JP4633008B2 - シール装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラダー、スラスター、ポッドプロペラ推進機構などの旋回部に用いることが可能なシール装置に関するものである。

近年、船舶における推進機構として、ポッドプロペラ推進機構が採用される場合がある。ポッドプロペラ推進機構は、船体から垂下するストラットと、このストラットの下部に形成されたポッド体を有している。このポッド体にはプロペラ軸の一端が外部に突出するように配備され、この突出部に推進流を発生するプロペラが取り付けられている。
ストラットの上部は平面視円形の旋回部となっており、船体の底部に対して縦軸心回りに回動自在に取り付けられている。旋回部が船体内に設けられた駆動装置によって水平面内で廻されることで、ポッド体から突出して設けられたプロペラを所定の方向に向けることができる。

ポッド体からプロペラ軸が突出する部分には、外部水（海水）がポッド体内に浸入したりポッド体内の潤滑油が船外に漏洩することを防ぐためのシール装置が設けられている。加えて、ストラット上部の旋回部と船体底部との間にもシール装置が設けられている。
ポッドプロペラ推進機構のシール装置に関する技術としては、特許文献１，２に開示された技術が既に開発されている。
特許文献１の技術は、ポッドプロペラ推進機構において、プロペラ軸の周方向を取り巻くように設けられた複数のシールリングのうち、隣合う一対のシールリング間で区画された空気室内に加圧空気を供給する第１の空気供給手段と、空気室内の空気圧よりも高い状態で喫水圧Ｐの変動に対応して変化する加圧空気をポッド内に供給する第２の空気供給手段とを設けたものとなっている。

特許文献２には、プロペラ軸周りに複数本のシールリングを設けることによって形成された潤滑室と、この潤滑室に潤滑油を供給する重力タンクと、喫水圧Ｐに連動して変化する加圧空気を重力タンクに供給する空気供給手段とを備えていているシール装置が開示されている。
特許文献１，２の技術とも、波浪条件を超える喫水圧の変動に対しても、海水や潤滑油の漏洩を適切に防止することが可能なものである。
一方、特許文献３に示すような、プロペラ軸の軸封装置（エアシール装置）の技術も数々開発されている。
特許第３６６８７０９号公報 特開２００３−１２７９８８号公報 特開平７−２４２１９８号公報

しかしながら、特許文献１〜３に開示された技術は、プロペラ軸とそれを支持するポッド体との間に設けられるシール装置に関するものであり、かかる技術をポッドプロペラ推進機構におけるストラットの旋回部と船体底部との間のシールに用いた場合、いくつかの問題が生じる場合がある。
例えば、ストラットの旋回部の軸径（約２ｍ〜）は、プロペラ軸（〜約１ｍ）と比べ、その軸径が非常に大きなものとなっており、旋回部の外周面に摺接するシールリングの締め付け力をその軸径に見合うように大きくすることは難しい。このような条件下でストラットやポッド体に振動などが加われば、容易に海水が旋回部内に浸入したり旋回部に存在する潤滑油が船外に漏洩したりすることが否めない。

また、ストラットの旋回部は、海水面下約数ｍ程度の位置にあり喫水圧はあまり高くない。従って、喫水圧によるシールリングの締め付け力の増大及びそれに伴う軸封力の強化を期待することはできない。
このような状況の中、ポッドプロペラ推進機構の旋回部などを確実に軸封するシール装置が望まれるものとなっている。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、船体の底部から下方に突出し且つ縦軸心回りに旋回可能となっている旋回部を確実に軸封するシール装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係るポッドプロペラ推進機構のシール装置は、船体の底部から下方に突出し且つ縦軸心回りに旋回可能となっている旋回部と前記船体の底部との間に設けられ、且つ前記旋回部の外周面に摺接して船外にある外部水及び船内にある潤滑油の漏洩を防止する第１シールリング〜第４シールリングを前記旋回部の軸芯方向に船外側から順に備えたシール装置であって、前記第１リップシールリングは海水が船内側へ移動するのを規制する方向に配設され、前記第２リップシールリングは船外側への流体移動を規制する方向に配設され、前記第３リップシールリングは船内側への流体移動を規制する方向に配設され、前記第４リップシールリングは船外側へ前記潤滑油が流出するのを規制する方向に配設されていて、互いに隣り合う第２リップシールリングと第３リップシールリングとに挟まれた空間は、浸入してきた海水及び／又は潤滑油を回収する回収室を形成し、前記回収室には加圧流体を供給する加圧流体供給部と前記加圧流体を回収する回収タンクとが連結されていることを特徴とする。

