JPH03223574A - シール装置及びシール方法 - 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、シール装置、およびそれによるシャフト軸受
のシール方法に関する。

【従来の技術〕 モーター、ギヤボックス、及びローラミルは、いずれも
、作動時に回転しつるシャフトを有するハウジングを備
えている。このシャフトは、通常、ハウジングの中に取
り付けた軸受に支持されている。軸受及びシャフトには
、通常、油やグリースなどで潤滑される。

潤滑油がハウジング内で保留されるようにしたり、汚染
物がハウジングに入らないようにすることが重要である
ことは、よく知られている。潤滑油が漏れたり、水分そ
の他の異物により、潤滑油が汚染されると、軸受が損傷
される原因となる。

リップシール及びラビリンスシールは、汚染物が入らな
いようにして、潤滑油を、ハウジングの内部に保留させ
るのに、古くから使用されているシールの基本的形態で
ある。しかし近年、軸受の寿命を大いに延ばすように改
良されたシール装置が開発されている。

例えば、本願出願者が所有する米国特許第４．０２２，
４７９号明細書には、ハウジングに取り付けられたリン
グ状ステーターと、シャフトに、シール状態を保って回
転しつるように取付けられたリング状ローターとを有す
るシール装置が開示されている。

前記明細書に記載されているように、ステーターは、移
動する潤滑油をすべて捕集するための一連のラビリンス
溝と、潤滑油を、この溝からハウジングの溜めに戻すト
ラフすなわち排出路とを有している。ステーターとロー
ターとの間のシール部に入ってくる汚染物は、溝の中に
捕集され、出口孔を経て、ハウジングから排出される。

本願の発明者は、前記米国特許第４．０２２．４７り１
号明細書に記載されているシール装置に改良を加えた。

その改良は、米国特許第４，１１４，９０２号、同第４
、１７５，７５２号、同第４，３０４，４０９号、同第
４，４６６；６２０号、同第４．７０６．９６８号、及
び同第４，８３２，３５０号明細書に開示されている。

本願発明者が開発して改良したラビリンス型シール装置
であっても、ある条件の下１例えばスリーブ軸受式をモ
ータ、ギヤボックス、あるいはローラミルのように、そ
れぞれ特有のシール上の問題があるような場合において
は、潤滑油の移動と流出に問題がある。このような潤滑
油の移動と流出は、軸速度が高くて、潤滑油が軸受やシ
ャフトに衝突することによって発生する。

これらの問題は、軸受がリングで給油されている際にも
、僅かながら発生する。また、潤滑油は、シャフトに沿
って移行する傾向があり、空気の流速によって生ずる差
圧と、その結果、ハウジングの油溜めと外部雰囲気との
間において生じるエネルギーのため、ハウジングから流
れ出ようとする傾向を有している。

例えは、モータは、通常、空気流を利用して、軸受部や
作動部を冷却する。しかし、このような空気流は、油溜
めの中に相対的な真空状態をつくり、ひいては、差圧を
発生させて、潤滑油を、モータハウジングから漏洩させ
るおそれがある。

また、モータのシャフトは、モータが静止している際の
機械的な中心と、モータが作動している際の磁気的な中
心との間を、軸方向に変位することがある。このような
シャフトの変位により、般的なシール装置や軸受隔離装
置は動かされ、潤ｉ’ｌ？油または潤滑汚染物が漏洩し
てしまうことがある。

別の例として、ギヤボックス、すなわち減速歯車装置は
、高速の潤滑油が押し当たる軸受を有している。油溜め
内部の潤滑油のレベルは、潤滑油を溜めの中へ戻すよう
になっている重力式排出装置の欠点を克服するため、シ
ャフトの外周よりも上位としであることがよくある。

潤滑油の漏洩は、過剰の潤滑油のためによってもよく起
こる。

また、ギヤボックスの中に使用されている潤滑油は、発
泡して、体積を増大したり、油面がシャフトの外周より
も高くなったりし、そのために、さらに漏洩が生じるこ
ともある。

