(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と固定体との間をシールするシール装置であって、
前記固定体側に装着されるハウジングと、
該ハウジングに装着されるとともに、内周部に形成され前記回転体と摺動してそれとの間をシールする１次シール部、軸方向の一端部に形成され前記ハウジングに接触してそれとの間をシールする２次シール部、及び、軸方向の他端部に形成される環状の溝を有し円周方向に複数に分割されたシール部材と、
前記シール部材よりも熱膨張係数が大きい金属材又は非金属材から形成され、該シール部材の前記環状の溝に装着され外周面の全体が前記溝の外周側の面に接触する筒状の本体部、及び、前記本体部の一端に一体に形成され軸方向の一端面が前記シール部材の他端部に接触するようになっている環状のフランジ部を有する吸熱部材とを具え、
前記シール部材が前記回転体との摺動によって発熱したときにその熱を前記吸熱部材側に伝達させて放熱させるとともに、前記吸熱部材が膨張変形した時は当該吸熱部材と前記シール部材との熱膨張係数の差により、前記シール部材は径を大きくする方向に押し広げられて、前記シール部材の前記１次シール部と前記回転体との接触を一時的に回避させるように構成した
ことを特徴とするシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転体と固定体との間をシールするシール装置に関し、特に、回転体との摺動による発熱によってシール部材の熱的負荷が増加するのを防止することができるシール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転体と固定体との間をシールするシール装置には種々のタイプのものがあり、例えば、図６に示すようなものが一般に知られている。
【０００３】
すなわち、このシール装置３５は、固定体２９側に取り付けられるハウジング３６と、ハウジング３６に取り付けられるシールリングキット３７とを具えたものであって、ハウジング３６とシールリングキット３７との協働によって固定体２９と回転体２８との間をシールするように構成したものである。
【０００４】
シールリングキット３７は、カーボン製のシール部材３８であるシールリング３８と、シールリング３８を半径方向に付勢する金属製のエキステンションスプリング４１と、シールリング３８を軸方向に付勢する金属製のコンプレッションスプリング４２と、シールリング３８のハウジング３６に対する相対的な回動を阻止する金属製のローテーションロックピン４３と、コンプレッションスプリング４２を保持するスプリングリテーナ４４と、スプリングリテーナ４４を保持するスナップリング４５とを具えている。
【０００５】
シールリング３８は、円周方向に複数に分割された環状をなすものであって、内周面は回転体２８である回転軸２８の外周面と摺動してそれとの間をシールする１次シール部３９に形成され、軸方向の一端面はハウジング３６に接触してそれとの間をシールする２次シール部４０に形成されるようになっている。
【０００６】
そして、回転軸２８の回転時に、エキステンションスプリング４１の付勢力によってシールリング３８の１次シール部３９を回転軸２８と摺動させることによって回転軸２８との間がシールされ、コンプレッションスプリング４２の付勢力によってシールリング３８の２次シール部４０をハウジング３６に圧接することによってハウジング３６との間がシールされ、これにより回転体２８である回転軸２８と固定体２９との間がシールされるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成のシール装置３５にあっては、シールリング３８と接触している金属製の部品は、シールリング３８を摺動発熱させる要因となる回転軸２８を除けば、端面でシールリング３８を保持しているハウジング３６、細い線径のエキステンションスプリング４１、コンプレッションスプリング４２、シールリング３８の回動を抑える小径のローテーションロックピン４３のみであり、それらのシールリング３８に対する接触面積は非常に小さいので、シールリング３８の熱を十分に伝達させることができず、シールリング３８自身での放熱が主体となってしまう。この場合、カーボン製のシールリング３８は、高温になると熱伝導率が低くなる傾向にあるため、回転軸２８との摺動発熱によって高温になったときに、その熱が放出されにくくなって内部に熱がこもってしまい、熱的な負荷が増加し、摩耗が促進されたり、破損する等の問題が生じることになり、寿命が著しく低下してしまう。
【０００８】
