JPH0198769A - 磁気端面シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は改良された磁気端面シール及び、軸受保護装置
に関し、特に軸受箱と、前記軸受箱外壁より内部に開口
するボアから同軸上に張出す回転軸との間をシール状態
に維持するための磁気端面シールに関する。

〔従来の技術〕

多（のポンプが軸受箱を外部の汚染因子から密封状態に
絶縁するためにリップシールやラビリンスシールを採用
しているが、かかるシールは多くの欠点を有している。

また軸受箱と回転軸との間に磁気端面シールを使用する
試みも成されてきた。第１図は従来の磁気端面シールの
例を示しており、かかる磁気端面シールは気密性の点で
優れている。しかしながら、従来の磁気端面シールの取
付けは慎重かつ正確に行う必要がある。例えば、公知の
典型的な磁気シールは軸受箱のボア内に磁気インサート
を取付けるために別個に絶縁体を必要とするため、必然
的に構造が複雑になりコストもかかることになる。公知
のシールはまた通常はエラストマー製のＯリングを用い
て絶縁体すング内に磁気インサートを密封状態に取付け
るが、インサートリングは傾き歪むことがあり、かかる
場合にはシール機構は適切に作動しない。

この歪みは挿入時の０リングのローリングや伸縮に起因
する。このような従来のシールの内部では対向するシー
ルリングの間に環状空間が形成され、かかる空間にはオ
イルが溜まりやすく、溜まったオイルは軸受の油溜に吐
出されにくいため、結果的にシール面の間で漏れが生じ
ることになる。磁気端面シールの公知例としては、米国
特許第２，８４３．４０３号、同第３，０５０，３１９
号、同第３，０８０，１７０号、同第３，７８８．６５
０号などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、本発明の課題は上記課題を解決し改善可能な改
良された磁気端面シールを提供するにある。

すなわち取付けが容易で、しかも不都合なインサートの
歪曲が生じにくい改良された磁気端面シールを提供する
にある。

さらに、磁気吸引可能な材料製の固定子を使用し、軸受
箱のボア内に位置決めさせるためのインサートとして機
能させ、軸に取付けられた磁石を含む回転子のシール面
を上記固定子のシール面に磁気吸引させて良好なシール
状態を得ることが可能な改良された磁気端面シールを提
供するにある。

本発明に基づく改良された磁気端面シールでは、上記固
定子に硬い非磁性体材料製のシート部材を取付けること
により、軸受箱のボア内に固定子を垂直にしっかりと密
封状態に係合させ固定子に生じるコツキングや歪みを防
止可能な磁気端面シールを提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明は、軸受箱と、該軸受
箱外壁より内部に開口するボアから同軸上に張出す回転
軸との間をシール状態に維持するための磁気端面シール
において、環状固定子が前記回転軸を囲むように該ボア
内に配設され、該固定子が磁気吸引可能な材料から成る
固定リングを含み、該回転軸が該固定リングと接触せず
に該ボア手段を貫通できるように、該固定子には該回転
軸と同軸上に伸長し該回転軸よりも大きな半径を有する
ボア手段が形成され、該固定リングの軸方向外側端面上
には略平面形状の環状第１シール面が形成され、該固定
子は該固定リング外周にリング状シート部材を有し、該
シート部材は該固定リング上に固着され、該シート部材
の断面は非円形形状であり、該シート部材は弾性の低い
硬い合成樹脂材料から形成され、該シート部材の最大半
径は、該シート部材を該ボア内に挿入した時に生じる半
径方向変形により該ボア内面と密着固定状態に係合可能
なように、非圧縮状態で該ボアの半径よりもやや長めに
形成され、回転子は該回転軸を囲み、かつ該回転軸の回
転運動に伴って回転自在に配設され、さらに該回転子は
該固定子の近傍に同軸上に配設され、該回転子は回転リ
ングを有し、該回転リングの軸方向内側端面上には略平
面形状の環状第２シール面が形成され、該第２シール面
ば該回転軸の中心線に対し略垂直平面上に形成され、該
第２シール面は該第１シール面に相対するように係合維
持され、さらに、該回転子が該回転リングに固着された
リング状磁石を含み、該磁石は該回転軸に対しては半径
方向に距離を置くように配設され、該固定リングに対し
ては軸方向近傍かつ小さな軸方向隙間を置くように配設
され、該磁石の該固定リングに対する磁気吸引力により
、該回転子が該固定子に軸方向に吸引され、該第１フェ
ース面と該第２フェース面とのシールが得られることと
特徴とする、磁気端面シールを提供する。

