JPWO2019017250A1 - 軸封装置 - Google Patents
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Abstract
磁性流体シール部のシール性や耐久性を維持することができる軸封装置を提供する。ハウジング１００の軸孔に挿通される回転軸１０２の外周に設けられる筒状のシールカバー３と、ハウジングに対してシールカバーを接続する可撓性部材４と、シールカバーの軸方向において機内側に設けられる補助シール部５と、補助シール部よりも機外側に設けられる磁性流体シール部６と、磁性流体シール部６の荷重を支持する軸受７，８と、を備え、ハウジングの軸孔と該軸孔に挿通される回転軸との間に形成される環状隙間をシールする軸封装置であって、シールカバー３内における補助シール部５と磁性流体シール部６との間には、機外の圧力よりも低圧に維持される圧力緩衝室Ｂが設けられる。
Description
本発明は、機内が機外よりも低圧に維持される機械に用いられる軸封装置に関する。
機内が機外よりも低圧、例えば真空に維持される軸封装置として、例えば粉体機械の軸封装置は、粉体機械のハウジングに設けられる軸孔と該軸孔を貫通する回転軸との間の環状隙間をシールし、真空状態の機内に密封される粉体の漏出および機内への異物の侵入を防止するために設けられる。
特許文献１に開示されている真空シール軸受装置（軸封装置）は、搬送ロール（回転軸）を挿通するための真空装置のフレーム（ハウジング）の軸孔にベローズを介して取付けられる筒状の軸受箱（シールカバー）と、軸受箱の軸方向の中央において軸受箱の内周と搬送ロールの外周との間に設けられる磁気シール（磁気流体シール）と、磁気シールのギャップの保持と軸方向の位置決めのために磁気シールの両側に設けられる一対の軸受と、軸受箱の軸方向の両側において搬送ロールと軸受箱との間をシールする一対のメカニカルシールと、から主に構成されている。搬送ロール自体に加わる荷重は、磁気シールの両側に設けられる軸受とは異なる独立した軸受により支持されている。磁気シールの両側に設けられる軸受は磁気シールの荷重を支持する構造となっており、搬送ロールの撓みによる磁気シールのギャップの変化や軸方向の位置の変動を抑制できるようになっている。
しかしながら、特許文献１にあっては、可撓性を有するベローズにより軸受箱がフレームに対して相対移動可能に取付けられているため、軸受箱を貫通する搬送ロールの傾き等により貫通部をシールするメカニカルシールの固定環と回転環との間に形成される摺動面のギャップが変化してシール性が低下する虞があり、メカニカルシールを挟んで真空状態にあるフレーム内（機内）の圧力と軸受箱内（機外）の圧力（大気圧）との差圧による磁気シールへの影響を防ぐことができず、例えば磁気シールのギャップに保持される磁性流体が差圧によりフレーム側に引き込まれることにより、磁気シールのシール性や耐久性を低下させるという問題があった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、磁性流体シール部のシール性や耐久性を維持することができる軸封装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の軸封装置は、
ハウジングの軸孔に挿通される回転軸の外周に設けられる筒状のシールカバーと、前記ハウジングに対して前記シールカバーを接続する可撓性部材と、前記シールカバーの軸方向において機内側に設けられる補助シール部と、前記補助シール部よりも機外側に設けられる磁性流体シール部と、前記磁性流体シール部の荷重を支持する軸受と、を備え、
前記ハウジングの軸孔と該軸孔に挿通される前記回転軸との間に形成される環状隙間をシールする軸封装置であって、
前記シールカバー内における前記補助シール部と前記磁性流体シール部との間には、機外の圧力よりも低圧に維持される圧力緩衝室が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、ハウジングに対して可撓性部材により接続されるシールカバー内において、補助シール部と磁性流体シール部との間に設けられる圧力緩衝室が機外の圧力よりも低圧に維持されることにより、機外の圧力よりも低圧に維持される機内と圧力緩衝室との差圧は小さい状態とされるため、機内と圧力緩衝室との間の流体等の移動が少なく、回転軸が傾く等することによって補助シール部におけるシール性が低下しても、磁性流体シール部のシール性・耐久性を維持することができるとともに、機内側に磁性流体やコンタミ等の異物が侵入することも抑制できる。
ハウジングの軸孔に挿通される回転軸の外周に設けられる筒状のシールカバーと、前記ハウジングに対して前記シールカバーを接続する可撓性部材と、前記シールカバーの軸方向において機内側に設けられる補助シール部と、前記補助シール部よりも機外側に設けられる磁性流体シール部と、前記磁性流体シール部の荷重を支持する軸受と、を備え、
前記ハウジングの軸孔と該軸孔に挿通される前記回転軸との間に形成される環状隙間をシールする軸封装置であって、
