(57)【要約】【課題】高温条件下においても腐食性流体を良好にシールしうる耐蝕性ベローズ形メカニカルシールを提供する。【解決手段】耐蝕性ベローズ形メカニカルシールは、シールケース１に固定されたセラミックス製の静止密封環２と、基端部４ｂを回転軸３に嵌合固定した軸線方向伸縮可能なＰＴＦＥ製のベローズ４と、ベローズ４の先端部４ｄに連結されて静止密封環２に対向する、耐蝕性及び静止密封環２との摺動特性に優れた硬質樹脂材で構成された回転密封環５と、ベローズ４の先端部４ｄ及び回転密封環５に相対回転不能且つ静止密封環方向への相対変位不能に係合されたスプリングリテーナ６と、スプリングリテーナ６を静止密封環方向に押圧附勢すべくベローズ４の外周側領域に配設されたスプリング部材７とを具備するものであり、スプリングリテーナ６を熱膨張係数がベローズ４と同等又は近似する樹脂材で構成してある。【選択図】図１
2010261573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールケースに固定されたセラミックス製の静止密封環と、基端部を回転軸に嵌合固定した軸線方向伸縮可能なＰＴＦＥ製のベローズと、ベローズの先端部に連結されて静止密封環に対向する、耐蝕性及び静止密封環との摺動特性に優れた硬質樹脂材で構成された回転密封環と、ベローズの先端部及び回転密封環に相対回転不能且つ静止密封環方向への相対変位不能に係合されたスプリングリテーナと、スプリングリテーナを静止密封環方向に押圧附勢すべくベローズの外周側領域に配設されたスプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域である被密封流体領域とその外周側領域である非密封流体領域とをシールするように構成されたベローズ形メカニカルシールであって、スプリングリテーナを熱膨張係数がベローズと同等又は近似する樹脂材で構成してあることを特徴とする耐蝕性ベローズ形メカニカルシール。
【請求項２】
回転密封環がＰＴＦＥを主成分とする複合樹脂材で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載する耐蝕性ベローズ形メカニカルシール。
【請求項３】
スプリングリテーナがＰＴＦＥを主成分とする複合樹脂材で構成されていることを特徴する、請求項１又は請求項２に記載する耐蝕性ベローズ形メカニカルシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医薬品，食品，半導体等の分野で高度の耐蝕性（耐薬品性，耐酸性，耐アルカリ性，耐海水性等）が要求される回転機器の軸封装置として使用される耐蝕性ベローズ形メカニカルシールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ベローズ形メカニカルシールとしては、例えば特許文献１に開示される如く、シールケースに固定された静止密封環と、基端部を回転軸に嵌合固定した軸線方向伸縮可能なベローズと、ベローズの先端部に一体形成されて静止密封環に対向する回転密封環と、ベローズの先端部に相対回転不能に嵌合連結されたスプリングリテーナと、スプリングリテーナを静止密封環方向に押圧附勢すべくベローズの外周側領域に配設されたスプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域である被密封流体領域とその外周側領域である非密封流体領域とをシールするように構成されたものが公知である。
【０００３】
ところで、このようなベローズ形メカニカルシールは、医薬品，食品，半導体等の分野で高度の耐蝕性（耐薬品性，耐酸性，耐アルカリ性，耐海水性等）が要求される回転機器の軸封装置として使用されることが多いが、このような耐蝕性を必要とする用途に使用する場合、つまり被密封流体が腐食性流体である場合、被密封流体に接触するベローズについては耐蝕性及び耐熱性に優れるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）で構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６１３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、スプリングリテーナについては、これが被密封流体に接触しないものであり、被密封流体の性状（腐食性，温度）を考慮して材質選定を行う必要がないものであることから、一般に金属材で構成されているのが普通である。したがって、高温条件下においては、スプリングリテーナとベローズとの嵌合部分における熱膨張量差が生じ、これによりベローズに過度の負荷（応力）が作用することになる。その結果、ベローズとしてＰＴＦＥ製のものを使用したベローズ形メカニカルシールでは、良好なシール機能を発揮することができず、医薬品，食品，半導体等の分野で高度の耐蝕性（耐薬品性，耐酸性，耐アルカリ性，耐海水性等）が要求される回転機器の軸封装置としては甚だ不適当であった。
