(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定密封環と回転密封環とを有するアウトサイド型であって分割型のメカニカルシール装置であり、
前記固定密封環及び前記回転密封環の少なくとも一方が、径方向の肉厚が軸方向において変化する断面形状を有する密封環であり、
前記径方向の肉厚が変化する密封環の、当該径方向の肉厚が異なる軸方向の各領域ごとに、当該各領域の外周面に１本以上配置されるＯリングと、
前記Ｏリングが配置された前記密封環の外周に配置され、前記Ｏリングを介して前記密封環を径方向内側に押圧するホルダーと
を有することを特徴とするメカニカルシール装置。
【請求項２】
前記ホルダーは、周方向に沿って複数の分割部に分割された分割型のホルダーであり、当該分割部を順次結合して当該ホルダーを形成する結合手段は、前記径方向の肉厚が変化する密封環の、当該径方向の肉厚が異なる軸方向の各領域ごとに、当該各領域の外周側に１個以上配置されることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
【請求項３】
前記ホルダーは、周方向に沿って複数の分割部に分割された分割型のホルダーであり、結合手段により前記分割部を順次結合して当該ホルダーを形成した状態において、前記各分割部の端面間に、前記結合手段により調整可能な間隙が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
【請求項４】
前記径方向の肉厚が変化する密封環の、当該径方向の肉厚が異なる軸方向の各領域の外周面に、断面円弧状の周方向溝が１本以上形成されており、前記各領域ごとに配置される１本以上のＯリングは、前記周方向溝に嵌合されて配置されることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
【請求項５】
前記ホルダーの内周面に、前記径方向の肉厚が変化する密封環の、当該径方向の肉厚が異なる軸方向の各領域ごとに、当該領域の外周に相当する領域に、断面円弧状の周方向溝が１本以上形成されており、前記各領域ごとに配置される１本以上のＯリングは、前記周方向溝に嵌合されて配置されることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メカニカルシール装置に関し、特に、アウトサイド型で分割型のメカニカルシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体輸送機器（輸送装置）に使用されるメカニカルシールにおいては、輸送機器が大型の場合、交換作業に時間とコストがかかっていた。そこで、輸送機器を分解しないでメカニカルシールを交換できるように、メカニカルシールを分割可能な構造とすることが提案され、既に実用化されている（例えば、ＰＣＴ国際公開ＷＯ２００７／１３６４５３号公報（特許文献１）の図１を参照）。【０００３】
分割型のメカニカルシールにおいては、一般的に、ボルト等で固定できない密封環の内径側に被密封流体の圧力が加わると、その力が密封環の割り面を開く方向に作用し、割り面から被密封流体が漏洩し易くなる。そのため従来の分割型のメカニカルシールは、密封環の外径側に圧力が加わるインサイド型のメカニカルシールとして構成されている場合が多い。【０００４】
しかしながら、インサイド型のメカニカルシールにおいては、被密封流体が密封環の外側に存在するため、シールカバーが必要となり、シール装置全体の構成が複雑になるという問題がある。そのため、分割型のメカニカルシールをアウトサイド型のメカニカルシールで実現することが望まれている。そしてそのためには、分割された密封環を割り面が開かないように接続して固定することが必要であり、そのためのさまざまな方法が提案されている。【０００５】
例えば、分割した金属製の締付リングで分割密封環を固定する方法が提案されている（例えば、日本国特許出願公開２００３−１６６６５１号公報（特許文献２）参照）。しかしこの方法では、金属製の締付リングと密封環との熱膨張係数の違い（一般的に密封環より金属の方が熱膨張計数が大きい。）により、締付リング又は密封環あるいはその両方に変形や緩みが発生する可能性がある。締付リングや密封環に変形や緩みが発生すると、密封環の分割面が開いてしまう可能性が高い。【０００６】
また、密封環の傾斜した（所定の方向に角度を付けられた）外側面に弾性部材を配置することによって、分割面を密接させて密封環を固定する方法も提案されている（例えば、日本国特許出願公開２００７−２９８１２３号公報（特許文献３）参照）。しかしこの方法では、密封環に圧力や熱による変形が生じた場合、弾性部材の弾性力が及ばない部分の分割面が開いてしまう場合がある。特に、密封環が単純な矩形断面のリング形状でない場合には、薄肉部と厚肉部との肉厚の差に起因する変形が生じる場合があるが、この方法ではこのような変形に対応することができない。【０００７】
また、密封環の側面に弾性部材を入れる方法も提案されている（例えば、日本国特許出願公開２００６−２９１９８８号公報（特許文献４）参照）。しかしこれは、密封環の分割面を密封環外周の軸方向の一部に設置した弾性体の緊迫力で押える方法なので、密封環の形状が単純な円筒のような形状にしか対応することができない。また、外周面にしか弾発手段を持たないので、軸方向への分割面のズレに対応することができない。
なお、日本国特許出願公開２００６−２９１９８８号公報に開示されているこの方法においては、弾性部材の外周側にあるホルダーは分割部品ではなく、固定された密封環とホルダーとの隙間に、弾性体の初期締め代のみを利用して弾性部材を挿入設置している。【０００８】
