JPH09177802A - 回転機械のシ−ル装置、およびシ−ル方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転機械の潤滑油の流出防止を行うシ−ル装
置を製作するに、新規な２つの流出遮断部と流出逆送部
よりなり、シャフト方向寸法を大きくせず、主として径
方向に流出遮断部を構成した潤滑油シ−ル装置、および
方法を提供する。 【解決手段】 軸受ハウジングに固定した第１のステ−
タ−外表面に円周状溝を有し、シャフトと共に回転する
第１のロ−タ−面に加工されたフランジと嵌合させ、フ
ランジ・溝嵌合空隙を流出する潤滑油を、遠心力により
溝側面に圧して流出遮断部を構成する。前記第１ステ−
タ−内部円筒部に、第２のステ−タ−をネジ込み固定し
て、該ステ−タ−円筒端面と前記第１のステ−タ−円筒
底辺で作る溝に、シャフトに固定された第２のロ−タ−
の端部に加工したフランジを嵌合させ、溝底部にシャフ
トの回転遠心力により流出潤滑油を圧する遮断部を構成
する。第２のロ−タ−の円筒部表面にネジを加工し、第
２のステ−タ−内面間空隙に流出してきた油は、ネジの
回転によって強制逆送機構を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転機械の軸受を
通過して流出する潤滑油のシ−ル装置、およびシ−ル方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】モ−タ−、ギヤ−ボックス等の回転軸を
支持する一般的軸受装置は、いずれも、軸受を覆うハウ
ジングを備えている。シャフトは、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、およびシャフト
には、通常、油やグリ−スで潤滑される。

【０００３】潤滑油がハウジング内に滞留するようにし
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。

【０００４】ラビリンスシ−ルは、汚染物が軸受装置内
に入らないようにして、潤滑油を、ハウジングの内部に
滞留させるのに、古くから使用されているシ−ルの基本
的形態である。すなわち、ラビリンスシ−ルの原理は、
流体がラビリンス（絞り）部を通過する際、狭いすきま
と広いすきまを交互に流れるうちに、その絞り効果によ
って圧力が低下するのを利用するものである。ラビリン
スシ−ルは元来、運転している状態においてシ−ル効果
を発揮し、低速、あるいは停止状態でのシ−ル性はあま
りよくない。また、漏れを少なくするためにはラビリン
スの段数を増やしたり、すきまを小さくすればよいが、
段数を多くすると軸の長さが長くなり、軸の強さ・寸法
上にも問題が生じる。一般概念的には、ラビリンスシ−
ルでは低周速でその影響は小さいが、回転速度が上昇し
て５０ｍ／ｓ以上になると、周速の増加に比例して漏れ
量も減少するといえる。

【０００５】このようなラビリンスシ−ルを多段に設け
たり、流出する潤滑油のエネルギ−を油溜室にて吸収す
る構造が開発されている。これらの改良は、主として回
転軸に沿った方向の構造改良であったが、軸受の寿命を
大いに延ばすことが出来た。しかしながら依然として、
以下に述べるような課題を残している。代表的な潤滑油
流出の原因は、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。その他、軸受ハ
ウジング内外に圧力差があると差圧エネルギ−により、
ハウジングの油溜室から流れ出ようとする傾向がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】現在の潤滑油シ−ル方
法の概念図を図７に示す。潤滑油シ−ル部分は４つの部
品より成り立っている。すなわち、軸受本体部に固定さ
れるステ−タ−の第１部分、第１部分に取り付けられる
第２部分と、シャフトに固定されて回転するロ−タ−の
第１部分、および同じくシャフトに固定される第２部分
である。

