(57)【要約】  回転軸を有する機器に用いられ、流体が流れる空間から流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の漏れを確実に防止できるシール装置を提供する。  回転軸２を有する機器に用いられ、流体が流れる空間と流体に対して脆弱な装置を収容する空間Ｓ１とを密封するシール装置１であって、シール装置１は、流体が流れる空間側に配置され、回転軸２に備えられた回転密封環１２と、機器に固に備えられた静止密封環１７と、回転密封環１２と静止密封環１７とを対向方向に付勢する付勢手段１８とを有して、流体が流れる空間からの流体の漏れを抑制するメインシール１５と、流体に対して脆弱な装置を収容する空間Ｓ１側に配置され、メインシール１５と異なる位置で回転軸２側の部材に摺接して、流体に対して脆弱な装置を収容する空間Ｓ１への流体の侵入を防止する補助シール１６と、を備える。
2019151100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有する機器に用いられ、流体が流れる空間と流体に対して脆弱な装置を収容する空間とを密封するシール装置であって、
前記シール装置は、
前記流体が流れる空間側に配置され、前記回転軸に備えられた回転密封環と、前記機器に備えられた静止密封環と、前記回転密封環と前記静止密封環とを対向方向に付勢する付勢手段とを有して、前記流体が流れる空間からの流体の漏れを抑制するメインシールと、
前記流体に対して脆弱な装置を収容する空間側に配置され、前記メインシールと異なる位置で前記回転軸側の部材に摺接して、前記流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の侵入を防止する補助シールと、
を備えることを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記補助シールは、前記回転密封環と、前記メインシールの静止密封環とは異なり前記機器に固定された補助シールを構成する静止密封環と、前記回転密封環と前記補助シールを構成する静止密封環とを対向方向に付勢する付勢手段とを有して構成される請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記メインシールの付勢手段と、前記補助シールの付勢手段と、は別体に形成されており、前記補助シールの付勢手段は前記メインシールの付勢手段に比べて付勢力が小さい請求項２に記載のシール装置。
【請求項４】
前記補助シールの前記静止密封環及び前記回転密封環との少なくともいずれか一方の摺接面に前記脆弱な装置を収容する空間側から前記流体が流れる空間側に被密封流体を方向付けるポンピング溝が形成されている請求項２または３に記載のシール装置。
【請求項５】
前記シール装置は、内壁部と外壁部とを有する環状のケース体を備え、該ケース体の前記内壁部と前記外壁部との間に、前記メインシールを構成する静止密封環と付勢手段と前記補助シールを構成する静止密封環と付勢手段とが保持されている請求項２ないし４のいずれかに記載のシール装置。
【請求項６】
前記回転密封環には、前記メインシールの前記静止密封環と摺接する摺接面と、前記補助シールの前記静止密封環と摺接する摺接面と、の間に軸方向に凹む凹部が形成されている請求項２ないし５のいずれかに記載のシール装置。
【請求項７】
前記メインシールと前記補助シールとの間には空間が形成されており、該空間には前記機器の外部に貫通するドレン孔が形成されている請求項１ないし６のいずれかに記載のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を有する機器に用いられ、流体が流れる空間と流体に対して脆弱な装置を収容する空間とを密封するシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコンや車等は、回転軸から伝達される駆動力を用いて動作しており、この回転軸を備えるものとして、例えば電動機がある。電動機は、回転軸に取り付けられたロータと、ロータの外周に配置されるステータと、回転軸を軸支するとともにロータ及びステータを収容する空間を有するケースとを備えている。ロータ及びステータの少なくともいずれか一方は、コイルを巻いて構成される電磁石となっており、通電により磁力を発生させてロータとともに回転軸が回転するようになっている。【０００３】
ところで、電動機の駆動時には、コイルへの通電や、回転軸と軸受との摺接により発熱し、電動機の温度が上昇する。そのため、電動機を冷却して、発熱による電動機の効率低下や故障を防いでいる。例えば、特許文献１に示される電動機は、回転軸の内側が中空となっており、この回転軸の内部空間には、回転軸の内径よりも小径のパイプが配置されている。パイプには、電動機の外部に設置された冷媒槽からポンプにより冷媒が送り込まれる。冷媒はパイプの内部を通り、パイプの先端から回転軸の内部とパイプの外部との間に構成される流路に流れ込んだ後、流路を通って冷媒槽に返される。このように、回転軸とパイプとの間で構成される流路に冷媒を流すことで回転軸と軸受との摺接部分を冷却するとともに、回転軸を介してロータを冷却することができる。【０００４】
