JP2022072796A - 軸封装置、回転機械、および軸封装置の組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油の漏洩を確実に防止することができる軸封装置が提供する。【解決手段】軸封装置５０は、回転軸１に装着された回転リング５１と、回転リングに対向して配置された固定リング５２と、シールリング５３Ａ、５３Ｂと、を備える。シールリングは、分割面を有すＣ型形状であり、分割面は、回転リング側環状溝に形成のストッパーの両側に配置され、シールリングの軸線方向ＣＬへの移動およびシールリングの周方向の移動が制限される。【選択図】図３

Description

本発明は、軸封装置、回転機械、および軸封装置の組み立て方法に関する。

ポンプは、ケーシング内に配置された羽根車が回転することによって水などの液体を圧送する回転機械である。ポンプは、一般に、吸込口および吐出口を有するケーシングと、ケーシングの内部に配置された羽根車と、羽根車が固定された回転軸と、を備えている。羽根車が回転軸とともに回転すると、ケーシングの吸込口から液体が吸い込まれる。液体は、羽根車の回転に伴ってケーシング内で昇圧され、吐出口から吐き出される。

回転軸は軸受によって回転自在に支持されている。軸受はケーシングに隣接して設けられた軸受ハウジング内に収容されている。軸受ハウジング内には、軸受を潤滑および冷却するための潤滑油が貯留されており、軸受の下部は潤滑油に浸漬されている。軸受の内輪が回転すると、潤滑油は軸受の全体に供給される。

これと同時に、潤滑油は、軸受の回転に起因する攪拌作用により、ミスト状となって、軸受ハウジングの内部に充満される。結果として、ミスト状の潤滑油は、軸受に、全体的に万遍なく供給される。

特開２００１－００４０３２号公報 特開２０１５－１６６６３６号公報 特開２０１７－０７５６２１号公報

しかしながら、回転軸は、軸受ハウジングを貫通して延びているため、回転軸の外周面と軸受ハウジングとの間に隙間が必然的に存在する。したがって、軸受に供給された潤滑油は、この隙間を通過して軸受ハウジングの外部に漏洩するおそれがある。

そこで、本発明は、潤滑油の漏洩を確実に防止することができる軸封装置および回転機械を提供することを目的とする。
本発明は、潤滑油の漏洩を確実に防止することができる軸封装置の組み立て方法を提供することを目的とする。

一態様では、軸受に供給される潤滑油の漏洩を防止するための軸封装置が提供される。軸封装置は、回転軸に装着された回転リングと、前記回転リングに対向して配置された固定リングと、前記回転リングと前記固定リングとの間に配置されたシールリングと、を備え、前記シールリングは、前記固定リングに装着されている。

一態様では、前記シールリングは、互いに対面する第１分割面および第２分割面を有している。
一態様では、前記固定リングは、前記固定リングの内周面に形成された固定リング側環状溝と、前記固定リング側環状溝から突出して、前記シールリングの周方向の移動を制限する、ストッパーと、を備えており、前記ストッパーは、前記第１分割面と前記第２分割面との間に配置されている。
一態様では、前記固定リングは、前記シールリングが装着される、少なくとも１つの分割部材と、前記分割部材の、前記回転軸の軸線方向への移動を制限する移動制限部材と、を備えている。

一態様では、前記シールリングは、第１シールリングおよび第２シールリングであり、前記分割部材は、前記第１シールリングが装着される第１固定リング側環状溝を有しており、前記移動制限部材は、前記第２シールリングが装着される第２固定リング側環状溝を有している。
一態様では、前記軸封装置は、前記軸受を収容する軸受ハウジングに前記固定リングを締結し、かつ前記固定リングの前記軸受ハウジングに対する相対位置を調整する締結部材を備えている。
一態様では、前記シールリングは、前記固定リングの内周面に密着可能な密着構造を有している。

一態様では、前記密着構造は、前記固定リングの内周面の直径と同一以上の直径を有する前記シールリングの外周面から構成されている。
一態様では、前記回転リングは、その外周面に形成された回転リング側環状溝を有しており、前記シールリングは、前記回転リング側環状溝に収容されている。
一態様では、前記回転リングは、前記固定リングに隣接する固定リング側の端部に形成された環状段部を有しており、前記固定リングは、前記回転リングに隣接する回転リング側の端部に形成され、かつ前記環状段部に挿入される環状突起を有している。

一態様では、羽根車と、前記羽根車が収容されたケーシングと、前記羽根車が固定された回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受を収容する軸受ハウジングと、上記軸封装置と、を備えている、回転機械が提供される。

一態様では、軸受に供給される潤滑油の漏洩を防止するための軸封装置の組み立て方法が提供される。前記組み立て方法は、回転リングを回転軸に装着する工程と、シールリングを前記回転リングに形成された回転リング側環状溝に収容する工程と、前記軸受を収容する軸受ハウジングに固定リングを挿入して、前記シールリングを前記固定リングに装着する工程と、を含む。

一態様では、前記シールリングは、互いに対面する第１分割面および第２分割面を有しており、前記固定リングは、前記固定リングの内周面に形成された固定リング側環状溝と、前記固定リング側環状溝から突出するストッパーと、を備えており、前記組み立て方法は、前記シールリングを前記固定リング側環状溝に嵌め込んで、前記ストッパーを前記第１分割面と前記第２分割面との間に配置する工程をさらに含む。
一態様では、前記固定リングは、前記シールリングが装着される、少なくとも１つの分割部材と、前記分割部材の、前記回転軸の軸線方向への移動を制限する移動制限部材と、を備えており、前記組み立て方法は、前記シールリングを前記回転リング側環状溝に収容した後、前記シールリングを前記分割部材に装着する工程と、前記移動制限部材を前記軸受ハウジングに挿入し、締結部材によって、前記移動制限部材を前記軸受ハウジングに締結する工程と、を含む。
一態様では、前記移動制限部材を前記軸受ハウジングに挿入した後、前記締結部材によって、前記移動制限部材の前記軸受ハウジングに対する相対位置を調整する工程を含む。

