(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向複数箇所で分割されると共に環状に組み合わされた軸方向に対向する端面同士で互いに密封的に摺接される一対の摺動リングと、
円周方向複数箇所で分割されると共に環状に結合された状態で静止側及び回転側にそれぞれ配置された一対のリテーナとを備え、
前記各摺動リングが前記各リテーナの互いの対向端面に円周方向に延在形成された周溝に保持された軸封装置において、
前記リテーナの各円弧状の断片がその円周方向両端に突出形成された突片同士で結合され、静止側のリテーナの突片が静止側のハウジングに形成された穴状の切欠部に遊嵌状態に収容されてこの切欠部と円周方向に係合され、回転側のリテーナの突片が回転側のカラーに形成された穴状の切欠部に遊嵌状態に収容されてこの切欠部と円周方向に係合されたことを特徴とする軸封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、静止側及び回転側に配置された摺動リングが軸方向に対向する端面同士で互いに密接摺動されることによって軸封を行う軸封装置であって、特に摺動リングが円周方向に分割された構造を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業用のポンプや水車、圧縮機等の流体機器は、大型の装置になると分解及び組み立てがきわめて困難なものがある。したがって、このような機器に装着される軸封装置は、そのメンテナンスの際の機器の分解及び組み立て作業による労力を軽減する目的で、一部又は全ての部品が円周方向に分割された構造とするのが一般的である。
【０００３】
図３は、この種の軸封装置の典型的な従来例を示すもので、参照符号１は機器のハウジング、２は回転軸である。軸封装置３は、円弧状の複数の断片が環状に組み合わされた一対の摺動リング３１，３２を有する。このうち、一方の静止側摺動リング３１は、パッキン３４を介してハウジング１に軸方向移動自在に保持されると共にピン３５で回り止めされた静止側のリテーナ３３の円周方向に延びる周溝３３ａに組み込まれており、他方の回転側摺動リング３２は、回転軸２の外周のカラー３７にボルト３８を介して固定された回転側のリテーナ３６の円周方向に延びる周溝３６ａに組み込まれている。静止側摺動リング３１は、リテーナ３３を介して図示しないスプリングに軸方向に押圧されることによって、回転軸２と共に回転する回転側摺動リング３２に密封的に摺接され、ハウジング１と回転軸２との間の軸封を行う。
【０００４】
ハウジング１と、リテーナ３３，３６及びカラー３７も、摺動リング３１，３２と同様に円周方向複数箇所で分割された構造となっており、それぞれボルトを介して環状に結合されている。このうち、リテーナ３３，３６は、その円弧状断片の円周方向両端外周部に突設された突片３３ｂ，３６ｂ同士がボルト３３ｃ，３６ｃを介して固定され、これによって環状に一体化されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の軸封装置においては、次のような問題が指摘される。
回転側リテーナ３６の突片３６ｂは、回転軸２と一体的に回転することによってインペラと同様のポンピング力を生じ、周囲の流体を強制的に回転させる。そしてこの流体は、静止側リテーナ３３の突片３３ｂに衝突して流圧を負荷するため、静止側リテーナ３３を回り止めしているピン３５には、摺動リング３１，３２の互いの摺動面Ｓにおける摩擦トルクに加えて、前記流圧よるトルクが作用する。このため、ハウジング１側の係合穴１ａの内面との摩擦によってピン３５が著しく摩耗される。静止側と回転側の摺動リング３１，３２が摺動面Ｓにおいて常に適切な密接状態を保持して優れた密封性を得るには、回転軸２の軸方向変位による回転側摺動リング３２、リテーナ３６及びカラー３７等からなる回転側密封部材の軸方向挙動等に対して、静止側リテーナ３３及び静止側摺動リング３１等からなる静止側密封部材が応答性良く軸方向追随動作することが不可欠であるが、ピン３５が摩耗されてその表面に段差が形成されると、軸方向への静止側密封部材の追随作動性が損なわれてしまうため、摺動面Ｓからの過大な漏洩を生じたり、あるいはこの摺動面Ｓに異常な摩耗や発熱を生じることがある。