ローラミルは、軸受が早期に故障する機械の別の例であ
る。ローラは、頻繁に取り換えられるため、ローラシャ
フトのシール装置が損傷することも多い。シャフトシー
ル装置が損傷すると、ニップ部、即ち材料の接触部のと
ころに使用されているケロシンや他の潤滑油が、ローラ
の各端部における軸受の中に流れ込んで、それを損傷す
ることがある。

また、軸受の潤滑油が、ローラ上へ漏れてしまうことも
ある。これは、処理される材料が食品である場合、特に
問題であり、食品を汚染することになる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、回転シャフトを備えている殆んどすべての加
工機械に使用することができ、しかも、モータ、ギヤボ
ックス、あるいはローラミルに派生する特有の問題に対
処できるシール装置を提供するものである。

本発明の第１の目的は、モータ、ギヤボックスあるいは
ローラミルにおける、上で述べた問題点を解消したシー
ル装置を提供することである。

本発明の第２の目的は、潤滑式回転シャフトを有する装
置において発生する潤滑油の移行及び流出の問題を解消
したシール装置を提供することである。

本発明の第３の目的は、シール装置へ入ってくる潤滑油
にエネルギーを与えることにより、内外部の差圧、およ
び潤滑油の衝突速度から生じるエネルギーに対抗できる
ようにしたシール手段を提供することである。

本発明の第４の目的は、ステーターの内部に内嵌ロータ
ーを設け、それにより、ローターの軸方向と半径方向の
変位を防止するようにしたシール手段を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段］ 上で述べた課犀を解決するための、本発明によるシール
装置は、ハウジングに取り付けたリング状ステーターと
、シール状態を保って回転しうるようにしてシャフトに
取付けた第１のリング状ローターとを備えている。

ステーター及び第１０−ターは、凹部及びフランジを有
し、かつそれらは、フランジが、回転隙間をもってで凹
一部に嵌入しつるような相補的形状をなしている。

フランジ及び凹部の外面に、溝即ちチャンネルを設け、
それにより、侵入してくる汚染物を捕集するための空洞
を形成しである。汚染物は、出口孔から排出される。

第２のローターすなわち内嵌ローターが、ステーターの
内部に回転可能に収容され、かつシャフトに、シール状
態を保って回転しつるように取り付けられている。

この内嵌ローターの内面には、半径方向に伸びるスロッ
トがあり、それにより、移行潤滑油を捕集、捕集された
潤滑を、遠心力により、ステーターにおける環状溝の中
へ強制的に送り込むようになっている。

環状溝は、排出トラフと連通しており、従って、捕集さ
れた潤滑油は、モータにおける差圧や、ギヤボックスか
ら流出する潤滑油に抗して、油溜めの中へ強制的に戻さ
れる。

〔実施例） 以下、添付の図面を参照して、本発明の好敵実施例を詳
細に説明する。

図に示すように、本発明のシール装置（ｌＯ）は、シャ
フト（Ｉ６）を回転可能に支持する軸受（１４）を備え
るハウジング（１２）の中に取付けられている。

シール装置（１０）は、リング状ステーター（１８）と
、第１のローター（２０）を備えている。ステーター（
１８）は、対向端面（２２）　（２４）、外周面（２６
）、および内周面（２８）を有している。ローター（２
０）も同じように、対向端面（３０）　（３２）、外周
面（３４）、および内周面（３６）を有している。

第２図に示すように、ステーター（１８）の外周面（２
６）には、環状！　（３８）が設けられ、この環状溝（
３８）には、ハウジング（１２）の内部での摩腔シール
を行わせるための０−リング（４０）が嵌合されている
。

ステーター（１８）の外周面（２６）にはまた、ステー
ター（１８）をハウジング（１２）の中に取付ける際、
内方へ軸方向の動きを制限するための段部（旧）が設け
られている。

ローター（２０）の内周面（３６）には、！対の環状溝
（４２）（４４）が設けられ、かつそれぞれに０−リン
グ（４６）　（４８）が嵌合されている。それにより、
第１図から明らかなように、ローター（２０）は、シャ
フト（１６）に対して摩捺シールされ、ローター（２０
）は、シャフト（］６）と共に回転する。