こうすることで、仮にシール装置内に外部水や潤滑油が浸入したとしても、かかる外部水や潤滑油は回収室内に入り込み、加圧流体供給部から供給された加圧流体と共に回収タンクに回収されるようになる。従って、シール装置全体としては軸封効果が非常に高いものとなる。また、第２リップシールリングと第３リップシールリングとを、回収室内の加圧流体が船外又は船内に漏洩しないような向きに配備することで、回収室内に流入した加圧流体、外部水、潤滑油が船体外又は船体内に漏洩することを確実に防ぐことが可能となる。
なお、第２リップシールリング及び第３リップシールリングの船外側には外部水を封止する第１リップシールリングを設けており、船内側には潤滑油を封止する第４リップシールリングを設けている。

こうすることで、シール装置全体としては軸封効果が非常に高いものとなる。
さらに好ましくは、前記加圧流体供給部は、前記加圧流体を回収タンクと回収室との高低差による静水圧より高い圧力に設定するようにするとよい。
ほとんどの場合、本シール装置が採用される旋回部は船体の底部に位置し、回収タンクは船体内、すなわちシール装置の回収室より高位に位置づけられることとなる。
しかしながら、加圧流体の圧力が回収タンクと回収室との高低差による静水圧より高圧に設定されているため、回収タンクが回収室より上側にあったとしても、浸入した外部水や潤滑油は、高圧の加圧流体と共に確実に回収室から排出され回収タンク内に回収されるようになる。ゆえに、シール装置全体としては軸封効果が確実なものとなる。

なお、前記加圧流体は加圧された空気であるとよい。
加圧流体を空気とすることで、当該加圧流体が船外に漏れた場合でも環境を汚染することはない。

本発明にかかるシール装置を用いることで、ポッドプロペラ推進機構の如く船体の底部から下方に突出し且つ縦軸心回りに旋回可能となっている旋回部を、確実に軸封することができる。

以下、本発明にかかるシール装置の実施形態を、ポッドプロペラ推進機構を例示して図を基にしつつ説明する。
図１は、ポッドプロペラ推進機構１の断面を示したものである。本実施形態の説明において、図１の右側を前方、図１の左側を後方と呼び、図１の上下を上下方向とする。この方向は船体２から見た前後・上下方向と一致するものであり、図１のポッドプロペラ推進機構１はトラクタタイプを示すものとなっている。
ポッドプロペラ推進機構１は、船体２の前後方向に長く且つ外殻が流線形状となっているポッド体３を有している。ポッド体３の内部には、前後方向を向くようにプロペラ軸４が水平に配置され、プロペラ軸４の前部がポッド体３の前方側から外部に向かって突出していて、プロペラ軸４の前部先端には、船体２を推進させる推進流を発生するプロペラ５が設けられている。

プロペラ軸４はポッド体３内部において軸受けで支持されていて回転自在となっている。また、ポッド体３をプロペラ軸４が貫通している部分には、ポッド体３内に外部水（海水や淡水、以下、海水Ｗと表記する）が浸入することを防ぐシール装置（図示せず）が設けられている。
ポッド体３の上部からは、上方に伸びるようにストラット６が設けられている。ストラット６の上部は、船体２の底部２Ａに縦軸心回りに回動自在に取り付けられる旋回部７となっている。この旋回部７と船体２の底部２Ａとの間に、本発明に係るシール装置８が設けられている。

