JPH0792150B2

JPH0792150B2 - 軸シール装置

Info

Publication number: JPH0792150B2
Application number: JP3137749A
Authority: JP
Inventors: 隆久上田
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1991-06-10
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH04362375A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体機械の軸封に利用
される軸シール装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１５は、従来一般のこの種の軸シール
装置をグランドパッキンボックスに適用した断面図であ
り、同図において、１は例えばポンプケーシングの一端
部に形成したパッキングボックス、２はネックブッシ
ュ、３Ａ，３Ｂはグランドパッキン、４はシール押え部
材としてのパッキン押え、５は回転軸を示し、上記グラ
ンドパッキン３Ａ，３Ｂは、パッキンボックス１の奥部
に装入したネックブッシュ２とパッキンボックス１の開
口部に先端部を嵌入したパッキン押え４とにより、所定
の締付圧によって軸方向に挟着され回転軸５に対するシ
ール性を確保している。

【０００３】ところで、グランドパッキンボックスの構
造は、回転軸５の外周面とグランドパッキン３Ａ，３Ｂ
の内周面とのシール部６から流体を若干漏出させ、この
漏出する流体に潤滑機能をもたせて回転軸５の異常摩耗
やシール部６の焼付等を防止するように構成されてい
る。

【０００４】しかし、上記従来のパッキンボックスの構
造では、ネックブッシュ２とパッキン押え４それぞれの
グランドパッキン３Ａ，３Ｂに当接するグランドパッキ
ン挟着面２ａ，４ａが、回転軸５の軸線に対して垂直か
つ一様に交叉する形状に形成され、これらのパッキン挟
着面２ａ，４ａによってグランドパッキン３Ａ，３Ｂを
挟着しているから、グランドパッキン３Ａ，３Ｂの軸線
方向端面は当然回転軸５の軸線に対して垂直かつ一様に
交叉する。したがって、グランドパッキン３Ａ，３Ｂの
軸線方向端面と回転軸５の外周面とで形成される回転軸
５周りの軌跡は、常に回転軸５の軸線に対して垂直な面
内に保たれ、回転軸５の回転によってもその軌跡が、円
周方向においてグランドパッキン３Ａの内周面にオーバ
ラップすることはない。

【０００５】そのために、潤滑材として機能する漏れ流
体はネックブッシュ２の内周面と回転軸５の外周面との
間に形成される環状の小さい空隙７の軸線方向内端のみ
からシール部６に送り込まれることになる。しかし、パ
ッキン押え４を所定の締付圧によってネックブッシュ２
の方向に締付けることで、グランドパッキン３Ａ，３Ｂ
それぞれの内周面を回転軸５の外周面に圧接させ、これ
により好適なシール性を確保するようになっているか
ら、シール部６を形成するグランドパッキン３Ａ，３Ｂ
の内周面と回転軸５の外周面は密接状態を呈しており、
このようなシール部６に対してケーシング内の流体圧の
みによって漏れ流体を送り込むことは事実上困難であっ
て、漏れ流量が小さく制限され、潤滑機能を有効に発揮
することができない。

【０００６】このため、従来、本出願人は特開昭６４−
７４３６１号公報に開示されているような構成の軸シー
ル装置を既に提案している。その先に提案した軸シール
装置は、図１６に示すように、グランドパッキン挟着部
を構成するネックブッシュ２とパッキン押え４のそれぞ
れの挟着面２ａ，４ａに、グランドパッキン３Ａ，３Ｂ
を軸線方向内方に偏倚させる手段として、複数の（図で
は４個の）突片状の変位部２Ａ…，４Ａ…（図１７）を
周方向所定間隔ごとに形成したものである。これは、ネ
ックブッシュ２およびパッキン押え４の突片状の変位部
２Ａ…，４Ａ…と挟着面２ａ，４ａとの軸線方向での高
低差により形成されるグランドパッキン３Ａ，３Ｂの軸
線方向端面と回転軸５の外周面とによる回転軸５周りの
軌跡が、回転軸５の回転にともない、軸線方向内方に変
位させなかったグランドパッキン３Ａの内周面とオーバ
ラップすることになり、また、パッキン押え４側の小さ
い空隙８も、その円周方向において、軸線方向内方に変
位させなかったグランドパッキン３Ｂの内周面とオーバ
ラップすることになる。したがって、漏れ流体が回転軸
５の回転に伴って強制的にグランドパッキン３Ａの内周
面に送り込まれることになり、またシール部６を通って
環状の小さい空隙８の下部に洩出した流体は回転軸５の
回転に伴って強制的にグランドパッキン３Ｂの内周面に
送り込まれることになって、潤滑機能を向上させること
ができる。

