(57)【要約】      （修正有）【課題】良好なシール性を維持しつつ省エネルギー化を実現することができると共に、簡便な作業で製造することができ、製造コストを低減することができるメカニカルシール装置を提供する。【解決手段】メカニカルシール装置１は、ハウジング６０側に設けられるメインティングリング２０と、軸部材５０と共に回転し、スプリングにより軸方向に付勢されてメインティングリングの端面に対して摺動する摺動面を有するシールリング１０とを備える。メインティングリングは、シールリングとの対向面に設けられ且つ径方向寸法Ｗ３がメインティングリングの径方向寸法Ｗ４よりも狭幅化された凸部２０Ａを有し、凸部２０Ａの軸方向端面２０ｃが、シールリングの凸部１０Ａの軸方向端面１０ｂと摺動する。【選択図】図２
0003196645.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと軸部材との間をシールするメカニカルシールであって、
前記ハウジング側に設けられる固定環と、
前記軸部材と共に回転し、付勢部材により軸方向に付勢されて前記固定環の端面に対して摺動する摺動面を有する回転環とを備え、
前記回転環は、前記固定環との対向面に設けられ且つ径方向寸法が当該回転環の径方向寸法よりも狭幅化された第１凸部を有し、
前記固定環は、前記回転環との対向面に設けられ且つ径方向寸法が当該固定環の径方向寸法よりも狭幅化された第２凸部を有し、
前記第２凸部の前記軸方向端面が、前記第１凸部の軸方向端面と摺動することを特徴とする、メカニカルシール装置。
【請求項２】
前記固定環は、前記軸部材の軸方向に関して前記回転環側の端部であって且つその外周縁部に面取り部を有し、
前記面取り部の径方向内方に前記第２凸部が形成されることを特徴とする、請求項１記載のメカニカルシール装置。
【請求項３】
前記面取り部が段付き部であることを特徴とする、請求項２記載のメカニカルシール装置。
【請求項４】
前記面取り部がテーパ部であることを特徴とする、請求項２記載のメカニカルシール装置。
【請求項５】
前記第１凸部の前記軸方向端面及び前記第２凸部の前記軸方向端面の双方が、前記軸部材の軸方向に対して垂直に設けられることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のメカニカルシール装置。
【請求項６】
ポンプ装置の軸部材に取り付けられることを特徴とする、請求項１記載のメカニカルシール装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、一般産業機器（ＧＩ）分野で使用されるメカニカルシール装置に関し、特に水中ポンプや陸上汎用ポンプなどのポンプ装置に適用されるメカニカルシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メカニカルシール装置に要求される省エネルギー化の観点から、メインティングリングとシールリングとの摺動面を小さくした構成が採用されている。具体的には、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、軸部材２００に取り付けられたメカニカルシール装置１００において、シールリング１１０のメインティングリング側端部に、径方向に関して狭幅化した凸部１１０Ａを設けることにより、凸部１１０Ａの軸方向シールリング側端面１１０ａとメインティングリング２０のメインティングシール側端面１２０ａとの摺動面積を小さくしている。この結果、シールリング１１０のメインティングリング側端部において、メインティングリング１２０と摺動しない非摺動面積を増大させることができ、メカニカルシール装置が本来有するシール性を確保しつつ、摺動面積の縮小による省エネルギー化を実現することが可能となっている。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように構成されるメカニカルシール装置において、更なる省エネルギー化の観点から、近年、低摩擦係数を有するアルミナセラミックス、ＳｉＣ等の硬質材料で形成されたメインティングリングがある。しかしながら、従来の表面加工方法では、メインティングリングの軸方向シールリング側端面においてシールリングと摺動しない非摺動面が存在する場合であっても、メインティングリングのシールリング側端面全体に対して、面粗度・平坦度などの精度が高い加工を行う必要があり、また、摺動面の加工費がメカニカルシール装置の加工費全体の大きな割合を占めている。このため、加工作業が煩雑であると共にコストデメリットが生じ、特に、メインティングリングが上記のような硬質材料で量産される場合にはこのような問題点が顕著となる。また、メインティングリングの外径を小さくして、軸方向シールリング側端面の面積を上記加工前に予め小さくすることは可能であるが、メインティングリングを成形するための金型を変更し、更に、メインティングリングをハウジングに固定するガスケットを成形するための金型を変更する必要があり、製造コストの増大を伴う。
