JP6518399B2

JP6518399B2 - シール装置

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Publication number: JP6518399B2
Application number: JP2016554007A
Authority: JP
Inventors: 壮敏板谷
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Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2014-10-18
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2019-05-22
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Description

本発明は、シール装置に関し、さらに詳しくは、ハウジングと回転軸との間の軸封部に設けられる封止手段の付近の被密封流体の濃縮を防止することができるシール装置に関する。

ハウジングと回転軸との間の軸封部をシールする封止手段としては、メカニカルシール及びリップタイプシールなどが知られており、例えば、メカニカルシールの場合、従来、相互に摺動する回転側密封環と静止側密封環とを冷却するため、例えば、図４に示すように、密封空間５０に位置する被密封流体が回転軸５１の軸心方向に沿って流れるように、回転側密封環５２と異なる軸方向位置にポンピングリング５３が回転軸５１に固定して設けられ、ポンピングリング５３の上流側には流入孔５４が、また、下流側には排出孔５５設けられ、排出孔５５から排出された被密封流体が外部配管５６を経由して流入孔５４から密封空間５０の内部に戻るようにされたシール装置が知られている（以下、「従来技術」という。例えば、特許文献１参照。）。

ＷＯ２０１３／００１９３５Ａ１

しかしながら、上記した従来技術は、被密封流体が密封面の内径方向に漏れようとするインサイド形のメカニカルシールであって、回転軸５１に、別途、ポンピングリング５３を設けるため、部品点数が増加し、径方向の寸法も増大する。また、被密封流体を外部配管５６を経由して循環するための外部循環装置を設ける必要があり、この外部循環装置は、被密封流体が密封面の内径側に存在するアウトサイド形のメカニカルシールにそのまま適用できないという問題もあった。

本発明は、部品点数を増加させることなく、また、大がかりな外部循環装置を設けることなく、ハウジングと回転軸との間の軸封部をシールする封止手段の付近の被密封流体の濃縮を防止して摺動面の密封性を高めると共に摺動トルクの増大を抑制し、摺動面の潤滑不良を防止できるシール装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明のシール装置は、第１に、ハウジングと回転軸との間に形成された軸封部に装着されて、ハウジングと回転軸との間の被密封流体を封止するシール装置であって、
前記軸封部は前記回転軸を支持するラジアルすべり軸受と、
前記ラジアルすべり軸受の被密封流体源とは回転軸方向の反対側に前記被密封流体を封止する封止手段とを有し、
前記ラジアルすべり軸受には前記被密封流体源側と前記封止手段の高圧流体側の近傍とを導通する流体導入孔が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、部品点数を増加させることなく、また、大がかりな外部循環装置を設けることなく、固定側密封環と回転側密封環との摺動面の付近の被密封流体の濃縮を防止できる。その結果、摺動面における析出物の発生、付着・堆積を防止し、密封性の低下を防止できる。また、被密封流体の粘度の上昇を抑制し、摺動トルクの増大を防止できる。さらに、摺動面の近傍でのエアー溜まりの発生を防止し、摺動面の潤滑不良を防止できる。さらに、すべり軸受を構成する部材に流体導入孔が設けられるため、装置の軽量化を図ることができる。

また、本発明のシール装置は、第２に、第１の特徴において、前記回転軸の外周面或いは、前記ラジアルすべり軸受けの内周面の少なくともどちらか一方には、前記被密封流体源側から前記摺動面側に被密封流体を移送するポンピング溝が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、封止手段の摺動面の付近の被密封流体の濃縮を、より一層、防止することができる。

また、本発明のシール装置は、第３に、第１の特徴において、前記回転軸の外周面或いは、前記ラジアルすべり軸受けの内周面の少なくともどちらか一方には、前記摺動面側から前記被密封流体源側に被密封流体を移送するポンピング溝が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、封止手段の摺動面の付近の被密封流体の濃縮を、より一層、防止することができると共に、被密封流体の循環量をコントロールすることにより、摺動面付近の圧力が低圧になるようにすることも可能となり、シール性の向上に寄与することができる。