前記シールカバー内における前記補助シール部と前記磁性流体シール部との間には、機外の圧力よりも低圧に維持される圧力緩衝室が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、ハウジングに対して可撓性部材により接続されるシールカバー内において、補助シール部と磁性流体シール部との間に設けられる圧力緩衝室が機外の圧力よりも低圧に維持されることにより、機外の圧力よりも低圧に維持される機内と圧力緩衝室との差圧は小さい状態とされるため、機内と圧力緩衝室との間の流体等の移動が少なく、回転軸が傾く等することによって補助シール部におけるシール性が低下しても、磁性流体シール部のシール性・耐久性を維持することができるとともに、機内側に磁性流体やコンタミ等の異物が侵入することも抑制できる。
前記圧力緩衝室は、前記機内の圧力と均衡する圧力に維持されることを特徴としている。
この特徴によれば、圧力緩衝室が機内の圧力と均衡する圧力に維持されることにより、補助シール部におけるシール性が低下しても機内と圧力緩衝室との間において差圧が生じ難いため、機内と圧力緩衝室との間における流体の移動が抑制されることにより、機内への磁性流体やコンタミ等の異物の侵入や機内から圧力緩衝室への異物の侵入を防ぐことができる。
この特徴によれば、圧力緩衝室が機内の圧力と均衡する圧力に維持されることにより、補助シール部におけるシール性が低下しても機内と圧力緩衝室との間において差圧が生じ難いため、機内と圧力緩衝室との間における流体の移動が抑制されることにより、機内への磁性流体やコンタミ等の異物の侵入や機内から圧力緩衝室への異物の侵入を防ぐことができる。
前記補助シール部は、非接触シールから構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、補助シール部が非接触シールから構成されることにより、回転軸の回転によって補助シール部から摩耗粉が発生することがないため、機内および圧力緩衝室に対する摩耗粉の侵入を防ぐことができる。
この特徴によれば、補助シール部が非接触シールから構成されることにより、回転軸の回転によって補助シール部から摩耗粉が発生することがないため、機内および圧力緩衝室に対する摩耗粉の侵入を防ぐことができる。
前記可撓性部材は、調芯性を有するダイアフラムであることを特徴としている。
この特徴によれば、調芯性を有するダイアフラムによりシールカバーがハウジングに対して相対移動可能に接続されることにより、ハウジングに対して回転軸と共に相対移動する軸封装置をハウジングの軸孔の中心軸に復帰させるように調芯することができるため、ハウジングに対する軸封装置の取付精度を高めることができる。
この特徴によれば、調芯性を有するダイアフラムによりシールカバーがハウジングに対して相対移動可能に接続されることにより、ハウジングに対して回転軸と共に相対移動する軸封装置をハウジングの軸孔の中心軸に復帰させるように調芯することができるため、ハウジングに対する軸封装置の取付精度を高めることができる。
前記シールカバーには、軸方向において前記補助シール部と前記磁性流体シール部との間の位置に前記圧力緩衝室と真空ポンプとを連通する連通路が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、シールカバーには、軸方向において補助シール部と磁性流体シール部との間の位置に圧力緩衝室と真空ポンプとを連通する連通路が設けられることにより、圧力緩衝室内のコンタミを磁性流体シール部に到達させることなく連通路から排出することができるため、磁性流体シール部のシール性・耐久性の低下を防ぐことができる。
この特徴によれば、シールカバーには、軸方向において補助シール部と磁性流体シール部との間の位置に圧力緩衝室と真空ポンプとを連通する連通路が設けられることにより、圧力緩衝室内のコンタミを磁性流体シール部に到達させることなく連通路から排出することができるため、磁性流体シール部のシール性・耐久性の低下を防ぐことができる。
前記連通路には、前記シールカバーの外周側から可撓性を有するパイプにより前記真空ポンプが接続されていることを特徴としている。
この特徴によれば、シールカバーに設けられる連通路に可撓性を有するパイプにより真空ポンプが接続されることにより、可撓性部材により軸封装置がハウジングに対して相対移動しても可撓性を有するパイプが変形して追従するため、真空ポンプにより圧力緩衝室の圧力を安定して調整することができる。
この特徴によれば、シールカバーに設けられる連通路に可撓性を有するパイプにより真空ポンプが接続されることにより、可撓性部材により軸封装置がハウジングに対して相対移動しても可撓性を有するパイプが変形して追従するため、真空ポンプにより圧力緩衝室の圧力を安定して調整することができる。
前記回転軸の外周に固定可能な筒状のスリーブを備え、
前記シールカバーの内周と前記スリーブの外周との間に前記補助シール部、前記磁性流体シール部および前記軸受が一体に設けられることにより、前記スリーブ、前記シールカバー、前記補助シール部、前記磁性流体シール部および前記軸受がユニット化されていることを特徴としている。
この特徴によれば、シールカバーの内周とスリーブの外周との間に補助シール部、磁性流体シール部および軸受が一体に設けられることにより、軸封装置がユニット化されているため、ハウジングおよび回転軸に対する軸封装置の取付け・取外しを容易に行うことができる。
