特開 2015-59601 軸封装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-59601(P2015-59601A)

(43)【公開日】2015年3月30日

(54)【発明の名称】軸封装置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20150303BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/34 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-193262(P2013-193262)

(22)【出願日】2013年9月18日

(71)【出願人】

【識別番号】000101879

【氏名又は名称】イーグル工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】503227553

【氏名又は名称】イーグルブルグマンジャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085006

【弁理士】

【氏名又は名称】世良 和信

(74)【代理人】

【識別番号】100096873

【弁理士】

【氏名又は名称】金井 廣泰

(74)【代理人】

【識別番号】100131532

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 浩一郎

(72)【発明者】

【氏名】谷 公裕

(72)【発明者】

【氏名】中塚 恒雄

(72)【発明者】

【氏名】加藤 勝裕

(72)【発明者】

【氏名】石原 裕行

(72)【発明者】

【氏名】前田 茂樹

【テーマコード（参考）】

3J041

【Ｆターム（参考）】

3J041AA01

3J041BA04

3J041BA08

3J041BA09

3J041DA12

(57)【要約】

【課題】メカニカルシールにおいて、ツバ部材が他の部材から独立して動くことによる異音の発生及びシール部材の損傷を抑制する。
【解決手段】回転軸２００の周面に密着する筒状部１４１と、筒状部１４１から回転軸２００の軸線方向におけるシールリング１２０側に延びる突出部１４２とを有する、ゴム製のシール部材１４０と、筒状部１４１を回転軸２００に対して締め付けるドライブリング１５０と、シールリング１２０と突出部１４２とを固定し、ドライブリング１５０が取り付けられ、コイルスプリング１７０によって軸線方向に付勢されるケース１６０と、筒状部１４１の径方向の外側への変形量を規制するツバ部材１８０であって、筒状部１４１よりも径方向の外側に位置するツバ部材１８０と、を備え、ツバ部材１８０は、大気側から密封流体側に向けて突出してドライブリング１５０と一体に設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と、前記回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間に設けられ、前記ハウジング内の流体を封じる軸封装置において、
前記回転軸に設けられ、前記回転軸と共に回転する回転環と、
前記ハウジング側に設けられ、前記回転環と摺動する静止環と、
前記回転環を前記静止環に対して前記回転軸の軸線方向に付勢する付勢部材と、
前記回転環に対し前記静止環とは前記軸線方向の反対側に設けられ、前記回転軸の周面に密着する筒状部と、前記筒状部から前記軸線方向における前記回転環側に延びる突出部とを有する、ゴム製のシール部材と、
前記筒状部を前記回転軸に対して締め付ける締め付け部材と、
前記軸線方向の一端側において前記回転環と前記突出部とを固定し、他端側において前記締め付け部材が固定される固定部材であって、前記付勢部材によって前記軸線方向に付勢される固定部材と、
前記筒状部の径方向の外側への変形量を規制する規制部材であって、前記筒状部よりも前記径方向の外側に位置する規制部材と、
を備え、
前記規制部材は、前記軸線方向の前記他端側から前記一端側に向けて突出して前記締め付け部材と一体に設けられていることを特徴とする軸封装置。

【請求項2】

前記固定部材に設けられた前記軸線方向に延びる取り付け部と、前記締め付け部材に設けられた切欠きとが嵌り合うことにより、前記固定部材と前記締め付け部材とが固定され、前記規制部材は前記切欠きよりも前記回転軸の径方向内側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。

【請求項3】

前記規制部材のうち前記筒状部に対向する面は、前記軸線方向の前記他端側から前記一端側に向かうにつれて、前記筒状部から離れるように傾斜する傾斜面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸封装置。

【請求項4】

前記傾斜面は、前記締め付け部材のうち前記筒状部に当接する締め付け面から延びることを特徴とする請求項３に記載の軸封装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸封装置に関する。

