2024-172397 軸シール構造、及び、粉体処理装置

(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】P2024172397

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】軸シール構造、及び、粉体処理装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/76 20060101AFI20241205BHJP

   F16J 15/40 20060101ALI20241205BHJP

   F16J 15/453 20060101ALI20241205BHJP

   B01F 35/30 20220101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

F16C33/76 Z

F16J15/40 Z

F16J15/453

B01F35/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023090095

(22)【出願日】2023-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】512284033

【氏名又は名称】株式会社ダルトン

(74)【代理人】

【識別番号】110003823

【氏名又は名称】弁理士法人柳野国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 祥司

(72)【発明者】

【氏名】小泉 一郎

【テーマコード（参考）】

3J042

3J216

4G037

【Ｆターム（参考）】

3J042AA03

3J042AA16

3J042BA03

3J042BA08

3J042CA03

3J042CA15

3J042DA01

3J216AA02

3J216AA12

3J216AB22

3J216BA30

3J216CA01

3J216CA05

3J216CC59

3J216CC70

3J216DA01

3J216DA12

3J216EA06

3J216EA09

3J216GA04

4G037DA02

4G037EA02

(57)【要約】

【課題】軸シール部品と回転軸とを接触させることなく、隙間の寸法を小さくして空気量を抑制することが可能となる、軸シール構造、及び、粉体処理装置を提供する。
【解決手段】軸シール構造は、ケース部材２、軸部材４、ベアリング５、及び、軸部材４が挿通されてベアリング５の近傍に設けられる円筒状部材１０を備え、円筒状部材１０は、ケース部材２の内部でケース部材２と相対変位可能に保持され、円筒状部材１０には、内面と外面とを連通する連通孔１０ａが開口され、連通孔１０ａを通じて円筒状部材１０の外側から内側に向けて気体を流入させ、円筒状部材１０の内面と軸部材４の外面との間を通じてベアリング５と反対の側に気体を流出させることにより、円筒状部材１０の内面と軸部材４の外面との間に間隙を形成するとともに、円筒状部材１０よりもベアリング５側への異物の流入を抑止する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸部材用ケース部材と、前記軸部材用ケース部材の内部で回転する軸部材と、前記軸部材用ケース部材の内部で前記軸部材を支持する軸受部材と、前記軸部材が挿通されて前記軸受部材の近傍に設けられる円筒状部材と、を備え、
前記円筒状部材は、前記軸部材用ケース部材の内部で前記軸部材用ケース部材と相対変位可能に保持され、
前記円筒状部材には、内面と外面とを連通する連通孔が開口され、
前記連通孔を通じて前記円筒状部材の外側から内側に向けて気体を流入させ、前記円筒状部材の内面と前記軸部材の外面との間を通じて前記軸受部材と反対の側に気体を流出させることにより、前記円筒状部材の内面と前記軸部材の外面との間に間隙を形成するとともに、前記円筒状部材よりも前記軸受部材側への異物の流入を抑止する、軸シール構造。

【請求項2】

前記円筒状部材の軸方向の両端面と前記軸部材用ケース部材との間に、弾性を有するシール部材がそれぞれ介挿されることにより、前記円筒状部材が前記軸部材用ケース部材と相対変位可能に前記軸部材用ケース部材に保持される、請求項１に記載の軸シール構造。

【請求項3】

前記軸部材の外面と前記円筒状部材の内面との間隙の寸法が０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下である、請求項２に記載の軸シール構造。

【請求項4】

前記円筒状部材には、前記連通孔が周方向に沿って複数個形成される、請求項２に記載の軸シール構造。

【請求項5】

前記円筒状部材の内面に多孔質層が形成される、請求項２に記載の軸シール構造。

【請求項6】

請求項１から請求項５の何れか一項に記載の軸シール構造と、前記軸部材用ケース部材において前記円筒状部材に関して前記軸受部材と反対の側に設けられた粉体処理容器と、を備える、粉体処理装置。

【請求項7】

請求項１から請求項５の何れか一項に記載の軸シール構造が対向して配置され、
それぞれの前記軸シール構造の間に粉体処理容器が設けられ、
それぞれの前記軸シール構造において、前記軸受部材は、前記円筒状部材に関して前記粉体処理容器と反対の側に設けられ、
それぞれの前記軸シール構造における前記軸部材が共有される、粉体処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は粉体処理装置等に採用される軸シール構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、粉体処理装置等において、回転軸を支持する軸受部材への粉体の侵入を防止するために、固定されている軸シール部品と回転軸との隙間より空気を噴出させる構造が用いられている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－２１３６５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術に係る軸シール構造において、回転軸の軸径が所定の場合、使用する空気量は軸シール部品と回転軸との隙間の寸法によって規定される。回転軸は回転時の負荷による曲がりや軸受部材のがたつきなどによって振動を起こす場合があるため、軸シール部品と回転軸との隙間の寸法を小さくして空気量を抑制した場合、軸シール部品と回転軸とが接触する可能性が高くなっていた。