【０００７】また、図１８に示すように、ネックブッシ
ュ２とパッキン押え４の内側のリング９それぞれの挟着
面にグランドパッキン３Ａ〜３Ｃを軸線方向へ変位させ
る曲面状の変位部２Ｂ，９Ｂを形成し、さらに上記パッ
キングボックス１の奥端部とネックブッシュ２との間に
コイルスプリング１０を介装し、そのばね力を上記ネッ
クブッシュ２を介してグランドパッキン３Ａ〜３Ｃの軸
線方向へ付勢してグランドパッキン３Ａ〜３Ｃに生じる
経時的な応力緩和をコイルスプリング１０のばね力で補
償したものも提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記したような構成の
従来の軸シール装置は、ネックブッシュ２やパッキン押
え４などのグランドパッキン挟着部材の挟着面の形状に
よってグランドパッキン３Ａ〜３Ｃを軸線方向へ部分的
に変位させるものであるから、予め漏れ量を設定したう
えで、上記グランドパッキン挟着部の挟着面に、パッキ
ン変位量に相当する曲面状変位部２Ｂ，９Ｂなどの加工
を施しておかなければならない。したがって、実装時に
おいて、流体の条件などが変更された場合には、これに
対応できず、新たなものを製作する必要がある。さら
に、上記曲面状の変位部２Ｂ，９Ｂなどの加工も切削な
どによらねばならず、手間がかかり、コストの上昇をま
ねく。また、図１８に示すような構成のものでは、コイ
ルスプリング１０などと組み合せ使用したものであるか
ら、大型化を招くことになる。

【０００９】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、シール性能の低下をまねくことなく、流体を
有効にシール部に送り込んで漏れ量による潤滑機能を良
好に維持させて、回転軸の異常摩耗の発生を防止できる
とともに、使用時に漏れ量を任意に調整でき、また、安
価で作り易く、小型化が可能な軸シール装置を提供する
ことを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る軸シール装置は、ケーシングを貫通し
た回転軸に外嵌されて上記ケーシングの軸線方向の一端
側に螺着されたシール押え部材で締め付けられる弾性変
形可能なリング状シール部材の軸線方向の少なくとも一
側面側に、円周方向に沿って山部と谷部とが交互に存在
する連続波状に形成され上記シール部材を軸線方向へ連
続波状に変位させるウェーブスプリングを配設したもの
である。

【００１１】また、上記ウェーブスプリングは、上記シ
ール部材とシール押え部材との間に介装することが好ま
しい。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、円周方向に沿って山部と谷
部とが交互に存在する連続波状に形成されたウェーブス
プリングによってシール部材を軸線方向へ押付けること
で、上記ウェーブスプリングの山部と谷部との軸線方向
での高低差によりシール部材の軸線方向端面に連続波状
の変位部が形成され、この連続波状の変位部が回転軸の
回転にともない、円周方向においてシール部材の内周面
にオーバラップする。したがって、流体は回転軸の回転
にともない、オーバラップするシール部材の内周面に強
制的に送り込まれて、有効な潤滑性が得られるととも
に、上記押付量を調整することでシール性とのバランス
もとれ、しかも、これを使用時の条件に応じて任意に調
整することができる。

【００１３】また、上記ウェーブスプリングがシール部
材と押え部材との間に介装されている場合は、流体の圧
力が高まった時に上記ウエーブスプリングがその流体圧
により偏平化するので、シール性の向上が図れる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。図１は本発明に係る軸シール装置をパッキンボ
ックスに適用した例を示す断面図であり、同図におい
て、図１５〜図１８で示す従来例と同一部所には、同一
の符号を付して、それらの説明を省略する。

【００１５】図１において、回転軸５にリング状シール
部材として外嵌されたグランドパッキン３の軸線方向の
両側面側に、上記回転軸５に外嵌されたリング状の一重
巻きウェーブスプリング１１Ａ，１１Ｂを当接させてい
る。上記グランドパッキン３はＰＴＦＥを含侵した炭化
繊維を編組したものから加工されたものである。また、
ウェーブスプリング１１Ａ，１１Ｂは板ばね等から図２
のように、リング状に打ち抜かれるとともに、その円周
方向に沿って山部１１ａと谷部１１ｂとが交互に存在す
る比較的大きい連続波状に成形されている。一方のウェ
ーブスプリング１１Ｂをパッキンボックス１の内壁段部
１ａで軸線方向の位置を規制させた状態で、他方のウェ
ーブスプリング１１Ａを上記パッキンボックス１に螺着
されたパッキン押え４と上記グランドパッキン３との間
に介在して、上記パッキン押え４の螺動により軸線方向
へ締め付けており、これにより、グランドパッキン３の
内周面を回転軸５の外周面に密接させて、グランドパッ
キン３の内周面と回転軸５の外周面とでシール部６を形
成している。