環状溝（４２）（４４）の灯数な幅は、それぞれ、２．
６２ｎｕｎ（０，１０３インチ）、および３．５３ｓ（
０，１３９インチ）であり、また好ましい深さは、それ
ぞれ、２．０３Ｍ（０，０８０インチ）および２．８４
Ｗｎ（０，１１２インチ）である。

０−リング（４６）（４８）の直径は、それぞれ、溝（
４２）（４４）の中にぴったりと嵌合しうるよう、２．
６２Ｍ（０，１０３インチ）、および３．５３ｍｍ（０
，１３９インチ）とするのがよい。

ローター（２０）とシャフト（１６）との隙間は、約０
．１８ｍｍ　（０，００フインチ）とする。従って、組
立てた際には、Ｏ−リング（４６）　（４８）は、半径
方向に０．５１ｎｕｎ（０，０２０インチ）押し潰され
ることとなる。

ステーター（］８）は、第３図に最もよく示されている
ように、第１部分（５０）と第２部分（５２）とからな
っている。第１部分（５０）の内周には、環状段部（５
４）があり、第２部分（５２）の外周には、第２図に示
すように、環状段部（５４）に嵌入しつる半径方向の環
状フランジ（５６）がある。

第１ｉ１１１分（５０）と第２部分（５２）とにより、
ステーター（１８）の中に、環状溝（５８）が形成され
る。

ローター（２０）は、軸方向に突出する環状フランジ（
６０）を有し、この環状フランジ（６０）は、環状溝（
５８）に嵌入しつるようになっている。

第２図から明らかなように、環状溝（５８）と環状フラ
ンジ（６０）との間には、隙間が形成される。この隙間
は、環状フランジ（６０）の内外各側において、それぞ
れ、０．１３〜０．３８Ｍ　（０，００５〜０．０１５
インチ）とするのがよい。

ステーター（１８）はまた、軸方向に突出する環状フラ
ンジ（６２）を備えている。この環状フランジ（６２）
は、第２図に最もよく示すように、ローター（２０）に
おける軸方向を向く環状溝（６４）に、隙間をもって嵌
入している。

ステーター（１８）の内周面（２８）には、環状溝（６
６）が設けられている。ローター（２０）における軸方
向に突出するフランジ（６０）の外周面には、少なくと
も一つ、好ましくは二つの環状溝（６８）が形成されて
いる。

環状溝（６６）及び（６８）により、ハウジング（１２
）の外から入ってきた汚染物を補集するチャンネルが形
成されている。またステーター（１８）には、汚染物が
シール装置（ｌＯ）から追い出されて落下できるように
、出口孔（７０）があけられている。

ステーター（Ｉ８）は、第１部分（５０）における端壁
（７６）、筒状側壁（７８）、並びに第２部分（５２）
における端面（８０）とにより、環状チャンネル（７４
）が形成されている。

第２０−ターである内嵌ローター（８２）が、環状チャ
ンネル（７４）の内部に回転可能に収容されている。内
嵌ローター（８２）の内周面には環状＠（８４）が設け
られ、この環状＃　（８４）には、第１図に示すように
、ローター（８２）がシャフト（１６）とシール状態で
摩掠系合されるよう、０−リング（８６）が嵌合されて
いる。

０−リング（８６）は、シール状態をつくるため、シャ
フト（１６）と十分に接触し、しかもシャフトを、機械
的中心と磁気的中心との間で軸方向へ変位させることが
できるようになっている。

環状溝（８４）の幅、および及び０−リング（８６）の
直径は、はぼ同じであり、２．６２ｍｍ（０，１０３イ
ンチ）とするのが好ましい。ローター（２０）と同じよ
うに、内嵌ローター（８２）とシャフト（１６）との隙
間は、約約０．１８ｍｍ　（０，００フインチ）である
。環状溝（８４）の深さは、シャフト（Ｉ６）上のＯ−
リング（８６）に、０、　Ｉ　８　ｍｍ　＜０．００フ
インチ）の漬れを生じさせ、かつこのシャフトを軸方向
に変位しつるような値とする。

内嵌ローター（８２）と、ステーター（１８）における
環状チャンネル（７４）との間には、内嵌ローター（８
２）がシャフト（！６）と自由に回転できるように隙間
が設けられている。

