(57)【要約】      （修正有）【課題】大型化や回転体に支持させた弁等の制御性の劣化を招くことなく、摺動損失の少ないシャフトシールを提供する。【解決手段】回転体たるシャフト２の外周面に配置され、全体として前記シャフト２の軸心方向に分割された環状をなすシール部と、シール部を収納するハウジング６とを備えるシャフトシール４において、前記シール部の一方は、シャフト２の外周面に接する接触シール７であり、他方は前記接触シール７に対して前記シャフト２の軸心方向に隣接しシャフト２の外周面と隙間を介して対向するとともに、前記接触シール７の分断部分を遮蔽する非接触シール８である構成を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の外周面に配置され、全体として前記回転体の軸心方向に分割された環状をなすシール部と、シール部を収納するハウジングとを備えるシャフトシールにおいて、前記シール部の一方は、回転体の外周面に接する接触シールであり、他方は前記接触シールに対して前記回転体の軸心方向に隣接し回転体の外周面と隙間を介して対向するとともに、前記接触シールの分断部分を遮蔽する非接触シールであることを特徴とするシャフトシール。
【請求項２】
前記ハウジング内部の前記シール部の高圧側に、前記シール部を前記回転体の軸心方向に付勢する付勢手段を備え、
前記シール部は、高圧側に接触シールを、低圧側に非接触シールをそれぞれ有し、
前記ハウジングは、前記非接触シール部に他の部位より優先して接触する段部を備え、非接触シールの位置決めを行う請求項１記載のシャフトシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境下においてシャフト収納部からの気体の漏れを抑止するためのシャフトシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シャフト収納部からの気体の漏れを抑止すべく、種々の構成を有するシャフトシールが考えられてきている。中でも、航空機搭載用機器においては、ゴム製Ｏリングが多用されている。
【０００３】
しかし、エンジン抽気の流路など、摂氏３００度以上の気体が流通する高温環境下では、ゴム製Ｏリングをシャフトシールとして使用することが不可能である。そのため、高温環境下では、カーボン等の耐熱素材を用いたシャフトシールが用いられている。このようなシャフトシールは、大きく分けて２種の構成が従来採用されている。
【０００４】
第１のものとして、バネ性の部材の弾性付勢力を利用して一部が分断された環状をなす接触シールの内面を回転体の外周面に密接させる構成のものが挙げられる（例えば、非特許文献１を参照）。このようなシャフトシールは、分断箇所からの気体の漏れを抑止すべく、複数の接触シールを回転体の軸心方向（スラスト方向）に隣接させ、かつ互いに隣接する接触シール同士の分断箇所を異ならせている構成を採用している。ところが、このような構成のシャフトシールを採用した場合、回転体と接触シールとの間に発生する回転摩擦が大きくなる。特に、回転体が弁を支持するシャフトに代表される断続的に回転と停止を繰り返すものの場合、この回転摩擦は静摩擦が支配的となるため、この静摩擦の影響が無視できないものとなる。換言すれば、回転体と接触シールとの間に大きな静摩擦が発生し、その際に発生するエネルギーの損失すなわち摺動損失が大きくなるという問題や、回転体と接触シールとの間の静摩擦抵抗に伴う不感帯の存在によりヒステリシスが発生し、この回転体に支持させた弁の開閉制御等の制御を行うにあたって制御性が劣化するという問題が存在する。
【０００５】
第２のものとして、環状をなす非接触シール部の内面を回転体の外周面と隙間を介して対向させる構成のものが挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。このような構成を採用した場合、回転体と接触シールとの間に隙間が介在しているので、このような非接触シール部を１段だけ設けた場合この隙間から気体が大量に漏れるおそれがある。この不具合を解消するには、非接触シール部を複数段設け、さらに非接触シール部の内面にラビリンス構造を採用する等の対策がとられているが、このような対策を採用することによりシャフトシールが大型化するという別の不具合が新たに発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平５−１７５１３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“ＡＢＣシールの構造”，ＡＢＣシールカタログ，タンケンシールセーコウ株式会社，平成１７年２月，ｐ．３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は以上の点に着目し、大型化や回転体に支持させた弁等の制御性の劣化を招くことなく、摺動損失の少ないシャフトシールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決すべく、本発明に係るシャフトシールは、以下のような構成を有する。すなわち本発明に係るシャフトシールは、回転体の外周面に配置され、全体として前記回転体の軸心方向に分割された環状をなすシール部と、シール部を収納するハウジングとを備えるシャフトシールにおいて、前記シール部の一方は、回転体の外周面に接する接触シールであり、他方は前記接触シールに対して前記回転体の軸心方向に隣接し回転体の外周面と隙間を介して対向するとともに、前記接触シールの分断部分を遮蔽する非接触シールである。