また、本発明のシール装置は、第４に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、前記流体導入孔の前記被密封流体源側の入口には異物除去フィルタが装着されることを特徴としている。
この特徴によれば、異物のない被密封流体を摺動面の近傍、あるいは、ラジアルすべり軸受と回転軸との間に供給することができ、異物による摺動面の面荒れや、ラジアルすべり軸受の異常摩耗を防止することができる。

また、本発明のシール装置は、第５に、第１ないし第４のいずれかの特徴において、前記封止手段は固定側密封環と、該固定側密封環に対向摺接する回転側密封環とを具備するメカニカルシールであることを特徴としている。
この特徴によれば、より確実にシール機能を果たすことができる。

また、本発明のシール装置は、第６に、第５の特徴において、前記固定側密封環が前記ラジアルすべり軸受を構成するようにして前記ハウジング内に固定されることを特徴としている。
この特徴によれば、部品点数の削減及び軸方向の長さを低減することができる。

また、本発明のシール装置は、第７に、第１乃至４のいずれかの特徴において、前記封止手段は、シールリップ部材を具備するリップタイプシールであることを特徴としている。
この特徴によれば、リップタイプシールにおいてもシールリップ部材の摺動面の付近の被密封流体の濃縮を防止できる。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）部品点数を増加させることなく、また、大がかりな外部循環装置を設けることなく、固定側密封環と回転側密封環との摺動面の付近の被密封流体の濃縮を防止できる。その結果、摺動面における析出物の発生、付着・堆積を防止し、密封性の低下を防止できる。また、被密封流体の粘度の上昇を抑制し、摺動トルクの増大を防止できる。さらに、摺動面の近傍でのエアー溜まりの発生を防止し、摺動面の潤滑不良を防止できる。さらに、すべり軸受を構成する部材に流体導入孔が設けられるため、装置の軽量化を図ることができる。

（２）回転軸の外周面或いは、ラジアルすべり軸受けの内周面の少なくともどちらか一方には、被密封流体源側から摺動面側に被密封流体を移送するポンピング溝が設けられることにより、封止手段の摺動面の付近の被密封流体の濃縮を、より一層、防止することができる。

（３）回転軸の外周面或いは、ラジアルすべり軸受けの内周面の少なくともどちらか一方には、摺動面側から被密封流体源側に被密封流体を移送するポンピング溝が設けられることにより、封止手段の摺動面の付近の被密封流体の濃縮を、より一層、防止することができると共に、被密封流体の循環量をコントロールすることにより、摺動面付近の圧力が低圧になるようにすることも可能となり、シール性の向上に寄与することができる。

（４）流体導入孔の前記被密封流体源側の入口には異物除去フィルタが装着されることにより、異物のない被密封流体を摺動面の近傍、あるいは、ラジアルすべり軸受と回転軸との間に供給することができ、異物による摺動面の面荒れや、すべり軸受の異常摩耗を防止することができる。

（５）封止手段は固定側密封環と、該固定側密封環に対向摺接する回転側密封環とを具備するメカニカルシールであることにより、より確実にシール機能を果たすことができる。

（６）固定側密封環がラジアルすべり軸受を構成するようにしてハウジング内に固定されることにより、部品点数の削減及び装置の軸方向の長さを低減することができる。

（７）封止手段は、シールリップ部材を具備するリップタイプシールであることにより、リップタイプシールにおいてもシールリップ部材の摺動面の付近の被密封流体の濃縮を防止できる。

本発明の実施例１に係るシール装置を示す縦断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。本発明の実施例２に係るシール装置を示す縦断面図である。本発明の実施例３に係るシール装置を示す縦断面図である。従来技術を示す図である。

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、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本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。

