JP6373604B2 - 水中機器の軸封装置およびこれを備えた水中機器 - Google Patents

Description

本発明は、ケーシングから回転軸が水中に突出している水中機器において、外水がケーシングと回転軸との間からケーシングの内部に浸入することを防ぐ水中機器の軸封装置およびこれを備えた水中機器に関するものである。

海流発電装置のように、海水中に水没するように設置された水中機器では、機器の本体を構成するケーシングから回転軸が海水中に突出しており、ケーシングと回転軸との間からの浸水を防ぐ軸封装置（メカニカルシール）が設けられている。この軸封装置は、回転軸がケーシングに対して軸方向に微動しながら回転することを許容しつつ、ケーシングと回転軸との間から海水がケーシング内部に浸入することを防止するものである。その一例として、特許文献１に開示されているメカニカルシールが知られている。

特許文献１に開示されている軸封装置（メカニカルシール１６）は、同文献の図２に示されるように、回転軸１８と一体に回転する回転環２４と、ケーシング４０側に固定されている固定環２６と、コイルばね２８とを備えており、コイルばね２８の付勢力によって回転環２４を固定環２６側に押圧しながら、回転環２４と固定環２６との間を相対摺動させることにより、回転軸１８の外周に沿って設けられた液体封入室２０と、この液体封入室２０より外周側に設けられたパージ液室２２との間を液密にシールしている。

回転環２４は、回転軸１８との間にＯリングを介して装着されており、固定環２６は、ケーシング４０（固定環受け３０）との間にＯリング３２を介して装着されている。回転環２４と固定環２６との間の密封端面３４においては、回転環２４の幅（面積）が固定環２６の幅（面積）よりも小さくされており、これによって回転環２４と固定環２６との間の接触面圧を高めてシール性を良好に保つようになっている。

そして、ケーシング４０には、パージ液をパージ液室２２内に噴出させるパージ液流入路４２と、噴出されたパージ液を排出するパージ液排出路４４とが形成されている。パージ液流入路４２は、回転環２４の端面の幅が狭いことから固定環２６との間に形成される段差部分にパージ液を噴射し、この段差部分に異物Ａが堆積することを防止する。このため、異物Ａが密封端面３４に噛み込むことによるシール性の低下が回避される。

特開２００３−２７８９２０号公報

しかしながら、特許文献１のメカニカルシールでは、パージ液を噴射するパージ液流入路４２がケーシング４０の円周方向の１箇所にしか設けられていないため、パージ液流入路４２から周方向に離れた位置においては異物Ａの堆積を防ぎきれない懸念がある。特に、このメカニカルシールを海流発電装置に適用した場合には、回転軸１８の回転速度が例えば毎分１０回転程度と非常に低速であるため、ケーシング４０と回転軸１８との間の空間（パージ液室２２）における流れが穏やかなものとなり、異物Ａが堆積しやすい環境となるため、異物Ａの堆積を確実に防止することができない。また、パージ液流入路４２を複数本設けるのはケーシング４０の構造の複雑化を招き、製造を困難にしてしまう。

しかも、特許文献１のメカニカルシールを海流発電装置や海水ポンプ等の水中機器に適用した場合には、海水中に生息している微細な水中生物が、回転環２４と回転軸１８との間に介装されているＯリングの摺動面や、固定環２６とケーシング４０（固定環受け３０）との間に介装されているＯリング３２の摺動面に付着して堆積しやすい。この位置はパージ液流入路４２から噴射されるパージ液が回転環２４や固定環２６によって遮蔽されてしまうため、水の流れが滞りやすく、異物や水中生物等の堆積を抑止し難い。このようにＯリングの摺動面に水中生物が堆積してしまうと、Ｏリングの摺動面が粗くなって回転環２４や固定環２６の軸方向への動きが阻害され、回転環２４と固定環２６との間の密着性が低下し、シール性が損なわれる懸念がある。