前記シールカバーの内周と前記スリーブの外周との間に前記補助シール部、前記磁性流体シール部および前記軸受が一体に設けられることにより、前記スリーブ、前記シールカバー、前記補助シール部、前記磁性流体シール部および前記軸受がユニット化されていることを特徴としている。
この特徴によれば、シールカバーの内周とスリーブの外周との間に補助シール部、磁性流体シール部および軸受が一体に設けられることにより、軸封装置がユニット化されているため、ハウジングおよび回転軸に対する軸封装置の取付け・取外しを容易に行うことができる。
前記軸受は、軸方向において前記磁性流体シールを挟んで一対設けられており、これらの軸受の内輪または外輪の一つが前記シールカバーの内周または前記スリーブの外周に対して軸方向に規制されていないことを特徴としている。
この特徴によれば、回転軸の熱伸縮等によりシールカバーとスリーブとが軸方向に相対移動しても、磁性流体シールを挟んで一対設けられる軸受の内輪または外輪の一つがシールカバーの内周またはスリーブの外周に対して軸方向に規制されていないため、軸方向に相対移動可能となりユニット化された軸封装置にかかる応力を軸受によって逃がすことができる。
この特徴によれば、回転軸の熱伸縮等によりシールカバーとスリーブとが軸方向に相対移動しても、磁性流体シールを挟んで一対設けられる軸受の内輪または外輪の一つがシールカバーの内周またはスリーブの外周に対して軸方向に規制されていないため、軸方向に相対移動可能となりユニット化された軸封装置にかかる応力を軸受によって逃がすことができる。
本発明に係る軸封装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
実施例１に係る軸封装置につき、図１を参照して説明する。以下、図１の紙面左側を軸封装置が取付けられる粉体機械の機内側とし、図１の紙面右側を軸封装置が取付けられる粉体機械の機外側として説明する。
本実施例において、軸封装置は、真空状態にある真空乾燥機（粉体機械）のハウジング内に密封される粉体を搬送するために設けられるスクリュを回転させる回転軸と、真空乾燥機のハウジングに設けられる軸孔との間の環状隙間をシールするために用いられる。
図１に示されるように、真空乾燥機のハウジング１００には軸孔１０１が設けられ、該軸孔１０１内に回転軸１０２が挿通されている。真空乾燥機のハウジング１００内（以下、機内と言う。）は、密封空間Ｖであり、真空状態となるように構成されている。また、回転軸１０２の軸方向機内側には、図示しない粉体搬送用のスクリュが設けられ、真空乾燥機の機内に密封される粉体は、搬送時に加熱されることにより水分が蒸発して乾燥する。尚、真空乾燥機のハウジング１００の外部（以下、機外と言う。）は、クリーンルーム等の大気中の空間Ａとなっている。
図１に示されるように、軸封装置１は、回転軸１０２の外周に固定される円筒状のスリーブ２と、スリーブ２の外周に設けられる円筒状のシールカバー３と、真空乾燥機のハウジング１００の機外側の側端面１００ａに対してシールカバー３を接続するダイアフラム４（可撓性部材）と、シールカバー３の内周面（後述する第１内周面３ｂおよび第２内周面３ｃ）とスリーブ２の外周面２ａとの間において軸方向機内側に設けられる補助シール部５と、補助シール部５よりも軸方向機外側に設けられる磁性流体シール部６と、磁性流体シール部６の軸方向機内側に設けられる軸受７と、磁性流体シール部６の軸方向機外側に設けられる軸受８とから主に構成されている。
スリーブ２は、ステンレス鋼製等の金属製であり、その内径が回転軸１０２の外径と略同一寸法に構成されて円筒状を成し、軸方向機外側の端部に設けられるねじ穴にセットスクリュ２０をねじ込むことにより回転軸１０２の外周に対して固定されている。尚、スリーブ２の内周面２ｂと回転軸１０２の外周との間は、スリーブ２の内周面２ｂに形成される環状溝部に圧入されたＯリング２１によりシールされている。
シールカバー３は、ステンレス鋼製等の金属製であり、軸方向機内側に補助シール部５が配置される第１内周面３ｂと、第１内周面３ｂの軸方向機外側において第１内周面３ｂよりも大径に形成され磁性流体シール部６、軸受７，８が配置される第２内周面３ｃとから構成される段付き円筒状に構成されている。尚、第１内周面３ｂの軸方向機外側には、径方向に延びる環状面部３ｄが形成されており、この環状面部３ｄはその外径側において第２内周面３ｃの軸方向機内側に直交して連なっている。
ダイアフラム４は、ゴム製であり、内径側に軸方向に貫通する軸孔４ａが形成された円盤形状に構成され、外径側の端部４ｂを真空乾燥機のハウジング１００の機外側の側端面１００ａに対してボルト４０により密封的に固定されるとともに、内径側の端部４ｃはシールカバー３の軸方向機内側の端部の外周３ａにホースバンド４１により緊締されることにより、シールカバー３がハウジング１００に対して接続されている。尚、ダイアフラム４の内径側の端部４ｃの内周には、軸方向機内側に凹む環状凹部４ｄが形成されており、環状凹部４ｄの底部にシールカバー３の軸方向機内側の側端面３ｅが当接している。