〔実施例〕

以下図面を参照し、まず従来技術に基づく磁性端面シー
ルについて説明し、次に本発明に基づく磁性端面シール
の実施例について詳述することにより本発明の特徴を明
らかにする。

第１図は、従来技術に基づく磁性端面シールを示す断面
図である。この磁性端面シールは軸１２を中心線１３の
回りを回転自在に支承する軸受箱１１を含む。軸１２は
公知の転がり軸受１４．１５により回転自在に支承され
る。軸受箱１１は転がり軸受１４．１５に注油するため
の油溜１６を有している。ボア１７は軸受箱１１の外壁
１８を通って外部に開口し、軸１２を外部に張出させて
いる。そしてこの軸受箱１１と回転軸１２０間に従来技
術に基づく磁性端面シール１９が配設され、外部環境か
らリザーバとしての油溜１６を密封状態に絶縁している
。

この従来技術に基づく磁性端面シール１９は、回転リン
グ２１を有し、この回転リング２１は軸１２の回りを囲
むように軸受箱１１の外部に配設された支持リング２２
を含んでいる。この支持リング２２は公知のエラストマ
ー製０リング２３によって軸１２と液密にかつ駆動自在
に係合される。支持リング２２はその内面に形成された
環状溝を有し、該環状溝の内部には公知のカーボン製の
フェースリング２４が取付けられる。該フェースリング
２４は支持リング２２の軸方向内側面を超えて軸方向内
側に張出し、フェースリング２４の軸方向内側端に環状
シール面２５が形成される。該環状シール面２５は中心
線１３に対して略垂直な平面を形成している。

磁性端面シール１９は、また固定リング２７を有してい
る。該固定リング２７は軸受箱１７内に配設され、軸受
箱エフに対し液密にかつ回転不能に取付けられている。

この固定リング２７の軸方向外側端面上にはシール面２
６が形成され、対向する２つのシール面２５及び２６の
間で液密状態を保ちながら回転自在に接触可能な平面が
形成される。

固定リング２７は磁石であり、従って磁性体材料から形
成される。これとは対称的に、回転リング２２は磁気吸
引可能な材料、すなわちスチールのような公知のフェラ
イト材から形成される。

そのため回転リング２２は磁石である固定リング２７の
方向、すなわち軸方向内側に磁気吸引され、対向するシ
ール面２５及び２６の間に好適なシール接触が維持され
る。

固定リング２７は通常は「インサート」と称され、中間
リング２８によって軸受箱１１に回転不能に取付けられ
る。該中間リング２８はインサートである固定リング２
７の周辺に配設され、ボア１７を規定する周辺壁に密着
される。この中間リング２８により、通常は鋳鉄やスチ
ールなどのフェライト材製の軸受箱１１から磁石である
固定リング２７が絶縁される。

インサートである固定リング２７と軸受箱１１とのシー
ルを確保するために、上記中間リング２８と上記固定リ
ング２７との間には公知のエラストマー製Ｏリング２９
が配設される。しかし、このような０リングにはい（つ
かの欠点が観察される。すなわち、取付は時にＯリング
の圧縮が生じ、さらに絶縁体である固定リング２７の内
部にインサートである固定リング２７を軸方向に挿入す
るため０リングが軸方向に動かされ、その結果軸方向へ
のローリングや弾性的歪みが生じることになる。さらに
いわゆる「スプリングバック」が生じ、固定リング２７
の大きなコツキングや傾動が観察され、端面２６が軸の
中心線に対して所望の垂直面を形成することが困難とな
る。

かかる状態は通常「歪み」として観察されている。

さらに、第１図に示す従来例では、軸１２と固定リング
２７との間に環状隙間通路３１が配設されている。この
環状隙間通路３１の軸方向内側端部は油溜１６に連通さ
れ、゛この環状隙間通路３１を介して注油される。この
環状隙間通路３１の軸方向外側端部は周方向外側に張出
し、支持リング２２と固定リング２７とフェースリング
２４とによって規定される環状溝３２に連通している。

この環状溝３２はシール面２６の内半径がシール面２５
の内半径よりも小さいために生じるものである。この環
状溝３２内部には通路３１を介して注油された油が集ま
る傾向があり、溜まった油は油溜１６内に戻ることがで
きない。従って幾らかの油がシール面２５及び２６の間
に漏れるおそれがあった。