特許文献１では、シール装置としてメカニカルシールを用いて、回転軸の内部空間から、回転軸と電子・電気機器であるロータやステータ等を収容する空間への流体の漏れを防ぎ、該空間に配置される流体に対して脆弱な装置を保護している。メカニカルシールは、回転軸の端部に固定される回転密封環と、電動機を構成するケースに固定される静止密封環とを備えている。静止密封環は付勢手段により軸方向に付勢されており、静止密封環の摺接面と回転密封環の摺接面とが摺接し、回転軸の内部空間から流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の漏れを防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０５０５３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１のメカニカルシールにあっては、回転密封環と静止密封環との間から流体が漏れる虞があり、流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の侵入を阻止するのに十分とはいえない。【０００７】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、回転軸を有する機器に用いられ、流体が流れる空間から流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の漏れを確実に防止できるシール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】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明のシール装置は、
回転軸を有する機器に用いられ、流体が流れる空間と流体に対して脆弱な装置を収容する空間とを密封するシール装置であって、
前記シール装置は、
前記流体が流れる空間側に配置され、前記回転軸に備えられた回転密封環と、前記機器に備えられた静止密封環と、前記回転密封環と前記静止密封環とを対向方向に付勢する付勢手段とを有して、前記流体が流れる空間からの流体の漏れを抑制するメインシールと、
前記流体に対して脆弱な装置を収容する空間側に配置され、前記メインシールと異なる位置で前記回転軸側の部材に摺接して、前記流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の侵入を防止する補助シールと、
を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、メインシールでは、静止密封環の摺接面と回転密封環の摺接面とが摺接し、流体が流れる空間からの流体の漏れが効果的に抑制されている。加えて、補助シールにより流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の侵入が防止されていることから、仮にメインシールから流体が漏れた場合であっても、補助シールが機能することで、メインシールから漏れ出た流体が流体に対して脆弱な装置を収容する空間側へ侵入することが防止されるため、流体が流れる空間から流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の漏れを確実に防止できる。【０００９】
好適には、前記補助シールは、前記回転密封環と、前記メインシールの静止密封環とは異なり前記機器に固定された補助シールを構成する静止密封環と、前記回転密封環と前記補助シールを構成する静止密封環とを対向方向に付勢する付勢手段とを有して構成される。
これによれば、付勢手段により回転密封環と補助シールを構成する静止密封環とが対向方向に付勢される構成を補助シールに採用することにより、回転駆動する回転軸に対する密封能力を維持でき、流体が流れる空間から流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の漏れを確実に防止できる。また、同じ回転密封環を用いるためシール装置の構造が簡素となる。【００１０】
好適には、前記メインシールの付勢手段と、前記補助シールの付勢手段と、は別体に形成されており、前記補助シールの付勢手段は前記メインシールの付勢手段に比べて付勢力が小さい。
これによれば、流体が流れる空間に面して冷媒が摺接面に供給されるメインシールに対して、摺接面に流体が常時供給されない補助シールの付勢手段の付勢力を小さくすることで、補助シールの静止密封環による回転軸の回転駆動への抵抗を抑制することができる。【００１１】
