JP4250711B2 - 回転機器の軸封装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一軸偏心ねじポンプやロータリーポンプなどの駆動装置により回転されるポンプ等の回転機器において、駆動軸あるいは駆動軸に連結された回転軸を備える駆動側ケーシングと、ポンプ側ケーシングなどの被駆動側ケーシングとの接合箇所で、駆動軸あるいは回転軸（以下、単に回転軸という）の周囲に配置され、回転軸とその周囲のケーシング（非回転部）との間隙部を密封するための軸封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の軸封装置については、たとえば一軸偏心ねじポンプ３１では図７に示すように、ポンプケーシング３６の吸込口３６ａ側の一端面に、電動モータ（図示せず）に連結されて回転する駆動用回転軸３３を回動自在に備えた駆動側ケーシング３５を接合し、この接合箇所を貫通する回転軸３３の周囲に、外周面に環状突起部３２ａを備えた円環状シール部材３２が装着され、このシール部材３２の中央開口３２ｂ内に、複数個のグランドパッキン３４が相互に隣接して嵌め込まれ、押さえ金具３７を介して止めねじ３８によりグランドパッキン３４が押さえ付けられた構造のものがある。
【０００３】
なお、図７において、ポンプケーシング３６の中央付近に上向きの吸込口３６ａが設けられ、駆動側ケーシング３５との反対側端面にステータ３９が連結され、この一端に吐出口部４３が連設されている。ステータ３９の雌ねじ孔３９ａ内には雄ねじ形ロータ４２が嵌挿され、このロータ４２の一端と回転軸３３の一端とがコネクチングロッド４０により、それぞれ自在継手（ユニバーサルジョイント）４１を介設して接続されている。
【０００４】
また、従来の典型的な軸封装置５０として、図６に示すように、ポンプケーシングなどの被駆動側ケーシング６と駆動側ケーシング５との接合箇所において、その中心部を貫通して回転自在に配置された回転軸３との環状空間部である環状凹所９内に、円環状のシール部材（固定環）５１が一方の環状溝５１ａにＯリング５２を装填した状態で嵌め込まれ、このシール部材５１の中央開口５１ｂの周辺に断面略Ｌ形のリップパッキン５３を嵌め込み可能な環状凹部５１ｃが形成され、その凹部５１ｃと回転軸３との間にリップパッキン５３が介設されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の軸封装置には、いずれも下記のような点で改良すべき余地がある。すなわち、
近年、ポンプ回転数の高速化および移送液の高粘度化などの理由から、上記グランドパッキンやリップパッキンにも高い耐圧力性が要求されるようになってきている。そこで、パッキンの材質として従来、一般的な軟質ゴムに加えて、硬質ゴムや高密度ポリエチレンなどの硬質材料が用いられるようになっている。
【０００６】
こうした硬質ゴムや高密度ポリエチレンなどの硬質材料からなるパッキンを使用した場合、回転軸の摩耗が激しく、短期間で回転軸とパッキンとを取り替える必要があり、ランニングコストの高騰を招くことになる。これは、図６からも明らかなように、構造上、回転軸３上のリップパッキン５３による軸封位置（シール位置）Ａが一カ所に特定されていることから、回転軸３の外周面がいったん摩耗すると、リップパッキン５３が当接する回転軸３上の位置（軸封位置）Ａを変えて軸封することができないからである。
【０００７】
この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、パッキンが接触する回転軸上の位置を簡単に変更できるようにすることで、パッキンだけを交換して回転軸はパッキンの当接位置が摩耗しても位置を変更することにより複数回使用できるようにし、ランニングコストを低減することができる回転機器の軸封装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明にかかる回転機器の軸封装置は、駆動装置により回転されるポンプ等の回転機器における駆動側ケーシングとポンプケーシング等の被駆動側ケーシングとの接合箇所で前記駆動装置により回転する回転軸の周囲に配装される回転機器の軸封装置において、前記回転軸の外周面に軸方向に間隔をあけて被装される二つの円環状シール部材のうち、一つが前記シール部材の中央開口周辺にリップパッキンを嵌め込み可能な深さの浅い（本明細書で「深さ」とは回転軸の軸方向の奥行きつまり長さをいう）環状凹部を備えるとともに、他の一つが前記シール部材の中央開口周辺にリップパッキンおよび円環状スペーサを嵌め込み可能な深さの深い環状凹部を備え、前記二つのシール部材間の空間部に潤滑剤（潤滑油を含む）を封入することを特徴としている。
