JP3377467B2 - 軸封装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機器の回転軸周で
流体をシールする軸封装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】機器のハウジングと、その軸孔に挿通さ
れた回転軸との間に介在されて、軸周隙間からの流体の
漏れを防止する軸封装置としては、従来から、例えばグ
ランドパッキング、オイルシール、メカニカルシール、
あるいはラビリンスシール等、種々のものが知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の軸封装
置は、それぞれ一長一短があり、用途によって適切に選
択する必要がある。例えばグランドパッキングは、回転
軸とハウジング側のスタフィングボックスとの間に詰め
込んで締め付けてシールを行うため、回転軸の摩耗が発
生し、定期的な点検が必要で、摩擦による動力損失も大
きい。オイルシールは安価に提供できるが、密封対象流
体の圧力に対応して摺動負荷が変化するため、使用条件
の範囲が限定される。メカニカルシールは、広い使用条
件で採用されるが部品数が多く、ラビリンスシールは非
接触式であるため動力損失等の問題はないが、少量の流
体の漏れは避けられず、微小な隙間を保つために部品の
寸法精度を厳しくする必要がある。

【０００４】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その技術的課題とするところは、優れた密
封性能を奏することができると共に、動力損失や摩耗が
少なく、簡素な構造の軸封装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわち
本発明に係る軸封装置は、その基本的な構成を図１に示
すように、回転軸１の外周に密封的に装着されてこの回
転軸１と共に回転されるシールリング３と、前記回転軸
１を包囲するハウジング（図示省略）側に設けられて前
記シールリング３の軸方向両端面３１，３２に密封的に
摺接される静止密封要素４，５とを備え、前記シールリ
ング３の外周側と前記静止密封要素４，５の外周側との
間に中間室Ｃが画成され、前記シールリング３に反密封
空間Ｂと前記中間室Ｃとを連通するポンピング孔３３が
開設されたものである。また、一層好ましい構成として
は、図２に示すように、前記ポンピング孔３３にはシー
ルリング３の回転時に開弁し停止時に閉弁する弁部材６
が設けられる。

【０００６】上記構成において、回転軸１と共にシール
リング３が軸心Ｏの周りに回転されると、これに伴いシ
ールリング３のポンピング孔３３内に生じる遠心力によ
って、反密封空間Ｂ側の流体が前記ポンピング孔３３を
介して中間室Ｃに送られ、このため中間室Ｃの圧力Ｐ_Ｃ
が上昇して、反密封空間Ｂの圧力Ｐ_Ｂよりも高圧にな
る。そしてこの中間室Ｃの圧力Ｐ_Ｃは、シールリング３
とその密封空間Ａ側の端面３１に摺接する静止密封要素
４とのシール部において密封空間Ａの密封対象流体の圧
力Ｐ_Ａに対抗する。そして、Ｐ_Ａ＜Ｐ_Ｃとなった場合
は、密封対象流体の漏れを完全に遮断することができ
る。

【０００７】また、ポンピング孔３３に弁部材６を設け
た場合は、機器の停止中も密封空間Ａが反密封空間Ｂよ
りも高圧の状態が継続されるような条件に対応すること
ができる。すなわち、図１の構成において、回転軸１の
停止時にＰ_Ａ＞Ｐ_Ｂである場合は、その差圧によってシ
ールリング３が反密封空間Ｂ側に押され、このシールリ
ング３と反密封空間Ｂ側の静止密封要素５とのシール隙
間δ_Ｂは狭まってほぼ零となる一方、密封空間Ａ側の静
止密封要素４とのシール隙間δ_Ａは開き、しかもポンピ
ング孔３３におけるポンプ機能の停止によってＰ_Ａ＞Ｐ
_Ｃになるので、密封空間Ａの密封対象流体は、シール隙
間δ_Ａ、中間室Ｃ及びポンピング孔３３を通じて反密封
空間Ｂへ漏洩してしまうが、図２における弁部材６は、
このような停止時の密封対象流体の漏洩を遮断するもの
である。

【０００８】

【発明の実施の形態】図３は、本発明に係る軸封装置の
具体的な一実施形態を、機器への装着状態で示すもので
ある。この実施形態において、参照符号２は機体のハウ
ジング２で、回転軸１は前記ハウジング２の軸孔２ａに
挿通され、図示されていない軸受によって回転自在に支
持されている。

【０００９】回転軸１の外周面には金属製のシャフトス
リーブ１１が外挿され、複数のセットスクリュ１２によ
って固定され、シャフトスリーブ１１と回転軸１との間
は、Ｏリング１３によって密封されている。また、シー
ルリング３は、シャフトスリーブ１１の外周面に、図示
されていない係合手段あるいは定着手段を介して固定さ
れており、このシールリング３とシャフトスリーブ１１
との間は、Ｏリング１４で密封されている。