図１を参照して、本発明の実施例１に係るシール装置について説明する。
図１に示す実施例１は、本発明に係るシール装置が、小型のウォーターポンプに適用された場合を示すものであって、前記シール装置は液体を圧送するポンプ室に隣接して配置されている。
このシール装置の封止手段としては、密封面（本発明において、「摺動面」という場合もある。）の内周から外周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封する形式のアウトサイド型のメカニカルシールである。

図１において、ハウジング１内に配設された回転軸２の一端側（図１においては左側）にはポンプ部３が、他端側（図１においては右側）には封止手段であるメカニカルシール４が形成されている。
また、ハウジング１は、主にポンプ部３が収納されるポンプハウジング５と、すべり軸受を構成する部材が収納される軸受ハウジング６とを備えている。
なお、すべり軸受を構成する部材については後記において詳しく説明する。

ハウジング１の他端側（図１においては右側）にはメカニカルシール４を収容可能なシールカバー７が装着されている。

ポンプ部３において、ポンプハウジング５は、断面が略コ字状をなし、内部の収容空間に回転羽根８を収容するとともにポンプ室９が形成されている。また、回転羽根８は、回転軸２を介して図示されないモータ部の駆動力により回転駆動され、液体を所定の個所に圧送するようになっている。

軸受ハウジング６は断面が略円筒状をなし、内部の収容空間にラジアルすべり軸受を構成するように形成された固定側密封環１１を収容している。軸受ハウジング６の内周面と固定側密封環１１の外周面との間にはＯリング１０が装着されシールされている。

固定側密封環１１は、ポンプ室９とメカニカルシール４の密封面Ｓとを区画し、回転軸２の一端を支持するものであり、一定の強度を備える必要から所定の外径及び厚みを有する。そのため、固定側密封環１１の中心部には、ポンプ部３側において回転軸２を挿通させるための貫通孔１１ａが形成され、貫通孔１１ａの部分においてラジアルすべり軸受を構成し、回転軸２を回転自在に支持するようになっている。
なお、ポンプ室９内の液体は貫通孔１１ａと回転軸２の隙間を通してメカニカルシール４側に漏洩する。

本実施例においては、固定側密封環１１がラジアルすべり軸受を兼用するものであるから、部品点数の削減及び軸方向の長さを低減することができる。

固定側密封環１１は、機械的強度を有する他、自己潤滑性、耐摩耗性などの特性を備えるものであり、例えば、カーボン、ＳｉＣあるいは超硬合金などから選定される１つの材料から形成される。固定側密封環１１の内周１１ａのすべり軸受部と回転軸２外周との間の隙間は、使用温度あるいは材料などを考慮して決められるが、通常のすべり軸受において設定される隙間に準じて決定される。

また、図２に示すように、固定側密封環１１の回り止め及び軸方向の移動防止を図るため、固定側密封環１１の外周１１ｂに突起１１ｃ（あるいは凹部）を設け、該突起１１ｃ（あるいは凹部）に対向する軸受ハウジング６側の内周６ｂに凹部６ｃ（あるいは突起）を設け、これらが嵌合させることで、固定側密封環１１の回転及び軸方向移動を防止するようにしてもよい。

固定側密封環１１のポンプ部３側（本発明において、「被密封流体源側」ともいう。）と反対側には、固定側密封環１１の摺動面１１ｄ（密封面）と対向摺接する回転側密封環１２が配設される。回転側密封環１２は、固定側密封環１１と同様に、機械的強度を有する他、自己潤滑性、耐摩耗性などの特性を備えるものであり、例えば、カーボン、ＳｉＣあるいは超硬合金などの中から相手部材とのなじみ性などを考慮して選定される。