一態様では、前記シールリングは、第１シールリングおよび第２シールリングであり、前記回転リングは、前記第１シールリングが収容される第１回転リング側環状溝と、前記第２シールリングが収容される第２回転リング側環状溝と、を有しており、前記組み立て方法は、前記第１シールリングを前記第１回転リング側環状溝に収容して、前記第１シールリングを前記分割部材に装着する工程と、前記第２シールリングを前記第２回転リング側環状溝に収容して、前記第２シールリングを前記移動制限部材に装着する工程と、を含む。
一態様では、前記分割部材に形成された第１固定リング側環状溝に前記第１シールリングを装着する工程と、前記移動制限部材に形成された第２固定リング側環状溝に前記第２シールリングを装着する工程と、を含む。
一態様では、前記シールリングは、前記固定リングの内周面に密着可能な密着構造を有しており、前記組み立て方法は、前記シールリングを前記回転リング側環状溝に収容した後、前記固定リングを前記軸受ハウジングに挿入して、前記シールリングを前記固定リングに装着する工程を含む。

一態様では、前記密着構造は、前記固定リングの内周面の直径と同一以上の直径を有する前記シールリングの外周面から構成されている。
一態様では、前記回転リングは、前記固定リングに隣接する固定リング側の端部に形成された環状段部を有しており、前記固定リングは、前記回転リングに隣接する回転リング側の端部に形成され、かつ前記環状段部に挿入される環状突起を有しており、前記組み立て方法は、前記固定リングを前記軸受ハウジングに挿入するとき、前記環状突起を前記環状段部に挿入する工程を含む。

本発明によれば、シールリングを回転リングと固定リングとの間に配置することにより、軸封装置は、潤滑油の漏洩を確実に防止することができる。

軸封装置の一実施形態を備えたポンプ装置を示す断面図である。 図１に示す軸受組立体の拡大断面図である。 軸封装置の一実施形態を示す図である。 軸受に隣接して配置された軸封装置を示す図である。 シールリングを示す図である。 固定リングの分割部材に装着されたシールリングを示す図である。 分割部材に形成されたストッパーと移動制限部材に形成されたストッパーとの位置関係を示す図である。 軸封装置に浸入した潤滑油の流れを示す図である。 軸封装置の組み立て方法を説明するための図である。 軸封装置の組み立て方法を説明するための図である。 軸封装置の組み立て方法を説明するための図である。 軸封装置の組み立て方法を説明するための図である。 軸封装置の組み立て方法を説明するための図である。 軸封装置の組み立て方法を説明するための図である。 軸封装置の組み立て方法を説明するための図である。 軸封装置の他の実施形態を示す図である。 軸封装置のさらに他の実施形態を示す図である。 軸封装置のさらに他の実施形態を示す図である。 シールリングを回転リングに装着する様子を示す図である。 図２０（ａ）および図２０（ｂ）は回転リングに装着されたシールリングを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態において、回転機械の一例としてのポンプについて説明するが、回転機械はポンプに限定されない。回転機械の他の例として、コンプレッサやブロワなどを挙げることができる。

図１は、軸封装置の一実施形態を備えたポンプ装置ＰＡを示す断面図である。図１に示される回転機械としてのポンプ装置ＰＡは、ポンプＰＡ１と、駆動装置ＰＡ２と、を備えている。ポンプＰＡ１は、羽根車２と、この羽根車２が固定される回転軸１と、羽根車２が収容されたケーシング５と、を備えている。回転軸１は水平に延びており、回転軸１の軸線方向ＣＬは、水平方向と一致している。

回転軸１の一端は電動機などの駆動機１０（より具体的には、駆動機１０の駆動軸１０ａ）に連結されており、この駆動機１０によって回転軸１および羽根車２が回転される。駆動機１０は、駆動装置ＰＡ２の構成要素の少なくとも一部である。

図１に示すケーシング５は、その内部に渦巻き室５ａを有しており、羽根車２は渦巻き室５ａの内側に配置されている。羽根車２が回転軸１とともに回転すると、吸込口３から水などの液体が吸い込まれ、羽根車２と渦巻き室５ａの作用により液体の圧力が上昇されて、液体が吐出口４から吐き出される。

回転軸１とケーシング５との間の隙間は、メカニカルシールなどの軸封シール１１によって封止されている。軸封シール１１は、ケーシング５と回転軸１との間の隙間からのケーシング５内の液体の漏洩を防止することができる。

図２は、図１に示す軸受組立体９の拡大断面図である。図２に示すように、回転軸１は、軸受組立体９によって支持されている。軸受組立体９は、回転軸１を回転自在に支持する軸受９Ａ，９Ｂと、軸受９Ａ，９Ｂが収容される軸受ハウジング３６と、を備えている。本実施形態では、軸受９Ａ，９Ｂは転がり軸受である。軸受ハウジング３６の内部には潤滑油が貯留されている。軸受ハウジング３６内の潤滑油の液面は、回転軸１の下方に位置している。

軸受９Ａ，９Ｂは同一の構成を有しているため、以下、軸受９Ａの構成について説明する。軸受９Ａは、軸受ハウジング３６に固定された外輪３０と、回転軸１の外周面に固定された内輪３１と、外輪３０と内輪３１との間に配置された複数の転動体３２と、を備えている。回転軸１とともに内輪３１が回転すると、複数の転動体３２は外輪３０と内輪３１との間で回転する。軸受９Ａの下部は潤滑油中に浸漬されている。したがって、内輪３１が回転軸１とともに回転すると、軸受９Ａの全体に潤滑油が供給される。

