(57)【要約】【課題】冷却風による摺動面への異物の入り込みを抑制し、長寿命化を図ることのできるメカニカルシール及びポンプ装置の提供を目的とする。【解決手段】メカニカルシール４０は、回転軸２の周囲をシールする摺動面４０ａを形成する固定環４３と、回転軸２と共に回転し、固定環４３に向かって冷却風を発生させる冷却ファン７０と、固定環４３の径方向外側から摺動面４０ａに回り込む冷却風を遮ると共に、冷却風を受け、熱伝導によって固定環４３を介して間接的に摺動面４０ａを冷却するホルダー４４（熱伝導部材）と、を備える。【選択図】図３
2020056471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周囲をシールする摺動面を形成する摺動部材と、
前記回転軸と共に回転し、前記摺動部材に向かって冷却風を発生させる冷却ファンと、
前記摺動部材の径方向外側から前記摺動面に回り込む前記冷却風を遮ると共に、前記冷却風を受け、熱伝導によって前記摺動部材を介して間接的に前記摺動面を冷却する熱伝導部材と、を備える、ことを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】
前記熱伝導部材は、前記摺動部材よりも熱伝導率が高い、ことを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール。
【請求項３】
前記熱伝導部材は、前記冷却風を受ける面に凹凸形状を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のメカニカルシール。
【請求項４】
前記摺動部材と対向し、前記摺動面を形成する相手側の摺動部材と、
前記相手側の摺動部材を外周に支持すると共に、内周に前記回転軸が挿通される筒状部材と、
前記筒状部材を前記回転軸に固定する固定部材と、を有し、
前記冷却ファンは、前記筒状部材、若しくは、前記固定部材に取り付けられている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項５】
前記冷却ファンは、前記回転軸の周方向において複数の分割片に分割可能である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項６】
羽根車と、
前記羽根車が固定された回転軸と、
前記回転軸が挿通される挿通孔を有し、前記羽根車を収容するポンプ室と、
前記回転軸と前記挿通孔との隙間をシールする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のメカニカルシールと、を備える、ことを特徴とするポンプ装置。
【請求項７】
前記ポンプ室の外側において、前記回転軸とカップリングを介して接続されたモータと、
前記モータの側壁に沿って前記ポンプ室に向かう軸方向に第２の冷却風を発生させる第２の冷却ファンと、
前記モータと前記ポンプ室との間に介在し、前記カップリングの周囲を囲うと共に、前記第２の冷却風を軸方向から内部に取り込む貫通孔を有するカップリング収容室と、を有し、
前記カップリング収容室の内部に、前記メカニカルシールの前記冷却ファンが配置されている、ことを特徴とする請求項６に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メカニカルシール及びポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記特許文献１に記載のメカニカルシールが知られている。メカニカルシールは、種々の分野に利用され、熱水やボイラー水などの高温流体のシールにも利用されている。これらの高温流体をシールする場合、回転環と固定環の摺動面（シール面）の焼き付きを防止するために、冷却機構を設けることがある。冷却機構としては、冷却液を循環させるなどして液冷するものもあるが、設備費や工事費あるいは維持管理の手間やコストなどが大きいため、構造が単純な空冷を採用する場合がある。
【０００３】