また、弾性部材で密封環外側面の全体及び密封環の背面（シール面の反対側）を覆い、その周囲を分割された固定リングで固定する方法も提案されており（例えば、日本国特許出願公開Ｈ０７−０７１６１７号公報（特許文献５）参照）、この方法によれば、密封環の径方向の変形や、軸方向のズレにも対応することがきる。しかし、このような密封環の周面全体を覆うような形状の弾性部材は、密封環の径の相違等のために基本的に密封環ごとに用意する必要があり、製造コストが高くなり、専用部品として価格も高くなる。また、部品の管理も煩雑になる。また、より具体的には、そのような専用の弾性部材を製作するために専用の型を製作する必要があり、型の管理が手間がかかるものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＰＣＴ国際公開ＷＯ２００７／１３６４５３号公報
【特許文献２】日本国特許出願公開２００３−１６６６５１号公報
【特許文献３】日本国特許出願公開２００７−２９８１２３号公報
【特許文献４】日本国特許出願公開２００６−２９１９８８号公報
【特許文献５】日本国特許出願公開Ｈ０７−０７１６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、アウトサイド型であって分割型のメカニカルシール装置であって、径方向厚さの違う部分があるような複雑な形状の密封環においても、シール面の接続部を常に高精度に平坦に維持し、適切なシール能力を発揮することができるとともに、構成が簡単で安価なメカニカルシール装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシール装置は、固定密封環と回転密封環とを有するアウトサイド型であって分割型のメカニカルシール装置であり、前記固定密封環及び前記回転密封環の少なくとも一方が、径方向の肉厚が軸方向において変化する断面形状を有する密封環であり、前記径方向の肉厚が変化する密封環の、当該径方向の肉厚が異なる軸方向の各領域ごとに、当該各領域の外周面に１本以上配置されるＯリングと、前記Ｏリングが配置された前記密封環の外周に配置され、前記Ｏリングを介して前記密封環を径方向内側に押圧するホルダーとを有することを特徴とするものである。【００１２】
このような構成の本発明のメカニカルシール装置によれば、密封環の径方向厚さの違う部分に対応させてＯリングを配置し、密封環を外側から押圧しているので、密封環が径方向の厚さの違いに起因する複雑な変形をしても、各部分（領域）に配置されたＯリングがその部分（領域）に対して適切な緊迫力を与えることができ、変形を適切に抑制あるいは防止することができる。その結果、シール面の接続部を常に高精度に平坦に維持し、分割型のメカニカルシールを適切に環状に維持し、適切なシール能力を発揮することができる。また、構成が簡単で安価なメカニカルシール装置を提供することができる。【００１３】
好適には、本発明のメカニカルシール装置において前記ホルダーは、周方向に沿って複数の分割部に分割された分割型のホルダーであり、当該分割部を順次結合して当該ホルダーを形成する結合手段は、前記径方向の肉厚が変化する密封環の、当該径方向の肉厚が異なる軸方向の各領域ごとに、当該各領域の外周側に１個以上配置されることを特徴とする。【００１４】
このような構成の本発明のメカニカルシール装置によれば、分割型のホルダーの分割面を結合する場合にも、密封環の径方向厚さの違う部分に対して各々別個の締付ボルトにより締付けを行っているので、密封環の径方向の厚さの違いに起因する変形に対して、各部分（領域）ごとにより一層適切な緊迫力を与えることができ、密封環を適切に環状形態に維持することができる。その結果、シール面の接続部を常に高精度に平坦に維持し、分割型のメカニカルシールを適切に環状に維持し、適切なシール能力を発揮することができる。【００１５】
また好適には、本発明のメカニカルシール装置において前記ホルダーは、周方向に沿って複数の分割部に分割された分割型のホルダーであり、締付ボルト等の結合手段により前記分割部を順次結合して当該ホルダーを形成した状態において、前記各分割部の端面間に、前記結合手段により調整可能な間隙が形成されていることを特徴とする。【００１６】
このような構成の本発明のメカニカルシール装置によれば、分割型のホルダーの分割面において、各分割部の端面間は密接されず、若干の隙間が形成されるように結合されているので、締付ボルト等の結合手段の締付力等により、内周側に配置される密封環の外周に加わる押圧力、緊迫力を調整することができる。その結果、シール面の接続部を常に高精度に平坦に維持し、分割型のメカニカルシールを適切に環状に維持し、適切なシール能力を発揮することができる。【００１７】
また好適には、本発明のメカニカルシール装置においては、前記径方向の肉厚が変化する密封環の、当該径方向の肉厚が異なる軸方向の各領域の外周面に、断面円弧状の周方向溝が１本以上形成されており、前記各領域ごとに配置される１本以上のＯリングは、前記周方向溝に嵌合されて配置されている。【００１８】
このような構成の本発明のメカニカルシール装置によれば、密封環の外周面とＯリングとの接触面積を増やし、Ｏリングに作用する圧縮力を最大限に緊迫力に反映させることができ、また、Ｏリングと密封環とを軸方向にも一体化することができる。その結果、単純な構成で密封環の軸方向位置を適切に制御することができるとともに、分割面が接合された状態を頑強に維持することができ、被密封流体が高圧な流体等であっても、適切なシール能力を発揮することができる。【００１９】
また好適には、本発明のメカニカルシール装置においては、前記ホルダーの内周面にも、前記径方向の肉厚が変化する密封環の、当該径方向の肉厚が異なる軸方向の各領域ごとに、当該領域の外周に相当する領域に、断面円弧状の周方向溝が１本以上形成されており、前記各領域ごとに配置される１本以上のＯリングは、前記周方向溝に嵌合されて配置されている。【００２０】