好適には、前記補助シールの前記静止密封環及び前記回転密封環との少なくともいずれか一方の摺接面に前記脆弱な装置を収容する空間側から前記流体が流れる空間側に被密封流体を方向付けるポンピング溝が形成されている。
これによれば、ポンピング溝により、回転軸の回転駆動に伴い、流体に対して脆弱な装置を収容する空間の外方に流体を押し出すことができ、当該空間への流体の侵入を効果的に阻止することができる。【００１２】
好適には、前記シール装置は、内壁部と外壁部とを有する環状のケース体を備え、該ケース体の前記内壁部と前記外壁部との間に、前記メインシールを構成する静止密封環と付勢手段と前記補助シールを構成する静止密封環と付勢手段とが保持されている。
これによれば、メインシールを構成する静止密封環と付勢手段と、補助シールを構成する静止密封環と付勢手段とをケース体によりユニット化でき、機器への取付けが容易となる。【００１３】
好適には、前記回転密封環には、前記メインシールの前記静止密封環と摺接する摺接面と、前記補助シールの前記静止密封環と摺接する摺接面と、の間に軸方向に凹む凹部が形成されている。
これによれば、メインシールの静止密封環と回転密封環との摺接箇所から漏れ出た流体の圧力が凹部にて開放されるため、補助シールの静止密封環と回転密封環との摺接箇所から侵入しようとする流体の圧力を弱め、流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の侵入を効果的に阻止することができる。【００１４】
好適には、前記メインシールと前記補助シールとの間には空間が形成されており、該空間には前記機器の外部に貫通するドレン孔が形成されている。
これによれば、メインシールと補助シールとの間に形成された空間から流体を機器の外部に排出することで、流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の侵入を効果的に阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１におけるシール装置が適用される電動機を示す断面図である。
【図２】同じくシール装置を詳細に示す拡大断面図である。
【図３】（ａ）はケース体にメインシールを構成する部材を組み付ける前の状態を、（ｂ）は組み付けた状態をそれぞれ示す図である。
【図４】（ａ）はケース体に補助シールを構成する部材を組み付けた状態を、（ｂ）シールユニットをハウジングに組み付けた状態をそれぞれ示す図である。
【図５】本発明の実施例２におけるシール装置を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例３におけるシール装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るシール装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
【実施例１】
【００１７】
実施例１に係るシール装置につき、図１から図４を参照して説明する。【００１８】
図１に示されるように、本実施例におけるシール装置１は、冷媒流路に冷媒を流して冷却可能な電動機Ｍに用いられる。まず電動機Ｍについて説明する。電動機Ｍは、回転軸２と、回転軸２に固定され回転軸２と共に回転するロータ３と、ロータ３の外周に径方向に離間して配置される環状のステータ４と、ロータ３及びステータ４を収容するハウジング５とを備えている。ロータ３は、コイルを巻いて構成される電磁石であり、ステータ４は永久磁石である。図示しない電源からロータ３を構成するコイルに通電することにより磁力が発生し、ロータ３と、ロータ３に固定された回転軸２とが一体で回転するようになっている。【００１９】
ハウジング５は鉄等の磁性体で形成され、回転軸２はステンレス等の非磁性体で形成されている。ハウジング５は、回転軸２の軸方向に３分割されており、これら分割体５Ａ，５Ｂ，５Ｃが外周の溶接部３９で溶接固定され密閉状態とされている。【００２０】
ハウジング５は、略円筒状に形成されハウジング５の外周面及び内周面を構成する周壁部５ａと、略円板状に形成されハウジング５の両側壁を構成する支持壁部５ｂ，５ｃとを備えており、分割体５Ｂがハウジング５の周壁部５ａを、分割体５Ａがハウジング５の支持壁部５ｂを、分割体５Ｃがハウジング５の支持壁部５ｃを、それぞれ構成している。尚、ハウジング５は、このように分割体５Ａ〜５Ｃがそれぞれ周壁部５ａと支持壁部５ｂ，５ｃとを構成する分割構造に限らない。【００２１】
支持壁部５ｂの径方向の中心には軸方向に貫通する貫通孔８が形成されている。周壁部５ａの内周面には、固定手段９によりステータ４が固定されている。ステータ４の内側にはベアリング１０が取付けられており、ベアリング１０を介してステータ４にロータ３が軸支されている。ロータ３の内側には回転軸２が固定されている。【００２２】