軸受ハウジング３６は、潤滑油が保持されたハウジング本体３８と、ハウジング本体３８の両側の開口端を閉じるカバー部材３７，３７と、を備えている。回転軸１は、カバー部材３７，３７を貫通して延びている。軸受９Ａに隣接して配置されたカバー部材３７は、ハウジング本体３８の一方の開口端を閉じつつ、軸封シール１１を覆っている。軸受９Ｂに隣接して配置されたカバー部材３７は、ハウジング本体３８の他方の開口端を閉じている。

ポンプ装置ＰＡの運転により、回転軸１が回転すると、軸受ハウジング３６内の潤滑油は、軸受９Ａ，９Ｂのそれぞれに供給される。軸受９Ａ，９Ｂのそれぞれに供給された潤滑油の一部は、軸受９Ａ，９Ｂのそれぞれを通過してカバー部材３７，３７に向かって流れる。そこで、軸受組立体９は、潤滑油がカバー部材３７と回転軸１との間の隙間から漏洩することを防止するための軸封装置５０，５０を備えている。軸封装置５０，５０のそれぞれは、軸受９Ａ，９Ｂのそれぞれに隣接している。以下、軸受９Ｂに隣接して配置された軸封装置５０について説明する。

図３は、軸封装置５０の一実施形態を示す図である。図３では、軸受９Ｂに隣接して配置された軸封装置５０が示されている。図３に示すように、軸封装置５０は、回転軸１に装着された回転リング５１と、回転リング５１に対向して配置された固定リング５２と、回転リング５１と固定リング５２との間に配置されたシールリング５３Ａ，５３Ｂと、を備えている。図３に示す実施形態では、２つのシールリング５３Ａ，５３Ｂが設けられているが、シールリングの数は本実施形態には限定されない。少なくとも１つのシールリングが設けられてもよい。以下、本明細書において、シールリング５３Ａ，５３Ｂを区別せずに、単にシールリング５３と呼ぶことがある。

図３に示すように、回転リング５１は、回転軸１の外周面に密着可能な内周面５１ａと、内周面５１ａの反対側の外周面５１ｂと、を有する環状部材である。回転リング５１は、回転軸１に取り外し可能に装着されている。図３に示す実施形態では、回転リング５１は、回転軸１とは別部材であるが、一実施形態では、回転リング５１は、回転軸１と一体的に構成されてもよい。

図４は、軸受９Ａに隣接して配置された軸封装置５０を示す図である。図３では、軸封装置５０の回転リング５１は、回転軸１の段部１ａに接触しており、回転リング５１の軸線方向ＣＬへの移動は制限される。図４に示すように、回転リング５１は、軸受９Ａに向かって突出する出っ張り部５４を有してもよい。回転リング５１の出っ張り部５４は、軸受９Ａ（より具体的には、内輪３１）に接触しており、回転リング５１の軸線方向ＣＬへの移動は制限される。

回転リング５１と回転軸１との間には、Ｏリングなどのシール部材５５が配置されている。シール部材５５は、回転リング５１の内周面５１ａに形成されたシール溝５６に装着されている。シール部材５５は、潤滑油の、回転リング５１と回転軸１との間の隙間からの漏洩を防止している。

回転リング５１は、回転軸１と同心状に配置されており、回転軸１と一体に回転する。固定リング５２は、回転リング５１および回転軸１と同心状に配置されており、軸受ハウジング３６（より具体的には、カバー部材３７）に取り外し可能に装着されている。固定リング５２と回転リング５１（および回転軸１）との間には、僅かな隙間が形成されているため、固定リング５２は回転軸１と一体に回転しない。

回転リング５１は、その外周面５１ｂに形成された回転リング側環状溝６０Ａ，６０Ｂを有している。シールリング５３Ａ，５３Ｂのそれぞれは、回転リング側環状溝６０Ａ，６０Ｂのそれぞれに収容されている。図３に示す実施形態では、２つの回転リング側環状溝６０Ａ，６０Ｂが設けられているが、回転リング側環状溝の数は、本実施形態には、限定されない。少なくとも１つの回転リング側環状溝が設けられてもよい。

本実施形態では、回転リング側環状溝の数は、シールリングの数に対応している。しかしながら、シールリングの数は、回転リング側環状溝の数と同じ、または回転リング側環状溝の数よりも少なくてもよい。以下、本明細書において、回転リング側環状溝６０Ａ，６０Ｂを区別せずに、単に回転リング側環状溝６０と呼ぶことがある。

図５は、シールリング５３を示す図である。図５に示すように、シールリング５３は、互いに対面する第１分割面５３ａおよび第２分割面５３ｂを有しており、これら第１分割面５３ａおよび第２分割面５３ｂの間には、隙間が形成されている。図５に示す実施形態では、シールリング５３は、Ｃ型形状を有している。したがって、作業者は、第１分割面５３ａおよび第２分割面５３ｂを互いに離間する方向に移動させることにより、シールリング５３の内径を大きくすることができる。シールリング５３は、比較的、軟質な材料、例えば、樹脂（４フッ化樹脂（ＰＴＦＥ）など）から構成されている。

シールリング５３の内径は、回転リング５１の外周面５１ｂの直径よりも小さい（図３参照）。したがって、作業者は、シールリング５３を広げた状態で、シールリング５３を軸線方向ＣＬに移動し、シールリング５３を回転リング５１の回転リング側環状溝６０に収容する。シールリング５３の内径は、回転リング側環状溝６０の直径よりも大きい。したがって、シールリング５３を回転リング側環状溝６０に収容したとき、シールリング５３と回転リング側環状溝６０との間には、僅かな隙間が形成される。