【００１０】
このようなものであれば、接触シールの分断部分を非接触シールにより遮蔽することにより遮蔽シールの分断部分からの気体の漏れを防ぎつつ、非接触シールの内面は回転体の外周面に接触せず隙間を介して対向しているので、接触シールを複数隣接させる従来の構成と比較して、回転体とシャフトシールとの間の回転摩擦を小さくできる。その上、接触シールの内面は回転体の外周面に接触しているので、非接触シールを複数隣接させる従来の構成と比較して、大型化や回転体に支持させた弁等の制御性の劣化を招くことなく、回転体とシャフトシールとの間の空間からの気体の漏れを防ぐことができる。
【００１１】
このようなシャフトシールの性能をさらに高めるための望ましい構成として、前記ハウジング内部の前記シール部の高圧側に、前記シール部を前記回転体の軸心方向に付勢する付勢手段を備え、前記シール部は、高圧側に接触シールを、低圧側に非接触シールをそれぞれ有し、前記ハウジングは、前記非接触シール部に他の部位より優先して接触する段部を備え、非接触シールの位置決めを行うものが挙げられる。このようなものであれば、ハウジングの段部のみが非接触シール部と接触することになるので、これらハウジングと非接触シール部との間に発生する面圧は従来のものと比較して大きくなり、非接触シール部とハウジングとの間からの気体の漏れをより効果的に防ぐことができるからである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、大型化や回転体に支持させた弁等の制御性の劣化を招くことなく、摺動損失の少ないシャフトシールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るシャフトシールを示す中央縦断面図。
【図２】図１における要部の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態は、図１及び図２に示すように、主として航空機の抽気流路１中に設けられるバタフライバルブの図示しない弁体を支持する回転体であるシャフト２と、前記シャフト２及びバタフライバルブを収納する筐体たる弁箱３との間に設けられるシャフトシール４である。ここで、前記シャフト２は、アクチュエータ５により駆動される。ここで、前記弁箱３は、前記アクチュエータ５に対向する部分が他の部位よりも大径の固定部３ａであり、この固定部３ａを図示しないねじ等の固定具を利用してアクチュエータ５に固定している。また、この弁箱３と前記シャフト２との間には、このシャフト２を支持させるための軸受であるベアリング２４を介在させている。
【００１６】
このシャフトシール４は、図１及び図２に示すように、弁箱３内に設けた段部の内面に衝き当たる鍔部１０、この鍔部１０から前記バタフライバルブの弁体に向かう側に伸びる筒状のハウジング本体１１、及びこのハウジング本体１１のバタフライバルブの弁体に向かう側を閉塞するキャップ１２を有するハウジング６と、このハウジング６の内部に配されてシャフト２の外周面に接する接触シール７と、この接触シール７に対して前記シャフト２の軸心方向に隣接しシャフト２の外周面と隙間を介して対向する非接触シール８と、前記ハウジング６の内部に配され前記接触シール７及び非接触シール８をシャフト２の軸心方向に付勢する圧縮コイルばね９とを備えている。ここで、前記接触シール７と前記非接触シール８とは請求項中のシール部を形成している。すなわち、このシール部は、前記回転体の軸心方向に分割された環状をなしており、このシール部が分割されたうちの高圧側が前記接触シール７、低圧側が前記非接触シール８である。
【００１７】
