(57)【要約】【課題】第１密封環を軸線に対する直角度ないし第２密封環との平行度を損なわない適正姿勢に保持させておくことができる端面接触形メカニカルシールを提案する。【解決手段】第２密封環６と相対回転摺接する第１密封環５は、回転軸２に金属製の保持環４及びＯリング８を介して固定される。保持環４には、底面を軸線に直交する密封環受面４４ａとする環状凹部４１が形成されている。第１密封環５は、基端部分５２，５３をこれと保持環４との間にＯリング８を介在させた状態で且つ基端面５３ａを密封環受面４４ａに対向させた状態で環状凹部４１に圧入させることにより、保持環４に嵌合固定されている。両環４，５の当該対向端面４４ａ，５３ａ間には、第１密封環５の基端面５３ａの全面に接触する状態で、保持環４より軟質であってデュロメータＤが３０〜９０である材料で構成された粗面転写防止部材９が挟圧されている。【選択図】図２
2014234872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に設けられた金属製の環状体であって、先端部分に底面を軸線に直交する密封環受面とする環状凹部を形成した保持環と、基端部分をこれと保持環との間にこれをシールするＯリングを介在させた状態で且つ当該基端面を前記密封環受面に平行をなして直対向させた状態で前記環状凹部に圧入させることにより、保持環にこれに接触することなく嵌合固定された第１密封環と、回転軸が洞貫するシールケースに設けられた第２密封環とを具備して、両密封環の対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により被密封流体領域と非密封流体領域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って、
第１密封環の基端面と保持環の密封環受面との間に、第１密封環の基端面の全面に接触する状態で、保持環の構成金属材より軟質の材料であってデュロメータＤが３０〜９０である材料で構成された粗面転写防止部材を挟圧状に装填してあることを特徴とする端面接触形メカニカルシール。
【請求項２】
前記粗面転写防止部材が、第１密封環の基端面に全面的に接触する厚さ一定の円環状板であることを特徴とする、請求項１に記載する端面接触形メカニカルシール。
【請求項３】
前記円環状板の厚さが１〜５ｍｍであることを特徴とする、請求項２に記載する端面接触形メカニカルシール。
【請求項４】
前記粗面転写防止部材が、プラスチック板又はゴム板であることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載する端面接触形メカニカルシール。
【請求項５】
前記粗面転写防止部材が、ポリテトラフルオロエチレン製のものであることを特徴する、請求項４に記載する端面接触形メカニカルシール。
【請求項６】
前記粗面防止部材が、同心をなして径方向に密接して並列し且つ第１密封環の基端面に全面的に接触する複数個のＯリングであることを特徴とする、請求項１に記載する端面接触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、各種産業用ポンプ、ブロワ又は圧縮機等の回転機器（特に、石油石化プロセスラインに装備される回転機器）の軸封手段として使用される端面接触形メカニカルシールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の端面接触形メカニカルシールとしては、例えば特許文献１〜特許文献３に開示される如く、回転軸に設けられた金属製の環状体であって、先端部分に底面を軸線に直交する密封環受面とする環状凹部を形成した保持環と、基端部分をこれと保持環との間に１個のＯリングを介在させた二次シール状態で且つ当該基端面を前記密封環受面に平行をなして直対向させた状態で前記環状凹部に圧入させることにより、保持環にこれに接触することなく嵌合固定された第１密封環と、回転軸が洞貫するシールケースに軸線方向移動可能に設けられた第２密封環と、第２密封環を第１密封環へと押圧接触させるべく軸線方向に附勢するスプリングとを具備して、両密封環の対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により被密封流体領域と非密封流体領域とを遮蔽シールするように構成されたものが周知である。
【０００３】
すなわち、特許文献１に開示された端面接触形メカニカルシール（以下「第１従来シール」という）にあっては、当該文献１の図３に示されるように、保持環の先端部に先端側及び内周側に開口し且つ底面を軸線に直交する密封環受面とした環状凹部を形成して、第１密封環の基端部分を、Ｏリングを介在した状態で当該環状凹部に軸線方向に圧入させることにより、第１密封環を保持環に嵌合固定させている。第１密封環と保持環との嵌合状態においては、第１密封環が保持環に直接に接触しておらず、Ｏリングが第１密封環と保持環との間における径方向対向周面間及び軸線方向対向端面間に挟圧されている。Ｏリングが上記径方向対向周面間に挟圧されていることにより、シール機能（第１密封環と保持環との間がＯリングによりシール（二次シール）される）が発揮される（以下「二次シール機能」という）。また、Ｏリングが上記軸線方向対向端面間に挟圧されていることにより、当該軸線方向対向端面の周方向における間隔がＯリングにより一定に保持され、更に第２密封環により第１密封環に作用する押圧力が変化した場合にもその変化をＯリングが吸収して当該周方向における間隔が一定に保持され、第１密封環の軸線に対する直角度（当該密封環の密封端面の第２密封環の密封端面に対する平行度）が保持される（以下「密封環姿勢保持機能」という）。
