JP2018066398A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転環が回転していない状態においても、密封対象流体の漏れを抑制することのできる密封装置を提供する。【解決手段】回転軸に対して設けられる回転環ユニット１００と、ハウジングに対して設けられる固定環ユニット２００と、を備える密封装置１０において、回転環ユニット１００は、環状部材１１０と、環状部材１１０に対して固定される回転環１３０と、を備えており、固定環ユニット２００は、前記ハウジングの軸孔に固定される補強環２１０と、回転環１３０の端面に対して摺動自在に設けられる固定環２３０と、を備えると共に、環状部材１１０における外周面側円筒部１１３の外周面側には、補強環２１０の内周面側に向かって突出するシール突起１２４ａが設けられていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置に関する。

回転軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置として、回転軸に対して設けられる回転環の端面と、ハウジングに対して設けられる固定環の端面とが摺動するように構成される密封装置が知られている。このような技術においては、回転環が回転していない状態において、密封対象流体が漏れてしまうおそれがある。特に、回転環の回転によって、回転環と固定環との間に動圧を発生させるタイプの密封装置の場合には、動圧発生時には動圧を発生させる気流等によって、密封対象流体の漏れを効果的に抑制している。そのため、回転環が回転していない状態では、密封対象流体が漏れてしまうおそれがある。

国際公開第２０１４／１７３４２４号 国際公開第２０１４／１７３４９５号

本発明の目的は、回転環が回転していない状態においても、密封対象流体の漏れを抑制することのできる密封装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の密封装置は、
回転軸と、該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、
前記回転軸に対して設けられる回転環ユニットと、
前記ハウジングに対して設けられる固定環ユニットと、
を備える密封装置において、
前記回転環ユニットは、
前記回転軸に固定される内周面側円筒部と、該内周面側円筒部の端部に設けられる外向きフランジ部と、該外向きフランジ部の端部に設けられる外周面側円筒部と、を有する環状部材と、
前記環状部材に対して固定される回転環と、
を備えており、
前記固定環ユニットは、
前記ハウジングの軸孔に固定される補強環と、
前記回転環の端面に対して摺動自在に設けられる固定環と、
一端側が前記補強環に固定され、他端側が前記固定環に固定されており、該固定環を前記回転環に向けて押圧する環状弾性体と、
を備えると共に、
前記環状部材における外周面側円筒部の外周面側には、前記補強環の内周面側に向かって突出するシール突起が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、シール突起が設けられているため、環状部材における外周面側円筒部
と補強環の内周面側との間の環状隙間において、密封対象流体の移動が妨げられる。これにより、回転環が回転していない状態においても、回転環と固定環との摺動部への密封対象流体の浸入が抑制され、密封対象流体の漏れを抑制することができる。

前記シール突起は複数設けられており、かつ、これら複数のシール突起の先端はいずれも前記補強環の内周面に対して接触しておらず、これら複数のシール突起と前記補強環の内周面との間にラビリンスシール構造が形成されているとよい。

これにより、シール突起による摺動抵抗が発生することはなく、かつ密封対象流体の漏れを抑制することができる。

前記回転環における前記固定環に対する摺動面、及び前記固定環における前記回転環に対する摺動面のうちの少なくともいずれか一方には、前記回転環の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝が設けられているとよい。

これにより、回転環と固定環との摺動抵抗を減らす、またはなくすことができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、回転環が回転していない状態においても、密封対象流体の漏れを抑制することができる。

図１は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図である。 図２は本発明の実施例１に係る密封構造を示す模式的断面図である。 図３は本発明の実施例１に係る回転環の側面図の一部である。 図４は本発明の実施例２に係る密封装置の模式的断面図である。 図５は本発明の実施例３に係る密封装置の模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例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は、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置について説明する。図１は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、一部の部材を除き略回転対称形状であり、図１においては、密封装置を、その中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図２は本発明の実施例１に係る密封構造を示す模式的断面図である。なお、図２中の密封装置については、図１と同様に、密封装置を、その中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図３は本発明の実施例１に係る回転環の側面図の一部である。なお、図３においては、側面図中のＣＣ断面図も図中丸の中に示している。

＜密封装置の全体構成＞
本実施例に係る密封装置１０の全体構成について説明する。本実施例に係る密封装置１０は、回転軸５００と、回転軸５００が挿通される軸孔を有するハウジング６００との間の環状隙間を封止するために用いられる。本実施例においては、図２において、図中左側
が、密封対象流体（油など）が密封された密封領域側（Ｏ）であり、図中右側が密封領域側（Ｏ）とは反対側の大気側（Ａ）である。