Ｏ−リング（８６）のために、シャフト（１６）に沿っ
て外方へ向かう潤滑油の移動は最小にされ、かつ内嵌ロ
ーター（８２）により、移動しかつ噴出しようとする潤
滑油には、均等にエネルギーが与えられ、潤滑油の移動
が防止されるとともに、前記噴出現象による潤滑油の外
向きの流れが阻止される。

そのため、ステーター（１８）は、環状チャンネル（７
４）から半径方向に外方へ伸びる少なくとも一つの環状
溝（８８）を有している。

内嵌ローター（８２）の内端面には軸線方向を向く複数
のスロット（９０）が切り込まれている。

端壁（７６）に沿って、内嵌ローター（８２）と環状チ
ャンネル（７４）との間の隙間内に入ってにくる潤滑油
はすべて、スロット（９０）によってかき集められる。

その際、スロット（９０）は、速度が増した潤滑油に遠
心エネルギーを与え、漏れようとしている潤滑油を、環
状溝（８８）の中へ強制的に押し込む。

戻し用凹部（９２）が、ステーター（１８）の内周面（
２８）に形成されている。この四部（９２）は、環状溝
（８８）と連通しており、スロット（９０）から環状溝
（８８）に送られてくる潤滑油を排出して、ハウジング
の油溜めの中へ戻すようになっている。

更に、内嵌ローター（８２）の内周面（９４）に隣接す
るスロット（９０）の内端により、シャフトの表面から
溢れる潤滑油は掻取られ、潤滑油は環状溝（８８）の中
へ導かれた後、戻し用凹部（９２）を経て、ハウジング
の油溜めに戻す。

スロット（９０）の代わりに、あるいはそれに加えて、
内嵌ローターの外周面（８２）に、複数の円弧状凹入孔
（９６）が設けられている。この凹入孔（９６）もまた
、遠心力により、移動潤滑油にエネルギーを均等に与え
、潤滑油を環状溝（８８）の中へ送り、かつ戻し用凹部
（９２）を経て、ハウジングへ戻すようになっている。

ステーター（Ｉ８）の第２部分（５２）の内周面にも、
環状溝（９８）が設けられている。この環状溝（９８）
は、ステーター（１８）の第２部分（５２）と、内嵌ロ
ーター（８２）との接合部を越えてくる潤滑油を捕捉す
る。

第２部分（５２）の内周には、第２図に示すように、環
状溝（９８）及び戻し用凹部（９２）と連通ずる傾斜凹
部（＋００）が設けられ、それにより、環状溝（９８）
の中の潤滑油を、ハウジングの油溜めに戻すようになっ
ている。

使用に際しては、第１図に最もよく示されているように
、ステーター（１８）をハウジング（１２）の内部に取
付け、かつ０−リング（４０）がそれらの間のシール状
態を保つようにして、シール装置（１０）を、モータ、
ギヤボックス、またはローラミルのような機械に取り付
ける。

第１のローター（２０）、及び内嵌ローター（８２）は
。

機械のシャフトと共に回転するようにして、かつ０−リ
ング（４４）　（４６）　（８６）によりシール状態を
保つようにして、シャフト（１６）に取り付けられる。

ステーター（１８）の中の環状溝（６６）により形成さ
れるチャンバー、およびローター（２０）の形成されて
いる環状溝（６８）により、ステーター（１８）が端部
の間隙とａ−ター（２０）との間に入ってくる汚染物を
集めるための空洞が形成されている。集められた汚染物
は、重力により、出口孔（７０）から排出される。

スロット（９０）は、例えばモータにおける差圧により
シャフト（１６）に沿って外方へ移行し、またギヤボッ
クスの中から流出してくる潤滑油を集める。

スロット（９０）及び凹入孔（９６）とにより、また内
嵌ローター（８２）により生ずる遠心力により、移行潤
滑油は、半径方向に外方へ推進させられ、ステーター（
１８）における環状溝（８８）の中へ送り込まれる。

集められた潤滑油に均等に付与された力は、モータにお
ける差圧、およびギヤボックス中の流出に抗して、潤滑
油を、戻し用凹部（９２）を経て、油溜めの中へ強制的
に戻すのに十分な力をもっている。言い換えれば、内嵌
ローター（８２）により移行潤滑油に与えられる力は、
移行を生じさせている力よりも大きく、そのため、潤滑
油は、ハウジングの油溜めへ確実に戻される。

