JP4282241B2 - 軸受隔離装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は全般的には回転装置と共に使用される軸受を保護する軸封止装置に関する。回転装置の適切な保守は、多くの処理設備における過酷な動作サイクルと整備要件および設計要件の低下と予備の回転装置の不足とによって、困難なものとなっている。
【０００２】
【従来の技術】
各種の軸封止装置が軸受装置の一体性を保護するために使用されており、ゴム製のリップシール、隙間のラビリンスシール、吸着性の磁気シールがある。リップシールまたはＯ−リングの軸シールは急速に摩耗し失効するが、失効する以前にも過剰な水分その他の介雑物が作動装置の油タンクに入ることを許す。
【０００３】
ステータおよびロータリングに密接に関連して設けられるラビリンス型シールは互いに接触しないが両者間にラビリンス通路を限定するもので、オルロースキー（Ｏｒｌｏｗｓｋｙ）の米国特許明細書４７０６９６８号、４９８９８８３号、５０６９４６１号および付加的な特許明細書に開示されている。前述の米国特許第４９８９８８３号及び同第５０６９４６１号に示されるように、ラビリンス封止装置の改良として各種形式のＯ−リングシールを使用して軸が静止しているときの静的封止作用を改善し、軸が回転しているときの非接触動的封止作用を改善する。
【０００４】
封止作用はＯ−リングシールを雌型の空所内に挿入することによって改善される。空所はロータとステータとの双方に設けてよく、Ｏ−リングは弾性のシールを変形せしめて空所内に強制的に挿入する新規な方法で挿入される。所定位置、すなわち雌型空所内に位置するとシールは本来の形状に戻り、ロータと共に回転する。さらに、シールはロータとステータとの双方に固着され、静止時にはロータとステータとの軸方向分離を防止する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は回転する軸の周りとハウジングと軸との間にシールを設け、ステータとロータとに形成される空所内に収容される環状のリングシールの使用によって、潤滑剤の漏洩を防止し、介雑物の侵入を防止するにある。
【０００６】
Ｏ−リング部材を使用するオルロースキーの米国特許第５３７８０００号以前のシール装置は軸が静止しているときはステータとロータとに接触しているが、軸が正規の作動速度で回転しているときはステータから離れる。
【０００７】
ラビリンスとシールとを使用する従来技術では、通常、雌型凹所をロータに設け、雄型表面または突起をステータに設ける。ロータとステータとの双方にシールを有する凹所すなわち雌型表面を設けることは、オルロースキーの前述米国特許第５３７８０００号に示される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の軸受隔離装置はロータとステータとをスナップ止めすることを可能とするもので、ロータとステータとはそれぞれの面で接触する以外に軸方向保持手段を有していない。
【０００９】
ロータとステータとの凹所にＯ−リングシールが挿入されているが、シールは軸が回転しているときも静止しているときも凹所内で静止している。ロータとステータとの形状部すなわち斜面での点接触によってロータとステータとの軸方向分離は防止され、これはなんらかの遠心処理ポンプの軸方向調整を行っても軸の軸方向運動または整合が要求され又は行われても同様である。
【００１０】
これを達成するために、軸受隔離装置は、ハウジングに固定されたステータリングすなわちステータ部材と軸に取付けられてシール内に位置するロータリングまたはロータ部材とを含む。ステータとロータとはそれぞれ雌型凹所を有し、これらは組立て時に互いに対向し、環状のシール部材が凹所または空所内に設けられる。ロータとステータとは互いに組立てられ、又は一方がロータに他方がステータに設けられた２つの対応する斜面または傾斜表面によってスナップ結合または組立てられる。
