(57)【要約】【課題】メカニカルシールが設置されるスリーブをポンプ軸に容易に取り外し、および取り付けることができる軸封装置を提供する。【解決手段】軸封装置は、回転軸１に取り付けられるスリーブ３１と、スリーブ３１の外周面に取り付けられたメカニカルシール４０と、スリーブ３１に保持された環状のシール部材４５とを備える。スリーブ３１は、回転軸１の第１の外周面１Ａを囲む第１の内周面３２と、第１の外周面１Ａよりも小さい直径を有する回転軸１の第２の外周面１Ｂを囲む第２の内周面３３とを有する。第１の外周面１Ａ、第２の外周面１Ｂ、第１の内周面３２、および第２の内周面３３は、いずれも円筒面である。環状のシール部材４５が装着される環状溝３５が第１の内周面３２に形成されている。【選択図】図２
2017096374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられるスリーブと、
前記スリーブの外周面に取り付けられたメカニカルシールと、
前記スリーブに保持された環状のシール部材とを備え、
前記スリーブは、前記回転軸の第１の外周面を囲む第１の内周面と、前記第１の外周面よりも小さい直径を有する前記回転軸の第２の外周面を囲む第２の内周面とを有し、
前記第１の外周面、前記第２の外周面、前記第１の内周面、および前記第２の内周面は、いずれも円筒面であり、
前記環状のシール部材が装着される環状溝が前記第１の内周面に形成されていることを特徴とする軸封装置。
【請求項２】
前記ポンプ軸の軸方向に沿った前記第１の内周面の長さは、前記ポンプ軸の軸方向に沿った前記第２の内周面の長さよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。
【請求項３】
前記回転軸の前記第１の外周面と前記第２の外周面とを接続する段部は、前記第１の内周面と前記第２の内周面との境界部から軸方向に離れていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸封装置。
【請求項４】
前記回転軸の前記第１の外周面と前記第２の外周面とを接続する段部は、前記スリーブの前記第１の内周面の内側に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軸封装置。
【請求項５】
羽根車と、
前記羽根車が固定された回転軸と、
前記羽根車を収容するポンプケーシングと、
モータ軸を備えたモータと、
前記モータ軸と前記回転軸とを連結する軸継手と、
前記ポンプケーシングと前記回転軸との間の隙間を封止するための、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の軸封装置とを備えたことを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧の液体の漏洩を防止するための軸封装置に関する。また、本発明は、そのような軸封装置を備えたポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を圧送するためのポンプ装置は、高圧の液体の漏洩を防止するための軸封装置を備える。メカニカルシールは、そのような軸封装置の代表的な例である。メカニカルシールは、互いに摺接する回転側シール環と静止側シール環を備えるため、定期的な交換が必要とされる。従来のポンプ装置では、メカニカルシールを取り外すためには、まずモータとポンプとを連結する軸継手を取り外し、さらにモータを取り外す必要がある。
【０００３】
しかしながら、モータは重量物であるため、モータを取り外すときにクレーンなどの重機が必要な場合もある。そこで、モータを取り外すことなく、メカニカルシールを交換することを可能とするスペーサカップリングと呼ばれる軸継手がある。図５に示すように、このタイプの軸継手１００は、モータ軸１０１の端部とポンプ軸１０２の端部とが離れた状態で、これらモータ軸１０１およびポンプ軸１０２を連結するように構成されている。図５に示す軸継手１００は、軸方向に沿って分割された２つの部材１０５と、これら部材１０５を互いに固定する複数のねじ１０６を有している。図５では、２つの部材１０５のうちの１つのみが描かれている。
【０００４】
メカニカルシール１１０の交換は次のように行われる。まず、ねじ１０６を外して軸継手１００をモータ軸１０１およびポンプ軸１０２から取り外す。次いでメカニカルシール１１０をポンプ軸１０２に沿って持ち上げ、モータ軸１０１の端部とポンプ軸１０２の端部との間の隙間からメカニカルシール１１０を取り外す。
【０００５】