このような構成の本発明のメカニカルシール装置によれば、密封環とホルダーがＯリングを介してなお一層確実に一体化されるので、ホルダーからの押圧力を最大限に緊迫力に反映させることができ、また、ホルダーと密封環とを軸方向にも周方向にも一体化することができる。その結果、一層密封環の軸方向位置及び周方向位置を適切に制御することができるとともに、分割面が接合された状態を頑強に維持することができ、被密封流体が高圧な流体等であっても、適切なシール能力を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態のメカニカルシール装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示したメカニカルシール装置の固定環（シールリング）及び回転環(メイティングリング)の周囲の拡大図である。
【図３】図３は、図１のＸ位置における軸方向断面図である。
【図４】図４は、図１に示したメカニカルシール装置のカラーの正面図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施形態としてのフランジが分割されているメカニカルシール装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、図５のＸ位置における軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態のメカニカルシール装置について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態のメカニカルシール装置１の構成を示す軸方向断面図であり、図２は、メカニカルシール装置１の固定環（シールリング）３０及び回転環(メイティングリング)７０付近の拡大図であり、図３は、図１のＸ位置における軸方向断面図であり、図４は、図１に示したメカニカルシール装置のカラー６０の正面図である。
【００２３】
本実施形態のメカニカルシール装置１は、分割型でアウトサイド型のメカニカルシール装置である。
図１に示すように、メカニカルシール装置１は、主な構成部として、フランジ１０、固定環(シールリング）３０、Ｏリング４１〜４４、固定環固定用ホルダー５０、カラー６０、回転環(メイティングリング)７０、Ｏリング８１〜８４、及び、回転環固定用ホルダー９０を有する。
【００２４】
メカニカルシール装置１は、ケーシング６の、回転軸２が貫通する開口６ａが形成されている箇所に装着され、ケーシング６の開口６ａの内周面６ｂと回転軸２の外周面２ａとの間をシールする。
なお、図１において、図面左側となるメカニカルシール装置１の外部空間が機外側（大気側）空間Ａであり、図面右側となるケーシング６の開口６ａの内側の空間が機内側空間Ｂである。
【００２５】
フランジ１０は、ケーシング６にメカニカルシール装置１を装着するための基台となる部材であり、中央に回転軸２を貫通させる円形の開口１１が形成された円環状の部材である。
【００２６】
フランジ１０の機内側（ケーシング６側）の面には、段差部１３が形成されており、段差部１３を境界に外周側が凸で内周側が凹に形成されている。フランジ１０をケーシング６に装着する際には、段差部１３に沿って、その内周側の凹部に、ケーシング６の開口６ａの外側（機外側）端部に環状に形成された凸状縁部６ｃが嵌合される。これにより、ケーシング６の開口６ａに対してフランジ１０の位置が規定される。この状態において、フランジ１０の開口１１の内周面１２とケーシング６の開口６ａの内周面６ｂとは、内部を回転軸２が貫通可能に同軸に配置される。フランジ１０の開口１１の内周面１２は、ケーシング６の開口６ａの内周面６ｂよりもさらに回転軸２の外周面２ａに近接した位置に配置され、回転軸２の外周面２ａと僅かな間隙で対向するように形成されている。
【００２７】
フランジ１０の機外側の面においては、フランジ１０の開口１１の縁部が軸方向に延伸して筒状部１４をなしている。筒状部１４の内周面は、前述したフランジ１０の内周面１２と同径に内周面１２と連続するように形成されている。以後、筒状部１４の内周部となる範囲を含めたこれらの範囲を、フランジ１０の内周面１２と称する。
【００２８】
筒状部１４の先端部（機外側端部）には、径方向外向きに環状に突出した縁部１５が形成されており、この縁部１５により、筒状部１４の外周面に溝状の環状溝１６が形成される。すなわち、筒状部１４の外周面は、縁部１５の機内側の面及びフランジ１０の機外側の面で挟まれた溝形状の環状溝１６に形成される。この環状溝１６には、Ｏリング２１及びＯリング２１を環状溝１６の機外側端部に保持するための樹脂製のアダプタ２２が配置されている。そして後述するように、この環状溝１６に、固定環３０の薄肉領域(第２領域)３９の内周面が嵌合され、固定環３０は、フランジ１０に軸方向移動自在に設置される。
【００２９】
フランジ１０には、ケーシング６に形成されたネジ穴６ｄに対応する位置に、ボルト穴１７が形成されている。本実施形態においてボルト穴１７は、フランジ１０の周方向に沿って等配に４個形成されており、ケーシング６には、ボルト穴１７に対応する位置に各々ネジ穴６ｄが形成されている。このボルト穴１７に穴付き六角ボルト１８が挿入され、ケーシング６のネジ穴６ｄにネジ止めされることにより、フランジ１０はケーシング６に装着される。
【００３０】
また、ケーシング６の突出縁部６ｃの外周側には、Ｏリングを配置するための溝６ｅが形成されている。フランジ１０をケーシング６に装着する際には、この溝６ｅにゴム又は樹脂材製のＯリング１９を設置して、フランジ１０をケーシング６に穴付き六角ボルト１８により設置する。これにより、フランジ１０とケーシング６との間がシールされる。
【００３１】