図３に示すように、シールリング５３は、固定リング５２に装着されている。固定リング５２は、シールリング５３が装着される、少なくとも１つの分割部材６１と、分割部材６１の、回転軸１の軸線方向ＣＬへの移動を制限する移動制限部材６２と、を備えている。このように、図３に示す実施形態では、固定リング５２は、分割構造を有している。以下、軸封装置５０の分割構造について、説明する。

図６は、固定リング５２の分割部材６１に装着されたシールリング５３Ａを示す図である。分割部材６１は、回転軸１および回転リング５１と同心状に配置された環状形状を有している。分割部材６１は、カバー部材３７の内周面３７ａに隣接する外周面６１ａと、回転リング５１の外周面５１ｂに隣接する内周面６１ｂと、を有している（図３参照）。

図６に示すように、分割部材６１は、シールリング５３Ａが装着される固定リング側環状溝６５を有している。固定リング側環状溝６５は、分割部材６１の内周面６１ｂに形成されている。分割部材６１は、固定リング側環状溝６５から突出するストッパー６６を備えており、ストッパー６６は、シールリング５３Ａの第１分割面５３ａと第２分割面５３ｂとの間に配置されている。ストッパー６６は、その両側に第１分割面５３ａおよび第２分割面５３ｂを配置することにより、シールリング５３Ａの周方向の移動を制限する。

図３に示すように、シールリング５３Ａは、分割部材６１の内周面６１ｂに形成された固定リング側環状溝６５に装着されており、回転リング５１の外周面５１ｂに形成された回転リング側環状溝６０Ａに収容されている。したがって、シールリング５３Ａの軸線方向ＣＬへの移動は、分割部材６１および回転リング５１によって制限される。

移動制限部材６２は、カバー部材３７の内周面３７ａに隣接する外周面６２ａと、回転リング５１の外周面５１ｂに隣接する内周面６２ｂと、を有している。移動制限部材６２は、シールリング５３Ｂが装着される固定リング側環状溝６７を有している。固定リング側環状溝６７は、移動制限部材６２の内周面６２ｂに形成されている。

移動制限部材６２は、固定リング側環状溝６７から突出するストッパー６８を備えている（図３参照）。ストッパー６８は、ストッパー６６と同様に、シールリング５３Ｂの第１分割面５３ａと第２分割面５３ｂとの間に配置されており、シールリング５３Ｂの周方向の移動を制限する。

図７は、分割部材６１に形成されたストッパー６６と移動制限部材６２に形成されたストッパー６８との位置関係を示す図である。図７では、軸封装置５０を軸線方向ＣＬから見たときのストッパー６６，６８が描かれている。図３に示す実施形態では、ストッパー６６およびストッパー６８は、軸線方向ＣＬに沿って、一直線上に並んで配置されている。

図７に示すように、ストッパー６６およびストッパー６８は、軸封装置５０を軸線方向ＣＬから見たとき、固定リング５２の周方向にずれて配置されてもよい。図７に示す実施形態では、ストッパー６８は、ストッパー６６に対して、９０度だけ、ずれて配置されているが、ストッパー６６とストッパー６８との間の角度は、図７に示す実施形態には限定されない。例えば、２つのストッパーが設けられる場合、第１ストッパーおよび第２ストッパーは、軸封装置５０を軸線方向ＣＬから見たとき、固定リング５２の周方向に１８０度の間隔で配置されてもよい。３つのストッパーが設けられる場合、第１ストッパー、第２ストッパー、および第３ストッパーは、軸封装置５０を軸線方向ＣＬから見たとき、固定リング５２の周方向に１２０度の間隔で配置されてもよい。

図示しないが、複数の分割部材６１が設けられる場合、複数のストッパーのそれぞれは、軸線方向ＣＬに沿って一直線上に並んで配置されてもよく、固定リング５２の周方向に所定の角度でずれて配置されてもよい。

上述した実施形態では、１つの固定リング側環状溝に１つのストッパーが形成されているが、一実施形態では、１つの固定リング側環状溝に複数のストッパーが形成されてもよい。この場合、複数のストッパーは、軸封装置５０を軸線方向ＣＬから見たとき、固定リング５２の周方向にずれて配置されてもよい。

シールリング５３Ｂは、移動制限部材６２の内周面６２ｂに形成された固定リング側環状溝６７に装着されており、回転リング５１の外周面５１ｂに形成された回転リング側環状溝６０Ｂに収容されている。したがって、シールリング５３Ｂの軸線方向ＣＬへの移動は、移動制限部材６２および回転リング５１によって制限される。

上述したように、移動制限部材６２は、分割部材６１の軸線方向ＣＬへの移動を制限する。より具体的には、図３に示すように、移動制限部材６２は、分割部材６１をカバー部材３７の端壁３９に押し付ける押し付け端面６２ｃと、外周面６２ａから外側に延びる締結フランジ６９と、を備えている。

押し付け端面６２ｃは、外周面６２ａおよび固定リング側環状溝６７の両方に接続されている。分割部材６１がカバー部材３７に挿入された状態で、移動制限部材６２をカバー部材３７に挿入することにより、移動制限部材６２の押し付け端面６２ｃは分割部材６１に密着し、分割部材６１をカバー部材３７の端壁３９に押し付ける。

図３に示すように、回転リング５１は、固定リング５２に隣接する固定リング５２側の端部５１ｃに形成された環状段部７５を有しており、固定リング５２（より具体的には、移動制限部材６２）は回転リング５１に隣接する回転リング５１側の端部６２ｄに形成され、かつ環状段部７５に挿入される環状突起７６を有している。移動制限部材６２をカバー部材３７に挿入することにより、環状突起７６は環状段部７５と回転軸１との間の隙間に挿入される。