【０００４】
また、特許文献２に開示された端面接触形メカニカルシール（以下「第２従来シール」という）にあっては、当該文献２の図１に示されるように、保持環の環状凹部を先端側及び外周側に開口するものとなしている点及び１個のＯリングにより第１密封環の内周面と保持環の先端部外周面との間を二次シールさせている点を除いて、第１従来シールと同様構造をなすものであり、第１従来シールと同様に上記したＯリングによる二次シール機能及び密封環姿勢保持機能が発揮される構造となっている。
【０００５】
また、特許文献３に開示された端面接触形メカニカルシール（以下「第３従来シール」という）にあっては、当該文献３の図１に示されるように、保持環がスリーブと一体構成されている点、第１密封環の基端面が保持環の環状凹部の底面である密封環受面に接触している点を除いて、第１従来シールと同様構造をなすものである。第３従来シールにおいては、二次シール機能はＯリングによって発揮されているものの、上記したような密封環姿勢保持機能はＯリングによっては殆ど発揮されておらず、第１密封環の直角度は、専ら、第１密封環の基端面が保持環の環状凹部の底面である密封環受面に接触保持されることによって確保されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４１０７６公報
【特許文献２】特開２００３−１９４２３６公報
【特許文献３】特開２０１１−０８０５７８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、第１密封環と保持環との間を二次シールするＯリングは高温に晒される（例えば、Ｏリングに接触する流体が高温であったり、フラッシング手段による密封環の冷却が不十分である等により、Ｏリングが過度に加熱されることがある）ことにより及び／又はケミカルアタック（Ｏリングに接触する流体が当該Ｏリングの材質に対してダメージを与え易い強い腐食性等を有するものである場合（例えば、Ｏリングがフロロシリコンゴム製のものである場合において、これに接触する流体がアクリル酸エチル、アクリロニトリル、アセトアルデヒド、アセトフェノン、アセトン、アンモニア液、酢酸エチル、ニトロベンゼン、ブチルアミン又はメチルエチルケトン等である場合））によりダメージを受けて、部分的に軟化、硬化又は劣化（以下「部分劣化」という）することがある。
【０００８】
第１及び第２従来シールでは、このようにＯリングが部分劣化すると、これによって上記したＯリングの二次シール機能は影響を受けないとしても、上記したＯリングによる密封環姿勢保持機能に大きく影響して、これが十分に発揮されず、第１密封環の直角度が損なわれ、その密封端面が軸線に対して傾斜する虞れがある。すなわち、Ｏリングが部分劣化すると、その弾性力が周方向において一定とならないため、Ｏリングによって確保されている上記軸線方向対向端面の間隔が周方向において一定に保持されず、第１密封環の密封端面が軸線に対して傾くことになる。
【０００９】
而して、第１密封環の密封端面がこのように傾くと、当該密封端面が首振り運動（歳差運動）して、第２密封環の密封端面との相対回転摺接が適正に行われず、密封端面の異常摩耗が生じる虞れがある。或いは第１密封環に押圧接触している第２密封環が首振り運動して、第２密封環の追従性が低下したり、スプリング等が破損する虞れがある。その結果、両密封環の相対回転摺接作用によるシール機能が良好に発揮されず、漏れを生じる虞れがある。
【００１０】
これに対して、第３従来シールでは、上記した如く、第１密封環の直角度が第１密封環の基端面が保持環の環状凹部の底面である密封環受面に衝合することによって確保されているから、Ｏリングが部分劣化しても、そのことによっては第１密封環の直角度が損なわれることがなく、当該直角度は適正に保持される。
【００１１】
ところで、保持環はメカニカルシール機能に直結する部材ではなく、第１密封環を回転軸に固定するための補助部材に過ぎない。したがって、メカニカルシール機能に直結する密封環と異なって高度の加工精度が要求されるものではなく、一般的な金属加工によって製作されている。このため、保持環の密封環受面等の加工面は軸線に対する直角度、平行度又は同心度については問題はないものの、その表面状態については不規則な凹凸が存在する粗面となっていることが多い。
【００１２】
したがって、第１密封環と保持環とが直接に接触していない第１及び第２従来シールにおいては格別の問題は生じないが、第１密封環の基端面が保持環の密封環受面とが直接に接触している第３従来シールにおいては、密封環受面が粗面であることによりメカニカルシール機能に悪影響を及ぼす虞れがある。
【００１３】
すなわち、第３従来シールにおいては、第２密封環により第１密封環に作用する押圧力によって第１密封環の基端面が保持環の密封環受面へと押し付けられて密封環受面に密着されることになる。したがって、巨視的には、保持環の加工上、密封環受面の直角度に上記した如く問題がなければ、第１密封環の軸線に対する直角度（第１密封環の密封端面の第２密封環の密封端面に対する平行度）は適正に維持され、両密封環の密封端面の相対回転摺接作用は良好に行われるはずである。
【００１４】