この発明は前記のような従来のもののもつ問題点を解決したものであって、シール部材が回転体との摺動によって発熱したときに、その熱を十分に放出させることができて、シール部材の熱的な負荷が増加することを阻止し、これにより、シール部材の摩耗が促進されたり、破損したりすることをなくし、寿命を大幅に高めることができるシール装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は前記のような目的を達成するため、回転体と固定体との間をシールするシール装置であって、前記固定体側に装着されるハウジングと、該ハウジングに装着されるとともに、内周部に形成され前記回転体と摺動してそれとの間をシールする１次シール部、軸方向の一端部に形成され前記ハウジングに接触してそれとの間をシールする２次シール部、及び、軸方向の他端部に形成される環状の溝を有し円周方向に複数に分割されたシール部材と、前記シール部材よりも熱膨張係数が大きい金属材又は非金属材から形成され、該シール部材の前記環状の溝に装着され外周面の全体が前記溝の外周側の面に接触する筒状の本体部、及び、前記本体部の一端に一体に形成され軸方向の一端面が前記シール部材の他端部に接触するようになっている環状のフランジ部を有する吸熱部材とを具え、前記シール部材が前記回転体との摺動によって発熱したときにその熱を前記吸熱部材側に伝達させて放熱させるとともに、前記吸熱部材が膨張変形した時は当該吸熱部材と前記シール部材との熱膨張係数の差により、前記シール部材は径を大きくする方向に押し広げられて、前記シール部材の１次シール部と回転体との接触を一時的に回避させるように構成した手段を採用したものである。
【００１０】
【作用】
この発明は前記のような手段を採用したことにより、シール部材の１次シール部が回転体と摺動することによりそれとの間がシールされ、シール部材の２次シール部がハウジングに接触することによりそれとの間がシールされることになる。そして、シール部材が回転体との摺動によって発熱したときに、その熱は吸熱部材側に伝達され、吸熱部材とシール部材との熱膨張の差により、シール部材の１次シール部が回転体から一時的に離間することになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示すこの発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４には、この発明によるシール装置の一実施の形態が示されていて、このシール装置１は、固定体２９側に取り付けられる金属製のハウジング２と、ハウジング２に取り付けられるシールリングキット９とを具えている。
【００１２】
ハウジング２は、円板状に形成されるものであって、中心部には軸線方向に貫通する孔３が設けられ、この孔３内を回転体２８である回転軸２８が挿通するようになっている。ハウジング２の軸方向の一端面の孔３の周縁部には所定の深さの段部４が環状に設けられ、この段部４内にシールリングキット９が装着されるようになっている。
【００１３】
シールリングキット９は、カーボン製のシール部材１０であるシールリング１０と、シールリング１０に装着される吸熱部材１８であるスプリングプレート１８と、シールリング１０を半径方向に付勢する金属製のエキステンションスプリング１７と、シールリング１０を軸方向に付勢する金属製のコンプレッションスプリング２２と、シールリング１０及びスプリングプレート１８の回動を阻止する金属製のローテーションロックピン２６と、コンプレッションスプリング２２を保持するスプリングリテーナ２３と、スプリングリテーナ２３を保持するスナップリング２５とを具えている。
【００１４】
シールリング１０は、円周方向に複数に分割された環状をなすものであって、内周部は回転軸２８の外周面と摺動してそれとの間をシールする１次シール部１１に形成され、軸方向の一端部はハウジング２の段部４の底面と接触してそれとの間をシールする２次シール部１２に形成されるようになっている。
【００１５】
シールリング１０の１次シール部１１及び２次シール部１２にはそれぞれ圧力バランス溝１３が設けられ、この圧力バランス溝１３によってシール装置１に半径方向、軸方向から作用する流体圧力のバランスをとることができるようになっている。
【００１６】
シールリング１０の外周面には環状の溝が設けられるとともに、この溝内には環状のエキステンションスプリング１７が装着され、このエキステンションスプリング１７の付勢力によってシールリング１０は半径方向内方に付勢されて、１次シール部１１が回転軸２８の外周面に接触するようになっている。
【００１７】
スプリングプレート１８は、シールリング１０よりも熱膨張係数が大きい金属材又は非金属材から形成されるものであって、シールリング１０の軸方向の他端面に設けられている環状の溝１４内に挿着される筒状の本体部１９と、本体部１９の一端に一体に形成される環状のフランジ部２０とから構成されている。この場合、本体部１９の外周面は全体がシールリング１０の溝１４の外周側の面に接触し、フランジ部２０の軸方向の一端面は全体がシールリング１０の軸方向の他端面に接触するようになっている。