下記特許文献１に記載のメカニカルシールは、回転環が機外側に位置し、固定環が機内側に位置し、該回転環と該固定環が形成する摺動面をシール面として軸封を行っている。回転環の周囲には隙間をあけて環状のカバーが取り付けられ、カバーには、回転環の回転により回転環との隙間に冷却風を発生させるファンが形成されている。冷却風は、カバーと回転環の隙間を通って回転環の径方向外側から摺動面に回り込み、摺動面を冷却した後、外部に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３２０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したメカニカルシールでは、摺動面に冷却風を直接当てるため、摺動面に異物が入り込みやすい、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷却風による摺動面への異物の入り込みを抑制し、長寿命化を図ることのできるメカニカルシール及びポンプ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の一態様に係るメカニカルシールは、回転軸の周囲をシールする摺動面を形成する摺動部材と、前記回転軸と共に回転し、前記摺動部材に向かって冷却風を発生させる冷却ファンと、前記摺動部材の径方向外側から前記摺動面に回り込む前記冷却風を遮ると共に、前記冷却風を受け、熱伝導によって前記摺動部材を介して間接的に前記摺動面を冷却する熱伝導部材と、を備える。
【０００８】
（２）上記（１）に記載されたメカニカルシールであって、前記熱伝導部材は、前記摺動部材よりも熱伝導率が高くてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載されたメカニカルシールであって、前記熱伝導部材は、前記冷却風を受ける面に凹凸形状を有してもよい。
（４）上記（１）〜（３）に記載されたメカニカルシールであって、前記摺動部材と対向し、前記摺動面を形成する相手側の摺動部材と、前記相手側の摺動部材を外周に支持すると共に、内周に前記回転軸が挿通される筒状部材と、前記筒状部材を前記回転軸に固定する固定部材と、を有し、前記冷却ファンは、前記筒状部材、若しくは、前記固定部材に取り付けられていてもよい。
（５）上記（１）〜（４）に記載されたメカニカルシールであって、前記冷却ファンは、前記回転軸の周方向において複数の分割片に分割可能であってもよい。
【０００９】
（６）本発明の一態様に係るポンプ装置は、羽根車と、前記羽根車が固定された回転軸と、前記回転軸が挿通される挿通孔を有し、前記羽根車を収容するポンプ室と、前記回転軸と前記挿通孔との隙間をシールする、上記（１）〜（５）に記載されたメカニカルシールと、を備える。
【００１０】
（７）上記（６）に記載されたポンプ装置であって、前記ポンプ室の外側において、前記回転軸とカップリングを介して接続されたモータと、前記モータの側壁に沿って前記ポンプ室に向かう軸方向に第２の冷却風を発生させる第２の冷却ファンと、前記モータと前記ポンプ室との間に介在し、前記カップリングの周囲を囲うと共に、前記第２の冷却風を軸方向から内部に取り込む貫通孔を有するカップリング収容室と、を有し、前記カップリング収容室の内部に、前記メカニカルシールの前記冷却ファンが配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記本発明の態様によれば、冷却風による摺動面への異物の入り込みを抑制し、長寿命化を図ることのできるメカニカルシール及びポンプ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る立形ポンプを示す正面図である。
【図２】図１に示す立形ポンプの矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図３】一実施形態に係る立形ポンプに設けられたメカニカルシールの拡大図である。
【図４】一実施形態に係る冷却ファンを示す平面図である。
【図５】一実施形態に係る冷却ファンの変形例を示す平面図である。