回転軸２は、一方端側に開口する空間２ａを備えている。回転軸２の空間２ａ内には、導通管１１が挿入配置されている。導通管１１は回転軸２の内径より小径の外径を備え、かつ軸方向の両端に貫通する中空部１１ａを備えている。また、導通管１１は、軸方向の一方側が空間２ａ内に配置され、その端部１１ｂが空間２ａの奥端面２ｂと離間して配置され、軸方向の他方側が回転軸２の開口端部２ｃから突出し、空間２ａの外部に延びて配置されており、図示しない支持手段により回転軸２と同芯に支持されている。【００２３】
図２に示されるように、回転軸２の開口端部２ｃには、回転密封環１２が固定されている。詳しくは、回転軸２の開口端部２ｃには内径側に窪みを有する段部２ｄが形成されており、この段部２ｄに回転密封環１２の軸方向の一方端部に軸方向に延びるように突設された環状の突条１２ｅが挿入配置されている。段部２ｄと突条１２ｅとの間には、環状のシール部材１３が配置されており、回転軸２の開口端部２ｃと回転密封環１２との間が密閉状態とされている。【００２４】
ハウジング５の支持壁部５ｂである分割体５Ａは、略有底円筒状であって、上述した貫通孔８が形成された円環板状の底板部５ｆと底板部５ｆの外径側から軸方向に延びる円周部５ｅとから形成されている。この分割体５Ａに、回転密封環１２とともにシール装置１を構成するシールユニット１４が配置固定されている。また、底板部５ｆの軸方向の端面５ｈには、環状溝５ｇが形成され、この環状溝５ｇに配置された環状のシール部材３０により、支持壁部５ｂとシールユニット１４を構成するケース体２５の底面部２５ａとの間が密閉状態とされている。【００２５】
シール装置１は、冷媒が流れる冷媒流路（後述する空間Ｓ３，Ｓ４）と、冷媒に対して脆弱な電子機器であるロータ３やステータ４を収容する空間Ｓ１とを密閉状態に区画するものである。また、シール装置１は、回転軸２の軸封をするものであって、シール装置１を構成する静止密封環１７，２１の摺接面１７ａ，２１ａと回転密封環１２の摺接面１２ａ，１２ｂをシール面として、高圧の冷媒が流れる冷媒流路である内周側から、低圧の大気側に位置し冷媒に対して脆弱な電子機器であるロータ３やステータ４を収容する外周側の空間Ｓ１へ向かって漏れようとする液体をシールする形式であって、静止密封環１７，２１を軸方向に付勢する付勢手段１８，２２がハウジング５側に設けられた形式のアウトサイド・静止型のメカニカルシールである。【００２６】
静止側に設けられるシールユニット１４は、メインシール１５を構成する静止密封環１７と補助シール１６を構成する静止密封環２１と備えている。メインシール１５は、静止密封環１７と環状の押しバネである付勢手段１８とゴムベローズ１９と環状の保持部材２０（２８，２９）と回転密封環１２とを備えて構成されている。補助シール１６は、静止密封環２１と環状の押しバネである付勢手段２２とゴムベローズ２３と環状の保持部材２４（３１，３２）と回転密封環１２とを備えて構成されている。【００２７】
ケース体２５は、金属板をプレス加工により形成されたものであって、円環板状の底面部２５ａと、底面部２５ａの内径側から軸方向に延びる円筒状の内壁部２６と、底面部２５ａの外径側から軸方向に延びる円筒状の外壁部２７とから構成され、断面視略コ字状に形成されている。【００２８】
保持部材２０は、シールユニット１４を構成する環状のケース体２５の内壁部２６の外側に配置され、保持部材２０と内壁部２６との間にメインシール１５を構成する静止密封環１７と付勢手段１８とゴムベローズ１９とが径方向に挟まれて保持されている。保持部材２０は、Ｓ字形状に形成され、太径部２８の内径側に静止密封環１７が配置され、小径部２９の外径側に付勢手段１８が配置されており、付勢手段１８により保持部材２０とともに静止密封環１７が回転密封環１２に向けて付勢されている。【００２９】
保持部材２０の太径部２８の端部には折返片２８ａが形成され、折返片２８ａは静止密封環１７の摺接面１７ａ側に形成された段部１７ｂに軸方向に重なるように位置しており、静止密封環１７の軸方向の抜け止めとして機能している。【００３０】
ゴムベローズ１９は、保持部材２０の内径側に、保持部材２０の面形状に沿って配置されている。これによれば、ゴムベローズ１９により、保持部材２０の小径部２９の端部に形成された折返片２９ａとケース体２５の底面部２５ａとの間、小径部２９とケース体２５の内壁部２６との間、がそれぞれ密閉状態とされている。【００３１】
また、ゴムベローズ１９は、保持部材２０の太径部２８側において、静止密封環１７の軸方向における摺接面１７ａの反対側の面１７ｃに向けて突出する突条部１９ａを備え、突条部１９ａが静止密封環１７の面１７ｃに圧接されることで、この箇所が密閉状態とされている。さらに、ゴムベローズ１９の軸方向における回転密封環１２側の端部１９ｂが保持部材２０の太径部２８の端部の折返片２８ａと静止密封環１７の段部１７ｂとの間に介在しており、この箇所が密閉状態とされている。このように、静止密封環１７の摺接面１７ａ以外の箇所を通って後述するメインシール１５と補助シール１６との間に形成された空間Ｓ２への冷媒の侵入が防止されている。【００３２】