なお、Ｏリングのように摺動しながらシールするシール部材に代えて、ベローズ（蛇腹ゴム）のように伸縮式のシール部材を用いたとしても、上述のような海洋生物がベローズの表面に付着し、堆積することによってベローズの伸縮性を劣化させてしまう。このため、Ｏリングを用いた場合と同様に回転環２４や固定環２６の軸方向への動きが阻害されてシール性が損なわれる懸念がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により、シール部材に異物や水中生物等が付着・堆積することを防止し、良好なシール性能を得ることができる水中機器の軸封装置およびこれを備えた水中機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る水中機器の軸封装置は、ケーシングと、該ケーシングから水中に突出する回転軸との間からの浸水を防ぐ水中機器の軸封装置であって、前記回転軸とともに回転する回転環と、前記ケーシング側に嵌合されて前記回転環と同軸的に、且つ軸方向に隣接して配置された固定環と、前記固定環を前記回転環側に押圧して前記固定環と前記回転環との間の密封端面を密着させる付勢部材と、前記ケーシングと前記固定環との間をシールするシール部材と、前記ケーシングと前記回転軸との間に設けられたフラッシング通路と、異物を排出するフラッシング水を前記フラッシング通路に供給するフラッシング水供給通路と、前記回転軸の軸心線を螺旋中心として前記シール部材の表面に対向する螺旋状の凹凸部を有し、前記フラッシング通路内において、前記フラッシング水を前記シール部材の表面に沿うように案内する螺旋案内部材と、を具備してなることを特徴とする。

この水中機器の軸封装置によれば、ケーシングと回転軸との間に設けられたフラッシング通路に、フラッシング水供給通路からフラッシング水が供給される。このフラッシング水は、螺旋案内部材の凹凸部により、ケーシングと固定環との間に設けられたシール部材の表面の全周に沿うように流れてから外部に排出される。このため、シール部材の近傍で水流が滞ることがなく、外部の海水中に含まれる異物や微細な水中生物等がシール部材の表面や摺動面に付着・堆積できなくなる。これにより、シール部材の伸縮性や摺動性が阻害されることが防止され、良好なシール性能を得ることができる。

螺旋案内部材を設けたことにより、フラッシング水供給通路から供給されるフラッシング水をシール部材の全周の表面に万遍なく流してシール部材の表面に水流の停滞部が発生することを防止できる。
フラッシング水供給通路の数は、螺旋案内部材によってフラッシング水をシール部材の全周に万遍なく流すことができる必要最小限の数でよい。このため、軸封装置の構造を簡素に保ちつつ、シール部材に異物や水中生物等が付着・堆積することを防止し、良好なシール性能を得ることができる。

なお、例えば回転軸に羽根部材（プロペラ等）を回転一体に設けてフラッシング水をシール部材の周囲に案内することも考えられるが、径方向の寸法が大きくなりがちな羽根部材を用いることにより、回転軸回りに大きなスペースを割く必要が生じ、軸封装置のコンパクト性が損なわれてしまう。また、径の大きな羽根部材を回転させることによって回転軸の駆動力にロスが発生したり、回転バランスが狂って振動が発生したりする懸念もある。

このため、本発明のように、螺旋案内部材を用いてフラッシング通路内におけるフラッシング水を螺旋方向に案内してシール部材の全周に案内する構造の方が、コンパクト性やメンテナンス性の面で有利である。特に、軸封装置の径を小さくして水中機器のケーシング（ナセル）の径方向寸法を小さくし、水流抵抗を低下させて性能向上を図ることができる。

前記構成において、前記螺旋案内部材を、その前記凹凸部が前記回転環と前記固定環とが密着する前記密着端面の位置に対向するように設けてもよい。これにより、フラッシング通路内においてフラッシング水が螺旋案内部材の凹凸部によって回転環と固定環との密着端面の位置まで誘導されてから外部に排出される。このため、密着端面の近傍で水流が滞ることがなくなり、海水中に含まれる水中生物等の異物が回転環と固定環との密着端面付近に付着・堆積できなくなる。これにより、異物が密着端面に噛み込むことを防止して良好なシール性能を得ることができる。

前記構成において、前記シール部材よりも下流側で前記フラッシング通路に連通し、前記フラッシング水の排水方向に追加フラッシング水を流す追加フラッシング通路をさらに設けてもよい。