軸封装置５０は、固定リング５２（より具体的には、移動制限部材６２）を軸受ハウジング３６（より具体的には、カバー部材３７）に締結する締結部材７０を備えている。移動制限部材６２の締結フランジ６９は、締結部材７０が貫通可能な貫通穴６９ａを有している。貫通穴６９ａは、軸線方向ＣＬと平行に延びている。

図３に示す実施形態では、締結部材７０は、ねじである。作業者は、締結フランジ６９の貫通穴６９ａとカバー部材３７の挿入穴４０とを一致させた状態で、締結部材７０を貫通穴６９ａおよび挿入穴４０に挿入し、締結部材７０を締め付ける。この締め付けによって、移動制限部材６２はカバー部材３７に締結される。分割部材６１は、移動制限部材６２によってカバー部材３７の端壁３９に押し付けられているため、分割部材６１の軸線方向ＣＬへの移動は制限される。

締結部材７０は、固定リング５２（より具体的には、移動制限部材６２）の軸受ハウジング３６（より具体的には、カバー部材３７）に対する相対位置を調整することができる。図３に示すように、挿入穴４０には、ねじ溝が形成されている。したがって、作業者は、締結部材７０の締め付け具合に応じて、移動制限部材６２のカバー部材３７に対する相対位置を調整することができる。

図８は、軸封装置５０に浸入した潤滑油の流れを示す図である。図８では、図面を見やすくするために、符号の図示は省略されている。図８に示すように、回転軸１が回転すると、軸受ハウジング３６内で飛散した潤滑油は、回転リング５１とカバー部材３７との間の隙間を通じて、固定リング５２（より具体的には、分割部材６１）と回転リング５１との間に浸入する。この潤滑油は、固定リング側環状溝６５と回転リング側環状溝６０Ａとの間に配置されたシールリング５３Ａに衝突し、潤滑油の進行は阻害される。回転軸１と回転リング５１との間には、シール部材５５が配置されているため、回転軸１と回転リング５１との間の隙間を通じた潤滑油の漏洩は防止される。

さらに、シールリング５３Ａを固定リング側環状溝６５と回転リング側環状溝６０Ａとの間に配置することにより、回転リング５１と分割部材６１との間には、第１環状空間が形成される。この第１環状空間は、シールリング５３Ａを配置することにより、軸線方向ＣＬに対してジグザグした形状（すなわち、ジグザグ形状）を有している。したがって、軸封装置５０は、ラビリンスシールとしての機能を有しており、結果として、潤滑油は、その自重によって、気体の流れから振り切られ、軸受ハウジング３６の外部への進行が阻害される。

同様に、シールリング５３Ｂを固定リング側環状溝６７と回転リング側環状溝６０Ｂとの間に配置することにより、回転リング５１と移動制限部材６２との間には、第２環状空間が形成される。第２環状空間は、シールリング５３Ｂを配置することにより、第１環状空間と同一のジグザグ形状を有している。したがって、仮に、潤滑油が第１環状空間を通過したとしても、第２環状空間は、潤滑油の漏洩を確実に防止する。

このような構造を有する軸封装置５０は、ラビリンスシールとして機能し、潤滑油の漏洩を確実に防止することができる。さらに、固定リング５２に形成された環状突起７６を回転リング５１に形成された環状段部７５に挿入することにより、潤滑油の漏洩をより確実に防止することができる。

上述したように、軸封装置５０は、分割構造を有しているため、作業者は、軸封装置５０を容易に組み立てることができる。以下、軸封装置５０の組み立て方法について、説明する。

作業者は、回転リング５１を回転軸１に装着し、シールリング５３を回転リング５１に形成された回転リング側環状溝６０に収容し、固定リング５２を軸受ハウジング３６（より具体的には、カバー部材３７）に挿入して、シールリング５３を固定リング５２に装着する。より具体的には、作業者は、以下の手順により、軸封装置５０を組み立てる。

図９～図１５は、軸封装置５０の組み立て方法を説明するための図である。まず、作業者は、シール部材５５が装着された回転リング５１を回転軸１に装着して、回転リング５１を回転軸１の段部１ａに接触させる（図９参照）。その後、図１０に示すように、作業者は、カバー部材３７を軸受ハウジング３６のハウジング本体３８（図２参照）に取り付ける。

上述したように、シールリング５３Ａ（およびシールリング５３Ｂ）は、その内径が大きくなる方向に変形可能である。したがって、作業者は、シールリング５３Ａを広げた状態で、シールリング５３Ａを回転リング５１に挿入し、シールリング５３Ａを回転リング側環状溝６０Ａに収容する（図１１参照）。図１２に示すように、作業者は、分割部材６１をカバー部材３７に挿入して、シールリング５３Ａを分割部材６１の固定リング側環状溝６５に装着する。このとき、シールリング５３Ａの第１分割面５３ａおよび第２分割面５３ｂがストッパー６６の両側に配置されるように、シールリング５３Ａを固定リング側環状溝６５に装着する。

図１３に示すように、作業者は、シールリング５３Ｂを広げた状態で、シールリング５３Ｂを回転リング５１に挿入し、シールリング５３Ｂを回転リング側環状溝６０Ｂに収容する。その後、作業者は、移動制限部材６２をカバー部材３７に挿入して、シールリング５３Ｂを移動制限部材６２の固定リング側環状溝６７に装着する（図１４参照）。このとき、シールリング５３Ｂの第１分割面５３ａおよび第２分割面５３ｂがストッパー６８の両側に配置されるように、シールリング５３Ｂを固定リング側環状溝６７に装着する。

移動制限部材６２をカバー部材３７に挿入することにより、分割部材６１は、カバー部材３７に押し付けられるため、分割部材６１の軸線方向ＣＬへの移動は制限される。さらに、移動制限部材６２をカバー部材３７に挿入することにより、環状突起７６は環状段部７５と回転軸１との間に挿入される。