前記ハウジング６は、図１及び図２に示すように、基端に配され外周部が弁箱３と接触する鍔部１０と、この鍔部１０から前記バタフライバルブ側に伸び内部にシャフト２を通過させることが可能なハウジング本体１１と、前記ハウジング本体１１の開口を閉塞する頭部１２ａ及びこの頭部１２ａから前記ハウジング６の鍔部１０側に伸び前記ハウジング本体１１の内周に設けた雌ねじ１１ｘにねじ止め可能な雄ねじ１２ｘを外周に有する筒状部１２ｂを備えたキャップ１２とを備えている。前記鍔部１０は、前記弁箱３の固定部３ａの内面と衝き当たる側の面に固定面シール体たるメタルＯリング１３を埋設して設けている。このメタルＯリング１３は、ハウジング６の外周を通過してアクチュエータ５側に至る気体の流れを遮断する機能を有する。また、この鍔部１０の中心部にはシャフト２を通過させるためのシャフト通過孔１０ａを設けている。さらに、このシャフト通過孔１０ａに隣接する部位は他の部分に優先して非接触シール８に接触する円環状の突起１４としている。そして、この突起１４と前記ハウジング本体１１との間は、非接触シール８の一部を収納可能な凹部１５としている。前記ハウジング本体１１は、隙間を介して弁箱３に対向し、前述したように筒状をなしている。前記キャップ１２の中心部にも、シャフト２を通過させるためのシャフト通過孔１２ｙを設けている。このシャフト通過孔１２ｙと前記筒状部との間の部位には前記圧縮コイルばね９の固定端側を収納し、前記キャップ１２の頭部に前記圧縮コイルばね９の固定端を衝き当てるようにしている。加えて、キャップ１２の頭部の前記シャフト通過孔１０ａの軸心方向中間部には、シャフト通過孔１０ａが拡開する第１の拡大部１６を設けている。換言すれば、この第１の拡大部１６より先端側を第１の絞り部１７、前記第１の拡大部１６より基端側を第２の絞り部１８として形成している。すなわち、前記ハウジング本体１１の内部空間と前記ハウジング本体１１の先端側の外部空間との境界部分に、第１及び第２の絞り部１７、１８を形成している。さらに、ハウジング６の内部空間を第２の拡大部としている。そして、このハウジング６内部に、前記接触シール７、前記非接触シール８及び前記圧縮コイルばね９を収納している。
【００１８】
前記接触シール７は、カーボン製のものであり、図１及び図２に示すように、それぞれが中空の円環を３分割してなる形状を有する３つのシール要素１９と、これら３つのシール要素１９の外方に配され各シール要素１９をシャフト２側に向けて付勢するガータースプリング２０とを備えている。このガータースプリング２０は、中間部をシール要素１９の外周面に設けた溝１９ａに収納した状態で配される引張りコイルばねである。このガータースプリング２０からの弾性付勢力の伝達を受けてシール要素１９の内面がシャフト２に密着し、この接触シール７を挟んで一方側から他方側に気体が漏れることを抑制するシールとしての機能を果たす。この接触シール７の前記アクチュエータ５側に隣接する部位には、前記非接触シール８を配している。
【００１９】
前記非接触シール８は、カーボン製のものであり、概略円筒状をなしている。図１及び図２に示すように、この非接触シール８の内周面は、シャフト２とわずかな隙間を介して対向している。また、この非接触シール８は、接触シール７のシール要素１９間の分断部分を遮蔽している。この非接触シール８のアクチュエータ５側の面８ａの外周部には他の部位よりもアクチュエータ５部側に突出する円環状の突起２１が設けられている。この突起２１は前記ハウジング６の凹部１５に収納される。また、前記突起２１の内周面は、前記ハウジング６の鍔部１０の突起１４の外周面にわずかな隙間を介して対向している。そして、この非接触シール８のアクチュエータ５部側の面８ａの中央部のみが前記ハウジング６の突起１４と面的に接触する。その際、前記アクチュエータ部側の面８ａの外周部の突起２１は、前記ハウジング６の凹部１５の底から離間している。さらに、この非接触シール８は、前記圧縮コイルばね９から前記接触シール７を介してハウジング６の鍔部１０側すなわちアクチュエータ５側に向かう弾性付勢力の伝達を受けている。すなわち、アクチュエータ５部側の面８ａの中央部と前記ハウジング６の突起１４との間に面圧が発生している。この面圧は、アクチュエータ５側の面の全体がハウジング６と面的に接触する態様における面圧よりも大きい。そして、アクチュエータ５側の面８ａの中央部と前記ハウジング６の突起１４との間に面圧が発生していることにより、この非接触シール８を挟んで一方側から他方側に気体が漏れることを抑制するシールとしての機能を果たす。
【００２０】
前記圧縮コイルばね９は、前述したように、また図１及び図２に示すように、固定端をキャップ１２の頭部に衝き当てている。一方、自由端は、板状のスプリング受け２２を介して前記接触シール７に接している。この圧縮コイルばね９は、その弾性付勢力により、前記接触シール７及び前記非接触シール８をハウジング６の鍔部１０側すなわちアクチュエータ５に向かう側に付勢している。換言すれば、前記スプリング受け２２、前記接触シール７、前記非接触シール８及びハウジング６の鍔部１０は、この圧縮コイルばね９の弾性付勢力の伝達を受けて互いに密着している。
【００２１】
以上に述べたように、本実施形態の構成では、接触シール７のシール要素１９間の分断部分を非接触シール８により遮蔽することにより接触シール７のシール要素１９間の分断部分からの気体の漏れを防いでおり、非接触シール８の内面はシャフト２の外周面に接触せず隙間を介して対向している。従って、接触シール部のみを複数隣接させる従来の構成と比較して、シャフト２とシャフトシール４との間の回転摩擦が小さく、摺動損失の少ないシャフトシールを実現できる。その上、接触シール７の内面はシャフト２の外周面に接触しているので、非接触シール部のみを複数隣接させる従来の構成と比較して、大型化や回転体に支持させた弁等の制御性の劣化を招くことなく、シャフト２とシャフトシール４との間の空間からの気体の漏れを防ぐことができる。