また、ダイアフラム４は、外径側の端部４ｂと内径側の端部４ｃとの間に湾曲部４ｅが形成されることにより軸方向および径方向への可撓性および調芯性を有している。これによれば、回転軸１０２の傾きや振動が生じても、ダイアフラム４の可撓性により、軸封装置１をハウジング１００に対して相対移動可能に支持することができるとともに、ダイアフラム４の調芯性により、回転軸１０２および軸封装置１の中心軸をハウジング１００の軸孔１０１の中心軸に揃えるように弾性復帰させることができるため、ハウジング１００の軸孔１０１に対する軸封装置１の取付精度を高めることができる。尚、ダイアフラム４は、蛇腹状に構成されるベローズとは特に前記調芯性の有無において異なるものである。
補助シール部５は、一般的な非接触シールであるラビリンスシール５０から構成され、スリーブ２の外周面２ａの軸方向機内側に形成される環状凹部２ｄに対して密封的に固定されている。また、補助シール部５を構成するラビリンスシール５０の外径は、シールカバー３の第１内周面３ｂよりも小径に構成され、ラビリンスシール５０の外周とシールカバー３の第１内周面３ｂとの間に形成されるギャップは、多段的に設けられるラビリンスシール５０の絞り片５０ａによって一段当たりの圧力降下を小さくして漏れ量を減少させることにより、真空乾燥機の機内の密封空間Ｖと後述する圧力緩衝室Ｂとの間がシールされている。尚、補助シール部５には、ラビリンスシール以外の非接触シールが適用されてもよい。また、ラビリンスシールは、シールカバー３側に密封的に固定されていてもよい。
磁性流体シール部６は、環状を成す一対のポールピース６０，６０と、ポールピース６０，６０の間に配置される永久磁石６１と、磁性流体６２とから主に構成されている。
ポールピース６０，６０は、その外径がシールカバー３の第２内周面３ｃにおける内径と略同一寸法に構成され、ポールピース６０，６０の外周とシールカバー３の第２内周面３ｃとの間は、ポールピース６０，６０の外周に形成される環状溝部に圧入されるＯリング６３，６３によりシールされている。
また、ポールピース６０，６０は、その内径がスリーブ２の外径よりも大径に構成され、ポールピース６０，６０の内周面６０ａ，６０ａとスリーブ２の外周面２ａとの間に形成されるギャップには、ポールピース６０，６０と永久磁石６１により形成される磁気回路の磁力によって磁性流体６２によるシール膜が形成保持されることにより、真空乾燥機の機外の空間Ａと後述する圧力緩衝室Ｂとの間がシールされている。
尚、磁性流体６２は、一般式F[CF(CF3)CF2O]nRf（ここで、Rfはパーフルオロ低級アルキル基であり、ｎは平均５以上の数値である）で表わされるパーフルオロポリエーテルを基油とすることにより、耐気化性や耐圧性に優れたシール膜を形成させることができる。
軸受７，８は、一般的な玉軸受であり、内輪７ａ，８ａと外輪７ｂ，８ｂとの間に複数の玉７ｃ，８ｃが保持されることにより、内輪７ａ，８ａと外輪７ｂ，８ｂとが相対回転可能になっている。尚、説明の便宜上、図示を省略するが、軸封装置１において、回転軸１０２の荷重を軸受７，８とは異なる独立した軸受により支持する支持構造となっており、磁性流体シール部６の軸方向両側に設けられる軸受７，８により磁性流体シール部６の荷重が支持される支持構造となっているため、磁性流体シール部６において磁性流体６２が保持されるギャップを一定にすることができ、磁性流体シール部６のシール性・耐久性を維持できるようになっている。
軸受７，８の外輪７ｂ，８ｂは、磁性流体シール部６を構成するポールピース６０，６０および永久磁石６１との間に複数のスペーサ７０を介在させた状態でシールカバー３の軸方向機外側の端部に環状の規制部材３１をボルト３０により締め付けることで、シールカバー３の環状面部３ｄと規制部材３１との間に固定されている。
また、軸受７の内輪７ａは、スリーブ２の外周に形成される環状溝部に嵌着される一対のストッパ７１，７１により挟持されることにより軸方向に規制されている。尚、軸受８の内輪８ａは、スリーブ２の外周に対して軸方向に規制されず、スリーブ２に対して軸方向に相対移動可能となっている。
このように、軸封装置１は、シールカバー３の第１内周面３ｂおよび第２内周面３ｃとスリーブ２の外周面２ａとの間に補助シール部５、磁性流体シール部６および軸受７，８が一体に設けられることにより、スリーブ２、シールカバー３、補助シール部５、磁性流体シール部６および軸受７，８がユニット化されている。尚、軸封装置１において、スリーブ２、補助シール部５、軸受７，８の内輪７ａ，８ａは回転軸１０２と共に回転する回転側密封要素を構成し、シールカバー３、ダイアフラム４、磁性流体シール部６、軸受７，８の外輪７ｂ，８ｂは固定側密封要素を構成している。
また、ユニット化された軸封装置１を構成するシールカバー３の第１内周面３ｂおよび第２内周面３ｃとスリーブ２の外周面２ａとの間において、補助シール部５と磁性流体シール部６との間には、真空乾燥機の機外の圧力、すなわち空間Ａの大気圧よりも低圧である真空に維持される圧力緩衝室Ｂが設けられている。
