JP6794303B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、メカニカルシールを備える密封装置に関する。

メカニカルシールにおいて、回転軸と回転環との間の環状隙間を封止するために、ベローズシールを用いる技術が知られている（特許文献１，２参照）。このような技術においては、回転環とベローズシールとを固定するための部材と、ベローズシールを回転軸に固定するための部材と、ベローズシールを介して、回転環を固定環に対して押し付けるための部材とが必要となっている。そのため、部品点数が多くなっていた。

実開平３−９８３７１号公報 特開２０１５−５９６０１号公報

本発明の目的は、部品点数を減らすことを可能とする密封装置を提供することにある。

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、該回転軸の軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置であって、
前記ハウジングに対して固定される固定環と、
前記固定環に対して摺動する回転環を有すると共に、前記回転軸と共に回転する回転環ユニットと、
を備える密封装置において、
前記回転環ユニットは、
前記回転環と前記回転軸との間の環状隙間を封止する弾性体シールと、
前記回転環と前記弾性体シールとを固定する金属製の環状部材と、
を備えると共に、
前記弾性体シールは、
前記回転軸の外周面に取付けられる円筒部と、
該円筒部の端部に設けられる外向きフランジ部と、
を備え、
前記環状部材は、
前記外向きフランジ部と前記回転環とを挟持固定する挟持固定部と、
前記円筒部を前記回転軸の外周面に締付ける締め付け部と、
前記外向きフランジ部の根元の部分を前記回転環に向けて押圧する押圧部と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、環状部材に備えられた挟持固定部によって、弾性体シールの外向きフランジ部と回転環とが挟持固定される。また、環状部材に設けられた締め付け部によって、弾性体シールの円筒部が締め付けられることで、弾性体シールは回転軸に固定される。更に、環状部材に備えられた押圧部によって、弾性体シールの外向きフランジ部の根元の
部分が回転環に向けて押圧されるため、回転環が固定環に対して押圧される。以上のように、環状部材は、弾性体シールと回転環とを固定させる機能と、弾性体シールを回転軸に固定させる機能と、回転環を固定環に対して押圧する機能とを有する。

前記押圧部は、前記挟持固定部と前記締め付け部との間に設けられ、前記回転環側に向けて突出するように湾曲した湾曲部により構成されると共に、これら挟持固定部及び締め付け部よりも剛性が低いことにより、弾性を有しているとよい。

前記押圧部には、貫通孔及び溝のうちの少なくともいずれか一方が複数形成されているとよい。

これにより、押圧部は、挟持固定部及び締め付け部よりも剛性が低くなり、弾性を有することとなる。

前記押圧部は、前記挟持固定部と前記締め付け部との間に設けられ、前記回転環側に向けた突出するように湾曲した湾曲部により構成されると共に、前記挟持固定部よりも剛性が低いことにより、弾性を有しているとよい。

前記押圧部と前記締め付け部には、貫通孔及び溝のうちの少なくともいずれか一方が複数形成されているとよい。

これにより、押圧部は、締め付け部よりも剛性が低くなり、弾性を有することとなる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、部品点数を減らすことができる。

図１は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係る環状部材の模式的断面図である。 図４は本発明の実施例に係る環状部材の斜視図の一部である。 図５は本発明の実施例に係る環状部材の斜視図の一部である。

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詳しく説明する。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。

（実施例）
図１〜図５を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。図１は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、一部の部材を除き、回転対称形状であり、図１においては、密封装置の中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図２は本発明の実施例に係る密封装置を適用した密封構造の模式的断面図である。図２においても、密封装置の中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図３は本発明の実施例に係る環状部材の模式的断面図である。図３においては、環状部材の中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図４は本発明の実施例に係る環状部材の斜視図の一部であり、図３において、矢印Ｘ方向に見た図の一部を示
している。図５は本発明の実施例に係る環状部材の斜視図の一部であり、図３において、矢印Ｙ方向に見た図の一部を示している。

（密封装置）
特に、図１及び図２を参照して、本実施例に係る密封装置について説明する。本実施例に係る密封装置１０は、回転環１１０と固定環２１０とを有するメカニカルシールを備える装置である。この密封装置１０は、回転軸５００と、回転軸５００の軸孔を有するハウジング６００との間の環状隙間を密封する役割を担っている。図２に示すように、密封装置１０によって、回転軸５００とハウジング６００との間の環状隙間が封止されて、図中右側の領域（Ａ）と左側の領域（Ｂ）とが隔てられる。使用環境に応じて、領域（Ａ）に密封対象流体が封止され、領域（Ｂ）が大気側となる場合、領域（Ｂ）に密封対象流体が封止され、領域（Ａ）が大気側となる場合の他、双方の領域（Ａ）（Ｂ）に密封対象流体が封止される場合もある。