このような追加フラッシング通路を設けることにより、フラッシング水供給通路の流れが圧損増大等により万一悪くなったとしても、追加フラッシング通路から供給される追加フラッシング水がフラッシング通路を下流側に流れることができる。このため、外水がフラッシング通路を逆流してシール部材側に流れることを防止し、シール部材に異物や水中生物等が付着・堆積することを防止し、良好なシール性能を維持することができる。

前記構成において、前記螺旋案内部材は前記回転軸に一体に設けてもよい。こうすれば、回転軸の回転と共に螺旋案内部材が一体回転するため、ネジポンプ作用によりフラッシング通路内のフラッシング水が下流側（外部側）に流される。このため、螺旋案内部材をケーシング等の固定部材側に固定して設けた場合に比べ、フラッシング通路内のフラッシング水を速い流速で積極的に下流側に流すことができる。したがって、シール部材の近傍に水流の停滞部が発生することをより確実に抑制し、シール部材に異物が付着することを効果的に防いで良好なシール性能を得ることができる。

前記構成において、前記回転軸と共に回転して前記シール部材の表面を払拭する払拭部材をさらに設けてもよい。

このような払拭部材を設けることにより、回転軸の回転と共に払拭部材も回転し、シール部材の表面を払拭する。このため、シール部材の表面に異物や水中生物等が付着・堆積することを防止し、良好なシール性能を維持することができる。

前記構成において、前記シール部材は、軸方向に伸縮可能な折り目の無いベローズ状であり、その軸方向の両端部が、それぞれ前記フラッシング水の流れに対して段差が生じないように前記ケーシングおよび前記固定環に接続されていることが好ましい。

これにより、シール部材の近傍でフラッシング水の流れが滞りにくくなるため、シール部材の表面に異物や水中生物等が付着・堆積することを防止し、良好なシール性能を維持することができる。

また、本発明に係る水中機器は、前記のいずれかの態様の軸封装置を備えたことを特徴とするため、簡易な構成により、シール部材に異物や水中生物等が付着・堆積することを防止し、良好なシール性能を得ることができる。

以上のように、本発明に係る水中機器の軸封装置およびこれを備えた水中機器によれば、ケーシングと回転軸との間に設けられたフラッシング通路内に螺旋案内部材を設け、この螺旋案内部材によってフラッシング水をシール部材の表面に沿うように案内するという簡易な構成により、シール部材に異物や水中生物等が付着・堆積することを防止し、良好なシール性能を得ることができる。

本発明に係る軸封装置を適用可能な水中機器の一例を示す海流発電装置の側面図である。 図１のII部を拡大した軸封装置の縦断面図である。 本発明の第１実施形態を示す軸封装置の縦断面図である。 本発明の第２実施形態を示す軸封装置の縦断面図である。 本発明の第３実施形態を示す軸封装置の縦断面図である。 本発明の第４実施形態を示す軸封装置の縦断面図である。 螺旋案内部材と払拭部材とを示す側面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る軸封装置を適用可能な水中機器の一例を示す海流発電装置の側面図である。この海流発電装置１は、海底に埋設された複数の係留ブロック２に係留索３で係留されて海中に保持される流線型のケーシング５と、海流の方向に対してケーシング５の後部側に軸支されたプロペラ６とを備えている。ケーシング５の内部にはプロペラ軸７（回転軸）が軸受部８，９により軸支されており、このプロペラ軸７はケーシング５の後端部から外部（海水中）に突出し、その突出部にプロペラ６が装着されている。

ケーシング５の内部には、プロペラ軸７によって駆動される発電機１１と、プロペラ軸７の回転を制動する制動部１２と、軸封装置１３と、軸封装置１３にオイルを供給する油圧ポンプ１４等の機器類が内蔵されている。プロペラ６が海流を受けて回転すると、プロペラ軸７が回転し、発電機１１が駆動されて発電が行われる。その際に、軸封装置１３によってケーシング５とプロペラ軸７との間から海水がケーシング５の内部に浸入することが阻止され、ケーシング５内部のシール性が保たれる。

軸封装置１３はケーシング５の後端部に設けられており、ケーシング５から水中に突出するプロペラ軸７のシールを行う部分である。図２は図１のII部を拡大した軸封装置１３の縦断面図である。ケーシング５には、プロペラ軸７の後端部付近が遊挿されて外部に通じる軸穴１６が形成されており、この軸穴１６の中間部、即ち外部と図１に示す軸受部８との間に、所定の内容積を持つ液圧室１７が形成されている。この液圧室１７には、油圧ポンプ１４からオイル供給通路１８を経てオイルが圧送される。このオイルの圧力は、ケーシング５の外部の海水圧よりも高い圧力に設定されている。