図６は、図５に示すメカニカルシール１１０の拡大図である。メカニカルシール１１０は、ポンプ軸１０２に着脱可能に固定されたスリーブ１２０に設置されている。スリーブ１２０には、スリーブ押え１２５が複数のねじ１２６によって固定されている。ねじ１２６の先端はスリーブ１２０を貫通して、ポンプ軸１０２を押し付けており、これらねじ１２６を締め付けることによって、スリーブ１２０はポンプ軸１０２に固定される。ポンプ軸１０２の外周面とスリーブ１２０の内周面との間にはＯリング１２１が配置されている。メカニカルシール１１０を交換するときは、ねじ１２６を取り外し、次いでメカニカルシール１１０とともに、スリーブ１２０およびＯリング１２１をポンプ軸１０２に沿って引き上げる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０４００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、Ｏリング１２１がポンプ軸１０２に密着した状態でスリーブ１２０を移動させるため、スリーブ１２０およびＯリング１２１を外すのに長い作業時間を要する。新しいメカニカルシールを取り付けるときにも、同様の問題が起こりうる。また、ポンプを長期間運転すると、Ｏリング１２１がポンプ軸１０２に固着していることがあり、メカニカルシール１１０を取り外す作業が困難であった。
【０００８】
特許文献１には、回転軸とスリーブとの境界面をそれぞれテーパ形状にし、この境界面に流体流路を通じて流体を供給することにより、スリーブの回転軸への組み込み、および取り外しを容易にするシール構造が開示されている。しかしながら、この特許文献１の構成では、回転軸とスリーブとの境界面をテーパ形状にする必要があり、製造コストが高くなる。
【０００９】
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものであり、メカニカルシールが設置されるスリーブをポンプ軸に容易に取り外し、および取り付けることができる軸封装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような軸封装置を備えたポンプ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】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、回転軸に取り付けられるスリーブと、前記スリーブの外周面に取り付けられたメカニカルシールと、前記スリーブに保持された環状のシール部材とを備え、前記スリーブは、前記回転軸の第１の外周面を囲む第１の内周面と、前記第１の外周面よりも小さい直径を有する前記回転軸の第２の外周面を囲む第２の内周面とを有し、前記第１の外周面、前記第２の外周面、前記第１の内周面、および前記第２の内周面は、いずれも円筒面であり、前記環状のシール部材が装着される環状溝が前記第１の内周面に形成されていることを特徴とする軸封装置である。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記ポンプ軸の軸方向に沿った前記第１の内周面の長さは、前記ポンプ軸の軸方向に沿った前記第２の内周面の長さよりも短いことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転軸の前記第１の外周面と前記第２の外周面とを接続する段部は、前記第１の内周面と前記第２の内周面との境界部から軸方向に離れていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転軸の前記第１の外周面と前記第２の外周面とを接続する段部は、前記スリーブの前記第１の内周面の内側に位置していることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の態様は、羽根車と、前記羽根車が固定された回転軸と、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、モータ軸を備えたモータと、前記モータ軸と前記回転軸とを連結する軸継手と、前記ポンプケーシングと前記回転軸との間の隙間を封止するための上記軸封装置とを備えたことを特徴とするポンプ装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転軸の第１の外周面と第２の外周面とを接続する回転軸の段部は、スリーブの内側に位置する。したがって、スリーブを環状のシール部材とともに引き上げたとき、環状のシール部材は、回転軸の第２の外周面に速やかに到達する。この第２の外周面は、第１の外周面よりも直径が小さいので、環状のシール部材が緩やかに第２の外周面に接した状態で、スリーブを引き上げることができる。したがって、短時間でかつ容易にスリーブおよび環状のシール部材を取り外すことができる。新たな環状のシール部材を回転軸に装着する場合も、環状のシール部材は、第２の外周面に密着しないので、回転軸に形成されたキー溝のエッジなどによる環状のシール部材へのダメージが防止され、環状のシール部材のシール性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るポンプ装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す軸封装置の拡大断面図である。
