JP6279236B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、回転軸と、この回転軸を包囲するハウジングとの間を密封するための密封装置に関する。

従来より、例えば風力発電機には、回転翼が受けた風力エネルギーを高圧の油圧エネルギーに変換する油圧ポンプを備えるものがある。この油圧ポンプには油圧モータが接続されており、油圧モータの回転軸とこの回転軸を包囲するハウジングとの間には密封装置が設けられている。
上記密封装置は、合成ゴム等の弾性素材によって環状に形成されているとともに前記回転軸との間を密封するシールリップを有するシール部材を備えている。このシール部材は、回転軸に対して容易に着脱することができるように、両端面同士を突き合わせて環状に形成された有端環状のシールゴムにより構成されている。シール部材は、前記ハウジングに軸方向に挟持されて取り付けられ、回転軸の外周面とハウジングとの間の環状空間を密封する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２１４５３２号公報

上記密封装置のシール部材は、有端環状に形成されているため、無端環状のシール部材に比べて密封性能が低い。特に、回転軸とハウジングとの間の密封空間に内圧が負荷された場合には、シール部材の両端面同士の間から密封流体が外部側に漏洩するのを促進してしまうことになる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、有端環状のシール部材により密封された密封空間に内圧が負荷された場合であっても、密封流体が外部側に漏洩するのを効果的に抑制することができる密封装置を提供することを目的とする。

本発明の密封装置は、回転軸と、この回転軸を包囲しているハウジングとの間を密封する密封装置であって、前記ハウジングの内部側の密封流体が外部側へ漏洩するのを抑制するために前記回転軸の外周面に摺接する第１シールリップを有し、両端面同士を突き合わせた状態で前記ハウジングの内周面に内嵌されている有端環状の第１シール部材と、前記第１シールリップよりも前記外部側において前記回転軸の外周面に摺接する第２シールリップを有し、両端面同士を突き合わせた状態で前記ハウジングの内周面に内嵌されている有端環状の第２シール部材と、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間において前記ハウジングの内周面に内嵌され、前記第１シール部材よりも内部側の密封空間に内圧が負荷されたときに前記第１シールリップを前記内圧に抗するように支持するバックアップリングと、を備え、前記バックアップリングには、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間の環状空間に潤滑油を供給するための供給孔と、前記環状空間内に供給された前記潤滑油を排出するための排出孔とが、前記回転軸の軸線と直交しその回転軸の中心を通る直線上に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、有端環状の第１シール部材の外部側に有端環状の第２シール部材が配置されているため、ハウジングの内部側の密封流体が第１シール部材の外部側に漏洩しても、この漏洩した密封流体を第２シール部材によってさらに外部側に漏洩するのを抑制することができる。また、ハウジングの内周面に内嵌されたバックアップリングによって、第１シール部材よりも内部側の密封空間に内圧が負荷されたときに第１シールリップを前記内圧に抗するように支持することができるため、この内圧が負荷された場合であっても、第１シール部材の両端面同士の間から密封流体が外部側に漏洩するのを効果的に抑制することができる。

前記バックアップリングには、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間の環状空間に潤滑油を供給するための供給孔と、前記環状空間内に供給された前記潤滑油を排出するための排出孔とが互いに周方向に離れた位置に形成されていることが好ましい。
この場合、第１シール部材と第２シール部材との間の環状空間に潤滑油を供給することで、第２シール部材の第２シールリップと回転軸の外周面との間を潤滑することができる。これにより、第２シールリップの摩耗を低減することができる。

前記密封装置は、前記第２シールリップの前記回転軸の外周面に対する締め代が、前記第１シールリップの前記回転軸の外周面に対する締め代よりも小さいのが好ましい。
この場合、第２シールリップが回転軸に摺接することに起因して回転軸の回転トルクが上昇するのを効果的に低減することができる。