【背景技術】

【0002】

軸封装置としてのメカニカルシールは、回転軸側に設けられることで回転軸と共に回転する回転環と、回転軸が挿通される軸孔を有するハウジング側に設けられる静止環とを備えている。そして、回転軸の回転によって、回転環と静止環とが摺動する。また、回転環が静止環に対して回転軸の軸線方向にコイルスプリング等によって付勢されることで、回転環と静止環との摺動面におけるシール性が確保される。

【0003】

また、メカニカルシールにおいて、ゴムベローズ等のゴム製のシール部材を回転軸に密着して設けることにより、回転環と回転軸との間の隙間をシール（二次シール）するものが知られている。このような構成において、流体が密封される密封流体側の流体圧力の上昇を原因として、シール部材が径方向の外側に変形してしまう場合がある。シール部材が径方向の外側に変形すると、回転軸に対する密着性が低下し、シール性能が不安定になってしまう。そこで、特許文献１に示すように、シール部材の径方向の外側への変形量を規制するために規制部材としてのバックアップリング１３を用いた構成が採用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開平５−６６３７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のバックアップリング１３は、締め付けリング７、押し金９、ゴムベローズ８に挟まれて設けられる部材であって、他の部材とは別体となっている。そのため、バックアップリング１３は、回転軸の回転運動に伴って他の部材から独立して動いてしまう場合があり、その場合異音が生じてしまう虞がある。また、バックアップリングが動くと、その先端部がシール部材に接触し、シール部材に損傷を与えてしまう虞がある。

【0006】

そこで、本発明は、軸封装置において、規制部材が他の部材から独立して動くことによる異音の発生及びシール部材の損傷を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

【0008】

すなわち、本発明の軸封装置は、
回転軸と、前記回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間に設けられ、前記ハウジング内の流体を封じる軸封装置において、
前記回転軸に設けられ、前記回転軸と共に回転する回転環と、
前記ハウジング側に設けられ、前記回転環と摺動する静止環と、
前記回転環を前記静止環に対して前記回転軸の軸線方向に付勢する付勢部材と、
前記回転環に対し前記静止環とは前記軸線方向の反対側に設けられ、前記回転軸の周面に密着する筒状部と、前記筒状部から前記軸線方向における前記回転環側に延びる突出部とを有する、ゴム製のシール部材と、
前記筒状部を前記回転軸に対して締め付ける締め付け部材と、
前記軸線方向の一端側において前記回転環と前記突出部とを固定し、他端側において前
記締め付け部材が固定される固定部材であって、前記付勢部材によって前記軸線方向に付勢される固定部材と、
前記筒状部の径方向の外側への変形量を規制する規制部材であって、前記筒状部よりも前記径方向の外側に位置する規制部材と、
を備え、
前記規制部材は、前記軸線方向の前記他端側から前記一端側に向けて突出して前記締め付け部材と一体に設けられていることを特徴とする。

【0009】

この構成によれば、シール部材の筒状部よりも径方向の外側に位置する規制部材によって、シール部材の径方向の外側への変形量が規制される。シール部材の径方向の外側への変形量が規制されると、シール部材の筒状部と回転軸の周面との密着性が維持され、シール部材のシール性が安定する。

【0010】

締め付け部材は、回転環とシール部材の突出部とを固定する固定部材に取り付けられているため、回転環と共に回転する。そして、規制部材は、回転環と共に回転する締め付け部材に一体に設けられているため、回転環、締め付け部材、シール部材など他の部材から独立して動くことはない。そのため、回転軸の回転に伴って、規制部材が他の部材から独立して動くことによる異音の発生や、シール部材の損傷を抑制することができる。

【0011】

また、固定部材に設けられた軸線方向に延びる取り付け部と、締め付け部材に設けられた切欠きとが嵌り合うことにより、固定部材と締め付け部材とが固定され、規制部材は締め付け部材の切欠きよりも回転軸の径方向内側に設けられると好適である。このような構成により、シール部材の膨出部分が締め付け部材の切欠きに接触することがなく、シール部材の損傷を防止することができる。