プロペラ軸７には、液圧室１７の内部に位置する回転フランジ２１が一体に回転するように設けられ、この回転フランジ２１の両面に一対の回転環２２Ａ，２２ＢがＯリング２３を介して嵌合されている。各回転環２２Ａ，２２Ｂはプロペラ軸７を囲む環状であり、ドッグ嵌合部２４を介して回転フランジ２１に嵌合することで回転フランジ２１およびプロペラ軸７と一体に回転する。各回転環２２Ａ，２２Ｂは、回転フランジ２１およびプロペラ軸７と共にケーシング５に対して若干量（例えば数ミリ）だけ軸方向に移動することができる。

一方、ケーシング５側には一対の固定環２６Ａ，２６Ｂが設けられている。この固定環２６Ａ，２６Ｂもプロペラ軸７を囲む環状であり、軸穴１６と同軸的にケーシング５に形成された摺動穴２７の内部に軸方向に摺動自在に挿入されることにより、回転環２２Ａ，２２Ｂと同軸的に配置されている。回転環２２Ａ，２２Ｂと固定環２６Ａ，２６Ｂとは、それぞれプロペラ軸７の軸方向に直交する端面同士が対向して密着しており、この部分が密着端面Ｓとなっている。

固定環２６Ａ，２６Ｂは、それぞれスプリング２８Ａ，２８Ｂ（付勢部材）によって回転環２２Ａ，２２Ｂ側に押圧され、これによって密着端面Ｓの間が圧迫される。この密着端面Ｓにおいては、固定環２６Ａ，２６Ｂの接触面幅が、回転環２２Ａ，２２Ｂの接触面幅よりも小さくされることにより、両部材間の接触面圧が高められてシール性が良好に保たれるようになっている。

ケーシング５と固定環２６Ａ，２６Ｂとの間にはシール部材３１Ａ，３１Ｂが介装されており、ケーシング５と固定環２６Ａ，２６Ｂとの間がシールされている。このシール部材３１Ａ，３１Ｂは、ゴムや軟質樹脂等の可撓性材料によって形成された、軸方向に伸縮可能な折り目の無いベローズ状（スリーブ状）であることが好ましい。

また、液圧室１７の内部において、ケーシング５とプロペラ軸７との間にフラッシング通路３２が設けられている。このフラッシング通路３２は、例えば固定環２６Ａ，２６Ｂがスライド自在に嵌合される摺動穴２７における固定環２６Ａ，２６Ｂおよびシール部材３１Ａ，３１Ｂの内周側の領域とされており、軸穴１６に連通している。

さらに、回転フランジ２１に対して後側（海水側）のフラッシング通路３２にフラッシング水を供給するフラッシング水供給通路３３が設けられている。このフラッシング水供給通路３３は、ケーシング５の内部を貫通する１本の通路として形成されており、固定環２６Ａ側のシール部材３１Ａの後方でフラッシング通路３２に連通している。シール部材３１Ａは、その軸方向の両端部が、それぞれフラッシング水供給通路３３から供給されるフラッシング水の流れに対して段差が生じないようにケーシング５および固定環に接続されている。

フラッシング水供給通路３３の他端は図示しない取水ポンプに接続されており、この取水ポンプによって外部から取水され、フィルターで水中生物等の異物を濾過された海水がフラッシング水として矢印で示すようにフラッシング水供給通路３３からフラッシング通路３２に供給される。フラッシング水の供給圧力はケーシング５の外部の海水圧よりも高く設定されるため、フラッシング通路３２内に供給されたフラッシング水は軸穴１６を通ってケーシング５の外部に流れて排出される。
なお、フラッシング通路３２に供給されたフラッシング水を図示しない吸込ポンプによって排出するようにしてもよい。

