JP2017500505A - ロータ軸のシール機構 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ロータ軸に沿ってシールを行うための軸シール機構が提供される。軸シール機構は、シール筐体と、環状の内側及び外側シール部材と、環状の中間部材と、端板とを備える。シール筐体は、シール部材穴と、軸穴とを有する。環状の内側及び外側シール部材は、シール部材穴の内部に設けられる。中間部材は、シール部材穴の内部における内側シール部材と外側シール部材との間に設けられる。端板は、ロータ軸を収容する軸穴を有し、シール筐体に取り付けられてシール部材穴の一部を覆う。中間部材は、内側シール部材をシール筐体に対して付勢し、外側シール部材を端板に対して付勢する。【選択図】図１

Description

本発明は、一つ以上の回転軸を有する機械一般に関し、特に、回転軸のシールに関する。

多くの機械は、筐体の内部に配置された一つ以上の回転軸を備えている。しばしば、筐体と回転軸との間の境界を密封するためのシールが必要となる。

多くの場合、機械が動作する環境は過酷な環境であって、そのような環境下では軸シールに物体が入り込んでシールの性能を低下させる可能性がある。更に、回転軸は、シールの機械的な損傷を引き起こす可能性がある撓みやズレにしばしば晒される。従って、過酷な環境下でも有効に機能する軸シール、及びロータ軸の撓みやズレを調節し得る軸シールが必要とされる。

本発明の一態様によれば、ロータ軸に沿ってシールを行うための軸シール機構が提供される。軸シール機構は、シール筐体と、環状の内側シール部材と、環状の外側シール部材と、環状の中間部材と、端板とを備える。シール筐体は、内側面と、外側面と、外径面と、シール部材穴と、軸穴とを有する。軸穴は、ロータ軸を収容する。環状の内側及び外側シール部材は、シール部材穴の内部に設けられる。中間部材は、シール部材穴の内部における内側シール部材と外側シール部材との間に設けられる。端板は、軸穴を有する。端板は、シール筐体に取り付けられてシール部材穴の一部を覆う。中間部材が、内側シール部材をシール筐体に対して付勢し、外側シール部材を端板に対して付勢する。

本発明の他の態様によれば、ロータ軸に沿ってシールを行うための軸シール機構が提供される。軸シール機構は、シール筐体と、環状の内側シール部材と、環状の外側シール部材と、環状の中間部材と、端板とを備える。シール筐体は、内側面と、外側面と、外径面と、内径を有するシール部材穴と、軸穴とを有する。環状の内側シール部材は、シール部材穴の内部に設けられる。環状の内側シール部材は、外径を有する。環状の外側シール部材は、シール部材穴の内部に設けられる。外側シール部材は、外径を有する。環状の中間部材は、シール部材穴の内部における内側シール部材と外側シール部材との間に設けられる。端板は、軸穴を有する。端板は、シール筐体に取り付けられてシール部材穴の一部を覆う。シール部材穴の内径が、内側シール部材と外側シール部材の外径より大きい。

本発明の他の態様によれば、連続混合機が提供される。連続混合機は、筐体と、少なくとも１つのロータ軸と、少なくとも１つの軸シール機構とを有する。ロータ軸は、筐体の内部で回転軸周りに回転可能に設けられている。軸シール機構は、上述と同様である。

本発明の他の態様によれば、小型処理機が提供される。小型処理機は、枠体と、連続混合機と、成形機と、成形機ホッパーシュートとを備える。連続混合機は、筐体と、筐体の内部で回転軸周りに回転可能に設けられた少なくとも１つのロータ軸と、ロータ軸に沿ってシールを行うための少なくとも１つの軸シール機構とを備える。軸シール機構は、上述と同様である。成形機ホッパーシュートは、連続混合機と成形機との間に延びる。

本発明の上記態様のいずれの実施形態も、１つ以上の次の要素を備えても良い。例えば、シール筐体は、シール部材穴と連通してシール部材穴の内部への流体通路を提供する少なくとも１つの流体給排気口を備えても良い。他の例としては、内側シール部材及び／または外側シール部材が、ロータ軸と接触する唇型シールを備えても良い。他の例としては、軸シール機構が、内側シール部材の回転を防止可能な少なくとも１つの回転防止部材と、外側シール部材の回転を防止可能な少なくとも１つの回転防止部材とを備えても良い。他の例としては、軸シール機構は、内側シール部材保持リングと、外側シール部材保持リングとを備えても良い。他の例としては、シール部材穴が内径を有し、内側シール部材が外径を有し、外側シール部材が外径を有しても良い。シール部材穴の内径が、内側シール部材と外側シール部材の外径より大きいことにより、シール部材穴の内部でシール部材が径方向に浮くことが許容される。

本発明の上記態様及び実施形態は、個々にまたは互いに組み合わされて使用されて良く、本発明はいかなる特定の構成にも限定されない。本発明のこれらの態様及び他の態様、実施形態、特徴、及び利点は、以下に示す詳細な説明を考慮すれば、そして添付の図面に示されるように、明らかである。

