JPWO2020054842A1 - 縦型シール装置 - Google Patents

Abstract

機外からシール部への異物の侵入を防ぐことができる縦型シール装置を提供する。
上下方向に延びる回転軸２を軸封するシール部Ｓを有する縦型シール装置１であって、シール部Ｓよりも機外側には、回転側要素３と静止側要素６との径方向の隙間Ｇ２よりも外径方向に延びる環状鍔部５ａが回転側要素３に設けられている。

Description

本発明は、上下方向に延びる回転軸を軸封する縦型シール装置に関する。

ポンプや攪拌機等は、回転軸から伝達される駆動力を用いて動作しており、縦型シール装置は、上下方向に延びる回転軸を軸封することにより機内から機外へまたは機外から機内への流体の漏れを防いでいる。

このような縦型シール装置として、例えば特許文献１に示されるメカニカルシール（シール装置）は、上下方向に延びる攪拌機の回転軸を軸封するために使用される縦型のメカニカルシールであり、機器ハウジングに取り付けられたシールケースと、シールケースに保持されたホルダと、シールケースとホルダとの間に配置されたスプリングと、ホルダを介してシールケースに固定された静止密封環と、回転軸にスリーブを介して固定され静止密封環に対して相対回転可能な回転密封環と、から主に構成されており、静止密封環および回転密封環の上下に対向する密封端面同士を密接摺動させてシール部を形成することにより、被密流体が配置される機内領域と大気側の機外領域とを遮蔽している。

特開２００９−２４８３６号公報（第５頁、第１図）

特許文献１のメカニカルシールは、静止密封環および回転密封環の密封端面を密接摺動させてシール部を形成することにより機内領域と機外領域とを遮蔽し、機内領域から機外領域への被密封流体の漏れ、および機外領域から機内領域への大気の侵入を防止することができるものであるが、上下方向に延びる回転軸に適用される縦型シール装置であるため、シール部よりも機外側（上方）において回転軸と共に回転するスリーブ等の回転側要素の外周面と、機器ハウジングに固定されるシールケース、ホルダ、静止密封環等の静止側要素の内周面との間に形成される隙間を通して機外から塵、埃、油滴等の異物がシール部に侵入してしまう虞があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、機外からシール部への異物の侵入を防ぐことができる縦型シール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、本発明の縦型シール装置は、
上下方向に延びる回転軸を軸封するシール部を有する縦型シール装置であって、
前記シール部よりも機外側には、回転側要素と静止側要素との径方向の隙間よりも外径方向に延びる環状鍔部が前記回転側要素に設けられている。
これによれば、回転側要素と静止側要素との径方向の隙間が環状鍔部により機外側から覆われるため、機外からシール部への異物の侵入を防止することができる。

好適には、前記環状鍔部から下方に延びる垂片が形成されている。
これによれば、環状鍔部の先端から回り込んで侵入してくる異物を垂片により遮ることができる。

好適には、前記静止側要素に設けられる環状凹部に前記垂片が挿入され、
前記環状凹部には、機外に開放するように外径方向に延びる貫通孔が形成されている。
これによれば、垂片により遮られた異物が環状凹部内にトラップされるため、シール部まで異物が侵入し難くなるとともに、貫通孔を通して環状凹部内にトラップされた異物を機外に排出できる。

好適には、前記貫通孔は、前記環状凹部から外径方向へ向けて低くなるように傾斜している。
これによれば、貫通孔の傾斜を利用することにより環状凹部から機外に異物が排出されやすい。

好適には、前記垂片は、先端側に拡径部を有し、
前記環状凹部は、内周面が前記拡径部に沿って形成されている。
これによれば、垂片と環状凹部との間の径方向の隙間に侵入した異物が垂片の拡径部に沿って環状凹部の外径側に誘導されるため、貫通孔を通して機外に異物が排出されやすい。