【図６】一実施形態に係る立形ポンプの変形例を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本発明のメカニカルシールを組み込んだ立形ポンプを例示する。
【００１４】
図１は、一実施形態に係る立形ポンプ１を示す正面図である。図２は、図１に示す立形ポンプ１の矢視Ａ−Ａ断面図である。
図１に示すように、立形ポンプ１（ポンプ装置）は、ポンプ部１０と、モータ部２０と、カップリング部３０と、を備える。カップリング部３０は、ポンプ部１０の上部に配置され、モータ部２０は、カップリング部３０の上部に配置されている。
【００１５】
本実施形態の立形ポンプ１は、図２に示すように、鉛直方向に延びる回転軸２と、回転軸２に固定された複数の羽根車３と、を備える立形多段ポンプである。以下では、この立形多段ポンプの構成について説明するが、羽根車３が一つの形態であっても構わない。また、本実施形態では、回転軸２の中心軸Ｏが延びる方向を軸方向といい、中心軸Ｏに直交する方向を径方向といい、中心軸Ｏ回りに周回する方向を周方向という。
【００１６】
ポンプ部１０は、羽根車３を収容する筒状のケーシング１１を備えている。ケーシング１１は、羽根車３によって液体を昇圧するポンプ室１０Ａを内部に形成している。ケーシング１１は、中間ケーシング１１ａと、中間ケーシング１１ａに上部に配置された上部ケーシング１１ｂと、中間ケーシング１１ａの下部に配置された下部ケーシング１１ｃと、中間ケーシング１１ａ及び上部ケーシング１１ｂの外側に配置された外ケーシング１１ｄと、を備える。
【００１７】
中間ケーシング１１ａは、鋼板などをプレス成形して有底筒状に形成され、その底部中央に回転軸２が挿通される開口が形成されている。中間ケーシング１１ａは、羽根車３の数に応じて多段に積み重ねられている。中間ケーシング１１ａの底部下面には、吸込板１３が溶接により取り付けられている。また、吸込板１３の下面には、戻し羽根１４が溶接により取り付けられている。そして、中間ケーシング１１ａの底部開口の内壁には、羽根車３の吸込側への液体の漏れを防止するライナリング１５が取り付けられている。
【００１８】
上部ケーシング１１ｂは、中間ケーシング１１ａと同様の有底筒状に形成され、中間ケーシング１１ａの最上段に積み重ねられている。上部ケーシング１１ｂの周壁には、複数の連通孔１１ｂ１が形成されている。外ケーシング１１ｄは、中間ケーシング１１ａ及び上部ケーシング１１ｂの径方向外側を囲う円筒状に形成されている。外ケーシング１１ｄは、中間ケーシング１１ａ及び上部ケーシング１１ｂの径方向外側に、連通孔１１ｂ１と連通する環状流路を形成している。
【００１９】
下部ケーシング１１ｃは、最下段の中間ケーシング１１ａの底部中央（羽根車３の吸込側）に連通する吸込口１０ａと、外ケーシング１１ｄの内側の上述した環状流路に連通する吐出口１０ｂと、を有している。吸込口１０ａ及び吐出口１０ｂは、ポンプ部１０の下部側面において背中合わせで同一直線上に配置されている。下部ケーシング１１ｃは、中間ケーシング１１ａ及び外ケーシング１１ｄの下端部を支持している。
【００２０】
下部ケーシング１１ｃの下部には、ポンプ台１２が設けられている。ポンプ台１２は、図１に示すカップリング部３０のブラケット３１（後述）と、複数のケーシングボルト７及びナット８によって軸方向に連結されている。複数のケーシングボルト７及びナット８の締め付けにより、図２に示す多段の中間ケーシング１１ａ、上部ケーシング１１ｂ及び下部ケーシング１１ｃは、軸方向において挟持されている。
【００２１】
上記構成のポンプ部１０によれば、羽根車３が回転すると、吸込口１０ａから液体が下部ケーシング１１ｃ内に吸い込まれる。下部ケーシング１１ｃ内に吸い込まれた液体は、最下段の中間ケーシング１１ａにおいて１段目の羽根車３により昇圧される。１段目の羽根車３から吐き出された液体は、戻し羽根１４及び吸込板１３により形成される流路を通って次段の羽根車３の吸込側に導かれる。
【００２２】
このように、液体は複数の羽根車３により多段昇圧され、上部ケーシング１１ｂ内に流入する。上部ケーシング１１ｂには複数の連通孔１１ｂ１が形成されており、上部ケーシング１１ｂ内の液体は、連通孔１１ｂ１から上部ケーシング１１ｂの外側に形成された環状流路を通って下降し、下部ケーシング１１ｃの吐出口１０ｂから外部に吐出される。
