(57)【要約】【課題】流体機器へ容易に組付けることができるようにしながら、静止密封環と回転密封環との摺動端面間に作用する付勢手段の付勢力を精度良く調整することができるメカニカルシールを提供する。【解決手段】ハウジング２の貫通孔に挿通される回転軸３とともに回転する回転密封環５と、回転密封環５とともに摺接部を形成する静止密封環４と、回転密封環５に向けて静止密封環４を付勢する付勢手段９と、を有する静止型メカニカルシール１において、静止密封環４と付勢手段９とが組みつけられ静止ユニットＵを構成する環状のスリーブ１５と、静止密封環４よりもハウジング２の開口側においてスリーブ１５を密封状態で相対回転不能に着脱可能に外嵌固定するとともに、ハウジング２に密封状態で相対回転不能に固定されるリング部材１７と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの貫通孔に挿通される回転軸とともに回転する回転密封環と、前記回転密封環とともに摺接部を形成する静止密封環と、前記回転密封環に向けて前記静止密封環を付勢する付勢手段と、を有する静止型メカニカルシールにおいて、
前記静止密封環と前記付勢手段とが組みつけられ静止ユニットを構成する環状のスリーブと、
前記静止密封環よりも前記ハウジングの開口側において前記スリーブを密封状態で相対回転不能に着脱可能に外嵌固定するとともに、前記ハウジングに密封状態で相対回転不能に固定されるリング部材と、を備えること特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】
前記リング部材の一部は、前記ハウジングの内周段部に対して軸方向から挿入されている請求項１に記載のメカニカルシール。
【請求項３】
前記リング部材は、前記スリーブが外嵌される内周面よりも内径側に延びる内向きフランジを有している請求項１または２に記載のメカニカルシール。
【請求項４】
前記リング部材は前記ハウジングに軸方向から締結ネジで固定されているとともに、前記スリーブは前記リング部材に軸方向から締結ネジで固定されている請求項１ないし３のいずれかに記載のメカニカルシール。
【請求項５】
前記付勢手段の内径側には、ゴムベローズが配設されており、該ゴムベローズは前記静止密封環と前記スリーブとに密封状態で固定されている請求項１ないし４のいずれかに記載のメカニカルシール。
【請求項６】
前記ゴムベローズの外径側には、該ゴムベローズを前記スリーブの外周面に圧縮状態で取付固定するとともに、前記付勢手段の一端が当接するケース部材が設けられており、該ケース部材は、前記スリーブに一端が当接している請求項５に記載のメカニカルシール。
【請求項７】
前記回転密封環はセラミックスを主成分として形成され、前記静止密封環はカーボンを主成分として形成されている請求項１に記載のメカニカルシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体機器の駆動軸等の軸封部品として用いられるメカニカルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルシールは、流体機器のハウジングと、ハウジングを貫通するように配置される回転軸との間に装着して使用されるものであり、流体機器のハウジングに固定される静止密封環と、回転軸とともに回転する回転密封環とを、付勢手段により軸方向に互いに付勢することで静止密封環と回転密封環の摺動端面同士を摺接させ、摺接部を形成し、これにより流体機器の内部から外部又は外部から内部への流体の漏れを防ぐものである。
【０００３】
メカニカルシールには、静止密封環と付勢手段とが環状のケースに組み込まれた静止型メカニカルシールがある（特許文献１参照）。特許文献１のメカニカルシールにおいて、ケースは流体機器のハウジングの内周面に嵌入固定される外周筒部と、回転軸の外周に離間状態で周設される内周筒部とを備え、静止密封環は内周筒部の長手方向一方端側に密閉部材であるＯリングを介して外嵌し保持されている。静止密封環の外周にはリング状部材が回り止めされて取り付けられ、このリング状部材とハウジングの内周筒部とが付勢手段を介して回転軸の軸方向に相対移動可能かつ回り止めされて接続されている。また、回転密封環は流体機器を構成し回転軸とともに回転するインペラーの内径側に形成された段部の内周面にガスケットを介して嵌入され取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公平２−５６５４号公報（第８頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、特許文献１のメカニカルシールにあっては、静止密封環と付勢手段とリング状部材とＯリングとが、ケースに組み込まれて一体の静止ユニットとして取り扱えるようになっており、ハウジングへ容易に組付けることができる。