(57)【要約】【課題】密封性を安定的に維持できるとともに、潤滑剤の消費量を抑えることができる密封装置を提供する。【解決手段】密封装置１Ａは、弾性素材によって形成されたシール部材３と、芯金２とを備える。芯金２は、ハウジングＨの内周面と平行に延びる第１円筒部２ａと、第１円筒部２ａの一端部から径方向内方に延びる第２円環部２ｂと、を有する。シール部材３は、第１円筒部２ａの内周面を覆う第２円筒部４ａと、第１円環部２ａの内側面を覆う第２円環部４ｂと、第２円環部４ｂの内周端から延びて回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接する環状のシール部５と、を有している。第２円筒部４ａと第２円環部４ｂとシール部５と回転軸Ｓの外周面Ｓ１とに囲まれた空間Ｑ１に、当該空間Ｑ１の容積を減少させるための環状の減容部材１００が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、前記回転軸を包囲しているハウジングとの間に形成された環状空間を、低圧空間と前記低圧空間よりも高圧の高圧空間とに軸方向に仕切る密封装置であって、
弾性素材によって形成されたシール部材と、
前記ハウジングの内周面と平行に延びる第１円筒部と、前記第１円筒部の一端部から径方向内方に延びる第１円環部と、を有する芯金と、を備え、
前記シール部材は、前記第１円筒部の内周面を覆う第２円筒部と、前記第１円環部の内側面を覆う第２円環部と、前記第２円環部の内周端から延びて前記回転軸の外周面に摺接する環状のシール部と、を有しており、
前記第２円筒部と前記第２円環部と前記シール部と前記回転軸の外周面とに囲まれた空間に、当該空間の容積を減少させるための環状の減容部材が設けられている、密封装置。
【請求項２】
前記減容部材は、少なくとも一部が前記第２円筒部の内周面に嵌合されている、請求項１に記載の密封装置。
【請求項３】
前記低圧空間は真空空間であり、前記高圧空間は大気圧空間である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、回転軸と、前記回転軸を包囲しているハウジングとの間の環状空間を、高圧空間と低圧空間とに仕切るための密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空空間とされた真空容器内の機器に回転力を与えるために、回転力伝達用の回転軸を真空容器の内部から外部に突設させたときに、回転軸と、真空容器に設けられた回転軸を挿通するための貫通孔との間の環状空間から真空容器内への大気のリークを防止して、真空状態を維持する必要がある。そのために、環状空間には密封装置が装着される。
【０００３】
特許文献１は、上記環状空間を高圧空間（大気圧空間）と低圧空間（真空空間）とに仕切るための密封装置であって、長期に亘って密封性を維持することができる密封装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６９２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
密封装置は、密封性を高めるために、さらに他の密封装置が軸方向に並列して用いられる場合がある。この場合、回転軸の外周面との摺接面の摩耗を防止することで密封装置の密封性を維持するために、並設された他の密封装置との間の環状の空間に潤滑剤が封入されることがある。しかしながら、この空間容積は大きいので、その間に潤滑剤を充満させると封入量が必要以上に多くなる。これにより、潤滑剤を封入するための工数が多くなるとともに、コストアップに繋がる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、潤滑剤の封入量を適正化できる密封装置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】
【０００７】
ある実施の形態に従うと、密封装置は、回転軸と、回転軸を包囲しているハウジングとの間に形成された環状空間を、低圧空間と低圧空間よりも高圧の高圧空間とに軸方向に仕切る密封装置であって、ハウジングの内周面に嵌合して当該ハウジングに固定される芯金と、芯金を覆う、弾性素材によって形成されたシール部材と、を備え、芯金は、ハウジングの内周面と平行に延びる第１円筒部と、第１円筒部の一端部から径方向内方に延びる第１円環部と、を有しており、シール部材は、第１円筒部の内周面を覆う第２円筒部と、第１円環部の内周面を覆う第２円環部と、第２円環部の内周端から延びて回転軸の外周面に摺接する環状のシール部と、を有しており、第２円筒部と第２円環部とシール部と回転軸の外周面とに囲まれた空間に、当該空間の容積を減少させるための環状の減容部材が設けられている。