第２図には、本発明に基づく改良された磁気端面シール
４１が示されており、この磁気端面シールも固定された
軸受箱１１と回転軸１２の間に設置されるものである。

当該磁気端面シール４１は回転子４２を含み、該回転子
４２は軸１２の回りに液密にかつ回転不能に取付けられ
る。回転子４２はリング状磁石４３を含み、該磁石４３
には通常はカーボン製の回転リング４４が取付けられて
いる。回転リング４４は磁石４３を超えて軸方向内側に
張出し、その軸方向内側の端面上にシール面４５が形成
される。こめシール面４５は公知例と同様に軸に対し垂
直方向に伸長している。さらに「ヴイトン（Ｖｉｔｏｎ
）　Ｊや「ブナ・エヌ（Ｂｕｎａ”Ｎ”）」のようなエ
ラストマー製０リング４６が回転リング４４内の溝に配
設され、軸に回転子４２を液密に取付けている。リング
状磁石４３と回転リング４４とは締まりばめ又はプレス
ばめにより相互に固定される。リング状磁石４３は磁性
体材料から形成される。リング状磁石４３の材料として
は、バリウム・フェライト（セラミック）、アルニコ５
、アルニコ８、プラスチックベースのネオジムなどを使
用することができる。特にアルニコ５を支持リング４３
の磁性体として使用することが好ましい。

回転子４２は固定子５１に隣接し協働してシール状態が
得られる。該固定子５１は軸受箱１１のボア１７の開放
端内に液密にかつ回転不能に取付けられる。この固定子
５１はさらに固定リング５２を含み、その軸方向外側端
面上にシール面５３が形成され、該シール面５３は軸の
中心線に対し垂直な面上に形成され、対向するシール面
４５に対し相互に回転及び摺動自在に接触している。

固定子５２は磁気吸引可能な材料から形成され、リング
状磁石４３から軸方向に強い磁気吸引力を受け、対向す
るシール面４５と５３の間に適当な係合が確保される。

このように固定リング５２は公知のスチールにより形成
することができるが、該固定リング５２にはニッケル／
クロム保護面や酸化クロム保護面のように保護表面加工
を施すことも好ましい。

固定リング５２は軸方向に張出す階段状の環状外面を有
し、該環状外面は２段に構成されることが好ましい。さ
らにこの構造について詳述すると、固定リング５２はそ
の内側端面から軸方向に張出す環状の第１外面５４を有
し、半径方向外側に張出す第１ショルダー５５に連続し
ている。

この第１ショルダー５５はさらに環状環状の第２外面５
６に連続し、該環状の第２外面５６は環状の第１外面５
４よりも半径方向外側で、軸受箱１１のボア１７よりも
半径方向内側に位置するように調整される。さらに該環
状の第２外面５６は軸方向外側かつ半径方向外側に伸長
する環状の第２ショルダー５７に連続している。この環
状の第２シッルダ−５７により環状フランジ５８が規定
される。

この環状フランジ５８は軸受箱外壁１８を半径方向に覆
う程度に十分な半径方向を有している。これにより環状
の第２ショルダーにより外壁を囲むことが可能になる。

固定リング５２の外周には環状のシート部材６１が固定
される。この環状シート部材６１はブロック状断面を有
し、さらにその環状内面は固定リング５２の環状外面に
密着可能である。固定リング５２と環状シート部材６１
とは締まりばめ又はプレスばめによって固定されること
が好ましい。

さらに該環状シート部材６１は第１ショルダー５５に密
着可能な軸方向外側端面を有している。

シート部材６１は軸方向内側から軸方向外側に向けて半
径方向長さが漸増するように形成された環状外面６２を
有している。すなわち、シート部材６１の軸方向内側（
第２図では左側）の端面に連続する環状外面６２は軸受
１１のボア１７よりも小さい半径方向長さを有している
。この環状外面６２の半径は軸方向に向けて（第２図で
は左側から右側に向けて）その軸方向幅の３分の１にわ
たり徐々に増加するように構成され、シート部材６１が
圧縮されていない状態では、ボア１７の内半径よりも若
干長めの半径方向長さを有するように構成される。さら
にその若干長めの長さが軸方向幅の残り部分にわたって
維持される。