【０００４】
本考案の目的は、良好なシール性を維持しつつ省エネルギー化を実現することができると共に、簡便な作業で製造することができ、製造コストを低減することができる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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本考案のメカニカルシール装置は、ハウジングと軸部材との間をシールするメカニカルシールであって、前記ハウジング側に設けられる固定環と、
前記軸部材と共に回転し、付勢部材により軸方向に付勢されて前記固定環の端面に対して摺動する摺動面を有する回転環とを備え、前記回転環は、前記固定環との対向面に設けられ且つ径方向寸法が当該回転環の径方向寸法よりも狭幅化された第１凸部を有し、前記固定環は、前記回転環との対向面に設けられ且つ径方向寸法が当該固定環の径方向寸法よりも狭幅化された第２凸部を有し、前記第２凸部の前記軸方向端面が、前記第１凸部の前記軸方向端面と摺動することを特徴とする。
【０００６】
また、前記固定環は、前記軸部材の軸方向に関して前記回転環側の端部であって且つその外周縁部に面取り部を有し、前記面取り部の径方向内方に前記第２凸部が形成される。
【０００７】
好ましくは、前記面取り部が段付き部であり、或いは前記面取り部がテーパ部である。
【０００８】
更に、前記第１凸部の前記軸方向端面及び前記第２凸部の前記軸方向端面の双方が、前記軸部材の軸方向に対して垂直に設けられる。
【０００９】
前記メカニカル装置は、ポンプ装置の軸部材に取り付けられるのが好ましい。
【考案の効果】
【００１０】
本考案によれば、固定環が、回転環との対向面に設けられ且つ径方向寸法が当該固定環の径方向寸法よりも狭幅化された第２凸部を有している。そして、固定環における第２凸部の軸方向端面が、回転環における第１凸部の軸方向端面と摺動する。すなわち、第２凸部が挟幅化されているので、第２凸部の軸方向端面の面積が従来よりも小さくなり、第２凸部の軸方向端面において、第１凸部の軸方向端面との摺動面の面積を十分に確保しつつ、第１凸部と摺動しない非摺動面の面積を極力小さくすることができる。また、第２凸部の軸方向端面の面積が小さいため、面粗度・平坦度などの高精度の加工を施す被加工面の面積を小さくすることができる。したがって、良好なシール性を維持しつつ省エネルギー化を実現し、更には製造コストを大幅に低減することができる。
【００１１】
また、固定環の軸部材の軸方向に関して回転環側の端面であって且つその外周縁部に面取り部を設けることにより、当該面取り部の径方向内方に第２凸部が形成される。これら面取り部及び第２凸部を設ける際には、固定環成形用金型の一部のみを変更するだけでよいため、固定環に第２凸部を簡単に形成することができる。また、固定環の径方向寸法を変更しないため、ガスケット成形用の金型を変更する必要もない。よって、メカニカルシール装置を簡便な作業で製造することができ、また、製造コストの増大を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本考案の実施形態に係るメカニカルシール装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１のメカニカルシール装置が軸部材に取り付けられた状態を示す断面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は摺動面の拡大図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、図２における固定環の変形例を示す断面図である。
【図４】２つのメカニカルシール装置を軸部材に並設して配置した状態を示す図である。