【００１８】
スプリングプレート１８のフランジ部２０の軸方向の他端面には円周方向に向かって所定の間隔ごとに所定の深さの孔２１が設けられ、この孔２１内にコンプレッションスプリング２２の一端部が位置するようになっている。
【００１９】
ハウジング２の段部４の開口部側の内周面には環状の溝５が設けられ、この溝５内に環状のスプリングリテーナ２３がスナップリング２５を介して保持されるようになっている。
【００２０】
スプリングリテーナ２３の軸方向の一端面のスプリングプレート１８の孔２１に対向する部分にはそれぞれ所定の深さの孔２４が設けられ、この孔２４内にコンプレッションスプリング２２の他端部が位置するようになっている。
【００２１】
そして、このようにスプリングプレート１８とスプリングリテーナ２３との間にコンプレッションスプリング２２を装着することで、スプリングプレート１８を介してシールリング１０が軸方向に付勢され、シールリング１０の２次シール部１２がハウジング２の段部４の底面側に圧接されるものである。
【００２２】
ハウジング２の段部４の底面側にはローテーションロックピン２６が複数箇所に立設されるとともに、このローテーションロックピン２６の先端部はシールリング１０の一方の端面に設けられている溝１５内に係合されるようになっている。したがって、このローテーションロックピン２６によって回転軸２８の回転時に、シールリング１０、スプリングプレート１８等がハウジング２に対して相対的に回動するのを阻止することができるものである。
【００２３】
そして、回転軸２８の回転時に、エキステンションスプリング１７の付勢力によってシールリング１０が半径方向に付勢されて、シールリング１０の１次シール部１１が回転軸２８の外周面と摺動することによりそれとの間がシールされ、コンプレッションスプリング２２の付勢力によってシールリング１０が軸方向に付勢されて、シールリング１０の２次シール部１２がハウジング２の段部４の底面側に圧接されることによりそれとの間がシールされ、これにより回転体２８である回転軸２８と固定体２９との間がシールされるものである。
【００２４】
そして、シールリング１０が回転軸２８との摺動によって発熱したときには、その熱は金属製のエキステンションスプリング１７、ローテーションロックピン２６、ハウジング２に伝達されるとともに、金属材又は非金属材からなるスプリングプレート１８に伝達され、さらにその外側に位置しているコンプレッションスプリング２２にも伝達されることになる。
【００２５】
この場合、エキステンションスプリング１７、ローテーションロックピン２６、ハウジング２、コンプレッションスプリング２２のシールリング１０に対する接触面積は非常に小さいが、スプリングプレート１８のシールリング１０に対する接触面積は大きくとってあり、しかもスプリングプレート１８の熱膨張係数はシールリング１０よりも大きいので、シールリング１０の熱をスプリングプレート１８側に十分に伝達させて放出させることができることになる。したがって、シールリング１０の内部に熱がこもって熱的負荷が増加するようなことはなく、シールリング１０の摩耗が促進されたり、破損したりするようなことはなくなる。
【００２６】
さらに、スプリングプレート１８の熱膨張係数がシールリング１０よりも大きいことにより、スプリングプレート１８の全体がシールリング１０の熱を吸収して膨張変形したときに、スプリングプレート１８の本体部１９によってシールリング１０は径を大きくする方向に押し広げられて、１次シール部１１が回転軸２８から離間することになる。したがって、シールリング１０が回転軸２８との摺動によって発熱しても、一定の温度以上に上昇することはないので、シールリング１０の熱的な負荷が増加するのを阻止することができ、摩耗が促進されたり、破損したりするようなことはなくなる。
【００２７】
図５にはこの発明によるシール装置の他の実施の形態が示されていて、このシール装置１は、ハウジング２の軸方向の他端部に環状のフランジ部６を一体に設けるとともに、ハウジング２とシールリング１０との間にローテーションロックピン２６の代わりに金属製のガータースプリング２７を装着したものであって、その他の構成は前述した実施の形態に示すものと同様である。
【００２８】
フランジ部６には軸線方向に貫通するボルト挿通用の孔７が複数箇所に設けられ、これらの孔７内に挿通したボルト３１を固定体２９側に設けたねじ孔３０に螺合させて所定のトルクで締め付けることでハウジング２を固定体２９側に固定することができるものである。
