JPH09119527A - 封止構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転シャフトが軸方向に動く場合でも、該シ
ャフトと固定ハウジングとの間の封止を維持する。 【解決手段】 固定ハウジング４０と回転シャフト１０
との間の封止構造は、ハウジング４０に取り付けられた
第１のリング部材２０と、シャフト１０とともに回転可
能な第２のリング部材３０とを備える。第１のリング部
材２０および第２のリング部材３０には、互いに補完的
に対応してラビリンス・チャンネルを形成するフランジ
および溝の組み合わせ２１および３１がそれぞれ設けら
れる。第２のリング部材３０には環状の凹所３２が設け
られている。第１のリング部材２０を貫通して延びる複
数のピン２３が凹所３２内に入り込んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定ハウジングと
回転シャフトとの間の封止を行うための封止構造に関す
る。

【０００２】回転するシャフトを封止することは重要で
ある。軸受に用いられた潤滑剤が軸受ハウジングから漏
れるのを防止するためにも、また、周辺環境における汚
染物質が軸受の潤滑剤に侵入するのを防ぐためにも重要
である。

【０００３】

【従来の技術】米国特許第４,７０６,９６８号およびそ
の審査において引用された従来技術の文献には、ラビリ
ンス・シール（ラビリンス封止装置）についての開示が
ある。開示されたこれらの封止装置は、複数のリング間
にラビリンスを有するものである。少なくとも一つのリ
ングは固定されており、一つのリングがシャフトととも
に回転する。米国特許第４,７０６,９６８号および米国
特許第５,１７４,５８３号においては、第３のリング部
材を設けることが開示されている。この第３のリング部
材は、ラビリンス境界部の封止作用を改善するととも
に、固定ないし静止リングと回転リングとが封止状態を
維持しつつ軸方向に互いに分離することを可能としてい
る。かかる封止装置は、シャフトが軸方向に変位する際
の封止に関する多くの問題点を解決してきた。しかしな
がら、シャフトの軸方向変位に対応した封止装置を利用
して長期にわたり適当な封止状態を維持する、という点
は、今も継続する課題である。このような封止装置（封
止ユニット）は、最も一般的には、軸方向および回転方
向に同時に動くシャフトに適応されることを要求されて
いる。軸方向および回転方向への同時移動は、スリーブ
軸受モータや、一端が固定軸受に連結され他端が浮動状
態とされている長いシャフトにおいて生じ得る。

【０００４】従来は、軸受絶縁体（ベアリング・アイソ
レータ）の固定子（ステータ）および回転子（ロータ）
は、軸方向に互いに分離しないように係止（ロック）さ
れていた。回転部材と固定リング部材との間に生じる軸
方向の推力は、固定子および回転子の軸方向を向いた面
によって吸収されなければならない。この推力と、軸方
向に変位しようとする動きとが、別個の内部係止装置に
よって軸方向に関して一体状に係止された軸受絶縁体を
損傷することがあった。また、例えば米国特許第５,１
７４,５８３号に開示されているように、軸受絶縁体
が、その設計上、一体部分としての相互係止手段ととも
に構成されている場合にも、軸受絶縁体は軸方向に関し
て一体状に係止されていることになるので、同様にして
損傷を受けることがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、シャフトが
軸方向に動くときに回転部材および固定部材間の摩擦係
合により回転子および固定子の面上に生じる推力、破壊
的な推力を軽減するようになされている。本発明の目的
は、回転するシャフトとそれに関連するハウジングとの
周囲に連続的な封止を与えることにより、ハウジングか
ら潤滑剤が漏れることを防止するとともに、汚染物質が
ハウジング内に入ることを防ぐことにある。本発明は、
特にシャフトが軸方向に移動ないし変位する場合のこと
を意識している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による封止構造
は、固定部材に位置づけられ且つ回転部材の凹所ないし
キャビティ内に挿入された複数のピンを備えている。ツ
ーピース（ｔｗｏ ｐｉｅｃｅ）・ラビリンスによる機
械的な封止がラビリンスの構造に基づいて機能し、潤滑
剤および／または汚染物質が出たり入ったりするのを防
ぐ。通常は、シャフトに取り付けられたラビリンス封止
装置の一つのリングと、封止されるべきハウジングに取
り付けられた一つのリングとが設けられている。本発明
は、従来のツーピース・ラビリンスまたはスリーピース
・ラビリンスによる機械的な封止構造であって、シャフ
トの軸方向移動の影響を受けるものの改良である。