【0005】

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、軸部材の振動に対して軸シール部品を連動させることにより、軸シール部品と回転軸とを接触させることなく、隙間の寸法を小さくして空気量を抑制することを可能とする、軸シール構造、及び、粉体処理装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下では、上記課題を解決するための手段を説明する。

【0007】

本発明に係る軸シール構造は、軸部材用ケース部材と、前記軸部材用ケース部材の内部で回転する軸部材と、前記軸部材用ケース部材の内部で前記軸部材を支持する軸受部材と、前記軸部材が挿通されて前記軸受部材の近傍に設けられる円筒状部材と、を備え、前記円筒状部材は、前記軸部材用ケース部材の内部で前記軸部材用ケース部材と相対変位可能に保持され、前記円筒状部材には、内面と外面とを連通する連通孔が開口され、前記連通孔を通じて前記円筒状部材の外側から内側に向けて気体を流入させ、前記円筒状部材の内面と前記軸部材の外面との間を通じて前記軸受部材と反対の側に気体を流出させることにより、前記円筒状部材の内面と前記軸部材の外面との間に間隙を形成するとともに、前記円筒状部材よりも前記軸受部材側への異物の流入を抑止する。

【0008】

また、軸シール構造において、前記円筒状部材の軸方向の両端面と前記軸部材用ケース部材との間に、弾性を有するシール部材がそれぞれ介挿されることにより、前記円筒状部材が前記軸部材用ケース部材と相対変位可能に前記軸部材用ケース部材に保持されることが好ましい。

【0009】

また、軸シール構造において、前記軸部材の外面と前記円筒状部材の内面との間隙の寸法が０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることが好ましい。

【0010】

また、軸シール構造において、前記円筒状部材には、前記連通孔が周方向に沿って複数個形成されることが好ましい。

【0011】

また、軸シール構造において、前記円筒状部材の内面に多孔質層が形成されることが好ましい。

【0012】

また、本発明に係る粉体処理装置は、上記の何れか一に記載の軸シール構造と、前記軸部材用ケース部材において前記円筒状部材に関して前記軸受部材と反対の側に設けられた粉体処理容器と、を備える。

【0013】

また、本発明に係る粉体処理装置は、上記の何れか一に記載の軸シール構造が対向して配置され、それぞれの前記軸シール構造の間に粉体処理容器が設けられ、それぞれの前記軸シール構造において、前記軸受部材は、前記円筒状部材に関して前記粉体処理容器と反対の側に設けられ、それぞれの前記軸シール構造における前記軸部材が共有される。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る軸シール構造、及び、粉体処理装置によれば、軸部材の振動に対して円筒状部材を連動させることができるため、円筒状部材と回転軸とを接触させることなく、互いの隙間の寸法を小さくして空気量を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第一実施形態に係る粉体処理装置を示す概略断面図。

【図2】第一実施形態に係る円筒状部材を示す斜視図。

【図3】第一実施形態に係る軸シール構造を示す断面図。

【図4】第一実施形態の変形例に係る粉体処理装置を示す概略断面図。

【図5】第二実施形態に係る粉体処理装置を示す概略断面図。

【図6】第二実施形態に係る円筒状部材を示す斜視図。

【図7】第二実施形態に係る軸シール構造を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［粉体処理装置１（第一実施形態）］
まず、図１を用いて、本発明の第一実施形態に係る軸シール構造を採用した粉体処理装置１について説明する。粉体処理装置１は、医薬品や食品として使用される粉体を処理する装置であり、軸シール構造と粉体処理容器３とを備えて構成される。粉体処理装置１は、粉体の乾燥、粉砕、分級、混合、表面処理等、粉体に関する処理の何れかを行う装置である。なお、本実施形態において、軸シール構造を粉体処理装置１に採用しているが、本発明に係る軸シール構造が適用可能な用途はこれに限定されるものではない。即ち、本発明に係る軸シール構造は、軸シール構造を必要とする他の装置についても同様に採用することが可能である。