密封装置１０は、回転環ユニット１００と、固定環ユニット２００とから構成される。回転環ユニット１００は、回転軸５００と共に回転するように構成される。また、固定環ユニット２００は、ハウジング６００に対して固定される。この固定環ユニット２００は、円筒状の固定環２１０と、ガスケット２２０とから構成される。

固定環２１０は、Ｓｉｃ，カーボンまたは金属などの硬質材料で構成される。この固定環２１０のうち回転環ユニット１００が配置される側（図１，２中右側）の端面が回転環１１０との摺動面となる。ガスケット２２０は、補強環２２１と、補強環２２１に対して一体成形されるゴム状弾性体製のガスケット本体部２２２とから構成される。補強環２２１は、円筒部２２１ａと、円筒部２２１ａの端部に設けられる内向きフランジ部２２１ｂとから構成される。ガスケット本体部２２２は、補強環２２１における円筒部２２１ａの内周面側及び外周面側と、補強環２２１における内向きフランジ部２２１ｂの両端面及び下端を覆うように形成される。また、ガスケット本体部２２２の外周面側には、一対の環状のシール突起２２２ａ，２２２ｂが設けられている。固定環２１０は、ガスケット本体部２２２のうち、補強環２２１における円筒部２２１ａの径方向内側の部位の内周面に嵌め込まれることによって、ガスケット２２０に対して固定される。

以上のように構成される固定環ユニット２００は、ハウジング６００の端面側に設けられた環状の切欠き６１０に嵌合により固定される。このとき、切欠き６１０における内周面に対して、ガスケット本体部２２２に設けられた一対の環状のシール突起２２２ａ，２２２ｂが密着することにより、ガスケット２２０とハウジング６００との間の環状隙間が封止される。

回転環ユニット１００は、Ｓｉｃ，カーボンまたは金属などの硬質材料で構成される回転環１１０と、回転環１１０と回転軸５００との間の環状隙間を封止するゴム状弾性体製の弾性体シール１２０と、金属製の環状部材１３０とから構成される。

回転環１１０は、円筒部１１１と、円筒部１１１の端部（固定環ユニット２００の配置側とは反端側の端部）に設けられる外向きフランジ部１１２とから構成される。また、外向きフランジ部１１２における端面（固定環ユニット２００の配置側とは反端側の端面）には、環状凹部１１２ａが形成されている。

本実施例に係る弾性体シール１２０は、ベローズシールである。より具体的には、弾性体シール１２０は、円筒部１２１と、円筒部１２１の端部（回転環１１０の配置側の端部）に設けられる外向きフランジ部１２２とを備えている。また、外向きフランジ部１２２の根元部分１２３は、回転環１１０に向かって突き出るように湾曲した部分により構成さ
れている。この部分が撓み変形可能なため、ハウジング６００に対する回転軸５００の偏心や軸線方向の位置ずれに対して、円筒部１２１は回転軸５００の外周表面に対して密着した状態を維持することができる。つまり、ハウジング６００に対する回転軸５００の移動に対して円筒部１２１が追随することができる。また、外向きフランジ部１２２の端面（回転環１１０の配置側の端面）には環状凸部１２２ａが形成されている。この環状凸部１２２ａは、回転環１１０における外向きフランジ部１１２の端面に形成された環状凹部１１２ａに嵌合するよう構成されている。

（環状部材）
特に、図３〜図５を参照して、環状部材１３０について、より詳細に説明する。環状部材１３０は、第１円筒部１３１と、第１円筒部１３１の端部（回転環１１０の配置側の端部）に設けられる外向きフランジ部１３２と、外向きフランジ部１３２の径方向外側の端部から回転環１１０の配置側に向かって伸びる第２円筒部１３３とを備えている。また、第２円筒部１３３は、第１円筒部１３１よりも径が大きく、その先端には加締め加工部１３４が設けられている。また、第１円筒部１３１と外向きフランジ部１３２との間の部分には、回転環１１０の配置側に向かって突出するように湾曲した湾曲部１３５が設けられている。