【０００９】
上記の構成を有する軸封装置によれば、回転軸とケーシングの間隙を回転軸上の二箇所に配置された各リップパッキンと両リップパッキン間に封入された潤滑剤とによって軸封するので、軸封効果が非常に高い。また、一方に嵌着しているリップパッキンで回転軸の表面が摩耗あるいは摩損したときには、シール部材を入れ換えるとともに、リップパッキンを新しい物に交換することで、回転軸上のリップパッキンの位置すなわちシール位置が移動して摩耗や摩損のない位置にくることにより、回転軸の寿命が倍に延びるとともに、軸封作用も初期組み立て時の状態に復元される。しかも、構造が簡単で、製造コストも従来と比べてあまり変わらないので、ランニングコストを大幅に低減できて経済的である。
【００１４】
請求項２に記載の回転機器の軸封装置は、駆動装置により回転されるポンプ等の回転機器における駆動側ケーシングとポンプケーシング等の被駆動側ケーシングとの接合箇所で回転軸の周囲に配装される回転機器の軸封装置において、前記回転軸の外周面に被装される少なくとも一つの円環状シール部材の中央開口周辺で、一端面側にはリップパッキンを嵌め込み可能な深さの浅い環状凹部を形成し、他端面側にはリップパッキンおよび円環状スペーサを嵌め込み可能な深さの深い環状凹部を形成し、いずれか一方の前記環状凹部内にリップパッキンを嵌着することを特徴としている。
【００１５】
この構成を備えた軸封装置は、シール部材が一つで全体構造が簡単であり、しかもリップパッキンで回転軸上の接触面が摩耗した場合には、シール部材の向きを左右反転させて再組み立てし、このときにリップパッキンだけを交換することにより、初期状態の軸封作用が期待でき、回転軸の寿命も倍に延長されるので、経済的である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる回転機器の軸封装置について実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施例にかかる軸封装置を備えたポンプの実施例を概略的に示す正面図、図２は図１の一部（軸封部）を拡大して示す断面図で、図２（ａ）は初期組み立て時を、図２（ｂ）は再組み立て時を表す。
【００１８】
図１に示すように、本例の軸封装置１０−１（図２）を備えたポンプ１は電動モータ２の駆動軸に接続された回転軸３により運転されるもので、回転軸３を支持する駆動側ケーシング５とポンプケーシング６とが一体に接合されている。ポンプケーシング６は吸込口７を上部に備え、一端に吐出口８を備えている。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、駆動側ケーシング５の一端面とポンプケーシング６の一端面とが突き合わせるように接合され、ボルト・ナット（図示せず）等により締め付けて固定されているが、この接合箇所では両ケーシング５・６ともに外径を半径方向に拡大して円筒状に形成され、両ケーシング５・６の接合箇所に環状の凹所９が形成されている。この凹所９内には、二つの円環状シール部材１１・１２が回転軸３に被装された状態で嵌め込まれている。本例の軸封装置１０−１では、二つのシール部材１１・１２の厚さ（回転軸３の軸方向に沿った長さ）が等しく、それぞれ一面に環状溝１１ａ・１２ａ が形成されており、そこにはＯリング１３が装填されている。両シール部材１１・１２はそれぞれ金属材料、軟質ゴム、合成樹脂などから形成されており、一方のシール部材１１の中央開口１１ｂは他方のシール部材１２の中央開口１２ｂに比べて口径が大きく、その中央開口１１ｂの端部（図の右側）寄りには断面略Ｌ形のリップパッキン１４を嵌着可能な断面略Ｌ形の環状凹部１１ｃが形成されている。そして、本例の場合、リップパッキン１４は硬質ゴムで形成されており、初期組み立て時には、ケーシング５・６の環状凹所９内において、ポンプケーシング６側、つまりＥ方向より見て奥側にシール部材１１が配置され、続いてシール部材１２が配置されている。また、シール部材１１の環状凹部１１ｃ内にはリップパッキン１４が嵌着されている。
