JP6128596B2 - 密封装置 - Google Patents

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Description

本発明は、回転軸と、その回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間に設けられて密封流体を密封する密封装置に関する。
一般的に、断面が略V字形状のパッキン(以下、Vパッキンという)は、相対的に往復動をする、軸と、その軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間に設けられて密封流体をシールするために用いられる(例えば、特許文献1参照)。このVパッキンは、内周面側にリップ部を有している。そして、軸とハウジングが相対的に往復動をすることにより、軸の外周面に対してリップ部の先端面(摺動面)が摺動する。
特開2005−220832号公報
ここで、回転運動をする軸(以下、回転軸という)と、その回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間をシールするシール部材としてVパッキンを用いることも考えられるが、回転軸の中心とその回転中心とがずれる、いわゆる偏芯が生じてしまう場合がある。軸の偏芯が生じてしまうと、回転軸の外周面に対するリップ部の摺動面の面圧が不安定になってしまう。その結果、Vパッキンの密封性が不安定になってしまう。
そこで、本発明は、密封性を安定させることが可能な密封装置を提供することを目的とする。
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、本発明の密封装置は、
回転軸と、前記回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間に設けられて密封流体を密封する密封装置であって、
前記密封装置は、パッキンと、押圧部材としてのアダプタと、前記アダプタに対して密封流体側から反密封流体側に弾性力を加えるスプリング部材と、前記ハウジングに固定される密封流体側抑え板及び反密封流体側抑え板と、を有し、
前記パッキンは、環状溝を有する環状の部材であって、前記回転軸側に、密封流体側から反密封流体側に向かうにつれて拡径する傾斜面を有するリップ部と、前記ハウジング側に、固定部としてのフックと、を備え、
前記リップ部は、前記回転軸の外周面に対して摺動可能な摺動面と前記傾斜面を備え、
前記フックは、ハウジング側に延びる部材であって、前記回転軸の径方向に延びる径方向固定部と、前記回転軸の軸方向に延びる軸方向固定部とを有しており、
前記アダプタは、前記パッキンの前記環状溝に沿って嵌まる形状を有する環状の部材であって、前記パッキンよりも密封流体側に設けられ、前記リップ部の前記傾斜面を押圧することにより前記摺動面が前記回転軸の外周面に密着するように前記パッキンを弾性変形させ、
前記反密封流体側抑え板は、前記パッキンに形成された前記フックの固定部を保持する保持部を備えており、該保持部は前記径方向固定部を保持する径方向保持部と前記軸方向固定部を保持する軸方向保持部とを有しており、
前記パッキンは前記密封流体側抑え板と前記反密封流体側抑え板によって前記フックが挟まれるように設けられており、
前記密封流体側抑え板及び前記反密封流体側抑え板は互いに固定され、且つ共に前記ハウジングに固定されている、
ことを特徴とする。
この構成によれば、押圧部材が、スプリング部材から弾性力を受けることにより、第一パッキン部材の傾斜部を押圧し、第一パッキン部材の摺動面が回転軸の外周面に密着するように第一パッキン部材を弾性変形させる。また、傾斜部が密封流体側から反密封流体側への流体圧力を受けることで、第一パッキン部材の摺動面が回転軸の外周面に密着するよ
うに第一パッキン部材が弾性変形する。密封流体側から反密封流体側への流体圧力が高まるにつれて、回転軸に対する第一パッキン部材の摺動面の面圧が高まり、第一パッキン部材の密封性は向上する。
さらに、第一パッキン部材はハウジング側に延びる固定部を備えており、ハウジングは固定部を保持する保持部を備えている。そのため、スプリング部材の弾性力や流体圧力による第一パッキンにかかる荷重が大きい場合であっても、第一パッキン部材とハウジングとの相対位置が変化しにくい。また、回転軸の軸方向における伸縮や往復動が起こった場合であっても、第一パッキン部材は回転軸の動きに追従しないため、第一パッキン部材とハウジングとの相対位置が変化しにくい。このように、第一パッキン部材とハウジングとの相対位置が変化しにくいため第一パッキン部材の過大摩耗や流体漏れが生じにくい。