【００２２】
さらに、本実施形態の構成では、前記ハウジング６の内部に前記接触シール７及び非接触シール８を前記回転体の軸心方向に沿ってハウジング６の鍔部１０に向けて付勢する圧縮コイルばね９を備えており、前記ハウジング６の段部１４に前記非接触シール８の一部のみが面的に接触する。従って、これらハウジング６の段部１４と非接触シール８との間に発生する面圧は、非接触シール部のハウジングに対向する側の面の全体がハウジングと面的に接触する構成の従来のものと比較して大きくなる。よって、非接触シール８とハウジング６との間からの気体の漏れをより効果的に防ぐことができ、シャフトシール４の性能をさらに高めることができる。加えて、非接触シール部の外周面とハウジングの内周面との間の隙間をわずかなものとすることによりこれら非接触シール部とハウジングとの位置決めを行う態様のものにおいては、非接触シール部が熱膨張すると非接触シール部の外周面がハウジングの内周面に接触し非接触シール部に圧縮応力が発生するとともに非接触シール部の内面がシャフトに接触し非接触シール部とシャフトとの間に摩擦が発生することがあるが、本実施形態の構成によれば、非接触シール８の突起２１の内周面とハウジング６の鍔部１０の突起１４の外周面とがわずかな隙間を介して対向させこれら非接触シール８とハウジング６との位置決めを行うようにしているので、上述した不具合の発生を防ぐこともできる。
【００２３】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。
【００２４】
例えば、上述した実施形態では、シャフトシールの外周側からの気体の漏れを抑制すべく、弁箱とシャフトシールのハウジングとの間にメタルＯリングを設けるようにしているが、シャフトシールのハウジングを弁箱に圧入する態様を採用してもよい。但し、弁箱とシャフトシールのハウジングとの間にメタルＯリングを設ける態様を採用すれば、シャフトシールのハウジングを弁箱に圧入する態様と比較してシャフトシールの着脱が容易であり、シャフトシールのメンテナンス性の向上を図ることができる。
【００２５】
また、上述した実施形態では、接触シールに作用する気体の圧力を低下させるべく、シャフトシールのハウジングを形成するキャップの頭部と回転体（シャフト）との間にシャフト通過孔が拡開する第１の拡大部を設け、その前後の部位を第１及び第２の絞りとしているが、シャフトシールのハウジングを形成するキャップの頭部と回転体（シャフト）との間に複数の拡大部を設けてもよく、逆にこのような拡大部を省略してもよい。
【００２６】
さらに、上述した実施形態では、非接触シールのアクチュエータに向かう面の一部のみがハウジングの段部に面的に接触する構成を採用しているが、非接触シールのアクチュエータに向かう面の全体がハウジングに面的に接触するようにしてももちろんよい。また、上述した実施形態の非接触シールと接触シールとの配置を逆にし、接触シールのアクチュエータに向かう面の一部のみがハウジングの段部に面的に接触するように構成してもよく、その場合、接触シールのアクチュエータに向かう面の全体がハウジングに面的に接触するようにしてももちろんよい。そして、非接触シールを、一部を切り欠いた環状をなすもの、又は複数の非接触シール要素を組み合わせ全体として環状をなすものとしてもよい。このような構成であっても、切り欠き箇所又は非接触シール要素間の境界を、回転体の軸心方向から見て接触シールのシール要素間の境界と異なる箇所に設定すれば、接触シールのシール要素間の境界からの気体の漏れを防止又は抑制することができるからである。
【００２７】
加えて、上述した実施形態では、接触シール及び非接触シールを軸心方向に付勢する手段として圧縮コイルばねを用いているが、圧縮コイルばね以外の弾性付勢手段、例えば皿ばね等を圧縮コイルばねの代わりに用いてももちろんよい。また、上述した実施形態では、接触シールのシール要素を回転体に向けて付勢する手段としてガータースプリングを用いているが、シール要素を回転体に向かう方向すなわちラジアル方向に付勢可能なものであれば、ガータースプリングに限らずどのようなばねを用いてもよい。
【００２８】
その他、本発明に趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【符号の説明】
【００２９】
２…回転体（シャフト）
４…シャフトシール
６…ハウジング
７…接触シール
８…非接触シール
【図１】
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【図２】
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