KR20190065427A - 메커니컬 시일 - Google Patents
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Abstract
스프링의 기능을 발휘하기 쉬운 메커니컬 시일을 제공한다. 회전 기계의 회전축(4)이 삽입 통과되는 하우징(2)과, 상기 하우징(2)에 보지(保持)된 정지 밀봉환(10)과, 상기 회전축(4)과 함께 회전하고 상기 정지 밀봉환(10)과 슬라이딩 접촉하는 회전 밀봉환(20)과, 상기 정지 밀봉환(10)과 상기 회전 밀봉환(20)을 축방향으로 압접 상태로 부세(付勢)하는 스프링(40)과, 상기 스프링(40)을 외경측에 있어서 축방향으로 밀봉하여 덮음과 동시에 탄성 변형 가능하게 형성된 환상(環狀) 탄성체인 스프링 커버(60)를 구비했다.
Description
본 발명은, 전동기, 원동기, 펌프, 교반기, 분체 기계, 컴프레서 등의 각종회전 기계에 사용되고, 피밀봉 유체의 누설을 제한하는 메커니컬 시일에 관한 것이다.
메커니컬 시일은, 시일 단면의 마모에 따라, 스프링 등에 의해 축방향으로 움직일 수 있는 회전 밀봉환 및 축방향으로 움직이지 않는 정지 밀봉환으로 이루어지고, 축에 거의 수직한 상대적으로 회전하는 시일 단면에 있어서 피밀봉 유체의 누설을 제한하는 작용을 하는 것이다. 특허문헌 1에 기재된 메커니컬 시일은, 회전측 리테이너를 기내측으로 연출(延出)하는 구조로서 스프링을 배치하는 밀폐 공간을 형성하고, 이 회전측 리테이너에 2개 이하로 지름 방향으로 확축(擴縮) 가능한 합성 수지성의 스파이럴 패킹 등을 이용하여, 스프링이 배치되는 밀폐 공간에 시일 단면으로부터 누설된 유체나 슬러리 등을 침입하기 어렵게 하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).
특허문헌 1에 있어서는, 회전측 리테이너는, 회전 밀봉환과 함께 축방향으로 이동 가능한 부재로서, 그 일부는 외경측에 있어서 스프링보다도 기내측으로 연출하고, 그 연출 부분은 칼라의 외주에 설치된 환상(環狀) 오목부에 배치된 O링에 접촉하는 것이다. 그리고, 회전 밀봉환이나 정지 밀봉환의 마모 등에 의해, 회전측 리테이너가 축방향으로 이동하면, 상기 연출 부분은 상기 O링의 상부를 축방향으로 슬라이딩하는 구조이기 때문에, 상기 연출 부분이 기울거나, O링의 응착 등에 의해 회전측의 리테이너가 축방향으로 원활하게 이동할 수 없고 스프링의 본래의 기능을 충분하게 발휘할 수 없어 회전 밀봉환의 추종성이 나빠질 우려가 있었다. 또한, 회전측 리테이너는 기내측으로 연출하는 외팔보 형상으로 됨과 동시에 그 기부(基部)에 회전 밀봉환을 보지(保持)하고 있기 때문에, 기내측의 압력 변동 등에 의해 축에 대하여 기우는 외력이 작용하면 회전 밀봉환의 시일 단면을 기울이는 힘이 작용하여, 본래의 스프링의 기능을 발휘할 수 없게 될 우려가 있었다.
본 발명은, 이러한 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 스프링의 기능을 발휘하기 쉬운 메커니컬 시일을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 메커니컬 시일은,
회전 기계의 회전축이 삽입 통과되는 하우징과,
상기 하우징에 보지된 정지 밀봉환과,
상기 회전축과 함께 회전하고 상기 정지 밀봉환과 슬라이딩 접촉하는 회전 밀봉환과,
상기 정지 밀봉환과 상기 회전 밀봉환을 축방향으로 압접 상태로 부세(付勢)하는 스프링과,
상기 스프링을 외경측 또는 내경측에 있어서 축방향으로 밀봉하여 덮음과 동시에 탄성 변형 가능하게 형성된 환상 탄성체를 적어도 갖는 환상의 스프링 커버 를 구비한 메커니컬 시일.
이에 따르면, 정지 밀봉환이나 회전 밀봉환의 마모 등에 의해, 스프링에 부세되는 측의 부재가 축방향으로 이동해도, 스프링 커버는 축방향으로 탄성 변형하기 때문에, 스프링의 신축에 원활하게 추종할 수 있어, 스프링 본래의 기능을 발휘할 수 있다. 또한, 스프링 커버에 지름 방향으로 외력이 작용해도, 스프링 커버는 탄성 변형 가능하기 때문에, 스프링 커버의 장착 부분에 축에 대하여 기우는 힘은 거의 발생하지 않는다.
상기 스프링 커버는 환상 탄성체에 의해 구성되어 있다.
이에 따르면, 한 부재에 의해 스프링 커버를 구성할 수 있기 때문에 구조를 단순하게 할 수 있음과 동시에, 축방향으로의 신축성이 우수하다. 또한, 관용된 메커니컬 시일의 구성 요소의 형상 등을 크게 바꾸는 일 없이, 스프링 커버를 장착할 수 있다.
상기 스프링 커버는, 축방향으로 이간하여 배치된 2개의 환상 강체와, 해당 2개의 환상 강체의 사이를 막도록 밀봉하여 고정되고 탄성 부재에 의해 형성된 환상 탄성체를 갖고, 상기 2개의 환상 강체는 상기 스프링의 각 단부측에 있어서 2차 시일에 의해 밀봉되어 있다.