また、静止ユニットと固定環とは、それぞれハウジングとインペラーに対して相対する方向に嵌入されて取り付けられる。そして、静止密封環が付勢手段に押圧されて静止密封環と回転密封環との摺動端面同士が圧接されることで、長期間に亘って密封状態を保つことができるようになっている。しかしながら、このような構成を採用すると、静止密封環と回転密封環との摺動端面間に作用する付勢手段の付勢力は、ハウジングとインペラーとの軸方向の設置位置に左右されてしまうため、メカニカルシールの密封性能に関わる圧接力を細かに設定できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、流体機器へ容易に組付けることができるようにしながら、静止密封環と回転密封環との摺動端面間に作用する付勢手段の付勢力を精度良く調整することができるメカニカルシール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】
前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシールは、
ハウジングの貫通孔に挿通される回転軸とともに回転する回転密封環と、前記回転密封環とともに摺接部を形成する静止密封環と、前記回転密封環に向けて前記静止密封環を付勢する付勢手段と、を有する静止型メカニカルシールにおいて、
前記静止密封環と前記付勢手段とが組みつけられ静止ユニットを構成する環状のスリーブと、
前記静止密封環よりも前記ハウジングの開口側において前記スリーブを密封状態で相対回転不能に着脱可能に外嵌固定するとともに、前記ハウジングに密封状態で相対回転不能に固定されるリング部材と、を備えること特徴としている。
この特徴によれば、ハウジングの開口側でリング部材によってスリーブをハウジングに固定しているとともにスリーブはリング部材に着脱可能に固定されていることから、静止ユニットを構成する環状のスリーブの着脱が簡単であるとともに、リング部材の軸方向の長さを変更するや隙間調整部材を用いることで、静止密封環と回転密封環との摺動端面間に作用する付勢手段の付勢力を精度良く調整することができる。
【０００８】
前記リング部材の一部は、前記ハウジングの内周段部に対して軸方向から挿入されている。
これによれば、リング部材のハウジングに対する組み付けが簡便である。
【０００９】
前記リング部材は、前記スリーブが外嵌される内周面よりも内径側に延びる内向きフランジを有している。
これによれば、スリーブとリング部材との組み立てが簡便である。
【００１０】
前記リング部材は前記ハウジングに軸方向から締結ネジで固定されているとともに、前記スリーブは前記リング部材に軸方向から締結ネジで固定されている。
これによれば、スリーブとリング部材は同じ方向からそれぞれの締結ネジで固定されるので、静止ユニットの着脱が簡便である。
【００１１】
前記付勢手段の内径側には、ゴムベローズが配設されており、該ゴムベローズは前記静止密封環と前記スリーブとに密封状態で固定されている。
これによれば、ゴムベローズが弾性変形可能であることから静止密封環に偏圧が作用しにくくなっている。
【００１２】
前記ゴムベローズの外径側には、該ゴムベローズを前記スリーブの外周面に圧縮状態で取付固定するとともに、前記付勢手段の一端が当接するケース部材が設けられており、該ケース部材は、前記スリーブに一端が当接している。
これによれば、付勢手段の付勢力はケース部材からスリーブに軸方向に伝えられるので、付勢手段の一端の軸方向位置は変化することがなく、付勢力を所期の値に保つことができる。
【００１３】
前記回転密封環はセラミックスを主成分として形成され、前記静止密封環はカーボンを主成分として形成されている。
これによれば、回転密封環は相対的に摩耗しにくいので、静止ユニットごと交換することで付勢力を所期の値に設定可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１におけるメカニカルシールが使用される流体装置の構造を示す側部断面図である。
【図２】回転側要素の構造を示す側部断面図である。
【図３】静止ユニットを示す側部断面図である。
【図４】（ａ）は、長寸の基部を備えるリング部材を静止ユニットに取り付けた状態を示す側部断面図であり、（ｂ）は、短寸の基部を備えるリング部材を静止ユニットに取り付けた状態を示す側部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係るメカニカルシール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】