保持部材２４は、シールユニット１４を構成する環状のケース体２５の外壁部２７の内側に配置され、保持部材２４と外壁部２７との間に補助シール１６を構成する静止密封環２１と付勢手段２２とゴムベローズ２３とが径方向に挟まれて保持されている。保持部材２４は、Ｓ字形状に形成され、小径部３１の内径側に静止密封環２１が配置され、太径部３２の外径側に付勢手段２２が配置されており、付勢手段２２により保持部材２４とともに静止密封環２１が回転密封環１２に向けて付勢されている。【００３３】
保持部材２４の小径部３１の端部には折返片３１ａが形成され、折返片３１ａは静止密封環２１の摺接面２１ａ側に形成された段部２１ｂに軸方向に重なるように位置しており、静止密封環２１の軸方向の抜け止めとして機能している。【００３４】
ゴムベローズ２３は、保持部材２４の外径側に、保持部材２４の面形状に沿って配置されている。これによれば、ゴムベローズ２３により、保持部材２４の太径部３２の端部に形成された折返片３２ａとケース体２５の底面部２５ａとの間、太径部３２とケース体２５の外壁部２７との間、がそれぞれ密閉状態とされている。【００３５】
また、ゴムベローズ２３は、保持部材２４の小径部３１側において、静止密封環２１の軸方向における摺接面２１ａの反対側の面２１ｃに向けて突出する突条部２３ａを備え、突条部２３ａが静止密封環２１の面２１ｃに圧接されることで、この箇所が密閉状態とされている。さらに、ゴムベローズ２３の軸方向における回転密封環１２側の端部２３ｂが保持部材２４の小径部３１の端部の折返片３１ａと静止密封環２１の段部２１ｂとの間に介在しており、この箇所が密閉状態とされている。このように、後述するメインシール１５と補助シール１６との間に形成された空間Ｓ２から静止密封環２１の摺接面２１ａ以外の箇所を通って空間Ｓ１へ冷媒が侵入することが防止されている。【００３６】
上記したように、メインシール１５を構成するゴムベローズ１９と、補助シール１６を構成するゴムベローズ２３とは、断面視において対称のＳ字形状である保持部材２０と保持部材２４にてケース体２５内に対称配置されており、ケース体２５の内壁部２６側と外壁部２７側とにそれぞれ接触して密封しているため、静止密封環１７の摺接面１７ａ及び静止密封環２１の摺接面２１ａ以外からのケース体２５の内側における空間Ｓ２内への冷媒の侵入を効果的に防止できる。【００３７】
回転密封環１２には、メインシール１５の静止密封環１７の摺接面１７ａと摺接する摺接面１２ａと、補助シール１６の静止密封環２１の摺接面２１ａと摺接する摺接面１２ｂとを備え、これら摺接面１２ａと摺接面１２ｂとの間に軸方向に凹む凹部１２ｃが形成されている。【００３８】
続いて、図３（ａ），（ｂ）と図４（ａ），（ｂ）とを用いて、シールユニット１４の組み立て手順、及びシールユニット１４の電動機Ｍへの組み付け手順について説明する。図３（ａ），（ｂ）に示されるように、ケース体２５の内壁部２６の外側にメインシール１５を構成する静止密封環１７と付勢手段１８とゴムベローズ１９と保持部材２０とを組み付ける。続いて図４（ａ）に示されるように、ケース体２５の外壁部２７の内側に補助シール１６を構成する静止密封環２１と付勢手段２２とゴムベローズ２３と保持部材２４とを組み付ける。最後に図４（ｂ）に示されるように、ユニット化されたシールユニット１４をハウジング５の支持壁部５ｂ（分割体５Ａ）に配置固定する。尚、ケース体２５へメインシール１５を構成する部材と補助シール１６を構成する部材とを組み付ける順番は上記の逆でもよい。【００３９】
上記したように、メインシール１５により、冷媒が流れる冷媒流路とメインシール１５の外側とが密閉状態に区画され、かつ補助シール１６によりメインシール１５の外側とロータ３やステータ４を収容する空間Ｓ１とが密閉状態に区画され、これらメインシール１５と補助シール１６との間に、空間Ｓ２が形成される。空間Ｓ２は、シールユニット１４を構成するケース体２５と回転密封環１２とで囲まれている。【００４０】
図１に示されるように、電動機Ｍの外部には冷媒槽３５が設置されており、冷媒槽３５の内部に通じる吸入路３６と導通管１１とが接続されている。ハウジング５に形成された貫通孔８と導通管１１との間に形成された開口部３７は、排出路３８と連通しており、排出路３８から排出された冷媒は、冷媒槽３５に返される。【００４１】
回転軸２と導通管１１との間には、空間Ｓ３が形成されている。回転軸２と回転密封環１２との間に配置されたシール部材１３の内周面１３ａと、回転密封環１２の内周面１２ｄと、シールユニット１４を構成するケース体２５の内壁部２６の内周面２６ａと、内壁部２６より回転密封環１２側に露出したメインシール１５の静止密封環１７の内周面１７ｄと、は導通管１１側に露出しており、貫通孔８の内周面とともに、回転軸２のシールユニット１４側の端部から開口部３７にかけて空間Ｓ４を形成している。【００４２】