本発明によれば、有端環状のシール部材により密封された密封空間に内圧が負荷された場合であっても、密封流体が外部に漏れるのを効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る密封装置を示す断面図である。 上記密封装置の第１シール部材を示す側面図である。 上記密封装置の第２シール部材を示す側面図である。 上記密封装置を用いた場合における密封流体の漏洩量と密封空間の内圧との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の一実施形態に係る密封装置を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態における密封装置１は、風力発電機において回転翼が受けた風力エネルギーを高圧の油圧エネルギーに変換する油圧ポンプに接続された油圧モータに用いられるものである。密封装置１は、前記油圧モータにおけるハウジングＨの開口部ｈ１と、ハウジングＨの開口部ｈ１から突出している回転軸Ｓとの間に設けられている。

ハウジングＨの内部側Ａには、回転軸Ｓを回転自在に支持するための軸受装置等が収納されている。軸受装置はオイル（密封流体）によって潤滑されている。密封装置１は、回転軸Ｓの外周面ｓ１と、ハウジングＨの開口部ｈ１との間を密封しており、ハウジングＨの内部側Ａのオイル（密封流体）が外部側Ｂへ漏洩するのを抑制するとともに、水分や塵埃等の異物が外部側Ｂから内部側Ａへ侵入するのを抑制している。なお、図１に示している密封装置１は、ハウジングＨの開口部ｈ１と回転軸Ｓとの間に装着される前である変形前の自然状態を示している。

密封装置１は、ハウジングＨの端部に形成された密封装置１を装着するための装着部２に装着されている。密封装置１は、第１シール部材３と、第１シール部材３に対して外部側Ｂに所定間隔をあけて配置された第２シール部材４と、第１シール部材３と第２シール部材４との間に配置されたバックアップリング５とを備えている。第１シール部材３及び第２シール部材４は、フッ素ゴム等の弾性素材により形成されている。バックアップリング５は、圧延鋼材（ＳＳ４００）等の金属材料により形成されている。

図２は、第１シール部材３の外部側Ａの側面図である。また、図３は、第２シール部材４の外部側Ａの側面図である。図２に示すように、第１シール部材３は、両端面３ａ，３ｂ同士を突き合わせた状態で装着部２に装着されている。図３に示すように、第２シール部材４は、第１シール部材３と同様に、両端面４ａ，４ｂ同士を突き合わせた状態で装着部２に装着されている。第１シール部材３の両端面３ａ，３ｂ同士の突き合わせ部、及び第２シール部材４の両端面４ａ，４ｂ同士の突き合わせ部は、内部側Ａのオイルが外部側Ｂに漏洩するのを極力抑制するために、いずれも装着部２の周方向上側（１２時の位置）に配置されている。

図１に示すように、ハウジングＨの端部に設けられている装着部２は、ハウジングＨの端面ｈ２に対して軸方向に段差を形成する段差面２ｂと、端面ｈ２と段差面２ｂとを繋ぐ内周面２ａとによって構成されている。また、ハウジングＨの端面ｈ２には、環状の固定部材９が複数のボルト１０によって固定されている。固定部材９は、第１及び第２シール部材３，４を装着部２に固定するための部材であり、段差面２ｂに対して対向配置されている。

第１シール部材３は、装着部２の内周面２ａに内嵌されている環状の第１シール本体３１と、第１シール本体３１に一体に形成され回転軸Ｓの外周面ｓ１に摺接する第１シールリップ３２とを有している。第１シール本体３１は、装着部２の段差面２ｂに当接しており、この段差面２ｂとバックアップリング５との間で軸方向に挟持して固定されている。

第１シールリップ３２は、第１シール本体３１の径方向内端部から径方向内方かつ内部側Ａに延びて回転軸Ｓの外周面ｓ１に摺接している。第１シールリップ３２の外周面側には、当該第１シールリップ３２を径方向内方に押圧して密封性を高めるための第１ガータスプリング６が装着されている。本実施形態では、第１シールリップ３２の回転軸Ｓの外周面ｓ１に対する締め代は、例えば約２．４ｍｍに設定されている。

第２シール部材４は、装着部２の内周面２ａに内嵌されている環状の第２シール本体４１と、第２シール本体４１に一体に形成され回転軸Ｓの外周面ｓ１に摺接する第２シールリップ４２とを有している。第２シール本体４１は、固定部材９の固定面９ａに当接しており、この固定面９ａとバックアップリング５との間で軸方向に挟持して固定されている。