【００２０】
この状態で、ケーシング５・６の接合位置より左側のＡ位置にシール線（シール開始線）があり、ポンプケーシング６内の被搬送液が回転軸３の外周側より駆動側ケーシング５内へ浸入するのが阻止される。こうして、高速回転する回転軸３とリップパッキン１４との間で摩耗作用が生じ、一定期間使用後に交換が必要になったとすると、次のように再組み立てを行うことになる。すなわち、電動モータ２の駆動軸と回転軸３との接続を解除し、回転軸を切り離すとともに、駆動側ケーシング５をポンプケーシング６から分離し、シール部材１１・１２を回転軸３に沿って図の右側へ抜き出す。それから、シール部材１２を先に回転軸３に沿って軸方向左側へ挿入し、リップパッキン１４を新しいものに交換してシール部材１１を回転軸３に沿って挿入する。後は分解時と逆の順に駆動側ケーシング５をポンプケーシング６に接合して組み付け、回転軸３を駆動モータ２の駆動軸に接続する。
【００２１】
こうして再組み立てした結果、シール線は接合箇所から右側のＢ位置に変更になり、回転軸３の摩耗していない箇所をシール線として使用できる。したがって、回転軸３の寿命が従来に比べて倍に延びる。しかも、新しいリップパッキン１４を回転軸３に沿って挿入する際に、回転軸３の摩耗した外周面にて傷がつけられることがない。
【００２２】
図３は本発明の軸封装置の他の実施例を示す断面図で、図３（ａ）は初期組み立て時を、図３（ｂ）は再組み立て時を、図３（ｃ）は再々組み立て時をそれぞれ表す。本例の軸封装置１０−２が上記した第１実施例の軸封装置１０−１と相違するところは、バックアップスペーサとしての第３の円環状シール部材１５を付加したことである。つまり、第３シール部材１５は、駆動側ケーシング５の制作時に鋳巣防止および組み立て上の理由等により入口の開口部口径を大きくしなければならないときに必要な部材であることから、この部材をシール線Ａ〜Ｃの変更に利用したものである。
【００２３】
本例の場合は図３に示すように、両ケーシング５・６の接合箇所に形成する環状凹所９の幅を、追加される第３シール部材１５の幅に応じて拡げている。第３シール部材１５は他のシール部材１１・１２に比べて幅をほぼ半分に狭めており、構造および材質はシール部材１２と全く共通するもので、一面に環状溝１５ａを備え、その環状溝１５ａ内にＯリング１６を装填している。その他の構成については、上記第１実施例と共通するので、共通する部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
本例の軸封装置１０−２は図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、初期組み立て時と、再組み立て時と、再々組み立て時とで、回転軸３上におけるリップパッキン１４の位置、つまりシール線の位置Ａ〜Ｃが三回変更できるので、回転軸３の寿命が三倍に延びることになる。また、再組み立て時および再々組み立て時に、リップパッキン１４の位置が回転軸３の軸方向に沿って順に右側（駆動側ケーシング５側）へずれていくようにすることにより、新しいリップパッキン１４を回転軸３に沿って挿入する際に、回転軸３の摩耗した外周面で傷が付くのを防止できる。
【００２５】
図４は軸封効果を向上した別の実施例にかかる軸封装置を示す断面図で、図４（ａ）は初期組み立て時を、図４（ｂ）は再組み立て時を表すものである。
【００２６】
本例の軸封装置１０−３は、図４に示すように、断面略Ｌ形のリップパッキン１４を嵌着可能な二種類のシール部材１７・１８を備えており、シール部材１７はポンプケーシング６側に設けられた環状凹所９Ａ内に、またシール部材１８は駆動側ケーシング５側に設けられた環状凹所９Ｂ内にそれぞれ装填され、両凹所９Ａ・９Ｂ間に潤滑剤の封入室１９が設けられている。なお、環状凹所９Ｂを構成する一側方の環状壁５ｅは深さ（垂下寸法）が浅いので、固定環２３が凹所９Ｂ内の一端に係止されている。上記の封入室１９は駆動ケーシング５とポンプケーシング６との間で各ケーシング５・６に接合されており、上下に開口部１９ａが穿設されるとともに、各開口部１９ａはねじ孔に形成され、先端部側に雄ねじ部２０ａを備えたニップル２０が開閉可能に螺合され閉塞されている。上記各シール部材１７・１８の両面にはそれぞれ外周部寄りに環状溝１７ａ・１８ａが形成され、各環状溝１７ａ・１８ａ内にＯリング２１がそれぞれ装填されている。