詳しくは、シールカバー３には、補助シール部５と軸方向機内側の軸受７との間の位置に圧力緩衝室Ｂと連通する連通路３ｆが設けられ、連通路３ｆに対してシールカバー３の外周側から可撓性を有するパイプ９により真空ポンプ１０が接続されており、真空ポンプ１０により、圧力緩衝室Ｂは、真空乾燥機の機内の密封空間Ｖの圧力と均衡する圧力（略同圧である略同真空度）に維持されている。尚、可撓性を有するパイプ９を介して真空ポンプ１０が接続されているため、ダイアフラム４により軸封装置１が真空乾燥機のハウジング１００に対して相対移動してもパイプ９が変形して追従するため、真空ポンプ１０により圧力緩衝室Ｂの圧力を安定して調整することができる。尚、真空ポンプ１０は、圧力緩衝室Ｂに専用としてもよいし、機内用の真空ポンプと共用としてもよい。
これによれば、軸封装置１は、真空乾燥機のハウジング１００に対してダイアフラム４により接続されるシールカバー３の第１内周面３ｂおよび第２内周面３ｃとスリーブ２の外周面２ａとの間において、補助シール部５と磁性流体シール部６との間に設けられる圧力緩衝室Ｂが真空乾燥機の機外の空間Ａの大気圧よりも低圧、詳しくは、真空乾燥機の機内の密封空間Ｖの圧力と均衡する圧力に維持されることにより、真空状態にある真空乾燥機の機内の密封空間Ｖと圧力緩衝室Ｂとの差圧は小さい状態とされるため、回転軸１０２が傾く等することによって補助シール部５におけるシール性が低下しても、磁性流体シール部６のシール性・耐久性を維持することができるとともに、機内側に磁性流体６２やコンタミ等の異物が侵入することも抑制できる。
また、圧力緩衝室Ｂは、真空乾燥機の機内の密封空間Ｖの圧力と均衡する圧力に維持されることにより、補助シール部５におけるシール性が低下しても、真空乾燥機の機内の密封空間Ｖと圧力緩衝室Ｂとの間において差圧が生じ難いため、真空乾燥機の機内の密封空間Ｖと圧力緩衝室Ｂとの間における流体の移動が抑制されることにより、機内の密封空間Ｖへの磁性流体６２やコンタミ等の異物の侵入や圧力緩衝室Ｂへの粉体の侵入を防ぐことができる。これにより、真空乾燥機の機内に密封される粉体の純度の低下を防ぐことができる。付言ながら、回転軸１０２はシールカバー３に対して相対回転するものであって、軸方向に往復動するものではないから、往復動する形式に比較し磁性流体６２が漏れ出すことはほとんどない。
また、補助シール部５は、非接触シールであるラビリンスシール５０から構成されることにより、回転軸１０２の回転によって補助シール部５から摩耗粉が発生することがないため、機内の密封空間Ｖおよび圧力緩衝室Ｂに対する摩耗粉の侵入を防ぐことができる。さらに、圧力緩衝室Ｂ内に設けられる軸受７への摩耗粉の入り込みによる軸受７の損耗を防ぐことができるため、磁性流体シール部６の荷重を軸受７，８により安定して支持することができる。
また、シールカバー３には、軸方向において補助シール部５と軸方向機内側の軸受７との間の位置に圧力緩衝室Ｂと真空ポンプ１０とを連通する連通路３ｆが設けられることにより、圧力緩衝室Ｂ内のコンタミ等の異物を磁性流体シール部６に到達させることなく真空ポンプ１０の作用により連通路３ｆから排出することができるため、磁性流体シール部６のシール性・耐久性の低下を防ぐことができる。
また、磁性流体シール部６のシール性・耐久性が維持されることにより、軸封装置１の軸方向機外側において、磁性流体シール部６により機外の空間Ａの大気の吸込みが確実に防止され、圧力緩衝室Ｂにおける圧力の変動を抑えることができるため真空ポンプ１０による圧力調整を行いやすい。
また、軸封装置１は、シールカバー３の第１内周面３ｂおよび第２内周面３ｃとスリーブ２の外周面２ａとの間に補助シール部５、磁性流体シール部６および軸受７，８が一体に設けられることにより、ユニット化されているため、真空乾燥機のハウジング１００および回転軸１０２に対する軸封装置１の取付け・取外しを容易に行うことができ、施工性・メンテナンス性を高めることができる。
また、軸方向機内側に設けられる軸受７は、内輪７ａおよび外輪７ｂがシールカバー３の内周およびスリーブ２の外周に対してそれぞれ軸方向に規制されているため、軸受７に磁性流体シール部６の荷重を常に安定してかけることができる。
さらに、軸方向機外側に設けられる軸受８は、内輪８ａがスリーブ２の外周に対して軸方向に規制されていないことから、回転軸１０２の熱伸縮等によりシールカバー３とスリーブ２とが軸方向に相対移動しても、軸受８の内輪８ａが軸方向に相対移動可能となるため、ユニット化された軸封装置１にかかる応力を軸受８によって逃がすことができる。これにより、磁性流体シール部６を挟んで一対設けられ磁性流体シール部６の荷重を支持する軸受７，８に対して偏荷重がかかり難くなるため、軸受７，８の損耗を防ぐことができる。加えて、真空用の軸受７よりも大気用の軸受８は安価であるとともに耐久性に優れるから、軸方向に相対移動可能な軸受を大気用の軸受８とすることが好ましい。
次に、実施例２に係る軸封装置につき、図２を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