移動制限部材６２をカバー部材３７に挿入した後、作業者は、締結部材７０によって、移動制限部材６２をカバー部材３７に締結する（図１５参照）。分割部材６１は移動制限部材６２によってカバー部材３７に押し付けられているため、移動制限部材６２の締結によって、ポンプ装置ＰＡの運転に起因する分割部材６１の振動を防止することができる。

このように、軸封装置５０は、分割構造を有しているため、作業者は、分割部材６１をカバー部材３７に挿入するだけの簡単な方法によって、複数の環状空間を有する軸封装置５０を容易に組み立てることができる。このような構成により、シールリング５３を容易に交換することができ、軸封装置５０のメンテナンス性を向上させるという効果を奏することができる。

軸封装置５０の組み立て方法は、上述した方法に限定されない。一実施形態では、作業者は、まず、カバー部材３７をハウジング本体３８に組み入れ、その後に、シール部材５５が装着された回転リング５１を回転軸１に装着してもよい。その後は、作業者は、図１１～図１５に示す方法を実行することにより、軸封装置５０を組み立てる。

上述した実施形態では、分割構造を有する固定リング５２について説明したが、一実施形態では、固定リング５２のみならず、回転リング５１が分割構造を有してもよい。

軸封装置５０に求められる密封性は、ポンプ装置ＰＡの設置される環境や用途などの条件によって、異なる場合がある。上述した実施形態によれば、軸封装置５０の密封性をより向上させる場合、複数の分割部材６１を軸線方向ＣＬに沿って直列的に配置すれば、軸封装置５０は、分割部材６１の数に応じたジグザグの環状空間を有することができる。結果として、軸封装置５０は、その密封性をより向上させることができる。移動制限部材６２をカバー部材３７に締結することにより、これら複数の分割部材６１はカバー部材３７の端壁３９に押し付けられるため、分割部材６１の脱落や振動は防止される。

本実施形態では、複数の分割部材６１は、同一の構造を有することができる。したがって、同一の構造を有する複数の分割部材６１を製造することにより、製造コストを低減することができ、軸封装置５０の構成部品の全体的な在庫数を低減することができる。さらに、ポンプ装置ＰＡの運転状況や設置環境などの条件に応じて、軸封装置５０の密封性を向上させることができる。

上述したように、軸封装置５０は、環状空間を有しており、ラビリンスシールとしての機能を果たす。回転軸１とともに回転リング５１が回転すると、環状空間には、気体の旋回流が発生するおそれがある。このような旋回流は、回転リング５１および回転軸１の振動の原因となってしまう。本実施形態では、ストッパー６６，６８のそれぞれは、上記旋回流を破壊するスワールブレーカとしての機能を果たす。したがって、軸封装置５０は、旋回流の発生を防止して、回転リング５１および回転軸１の振動を抑制することができる。

図１６は、軸封装置５０の他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態と同じであるのでその重複する説明を省略する。上述した実施形態では、軸封装置５０は、複数段（より具体的には、２段）の密封構造を有しているが、図１６に示すように、軸封装置５０は、単段の密封構造を有してもよい。

図１６に示す実施形態では、固定リング５２は、その内周面５２ａに形成された単一の固定リング側環状溝８０と、固定リング側環状溝８０から突出するストッパー８１と、を備えている。ストッパー８１は、シールリング５３の第１分割面５３ａと第２分割面５３ｂとの間に配置されており、シールリング５３の周方向の移動を制限する。

回転リング５１は、その外周面５１ｂに形成された単一の回転リング側環状溝６０を備えており、シールリング５３はこの回転リング側環状溝６０に収容されている。軸封装置５０は、このような構造を有してもよい。

図１６に示す実施形態では、作業者は、まず、シール部材５５が装着された回転リング５１を回転軸１に装着し、その後、シールリング５３を回転リング５１の回転リング側環状溝６０に収容する。作業者は、固定リング５２をカバー部材３７に挿入して、シールリング５３を固定リング側環状溝８０に装着する。このとき、シールリング５３の第１分割面５３ａおよび第２分割面５３ｂがストッパー８１の両側に配置されるように、シールリング５３を固定リング側環状溝８０に装着する。図１６に示す実施形態によれば、作業者は、より簡単な方法により、軸封装置５０を組み立てることができる。

図１７は、軸封装置５０のさらに他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態と同じであるのでその重複する説明を省略する。図１７に示す実施形態では、固定リング５２は、固定リング側環状溝６５，６７を有しておらず、平坦な環状形状を有している。シールリング５３Ａ，５３Ｂは、固定リング５２の内周面５２ａに密着可能な密着構造を有している。

より具体的には、密着構造は、固定リング５２の内周面５２ａの直径と同一以上の直径を有するシールリング５３Ａ，５３Ｂの外周面から構成されている。したがって、固定リング５２をカバー部材３７に挿入するとき、シールリング５３Ａ，５３Ｂのそれぞれは、固定リング５２にタイトに嵌まり込む。このようにして、シールリング５３Ａ，５３Ｂは、固定リング５２に装着される。

図１７に示す実施形態では、軸封装置５０の組み立て方法は次の通りである。作業者は、まず、シール部材５５が装着された回転リング５１を回転軸１に装着する。その後、作業者は、シールリング５３Ａ，５３Ｂのそれぞれを広げた状態で、シールリング５３Ａ，５３Ｂのそれぞれを軸線方向ＣＬに移動し、シールリング５３Ａ，５３Ｂのそれぞれを回転リング側環状溝６０Ａ，６０Ｂのそれぞれに収容する。この状態で、作業者は、固定リング５２をカバー部材３７に挿入して、シールリング５３Ａ，５３Ｂのそれぞれを固定リング５２に装着する。