【００１６】このような構成において、グランドパッキ
ン３の軸線方向端面は、連続波状のウェーブスプリング
１１Ａ，１１Ｂの山部１１ａと谷部１１ｂとの高低差に
よって軸線方向へ局部的に変位した部分が円周方向で断
続的に形成され、つまり連続波状の変位部が形成され、
この連続波状の変位部が回転軸５の回転にともない、グ
ランドパッキン３の内周面に順次オーバラップすること
になる。したがって、流体は、回転軸５の回転にともな
って、漏れ流体としてシール部６に強制的に送り込まれ
て均等に行きわたり、これによって潤滑性が高められ
る。

【００１７】上記グランドパッキン３をウェーブスプリ
ング１１Ａ，１１Ｂで軸線方向へ連続波状に変位させて
いるので、このウェーブスプリング１１Ａ，１１Ｂやグ
ランドパッキン３などからなるシールユニットの取付長
を変えることで、上記軸線方向の変位量を任意に調整可
能である。すなわち、シールユニットの実装後であって
も、上記パッキン押え４の螺動操作による締付圧を変え
ることによって所望の漏れ量に設定することができ、汎
用性が広げられる。また、上記ウェーブスプリング１１
Ａ，１１Ｂをグランドパッキン３とパッキン押え４との
間に介装しているので、流体圧が高くなった場合、ウェ
ーブスプリング１１Ａ，１１Ｂの山部１１ａと谷部１１
ｂとの高低差が小さくなって偏平化するので、自動的に
シール性が高められることになる。

【００１８】また、上記ウェーブスプリング１１Ａ，１
１Ｂは、バネ鋼板やステンシス板をプレス成形などで加
工できるので、加工も容易で、低コスト化が図れ、ま
た、コイルスプリングを組み合せ使用するものに比して
軸長を大幅に短くすることができる。

【００１９】ところで、上記ウェーブスプリング１１
Ａ，１１Ｂの内周面と回転軸５の外周面との間の隙間１
２Ａ，１２Ｂからの流体圧でグランドパッキン３が食み
出すおそれがある場合は、図３に示すように、ＰＴＦＥ
などからなるアダプターリング１３Ａ，１３Ｂをグラン
ドパッキン３の軸線方向の両側面と各ウェーブスプリン
グ１１Ａ，１１Ｂとの間に介挿すればよく、これにより
耐圧性の向上を図れる。

【００２０】図４は本発明の他の実施例を示し、グラン
ドパッキン３を、一重巻きのウェーブスプリング１１Ａ
と多重巻きのウェーブスプリング（図５）とを用いて挟
み込み、さらにアダプタリング１３Ａ，１３Ｂも使用し
たものである。この例では、グランドパッキン３の軸線
方向の変位量を大きくとれ、該グランドパッキン３の摩
耗などの減量に対応可能となる。

【００２１】ところで、上記の各実施例では、リング状
シール部材としてグランドパッキン３を用いたが、図６
に示すように、Ｏリング１５を使用し、その一側面に上
記ウェーブリング１１Ａを押し付けるようにしてもよ
い。このＯリング１５を使用するものでは、該Ｏリング
１５の軸線方向の変位量を大きくとれ、漏れ量を多くし
て潤滑性を一層向上させることができる。勿論、図７に
示すように、上記Ｏリング１５の両側面を１対のウェー
ブスプリング１１Ａ，１１Ｂで挟み込むようにしてもよ
い。

【００２２】また、上記Ｏリングの１５の代りに、図８
に示すように、その内周側をＰＴＦＥ層１６で構成した
ＰＴＦＥ複合Ｏリング１７を使用すれば、回転軸５に対
する摺動抵抗を低減させることができる。

【００２３】図９は本発明のさらに他の実施例を示し、
シール部材として多孔質ＰＴＦＥ製のリング１８を使用
したものである。この多孔質ＰＴＦＥ製リング１８は、
延伸加工法により密度１．０になるように作製されたも
のであり、ＰＴＦＥにより回転軸５に対する摺動抵抗が
小さくなり、しかも、多孔質のために潤滑油を保持させ
ることができる。