【００２３】
図１に戻り、モータ部２０は、回転軸２を回転させるモータ２１と、モータ２１を冷却する冷却ファン２２と、モータ２１を支持する支持台２３と、を備える。モータ２１は、図２に示すように、カップリング４、５を介して回転軸２と接続された出力軸６を有する。モータ２１は、図１に示す筒状のモータケーシングの内部に、出力軸６を回転させる図示しない回転子及び固定子を収容している。
【００２４】
冷却ファン２２は、モータケーシング外部に設けられている。冷却ファン２２は、モータケーシング上部に突出した出力軸６（図１において不図示）に連結されて駆動する。冷却ファン２２は、モータケーシング上部に覆い被さる有頂筒状のファンカバーを有し、ファンカバーの頂部の吸込口（不図示）から吸い込んだ空気を、モータ２１の側壁（モータケーシングの外周）に沿って軸方向に吐き出す。この冷却風は、カップリング部３０に向かって流れるダウンフローとなる。
【００２５】
支持台２３は、出力軸６などを収容する筒部２３ａと、筒部２３ａの下端部に連設され、径方向外側に延在する円環状のフランジ部２３ｂと、筒部２３ａの外周面とフランジ部２３ｂの上面との間に跨って形成された複数のリブ部２３ｃと、を有する。筒部２３ａの外径は、モータ２１の外径よりも小さい。一方、フランジ部２３ｂは、モータ２１の外径よりも大きく形成されている。フランジ部２３ｂの周縁部は、図示しない複数のボルト及びナットによってカップリング部３０のブラケット３１と接続されている。
【００２６】
カップリング部３０は、ブラケット３１と、ブラケット３１に取り付けられた一対のガード部材３７と、を備える。カップリング部３０は、図２に示すように、カップリング４，５を収容するカップリング収容室３０Ａを形成している。カップリング収容室３０Ａは、軸方向においてモータ２１とポンプ室１０Ａとの間に介在している。
【００２７】
ポンプ部１０のケーシング１１の上部開口は、ブラケット３１によって閉塞されている。ブラケット３１は、ケーシング１１の上部開口を閉塞する蓋部３２と、蓋部３２の周縁部から上方に延びる周壁部３３と、周壁部３３の上端部から上方に向かって延びる複数（本実施形態では一対）の柱部３４と、複数の柱部３４の上端部に接続された環状の台座部３５と、を有する。
【００２８】
蓋部３２は、上部ケーシング１１ｂ及び外ケーシング１１ｄの上部開口を閉塞可能な略円板状に形成されている。蓋部３２の中心には、回転軸２が挿通される挿通孔３２ａが形成されている。蓋部３２の挿通孔３２ａよりも径方向外側であって、上部ケーシング１１ｂの周壁よりも径方向内側には、呼び水用および空気抜き用の縦孔３２ｂが形成されている。縦孔３２ｂは、横孔３２ｃと連通しており、横孔３２ｃは、プラグ３８によって周壁部３３の外周面で開放可能に閉塞されている。なお、縦孔３２ｂ、横孔３２ｃの内周壁には、ライニング材が設けられている。
【００２９】
周壁部３３は、蓋部３２の周縁部において蓋部３２の上面よりも高く形成された環状壁である。周壁部３３には、径方向に貫通した貫通孔３３ａが形成されている。貫通孔３３ａには、カップリング収容室３０Ａ内に漏れ出た液体を外部に排水する配管構造体６０が取り付けられている。柱部３４は、周壁部３３の上端部に一対で設けられており、周壁部３３の上端部から上方に向かうに従って、互いに離間するように傾斜している。台座部３５は、一対の柱部３４の上端部に接続され、周壁部３３よりも外径が大きい環状に形成されている。なお、柱部３４は一対でなく、例えば３本以上設けられていてもよく、また、柱部３４はポンプ部１０の径方向の大きさによっては傾斜していなくてもよい。
【００３０】
周壁部３３、一対の柱部３４、及び台座部３５によって囲まれた開口３６は、ガード部材３７によって覆われている。ガード部材３７は、開口３６を覆い、ユーザーの指などがカップリング収容室３０Ａに入らないようにする。このガード部材３７は、径方向外側に膨らむ本体部３７ａと、本体部３７ａの両側に設けられ、ボルト９を介して柱部３４に固定される固定部３７ｂと、を有する。