しかし、微視的には、第１密封環の基端面が密封環受面に押し付けられることにより、当該基端面は粗面である密封環受面があたかも転写された如くに変形することになる。すなわち、第１密封環の基端面においては、密封環受面の凸部（以下「受面凸部」という）が押し付けられる部分が密封環受面の凹部（以下「受面凹部」という）が押し付けられる部分より強く押し付けられることなり、更に基端面が密封環受面から受ける押し付け力は受面凸部の大小又は受面凹部の大小によって異なることになる。したがって、第１密封環の基端面は、密封環受面の凹凸形態に略一致ないし近似する形態に変形されることになり（以下「粗面転写」という）、かかる粗面転写による基端面の変形が第１密封環の先端面である密封端面に不均一な歪を生じさせることになる。その結果、両密封端面の相対回転摺接作用が適正に行われず、当該作用によるメカニカルシール機能が良好に発揮されない虞れがある。
【００１５】
このように、第１及び第２従来シールは、第１密封環の基端面と保持環の密封環受面とを非接触としているため、密封環受面が粗面（凹凸面）であることによる問題を生じないものの、Ｏリングの部的劣化がメカニカルシール機能に悪影響を及ぼすものであり、逆に第３従来シールは、当該基端面と密封環受面とが接触していることにより、Ｏリングの部分的劣化による問題は生じないものの密封環受面が粗面であることがメカニカルシール機能に悪影響を及ぼす。
【００１６】
本発明は、このような問題を生じることなく良好なシール機能を発揮しうる端面接触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】
【００１７】
本発明は、上記した目的を達成すべく、回転軸に設けられた金属製の環状体であって、先端部分に底面を軸線に直交する密封環受面とする環状凹部を形成した保持環と、基端部分を当該基端部分と保持環との間にこれをシールするＯリングを介在させた状態で且つ基端面を前記密封環受面に平行をなして直対向させた状態で前記環状凹部に圧入させることにより、保持環にこれに接触することなく嵌合固定された第１密封環と、回転軸が洞貫するシールケースに設けられた第２密封環とを具備して、両密封環の対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により被密封流体領域と非密封流体領域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って、第１密封環の基端面と保持環の密封環受面との間に、第１密封環の基端面の全面に接触する状態で、保持環の構成金属材より軟質の材料であってデュロメータＤ（ＪＩＳ  Ｋ７２１５に規定されるデュロメータＤ硬さ）が３０〜９０である材料で構成された粗面転写防止部材を挟圧状に装填してあることを特徴とする端面接触形メカニカルシールを提案するものである。
【００１８】
かかる端面接触形メカニカルシールにあって粗面転写防止部材のデュロメータＤを上記の如く決定しておく理由は次の通りである。すなわち、デュロメータＤが３０未満では、第１密封環に保持環の密封環受面への押圧力が作用した場合、第１密封環の基端面への粗面転写は防止できるものの、粗面転写防止材がクリープして、第１密封環の基端面の内周縁及び／又は外周縁から食み出し、第１密封環の密封環受面による受け止め保持を安定して行うことができない。逆に、デュロメータＤが９０を超えると、密封環受面から基端面への粗面転写が粗面転写防止部材を介して行われる虞れがあり、粗面転写防止部材による粗面転写防止効果が十分に発揮されない。なお、粗面転写防止部材が高温条件下においてもクリープすることなく第１密封環の密封環受面による受け止め保持機能をより効果的に発揮するためには、粗面転写防止部材のデュロメータＤを４５以上としておくことが好ましく、粗面転写防止部材による密封環受面から基端面への粗面転写防止機能がより効果的に発揮されるためには、粗面転写防止部材のデュロメータＤを６５以下としておくことが好ましい。
【００１９】
而して、かかる端面接触形メカニカルシールの好ましい実施の形態にあっては、前記粗面転写防止部材が、第１密封環の基端面に全面的に接触する厚さ一定の円環状板で構成される。この場合において、円環状板の厚みは１〜５ｍｍとしておくことが好ましい。すなわち、円環状板の厚みが１ｍｍ未満では粗面転写防止効果が十分に発揮されず、逆に５ｍｍを超えると、円環状板を装填させるための基端面と密封環受面との軸線方向間隔が必要以上に大きくなり第１密封環と保持環との嵌合構造が徒に大型化する。なお、粗面転写を防止しつつ両環の嵌合構造を可及的に小型化させるためには、円環状板の厚みを１〜３ｍｍとしておくことがより好ましい。また、粗面転写防止部材は円環状のプラスチック板又はゴム板で構成しておくことが好ましく、特にポリテトラフルオロエチレン製のものであることが最適する。また、粗面転写防止部材は、上記したような円環状板に代えてＯリングで構成しておくことも可能である。すなわち、粗面防止部材を、同心をなして径方向に密接して並列し且つ第１密封環の基端面に全面的に接触する複数個のＯリングで構成しておくことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の端面接触形メカニカルシールにあっては、第１密封環の基端面と保持環の密封環受面との間に、第１密封環の基端面の全面に接触する状態で、保持環の構成金属材より軟質の材料であってデュロメータＤが３０〜９０である材料で構成された粗面転写防止部材を挟圧状に装填してあるから、密封環受面が粗面であっても第３従来シールのように第１密封環の密封端面にシール機能に悪影響を及ぼすような歪を生じさせることがない。しかも、第１密封環の基端面全面が軸線に対する直角度については問題のない密封環受面に粗面転写防止部材を介して衝合保持されているから、第１密封環と保持環との間に介在されたＯリングが前述した如く部分劣化した場合（Ｏリングが高温に晒されることにより及び／又はケミカルアタックによりダメージを受けて、部分的に軟化、硬化又は劣化する場合）にも、第１又は第２従来シールのように第１密封環が軸線に対して傾くことがなく、第１密封環を軸線に対する直角度ないし第２密封環との平行度を損なわない適正姿勢に保持させておくことができる。したがって、本発明の端面接触形メカニカルシールによれば、当該Ｏリングが部分劣化する虞れのある条件下においても長期に亘って良好なメカニカルシール機能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明に係る端面接触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は図１の要部を拡大して示す詳細図である。