図２に示されるように、実施例２における軸封装置２０１においては、スリーブ２０２は、軸方向機内側が薄肉に構成されることにより、軸方向機内側に補助シール部２０５が配置される第１外周面２０２ａと、第１外周面２０２ａの軸方向機外側において第１外周面２０２ａよりも大径に形成され磁性流体シール部６、軸受７，８が配置される第２外周面２０２ｂとから構成される段付き円筒状に構成されている。尚、第１外周面２０２ａの軸方向機外側には、径方向に延びる環状面部２０２ｃが形成されており、この環状面部２０２ｃはその外径側において第２外周面２０２ｂの軸方向機内側に連なっている。
シールカバー２０３は、補助シール部２０５が配置される第１内周面２０３ｂの軸方向機内側の端部が内径側に突出することにより、環状のフランジ部２０３ｇが形成されている。また、フランジ部２０３ｇの軸方向機外側の環状面部２０３ｈは、その外径側において第１内周面２０３ｂの軸方向機内側に直交して連なっている。
補助シール部２０５は、接触シールである樹脂製のＶリングシール２５０から構成され、シールカバー２０３の環状面部２０３ｈとスリーブ２０２の環状面部２０２ｃとの間に挟み込まれた状態でスリーブ２０２の第１外周面２０２ａに対して本体部２５０ａがホースバンド２２０によって緊締されることにより、スリーブ２０２の外周に対して密封的に固定されている。
また、補助シール部２０５を構成するＶリングシール２５０は、軸方向機内側に形成されるリップ部２５０ｂがシールカバー２０３の環状面部２０３ｈに押し付けられた状態でゴム弾性により軸方向機内側に付勢されることによりシール性を発揮する。尚、軸方向機外側に形成される起立部２５０ｃは、外径側の端部がシールカバー２０３の第１内周面２０３ｂから僅かに離間して非接触となることによりギャップが形成されている。
軸封装置２０１を構成するシールカバー２０３の第１内周面２０３ｂおよび第２内周面２０３ｃとスリーブ２０２の第１外周面２０２ａおよび第２外周面２０２ｂとの間において、補助シール部２０５と磁性流体シール部６との間には、真空乾燥機の機外の圧力、すなわち空間Ａの大気圧よりも低圧に維持される圧力緩衝室Ｂが設けられている。
また、シールカバー２０３には、補助シール部２０５と軸方向機内側の軸受７との間、詳しくは、補助シール部２０５を構成するＶリングシール２５０の軸方向機内側のリップ部２５０ｂと軸方向機外側の起立部２５０ｃとの間の位置に圧力緩衝室Ｂと真空ポンプとを連通する連通路２０３ｆが設けられている。
これによれば、軸封装置２０１は、補助シール部２０５と磁性流体シール部６との間に設けられる圧力緩衝室Ｂが真空乾燥機の機外の空間Ａの大気圧よりも低圧、詳しくは、真空乾燥機の機内の密封空間Ｖの圧力と均衡する圧力に維持されることにより、真空状態にある真空乾燥機の機内の密封空間Ｖと圧力緩衝室Ｂとの差圧は小さい状態とされるため、回転軸１０２の傾きや振動によって補助シール部２０５におけるシール性が低下しても、磁性流体シール部６のシール性・耐久性を維持することができる。
また、シールカバー２０３には、軸方向において補助シール部２０５を構成するＶリングシール２５０の軸方向機内側のリップ部２５０ｂと軸方向機外側の起立部２５０ｃとの間の位置に圧力緩衝室Ｂと連通する連通路２０３ｆが設けられることにより、圧力緩衝室Ｂに侵入したコンタミ等の異物が軸方向機外側の磁性流体シール部６に到達することを起立部２５０ｃによって防ぐことができるとともに、真空ポンプ１０の作用により連通路２０３ｆから排出することができるため、磁性流体シール部６のシール性・耐久性の低下を防ぐことができるとともに、機内側に磁性流体６２やコンタミ等の異物が侵入することも抑制できる。
また、補助シール部２０５がＶリングシール２５０から構成されることにより、リップ部２５０ｂとシールカバー２０３の環状面部２０３ｈとの間のシール部が径方向に延びるように形成されるため、補助シール部２０５を軸方向に短く構成することができ、ユニット化される軸封装置２０１の軸長が短くなることで回転軸１０２の傾きに対してシールカバー２０３を傾き難くすることができる。
次に、実施例３に係る軸封装置につき、図３を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
図３に示されるように、実施例３における軸封装置３０１においては、補助シール部３０５は、磁性流体ダストシール３５０から構成され、環状を成す一対のポールピース３５１，３５１と、ポールピース３５１，３５１の間に配置される永久磁石３５２と、磁性流体３５３とから主に構成されている。
ポールピース３５１，３５１は、スリーブ２の外周面２ａに密封的に固定され、その外径がシールカバー３の外径よりも小径に構成され、ポールピース３５１，３５１の外周面３５１ａ，３５１ａとシールカバー３の第１内周面３ｂとの間に形成されるギャップには、ポールピース３５１，３５１と永久磁石３５２により形成される磁気回路の磁力によって軸方向機内側のポールピース３５１におけるギャップに磁性流体３５３よるシール膜が形成保持されることにより、真空乾燥機の機内の密封空間Ｖと後述する圧力緩衝室Ｂとの間がシールされている。尚、磁性流体３５３は、磁性流体シール部６を構成する磁性流体６２と同じくパーフルオロポリエーテルを基油とする。
これによれば、軸封装置３０１は、補助シール部３０５が磁性流体ダストシール３５０により構成されることにより、真空乾燥機の機内の密封空間Ｖと圧力緩衝室Ｂとの間における流体の移動が確実に防止され、コンタミ等の異物の侵入を防ぐことができる。