図１は、本発明の実施形態に係る軸シール機構を示す断面斜視図である。 図２は、本発明の実施形態に係る軸シール機構を示す断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る軸シール機構を示す断面斜視図である。 図４は、本発明の実施形態に係る軸シール機構を示す断面図である。 図５は、本発明の実施形態に係る軸シール機構を示す部分断面図であって、ロータ軸が着脱式の摩耗スリーブを備える場合の適用を示している。 図６は、本発明の実施形態に係る軸シール機構を示す部分断面図であって、中間部材の実施形態を示している。 図７は、本発明の実施形態に係る軸シール機構を示す部分断面図であって、中間部材の実施形態を示している。 図８は、本発明の実施形態に係る軸シール機構を示す部分断面図であって、本発明の軸シール機構を通る除去流体通路の一例を示している。 図９は、本発明の実施形態に係る軸シール機構を示す分解斜視図である。 図１０は、本発明の軸シール機構が使用される連続混合機を含んだ小型処理装置を示す図である。

図１〜９には、ロータ軸２４を外周面に沿ってシールするための軸シール機構２０が図示されている。ロータ軸２４は、回転軸周りに回転可能である。軸シール機構２０は、種々の異なる機械において、種々の異なる態様で使用される。本発明の軸シール機構２０は、特定の機械における使用や、特定の態様での使用に限定されない。しかし、本発明の軸シール機構２０は、以下で説明するように、連続混合機において特に有用である。

ここで、図１〜４に示すように、軸シール機構２０は、シール筐体２６と、端板２８と、環状の内側シール部材３０と、環状の外側シール部材３２と、環状の中間部材３４とを含んでいる。ある実施形態では、軸シール機構２０は、内側シール部材保持リング３６と、外側シール部材保持リング３８と、及び／または１つ以上の回転防止部材４０とを更に含んでいる。軸シール機構２０は、ロータ軸２４に対して回転不能である。ロータ軸２４は、外径４２を有する外側面（以下では「シール面２２」と呼ぶ）を備えており（図２を参照）、軸シール機構２０及びロータ軸２４がそれぞれの動作位置にある時に、シール面２２が軸シール機構２０に合わされる。幾つかの態様においては、ロータ軸２４が着脱式スリーブ４４を含んでもよく（例えば、図５を参照）、この着脱式スリーブ４４は、摩耗した場合には交換可能であって、及び／または特定のシール面材料を提供する等の役割も果たす。本明細書では説明の便宜上、シール面２２をロータ軸２４と一体物として説明するが、本発明の軸シール機構２０は、特定の構造を持つロータ軸に限定されない。本発明の軸シール機構２０は、物体が機械の外部へ出て行くのを抑制するように機能し、例えば、軸シール機構２０とシール面２２との間の領域に物体が入り込んだり、または軸シール機構２０を越えて物体が外部へ漏れ出すのを抑制する。

図１及び２に示される実施形態においては、シール筐体２６は、内側端面４６と、外側端面４８と、外径面５０と、径方向外側延出フランジ５２と、軸穴５４と、シール部材穴５６とを備えている。このようなシール筐体２６の構成は、シール筐体２６の一例であって、これに限定されない。軸穴５４は、シール面２２の外径４２より大きい内径５８（図２を参照）を有し（例えば、隙間嵌め）、これによりロータ軸２４がシール筐体２６の内部に収容可能となっている。また、軸穴５４は、通常はシール筐体２６を貫通して延びている。シール部材穴５６は、内径６０及び深さ６２を有し（図２を参照）、底面６４と筐体外側端面４８との間に延びている。

図３及び４を参照すると、ある実施形態では、シール筐体２６はその内部に１つ以上の流体給排気口６６が形成され、この流体給排気口を通って流体（例えば、不活性ガス）が軸シール機構２０の外部からシール部材穴５６の内部へ流入可能となっている。例えば、図３及び図４では、流体給排気口６６がフランジ５２を貫通して延び、この流体給排気口６６を通して軸シール機構２０の外部からシール部材穴５６の内部へ流体が流入する。シール部材穴５６の内部へ流入し得る流体の種類、及びそのような流体をシール部材穴５６の内部へ流入させる目的については、後述する。

端板２８は、シール側面６８と、その反対側に位置する外側面７０と、その間に延びる厚みと、２つの側面６８，７０の間に延びて直径を有する軸穴７２とを有している（図４を参照）。端板２８は、シール筐体２６への取り付けのために設けられている。図１及び３には、機械式固定具例えばネジによってシール筐体２６に取り付けられた端板２８が図示されている。

