(57)【要約】  回転環３０と、第１静止環４１と、第２静止環５１と、シールカバーと、１０を有するダブルメカニカルシール装置である。第１静止環４０とシールカバー１０との間には、第１ベローズシール装置１００が設けられ、第１ベローズシール装置１００は、軸方向に伸縮可能な第１ベローズ部１０１と、第１カバー側アダプタ１０２と、第１静止環側アダプタ１０３と、から成る。第１ベローズ部の内外で圧力差が生じない状態で、第１ベローズ部１０１のバランスラインＢＬが、Ｏリング４５の断面と第１静止シール面４３とを通るように、第１ベローズ装置１００および第１静止環４１が配置してある。【選択図】図３
2014030423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と一体に回転するように当該回転軸に設置され、軸方向の両面に回転シール面が形成されている回転環と、
前記回転環の機内側に配置され、当該回転環の機内側の前記回転シール面に密接摺動する第１静止シール面が形成されている第１静止環と、
前記回転環の機外側に配置され、当該回転環の機外側の前記回転シール面に密接摺動する第２静止シール面が形成されている第２静止環と、
前記回転軸が貫通されて、当該回転軸を有する装置の外面に取り付けられ、前記第１静止環、前記回転環および前記第２静止環を内周側に収容するシールカバーと、を有するダブルメカニカルシール装置であって、
前記第１静止環と前記シールカバーとの間には、第１ベローズシール装置が設けられ、
前記第１ベローズシール装置は、
軸方向に伸縮可能な第１ベローズ部と、
前記第１ベローズ部の一端が液密に固定され、前記シールカバーの第１内方凸部に第１カバー側シール部材を介して液密に装着される第１カバー側アダプタと、
前記第１ベローズ部の他端が液密に固定され、前記第１静止環に対して第１静止環側シール部材を介して液密にしかも軸方向相対移動自在に装着される第１静止環側アダプタと、から成り、
前記第１ベローズ部の内外で圧力差が生じない状態で、前記第１ベローズ部のバランスラインが、前記第１静止シール面を通るように、前記第１ベローズ装置および第１静止環が配置してあることを特徴とするダブルメカニカルシール装置。
【請求項２】
前記第１ベローズ部の内外で圧力差が生じない状態で、前記第１ベローズ部のバランスラインが、前記第１静止環側シール部材の断面を通る位置に、前記第１ベローズ装置および第１静止環が配置してあることを特徴とする請求項１に記載のダブルメカニカルシール装置。
【請求項３】
前記第１静止シール面の径方向幅は、前記回転シール面の径方向幅よりも狭い請求項１または２に記載のダブルメカニカルシール装置。
【請求項４】
前記第１ベローズ部の外側で、前記第１静止環側アダプタと前記第１内方凸部との間には、前記第１静止環側アダプタを介して前記第１静止環の第１静止シール面を前記回転シール面に軸方向に押し付ける力を付与するスプリングが配置してある請求項１〜３のいずれかに記載のダブルメカニカルシール装置。
【請求項５】
前記第２静止環と前記シールカバーとの間には、第２ベローズシール装置が設けられ、
前記第２ベローズシール装置は、
軸方向に伸縮可能な第２ベローズ部と、
前記第２ベローズ部の一端が液密に固定され、前記シールカバーの第２内方凸部に第２カバー側シール部材を介して液密に装着される第２カバー側アダプタと、
前記第２ベローズ部の他端が液密に固定され、前記第２静止環に対して第２静止環側シール部材を介して液密にしかも軸方向相対移動自在に装着される第２静止環側アダプタと、から成り、
前記第２ベローズ部の内外で圧力差が生じない状態で、前記第２ベローズ部のバランスラインが、前記第２静止シール面を通るように、前記第２ベローズ装置および第２静止環が配置してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のダブル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、ダブルメカニカルシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心ポンプ等に軸シールとして用いられるメカニカルシールは、起動する際にメカニカルシールが設置されているスタフィンボックス内が一時的に負圧になるため、メカニカルシールの摺動面に液が存在しない状態が生じ、摺動面の焼き付きや破損が生じる可能性がある。【０００３】