また、第一パッキン部材と回転軸の漏れ経路と、第一パッキン部材とハウジングの漏れ経路のうち、第一パッキン部材が固定部を有する分だけ、第一パッキン部材とハウジングとの漏れ経路の方が長くなる。そのため、第一パッキン部材とハウジングとの漏れ経路からの流体の漏れが抑制される。
また、第一パッキン部材は、固定部がハウジングの保持部に保持されていることより、その分ハウジングとの接触面積が大きくなり、回転軸の回転による、第一パッキン部材とハウジングとの間にスリップが生じにくい。
また、固定部は、回転軸の径方向に延びる径方向固定部と、回転軸の軸方向に延びる軸方向固定部と、を有し、保持部は、径方向固定部を保持する径方向保持部と、軸方向固定部を保持する軸方向保持部と、を有する。固定部が径方向固定部を有し、保持部が径方向保持部を有することにより、回転軸の軸方向における第一パッキン部材とハウジングとの相対位置が変化しにくい。そのため、第一パッキン部材が回転軸の軸方向に過剰に押し込まれることがなく、適正な密封性を維持することができる。また、固定部が軸方向固定部を有し、保持部が軸方向保持部を有することにより、回転軸の径方向における第一パッキン部材とハウジングとの相対位置が変化しにくい。そのため、第一パッキン部材の内径方向の収縮を抑制することができ、回転軸の外周面との間に隙間ができにくい。また、径方向における相対位置が変化しにくいことから、第一パッキンから回転軸に対して内径方向に締め付け力を維持できるため、回転軸を同じ位置に保持し、偏芯を抑制することができる。
以上説明したように、本発明によれば、密封性を安定させることが可能な密封装置を提供することが可能である。
図1は、本実施例に係る密封構造を示す模式的断面図である。 図2は、本実施例に係るパッキンを示す断面斜視図である。 図3は、本実施例に係るアダプタを密封流体側から反密封流体側に向かって見た図である。 図4は、本実施例に係るパッキンに加わる力と、それによる弾性変形について説明する説明図である。 図5は、本実施例に係る密封構造を示す模式的断面図であって、パッキン付近の拡大図である。
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、実施の形態に基づいて例示
的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態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。
<密封構造の全体構成>
図1を参照して、本実施例に係る密封構造の全体構成について説明する。図1は、本実施例に係る密封構造を示す模式的断面図である。
図1に示すように、本実施例に係る密封構造は、密封装置100と、回転軸200と、ハウジング300と、で構成されている。密封装置100は、回転軸200と、回転軸200が挿通される軸孔310を有するハウジング300との間の環状隙間を密封するために設けられる装置である。
本実施例において、密封装置100の使用状態において、密封流体が密封される密封流体側(図1中のH側)が高圧となり、密封装置100を介して密封流体側と反対側の反密封流体側(図1中のL側)が低圧となる。すなわち、図1中の上方側(H側)から、下方側(L側)に向かって流体圧力が加わることとなる。本実施例に係る密封装置100は、例えば、回転軸である船尾管軸をシールするために用いることができ、その用途において、密封流体側としての油圧側が高圧となり、反密封流体側としての海水側が低圧となる。
密封装置100は、第一パッキン部材としてのパッキン110と、押圧部材としてのアダプタ120と、スプリング部材130と、を有している。以下、これらの部材についてより詳細に説明する。
<パッキン>
図1、図2を参照して、本実施例に係るパッキン110の構成について説明する。図2は、本実施例に係るパッキンを示す断面斜視図である。
パッキン110は、環状溝111を有する環状の部材である。そして、内周面側(回転軸側)に傾斜部としてのリップ部112を有し、外周面側(ハウジング側)に固定部としてのフック113を有している。リップ部112は、摺動面112aと、傾斜面112bを備えている。