【図３】図３は図２のIII −III 線線に沿う縦断正面図である。
【図４】図４は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの変形例を示す図２対応の縦断側面図である。
【図５】図５は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの他の変形例を示す図１対応の縦断側面図である。
【図６】図６は図５の要部を拡大して示す詳細図である。
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態を図１〜図３に基づいて具体的に説明する。
【００２３】
図１は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの一例を示す縦断側面図であり、図２は図１の要部を拡大して示す詳細図であり、図３は図２のIII −III 線線に沿う縦断正面図である。
【００２４】
図１に示す端面接触形メカニカルシールＭは、各種産業用ポンプ、ブロワ又は圧縮機等の回転機器（例えば、石油石化プロセスラインに装備されるポンプ等）の軸封手段として使用されるもので、当該回転機器の軸封部ケーシング１とこれを貫通して機器外に水平に突出する回転軸２との間に組み込まれており、軸封部ケーシング１に回転軸２が洞貫する状態で取付けられたシールケース３と、回転軸２に固定された金属製の保持環４と、保持環４に嵌合固定された第１密封環５と、シールケース３に軸線方向移動可能に保持された第２密封環６と、第２密封環６を第１密封環５へと押圧接触させるべく軸線方向に附勢するスプリング７とを具備して、両密封環５，６の対向端面たる密封端面５１ａ，６１ａの相対回転摺接作用により当該相対回転摺接部分の外周側領域である被密封流体領域である機内領域Ａとその内周側領域である非密封流体領域である機外領域（この例では大気領域）Ｂとの間を遮蔽シールするように構成されている。なお、以下の説明において、前後とは図１における左右を、また上下とは図１における上下を、夫々意味するものとする。
【００２５】
回転軸２は、図１に示す如く、シールケース３を同心状に貫通する水平軸であり、スリーブ２１が挿通固定されている。スリーブ２１は、基端部（後端部）を軸封ケーシング１の機外側端部（前端部）内に位置させると共に先端部（前端部）をシールケース３外に突出させた状態で、スリーブ２１の前端部に取り付けた固定リング２２により回転軸２に挿脱可能に固定されている。固定リング２２は径方向に２分割されており、その分割部分をボルト・ナットにより締結することによりリング状に構成されるもので、スリーブ２１の前端部及び回転軸２にセットスクリュー２３，２４を締付けることによりスリーブ２１を回転軸２に固定するものである。
【００２６】
シールケース３は、図１に示す如く、軸封部ケーシング１の前端部に取り付けられた円筒状のフランジ３１とその前端部に取り付けられた円環状のプレート３２とプレート３２の内周側後端部及びフランジ３１の前端側内周部に衝合固定された円環状のスプリングリテーナ３３とに分割構成された円筒状構造物である。なお、プレート３２の内周部にはスリーブ２１との間をシールするオイルシール３２ａが取り付けられている。
【００２７】
保持環４は、図１に示す如く、金属材料（例えば、ＳＵＳ３０４等）で構成された外径一定の円環状体であり、先端方向（前端方向）及び内周方向に開口する環状凹部４１を形成した先端部分４２，４３，４４とスリーブ２１の後端部に嵌合された基端部分４５とからなり、基端部分４５に螺合させたセットスクリュー４６をスリーブ２１に締め付けることによりスリーブ２１に固定されている。
【００２８】
保持環５の先端部分は、図２に示す如く、内周面が基端方向（後端方向）に階段状に小径となる第１〜第３先端部分４２，４３，４４で構成されており、第１先端部分４２及びこれに連なる第２先端部分４３の内周面４２ａ，４３ａにより環状凹部４１の外周面が形成されると共に、第２先端部分４３と基端部分４５とを連結する第３先端部分４４の先端面（前端面）４４ａにより環状凹部４１の底面が形成されている。第２先端部分４３の先端面（前端面）４３ｂ（第１先端部分４２とこれより厚肉の第２先端部分４３との内周面４２ａ，４３ａ間を連結する環状平面）は軸線に直交しており、環状凹部４１の底面である第３先端部分４４の前端面は軸線に直交する密封環受面４４ａとされている。
【００２９】
第１密封環５は、図１に示す如く、一般的な密封環構成材料（例えば、超硬合金）で構成された内径一定で且つ両端面５１ａ，５３ａが直交する円環状体であり、先端面（前端面）を平滑な環状平面である密封端面５１ａに構成した先端部分５１と保持環４に連結される基端部分５２，５３とからなる。この基端部分は、図２に示す如く、外周面５２ａを先端部分５１の外周面と同一径とする第１基端部分５２と外周面５３ｂを当該第１基端部分５２の外周面５２ａより小径とする第２基端部分５３とからなり、第１基端部分５２の基端面（後端面）５２ｂ（第１基端部分５２と第２基端部分５３との外周面５２ａ，５３ｂ間を連結する環状平面）は軸線に直交している。