また、フランジ１０の機外側端面には、底面にばね座を設けたスプリング取付穴２３が形成されており、このスプリング取付穴２３にコイルスプリング２４の一端が挿入されてばね座に着座している。そして、コイルスプリング２４の他端は固定環固定用ホルダー５０の機内側端面に当接して、固定環固定用ホルダー５０、及び、後述するように固定環固定用ホルダー５０と軸方向に一体に移動可能な固定環３０を、回転環(メイティングリング)７０方向に弾発に押圧する。なお、本実施形態のメカニカルシール装置１においては、図３に示すように、スプリング取付穴２３及びコイルスプリング２４はフランジ１０の周方向に沿って各々２４箇所設置されている。
【００３２】
また、フランジ１０の機外側端面には、図１及び図３に示すような廻り止めピン取付穴２５が形成されており、この廻り止めピン取付穴２５に固定環固定用ホルダー５０に装着される廻り止めピン２６の先端部が挿入されて嵌合されている。これにより、固定環固定用ホルダー５０、及び、固定環固定用ホルダー５０と周方向にも一体化された固定環３０は、周方向において、回転環(メイティングリング)７０の回転に伴って移動することがないように、フランジ１０に固定される。なお、本実施形態のメカニカルシール装置１においては、図３に示すように、廻り止めピン取付穴２５及び廻り止めピン２６は、フランジ１０の周方向に沿って等配に各々４箇所設置されている。
【００３３】
固定環（シールリング）３０は、フランジ１０の機外側に配置され、機外側端面に形成されるシール部３５のシール面３６が、対向配置される回転環(メイティングリング)７０のシール部７５のシール面７６に密接摺動され、シール面３６及び７６の内周側と外周側とを、すなわち機外側空間Ａと機内側空間Ｂとの間をシールする。
【００３４】
固定環３０は、図３に示すように、内部に回転軸２を貫通させる開口を有する環状部材であり、周方向に２分割された分割型のシールリングである。すなわち、固定環３０は、固定環第１分割部３０ａ及び固定環第２分割部３０ｂを有し、これらが分割面３０ｃ及び３０ｄの箇所において各々端面同士を接触させて接続されることにより円環全形状の固定環３０が形成される。
なお、固定環３０の分割面３０ｃ、３０ｄは、後述する固定環固定用ホルダー５０の分割面５０ｃ、５０ｄとは、９０度ずれた位置に形成される。
【００３５】
固定環３０は、断面略Ｌ字形状の環状部材である。すなわち、単純な矩形等の断面形状のシールリングではなく、径方向の厚さの違う部分が軸方向に配列された構成のシールリングである。より具体的には、固定環３０は、内周面の軸方向略中央に段差部３７を有し、段差部３７の機外側は、中央の開口が小径で厚肉な厚肉領域(第１領域)３８に、段差部３７の機内側は、中央の開口が大径で薄肉な薄肉領域(第２領域)３９に形成されている。
【００３６】
固定環３０の厚肉領域(第１領域)３８の内周面は、フランジ１０の内周面１２と略同じ間隔で回転軸２の外周面２ａに近接した位置に配置される。
固定環３０の薄肉領域(第２領域)３９の内周面は、前述したように、フランジ１０の環状溝１６にＯリング２１を介在させて嵌合される。これにより、固定環３０はフランジ１０に対して軸方向に移動自在に装着される。
【００３７】
固定環３０の機外側端面には、内周側の一部が径方向に所定の幅で周方向に沿って凸状に形成された固定側シール部３５が形成されており、その端面が固定側シール面３６に形成されている。シール面３６は、対向配置される回転環７０のシール面７６に密接摺動され、その内周側と外周側とをシールする。   
なお固定環３０は、炭化珪素又はカーボン材により形成される。
【００３８】
固定環３０の外周面には、Ｏリングを配置するための４本の断面円弧状の周方向溝３１〜３４（固定環第１周方向溝３１〜固定環第４周方向溝３４）が形成されている。固定環第１周方向溝３１〜３４は、固定環３０の厚肉領域(第１領域)３８に固定環第１周方向溝３１及び固定環第２周方向溝３２の２本の周方向溝が形成され、固定環３０の薄肉領域(第２領域)３９に固定環第３周方向溝３３及び固定環第４周方向溝３４の２本の周方向溝が形成されている。
【００３９】
各周方向溝３１〜３４には、ゴム又は樹脂製のＯリング４１〜４４が配置される。すなわち、固定環第１周方向溝３１には固定環第１Ｏリング４１が、固定環第２周方向溝３２には固定環第２Ｏリング４２が、固定環第３周方向溝３３には固定環第３Ｏリング４３が、固定環第４周方向溝３４には固定環第４Ｏリング４４が配置される。
Ｏリング４１〜４４は、いずれも一般的なサイズのＯリングを用いる。換言すれば、一般的なサイズのＯリングを固定環第１Ｏリング４１〜固定環第４Ｏリング４４として使用可能なように、固定環３０の外周の固定環第１周方向溝３１〜固定環第４周方向溝３４の寸法、形状を規定する。
【００４０】
固定環第１Ｏリング４１〜固定環第４Ｏリング４４が配置された固定環３０のさらに外周には、固定環固定用ホルダー５０が設置される。
固定環固定用ホルダー５０は、内径が固定環３０の外径に略等しい円環状部材である。
固定環固定用ホルダー５０は、図３に示すように、周方向に２分割された分割型の固定環固定用ホルダーである。すなわち固定環固定用ホルダー５０は、固定環ホルダー第１分割部５０ａ及び固定環ホルダー第２分割部５０ｂを有し、これらが分割面５０ｃ及び５０ｄの箇所において締付ボルト５５、５６により結合されることにより、円環状の固定環固定用ホルダー５０が形成される。
なお、固定環固定用ホルダー５０の分割面５０ｃ、５０ｄは、前述した固定環３０の分割面３０ｃ、３０ｄとは、９０度ずれた位置に形成される。
【００４１】