本実施例に係る密封装置１０は、回転軸５００に対して設けられる回転環ユニット１００と、ハウジング６００に対して設けられる固定環ユニット２００とを備えている。回転環ユニット１００は、回転軸５００と共に回転するように構成されている。

そして、回転環ユニット１００は、金属製の環状部材１１０と、この環状部材１１０に対して固定される回転環１３０と、環状部材１１０に設けられ、回転環１３０を環状部材１１０に嵌合固定し易くするための弾性体製の被嵌合部材１２０とを備えている。環状部材１１０は、回転軸５００の外周面に固定される内周面側円筒部１１１と、内周面側円筒部１１１の端部（密封領域側（Ｏ）の端部）に設けられる外向きフランジ部１１２と、外向きフランジ部１１２の先端に設けられる外周面側円筒部１１３とを有している。なお、内周面側円筒部１１１と外周面側円筒部１１３は、外向きフランジ部１１２の各端部から同じ方向（大気側（Ａ）の方向）に向かって伸びるように構成されている。

被嵌合部材１２０は、ゴムなどの弾性体により構成される。そして、被嵌合部材１２０は、環状部材１１０の外周面側円筒部１１３の内周面に固定される内周面側円筒部１２１と、外周面側円筒部１１３の外周面に固定される外周面側円筒部１２４と、これら内周面側円筒部１２１と外周面側円筒部１２４とを連結する連結部１２３とを備えている。また、被嵌合部材１２０は、内周面側円筒部１２１の一端側（密封領域側（Ｏ））に設けられる内向きフランジ部１２２も備えている。そして、被嵌合部材１２０における外周面側円筒部１２４の外周面側には、固定環ユニット２００に設けられた補強環２１０の内周面側に向かって突出するシール突起１２４ａが設けられている。なお、シール突起１２４ａは複数（本実施例では２つ）設けられており、かつ、これら複数のシール突起１２４ａの先端はいずれも補強環２１０の内周面に対して接触していない。そして、これら複数のシール突起１２４ａと補強環２１０の内周面との間にラビリンスシール構造が形成されている。このように構成されたラビリンスシール構造によって、回転環１３０と固定環２３０との摺動部への密封対象流体の浸入を抑制する機能が発揮される。

そして、被嵌合部材１２０における内向きフランジ部１２２は、環状部材１１０における外向きフランジ部１１２に密着した状態で固定され、内周面側円筒部１２１と外周面側円筒部１２４とを連結する連結部１２３は、環状部材１１０における外周面側円筒部１１３の先端面に密着した状態で固定されている。

回転環１３０は、環状部材１１０に固定された被嵌合部材１２０における内向きフランジ部１２２に突き当たる位置まで挿入され、回転環１３０における外周面が被嵌合部材１２０における内周面側円筒部１２１の内周面に密着した状態で嵌合固定される。また、回転環１３０は、環状部材１１０における内周面側円筒部１１１の外周面との間に環状の隙間を空けた状態で、環状部材１１０に対して固定されている。なお、回転環１３０は、金属や樹脂（例えばＰＰＳ）などの剛性の高い材料により構成されている。

固定環ユニット２００は、ハウジング６００の軸孔に固定される補強環２１０と、回転環１３０の端面に対して摺動自在に設けられる固定環２３０と、固定環２３０を回転環１３０に向けて押圧する環状弾性体２２０とを備えている。この環状弾性体２２０は、一端側が補強環２１０に固定され、他端側が固定環２３０に固定されている。補強環２１０は、ハウジング６００の軸孔の内周面に嵌合により固定される円筒部２１１と、円筒部２１１の端部（大気側（Ａ）の端部）に設けられる内向きフランジ部２１２とを備えている。

環状弾性体２２０は、ゴムなどの弾性体により構成される。そして、環状弾性体２２０
は、補強環２１０における内向きフランジ部２１２に固定される被固定部２２１と、被固定部２２１の内周面側から大気側（Ａ）に向かって縮径するテーパ部２２２とを備えている。また、環状弾性体２２０は、テーパ部２２２の径方向内側の先端から密封領域側（Ｏ）に向かって伸びる円筒部２２３と、円筒部２２３の先端に設けられる内向きフランジ部２２４とを備えている。そして、この内向きフランジ部２２４が固定環２３０に接着により固定されている。固定環２３０は、環状部材１１０における内周面側円筒部１１１の外周面との間に環状の隙間を空けた状態で環状弾性体２２０に固定されている。なお、固定環２３０は、金属や樹脂（例えばＰＰＳ）などの剛性の高い材料により構成されている。