このようにフラッシング通路３２にフラッシング水が供給されることにより、外部の海水中に含まれる異物が軸穴１６から軸封装置１３に到達することが防止される。このため、海水中に含まれる異物が、特に海水側に配置されたシール部材３１Ａの表面や、固定環２６Ａと回転環２２Ａとの間の密着端面Ｓ、および回転環２２Ａと回転フランジ２１との間の摺動部等に付着して堆積することが阻止される。これにより、シール部材３１Ａの伸縮性や摺動性が阻害されることが防止され、回転環２２Ａの軸方向の動きに対する固定環２６Ａの追従性が確保されて良好なシール性能が得られる。

プロペラ軸７は、回転すると同時に、海流の変動等の運転条件の変化によって軸方向に数ミリ移動することがある。例えば、図２中においてプロペラ軸７が機内側に移動したとすると、回転フランジ２１と回転環２２Ａ，２２Ｂとが機内側に移動し、固定環２６Ａを回転環２２Ａ側に押圧しているスプリング２８Ａが伸び、固定環２６Ｂを回転環２２Ｂ側に押圧しているスプリング２８Ｂが縮む。同時に、ベローズ状のシール部材３１Ａ，３１Ｂが伸縮し、固定環２６Ａ，２６Ｂが回転環２２Ａ，２２Ｂの動きに追従するため、密着端面Ｓが離間せずに密着した状態に保たれる。

固定環２６Ａと回転環２２Ａとの間の密着端面Ｓ、および回転環２２Ｂと固定環２６Ｂとの間の密着端面Ｓには、液圧室１７に圧送されたオイルが供給され、各密着端面Ｓが潤滑されるようになっている。

［第１実施形態］
図３は、本発明を取り入れた軸封装置の第１実施形態を示す縦断面図である。
この軸封装置１３Ａには螺旋案内部材３５が設けられている。この螺旋案内部材３５は、フラッシング通路３２内においてフラッシング水をシール部材３１Ａの表面に沿うように案内（誘導）するものである。

具体的には、螺旋案内部材３５は円筒状（スリーブ状）の金属部品であり、その内径が軸穴１６の内径に等しくされ、フラッシング通路３２内に位置するようにケーシング５側に固定されつつ、プロペラ軸７の周囲に間隙を空けて環装されている。なお、螺旋案内部材３５をケーシング５と一体的に形成してもよい。

螺旋案内部材３５の外周面には、プロペラ軸７の軸心線Ｃを螺旋中心とする螺旋状（ネジ山状）の凹凸部３５ａが形成されている。この凹凸部３５ａは、シール部材３１Ａの表面に対向しており、その対向間隔は数ミリ〜数センチ程度に設定されている。なお、本実施形態では、螺旋案内部材３５とシール部材３１Ａとの対向間隔が、フラッシング通路３２に連通するフラッシング水供給通路３３の縦幅と同寸法に設定されている。このため、フラッシング水供給通路３３から供給されるフラッシング水が滞ることなく螺旋案内部材３５とシール部材３１Ａとの間を流れるようになっている。

螺旋案内部材３５の軸方向の長さは、その機内側の端部が回転環２２Ａの内側に重なる長さに設定されており、この機内側の端部まで凹凸部３５ａが形成されている。このため、凹凸部３５ａが軸方向で回転環２２Ａと固定環２６Ａとが密着する密着端面Ｓの位置にも対向している。

以上のように構成された軸封装置１３Ａは次のように作用する。
海流発電装置１の稼働時には、ケーシング５とプロペラ軸７との間に設けられたフラッシング通路３２にフラッシング水供給通路３３から所定圧力に加圧されたフラッシング水が供給される。
このフラッシング水は、矢印で示すように、螺旋案内部材３５の凹凸部３５ａに案内され、凹凸部３５ａの溝形状に沿ってケーシング５と固定環２６Ａとの間に設けられたシール部材３１Ａの表面の全周に沿うように万遍なく流れてから螺旋案内部材３５の先端でＵターンし、軸穴１６から外部に排出される。
このため、シール部材３１Ａの近傍で水流が滞ることがなく、外部の海水中に含まれる異物や微細な水中生物等がシール部材３１Ａの表面に付着・堆積できなくなる。これにより、シール部材３１Ａの伸縮性が阻害されることが防止され、固定環２６Ａの軸方向への摺動がスムーズに保たれて良好なシール性能が発揮される。