이에 따르면, 스프링 커버를 2개의 환상 강체와 환상 탄성체의 3부재에 의해 구성할 수 있기 때문에, 스프링 커버의 착탈이 간단하다. 또한, 관용된 메커니컬 시일의 구성 요소의 형상 등을 크게 바꾸는 일 없이, 스프링 커버를 장착할 수 있다.
상기 환상 강체는 지름 방향으로 돌출되는 플랜지부를 갖고, 또한, 상기 환상 탄성체는 상기 플랜지부에 축방향으로 유감(遊嵌)하는 홈부를 갖고, 상기 환상 탄성체는 상기 홈부보다도 축방향 단부측에 있어서 상기 환상 강체에 고정되어 있다.
이에 따르면, 환상 탄성체가 축방향으로 신장할 때에, 플랜지부가 홈부 내를 축방향으로 이동할 수 있기 때문에, 환상 탄성체가 신장하는 영역을 넓게 확보할 수 있음과 동시에, 플랜지부는 환상 탄성체의 축방향의 이탈 방지용으로서 기능한다.
상기 환상 탄성체는 그 양단부가 밴드에 의해 고정되어 있다.
이에 따르면, 별도로 O링 등의 2차 시일을 사용하는 일 없이 환상 탄성체와 피체결 부재를 간단하게 밀봉 상태로 고정할 수 있다.
상기 환상 탄성체는, 축에 평행한 통상부(筒狀部)를 갖는다.
이에 따르면, 축에 평행한 통상부는 축방향으로 연장되어도 축방향에 요철이 발생하지 않기 때문에, 해당 통상부에 이물이 끼이는 일이 없다.
상기 스프링 커버와 상기 스프링과의 사이의 공간에 오일, 그리스, 물 등의 충전 유체가 충전되어 있다.
이에 따르면, 스프링 커버와 스프링과의 사이의 공간에 충전 유체가 충전되어 있기 때문에, 스프링의 간극에 이물이 들어가 스프링의 기능을 손상시킬 우려가 적다.
상기 환상 탄성체에는 지름 방향으로 두꺼워지는 충전 유체 주입부가 설치되어 있다.
이에 따르면, 스프링 커버를 착탈하는 일 없이 충전 유체 주입부에 바늘 형상물을 찌름으로써 충전 유체를 보충할 수 있다.
상기 스프링 및 상기 스프링 커버는 상기 회전 기계의 기외측에 설치되어 있다.
이 특징에 따르면, 기외측으로부터 침입하는 먼지 등을 억제할 수 있다.
상기 스프링 커버의 일단은, 상기 회전축 또는 상기 회전 기기의 하우징에 액밀하게 고정되어 있다.
이에 따르면, 회전축 또는 회전 기기의 하우징과의 사이의 밀봉성이 높아진다.
상기 환상 탄성체는 고무제이다.
이에 따르면, 탄성이 우수하다.
도 1은, 실시예 1에 있어서의 메커니컬 시일의 전체를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 스프링 커버를 장착하기 전의 시일링측의 부재의 사시도이다.
도 3은, 스프링 커버의 사시도이다.
도 4는, 시일링측의 부재의 사시도이다.
도 5는, 스프링 커버의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은, 실시예 2에 있어서의 메커니컬 시일의 전체를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 실시예 3에 있어서의 메커니컬 시일의 전체를 나타내는 단면도이다.
도 8은, 실시예 4에 있어서의 메커니컬 시일의 전체를 나타내는 단면도이다.
도 9는, 실시예 5에 있어서의 메커니컬 시일의 전체를 나타내는 단면도이다.
도 10의 (a)는, 신장 전의 스프링 커버를 나타내는 단면도, (b)는 신장 후의 스프링 커버를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 스프링 커버를 장착하기 전의 시일링측의 부재의 사시도이다.
도 3은, 스프링 커버의 사시도이다.
도 4는, 시일링측의 부재의 사시도이다.
도 5는, 스프링 커버의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은, 실시예 2에 있어서의 메커니컬 시일의 전체를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 실시예 3에 있어서의 메커니컬 시일의 전체를 나타내는 단면도이다.
도 8은, 실시예 4에 있어서의 메커니컬 시일의 전체를 나타내는 단면도이다.
도 9는, 실시예 5에 있어서의 메커니컬 시일의 전체를 나타내는 단면도이다.
도 10의 (a)는, 신장 전의 스프링 커버를 나타내는 단면도, (b)는 신장 후의 스프링 커버를 나타내는 단면도이다.
본 발명에 따른 메커니컬 시일을 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 이하에 설명한다. 또한, 본 발명은 이에 한정되어 해석되는 것은 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한, 당업자의 지식에 기초하여, 여러 가지의 변경, 수정, 개량을 더할 수 있는 것이다.
실시예 1
도 1~4에 나타내는 바와 같이, 메커니컬 시일(1)은, 메이팅링(10)(정지 밀봉환)과, 시일링(20)(회전 밀봉환)과, 시일링 리테이너(30)와, 벨로우즈(40)(스프링)와, 칼라(50)와, 고무 스프링 커버(60)(스프링 커버)로 주로 구성되어 있다. 메커니컬 시일(1)은, 회전 기계의 하우징(2)과, 하우징(2)의 축공(3)을 관통하여 회전 기계의 기외(A)측에 연통하도록 배치되는 회전축(4)과의 사이에 장착되어 있다. 기외(A)측은, 해수, 물, 공기 등의 분위기이며, 기내(M)측은 피밀봉 유체가 봉입되어 있다.