このような問題を解決するために、従来より、ダブルメカニカルシール（単に、ダブルシールと称する場合もある）が用いられることがある。ダブルメカニカルシールでは、２つのシール間にクエンチング液を流すことにより、摺動面がドライになることを防ぐことができる。また、ダブルシールは、機内側の流体を外部に漏出させたくない場合や、機内側の液体が乾燥すると結晶化するものである場合等においてしばしば使用されている。【０００４】
たとえば下記の特許文献１に示すように、ベローズを組み合わせたダブルメカニカルシールが知られている。しかしながら、このような従来のダブルメカニカルシールは、各メカニカルシール毎に回転環を有し、回転環が回転軸の軸方向に沿って２カ所の位置に配置してあることから、軸方向の装置構成が長くなってしまい、コンパクト化の要請に反している。【０００５】
また、従来のベローズ付きダブルメカニカルシールでは、静止環がリテーナ（アダプタ）に焼き嵌めしてある構成であるために、ベローズの内側圧力が高い場合に、静止環とリテーナとの間から密封流体が漏れるおそれがあった。また、従来のベローズ付きダブルメカニカルシールでは、静止環がリテーナ（アダプタ）に焼き嵌めしてある構成であるために、ベローズの内外での圧力差が逆転する場合には、静止環と回転環とのシール面に作用する密着力が大きく変化する。このために、ベローズの内外での圧力差が逆転する場合には、ベローズ付きダブルメカニカルシールの設計（たとえばベローズのスプリング力など）を変える必要があり、圧力差環境に応じて異なるダブルメカニカルシールを準備する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−７２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、装置構成がコンパクトであり、しかもベローズの内外での圧力差が逆転する場合においても、共通の装置を用いてシールすることが可能なダブルメカニカルシール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るダブルメカニカルシール装置は、
回転軸と一体に回転するように当該回転軸に設置され、軸方向の両面に回転シール面が形成されている回転環と、
前記回転環の機内側に配置され、当該回転環の機内側の前記回転シール面に密接摺動する第１静止シール面が形成されている第１静止環と、
前記回転環の機外側に配置され、当該回転環の機外側の前記回転シール面に密接摺動する第２静止シール面が形成されている第２静止環と、
前記回転軸が貫通されて、当該回転軸を有する装置の外面に取り付けられ、前記第１静止環、前記回転環および前記第２静止環を内周側に収容するシールカバーと、を有するダブルメカニカルシール装置であって、
前記第１静止環と前記シールカバーとの間には、第１ベローズシール装置が設けられ、
前記第１ベローズシール装置は、
軸方向に伸縮可能な第１ベローズ部と、
前記第１ベローズ部の一端が液密に固定され、前記シールカバーの第１内方凸部に第１カバー側シール部材を介して液密に装着される第１カバー側アダプタと、
前記第１ベローズ部の他端が液密に固定され、前記第１静止環に対して第１静止環側シール部材を介して液密にしかも軸方向相対移動自在に装着される第１静止環側アダプタと、から成り、
前記第１ベローズ部の内外で圧力差が生じない状態で、前記第１ベローズ部のバランスラインが、前記第１静止シール面、好ましくは第１静止シール面の径方向中心近くを通るように、前記第１ベローズ装置および第１静止環が配置してあることを特徴とする。【０００９】
