JP5701683B2 - 軸封装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸とハウジングの軸孔との間の環状隙間を封止する軸封装置に関するものである。

軸封装置において、密封領域を封止する場合、軸方向の２か所にシール構造部を設ける技術が知られている。このような技術において、大気側のシール構造部がメカニカルシールであるような場合、一般的に、メカニカルシールを構成する固定環は、密封領域側の装置本体の筐体などに対して複数の部材を介して固定される構成が採用される。そのため、密封領域側のシール構造部を構成する部品が消耗部品の場合に、当該消耗部品を交換するために複数の部材を分解しなければならないなど、消耗部品の交換作業に大変な手間がかかっている。

特許第４２８３２９６号公報

本発明の目的は、メンテナンス性の向上を図った軸封装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の軸封装置は、
回転軸とハウジングの軸孔との間の環状隙間を封止する軸封装置において、
密封領域側に設けられる第１シール構造部と、
前記第１シール構造部に対して密封領域とは反対側の大気側に設けられる第２シール構造部と、
第１シール構造部と第２シール構造部との間に密閉空間を形成するためのシールカバーと、
を備える軸封装置であって、
前記第１シール構造部は、前記ハウジングに対して固定される第１固定環と、周方向の１か所に切断部が設けられ前記回転軸の外周面側から該回転軸に対して着脱自在であって、かつ前記回転軸に固定される第１回転環とを有し、
前記第２シール構造部は、前記ハウジングに対して前記シールカバーを介して固定される第２固定環と、前記回転軸に対して固定される第２回転環とを有し、
前記ハウジングには前記回転軸の軸心と平行に伸びるガイド軸が固定されており、
前記シールカバーは、前記ガイド軸にガイドされることにより前記回転軸の軸方向にスライド自在に移動可能であり、かつ前記密封領域側に移動させることで前記第１シール構造部と前記第２シール構造部との間に密閉空間が形成され、該シールカバーを前記大気側に移動させることで、前記密封空間が開放され前記第１回転環を露出可能とすることを特徴とする。

本発明によれば、シールカバーを大気側に移動させることで、第１回転体を露出させることができる。そして、第１回転体は、回転軸の外周面側から該回転軸に対して着脱自在であるので、第１回転体を簡単に交換することができる。

なお、本発明における「第２固定環」及び「第２回転環」は、一つの部材で構成される場合の他、複数の部材で構成される場合も含む。

そして、前記回転軸を回転させない状態で、前記第２固定環と前記第２回転環とを位置決めさせる位置決め部材を備え、
該位置決め部材により、前記第２固定環を、前記第２回転環を介して前記回転軸に対して位置決めさせた状態にすることで、前記シールカバーをスライドさせることが可能となるとよい。

このように、第２シール構造部がメカニカルシールであっても、位置決め部材によって、第２固定環を、第２回転環を介して回転軸に対して位置決めさせた状態とすることによって、シールカバーをスライド移動させることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、メンテナンス性を向上させることができる。

図１は本発明の実施例に係る軸封装置全体の模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係る第１シール構造部の模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係る第２シール構造部の模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係る軸封装置について説明する。本実施例に係る軸封装置は、回転軸と、機体側のハウジングに設けられている軸孔との間の環状隙間を封止するために用いられる。

＜軸封装置全体＞
特に、図１を参照して、本発明の実施例に係る軸封装置全体の構成について説明する。

回転機器６００の筐体６１０には開口部６１１が設けられており、この開口部６１１に環状のハウジング６２０が取り付けられている。そして、このハウジング６２０における軸孔６２１内に、回転軸６３０が挿通されている。この回転軸６３０には、スリーブ６５０がセットスクリュ６５１によって位置決めされた状態で固定されている。なお、スリーブ６５０の内周面と回転軸６３０の外周面との間はＯリングＯによってシールされている。筐体６１０の内部は密封領域となっており、被密封流体が密封されている。