環状の内側シール部材３０は、軸側面７６と、穴側面７８と、外径面８０と、中央面８２と、幅８４とを有している（図３及び４を参照）。軸側面７６は、ロータ軸２４のシール面２２に当接するように構成されている。穴側面７８は、シール部材穴５６の底面６４に当接するように構成されている。外径面８０は、シール筐体２６に形成されたシール部材穴５６の内径６０より小さい直径８６を有している。外径面直径８６とシール部材穴５６の内径６０との差によって、両者の間には径方向の隙間が存在し、後述するようにシール部材穴５６に対して内側シール部材３０を移動させることが可能となっている。運転中に径方向へのいかなる熱膨張が生じても、外径面直径８６とシール部材穴５６の内径６０との間の径方向への隙間がなくならないように、内側シール部材３０の材質が選択される。更に、内側シール部材３０は、シール筐体２６に対する動きが許容されるような摩擦係数を有する材質からなるのが好ましい。もしくは、内側シール部材３０のシール筐体２６に対する動きを許容するような摩擦係数を有する材質で、内側シール部材３０の穴側面７８を被覆する（或いは覆う）ことも可能である。限定はされないが内側シール部材の材質の一例としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）があり、この材質はＥ．Ｉ．デュポン社によって登録商標テフロンの名の下で製造される。

図１及び２に示される実施形態では、内側シール部材３０の穴側面７８に、１つ以上の回転防止部材４０を収容するための１つ以上の空洞部８８が形成されており（例えば、１つの環状の溝、または環状に配置された複数の空洞部など）、回転防止部材４０が、シール部材穴５６の底面６４から軸方向外側へ延びている。空洞部８８（または複数の空洞部）は、回転防止部材４０の幅よりも大きい幅を有しており、これにより内側シール部材３０の径方向への動きが許容されている。空洞部８８は、その長軸より短い短軸を有する細長い形状（例えば、溝形状）に形成されているが、この形状には限定されない。１つ以上の回転防止部材４０に代わるものとして、（シール筐体２６の内部に設けられた）シール部材穴５６の底面６４に、シール部材穴５６の底面６４から径方向外側に延びるリブ（または他の突出部）が形成されても良い。更に、他の実施形態では、内側シール部材３０及び回転防止部材４０の雄部と雌部とが逆になっても良い。例えば、回転防止部材４０（またはリブ）が内側シール部材３０から外側に延び、シール部材穴５６の底面６４に空洞部８８（または複数の空洞部）が形成されても良い。

図１から４によれば、いくつかの実施形態では、内側シール部材３０に１つ以上の唇型シール９０が形成されても良い。この唇型シール９０は、それぞれがロータ軸２４に対するリップ９２を有している。このリップ９２がロータ軸２４のシール面２２と接触することにより、両者の間がシールされる。

環状の外側シール部材３２は、軸側面９４と、端板側面９６と、外径面９８と、中央面１００と、幅１０１とを有している。軸側面９４は、ロータ軸２４のシール面２２に当接するように構成されている。端板側面９６は、端板２８のシール側面６８に当接するように構成されている。外径面９８は、シール筐体２６に形成されたシール部材穴５６の内径６０よりも小さい直径１０２を有している。外径面直径１０２とシール部材穴５６の内径６０との差によって、両者の間には径方向の隙間が存在し、後述するようにシール部材穴５６に対して外側シール部材３２を移動させることが可能となっている。運転中に径方向へのいかなる熱膨張が生じても、外径面直径１０２とシール部材穴５６の内径６０との間の径方向への隙間がなくならないように、外側シール部材３２の材質が選択される。更に、外側シール部材３２は、端板２８に対する動きが許容されるような摩擦係数を有する材質からなるのが好ましい。もしくは、外側シール部材３０の端板２８に対する動きを許容するような摩擦係数を有する材質で、外側シール部材３２の端板側面９６を被覆する（或いは覆う）ことも可能である。限定はされないが内側シール部材の材質の一例としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）があり、この材質はＥ．Ｉ．デュポン社によって登録商標テフロンの名の下で製造される。通常は、しかし必ずしも必須ではないが、内側シール部材３０と外側シール部材３２の外径面８０，９８の直径８６，１０２は、互いに等しい。

図１及び２に示される実施形態では、外側シール部材３２の端板側面９６に、１つ以上の回転防止部材４０を収容するための１つ以上の空洞部１０４が形成されており（例えば、１つの環状の溝、または環状に配置された複数の空洞部など）、回転防止部材４０が、端板２８のシール側面６８から軸方向外側へ延びている。空洞部１０４（または複数の空洞部）は、回転防止部材４０の幅よりも大きい幅を有しており、これにより外側シール部材３２の径方向への動きが許容されている。空洞部１０４は、その長軸より短い短軸を有する細長い形状（例えば、溝形状）に形成されているが、この形状には限定されない。１つ以上の回転防止部材４０に代わるものとして、端板２８のシール側面６８に、端板２８のシール側面６８から径方向外側に延びるリブ（または他の突出部）が形成されても良い。更に、他の実施形態では、外側シール部材３２及び回転防止部材４０の雄部と雌部とが逆になっても良い。例えば、回転防止部材４０（またはリブ）が外側シール部材３２から外側に延び、端板２８のシール側面に空洞部（または複数の空洞部）が形成されても良い。

いくつかの実施形態では、外側シール部材３２に１つ以上の唇型シールが形成されても良い。この唇型シールは、それぞれが軸側面に対するリップを有している。このリップがロータ軸２４のシール面２２と接触することにより、両者の間がシールされる。