【0017】

図１に示す如く、粉体処理装置１に採用される軸シール構造は、軸部材用ケース部材であるケース部材２、軸部材４、軸受部材であるベアリング５、シール部材６、円筒状部材１０、及び、エアーポンプＰ等を備える。軸部材４は、図示しないモータに接続されて、粉体処理装置１で行う粉体処理のために回転する。ケース部材２は、ベアリング５を収容する軸受ケース２Ｂと円筒状部材１０を収容するシールケース２Ｓとで構成される。

【0018】

図１に示す如く、粉体処理容器３はケース部材２において円筒状部材１０に関してベアリング５と反対の側に設けられている。粉体処理装置１においては、粉体処理容器３の内部で粉体の混合等の処理を行う。

【0019】

軸部材４は、ケース部材２の内部で回転可能に支持される。具体的には、ケース部材２（軸受ケース２Ｂ）の内部に設けられたベアリング５に支持されることにより、軸部材４がケース部材２の内部で回転可能とされる。軸部材４の一端部は粉体処理容器３の内部に延出されて、粉体の処理に用いられる。

【0020】

図１に示す如く、円筒状部材１０は軸部材４が挿通されてベアリング５の近傍に設けられるステンレス製の部材である。本実施形態において、軸部材４の外面と円筒状部材１０の内面との間隙の寸法は０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下、より好ましくは５μｍ～１００μｍとなるように設定されている。

【0021】

粉体処理装置１においては図１に示す如く、円筒状部材１０が設けられた空間はエアーポンプＰと連通されている。そして、エアーポンプＰから図１中の下向き矢印に示す流入空気Ａｉを、エア供給口２１を介して円筒状部材１０の周囲に流入させることができる。なお、本発明に係る軸シール構造において、窒素等、空気以外の気体を流通させる構成とすることも可能である。

【0022】

図２及び図３に示す如く、円筒状部材１０には、円筒状部材１０の内面と外面とを連通する複数個の連通孔１０ａが周方向に沿って複数個（本実施形態においては３０度ごとに１２個）形成されている。この複数個の連通孔１０ａにより、エアーポンプＰから送られた流入空気Ａｉは円筒状部材１０の外面から内面に流通される。

【0023】

本実施形態において、連通孔１０ａは円筒状部材１０の外周面と内周面とを連通する構成としている。なお、本明細書において円筒状部材の「内面」とは、円筒状部材の内周面を意味するとともに、円筒状部材の「外面」とは、円筒状部材の外周面を含む「円筒状部材の内周面以外の全ての面」を意味する。即ち、本発明に係る軸シール構造においては、円筒状部材の内周面と、円筒状部材の軸方向の端面と、を連通するように連通孔を形成することも可能である。

【0024】

粉体処理装置１に採用される軸シール構造において、円筒状部材１０はケース部材２の内部でケース部材２と相対変位可能に保持されている。具体的には図１及び図３に示す如く、円筒状部材１０の軸方向の両端面には溝部１０ｂが形成されている。そして、溝部１０ｂとケース部材２との間には、弾性を有するＯリングであるシール部材６・６がそれぞれ介挿される。これにより、円筒状部材１０はケース部材２及び軸部材４に対して相対変位可能とされる。

【0025】

粉体処理装置１において軸シール構造を用いる際は、図１及び図３に示す如く、連通孔１０ａを通じて円筒状部材１０の外側から内側に向けて流入空気Ａｉを流入させる。そして、図１及び図３中の右向き矢印に示す如く円筒状部材１０の内面と軸部材４の外面との間を通じてベアリング５と反対の側に流出空気Ａｏを流出させる。これにより、円筒状部材１０よりもベアリング５の側への粉体等の異物の流入が抑止される。

【0026】

上記の如く、円筒状部材１０の内面と軸部材４の外面との間に気体（本実施形態においては空気）を流通させることにより、円筒状部材１０の内面と軸部材４の外面との間に間隙が形成される。この際、空気の粘性により円筒状部材１０の内面と軸部材４の外面との間の間隙が維持され、また、円筒状部材１０がシール部材６によりケース部材２及び軸部材４に対して相対変位可能に保持されていることから、軸部材４が振動した場合でも円筒状部材１０は軸部材４に連動して動く。

【0027】

即ち、本実施形態においては、軸部材４が高速で回転することにより振動した場合でも、円筒状部材１０の内面と軸部材４の外面が接触することを防止できる。このように、本実施形態に係るシール構造によれば、円筒状部材１０は軸部材４に連動して動くことを可能とする構造であるため、軸部材４の外面と円筒状部材１０の内面との間隙の寸法を従来よりも小さく設定することができ、使用する空気量を抑制することが可能となる。