摺動面112aは、リップ部112の先端部であって、回転軸200の外周面に対して摺動可能に構成されている。傾斜面112bは、使用状態において、密封流体側に面しており、密封流体側から反密封流体側に向かうにつれて拡径するように構成されている。すなわち、傾斜面112bは、使用状態において、密封流体側から反密封流体側に向かうにつれて回転軸200から離れる方向に傾斜している面である。
また、図1に示すように、パッキン110は、密封流体側抑え板320と反密封流体側抑え板330によってフック113が挟まれるように設けられている。フック113は、ハウジング300側に延びる部材であって、回転軸200の径方向に延びる径方向固定部113aと、回転軸200の軸方向に延びる軸方向固定部113bとを有している。一方、ハウジング300の反密封流体側抑え板330は、フック113を保持する保持部を有しており、保持部は、径方向固定部113aを保持する径方向保持部330aと、軸方向固定部113bを保持する軸方向保持部330bとを有している。
フック113は、使用状態において、反密封流体側抑え板330に設けられる環状溝331に係合して引っ掛かるように、密封流体側から反密封流体側に向かう方向に突出した形状である。ただし、本発明の引っ掛かり部は、このような構成に限定されるものではな
く、例えば、反密封流体側から密封流体側に向かう方向に突出した形状であってもよい。また、例えば、ハウジングに設けられるフックが、パッキンに設けられる環状溝に係合して引っ掛かるような構成であってもよい。
また、密封流体側抑え板320と反密封流体側抑え板330とは、短ボルト350によって互いに固定されており、これら密封流体側抑え板320及び反密封流体側抑え板330は、長ボルト360によってハウジング300本体に固定されている。なお、本実施例においては、ハウジング300本体に固定される抑え板に保持部(径方向保持部330a、軸方向保持部330b)を設ける構成としたが、ハウジング300本体に保持部を設ける構成としてもよい。
<アダプタ、及びスプリング部材>
図1、図3を参照して、本実施例に係る密封装置100が備えるアダプタ120、及びアダプタ120に装着されるスプリング部材130について説明する。図3は、本実施例に係るアダプタを密封流体側から反密封流体側に向かって見た図である。
本実施例に係るアダプタ120は、図1に示すように、パッキン110の環状溝111に沿って嵌るような形状の環状の部材である。アダプタ120は、パッキン110の傾斜面112bに当接する傾斜面120bを有する。そして、アダプタ120の傾斜面bは、密封流体側から反密封流体側に向かって、傾斜面112bを押圧可能に設けられている。アダプタ120によって傾斜面112bを押圧されたリップ部112は、摺動面112aが回転軸200に対して密着するように弾性変形をする。
また、図3に示すように、アダプタ120には、スプリング部材130が嵌め込まれるスプリング穴121が周方向に沿って複数設けられている。スプリング穴121に嵌め込まれることによりアダプタ120に装着されたスプリング部材130は、密封流体側抑え板320によって圧縮されることで、アダプタ120に対して密封流体側から反密封流体側に弾性力を加える。図3に示すように、本実施例においては、周方向に等間隔でスプリング穴121を設けた。そして、複数のスプリング部材130として弾性係数等が同様のものを用いて、アダプタ120を介してリップ部112の傾斜面112bに対して、周方向に均一な力を密封流体側から反密封流体側に加えることができるようにした。なお、周方向に均一な力が働くのは、アダプタ120に対して働くスプリング部材130の弾性力のベクトルの合力が、アダプタ120の中心軸線に一致するためである。すなわち、アダプタ120に対して働くスプリング部材130の弾性力のベクトルの合力が、アダプタ120の中心軸線に一致していれば、複数のスプリング部材の弾性係数等が同様のものに限られないし、スプリング穴が周方向に等間隔に設けられる構成でなくてもよい。
<リップ部の弾性変形>
次に、図4を参照して、パッキン110のリップ部112の弾性変形について説明する。図4は、本実施例に係るパッキンに加わる力と、それによるリップ部の弾性変形について説明する説明図である。