図３及び４に示される軸シール機構の実施形態では、内側シール部材保持リング３６と外側シール部材保持リング３８とが設けられている。各保持リング３６，３８は、各シール部材３０，３２の周回りに延び、各シール部材３０，３２を機械的に支持するとともに、各シール部材３０，３２の径方向への熱伸びを抑制する。

環状の中間部材３４は、各シール部材３０，３２の中央面８２，１００の間に配置され、中央面８２，１００に接触している。中間部材３４は、シール部材３０，３２と中間部材３４とがシール部材穴５６の内部に配置されると共に、シール部材穴５６が端板２８によって覆われている場合に、内側シール部材３０と外側シール部材３２を付勢して軸方向に互いに遠ざけるように機能する。その付勢力は、内側シール部材３０の穴側面７８を、シール筐体２６に形成されたシール部材穴５６の底面６４に対して接触した状態で維持するのに十分な大きさであって、且つ、外側シール部材３２の端板側面９６を端板２８のシール側面６８に対して接触した状態で維持するのに十分な大きさである。しかし、その付勢力は、シール部材３０，３２がシール筐体２６に対して径方向に動くのを阻害するほどの大きさではない。

中間部材３４の好適な実施形態の例が、図１から４に示されている。この実施形態では、中間部材３４が弾性的に圧縮可能なＯリング３４ａ（図４を参照）であって、断面直径すなわち幅１０６を有している。内側シール部材３０、外側シール部材３２及びＯリング３４ａの幅８４，１０１，１０６の合計は、シール筐体２６に形成されたシール部材穴５６の内部にそれら３つの部材が配置され且つ端板２８が装着された場合に、Ｏリングが弾性的に圧縮されるような大きさとなっている。すなわち、変化し得る幅の合計が、シール筐体２６のシール部材穴５６の深さ６２（図２を参照）よりも大きい。弾性的に圧縮されたＯリングが、シール部材３０，３２を軸方向外側に付勢することにより、内側シール部材３０の穴側面７８をシール部材穴５６の底面６４に対して接触した状態で維持すると共に、外側シール部材３２の端板側面９６を端板２８のシール側面６８に対して接触した状態で維持する。好適なＯリングの例は、Ｅ．Ｉ．デュポン社によって製造されるバイトン（登録商標）からなるＯリングである。

図６を参照すると、他の実施形態においては、中間部材３４は、弾性的に十分圧縮可能な断面形状（例えば、Ｖ型またはＷ型など）有するリング構造であっても良い。この中間部材３４によって、シール部材３０，３２が軸方向外側に付勢され、内側シール部材３０の穴側面７８がシール部材穴５６の底面６４に対して接触した状態で維持されると共に、外側シール部材３２の端板側面９６が端板２８のシール面６８に対して接触した状態で維持されれば良い。

図７を参照すると、他の実施形態においては、中間部材３４は、内側及び外側シール部材３０，３２と一体に形成されても良い。例えば、内側及び外側シール部材３０，３２とそれらの間に延びるＶ型の中間部材３４ｃとを、一体に形成（例えば成型）しても良い。或いは、組み合わせ構造（例えば、シール部材３０，３２と中間部材３４ｃの）を、単一の物体として開始し、その後に機械加工によって種々の形状（例えば、「Ｖ」型の中間部材３４ｃや、環状の溝など）を形成しても良い。

シール筐体２６に１つ以上の流体給排気口６６が形成される軸シール機構２０の実施形態では、軸シール機構２０が流体除去通路１０８（図８を参照）を設けるように構成される。この流体除去通路１０８によれば、流体（以下、「除去流体」と呼ぶ）が、シール筐体のシール部材穴５６から流入した後、ロータ軸のシール面２２に沿って流れ、軸シール機構２０の両端部から流出する。「除去流体」という用語は、軸シール機構２０を通って流れる流体を指してここでは使用され、その流体が提供する機能は、多くの機能（例えば、物体の除去や冷却など）であって良く、特定の機能には限定されない。眼前の用途に応じて、特定の種類の使用済み流体を選択することができる。例えば、多くの場合において、空気や窒素のような不活性ガスは、好適な除去流体となる。しかし、本発明の軸シール機構２０は、特定の流体の使用には限定されない。除去流体は、本発明の軸シール機構２０に対して圧力源から供給されても良い。除去流体は、例えば、周囲の圧力より高圧で且つ一定の流量で、貯蔵容器及び／またはポンプから供給される空気または窒素ガスである。眼前の用途に応じて、供給される除去流体の流体給排気口６６におけるの特定の圧力及び流量を選択可能である。