【００１１】
ロータとステータとの傾斜面が同時に撓むので、シール部材が同時に圧迫されたとき錠止め作用が生ずる。
【００１２】
ロータの傾斜面の内部直径はステータの隣接する傾斜面の外部直径よりいくらか小とする。従ってステータとロータとが互いに圧迫され又はスナップ止めされたときのシール作用すなわち錠止め機構に影響がある。従ってプラスチックシールに関連して使用されるリップ、溝、フランジを含むシールには付加的な問題点はなく、リップとフランジとの形状との関係によって強制嵌合を与え、軸方向錠止めを与える。
【００１３】
本発明は、シールリングを組立て時にステータとロータとの凹所または空所に収容し保持する新規な方法を提供し、ステータとロータとは軸線方向に錠止めされる。
【００１４】
本発明のその他の目的、効果および実施例は図面を参照する以下の説明によって及び従来技術を示す特許明細書によって明らかとなされる。
【００１５】
【望ましい実施例の詳細な説明】
図１を参照する。軸１０に取付けられた新規な錠止め機構とシールとを含む軸受隔離装置が示される。軸１０は隔離装置１８とハウジング１１と軸受１２とを貫通突出する。本発明による隔離装置即ちアイソレータはステータ１４とシール１７とを備え、該シール１７が軸受隔離装置またはシール１８を所定位置に保持する。ロータリング１３が摩擦シール１５によって軸に取付けられる。シール１５は摩擦係合しているからロータリング１３は軸１０の回転運動に従う。ラビリンス通路が図１の装置に設けられているが、詳細は参照特許明細書に記載されているので、説明しない。これらの詳細は米国特許出願０９／１３９４９９号明細書に記載されている。
【００１６】
本発明の新規性は図１に示されるが、図１および図２を同時に参照することによって、さらに明らかとなされる。図示のようにステータ１４とロータ１３との双方に雌形部すなわち凹所または空所部分が形成されている。図２に示すようにロータ１３はステータ１４、詳細にはその凹所に隣接して軸１０に平行な表面に設けられた矩形の空所２１及び３１を有している。ロータ１３は雌部分２１を有しており、その側面は軸１０に平行または直角となっている。また、図２に示す如く、ステータ１４及びロータ１３どうしの対向面が前記軸に対して平行に伸びている。ロータ１３は斜面すなわち傾斜した部分２４を有しており、これは空所２１から軸１０に向かって傾斜している。ステータ１４には矩形の空所部分２２が設けられ、その側面は軸に平行または直角となっている。空所部分２２はステータ１４を延長せしめたもので、ロータ１３の傾斜部分２４を含んでいる。さらに、ステータは傾斜平面すなわち斜面部分２３を含み、これは傾斜部分２４と同一方向、すなわち軸に向かっており、空所から離れる方向である。図２に示すように傾斜部分２４の端部においてロータの内部直径は傾斜部２３の空所の端部におけるステータ外径よりいくらか小である。また、図２に示す如く、ステータ１４内の矩形の空所２２はロータ１３内の矩形の空所２１、３１とは異なる寸法を有している。また、前記軸１０に平行な表面は前記空所２１、３１の少なくとも一部と重なり整合し隣接して他の空所２６を形成し、後述するＯ−リング２０はこの空所２６を実質的に占拠してハウジング１１の内部をハウジング１１外部の環境から封止する。
【００１７】
Ｏ−リング２０は空所２２の寸法よりいくらか小さい寸法を有する。これによってＯ−リングはロータが空所２２内に突出する点において軽くロータに接触することが可能となり、従ってシール内の圧力の差に応答することが可能となる。この圧力差は高い汚染圧力が外部に作用した場合、又は減圧または真空圧が封止されたハウジング１１の内部に作用した場合に生ずる。
【００１８】
本発明のシールすなわちＯ−リング２０は米国特許明細書第５３７８０００号に記載されるように、静止であり、ロータと共に回転するものではない。少量のグリースを空所２２に配置し、円滑な回転とシールの改良されたシール作用を補償するようにしてよい。これはまた、Ｏ−リング２０とロータ１３とが直接接触した場合のリング２０の劣化を防止する。