また、補助シール部３０５が磁性流体ダストシール３５０から構成されることにより、磁性流体シール部６の磁性流体６２が軸方向機内側に漏れても、磁性流体ダストシール３５０の軸方向機外側のポールピース３５１におけるギャップに磁力により吸着・保持されるため、機内側への磁性流体６２の侵入を防ぐことができる。
次に、実施例４に係る軸封装置につき、図４を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
図４に示されるように、実施例４における軸封装置４０１においては、ダイアフラム４０４は、ホースバンド４１によりシールカバー３に緊締される内径側の端部４０４ｃからさらに内径側に湾曲しながら延びるリップシール部４０５（補助シール部）が形成され、スリーブ２の軸方向機内側の側端面２ｅと当接するリップシール部４０５の軸方向機外側の端面４０５ａの環状溝部に真空グリス４０６が充填されている。
これによれば、軸封装置４０１は、ダイアフラム４０４に設けられるリップシール部４０５の軸方向機外側の端面４０５ａの環状溝部に充填される真空グリス４０６により、スリーブ２の軸方向機内側の側端面２ｅと潤滑することにより摩耗粉がほとんど発生しないため、真空乾燥機の機内の密封空間Ｖと圧力緩衝室Ｂとの間におけるコンタミ等の異物の侵入を防ぐことができる。
また、ダイアフラム４０４のリップシール部４０５は、軸方向機外側の端面４０５ａとスリーブ２の軸方向機内側の側端面２ｅとの間にシール部を形成することにより、回転軸１０２の中心軸からシール部の径方向の距離が近くなるため、回転による抵抗を小さくすることができる。尚、実施例４における補助シール部としてのリップシール部４０５は、実施例１において説明したユニット化の概念からは除くものとする。
次に、実施例５に係る軸封装置につき、図５を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
図５に示されるように、実施例５における軸封装置５０１においては、シールカバー５０３は、軸方向機内側に補助シール部５が配置される第１内周面５０３ｂと、第１内周面５０３ｂの軸方向機外側において第１内周面５０３ｂよりも大径に形成され磁性流体シール部６、軸受７，８が配置される第２内周面５０３ｃとから構成される円筒状に構成されている。第２内周面５０３ｃの軸方向機外側の端部に環状の規制部材５３１をボルト５３０により締め付けることで、シールカバー５０３の環状面部５０３ｄと規制部材５３１との間に、磁性流体シール部６、軸受７，８は固定されている。また、規制部材５３１の環状凹部にはＯリング５３２が配置されており、シールカバー５０３と規制部材５３１との間がシールされている。規制部材５３１には第２内周面５０３ｃよりも小径に形成された第３内周面５３１ｄに補助シール部５０５が配置されている。尚、規制部材５３１の軸方向機内側の側端部５３１ｅは軸受８の外輪８ｂに当接している。尚、第３内周面５３１ｄに配置される補助シール部５０５は、補助シール部５と略同一構成のラビリンスシール５０から構成されている。
軸封装置５０１を構成するシールカバー５０３の第２内周面５０３ｃおよび規制部材５３１の第３内周面５３１ｄとスリーブ５０２の外周面５０２ａとの間において、補助シール部５０５と磁性流体シール部６との間には、真空乾燥機の機外の圧力、すなわち空間Ａの大気圧よりも低圧かつ圧力緩衝室Ｂよりも高圧に維持される圧力緩衝室Ｂ’が設けられている。
また、規制部材５３１には、補助シール部５０５と軸方向機外側の軸受８との間の位置に圧力緩衝室Ｂ’と連通する連通路５０３ｆが設けられ、連通路５０３ｆに対してシールカバー５０３の外周側から可撓性を有するパイプ５０９により真空ポンプ５１０が接続されており、真空ポンプ５１０により、圧力緩衝室Ｂ’は、空間Ａの大気圧よりも低圧に維持されている。
これによれば、軸封装置５０１は、補助シール部５０５と磁性流体シール部６との間に設けられる圧力緩衝室Ｂ’が真空乾燥機の機外の空間Ａの大気圧よりも低圧に維持され、補助シール部５０５と軸方向機外側の軸受８との間の位置に圧力緩衝室Ｂ’と連通する連通路５０３ｆが設けられることにより、圧力緩衝室Ｂ’に侵入した摩耗粉や真空乾燥機の機外の空間Ａから補助シール部５０５を通過して侵入したコンタミ等の異物を磁性流体シール部６に到達させることなく真空ポンプ５１０の作用により連通路５０３ｆから排出することができるため、クリーンルーム以外の環境においても磁性流体シール部６のシール性・耐久性の低下を防止することができる。また、圧力緩衝室Ｂ’は、空間Ａの大気圧よりも低圧かつ圧力緩衝室Ｂよりも高圧に維持されているため、空間Ａから圧力緩衝室Ｂに段階的に圧力が低くされ、空間Ａと圧力緩衝室Ｂとの間に急激な気体の移動が生じない。
真空乾燥機、ロータリーバルブ、ロータリーフィーダ等の粉体機械に用いられる軸封装置に好適に用いることができる。
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
例えば、前記実施例では、磁性流体シール部６の軸方向機内側と軸方向機外側に一対の軸受７，８が設けられる態様として説明したが、これに限らず軸受は、磁性流体シール部６の軸方向機内側または軸方向機外側のどちらか一方に設けられてもよい。また、適用される軸受は、玉軸受に限らず、ころ軸受であってもよい。