【図５】従来のメカニカルシール装置の構成を示す断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
以下、本考案の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本考案の実施形態に係るメカニカルシール装置の構成を概略的に示す斜視図であり、図２（ａ）は、図１のメカニカルシール装置が軸部材に取り付けられた状態を示す全体断面図である。図１のこのメカニカルシール装置は、各種産業機器、特にポンプ装置に使用され、ハウジングと軸部材との間で内部の流体等（以下、密封対象という）をシールすることを目的として軸に装着される。なお、図１のメカニカルシール装置は、その一例を示すものであり、本考案に係るメカニカルシール装置の構成は、図１のものに限られないものとする。
【００１４】
メカニカルシール装置１は、ハウジング６０側に設けられるメインティングリング２０（固定環）と、軸部材５０と共に回転し、後述するスプリングにより軸方向に付勢されてメインティングリング２０の端面に対して摺動する摺動面を有するシールリング１０（回転環）とを備える。シールリング１０とメインティングリング２０は、同軸で配置された一対の環状部材であり、シールリング１０とメインティングリング２０が協働して両部材間で密封対象をシールしている。
【００１５】
シールリング１０の外周縁部には、該シールリングと嵌合する略漏斗型のケース１１が取り付けられている。ケース１１には、樹脂或いはエラストマー製のベローズ１２が内包されており、このベローズ１２は、筒状部１２Ａと、該筒状部の端部から径方向外方に延出し、シールリング１０と当接又は圧接するフランジ部１２Ｂとを有している。筒状部１２Ａの外周部にはドライブリング１３が配置されており、該ドライブリングの嵌合力によって筒状部１２Ａが軸部材５０に密着し、これにより筒状部１２Ａの内周面１２ａと軸部材５０の外周面５０ａとの間で密封対象がシールされる。また、フランジ部１２Ｂは、機外側Ａの面に突起部１２Ｂ’を有しており、その突出方向端面１２ｂが、シールリング１０における機内側Ｂの端面１０ａと圧接する。
【００１６】
また、ケース１１の機内側Ｂには、回転軸５０に嵌着された断面略Ｌ字型のスプリングホルダ１４が配設され、該スプリングホルダとケース１１との間にはケースを機外側Ａに付勢するスプリング１５が配設されている。スプリング１５は、コイルスプリングであるが、円錐状のスプリングであってもよいし、本実施形態のようなシングルスプリング形に代えて、複数のコイルスプリングを軸部材の周りに並設したマルチスプリング形が採用されてもよい。
【００１７】
上記のシールリング１０、ケース１１及びベローズ１２は、スプリング１５の付勢力によって連結された状態で、軸部材５０と共に回動する。また、ベローズ１２が軸部材５０の軸方向に弾性変形することによってシールリング１０が機外側Ａに付勢される。このように、スプリング１５及びベローズ１２の付勢力により、シールリング１０がメインティングリング２０に摺動し、シールリング１０とメインティングリング２０との摺動面で密封対象が遮断される。これにより、シールリング１０とメインティングリング２０との摺接面で摩耗が生じた場合でも、これら部材間で良好なシール性を発揮することが可能となっている。
【００１８】
シールリング１０は、図２（ｂ）に示すように、機外側Ａの端面に環状突起が一体成形された、断面略凸型の円環部材である。具体的には、シールリング１０は、メインティングリング２０との対向面に設けられ且つ径方向寸法Ｗ１が当該シールリングの径方向寸法Ｗ２よりも狭幅化された凸部１０Ａ（第１凸部）を有している。
【００１９】
このシールリング１０は、無機物、無機化合物、又はこれらの焼結体（セラミックス）からなり、用途に応じて、カーボン、炭化ケイ素、或いは炭化ケイ素に他の潤滑性材料が添加された複合材料などが選択されるが、例えば、潤滑性を重視する場合にはカーボン、強度を重視する場合には炭化ケイ素が使用される。
【００２０】
メインティングリング２０は、ガスケット６１を介してハウジング６０に固着されており（図１）、ハウジング６０の内周面６０ａがガスケット６１の外周面６１ｂと当接し、ガスケット６１の内周面６１ａがメインティングリング２０の外周面２０ｂと当接している。そして、メインティングリング２０の内周面２０ａは、軸部材５０の外周面５０ａと一定の間隔で離間している。メインティングリング２０及びハウジング６０は、軸部材５０と相対回転可能に設けられており、本実施形態では、メインティングリング２０及びハウジング６０が固定され、軸部材５０が回転可能に構成されている。但し、軸部材５０が固定され、メインティングリング２０及びハウジング６０が回転可能に構成されてもよい。