第２シールリップ４２は、第２シール本体４１の径方向内端部から径方向内方かつ内部側Ａに延びており、第１シールリップ３２よりも外部側Ｂにおいて回転軸Ｓの外周面ｓ１に摺接している。第２シールリップ４２の外周面側には、当該第２シールリップ４２を径方向内方に押圧して密封性を高めるための第２ガータスプリング７が装着されている。第２シールリップ４２の回転軸Ｓの外周面ｓ１に対する締め代は、第１シールリップ３２の回転軸Ｓの外周面ｓ１に対する締め代より小さく設定されている。本実施形態では、第２シールリップ４２の回転軸Ｓの外周面ｓ１に対する締め代は、例えば約２．０ｍｍに設定されている。

バックアップリング５は、第１シール部材３よりも内部側Ａの密封空間に内圧が負荷されたときに第１シールリップ３２を前記内圧に抗するように支持するものである。バックアップリング５は、無端環状に形成されており、装着部２の内周面２ａに内嵌されている環状のリング本体５１と、リング本体５１の径方向内端部に一体に形成された環状の当接部５２とを有している。リング本体５１の内部側Ａの端面５１ａは第１シール本体３１の外部側Ｂの端面に当接し、リング本体５１の外部側Ｂの端面５１ｂは第２シール本体４１の内部側Ａの端面に当接している。

バックアップリング５の当接部５２は、リング本体５１の内部側Ａにおける径方向内端部から径方向内方に延びて形成されている。当接部５２の内部側Ａの端面には、その径方向外端から第１シールリップ３２の外部側Ｂの側面に沿って径方向内方かつ内部側Ａに延びる当接面５２ａが形成されている。当接部５２の内周面５２ｂは、回転軸Ｓの外周面ｓ１に当接しないように、当該外周面ｓ１よりも大径に形成されている。

バックアップリング５のリング本体５１には、第１シール部材３と第２シール部材４との間の環状空間に潤滑油を供給するための供給孔５１ｃと、前記環状空間内に供給された潤滑油を外部へ排出するための排出孔５１ｄとが、互いに周方向に１８０度離れた位置に形成されている。供給孔５１ｃ及び排出孔５１ｄは、いずれもリング本体５１を径方向に貫通して形成されている。また、供給孔５１ｃは装着部２の周方向上側（１２時の位置）に配置され、排出孔５１ｄは装着部２の周方向下側（６時の位置）に配置されている。

ハウジングＨには、供給孔５１ｃの径方向外側と連通する供給路ｈ３と、排出孔５１ｄの径方向外側と連通する排出路ｈ４とが形成されている。これにより、潤滑油は供給路ｈ３から供給孔５１ｃを介して前記環状空間に供給され、環状空間内の潤滑油は、排出孔５１ｄを介して排出路ｈ４に排出されるようになっている。

次に、上記実施形態に係る密封装置１の効果を検証するために、本発明者らが行った検証試験の結果について説明する。この検証試験では、第１シール部材３よりも内部側Ａの密封空間に内圧を負荷したときに、ハウジングＨの排出路ｈ４から外部に排出されたオイルの排出量、つまり前記密封空間内のオイルが第１シール部材３から漏洩した漏洩量を測定した。なお、第１シール部材３は、第１シールリップ３２先端の摺接部における軸方向の摩耗幅が約２．５ｍｍ、約３．０ｍｍ、約３．５ｍｍ及び約４．０ｍｍの４種類を用いて、それぞれ検証試験を行った。

下記表１は、オイルの漏洩量に関する検証試験の試験結果を示している。表１に示すように、第１シール部材３の摩耗幅が約２．５ｍｍの場合は、密封空間の内圧を１．０ｂａｒにしてもオイルは漏洩しなかったが、第１シール部材３の摩耗幅が約３．０ｍｍ以上になると、オイルの漏洩が確認された。