【０００８】
このように、第２円筒部と第２円環部とシール部と回転軸の外周面とに囲まれた空間に減容部材が設けられていることによって、当該空間の容積を減少させることができる。これにより、当該空間に保持される潤滑剤の量を、減容部材が設けられていない状態よりも減少させることができる。減容部材の体積を適切な体積とすることによって、当該空間に保持される潤滑剤の量を適正化できる。その結果、減容部材が設けられていない状態よりも潤滑剤を封入するための工数を削減できるとともに、潤滑剤の量の削減によるコストダウンも実現できる。
【０００９】
好ましくは、減容部材は、少なくとも一部が第２円筒部の内周面に嵌合されている。
これにより、減容部材はシール部材に固定されるので、空間内で移動したり振動したりするのを防止できる。
【００１０】
好ましくは、低圧空間は真空空間であり、高圧空間は大気圧空間である。
特に、真空空間で用いられる潤滑剤は高価であるため、保持される潤滑剤の量を削減できることによってコストダウンの効果が大きくなる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によると、潤滑剤の封入量を適正化することによってコストダウンできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態にかかる密封装置の断面図である。
【図２】第２の実施の形態にかかる密封装置の断面図である。
【図３】減容部材の他の例を示した図である。
【図４】減容部材の他の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照しつつ、好ましい実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。
【００１４】
［第１の実施の形態］
＜構成の説明＞
図１は、第１の実施の形態にかかる密封装置１Ａの断面図である。密封装置１Ａは、内部が真空環境とされる真空容器（図示せず）に装着可能である。
【００１５】
密封装置１Ａは、回転軸Ｓと、回転軸Ｓを包囲しているハウジングＨとの間に形成された環状空間Ｔを、密封状態で、大気圧空間Ａ（高圧空間，図１右側）と、真空空間Ｖ（低圧空間，図１左側）とに軸方向において仕切るために用いられている。本実施の形態においては、密封性を高めるために、密封装置１Ａの大気圧空間Ａ側に密封装置１Ａと同一形状の密封装置１Ｂが軸方向に並列に配置されている。密封装置１Ｂの、密封装置１Ａと同じ参照符号が付された構成は密封装置１Ａの対応する構成と同一である。
【００１６】
回転軸Ｓは、真空容器内に設置された機器に回転力を与えるための回転伝達用の軸である。回転軸Ｓは、当該真空容器の内外を連通している筒状のハウジングＨに挿通されて、真空容器の内部である真空空間Ｖから外部である大気圧空間Ａに向けて突設されている。
【００１７】
密封装置１Ａは、金属製の芯金２と、芯金２に加硫接着により固着されたフッ素ゴム等の弾性素材からなるシール部材３と、を備えている。
芯金２は、ＳＰＣＣ等の鋼板をプレス加工等することによって環状に形成されている。芯金２は、ハウジングＨの内周面と並行に延びる円筒状の第１円筒部２ａと、第１円筒部２ａの一端部から径方向内方に延びる第２円環部２ｂと、を有しており、断面Ｌ字形に形成されている。
【００１８】
シール部材３は、芯金２の第１円筒部２ａの外周面から大気圧空間Ａ側の端面を回り込んで当該第１円筒部２ａの内周面に沿うとともに芯金２の第２円環部２ｂの大気圧空間Ａ側の側面に沿って接着された基体部４と、前記第２円環部２ｂの内周端から延びるシール部５と、同じく前記第２円環部２ｂの内周端から延びる補助リップ７と、を有している。基体部４は、第１円筒部２ａの内周面を覆う第２円筒部４ａと、第１円環部２ｂの内側面を覆う第２円環部４ｂと、芯金２の第１円筒部２ａの外周を覆う第３円筒部４ｃと、を含み、第２円筒部４ａと第２円環部４ｂとシール部５とによって、環状の凹部９が構成されている。
芯金２は、基体部４の第３円筒部４ｃを介してハウジングＨに圧入されており、これによって、密封装置１Ａは、ハウジングＨに固定されている。