上記したように、電動機Ｍにおける冷媒流路は、導通管１１の中空部１１ａ、導通管１１の端部１１ｂと回転軸２の空間２ａの奥端面２ｂとの間、空間Ｓ３、空間Ｓ４、から構成されている。【００４３】
冷媒槽３５内の冷媒はポンプＰにより吸入路３６を通して導通管１１の中空部１１ａに送り込まれる。中空部１１ａに送り込まれた冷媒は、導通管１１の端部１１ｂと回転軸２の空間２ａの奥端面２ｂとの間を通って回転軸２と導通管１１との間に形成された空間Ｓ３に流れ込み、空間Ｓ３を軸方向に流れた後、空間Ｓ４を介して、貫通孔８と導通管１１との間に形成された開口部３７から排出路３８を通り冷媒槽３５に返される。【００４４】
空間Ｓ３を通過する冷媒により回転軸２が冷却され、この回転軸２の冷却により回転軸２に固定されたロータ３が冷却される。また、回転軸２の軸受として機能し、摺接する部分であるベアリング１０，１０もそれぞれ冷却される。さらに、回転軸２の周囲の空間、即ちロータ３とステータ４とが収容される空間が冷却されることで、間接的に通電時に発熱するステータ４を冷却することができる。言い換えると、電動機Ｍの駆動時において発熱の可能性のある部分を効果的に冷却することができる。【００４５】
上記したように、シール装置１は、冷媒が流れる空間である冷媒流路と冷媒に対して脆弱な装置を収容する空間Ｓ１との間において、冷媒を基準として上流側にメインシール１５を備え、メインシール１５より下流側に補助シール１６を備えている。そのため、メインシール１５では、静止密封環１７の摺接面１７ａと回転密封環１２の摺接面１２ａとが摺接し、冷媒が流れる空間である冷媒流路からの冷媒の漏れが効果的に防がれている。加えて、補助シール１６により冷媒に対して脆弱な装置を収容する空間Ｓ１への冷媒の侵入が防止されていることから、仮にメインシール１５から冷媒が漏れた場合であっても、漏れ出た冷媒が補助シール１６により空間Ｓ１側に漏れず、冷媒流路から空間Ｓ１への冷媒の漏れを確実に防止できる。【００４６】
また、補助シール１６はメインシール１５の外径側に配置されるメカニカルシールであるため、回転駆動する回転軸２に対する密封能力を維持でき、冷媒流路から空間Ｓ１への冷媒の漏れを確実に防止できる。【００４７】
また、メインシール１５の付勢手段１８と、補助シール１６の付勢手段２２と、は別体に形成されており、補助シール１６の付勢手段２２はメインシール１５の付勢手段１８に比べて付勢力が小さくなっている。これによれば、冷媒流路に面して冷媒が静止密封環１７の摺接面１７ａと回転密封環の摺接面１２ａとの間に供給されるメインシール１５に対して、静止密封環２１の摺接面２１ａと回転密封環の摺接面１２ｂとの間に冷媒が常時供給されない補助シール１６の付勢手段２２の付勢力を小さくすることで、補助シール１６の静止密封環２１と回転密封環の摺接面１２ｂとの間に生じる摩擦による回転軸２の回転駆動への抵抗を抑制することができる。さらに、静止密封環２１の摺接面２１ａと回転密封環の摺接面１２ｂとの摩耗を抑制することができる。【００４８】
また、ハウジング５の支持壁部５ｂには、外部に貫通するドレン孔５ｊ（図１参照）が形成されており、ドレン孔５ｊは排出路３８に連通している。そのため、メインシール１５と補助シール１６との間に形成された空間Ｓ２から冷媒を電動機Ｍの外部に排出することで、空間Ｓ２と補助シール１６を介して隣り合う空間Ｓ１への冷媒の侵入を効果的に阻止することができる。【００４９】
また、メインシール１５を構成する静止密封環１７と付勢手段１８と、補助シール１６を構成する静止密封環２１と付勢手段２２とが、ケース体２５によりユニット化されているため、機器組込み工程数が半減され、電動機Ｍへの取付けが容易である。【００５０】
また、回転密封環１２には、メインシール１５の静止密封環１７の摺接面１７ａと摺接する摺接面１２ａと、補助シール１６の静止密封環２１の摺接面２１ａと摺接する摺接面１２ｂと、の間に軸方向に凹む凹部１２ｃが形成されている。これによれば、仮にメインシール１５の摺接面１７ａと回転密封環１２の摺接面１２ａとの摺接箇所から空間Ｓ２内に漏れ出た冷媒の圧力が凹部１２ｃにて一旦開放されるため、補助シール１６の静止密封環２１の摺接面２１ａと回転密封環１２の摺接面１２ｂとの摺接箇所から空間Ｓ１へ侵入しようとする冷媒の圧力が弱まり、空間Ｓ１への冷媒の侵入を効果的に阻止される。【００５１】
また、シール装置１は、メインシール１５の静止密封環１７と補助シール１６の静止密封環２１とが同じ回転密封環１２に対して径方向においてそれぞれ摺接する構成であることから、シール装置１の軸方向における寸法が小さく、コンパクト化できる。さらに、メインシール１５を構成する静止密封環１７とゴムベローズ１９と、補助シール１６を構成する静止密封環２１とゴムベローズ２３とは、断面視において対称のＳ字形状である保持部材２０と保持部材２４にてケース体２５内に対称配置されており、それぞれの付勢手段１８,２２を配置する空間として、保持部材２０と保持部材２４の径方向の間を共用する構成であるため、径方向にもコンパクト化が可能であり、かつ対称形状の構造を採用することでコストを低減することができる。【００５２】