本発明では、単一の回転環の軸方向の両側に、メカニカルシールが配置してある構成のために、回転環の外周を、クエンチング液の封入空間とすることができ、摺動面がドライになることを防ぐことができる。また、二組のメカニカルシールによってほぼ完全に漏れ防止を行うことができるという利点がある。【００１０】
さらに本発明では、軸方向の両面に回転シール面が形成されている単一の回転環により、ダブルメカニカルシール装置を構成しているために、装置構成がコンパクトである。しかも、本発明では、第１静止環とシールカバーとの間には、第１ベローズシール装置が設けられていることから、被密封流体として、作動用Ｏリングなどのシール部材を固着させてしまう流体が用いられたとしても、第１ベローズの伸縮により、第１静止環の軸方向移動を吸収することができ、メカニカルシールの寿命を延ばす効果がある。【００１１】
さらに本発明では、第１静止環と第１静止環側アダプタとを第１静止環側シール部材を介して液密にしかも軸方向相対移動自在に配置してあり、しかも、第１ベローズ部のバランスラインが、前記第１静止シール面を通るようにしてあることから、次の作用効果を奏する。【００１２】
すなわち、本発明では、第１ベローズの外側の流体圧（クエンチング圧）よりも被密封流体の圧力が高い場合でも、あるいはその逆の場合でも、常に第１静止環が回転環に対して押し付けられる構造とすることが可能になる。そのため、第１ベローズの外側の流体圧（クエンチング圧）よりも被密封流体の圧力が高い場合でも、あるいはその逆の場合でも、共通するダブルメカニカルシール装置を用いることが可能になり、部品の共用化を図ることが可能になると共に、使用範囲が広がり汎用性に優れている。【００１３】
好ましくは、前記第１ベローズ部の内外で圧力差が生じない状態で、前記第１ベローズ部のバランスラインが、前記第１静止環側シール部材の断面、さらに好ましくは断面の径方向中心近くを通る位置に、前記第１ベローズ装置および第１静止環が配置してある。【００１４】
このような配置関係を維持することで、第１ベローズの外側の流体圧（クエンチング圧）よりも被密封流体の圧力が高い場合でも、あるいはその逆の場合でも、常に第１静止環が回転環に対して押し付けられる構造とすることが容易になる。【００１５】
好ましくは、前記第１静止シール面の径方向幅は、前記回転シール面の径方向幅よりも狭い。このような関係を採用することで、これらのシール面相互の摩擦を低減させつつシール特性を向上させることができる。【００１６】
好ましくは、前記第１ベローズ部の外側で、前記第１静止環側アダプタと前記第１内方凸部との間には、前記第１静止環側アダプタを介して前記第１静止環の第１静止シール面を前記回転シール面に軸方向に押し付ける力を付与するスプリングが配置してある。【００１７】
この場合には、第１ベローズ部が伸縮する軸方向に沿って、スプリングをシールカバーに取り付ける構成とすることができ、回転環に対する第１静止環の押圧力をスプリングの押圧力で確保することができる。そのため、第１ベローズ部を自由長近傍で装置内に配置することができる。したがって、従来のベローズよりも軸方向の寸法を小さくすることができる（ベローズの山数を少なくすることができる）ために、ベローズの生産コストを低減すると共に、メカニカルシール装置をコンパクトにすることができる。【００１８】
好ましくは、ベローズは金属製である。このような構成とすることで、化学薬品等の特殊な液体に対してベローズが腐食することを防止することができる。ベローズを構成する金属は特に限定されないが、たとえば、ステンレス、インコネル、ハステロイ、カーペンター等の合金およびチタン等のいずれかの材料から製作されている。【００１９】
好ましくは、前記第２静止環と前記シールカバーとの間には、第２ベローズシール装置が設けられ、
前記第２ベローズシール装置は、
軸方向に伸縮可能な第２ベローズ部と、
前記第２ベローズ部の一端が液密に固定され、前記シールカバーの第２内方凸部に第２カバー側シール部材を介して液密に装着される第２カバー側アダプタと、
前記第２ベローズ部の他端が液密に固定され、前記第２静止環に対して第２静止環側シール部材を介して液密にしかも軸方向相対移動自在に装着される第２静止環側アダプタと、から成り、