【００３０】
なお、保持環４の第１先端部分４２の内周面４２ａは第１密封環５の第１基端部分５２の外周面より、また保持環４の第２先端部分４３の内周面は第１密封環５の第２基端部分５３の外周面５３ｂより、夫々若干大径とされている。また、保持環４の密封環受面４４ａの内径（第３先端部分４４の内径）は第１密封環５の基端面（第２基端部分５３の基端面）５３ａの内径（ないし第２基端部分５３の内径）と同一又は若干小さく設定されており、当該密封環受面４４ａの外径は、上記した如く第２先端部分４３の内周面が第２基端部分５３の外周面より大径とされていることから、当然に前記基端面５３ａの外径より大きい。したがって、第１密封環５の基端面５３ａは、後述する両環４，５の嵌合状態においては、その全面が保持環４の密封環受面４４ａに直対向することになる。
【００３１】
而して、第１密封環５は、図２に示す如く、基端部分５２，５３を保持環４との間に１個のＯリング８と粗面転写防止材９とを介在させた状態で環状凹部４１に圧入させることにより、保持環４に嵌合固定されている。
【００３２】
すなわち、第１密封環５は、図１に示す如く、第２基端部分５３の外周面５３ｂにＯリング８を嵌合させると共に当該第２基端部分５３と保持環４の第３先端部分４４との間に粗面転写防止部材９を介在させた状態で、第１及び第２基端部分５２，５３を保持環４の第１及び第２先端部分４２，４３の内周部に圧入させることにより、保持環４の環状凹部４１に嵌合固定されている。
【００３３】
かかる両環４，５の嵌合状態においては、図２に示す如く、Ｏリング８が両環４，５の径方向対向周面４２ａ，５３ｂ間（保持環４の第１先端部分４２の内周面４２ａと第１密封環５の第２基端部分５３の外周面５３ｂとの間）及び両環４，５の軸線方向対向端面４３ｂ，５２ｂ間（保持環４の第２先端部分４３の前端面４３ａと第１密封環５の第１基端部分５２の後端面５２ｂとの間）に挟圧されると共に、粗面転写防止部材９が第１密封環５の基端面５３ａと保持環４の環状凹部４１の底面である密封環受面４１との間に挟圧されている。また、第１密封環５の基端内周部には凹部５３ｃが形成されていて、図２に示す如く、この凹部５３ｃに保持環４の第３先端部分４４に突設した水平なドライブピン４７を係合させることにより、第１密封環５の保持環４に対する相対回転が阻止されている。なお、Ｏリング８による二次シール機能は主としてＯリング８が上記径方向対向周面４２ａ，５３ｂ間に挟圧されることによって発揮されるものであり、かかるＯリング８の径方向における挟圧度（Ｏリング８の径方向における圧縮度）は、Ｏリング８が部分劣化したときにも十分な二次シール機能が発揮されるように（二次シール機能がＯリング８の部分劣化によっては影響を受けることがないように）設定されている。また、上記軸線方向対向端面４３ｂ，５２ｂ間におけるＯリング８の挟圧によって上記二次シール機能及び冒頭で述べた密封環姿勢保持機能が補助的に発揮されるが、その挟圧度（Ｏリング８の軸線方向における圧縮度）は、第１又は第２従来シールのようにＯリング単独で密封環姿勢保持機能を発揮しうる程度のものではなく、それよりも低く設定されている。すなわち、当該軸線方向対向端面４３ｂ，５２ｂ間におけるＯリング８の挟圧度は、後述する第１密封環５の基端面５３ａと保持環４の密封環受面４４ａとの間に粗面防止部材９を挟圧させることによる第１密封環５の直角度維持機能（密封環姿勢保持機能）を阻害しない程度に設定されている。
【００３４】
粗面転写防止部材９は、図２及び図３に示す如く、第１密封環５の基端面５３ａと同一形状をなす（又は保持環４の密封環受面４４ａと同一形状をなす）厚さ一定で且つ表面（両面）が平滑な円環状板で構成されており、第１密封環５の基端面５３ａの全面に接触させた状態で当該基端面５３ａと保持環４の密封環受面４４ａとの間に挟圧保持されている。
【００３５】
粗面転写防止部材（円環状板）９の構成材としては、保持環４の構成金属より軟質の材料が使用され、具体的にはデュロメータＤ（ＪＩＳ  Ｋ７２１５に規定されるデュロメータＤ硬さ）が３０〜９０のプラスチック又はゴムが使用されている。前述したように、デュロメータＤが３０未満では、第１密封環５に密封環受面４４ａへの押圧力が作用した場合、基端面５３ａへの粗面転写は防止できるものの、粗面転写防止材９がクリープして、第１密封環５の基端面５３ａの内周縁及び／又は外周縁から食み出し、第１密封環５の密封環受面４４ａによる受け止め保持を安定して行うことができない。逆に、粗面転写防止部材９のデュロメータＤが９０を超えると、密封環受面４４ａから基端面５３ａへの粗面転写が粗面転写防止部材９を介して行われる虞れがあり、粗面転写防止部材９による粗面転写防止効果が十分に発揮されない。粗面転写防止部材９が高温条件下においてもクリープすることなく第１密封環５の密封環受面４４ａによる受け止め保持機能をより効果的に発揮するためには、粗面転写防止部材９のデュロメータＤを４５以上としておくことが好ましく、粗面転写防止部材９による密封環受面４４ａから基端面５３ａへの粗面転写防止機能がより効果的に発揮されるためには、粗面転写防止部材９のデュロメータＤを６５以下としておくことが好ましい。また、粗面転写防止部材である円環状板９の厚みは１〜５ｍｍに設定しておくことが好ましい。円環状板９の厚みが１ｍｍ未満では粗面転写防止効果が十分に発揮されず、逆に５ｍｍを超えると、円環状板９を装填させるための基端面５３ａと密封環受面４４ａとの軸線方向間隔が必要以上に大きくなり第１密封環５と保持環４との嵌合構造が徒に大型化する。粗面転写防止効果を発揮させつつ両環４，５の嵌合構造を可及的に小型化させるためには、円環状板９の厚みを１〜３ｍｍに設定しておくことがより好ましい。