そして、本実施例に係る軸封装置Ｓは、密封領域側Ｖに設けられる第１シール構造部１００と、第１シール構造部１００に対して密封領域とは反対側の大気側Ａに設けられる第２シール構造部２００とを備えている。また、軸封装置Ｓには、これら第１シール構造部１００と第２シール構造部２００との間に密閉空間Ｒを形成するためのシールカバー３００が設けられている。このシールカバー３００は、第１シール構造部１００に備えられた第１固定環１１０の外周側と、第２シール構造部２００に備えられた第２固定環２１０の外周側に、それぞれ六角ソケットボルト３１０、及びセットスクリュ３２０によって固定されている。以上のような構成により、第２シール構造部２００によって被密封流体の漏れを抑制することによって、第１シール構造部１００のシール性の低下を抑制することができる。

＜第１シール構造部＞
特に、図２を参照して、本実施例に係る第１シール構造部１００について、より詳細に説明する。

第１シール構造部１００は、いわゆる端面シール構造をなしている。具体的には、第１シール構造部１００は、ハウジング６２０に対して固定される第１固定環１１０と、回転軸６３０に対して固定される第１回転環（回転シール）１２０とを備えている。第１固定環１１０は、ハウジング６２０に直接固定されている。この第１固定環１１０とハウジング６２０との間、及び第１固定環１１０とシールカバー３００との間は、それぞれＯリングＯによってシールされている。

また、第１回転環１２０は、充填材入りフッ素樹脂やポリアミド樹脂などの樹脂材料やゴムなどの変形可能な高分子材料から構成されており、周方向の１か所に切断部（合口）が設けられている。これにより、切断部を介した両端の部分をスリーブ６５０の外径よりも大きく開くことで、回転軸６３０の外周面側からスリーブ６５０を介して回転軸６３０に対して第１回転環１２０を着脱することができる。また、第１回転環１２０は両側に凸部を有する対称的な構造となっている。これにより、一方の面が摩耗によって劣化した場合には、反転させた状態で取り付けることにより、再使用することができ、寿命を延ばすことができる。

本実施例においては、スリーブ６５０の外周面側に第１回転環１２０を配置した状態で、ホースバンド１３０によって、第１回転環１２０を締め付けてスリーブ６５０に固定させる。なお、ホースバンド１３０に設けられているクランプ１３１を回転させることによって、ホースバンド１３０により、第１回転環１２０を締め付けることができる。また、第１回転環１２０を取り外す場合には、クランプ１３１を逆回転させてホースバンド１３０を緩めた後に、ホースバンド１３０を取り外せばよい。第１回転環１２０を締め付けるための部材としては、ホースバンド１３０に限られるものではなく、例えば、ガータースプリングを採用することもできる。

そして、第１固定環１１０における大気側Ａの端面と第１回転環１２０における密封領域側Ｖの端面との間によって、シール部分を形成している。ここで、第１固定環１１０における大気側Ａの端面と第１回転環１２０における密封領域側Ｖの端面とを摺動させることによりシールを行う、いわゆるメカニカルシール構造を採用してもよいし、これらの端面間に微小隙間を設ける非接触シール構造を採用してもよい。

＜第２シール構造部＞
特に、図３を参照して、本実施例に係る第２シール構造部２００について、より詳細に説明する。

第２シール構造部２００は、いわゆるメカニカルシールである。より具体的には、第２シール構造部２００は、ハウジング６２０に対して固定される第２固定環２１０と、回転軸６３０に対して固定される第２回転環２２０とを備えている。なお、第２固定環２１０はシールカバー３００等を介して間接的にハウジング６２０に固定される。また、第２回転環２２０はスリーブ６５０を介して間接的に回転軸６３０に固定される。