【００１９】
２つの傾斜部２３，２４の接合部におけるロータとステータとの錠止め作用を得るために以下の組立手順を行う。正規の製造手順によって、ロータ１３とステータ１４とに凹所が形成される。シールすなわちＯ−リング２０がいくらかのグリースと共に凹所２２内に配置される。ロータ１３とステータ１４との傾斜表面２３，２４が互いに押しつけられ、傾斜面２４がステータの傾斜面２３に乗り上げるようになされる。傾斜面２３，２４に同時に撓みが生ずるが、これは材料の弾性限界内である。ロータ１３とステータ１４との材料は通常はブロンズとするが、任意の金属またはプラスチック材料としてよい。ロータとステータとの永久変歪は避けるようにする。前述のように、ロータの傾斜面２４の内径はステータ１４の傾斜面２３の外径より僅かに小となされ、両者の端部が互いに隣接する点での軸方向錠止め作用に影響する。
【００２０】
図２に示すように、Ｏ−リング、即ち、シール２０はロータ１３とステータ１４とに軽く接触しているが、ロータ１３と共に回転することはない。
【００２１】
Ｏ−リング２０は、代表的には、現在入手可能なビトン（Ｖｉｔｏｎ）、ニトリル、アフラス（Ａｆｌａｓ）その他の適当なエラストマー材料となされる。ビトンはデュポン社で製造されている。
【００２２】
本発明の精神と特許請求の範囲の記載から離れることなく、望ましい実施例の各種の変形例は当業者によって実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の封止構造を軸と共に示す概略断面図である。
【図２】 図２は封止リングをロータとステータとの凹所に挿入する詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
１０、１２ 軸 １１ ハウジング １３ ロータ １４ ステータ １５、１７，１８ シール ２０ Ｏ−リング ２１、２２ 空所 ２３，２４ 斜面

Claims (14)

1. ハウジング（１１）から突出する回転軸を封止する軸受隔離装置にして、
   ａ）ハウジング（１１）と、
   ｂ）該ハウジング（１１）と環状のステータ部材（１４）とを貫通延長する軸にして、該ステータ部材（１４）は該ステータ部材（１４）をハウジング（１１）に取付ける手段を含む、前記軸と、
   ｃ）前記ステータ部材（１４）は前記軸に平行な表面内に第１の半径方向空所（２２）を有し、
   ｄ）環状のロータ部材（１３）にして、前記軸に回転可能に連結され、前記軸に平行な表面内に第２及び第３の半径方向空所（２１、３１）を有するロータ部材（１３）であって、前記ステータ部材（１４）及び前記ロータ部材（１３）どうしの対向面が前記軸に対して平行に伸びている前記ロータ部材（１３）と、
   ｅ）ステータ部材（１４）内の矩形の第１の空所（２２）はロータ部材（１３）内の矩形の第２及び第３の空所（２１、３１）とは異なる寸法を有しており、
   ｆ）弾性の環状のエラストマー性シール部材（２０）が設けられ、
   ｇ）前記ロータ部材（１３）の第２の半径方向空所（２１）の幅は前記エラストマー性シール部材（２０）の直径方向断面よりいくらか大であり、
   ｈ）前記軸に平行な表面は前記第１及び第２の空所（２２、２１）の少なくとも一部と重なり整合し隣接して第４の空所（２６）を形成し、
   ｉ）前記固体の弾性の環状の封止部材（２０）は前記第４の空所（２６）を実質的に占拠してハウジング（１１）の内部をハウジング（１１）外部の環境から封止する、ことを特徴とする軸受隔離装置。
2. 請求項１に記載の軸受隔離装置にして、前記封止部材（２０）が円形の断面を有することを特徴とする軸受隔離装置。
3. 請求項１に記載の軸受隔離装置にして、前記封止部材（２０）がエラストマー材料から形成されていることを特徴とする軸受隔離装置。