本実施例において、パッキン110の材料として、摺動性に優れたエンジニアリングプラスティックである弾性変形可能なポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いた。ポリテトラフルオロエチレンは、従来からシール部材の材料として使用されているゴム等よりも硬い材料であり成形性に優れている。
リップ部112の傾斜面112bは密封流体側に面している。そのため、傾斜面112bは、密封流体側から反密封流体側に向かう方向に流体圧力Pを受ける。また、パッキン110の傾斜面112bはアダプタ120の傾斜面120bと面している。そのため、傾
斜面112bは、アダプタ120を介してスプリング部材130からスプリング荷重Wsを受ける。
本実施例の構成において、傾斜面112bが受ける力Fは、流体圧力Pと受圧面積Aの積P・Aと、スプリング荷重Wsの合力となる。すなわち、F=P・A+Wsと表すことができる。ここで、図3に示すように、密封流体側から反密封流体側に向かう方向(流体圧力P、スプリング荷重Wsが加わる方向)と傾斜面112bとのなす角度をθとする。この場合、傾斜面112bに対して垂直方向に、力Fの分力F1=(Fsinθ)/2が加わる。
また、傾斜面112bにおいて内径方向に加わる力WはF1cosθとなる。すなわち、力W=(Fsinθcosθ)/2と表すことができる。このように、内径方向に力Wが加わるため、摺動面112aが回転軸200に対して密着するようにリップ部112が弾性変形する。このようなリップ部112の弾性変形により、回転軸200に対するリップ部112の摺動面112aの面圧が安定する。
また、リップ部112の摺動面112aが摩耗した場合であっても、傾斜面112bに力Wが加わることにより、リップ部112が回転軸200の外周面に対して追従するように弾性変形する。したがって、リップ部112に摩耗が発生した場合であっても、回転軸200に対するリップ部112の摺動面112aの面圧が安定する。
<パッキンの重ね合わせ>
さらに、図5を参照して、パッキンの重ね合わせ構成について説明する。図5は、本実施例に係る密封構造を示す模式的断面図であって、パッキン付近の拡大図である。
図5に示すように、本実施例に係る密封構造は、パッキン110に加えて、パッキン110よりも反密封流体側に重ね合わせて、断面が略V字形状の第二パッキン部材としてのパッキン(以下、Vパッキン)150を有する。Vパッキン150は、回転軸200の外
周面に対して摺動可能な回転軸側摺動面150aと、ハウジング300の内周面に対して接触するハウジング側接触面150bと、密封流体側から反密封流体側に向かうにつれて拡径する傾斜面150cを有する傾斜部を備える。
上述したように、図4中の力Wがパッキン110の傾斜面112bに加わることによって、摺動面112aが回転軸200に対して密着するようにリップ部112が弾性変形する。パッキン110のリップ部112が弾性変形することにより、パッキン110の傾斜面112cに面するVパッキン150の傾斜面150cに力が加わる。その力によって、回転軸側摺動面150aが回転軸200に対して密着するようにVパッキン150が弾性変形する。
このように、パッキン110のリップ部112が弾性変形することに伴って、Vパッキン150も弾性変形するため、回転軸200に対する密封性がより向上する。このように、複数のパッキンを重ね合わせて用いることにより、密封性を向上させることができることがVパッキンの有用な点である。本実施例では、パッキン110と1つのVパッキン150を用いたが、これに限られることはなく、用途に合わせて、重ね合わせるVパッキンの数を調整すると良い。なお、流体圧力Pが高まるにつれて、回転軸200に対するリップ部の摺動面の面圧は高まり、パッキンの密封性は向上する。
<本実施例の優れた点>
次に、本実施例の優れた点について説明する。本実施例のような、回転軸200と、回転軸200が挿通される軸孔310を有するハウジング300との間の環状隙間を密封す
る密封装置100において、回転軸200の偏芯が生じてしまうと、回転軸200に対するリップ部112の摺動面112aの面圧が不安定になってしまう。そこで、本実施例の密封装置100は、回転軸200の偏芯を抑制する機能を発揮させている。