【００１６】
実施例に係るメカニカルシールにつき、図１から図４を参照して説明する。
【００１７】
図１において、紙面の左側は機内側Ｍであり、右側は大気側Ａである。
図１に示すメカニカルシール１は、ハウジング２と回転軸３との間に形成された軸封部に静止密封環４及び回転密封環５などのシール構成部品が装着されて、ハウジング２と回転軸３との間をシールするメカニカルシールであって、静止密封環４と回転密封環５との密封面圧を付与する付勢手段としてのコイルスプリング９が静止側に配置されたものである。尚、図１に示されるメカニカルシール１は、後述する回転側要素Ｒを回転軸３に、後述する静止側要素Ｓをハウジング２に取り付け、メカニカルシール１を使用可能とした態様を示している。
【００１８】
図２を用いて、回転軸３に対して取り付けられる回転側要素Ｒについて説明する。回転側要素Ｒは、主にカラー１７、セットスクリュ１８、回転密封環５、及びパッキン２１から構成されている。回転密封環５はセラミックスを主成分として形成されており、カラー１７に形成された軸方向大気側に形成された開口部１７ａ側から、パッキン２１、回転密封環５が組みつけられ、カラー１７は回転軸３に取り付けられる。回転密封環５の外周の凹部は、カラー１７の内周の凸部と凹凸嵌合されることにより、カラー１７に対して相対回転不能な構成となっている。なお、相対回転不能とする構成は凹凸嵌合に限らない。
【００１９】
カラー１７の孔部１７ｂには、径方向からセットスクリュ１８が螺合されている。こうしてカラー１７、セットスクリュ１８、回転密封環５、及びパッキン２１が回転側要素Ｒとして一体化されている。回転側要素Ｒは回転軸３に外嵌される。
【００２０】
回転側要素Ｒを回転軸３にセットスクリュ１８で固定後、流体機械の本体にハウジング２を固定する。このように、回転側要素Ｒは、ハウジング２の内周面と回転密封環５の外周面との間の空間Ｃ内に配置されている。
【００２１】
図３は、静止側要素Ｓを示した図であり、主に静止側要素Ｓは、カーボンを主成分として形成された静止密封環４と、ゴムベローズ１０と、ケース１１と、コイルスプリング９と、スリーブ１５と、Ｏリング１６と、リング部材７と、から構成されている。また、静止密封環４と、ゴムベローズ１０と、ケース１１と、コイルスプリング９と、スリーブ１５と、Ｏリング１６は、一体的にユニット化された静止ユニットＵとなっており、持ち運びやハウジング２に対する取付が容易になっている。
【００２２】
回転軸３の外周面から僅かに離間する内径を有するスリーブ１５の外周には、前述した回転密封環５と摺接する摺動面を備える静止密封環４と、静止密封環４の軸パッキンとしてゴムベローズ１０が配置されている。静止密封環４とスリーブ１５との間は、ゴムベローズ１０によって径方向に密封され、ゴムベローズ１０にはケース１１が外嵌されている。
【００２３】
ゴムベローズ１０は、例えば、ゴム材などの弾性を有する材料から形成され、軸方向に延びる筒状部の先端が機内側Ｍ方向に延出して先端頚部１０ａが形成されており、先端頚部１０ａは静止密封環４の外周に嵌着された金属製のケース１１の後述する外ケース１３の環状の端部１３ａの内側と静止密封環４との間で径方向に圧縮されて、金属製のケース１１と静止密封環４とを密封状態で固定している。また、先端頚部１０ａは静止密封環４の背面４ａと密着している。さらに、ゴムベローズ１０の基体部１０ｂの外径側は、その外周面に嵌着されるケース１１の後述する内ケース１２の中間部１２ｃによって径方向に圧縮されて締め付けられ、スリーブ１５の外周面に適当な締め代をもって密封状態で圧着されている。このようにして、内ケース１２はスリーブ１５に対して相対回転しないように取り付けられている。
【００２４】
ケース１１は、ケース部材である環状の内ケース１２とケース部材である環状の外ケース１３から構成されている。内ケース１２は環状の端部１２ａと端部１２ａよりも小径で環状の中間部１２ｃと中間部１２ｃから折り曲げ形成され軸方向に延び周方向に等配された係合片１２ｄとから構成されている。外ケース１３は静止密封環４側の端部１３ａと、端部１３ａに連なる環状の径方向板部１３ｂと、端部１３ａよりも小径で径方向板部１３ｂから折り曲げ形成され軸方向に延び周方向に等配された係合片１３ｃとから形成されている。
【００２５】