【０００７】潤滑油の漏れ出る経路は、図７中の矢印で
示すように、シャフトとステ−タ−の空隙より回転する
ロ−タ−側面とステ−タ−端面の薄い円環状通路より最
初の油溜室に流入する。回転するロ−タ−の遠心力によ
り大部分は軸受の油室に還流するが、一部はステ−タ−
第２部分の端面とロ−タ−の薄い円環状通路を回転ロ−
タ−の遠心力に逆らいながら移動し、ステ−タ−第２部
分の円環状端面とシャフトの狭い通路を通って第２の油
溜室に流入する。一部分は油室に還流するが、残りの潤
滑油は、ステ−タ−第２部分とロ−タ−第１部分で作る
ラビリンスシ−ル部を通って流出する。

【０００８】一方、外気汚染源は、ステ−タ−第２部分
のフランジ状端面とロ−タ−第１部分の側面で作る経路
より侵入する。

【０００９】以上の構造より判るように、潤滑油の流出
エネルギ−を吸収する狭い経路は、シャフトに沿って取
られている。従って、その経路を長くすれば、シャフト
に沿った幅広のシ−ル装置となり、機械部品として好ま
しくない。

【００１０】同様に、ロ−タ−の遠心力によって流出潤
滑油を遮断、または還流させる重要なラビリンスシ−ル
効果は、２つのロ−タ−に制限されている。より多くの
ロ−タ−部分を組み込むには、シャフト方向に幅拡大が
必要であり、前述と同様に機械部品として好ましくな
い。

【００１１】ロ−タ−先端部とステ−タ−内側壁によっ
て生じる遠心力はロ−タ−の外寸法によるが、概念図に
示すように、シ−ル装置は、軸受ハウジングの端部には
め込まれている。すなわち、ロ−タ−の外寸法は制限さ
れている。

【００１２】潤滑油の還流経路が、油溜め溝、または、
油溜室より取られている。自然還流以外は（図示せ
ず）、ロ−タ−の流出潤滑油に与える遠心力に直角方向
の管路に沿って還流するように加工されている。しかし
ながら、遠心力は流出潤滑油に速度エネルギ−を付与す
るが、そのままでは還流管路を押し出す圧力ヘッドには
ならず、還流管路内を強制的に流動させる力はない。

【００１３】外部汚染元の侵入経路は、普通、潤滑油流
出防止構造程、重要に考慮されていない。すなわち、そ
の防止経路は短く、潤滑油還流経路に容易に混じり合う
危険性をはらんでいる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上に述べた課題を解決す
るために、図１に示す本発明によるシ−ル装置は、既存
装置の部品概念と全く異なる４つの基本部分より成り立
っている。すなわち、ステ−タ−（第１部分）、ロ−タ
−（第１部分）、ステ−タ−（第２部分）、および、ロ
−タ−（第２部分）である。２つのロ−タ−はシ−ル状
態を保ちながらシャフトと共に回転する。ステ−タ−
（第１部分）の底部円筒の外周を軸受ハウジングに固定
する。ステ−タ−（第２部分）はステ−タ−（第１部
分）にはめ込む。

【００１５】ロ−タ−（第２部分）は、端部にフランジ
部を有し、ステ−タ−（第１部分）の中空円筒底の円環
側面と、ステ−タ−（第２部分）の端面で形成する溝部
と嵌合して回転する。流出する潤滑油を遠心力により溝
底部に圧縮することにより、第１の流出遮断部を構成す
る。

【００１６】シャフトに沿うロ−タ−（第２部分）の円
筒部表面には、シール固定具例えばネジを加工する。こ
のネジ部とステ−タ−（第２部分）の内周で作る薄い円
筒空間に流入する油をネジ部の回転で逆送する強制的に
流出潤滑油を押戻す強制逆流部を構成する。

【００１７】ステ−タ−（第１部分）の円板表面には多
数の溝が円周に沿って加工され、ロ−タ−（第１部分）
の円板面上に加工された多数のフランジと嵌合する。す
なわち、多段にラビリンスシ−ルを行うラビリンスシ−
ル部を構成する。多数の嵌合するフランジ・溝の径は、
シャフト径に比較して大きく、したがって大きな遠心力
を発生し、流出潤滑油を溝側面に圧縮して第２の流出遮
断領域を構成する。流出を遮断する薄い円筒の内面積は
シャフト周辺に設けられた図７に示すような同等機能部
品としても、潤滑油の流出遮断経路が長いこと、すなわ
ち、流出障害路が長いことを示している。