메이팅링(10)은, O링(12)을 개재하여 하우징(2)에 대하여 비회전 상태로 장착되어 있다. 시일링(20)은, 회전축(4)측에 장착되고 이 회전축(4)과 일체적으로 회전한다. 메이팅링(10)과 시일링(20)은, 회전축(4)의 축방향을 따라 서로 대향하도록 배치되어 있고, 그들의 대향한 단면인 슬라이딩면(10a,20a)끼리가 밀접함으로써, 피밀봉 유체를 시일한다. 즉, 메커니컬 시일(1)은 내경측으로부터 외경측으로의 피밀봉 유체의 누설을 제한하는 아웃 사이드형이다.
메이팅링(10) 및 시일링(20)은 모두 경질 슬라이딩재(예를 들면 SiC 등의 세라믹스)에 의해 형성되어 있다.
도 1, 도 2를 참조하여, 시일링(20)은 도시하지 않은 주지(周知)의 노크핀 등을 개재하여 시일링 리테이너(30)에 대하여 수축 끼워 맞춤에 의해 비회전 상태로 장착되어 있다. 벨로우즈(40)는, 금속제(예를 들면 스테인리스강) 또한 환상의 사복(蛇腹) 형상이며, 시일링 리테이너(30)와 칼라(50)와의 사이에 압축 상태로 배치되고, 그 양단부(41,42)가 각각 시일링 리테이너(30)와 칼라(50)에 액밀하게 용접되어 있다. 칼라(50)는, 그 나사공(52)에 세트 스크류(51)를 나사 결합시킴으로써 회전축(4)에 대하여 비회전 상태로 고정되어 있고, 그 내주에 있어서 외경측으로 오목한 환상 오목부(53)에는 O링(54)이 장착되어 있다.
고무 스프링 커버(60)(스프링 커버, 환상 탄성체)는, 실리콘 고무에 의해 형성되어 있고 또한 원통상의 형상(도 1, 도 3)이며, 주로, 축방향 기외(A)측으로부터, 두꺼운 고정부(61), 벨로우즈(40)에 대향하여 배치되는 얇은 신축부(62)(축에 평행한 통상체), 두꺼운 고정부(63)의 3개의 부분으로 구성되어 있다. 고무 스프링 커버(60)의 내주측과 벨로우즈(40)의 외주측과의 사이의 밀폐 공간(S)에는 그리스(G)(충전 유체)가 충전되어 있고, 벨로우즈(40)의 내주측은 기내(M)측의 분위기로 되어 있다. 또한, 밀폐 공간(S)은 벨로우즈(40)의 외주, 시일링 리테이너(30)의 일부, 고무 스프링 커버(60)의 내주의 일부, 칼라(50)의 일부에 의해 획성(成)되는 공간이다.
고무 스프링 커버(60)의 고정부(61)는, 그 내경은 칼라(50)의 외경과 거의 동일한 지름으로 형성되어 있고, 외주에 있어서 내경측으로 오목한 환상 밴드홈(64)에 배치되는 결속 밴드(65)(밴드)의 체결에 의해 칼라(50)에 대하여 비회전 상태로 고정되어 있다. 마찬가지로, 고정부(63)는, 그 내경은 시일링 리테이너(30)의 외경과 거의 동일한 지름으로 형성되어 있고, 외주에 있어서 내경측으로 오목한 환상 밴드홈(66)에 배치되는 결속 밴드(67)(밴드)의 체결에 의해 시일링 리테이너(30)에 대하여 비회전 상태로 고정되어 있다. 환상 밴드홈(64,66) 내에서 결속 밴드(65,67)를 체결하고 있기 때문에, 결속 밴드(65,67)의 축방향의 위치 결정이 간단함과 동시에, 축방향으로의 위치 어긋남을 방지하고 있다.
신축부(62)에는, 내주에 있어서 내경측(스프링측)으로 돌출되는 두께부(70, 71, 72)(충전 유체 주입부)가 형성되어 있다. 두께부(70, 71, 72)에 그리스 주입기(90)의 주입 바늘(91)을 찔러 밀폐 공간(S)에 그리스를 주입할 수 있게 되어 있다. 이에 따르면, 고무 스프링 커버(60)를 착탈하는 일 없이 그리스(G)를 보충할 수 있다. 또한, 고무 스프링 커버(60)는 실리콘 고무에 의해 형성되어 있기 때문에, 주입 바늘(91)을 뽑으면 그 개구는 탄성 복귀에 의해 막아진다. 또한, 밀폐 공간(S)의 축방향의 단부, 즉 신축부(62)의 축방향의 단부에 있어서 두께부(71,72)를 형성하고 있기 때문에, 회전축(4)이 연직 방향으로 배치되는 종치형(縱置型)의 회전 기기에도 대응할 수 있다.
도 1의 확대도를 참조하여, 메이팅링(10)이나 시일링(20)의 마모 등에 의해, 시일링(20) 및 시일링 리테이너(30)는 벨로우즈(40)가 근소하게 신장하는 데에 수반하여 근소한 길이(L)만큼 이동한 상태가 된다. 여기에서, 고무 스프링 커버(60)는 양단부가 결속 밴드(65,67)에 의해 체결 고정되어 있다. 그 때문에, 고무 스프링 커버(60)에는 결속 밴드(65, 67)에 의한 체결 부분을 작용점으로 하여 축방향으로 인장력이 작용하여, 신축부(62)가 축방향으로 길이(L)만큼 신장한다. 이와 같이, 고무 스프링 커버(60)가 신장하기 때문에 벨로우즈(40)의 신장 기능을 손상시키는 일이 없다.