【００２７】
また、シール部材１７・１８のうち、一方のシール部材１７の中央開口１７ｂには、上記したリップパッキン１４を嵌着可能な環状凹部と、同パッキン１４の最大外径と同一外径でほぼ同一幅の円環体からなるバックアップスペーサ２２を嵌着可能な環状凹部とが、この順に一端（図の左側）から一つの連続した凹部１７ｄとして形成されている。他方のシール部材１８の中央開口１８ｂには、上記したリップパッキン１４を嵌着可能な環状凹部１８ｃがシール部材１７とは反対端（図の右側）に形成されている。
【００２８】
以上の構成からなる本例にかかる軸封装置は、初期組み立て時において図４（ａ）に示すように、回転軸３上で中心線ｓを挟んで環状凹所９Ａ・９Ｂ内の最も離間した位置にシール線Ａ・Ｂが形成され、そのほぼ中間部に潤滑剤が封入されて両側の二つのリップパッキン１４とともにシール作用を発揮するので、シール作用が非常に高い。しかも、両側のリップパッキン１４の位置で回転軸３の外周面が摩耗した場合には、ポンプケーシング６から駆動側ケーシング５および封入室１９を順に分離し、各シール部材１７・１８を左右入れ換えるとともに、新しいリップパッキン１４を嵌着し、図４（ｂ）のように再組み立てすることによって、回転軸３上で中心線ｓを挟んで環状凹所９Ａ・９Ｂ内の最も接近した位置にシール線Ｃ・Ｄ、すなわちリップパッキン１４が接触することになる。この結果、回転軸３上におけるリップパッキン１４の位置が完全にずれるので、中間部の潤滑剤によるシール作用と相俟って高いシール作用が得られることになり、回転軸３の寿命も倍に延びる。
【００２９】
図５は一つのシール部材を備えた構造が最も簡単な軸封装置の実施例を示す断面図で、図５（ａ）は初期組み立て時を、図５（ｂ）は再組み立て時をそれぞれ表す。
【００３０】
本例の軸封装置１０−４は、図５に示すようにポンプケーシング６と駆動側ケーシング５との接合箇所付近に形成される環状凹所９内に、シール部材２４が嵌挿されており、このシール部材２４の中央開口２４ｂの一端（図の左側）には断面略Ｌ形のリップパッキン１４を内向けに嵌着可能な環状凹部２４ｃが形成され、また中央開口２４ｂの他端（図の右側）には断面略Ｌ形のリップパッキン１４と、同パッキン１４の最大外径と同一径で厚さの薄い円環体からなるバックアップスペーサ２５とを相互に隣接して嵌着可能な環状凹部２４ｄが形成されている。また、シール部材２４の両面には外周部寄りに環状溝２４ａが形成され、各環状溝２４ａ内にＯリング２６がそれぞれ装填されている。
【００３１】
以上の構成からなる本例の軸封装置では、初期組み立て時には図５（ａ）のように環状凹部２４ｄにリップパッキン１４とバックアップスペーサ２５を嵌着した状態で軸封するが、再組み立て時には図５（ｂ）のようにシール部材２４を左右逆向きにひっくり返した状態で、環状凹部２４ｃ内にリップパッキン１４を嵌着した状態で軸封される。リップパッキン１４の位置、すなわちシール位置はＡからＢへ変わるだけでそのずれ（寸法差）は、上記の各実施例に比べると小さいが、回転軸３上のリップパッキン１４の位置が変化するため、リップパッキン１４を交換すれば、回転軸３の寿命は倍に延びることになる。
【００３２】
上記に本発明の軸封装置について複数の実施例を挙げて説明したが、本発明は以下のように実施することができる。
【００３３】
すなわち、上記各実施例では、回転機器がポンプの場合を例に挙げているが、ポンプに限らず、各種回転機器における駆動モータ等の駆動側ケーシングと被駆動側ケーシングの接合箇所における回転軸周囲の間隙をシールする場合に適用できる。さらに実施例におけるリップパッキン１４は断面略Ｌ形であるが、断面形状は限定されない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明にかかる回転機器の軸封装置には、次のような優れた効果がある。
【００３５】
（１）請求項１の軸封装置は、パッキンが接触する回転軸上の位置を変更できるようにすることで、パッキンだけを交換して回転軸はパッキンの接触位置が摩耗しても簡単に変更して複数回使用できるようにしたことによって、とくに硬質ゴムや高密度のポリエチレンなどの硬質材料からなるリップパッキンを使用する場合にランニングコストを低減でき、経済的である。
【００３６】