【００３６】
この例では、粗面転写防止部材９として、デュロメータＤが４５〜６５であり且つ厚みが１〜３ｍｍであるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の円環状板を使用している。また、円環状板９には、ドライブピン４７を挿通するための切欠部９ａが形成されている。この例では、図２及び図３に示す如く、ドライブピン４７が回転軸２より上位に設けられており、円環状板９の内周部に形成した凹部状の切欠部９ａにドライブピン４７を挿通させることにより、第１密封環５の保持環４への圧入時において円環状板９がドライブピン４７によって支持されるようになっている。
【００３７】
第２密封環６は、図１に示す如く、第１密封環５に対向してシールケース３に軸線方向移動可能に保持されたもので、密封環本体６１とこれを固着する保持体６２とその基端部（前端部）に固定されたスプリング受け体６３とからなる複合構造物である。
【００３８】
すなわち、密封環本体６１は、先端面（後端面）を軸線に直交する密封端面６１ａに構成した円環状体であり、第１密封環５より軟質の一般的密封環材料（この例ではカーボン）で構成されている。保持体６２は、先端部（後端部）に密封環本体６１を固着した金属製（この例ではチタン製）の円筒体であり、軸線方向中間部６２ａをシールケース３のフランジ３１の軸線方向中間部における内周部にＯリング６４を介して嵌合保持されている。スプリング受け体６３は、金属製（この例ではステンレス鋼製）の円環状体であり、保持体６２の前端部にドライブピン６５を介して嵌合固定されている。スプリング受け体６３にはドライブピン６６が突設されており、このドライブピン６６をスプリングリテーナ３３に軸線方向に相対移動可能に係合させることにより、ケース密封環６を軸線方向移動を所定範囲で許容する状態でシールケース３に相対回転不能に保持させている。なお、密封端面６１ａの外径は第１密封環５の基端面５３ａの外径（第１密封環５の二次シール面である第２基端部分５３の外周面５３ｂの径）と同一（又はこれより小径）に設定されており、密封端面６１ａの内径は当該基端面５３ａの内径より大きく設定されている。また、第２密封環６におけるＯリング６４による二次シール面の径（保持体６２における上記軸線方向中間部６２ａの外径）は密封端面６１ａの外径より小さく設定されていて、機内領域Ａの流体（被密封流体）による背圧によって第２密封環６に第１密封環５への押圧力が作用するようになっている。なお、この例では、上記Ｏリング６４及び前記Ｏリング８並びに軸封部ケーシング１とフランジ３１との衝合面間に装填されたＯリング１０ａ、フランジ３１とプレート３２との衝合面間に装填された環状ガスケット１０ｂ、回転軸２とスリーブ２１との嵌合部分に装填されたＯリング１０ｃ及び保持環４の基端部分４５とスリーブ２１との嵌合部分に装填されたＯリング１０ｄを、何れも、耐熱性，耐薬品性等に優れたフロロシリコンゴム製のものとしてある。
【００３９】
スプリング７は、図１に示す如く、スプリング受け体６３とシールケース３のスプリングリテーナ３３との間に周方向に等間隔を隔てて介装された複数のコイルスプリング（１個のみ図示）で構成されており、第２密封環６の密封端面６１ａを第１密封環５の密封端面５１ａへと押圧接触させるべく第２密封環６を軸線方向（後方）に附勢する。
【００４０】
以上のように構成された端面接触形メカニカルシールＭにあっては、粗面転写防止部材である円環状板９を第１密封環５の基端面５３ａと保持環４の密封環受面４４ａとの間に挟圧装填させていることにより、第１密封環５に第２密封環６による押圧力（スプリング７の附勢力及び第２密封環６に作用する被密封流体による背圧）が作用した場合、第１密封環５の基端面５３ａがその全面に亘って円環状板９を介して保持環４の密封環受面４４ａに受け止められることにより、冒頭で述べた如くＯリング８が部分劣化した場合（Ｏリング８が高温に晒される（例えば、Ｏリング８に接触する流体（被密封流体）が高温であったり、フラッシング手段による密封環の冷却が不十分である等により、Ｏリング８が過度に加熱されることがある）ことにより及び／又はケミカルアタック（Ｏリング８に接触する流体が当該Ｏリング８の材質に対してダメージを与え易い強い腐食性等を有するものである場合（例えば、Ｏリングがフロロシリコンゴム製のものである場合において、これに接触する機内領域Ａの流体（被密封流体）がアクリル酸エチル、アクリロニトリル、アセトアルデヒド、アセトフェノン、アセトン、アンモニア液、酢酸エチル、ニトロベンゼン、ブチルアミン又はメチルエチルケトン等である場合））によりダメージを受けて、部分的に軟化、硬化又は劣化した場合）、基端面５３ａが軸線に直交する密封環受面４４ａと平行状態に保持されて、第１密封環５が軸線に対して傾くようなことがない。しかも、円環状板９が上記した如く保持環４より軟質で上記したデュロメータＤ硬度を有するものであるから、第３従来シールのように密封環受面４４ａから第１密封環５の基端面５３ａへの粗面転写が生じず、第１密封環５の密封端面５１ａに悪影響を与えるような歪が生じることがない。
【００４１】