【０００６】
本発明は、このような問題を生じることなく、高温条件下においても腐食性流体を良好にシールしうる耐蝕性ベローズ形メカニカルシールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決した本発明の耐蝕性ベローズ形メカニカルシールは、シールケースに固定されたセラミックス製の静止密封環と、基端部を回転軸に嵌合固定した軸線方向伸縮可能なＰＴＦＥ製のベローズと、ベローズの先端部に連結されて静止密封環に対向する、耐蝕性及び静止密封環との摺動特性に優れた硬質樹脂材で構成された回転密封環と、ベローズの先端部及び回転密封環に相対回転不能且つ静止密封環方向への相対変位不能に係合されたスプリングリテーナと、スプリングリテーナを静止密封環方向に押圧附勢すべくベローズの外周側領域に配設されたスプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域である被密封流体領域とその外周側領域である非密封流体領域とをシールするように構成されたものであって、スプリングリテーナを熱膨張係数がベローズと同等又は近似する樹脂材で構成したものである。かかるベローズ形メカニカルシールの好ましい実施の形態にあって、回転密封環はＰＴＦＥを主成分とする複合樹脂材で構成されており、スプリングリテーナはＰＴＦＥを主成分とする複合樹脂材で構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の耐蝕性ベローズ形メカニカルシールは、回転密封環をベローズの構成材であるＰＴＦＥより相手密封環（静止密封環）との摺動特性に優れた硬質の耐蝕性樹脂材で構成したものであるから、高温条件下においても腐食性流体を良好にシールすることができるものである。しかも、スプリングリテーナを熱膨張係数がベローズと同等又は近似する樹脂材で構成してあるから、両者の熱膨張量差によりベローズに過度の負荷が作用するようなことがなく、高温条件下においても良好なシール機能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明に係る耐蝕性ベローズ形メカニカルシールの一例を示す縦断側面図である。
【図２】図２は当該ベローズ形メカニカルシールの変形例を示す縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について、図１を参照して具体的に説明する。図１は本発明に係る耐蝕性ベローズ形メカニカルシールを示す縦断側面図である。
【００１１】
図１に示すベローズ形メカニカルシールは、高温条件下で腐食性流体を扱う攪拌機等の回転機器に軸封装置として使用されるものであり、回転機器のハウジングに取り付けられたシールケース１と、シールケース１に固定された静止密封環２と、シールケース１を上下方向に同心状に洞貫する回転機器の回転軸３にベローズ４を介して軸線方向移動可能(上下方向移動可能)に保持された回転密封環５と、回転密封環５をスプリングリテーナ６を介して静止密封環２へと押圧接触させるスプリング部材７とを具備して、両密封環２，５の対向端面たる密封端面２ａ，５ａの相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分２ａ，５ａの内周側領域である機内領域（被密封流体領域）Ａとその外周側領域である機外領域（非密封流体領域）Ｂとを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。なお、機内領域Ａの流体（被密封流体）は腐食性を有する高温，高圧の気体又は液体であり、機内領域Ｂは大気領域である。
【００１２】
シールケース１は、内周面断面を円形とする金属製（ＳＵＳ３０４等）の筒状体であり、回転機器のハウジング（図示せず）に取り付けられたケース本体１ａとこれに連結されたカラー１ｂとからなる。ケース本体１の内周部には回転軸３を囲繞して密封環２，５の内周部へと突出する円筒状のガイド１ｃが形成されている。なお、シールケース１における被密封流体（機内領域Ａの流体）に接触する表面部分には、耐蝕性樹脂材（ＰＥＥＫ等）のライニング層１ｄが形成されている。