コイルスプリング９は両端が径方向板部１２ｂ，１３ｂに両端が当接するように配置されている。また、外ケース１３は内ケース１２に対して係合片１２ｄ，１３ｃが摺動することで軸方向に相対移動可能、かつ係合片１２ｄの折り曲げ基部と係合片１３ｃとが周方向で係合することで相対回転不能に配設されている。また、内ケース１２の端部１２ａはスリーブ１５に当接しており、内ケース１２はスリーブ１５の基体部１５ａの径方向面１５ｄに当接して、軸方向大気側Ａへの移動が規制されている。また、外ケース１３の端部１３ａに形成された折り曲げ片１３ｅが、静止密封環４の外周のスリットに係合して静止密封環４が外ケース１３に対して相対回転しないようになっている。
【００２６】
スリーブ１５は、回転軸３の外径より僅かに大径の内径を有する薄肉の中空円筒状に形成されている。詳しくは、スリーブ１５は回転軸３の軸方向に長手を有し、長手方向の大気側Ａの肉厚の基体部１５ａを備えており、該基体部１５ａには軸方向に雌ネジが刻設されたネジ孔１５ｂが形成されている。また、基体部１５ａの外径側には内径側に凹む環状の凹溝１５ｃが形成されており、この凹溝１５ｃ内にＯリング１６が配置されている。Ｏリング１６は、後述するリング部材７とスリーブ１５の凹溝１５ｃとにより圧縮されて、被密封流体の大気側Ａへの漏出を防止している。
【００２７】
また、Ｏリング１６の配置される凹溝１５ｃは、後述するリング部材７の内周に設けても良い。尚、Ｏリング１６の配設位置としては軸方向端部ではない方が好ましい。スリーブ１５とリング部材７の径方向間にＯリング１６を設けたので、締結ネジ１９を固定した際にコイルスプリング９の付勢力に影響することがない。
【００２８】
ハウジング２の大気側Ａ側開口近傍には、機内側Ｍの内周面よりも大径の内周面を有する環状の段部２ａが形成されており、段部２ａには、後述するリング部材７の先端部７ｃが軸方向から挿入できるようになっている。
【００２９】
リング部材７は、中央に回転軸３が挿通される孔が形成された環状を成しており、主に前述したハウジング２内の段部２ａに挿入可能な略筒状凸部の先端部７ｃと、ハウジング２の側壁に当接し軸方向に延びる貫通孔７ａが形成された基部７ｂと基部７ｂの大気側において内径方向に延び貫通孔７ｄが形成された内フランジ７ｆから成り、リング部材７と回転軸３の間には、静止ユニットＵが配設されるようになっている。
【００３０】
ハウジング２に対して静止ユニットＵを取り付ける態様を説明する。図２を参照し、ハウジング２にＯリング１４を装着した後、図１を参照し、静止ユニットＵのスリーブ１５に形成されているネジ孔１５ｂに、リング部材７の貫通孔７ｄから軸方向に雄ネジが螺設された有頭の締結ネジ１９を挿入し、静止ユニットＵとリング部材７を螺合させ静止側要素Ｓを組み立てる。そして一体的にユニット化された静止側要素Ｓを回転軸３に挿通し、ハウジング２の開口近傍から機内側Ｍへ近接させてゆき、回転密封環５と静止密封環４の摺動面を当接させる。
【００３１】
その後、リング部材７の基部７ｂに形成された貫通孔７ａとハウジング２の側壁に形成されているネジ孔２ｃの位置合わせ後、雄ネジが螺設された有頭の締結ネジ２０を軸方向から螺合し、リング部材７とハウジング２を締結することでハウジング２への静止側要素Ｓの取付が完了する。これにより、コイルスプリング９が軸方向に圧縮され、所期の付勢力を静止密封環４の背面側から伝達し、静止密封環４の摺動面と回転密封環５の摺動面とは適切な圧力で押圧されるようになっている。
【００３２】
また、静止側要素Ｓが有する静止密封環４の回転密封環５に対する付勢力を変更する場合は、図４（ａ）に示される、前述したリング部材７の基部７ｂが軸方向に延出し長寸に形成されたリング部材７０もしくは、図４（ｂ）に示される前述したリング部材７の基部７ｂが軸方向に短縮し短寸に形成されたリング部材７１を使用する。
【００３３】
静止密封環４の回転密封環５に対する付勢力を弱める場合は、図４（ａ）に示されるように、基部７ｂが軸方向に延出し長寸に形成されたリング部材７０を使用する。リング部材７０の基部７０ａは、ハウジング２の側壁との当接部から大気側Ａの端部までの距離Ｘが長寸になっているので、コイルスプリング９への付勢力が弱まり、コイルスプリング９から静止密封環４へ伝達される付勢力が弱まるようになっている。
【００３４】
静止密封環４の回転密封環５に対する付勢力を強める場合は、図４（ｂ）に示されるように、基部７ｂが軸方向に短縮し短寸に形成されたリング部材７１を使用する。リング部材７１の基部７１ａは、ハウジング２の側壁との当接部から大気側Ａの端部までの距離Ｙが短寸になっているので、コイルスプリング９への付勢力が強まり、コイルスプリング９から静止密封環４へ伝達される付勢力が強まるようになっている。
【００３５】