前記第２ベローズ部の内外で圧力差が生じない状態で、前記第２ベローズ部のバランスラインが、前記第２静止シール面を通るように、前記第２ベローズ装置および第２静止環が配置してある。【００２０】
このような構成とすることで、回転環の軸方向両側に配置される一対のメカニカルシール装置を、相互に同じ構成にすることができ、部品の共用化を図れるなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るダブルメカニカルシール装置の概略断面図である。
【図２】図２は図１に示す装置の要部拡大断面図である。
【図３】図３は図１に示す装置において被密封流体圧が高い状態を示す要部概略断面図である。
【図４】図４は図１に示す装置においてクエンチング流体圧が高い状態を示す要部概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
本実施形態においては、遠心ポンプの軸シールとして使用されるシール装置であって、２つの摺動面を背面合わせに構成したダブルシールを有し、スタフィンボックスの外面にカートリッジ形態で装着されるシール装置を例示して説明する。ただし、本発明のシール装置は、スタフィンボックスを用いることなく、ポンプなどのケーシングの外面に直接にカートリッジ形態で装着されてもよい。
【００２３】
図１に示すように、遠心ポンプのスタフィンボックス８０には軸孔８１が形成してあり、この軸孔８１に、図示せぬ軸受けにより回転可能に支持された回転軸７０が貫通している。本実施形態に係るダブルメカニカルシール装置１は、シールカバー１０を有し、このシールカバー１０がスタフィンボックス８０の軸孔８１の周囲の外面８２に、当該外面８２に埋め込みボルトなどにより着脱自在に取り付けられる。
【００２４】
なお、図１においてはスタフィンボックス８０の軸孔８１側（図示左側）が機内側空間αであり、その軸方向反対側（図示右側）が機外側空間であって大気空間βである。本実施形態では、シールカバー１０は、クエンチング液入口１２およびクエンチング液出口１４が形成してあるカバー本体１０ａと、カバー本体１０ａとスタフィンボックス８０の外面８２との間に配置される補助カバー１０ｂとを有する。
【００２５】
補助カバー１０ｂの内周部には、第１内方凸部１０ｃが形成してあり、この第１内方凸部１０ｃに対して第１メカニカルシール４０の静止部が取り付けられる。また、カバー本体１０ａの機外側内周部には、第２内方凸部１０ｄが形成してあり、この第内方凸部１０ｄに対して第２メカニカルシール５０の静止部が取り付けられる。
【００２６】
本実施形態のシール装置１は、回転軸７０のスリーブ２０に固定された回転環３０を有する。スリーブ２０は、Ｏリング２３を介在させて回転軸７０の周面に密接に嵌合されており、スリーブ２０の機外側端部においてスリーブカラー２１により回転軸７０に固定設置されている。
【００２７】
スリーブカラー２１は、スリーブ２０の機外側端部の外周面に嵌合し、セットスクリュー２２により回転軸７０に対して固定される。これにより、スリーブ２０とスリーブカラー２１とは一体的に回転軸７０に固定設置される。このスリーブ２０の機内側端部２４に、回転環３０が嵌合される。
【００２８】
スリーブ２０の機内側端部２４では、Ｏリング２６を介して回転環３０が密封状態で取り付けられ、ノックピン２８により回転軸７０に対する回り止めがなされている。このようにして回転環３０は回転軸７０と共に回転するようになっている。
【００２９】
回転環３０の機内側には、第１メカニカルシール４０の静止部が配置され、回転環３０の大気側には、第２メカニカルシール５０の静止部が配置される。本実施形態の回転環３０は、第１メカニカルシール４０の回転部であると共に、第２メカニカルシール５０の回転部でもある。
【００３０】