スロット（９０）を越え、かつ内嵌ローター（８２）に
おけるＯ−リング（８６）を越えて流れる移行潤滑油は
、すべて、ステーター（１８）の第２部分（５２）にお
ける環状溝（９８）に集められる。環状溝（９８）は、
傾斜四部（＋００）を介して、戻し用凹部（９２）と連
通しているので、環状溝（９８）に集められた潤滑油は
、傾斜凹部（＋００）を介して、戻し用凹部（９２）の
中へ排出される。

内嵌ローター（８２）によって集められ、かつ推進力が
与えられている潤滑油の過剰エネルギーは、環状溝（９
８）からの潤滑油に伝達される結果、この後者の潤滑油
は、油溜めの中へ強制的に送られる。

使用の際、ステーター（１８）は、シャフト（１６）と
同軸として、ハウジング（１２）に装着される。第１の
ローター（２０）は、シャフト（１６）とシール状態を
保って回転しうるようにして、シャフト（１６）に取り
付けられ、かつ、ローター（２０）の環状フランジ（６
０）は、ステーター（１８）の環状溝（５８）に嵌合さ
れる。

ステーター（１８）における環状溝（６６）、およびロ
ーター（２０）における環状溝（６８）は、ステーター
とローターとの間の隙間に入ってくる汚染物を集めるこ
とができるチャンネルを形成する。集められた汚染物は
、排出孔（７０）から放出される。

ハウジングの油溜め内の潤滑油は、差圧または流出現象
により、シャフト（１６）に沿って外方へ移動していく
ので、内嵌ローター（８２）におけるスロット（９０）
により、この移行潤滑油は捕集される。

回転中の内嵌ローター（８２）の遠心力により、スロッ
ト（９０）及び凹入孔（９６）は、潤滑油を、ステータ
ー（１８）における環状溝（８８）の中へ追い込む。集
められた潤滑油は、戻し用凹部（９２）を介して、ハウ
ジングの油溜めの中へ送られる。

内嵌ローター（８２）を越えて流れる移行潤滑油は、す
べて、ステーターの第２部分（５２）における環状溝（
９８）に集められる。この潤滑油は、環状溝（９８）か
ら、傾斜凹部（＋００）を介して、戻し用凹部（９２）
へ排出され、そこで潤滑油は、回転中の内嵌ローター（
８２）により与えられたエネルギーにより、ハウジング
の油溜めの中へ送られる。

このように、移行潤滑油は、内嵌ローター（８２）によ
って付勢されているため、差圧、またはハウジング内部
に起きている流出現象に抗して、油溜めの中へ強制的に
送られる。

また、モータに対して使用し、シャフトが、機械的中心
と磁気的中心との間で軸方向に変位する場合、内嵌ロー
ター（８２）は、端壁（７６）及び側壁（８０）の間に
おけるステーター（１８）の内部で拘束される。従って
、内嵌ローター（８２）は、モータシャフトの軸方向変
位が行なわれる際、ローター（２０）と同じように、軸
方向に変位することはない。

従って、シール装置（１０）の結合性が確保され、潤？
１１油の漏洩は防止される。

内嵌ローター（８２）は、１９８９年５月２３日に特許
された本願出願者所有の米国特許第４．８３２．３５０
号明細書に記載の［一体式ラビリンスのシール装置」に
も適用することができる。この明細書の開示内容は、本
発明の理解において参考となる。

このような変形シール装置では、ステーターは、上で述
べたように、二つの部分からなっており、かつそれら各
部分は、拡張捕集チャンバの前方においてステーターの
内部に回転可能に取り付けられた内嵌ローターを備えて
いる。

前記変形一体式ラビリンスのシール装置における内嵌ロ
ーターは、上で述べた要領と同じように機能し、潤滑油
を、ハウジングの油溜めへ強制的に戻したり、汚染物を
、軸受ハウジングから追い出したりすることができる。