ポッドプロペラ推進機構１の詳細は、以下の通りである。
ストラット６の上部に設けられた旋回部７は断面円筒状であって、旋回部７の内側には、船体２の底部２Ａから垂下するように設けられた船体支持部１０が入り込むようになっている。この船体支持部１０とストラット６の旋回部７とがスラスト軸受部９を介して水平面内で旋回自在となるように連結され、ポッドプロペラ推進機構１が船体２に支持されるものとなっている。
旋回部７の外周にはギア１１が形成されていて、底部２Ａには旋回電動機１２がその出力軸１３を下方向きとするように取り付けられている。出力軸１３の先端にはピニオンギア１４が設けられていて、ピニオンギア１４とギア１１とが噛み合うようになっている。ゆえに、旋回電動機１２を正転・逆転させることによりピニオンギア１４がギア１１を回転させ、ストラット６すなわちポッドプロペラ推進機構１をいずれの方向にも旋回させることができる。

船体２の底部２Ａであって旋回部７近傍には、これらギア１１、ピニオンギア１４を潤滑する潤滑油Ｌを貯留する第１油室１５が形成され、ギア１１、ピニオンギア１４は第１油室１５内に配備されるものとなっている。第１油室１５は、船体２の底部２Ａの下面から垂下する側壁１６とこの側壁１６から旋回部７を囲うように設けられた水平壁１７とから構成されている。この水平壁１７の先端と旋回部７の側部とが突き合わさる部分に、本発明に係るシール装置８が設けられている。
旋回部７の内側からは、その内径方向に延びる内部水平壁１８が設けられ、この内部水平壁１８の先端から上方に延びる内部側壁１９が設けられ、両壁１８，１９により第２油室２０が形成される。第２油室２０にも潤滑油Ｌが満たされ、スラスト軸受部９が潤滑される。なお、第１油室１５と第２油室２０とは連通していて同じ油室であっても何ら問題はない。

また、ストラット６の内部には、船体底部２Ａ部を貫通した駆動軸２１が上下方向に配備されている。この駆動軸２１の下端には傘歯車が取り付けられている。一方、プロペラ軸４の後端（プロペラ５とは反対側）にも、前記傘歯車に噛合する傘歯車が設けられている。船体２の機関室で得られた回転力は駆動軸２１を介してプロペラ軸４に伝達されプロペラ５が回転することで、船体２は前進又は後進するようになる。駆動軸２１とプロペラ軸４とが傘歯車で連結されているため、ポッドプロペラ推進機構１が縦軸心回りに回動したとしても、プロペラ５の回転は何ら支障を受けるものとはなっていない。

図２，図３（ａ）には、シール装置８の詳細が示されている。
本シール装置８は、船外の海水Ｗが船体２内に流入するのを防ぐと共に、第１油室１５や第２油室２０の潤滑油Ｌが船外に漏れるのを防ぐ機能を有している。シール装置８は、４本のリップシールリング２５Ａ〜２５Ｄ（リップ型のシールリング）が円筒状の旋回部７の外周を取り囲み、且つその軸芯方向（上下方向）に順に配置される構成となっている。
リップシールリング２５Ａ〜２５Ｄは断面くの字形状であるため、断面視においてその一方から流体により加圧された場合、リップシールリング２５Ａ〜２５Ｄの先端が旋回部７の周面を押しつけ、加圧流体の移動を規制するようになる。かかる一方側を「リップシールリングの正面」と呼ぶ。なお、リップシールリング２５Ａ〜２５Ｄの他方（背面）から加圧した場合、流体の移動は規制されない。