回転側密封環１２をポンプ部３側に向かって軸方向に付勢させるための押圧部材１３が装着され、回転側密封環１２の摺動面１２ａが固定側密封環１１の摺動面１１ｄに押圧されるようになっている。
本例において、押圧部材１３はベローズから構成されており、ベローズ１３の一端はカラー１４に連結されると共に、他端はリテーナ１５に連結され、回転側密封環１２はリテーナ１５の端面に焼嵌めまたは圧入されている。
なお、押圧部材としては、ベローズに限らず、コイルスプリングを用いてもよいことはもちろんである。

カラー１４は、金属から形成されてリング状をなすものであって、回転軸２の外周面に固定されている。
ベローズ１３は、打抜き加工等によって波形環状に形成した金属製のダイアフラム板を複数枚一列に並べて、隣接するダイアフラム板の外径部間及び内径部間をガス溶接等によって交互に連結して、全体を蛇腹筒状に形成したものであって、一端がカラー１４側にガス溶接等によって一体に連結されるようになっている。尚、前述の様に形成された溶接ベローズだけでなく、金属管を塑性変形させて、全体を蛇腹筒状に形成した成形ベローズやその他の方法にて形成されたベローズを用いてもよい。

また、回転羽根８の回転により、回転軸２には軸方向に力が働くため、これを抑えるための部材として固定側密封環１１のポンプ部３側であって回転軸２とポンプハウジング５との間に位置してスラスト軸受１６が設けられている。
この場合、スラスト軸受１６はラジアルすべり軸受（固定側密封環１１）を通って循環する流体の流れを阻害しないように構成され、また、ポンプハウジング５にはポンプ室３と固定側密封環１１のポンプ部３側とを連通する連通孔１７が設けられている。
なお、スラスト軸受１６はメカニカルシール４のポンプ室３とは反対側に設けてもよく、或いは、両方に設けても良い。

メカニカルシール４の摺動面Ｓ近傍の被密封流体は、摺動面Ｓがポンプ室９から遠く、また、固定側密封環１１により仕切られた状態あるため、濃縮された状態にある。被密封流体が濃縮された状態にあると、被密封流体として、シリケート系のクーラントを使用した場合などにおいて、メカニカルシール４の摺動面Ｓでは析出物が発生し、摺動面Ｓに付着・堆積し、密封性を低下させる要因となることが知られている。また、被密封流体の粘度が上昇し、摺動トルクが増大する。さらに、摺動面Ｓの近傍では被密封流体が回りにくいため、エアー溜まりが出来て摺動面Ｓが潤滑不良になる不具合が発生する恐れもある。

本発明は、例えば、被密封流体が密封面Ｓの外径方向に漏れようとするアウトサイド形のメカニカルシールにおいて、部品点数を増加させることなく、また、大がかりな外部循環装置を設けることなく、固定側密封環１１と回転側密封環１２との摺動面Ｓの付近の被密封流体の濃縮を防止して摺動面Ｓの密封性を高めると共に摺動トルクの増大を抑制し、摺動面Ｓの潤滑不良を防止するものあり、そのため、固定側密封環１１と回転側密封環１２との摺動面Ｓとポンプ室９側との間に回転軸２を支持するラジアルすべり軸受を構成するようにして固定側密封環１１を設置すると共に、ラジアルすべり軸受を構成する固定側密封環１１にはポンプ室９側と摺動面Ｓの高圧流体側の近傍とを導通する流体導入孔２０が設けられる。
なお、本発明において、「摺動面Ｓの高圧流体側」とは、被密封流体の存在する側の意味であり、反対に、摺動面Ｓの低圧流体側とは大気側を意味する。

アウトサイド形のメカニカルシールにおいては被密封流体は摺動面Ｓの内径側に存在することから、流体導入孔２０の出口２０ｂは、摺動面Ｓの内径側に位置するように設定される。また、流体導入孔２０の断面形状は特に限定されないが、例えば、円形をなしており、摺動面Ｓの付近に満遍なく被密封流体を供給するため、周方向に複数設けられることが望ましい。