シール装置の各種部材の寸法は、すべて相対的な関係で
決まるものであり、従って、本明細書で挙げた寸法は、
絶対的なものではなく、あくまでも灯数な例であるに過
ぎない。

以上の説明から明らかなように、本発明により、少なく
とも上で述べたすべての目的は達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ハウジングを貫通するシャフトに取り付けら
れた本発明によるシール装置及び関連する軸受を示す縦
断面図である。 第２図は、本発明によるシール装置の拡大縦断面図であ
る。 第３図は、本発明によるシール装置の分解斜視図である
。 第４図は、第２図の線４−４の方向に見た正面図である
。 第５図は、本発明の内嵌ローターの正面図である。 第６図は、本発明の内嵌ローターの斜視図である。 （ｌＯ）シール装置　　　　　（１２）ハウジング（１
４）軸受　　　　　　　　（１６）シャフト（１８）ス
テーター （２２）　（２４）端面 （２８）内周面 （３４）外周面 （３８）環状溝 （４１）段部 （４６）　（４８）　Ｏ−リング （５２）第２部分 （５６）環状フランジ （６０）　（６２）環状フランジ （７０）出口孔 （７６）端壁 （８０）端面 （８４）環状溝 （８８）環状溝 （９２）戻し用四部 （９６）凹入孔 （１００）傾斜凹部 （２０）ローター （２６）外周面 （３０）　（３２）端面 （３６）内周面 （４０）０−リング （４２）　（４４）環状溝 （５０）第１部分 （５４）環状段部 （５８）環状溝 （６４）（６６）　（６８）環状溝 （７４）環状チャンネル （７８）側壁 （８２）内嵌ローター （８６）０−リング （９０）スロット （９４）内周面 （９８）環状溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定ハウジングと回転シャフトとの間のシール装
   置であって、 前記シャフトが回転可能に貫通している孔を有するハウ
   ジングに取り付けられているリング状ステーターと、 前記ステーターと隣接し、シール状態を保って回転しう
   るようにして、前記シャフトに取付けられているリング
   状ローターと、 前記ステーターの内部に回転可能に取り付けられ、かつ
   シール状態を保って回転しうるようにして、シャフトに
   取付けられている第２のローターとを有することを特徴
   とするシール装置。
2. （２）ハウジングから回転可能として伸び出しているシ
   ャフトの軸受をシールする方法であって、内部に回転可
   能に収容され、かつシール状態を保って回転しうるよう
   にして、シャフトに取付けられる内嵌ローターを有する
   リング状ステーターを、ハウジングに、シャフトと同心
   的に取り付ける段階と、 リング状ローターリングを有するシャフトに沿って外方
   へ移行する潤滑油を捕捉する段階と、捕捉された潤滑油
   を、ハウジングの内部の油溜めの中へ強制的に戻す段階 とからなることを特徴とするシャフトの軸受のシール方
   法。
3. （３）相互に嵌合して、ラビリンス空洞を形成するリン
   グ状のステーター及びローターと、汚染物の出口孔と、
   潤滑油戻りチャンネルとを有し、前記ローターは、機械
   の回転シャフトと共に回転するようになっていおり、か
   つ前記ステーターは、軸受のハウジングに固定保持され
   るようになっている軸受隔離装置において、 内嵌ローターが、シャフトに沿って移行する潤滑油を、
   ハウジングの中へ強制席戻すべく、機械のシャフトと共
   に回転しうるようにして当該軸受隔離装置の内部に装着
   されていることを特徴とする軸受隔離装置。
4. （４）加工機械における回転シャフトの軸受周りからの
   潤滑油の漏洩及び汚染を防止する方法であって、相互に
   嵌合して、ラビリンス空洞を画定するリング状ステータ
   ー及びローターと、汚染物の出口孔と、潤滑油戻りチャ
   ンネルとを有する軸受隔離装置を前記シャフトに、シャ
   フトと共に回転するようにして取付けることにより、軸
   受の汚染を阻止する段階と、 軸受隔離装置の内部に、潤滑油を軸受の方へ強制的に排
   出させる手段を設け、それにより、潤滑油の漏洩を阻止
   する段階 とを有することを特徴とする、潤滑油の漏洩及び汚染を
   防止する方法。