【００３１】
回転軸２が挿通される蓋部３２の挿通孔３２ａは、メカニカルシール４０によってシールされている。メカニカルシール４０は、ポンプ室１０Ａで昇圧された液体が、ポンプ室１０Ａから挿通孔３２ａを介してカップリング収容室３０Ａに漏れ出すことを防止する。なお、高温・高圧環境では、メカニカルシール４０の摺動面４０ａ（後述する図３参照）がドライ運転状態に陥り易く、摺動面４０ａの摩耗、摩耗による液体の滲み漏れ、液体の滲み漏れによる摺動面４０ａの安定化（シール性の回復）を繰り返す。
【００３２】
具体的には、メカニカルシール４０の摺動面４０ａがドライ運転状態となると、また圧力変動などの外的要因が加わると、メカニカルシール４０は摺動面４０ａで片当たりを起こし、通常より早いペースで摩耗する。結果として、摩耗が進むと摺動面４０ａからの液体の滲み漏れが発生し、この状態が続くと今度は滲み漏れが起きていることが幸いして水潤滑が十分にされる。さらに、摺動面４０ａの摩耗痕が研磨剤のような役割を果たし、摺動面４０ａを安定した状態に保とうとする。これにより、液体の漏れ量が減少し、再び最初のステップへとループする。
【００３３】
図３は、一実施形態に係る立形ポンプ１に設けられたメカニカルシール４０の拡大図である。
図３に示すように、立形ポンプ１は、蓋部３２の挿通孔３２ａと回転軸２との隙間をシールするメカニカルシール４０を備える。メカニカルシール４０は、ブラケット３１側に固定された固定部４１と、回転軸２側に固定された回転部４２と、を有する。なお、本実施形態のメカニカルシール４０は、固定部４１と回転部４２を一緒に着脱可能なカートリッジ型であるが、カートリッジ型でなくても構わない。
【００３４】
固定部４１は、回転軸２の周囲をシールする摺動面４０ａを形成する固定環４３（摺動部材）と、固定環４３を保持するホルダー４４と、を備える。摺動面４０ａは、固定環４３の下端面に形成され、固定環４３の上端面４３ａ及び外周面４３ｂは、ホルダー４４によって覆われている。固定環４３の外周面４３ｂには、Ｏリング４５が配置される段差が形成されており、固定環４３とホルダー４４との間がシールされている。
【００３５】
ホルダー４４は、外周壁が挿通孔３２ａに装着可能な有底筒状に形成されている。ホルダー４４の外周壁には、Ｏリング４５が配置される溝が形成されており、ホルダー４４と挿通孔３２ａとの間がシールされている。ホルダー４４は、開口部４４ａ１が形成された底部４４ａと、底部４４ａの周縁部から上方に向かって延びる側壁部４４ｂと、側壁部４４ｂの上端部から径方向外側に向かって延びる鍔部４４ｃと、を有する。
【００３６】
底部４４ａの開口部４４ａ１には、回転軸２及びスリーブ４９（後述）が空間をあけて挿通されている。この底部４４ａには、固定環４３の上端面４３ａを外周側から覆う被覆部４４ａ２が形成されている。
側壁部４４ｂは、底部４４ａの周縁部から蓋部３２の上面まで延びる環状壁である。側壁部４４ｂの内周面４４ｂ１は、逆さ円錐状の傾斜面となっている。すなわち、側壁部４４ｂの内径は、上方に向かうに従って漸次大きくなっている。
【００３７】
鍔部４４ｃは、側壁部４４ｂの上端部から径方向外側に延びる円環状に形成されている。鍔部４４ｃは、蓋部３２の上面において、挿通孔３２ａの開口周縁部に接している。この鍔部４４ｃは、ボルト４６（固定部固定部品）によって、軸方向から蓋部３２に固定されている。ボルト４６は、周方向において間隔をあけて複数設けられており、複数個所で鍔部４４ｃを蓋部３２に固定している。
【００３８】
回転部４２は、固定環４３と対向し、摺動面４０ａを形成する回転環４７（相手側の摺動部材）と、ホルダー４８及びスプリング５０を介して回転環４７を外周に支持すると共に、内周に回転軸２が挿通されるスリーブ４９（筒状部材）と、スリーブ４９を回転軸２に固定するスリーブ押さえ５１（固定部材）と、を有する。回転環４７は、固定環４３と軸方向で対向する上端面が摺動面４０ａを形成している。
【００３９】