4. 請求項１に記載の軸受隔離装置にして、前記第２及び第３の空所（２１、３１）が矩形の形状を有し、前記軸に平行な、直角な、及び角度をなしている表面を有していることを特徴とする軸受隔離装置。
5. 請求項４に記載の軸受隔離装置にして、前記ステータ部材（１４）の第１の空所（２２）の幅が前記エラストマー封止部材（２０）の断面寸法より大であることを特徴とする軸受隔離装置。
6. 請求項４に記載の軸受隔離装置にして、ロータの前記第２の空所（２１）の深さがエラストマー封止部材（２０）の外部直径より小であることを特徴とする軸受隔離装置。
7. 請求項４に記載の軸受隔離装置にして、ロータの前記第２の空所（２１）の幅がエラストマー封止部材（２０）の外側直径よりいくらか大であることを特徴とする軸受隔離装置。
8. 請求項４に記載の軸受隔離装置にして、前記ステータ（１４）内の前記第１の空所（２２）の深さがエラストマー封止部材（２０）の直径の１／２より僅かに小であることを特徴とする軸受隔離装置。
9. 請求項１に記載の軸受隔離装置にして、前記ステータ部材（１４）が前記第１の空所（２２）の垂直壁から軸線方向および半径方向に前記ロータ（１３）に向かって延長する傾斜表面（２３）を有し、前記ロータ（１３）は前記第２および第３の空所（２１、３１）間に軸線方向および半径方向に前記ロータ（１３）の方へ向かって延長する傾斜面（２４）を有し、ロータ（１３）の傾斜した傾斜面（２４）がステータ（１４）の傾斜した傾斜面（２３）に乗り上げるとステータ（１４）とロータ（１３）とが軸線方向に結合されることを特徴とする軸受隔離装置。
10. 請求項９に記載の軸受隔離装置にして、前記ステータ（１４）の傾斜表面（２３）が前記ロータ（１３）の傾斜表面（２４）の最小半径方向寸法より大きい半径方向寸法を有していることを特徴とする軸受隔離装置。
11. 請求項９に記載の軸受隔離装置にして、前記ロータ（１３）とステータ（１４）との傾斜面（２４、２３）間に点接触が確立され、これによって前記弾性部材（２０）が前記ロータ（１３）とステータ（１４）とによって形成される上り勾配内に緩く保持され、前記ロータ（１３）とステータ（１４）とが互いに確保されることを特徴とする軸受隔離装置。
12. 軸が回転可能にハウジング（１１）から延長している軸受装置を封止する方法にして、
    ａ）該方法が
    ｂ）軸上で封止されるロータ（１３）を軸と共に回転可能に、ハウジング（１１）に近接関係で配置し、
    ｃ）ステータ（１４）とロータ（１３）とが重なり合って半径方向に間隔をおかれた円筒形の表面を有し、
    ｄ）ステータ（１４）の円筒形表面内に第１の空所（２２）を設け、ロータ（１３）の円筒形表面内に第２の空所（２１）を設け、、
    ｅ）これら空所（２２；２１）は該ロータ（１３）とステータ（１４）とが前記軸上で互いに適切に位置せしめられたとき、整合し隣接して１つの空所を形成し、
    ｆ）固体の弾性の環状のエラストマー封止部材（２０）を前記ステータ（１４）の第１の空所（２２）内に配置し、
    ｇ）該ステータ（１４）とロータ（１３）とにはそれぞれ傾斜面（２３、２４）が設けられ、
    ｈ）前記ロータ（１３）の傾斜面（２４）をステータ（１４）の傾斜面（２３）に沿って運動せしめて両傾斜面（２４、２３）が互いに接触しないようにし、これによって前記エラストマー封止部材（２０）がロータ（１３）とステータ（１４）との第１及び第２の空所（２１、２２）間に形成される空所（２６）内に収容される、ようにしたことを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法にして、前記ロータ（１３）とステータ（１４）とを一緒にするに先立って、前記ステータ（１４）の第１の空所（２２）内にエラストマー材料（２０）を配置する工程を含むことを特徴とする方法。
14. 請求項１２に記載の方法にして、前記エラストマー状の固体の弾性の環状のエラストマー封止部材（２０）がステータ（１４）の第１の空所（２２）の直径より小さい直径を有することを特徴とする方法。