第２固定環２１０は、シールカバー３００の内周面にセットスクリュ３２０によって固定される環状のフランジ２１１と、フランジ２１１に対して軸方向に移動可能に構成された環状のリテーナ２１２と、リテーナ２１２に固定される環状のシールリング２１３とを備えている。なお、フランジ２１１の外周面とシールカバー３００の内周面との間はＯリングＯによってシールされている。リテーナ２１２は、断面が略Ｌ字状の部分を備えた環
状の部材であり、円板部分に設けられている貫通孔２１２ａに、フランジ２１１に固定されているドライブピン２１１ａが挿通されることで、ドライブピン２１１ａに沿って軸方向に移動可能に構成されている。また、フランジ２１１の大気側の端面に装着穴２１１ｂが設けられ、この装着穴２１１ｂにはスプリング２１４が装着されている（図１参照）。このスプリング２１４によって、リテーナ２１２は図中右方向に押圧されている。なお、リテーナ２１２における円筒部分の外周面とフランジ２１１の内周面との間はＯリングＯによってシールされている。

第２回転環２２０は、スリーブ６５０に固定される環状のカラー２２１と、カラー２２１に係合した状態で固定される環状のメイティングリング２２２とを備えている。メイティングリング２２２は断面が略Ｌ字形状となっており、円板部分の大気側Ａの端面と円筒部分の内周面が、それぞれカラー２２１における密封領域側Ｖの端面と外周面に密着するように構成されている。また、メイティングリング２２２における円板部分には切り欠き２２２ａが設けられており、この切り欠き２２２ａ内にカラー２２１に固定されたドライブピン２２１ａが挿入される。なお、ドライブピン２２１ａの先端には、メイティングリング２２２の破損を防止するキャップ２２１ｂが装着されている。また、カラー２２１の内周面とスリーブ６５０の外周面との間、及びカラー２２１の外周面とメイティングリング２２２の円筒部分の内周面との間は、それぞれＯリングＯによってシールされている。

以上のような構成により、回転軸６３０の回転と共にカラー２２１が回転し、その回転トルクがドライブピン２２１ａを介してメイティングリング２２２に伝達され、メイティングリング２２２も回転する。このとき、第２固定環２１０に設けられているシールリング２１３と、第２回転環２２０に設けられているメイティングリング２２２とが摺動する。上記の通り、スプリング２１４によって、リテーナ２１２が図中右方向に押圧されることで、リテーナ２１２に固定されているシールリング２１３はメイティングリング２２２に対して押圧され、摺動状態が安定的に維持される。なお、摺動性能を維持させるために、これらシールリング２１３とメイティングリング２２２の摺動面には、それぞれ自己潤滑性に優れた公知のコーティングが施されている。

また、本実施例においては、第２固定環２１０における密封領域側Ｖの端部に、密封装置２３０が設けられている。この密封装置２３０は、フランジ２１１に対して、ボルト２３４によって固定されるケース２３１及びプレート２３２と、これらケース２３１及びプレート２３２によって固定される密封装置本体２３３とを備えている。密封装置本体２３３はスリーブ６５０の外周表面に対して摺動した状態でシール性を発揮する公知のシールを採用できる。このように、第２固定環２１０における密封領域側Ｖの端部に密封装置２３０を設けることによって、シールリング２１３とメイティングリング２２２との摺動部分が存在する空間領域と、密閉空間Ｒとを隔てさせることが可能となる。これにより、密閉空間Ｒ内に被密封流体が漏れ出したとしても、上記摺動部分に被密封流体が入り込んでしまうことを抑制できる。なお、密封装置本体２３３も第１回転環１２０と同様に、部品交換時の作業性を考慮して、１か所に切断部（合口）が設けられている。

また、上記の通り、第２回転環２２０に設けられているメイティングリング２２２は、第２固定環２１０に設けられているシールリング２１３に押圧された状態となる。そのため、第２回転環２２０をスリーブ６５０に固定する際には位置決め部材としての治具２４０が用いられる。すなわち、第２回転環２２０を取り付ける際には、治具本体２４１をフランジ２１１及びカラー２２１に対して、それぞれセットスクリュ２４２，２４３によって固定させた状態とする。つまり、第２回転環２２０を第２固定環２１０に仮固定させた状態とする。この状態で、第２回転環２２０におけるカラー２２１をセットスクリュ２２３によって、スリーブ６５０に固定する（図１参照）。その後、セットスクリュ２４２，２４３を緩めて、治具２４０を取り外す。なお、上記の治具本体２４１は、組み立てや分
解の作業性を考慮して、二つ割構造となっている。