好適には、前記環状鍔部は、前記回転軸に固定されたスリーブに固定部材によって固定されている。
これによれば、環状鍔部および垂片を軸方向に位置決めしやすい。

好適には、前記垂片は、環状に形成されている。
これによれば、環状の垂片により周方向に亘って異物の侵入を防ぐことができる。

さらに好適には、前記貫通孔は、前記環状凹部の底面に繋がっている。
これによれば、環状凹部内に侵入した異物を貫通孔内に確実に誘導することができる。

さらに好適には、前記環状凹部の内径側の周縁には外径方向に延びる環状突起が形成されている。
これによれば、環状凹部の内径側からシール部に侵入しようとする異物を環状突起により規制することができる。

さらに好適には、前記静止側要素には、前記貫通孔の機外側の開口を上方から覆うカバーが形成されている。
これによれば、貫通孔を通して機外から環状凹部に異物が侵入することを防止できる。

本発明の実施例１に係る縦型シール装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施例２に係る縦型シール装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施例３に係る縦型シール装置の構造を示す断面図である。

本発明に係る縦型シール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に係る縦型シール装置につき、図１を参照して説明する。尚、本実施例においては、紙面左側を機外側、紙面右側を機内側として説明する。

図１に示されるように、本実施例の縦型シール装置１は、ポンプや攪拌機等の回転機械の鉛直方向である上下方向に延びる回転軸２とハウジング３との間に設けられており、回転軸２の外周にＯリング２０を介在させた状態で密封状に固定される回転側要素としてのスリーブ４と、スリーブ４を介して回転軸２に固定される回転側要素としての環状のルーフ部材５と、固定ボルトナット１０によりハウジング３に固定される静止側要素としての第１シールケース６と、固定ボルト１１により第１シールケース６に一体に固定される静止側要素としての第２シールケース７と、第１シールケース６および第２シールケース７の対向端面からそれぞれ上下方向に延びる回転防止部材１２により回り止めされる一対のシールリング８，９（静止側要素）と、から主に構成されている。尚、スリーブ４は、セットスクリュ１６によって回転軸２に相対移動しないように固定されている。また、第１シールケース６は、Ｏリング３０を介在させた状態でハウジング３に密封状に固定され、第２シールケース７は、Ｏリング４０を介在させた状態で第１シールケース６に密封状に固定されている。

次いで、シールリング８，９について説明する。図１に示されるように、シールリング８，９は、第１シールケース６に第２シールケース７が固定されることによりスリーブ４の外周面との間に形成される環状隙間Ｇ１に上下方向に並んで配置されている。また、シールリング８，９は、それぞれ周方向に分割された図示しない分割体を環状に組み合わせたセグメントシールとして構成されている。シールリング８，９の外周面に設けられる周溝にそれぞれ装着される環状のエキステンションスプリング１３を径方向に緊縮させることで、シールリング８，９は内径側（すなわちスリーブ４の外周面側）に向かって付勢されている。シールリング８，９の内周面とスリーブ４の外周面とを密接摺動させることでシール部Ｓが形成されている。また、シールリング８，９は、対向端面間に配置されるコンプレッションスプリング１４により上下方向（すなわち軸方向）に向かってそれぞれ付勢されることにより、第１シールケース６および第２シールケース７に密封状に押し付けられた状態で保持されている。

次いで、第２シールケース７について説明する。図１に示されるように、第２シールケース７は、機外側端面に固定ボルト１１の頭部が収容される座ぐり穴が形成される第１円筒部７ａと、第１円筒部７ａの機内側において第１円筒部７ａよりも内径が大きく形成される第２円筒部７ｂと、第１円筒部７ａの内周面の機内側から内径方向に延びる内向きフランジ部７ｃと、内向きフランジ部７ｃの内径側から上方（すなわち機外側）に延びる環状凸部７ｄとを有する略円筒形状を成し、第２シールケース７の機外側の内径部には、第１円筒部７ａの内周面と、内向きフランジ部７ｃの機外側端面と、環状凸部７ｄの外周面により上方に開放する環状凹部７ｅが形成されている。尚、シールリング８，９が配置される環状隙間Ｇ１は、第２シールケース７の第２円筒部７ｂの内径側に形成されることから、環状凹部７ｅは、環状隙間Ｇ１よりも機外側、すなわちシール部Ｓよりも機外側の位置に形成されている。