尚、メインシール１５と補助シール１６の回転密封環１２に対する摺接面１７ａ，２１ａが軸方向に同位置となっているが、これに限らず、軸方向に異なる位置にそれぞれの摺接面が配置されていてもよい。また、補助シール１６を構成する静止密封環２１の摺接面は回転密封環１２の外周面と摺接する構成であってもよい。
【実施例２】
【００５３】
次に、実施例２に係るシール装置につき、図５を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。【００５４】
図５に示されるように、補助シール１６の静止密封環４１には、回転密封環１２の摺接面１２ａとの摺接面４１ａに、冷媒を吸い込む方向に作用する吸入ポンピング溝４２Ａと冷媒を吐き出す方向に作用する吐出ポンピング溝４２Ｂとが形成されている。【００５５】
これによれば、回転軸２の回転駆動に伴い、吸入ポンピング溝４２Ａにより冷媒流路から空間Ｓ２に漏れ出た冷媒を静止密封環４１の摺接面４１ａと回転密封環１２の摺接面１２ａとの間に冷媒を吸い込み、液膜を形成し、低摩擦化させることができる。一方、吐出ポンピング溝４２Ｂにより冷媒に対して脆弱な装置を収容する空間Ｓ１の外方、即ち空間Ｓ２に冷媒を押し出すことができ、当該空間Ｓ１への流体の侵入を効果的に阻止することができる。【００５６】
尚、吸入ポンピング溝と吐出ポンピング溝とは、回転密封環１２の摺接面１２ａに形成されてもよい。【００５７】
さらに、補助シール１６の静止密封環４１に吐出ポンピング溝４２Ｂのみを形成したものであってもよい。
【実施例３】
【００５８】
次に、実施例３に係るシール装置につき、図６を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。【００５９】
図６に示されるように、シール装置５１は、メインシール５５と補助シール５６とから構成されている。メインシール５５は、回転軸５２の開口端部５２ｃに固定された回転密封環６２の摺接面６２ａに摺接する摺接面５７ａを備える静止密封環５７、付勢手段５４、ゴムベローズ５３、保持部材６０、ケース体６５、とから構成されるメカニカルシールである。【００６０】
補助シール５６は、ハウジング７０の内側に取付けられており、ゴム状弾性体により環状に形成され、内径側にリップ部６３が形成され、外径側に円筒部６４が形成され、内部に断面視Ｌ字状の保持環６６がインサート成形されることにより形成されており、リップ部６３が回転軸５２の外周面５２ｄに摺接するリップシールである。【００６１】
これによれば、メカニカルシールであるメインシール５５により冷媒が流れる空間である冷媒流路からの冷媒の漏れが効果的に防がれ、補助シール５６により仮にメインシール５５から冷媒が漏れた場合であっても、漏れ出た冷媒が補助シール５６により空間Ｓ１側に漏れず、冷媒流路から空間Ｓ１への冷媒の漏れを確実に防止できる。また補助シール５６を比較的安価なリップシールで構成することができる。【００６２】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。【００６３】
例えば、前記実施例においてシール装置１は、アウトサイド・静止型のメカニカルシールを例に説明したが、摺接面の内周から外周方向へ向かって漏れようとする液体をシールする形式であるアウトサイド型のメカニカルシールにも適用可能であるし、付勢手段が回転軸２側に設けられた回転型のメカニカルシールにも適用可能である。【００６４】
また、前記実施例１においては、メインシールと補助シールとが同じ回転密封環に対して径方向にそれぞれ摺動する構成で説明したが、これに限らず、メインシールと補助シールとに対して摺接する２つの回転密封環をそれぞれ配置してもよい。【００６５】
また、ハウジング５は分割構造に限らず、また分割構造についても上下方向に分割されて構成されていてもよい。【００６６】
また、前記実施例においては、回転軸の周辺を冷却可能な電動機に利用されるシール装置について説明したが、シール装置が利用される対象は電動機に限らず、中空の回転軸を備える装置において、流体が流れる空間から流体に対して脆弱な装置を収容する空間への流体の漏れを防止する際に用いることができる。流体に対して脆弱な装置とは、例えば電子機器や特定の流体により腐食される合成樹脂で形成される部材等を指す。【００６７】
また、ハウジング５は、金属以外の素材で形成されていてもよい。【００６８】
また、ゴムベローズ１９に保持部材２０をインサート成形することで、ゴムベローズと保持部材とを一体に形成してもよい。保持部材２４とゴムベローズ２３も同様である。【００６９】
