油供給管４１が設けられている。油供給管４１には、潤滑油ｏを油供給管１６ａに供給する油ポンプ４２及び油供給管４１を流れる潤滑油ｏの流量を調整する流量調整弁４４が設けられている。油タンク３８に貯留されている潤滑油ｏは、油ポンプ４２によって油供給管１６ａ及び貫通孔３０ａを介し環状空間ｓ１に供給される。

環状空間ｓ１から潤滑油ｏを排出する潤滑油排出系４５は、環状空間ｓ１と油タンク３８とを接続する油排出管４６で構成されている。油排出管４６には、油排出管４６を流れる潤滑油ｏの温度を検出する温度計４８及び潤滑油ｏを冷却するオイルクーラ５０が設けられている。環状空間ｓ１に供給された潤滑油ｏは、重力によって油排出管４６に流下し、油タンク３８に戻る。温度計４８の検出値は制御装置５６に入力される。制御装置５６は、油排出管４６を流れる潤滑油ｏの温度を設定値にすべく、流量調整弁４４の開度を制御する。

次に、図２により、間座２８付近における潤滑油供給系４０及び潤滑油排出系４５の構成を説明する。図２において、油供給管４１はハウジング１２の手前で３つの分岐管４１ａ、４１ｂ及び４１ｃに分岐している。ハウジング１２には、回転軸１０の半径方向に油供給管１６ａ〜１６ｃが設けられている。ハウジング１２の最上部に油供給管１６ａが設けられ、油供給管１６ａの両側でハウジング１２の上半分の領域に油供給管１６ｂ及び１６ｃが設けられている。分岐管４１ａ〜４１ｃは、夫々油供給管１６ａ〜１６ｃに接続されている。間座２８には、油供給管１６ａ〜１６ｃの夫々の開口に連なる位置に貫通孔３０ａ〜３０ｃが形成されている。

かかる構成により、潤滑油ｏは、油供給管４１から分岐管４１ａ〜４１ｃ、油供給管１６ａ〜１６ｃ及び貫通孔３０ａ〜３０ｃを介して環状空間ｓ１に供給される。

間座２８の最下部には、間座２８の上下面に貫通する貫通孔５２が形成されている。ハウジング１２の最下部には、貫通孔５２に連通する油排出管５４が設けられ、油排出管５４は油排出管４６に接続されている。貫通孔３０ａ〜３０ｃから環状空間ｓ１に供給された潤滑油ｏは、重力によって環状空間ｓ１を流れ落ち、貫通孔５２及び油排出管５４から油排出管４６に排出する。

次に、間座２８及び貫通孔３０ａ〜３０ｃの構成を説明する。貫通孔３０ａ〜３０ｃは同一の形状を有している。図３は、貫通孔３０ａが形成された断面を示しており、貫通孔３０ａを例に取って説明する。図３において、間座２８は、外側シールリング２４とリテーナ３２との間に配置された基部６０と、基部６０と一体に形成され、環状空間ｓ１に突き出た延設部６２とで構成されている。

貫通孔３０ａは、孔６４及び孔６６から構成されている。孔６４は、基部６０に回転軸１０の半径方向に直線状に形成された同一径の孔であり、孔６６は、孔６４と段差なく連通し、外側シールリング２４と回転軸１０との摺接部Ｓに向かって斜め方向に直線状に形成され、延設部６２の側面６２ａに開口した同一径の孔である。延設部６２の底面６２ｂは、摺接部Ｓに向かって回転軸１０に徐々に接近する平坦な傾斜面である。

かかる構成において、貫通孔３０ａに供給された潤滑油ｏは、孔６４及び６６を通り、孔６６の開口から側面６２ａを伝って下方に流下し、回転軸１０に滴下する。側面６２ａの下端は摺接部Ｓに近い位置にあるので、孔６６から滴下した潤滑油ｏは摺接部Ｓに到達し、摺接部Ｓを冷却することができる。この際、延設部６２の底面６２ｂは、摺接部Ｓに向かって回転軸１０に徐々に接近する傾斜面となっているので、底面６２ｂに付着した潤滑油ｏが摺接部Ｓから離れる方向へ流れることはなく、側面６２ａの下端に向かって流れる。

油排出管４６を流れる潤滑油ｏの温度は温度計４８で検出され、検出値は制御装置５６に入力される。制御装置５６は、温度計４８の検出値が設定温度となるように、流量調整弁４４の開度を調整し、油供給管４１を流れる潤滑油ｏの流量を調整する。

本実施形態によれば、孔６６の開口から流出した潤滑油ｏは、側面６２ａを伝って摺接部Ｓの極近傍に滴下するので、潤滑油ｏは確実に摺接部Ｓに到達できる。そのため、少量の潤滑油で摺接部Ｓの冷却効果を向上できる。また、貫通孔３０ａ〜３０ｃから環状空間ｓ１の上部に供給された潤滑油ｏは、摺接部Ｓに接触しながら重力によって環状空間ｓ１を全周に亘って流れ落ちる。また、潤滑油ｏの滴下量が多い場合でも、潤滑油ｏは孔６６にガイドされて、側面６２ａの真下の摺接部Ｓの極近傍位置に確実に滴下できる。

このように、潤滑油溜まりを形成することなく、少量の潤滑油を環状空間ｓ１に滴下するだけで摺接部Ｓの冷却効果を向上できるので、外側シールリング２４からの潤滑油の漏れを抑制できる。また、貫通孔３０ａ〜３０ｃは、間座２８の上部に配置されているので、潤滑油ｏは回転軸１０の外周面に沿って滴下しながら、環状空間ｓ１の全周に隈なく行き渡らせることができる。従って、摺接部Ｓの全周に亘り冷却できる。