한편, 고무 스프링 커버(60)에 지름 방향으로 외력이 작용해도, 고무 스프링 커버(60)는 자체가 지름 방향으로 변형하기 때문에, 고무 스프링 커버(60)의 고정부(61)에는 축에 대하여 기우는 힘은 거의 발생하지 않는다.
다음으로 고무 스프링 커버(60)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
도 5를 참조하여, 고무 스프링 커버(60)의 내주측의 외형을 따른 회전틀(180)에, 이형제(181)를 도포한다. 그 후, 회전틀(180)을 회전시키면서 실리콘 고무(182)를 유입하고, 회전틀(180)에 실리콘 고무(183)를 적층시킨다. 실리콘 고무(183)를 축방향의 각 개소가 소망하는 두께가 될 때까지 적층하는 공정을 반복함으로써, 고무 스프링 커버(60)를 제조한다.
이상과 같이, 고무 스프링 커버(60)는 벨로우즈(40)를 외경측에 있어서 액밀하게 덮음과 동시에 시일링 리테이너(30) 및 칼라(50)에 착탈 가능하게 고정되어 있고, 고무 스프링 커버(60)의 내경측에 있어서, 시일링(20), 시일링 리테이너(30)가 축방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 이와 같이, 고무 스프링 커버(60)를 설치하고 있기 때문에 밀폐 공간(S)으로의 이물의 혼입을 억제할 수 있는 결과, 벨로우즈(40) 외주의 사복부(蛇腹部)에 이물이 끼이는 일이나 이물에 의해 벨로우즈(40) 자체가 부식되는 등의 우려를 저감할 수 있다. 또한, 벨로우즈(40) 자체가 밀폐 공간(S)의 2차 시일을 겸하기 때문에 구조를 단순화할 수 있다. 또한, 고무 스프링 커버(60)는 축방향으로 탄성 변형하기 때문에, 벨로우즈(40)의 신축에 원활하게 추종할 수 있어, 스프링 본래의 기능을 발휘할 수 있다. 또한, 고무 스프링 커버(60)의 신축부(62)가 지름 방향으로 휨으로써 밀폐 공간(S)의 압력 변화를 흡수 가능하게 되어 있다. 또한, 고무 스프링 커버(60)에 지름 방향으로 외력이 작용해도, 고무 스프링 커버(60)는 탄성 변형 가능하기 때문에, 고무 스프링 커버(60)의 장착 부분에 축에 대하여 기우는 힘은 거의 발생하지 않는다.
또한, 고무 스프링 커버(60)의 신축부(62)는 축에 평행한 통형상이다. 이에 따르면, 축방향으로 연장되어도 축방향에 요철이 발생하지 않기 때문에, 해당 신축부(62)에 이물이 끼이는 일이 없다.
또한, 밀폐 공간(S)에 그리스(G)가 충전되어 있기 때문에, 밀폐 공간(S)에 이물이 혼입되기 어렵고 또한 침입한 이물은 점성을 갖는 그리스(G)에 의해 이동이 제한되어, 벨로우즈(40)의 간극에 이물이 들어가 스프링의 기능을 손상시킬 우려가 적다.
또한, 고무 스프링 커버(60)는 결속 밴드(65, 67)에 의해 착탈 가능하게 고정되어 있기 때문에, 메커니컬 시일(1)의 조립이나 분해의 작업성이 좋다. 또한, 관용된 메커니컬 시일의 구성 요소의 형상 등을 크게 바꾸는 일 없이, 고무 스프링 커버(60)를 장착할 수 있다.
또한, 고무 스프링 커버(60)는 원통 형상이기 때문에, 외주측에 요철이 적고, 회전시에 있어서 고무 스프링 커버(60)가 거의 회전 저항이 되지 않는다.
또한, 벨로우즈(40) 및 고무 스프링 커버(60)는 회전 기계의 기외(A)측에 설치되어 있기 때문에, 기외(A)측으로부터 침입하는 먼지 등을 제한할 수 있다.
실시예 2
이하, 본 발명의 실시예 2에 대해서 설명한다. 실시예 2는 고무 스프링 커버(260)를 컵 형상으로 하고 있는 점이 실시예 1과는 주로 상이하다. 아울러, 실시예 1과 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
도 6에 나타나는 바와 같이, 고무 스프링 커버(260)(시일 커버, 환상 탄성체)는, 실리콘 고무제이며, 원통부(261)와 저부(262)로 형성된 대략 컵 형상이며, 저부(262)의 중앙에는 개구(263)가 형성되어 있다. 저부(262)의 외주에는 외경 방향으로 오목한 환상 오목부(265)가 설치되어 있다. 이 환상 오목부(265)에 결속 밴드(266)(밴드)가 배치·체결됨으로써, 내주면(264)과 회전축(4)과의 사이가 시일된다. 이에 따르면, 회전축(4)과의 시일성이 높아짐과 동시에, 세트 스크류(51), 칼라(50)에 대한 시일성이 높아진다.
또한, 원통부(261)의 칼라(50)의 외주와 대향하는 개소는, 결속 밴드(267)에 의해 체결되어, 고무 스프링 커버(260)를 안정적으로 장착하고 있다. 또한, 결속 밴드(267)의 배치는 필수는 아니다. 또한, 고무 스프링 커버(260)는 컵 형상으로 되어 있고, 원통부(261)와 저부(262)의 내측에 모서리부를 갖기 때문에 칼라(50)와의 위치 맞춤이 간단하다. 또한, 원통부(261)에 대해서는 실시예 1의 고무 스프링 커버(60)와 거의 동일한 구성이기 때문에 그 설명을 생략한다.