また、第２シールケース７には、環状凹部７ｅから機外に開放するように外径方向に延びる貫通孔７ｆが形成されている。貫通孔７ｆは、環状凹部７ｅ側の開口が底面（すなわち内向きフランジ部７ｃの機外側端面）から外径側の側面（すなわち第１円筒部７ａの内周面）にかけて形成されている。また、貫通孔７ｆは、環状凹部７ｅの底面から外径方向へ向けて低くなるように下方に向けて傾斜しており、機外側の開口下端が環状凹部７ｅの底面よりも下方の位置に形成されている。

次いで、ルーフ部材５について説明する。図１に示されるように、ルーフ部材５は、スリーブ４の外周面と第２シールケース７の環状凸部７ｄの内周面との径方向の隙間Ｇ２よりも外径方向に延びる環状鍔部５ａと、環状鍔部５ａの先端から下方に延びる環状（言い換えると円筒板状）の垂片５ｂとから構成され、垂片５ｂの先端部が第２シールケース７に形成される環状凹部７ｅ内に挿入されている。垂片５ｂは、環状凹部７ｅや環状凸部７ｄの軸方向略中央の位置まで挿入されており、垂片５ｂの下端５ｃは、貫通孔７ｆの環状凹部７ｅ側の開口上端よりも下方に配置されている。尚、ルーフ部材５は、スリーブ４の機外側端部に外嵌された状態で径方向に螺挿される固定部材としてのセットスクリュ１５によってスリーブ４の外周面に相対移動しないように固定されているため、環状凹部７ｅ内における垂片５ｂの下端５ｃを軸方向に位置決めしやすい。

これによれば、本実施例の縦型シール装置１は、スリーブ４の外周面と第２シールケース７の内周面との径方向の隙間Ｇ２がルーフ部材５の環状鍔部５ａにより機外側（すなわち上方）から覆われるため、機外からシール部Ｓへの異物の侵入を防止することができる。また、環状鍔部５ａの先端から下方に延びる環状の垂片５ｂにより、環状鍔部５ａの先端から回り込んで侵入してくる異物を周方向に亘って遮ることができる。尚、垂片５ｂの外周面と第２シールケース７の第１円筒部７ａの内周面との間の径方向の隙間Ｇ２に侵入してくる異物は、垂片５ｂの外周面に沿って下方に誘導される。

また、垂片５ｂの先端部は、第２シールケース７に設けられる環状凹部７ｅ内に挿入されており、垂片５ｂの外周面に沿って下方に誘導された異物は環状凹部７ｅ内にトラップされるため、シール部Ｓまで異物が侵入し難くなっている。さらに、環状凹部７ｅには、機外に開放するように外径方向に延びる貫通孔７ｆが形成されているため、貫通孔７ｆを通して環状凹部７ｅ内にトラップされた異物を機外に排出することができる。

また、貫通孔７ｆの環状凹部７ｅ側の開口は、環状凹部７ｅの底面に繋がっているため、環状凹部７ｅ内に侵入した異物を貫通孔７ｆ内に確実に誘導することができる。また、垂片５ｂの下端５ｃは、貫通孔７ｆの環状凹部７ｅ側の開口上端よりも下方に配置されているため、垂片５ｂの外周面に沿って下方に移動してきた異物が貫通孔７ｆ内に誘導されやすくなっている。

また、貫通孔７ｆは、環状凹部７ｅの底面から外径方向へ向けて低くなるように傾斜しており、貫通孔７ｆの傾斜を利用することにより、環状凹部７ｅから機外に異物が排出されやすくなっている。尚、貫通孔７ｆは、下方に傾斜していなくてもよい。また、貫通孔７ｆの機外側の開口から吸引することにより貫通孔７ｆを通して異物を積極的に排出するように構成されてもよい。