また、螺旋案内部材３５の凹凸部３５ａが回転環２２Ａと固定環２６Ａとの密着端面Ｓの位置にも対向しているため、フラッシング水が螺旋案内部材３５の凹凸部３５ａに誘導されて密着端面Ｓの位置まで流れてから外部に排出される。
このため、密着端面Ｓの近傍においても水流が滞ることがなくなり、海水中に含まれる水中生物等の異物が密着端面Ｓ付近に付着・堆積できなくなる。これにより、異物が密着端面Ｓに噛み込むことを防止して密着端面Ｓにおける密着性を高め、良好なシール性能を得ることができる。

螺旋案内部材３５を設けたことにより、フラッシング水供給通路３３から供給されるフラッシング水をシール部材３１Ａの全周の表面に万遍なく流してシール部材３１Ａの表面に水流の停滞部が発生することを防止できる。回転環２２Ａと固定環２６Ａとの密着端面Ｓについても同様に、その全周に亘ってフラッシング水を流すことができる。
フラッシング水供給通路３３の数は、螺旋案内部材３５によってフラッシング水をシール部材３１Ａおよび密着端面Ｓの全周に万遍なく流すことができる必要最小限の数（例えば１つ）でよい。
このため、ケーシング５や軸封装置１３Ａの構造を簡素に保ちつつ、シール部材３１Ａの表面や、回転環２２Ａと固定環２６Ａとの密着端面Ｓに異物や水中生物等が付着・堆積することを防止し、良好なシール性能を得ることができる。

シール部材３１Ａは、軸方向に伸縮可能な折り目の無いベローズ状であり、その軸方向の両端部が、それぞれフラッシング水の流れに対して段差が生じないようにケーシング５および固定環２６Ａに接続されている。このため、シール部材３１Ａの近傍でフラッシング水の流れが滞りにくくなり、シール部材３１Ａの表面に異物や水中生物等が付着・堆積することを防止し、良好なシール性能を維持することができる。

なお、例えばプロペラ軸７に羽根部材（プロペラ等）を回転一体に設けてフラッシング水をシール部材３１Ａの周囲に案内することも考えられるが、径方向の寸法が大きくなりがちな羽根部材を用いることにより、プロペラ軸７回りに大きなスペースを割く必要が生じ、軸封装置１３Ａのコンパクト性が損なわれてしまう。また、径の大きな羽根部材を回転させることによってプロペラ軸７の駆動力にロスが発生したり、回転バランスが狂って振動が発生したりする懸念もある。

このため、本実施形態のように、螺旋案内部材３５を用いてフラッシング通路３２内におけるフラッシング水を螺旋方向に案内してシール部材３１Ａや密着端面Ｓの全周に案内する構造の方が、コンパクト性やメンテナンス性の面で有利である。特に、軸封装置１３Ａの径を小さくして海流発電装置１のケーシング５の径方向寸法を小さくし、水流抵抗を低下させて性能向上を図ることができる。

［第２実施形態］
図４は、本発明を取り入れた軸封装置の第２実施形態を示す縦断面図である。
この軸封装置１３Ｂにおいて、追加フラッシング通路３８が設けられている点以外の構成は、前述の軸封装置１３Ａの構成と同一であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。

追加フラッシング通路３８は、シール部材３１Ａよりも下流側でフラッシング通路３２に連通している。本実施形態では、例えばフラッシング通路３２の下流側に繋がる軸穴１６に追加フラッシング通路３８が連通している。

追加フラッシング通路３８の他端は、フラッシング水供給通路３３と同じく図示しない取水ポンプに接続されている。追加フラッシング通路３８には、取水ポンプによって外部から取水されて濾過された海水が追加フラッシング水として供給される。この追加フラッシング水は、矢印で示すように、軸穴１６の内部で、フラッシング水供給通路３３からフラッシング通路３２に供給されたフラッシング水と合流し、フラッシング水の排水方向（外部方向）に流されて排水される。