回転環３０の軸方向の両面には、図３および図４に示すように、機内側回転シール面３２と大気側回転シール面３３とが形成してある。機内側回転シール面３２には、第１メカニカルシール４０の第１静止環４１の第１静止シール面４３が摺動し、大気側回転シール面３３には、第２メカニカルシール５０の第２静止環５１の第２静止シール面５３が摺動する。
【００３１】
図１に示すように、第１メカニカルシール４０は、第１静止環４１と第１ベローズシール装置１００とスプリング１２０とを有する。また同様に、第２メカニカルシール５０は、第２静止環５１と第２ベローズ装置１１０とスプリング１３０とを有する。
【００３２】
シールカバー１０は、第１メカニカルシール４０および第２メカニカルシール５０の外周部を覆うように設けられ、これらのシール装置４０および５０との間に、密封された中間室１８が形成される。ケーシング本体１０ａに形成してあるクエンチング液入口１２および出口１４は、中間室１８に連通してあり、入口１２から流入したクエンチング液は、これらのシール装置４０および５０の外周部を流れ、これらのシール装置４０および５０を洗浄および冷却した後、出口１４から排出される。
【００３３】
第１ベローズシール装置１００は、軸方向に伸縮可能な第１ベローズ部１０１を有する。第１ベローズ部１０１の機内側端は、第１カバー側アダプタ１０２に対して溶接などにより液密に固定される。この第１カバー側アダプタ１０２は、補助カバー１０ｂの第１内方凸部１０ｃに第１カバー側Ｏリング４６を介して液密に装着される。
【００３４】
第１ベローズ部１０１の機外側端は、第１静止環側アダプタ１０３に対して溶接などにより液密に固定される。この第１静止環側アダプタ１０３は、第１静止環４１に対して第１静止環側Ｏリング４５を介して液密にしかも軸方向相対移動自在に装着される。
【００３５】
第１ベローズ装置１００および第１静止環４１の外周部で、カバー本体１０ａの内周側には、スプリング１２０および固定ピン４８が、周方向に沿って交互に配置してある。スプリング１２０の機内側一端は、補助カバー１０ｂの内方凸部１０ｃに形成してあるスプリング保持孔に保持され、スプリング１２０の他端は、第１静止環側アダプタ１０３の外周フランジ１０３ａの背面に当接している。そのため、スプリング１２０は、アダプタ１０３を第１静止環４１と共に、回転環３０の方向に軸方向に押圧している。
【００３６】
固定ピン４８の機内側一端は、補助カバー１０ｂの第１内方凸部１０ｃに対して固定され、固定ピンの他端は、第１静止環側アダプタ１０３の外周フランジ１０３ａに形成してある切り欠きと、第１静止環４１の外周フランジに形成してある切り欠きとに係合し、これらの回り止めを成している。
【００３７】
第２ベローズシール装置１１０は、軸方向に伸縮可能な第２ベローズ部１１１を有する。第２ベローズ部１１１の機外側端は、第２カバー側アダプタ１１２に対して溶接などにより液密に固定される。この第２カバー側アダプタ１１２は、カバー本体１０ａの第２内方凸部１０ｄに第２カバー側Ｏリング５６を介して液密に装着される。
【００３８】
第２ベローズ部１１１の機内側端は、第２静止環側アダプタ１１３に対して溶接などにより液密に固定される。この第２静止環側アダプタ１１３は、第２静止環５１に対して第２静止環側Ｏリング５５を介して液密にしかも軸方向相対移動自在に装着される。
【００３９】
第２ベローズ装置１１０および第２静止環５１の外周部で、カバー本体１０ａの内周側には、スプリング１３０および固定ピン５８が、周方向に沿って交互に配置してある。スプリング１３０の機外側一端は、カバー本体１０ａの内方凸部１０ｄに形成してあるスプリング保持孔に保持され、スプリング１３０の他端は、第２静止環側アダプタ１１３の外周フランジ１１３ａの背面に当接している。そのため、スプリング１３０は、アダプタ１１３を第２静止環５１と共に、回転環３０の方向に軸方向に押圧している。
【００４０】
固定ピン５８の機外側一端は、カバー本体１０ａの第２内方凸部１０ｄに対して固定され、固定ピンの他端は、第２静止環側アダプタ１１３の外周フランジ１１３ａに形成してある切り欠きと、第２静止環５１の外周フランジに形成してある切り欠きとに係合し、これらの回り止めを成している。
【００４１】