本実施例ではシート部材６１が圧縮されていない状態で
、環状外面６２の最大半径は通常は０．１２７ｍｏ＋（
０，００５ｉｎ）乃至２．７９４　ｍｍ（０，１１ｉｎ
）の範囲でボア１７の半径よりも長く構成されているが
、リングのサイズに応じてこの超過長さが可変であるこ
とは言うまでもない。

シート部材６１の材料としては、少な（ともデュロメー
タ硬さＡ９５を有する硬いプラスチック又は合成樹脂を
使用し、極力限定的な弾性力を持たせる。軸受箱のボア
１７内に挿入する際には、シート部材６１の軸方向外側
付近に限定的な圧縮が生じ、該圧縮により固定リング５
２が適切に固定支持され、また軸受箱１１との液密な係
合が達成される。かくしてスプリングバック（すなわち
、軸方向への膨らみ（ａｘｉａｌ　ｂｕｌｇｉｎｇ））
は防止され、インサートである固定リング５２及び特に
そのシール面５３を軸中心線に対し垂直方向に非常に正
確に維持することが可能となる。

シート部材６１の材料としては、低い摩擦係数を有し軸
受箱１１のボア１７内への挿入が容易なものが好適であ
り、かくしてインサートである固定リング５２のローリ
ングやスプリングバッグを最小限にすることが可能とな
る。

好適な実施例においては、シート部材６１は炭素繊維強
化テフロン又はガラス繊維強化テフロンのようなテフロ
ンにより形成される。しかしテフロンと同様の性質を有
する他の材料を使用・することも可能である。例えばリ
ドン（Ｒｙｔｏｎ）などで代替させることができる。ま
たデュロメータ硬さは少なくともショア硬さＡ９５であ
ることが好ましい。さらにボア１７内に圧縮されて密着
されるため君子軸方向への膨らみ（０，５０８ｍａ＋（
０，００２１ｎ））を材料に持たせる必要がある。

インサートである固定リング５２は軸１２の半径より大
きな半径を有し、軸方向に伸長する開口部を有しており
、該開口部はほぼ同じ半径を有し、シール面５３より内
部に開口するボア６４を含んでいる。しかしこのボア６
４は固定リング５２内の一部に伸長するにすぎず、さら
に軸方向内側の端部は同軸上に配列されたボア６３に連
通している。該ボア６３はテーパ面を有し、該テーパ面
は固定リング５２の半径方向内側表面に相当し、軸方向
内側に向かって半径が漸増していくように構成される。

リング状磁石４３と磁気吸引可能な固定リング５２の間
には小さな半径方向隙間６６が確保される。

〔発明の効果〕

本発明は以上のような構造を有しているため、以下に説
明するような顕著な効果を示す。

すなわち本発明に基づく磁気端面シートを配設したアセ
ンブリを作動させた場合、軸１２の回転により対応する
回転リング４２の回転が引き起こされる。磁石である支
持リング４３とインサートである固定リング５２との間
に生じる磁気吸引力により、回転リング４２は第２図中
左方向に引付けられ、回転リング４２上のシール面４５
が対向する固定リング５２上のシール面５３に対して磁
気的に密着される。そのため本発明に基づく磁気端面シ
ールによれば、軸の回転によりシール面４５とシール面
５３との間に摺動回転が生じた場合であっても、両面間
では効果的なシール状態が維持され減摩材の外部への漏
出を防止可能であると同時に、水分又は湿気を含んだ汚
染因子の内部への侵入をも防止することが可能である。

また本発明に基づく磁気端面シールにおいては、固定リ
ング５２と軸受箱１１の間に配設されたシート部材６１
は固定リング５２を液密状態に固定支持すると同時に、
軸受ＩＩの端面に垂直な第２ショルダー５７がフランジ
５８の内面上に形成される。このため本発明に基づく磁
気端面シールによれば、好ましくないシール面５３の傾
斜を防止可能であり、対向し接触するシール面４５及び
５３の間の好適は摺動密着状態を維持することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術に基づく磁性端面シールを備えた軸
支持用の軸受のフレームを示す中央断面図である。 第２図は、本発明に基づく改良された磁性端面シールを
示す部分断面図である。 ４１・・・磁性端面シール、