このような追加フラッシング通路３８を設けたことにより、フラッシング水供給通路３３の流れが圧損増大等により万一悪くなったとしても、追加フラッシング通路３８から供給される追加フラッシング水がフラッシング通路３２を下流側に流れることができる。このため、外水がフラッシング通路３２（軸穴１６）を逆流してシール部材３１Ａおよび回転環２２Ａと固定環２６Ａとの密着端面Ｓ側に流れることを防止し、シール部材３１Ａや密着端面Ｓに水中生物等の異物が付着・堆積することを防止して、良好なシール性能を維持することができる。

なお、追加フラッシング通路３８から追加フラッシング水が軸穴１６に流れ込むことによってフラッシング通路３２から流出しようとするフラッシング水の流れが阻害されることがないようにする必要がある。
そのためには、例えばフラッシング水供給通路３３の流量よりも追加フラッシング通路３８の流量を少なく設定するとよい。
また、追加フラッシング通路３８が軸穴１６に連通する位置を、フラッシング水供給通路３３とフラッシング通路３２との連通位置から離れた位置に設けることも有効である。

［第３実施形態］
図５は、本発明を取り入れた軸封装置の第３実施形態を示す縦断面図である。
前述の軸封装置１３Ａ，１３Ｂにおいては、螺旋案内部材３５がケーシング５側に設けられていたが、この軸封装置１３Ｃにおいては、螺旋案内部材３６がプロペラ軸７と一体に回転するように設けられている。それ以外の構成は軸封装置１３Ａ，１３Ｂと同一であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。

螺旋案内部材３６は、概ね円筒状（スリーブ状）であるが、回転フランジ２１の端面に連結固定するための内周フランジ３６ｂを有している。螺旋案内部材３６の内径は、例えば軸穴１６の内径と同径とされ、プロペラ軸７の周囲との間に前述の軸封装置１３Ａ，１３Ｂと同様な間隙を空けて回転フランジ２１に固定されている。また、内周フランジ３６ｂの付け根付近に、螺旋案内部材３６の外周側と内周側とを連通させる連通穴３６ｃが設けられている。なお、ケーシング５には、螺旋案内部材３６の先端部を外周側から近接して囲むスリーブ部５ａが形成されている。

螺旋案内部材３６の外周面には、前述の軸封装置１３Ａ，１３Ｂの螺旋案内部材３５と同様に、プロペラ軸７の軸心線Ｃを螺旋中心とする螺旋状（ネジ山状）の凹凸部３６ａが形成されている。この凹凸部３６ａは、シール部材３１Ａの表面と、回転環２２Ａと固定環２６Ａとの密着端面Ｓに対向している。凹凸部３６ａのネジ形状の旋回方向は、プロペラ軸７が回転した時に凹凸部３６ａのネジポンプ作用によってフラッシング通路３２内の水が回転フランジ２１側に導かれる方向に設定されている。

以上のように構成された軸封装置１３Ｃにおいては、プロペラ軸７が回転すると、螺旋案内部材３６がプロペラ軸７と一体に回転する。このため、フラッシング水供給通路３３から供給されたフラッシング水が矢印で示すようにシール部材３１Ａの全周の表面を万遍なく流れる。
同時に、回転する螺旋案内部材３６の螺旋状の凹凸部３６ａによってネジポンプ作用がもたらされ、フラッシング通路３２内のフラッシング水がフラッシング水供給通路３３側から回転フランジ２１側に向かって流され、連通穴３６ｃを経て軸穴１６に流れ、外部に排水される。
なお、螺旋案内部材３６の先端部とケーシング５側のスリーブ部５ａとが近接しているため、その間からフラッシング水が流れ出にくくなっており、フラッシング通路３２内におけるフラッシング水の流量が減少しにくい。

したがって、前述の軸封装置１３Ａ，１３Ｂのように螺旋案内部材３５がケーシング５等の固定部材側に固定されて設けられた場合に比べて、フラッシング通路３２内のフラッシング水を速い流速で積極的に下流側（海水側）に流すことができる。これにより、シール部材３１Ａの近傍や回転環２２Ａと固定環２６Ａとの間の密着端面Ｓの近傍に水流の停滞部が発生することをより確実に抑制し、シール部材３１Ａに異物が付着することを効果的に防いで良好なシール性能を得ることができる。