（２）つまり、一方に嵌着しているリップパッキンで回転軸の表面の接触位置が摩耗あるいは摩損したときには、シール部材を入れ換えるとととに、リップパッキンを新しいものに交換するだけで、回転軸上のリップパッキンの位置を移動させて摩耗や摩損のない位置に変えられることから、回転軸の寿命が倍に延びるとともに、軸封作用も初期組み立て時の状態に復元される。しかも、全体構造が簡単で、制作コストも従来とほとんど変わらず、ランイングコストを大幅に低減できる。
【００３７】
（３）回転軸とケーシングの間隙を回転軸上の二箇所に配置された各リップパッキンと両リップパッキン間に封入された潤滑剤とによって軸封するので、軸封効果が非常に高い。しかも、請求項２にかかる発明と同様に、リップパッキンを交換するだけで、シール効果が初期状態に戻るとともに、回転軸の寿命が倍に延び、ランニングコストが低減され、経済的である。
【００３８】
（４）請求項２の軸封装置は、シール部材が一つで全体構造が簡単であり、しかもリップパッキンで回転軸上の接触面が摩耗した場合には、シール部材の向きを反転させて再組み立てし、このときにリップパッキンだけを交換することにより、初期状態の軸封作用が期待でき、回転軸の寿命も倍に延長されるので、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかる軸封装置を備えたポンプの実施例を示す概要正面図である。
【図２】図１の一部（軸封部）を拡大して示す断面図で、図２（ａ）は初期組み立て時を、図２（ｂ）は再組み立て時をそれぞれ表すものである。
【図３】本発明の軸封装置の他の実施例を示す断面図で、図３（ａ）は初期組み立て時を、図３（ｂ）は再組み立て時を、図３（ｃ）は再々組み立て時をそれぞれ表すものである。
【図４】軸封効果を向上した別の実施例にかかる軸封装置を示す断面図で、図４（ａ）は初期組み立て時を、図４（ｂ）は再組み立て時を表すものである。
【図５】本発明にかかる、一つのシール部材を備えた構造が最も簡単な軸封装置の実施例を示す断面図で、図５（ａ）は初期組み立て時を、図５（ｂ）は再組み立て時をそれぞれ表す。
【図６】回転機器における従来の典型的な軸封装置を示す断面図である。
【図７】一軸偏心ねじポンプにおける従来の一般的な軸封装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ポンプ
２ 電動モータ
３ 回転軸
５ 駆動側ケーシング
６ ポンプケーシング（被駆動側ケーシング）
７ 吸込口
８ 吐出口
９・９Ａ・９Ｂ 環状凹所
１０−１〜１０−４ 軸封装置
１１・１２・１７・１８・２４ シール部材
１１ａ・１２ａ 環状溝
１１ｂ・１２ｂ 中央開口
１１ｃ・１２ｃ 環状凹部
１３・２１ Ｏリング
１４ リップパッキン
１５・２５ バックアップスペーサ（シール部材）
１９ 潤滑剤封入室
２０ ニップル
２３ 固定環

Claims (2)

1. 駆動装置により回転されるポンプ等の回転機器における駆動側ケーシングとポンプケーシング等の被駆動側ケーシングとの接合箇所で前記駆動装置により回転する回転軸の周囲に配装される回転機器の軸封装置において、
   前記回転軸の外周面に軸方向に間隔をあけて被装される二つの円環状シール部材のうち、一つが前記シール部材の中央開口周辺にリップパッキンを嵌め込み可能な深さの浅い環状凹部を備えるとともに、他の一つが前記シール部材の中央開口周辺にリップパッキンおよび円環状スペーサを嵌め込み可能な深さの深い環状凹部を備え、
   前記二つのシール部材間の空間部に潤滑剤を封入することを特徴とする回転機器の軸封装置。
2. 駆動装置により回転されるポンプ等の回転機器における駆動側ケーシングとポンプケーシング等の被駆動側ケーシングとの接合箇所で前記駆動装置により回転する回転軸の周囲に配装される回転機器の軸封装置において、
   前記回転軸の外周面に被装される少なくとも一つの円環状シール部材の中央開口周辺で、一端面側にはリップパッキンを嵌め込み可能な深さの浅い環状凹部を形成し、他端面側にはリップパッキンおよび円環状スペーサを嵌め込み可能な深さの深い環状凹部を形成し、二つの前記環状凹部のうちのいずれか一方にリップパッキンを嵌着することを特徴とする回転機器の軸封装置。

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