【００１８】シャフト沿いの寸法は短いが、シャフトの
径方向は回転機械本体のハウジングの外寸法を越えない
範囲のためにシ−ル装置を小型化できる。

【００１９】外部汚染源の侵入経路は、潤滑油流出経路
と同じで、逆行して侵入しなければならない。したがっ
て、流出潤滑油の流出障害部がそのまま適用できる。ま
た、経路途中に還流路がないために、両者が混合して軸
受油室に侵入することはない。

【００２０】

【作用】本発明によるシ−ル装置における流出潤滑油の
経路は、まずロ−タ−（第２部分）の端部に加工された
円環状フランジと、ステ−タ−（第２部分）の端部とス
テ−タ−（第１部分）円筒底部で形成された溝の嵌合部
を通るものである。この嵌合部では、高速回転する円環
状フランジの遠心力により流出潤滑油はステ−タ−側溝
の底に加圧停留される。還流通路がないために流出潤滑
油は加圧停留し、後続の流出潤滑油の遮蔽体となる。

【００２１】通過した流出潤滑油はシャフトに沿って第
２のロ−タ−表面を通過する。このロ−タ−表面にはロ
−タ−の回転によって表面の流出潤滑油を逆流させるよ
うにネジ山が切り込まれている。すなわち、第２のロ−
タ−円筒外表面と第２のステ−タ−円筒内表面が作る薄
い円筒状空間に閉じ込められた流出潤滑油は、ロ−タ−
の回転によってロ−タ−表面のネジ溝に沿って逆流す
る。

【００２２】以上が、本発明に於ける流出防止機構の配
置されたシャフトに沿う必要寸法である。

【００２３】強制逆送部を通過した流出潤滑油は、円周
に沿って加工された多段のラビリンスシ−ル部へ流入す
る。このラビリンスシ−ルは、ロ−タ−の第１部分内側
面に設けられた多段の円環状フランジと、これらフラン
ジと嵌合する多段の溝を有するステ−タ−の第１部分に
より構成されている。ステ−タ−の第１部分の軸受ハウ
ジングへの取り付けはステ−タ−底辺部の円筒状部によ
り行い、円環状溝が加工された部分は軸受ハウジングの
外側へ出るように固定する。したがって、円環状溝の段
数に制限はない。フランジ・溝嵌合部に流入した潤滑油
は、高速回転するロ−タ−のフランジ部と静止したステ
−タ−の溝の間の薄い円筒状通路を繰り返し移動して外
部へ流出する。流出潤滑油が遠心力を受ける領域は、多
段に加工されたフランジと溝の対抗する面積部であり、
シャフト沿いに加工された従来技術に比較し遥かに広
い。かつ、流出潤滑油が受ける遠心力は円環径が大きい
ためにはるかに大きい。すなわち、円環状溝側面に流出
潤滑油は圧縮され、停留するために流出する方向への圧
力成分は削減され、流出遮蔽の大きな効果が得られる。

【００２４】侵入する外部汚染物は、前記フランジ・溝
経路の終端より侵入する。本回転機械の停止時に侵入し
た汚染物は、拡散によって、蛇行するラビリンスシ−ル
部の潤滑油流出経路を侵入するが、還流経路を設けない
ために長い上記経路を拡散して、強制逆送ネジ部に達す
ることはない。すなわち、軸受ハウジング油室に混入す
ることはない。