【００１９】
補助リップ７は、芯金２の第２円環部２ｂの内周端を基端として真空空間Ｖ側に延びているとともに、真空空間Ｖ側に向かって漸次縮径した状態で回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接している。
シール部５は、芯金２の第２円環部２ｂの内周端を基端として大気圧空間Ａ側に延びている環状の部材である。
【００２０】
シール部５の内周面には、回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接する主リップ１０と、主リップ１０から真空空間Ｖ側に向かって延びているとともに、真空空間Ｖ側に向かって漸次拡径している真空空間側傾斜面１１と、主リップ１０から大気圧空間Ａ側に向かって延びているとともに、大気圧空間Ａ側に向かって漸次拡径している大気空間側傾斜面１２と、が形成されている。よって、主リップ１０は、真空空間側傾斜面１１と大気空間側傾斜面１２とによる頂部により構成されており、断面山形に形成されている。
【００２１】
シール部５の外周面側には、当該シール部５を径方向内側に締め付けて押圧することで密封性を高めるためのガータスプリング８が装着されている。
シール部５は、回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接することで、大気圧空間Ａの圧力が回転軸ＳとハウジングＨとの間から真空空間Ｖにリークしないように、両空間の間を密封している。
【００２２】
シール部５は、上述のように芯金２の第２円環部２ｂの内周端を基端として大気圧空間Ａ側に延びている。従って、シール部５は、真空空間Ｖ側の端部を支点として、大気圧空間Ａ側の端部が径方向外側に移動可能とされている。
【００２３】
シール部５は、内周側に回転軸Ｓが挿入されると、当該シール部５の大気圧空間Ａ側の端部が径方向外側に移動し、大気圧空間Ａ側の端部及び主リップ１０がわずかに拡径するように弾性変形する。シール部５が自由状態における主リップ１０の内径寸法は、回転軸Ｓの外径寸法よりも小さい所定の寸法に形成されている。図１は、シール部５の内周側に回転軸Ｓが挿入され、主リップ１０が弾性変形した状態で回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接した状態を示している。
【００２４】
密封装置１Ｂは、その芯金２の第２円環部２ｂが、密封装置１Ａの基体部４の大気圧空間Ａ側の端面に当接した状態で、密封装置１Ａの大気圧空間Ａ側に並設されている。これにより、密封装置１Ａの凹部９と、密封装置１Ｂの第２円環部２ｂと、回転軸Ｓの外周面Ｓ１とによって、環状の空間Ｑ１が構成されている。
【００２５】
空間Ｑ１内には、円環状の減容部材１００が設けられている。そのため、空間Ｑ１の容積は、減容部材１００を除いた容積となる。
【００２６】
空間Ｑ１は、潤滑剤の保持空間である。空間Ｑ１に保持される潤滑剤は粘性の高い潤滑剤であって、好ましくはグリースである。空間Ｑ１が保持する潤滑剤は、密封装置１Ａの主リップ１０と回転軸Ｓの外周面Ｓ１との摺接面（以下、単に摺接面という）に供給される。これにより摺接面の潤滑性が高められ、摺接面の摩耗が防止される。その結果、密封装置１Ａの密封性が長期に亘って維持される。
【００２７】
減容部材１００の素材は樹脂などの弾性素材または金属である。一例として、減容部材１００はフッ素ゴムである。減容部材１００の体積は、例えば、空間Ｑ１の容積を１／３程度とする値である。具体的な減容部材１００の体積は、空間Ｑ１に保持される潤滑剤の量を適正化できるように実験や経験によって求められてもよい。
【００２８】
減容部材１００は、密封装置１Ａの凹部９に応じた断面形状に形成される。一例として、減容部材１００の断面は、少なくとも一部が、基体部４の第２円筒部４ａ及び第２円環部４ｂに合致する形状である。減容部材１００は、弾性素材または金属の復元力によって径方向外向きの力が生じるように基体部４の第２円筒部４ａに嵌合されている。これにより、空間Ｑ１内に設けられた減容部材１００は第２円筒部４ａの内周面に押し付けられる。密封装置１Ａを真空容器に装着し、真空空間Ｖ側を大気圧から真空に変化させると、減容部材１００には真空空間Ｖ側に向かう圧力がかかり、真空空間Ｖ側に向けて変形する可能性がある。かかる変形によって減容部材１００は、シール部５やガータスプリング８に接触する可能性がある。しかしながら、減容部材１００が第２円筒部４ａに嵌合されていることによって減容部材１００は上記の圧力に対抗し、シール部５やガータスプリング８に接触することがない。