固定環固定用ホルダー５０の内周には、固定環３０の固定環第１周方向溝３１〜固定環第４周方向溝３４に対応する位置に、断面円弧状の４本の周方向溝である固定環ホルダー第１周方向溝５１〜固定環ホルダー第４周方向溝５４が形成されている。固定環ホルダー第１周方向溝５１〜固定環ホルダー第４周方向溝５４は、固定環３０の固定環第１周方向溝３１〜固定環第４周方向溝３４に配置された固定環第１Ｏリング４１〜固定環第４Ｏリング４４の外周側の略半分を収容するとともに、固定環第１Ｏリング４１〜固定環第４Ｏリング４４を外周部から押圧する。これにより、固定環３０に対して外周側から強固な押圧力が作用し、固定環３０の固定環第１分割部３０ａと固定環第２分割部３０ｂの分割面とは強固に密接される。その結果、固定環第１分割部３０ａと固定環第２分割部３０ｂとが一体化された円環全形状の固定環３０を維持することができる。
【００４２】
このように、固定環３０と固定環固定用ホルダー５０とを、断面円弧状に形成された各周方向溝３１〜３４、５１〜５４及びそこに配置されるＯリング４１〜４４により一体的に結合することにより、Ｏリング４１〜４４と固定環３０及び固定環固定用ホルダー５０との各接触面積を増やすことができ、その結果、固定環固定用ホルダー５０に付加された圧縮力を効率よく適切に最大限緊迫力として伝達し反映させることができる。
また、このような形態で固定環３０と固定環固定用ホルダー５０とを一体的に結合することにより、これらを軸方向にも一体的に移動する構成とすることができ、別段の機構を設けることなく固定環３０の軸方向位置をも規定することができる。
【００４３】
また、固定環３０及び固定環固定用ホルダー５０の周方向溝は、固定環３０の径方向厚さの違う部分ごとに少なくとも１本、好適には２本以上形成する。従って固定環３０と固定環固定用ホルダー５０との間に介在されるＯリングも、固定環３０の径方向厚さの違う部分ごとに少なくとも１本、好適には２本以上配置されることとなる。本実施形態のメカニカルシール装置１では、固定環３０における径方向厚さの違う部分である厚肉領域(第１領域)３８と薄肉領域(第２領域)３９とに対応して、各々２本の固定環３０の周方向溝３１，３２及び固定環固定用ホルダー５０の周方向溝５１，５２、及び、固定環３０の周方向溝３３，３４及び固定環固定用ホルダー５０の周方向溝５３，５４が形成され、固定環３０における径方向厚さの違う部分である厚肉領域(第１領域)３８と薄肉領域(第２領域)３９の各周囲に各々２本のＯリング４１，４２及び４３，４４が配置される。
【００４４】
このように固定環３０の径方向厚さの違う部分に対応して固定環３０及び固定環固定用ホルダー５０に周方向溝を形成し、Ｏリングを介在させることにより、固定環３０が、径方向の厚さの違いに起因する複雑な変形をしても、各部分（領域）に配置されたＯリングがその部分（領域）に対して適切な緊迫力を与えることができ、変形を適切に抑制あるいは防止することができる。
【００４５】
また、固定環ホルダー第１分割部５０ａと固定環ホルダー第１分割部５０ｂとを結合する締付ボルト５５，５６は、固定環３０の径方向厚さの違う部分（領域）ごとに少なくとも１箇所、好適には２箇所以上使用される。本実施形態のメカニカルシール装置１では、固定環３０における径方向厚さの違う部分である厚肉領域(第１領域）３８と薄肉領域（第２領域）３９とに対応して、各々１箇所の第１締付ボルト５５及び第２締付ボルト５６が使用されている。なお、ここで述べる箇所数は、締付ボルトを使用する軸方向位置の数でありボルトの数ではない。各箇所においては、固定環固定用ホルダー５０の分割数（本実施形態においては２）に対応して、その分割数の分割部を順次結合するだけの数のボルトを使用する。
【００４６】
このように固定環３０の径方向厚さの違う部分に対応した箇所において各々別個の締付ボルト５５，５６により固定環固定用ホルダー５０の各分割部５０ａ及び５０ｂを結合することにより、固定環３０の径方向の厚さの違いに起因する変形に対して、各部分（領域）ごとに適切な緊迫力を与えることができ、固定環３０を適切に環状形態に維持することができる。
【００４７】
また、本実施形態のメカニカルシール装置１の固定環固定用ホルダー５０においては、分割面５０ｃ及び５０ｄの箇所において固定環ホルダー第１分割部５０ａと固定環ホルダー第２分割部５０ｂの各端面は密接されず、図３に示すように若干の隙間５０ｅ及び５０ｆが形成されるように結合される。換言すれば、このような、隙間５０ｅ及び５０ｆが形成されるように、固定環ホルダー第１分割部５０ａ及び固定環ホルダー第２分割部５０ｂの周方向長さが規定されている。このような構成としておくことにより、締付ボルト５５、５６の各ボルト締付力により、固定環３０の外周に加わる押圧力、緊迫力を調整することができる。
【００４８】
固定環固定用ホルダー５０には、前述したように廻り止めピン２６が挿入される廻り止めピン取付穴５７が形成されている。廻り止めピン取付穴５７に挿入された廻り止めピン２６の先端部は、フランジ１０の機外側端面に形成された廻り止めピン取付穴２５に挿入され嵌合されている。これにより、固定環固定用ホルダー５０、及び、固定環固定用ホルダー５０と一体化された固定環３０は、周方向において、フランジ１０に対して固定される。
【００４９】
また、固定環固定用ホルダー５０の機内側端面には、前述したように、フランジ１０の機外側端面に設置されたコイルスプリング２４の他端が当接される。これにより、固定環固定用ホルダー５０、及び、固定環固定用ホルダー５０と一体な固定環３０は、軸方向機外側（回転環７０方向）に弾発に押圧される。
【００５０】
回転軸２には、カラー６０が、回転軸２と一体的に回転可能に設置されている。カラー６０は、メカニカルシール装置１の最も機外側の部品をなすものである。
カラー６０は、図４に示すように、周方向に２分割された分割型のカラーである。すなわちカラー６０は、カラー第１分割部６０ａ及びカラー第２分割部６０ｂを有し、これらが分割面６０ｃ、６０ｄを対向させて締付ボルト（カラー締付ボルト）６１及び６２により結合することにより円環状のカラー６０に形成され、回転軸２と一体的に回転可能に、回転軸２の外周面２ａに嵌着される。
【００５１】