【００２５】

【 実施例】図１は軸受ハウジング（２）に図２に示す
シ−ル装置（５）を取り付けた状態を示している。図２
はシ−ル装置（５）の全体図である。シ−ル装置は軸受
ハウジングにネジ込み固定（４）されるステ−タ−（第
１部分）（１０）、ステ−タ−（第１部分）の小円筒空
間（１１）にネジ込み固定（３２）されるステ−タ−
（第２部分）（３０）、シャフト（１）に嵌合してＯ−
リング（４１）により潤滑油の流出防止を行い、ロ−タ
−（第１部分）の円板部を貫通（５０）するボルト穴
（５１）よりボルト固定されるロ−タ−（第２部分）
（４０）、及びロ−タ−（第２部分）にネジ込み固定さ
れるロ−タ−（第１部分）（２０）の４つの部品より成
り立っている。

【００２６】軸受ハウジング（２）に固定されたステ−
タ−（第１部分）（１０）は円筒部底に円板状空間（１
２）を有し、シャフトが貫通した状態でシャフト表面と
円板周辺（１８）との間に適当な間隔をとる。

【００２７】ロ−タ−（第２部分）（４０）の固定は、
ステ−タ−（第１部分）円筒底表面（１３）とロ−タ−
フランジ部端面（４２）の間が適当な間隔になるように
行う。同様にステ−タ−（第２部分）のステ−タ−（第
１部分）へのネジ込みは、ステ−タ−の円筒端面（３
１）とロ−タ−フランジ部のネジ側面（４３）との間隙
寸法が同様に適当な間隔になるようにネジ込み固定す
る。

【００２８】ステ−タ−（第１部分）（１０）とロ−タ
−（第１部分）（２０）のフランジ・溝嵌合（２１）
は、溝空間にフランジ厚みを嵌合してフランジ厚みの外
表面（２２）と溝大径側表面（１４）の寸法、フランジ
厚みの内表面（２３）と溝小径側表面（１５）の寸法が
適当な間隔になるように両者は機械加工を行う。

【００２９】ロ−タ−（第１部分）のシャフト軸方向の
固定位置は、ステ−タ−（第１部分）の溝底表面（１
６）とフランジ端表面（２４）間が適当な間隔になるよ
うに、ロ−タ−（第２部分）の円筒外周ネジ部（４４）
にはめ込む。

【００３０】軸受ハウジングに固定されたステ−タ−
（第１部分）の円筒部底円板状空間（１２）と、シャフ
トが同空間を貫通した状態で、シャフト表面と円板周辺
との間隙（６４）を通って潤滑油は流出する。ステ−タ
−（第１部分）の小円筒底部表面（１３）とステ−タ−
（第２部分）の円筒端面（３１）で作る溝に、ロ−タ−
（第２部分）のフランジ部（４７）が嵌合して、ロ−タ
−の回転による遠心力により流出した潤滑油を溝の底部
（１７）へ圧縮して、この部分を横切り流出しようとす
る潤滑油を遮断する。

【００３１】ロ−タ−（第２部分）の円筒表面（４５）
には、ステ−タ−（第２部分）円筒内面（３３）と前記
表面（４５）間に流出してきた油をシャフトの回転によ
って逆送するネジ（４６）を加工する。両表面間間隔
（６３）、ネジ山、及びピッチを適当な間隔にする。

【００３２】ネジによる強制逆流部を流出した潤滑油は
ラビリンスシ−ル部（２６）に流入する。ステ−タ−溝
とロ−タ−のフランジの嵌合は、溝の中心にフランジ厚
みの中心が来るのではなく、フランジ回転の遠心力が加
わらない溝の内側空隙（６１）は、外側（６２）に比較
して狭くする。フランジ・溝嵌合部を通過する潤滑油
は、概念図（図７）に示したように、シャフトに直交・
回転するロ−タ−両側の薄い円環板空間を通過する潤滑
油のように、遠心力による流出加速の力は加わらない。
フランジ・溝の内側空隙を通過した潤滑油は、フランジ
先端面（２４）と溝底面（１６）で作られる空間室（６
０）に流入し、渦流に巻き込まれて流出エネルギ−を失
い、停留する。