図８には、好適な流体通路１０８が図示されている。この流体通路１０８では、除去流体（例えば、空気）が流体給排気口６６からシール部材穴５６の内部へ流入する。除去流体は、流体給排気口６６から移動し、シール部材３０，３２の外径面８０，９８とシール部材穴５６の内径６０との間に位置する環状の隙間領域へ流入する。その後、除去流体は、２つのシール部材３０，３２の間の領域へ移動し、中間部材３４を通過し（例えば、１つまたは両方のシール部材３０，３２の中央面８２，１００の間に形成される流路を経由して）、シール部材３０，３２の軸側面７６，９４とロータ軸２４のシール面２２との間から軸シール機構２０の外部へ流出する。内側シール部材３０（及び／または外側シール部材３２）の内部に配置される唇型シール９０を含んだ実施形態では、流体通路が、後述するように唇型シールを清掃／冷却するために、唇型シール９０に対して除去流体を案内しても良い。例えば、シール部材３０，３２に、唇型シール９０の一側部または両側部に除去流体を案内する流体通路が設けられても良い。リップ９２とロータ軸２４のシール面２２との接触を維持すべく唇型シール９０を付勢することを目的として、加圧された除去流体を案内しても良い。前述の流体通路は、本発明の軸シール機構２０の内部で流体通路１０８がどのように設けられるかに関する非限定の一例であって、本発明の軸シールはこの特定の流体通路には限定されない。

本発明の軸シール機構２０は、ロータ軸２４が正常な（すなわち、撓みのない）位置に存在する場合にロータ軸２４のシール面２２の周りをシールするシール機構を提供するだけでなく、ロータ軸２４が正常な位置から径方向または軸方向に移動した場合であっても、そのようなシールを提供する。

本発明の軸シール機構２０の構成要素（例えば、シール筐体２６や、端板２８や、環状のシール部材３０，３２や、環状の中間部材３４など）は、それぞれ単一物の形で提供されても良いし、または、組み合わされて単一物を形成し得る複数の部分の形で提供されても良い。例えば、図１から４には、単一物の形で提供された本発明の軸シール機構２０の断面図が示されている。図９には、本発明の軸シール機構２０の構成要素が分割された形で提供される場合が示されている。本発明の軸シール機構２０は、これらの提供形式のいずれにも限定されない。例えば、本発明の軸シール機構２０は、２つ以上の部分を含んでも良いし、または本発明の軸シール機構２０は、幾つかの構成要素が単一物の形で提供されて、その他の構成要素が分割された形で提供されても良い。

本発明の軸シール機構２０の有用性を説明するために、ここでは連続混合機の内部における軸シール機構２０の運用について以下で説明する。

図１０は、連続混合機１１２と、混合機駆動モータ１１４と、混合機変速装置１１６と、混合機ホッパー１１８とを備えた小型処理機１１０を示し、それら全てが枠体１２０の最上部に取り付けられている。処理機１１０は、成形機１２２と、成形機駆動モータ１２４と、成形機変速装置１２６と、ふるい交換機１２８と、ペレタイザー（不図示）とを更に備え、それら全てが枠体１２０の下部に取り付けられている。成形機ホッパーシュート１３２が、連続混合機１１２の排出口と成形機１２２の注入口との間に延びている。重合体の混合に使用する場合、所望の重合体混合物へと混合される複数の材料が、混合機ホッパー１１８から材料供給注入口を通って連続混合機１１２の内部へ流入する。複数の材料は、混合機１１２の内部で混合され、その後に混合機１１２の外部へ送り出されて成形機ホッパーシュート１３２の内部へ送り込まれ、そして成形機１２２の内部へ流入する。成形機１２２は、混合された重合体材料を軸方向に押し出し、成形機及びふるい交換機１２８を通してペレタイザーの内部へ送り込む。ペレタイザーにおいて、重合体材料はペレットに成形され、そのペレットは次の利用のために収集されて貯蔵される。上述の小型処理機１１０は、小型処理機の特定の実施形態を示しており、本発明の軸シール機構２０は、その小型処理機１１０の内部での使用に限定されない。

連続混合機１１２は、駆動端部枠体１３４と、水端部枠体１３６と、その間に設けられた混合空間１３８とを備えている。一対のロータ１４０が、混合機１１２の内部に回転可能に設けられ、混合空間１３８を通って枠体１３４，１３６の間に延びている。各ロータ１４０は、各軸方向端部に隣接して、軸受ジャーナルとシール面２２（例えば、図１から４を参照）とを備えると共に、それらの間で作動して複数の材料を混合するように構成された混合羽根を備える。軸シール機構２０は、端部枠体１３４，１３６の内部にそれぞれ設けられて、各ロータの各シール面２２と一直線に並んでも良い。

連続混合機１１２の作動中は、混合（その過程はしばしば「配合」と呼ばれる）されるべき複数の材料は、混合機ホッパー１１８の内部に貯蔵され、その後に材料供給注入口を経由して、混合機１１２の内部に供給される。上述の通り、重合体の混合に使用する場合、連続混合機１１２に流入する材料は、粉状または粒状の形でよい。大部分の混合機１１２は、製造業者が推奨する運転パラメーターの元で混合機が運転されている場合、混合材料が軸シール機構２０に近付かないように設計される。しかし、ある運転条件下では、所定量の重合体材料が軸シール領域に入り込むことが可能である。もし、推奨される運転パラメーターから外れた条件で混合機１１２が運転されると、粉状のまたは粒状の材料が軸シール領域に入り込む可能性は高くなる。例えば、もし、従来技術の連続混合機が推奨される運転手順から外れて運転されると、混合空間の内部におけるガスの圧力が通常運転時の圧力を越えて大きくなる。その結果、混合空間の内部におけるガスが、軸シールを通って混合機から流出する。流出するガスは、混合材料を軸シール領域へ押し出す動的な力を提供し、それにより軸シールが損なわれ、混合材料が混合機から漏れ出す。