【００２１】
メインティングリング２０は、具体的には、図２（ｂ）に示すように、シールリング１０との対向面に設けられ且つ径方向寸法Ｗ３が当該メインティングリングの径方向寸法Ｗ４よりも狭幅化された凸部２０Ａ（第２凸部）を有している。この凸部２０Ａは、例えばメインティングリング２０の周縁部にその全周に亘って面取り部を設けることによって形成することができる。本実施形態では、メインティングリング２０は、軸部材５０の軸方向に関してシールリング１０側の端部であって且つその外周縁部２１に段付き部２２（面取り部）を有しており、段付き部２２の径方向内方に凸部２０Ａが形成されている。なお、メインティングリング２０には通常、破損防止の観点から４つの角隅部にそれぞれＣ面取り加工が施されているが、本考案における面取り部はＣ面取り加工によって得られるものとは目的或いは作用効果が異なる。このメインティングリング２０は、無機物、無機化合物又はこれらの焼結体からなる硬質材料からなり、例えばアルミナセラミックス（Ａｌ２Ｏ３）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が挙げられる。メインティングリング２０を上記のような低摩擦係数を有する材料で形成することにより、シールリング１０とメインティングリング２０との間に生じる摩擦力が低減され、エネルギー損失を抑制することができる。
【００２２】
シールリング１０の凸部１０Ａ及びメインティングリング２０の凸部２０Ａは、対向して配置されており、凸部１０Ａの軸方向端面１０ｂ及び凸部２０Ａの軸方向端面２０ｃの双方が、軸部材５０の軸方向に対して垂直に設けられている。そして、凸部２０Ａの軸方向端面２０ｃと凸部１０Ａの軸方向端面１０ｂによって摺動面が形成される。また、段付き部２２が形成されている部分では、シールリング１０とメインティングリング２０が摺動せず、メインティングリング２０のシールリング１０側の端部で非摺動面（図２（ｂ）の範囲Ｘ）を確保することができる。
【００２３】
また、シールリング１０の軸振れや偏心を考慮して、本実施形態では、凸部２０Ａの軸方向端面２０ｃにおける径方向寸法Ｗ３が、凸部１０Ａの軸方向端面１０ｂにおける径方向寸法Ｗ１よりも大きく（Ｗ３＞Ｗ１）、凸部１０Ａの径方向内方及び外方にそれぞれ摺動面が形成されている。これにより、シールリング１０が軸部材５０の回転に伴って回転する際、軸部材５０の回転軸に対して軸振れや偏心が生じた場合であっても、凸部１０Ａの軸方向端面１０ｂの全体が凸部２０Ａの軸方向端面２０ｃと摺動し、凸部１０Ａと凸部２０Ａとの間で一定且つ十分な摺動面を確保することができる。
【００２４】
メインティングリングに設けられる面取り部は、図２（ｂ）の形状に限らず、種々の形状を選択することができる。例えば面取り部は、図３（ａ）に示すように、メインティングリング３０の外周縁部３１に形成され、凸部３０Ａの軸方向端面３０ｃに対して傾斜した傾斜面３２ａを有するテーパ部３２（面取り部）であってもよい。また、図３（ｂ）に示すように、メインティングリング４０の軸方向シールリング１０側の端部に、軸方向に突出した突出部４０Ａを設け、突出部４０Ａの外周縁部４１に段付き部４２を形成してもよい。このようなメインティングリングの構成によっても、メインティングリングのシールリング１０側の端部で非摺動面を確保しつつ、凸部１０Ａと凸部２０Ａの間或いは凸部１０Ａと凸部２０Ａとの間で、一定且つ十分な摺動面を確保することができる。
【００２５】
上述したように、本実施形態によれば、メインティングリング２０が、シールリング１０との対向面に設けられ且つ径方向寸法Ｗ３が当該メインティングリングの径方向寸法Ｗ４よりも狭幅化された凸部２０Ａを有している。そして、メインティングリング２０における凸部２０Ａの軸方向端面２０ｃが、シールリング１０における凸部１０Ａの軸方向端面１０ｂと摺動する。すなわち、凸部２０Ａが挟幅化されているので、凸部２０Ａの軸方向端面２０ｃの面積が従来よりも小さくなり、凸部２０Ａの軸方向端面２０ｃにおいて、凸部１０Ａの軸方向端面１０ｂとの摺動面の面積を十分に確保しつつ、凸部１０Ａと摺動しない非摺動面の面積を極力小さくすることができる。また、凸部２０Ａにおける軸方向端面２０ｃの面積が従来よりも小さいため、面粗度・平坦度などの高精度の加工を施す被加工面の面積を小さくすることができる。これにより、良好なシール性を維持しつつ省エネルギー化を実現し、更にメカニカルシール装置１の製造コストを大幅に低減することができる。