回転軸200の偏芯が生じると、アダプタ120は、リップ部112を介して反密封流体側から密封流体側に、回転軸200の軸方向に対して傾くように押される。しかしながら、周方向にスプリング部材130が複数設けられる本実施例の構成によると、アダプタ120のうち反密封流体側から密封流体側に押される力が大きい箇所ほど、スプリングの押し込み量が多くなり、密封流体側から反密封流体側に押し返すスプリング部材130の弾性力が大きくなる。そのため、アダプタ120の傾きが抑制される。その結果、回転軸200の偏芯を抑制することができ、回転軸200に対するリップ部112の摺動面112aの面圧が安定する。
さらに、本実施例のパッキン110は、フック113を有することによりハウジング300側で固定されるため、スプリング部材130の弾性力や流体圧力によるパッキン110にかかる荷重が大きい場合であっても、パッキン110とハウジング300の相対位置は変化しにくい。また、回転軸200の軸方向における伸縮や往復動が起こった場合であっても、パッキン110は回転軸200の動きに追従しないため、パッキン110とハウジング300との相対位置が変化しにくい。
本実施例においては、パッキン110が径方向固定部113aを有し、ハウジング300が径方向保持部330aを有することにより、パッキン110が軸方向に過剰に押し込まれることがなく、適正な密封性を維持することができる。また、パッキン110が軸方向固定部113bを有し、ハウジング300が軸方向保持部330bを有することにより、パッキン110の内径方向の収縮を抑制することができ、回転軸200の外周面との間に隙間ができにくい。また、パッキン110から回転軸200に対して内径方向に締め付け力を維持できるため、回転軸200を同じ位置に保持し、偏芯を抑制することができる。このようにパッキン110とハウジング300との相対位置が変化しにくいため、パッキン110の過大摩耗や、流体漏れが生じにくい。
100 密封装置
110 パッキン
111 環状溝
112 リップ部
112a 摺動面
112b 傾斜面
112c 傾斜面
113 フック
113a 径方向固定部
113b 軸方向固定部
120 アダプタ
120b 傾斜面
121 スプリング穴
130 スプリング部材
150 Vパッキン
152 リップ部
152a 摺動面
152b 傾斜面
200 回転軸
300 ハウジング
310 軸孔
320 密封流体側抑え板
330 反密封流体側抑え板
330a 径方向保持部
330b 軸方向保持部
331 環状溝
350 短ボルト
360 長ボルト

Claims (1)

  1. 回転軸と、前記回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間に設けられて密封流体を密封する密封装置であって、
    前記密封装置は、パッキンと、押圧部材としてのアダプタと、前記アダプタに対して密封流体側から反密封流体側に弾性力を加えるスプリング部材と、前記ハウジングに固定される密封流体側抑え板及び反密封流体側抑え板と、を有し、
    前記パッキンは、環状溝を有する環状の部材であって、前記回転軸側に、密封流体側から反密封流体側に向かうにつれて拡径する傾斜面を有するリップ部と、前記ハウジング側に、固定部としてのフックと、を備え、
    前記リップ部は、前記回転軸の外周面に対して摺動可能な摺動面と前記傾斜面を備え、
    前記フックは、ハウジング側に延びる部材であって、前記回転軸の径方向に延びる径方向固定部と、前記回転軸の軸方向に延びる軸方向固定部とを有しており、
    前記アダプタは、前記パッキンの前記環状溝に沿って嵌まる形状を有する環状の部材であって、前記パッキンよりも密封流体側に設けられ、前記リップ部の前記傾斜面を押圧することにより前記摺動面が前記回転軸の外周面に密着するように前記パッキンを弾性変形させ、
    前記反密封流体側抑え板は、前記パッキンに形成された前記フックの固定部を保持する保持部を備えており、該保持部は前記径方向固定部を保持する径方向保持部と前記軸方向固定部を保持する軸方向保持部とを有しており、
    前記パッキンは前記密封流体側抑え板と前記反密封流体側抑え板によって前記フックが挟まれるように設けられており、
    前記密封流体側抑え板及び前記反密封流体側抑え板は互いに固定され、且つ共に前記ハウジングに固定されている、
    ことを特徴とする密封装置。
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