【0012】

また、規制部材のうちシール部材の筒状部に対向する面は、規制部材の先端に向かうにつれて、シール部材の筒状部から離れるように傾斜する傾斜面であると好適である。このような構成により、規制部材の先端が鈍角を有する形状となるため、規制部材の先端がシール部材に接触したとしても、シール部材に局所的に加わる力が小さく、シール部材を損傷しにくい。

【0013】

さらに、規制部材の傾斜面は、締め付け部材のうちシール部材の筒状部に当接する締め付け面から延びると好適である。このような構成により、締め付け面のうちシール部材の筒状部に接触する角部が鈍角となるため、シール部材の筒状部に局所的に加わる力が小さく、シール部材を損傷しにくい。

【発明の効果】

【0014】

以上説明したように、本発明によれば、軸封装置において、規制部材が動くことによる異音の発生及びシール部材の損傷を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施例１に係るメカニカルシールの全体構成を示す模式的断面図である。

【図2】図２は、実施例１に係るメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断面図である。

【図3】図３は、比較例に係るメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断面図である。

【図4】図４は、実施例２に係るメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断面図である。

【図5】図５は、実施例３に係るメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

【0017】

（実施例１）
＜実施例１に係るメカニカルシールの構成＞
図１を参照して、実施例１に係る軸封装置としてのメカニカルシールの構成について説明する。図１は、実施例１に係るメカニカルシールの全体構成を示す模式的断面図である。実施例１においては、メカニカルシールを１つ用いたシングルシールについて説明する。しかし、これに限らず、２つのメカニカルシールを用いたダブルシールにも本発明を適用することができる。

【0018】

実施例１に係るメカニカルシール１００は、回転軸２００と、回転軸２００が挿通される軸孔を有するハウジング３００との間に設けられ、ハウジング３００内の流体を封じる軸封装置である。

【0019】

実施例１に係るメカニカルシール１００は、ハウジング３００側に設けられる静止環としてのメイティングリング１１０と、回転軸２００に設けられて回転軸２００と共に回転する回転環としてのシールリング１２０とを備えている。なお、シールリング１２０は、回転軸２００に直接取り付けられる構成でも良いし、円筒状のスリーブなどを介して回転軸２００に取り付けられる構成でも良い。

【0020】

シールリング１２０は大気側（図１中のＢ側）に設けられており、メイティングリング１１０は大気よりも圧力が高い流体が密封される密封流体側（図１中のＡ側）に設けられている。回転軸２００が回転することにより、メイティングリング１１０の端面１１０ａと、シールリング１２０の端面１２０ａとが摺動する。このように互いに摺動する端面１１０ａと端面１２０ａとにより、密封流体側に密封される流体をシール（１次シール）する。

【0021】

また、実施例１に係るメカニカルシール１００は、メイティングリング１１０とハウジング３００との隙間をシールする円筒状のカップガスケット１３０を備えている。カップガスケット１３０は、内周面側においてメイティングリング１１０に当接し、外周面側のカップガスケット変形部１３０ａにおいてハウジング３００に当接している。図１中のカップガスケット１３０近傍の点線は、カップガスケット１３０をハウジング３００に対して当接させる前のカップガスケット変形部１３０ａの形状を表している。

【0022】

さらに、実施例１に係るメカニカルシール１００は、シール部材１４０と、シール部材１４０を回転軸２００に対して締め付ける（抱かせる）締め付け部材としてのドライブリング１５０と、シールリング１２０とシール部材１４０とを固定する固定部材としてのケース１６０と、を備えている。これらの各部材は一体となって、回転軸２００の回転に伴って回転する。