실시예 3
이하, 본 발명의 실시예 3에 대해서 설명한다. 실시예 3은 코일 스프링(340)이 실시예 1의 벨로우즈(40)와는 주로 상이하다. 아울러, 실시예 1과 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
도 7에 나타나는 바와 같이, 시일링(20)은 노크핀(331)을 개재하여 시일링 리테이너(330)에 대하여 비회전 상태로 장착되어 있다. 코일 스프링(340)은, 금속제이며, 시일링 리테이너(330)와 칼라(350)와의 사이에 압축 상태로 배치되어 있다. 시일링 리테이너(330)의 외주에 있어서 내경측으로 오목한 환상 오목부(332)가 형성되고, 환상 오목부(332)에 O링(333)이 배치되어 있다. 시일링 리테이너(330)의 내주에 있어서 외경측으로 오목한 환상 오목부(334)가 형성되고, 환상 오목부(334)에 O링(335)이 배치되어 있다.
칼라(350)의 내주에 있어서 외경측으로 오목한 환상 오목부(352)가 형성되고, 환상 오목부(352)에 O링(353)이 배치되어, 회전축(4)과의 사이의 밀봉성을 높이고 있다. 칼라(350)는 세트 스크류(351)에 의해 회전축(4)에 O링(353)을 개재하여 액밀하게 고정되어 있다.
코일 스프링(340)이 배치되는 밀폐 공간(S3)에는 그리스(G)가 충전되어 있다. 또한, 밀폐 공간(S3)은 O링(333), 시일링 리테이너(330)의 일부, 고무 스프링 커버(60)의 내주의 일부, 칼라(350)의 일부, 회전축(4)의 일부에 의해 획성되는 공간이다.
시일링 리테이너(330)는 환상 오목부(334)보다도 칼라(350)측에 코일 스프링(340) 내를 통하여 연장되는 조편(爪片;336)이 둘레 방향으로 등배(等配)되고, 이 조편(336)은 칼라(350)에 설치된 축방향 오목부(354)에 끼워맞춰져 있다. 이와 같이 하여, 조편(336)은 축방향 오목부(354)에 대하여 축방향으로 이동 가능하며 또한 회전 방향으로 이동이 규제되어 있고, 조편(336)을 통하여 회전축(4)의 회전력이 시일링 리테이너(330)에 전달되게 되어 있다.
실시예 4
이하, 본 발명의 실시예 4에 대해서 설명한다. 도 8에 나타나는 실시예 4는 고무 스프링 커버(460)를 컵 형상으로 하고 있는 점이 실시예 3과는 주로 상이하다. 컵 형상에 대해서는 실시예 2의 고무 스프링 커버(260)의 구성과 동일하다. 아울러, 그 외의 구성은, 실시예 1, 3과 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
실시예 5
이하, 본 발명의 실시예 5에 대해서 설명한다. 도 9에 나타나는 실시예 5는 시일 커버를 복수의 원통상 부재를 연결한 연결 스프링 커버로 하고 있는 점이 실시예 1과는 주로 상이하다.
연결 스프링 커버(560)는, 주로, 축방향 기외(A)측으로부터, 환상 통체(561)(환상 강체), 환상 고무체(581)(환상 탄성체), 환상 통체(571)(환상 강체)의 3개의 부분이 연결된 이른바 외팔보 구성으로 되어 있다. 환상 통체(561,571)는, 금속제, 예를 들면 스테인리스강에 의해 형성되어 있고 또한 거의 원통상의 형상이며, 환상 고무체(581)는 실리콘 고무의 성형품이며 거의 원통상의 형상이다. 연결 스프링 커버(560)의 내주측과 벨로우즈(40)의 외주측과의 사이의 밀폐 공간(S5)에는 그리스(G)(충전 유체)가 충전되어 있고, 벨로우즈(40)의 내주측은 기내(M)측의 분위기로 되어 있다. 또한, 밀폐 공간(S5)은 벨로우즈(40)의 외주, 시일링 리테이너(30')의 일부, O링(575)(2차 시일), 연결 스프링 커버(560)의 내주의 일부, O링(565)(2차 시일), 칼라(50)의 일부에 의해 획성되는 공간이다.
환상 통체(561)는, 그 나사공(563)에 고정 나사(562)를 나사 결합시킴으로써 칼라(50)에 비회전 상태로 고정되어 있다. 또한, 환상 통체(561)의 내주이며 고정 나사(562)보다도 시일링(20)측의 내주에 있어서 외경측으로 오목한 오목부(564)에는 O링(565)이 장착되어, 환상 통체(561)와 칼라(50)와의 사이를 시일하고 있다.
환상 통체(571)의 내주에 있어서 외경측으로 오목한 환상 오목부(574)에는 O링(575)이 장착되어, 환상 통체(571)와 시일링 리테이너(30')와의 사이를 시일하고 있다. O링(575)은, 서로 대향하는 시일링 리테이너(30')의 환상 오목부(35)의 저면과 환상 통체(571)의 환상 오목부(574)의 저면에 협지 상태로 보지되어 있다. 또한, 도 10을 참조하여, 환상 통체(571)에는, 지름방향으로 관통하는 관통공(572)(충전구)이 형성되어 있고, 상시, 관통공(572)은 봉지(封止) 볼트(573)에 의해 봉지되어 있다. 봉지 볼트(573)를 풀어서 관통공(572)으로부터 밀폐 공간(S)에 그리스(G)를 충전할 수 있게 되어 있다. 또한, 관통공(572)을 대신하여 실시예 1과 동일한 두께부를 환상 고무체(581)에 형성하여 주입 바늘을 갖는 그리스 주입기에 의해 그리스를 주입하도록 해도 좋다.