【０００６】
また、リテーナ３３，３６の外周の突片３３ｂ，３６ｂは一種の放熱板として作用し、摺動リング３１，３２の摺動面Ｓからの熱を流体中へ放出する。しかし、この突片３３ｂ，３６ｂは円周方向二分割位置といった間隔で存在していることから、リテーナ３３，３６は円周方向において温度が不均一になり、その熱膨張差によって歪みが生じる。したがって、摺動リング３１，３２の互いの摺動面Ｓ間に熱歪による隙間を生じて過大な漏れが発生したり、あるいは摺動面Ｓが歪みによって局部的な接触状態となるために、その接触圧の増大によって異常摩耗を生じたりすることがある。
【０００７】
したがって、本発明の主な目的は、過大なトルクによる密封部材の軸方向作動性の低下及びリテーナの熱歪の発生を抑えて、静止側と回転側の摺動リングの摺動面における密封性の向上及びこの摺動面の摩耗の抑制を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題は、本発明によって有効に解決することができる。
すなわち本発明の軸封装置は、リテーナの各円弧状の断片がその円周方向両端に突出形成された突片同士で結合され、静止側のリテーナの突片が静止側のハウジングに形成された穴状の切欠部に遊嵌状態に収容されてこの切欠部と円周方向に係合され、回転側のリテーナの突片が回転側のカラーに形成された穴状の切欠部に遊嵌状態に収容されてこの切欠部と円周方向に係合されている。
【０００９】
【作用】
リテーナの円弧状断片の円周方向両端の突片は、前記各断片を結合して環状に一体化するための結合手段と、静止側のハウジングあるいは回転側のカラーとの円周方向係合（回り止め）手段とを兼ねるものである。この円周方向の係合は、各突片が、前記ハウジング及びカラーに形成された切欠部内に収容された状態でなされているので、回転側のリテーナの突片による流体の強制回転が抑えられると共に、この流体の抵抗によるトルクの増大も抑えられ、突片の放熱作用によるリテーナの円周方向の温度不均一の発生も抑えられる。また、前記各突片が、前記各切欠部の内面と平面同士で接触されることによって、従来のピンによる係合構造に比較して接触面積が増大するため、接触部の摩耗が抑えられる。
【００１０】
【実施例】
図１及び図２は、本発明に係る軸封装置の好適な一実施例を示すもので、参照符号１は機器のハウジング、２は回転軸である。ハウジング１は、円周方向に二分割されると共にその分割部が複数のボルト１２及び図示しないガスケットを介して結合されたフランジ１１と、同じく円周方向に二分割されると共にその分割部が複数のボルト１４及び図示しないガスケットを介して結合され内径がフランジ１１の内径よりも小径のシールケース１３等の複数の環状部材を、ボルト１５，１６及びパッキン１７，１８を介して軸方向に連結したものである。
【００１１】
ハウジング１と回転軸２の間を軸封するこの実施例の軸封装置１０は、それぞれ例えばＳｉＣからなる二個の半円弧状の摺動リング断片が環状に組み合わされた静止側及び回転側の一対の摺動リング１０１，１０２を有する。ハウジング１のシールケース１３には、その内周面に摺接するパッキン１０４を介して金属製の静止側のリテーナ１０３が軸方向移動自在に支持されており、回転軸２のスリーブ２１に固定されたカラー１０６には、静止側リテーナ１０３と軸方向に対向する回転側リテーナ１０５がパッキン１０７を介して配置されている。各リテーナ１０３，１０５の互いの対向端面には、円周方向に延在する周溝１０３ａ，１０５ａが形成されており、静止側摺動リング１０１は静止側リテーナ１０３の周溝１０３ａに、また回転側摺動リング１０２は回転側リテーナ１０５の周溝１０５ａにそれぞれ組み込まれている。
【００１２】