このように静止ユニットＵは、段部２ａ内にて回転密封環５よりも段部２ａの開口側において回転軸３の外側に配置され、スリーブ１５に外嵌し、ハウジング２における段部２ａの外側に固定されるリング部材７によって、ハウジング２に対して軸方向と回転方向に移動不能に固定されており、静止ユニットＵとリング部材７を同じ方向で固定することから、リング部材７の軸方向の長さを変更することで、静止密封環４と回転密封環５との摺動端面間に作用するコイルスプリング９の付勢力を精度良く調整することができる。
【００３６】
また、リング部材７は、ハウジング２に対して挿入される方向と、ハウジング２と固定される締結ネジ２０の挿入方向が同じであることから、リング部材７の挿入とリング部材７のハウジング２に対する固定が簡便である。
【００３７】
また、リング部材７とスリーブ１５は、締結ネジ２０の挿入方向と同じ方向で連結されることから、リング部材７とハウジング２及び、リング部材７とスリーブ１５が同じ方向で連結され、メカニカルシール１の組み立てが簡便である。
【００３８】
また、リング部材７は、段部２ａに内嵌する筒状凸部としての先端部７ｃが配設されていることから、リング部材７のハウジング２に対する仮設置が容易である。
【００３９】
また、コイルスプリング９の内径側には、ゴムベローズ１０が配設されており、静止密封環４とケース１１がそれぞれ密封状に固着されており、ゴムベローズ１０が弾性変形可能であることから静止密封環４に偏圧が作用しにくくなっている緩和させることができる。
【００４０】
また、ゴムベローズ１０の外径側には、該ゴムベローズ１０をスリーブ１５の外周面に圧縮状態で取付固定するとともに、コイルスプリング９の一端が当接する内ケース１２が設けられており、内ケース１２の端部１２ａは、スリーブ１５の径方向面１５ｄに当接していることから、コイルスプリング９の付勢力を内ケース１２を介してスリーブ１５に軸方向に伝えるので、コイルスプリング９の一端の軸方向位置は変化することがなく、付勢力を初期の値に保つことができる。
【００４１】
また、回転密封環５はセラミックスから形成され、静止密封環４はカーボンから形成されていることから、長時間の使用や耐久性に適している。また、摩耗しやすい静止密封環４を交換する際に静止ユニットＵごと交換すればよいのでメンテナンス作業が簡便である。
【００４２】
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。
【００４３】
例えば、前記実施例においてメカニカルシールは、インサイド・固定型のメカニカルシールを例に説明したが、摺動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。
【００４４】
また、リング部材７の基部７ｂの長さを変更することで付勢力調整をすることとしたが、この限りではなく、リング部材７の側壁７ｅと、ハウジング２の大気側Ａ側の側壁２ｄ（図１参照）との間に環状のスペーサ（隙間調整板）を挟持させることとして付勢力調整をしてもよい。
【００４５】
また、締結ネジ２０の挿入方向は、回転軸３を基準とした軸方向のみに限られず、例えば径方向でもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１                メカニカルシール
２                ハウジング
２ａ              段部
３                回転軸
４                静止密封環
５                回転密封環
７                リング部材
７ｃ              先端部（筒状凸部）
９                スプリングコイル（付勢手段）
１０              ゴムベローズ
１１              ケース
１２              内ケース（ケース部材）
１３              外ケース（ケース部材）
１５              スリーブ
１９              締結ネジ
２０              締結ネジ
Ｒ                回転側要素
Ｓ                静止側要素
Ａ                大気側
Ｍ                機械側
Ｕ                静止ユニット
【図１】
2020125805.tif 000003
【図２】
2020125805.tif 000004
【図３】
2020125805.tif 000005
【図４】
2020125805.tif 000006