【００２９】
好ましくは、減容部材１００の大気圧空間Ａ側であって、シール部５に重ならない位置に、径方向内方に向けて凸部１０２が形成される。凸部１０２の径方向の内端部１０２ａは、回転軸Ｓの外周面Ｓ１に対して所定間隔離してある。
第１の実施の形態では、密封装置１Ａに密封装置１Ｂを並設することによって、大気圧空間Ａ側からの異物の浸入を防止するとともに、空間Ｑ１内の潤滑剤の漏れを防止することができる。
【００３０】
＜第１の実施の形態の効果＞
本実施の形態にかかる密封装置１Ａは、空間Ｑ１に減容部材１００が設けられていることによって、空間Ｑ１の容積を減容部材１００が設けられていない場合と比較して減少させることができる。これにより、本実施の形態にかかる密封装置１Ａでは減容部材１００が設けられていない場合よりも保持される潤滑剤の量を減少させ、適正化することができる。これにより、潤滑剤を封入するための工数を減容部材１００が設けられていない場合よりも削減できるとともに、潤滑剤の量の削減によるコストダウンも実現できる。
【００３１】
さらに、本実施の形態にかかる密封装置１Ａでは凸部１０２が突設されることで、空間Ｑ１の容積を効率的に小さくして、密封装置１Ａに保持される潤滑剤の量をより減少させることができる。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態として、密封装置１Ａの他の設置例を表した図である。図２に示されるように、密封装置１Ａは、密封装置１Ｂが並設されず単独で用いられてもよい。この場合、密封装置１Ａの凹部９と回転軸Ｓの外周面Ｓ１との間で、環状の空間Ｑ２が構成される。空間Ｑ２に潤滑剤を封入可能である。空間Ｑ２に保持される潤滑剤もまた粘性の高い潤滑剤であって、好ましくはグリースである。
【００３３】
＜第２の実施の形態の効果＞
第２の実施の形態にかかる密封装置１Ａでも、減容部材１００を空間Ｑ２に設けることによって、空間Ｑ２の容積を減容部材１００が設けられていない場合よりも減少させることができる。これにより、空間Ｑ２に保持される潤滑剤の量を減少させ、適正化することができる。
【００３４】
［変形例］
なお、図１，図２に示された減容部材１００の断面形状は一例であって、示された形状に限定されない。図３は、減容部材１００の他の例を表した図である。図３を参照して、変形例において減容部材１００は、大気圧空間Ａ側の面に軸方向に大気圧空間Ａ側に向けて突起１０２ｂが形成されている。図３に示されるように、突起１０２ｂは、減容部材１００が基体部４の第２円筒部４ａに嵌合された状態で、密封装置１Ａに並設された密封装置１Ｂの第２円環部２ｂに接触する。これにより、基体部４の第２円筒部４ａに嵌合された減容部材１００が大気圧空間Ａ側へ移動するのが確実に防止される。
【００３５】
好ましくは、突起１０２ｂは完全な環状ではなく、周方向に少なくとも１箇所は途切れがある。これにより、密封装置１Ｂの第２円環部２ｂとの間にエアポケットが生じないようにすることができる。
【００３６】
なお、変形例にかかる減容部材１００は、第２の実施の形態に示された密封装置１Ａが単独で用いられる場合、図４に示されたように、突起１０２ｂがハウジングＨに接触する。このため、第２の実施の形態に示された密封装置１Ａでも、基体部４の第２円筒部４ａに嵌合された減容部材１００の軸方向に大気圧空間Ａ側への落下が防止される。
【００３７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３８】
１Ａ          密封装置
２            芯金
２ａ          第１円筒部
２ｂ          第１円環部
３            シール部材
４ａ          第２円筒部
４ｂ          第２円環部
５            シール部
８            ガータスプリング
１００        減容部材
Ｑ１，Ｑ２    空間
Ｓ            回転軸
Ｓ１          外周面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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