【００３３】この油溜め室を流出した潤滑油はフランジ
の回転遠心力によって、溝の外側面（１４）に圧しつけ
られる。遠心力が加えられる領域、すなわち、薄い円筒
の高さ（７０）は、概念図（図７）に示すロ−タ−の先
端厚み、すなわち、薄い円筒高さに比較して大きく、か
つ、多段のため段数倍されて強い流出遮断部を構成す
る。流出経路はシャフト径方向で、径が大きなフランジ
・溝ほど大きな遠心力、すなわち、強い流出遮断部を構
成する。図１には３段のラビリンスシ−ルを示すが必要
に応じて段数を増やすと良い。

【００３４】外部汚染源は流出潤滑油の排出ドレン穴
（５２）、または、ラビリンスシ−ルの開口部（５３）
より侵入する。侵入経路は流出潤滑油の逆を通過する以
外経路はない。すなわち、流出潤滑油の流れと外部汚染
源の侵入する流れは、対抗する流れとなり侵入は防止さ
れる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を示す。

【００３６】ステ−タ−（第１部分）、および、ステ−
タ−（第２部分）で作られる溝に嵌合するロ−タ−（第
２部分）のフランジの高速回転により溝底部に圧縮され
た流出潤滑油は、本体の軸受油室に還流する経路がな
い。そのために効果的な流出潤滑油遮断部を構成でき
た。

【００３７】ステ−タ−（第２部分）内面とネジ加工さ
れたロ−タ−（第２部分）表面の薄い円筒状空間まで流
出した潤滑油は、シャフトに固定されたロ−タ−の回転
によるネジの回転運動によって逆送する。新規、かつ、
有効な逆送機構を実現出来た。

【００３８】ステ−タ−（第１部分）外気側面に加工さ
れた円周に沿う多段の溝と、、ロ−タ−（第１部分）の
表面に前記溝に嵌合する多段のフランジを加工すること
よりなるラビリンスシ−ルは、フランジの高速回転によ
り、嵌合した溝の側面に流出潤滑油を遠心力により圧縮
し効果的な流出遮断部を形成した。特に、フランジ・溝
嵌合部の円周半径が大きいと効果は顕著である。

【００３９】多段のフランジ・溝嵌合は蛇行する長い流
出経路を形成し、かつ、流出潤滑油の還流経路を設けな
い構造は、上記各々の流出遮断部と相まって効率の良い
遮断経路を実現した。

【００４０】ラビリンスシ−ル機能部を軸受ハウジング
の外部に設置する構造は、シ−ル装置のシャフト軸方向
寸法を大きくすることなくコンパクトに製作できた。

【００４１】外部汚染源の侵入は、侵入初期における、
強い遠心力による侵入遮断部を多数含む蛇行する長い経
路により防止することが出来た。回転停止時における流
出油排出口、または、ドレン穴からの外部汚染源の拡散
侵入は、運転時の微量流出と共に排出された。