流体導入孔２０のポンプ室９側（被密封流体源側）の入口２０ａには異物除去フィルタ２１が設置される。この異物除去フィルタ２１の設置により、異物のない被密封流体を摺動面Ｓの近傍、あるいは、固定側密封環１１のすべり軸受を構成する貫通孔１１ａと回転軸２との間に供給することができる。これにより、異物による摺動面Ｓの面荒れや、すべり軸受の異常摩耗を防止することができる。また、ポンプ室９側に異物除去フィルタ２１がある、つまり、回転羽根８の近傍に異物除去フィルタ２１が設置されるため、回転羽根８の回転に伴い異物除去フィルタ２１周辺に圧力の変動が起こり、その変動により、異物が異物除去フィルタ２１に詰まったとしても排出されるように働き、異物の詰まりを抑制する。
本例では、入口２０ａは、ポンプ室９から被密封流体が導入されやすいように、径方向または周方向において大きく形成され、大きく形成された入口２０ａに異物除去フィルタ２１が設置されている。

流体導入孔２０の入口２０ａの形状としては、回転羽根８の回転に伴い回転する被密封流体が流体導入孔２０に導入されやすいように、被密封流体の回転方向に沿う渦巻き状の形状でもよい。
また、流体導入孔２０は、回転軸の中心軸に平行でなくてもよく、例えば、入口２０ａから出口２０ｂに向かうにつれ中心軸に近づくように傾斜してもよい。さらに、入口２０ａから出口２０ｂに向かうにつれ中心軸から遠ざかるように傾斜してもよい。

固定側密封環１１の貫通孔１１ａに対向する回転軸２の外周面には、ポンプ室９側（被密封流体源側）から摺動面Ｓ側に被密封流体を移送するポンピング溝２２が設けられる。ポンピング溝２２は、回転軸２の回転により被密封流体をポンプ室９側から摺動面Ｓ側に移送できるものであればよく、特に限定されるものではないが、本例では、微細な傾斜溝を軸方向に周期的に複数設けて構成している。ポンピング溝２２は、回転軸２の外周面の全面に設けてもよいが、本例では、図２に示すように、周方向に４等配で設けられた浅い矩形溝２２ａ内に微細な凹凸からなる傾斜溝が周期的に複数設けられたものとなっている。その他、固定側密封環１１のラジアルすべり軸受を構成する貫通孔１１ａに設けてもよく、また、回転軸２の外周面と貫通孔１１ａの両方に設けてもよい。

上記のように構成されたウォーターポンプが作動されると、ポンプ部３の回転羽根８が回転軸２を介してモータ部の駆動力により回転駆動され、液体を所定の個所に圧送する。その際、ポンプ室９内の高圧の液体は、固定側密封環１１の貫通孔１１ａと回転軸２の外周面との間のすべり軸受の隙間からメカニカルシール４側に漏洩するが、摺動面Ｓにおいてシールされ外部に漏洩することが防止される。
一方、ポンプ室９内の高圧の被密封流体は、流体導入孔２０を介して、直接、摺動面Ｓの高圧流体側の近傍に導入される。さらに、回転軸２の回転に伴うポンピング溝２２のポンピング作用により、被密封流体はポンプ室９側から摺動面Ｓ側に移送される。
このため、摺動面Ｓの高圧流体側の近傍にはポンプ室９側の被密封流体が積極的に導入されることになり、摺動面Ｓの近傍の被密封流体が濃縮されることはない。

流体導入孔２０及びポンピング溝２２による被密封流体の供給量は、流体導入孔２０の径及びポンピング溝２２のポンピング量（例えば、溝深さ等）でコントロールできるため、摺動面Ｓ近傍の被密封流体の濃縮の程度が制御可能となり、密封性の向上に寄与できる。