シール装置８の詳細構造としては、図２に示すように、第１油室１５を構成する水平壁１７の先端部２６は平面視で円孔となっておりこの円孔にストラット６の旋回部７が回動自在に嵌り込んでいる。加えて、水平壁１７の先端部２６には段部２７が形成されており、この段部２７で支えられるように５つの環状のリング２８Ａ〜２８Ｅが積み重ねられている。各リング２８Ａ〜２８Ｅの上面及び下面には環状の凹部２９が形成されており、この凹部２９にリップシールリング２５Ａ〜２５Ｄの基端３０が挟み込まれるようになっている。

段部２７の直上すなわち最も船外側には、第１リング２８Ａ（船外側リング）が嵌め込まれ、その上から第２リング２８Ｂ（中間リング）が積層されるように配置されている。両リング２８Ａ，２８Ｂの側面に形成された凹部２９間には第１リップシールリング２５Ａの基端３０が挟み込まれている。第１リップシールリング２５Ａは、その正面が船外側を向いていて海水Ｗが船内側へ移動するのを規制している。
第２リング２８Ｂの上には、正面が船内側を向き船外側へ流体移動を規制する方向に第２リップシールリング２５Ｂが配設され、その上から第３リング２８Ｃ（中間リング）が重ねられるものとなっている。第２リング２８Ｂと第３リング２８Ｃとの各凹部２９間に、第２リップシールリング２５Ｂの基端３０が挟み込まれる。

第３リング２８Ｃの上には、正面が船外側を向き船内側へ流体移動を規制する方向に第３リップシールリング２５Ｃが配設され、その上から第４リング２８Ｄ（中間リング）が重ねられるものとなっている。第３リング２８Ｃと第４リング２８Ｄとの各凹部２９間に、第３リップシールリング２５Ｃの基端３０が挟み込まれる。
第４リング２８Ｄの上には、正面が船内側を向いて船外側へ潤滑油が流出することを規制する方向に第４リップシールリング２５Ｄが配設され、その上から第５リング２８Ｅ（船内側リング）が重ねられるものとなっている。第４リング２８Ｄと第５リング２８Ｅの各凹部２９間に、第４リップシールリング２５Ｄの基端３０が挟み込まれている。

なお、本実施形態の場合は、各リップシールリング２５Ａ〜２５Ｄの先端部２６は、旋回部７の周囲に設けられた耐摩耗性を有する筒状の摺動部材３２に接するようになっている。各リング２８Ａ〜２８Ｅの内径は旋回部７及び摺動部材３２の外径より大きなものとなっており、旋回部７は各リング２８Ａ〜２８Ｅに対して遊嵌状態となっている。
第１リップシールリング２５Ａに関してはその正面まで海水Ｗが達することになる。本シール装置８は水面下約２ｍ程度の所に位置するため、第１リップシールリング２５Ａには約０．０２ＭＰａの喫水圧が加わることになる。

第１リップシールリング２５Ａと第２リップシールリング２５Ｂとにより、旋回部７周りに環状である第１環状室３５が形成されている。この第１環状室３５は空気又はグリスで満たされている。同様に、第３リップシールリング２５Ｃと第４リップシールリング２５Ｄとにより、旋回部７周りに環状である第３環状室３７が形成されている。この第３環状室３７も空気又はグリスで満たされている。
第２リップシールリング２５Ｂと第３リップシールリング２５Ｃ（一対のシールリング）により、旋回部７周りに第２環状室３６が形成されている。この第２環状室３６は、浸入してきた海水Ｗ及び／又は潤滑油Ｌを回収する回収室となっている。第２リップシールリング２５Ｂ及び第３リップシールリング２５Ｃは、その正面が回収室３６内を向くように配備され、浸入した海水Ｗ、潤滑油Ｌや回収室３６内の加圧流体（後述）が再び船外側又は船内側に漏洩することを防ぐようになっている。