환상 고무체(581)는, 축방향 기외(A)측으로부터, 두꺼운 고정부(582), 두꺼운 교락부(583)(축에 평행한 통상부), 얇은 교락부(584)(축에 평행한 통상부), 두꺼운 교락부(585)(축에 평행한 통상부), 두꺼운 고정부(586)가 이어진 일체 성형품이며, 두꺼운 고정부(582, 586)에는 외주에 있어서 내경측으로 오목한 환상 밴드홈(582a, 586a)이 형성되어 있고, 두꺼운 교락부(583, 585)에는 내주에 있어서 외경측으로 오목한 환상 유감홈(583b, 585b)이 형성되어 있고, 얇은 교락부(584)에는 외주에 있어서 내경측으로 오목한 오목홈(584a)이 형성되어 있다.
환상 통체(561)의 단부(566)와 환상 통체(571)의 단부(576)에 환상 고무체(581)의 양단을 배치·가고정하고, 환상 밴드홈(582a, 586a)에 결속 밴드(591, 592)(밴드) 장착하여 조임으로써, 고정부(582, 586)는 환상 통체(561)의 외주면(568)과 환상 통체(571)의 외주면(578)에 각각 액밀하게 장착된다. 이에 따르면, 환상 고무체(581)와 환상 통체(561, 571)의 시일은, 결속 밴드(591, 592)의 조임뿐이기 때문에 구조가 간단하다.
회전 기계에 메커니컬 시일(1)을 장착한 상태(도 10(a)에 나타나는 상태)에 있어서, 환상 유감홈(583b, 585b)에 플랜지부(567, 577)가 지름방향으로 비접촉 또한 축방향으로 유감한 상태로 되어 있음과 동시에, 축방향에 있어서 플랜지부(567, 577) 사이에 얇은 교락부(584)가 배치된 상태로 되어 있다. 또한, 환상 유감홈(583b, 585b)에 플랜지부(567, 577)를 축방향으로 유감시키는 길이는 메이팅링(10)이나 시일링(20)이 축방향에 있어서 마모되는 최대의 길이보다도 길게 설정해 두는 것이 바람직하다.
메커니컬 시일(1)을 사용하여, 메이팅링(10)이나 시일링(20)이 마모 등이되면, 시일링(20) 및 시일링 리테이너(30')는 벨로우즈(40)가 근소하게 신장함에 수반하여 근소한 길이(L)만큼 이동한 상태(도 10(b)의 상태)가 된다. 여기에서, O링(575)과 환상 오목부(35,574)와의 정지 마찰력보다도 약한 힘으로 환상 고무체(581)는 탄성 변형하도록 설계되어 있다. 그 때문에, 전술한 이동에 수반하여, 환상 통체(571)도 L만큼 메이팅링(10)측으로 이동한다. 한편, 환상 통체(561)는 축방향으로 고정적으로 장착되어 있기 때문에 이동하지 않는다.
그 결과, 환상 고무체(581)에는 결속 밴드(591, 592)에 의한 체결 부분을 작용점으로 하여 축방향으로 인장력이 작용하여, 두꺼운 교락부(583), 얇은 교락부(584), 두꺼운 교락부(585)가 축방향으로 신장한다. 이때, 지름 방향의 길이(두께)의 차이에 따라, 두꺼운 교락부(583, 585)의 신장량(L583, L585)보다도 얇은 교락부(584)의 신장량(L584)이 많다. 이와 같이, 환상 고무체(581)가 신장하기 때문에 벨로우즈(40)의 신장 기능을 손상시키는 일이 없다.
한편, 연결 스프링 커버(560)에 지름 방향으로 외력이 작용해도, 환상 고무체(581) 자체가 지름 방향으로 변형하기 때문에, 환상 통체(561)에 대하여 축에 대하여 기우는 힘은 거의 발생하지 않는다.
이상의 점에서, 연결 스프링 커버(560)를 2개의 환상 통체(561, 571)와 환상 고무체(581)의 3부재에 의해 구성할 수 있기 때문에, 연결 스프링 커버(560)의 착탈이 간단하다. 또한, 관용된 메커니컬 시일의 구성 요소의 형상 등을 크게 바꾸는 일 없이, 연결 스프링 커버(560)를 장착할 수 있다.
또한, 환상 고무체(581)의 교락부(583, 584, 585)는, 각각 축에 평행한 통상이다. 이에 따르면, 축방향으로 연장되어도 축방향에 요철이 발생하지 않기 때문에, 해당 교락부(583,584,585)에 이물이 끼이는 일이 없다.
또한, 환상 고무체(581)의 환상 유감홈(583b,585b)에 환상 통체(561,571)의 플랜지부(567,577)가 축방향으로 유감한 상태에서, 환상 고무체(581)는 환상 유감홈(583b, 585b)보다도 축방향 단부측에 있어서 각 환상 통체(561, 571)에 고정되어 있다. 이에 따르면, 환상 고무체(581)가 축방향으로 신장할 때에, 플랜지부(567, 577)가 환상 유감홈(583b, 585b) 내를 축방향으로 이동할 수 있기 때문에, 환상 고무체(581)가 신장하는 영역을 넓게 확보할 수 있음과 동시에, 플랜지부(567, 577)는 환상 고무체(581)의 축방향의 이탈 방지용으로서 기능한다.