リテーナ１０３，１０５は、それぞれ円周方向二箇所で半円弧状のリテーナ断片に分割されている。図２における参照符号１０３Ａ，１０３Ｂは、静止側のリテーナ１０３を構成するリテーナ断片を示す。各リテーナ断片の円周方向両端の背面（周溝１０３ａ，１０５ａが形成された端面と反対側の面）にはそれぞれ半径方向に延びる板状の突片１０３ｂ，１０５ｂが突設されており、互いに対向するこれら突片１０３ｂ同士及び１０５ｂ同士をそれぞれ所要数の締結部材１０８，１０９で締結することによって、環状のリテーナ１０３，１０５が組み立てられているものである。また、回転側のカラー１０６も円周方向二箇所で半円弧状に分割されると共に、図示しないボルト等の結合手段を介して環状に結合された構造となっている。
【００１３】
摺動リング１０１，１０２の外周面には、断面形状が円形の細長いエラストマー部材の両端を接着して環状（Ｏリング状）とした緩衝リング１１０，１１１が装着されている。この緩衝リング１１０，１１１の外周側には金属製のホルダ１１２，１１３が配置されると共に、それぞれボルト１１４，１１５を介してリテーナ１０３，１０５に締め付け固定されており、緩衝リング１１０，１１１は、ホルダ１１２，１１３の内径に形成されたテーパ面と、摺動リング１０１，１０２の外周面と、リテーナ１０３，１０５の端面との間で圧縮されることによって、摺動リング１０１，１０２の各断片を外周から締め付けて周溝１０３ａ，１０５ａに固定する。
【００１４】
リテーナ１０３，１０５の周溝１０３ａ，１０５ａの内周側には、この周溝１０３ａ，１０５ａの径方向幅をリテーナ１０３，１０５の互いの対向端面側へ向けて漸次狭める拘束部１１６，１１７が形成されている。一方、摺動リング１０１，１０２の内周面には、前記拘束部１１６，１１７のテーパ状の外周面と対応して、両摺動リング１０１，１０２の径方向幅を密封摺動面Ｓ側に向けて漸次狭めるテーパ面が形成され、このテーパ面が前記拘束部１１６，１１７と嵌合することによって、摺動リング１０１，１０２は、周溝１０３ａ，１０５ａからの軸方向の脱落が阻止されている。
【００１５】
ハウジング１のシールケース１３におけるリテーナ１０３側の端面には例えばその分割部に位置して円周方向二箇所に切欠部１１８が形成されており、カラー１０６のリテーナ１０５側の端面にも同様に、その分割部に位置して円周方向二箇所に切欠部１１９が形成されている。そして、静止側のリテーナ１０３の互いに結合された突片１０３ｂは、シールケース１３の切欠部１１８内に遊嵌状態に収容されており、回転側のリテーナ１０５の突片１０５ｂは、カラー１０６の切欠部１１９内に遊嵌状態に収容されている。また、図２に示すように、静止側リテーナ１０３の突片１０３ｂと、シールケース１３の切欠部１１８は、半径方向に延びる平面同士で接触されるものであり、回転側リテーナ１０５の突片１０５ｂとカラー１０６の切欠部１１９も同様である。
【００１６】
ハウジング１のシールケース１３における静止側リテーナ１０３との対向端面には、円周方向等間隔で複数の穴（図示省略）が形成されており、この穴にはそれぞれコイルスプリング（図示省略）が保持されている。静止側リテーナ１０３は、このコイルスプリングで軸方向に押圧付勢されており、静止側摺動リング１０１は、この静止側リテーナ１０３を介して軸方向に付勢されることによって、回転側摺動リング１０２とその対向端面同士で密接し、密封摺動を行う。
【００１７】
この実施例において、静止側リテーナ１０３の突片１０３ｂは、半円弧状のリテーナ断片１０３Ａ，１０３Ｂを締結部材１０８を介して環状に結合するための結合部であると共に、ハウジング１のシールケース１３に形成された切欠部１１８に遊嵌状態に収容されることによって、静止側リテーナ１０３を非回転状態に維持する回り止め手段としての機能を有する。また、同様に、回転側リテーナ１０５の突片１０５ｂは、このリテーナ１０５の半円弧状のリテーナ断片を螺子部材１０９を介して環状に結合するための結合部であると共に、回転軸２に固定されたカラー１０６の切欠部１１９に遊嵌状態に収容されることによって、カラー１０６の回転力を受けて一体的に回転するための円周方向係合手段としての機能を有する。
【００１８】