回収室３６を形成する第３リング２８Ｃには、リング２８Ｃの内径側すなわち回収室３６から径外方向に繋がる導出路３９が形成されており、この導出路３９は水平壁１７内に形成された回収管路４０に連通し、この回収管路４０は回収管４１を介して回収タンク４２に繋がるものとなっている。回収タンク４２は、船体２内の所定の位置（喫水面より上であっても下であってもよい）に設けられている。ほとんどの場合、本シール装置８が採用される旋回部７は船体２の底部２Ａに位置するため、回収タンク４２は、シール装置８の回収室３６より高位に位置づけられることとなる。

また、第３リング２８Ｃには、前述した導出路３９より上側であってリング２８Ｃの外形側から内径側に繋がる導入路４４が形成されている。この導入路４４は、水平壁１７内に設けられた加圧管路４５に連通していて、この加圧管路４５は加圧流体供給部４６へ繋がっている。
なお、導入路４４及び導出路３９の上下方向の位置づけは、これに限定されるものではない。導出路３９より下側に導入路４４が形成されていてもよく、導入路４４と導出路３９とが同じ高さに設けられていてもよい。また、第３リング２８Ｃの周方向において、導入路４４と導出路３９とはどの位置に設けられてもよい。例えば、第３リング２８Ｃの平面視で、導入路４４がリング２８Ｃの一方側、導出路３９が他方側に設けられていてもよく、両路３９，４４が同側に設けられていてもよい。

加圧流体供給部４６は、回収室３６内に加圧空気を導入する機能を備え、エアコンプレッサと、このエアコンプレッサにより高圧となった空気を加圧管路４５に導入する空気導入管４７とを備えている。また、図３（ａ）に示すように、回収タンク４２には、回収タンク４２から外部に放出される空気の流量を一定とする流量調整弁４８が備えられており、この流量調整弁４８を調整することで、「加圧流体供給部４６→回収室３６→回収タンク４２→外部」へ流れる空気の流量を一定とすることができる。
以上述べたシール装置８を用いて、ポッドプロペラ推進機構１の旋回部７における海水Ｗ又は潤滑油Ｌの封止を行うためには、まず、加圧流体供給部４６のエアコンプレッサを作動させ、シール装置８内の回収室３６に加圧された空気を供給するようにする。回収室３６を構成する第２リップシールリング２８Ｂと第３リップシールリング２８Ｃとは、それぞれ正面が回収室３６内側を向いているため、加圧流体供給部４６から供給された空気は、第２リップシールリング２８Ｂと第３リップシールリング２８Ｃを介して船内又は船外に漏洩することはなく、回収室３６内が確実に加圧状態となる。

多くの場合、回収室３６と回収タンク４２との高低差は約２ｍ程度であって静水圧で約０．０２ＭＰａとなる。そこで、加圧流体供給部４６は０．０３〜０．０４ＭＰａの圧力を有する空気を回収室３６内へ供給するようにするとよい。第１油室１５の潤滑油Ｌは、５０ｃｍ程度の深さであるため、加圧空気の圧力は潤滑油Ｌによる静水圧よりも高いものとなっている。
導入路４４を通って回収室３６内に入った加圧空気は、回収室３６の主に下側に溜まった海水Ｗや潤滑油Ｌを吹き飛ばして導出路３９へ導き、「導出路３９→回収管路４０→回収管４１→回収タンク４２」へと海水Ｗや潤滑油Ｌを運ぶことになる。回収タンク４２には流量調整弁４８が設けられ、常に一定流量で外部に加圧空気が流出する状態となっているため、常時、「加圧流体供給部４６→回収室３６→回収タンク４２」の空気流れが存在し、回収室３６内の海水Ｗや潤滑油Ｌは常に回収室３６内へと排出・貯留されるものとなる。