図４は、上記表１のオイルの漏洩量と内圧との関係を示すグラフである。図４に示すように、内圧を負荷した初期段階では、その内圧によってオイルの漏洩量は若干増加しているが、内圧が０．２ｂａｒ又は０．４ｂａｒを超えると、内圧が大きくなるに従ってオイルの漏洩量は減少している。以上の試験結果により、第１シール部材３の外部側に配置されたバックアップリング５により、密封空間に負荷された内圧を受けることで、オイルの漏洩量を抑制できているのが分かる。なお、上記初期段階で漏洩したオイルは第２シール部材４によって外部側Ｂに漏洩するのを抑制することができる。

以上、本実施形態の密封装置１によれば、有端環状の第１シール部材３の外部側Ｂに有端環状の第２シール部材４が配置されているため、ハウジングＨの内部側Ａの密封流体（オイル）が第１シール部材３の外部側Ｂに漏洩しても、この漏洩した密封流体を第２シール部材４によってさらに外部側Ｂに漏洩するのを抑制することができる。また、ハウジングＨの内周面２ａに内嵌されたバックアップリング５によって、第１シール部材３よりも内部側Ａの密封空間に内圧が負荷されたときに第１シールリップ３２を前記内圧に抗するように支持することができるため、この内圧が負荷された場合であっても、第１シール部材３の両端面３ａ，３ｂ同士の間から密封流体が外部側Ｂに漏洩するのを効果的に抑制することができる。

バックアップリング５には、第１シール部材３と第２シール部材４との間の環状空間に潤滑油を供給するための供給孔５１ｃと、前記環状空間内に供給された潤滑油を排出するための排出孔５１ｄとが互いに周方向に離れた位置に形成されているため、供給孔５１ｃから第１シール部材３と第２シール部材４との間の環状空間に潤滑油を供給することで、第２シール部材４の第２シールリップ４２と回転軸Ｓの外周面ｓ１との間を潤滑することができる。これにより、第２シールリップ４２の摩耗を低減することができる。

第２シールリップ４２の回転軸Ｓの外周面ｓ１に対する締め代が、第１シールリップ３２の回転軸Ｓの外周面ｓ１に対する締め代よりも小さいため、第２シールリップ４２が回転軸Ｓに摺接することに起因して回転軸Ｓの回転トルクが上昇するのを効果的に低減することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく適宜変更して実施可能である。例えば、上記実施形態の密封装置１は、ハウジングＨの装着部２に直接的に取り付けた場合を示したが、ハウジングＨの内周面２ａに嵌合固定された環状部材を介してハウジングＨに取り付けるようにしても良い。

１：密封装置、２ａ：内周面、３：第１シール部材、４：第２シール部材、３２：第１シールリップ、４２：第２シールリップ、５１ｃ：供給孔、５１ｄ：排出孔、Ａ：内部側、Ｂ：外部側、Ｈ：ハウジング、Ｓ：回転軸、ｓ１：外周面

Claims (2)

1. 回転軸と、この回転軸を包囲しているハウジングとの間を密封する密封装置であって、
   前記ハウジングの内部側の密封流体が外部側へ漏洩するのを抑制するために前記回転軸の外周面に摺接する第１シールリップを有し、両端面同士を突き合わせた状態で前記ハウジングの内周面に内嵌されている有端環状の第１シール部材と、
   前記第１シールリップよりも前記外部側において前記回転軸の外周面に摺接する第２シールリップを有し、両端面同士を突き合わせた状態で前記ハウジングの内周面に内嵌されている有端環状の第２シール部材と、
   前記第１シール部材と前記第２シール部材との間において前記ハウジングの内周面に内嵌され、前記第１シール部材よりも内部側の密封空間に内圧が負荷されたときに前記第１シールリップを前記内圧に抗するように支持するバックアップリングと、を備え、
   前記バックアップリングには、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間の環状空間に潤滑油を供給するための供給孔と、前記環状空間内に供給された前記潤滑油を排出するための排出孔とが、前記回転軸の軸線と直交しその回転軸の中心を通る直線上に形成されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記第２シールリップの前記回転軸の外周面に対する締め代が、前記第１シールリップの前記回転軸の外周面に対する締め代よりも小さい請求項１に記載の密封装置。

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