締付ボルト６１、６２により締付けられた状態において、カラー第１分割部６０ａとカラー第２分割部６０ｂとの間には、若干の隙間６０ｅ、６０ｆが形成されるようになっている。このような構成で締付ボルト６１、６２を締付け力を調整することにより、回転軸２に嵌着する圧力を調整することができる。
【００５２】
カラー６０の機内側端面には、図１及び図４に示すような廻り止めピン取付穴６３が形成されている。この廻り止めピン取付穴６３に、後述する回転環(メイティングリング)固定用ホルダー９０から装着される廻り止めピン６４の先端部が挿入されることにより、回転環固定用ホルダー９０が、カラー６０と一体的に、すなわち回転軸２と一体的に回転可能にされる。また、これにより、回転環固定用ホルダー９０と一体化される回転環（メイティングリング)７０も、回転軸２と一体的に回転可能にされる。なお、本実施形態のメカニカルシール装置１においては、図４に示すように、廻り止めピン取付穴６３及び廻り止めピン６４は、カラー６０及び回転環固定用ホルダー９０の周方向に沿って等配に各々４箇所設置されている。
【００５３】
また、カラー６０の機内側の回転軸２の外周面２ａには、回転環(メイティングリング)７０と回転軸２の外周面２ａとの間をシールするためのＯリング６６と、Ｏリング６６の位置を規定する樹脂製のアダプタ６５とが配設されている。
【００５４】
回転環(メイティングリング)７０は、カラー６０の機内側に配置され、機内側端面に形成されるシール部７５のシール面７６が対向配置される固定環(シールリング)３０のシール部３５のシール面３６に密接摺動され、シール面３６及び７６の内周側と外周側とを、すなわち機外側空間Ａと機内側空間Ｂとの間をシールする。
【００５５】
回転環７０は、内部に回転軸２を貫通させる開口を有する環状部材であり、周方向に２分割された分割型のシールリングである。回転環７０は、前述した固定環３０の固定環第１分割部３０ａ及び固定環第２分割部３０ｂと同様の第１分割部及び第２分割部を有し、これらが各々端面同士を接触させて接続されることにより円環全形状の回転環に形成されている。
なお、回転環７０の分割面は、後述する回転環（メイティングリング）固定用ホルダー９０の分割面とは、９０度ずれた位置に形成される。
【００５６】
回転環７０も、固定環３０と同様に断面略Ｌ字形状の環状部材である。すなわち、単純な矩形等の断面形状のシールリングではなく、径方向の厚さの違う部分が軸方向に配列された構成のシールリングである。具体的には、回転環７０は、内周面の軸方向略中央に段差部７７を有し、段差部７７の機内側は、中央の開口が小径で厚肉な厚肉領域(第１領域)７８に、段差部７７の機外側は、中央の開口が大径で薄肉な薄肉領域(第２領域)７９に形成されている。
【００５７】
回転環７０の厚肉領域(第１領域)７８の内周面は、回転軸２の外周面２ａに極近接した位置又は接触した位置に配置される。
回転環７０の薄肉領域(第２領域)７９の内周面は回転軸２の外周面２ａとの間に、カラー６０の機内側にアダプタ６５を介して配置されるＯリング６６を介在された形態とされる。
【００５８】
回転環７０の機内側端面には、内周側の一部が径方向に所定の幅で周方向に沿って凸状に形成された固定側シール部７５が形成されており、その端面が固定側シール面７６に形成されている。シール面７６は、対向配置される固定環３０のシール面３６に密接摺動され、その内周側と外周側とをシールする。   
なお回転環７０は、炭化珪素又はカーボン材により形成される。
【００５９】
回転環７０の外周面には、Ｏリングを配置するための４本の断面円弧状の周方向溝７１〜７４（回転環第１周方向溝７１〜回転環第４周方向溝７４）が形成されている。回転環第１周方向溝７１〜７４は、回転環７０の厚肉領域(第１領域)７８に回転環第１周方向溝７１及び回転環第２周方向溝７２の２本の周方向溝が形成され、回転環７０の薄肉領域(第２領域)７９に回転環第３周方向溝７３及び回転環第４周方向溝７４の２本の周方向溝が形成されている。
【００６０】
各周方向溝７１〜７４には、Ｏリング８１〜８４が配置される。すなわち、回転環第１周方向溝７１には回転環第１Ｏリング８１が、回転環第２周方向溝７２には回転環第２Ｏリング８２が、回転環第３周方向溝７３には回転環第３Ｏリング８３が、回転環第４周方向溝７４には回転環第４Ｏリング８４が配置される。
Ｏリング８１〜８４は、いずれも一般的なサイズのＯリングを用いる。換言すれば、一般的なサイズのＯリングを回転環第１Ｏリング８１〜回転環第４Ｏリング８４として使用可能なように、回転環７０の外周の回転環第１周方向溝７１〜回転環第４周方向溝７４の寸法、形状を規定する。
【００６１】
回転環第１Ｏリング８１〜回転環第４Ｏリング８４が配置された回転環７０のさらに外周には、回転環固定用ホルダー９０が設置される。
回転環固定用ホルダー９０は、内径が回転環７０の外径に略等しい円環状部材である。
回転環固定用ホルダー９０も、前述した固定環固定用ホルダー５０と同様に、周方向に２分割された分割型の回転環固定用ホルダーである。すなわち回転環固定用ホルダー９０は、固定環ホルダー第１分割部５０ａ及び固定環固定用ホルダー５０ｂ（図３参照）とほぼ同様の回転環ホルダー第１分割部及び第２分割部を有し、これらが分割面の箇所において第１締付ボルト９５及び第２締付ボルト９６（図１、図２参照）により結合されることにより、円環状の回転環固定用ホルダー９０が形成される。
なお、回転環固定用ホルダー９０の分割面は、前述した回転環７０の分割面とは、９０度ずれた位置に形成される。
【００６２】