回転環４７は、環状のホルダー４８及びスプリング５０を介して、スリーブ４９の外周に支持されている。なお、回転環４７とホルダー４８との間、ホルダー４８とスリーブ４９との間、及びスリーブ４９と回転軸２との間は、Ｏリング４５によってシールされている。ホルダー４８は、回転環４７の外周面を保持すると共に、Ｏリング４５を介して回転環４７を下方から支持している。スプリング５０は、ホルダー４８を上方に付勢しており、回転環４７を固定環４３に向かって押圧している。
【００４０】
スリーブ４９は、円筒状に形成され、回転軸２に外装されている。スリーブ４９の下端部は、径方向外側に拡径しており、その拡径部の上面でスプリング５０の下端部を支持している。なお、スリーブ４９の下端面は、回転軸２に固定されたリング押え２ａと軸方向で接している。リング押え２ａは、メカニカルシール４０の軸方向の位置を決める軸部品である。リング押え２ａの内側には、リング押え２ａの軸方向の位置を決める二つ割れリング２ｂが回転軸２に形成された環状溝に取り付けられている。このスリーブ４９は、回転環４７、固定環４３の内側を通り、ポンプ室１０Ａ（機内）からカップリング収容室３０Ａ（機外）まで延在している。
【００４１】
スリーブ押さえ５１は、ポンプ室１０Ａまで延びたスリーブ４９の上端部に溶接により取り付けられている。スリーブ押さえ５１は、円環状に形成されており、周方向に間隔をあけて複数の止めネジ５２（回転部固定部品）が螺合している。スリーブ４９には、止めネジ５２に対応した位置に貫通孔が設けられており、止めネジ５２を螺入することによって、回転軸２を径方向に締め付けることが可能とされている。これにより、回転部４２が回転軸２に固定され、回転部４２が回転軸２と共に回転可能となる。
【００４２】
回転部４２には、回転軸２と共に回転し、固定環４３に向かって冷却風（図３において矢印で示す）を発生させる冷却ファン７０が設けられている。本実施形態の冷却ファン７０は、スリーブ４９を回転軸２に固定するスリーブ押さえ５１の上面に、スポット溶接によって取り付けられている。なお、冷却ファン７０は、回転軸２と共に回転できるのであれば、例えば、スリーブ４９に取り付けてもよく、また、図２に示すカップリング４などに取り付けてもよい。
【００４３】
図４は、一実施形態に係る冷却ファン７０を示す平面図である。
冷却ファン７０は、中央に開口７１ａが形成されたリング部７１と、リング部７１から径方向外側に延びる複数のブレード部７２と、を有する。リング部７１は、平板状に形成されている。リング部７１の開口７１ａは、回転軸２が挿通可能な大きさを有する。リング部７１には、スリーブ押さえ５１とスポット溶接により接合された接合部７１ｂが周方向に間隔をあけて複数形成されている。なお、本実施形態では、接合部７１ｂとブレード部７２の周方向における位相が一致しているが、一致していなくてもよい。
【００４４】
冷却ファン７０は、図４に示す平面視で、時計回りに回転するようにスリーブ押さえ５１に取り付けられている。ブレード部７２は、リング部７１の外周から径方向外側に延びる平板状の前縁部７２ａと、前縁部７２ａから回転方向後方側に向かって斜め下方に延びる後縁部７２ｂと、を有する。後縁部７２ｂは、図３に示すように、スリーブ押さえ５１と干渉しないように、スリーブ押さえ５１の径方向外側に配置されている。また、後縁部７２ｂの下端部は、ボルト４６と干渉しないように、ボルト４６のヘッド部よりも上方に位置している。
【００４５】
固定部４１は、図３に示すように、固定環４３の径方向外側から摺動面４０ａに回り込もうとする冷却ファン７０の冷却風を遮ると共に、冷却風を受け、熱伝導によって固定環４３を介して間接的に摺動面４０ａを冷却するホルダー４４（熱伝導部材）を備えている。ホルダー４４は、固定環４３よりも熱伝導率が高い材料から形成されている。例えば、固定環４３がステンレス材から形成されている場合、ホルダー４４はＢＣ材（青銅材）から形成するとよい。
【００４６】
ホルダー４４は、冷却風を受ける側壁部４４ｂの内周面４４ｂ１に、凹凸形状を有している。具体的に、内周面４４ｂ１には、軸方向に延びる溝４４ｂ２が一定の深さで形成されると共に、その溝４４ｂ２が、周方向に間隔をあけて複数形成されている。このため、溝４４ｂ２が形成された部分が凹部となり、溝４４ｂ２に挟まれた部分が凸部（リブ）となる。これにより、ホルダー４４が冷却風を受ける表面積が大きくなる。なお、凹凸形状として、ホルダー４４の内周面４４ｂ１に階段状の段差を形成してもよい。