また、環状鍔部５ａおよび垂片５ｂを有するルーフ部材５は、回転軸２と共に回転する回転側要素であるため、ルーフ部材５が回転することにより、環状鍔部５ａの上面や垂片５ｂの外周面に付着した異物を遠心力で外径方向に吹き飛ばすことができる。このとき、垂片５ｂに付着した異物は、外径方向に吹き飛ばされることにより、第２シールケース７の第１円筒部７ａの内周面に沿って環状凹部７ｅ内に誘導され、貫通孔７ｆから機外に排出されやすくなっている。特に、垂片５ｂの外周面に沿って下端５ｃまで移動してきた異物は、垂片５ｂの下端５ｃから外径方向に吹き飛ばされることにより、貫通孔７ｆの環状凹部７ｅ側の開口に誘導されやすくなっている。このように、縦型シール装置１は、停止時、運転時に係わらず、機外からシール部Ｓへの異物の侵入を防止することができる。

次に、実施例２に係る縦型シール装置につき、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。

実施例２における縦型シール装置２０１について説明する。図２に示されるように、本実施例において、ルーフ部材２０５は、環状鍔部２０５ａの先端から下方に延びる環状の垂片２０５ｂの先端側に拡径部２０５ｄを有し、第２シールケース２０７の環状凹部２０７ｅは、外径側の側面（すなわち第１円筒部２０７ａの内周面）が垂片２０５ｂの拡径部２０５ｄに沿って形成されている。

これによれば、ルーフ部材２０５の垂片２０５ｂと第２シールケース２０７の環状凹部２０７ｅとの間の径方向の隙間に侵入した異物が垂片２０５ｂの拡径部２０５ｄに沿って環状凹部２０７ｅの外径側に誘導されるため、貫通孔２０７ｆを通して異物が機外に排出されやすい。また、垂片２０５ｂの外周面と第２シールケース２０７の第１円筒部２０７ａの内周面との間の径方向の隙間がクランク形状に構成されることにより、侵入した異物が垂片２０５ｂの拡径部２０５ｄの外周面に接触しやすくなり、垂片２０５ｂに沿って異物が下方に誘導されやすい。

次に、実施例３に係る縦型シール装置につき、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。

実施例３における縦型シール装置３０１について説明する。図３に示されるように、本実施例において、ルーフ部材３０５は、環状鍔部３０５ａの先端から下方に延びる環状の垂片３０５ｂの先端側に拡径部３０５ｄを有し、拡径部３０５ｄが先端に向けて外径方向に傾斜するように形成されている。これによれば、垂片３０５ｂに沿って下方に誘導される異物が垂片３０５ｂの先端に集まりやすく、特に、ルーフ部材３０５の回転により、異物が垂片３０５ｂの先端から外径方向に吹き飛ばされやすくなり、貫通孔３０７ｆを通して異物が機外に排出されやすい。

第２シールケース３０７は、第１円筒部が別体のカバー部材３７０により構成され、第２シールケース３０７の機外側の内径部には、カバー部材３７０の内周面と、第２シールケース３０７の内向きフランジ部３０７ｃの機外側端面と、第２シールケース３０７の環状凸部３０７ｄの外周面により上方に開放する環状凹部３０７ｅが形成されている。

環状凹部３０７ｅの内径側の周縁、すなわち第２シールケース３０７の環状凸部３０７ｄの外周面には、上端部から外径方向に延びる環状突起３０７ｇが形成されている。これによれば、環状凹部３０７ｅの内径側からシール部Ｓに侵入しようとする異物を環状突起３０７ｇにより規制することができる。

また、カバー部材３７０の外径部には下方に延びるカバー３７０ａが形成されており、カバー３７０ａは、第２シールケース３０７の外周面から径方向に僅かに離間した状態で、貫通孔３０７ｆの機外側の開口を覆っている。これによれば、カバー３７０ａによって貫通孔３０７ｆを通して機外から環状凹部３０７ｅに異物が侵入することを防止できる。