また、回転環１３０における固定環２３０に対する摺動面には、回転環１３０の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝１３１が複数設けられている（図３参照）。つまり、回転環ユニット１００が回転すると、動圧発生用溝１３１による動圧によって、固定環２３０は、環状弾性体２２０による押圧力に抗して、回転環１３０から離れる方向に移動する。なお、回転環１３０における固定環２３０に対する摺動面は、回転環１３０における固定環２３０側（大気側（Ａ））の端面である。また、固定環２３０における回転環１３０に対する摺動面は、固定環２３０における回転環１３０側（密封領域側（Ｏ））の端面である。

ここで、動圧発生用溝１３１については、回転環１３０の回転によって、回転環１３０と固定環２３０との間の隙間に動圧を発生させる溝であれば、適宜、公知技術を採用することができる。本実施例では、図３中のＣＣ断面図に示すように、動圧発生用溝１３１は、その溝底が滑らかな湾曲面で構成されている。また、回転環１３０は、図３中時計回り方向に回転するように構成されており、動圧発生用溝１３１は、回転方向の上流側に溝底の深い部分が偏るように構成されている。以上のように構成される動圧発生用溝１３１によって、回転環１３０が回転すると、流体（本実施例の場合には、気体または油）が図３中の矢印Ｆ方向に流れる。これにより、回転環１３０の摺動面と固定環２３０の摺動面とを離間させる方向の力が生じる。なお、回転環１３０の摺動面と固定環２３０の摺動面とが離間していても、これらの隙間においては、動圧発生用溝１３１によって、流体の周方向の流れが生じているため、密封対象流体が大気側（Ａ）に漏れてしまうことはない。

なお、本実施例においては、回転環１３０に動圧発生用溝１３１を設ける場合を例にして説明した。しかしながら、固定環２３０における回転環１３０に対する摺動面に、回転環１３０の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝を設けてもよい。また、動圧発生用溝は、回転環１３０と固定環２３０の摺動面の双方に設けてもよい。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
本実施例に係る密封装置１０によれば、被嵌合部材１２０における外周面側円筒部１２４の外周面側にシール突起１２４ａが設けられている。これにより、密封対象流体が、シール突起１２４ａよりも大気側（Ａ）に移動することが妨げられる。従って、回転環１３０が回転していない状態においても、回転環１３０と固定環２３０との摺動部への密封対象流体の浸入が抑制され、密封対象流体の漏れを抑制することができる。

また、本実施例においては、シール突起１２４ａは複数設けられており、かつ、これら複数のシール突起１２４ａの先端はいずれも補強環２１０の内周面に対して接触していない。そして、これら複数のシール突起１２４ａと補強環２１０の内周面との間にラビリンスシール構造が形成されている。従って、シール突起１２４ａと補強環２１０の内周面とは摺動しないため、シール突起１２４ａによる摺動抵抗は発生しない。

更に、本実施例に係る回転環１３０及び固定環２３０のうちの少なくともいずれか一方
の摺動面には、回転環１３０の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝１３１が設けられている。これにより、回転環１３０と固定環２３０との摺動抵抗を減らす、またはなくすことができる。

（実施例２）
図４には、本発明の実施例２が示されている。上記実施例１では、回転環が、環状部材に対して、この環状部材に設けられた被嵌合部材に嵌合されることにより固定される場合の構成を示した。これに対して、本実施例においては、回転環が、環状部材に対して接着により直接的に固定される場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

図４は本発明の実施例２に係る密封装置の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、一部の部材を除き略回転対称形状であり、図４においては、密封装置を、その中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。本実施例に係る密封装置１０においては、回転環１３０の環状部材１１０ａに対する固定方法のみが、上記実施例１の場合とは異なっている。すなわち、本実施例に係る密封装置１０においては、環状部材１１０ａには、上記実施例１における被嵌合部材１２０が設けられていない。そして、回転環１３０は、環状部材１１０ａにおける外向きフランジ部１１２と外周面側円筒部１１３に対して、接着剤によって接着により固定されている。

そして、本実施例においては、環状部材１１０ａにおける外周面側円筒部１１３の外周面側に弾性体製のシール部材１２０ａが設けられている。このシール部材１２０ａは、環状部材１１０ａにおける外周面側円筒部１１３の外周面に固定される外周面側円筒部１２４と、シール突起１２４ａとを備えている。シール突起１２４ａの構成及び作用効果については、上記実施例１と同様であるので、その説明は省略する。

その他の構成については、実施例１と同様の構成であるので、その説明は省略する。以上のように構成される本実施例に係る密封装置１０においても、上記実施例１に係る密封装置１０と同様の効果を得ることができる。