【図面の簡単な説明】

【図１】シ−ル装置を軸受けハウジングに固定した縦断
面図である。

【図２】シ−ル装置の実施例を示す縦断面図である。

【図３】ステ−タ−（第１部分）の実施例を示す縦断面
図である。

【図４】ステ−タ−（第２部分）の実施例を示す縦断面
図である。

【図５】ロ−タ−（第２部分）の実施例を示す縦断面図
である。

【図６】ロ−タ−（第１部分）の実施例を示す縦断面図
である。

【図７】従来技術によるシ−ル装置の概念図である。

【符号の説明】

１ シャフト ２ 軸受ハウジング ５ シ−ル装置 １０ ステ−タ−（第１部分） ２０ ロ−タ−（第１部分） ３０ ステ−タ−（第２部分） ４０ ロ−タ−（第２部分） １１ ステ−タ−（第１部分）小円筒空間 １２ ステ−タ−（第１部分）円筒底部円板状空間 １３ ステ−タ−（第１部分）円筒底表面 １４ ステ−タ−（第１部分）溝大径側表面 １５ ステ−タ−（第１部分）溝小径側表面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転機械のハウジングに固定された軸受
   ハウジングと回転シャフトとの間のシ−ル装置であっ
   て、前記軸受ハウジングに固定されて、前記シャフトが
   回転可能に貫通するステ−タ−の第１部分と、該ステ−
   タ−第１部分の内部中空円筒部に固定された中空円筒状
   ステ−タ−の第２部分と、前記シャフトに固定されて、
   該ステ−タ−第２部分の中空円筒内でシ−ル状態を保っ
   て回転するロ−タ−の第２部分と、前記ロ−タ−第２部
   分に固定されて、前記ステ−タ−第１部分の軸受ハウジ
   ング外の面と対面して、シ−ル状態を保って回転する面
   を有するロ−タ−の第１部分より構成され、前記ステ−
   タ−の第１部分の中空円筒底部面と前記ステ−タ−の第
   ２部分の円筒端面で形成される溝に、前記ロ−タ−第２
   部分の端部に形成されたフランジが嵌合して回転する構
   造と、前記ロ−タ−第２部分の円筒外周にシール固定具
   を有し、シール固定具円筒面が前記ステ−タ−第２部分
   の円筒内面で形成する薄い円筒を有する構造と、前記ス
   テ−タ−第１部分の前記軸受ハウジング外の円板上に、
   径方向に拡がった円周方向溝を有し、前記ロ−タ−の第
   １部分の面上のフランジと嵌合する構造よりなることを
   特徴とするシ−ル装置。
2. 【請求項２】 回転機械ハウジングより軸受を通過して
   流出する潤滑油をシ−ルする方法であって、軸受ハウジ
   ングに固定し、シャフトが貫通する径より大きな円筒状
   中空部とシャフト径に近接する径の円環底部を有するス
   テ−タ−第１部分の該円環底部と、該ステ−タ−第１部
   分の円筒状中空部に固定した円筒状ステ−タ−第２部分
   の先端面にて形成する円環状溝に、シャフトに固定した
   円筒状ロ−タ−第２部分の端部フランジを該円環状溝に
   嵌合させて、シャフトの回転による遠心力にてフランジ
   ・溝構造の溝底部に流出潤滑油を圧縮することにより第
   １の流出遮断部を構成する方法と、前記円筒状ロ−タ−
   第２部分の円筒部表面にシール固定具を有し、前記円筒
   状ステ−タ−第２部分の内周面との狭い空隙にある流出
   潤滑油をシャフトの回転によって逆送する強制逆送部を
   構成する方法と、前記ステ−タ−第１部分の中空円筒部
   外、かつ、軸受ハウジング外で円周方向に拡がった該ス
   テ−タ−第１部分面上の円周方向溝と、前記円筒状ロ−
   タ−第２部分に固定された円板状ロ−タ−第１部分の面
   上に、該ステ−タ−第１部分の円周方向溝と嵌合するフ
   ランジを有し、回転するフランジの遠心力により流出す
   る潤滑油を該溝側面に圧縮することによりなる第２の遮
   断部を構成する方法とからなることを特徴とする回転機
   械の潤滑油シ−ル方法。
3. 【請求項３】 前記ステ−タ−第１部分と前記ステ−タ
   −第２部分で形成する溝に、前記ロ−タ−第２部分のフ
   ランジ部を嵌合して形成する前記第１の流出遮断部を複
   数個数構成することを特徴とするシ−ル方法、およびシ
   −ル装置。
4. 【請求項４】 前記ステ−タ−第１部分と前記円板状ロ
   −タ−第１部分より形成される円周に沿う前記フランジ
   ・溝嵌合よりなる第２の流出遮断部を複数個数構成する
   ことを特徴とするシ−ル方法、およびシ−ル装置。
5. 【請求項５】 前記シ−ル装置において、回転機械潤滑
   油室より軸受を通過して流出する潤滑油の該シ−ル装置
   への侵入口より、排出口、または、ドレン穴までの経路
   上に、流出潤滑油の回転機械潤滑油室、または軸受ハウ
   ジングへの還流経路を有しないことを特徴とするシ−ル
   方法、およびシ−ル装置。