上記した実施例１においては、以下のような効果を奏する。
（１）すべり軸受を構成する部材に流体導入孔２０を設けることにより、また、付加的に、回転軸２にポンピング溝２２を設けることにより、部品点数を増加させることなく、また、大がかりな外部循環装置を設けることなく、固定側密封環１１と回転側密封環１２との摺動面Ｓの付近の被密封流体の濃縮を防止できる。その結果、摺動面Ｓにおける析出物の発生、付着・堆積を防止し、密封性の低下を防止できる。また、被密封流体の粘度の上昇を抑制し、摺動トルクの増大を防止できる。さらに、摺動面Ｓの近傍でのエアー溜まりの発生を防止し、摺動面Ｓの潤滑不良を防止できる。
（２）異物除去フィルタ２１の設置により、異物のない被密封流体を摺動面Ｓの近傍、あるいは、固定側密封環１１のすべり軸受を構成する貫通孔１１ａと回転軸２との間に供給することができ、異物による摺動面Ｓの面荒れや、すべり軸受の異常摩耗を防止することができる。
（３）流体導入孔２０の径及びポンピング溝２２のポンピング量（例えば、溝深さ等）で摺動面Ｓの付近に対する被密封流体の供給量がコントロールできるため、摺動面Ｓ近傍の被密封流体の濃縮の程度が制御可能となり、密封性の向上に寄与できる。
（４）固定側密封環１１がすべり軸受を兼用することにより、部品点数の削減及び軸方向の長さを低減することができる。
（５）すべり軸受を兼用する固定側密封環１１に流体導入孔２０を設けることにより、装置の軽量化を図ることができる。

図３を参照して、本発明の実施例２に係るシール装置について説明する。
実施例２に係るシール装置は、回転軸の外周面のポンピング溝が、摺動面Ｓ側からポンプ室側（被密封流体源側）に被密封流体を移送するように構成されている点で、図１及び２に示す実施例１と相違するが、その他の点は実施例１と基本的に同じであり、図１及び２と同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図３において、回転軸２の外周面には、摺動面Ｓ側からポンプ室９（被密封流体源側）に被密封流体を移送するポンピング溝２３が設けられる。ポンピング溝２３は、回転軸２の回転により被密封流体を摺動面Ｓ側からポンプ室９側に移送できるものであればよく、特に限定されるものではないが、本例では、実施例１と同様に、微細な傾斜溝を軸方向に周期的に複数設けて構成している。ポンピング溝２３は、回転軸２の外周面の全面に設けてもよいが、本例では、実施例１と同様に、周方向に４等配で設けられた浅い矩形溝内に微細な凹凸からなる傾斜溝が周期的に複数設けられたものとなっている。その他、固定側密封環１１のすべり軸受を構成する貫通孔１１ａに設けてもよく、また、回転軸２の外周面と貫通孔１１ａの両方に設けてもよい。

上記のように構成されたウォーターポンプが作動されると、ポンプ部３の回転羽根８が回転軸２を介してモータ部の駆動力により回転駆動され、液体を所定の個所に圧送する。その際、ポンプ室９内の高圧の液体は、固定側密封環１１の貫通孔１１ａと回転軸２の外周面との間のすべり軸受の隙間からメカニカルシール４側に漏洩するが、摺動面Ｓにおいてシールされ外部に漏洩することが防止される。
一方、ポンプ室９内の高圧の被密封流体は、流体導入孔２０を介して、直接、摺動面Ｓの高圧流体側の近傍に導入される。さらに、回転軸２の回転に伴うポンピング溝２３のポンピング作用により、被密封流体は摺動面Ｓ側からポンプ室９側に移送される。
このため、摺動面Ｓの近傍にはポンプ室９側の被密封流体が積極的に循環されることになり、摺動面Ｓの近傍の被密封流体が濃縮されることはない。

流体導入孔２０及びポンピング溝２３による被密封流体の循環量は、流体導入孔２０の径及びポンピング溝２３のポンピング量（例えば、溝深さ等）でコントロールできるため、摺動面Ｓ近傍の圧力が低圧になるようにすることも可能となり、シール性の向上に寄与できる。