したがって、密封環受面４４ａが粗面であっても軸線に対する直角度が保障されるものである限り、第１密封環５の直角度及び平滑度が維持され、両密封環５，６の密封端面５１ａ，６１ａの相対回転摺接作用によるメカニカルシール機能が良好に発揮される。特に、上記した如く、第２密封環６の密封端面６１ａの外径を第１密封環５の基端面５３ａの外径と同一（又は小径）とし且つ当該密封端面６１ａの内径を当該基端面５３ａの内径より大きく設定しておくと、第２密封環６による押圧力を当該基端面５３ａに全面的に接触する粗面転写防止部材９を介して保持環４の密封環受面４４ａが直接的に受け止めることになるから、当該押圧力に対する第１密封環５の姿勢保持が極めて良好に行われる。
【００４２】
ところで、上記した端面接触形メカニカルシールＭにあっては、次のようなフラッシング手段及びクエンチング手段により密封端面５１ａ，６１ａ等の冷却及び洗浄が効果的に行われるように工夫されている。
【００４３】
すなわち、図１に示す如く、フランジ３１の前端側内周部には環状凹部が形成されており、この環状凹部はヘッダ蓋３４により閉塞されたヘッダ室３５に構成されている。ヘッダ蓋３４に前後端部には、夫々、周方向に等間隔を隔てて並列する複数のフラッシング液吸引孔３４ａ，３４ｂが穿設されている。フラッシング液吸引孔３４ａ，３４ｂの孔径（例えば４ｍｍ）は同一とされているが、密封端面５１ａ，６１ａに対向する後位のフラッシング液吸引孔３４ｂの数Ｎ２は、前位のフラッシング液吸引孔３４ａの数Ｎ１に比して多くなるように設定されている（例えば、Ｎ１＝２，Ｎ２＝１２）。また、フランジ３１には、図１に示す如く、ヘッダ室３５に連通するフラッシング液Ｆの吸引通路３６が形成されている。そして、機内領域Ａにおける保持環４の後方近傍領域部分Ａ１は、図１に示す如く、回転軸２に取り付けた適宜の回転体２５により当該領域部分Ａ１以外の機内領域部分と区画されたフランシング液注入領域とされており、このフラッシング液注入領域Ａ１には軸封部ケーシング１に形成されたフラッシング液注入口１１からフラッシング液Ｆが注入されるようになっている。フラッシング液注入領域Ａ１においては、フラッシング液Ｆと機内領域Ａの流体（被密封流体）とが混在するため、フラッシング液Ｆとしては当該被密封流体に混合しても支障のない液体又は当該被密封流体と同種の液体が使用される。
【００４４】
したがって、フラッシング液注入口１１からフラシング液注入領域Ａ１に注入されたフラッシング液Ｆは、フラッシング液吸引孔３４ａ，３４ｂからヘッダ室３５を経て吸引通路３６へと吸引されるが、この間において、保持環４、第１密封環５、第２密封環６及び密封端面５１ａ，６１ａを冷却する。このとき、密封端面５１ａ，６１ａに対向する後位のフラッシング液吸引孔３４ｂの数Ｎ２が前位のフラッシング液吸引孔３４ａの数Ｎ１より多いことから、密封端面５１ａ，６１ａ周辺におけるフラッシング液Ｆによる冷却作用がより効果的に行われ、密封端面５１ａ，６１ａ及びその後方側部材（第１密封環５、保持環４及びＯリング８）の冷却が良好に行われ、被密封流体が高温である場合等においてもＯリング８の部分劣化が可及的に防止される。
【００４５】
また、フランジ３１には、図１に示す如く、スプリングリテーナ３３の後端側においてフランジ３１の内周面に開口するクエンチング液Ｑの給排液通路３７，３８が形成されていて、給液通路３７から供給されたクエンチング液Ｑにより第１及び第２密封環５，６等が洗浄される。洗浄後のクエンチング液Ｑは排液通路３８からドレンと共に排出される。クエンチング液Ｑとしては、機外領域たる大気領域Ｂに漏洩しても支障の水等が使用される。
【００４６】
さらに、上記端面接触形メカニカルシールＭは、図１に示す如く、軸封部ケーシング１に取り付けられる静止側密封要素Ｍ１（シールケース３及びこれに取り付けられる第２密封環６等）と、回転軸２に取り付けられる回転側密封要素Ｍ２（スリーブ２１及びこれに取り付けられる保持環４及び第１密封環５等）とをメカニカルシールの使用形態（図１に実線で示す運転状態における形態）と同一の形態に一時的に連結させておくができるカートリッジ型のものに構成されている。
【００４７】
すなわち、図１に鎖線図示する如く、複数個（１個のみ図示）の金属製のセットプレート１２を、スリーブ２１の前端部に形成した環状凹部２１ａに係合させた状態で、ボルト１３によりシールケース３のプレート３２に取り付けることによって、両密封要素Ｍ１，Ｍ２を上記形態に連結するように構成されている。したがって、セットスクリュー２３を操作することにより、当該メカニカルシールＭを組み立てた状態で軸封部ケーシング１及び回転軸２に脱着させることができ、当該メカニカルシールＭの組み立て及び分解を容易に行うことができる。
【００４８】
なお、本発明の構成は上記した実施の形態に限定されるものではなく、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。
【００４９】
例えば、粗面転写防止部材９は、上記したＰＴＦＥ製の円環状板としておく他、ディルメータＤ及び厚みが上記した範囲にあることを条件として、ＰＴＦＥ以外のプラスチックやゴムで構成される円環状板としておくことができ、その材質は被密封流体の性状等のシール条件に応じて適宜に選定することができる。さらに、粗面転写防止部材９は、図４に示す如く、同心をなして径方向に密接して並列し且つ第１密封環５の基端面５３ａに全面的に接触する複数個のＯリング９Ａ〜９Ｆで構成しておくことも可能である。この場合において、当該基端面５３ａを貫通するドライブピン４７が設けられているときには、図４に示す如く、Ｏリング群９Ａ〜９Ｆには当該ドライブピン４７が通過する切欠部９ｂ〜９ｄを形成しておく。また、粗面転写防止部材９は、第１密封環５の基端面５３ａ又は保持環４の密封環受面４４ａに接着剤等により接着固定しておくことも可能である。また、第１密封環５と保持環４との相対回転を阻止するドライブピン４７は、第１密封環５の基端面５３ａを貫通しない位置に配設しておくことも可能であり、かかる場合、粗面転写防止部材９にはドライブピン４７が通過する切欠部９ａ〜９ｄを形成しておく必要はない。