また、環状空間ｓ１で、潤滑油ｏは重力により貫通孔５２に到達し、油排出管５４から自然に排出できるので、排出のための動力を必要としない。さらに、制御装置５６により、環状空間ｓ１に供給される潤滑油ｏの温度を設定値に調整できるので、外側シールリング２４を最適な温度に冷却でき、外側シールリング２４の寿命を延ばすことができる。

なお、本実施形態において、孔６６を回転軸１０の半径方向に向け、図３中、二点鎖線６６ａに示すように、孔６６を底面６２ｂに開口させてもよい。この場合でも、孔６６ａの開口から流下した潤滑油ｏは底面６２ｂを伝って摺接部Ｓに最も接近した位置で滴下するので、摺接部Ｓを確実に冷却できる。孔６４及び６６ａは、直線状で段差がない同一径の連続孔であるので、加工が容易である。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図４〜図６により説明する。図４において、本実施形態の軸シール装置１０Ｂは、延設部６２の側面６２ａにおいて、孔６６の開口の下縁にリップ部材７０を取り付けたものである。リップ部材７０は、摺接部Ｓに向かって突出するように配置されている。その他の構成は前記第１実施形態と同一である。以下、図５及び図６により、リップ部材７０の構成を説明する。

図５及び図６において、リップ部材７０は三角形状の板からなるリップ７２と、リップ７２の両端に一体に形成されたフランジ７４ａ及び７４ｂとで構成されている。リップ部材７０は、フランジ７４ａ及び７４ｂにおいてボルト７６により延設部６２の側面６２ａにボルト結合されている。リップ部材７０は、例えば、ボム製、金属製又は樹脂製で構成できる。
孔６６から排出された潤滑油ｏは、リップ７２の上面を伝って摺接部Ｓの極近傍まで到達できる。そのため、本実施形態によれば、少量の潤滑油で摺接部Ｓの冷却効果をさらに増すことができる。

本発明によれば、回転軸に設けられたシールリングの発熱抑制効果及び潤滑効果を高め、シールリングの長寿命化を達成できる。本発明は、例えば、風力発電装置の回転軸、エンジンのクランク軸、船舶の船尾管及び工作機械に設けられた回転軸等のシールに適用できる。

１０ 回転軸
１２ ハウジング
１２ａ 軸受支持部
１４ 軸受
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、４１ 油供給管
２０Ａ、２０Ｂ 軸シール装置
２２ 支持板
２２ａ リテーナ
２４ 外側シールリング（第１シールリング）
２４ａ 弾性リップ
２６、３６ ガータスプリング
２８ 間座
６０ 基部
６２ 延設部
６２ａ 側面
６２ｂ 底面
６４，６６，６６ａ 孔（潤滑油供給孔）
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、５２ 貫通孔
３２ リテーナ
３４ 内側シールリング（第２シールリング）
３４ａ 弾性リップ
３８ 油タンク
４０ 潤滑油供給系
４２ 油ポンプ
４４ 流量調整弁
４５ 潤滑油排出系
４６、５４ 油排出管
５０ オイルクーラ
５６ 制御装置
７０ リップ部材
７２ リップ
７４ａ、７４ｂ フランジ
７６ ボルト
Ｓ 摺接部
ｏ 潤滑油
ｓ１、ｓ２ 環状空間

Claims (5)

1. 回転軸の外周面に摺接する第１シールリングと、
   前記第１シールリングに対し前記回転軸の軸方向内側に配置され、前記回転軸に摺接する第２シールリングとを備え、
   前記第２シールリングに対し前記回転軸の軸方向内側で前記回転軸の外周面に潤滑油溜まりが形成された軸シール装置において、
   前記第１シールリングと前記第２シールリングとの間に介装され、前記回転軸との間に環状空間を形成するリング状の間座と、
   前記間座に形成され前記環状空間に開口した潤滑油供給孔に潤滑油を供給する潤滑油供給系と、
   前記環状空間に供給された潤滑油を前記環状空間から排出する潤滑油排出系とを備え、
   前記間座は、前記回転軸に接近する方向に延設された延設部を有し、前記潤滑油供給孔は前記延設部まで形成され、前記第１シールリングと前記回転軸との摺接部の近接位置に開口していることを特徴とする軸シール装置。
2. 前記間座の延設部の側面は前記摺接部に対面し、前記延設部の側面に前記潤滑油供給孔が開口していることを特徴とする請求項１に記載の軸シール装置。
3. 前記回転軸が横方向に配置され、かつ前記潤滑油供給孔が前記間座の上部に形成され、
   前記延設部の底面が、前記摺接部に向かって前記回転軸に徐々に接近する傾斜面を有していることを特徴とする請求項１に記載の軸シール装置。
4. 前記潤滑油供給孔の開口の周縁に、前記潤滑油供給孔から流出した前記潤滑油を前記摺接部にガイドするリップ部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の軸シール装置。
5. 前記潤滑油供給系に設けられ、前記環状空間に供給する潤滑油の流量を調整する流量調整弁と、
   前記潤滑油排出系に設けられ、前記環状空間から排出される潤滑油の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの検出値が入力され、該検出値に基づいて前記流量調整弁の開度を制御する制御装置とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の軸シール装置。
   

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