また、回転軸１０２の外周にスリーブ２，２０２，５０２が設けられていなくてもよい。
また、シールカバーの連通路は、補助シール部と磁性流体シール部との間において、軸受よりも軸方向機外側の位置（軸受と磁性流体シール部との間の位置）に配置されてもよい。尚、実施例１のように、シールカバー３の連通路３ｆは、補助シール部５と磁性流体シール部６との間において、軸受７よりも軸方向機内側の位置（補助シール部５と軸受７との間の位置）に配置される方が圧力緩衝室Ｂに侵入したコンタミが軸受に入り込み難くなることから好ましい。
１ 軸封装置
２ スリーブ
３ シールカバー
３ｆ 連通路
４ ダイアフラム（可撓性部材）
５ 補助シール部
６ 磁性流体シール部
７，８ 軸受
７ａ，８ａ 内輪
７ｂ，８ｂ 外輪
９ パイプ
１０ 真空ポンプ
５０ ラビリンスシール
６０ ポールピース
６１ 永久磁石
６２ 磁性流体
１００ ハウジング
１０１ 軸孔
１０２ 回転軸
２０１ 軸封装置
２０５ 補助シール部
２５０ Ｖリングシール
２５０ｂ リップ部
２５０ｃ 起立部
３０１ 軸封装置
３０５ 補助シール部
３５０ 磁性流体ダストシール
３５１ ポールピース
３５２ 永久磁石
３５３ 磁性流体
４０１ 軸封装置
４０４ ダイアフラム（可撓性部材）
４０５ リップシール部（補助シール部）
４０６ 真空グリス
５０１ 軸封装置
５０３ｆ 連通路
５０５ 補助シール部
５０９ パイプ
５１０ 真空ポンプ
Ａ 空間
Ｂ，Ｂ’ 圧力緩衝室
Ｖ 密封空間
２ スリーブ
３ シールカバー
３ｆ 連通路
４ ダイアフラム（可撓性部材）
５ 補助シール部
６ 磁性流体シール部
７，８ 軸受
７ａ，８ａ 内輪
７ｂ，８ｂ 外輪
９ パイプ
１０ 真空ポンプ
５０ ラビリンスシール
６０ ポールピース
６１ 永久磁石
６２ 磁性流体
１００ ハウジング
１０１ 軸孔
１０２ 回転軸
２０１ 軸封装置
２０５ 補助シール部
２５０ Ｖリングシール
２５０ｂ リップ部
２５０ｃ 起立部
３０１ 軸封装置
３０５ 補助シール部
３５０ 磁性流体ダストシール
３５１ ポールピース
３５２ 永久磁石
３５３ 磁性流体
４０１ 軸封装置
４０４ ダイアフラム（可撓性部材）
４０５ リップシール部（補助シール部）
４０６ 真空グリス
５０１ 軸封装置
５０３ｆ 連通路
５０５ 補助シール部
５０９ パイプ
５１０ 真空ポンプ
Ａ 空間
Ｂ，Ｂ’ 圧力緩衝室
Ｖ 密封空間
Claims (8)
- ハウジングの軸孔に挿通される回転軸の外周に設けられる筒状のシールカバーと、前記ハウジングに対して前記シールカバーを接続する可撓性部材と、前記シールカバーの軸方向において機内側に設けられる補助シール部と、前記補助シール部よりも機外側に設けられる磁性流体シール部と、前記磁性流体シール部の荷重を支持する軸受と、を備え、
前記ハウジングの軸孔と該軸孔に挿通される前記回転軸との間に形成される環状隙間をシールする軸封装置であって、
前記シールカバー内における前記補助シール部と前記磁性流体シール部との間には、機外の圧力よりも低圧に維持される圧力緩衝室が設けられることを特徴とする軸封装置。 - 前記圧力緩衝室は、前記機内の圧力と均衡する圧力に維持されることを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。
- 前記補助シール部は、非接触シールから構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の軸封装置。
- 前記可撓性部材は、調芯性を有するダイアフラムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の軸封装置。
- 前記シールカバーには、軸方向において前記補助シール部と前記磁性流体シール部との間の位置に前記圧力緩衝室と真空ポンプとを連通する連通路が設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の軸封装置。
- 前記連通路には、前記シールカバーの外周側から可撓性を有するパイプにより前記真空ポンプが接続されていることを特徴とする請求項５に記載の軸封装置。
- 前記回転軸の外周に固定可能な筒状のスリーブを備え、
前記シールカバーの内周と前記スリーブの外周との間に前記補助シール部、前記磁性流体シール部および前記軸受が一体に設けられることにより、前記スリーブ、前記シールカバー、前記補助シール部、前記磁性流体シール部および前記軸受がユニット化されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の軸封装置。 - 前記軸受は、軸方向において前記磁性流体シールを挟んで一対設けられており、これらの軸受の内輪または外輪の一つが前記シールカバーの内周または前記スリーブの外周に対して軸方向に規制されていないことを特徴とする請求項７に記載の軸封装置。
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