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、縦型シール装置のシール部Ｓがセグメントシールにより形成される態様について説明したが、これに限らず、縦型シール装置のシール部は、メカニカルシールやリップシール等の各種シールにより構成されていてもよい。

また、実施例１，２の縦型シール装置に対して、実施例３の縦型シール装置の環状突起３０７ｇやカバー部材３７０（すなわちカバー３７０ａ）の構成を適用してもよい。

また、ルーフ部材は、スリーブに固定されるものに限らず、回転軸に直接固定されていてもよい。

また、環状鍔部は、ルーフ部材に形成されるものに限らず、例えばスリーブの外周から延出するように一体形成されていてもよい。

また、垂片は、環状鍔部の先端に形成されるものに限らず、環状鍔部の先端よりも内径側の位置に形成されていてもよい。また、垂片は、周方向に連続して環状に形成されるものに限らず、周方向に断続的に形成されていてもよい。また、垂片の先端部は、静止側要素に形成される環状凹部に挿入されなくてもよい。

また、環状鍔部には、垂片が形成されなくてもよく、環状鍔部の先端側が下方に屈曲していてもよい。

また、環状凹部と機外とを連通する貫通孔は、形成されなくてもよい。

また、ルーフ部材、第１シールケース、第２シールケース、カバー部材は、環状に構成されるものに限らず、周方向に分割された分割体を環状に組み合わせることにより構成されてもよい。

１ 縦型シール装置
２ 回転軸
３ ハウジング
４ スリーブ（回転側要素）
５ ルーフ部材（回転側要素）
５ａ 環状鍔部（回転側要素）
５ｂ 垂片（回転側要素）
６ 第１シールケース（静止側要素）
７ 第２シールケース（静止側要素）
７ａ 第１円筒部
７ｂ 第２円筒部
７ｃ 内向きフランジ部
７ｄ 環状凸部
７ｅ 環状凹部
７ｆ 貫通孔
８，９ シールリング（静止側要素）
１５ セットスクリュ（固定部材）
２０５ ルーフ部材（回転側要素）
２０５ａ 環状鍔部（回転側要素）
２０５ｂ 垂片（回転側要素）
２０５ｄ 拡径部（回転側要素）
２０７ 第２シールケース（静止側要素）
３０５ ルーフ部材（回転側要素）
３０５ａ 環状鍔部（回転側要素）
３０５ｂ 垂片（回転側要素）
３０５ｄ 拡径部（回転側要素）
３０７ 第２シールケース（静止側要素）
３０７ｇ 環状突起
３７０ カバー部材（静止側要素）
３７０ａ カバー
Ｇ１ 環状隙間
Ｇ２ 隙間
Ｓ シール部

Claims (7)

1. 上下方向に延びる回転軸を軸封するシール部を有する縦型シール装置であって、
   前記シール部よりも機外側には、回転側要素と静止側要素との径方向の隙間よりも外径方向に延びる環状鍔部が前記回転側要素に設けられていることを特徴とする縦型シール装置。
2. 前記環状鍔部から下方に延びる垂片が形成されている請求項１に記載の縦型シール装置。
3. 前記静止側要素に設けられる環状凹部に前記垂片が挿入され、
   前記環状凹部には、機外に開放するように外径方向に延びる貫通孔が形成されている請求項２に記載の縦型シール装置。
4. 前記貫通孔は、前記環状凹部から外径方向へ向けて低くなるように傾斜している請求項３に記載の縦型シール装置。
5. 前記垂片は、先端側に拡径部を有し、
   前記環状凹部は、内周面が前記拡径部に沿って形成されている請求項３または４に記載の縦型シール装置。
6. 前記環状鍔部は、前記回転軸に固定されたスリーブに固定部材によって固定されている請求項１ないし５のいずれかに記載の縦型シール装置。
7. 前記垂片は、環状に形成されている請求項２ないし５のいずれかに記載の縦型シール装置。

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