【0023】

シール部材１４０は、ゴム製の部材から成る。なお、シール部材１４０としては、蛇腹状で伸縮性に優れたベローズを用いるのが好適である。図１に示すように、シール部材１４０は、回転環１２０に対し静止環１１０とは反対側に設けられ、回転軸２００の周面に密着する筒状部１４１と、筒状部１４１から回転軸２００の軸線方向の回転環側（機内側
）に延びる突出部１４２とを有する。図１中のシール部材１４０近傍の点線は、シール部材１４０の筒状部１４１を回転軸２００に対して密着させる前のシール部材変形部１４１ａの形状を表している。ゴム製の部材から成るシール部材１４０は、回転軸２００の変位を許容しつつ、シールリング１２０と回転軸２００との隙間を封止（２次シール）している。

【0024】

ドライブリング１５０は、シール部材１４０の筒状部１４１を回転軸２００に対して締め付けている。なお、ドライブリング１５０は、金属等から成るが、応力に耐え得る部材であればそれに限られるものではない。

【0025】

ケース１６０は、回転軸２００の軸線方向の一端側（図１中のＡ側）において、シールリング１２０とシール部材１４０の突出部１４２とを固定し、これら部材間の隙間を封止している。シールリング１２０とシール部材１４０の突出部１４２が接触した状態で、ケース１６０の一端を折り曲げる加工を行うことにより折り曲げ部１６１が形成され、シールリング１２０とシール部材１４０の突出部１４２とが固定される。また、シールリング１２０には外径側の一部に切欠き１２１があり、この切欠き１２１にケース１６０の嵌合部１６２が嵌合している。そのため、シールリング１２０がケース１６０に対して相対的に回転しないように固定されている。

【0026】

また、ケース１６０に設けられた回転軸２００の軸線方向に延びる取り付け部１６３と、ドライブリング１５０に設けられた切欠き１５１とが嵌り合うことにより、ケース１６０とドライブリング１５０は固定されている。なお、ケース１６０は、金属等から成るが、応力に耐え得る部材であればそれに限られるものではない。また、この取り付け部１６３と切欠き１５１は周方向に複数設けられていてもよい。

【0027】

ドライブリング１５０からシール部材側に突出する規制部材としてのツバ部材１８０が備えられている。このツバ部材１８０は、シール部材１４０の径方向の外側への変形量を規制する部材である。ツバ部材１８０は、シール部材１４０の筒状部１４１よりも径方向の外側に位置し、また、ドライブリング１５０の切欠き１５１よりも径方向内側、詳細に述べると、切欠き１５１の外周面よりも径方向内側に設けられている。

【0028】

以上のような構成により、回転環側において、ケース１６０によって、シールリング１２０と、シール部材１４０と、ドライブリング１５０とが固定されている。そして、回転軸２００の回転力が、シール部材１４０、ドライブリング１５０、及びケース１６０を介して、シールリング１２０へと伝わり、シールリング１２０がメイティングリング１１０に摺動しながら回転する。

【0029】

また、図１に示すように、実施例１に係るメカニカルシール１００は、付勢部材としてのコイルスプリング１７０を備えている。コイルスプリング１７０は、ケース１６０を介して、シールリング１２０に付勢力を加えるように設けられている。コイルスプリング１７０の付勢力によって、シールリング１２０の端面１２０ａとメイティングリング１１０の端面１１０ａとの面圧が確保され、シール性を確保することができる。また、シールリング１２０の端面１２０ａとメイティングリング１１０の端面１１０ａとの摺動によってそれら端面に摩耗が生じても、コイルスプリング１７０の付勢力により、シールリング１２０がメイティングリング１１０に対して軸線方向に追随するため、シール性が確保される。