［第４実施形態］
図６は、本発明を取り入れた軸封装置の第４実施形態を示す縦断面図である。この軸封装置１３Ｄにおいて、螺旋案内部材３６に払拭部材４１が設けられている点以外の構成は、前述の軸封装置１３Ｃの構成と同一であるため、軸封装置１３Ｃと同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。

図７にも示すように、螺旋案内部材３６（凹凸部３６ａ）の、シール部材３１Ａに対向する面には、例えばブラシ状の払拭部材４１が設けられている。この払拭部材４１は、螺旋案内部材３６の周方向の一点に設けられており、これによってフラッシング水供給通路３３から供給されるフラッシング水の流れが払拭部材４１によって妨げられないようになっている。

このような払拭部材４１を設けることにより、プロペラ軸７の回転と共に回転する払拭部材４１によってシール部材３１Ａの表面が払拭される。このため、シール部材３１Ａの表面に水中生物等の異物が付着・堆積することを防止し、良好なシール性能を維持することができる。

以上説明したように、第１〜第４実施形態に係る軸封装置１３Ａ〜１３Ｄ、およびこれを備えた海流発電装置１等の水中機器によれば、簡易な構成により、プロペラ軸等の回転軸が海中に突出する部分に設けられたシール部材に異物や水中生物等が付着・堆積することを防止して良好なシール性能を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

例えば、第１〜第４実施形態では、海流発電装置１の軸封装置１３に本発明を適用した例について説明したが、海流発電装置のみに限らず、水中ポンプや水中モーター等、水中に設置されるケーシングから回転軸が突出するように構成された各種の機器類にも本発明を適用することができる。

１ 海流発電装置（水中機器）
５ ケーシング
６ プロペラ
７ プロペラ軸（回転軸）
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ 軸封装置
１６ 軸穴
１７ 液圧室
１８ オイル供給通路
２１ 回転フランジ
２２Ａ，２２Ｂ 回転環
２６Ａ，２６Ｂ 固定環
２８Ａ，２８Ｂ スプリング（付勢部材）
３１Ａ，３１Ｂ シール部材
３２ フラッシング通路
３３ フラッシング水供給通路
３５，３６ 螺旋案内部材
３５ａ，３６ａ 凹凸部
３８ 追加フラッシング通路
４１ 払拭部材
Ｃ 軸心線
Ｓ 密着端面

Claims (7)

1. ケーシングと、該ケーシングから水中に突出する回転軸との間からの浸水を防ぐ水中機器の軸封装置であって、
   前記回転軸とともに回転する回転環と、
   前記ケーシング側に嵌合されて前記回転環と同軸的に、且つ軸方向に隣接して配置された固定環と、
   前記固定環を前記回転環側に押圧して前記固定環と前記回転環との間の密着端面を密着させる付勢部材と、
   前記ケーシングと前記固定環との間をシールするシール部材と、
   前記ケーシングと前記回転軸との間に設けられたフラッシング通路と、
   異物を排出するフラッシング水を前記フラッシング通路に供給するフラッシング水供給通路と、
   前記回転軸の軸心線を螺旋中心として前記シール部材の表面に対向する螺旋状の凹凸部を有し、前記フラッシング通路内において、前記フラッシング水を前記シール部材の表面に沿うように案内する螺旋案内部材と、
   を具備してなることを特徴とする水中機器の軸封装置。
2. 前記螺旋案内部材を、その前記凹凸部が前記回転環と前記固定環とが密着する前記密着端面の位置に対向するように設けたことを特徴とする請求項１に記載の水中機器の軸封装置。
3. 前記シール部材よりも下流側で前記フラッシング通路に連通し、前記フラッシング水の排水方向に追加フラッシング水を流す追加フラッシング通路をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の水中機器の軸封装置。
4. 前記螺旋案内部材は前記回転軸に一体に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水中機器の軸封装置。
5. 前記回転軸と共に回転して前記シール部材の表面を払拭する払拭部材をさらに有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水中機器の軸封装置。
6. 前記シール部材は、軸方向に伸縮可能な折り目の無いベローズ状であり、その軸方向の両端部が、それぞれ前記フラッシング水の流れに対して段差が生じないように前記ケーシングおよび前記固定環に接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水中機器の軸封装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の軸封装置を備えたことを特徴とする水中機器。

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