回転側のカラー１０６、リテーナ１０５及びホルダ１１３等の回転によって、その表面に接する流体が回転されることは避けられないが、回転側リテーナ１０５の突片１０５ｂは、カラー１０６の切欠部１１９に収容されているため、この突片１０５ｂのインペラー作用による流体のかき回し作用は殆ど生じない。したがって、流体抵抗によって突片１０５ｂと切欠部１１９との衝合面に作用する押し付け力が軽減されると共に、流体の回転方向の流動速度も抑えられる。また、静止側リテーナ１０３の突片１０３ｂは、シールケース１３の切欠部１１８内に遊嵌状態に収容されているため、この突片１０３ｂには回転流動される流体が衝突しにくく、しかも先に述べたように流体の流動速度も低いことから、突片１０３ｂと切欠部１１８との衝合面に作用する押し付け力が軽減される。
【００１９】
摺動リング１０１、リテーナ１０３及びホルダ１１４等からなる静止側密封部材は、リテーナ１０３がハウジング１のシールケース１３に軸方向移動自在に支持されていると共に、スプリングによって軸方向（図中右側）へ向けて押圧されていることから、駆動時の回転軸２の軸方向変位に伴って、摺動リング１０２、リテーナ１０５、ホルダ１１３及びカラー１０６等からなる回転側密封部材の軸方向変位に対して、摺動面Ｓが常に適切な接触圧で摺接するように軸方向に追随作動する。このため、静止側リテーナ１０３の突片１０３ｂは、前記軸方向追随作動によって、シールケース１３の切欠部１１８と擦り合わされるが、この突片１０３ｂと切欠部１１８は、半径方向に延びる平面同士で衝合されるため、その係合による接触圧が小さく、その衝合面の摩耗の進行が効果的に軽減される。
【００２０】
また、突片１０３ｂ，１０５ｂが切欠部１１８，１１９に収容されていることから、流体との熱交換が突片１０３ｂ，１０５ｂにおいて集中的になされるといったことがない。したがって、リテーナ１０３，１０５の円周方向の温度差による熱歪に起因する摺動リング１０１，１０２の摺動面Ｓ間の隙間の発生や、この摺動面Ｓの局部的な接触圧の増大が防止される。
【００２１】
なお、上記実施例においては、摺動リング１０１，１０２や、リテーナ１０３，１０５、カラー１０６、ホルダ１１２，１１３等が円周方向二分割されたものとして説明したが、その分割数は特に限定されるものではない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によると、リテーナの円弧状断片を互いに結合するための突片が、静止側のハウジングあるいは回転側のカラーとの円周方向係合手段とを兼ねるため、係合手段としてのピン等を別個に設ける必要がない。また、前記突片が、前記ハウジング及びカラーに形成された切欠部に収容されているため、回転側リテーナの突片のかき回し作用による流体抵抗による動力損失や、静止側リテーナの突片への流体の衝突による突片と切欠部の押し付け力が軽減されて、その衝合面の摩耗が効果的に抑制されるので、静止側リテーナ及びこれに保持された静止側摺動リング等からなる静止側密封部材の軸方向追随作動性が良好に維持される。しかもリテーナの円周方向の温度差による熱歪も防止される。このため、静止側と回転側の摺動リングの摺動面間における密封性を向上させることができると共に、この摺動面の異常摩耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軸封装置の好適な一実施例を軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図２】上記実施例における静止側リテーナを軸心と直交する平面で切断して示す部分的な断面図である。
【図３】従来の軸封装置の一例を軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  回転軸
１０  軸封装置
１０１，１０２  摺動リング
１０３，１０５  リテーナ
１０３ａ，１０５ａ  周溝
１０３Ａ，１０３Ｂ  リテーナ断片
１０６  カラー
１０３ｂ，１０５ｂ  突片
１１８，１１９  切欠部
【図１】
0003609846.tif 000002
【図２】
0003609846.tif 000003
【図３】
0003609846.tif 000004