上記した実施例２においては、以下のような効果を奏する。
（１）ラジアルすべり軸受を構成する部材に流体導入孔２０を設けることにより、また、付加的に、回転軸２にポンピング溝２３を設けることにより、部品点数を増加させることなく、また、大がかりな外部循環装置を設けることなく、固定側密封環１１と回転側密封環１２との摺動面Ｓの付近の被密封流体の濃縮を防止できる。その結果、摺動面Ｓにおける析出物の発生、付着・堆積を防止し、密封性の低下を防止できる。また、被密封流体の粘度の上昇を抑制し、摺動トルクの増大を防止できる。さらに、摺動面Ｓの近傍でのエアー溜まりの発生を防止し、摺動面Ｓの潤滑不良を防止できる。
（２）異物除去フィルタ２１の設置により、異物のない被密封流体を摺動面Ｓの近傍、あるいは、固定側密封環１１のラジアルすべり軸受を構成する貫通孔１１ａと回転軸２との間に供給することができ、異物による摺動面Ｓの面荒れや、すべり軸受の異常摩耗を防止することができる。
（３）流体導入孔２０の径及びポンピング溝２３のポンピング量（例えば、溝深さ等）で摺動面Ｓの付近に対する被密封流体の循環量がコントロールできるため、摺動面Ｓ付近の圧力が低圧になるようにすることも可能となり、シール性の向上に寄与できる。
（４）固定側密封環１１がラジアルすべり軸受を兼用することにより、部品点数の削減及び軸方向の長さを低減することができる。
（５）ラジアルすべり軸受を兼用する固定側密封環１１に流体導入孔２０を設けることにより、装置の軽量化を図ることができる。

図４を参照して、本発明の実施例３に係るシール装置について説明する。
実施例３に係るシール装置は、封止手段としてメカニカルシールに代えてリップタイプシールが用いられている点で、図１及び２に示す実施例１と相違するが、その他の点は実施例１と基本的に同じであり、図１及び２と同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図４において、図１及び２に示す実施例１の場合のように固定側密封環１１がラジアルすべり軸受を兼用するものではなく、それぞれ専用の封止手段と軸受とが設けられている。
封止手段であるリップタイプシール３０は、シールカバー７内に装着されて回転軸２の周面に摺動自在に密接するものであって、ポンプ部３側に配置されるゴム材製の第１シールリップ３１と、反ポンプ部３側に配置される樹脂材製の第２シールリップ３２とを有して二段のリップ構造とされている。

また、リップタイプシール３０は、シールカバー７内周に嵌合されるカートリッジ３３と、このカートリッジ３３に非接着で嵌合保持されるゴム材製の第１シールリップ部材３１と、第１シールリップ部材３１に非接着で嵌合保持されるケース３４と、ケース３４にカシメ保持される樹脂材製の第２リップシール部材３２と、同じくケース３４にカシメ保持されるとともに第２リップシール部材３２を支持するバックアップリング３５と、第１リップシール部材３１のポンプ部３側でカートリッジ３３に嵌合されることによりに第１リップシール部材３１をカートリッジ３３から抜け止めするアダプタ３６との６つの構成部品を有している。

回転軸２を支持するラジアルすべり軸受２５には、実施例１と同様に、ポンプ室９側と第１シールリップ部材３１及び第２リップシール部材３２の摺動面Ｒの近傍とを導通する流体導入孔２０が設けられる。

第１シールリップ部材３１及び第２リップシール部材３２の回転軸２の外表面との摺動面Ｒ近傍の被密封流体は、摺動面Ｒがポンプ室９から遠く、また、ラジアルすべり軸受固定側密封環１１により仕切られた状態あるため、濃縮された状態にある。被密封流体が濃縮された状態にあると、被密封流体として、シリケート系のクーラントを使用した場合などにおいて、摺動面Ｒでは析出物が発生し、摺動面Ｒに付着・堆積し、密封性を低下させる要因となることが知られている。また、被密封流体の粘度が上昇し、摺動トルクが増大する。さらに、摺動面Ｓの近傍では被密封流体が回りにくいため、エアー溜まりが出来て摺動面Ｒが潤滑不良になる不具合が発生する恐れもある。