ある従来技術の軸シール設計もまた、シールを伴ったロータが運転中に撓むと、損なわれる可能性がある。ロータの撓み（典型的には、機械的な荷重がロータに作用することにより生じる）は、軸シールとロータ軸との間に望ましくない隙間を生じさせ、及び／または軸シールに対する機械的な損傷（例えば、過剰摩耗）を生じさせる。連続混合機のような機械の中でロータが撓む理由は幾つか存在する。例えば、ある条件下では、ロータの回転軸が直線から外れるように、ロータが軸方向に撓むことがある。他の例としては、ある条件下では、ロータの端部が正常な位置から外れるように、ロータが撓むことがある。この場合、ロータの回転軸は、直線のままであるが、機械の中における正常な位置から外れる。これら両方の例において、ロータの端部に設けられた軸シールが、一時的にまたは永久に損なわれる。連続混合機の内部では、もし、駆動端部枠体に設けられた軸シールが損なわれると、材料供給注入口が非常に近接しているために、そして粉状の及び／または粒状の材料を使用するために、材料が漏れ出す可能性が増加する。

本発明の軸シール機構は、機械の運転中に生じる従来技術の軸シールの欠点に対応している。例えば、本発明の軸シール機構２０は、シール部材３０，３２がシール筐体２６のシール部材穴５６の内部で径方向に若干移動できるように構成されている。許容される径方向への移動距離は、軸シール機構が使用される機械の利用に応じて、変化させることができる。例えば、直径が６〜７インチ（すなわち、６〜７インチとは１５０〜１８０ｍｍ）のロータを使用する連続混合機の利用においては、軸シール機構は、１０００分の４０〜１００インチ（すなわち、０．０４０〜０．１００インチとは１．０〜２．５ｍｍ）の範囲で径方向への移動を許容する。明確には、前述の径方向への移動とは、ロータ軸の通常の中心位置からの移動であって、シール部材３０，３２の外径面８０，９８とシール部材穴５６の内径６０とが接触するまでの何れかの径方向への移動を意味している。シール部材３０，３２がシール筐体２６に対して径方向へ移動可能（すなわち、「浮く」）であることは、少なくとも３つの理由で重要である。第一に、シール部材３０，３２がシール筐体に対して径方向へ移動可能であると、軸シール機構の性能に悪影響を及ぼすことなく、ロータの中心線とシール筐体との間の若干のずれが許容される。この特徴によれば、装置の機構が大いに簡略化される。第二に、本発明の軸シール機構の内部でシール部材３０，３２が径方向に移動可能であることは、それによって軸シール機構２０がロータ軸２４の移動／撓みに適応可能になるという理由においても重要である。シール部材３０，３２は、ロータ軸のシール面２２に対して取り付けられており、シール筐体２６は機械の本体（例えば、連続混合機の駆動端部枠対）に取り付けられている。もし、ロータ軸２４がシール筐体２６に対して径方向に移動すると、シール部材３０，３２もロータ軸２４と共に移動して、シール部材３０，３２の外径面８０，９８とシール部材穴５６の内径６０との間の環状の隙間領域によって、機械の固まり（及び／または潜在的な機械の損傷）無く、そのような径方向の移動が受け入れられる。第三に、本発明の軸シール機構によれば、シール部材３０，３２の材料として、より広範囲に渡る材料を用いることができる。多くの場合、シール部材３０，３２の性能要求を十分に満たす材料は、シール筐体２６の熱膨張係数と大きく異なる（例えば、大きい）熱膨張係数を有しているかもしれない。本発明の軸シール機構２０が大気より高い温度で作動される場合、シール部材３０，３２が熱膨張して、シール部材３０，３２の外径面８０，９８とシール部材穴５６の内径６０との間の環状の隙間領域に入り込むことがある。上述のように、シール部材の径方向への熱膨張量は、各シール部材３０，３２の外周回りに延びる保持リング３６，３８を使用して対処することも可能である。このような場合、本発明の軸シール機構２０は、径方向への熱膨張を吸収し、且つ、シール部材３０，３２及びロータ軸２４のシール筐体２６に対する径方向への移動も許容する。

本発明の軸シール機構２０は、シール部材３０，３２の軸方向への撓み、及び／または軸方向への熱膨張も許容する。上述のように、シール部材３０，３２及び中間部材３４の幅８４，１０１，１０６は、その合計が、それらがシール筐体２６のシール部材穴５６の内部に配置されて且つ端板２８が装着された時に、中間部材３４が弾性的に圧縮されるようになっている。中間部材３４の弾性圧縮性が、シール部材３０，３２をそれぞれ付勢してシール部材穴の底面６４及び端板２８にそれぞれ接触させ、それと同時に、シール部材３０，３２の軸方向への熱膨張を吸収する。同様に、もしロータ軸２４が軸方向成分を含んだ形で撓むと、中間部材３４の弾性圧縮性が軸方向の撓みを吸収する。