【００１０】シールリング３の軸方向両端面に摺接され
る一対の静止密封要素としては、エラストマからなるリ
ップパッキング４１，５１が採用されており、これらリ
ップパッキング４１，５１は、それぞれ金属からなる環
状のケーシング４２，５２の内周部に装着されている。
また、前記ケーシング４２，５２は、それぞれシールリ
ング３の軸方向両側から外周へ延び、その外周フランジ
部４２ａ，５２ａが軸方向に互いに衝合されると共に、
装着用ボルト５３によってハウジング２の端面に固定さ
れており、これによってシールリング３の外周側に、円
周方向に連続した中間室Ｃが画成されている。

【００１１】一方のリップパッキング４１は、シールリ
ング３における密封空間Ａ側の端面３１に摺接されるシ
ールリップ４１ａが、内周側（密封空間Ａ側）を向いて
いる。また他方のリップパッキング５１は、シールリン
グ３における反密封空間（大気）Ｂ側の端面３２に摺接
されるシールリップ５１ａが、外周側（中間室Ｃ側）を
向いている。

【００１２】ケーシング４２，５２の外周フランジ４２
ａ，５２ａ間、及びケーシング４２とハウジング２の間
は、それぞれ図示されていないガスケット等のシール手
段によって密封されている。またケーシング４２，５２
同士は、ハウジング２への未装着状態でも、例えば装着
用ボルト５３を挿通するための各連結孔４２ｂ，５２ｂ
と円周方向交互に設けられたリベットあるいは螺子部材
等、図示されていない連結手段によって互いに連結され
た状態となっている。

【００１３】シールリング３には、複数のポンピング孔
３３が円周方向等間隔で開設されており、このポンピン
グ孔３３は、それぞれ吸入口３３ａがリップパッキング
５１との摺接部よりも内周側で反密封空間Ｂに開口され
ると共に、排出口３３ｂがシールリング３の外周面で中
間室Ｃに開口されている。

【００１４】シールリング３の外周面には、弁部材とし
てのリードバルブ６１が、前記排出口３３ｂを塞ぐよう
に設けられている。このリードバルブ６１は、金属薄板
からなるリード６１ａを、その過大変形を規制するため
の図示されていないストッパ板と共に、螺子６１ｂで片
持状に固定した既知の逆止弁構造を備えており、回転時
は、前記リード６１ａがポンピング孔３３内のポンプ圧
力及び遠心力によって図中破線で示されるように開弁
し、停止時は前記リード６１ａがその弾性によって前記
排出口３３ｂを密閉するものである。

【００１５】ケーシング５２の内周円筒部には、円周方
向所定間隔で雌螺子孔５２ｃが径方向に開設されてい
る。この雌螺子孔５２ｃは、図４にこの実施形態による
軸封装置が機器への未装着状態で示されるように、ケー
シング５２とシャフトスリーブ１１とを仮固定するため
のボルト５４を螺合するためのものである。

【００１６】以上のように構成されたこの実施形態にお
いて、回転軸１が回転すると、その回転力は、シャフト
スリーブ１１を介してシールリング３に伝達され、すな
わち回転軸１、シャフトスリーブ１１及びシールリング
３は一体的に回転する。このため、ポンピング孔３３内
に、回転に伴う遠心力によって流体を外周側へ送り出す
ポンプ圧力を生じると共に、リードバルブ６１のリード
６１ａが、前記ポンプ圧力と遠心力によって開弁動作
し、前記ポンピング孔３３の排出口６１ａを開放する。
したがって、反密封空間Ｂの空気がポンピング孔３３を
通じて中間室Ｃへ圧送され、リップパッキング４１，５
１によって密封された中間室Ｃの空気圧力Ｐ_Ｃが上昇す
る。

【００１７】そして、この中間室Ｃが密封空間Ａより低
圧であれば、中間室Ｃ内の空気が密封空間Ａへ流出する
ことはないので、前記中間室Ｃの圧力Ｐ_Ｃは回転時のポ
ンピング孔３３の遠心ポンプ作用によって確実に上昇す
る。

【００１８】また、昇圧された中間室Ｃの空気圧力Ｐ_Ｃ
が、リップパッキング４１によりシール部で密封空間Ａ
の密封対象流体の漏洩圧力と対抗するので、この密封対
象流体の漏れが有効に防止される。

【００１９】中間室Ｃの圧力Ｐ_Ｃは、反密封空間Ｂの大
気圧Ｐ_Ｂとの圧力差がポンピング孔３３におけるポンプ
圧力と拮抗するまで上昇可能であり、回転速度が大きい
ほど上昇する。しかし、中間室Ｃが密封空間Ａより高圧
になると、その差圧によって、内周側を向いたリップパ
ッキング４１のシールリップ４１ａが開かれ、中間室Ｃ
から密封空間Ａへ空気の流出を生じるので、密封空間Ａ
の圧力Ｐ_Ａよりも一定以上高圧になることはない。また
このため、シールリング３に対するリップパッキング４
１，５１の摺動負荷は、所定以上に大きくならない。

【００２０】中間室Ｃが密封空間Ａ以上の圧力になった
状態では、密封空間Ａの密封対象流体はリップパッキン
グ４１の摺動部を中間室Ｃへ通過することができないた
め、漏れが完全に遮断される。