【０００７】本発明の改良点は、複数のピンを、静止部
材すなわち固定子またはリングを貫通させて、回転リン
グまたは回転部材における、ラビリンスから軸方向に離
れた領域に形成された凹所内に挿入するようにしたこと
である。ラビリンスはまた、フランジおよび溝の組み合
わせどうしが互いに当接することなしに、リング部材の
軸方向移動を可能とするようになされている。ラビリン
スのチャンネル、フランジおよび溝の組み合わせの移動
は、回転部材の軸方向の係合によって制限されている。
この制限は、凹所の軸方向の幅およびピンの直径によっ
て決定される。回転部材は、所定の軸方向距離だけシャ
フトとともに動くことを許されている。この動きは、固
定部材または固定子におけるピンが回転部材におけるキ
ャビティまたは凹所の壁に当接するまで許容される。ピ
ンの挿入により、回転リングは所定量だけ自由に軸方向
移動することが許される。この軸方向移動は、回転部材
におけるキャビティの半径方向面にピンが当たることに
よって軸方向推力が吸収されるまで許容される。

【０００８】また、本発明によれば、ピンと凹所の壁と
の間の境界部に潤滑剤が与えられ、それによって、シャ
フトの軸方向移動時の推力によって引き起こされるであ
ろう摩耗がさらに減じられることになる。リングおよび
固定子間の推力に起因して生じる、かかる摩耗は、壁と
ピンとの間が点接触であることによっても、減じられ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１を参照する。図１には、本発
明の封止の構造が典型的な封止状況のもとに示されてい
る。図１において、シャフト１０に装架された封止リン
グは断面で示されている。シャフト１０は軸受ハウジン
グ４０を通して延びている。軸受自体は図示していない
が、ハウジング４０内でシャフト１０に通例のごとく嵌
合しているか、またはスリーブ軸受モータの場合のよう
に回転子に隣接している。ハウジング４０から外部に潤
滑剤が漏出したり、外部の物質や汚染物質がハウジング
４０内の潤滑剤に入り込むような事態は、本発明の封止
装置の構造によって防止される。また、スリーブ軸受の
場合においては、潤滑剤がシャフトに沿ってハウジング
４０内へと移動することも防止される。

【００１０】この新規な封止構造は、ハウジング４０に
固定された第１のリング２０を含む。このリング２０
は、通常、固定子リングと呼ばれる。リング２０は、複
数の内方に延びるフランジおよび溝の組み合わせ２１を
有している。フランジおよび溝の組み合わせ２１から軸
方向に間隔をおかれて、複数の半径方向の孔２２が固定
子リング２０に穿孔されている。該孔２２には、複数の
ピン２３が挿入されて堅固に嵌合されている。ピン２２
は、固定子２０の孔２２の深さよりも長い。必須のもの
ではないが、ザーク・ニップル（ｚｅｒｋ ｆｉｔｔｉ
ｎｇ）すなわちグリース・ニップル２５およびリング２
０に形成されるチャンネル２６を設けてもよい。チャン
ネル２６は、ピン２３間において固定子リング２０に形
成された溝２４内のグリースおよび／または潤滑剤のた
めのリザーバを提供する。溝２４は、ピン２３の列の中
心線に沿って形成されている。こうすることにより、ピ
ン２３の位置に潤滑剤が供給され、ピン２３と半径方向
面３２ａ、３２ｂとの間の境界面が潤滑にされる。