【0030】

＜実施例１に係るメカニカルシールの優れた点＞
次に、図２、図３を参照して、実施例１に係るメカニカルシール１００の優れた点について説明する。図２は、実施例１に係るメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断
面図であって、密封流体側の圧力が高くなった状態を示す図である。図３は、比較例であるツバ部材を有しないメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断面図であって、密封流体側の圧力が高くなった状態を示す図である。図３によりツバ部材の効果を説明する。尚、図３に示す比較例のメカニカルシールは、ツバ部材を有していないことを除いて実施例１のメカニカルシールと同様の構成のため、同一の符号を用いてその説明は省略する。

【0031】

流体が密封される密封流体側（図中のＡ側）領域の高圧化により、シール部材１４０の筒状部１４１が径方向の外側に浮き上がるように弾性変形してしまう場合がある。このような場合、図３に示すように、シール部材１４０が径方向外側に膨出し、シール部材１４０が移動したり、内部流体が漏れたりする恐れがある。

【0032】

そこで、実施例１に係るメカニカルシール１００は、規制部材としてのツバ部材１８０を備えている。ツバ部材１８０は、シール部材１４０の径方向の外側への変形量を規制する部材である。ツバ部材１８０は、シール部材１４０の筒状部１４１よりも径方向の外側に位置している。

【0033】

このようにツバ部材１８０を備えることによって、密封流体側（図中のＡ側）の高圧化により、シール部材１４０の筒状部１４１が径方向の外側に浮き上がるように変形しようとしても、ツバ部材１８０がシール部材１４０の変形量を規制する。そのため、回転軸２００とシール部材１４０の筒状部１４１との密着性が維持される。その結果、回転軸２００とシール部材１４０間のシール性が安定し、密封流体側に密封される流体の漏れが抑制される。

【0034】

また、ドライブリング１５０は、シールリング１２０とシール部材１４０とを固定するケース１６０に取り付けられているため、シールリング１２０と共に回転する。そして、実施例１において、ツバ部材１８０は、シールリング１２０と共に回転するドライブリング１５０と一体に設けられているため、シールリング１２０、ドライブリング１５０、シール部材１４０などの他の部材から独立して動くことはない。そのため、回転軸２００の回転に伴って、ツバ部材１８０が他の部材から独立して動くことによる異音の発生や、シール部材１４０の損傷を抑制することができる。

【0035】

また、ツバ部材１８０は、回転軸２００の軸線方向において大気側（Ｂ側、他端側）から密封流体側（Ａ側、一端側）に向けて突出している。そして、密封流体側の圧力が高くなると、シール部材１４０が大気側に移動する、又は大気側に形状が変形する場合がある。そのため、そのような移動や変形を原因として、シール部材１４０とツバ部材１８０の先端部１８０ａとが接触してしまう可能性がある。ツバ部材１８０の先端部１８０ａがシール部材１４０に接触すると、シール部材１４０が損傷し、シール性能が低下する虞がある。しかしながら、実施例１においては、ツバ部材の先端部１８０ａは、面取りがされており丸みを帯びた形状となっている。そのため、仮にツバ部材１８０の先端部１８０ａがシール部材１４０に接触したとしても、シール部材１４０は損傷しにくい。

【0036】

更に、ツバ部材１８０は切欠き１５１よりも径方向内側に設けられているため、シール部材１４０の膨出部分が切欠き１５１に接触することなく、シール部材１４０の損傷を防止することが可能となる。

【0037】

（実施例２）
図４は、実施例２に係るメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断面図である。実施例２は、ツバ部材の形状が異なることを除いては、実施例１と同様であるため、同一の構成については同一の符号を用いてその説明は省略する。

【0038】

実施例２に係るメカニカルシール１００は、ドライブリング１５０と一体に設けられるツバ部材２８０を有する。このツバ部材２８０のうちシール部材１４０の筒状部１４１に対向する面は、ツバ部材２８０の先端に向かうにつれて、つまり、回転軸２００の軸線方向の大気側（Ｂ側、他端側）から密封流体側（Ａ側、一端側）に向かうにつれて、シール部材１４０の筒状部１４１から離れるように傾斜する傾斜面２８０ｂとなっている。