本発明の軸シール機構２０が対応する従来技術の他の欠点は、軸シール機構２０に入り込んでその性能を低下させる材料の可能性である。上述のように、軸シール機構２０を損なわせる材料の可能性は、粉状の材料や粒状の材料などが混合機の内部で軸シール機構に近接した位置に供給された場合に、連続混合機の利用にとって特に深刻である。本発明の軸シール機構２０の実施形態は、流体給排気口６６と、軸シール機構２０を通る１つ以上の除去流体通路１０８とを設けることによって、この問題に対応している。例えば、連続混合機の利用において、毎平方インチあたり１０気圧（１０ｐｓｉ）であって、体積流量が毎時１００〜１５０立方フィート（１００〜１５０ｃｕｆｔ／ｈｒ）である空気（または不活性ガス）を、流体給排気口６６に流すことができる。一旦、空気が流体給排気口６６から流出すると、その空気は、シール部材３０，３２の外径面８０，９８とシール部材穴５６の内径との間に設けられた環状の隙間領域に流入する。その後、その空気は、２つのシール部材３０，３２の間の領域へ流れ込み、中間部材３４を通過して、シール部材３０，３２の軸側面７６，９４とロータ軸２４のシール面２２との間の領域へ流入する。そこから、その空気は、軸方向両側へ流出して正圧の空気の流れを作り出し、その流れによって軸シール機構２０の内部に物体が入ってくることが抑制される。同時に、その空気の流れは、軸シール機構２０の冷却も行い、それにより軸シール機構２０の構成要素が熱膨張するのを制御する可能性もある。シール部材３０，３２の内部に唇型シール９０が設けられた実施形態では、唇型シールを清掃／冷却するために、唇型シール９０に対して空気を案内する流体通路１０８を設けるように軸シール機構２０を構成することも可能である（例えば、図７を参照）。リップ９２とロータ軸２４のシール面２２との接触を維持するために、加圧された空気に、唇型シール９０を付勢するように作用させることもできる。

本発明の詳細な実施形態について図示及び説明したが、本発明の精神と技術範囲から離れずに、形や細部において種々の変更を行うのが可能であることは、当業者にとって理解可能である。

Claims (21)