【0028】

また、本実施形態に係る軸シール構造によれば、使用する空気量を少なくすることで、省エネ化を図ると同時に、粉体処理装置１の内部に吹き込まれた空気を処理するためのフィルター面積を減少できる。さらに、真空乾燥を行う際の粉体処理装置１の内部を減圧するときの排気量を減らし、真空ポンプ容量を小さくすることが可能となる。

【0029】

例えば、円筒状部材１０の内面と軸部材４の外面との隙間を２０μｍとし、軸部材４の軸径を２０ｍｍ、空気の流速を２０ｍ毎秒とした場合、毎分１．５Ｌの空気が必要になる。従来技術に係る空気を用いた軸シール構造においては、軸部材と軸シール部品との間隔が０．５ｍｍ程度必要であるため毎分３８Ｌの空気を必要とするが、本実施形態に係る軸シール構造によれば約１／２５の空気で軸シールを行うことが可能となる。

【0030】

なお、本実施形態に係る軸シール構造は、一般的なエアパージ機構と同様に、空気を用いて軸シールを行っている。このため、非接触での軸部材４の周速が１０ｍ毎秒を超える装置でも用いることが可能である。また、装置の使用環境により変わることはあるが、適用可能な軸部材４の周速範囲は１０～８０ｍ毎秒であり、円筒状部材１０の内面と軸部材４の外面との隙間は５
～１００μｍに設定することが可能である。

【0031】

なお、本実施形態に係る軸シール構造において、円筒状部材１０をケース部材２の内部でケース部材２と相対変位可能に保持する構成として弾性を有するＯリングをシール部材６・６として用いているが、円筒状部材１０をケース部材２と相対変位可能に保持することが可能であれば他の構成を採用することも可能である。例えば、オイルシール、Ｖリングのような弾性を有した接触式シールを使用する構成を採用することも可能である。又は、円筒状部材１０の周囲に空気を流通させることにより、円筒状部材１０をケース部材２と相対変位可能に保持する構成とすることもできる（以下に記載する変形例及び第二実施形態についても同様）。

【0032】

［粉体処理装置１Ａ（第一実施形態の変形例）］
次に、図４を用いて、第一実施形態の変形例に係る粉体処理装置１Ａについて説明する。本変形例に係る粉体処理装置１Ａは、前記第一実施形態に記載の軸シール構造が左右一対で対向して配置されること以外は粉体処理装置１と同様に構成されている。このため、以下では第一実施形態に係る粉体処理装置１と同じ構成については同符号を付して詳細な説明を省略する。

【0033】

粉体処理装置１Ａにおいては図４に示す如く、それぞれの軸シール構造の間に粉体処理容器３Ａが設けられている。そして、それぞれの軸シール構造において、ベアリング５は、円筒状部材１０に関して粉体処理容器３Ａと反対の側に設けられる。また、それぞれの軸シール構造において軸部材４Ａが共有される。

【0034】

粉体処理装置１Ａにおいてそれぞれの軸シール構造を用いる際は、図４中の下向き矢印に示す如く、連通孔１０ａを通じて円筒状部材１０の外側から内側に向けて流入空気Ａｉを流入させる。そして、図４中の内向き矢印に示す如く円筒状部材１０の内面と軸部材４Ａの外面との間を通じてベアリング５と反対の側に流出空気Ａｏを流出させる。これにより、円筒状部材１０よりも外側（ベアリング５の側）への粉体等の異物の流入が抑止される。

【0035】

本変形例においても、円筒状部材１０の内面と軸部材４Ａの外面との間に気体（本実施形態においては空気）を流通させることにより、円筒状部材１０の内面と軸部材４Ａの外面との間に間隙が形成される。この際、空気の粘性により円筒状部材１０の内面と軸部材４Ａの外面との間の間隙が維持されるため、軸部材４Ａが振動した場合でも円筒状部材１０は軸部材４に連動して動く。

【0036】

即ち、本変形例においては、軸部材４Ａが高速で回転することにより振動した場合でも、円筒状部材１０の内面と軸部材４Ａの外面が接触することを防止できる。このように、本変形例に用いられているシール構造においても、軸部材４Ａの外面と円筒状部材１０の内面との間隙の寸法を従来よりも小さく設定することが可能となるため、使用する空気量を抑制することが可能となる。

【0037】

［粉体処理装置１０１（第二実施形態）］
次に、図５を用いて、本発明の第二実施形態に係る軸シール構造を採用した粉体処理装置１０１について説明する。本実施形態に係る粉体処理装置１０１は、前記第一実施形態に記載の軸シール構造と比較して、円筒状部材１１０の構成以外は粉体処理装置１と同様に構成されている。このため、以下では第一実施形態に係る粉体処理装置１と同じ構成については同符号を付して詳細な説明を省略する。