【0039】

実施例２のツバ部材２８０は、傾斜面２８０ｂを有することにより、ツバ部材２８０の先端部２８０ａの下部が鈍角の角部（エッジ部）Ｃを有する形状となっている。なお、本実施例においては、面取りがされているため、角部Ｃは丸みを帯びた形状となっており、また、先端部２８０ａも面取りされ先端部２８０ａは全体として丸みを帯びている。シール部材１４０の筒状部１４１が回転軸２００の径方向の外側へ浮き上がるように変形した場合や、シール部材１４０が回転軸２００の軸線方向に変形した場合、シール部材１４０は、先端部２８０ａの下部に接触する恐れがあるが、シール部材１４０がツバ部材２８０に接触したとしても、局所的に加わる力は小さいため、シール部材１４０は損傷しにくい。

【0040】

なお、実施例２においては、ドライブリング１５０のうちシール部材１４０の筒状部１４１に当接する締め付け面１５０ａとツバ部材２８０の傾斜面２８０ｂは、段差部２８０ｃを介して繋がっている。このように、段差部２８０ｃを有することにより、シール部材１４０とドライブリング１５０との回転軸２００の軸線方向における位置ずれが抑制される。

【0041】

（実施例３）
図５は、実施例３に係るメカニカルシールのシール部材付近を示す拡大断面図である。実施例３は、ツバ部材の形状が異なることを除いては、実施例１と同様であるため、同一の構成については同一の符号を用いてその説明は省略する。

【0042】

実施例３のツバ部材３８０は、実施例２と同様に、傾斜面３８０ｂを有することにより、ツバ部材３８０の先端部３８０ａの下部が鈍角の角部Ｃを有する形状となっている。そして、実施例２と異なり、傾斜面３８０ｂは、ドライブリング１５０のうちシール部材１４０の筒状部１４１に当接する締め付け面１５０ａから延びている。そのため、ドライブリング１５０の締め付け面１５０ａとツバ部材３８０の傾斜面３８０ｂは段差部（図４中の２８０ｃ）を介することなく繋がっている。実施例３においては、ツバ部材３８０の傾斜面３８０ｂとドライブリング１５０の締め付け面１５０ａとで構成される鈍角の角部（エッジ部）Ｄが、シール部材１４０の筒状部１４１に接触することとなり、筒状部１４１に局所的に加わる力が小さいため、シール部材１４０の筒状部１４１が損傷しにくい。

【0043】

上記実施例２、３においては、ツバ部材が傾斜面を有することにより、ツバ部材は回転軸２００の径方向において肉厚になるので強度が高くなるという効果を得ることができる。また、ツバ部材が肉厚であるため、ツバ部材の先端部がシール部材１４０に接触してもシール部材１４０に局所的に加わる力が小さい。そのため、シール部材１４０が損傷しにくい。

【0044】

なお、実施例２、３においては、ツバ部材は、回転軸２００の径方向の内側（締め付け面１５０ａ側）の面のみに傾斜面を有する構成であるが、これに限られるものではなく、径方向の外側の面にも傾斜面を有する構成でも良い。

【符号の説明】

【0045】

１００ メカニカルシール
１１０ メンティングリング
１１０ａ 端面（メンティングリング）
１２０ シールリング
１２０ａ 端面（シールリング）
１２１ 切欠き
１３０ カップガスケット
１３０ａ カップガスケット変形部
１４０ シール部材
１４１ 筒状部
１４１ａ シール部材変形部
１４２ 突出部
１５０ ドライブリング
１５０ａ 締め付け面
１５１ 切り欠き
１６０ ケース
１６１ 折り曲げ部
１６２ 嵌合部
１６３ 取り付け部
１７０ コイルスプリング
１８０、２８０、３８０ ツバ部材
１８０ａ 先端部
２８０ｂ、３８０ｂ 傾斜面
２００ 回転軸
３００ ハウジング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】