【００１１】第２のリング部材３０は、内方に延びる複
数のフランジおよび溝の組み合わせ３１を有している。
これらは、固定子リング２０のフランジおよび溝の組み
合わせ２１と補完的に対面する。第２のリング部材３０
はまた、凹所３２を備えている。該凹所３２は、封止構
造の内方側すなわちハウジング側であって、回転リング
部材３０の軸方向極限位置の近くに位置付けられてい
る。この凹所ないしキャビティ３２は、係止ピン２３の
直径よりも僅かに大きな軸方向幅を有するように設計さ
れている。シャフトの軸方向移動は、該シャフトが磁力
中心（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｅｎｔｅｒ）を求めるとき
に作動中に生じる。第２のリング部材３０は、該リング
部材３０内に堅固に嵌合された弾性材料からなるＯリン
グ６０を備えている。このＯリング６０は、該Ｏリング
６０とシャフト１０との間に摩擦係合を与え、リング部
材３０の回転を可能にさせる。

【００１２】好ましいラビリンス封止構造においては、
回転リング部材２０と固定リング部材３０との間にチャ
ンネルまたはスロット７０が形成されており、該スロッ
ト７０は、大気または外部環境とハウジング４０の内部
とを連通させている。このラビリンスは、固定されたリ
ング部材に対する回転リング部材の軸方向の移動量に対
応して大きさを変えるようにしてもよい。この軸方向の
移動量とラビリンスの大きさとの関係は、次のようであ
る。すなわち、軸方向移動があっても、フランジおよび
溝の組み合わせ２１とフランジおよび溝の組み合わせ３
１とが互いに接触せず、連続したラビリンスを維持し続
ける、というものである。回転リング部材３０は、ピン
２３がキャビティすなわち凹所３２の側壁に接触するま
で、シャフト１０とともに軸方向に移動する。図２にお
いて、シャフト１０は右方向に軸方向移動しており、回
転リング部材３０も軸方向に移動して、凹所３２の側壁
３２ａがピン２３に接触している。これらのピン２３
は、通常は、テフロン（登録商標）またはテフロンの派
生物のような滑性材料から作られる。ピン２３と回転リ
ング部材３０との接触は、回転リング部材３０のキャビ
ティすなわち凹所３２の平坦な側壁３２ａと対面するピ
ン２３の円柱面上における点接触に限定される。シャフ
ト１０および回転リング部材３０が左方向へ軸方向移動
するときにも、同様の作用がなされる。

【００１３】軸方向の推力は、ピン２３および側壁３２
ａまたは３２ｂによって吸収される。ピン２３および側
壁３２ａ、３２ｂ間の摩擦係合によっては、比較的わず
かな摩耗や発熱しか生じない。

【００１４】図示したように、ザーク・ニップルすなわ
ちグリース・ニップル２５からチャンネル２６を通して
固定子リング部材２０の溝２４内へと、付加的な潤滑剤
を供給するようにしてもよい。この潤滑剤またはグリー
スは、ピン２３とキャビティすなわち凹所３２の壁との
間の境界部を滑らかにする。キャビティすなわち凹所３
２内の潤滑剤またはグリースは、回転リング部材３０に
より遠心作用を受ける。キャビティすなわち凹所３２内
の潤滑剤またはグリースは、潤滑が必要でないときに
は、固定子リング部材２０の溝２４内へと戻されるよう
にしてもよい。このような場合は、ピン２３が壁３２ａ
および３２ｂのいずれにも接触していないときに生じ
る。

【００１５】さらに、シャフト１０の軸方向移動が十分
に大きいがために封止装置の付加的な軸方向移動が要求
されるならば、米国特許第５,１７４,５８３号に説明さ
れているような、可撓性の駆動手段（Ｏリング６０）を
軸方向に越えてシャフトがスリップするという手法を利
用して、封止装置のこの付加的な軸方向移動を為さしめ
るようにしてもよい。

