JP6128596B2 - 密封装置 - Google Patents

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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