回転環固定用ホルダー９０の内周には、回転環７０の回転環第１周方向溝７１〜回転環第４周方向溝７４に対応する位置に、断面円弧状の４本の周方向溝である回転環ホルダー第１周方向溝９１〜回転環ホルダー第４周方向溝９４が形成されている。回転環ホルダー第１周方向溝９１〜回転環ホルダー第４周方向溝９４は、回転環７０の回転環第１周方向溝７１〜回転環第４周方向溝７４に配置された回転環第１Ｏリング８１〜回転環第４Ｏリング８４の外周側の略半分を収容するとともに、回転環第１Ｏリング８１〜回転環第４Ｏリング８４を外周部から押圧する。これにより、回転環７０に対して外周側から強固な押圧力が作用し、回転環７０の第１分割部と第２分割部の分割面とは強固に密接され、第１分割部と第２分割部とが一体化された円環全形状の回転環７０を維持することができる。
【００６３】
このように、回転環７０と回転環固定用ホルダー９０とを、断面円弧状に形成された各周方向溝７１〜７４、９１〜９４及びそこに配置されるＯリング８１〜８４により一体的に結合することにより、Ｏリング８１〜８４と回転環７０及び回転環固定用ホルダー９０との各接触面積を増やすことができ、その結果、回転環固定用ホルダー９０に付加された圧縮力を効率よく適切に最大限緊迫力として伝達し反映させることができる。
また、このような形態で回転環７０と回転環固定用ホルダー９０とを一体的に結合することにより、これらを軸方向にも一体的に移動する構成とすることができ、別段の機構を設けることなく回転環７０の軸方向位置をも規定することができる。
【００６４】
また、回転環７０及び回転環固定用ホルダー９０の周方向溝は、回転環７０の径方向厚さの違う部分ごとに少なくとも１本、好適には２本以上形成する。従って回転環７０と回転環固定用ホルダー９０との間に介在されるＯリングも、回転環７０の径方向厚さの違う部分ごとに少なくとも１本、好適には２本以上配置されることとなる。本実施形態のメカニカルシール装置１では、回転環７０における径方向厚さの違う部分である厚肉領域(第１領域)７８と薄肉領域(第２領域)７９とに対応して、各々２本の回転環７０の周方向溝７１，７２及び回転環固定用ホルダー５０の周方向溝９１，９２、及び、回転環７０の周方向溝７３，７４及び回転環固定用ホルダー５０の周方向溝９３，９４が形成され、回転環７０における径方向厚さの違う部分である厚肉領域(第１領域)７８と薄肉領域(第２領域)７９の各周囲に各々２本のＯリング８１，８２及び８３，８４が配置される。
【００６５】
このように回転環７０の径方向厚さの違う部分に対応して回転環７０及び回転環固定用ホルダー５０に周方向溝を形成し、Ｏリングを介在させることにより、回転環７０が、径方向の厚さの違いに起因する複雑な変形をしても、各部分（領域）に配置されたＯリングがその部分（領域）に対して適切な緊迫力を与えることができ、変形を適切に抑制あるいは防止することができる。
【００６６】
また、回転環固定用ホルダー９０において、第１分割部と第２分割部５０ｂとを結合する締付ボルト９５，９６は、回転環７０の径方向厚さの違う部分（領域）ごとに少なくとも１箇所、好適には２箇所以上使用される。本実施形態のメカニカルシール装置１では、回転環７０における径方向厚さの違う部分である厚肉領域(第１領域）７８と薄肉領域（第２領域）８９とに対応して、各々１箇所の第１締付ボルト９５及び第２締付ボルト９６が使用されている。
【００６７】
このように回転環７０の径方向厚さの違う部分に対応した箇所において各々別個の締付ボルト９５，９６により回転環固定用ホルダー９０の各分割部を結合することにより、回転環７０の径方向の厚さの違いに起因する変形に対して、各部分（領域）ごとに適切な緊迫力を与えることができ、回転環７０を適切に環状形態に維持することができる。
【００６８】
また、本実施形態のメカニカルシール装置１の回転環固定用ホルダー９０においては、第１分割部と第２分割部の各端面は密接されず、図３に示す固定環固定用ホルダー５０の固定環ホルダー第１分割部５０ａと固定環ホルダー第１分割部５０ｂとの隙間５０ｅ及び５０ｆのように、若干の隙間が形成されるように結合される。換言すれば、このような、隙間が形成されるように、回転環ホルダーの第１分割部と第２分割部の周方向長さが規定されている。このような構成としておくことにより、締付ボルト９５、９６の各ボルト締付力により、回転環７０の外周に加わる押圧力、緊迫力を調整することができる。
【００６９】
回転環固定用ホルダー９０には、前述したように廻り止めピン６４が挿入される廻り止めピン取付穴９７が形成されている。廻り止めピン取付穴９７に挿入された廻り止めピン６４の先端部は、カラー６０の機内側端面に形成された廻り止めピン取付穴６３に挿入され嵌合される。これにより、回転環固定用ホルダー９０、及び、回転環固定用ホルダー９０と一体化された回転環７０は、周方向において、カラー６０に対して固定される。
なお、回転環（メイティングリング）７０及び回転環固定用ホルダー９０の機外側の端面は、カラー６０の機内側の端面に当接され、回転環（メイティングリング）７０及び回転環固定用ホルダー９０の軸方向位置が規定されている。
【００７０】
このような構成の本実施形態のメカニカルシール装置（１）においては、密封環（固定環３０、回転環７０）は、その外周部に配置されるホルダー（固定環固定用ホルダー５０及び回転環固定用ホルダー９０）に対して、密封環の外周面に形成された周方向溝（３１〜３４、７１〜７４）、ホルダーの内周面に形成された周方向溝（５１〜５４、９１〜９４）、及び、その各周方向溝間に配置されるＯリング（４１〜４４及び８１〜８８）という構成により、軸方向及び周方向に一体的に移動されるように結合されるとともに、外周側から強固に押圧される。
従って、このような単純な構成で軸方向位置及び周方向位置を適切に制御することができるとともに、分割面が接合された状態を頑強に維持することができ、被密封流体が高圧な流体等であっても、適切なシール能力を発揮することができる。
【００７１】
また、上述のように密封環の各分割部は軸方向に対してもＯリングの力が作用するので、軸方向のズレを防止することができ、シール面の接続部を常に高精度に平坦に維持することができる。
【００７２】