この働きにより、様々な悪条件が重なり、シール装置８内に海水Ｗや船体２内に存在する潤滑油Ｌが浸入したとしても、かかる海水Ｗ，潤滑油Ｌは回収室３６内に入り込み、加圧流体供給部４６から供給された加圧流体と共に回収タンク４２に回収されるようになる。従って、シール装置８全体としては軸封効果が非常に高いものとなる。また、加圧流体の圧力が高圧に設定されているため、回収タンク４２が海水Ｗ面より上側にあったとしても、浸入した海水Ｗや潤滑油Ｌは、高圧の加圧流体と共に確実に回収室３６から排出され回収タンク４２内に回収されるようになる。ゆえに、シール装置８全体としては軸封効果が確実なものとなる。当然ながら、海水Ｗがシール装置８を介してスラスト軸受部９に達することはないので、当該軸受部９のトラブルも回避できる。

なお、図３（ｂ）に示すように、回収タンク４２の上部に流量調整弁４８を設けず外部開放とする。すなわち、回収タンク４２の上部に外部開放管４９を設け、一方で、回収管４１に電磁式又は手動式の開閉弁５０を設けるようにしてもよい。その上で、定期的に開閉弁５０を開状態とし、「導出路３９→回収管路４０→回収管４１→回収タンク４２→外部開放管４９」の回収ラインを作動させ、回収室３６内の海水Ｗ等を回収タンク４２に回収するとよい。通常は、開閉弁５０を閉状態とし回収ラインを非作動状態としておく。
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

シール装置８は、ポッドプロペラ推進機構１の旋回部７に取り付けられるものとして説明をしたが、これに限定されるものではなく、舵（ラダー）やスラスターの旋回部（垂直部）と船体底部２Ａとの連結部位に採用してもよい。
また、シール装置８は４本のシールリングを持つものとして説明を行ったが、それ以上、例えば５本、６本のシールリングを有するものであってもよい。

ポッドプロペラ推進機構を示す図である。 本発明にかかるシール装置を示す図である。 （ａ）は本実施形態の回収タンクを示した図であり、（ｂ）は回収タンクの別実施形態を示した図である。

符号の説明

１ ポッドプロペラ推進機構
２ 船体
２Ａ 底部
３ ポッド体
４ プロペラ軸
５ プロペラ
６ ストラット
７ 旋回部
８ シール装置
８Ａ シール機構
２５Ａ〜２５Ｄ 第１〜第４リップシールリング
２８Ａ〜２８Ｅ 第１〜第５リング
３２ 摺動部材
３５ 第１環状室
３６ 第２環状室（回収室）
３７ 第３環状室
３９ 導出路
４０ 回収管路
４１ 回収管
４２ 回収タンク
４４ 導入路
４５ 加圧管路
４６ 加圧流体供給部
４７ 空気導入管
４８ 流量調整弁
Ｌ 潤滑油
Ｗ 海水（外部水）

Claims (3)

1. 船体の底部から下方に突出し且つ縦軸心回りに旋回可能となっている旋回部と前記船体の底部との間に設けられ、且つ前記旋回部の外周面に摺接して船外にある外部水及び船内にある潤滑油の漏洩を防止する第１シールリング〜第４シールリングを前記旋回部の軸芯方向に船外側から順に備えたシール装置であって、
   前記第１リップシールリングは海水が船内側へ移動するのを規制する方向に配設され、前記第２リップシールリングは船外側への流体移動を規制する方向に配設され、前記第３リップシールリングは船内側への流体移動を規制する方向に配設され、前記第４リップシールリングは船外側へ前記潤滑油が流出するのを規制する方向に配設されていて、
   互いに隣り合う第２リップシールリングと第３リップシールリングとに挟まれた空間は、浸入してきた海水及び／又は潤滑油を回収する回収室を形成し、前記回収室には加圧流体を供給する加圧流体供給部と前記加圧流体を回収する回収タンクとが連結されていることを特徴とするシール装置。
2. 前記加圧流体供給部は、前記加圧流体を回収タンクと回収室との高低差による静水圧より高い圧力に設定している請求項１に記載のシール装置。
3. 前記加圧流体は加圧された空気である請求項１又は請求項２に記載のシール装置。

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