【００１３】
静止密封環２は、カラー１ｂの内周面に嵌合固定された円環状体であり、先端面は軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面２ａに構成されている。静止密封環２は耐蝕性に優れるセラミックスで構成されており、この例では炭化珪素で構成されている。静止密封環２とケース本体１ａ及びカラー１ｂとの間には耐蝕性材製のＯリング８，９が介装されていて、シールケース１と静止密封環２との嵌合部分をシール（二次シール）している。この例では、Ｏリング９，１０はパーフロロゴムで構成されている。
【００１４】
ベローズ４は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）で構成されたもので、中間部を断面蛇行状の伸縮部４ａとした円筒状のものであり、基端部である固定部４ｂが夫々金属製（ＳＵＳ３１６等）のストッパリング１０、締め付けリング１１及び固定リング１２を介して回転軸３に強固に嵌合固定されている。すなわち、ストッパリング１０は、これに螺合させた適当本数のセットスクリュー（１本のみ図示）１３を回転軸３に締め付けることにより、回転軸３に固定されている。締付リング１１は、内周面をストッパリング１０に向かって拡径する裁頭円錐状のカム面１１ａに形成したもので、ストッパリング１０に適当本数（１本のみ図示）の締付ボルト１４により取り付けられている。固定リング１２はベローズ４の基端部４ｂに形成した環状突起４ｃに係合された状態で当該基端部４ｂに外嵌されており、外周面を締付リング１１のカム面１２ａに嵌合する裁頭円錐状のカム面１２ａに形成されている。したがって、締付ボルト  １４を締め付けて締付リング１１をストッパリング１０に近接する方向に移動させることにより、カム面１１ａ，１２ａにより固定リング１２を介してベローズ４の基端部４ｂが回転軸３に強固に固定されるようになっている。
【００１５】
回転密封環５は、耐蝕性及び静止密封環２との摺動特性に優れた硬質樹脂材で構成された円環状体であり、その先端面は軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面５ａに構成されている。回転密封環は、ＰＴＦＥを主成分とする複合樹脂材であって、静止密封環２との摺動特性（低摩擦性）及び機械的強度を向上させるべくＰＴＦＥに適宜の充填剤を充填させたＰＴＦＥ複合樹脂材で構成してある。
【００１６】
而して、回転密封環５はベローズ４の先端部である連結部４ｄに一体的に連結されている。両者４ｄ，５の連結は、ベローズ４及び／又は回転密封環５の成形工程時において或いはベローズ４及び回転密封環５の成形工程後において両者４ｄ，５を一体化させるように行われるものであり、一体化された状態において両者４ｄ，５の境界１５は明瞭に現われない。なお、ベローズ４の連結部４ｄの外径は、回転密封環５の基端部とは同一径であるが、ベローズ４の伸縮部４ａ及び固定部４ｂよりは若干大径とされている。
【００１７】
スプリングリテーナ６は、先端部６ａがベローズ４の連結部４ｄ及び回転密封環５に嵌合すると共に基端部６ｂがベローズ４の伸縮部４を囲繞する円筒状のものであり、熱膨張係数がベローズ４の構成材であるＰＴＦＥと同等又は近似する樹脂材で構成してある。この例では、ＰＴＦＥを主成分とする複合樹脂材であって、ＰＴＦＥにカーボンを充填させたＰＴＦＥ複合樹脂材で構成してある。なお、スプリングリテーナ６の先端部６ａの内径はベローズ４の連結部４ｄ及び回転密封環５に密に外嵌しうるように設定されているが、その基端部６ｂの内径はベローズ４の先端部４ｄ及び回転密封環５の外径より小さく且つベローズ４の伸縮部４ａの外径より若干大きく設定されていて、スプリングリテーナ６が当該伸縮部４ａに干渉しないように工夫されている。
【００１８】
スプリングリテーナ６の先端面には、回転密封環５の先端側外周面に周方向に等間隔を隔てて突出形成した複数の環状突起５ｃに係合する凹部６ｃが形成されていて、この突起５ｃと凹部６ａとの係合により、両者５，６の相対回転が阻止されている。また、スプリングリテーナ６の内周部において先端部６ａと基端部６ｂとの境界に形成される環状段部６ｄは、ベローズ４の外周部において伸縮部４ａと連結部４ｄとの境界に形成される環状段部４ｆに衝合されていて、両段部４ｆ，６ｃの係合により、後述するスプリング部材７による押圧附勢力がスプリングリテーナ６を介してベローズ４に確実に作用するようになっている。