1. 回転軸周りに回転可能なロータ軸に沿ってシールを行うための軸シール機構であって、
   内側面と、外側面と、外径面と、シール部材穴と、前記ロータ軸を収容する軸穴とを有するシール筐体と、
   前記シール部材穴の内部に設けられる環状の内側シール部材と、
   前記シール部材穴の内部に設けられる環状の外側シール部材と、
   前記シール部材穴の内部における前記内側シール部材と前記外側シール部材との間に設けられる環状の中間部材と、
   前記ロータ軸を収容する軸穴を有し、前記シール筐体に取り付けられて前記シール部材穴の一部を覆う端板と、を備え、
   前記中間部材が、前記内側シール部材を前記シール筐体に対して付勢し、前記外側シール部材を前記端板に対して付勢する軸シール機構。
2. 前記シール筐体が、前記シール部材穴と連通して前記シール部材穴の内部への流体通路を提供する少なくとも１つの流体給排気口を備える請求項１に記載の軸シール機構。
3. 前記内側シール部材が、前記ロータ軸の外径面に近接して配置される軸側面を備えると共に、前記外側シール部材が、前記ロータ軸の外径面に近接して配置される軸側面を備え、
   前記軸シール機構が、前記軸シール機構の前記流体給排気口から除去流体を流入させて、前記ロータ軸の外径面と少なくとも１つの前記シール部材の外径面との間を通って前記軸シール機構から流出させる流体通路を備える請求項２に記載の軸シール機構。
4. 前記内側シール部材が、前記ロータ軸と接触する唇型シールを備える請求項３に記載の軸シール機構。
5. 前記内側シール部材が、前記唇型シールのリップの一方側または両側への流体経路を許容する流体通路を備える請求項４に記載の軸シール機構。
6. 前記中間部材が、Ｏリングである請求項１に記載の軸シール機構。
7. 前記中間部材が、リング構造である請求項１に記載の軸シール機構。
8. 前記内側シール部材の回転を防止可能な少なくとも１つの第１回転防止部材と、前記外側シール部材の回転を防止可能な少なくとも１つの第２回転防止部材とを更に備える請求項１に記載の軸シール機構。
9. 前記内側シール部材が、幅を有する空洞部が形成された穴側面を備え、前記第１回転防止部材が、前記シール筐体から出て前記空洞部に入るように延び、
   前記第１回転防止部材が、前記空洞部の幅より小さい幅を有する請求項８に記載の軸シール機構。
10. 前記外側シール部材が、幅を有する空洞部が形成された端板側面を備え、前記第２回転防止部材が、前記端板から出て前記空洞部に入るように延び、
    前記第２回転防止部材が、前記空洞部の幅より小さい幅を有する請求項８に記載の軸シール機構。
11. 内側シール部材保持リングと、外側シール部材保持リングとを更に備える請求項１に記載の軸シール機構。
12. 前記シール部材穴が内径を有し、前記内側シール部材が外径を有し、前記外側シール部材が外径を有し、前記シール部材穴の内径が、前記内側シール部材と前記外側シール部材の外径より大きい請求項１に記載の軸シール機構。
13. 回転軸周りに回転可能なロータ軸に沿ってシールを行うための軸シール機構であって、
    内側面と、外側面と、外径面と、内径を有するシール部材穴と、前記ロータ軸を収容する軸穴とを有するシール筐体と、
    前記シール部材穴の内部に設けられ、外径を有する環状の内側シール部材と、
    前記シール部材穴の内部に設けられ、外径を有する環状の外側シール部材と、
    前記シール部材穴の内部における前記内側シール部材と前記外側シール部材との間に設けられる環状の中間部材と、
    前記ロータ軸を収容する軸穴を有し、前記シール筐体に取り付けられて前記シール部材穴の一部を覆う端板と、を備え、
    前記シール部材穴の内径が、前記内側シール部材と前記外側シール部材の外径より大きい軸シール機構。
14. 連続混合機であって、
    筐体と、
    前記筐体の内部で回転軸周りに回転可能に設けられた少なくとも１つのロータ軸と、
    前記ロータ軸に沿ってシールを行うための少なくとも１つの軸シール機構であって、前記軸シール機構が、内側面と、外側面と、外径面と、シール部材穴と、前記ロータ軸を収容する軸穴とを有するシール筐体と、前記シール部材穴の内部に設けられる環状の内側シール部材と、前記シール部材穴の内部に設けられる環状の外側シール部材と、前記シール部材穴の内部における前記内側シール部材と前記外側シール部材との間に設けられる環状の中間部材と、前記ロータ軸を収容する軸穴を有し、前記シール筐体に取り付けられて前記シール部材穴の一部を覆う端板と、を備え、前記中間部材が、前記内側シール部材を前記シール筐体に対して付勢し、前記外側シール部材を前記端板に対して付勢する軸シール機構と、
    を備える連続混合機。
15. 前記シール筐体が、前記シール部材穴と連通して前記シール部材穴の内部への流体通路を提供する少なくとも１つの流体給排気口を備える請求項１４に記載の連続混合機。
16. 前記内側シール部材が、前記ロータ軸の外径面に近接して配置される軸側面を備えると共に、前記外側シール部材が、前記ロータ軸の外径面に近接して配置される軸側面を備え、
    前記軸シール機構が、前記軸シール機構の前記流体給排気口から除去流体を流入させて、前記ロータ軸の外径面と少なくとも１つの前記シール部材の外径面との間を通って前記軸シール機構から流出させる流体通路を備える請求項１５に記載の連続混合機。
17. 前記内側シール部材が、前記ロータ軸と接触する少なくとも１つの唇型シールを備える請求項１４に記載の連続混合機。
18. 前記内側シール部材の回転を防止可能な少なくとも１つの第１回転防止部材と、前記外側シール部材の回転を防止可能な少なくとも１つの第２回転防止部材とを更に備える請求項１４に記載の連続混合機。
19. 前記内側シール部材が、幅を有する空洞部が形成された穴側面を備え、前記第１回転防止部材が、前記シール筐体から出て前記空洞部に入るように延び、
    前記第１回転防止部材が、前記空洞部の幅より小さい幅を有する請求項１８に記載の連続混合機。
20. 前記外側シール部材が、幅を有する空洞部が形成された端板側面を備え、前記第２回転防止部材が、前記端板から出て前記空洞部に入るように延び、
    前記第２回転防止部材が、前記空洞部の幅より小さい幅を有する請求項２１に記載の連続混合機。
21. 小型処理機であって、
    枠体と、
    連続混合機であって、筐体と、前記筐体の内部で回転軸周りに回転可能に設けられた少なくとも１つのロータ軸と、前記ロータ軸に沿ってシールを行うための少なくとも１つの軸シール機構であって、前記軸シール機構が、内側面と、外側面と、外径面と、シール部材穴と、前記ロータ軸を収容する軸穴とを有するシール筐体と、前記シール部材穴の内部に設けられる環状の内側シール部材と、前記シール部材穴の内部に設けられる環状の外側シール部材と、前記シール部材穴の内部における前記内側シール部材と前記外側シール部材との間に設けられる環状の中間部材と、前記ロータ軸を収容する軸穴を有し、前記シール筐体に取り付けられて前記シール部材穴の一部を覆う端板と、を備え、前記中間部材が、前記内側シール部材を前記シール筐体に対して付勢し、前記外側シール部材を前記端板に対して付勢する軸シール機構と、を備える連続混合機と、
    成形機と、
    前記連続混合機と前記成形機との間に延びる成形機ホッパーシュートと、
    を備える小型処理機。

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