【００２６】
また、メインティングリング２０の軸方向シールリング１０側の端面であって且つその外周縁部２１に段付き部２２を設けることにより、当該面取り部の径方向内方に凸部２０Ａが形成される。これら段付き部２２及び凸部２０Ａを設ける際には、メインティングリング２０を成形するための金型の一部のみを変更するだけでよいため、メインティングリング２０に凸部２０Ａを簡単に形成することができる。また、メインティングリング２０の径方向寸法を変更しないため、ガスケット６１を成形するための金型を変更する必要もない。よって、メカニカルシール装置１を簡便な作業で製造することができ、また、製造コストの増大を抑制することが可能となる。
【００２７】
特に、メカニカルシール装置１をポンプ装置の回転軸に取り付けることにより、密封対象である水、海水、溶液などの各種液体を、シールリング１０とメインティングリング２０との間で確実に密封することができる。
【００２８】
以上、上記実施形態に係るメカニカルシール装置について述べたが、本考案は記述の実施形態に限定されるものではなく、本考案の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【００２９】
また、上記実施形態のメカニカルシール装置は、摺動面における密封対象の漏出方向が遠心力方向と反対であるインサイド形であるが、これに限らず、機外側Ａと機内側Ｂが逆になり、摺動面における密封対象の漏出方向が遠心力方向と同じであるアウトサイド形であってもよい。
【００３０】
また、上記実施形態のメカニカルシール装置は、軸部材５０の外径が一定であるアンバランス形であるが、これに限らず、大小の異なる外径を有する軸部材を用いたバランス形であってもよい。
【００３１】
また、２つのメカニカルシール装置を軸部材５０に並設配置することも可能である。例えば、図４に示すように、２つのメカニカルシール装置１Ａ，１Ｂが反対向きに配置されたダブル形のメカニカルシール構造を設けることができる。この場合、軸方向において２つの摺動面Ｌ，Ｒ間に、外部流体が密封対象の圧力よりも高い圧力で供給される。本構成によれば、低圧下で使用される場合や、密封対象である液体が高粘性を有する場合に、密封対象を確実にシールすることが可能となる。また、２つのメカニカルシール装置１Ａ，１Ｂが同じ向きに配置されたタンデム形のメカニカルシール構造を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本考案のメカニカルシール装置は、各種ポンプ装置の回転軸に好適に用いられ、特に水中ポンプや陸上汎用ポンプ用に適用されるメカニカルシール装置として極めて有用である。
【符号の説明】
【００３３】
１  メカニカルシール装置
１Ａ，１Ｂ  メカニカルシール装置
１０  シールリング
１０Ａ  凸部
１０ａ  端面
１０ｂ  軸方向端面
１１  ケース
１２  ベローズ
１２Ａ  筒状部
１２ａ  内周面
１２ｂ  突出方向端面
１２Ｂ  フランジ部
１２Ｂ’  突起
１３  ドライブリング
１４  スプリングホルダ
１５  スプリング
２０  メインティングリング
２０Ａ  凸部
２０ｂ  外周面
２０ａ  内周面
２０ｃ  軸方向端面
２１  外周縁部
２２  段付き部
３０  メインティングリング
３０ｃ  軸方向端面
３１  外周縁部
３２  テーパ部
３２ａ  傾斜面
４０  メインティングリング
４０Ａ  突出部
４１  外周縁部
４２  段付き部
５０  軸部材
５０ａ  外周面
６０  ハウジング
６０ａ  内周面
６１  ガスケット
６１ａ  内周面
６１ｂ  外周面
Ａ  機外側
Ｂ  機内側
Ｗ１  径方向寸法
Ｗ２  径方向寸法
Ｗ３  径方向寸法
Ｗ４  径方向寸法
【図１】
0003196645.tif 000003
【図２】
0003196645.tif 000004
【図３】
0003196645.tif 000005
【図４】
0003196645.tif 000006
【図５】
0003196645.tif 000007