以上のように構成される環状部材１３０においては、外向きフランジ部１３２と、第２円筒部１３３と、加締め加工部１３４とによって、弾性体シール１２０の外向きフランジ部１２２と回転環１１０とを挟持固定する挟持固定部としての機能が発揮される。つまり、加締め加工部１３４を加締めることによって、弾性体シール１２０の外向きフランジ部１２２と回転環１１０の外向きフランジ部１１２とを挟持固定することができる（図１及び図２参照）。これにより、回転環１１０と弾性体シール１２０とを固定させることができる。

また、環状部材１３０における第１円筒部１３１によって、弾性体シール１２０の円筒部１２１を回転軸５００の外周面に締付ける締め付け部としての機能が発揮される。つまり、第１円筒部１３１を弾性体シール１２０の円筒部１２１の外周面に嵌合させることによって、円筒部１２１を回転軸５００の外周面に対して締付けて、円筒部１２１を回転軸５００に固定させることができる。

更に、環状部材１３０における湾曲部１３５によって、弾性体シール１２０における外向きフランジ部１２２の根元部分１２３を回転環１１０に向けて押圧する押圧部としての機能が発揮される。これにより、外向きフランジ部１２２の根元部分１２３が、回転環１１０に向けて押圧されるため（矢印Ｐ方向に押圧されるため）、回転環１１０は固定環２１０に対して押圧される。従って、回転環１１０と固定環２１０とが密着した状態を維持させることができる。なお、湾曲部１３５は、外向きフランジ部１２２の根元部分１２３の形状に沿うように湾曲した形状であり、この根元部分１２３を傷つけてしまうことはない。

ここで、湾曲部１３５を、押圧部としての機能を発揮させるための具体的な構成について説明する。上記の通り、環状部材１３０は金属により構成される。そして、環状部材１３０は、回転環１１０と弾性体シール１２０とを固定させる役割を担っていることから、特に、挟持固定部については十分な剛性が必要となる。そのため、湾曲部１３５における板厚は、外向きフランジ部１３２及び第２円筒部１３３などの板厚と同一となるように構成されている。従って、単に、折り曲げ加工を施すことで湾曲部１３５を形成させた場合には、湾曲部１３５には殆ど弾性がなく、押圧部としての機能を発揮させるのは難しい。

そこで、本実施例においては、湾曲部１３５に貫通孔及び溝のうちの少なくともいずれ
か一方を複数形成させることによって、湾曲部１３５の剛性を挟持固定部及び締め付け部よりも低くして、弾性を有するようにしている。貫通孔及び溝の形状については、特に限定されるものではなく、円，楕円及び矩形など各種の形状のものを採用しうる。例えば、図４（ａ）〜（ｃ）には、長穴１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃを採用した場合の例を示している。なお、図４（ａ）〜（ｃ）は、図３中矢印Ｘ方向に見た場合の斜視図の一部を示している。また、分かり易くするために、第１円筒部１３１と湾曲部１３５との境界部分と、湾曲部１３５と外向きフランジ部１３２との境界部分に点線を示している。また、貫通孔や溝の配置構成や配置数についても、特に限定されるものではない。図４（ａ）においては、第１円筒部１３１から外向きフランジ部１３２に向かって真っ直ぐ伸びるように長穴１３５ａを配置した場合を示している。図４（ｂ）においては、周方向に向かって真っ直ぐ伸びるように長穴１３５ｂを配置した場合を示している。図４（ｃ）においては、周方向に向かって斜めに伸びるように長穴１３５ｃを配置した場合を示している。

また、湾曲部１３５及び第１円筒部１３１に貫通孔及び溝のうちの少なくともいずれか一方を複数形成させることによって、湾曲部１３５の剛性を挟持固定部よりも低くして、弾性を有するようにすることもできる。貫通孔及び溝の形状については、特に限定されるものではなく、円，楕円及び矩形など各種の形状のものを採用しうる。例えば、図５（ａ）〜（ｃ）には、長穴１３５ｄ，１３５ｅ，１３５ｆを採用した場合の例を示している。なお、図５（ａ）〜（ｃ）は、図３中矢印Ｙ方向に見た場合の斜視図の一部を示している。また、分かり易くするために、第１円筒部１３１と湾曲部１３５との境界部分と、湾曲部１３５と外向きフランジ部１３２との境界部分に点線を示している。また、貫通孔や溝の配置構成や配置数についても、特に限定されるものではない。図５（ａ）においては、第１円筒部１３１から外向きフランジ部１３２に向かって真っ直ぐ伸びるように長穴１３５ｄを配置した場合を示している。図５（ｂ）においては、周方向に向かって真っ直ぐ伸びるように長穴１３５ｅを配置した場合を示している。図５（ｃ）においては、周方向に向かって斜めに伸びるように長穴１３５ｆを配置した場合を示している。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
本実施例に係る密封装置１０によれば、環状部材１３０に備えられた挟持固定部（外向きフランジ部１３２と、第２円筒部１３３と、加締め加工部１３４により構成される）によって、弾性体シール１２０の外向きフランジ部１２２と回転環１１０とが挟持固定される。また、環状部材１３０に設けられた締め付け部（第１円筒部１３１）によって、弾性体シール１２０の円筒部１２１が締め付けられることで、弾性体シール１２０は回転軸５００に固定される。更に、環状部材１３０に備えられた押圧部（湾曲部１３５）によって、弾性体シール１２０の外向きフランジ部１２２の根元部分１２３が回転環１１０に向けて押圧されるため、回転環１１０が固定環２１０に対して押圧される。