【図３】図２に示すポンプ軸を示す図である。
【図４】図２に示すスリーブを示す断面図である。
【図５】従来の軸継手を示す図である。
【図６】図５に示すメカニカルシールの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るポンプ装置を示す断面図である。図１に示すように、ポンプ装置は、回転軸であるポンプ軸１と、ポンプ軸１に固定された羽根車３と、羽根車３を収容するポンプケーシング５と、モータ軸６を有するモータ７と、モータ軸６とポンプ軸１とを連結する軸継手２０と、高圧の液体の漏洩を防止するための軸封装置３０とを備えている。ポンプケーシング５は、吸込口１２と吐出口１３とを有している。本実施形態では、ポンプ軸１およびモータ軸６は鉛直に配置されている。
【００１６】
モータ７が駆動されると、モータ７の回転は、モータ軸６から軸継手２０を介してポンプ軸１に伝達され、ポンプ軸１および羽根車３が回転する。羽根車３が回転すると、液体は吸込口１２を通ってポンプケーシング５内に流入し、羽根車３の回転に伴って昇圧される。昇圧された液体は、吐出口１３から吐き出される。
【００１７】
図１に示すように、軸継手２０は、モータ軸６に固定されたモータ側フランジ２１と、ポンプ軸１に固定されたポンプ側フランジ２２と、モータ側フランジ２１とポンプ側フランジ２２との間に配置されたスペーサ２３とを備えている。モータ側フランジ２１は、ねじ２４によってモータ軸６に取り外し可能に固定され、ポンプ側フランジ２２は、ねじ２５によってポンプ軸１に取り外し可能に固定されている。スペーサ２３は、複数のボルト２６によってモータ側フランジ２１とポンプ側フランジ２２に取り外し可能に連結されている。モータ軸６の端部６ａとポンプ軸１の端部１ａとが離れた状態でモータ軸６とポンプ軸１とを連結する軸継手２０は、スペーサカップリングとも呼ばれる。
【００１８】
軸封装置３０は、互いに摺接する部材を備えるため、定期的な交換が必要とされる。軸封装置３０の交換は、次のようにして行われる。まず、ボルト２６を外してスペーサ２３をモータ側フランジ２１とポンプ側フランジ２２から切り離し、次いでねじ２５を緩めてポンプ側フランジ２２をポンプ軸１から取り外す。次いで軸封装置３０をポンプ軸１に沿って持ち上げ、モータ軸６の端部６ａとポンプ軸１の端部１ａとの間の隙間から軸封装置３０を取り外す。そして、新しい軸封装置を、上記隙間からポンプ軸１に沿って下方に移動させる。次いで、ポンプ側フランジ２２をポンプ軸１に固定し、さらにスペーサ２３をモータ側フランジ２１とポンプ側フランジ２２に連結する。その後、軸封装置をポンプ軸１とポンプケーシング５に固定する。
【００１９】
軸封装置３０は、ポンプ軸１とポンプケーシング５との間の隙間を封止する装置である。図２は、図１に示す軸封装置３０の拡大断面図である。軸封装置３０は、ポンプ軸１に固定されたスリーブ３１と、スリーブ３１の外周面に取り付けられたメカニカルシール４０と、スリーブ３１に保持された環状のシール部材であるＯリング４５とを備えている。スリーブ３１は、全体として円筒形状を有しており、ポンプ軸（回転軸）１の外周面に嵌合している。メカニカルシール４０は、静止側シール環４１と、回転側シール環４２とを有している。
【００２０】
ポンプケーシング５には、シール保持部２８がねじ２９によって着脱可能に固定されている。静止側シール環４１は、シール保持部２８に保持されている。回転側シール環４２は、スリーブ３１の外周面に装着されている。回転側シール環４２は、スリーブ３１およびポンプ軸（回転軸）１とともに回転しながら、静止側シール環４１に接触する。このような静止側シール環４１および回転側シール環４２を備えたメカニカルシール４０としては、公知のものを使用することができる。
【００２１】
図３は、図２に示すポンプ軸１を示す図である。回転軸であるポンプ軸１は、第１の外周面１Ａと、第１の外周面１Ａよりも小さい直径を有する第２の外周面１Ｂと、第１の外周面１Ａと第２の外周面１Ｂとを接続する段部１Ｃとを有している。第２の外周面１Ｂは、ポンプ軸１の端部１ａ（図１参照）まで延びている。ポンプ軸１の第１の外周面１Ａおよび第２の外周面１Ｂは、いずれも円筒面である。段部１Ｃは、第１の外周面１Ａから第２の外周面１Ｂまで斜めに延びるテーパ面である。
【００２２】
図４は、図２に示すスリーブ３１を示す断面図である。スリーブ３１は、ポンプ軸１の第１の外周面１Ａを囲む第１の内周面３２と、ポンプ軸１の第２の外周面１Ｂを囲む第２の内周面３３とを有している。スリーブ３１の第１の内周面３２および第２の内周面３３は、いずれも円筒面である。第２の内周面３３は、第１の内周面３２の直径よりも小さい直径を有している。第１の内周面３２には環状溝３５が形成されており、Ｏリング４５は環状溝３５に装着されている。スリーブ３１の端部には、複数の通孔３６がスリーブ３１の周方向に沿って配列している。