또한, 연결 스프링 커버(560)는 칼라(50)에 고정 나사(562)에 의해 착탈 가능하게 고정되고, 연결 스프링 커버(560)와 칼라(50)와의 사이에는 O링(565)이 배치되어 있고, 또한 연결 스프링 커버(560)와 시일링 리테이너(30')와의 사이에는 O링(575)이 배치되어 있다. 이에 따르면, 연결 스프링 커버(560)는 칼라(50) 및 시일링 리테이너(30')에 착탈할 수 있기 때문에, 메커니컬 시일(1)의 조립이나 분해의 작업성이 좋다.
또한, 연결 스프링 커버(560)는 원통 형상이기 때문에, 외주측에 요철이 적어, 회전시에 있어서 연결 스프링 커버(560)가 거의 회전 저항이 되지 않는다.
또한, 연결 스프링 커버(560)의 환상 통체(561, 571)는 금속제이기 때문에, 그리스(G)를 통하여 전달된 열, 예를 들면 메이팅링(10)과 시일링(20)과의 슬라이딩 발열을 연결 스프링 커버(560)로부터 효율적으로 방열할 수 있다.
또한, 본 실시예 5에 있어서, 환상 강체의 예로서 스테인리스강으로 이루어지는 환상 통체(561, 571)에 대해서 설명했지만, 강체이면 좋고, 그 재질은 금속에 한정되지 않고, 예를 들면 섬유 강화 플라스틱(FRP)이라도 좋다.
또한, 연결 스프링 커버(560)의 칼라(50)측의 환상 통체(561)는 칼라(50)에 착탈 가능하게 고정되는 예로 설명했지만, 해당 환상 통체(561)와 칼라(50)가 일체로 형성된 것이라도 좋다.
또한, 연결 스프링 커버(560)의 시일링(20)측의 환상 통체(571)는, O링(575)을 개재하여 시일링 리테이너(30')에 접속되는 예를 설명했지만, 시일링(20)측의 다른 부재, 예를 들면 시일링(20)에 O링을 개재하여 접속하는 것이라도 좋다. 또한, 해당 환상 통체(571)는, 시일링(20)측의 부재에 고정 나사 등에 의해 회전 불능 또한 축방향으로 이동 불능하게 고정되어 있어도 좋다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 설명했지만, 구체적인 구성은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 전술한 실시예 1~5에 있어서, 피밀봉 유체의 외경측으로의 누설을 제한하는 아웃 사이드형의 예에 대해서 설명했지만, 유체를 피밀봉 유체로 하는 소위 인사이드형의 것이라도 좋다.
또한, 실시예 1~5에 있어서, 벨로우즈나 코일 스프링 등의 스프링이 회전축측에 설치되는 회전형의 예에 대해서 설명했지만, 스프링이 회전 기기의 하우징 등의 비회전 부재에 설치되는 정지형이라도 좋다. 정지형의 경우에는, 하우징 등의 비회전 부재에 설치된 스프링에 대하여, 지름 방향 내측으로부터 스프링 커버를 장착하도록 하면 된다.
또한, 실시예 1~5에 있어서는, 메이팅링 및 시일링이 모두 경질 슬라이딩재(예를 들면 SiC 등의 세라믹스)에 의해 형성되는 예에 대해서 설명했지만, 이들의 재질은 불문한다. 예를 들면, 메이팅링은 경질 슬라이딩재에 의해 형성되고, 시일링은 카본 슬라이딩재에 의해 형성해도 좋다.
또한, 실시예 1~4에 있어서의 고무 스프링 커버, 실시예 5에 있어서의 환상 고무체의 예로서 실리콘 고무로 이루어지는 환상 고무체에 대해서 설명했지만, 탄성체는 환상 강체보다도 축방향으로 신축하기 쉬운 것이면 좋다. 또한, 환상 탄성체의 재질로서 내열 내후성이 우수한 실리콘 고무를 예로 설명했지만, 그 재질은 불문하고, 예를 들면 SBR(스티렌부타디엔 고무), BR(부타디엔 고무), CR(클로로프렌 고무), IR(이소프렌 고무), IIR(이소부틸렌·이소프렌 고무), EPM, EPDM(에틸렌프로필렌 고무), 에피클로로하이드린 고무(CO, ECO)라도 좋다.
또한, 실시예 1~5에 있어서, 2차 시일로서의 O링은 다른 밀봉 수단을 채용해도 좋다.
또한, 실시예 1~5에 있어서, 밴드로서 결속 밴드를 예로 설명했지만, 둘레 방향으로 조임력을 부여할 수 있는 부재이면 좋고, 예를 들면 가터 스프링이라도 좋다.
또한, 실시예 1~4에 있어서 회전틀을 사용하여 고무 스프링 커버를 제조하는 예에 대해서 설명했지만, 분할틀이나 3D 프린터를 사용하여 제조해도 좋다. 마찬가지로, 실시예 5에 있어서의 탄성 고무체의 제조에 대해서도 동일하다.
또한, 고무 스프링 커버나 환상 고무체의 형상은 여러 가지의 형상으로 할 수 있다.
또한, 실시예 1~5에 있어서, 밀폐 공간에 그리스가 충전되는 예에 대해서 설명했지만, 충전되는 유체는 그리스 이외라도 좋고, 예를 들면 오일, 물이라도 좋다. 또한, 액체가 충전되지 않은 양태라도 좋다.