【００４７】
次に、上記構成のメカニカルシール４０による摺動面４０ａの冷却作用について説明する。
【００４８】
図３に示すように、回転軸２が回転すると、冷却ファン７０が回転し、固定環４３に向かう冷却風が発生する。ここで、固定環４３は、その上端面４３ａの一部及び外周面４３ｂがホルダー４４によって覆われている。具体的に、固定環４３の上端面４３ａは、ホルダー４４の被覆部４４ａ２によって径方向外側から覆われている。また、固定環４３の外周面４３ｂは、ホルダー４４によって覆われると共に、ホルダー４４との隙間にはＯリング４５が配置されている。
【００４９】
ホルダー４４は、固定環４３をその上端面４３ａから外周面４３ｂにかけて覆っているため、固定環４３の径方向外側から摺動面４０ａに回り込もうとする冷却風を遮ることができる。これにより、冷却風に含まれる異物が摺動面４０ａに入り込み難くなる。なお、固定環４３の径方向内側には、スリーブ４９との間に隙間が形成されているが、この隙間は微小であり、異物が固定環４３の径方向内側から摺動面４０ａに入り込むことは殆どない。
【００５０】
ホルダー４４は、底部４４ａ、側壁部４４ｂ及び鍔部４４ｃなどで冷却風を受け、冷却される。ホルダー４４は、固定環４３と接触しており、摺動面４０ａで発生した熱は、固定環４３の上端面４３ａないし外周面４３ｂからホルダー４４に熱伝導され、ホルダー４４の表面にて放熱される。すなわち、固定環４３は、ホルダー４４を介して間接的に冷却される。これにより、冷却風が摺動面４０ａに直接当たることなく摺動面４０ａが冷却され、固定環４３と回転環４７との焼き付きが防止されるため、メカニカルシール４０の長寿命化を図ることができる。
【００５１】
このように、上述の本実施形態によれば、回転軸２の周囲をシールする摺動面４０ａを形成する固定環４３と、回転軸２と共に回転し、固定環４３に向かって冷却風を発生させる冷却ファン７０と、固定環４３の径方向外側から摺動面４０ａに回り込む冷却風を遮ると共に、冷却風を受け、熱伝導によって固定環４３を介して間接的に摺動面４０ａを冷却するホルダー４４と、を備える、という構成を採用することによって、冷却風による摺動面４０ａへの異物の入り込みを抑制しつつ摺動面４０ａを冷却し、長寿命化を図ることのできるメカニカルシール４０及びそのメカニカルシール４０を備えた立形ポンプ１が得られる。
【００５２】
また、本実施形態では、ホルダー４４は、固定環４３よりも熱伝導率が高い材料から形成されている。この構成によれば、固定環４３から奪った熱をホルダー４４の表面で放熱し易くなるため、冷却性能が向上する。
さらに、本実施形態のホルダー４４は、冷却風を受ける面に凹凸形状を有している。具体的には、図３に示すように、ホルダー４４の側壁部４４ｂの内周面４４ｂ１に、複数の溝４４ｂ２が形成されている。これにより、ホルダー４４の放熱面積が大きくなるため、冷却性能がより向上する。
【００５３】
また、本実施形態では、固定環４３と対向し、摺動面４０ａを形成する回転環４７と、回転環４７を外周に支持すると共に、内周に回転軸２が挿通されるスリーブ４９と、スリーブ４９を回転軸２に固定するスリーブ押さえ５１と、を有し、冷却ファン７０は、スリーブ押さえ５１に取り付けられている。スリーブ押さえ５１は、回転軸２に固定されており、このスリーブ押さえ５１取り付けられた冷却ファン７０は、回転軸２と共に回転する。また、スリーブ押さえ５１に取り付けられた冷却ファン７０は、メカニカルシール４０と共に回転軸２から着脱することができる。なお、このメリットは、冷却ファン７０をスリーブ４９に取り付けた場合も同様に得られる。
【００５４】
なお、本実施形態の変形例として、図５及び図６に示す形態を採用してもよい。
【００５５】
図５は、一実施形態に係る冷却ファン７０の変形例を示す平面図である。