図１７に示す実施形態においても、回転リング５１と固定リング５２との間にシールリング５３Ａ，５３Ｂを配置することにより、回転リング５１と固定リング５２との間には、ジグザグの第１環状空間および第２環状空間が形成される。このような構造を有する軸封装置５０は、潤滑油の漏洩を確実に防止することができる。

図示しないが、図１７に示す実施形態においても、回転リング側環状溝６０Ａ，６０Ｂのそれぞれにストッパーを形成してもよい。ストッパーを形成することにより、軸封装置５０は、旋回流の発生を防止して、回転リング５１および回転軸１の振動を抑制することができる。

上述した実施形態では、シールリング５３を固定リング５２に装着する構成について説明したが、シールリング５３は回転リング５１に装着されてもよい。以下、図面を参照して、シールリング５３を回転リング５１に装着する構成について、説明する。

図１８は、軸封装置５０のさらに他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態と同じであるのでその重複する説明を省略する。図１８に示す実施形態では、シールリング５３Ａ，５３Ｂのそれぞれは、回転リング５１に装着されている。なお、本実施形態においても、シールリング５３の数は、本実施形態には限定されず、少なくとも１つのシールリング５３が設けられてもよい。

図１９は、シールリング５３を回転リング５１に装着する様子を示す図である。図２０（ａ）および図２０（ｂ）は回転リング５１に装着されたシールリング５３を示す図である。図２０（ａ）は、軸封装置５０を軸線方向ＣＬから見たときの回転リング５１に装着されたシールリング５３を示しており、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のＡ線方向から見たときの回転リング５１に装着されたシールリング５３を示している。

図１８～図２０に示すように、回転リング側環状溝６０Ａ，６０Ｂのそれぞれには、ストッパー９０，９１のそれぞれが設けられている。本実施形態においても、シールリング５３Ａ，５３Ｂのそれぞれは、第１分割面５３ａおよび第２分割面５３ｂを有している。シールリング５３Ａは、第１分割面５３ａおよび第２分割面５３ｂがストッパー９０の両側に配置されるように、回転リング側環状溝６０Ａに装着されている。このような配置により、シールリング５３Ａの軸線方向ＣＬへの移動およびシールリング５３Ａの周方向の移動は制限される。

シールリング５３Ａと同様に、シールリング５３Ｂは、第１分割面５３ａおよび第２分割面５３ｂがストッパー９１の両側に配置されるように、回転リング側環状溝６０Ｂに装着されている。

図１８～図２０に示す実施形態においても、ストッパー９０，９１のそれぞれは、回転リング側環状溝６０Ａ，６０Ｂに発生する旋回流を破壊するスワールブレーカとしての機能を果たす。したがって、軸封装置５０は、旋回流の発生を防止して、回転リング５１および回転軸１の振動を抑制することができる。

図１８に示す実施形態では、ストッパー９０，９１は、軸線方向ＣＬに沿って、一直線上に並んで配置されているが、回転リング５１の周方向に所定の角度で、ずれて配置されてもよい。

図１８～図２０に示す実施形態では、１つの回転リング側環状溝に１つのストッパーが形成されているが、一実施形態では、１つの回転リング側環状溝に複数のストッパーが形成されてもよい。この場合、複数のストッパーは、軸封装置５０を軸線方向ＣＬから見たとき、回転リング５１の周方向にずれて配置されてもよい。

本実施形態においても、作業者は、軸封装置５０を容易に組み立てることができる。まず、作業者は、シール部材５５が装着された回転リング５１を回転軸１に装着する。その後、作業者は、シールリング５３Ａの第１分割面５３ａと第２分割面５３ｂとの間にストッパー９０が配置されるように、シールリング５３Ａを回転リング側環状溝６０Ａに装着する。同様の方法により、作業者は、シールリング５３Ｂを回転リング側環状溝６０Ｂに装着する。作業者は、固定リング５２の環状突起７６が回転リング５１の環状段部７５と回転軸１との間の隙間に挿入されるように、固定リング５２をカバー部材３７に挿入する。その後、作業者は、締結部材７０により、固定リング５２をカバー部材３７に締結する。

作業者は、このような簡単な方法により、軸封装置５０を組み立てることができる。本実施形態においても、軸封装置５０は、回転リング５１と固定リング５２との間に形成された環状空間を有する。したがって、軸封装置５０は、潤滑油の漏洩を確実に防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

１ 回転軸
２ 羽根車
３ 吸込口
４ 吐出口
５ ケーシング
５ａ 渦巻き室
９ 軸受組立体
９Ａ，９Ｂ 軸受
１０ 駆動機
１０ａ 駆動軸
１１ 軸封シール
３０ 外輪
３１ 内輪
３２ 転動体
３６ 軸受ハウジング
３７ カバー部材
３７ａ 内周面
３８ ハウジング本体
３９ 端壁
４０ 挿入穴
５０ 軸封装置
５１ 回転リング
５１ａ 内周面
５１ｂ 外周面
５１ｃ 端部
５２ 固定リング
５２ａ 内周面
５３（５３Ａ，５３Ｂ）シールリング
５３ａ 第１分割面
５３ｂ 第２分割面
５４ 出っ張り部
５５ シール部材
５６ シール溝
６０（６０Ａ，６０Ｂ） 回転リング側環状溝
６１ 分割部材
６１ａ 外周面
６１ｂ 内周面
６２ 移動制限部材
６２ａ 外周面
６２ｂ 内周面
６２ｃ 押し付け端面
６２ｄ 端部
６５ 固定リング側環状溝
６６ ストッパー
６７ 固定リング側環状溝
６８ ストッパー
６９ 締結フランジ
６９ａ 貫通穴
７０ 締結部材
７５ 環状段部
７６ 環状突起
８０ 固定リング側環状溝
８１ ストッパー
９０ ストッパー
９１ ストッパー

Claims (20)