1; 메커니컬 시일
2; 하우징
4; 회전축
10; 메이팅링(정지 밀봉환)
20; 시일링(회전 밀봉환)
30,30'; 시일링 리테이너
40; 벨로우즈(스프링)
60; 고무 스프링 커버(환상 탄성체)
61; 고정부
62; 신축부(축에 평행한 통상부)
63; 고정부
65; 결속 밴드(밴드)
67; 결속 밴드(밴드)
70; 두께부(충전 유체 주입부)
71; 두께부(충전 유체 주입부)
72; 두께부(충전 유체 주입부)
260; 고무 스프링 커버(환상 탄성체)
266; 결속 밴드(밴드)
267; 결속 밴드(밴드)
460; 고무 스프링 커버(환상 탄성체)
560; 연결 스프링 커버
561; 환상 통체(환상 강체)
562; 고정 나사
563; 나사공
565; O링(2차 시일)
567; 플랜지부
571; 환상 통체(환상 강체)
572; 관통공(충전구)
575; O링(2차 시일)
577; 플랜지부
581; 환상 고무체(환상 탄성체)
582; 고정부
582a; 환상 밴드홈
583; 교락부(축에 평행한 통상부)
583b; 환상 유감홈(홈부)
584; 교락부(축에 평행한 통상부)
585; 교락부(축에 평행한 통상부)
585b; 환상 유감홈(홈부)
586; 고정부
586a; 환상 밴드홈
591; 결속 밴드(밴드)
592; 결속 밴드(밴드)
A; 기외
M; 기내
G; 그리스(충전 유체)
S; 밀폐 공간
S2; 밀폐 공간
2; 하우징
4; 회전축
10; 메이팅링(정지 밀봉환)
20; 시일링(회전 밀봉환)
30,30'; 시일링 리테이너
40; 벨로우즈(스프링)
60; 고무 스프링 커버(환상 탄성체)
61; 고정부
62; 신축부(축에 평행한 통상부)
63; 고정부
65; 결속 밴드(밴드)
67; 결속 밴드(밴드)
70; 두께부(충전 유체 주입부)
71; 두께부(충전 유체 주입부)
72; 두께부(충전 유체 주입부)
260; 고무 스프링 커버(환상 탄성체)
266; 결속 밴드(밴드)
267; 결속 밴드(밴드)
460; 고무 스프링 커버(환상 탄성체)
560; 연결 스프링 커버
561; 환상 통체(환상 강체)
562; 고정 나사
563; 나사공
565; O링(2차 시일)
567; 플랜지부
571; 환상 통체(환상 강체)
572; 관통공(충전구)
575; O링(2차 시일)
577; 플랜지부
581; 환상 고무체(환상 탄성체)
582; 고정부
582a; 환상 밴드홈
583; 교락부(축에 평행한 통상부)
583b; 환상 유감홈(홈부)
584; 교락부(축에 평행한 통상부)
585; 교락부(축에 평행한 통상부)
585b; 환상 유감홈(홈부)
586; 고정부
586a; 환상 밴드홈
591; 결속 밴드(밴드)
592; 결속 밴드(밴드)
A; 기외
M; 기내
G; 그리스(충전 유체)
S; 밀폐 공간
S2; 밀폐 공간
Claims (11)
- 회전 기계의 회전축이 삽입 통과되는 하우징과,
상기 하우징에 보지(保持)된 정지(靜止) 밀봉환과,
상기 회전축과 함께 회전하고 상기 정지 밀봉환과 슬라이딩 접촉하는 회전 밀봉환과,
상기 정지 밀봉환과 상기 회전 밀봉환을 축방향으로 압접 상태로 부세(付勢)하는 스프링과,
상기 스프링을 외경측 또는 내경측에 있어서 축방향으로 밀봉하여 덮음과 동시에 탄성 변형 가능하게 형성된 환상(環狀) 탄성체를 적어도 갖는 환상의 스프링 커버를 구비한 메커니컬 시일.
- 제1항에 있어서,
상기 스프링 커버는 환상 탄성체에 의해 구성되어 있는 메커니컬 시일.
- 제1항에 있어서,
상기 스프링 커버는, 축방향으로 이간하여 배치된 2개의 환상 강체와, 해당 2개의 환상 강체의 사이를 막도록 밀봉하여 고정되고 탄성 부재에 의해 형성된 환상 탄성체를 갖고, 상기 2개의 환상 강체는 상기 스프링의 각 단부측에 있어서 2차 시일에 의해 밀봉되어 있는 메커니컬 시일.
- 제3항에 있어서,
상기 환상 강체는 지름 방향으로 돌출되는 플랜지부를 갖고, 또한, 상기 환상 탄성체는 상기 플랜지부에 축방향으로 유감(遊嵌)하는 홈부를 갖고, 상기 환상 탄성체는 상기 홈부보다도 축방향 단부측에 있어서 상기 환상 강체에 고정되어 있는 메커니컬 시일.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환상 탄성체는 그 양단부를 밴드에 의해 고정되어 있는 메커니컬 시일.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환상 탄성체는 축에 평행한 통상부(筒狀部)를 갖는 메커니컬 시일.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링 커버와 상기 스프링과의 사이의 공간에 오일, 그리스, 물 등의 충전 유체가 충전되어 있는 메커니컬 시일.
- 제7항에 있어서,
상기 환상 탄성체에는 지름 방향으로 두꺼워지는 충전 유체 주입부가 설치되어 있는 메커니컬 시일.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링 및 상기 스프링 커버는 상기 회전 기계의 기외측에 설치되어 있는 메커니컬 시일.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링 커버의 일단은, 상기 회전축 또는 상기 회전 기기의 하우징에 액밀하게 고정되어 있는 메커니컬 시일.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환상 탄성체는 고무제인 메커니컬 시일.
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