以上のように、環状部材１３０は、弾性体シール１２０と回転環１１０とを固定させる機能と、弾性体シール１２０を回転軸５００に固定させる機能と、回転環１１０を固定環２１０に対して押圧する機能とを有する。このように一つの部材（環状部材１３０）に３つの機能を持たせたことにより、部品点数を減らすことができる。なお、部品点数が減ることに伴い、密封装置１０を回転軸５００に組み付ける際の組み付け工数も減らすことができる。ここで、図３に示す環状部材１３０をインサート部品として、インサート成形することにより、弾性体シール１２０を一体成形すれば、環状部材１３０を備える弾性体シール１２０を１部品として取り扱うことも可能となる。この場合、この環状部材１３０を備える弾性体シールに回転環１１０を取り付けた状態で、加締め加工部１３４に加締め加工を施すことで、回転環ユニット１００を得ることができる。これにより、組み付け工数を更に減らすことができる。

１０ 密封装置
１００ 回転環ユニット
１１０ 回転環
１１１ 円筒部
１１２ 外向きフランジ部
１１２ａ 環状凹部
１２０ 弾性体シール
１２１ 円筒部
１２２ 外向きフランジ部
１２２ａ 環状凸部
１２３ 根元部分
１３０ 環状部材
１３１ 第１円筒部
１３２ 外向きフランジ部
１３３ 第２円筒部
１３４ 加締め加工部
１３５ 湾曲部
１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ 長穴
１３５ｄ，１３５ｅ，１３５ｆ 長穴
２００ 固定環ユニット
２１０ 固定環
２２０ ガスケット
２２１ 補強環
２２１ａ 円筒部
２２１ｂ 内向きフランジ部
２２２ ガスケット本体部
２２２ａ，２２２ｂ シール突起
５００ 回転軸
６００ ハウジング

Claims (5)

1. 回転軸と、該回転軸の軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置であって、
   前記ハウジングに対して固定される固定環と、
   前記固定環に対して摺動する回転環を有すると共に、前記回転軸と共に回転する回転環ユニットと、
   を備える密封装置において、
   前記回転環ユニットは、
   前記回転環と前記回転軸との間の環状隙間を封止する弾性体シールと、
   前記回転環と前記弾性体シールとを固定する金属製の環状部材と、
   を備えると共に、
   前記弾性体シールは、
   前記回転軸の外周面に取付けられる円筒部と、
   該円筒部の端部に設けられる外向きフランジ部と、
   を備え、
   前記環状部材は、
   前記外向きフランジ部と前記回転環とを挟持固定する挟持固定部と、
   前記円筒部を前記回転軸の外周面に締付ける締め付け部と、
   前記外向きフランジ部の根元の部分を前記回転環に向けて押圧する押圧部と、
   を備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記押圧部は、前記挟持固定部と前記締め付け部との間に設けられ、前記回転環側に向けて突出するように湾曲した湾曲部により構成されると共に、これら挟持固定部及び締め付け部よりも剛性が低いことにより、弾性を有していることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記押圧部には、貫通孔及び溝のうちの少なくともいずれか一方が複数形成されていることを特徴とする請求項２に記載の密封装置。
4. 前記押圧部は、前記挟持固定部と前記締め付け部との間に設けられ、前記回転環側に向けて突出するように湾曲した湾曲部により構成されると共に、前記挟持固定部よりも剛性が低いことにより、弾性を有していることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
5. 前記押圧部と前記締め付け部には、貫通孔及び溝のうちの少なくともいずれか一方が複数形成されていることを特徴とする請求項４に記載の密封装置。