（実施例３）
図５には、本発明の実施例３が示されている。上記実施例１では、回転環が、環状部材に対して、この環状部材に設けられた被嵌合部材に嵌合されることにより固定される場合の構成を示した。これに対して、本実施例においては、回転環が、環状部材に対して加締めにより直接的に固定される場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

図５は本発明の実施例３に係る密封装置の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、一部の部材を除き略回転対称形状であり、図５においては、密封装置を、その中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。本実施例に係る密封装置１０においては、回転環１３０の環状部材１１０ｂに対する固定方法のみが、上記実施例１の場合とは異なっている。すなわち、本実施例に係る密封装置１０においては、環状部材１１０ｂには、上記実施例１における被嵌合部材１２０が設けられていない。そして、回転環１３０は、環状部材１１０ｂにおける外周面側円筒部１１３の先端が加締められることによって、環状部材１１０ｂに固定されている（加締め部１１４参照）。

そして、本実施例においては、環状部材１１０ｂにおける外周面側円筒部１１３の外周面側に弾性体製のシール部材１２０ｂが設けられている。このシール部材１２０ｂは、環状部材１１０ｂにおける外周面側円筒部１１３の外周面に固定される外周面側円筒部１２
４と、シール突起１２４ａとを備えている。シール突起１２４ａの構成及び作用効果については、上記実施例１と同様であるので、その説明は省略する。

その他の構成については、実施例１と同様の構成であるので、その説明は省略する。以上のように構成される本実施例に係る密封装置１０においても、上記実施例１に係る密封装置１０と同様の効果を得ることができる。

（その他）
上記各実施例においては、いずれもシール突起１２４ａが２つ設けられる場合の構成について示したが、本発明においては、シール突起の数は限定されるものではない。また、各実施例においては、複数のシール突起１２４ａの先端は、いずれも補強環２１０の内周面に対して接触しておらず、複数のシール突起１２４ａと補強環２１０の内周面との間にラビリンスシール構造が形成される場合の構成について説明した。しかしながら、本発明においては、シール突起の先端を補強環の内周面に接触させてもよい。ただし、摺動抵抗が高くならないように、僅かに接触させる程度が望ましい。また、各実施例で示したシール突起１２４ａは、いずれも大気側（Ａ）から密封領域側（Ｏ）に向かって傾斜するように構成される場合を示した。しかしながら、本発明においては、シール突起の形状は限定されるものではない。

１０ 密封装置
１００ 回転環ユニット
１１０，１１０ａ，１１０ｂ 環状部材
１１１ 内周面側円筒部
１１２ 外向きフランジ部
１１３ 外周面側円筒部
１１４ 加締め部
１２０ 被嵌合部材
１２０ａ，１２０ｂ シール部材
１２１ 内周面側円筒部
１２２ 内向きフランジ部
１２３ 連結部
１２４ 外周面側円筒部
１２４ａ シール突起
１３０ 回転環
１３１ 動圧発生用溝
１４０，１４１，１５０ 突起
２００ 固定環ユニット
２１０ 補強環
２１１ 円筒部
２１２ 内向きフランジ部
２２０ 環状弾性体
２２１ 被固定部
２２２ テーパ部
２２３ 円筒部
２２４ 内向きフランジ部
２３０ 固定環
５００ 回転軸
６００ ハウジング

Claims (3)

1. 回転軸と、該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、
   前記回転軸に対して設けられる回転環ユニットと、
   前記ハウジングに対して設けられる固定環ユニットと、
   を備える密封装置において、
   前記回転環ユニットは、
   前記回転軸に固定される内周面側円筒部と、該内周面側円筒部の端部に設けられる外向きフランジ部と、該外向きフランジ部の端部に設けられる外周面側円筒部と、を有する環状部材と、
   前記環状部材に対して固定される回転環と、
   を備えており、
   前記固定環ユニットは、
   前記ハウジングの軸孔に固定される補強環と、
   前記回転環の端面に対して摺動自在に設けられる固定環と、
   一端側が前記補強環に固定され、他端側が前記固定環に固定されており、該固定環を前記回転環に向けて押圧する環状弾性体と、
   を備えると共に、
   前記環状部材における外周面側円筒部の外周面側には、前記補強環の内周面側に向かって突出するシール突起が設けられていることを特徴とする密封装置。
2. 前記シール突起は複数設けられており、かつ、これら複数のシール突起の先端はいずれも前記補強環の内周面に対して接触しておらず、これら複数のシール突起と前記補強環の内周面との間にラビリンスシール構造が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記回転環における前記固定環に対する摺動面、及び前記固定環における前記回転環に対する摺動面のうちの少なくともいずれか一方には、前記回転環の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。