（シールカバー）
特に、図１及び図３を参照して、シールカバー３００について詳細に説明する。本実施例に係るシールカバー３００は、円筒形状の部材で構成されており、その端部（図１中左側の端部）に外向きフランジ部３０１が設けられている。また、外向きフランジ部３０１には貫通孔３０１ａが形成されている。

そして、ハウジング６２０には、回転軸６３０の軸心と平行に伸びるガイド軸４００が固定されている。なお、このガイド軸４００は、第１固定環１１０に設けられた貫通孔１１０ａを挿通するように構成されている。

このハウジング６２０に固定されたガイド軸４００が、シールカバー３００に設けられている貫通孔３０１ａに挿通するように、シールカバー３００は配置される。これにより、シールカバー３００は、ガイド軸４００にガイドされることによって、回転軸６３０の軸心と平行な方向（軸方向）にスライド自在となっている。シールカバー３００を密封領域側Ｖに移動させることで、第１シール構造部１００と第２シール構造部２００との間に密閉空間Ｒを形成させることができる。なお、シールカバー３００を密封領域側Ｖに移動させた状態で、六角ソケットボルト３１０及びセットスクリュ３２０によって、それぞれ第１固定環１１０及び第２固定環２１０に固定させることで、密閉空間Ｒが形成される。また、シールカバー３００を大気側Ａに移動（図１中矢印方向に移動）させることで、第１シール構造部１００と第２シール構造部２００との間の空間が開放され、第１回転環１２０が露出された状態となる。

ここで、シールカバー３００を安定的にスライド自在にするためには、シールカバー３００をスライドさせる際に、第２固定環２１０が動かないようにする必要がある。すなわち、第２固定環２１０は、上記の通り、シールカバー３００等を介して間接的にハウジング６２０に固定されている。そのため、シールカバー３００をハウジング６２０に対して移動可能な状態にした場合には、第２固定環２１０は、どの部材からも支持されない状態となるため、ハウジング６２０や回転軸６３０に対して移動可能な状態になる。このように、第２固定環２１０が自由に移動できる状態のままでは、シールカバー３００を安定的にスライドさせることができない。

そこで、本実施例においては、シールカバー３００をスライドさせる場合には、上述した治具２４０を用いている。すなわち、回転軸６３０を回転させない状態で、治具２４０によって、第２固定環２１０と第２回転環２２０とを固定して位置決めさせている。これにより、第２固定環２１０は、第２回転環２２０及びスリーブ６５０を介して回転軸６３０に対して位置決めされた状態となる。つまり、第２固定環２１０は回転軸６３０に対してセンタリングされた状態で位置決めされる。従って、シールカバー３００を安定的にスライドさせることが可能となる。

＜本実施例に係る軸封装置の優れた点＞
本実施例に係る軸封装置Ｓによれば、シールカバー３００を大気側Ａに移動させることで、回転シールとしての第１回転環１２０を露出させることができる。これにより、第１回転環１２０を簡単に交換することができる。また、シールカバー３００をスライドさせることによって、第１回転環１２０を露出させる構成を採用しているため、構造をシンプルにすることができる。つまり、ケースを複数の部材により構成し、かつ分解可能に構成することで、ケースの分解によって第１回転環１２０を露出させる構成も考えられるが、このような構成に比して、本実施例の構成の方が構造をシンプルにできる。

なお、本実施例においては、密封領域側Ｖに被密封流体が密封されているため、第１固定環１１０における大気側Ａの端面と第１回転環１２０における密封領域側Ｖの端面との間に被密封流体が入り込んでしまうことがある。この場合、第１回転環１２０における密封領域側Ｖの端面が摩耗されてしまうため、第２シール構造部２００の構成部材に比して消耗が激しく、新品への交換などのメンテナンスが必要となる。