【００２１】また、この実施形態においては、シールリ
ング３の両端面３１，３２と摺接させる静止密封要素と
して、エラストマからなるリップパッキング４１，５１
が採用されているため、回転軸１の軸方向変位や各部材
の取付誤差等によって、シールリング３の軸方向位置に
僅かなバラつきがあっても、前記リップパッキング４
１，５１の弾性によって、その摺動隙間が適正に保たれ
る。

【００２２】回転軸１の回転が停止すると、ポンピング
孔３３による遠心ポンプ作用による中間室Ｃの加圧は行
われなくなるが、回転軸１の停止と同時に、リードバル
ブ６１のリード６１ａが、その弾性によってシールリン
グ３のポンピング孔３３を密閉する。このため、回転軸
１の停止時も密封空間Ａが反密封空間Ｂより高圧の状態
が継続されるような場合は、中間室Ｃが密封空間Ａより
低圧になっても、その差圧によってシール面圧が増大す
るリップパッキング４１と、前記リードバルブ６１との
二段構えのシールによって、密封空間Ａの密封対象流体
が中間室Ｃ及びポンピング孔３３を介して反密封空間Ｂ
へ漏洩するのを有効に防止することができる。

【００２３】また上記実施形態の軸封装置によれば、図
４に示されるように、機器への未装着状態において、シ
ャフトスリーブ１１、シールリング３、リップパッキン
グ４１，５１及びケーシング４２，５２等の各部品をカ
ートリッジ式にユニット化して、取扱を容易にすること
ができる。このユニット化においては、予めシールリン
グ３を装着したシャフトスリーブ１１の外周で、予めリ
ップパッキング４１，５１を装着したケーシング４２，
５２を、前記シールリング３を軸方向両側から挟むよう
に組み合わせ、その外周フランジ部４２ａ，５２ａ同士
を、リベットあるいは螺子部材等の図示されていない適
当な連結手段によって連結し、ケーシング５２の内周円
筒部に開設された各雌螺子孔５２ｃに、仮固定用ボルト
５４をねじ込んでその先端を前記シャフトスリーブ１１
の外周面に圧接させることによって、シールリング３が
リップパッキング４１，５１に対して適切な接触位置と
なるように、シャフトスリーブ１１を仮固定する。

【００２４】そして、図４に示されるようにユニット化
された軸封装置は、ケーシング４２，５２を、その外周
フランジ部４２ａ，５２ａの連結孔４２ｂ，５２ｂに挿
通したボルト５３でハウジング２の端面に固定すると共
に、シャフトスリーブ１１の各雌螺子孔１１ａにセット
スクリュ１２をねじ込むことによって、このシャフトス
リーブ１１を回転軸１の外周面に固定してから、仮固定
用ボルト５４を取り外せば、シールリング３がシャフト
スリーブ１１を介して適正な位置で回転軸１に固定さ
れ、図３に示された装着状態とすることができる。

【００２５】なお、本発明の軸封装置は、図示の一実施
形態に限定されるものではない。例えば、リップパッキ
ング４１，５１は他の形状のパッキングであっても良
く、また、シールリング３側に装着してケーシング４
１，５１の端面と摺接させるようにしても良い。そして
弁装置も、回転時にポンピング孔３３のポンプ圧力と遠
心力によって開き、停止時に閉塞じるものであれば、弁
体を外周側からばねで押圧して閉弁させる構造の逆止弁
等、リードバルブ６１以外の構造のものを採用すること
ができる。また、この軸封装置は軸方向に多段に配置す
ることによって、著しく高圧の流体に対する密封手段と
して適用することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係る軸封
装置によると、ハウジングと回転軸との間に詰め込むグ
ランドパッキングにように大きな動力損失を発生するこ
とがなく、摺動抵抗が所定以上に大きくなることがない
ので摩耗も少なく、高精度に加工した端面同士をばねに
よって密接させるメカニカルシール等に比較して簡素な
構造で、優れた軸封機能を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軸封装置の基本的な構成を軸心を
通る平面で切断して示す概略的な半断面図である。

【図２】本発明に係る軸封装置の基本的な他の構成を軸
心を通る平面で切断して示す概略的な半断面図である。

【図３】本発明に係る軸封装置の好ましい一実施形態の
装着状態を軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半
断面図である。

【図４】上記実施形態を未装着状態で軸心を通る平面で
切断して示す未装着状態の半断面図である。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ ハウジング ３ シールリング ３３ ポンピング孔 ４，５ 静止密封要素 ４１，５１ リップパッキング（静止密封要素） ６ 弁部材 ６１ リードバルブ（弁部材） Ａ 密封空間 Ｂ 反密封空間 Ｃ 中間室

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸の外周に密封的に装着されてこの
   回転軸と共に回転されるシールリングと、 前記回転軸を包囲するハウジング側に設けられて前記シ
   ールリングの軸方向両端面に密封的に摺接される静止密
   封要素とを備え、 前記シールリングの外周側と前記静止密封要素の外周側
   との間に中間室が画成され、 前記シールリングに反密封空間と前記中間室とを連通す
   るポンピング孔が開設されたことを特徴とする軸封装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、 ポンピング孔にはシールリングの回転時に開弁し停止時
   に閉弁する弁部材が設けられたことを特徴とする軸封装
   置。