1. 軸受に供給される潤滑油の漏洩を防止するための軸封装置であって、
   回転軸に装着された回転リングと、
   前記回転リングに対向して配置された固定リングと、
   前記回転リングと前記固定リングとの間に配置されたシールリングと、を備え、
   前記シールリングは、前記固定リングに装着されている、軸封装置。
2. 前記シールリングは、互いに対面する第１分割面および第２分割面を有している、請求項１に記載の軸封装置。
3. 前記固定リングは、
   前記固定リングの内周面に形成された固定リング側環状溝と、
   前記固定リング側環状溝から突出して、前記シールリングの周方向の移動を制限する、ストッパーと、を備えており、
   前記ストッパーは、前記第１分割面と前記第２分割面との間に配置されている、請求項２に記載の軸封装置。
4. 前記固定リングは、
   前記シールリングが装着される、少なくとも１つの分割部材と、
   前記分割部材の、前記回転軸の軸線方向への移動を制限する移動制限部材と、を備えている、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の軸封装置。
5. 前記シールリングは、第１シールリングおよび第２シールリングであり、
   前記分割部材は、前記第１シールリングが装着される第１固定リング側環状溝を有しており、
   前記移動制限部材は、前記第２シールリングが装着される第２固定リング側環状溝を有している、請求項４に記載の軸封装置。
6. 前記軸封装置は、前記軸受を収容する軸受ハウジングに前記固定リングを締結し、かつ前記固定リングの前記軸受ハウジングに対する相対位置を調整する締結部材を備えている、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の軸封装置。
7. 前記シールリングは、前記固定リングの内周面に密着可能な密着構造を有している、請求項１または請求項２に記載の軸封装置。
8. 前記密着構造は、前記固定リングの内周面の直径と同一以上の直径を有する前記シールリングの外周面から構成されている、請求項７に記載の軸封装置。
9. 前記回転リングは、その外周面に形成された回転リング側環状溝を有しており、
   前記シールリングは、前記回転リング側環状溝に収容されている、請求項７または請求項８に記載の軸封装置。
10. 前記回転リングは、前記固定リングに隣接する固定リング側の端部に形成された環状段部を有しており、
    前記固定リングは、前記回転リングに隣接する回転リング側の端部に形成され、かつ前記環状段部に挿入される環状突起を有している、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の軸封装置。
11. 羽根車と、
    前記羽根車が収容されたケーシングと、
    前記羽根車が固定された回転軸と、
    前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、
    前記軸受を収容する軸受ハウジングと、
    請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載の軸封装置と、を備えている、回転機械。
12. 軸受に供給される潤滑油の漏洩を防止するための軸封装置の組み立て方法であって、
    回転リングを回転軸に装着する工程と、
    シールリングを前記回転リングに形成された回転リング側環状溝に収容する工程と、
    前記軸受を収容する軸受ハウジングに固定リングを挿入して、前記シールリングを前記固定リングに装着する工程と、を含む、方法。
13. 前記シールリングは、互いに対面する第１分割面および第２分割面を有しており、
    前記固定リングは、
    前記固定リングの内周面に形成された固定リング側環状溝と、
    前記固定リング側環状溝から突出するストッパーと、を備えており、
    前記組み立て方法は、前記シールリングを前記固定リング側環状溝に嵌め込んで、前記ストッパーを前記第１分割面と前記第２分割面との間に配置する工程をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記固定リングは、
    前記シールリングが装着される、少なくとも１つの分割部材と、
    前記分割部材の、前記回転軸の軸線方向への移動を制限する移動制限部材と、を備えており、
    前記組み立て方法は、
    前記シールリングを前記回転リング側環状溝に収容した後、前記シールリングを前記分割部材に装着する工程と、
    前記移動制限部材を前記軸受ハウジングに挿入し、締結部材によって、前記移動制限部材を前記軸受ハウジングに締結する工程と、を含む、請求項１２または請求項１３に記載の方法。
15. 前記移動制限部材を前記軸受ハウジングに挿入した後、前記締結部材によって、前記移動制限部材の前記軸受ハウジングに対する相対位置を調整する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記シールリングは、第１シールリングおよび第２シールリングであり、
    前記回転リングは、
    前記第１シールリングが収容される第１回転リング側環状溝と、
    前記第２シールリングが収容される第２回転リング側環状溝と、を有しており、
    前記組み立て方法は、
    前記第１シールリングを前記第１回転リング側環状溝に収容して、前記第１シールリングを前記分割部材に装着する工程と、
    前記第２シールリングを前記第２回転リング側環状溝に収容して、前記第２シールリングを前記移動制限部材に装着する工程と、を含む、請求項１４または請求項１５に記載の方法。
17. 前記分割部材に形成された第１固定リング側環状溝に前記第１シールリングを装着する工程と、
    前記移動制限部材に形成された第２固定リング側環状溝に前記第２シールリングを装着する工程と、を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記シールリングは、前記固定リングの内周面に密着可能な密着構造を有しており、
    前記組み立て方法は、前記シールリングを前記回転リング側環状溝に収容した後、前記固定リングを前記軸受ハウジングに挿入して、前記シールリングを前記固定リングに装着する工程を含む、請求項１２に記載の方法。
19. 前記密着構造は、前記固定リングの内周面の直径と同一以上の直径を有する前記シールリングの外周面から構成されている、請求項１８に記載の方法。
20. 前記回転リングは、前記固定リングに隣接する固定リング側の端部に形成された環状段部を有しており、
    前記固定リングは、前記回転リングに隣接する回転リング側の端部に形成され、かつ前記環状段部に挿入される環状突起を有しており、
    前記組み立て方法は、前記固定リングを前記軸受ハウジングに挿入するとき、前記環状突起を前記環状段部に挿入する工程を含む、請求項１２～請求項１９のいずれか一項に記載の方法。

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