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸受箱と、前記軸受箱外壁より内部に開口するボ
   アから同軸上に張出す回転軸との間をシール状態に維持
   するための磁気端面シールにおいて、 環状固定子（５１）が前記回転軸（１２）を囲むように
   前記ボア（１７）内に配設され、前記固定子が磁気吸引
   可能な材料から成る固定リング（５２）を含み、前記固
   定子には前記回転軸と同軸上に伸長し前記回転軸よりも
   大きな半径を有するボア手段（６３、６４）が形成され
   、前記回転軸は前記固定リングと接触せずに前記ボア手
   段を貫通可能であり、 前記固定リング（５２）の軸方向外側端面上には略平面
   形状の環状第１シール面（５３）が形成され、 前記固定子は前記固定リング外周にリング 状シート部材（６１）を有し、前記シート部材は前記固
   定リング（５２）上に固着され、前記シート部材の断面
   は非円形形状であり、 前記シート部材（６１）は弾性の低い硬い合成樹脂材料
   から形成され、前記シート部材の最大半径は、前記シー
   ト部材を前記ボア内に挿入した時に生じる半径方向変形
   により前記ボア内面と密着固定状態に係合可能なように
   、非圧縮状態で前記ボア（１７）の半径よりもやや長め
   に形成され、 回転子（４２）は前記回転軸を囲み、かつ前記回転軸の
   回転運動に伴って回転自在に配設され、さらに前記回転
   子は前記固定子（５１）の近傍に同軸上に配設され、 前記回転子（４２）は回転リング（４４）を有し、前記
   回転リングの軸方向内側端面上には略平面形状の環状第
   ２シール面（４５）が形成され、前記第２シール面は前
   記回転軸の中心線に対し略垂直平面上に形成され、前記
   第２シール面（４５）は前記第１シール面に相対するよ
   うに係合維持され、さらに、 前記回転子（４２）が前記回転リング（４４）に固着さ
   れたリング状磁石（４３）を含み、前記磁石（４３）は
   前記回転軸に対しては半径方向に距離を置くように配設
   され、前記固定リング（５２）に対しては軸方向近傍か
   つ小さな軸方向隙間を置くように配設され、前記磁石（
   ４３）の前記固定リングに対する磁気吸引力により、前
   記回転子が前記固定子に軸方向に吸引され、前記第１フ
   ェース面と前記第２フェース面とのシールが得られるこ
   とと特徴とする、磁気端面シール。
2. （２）前記シート部材（６１）がブロック状断面を有し
   、さらに軸方向外側位置から軸方向内側位置に移行する
   につれ半径が漸増する環状外面（６２）を有し、前記環
   状外面は前記ボアの半径よりも小さい半径を軸方向内側
   位置において有し、前記環状外面はシート部材の非圧縮
   時にボア１７の半径よりも大きな半径を軸方向外側位置
   において有することを特徴とする、請求項第１項に記載
   された磁気端面シール。
3. （３）前記シート部材（６１）と前記固定リング（５２
   ）が相互に締まりばめ又はプレスばめされることにより
   前記シート部材と前記固定リングとが相互に固着され、
   前記シート部材が前記固定リングの軸方向内側面に形成
   された第１ショルダー（５５）に接していることを特徴
   とする、請求項第１項又は第２項に記載された磁気端面
   シール。
4. （４）前記固定リング（５２）が軸方向外側端面の近傍
   に半径方向外側に張出す環状フランジ（５８）を有し、
   前記環状フランジが前記ボアを囲むように前記軸受箱外
   壁に重なり接するように半径方向外側に張出しているこ
   とを特徴とする、請求項第１項乃至第３項のいずれか１
   項に記載された磁気端面シール。
5. （５）前記回転リング（４４）がカーボン製であり、前
   記回転軸を通すためのボアを有し、前記回転リング（４
   ４）が前記ボアから半径方向外側に開口する環状溝を有
   し、前記環状溝は前記回転リングの軸方向反対側端面か
   ら内側に向けて間隔を有し、エラストマー製シールリン
   グ手段（４６）が前記環状溝内に配設され、前記回転軸
   に圧縮されることにより液密状態が保たれ、前記回転軸
   と前記回転リング（４２）との間に回転不能なシール状
   態が得られることを特徴とする、請求項第１項乃至第４
   項のいずれか１項に記載された磁気端面シール。
6. （６）リング状前記磁石（４３）が前記回転リング（４
   ４）の半径方向外側を囲み固着されていることを特徴と
   する、請求項第１項乃至第５項のいずれか１項に記載さ
   れた磁気端面シール。
7. （７）前記磁石（４３）が前記回転リングを囲むリング
   形状をしていることを特徴とする、請求項第１項乃至第
   ６項のいずれか１項に記載された磁気端面シール。