【００１９】
ストッパリング１０には適当数（１個のみ図示）のドライブピン１０ａが突設されていて、これをスプリングリテーナ６の後端面に形成した凹部６ｅに係合させることにより、スプリングリテーナ６の回転軸２に対する相対回転がその軸線方向移動を許容しつつ阻止されるようになっている。
【００２０】
スプリング部材７は、スプリングリテーナ６とストッパリング１０との間に周方向に等間隔を隔てて装填された複数（１個のみ図示）のコイルスプリングで構成されており、回転密封環５を静止密封環２へと押圧接触させるべく、スプリングリテーナ１０（及びベローズ４）を附勢するものである。なお、スプリング部材７を構成する各コイルスプリングは、締付リング１１に形成した貫通孔１１ｂを挿通した状態でスプリングリテーナ６とストッパリング１０との間に装填されている。
【００２１】
以上のように構成されたベローズ形メカニカルシールにあっては、高温条件下においてもベローズ４に嵌合するスプリングリテーナ６がベローズ４の構成材であるＰＴＦＥと同等又は近似する熱膨張係数の樹脂材で構成されているから、ベローズ４が熱膨張した場合にも、両者４，６の嵌合部において熱膨張量差が生じないか或いは殆ど生じないために、ベローズ４に過度の負荷（応力）が作用するようなことがない。
【００２２】
また、ベローズ４とこれとは異質材である回転密封環５とが両者４，５の境界１５が明瞭に現われない状態に一体的に連結されていることから、機内領域Ａの流体（被密封流体）が液体である場合には勿論、気体である場合にも、両者４，５の連結部分１５から被密封流体が漏れるようなことが全くなく、被密封流体を良好にシールすることができる。また、被密封流体が気体である場合（ドライ運転）にも、回転密封環５がセラミックス製の静止密封環２との摺動特性に優れるＰＴＦＥ複合樹脂材で構成されているから、密封端面２ａ，５ａが異常摩耗，発熱することがなく、良好に相対回転摺接しうる。
【００２３】
したがって、冒頭で述べたベローズ形メカニカルシールのようにベローズと回転密封環とを同質材の一体構造物となしているものではなく、回転密封環５をベローズ４の構成材（ＰＴＦＥ）に比して相手密封環（静止密封環２）との摺動特性に優れた樹脂材で構成していることとも相俟って、高温条件下においても被密封流体の性状に拘わらず良好なメカニカルシール機能を発揮することができる。
【００２４】
なお、本発明の軸封装置は、上記した例に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。例えば、ベローズ４と回転密封環５とを、各別に成形した上で接着剤により接着連結することも可能であり、又は図２に示す如く、挟圧リング１６を使用して係合連結しておくようにすることも可能である。すなわち、図２に示すものでは、ベローズ４の先端部４ｄに環状の舌部４ｇを形成し、この舌部４ｇを回転密封環５の基端面に突設した環状突起５ｄと挟圧リング１６とで径方向に挟圧することにより、ベローズ４と回転密封環とを連結してある。なお、図２に示すベローズ形メカニカルシールは、ベローズ４と回転密封環との連結構造を除いて、図１に示すベローズ形メカニカルシールと同一構成をなすものである。また、挟圧リング１６はＰＴＦＥを主成分とする複合樹脂材であって、炭素繊維を充填したＰＴＦＥによって構成してある。ところで、図２に示すベローズ形メカニカルシールにおいては、被密封流体が気体である場合、ベローズ４と回転密封環５とを如何に強固に連結したとしてもその連結部分から被密封流体の微少漏れを阻止することができないため、気体をシールするものとしては好ましくない。この点、図１に示すベローズ形メカニカルシールでは、ベローズ４と回転密封環５とが一体的に連結されていることから、被密封流体が液体，気体の何れである場合にも、このような問題を生じず、良好なシール機能を発揮できる。
【符号の説明】
【００２５】
１    シールケース
２    静止密封環
２ａ  静止密封環の密封端面
３    回転軸
４    ベローズ
４ａ  ベローズの基端部（固定部）
４ｂ  ベローズの中間部（伸縮部）
４ｄ  ベローズの先端部（連結部）
５    回転密封環
５ａ  回転密封環の密封端面
６    スプリングリテーナ
７    スプリング部材
Ａ    被密封流体領域(機内領域)
Ｂ    非密封流体領域(機外領域)
【図１】
2010261573.tif 000003
【図２】
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