また、本実施形態のメカニカルシール装置（１）においては、分割された密封環の分割面の接合を強固に維持することができるので、分割型のメカニカルシールをアウトサイド型のメカニカルシールとして実現することができる。従って、シールカバー等が不要で比較的構成が簡単であり、小型化の可能なにおいて分割型のメカニカルシールを提供することができる。
【００７３】
また、本実施形態のメカニカルシール装置（１）においては、密封環の径方向厚さの違う部分に対応させて前述の周方向溝を配置し、Ｏリングを配置し、外側から押圧しているので、密封環が径方向の厚さの違いに起因する複雑な変形をしても、各部分（領域）に配置されたＯリングがその部分（領域）に対して適切な緊迫力を与えることができ、変形を適切に抑制あるいは防止することができる。密封環は、受ける圧力、摺動発熱等の温度等により変形し、この変形は密封環の形状に影響されるため、径方向の肉厚が異なる部分で異なる変形や複雑な変形をする場合があるが、本実施形態のメカニカルシール装置（１）はこのような変形にも対応することができる。
【００７４】
また、本実施形態のメカニカルシール装置（１）においては、分割型のホルダーの分割面を結合する場合にも、密封環の径方向厚さの違う部分に対して各々別個の締付ボルトにより締付けを行っているので、密封環の径方向の厚さの違いに起因する変形に対して、各部分（領域）ごとに適切な緊迫力を与えることができ、密封環を適切に環状形態に維持することができる。
【００７５】
また、本実施形態のメカニカルシール装置（１）においては、分割型のホルダーの分割面において、各々第１分割部と第２分割部の各端面は密接されず、若干の隙間が形成されるように結合されている。従って、締付ボルトの各ボルト締付力により、内周側に配置される密封環の外周に加わる押圧力、緊迫力を調整することができる。
【００７６】
また、本実施形態のメカニカルシール装置（１）においては、密封環とホルダーとの間に配置されるＯリングとして、一般的なサイズのＯリングを用いることとしている。従って、Ｏリングや、それを製造するための型などの管理をする手間を省くことができる。
また、このＯリングは機外側に配置され、被密封流体に接触しないので、被密封流体の種類（腐食性ケミカル液やスラリー液など）に依存せず、特殊な材料のＯリングを使用する必要がなく、通常に使用されているＯリングを使用することができる。従って、信頼性の向上、及び、コストの低減を図ることができる。
【００７７】
なお、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
【００７８】
例えば、前述した実施の形態においては、ケーシング６にメカニカルシール装置１を装着するためのフランジ１０は、中央に円形の開口を有する円環状の部材を用いた。しかしながら、このフランジ１０を、周方向に２分割された分割型のフランジにより構成することも可能である。そのような構成のメカニカルシール装置、すなわち分割型のフランジを適用したメカニカルシール装置１０１について、図５及び図６を参照して説明する。
【００７９】
図５は、本発明の他の実施形態としての分割型のフランジを適用したメカニカルシール装置１０１の構成を示す図であり、図６は、図５のＸ位置における軸方向断面図である。
【００８０】
図５に示すメカニカルシール装置１０１の基本的な構成は、前述したメカニカルシール装置１と同じである。すなわち、メカニカルシール装置１０１は、分割型でアウトサイド型のメカニカルシール装置であって、主な構成部として、フランジ１１０、固定環(シールリング）３０、Ｏリング４１〜４４、固定環固定用ホルダー５０、カラー６０、回転環(メイティングリング)７０、Ｏリング８１〜８４、及び、回転環固定用ホルダー９０を有する。メカニカルシール装置１０１において、フランジ１１０以外の各部の構成、機能、作用等は、前述した実施の形態において同一の符号を用いて説明した対応する各部の構成、機能、作用等と同一である。
【００８１】
メカニカルシール装置１０１において、フランジ１１０は、図６に示すように、フランジ第１分割部１１０ａ及びフランジ第２分割部１１０ｂを有する。これらフランジ第１分割部１１０ａ及びフランジ第２分割部１１０ｂが分割面１１０ｃ、１１０ｄを接触させて締付ボルト（フランジ締付ボルト）１１１及び１１２によ結合されることにより、円環全形状のフランジ１１０が形成される。円環全形状に形成されたフランジ１１０は、前述した環状のフランジ１０と全く同様の機能を有し、前述した環状のフランジ１０と同様に使用される。
【００８２】
フランジ第１分割部１１０ａ及びフランジ第２分割部１１０ｂの結合箇所、すなわち分割面１１０ｃと分割面１１０ｄとの接合箇所の内周側には、図５に示すように、断面略Ｌ字状のパッキン１１５が設置されている。このパッキン１１５により、機内側空間Ｂの被密封流体のフランジ１１０の分割面（フランジ第１分割部１１０ａとフランジ第２分割部１１０ｂと結合箇所）からの漏洩が防止される。なお、フランジ１１０の分割面は２箇所あるため、パッキン１１５も２個設置される。
【００８３】
このような分割型のフランジ１１０を適用したメカニカルシール装置１０１においては、フランジを交換する際においても機器を分割する必要がないので、一層メンテナンスが容易で効率よく機器を使用、運用することが可能となる。
本発明に係るメカニカルシール装置は、このような構成で実施してもよい。
【産業上の利用分野】
【００８４】
本発明は、例えば化学、石油、製鉄、紙・パルプ、薬品等の業界はもとより、その他一般産業全般において使用されている任意の流体輸送機器、その他の任意の装置等におけるシール装置として適用することができる。
【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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