【００２４】図１０は本発明のさらに別の実施例を示
し、その内周側に舌片部１９ａを有するＰＴＦＥ製のリ
ップシール１９をシール部材として使用し、その外周側
に巻装したガータスプリング２０の収縮ばね力を上記舌
片部１９ａに付勢させたもので、軸ぶれに対する追従性
を高められる利点がある。

【００２５】なお、上記ウェーブスプリングは、前述し
たものに限らず、たとえば図１１に示すような多重巻き
ウェーブスプリング２１を使用すれば、高荷重にも対応
できる。

【００２６】また、上記ウェーブスプリング１１（１
４），（２１）は必要に応じて廻り止めを講じればよ
い。たとえば、相手方が廻り止めピン（図示せず）であ
れば、図１２に示すようなピン係合用の係合孔２２を形
成すればよく、また、廻り止め溝（図示せず）の場合
は、図１３のような溝係合用の折曲片２３を形成すれば
よい。また、図１４のような廻り止め突部用の切欠部２
４であってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、回転軸に
外嵌されて弾性変形可能なシール部材の軸線方向の挟着
状態で該シール部材を、円周方向に沿って山部と谷部と
が交互に存在する連続波状のウェーブスプリングにより
軸線方向へ変位させるように構成したので、ウェーブス
プリングの山部と谷部との軸線方向での高低差によりシ
ール部材の軸線方向の端面に連続波状の変位部を形成さ
せて、回転軸の回転にともない、その連続波状の変位部
の軌跡を円周方向においてシール部材の内周面にオーバ
ラップさせて、ここから流体をシール部に強制的に送り
込ませるこてができる。また、流体圧力が高くなった場
合は、ウェーブスプリングの山部と谷部との高低差が小
さくなるように偏平化させてシール部材の外周面および
内周面をケーシングおよび回転軸の外周面に強く押付け
ることができる。したがって、優れたシール性能を保ち
つつ、潤滑性能の向上を図ることができるとともに、使
用時の条件に応じて上記シール性と潤滑性とのバランス
を適正に設定することができ、さらに加工が容易で、安
価となり、小型化を図り易い。

【００２８】また、請求項２によれば、ウェーブスプリ
ングをシール部材とシール押え部材との間に配置する構
成とした場合は、流体の圧力が高くなった時のウェーブ
スプリングの軸線方向での偏平化が確実で、流体圧の上
昇に応じてシール性を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軸シール装置をパッキンボックス
に適用した第１実施例を示す断面図である。

【図２】図１のものに使用したウェーブスプリングを示
す斜視図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示す断面図である。

【図５】図４のものに使用した多重巻きウェーブスプリ
ングを示す斜視図である。

【図６】本発明の第４の実施例を示す断面図である。

【図７】本発明の第５の実施例を示す断面図である。

【図８】本発明の第６の実施例を示す断面図である。

【図９】本発明の第７の実施例を示す断面図である。

【図１０】本発明の第８の実施例を示す断面図である。

【図１１】重ね巻きウェーブスプリングを示す斜視図で
ある。

【図１２】廻り止めピン用係合孔をもったウェーブスプ
リングを示す斜視図である。

【図１３】廻り止め溝用折曲片をもったウェーブスプリ
ングを示す斜視図である。

【図１４】廻り止め突部用切欠部をもったウェーブスプ
リングを示す斜視図である。

【図１５】一般の軸シール装置を示す断面図である。

【図１６】従来の軸シール装置の一例を示す断面図であ
る。

【図１７】図１６のものに使用したグランドパッキン挟
着部材の要部を示す斜視図である。

【図１８】従来の軸シール装置の他の例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ケーシング３，１５，１７，１８，１９シール部材４シール押え部材５回転軸１１Ａ，１１Ｂ，１４，２１ウェーブスプリング１１ａ山部１１ｂ谷部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシングを貫通した回転軸に外嵌され
て上記ケーシングの軸線方向の一端側に螺着されたシー
ル押え部材で締め付けられる弾性変形可能なリング状シ
ール部材の軸線方向の少なくとも一側面側に、円周方向
に沿って山部と谷部とが交互に存在する連続波状に形成
され上記シール部材を軸線方向へ連続波状に変位させる
ウェーブスプリングを配設したことを特徴とする軸シー
ル装置。
【請求項２】上記ウェーブスプリングが上記シール部
材とシール押え部材との間に介装されていることを特徴
とする請求項１の軸シール装置。