【００２３】
図２に戻り、Ｏリング４５は、ポンプ軸１の第１の外周面１Ａとスリーブ３１の第１の内周面３２との間に配置されており、ポンプ軸１とスリーブ３１との間の隙間を封止している。Ｏリング４５および環状溝３５は、スリーブ３１の一方の端部に位置している。スリーブ３１の他方の端部には、スリーブ押え５０が複数のねじ５１によって固定されている。スリーブ押え５０は、スリーブ３１の外周面に沿って延びる環状の部材である。本実施形態では、スリーブ押え５０およびねじ５１は、スリーブ３１の上端に配置されている。各ねじ５１は、スリーブ押え５０に形成されたねじ穴５３に螺合され、ねじ５１の先端はスリーブ３１の通孔３６を貫通して、ポンプ軸１の第２の外周面１Ｂを押し付ける。複数のねじ５１を締め付けることによって、スリーブ３１はポンプ軸１に固定される。
【００２４】
ポンプ軸１の段部１Ｃは、スリーブ３１の内側に位置している。好ましくは、ポンプ軸１の段部１Ｃは、スリーブ３１の第１の内周面３２の内側に位置している。本実施形態では、ポンプ軸１の軸方向に沿った第１の内周面３２の長さＬ１は、ポンプ軸１の軸方向に沿った第２の内周面３３の長さＬ２よりも短い。ポンプ軸１の第１の外周面１Ａと第２の外周面１Ｂとを接続する段部１Ｃは、スリーブ３１の第１の内周面３２と第２の内周面３３との境界部３８から軸方向に離れており、上記段部１Ｃは、境界部３８と環状溝３５との間に位置している。ポンプ軸１の段部１Ｃは、環状溝３５の近傍に位置していることが好ましい。環状溝３５の縁から段部１Ｃまでの距離は、環状溝３５の軸方向の幅に等しいか、それよりも短いことが好ましい。
【００２５】
軸封装置３０を交換するときは、まず、先に説明したように、図１に示す軸継手２０のスペーサ２３およびポンプ側フランジ２２を取り外す。次いで、図２に示すねじ５１を緩めてスリーブ押え５０を取り外し、さらにねじ２９を取り外してシール保持部２８を取り外す。そして、スリーブ３１、Ｏリング４５、およびメカニカルシール４０をポンプ軸１に沿って引き上げて、ポンプ軸１から取り外す。
【００２６】
本実施形態によれば、ポンプ軸１の段部１Ｃがスリーブ３１の内側に存在するので、スリーブ３１をＯリング４５とともに引き上げたとき、Ｏリング４５は、ポンプ軸１の第２の外周面１Ｂに速やかに到達する。この第２の外周面１Ｂは、第１の外周面１Ａよりも直径が小さいので、Ｏリング４５が緩やかに第２の外周面１Ｂに接した状態で、スリーブ３１を引き上げることができる。したがって、短時間でかつ容易にスリーブ３１およびＯリング４５を取り外すことができる。新たなＯリング４５をポンプ軸１に装着する場合も、Ｏリング４５は、第２の外周面１Ｂに密着しないので、ポンプ軸１に形成されたキー溝のエッジなどによるＯリング４５へのダメージが防止され、Ｏリング４５のシール性能の低下を防止することができる。
【００２７】
Ｏリング４５が、ポンプ軸１の第１の外周面１Ａ上でできるだけ滑らかに移動できるように、第１の外周面１Ａを鏡面加工することが好ましい。この場合でも、第１の外周面１Ａの軸方向の長さが短いので、鏡面加工する面積が小さく、加工コストを小さくできる。
【００２８】
環状のシール部材はＯリング４５に限定されず、他の構造および／または形状を有するシールを用いてもよい。また、上述したポンプ装置は、１つの羽根車３のみを有する単段ポンプ装置であるが、本発明は、複数の羽根車を有した多段ポンプ装置にも同様に適用することができる。
【００２９】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００３０】
１      ポンプ軸（回転軸）
１Ａ    第１の外周面
１Ｂ    第２の外周面
１Ｃ    段部
３      羽根車
５      ポンプケーシング
６      モータ軸
７      モータ
１２      吸込口
１３      吐出口
２０      軸継手
２１      モータ側フランジ
２２      ポンプ側フランジ
２３      スペーサ
３０      軸封装置
３１      スリーブ
３２      第１の内周面
３３      第２の内周面
３５      環状溝
３６      通孔
４０      メカニカルシール
４１      静止側シール環
４２      回転側シール環
４５      Ｏリング（環状のシール部材）
５０      スリーブ押え
５１      ねじ
【図１】
2017096374.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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