【００１６】以上、本発明の望ましい実施例について説
明してきたが、寸法変更などのさまざまな変形例および
他の実施例が、特許請求の範囲に記載された本発明の技
術的思想の範囲に含まれることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の封止装置の一実施例の構造を水平シャ
フトとともに示す断面図

【図２】本発明の封止装置の一実施例の構造の一部を、
シャフトおよび回転部材が極限の軸方向位置にある状態
で示す、拡大断面図。

【図３】本発明の封止装置におけるさまざまな部材とシ
ャフトとの関係を示す端面図。

【符号の説明】

１０ シャフト、２０ 第１のリング部材、２１ 第１
のリング部材のフランジおよび溝、２２ 孔、２３ ピ
ン、２４ 環状の溝、２６ リザーバ・チャンネル、３
０ 第２のリング部材、３１ 第２のリング部材のフラ
ンジおよび溝、３２ 環状の凹所、４０ ハウジング。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定されたハウジングと回転するシャフ
   トとの間の封止構造であって、 ａ）固定されたハウジングと、 ｂ）シャフトと、 ｃ）前記シャフトを囲繞し且つ前記ハウジングに取り付
   けられた第１のリング部材と、 ｄ）前記第１のリング部材の第１の部分にて軸方向に延
   びる、複数の環状のフランジおよび溝の組み合わせと、 ｅ）前記第１のリング部材の前記第１の部分から軸方向
   に離れた第２の部分に設けられた半径方向の複数の孔
   と、 ｆ）前記シャフトとともに回転可能な第２のリング部材
   と、 ｇ）前記第２のリング部材の第１の軸方向部分にて軸方
   向に延びる複数の環状のフランジおよび溝の組み合わせ
   にして、前記第１のリング部材の前記フランジおよび溝
   の組み合わせと補完的に対応して前記第１のリング部材
   および第２のリング部材間にラビリンス・チャンネルを
   形成するフランジおよび溝の組み合わせと、 ｈ）前記第２のリング部材の第２の軸方向部分に設けた
   環状の凹所にして、前記第１のリング部材の前記孔に対
   向している凹所と、 ｉ）複数のピンと、を備え、 ｊ）前記ピンが、前記第１のリング部材の前記孔内に挿
   入されて前記第２のリング部材の前記凹所内に突出して
   いる、ことを特徴とする封止構造。
2. 【請求項２】 前記第２のリング部材の前記凹所の軸方
   向寸法が、前記ピンの軸方向寸法よりも、軸方向で見て
   僅かに大きく、それによって、前記第２のリング部材
   が、前記第１のリング部材に対して相対的に制限された
   量の軸方向移動を許容されている、請求項１記載の封止
   構造。
3. 【請求項３】 前記ピンが円柱状である、請求項２記載
   の封止構造。
4. 【請求項４】 前記ピンが、それ自体が滑性を有する材
   料で作られている、請求項３記載の封止構造。
5. 【請求項５】 前記第２のリング部材の前記環状の凹所
   が矩形断面である、請求項１記載の封止構造。
6. 【請求項６】 前記孔の中心線上にて前記第１のリング
   部材に環状の溝が形成されている、請求項１記載の封止
   構造。
7. 【請求項７】 前記第１のリング部材にリザーバ・チャ
   ンネルが形成されており、該リザーバ・チャンネルに前
   記環状の溝内の潤滑剤を蓄積するようになされている、
   請求項６記載の封止構造。
8. 【請求項８】 前記第１のリング部材の前記フランジお
   よび溝の組み合わせと、前記第２のリング部材の前記フ
   ランジおよび溝の組み合わせとのそれぞれが、前記シャ
   フトが前記第１のリング部材および前記第２のリング部
   材に相対的に軸方向に移動する際に、互いに相対的に限
   定された軸方向量だけ移動可能となされている、請求項
   １記載の封止構造。