図５に示す冷却ファン７０は、回転軸２の周方向において複数の分割片８０に分割可能になっている。具体的に、冷却ファン７０のリング部７１には、径方向に延びる複数の分割面８１が形成されている。分割面８１は、リング部７１を周方向に三等分し、冷却ファン７０をブレード部７２毎に分割している。３つの分割片８０のそれぞれは、ボルト７１ｃによってスリーブ押さえ５１に着脱可能に固定されている。
【００５６】
この構成によれば、図２に示すカップリング４を、回転軸２の上端部から取り外さなくても、径方向からメカニカルシール４０に冷却ファン７０を装着することが可能となる。なお、図５に示す例では、冷却ファン７０を３つの分割片８０に分割しているが、少なくとも２つの分割片８０に分割できればよい。
【００５７】
図６は、一実施形態に係る立形ポンプ１の変形例を示す部分断面図である。
図６に示す立形ポンプ１は、カップリング収容室３０Ａが、モータ２１の側壁に沿って流れる冷却ファン２２（第２の冷却ファン）の冷却風（第２の冷却風）を、軸方向から内部に取り込む貫通孔９０を有している。貫通孔９０は、モータ２１を支持する支持台２３のフランジ部２３ｂ及び、フランジ部２３ｂと接続されるブラケット３１の台座部３５を貫通して形成されている。なお、貫通孔９０は、フランジ部２３ｂと台座部３５とを接続する図示しないボルト及びナットよりも径方向内側に配置されているとよい。
【００５８】
この構成によれば、モータ２１を冷却する冷却風を、貫通孔９０からカップリング収容室３０Ａの内部に導入することができる。カップリング収容室３０Ａの内部に導入された冷却風は、カップリング収容室３０Ａの底部に配置されたメカニカルシール４０に向かって流れ、その後、ブラケット３１とガード部材３７との隙間（開口３６）から外部に排出される。このため、カップリング収容室３０Ａの内部が好適に換気され、冷却ファン２２によって奪ったメカニカルシール４０の熱がカップリング収容室３０Ａの内部に籠らないようにすることができる。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。
【００６０】
例えば、上記実施形態では、ホルダー４４が固定環４３よりも熱伝導率が高い材料から形成される形態を例示したが、ホルダー４４にヒートパイプなどを埋設することで、冷却性能をさらに向上させる形態を採用してもよい。
【００６１】
また、例えば、上記実施形態では、ホルダー４４が固定環４３を保持する形態を例示したが、ホルダー４４が回転環４７を保持する形態であってもよい。すなわち、回転環４７が機外（カップリング収容室３０Ａ）側に位置し、固定環４３が機内（ポンプ室１０Ａ）側に位置する形態であってもよい。
【００６２】
また、例えば、上記実施形態では、ポンプ装置として立形ポンプを例示したが、メカニカルシールを組み込むことができるポンプ装置であれば、その形態は特に限定されない。
【符号の説明】
【００６３】
１  立形ポンプ（ポンプ装置）
２  回転軸
３  羽根車
４  カップリング
５  カップリング
１０  ポンプ部
１０Ａ  ポンプ室
１１  ケーシング
２０  モータ部
２１  モータ
２２  冷却ファン（第２の冷却ファン）
２３  支持台
２３ａ  筒部
２３ｂ  フランジ部
２３ｃ  リブ部
３０  カップリング部
３０Ａ  カップリング収容室
３１  ブラケット
３６  開口
３７  ガード部材
４０  メカニカルシール
４０ａ  摺動面
４１  固定部
４２  回転部
４３  固定環（摺動部材）
４４  ホルダー（熱伝導部材）
４４ａ  底部
４４ｂ  側壁部
４４ｃ  鍔部
４６  ボルト
４７  回転環（相手側の摺動部材）
４９  スリーブ（筒状部材）
５０  スプリング
５１  スリーブ押さえ（固定部材）
７０  冷却ファン
７１  リング部
７１ａ  開口
７１ｂ  接合部
７１ｃ  ボルト
７２  ブレード部
７２ａ  前縁部
７２ｂ  後縁部
８０  分割片
８１  分割面
９０  貫通孔
Ｏ  中心軸
【図１】
2020056471.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】
2020056471.tif 000008