ここで、交換対象となる第１回転環１２０よりも大気側Ａに備えられた第２シール構造部２００は、固定環（第２固定環２１０）と回転環（第２回転環２２０）とを備えるメカニカルシールである。そして、第２固定環２１０は、使用時においては、シールカバー３００に固定される構成を採用している。しかしながら、第１回転環１２０を交換する場合には、上記の通り、治具２４０によって、第２固定環２１０を、第２回転環２２０等を介して回転軸６３０に対して位置決めさせることによって、シールカバー３００を安定的にスライドさせることを可能としている。従って、大気側Ａの第２シール構造部２００がメカニカルシールであるにも拘らず、密封領域側Ｖの第１回転環１２０を簡単に交換することができる。また、第２シール構造部２００をそのままの状態で、シールカバー３００を移動させて、第１回転環１２０の交換作業を行うことができるので、第２シール構造部２００に悪影響が及ぼされることもない。

１００ 第１シール構造部
１１０ 第１固定環
１１０ａ 貫通孔
１２０ 第１回転環
１３０ ホースバンド
１３１ クランプ
２００ 第２シール構造部
２１０ 第２固定環
２１１ フランジ
２１１ａ ドライブピン
２１１ｂ 装着穴
２１２ リテーナ
２１２ａ 貫通孔
２１３ シールリング
２１４ スプリング
２２０ 第２回転環
２２１ カラー
２２１ａ ドライブピン
２２１ｂ キャップ
２２２ メイティングリング
２２３ セットスクリュ
２３０ 密封装置
２３１ ケース
２３２ プレート
２３３ 密封装置本体
２３４ ボルト
２４０ 治具
２４１ 治具本体
２４２，２４３ セットスクリュ
３００ シールカバー
３０１ 外向きフランジ部
３０１ａ 貫通孔
３１０ 六角ソケットボルト
３２０ セットスクリュ
４００ ガイド軸
６００ 回転機器
６１０ 筐体
６１１ 開口部
６２０ ハウジング
６２１ 軸孔
６３０ 回転軸
６５０ スリーブ
６５１ セットスクリュ
Ｏ Ｏリング
Ｒ 密閉空間
Ｓ 軸封装置

Claims (2)

1. 回転軸とハウジングの軸孔との間の環状隙間を封止する軸封装置において、
   密封領域側に設けられる第１シール構造部と、
   前記第１シール構造部に対して密封領域とは反対側の大気側に設けられる第２シール構造部と、
   第１シール構造部と第２シール構造部との間に密閉空間を形成するためのシールカバーと、
   を備える軸封装置であって、
   前記第１シール構造部は、前記ハウジングに対して固定される第１固定環と、周方向の１か所に切断部が設けられ前記回転軸の外周面側から該回転軸に対して着脱自在であって、かつ前記回転軸に固定される第１回転環とを有し、
   前記第２シール構造部は、前記ハウジングに対して前記シールカバーを介して固定される第２固定環と、前記回転軸に対して固定される第２回転環とを有し、
   前記ハウジングには前記回転軸の軸心と平行に伸びるガイド軸が固定されており、
   前記シールカバーは、前記ガイド軸にガイドされることにより前記回転軸の軸方向にスライド自在に移動可能であり、かつ前記密封領域側に移動させることで前記第１シール構造部と前記第２シール構造部との間に密閉空間が形成され、該シールカバーを前記大気側に移動させることで、前記密封空間が開放され前記第１回転環を露出可能とすることを特徴とする軸封装置。
2. 前記回転軸を回転させない状態で、前記第２固定環と前記第２回転環とを位置決めさせる位置決め部材を備え、
   該位置決め部材により、前記第２固定環を、前記第２回転環を介して前記回転軸に対して位置決めさせた状態にすることで、前記シールカバーをスライドさせることが可能となることを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。

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