また、前記実施例において、回転密封環１２は、メインシール１５の静止密封環１７の摺接面１７ａと摺接する摺接面１２ａと、補助シール１６の静止密封環２１の摺接面２１ａと摺接する摺接面１２ｂとを備え、これら摺接面１２ａと摺接面１２ｂとの間に軸方向に凹む凹部１２ｃが形成されている構成で説明したが、凹部を省略して径方向の異なる位置でメインシール１５と補助シール１６とにそれぞれ摺接する構成としてもよい。【００７０】
また、メインシール１５と補助シール１６との間に、シールユニット１４を構成するケース体２５と回転密封環１２とで囲まれた空間Ｓ２が形成される構成で説明したが、これに限らず、例えばハウジング５の支持壁部５ｂのような部材を備えていない機器で利用され、かつシール装置がケース体２５を備えない構成でもよい。この場合、メインシールと補助シールとの間には空間Ｓ２は構成されず、メインシールは冷媒が流れる冷媒流路と機器の外部との間における流体の漏れを防ぎ、補助シールはメインシールから漏れ出た流体が機器の外部を介して空間Ｓ１へ侵入することを防ぎ得る構成となる。
【符号の説明】
【００７１】
１                シール装置
２                回転軸
２ａ              空間
２ｂ              奥端面
２ｃ              開口端部
３                ロータ
４                ステータ
５                ハウジング
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  分割体
５ａ              周壁部
５ｂ，５ｃ        支持壁部
５ｅ              段部
５ｈ              ドレン孔
８                貫通孔
９                固定手段
１０              ベアリング
１１              導通管
１１ａ            中空部
１１ｂ            端部
１２              回転密封環（回転軸側の部材）
１２ａ            摺接面
１２ｂ            摺接面
１２ｃ            凹部
１４              シールユニット
１５              メインシール
１６              補助シール
１７              静止密封環
１７ａ            摺接面
１８              付勢手段
１９              ゴムベローズ
２０              保持部材
２１              静止密封環
２１ａ            摺接面
２２              付勢手段
２３              ゴムベローズ
２５              ケース体
３５              冷媒槽
３６              吸入路
３７              開口部
３８              排出路
３９              溶接部
４１              静止密封環
４１ａ            摺接面
４２Ａ            吸入ポンピング溝
４２Ｂ            吐出ポンピング溝
５０              回転密封環
５１              シール装置
５２              回転軸（回転軸側の部材）
５２ｃ            開口端部
５２ｄ            外周面
５３              ゴムベローズ
５４              付勢手段
５５              メインシール
５６              補助シール
５７              静止密封環
５７ａ            摺接面
６０              保持部材
６２              回転密封環
６２ａ            摺接面
６３              リップ部
６４              円筒部
６５              ケース体
６６              保持環
７０              ハウジング
Ｍ                電動機
Ｐ                ポンプ
Ｓ１〜Ｓ４        空間
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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2019151100.tif 000010
2019151100.tif 000011
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