【００５０】
また、保持環４の環状凹部４１は、第２従来シールのように先端方向及び外周方向に開口する形状として、第１密封環５をその基端部分の内周部にＯリング８を内嵌させた状態（又は環状凹部４１の内周部を構成する保持環部分に外嵌させた状態）で当該環状凹部４１に圧入させるように構成することも可能である。さらに、第１密封環５の直角度維持機能（密封環姿勢保持機能）は上記した如く当該密封環５の基端面５３ａと保持環４の密封環受面４４ａとの間に粗面転写防止部材９を装填させることによって発揮されるものであるから、Ｏリング８を上記端面接触形メカニカルシールＭのように両環４，５の軸線方向対向端面４３ｂ，５２ｂ間に挟圧させるように構成しておく必要はないから、例えば特開２０１２−９７７８１公報の図３に示されるように、両環４，５の嵌合構造をＯリング８が両環４，５の径方向対向端面間においてのみに挟圧されるように構成しておくことも可能である。
【００５１】
また、本発明は、上記した如く第１密封環５が保持環４を介して回転軸２に固定された端面接触形メカニカルシールＭに適用される他、例えば図５及び図６に示す如く、第１密封環５が保持環４を介して回転軸２に軸線方向移動可能に保持された端面接触形メカニカルシールにも適用することができる。すなわち、図５に示す端面接触形メカニカルシールは、シールケース３に固定された第２密封環６と、回転軸２のスリーブ２１にＯリング４８及びドライブピン４９を介して軸線方向移動可能且つ相対回転不能に保持された保持環４（基端部分４５は先端部分４２〜４４と分離構成されている）、保持環４の先端部分４２〜４４に嵌合固定された第１密封環５と、第１密封環５を第２密封環６へと押圧附勢するスプリング７１とを具備して、両密封環５，６の対向端面である密封端面５１ａ，６１ａの相対回転摺接作用により被密封流体領域たる機内領域Ａと非密封流体領域たる機外領域（大気領域）Ｂとを遮蔽シールするように構成されたものであり、第１密封環５の基端面５３ａと保持環４の密封環受面４４ａとの間には、図６に示す如く、粗面転写防止部材（円環状板）９が挟圧されている。なお、上記端面接触形メカニカルシールＭの構成部材に相当する構成部材については、図５及び図６において図１〜図３と同一の符号を付することにより、その詳細な説明は省略する。
【符号の説明】
【００５２】
１      軸封部ケーシング
２      回転軸
３      シールケース
４      保持環
５      第１密封環
６      第２密封環
７      スプリング
８      Ｏリング
９      粗面転写防止材
９Ａ    Ｏリング（粗面転写防止部材）
９Ｂ    Ｏリング（粗面転写防止部材）
９Ｃ    Ｏリング（粗面転写防止部材）
９Ｄ    Ｏリング（粗面転写防止部材）
９Ｅ    Ｏリング（粗面転写防止部材）
９Ｆ    Ｏリング（粗面転写防止部材）
９ａ    切欠部
９ｂ    切欠部
９ｃ    切欠部
９ｄ    切欠部
１０ａ  Ｏリング
１０ｂ  環状ガスケット
１０ｃ  Ｏリング
１０ｄ  Ｏリング
１１    フラッシング液注入口
１２    セットプレート
１３    ボルト
２１    スリーブ
２１ａ  環状凹部
２２    固定リング
２３    セットスクリュー
２４    セットスクリュー
２５    回転体
３１    フランジ
３２    プレート
３２ａ  オイルシール
３３    スプリングリテーナ
３４    ヘッダ蓋
３４ａ  フラッシング液吸引孔
３４ｂ  フラッシング液吸引孔
３５    ヘッダ室
３６    吸引通路
３７    給液通路
３８    排液通路
４１    環状凹部
４２    第１先端部分（保持環の先端部分）
４２ａ  第１先端部分の内周面
４３    第２先端部分（保持環の先端部分）
４３ａ  第２先端部分の内周面
４３ｂ  第２先端部分の先端面
４４    第３先端部分（保持環の先端部分）
４４ａ  密封環受面（環状凹部の底面）
４５    保持環の基端部分
４６    セットスクリュー
４７    ドライブピン
４８    Ｏリング
４９    ドライブピン
５１    第１密封環の先端部分
５１ａ  密封端面
５２    第１基端部分（第１密封環の基端部分）
５２ａ  第１基端部分の外周面
５２ｂ  第１基端部分の基端面
５３    第２基端部分（第１密封環の基端部分）
５３ａ  第１密封環の基端面
５３ｂ  第２基端部分の外周面
６１    密封環本体
６１ａ  第２密封環の密封端面
６２    保持体６２
６２ａ  軸線方向中間部
６３    スプリング受け体
６４    Ｏリング
６５    ドライブピン
６６    ドライブピン
７１    スプリング
Ａ      被密封流体領域（機内領域）
Ａ１    フランシング液注入領域
Ｂ      非密封流体領域（大気領域）
Ｆ      フラッシング液
Ｍ      端面接触形メカニカルシール
Ｍ１    静止側密封要素
Ｍ２    回転側密封要素
Ｑ      クエンチング液
【図１】
2014234872.tif 000003
【図２】
2014234872.tif 000004
【図３】
2014234872.tif 000005
【図４】
2014234872.tif 000006
【図５】
2014234872.tif 000007
【図６】
2014234872.tif 000008