【００２９】
ガータースプリング２７は、板状をなすものであって、シールリング１０の外周面に設けた環状の溝１６内に嵌合されるとともに、先端部がハウジング２の段部４の底面側に設けた孔８に係合され、これにより、シールリング１０、スプリングプレート１８等がハウジング２に対して相対的に回動するのを阻止することができるものである。ガータースプリング２７は、シールリング１０を半径方向内方に付勢する機能も兼ね備えている。
【００３０】
そして、上記のように構成したこの実施の形態によるシール装置１にあっても、前述した実施の形態に示すものと同様に、シールリング１０が回転軸２８との摺動によって発熱すると、その熱は金属製のエキステンションスプリング１７、ガータースプリング２７、ハウジング２に伝達されるとともに、金属材又は非金属材からなるスプリングプレート１８及びその外側のコンプレッションスプリング２２側に伝達されることになる。
【００３１】
この場合、エキステンションスプリング１７、ガータースプリング２７、ハウジング２のシールリング１０に対する接触面積は非常に小さいが、スプリングプレート１８のシールリング１０に対する接触面積は大きくとってあり、しかもスプリングプレート１８の熱膨張係数はシールリング１０よりも大きいので、シールリング１０の熱をスプリングプレート１８側に十分に伝達させて放出させることができることになる。したがって、シールリング１０の内部に熱がこもって熱的負荷が増加するようなことはなく、摩耗が促進されたり、破損したりするようなことはなくなる。
【００３２】
さらに、スプリングプレート１８の熱膨張係数がシールリング１０よりも大きいことにより、スプリングプレート１８の全体がシールリング１０の熱を吸収して膨張変形したときに、スプリングプレート１８の本体部１９によってシールリング１０は径を大きくする方向に押し広げられて、１次シール部１１が回転軸２８から離間することになる。したがって、シールリング１０が回転軸２８との摺動によって発熱しても、一定の温度以上に上昇することはないので、シールリング１０の熱的な負荷が増加するのが阻止されることになり、摩耗が促進されたり、破損したりするようなことはなくなる。
【００３３】
【発明の効果】
この発明は前記のように構成したことにより、シール部材が回転体との摺動によって発熱したときに、その熱は吸熱部材側に伝達されて放出されることになる。この場合、吸熱部材とシール部材との熱膨張係数の差により、シール部材の１次シール部が回転体から一時的に離間させられることになるので、シール部材の温度が一定以上に上昇するようなことはなく、シール部材の内部に熱がこもって熱的負荷が増加するようなことはない。したがって、シール部材の摩耗が促進されたり、破損したりするようなことはなく、寿命を大幅に高めることができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるシール装置の一実施の形態を示した概略断面図であって、シールリングの１次シール部が回転体側に接触している状態を示した説明図である。
【図２】シールリングの１次シール部が回転体から離間している状態を示した説明図である。
【図３】図１に示すもののシールリングと回転体との関係を示した説明図である。
【図４】図２に示すもののシールリングと回転体との関係を示した説明図である。
【図５】この発明によるシール装置の他の実施の形態を示した概略断面図であって、シールリングの１次シール部が回転体側に接触している状態を示した説明図である。
【図６】従来のシール装置の一例を示した概略断面図である。
【符号の説明】
１、３５……シール装置
２、３６……ハウジング
３、７、８、２１、２４……孔
４……段部
５、１４、１５、１６……溝
６……フランジ部
９、３７……シールリングキット
１０、３８……シール部材（シールリング）
１１、３９……１次シール部
１２、４０……２次シール部
１３……圧力バランス溝
１７、４１……エキステンションスプリング
１８……吸熱部材（スプリングプレート）
１９……本体部
２０……フランジ部
２２、４２……コンプレッションスプリング
２３、４４……スプリングリテーナ
２５、４５……スナップリング
２６、４３……ローテーションロックピン
２７……ガータースプリング
２８……回転体（回転軸）
２９……固定体
３０……ねじ孔
３１……ボルト
【図１】
0004616962.tif 000002
【図２】
0004616962.tif 000003
【図３】
0004616962.tif 000004
【図４】
0004616962.tif 000005
【図５】
0004616962.tif 000006
【図６】
0004616962.tif 000007