ポンプ室９内の高圧の被密封流体は、流体導入孔２０を介して、直接、摺動面Ｒの近傍に導入される。さらに、回転軸２の回転に伴うポンピング溝２２のポンピング作用により、被密封流体はポンプ室９側から摺動面Ｒ側に移送される。
このため、摺動面Ｒの高圧流体側の近傍にはポンプ室９側の被密封流体が積極的に導入されることになり、摺動面Ｒの近傍の被密封流体が濃縮されることはない。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、本発明に係るシール装置が、液体を圧送するポンプ室とに隣接して配置された小型のウォーターポンプに適用される場合について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、オイルポンプ等にも適用できる。

また、例えば、前記実施例１及び２では、被密封流体が密封面Ｓの外径方向に漏れようとするアウトサイド形のメカニカルシールを例にして説明したが、これに限定されず、被密封流体が密封面Ｓの内径方向に漏れようとするインサイド形のメカニカルシールに本発明の流体導入孔を設けることができる。

また、例えば、前記実施例３では、リップシールをシールカバー７に設置し、リップ部材を回転軸２と摺動させる場合について説明したが、これに限定されることなく、リップシールを回転軸２に設置し、シールカバー７やすべり軸受と摺動させる構造を採用してもよい。

また、例えば、前記実施例では、流体導入孔の断面形状が円形であって、周方向に多数設けられる場合について説明したが、これに限らず、例えば、断面形状が円弧状であって、周方向に２〜３個設けてもよい。

１ハウジング
２回転軸
３ポンプ部
４メカニカルシール
５ポンプハウジング
６軸受ハウジング
７シールカバー
８回転羽根
９ポンプ室
１０Ｏリング
１１固定側密封環
１２回転側密封環
１３押圧部材（ベローズ）
１４カラー
１５リテーナ
１６スラスト軸受
１７連通孔
２０流体導入孔
２１異物除去フィルタ
２２ポンピング溝
２３ポンピング溝
２５ラジアルすべり軸受
３０リップタイプシール
３１第１シールリップ部材
３２第２リップシール部材
３３カートリッジ
３４ケース
３５バックアップリング
３６アダプタ
Ｓ摺動面
Ｒ摺動面

Claims

ハウジングと回転軸との間に形成された軸封部に装着されて、ハウジングと回転軸との間の被密封流体を封止するシール装置であって、
前記軸封部は前記回転軸を支持するラジアルすべり軸受と、
前記ラジアルすべり軸受の被密封流体源とは回転軸方向の反対側に被密封流体を封止する封止手段とを有し、
前記封止手段は、固定側密封環と、前記固定側密封環の摺動面と対向摺動する回転側密封環とを備えるメカニカルシールであり、
前記ラジアルすべり軸受には前記被密封流体源側と前記摺動面の高圧流体側とを導通する流体導入孔が設けられることを特徴とするシール装置。
前記回転軸の外周面或いは、前記ラジアルすべり軸受けの内周面の少なくともどちらか一方には、前記被密封流体源側から前記摺動面の高圧流体側に被密封流体を移送するポンピング溝が設けられることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
前記回転軸の外周面或いは、前記ラジアルすべり軸受けの内周面の少なくともどちらか一方には、前記摺動面の高圧流体側から前記被密封流体源側に被密封流体を移送するポンピング溝が設けられることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
前記流体導入孔の前記被密封流体源側の入口には異物除去フィルタが装着されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシール装置。
前記固定側密封環が前記ラジアルすべり軸受を構成するようにして前記ハウジング内に固定されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシール装置。