【0038】

図１に示す如く、粉体処理装置１０１に採用される軸シール構造は、軸部材用ケース部材であるケース部材２、軸部材４、軸受部材であるベアリング５、シール部材６、円筒状部材１１０、及び、エアーポンプＰ等を備える。ケース部材２は、ベアリング５を収容する軸受ケース２Ｂと円筒状部材１１０を収容するシールケース２Ｓとで構成される。

【0039】

図５に示す如く、粉体処理容器３はケース部材２において円筒状部材１１０に関してベアリング５と反対の側に設けられている。軸部材４は、ケース部材２の内部で回転可能に支持される。

【0040】

図５に示す如く、円筒状部材１１０は軸部材４が挿通されてベアリング５に隣接して設けられる。本実施形態において、軸部材４の外面と円筒状部材１１０の内面との間隙の寸法は０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下、より好ましくは５μｍ～１００μｍとなるように設定されている。

【0041】

粉体処理装置１０１においては図５に示す如く、円筒状部材１１０が設けられた空間はエアーポンプＰと連通されている。そして、エアーポンプＰから図５中の下向き矢印に示す流入空気Ａｉを、エア供給口２１を介して円筒状部材１１０の周囲に流入させることができる。

【0042】

図６に示す如く円筒状部材１１０は、外面に露出するステンレス製の外筒部１１１と、内面に設けられる多孔質層１１２と、を備えたエアベアリングである。図６及び図７に示す如く、外筒部１１１には外筒部１１１の内面と外面とを連通する連通孔１１１ａが開口されている。また、本実施形態において、多孔質層１１２には多孔質の焼結合金が採用されることにより空気が流通可能に構成されている。これにより、エアーポンプＰから送られた流入空気Ａｉは円筒状部材１１０の外面から内面に流通される。

【0043】

粉体処理装置１０１に採用される軸シール構造において、円筒状部材１１０はケース部材２の内部でケース部材２と相対変位可能に保持されている。具体的には図５及び図７に示す如く、円筒状部材１１０の軸方向の両端面と、ケース部材２において円筒状部材１１０の軸方向の両端面と対向する面に形成された溝部２２と、の間には、弾性を有するＯリングであるシール部材６・６がそれぞれ介挿される。これにより、円筒状部材１１０はケース部材２及び軸部材４に対して相対変位可能とされる。

【0044】

粉体処理装置１０１において軸シール構造を用いる際は、図５及び図７に示す如く、連通孔１１１ａ及び多孔質層１１２を通じて円筒状部材１１０の外側から内側に向けて流入空気Ａｉを流入させる。そして、図５及び図７中の右向き矢印に示す如く円筒状部材１１０の内面と軸部材４の外面との間を通じてベアリング５と反対の側に流出空気Ａｏを流出させる。これにより、円筒状部材１１０よりもベアリング５の側への粉体等の異物の流入が抑止される。

【0045】

上記の如く、円筒状部材１１０の内面と軸部材４の外面との間に気体（本実施形態においては空気）を流通させることにより、円筒状部材１１０の内面と軸部材４の外面との間に間隙が形成される。この際、空気の粘性により円筒状部材１１０の内面と軸部材４の外面との間の間隙が維持されるため、軸部材４が振動した場合でも円筒状部材１１０は軸部材４に連動して動く。

【0046】

即ち、本実施形態においても、軸部材４が高速で回転することにより振動した場合でも、円筒状部材１１０の内面と軸部材４の外面が接触することを防止できる。このように、本実施形態に係るシール構造においても、軸部材４の外面と円筒状部材１１０の内面との間隙の寸法を従来よりも小さく設定することが可能となるため、使用する空気量を抑制することが可能となる。

【符号の説明】

【0047】

１ 粉体処理装置（第一実施形態）
１Ａ 粉体処理装置（変形例）
２ ケース部材（軸部材用ケース部材）
２Ｂ 軸受ケース ２Ｓ シールケース
３ 粉体処理容器 ３Ａ 粉体処理容器（変形例）
４ 軸部材 ４Ａ 軸部材（変形例）
５ ベアリング（軸受部材）
６ Ｏリング（シール部材）
１０ 円筒状部材 １０ａ 連通孔
１０ｂ 溝部
２１ エア供給孔 ２２ 溝部
１０１ 粉体処理装置（第二実施形態）
１１０ 円筒状部材 １１１ 外筒部
１１１ａ 連通孔 １１２ 多孔質層
Ａｉ 流入空気 Ａｏ 流出空気
Ｐ エアーポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】