このように第１メカニカルシール４０と第２メカニカルシール５０とは、回転環３０を挟んで、軸方向にそって対称に配置してある。以下の説明では、主として、第１メカニカルシール４０について説明するが、第２メカニカルシール５０においても同様である。
【００４２】
なお、図１に示すように、シールカバー１０の補助カバー１０ｂとスタフィンボックス８０の外面８２との間には、ガスケット６０が内周側に配置してあり、機内側の内部に存在する被密封流体が、補助カバー１０ｂと外面８２との間から漏れないようになっている。また、カバー本体１０ａにおける機外側端部には、位置決め部６２が形成してある。
【００４３】
回転軸７０にスリーブ２０や回転環３０等を設置する時には、この位置決め部６２としての位置決め用溝にセットプレート６４の凸条部を嵌合させて、セットプレート６４を介在させた状態でスリーブカラー２１を回転軸７０に設置する。これにより、シールカバー１０とスリーブカラー２１およびスリーブ２０とが所定の位置関係に規定され、その結果、回転環３０と第１静止環４１および第２静止環５１とは各々所定の位置関係にセットされる。セット後には、セットプレーと６４は取り除かれて使用される。
【００４４】
図２に示すように、第１静止環４１は、リング状の静止環本体４１ａを有する。静止環本体４１ａの外周部には、外径方向に円盤状に形成してある外周フランジ４１ｂが一体に形成してある。外周フランジ４１ｂと静止環本体４１ａとの交差部には、図１に示す回転環３０に向けて軸方向に突出する凸部４１ｃが形成してあり、その凸部４１ｃの軸端に第１静止シール面４３が形成してある。
【００４５】
また、第１静止環４１における第１静止環側アダプタ１０３との連結外周面４２には、その外周面４２よりも外径が小さい段差状のＯリング接触用外周面４４が形成してある。また第１静止環側アダプタ１０３における第１静止環４１との連結内周面１０４には、その内周面１０４よりも外径が大きい段差状のＯリング接触用内周面１０５が形成してある。
【００４６】
第１静止環４１の連結外周面４２が第１静止環側アダプタ１０３の段差状のＯリング接触用内周面１０５の内部に嵌合し、第１静止環４１の段差状のＯリング接触用外周面４４が第１静止環側アダプタ１０３の連結内周面１０４に嵌合する。そのため、これらの連結面には、Ｏリング４５を収容するためのＯリング溝４５ａが形成され、Ｏリングは、Ｏリング接触用内周面１０５とＯリング接触用外周面４４との間で圧縮変形され、これらの間の隙間を密封する。
【００４７】
本実施形態では、第１静止環４１においては、Ｏリング４５が配設されているＯリング溝４５ａに関し、段差状のＯリング接触用外周面４４の外径Ｂ１と、第１静止シール面４３の内径Ｄ１とは略等しくなるように設計してある。また、段差状のＯリング接触用内周面１０５の内径Ｂ０と、第１静止シール面４３の外径Ｄ０ とは略等しくなるように設計してある。このように構成することにより、第１静止シール面の面積Ｓ１と、Ｏリング溝４５ａにおけるＯリング４５の圧縮方向の横断面積Ｓ２とが略等しくなる。
【００４８】
なお、Ｏリング４５およびその他のＯリングの材質としては、特に限定されず、たとえばフッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどが例示される。
【００４９】
また、図１に示すように、第１静止環４１の内周面側は、回転軸７０の外周面との間に比較的大きな間隙が形成されており、機内側空間αに収容される被密封流体がスラリーを含むものであったとしても、その被密封流体が固形化して目詰まりすることなく流通できるように成されている。
【００５０】
本実施形態の第１静止環４１においては、第１静止シール面（摺動面）４３の面幅（径方向の長さ）が、３ｍｍ以下に形成されている。好適には１ｍｍ〜３ｍｍである。また、場合によっては第１静止シール面４３は、回転環３０の機内側回転シール面３２方向に先端三角形状に突出した形態であってもよい。
【００５１】
このように第１シール面４３の面幅を通常よりも狭くすることにより、第１静止環４１を回転環３０方向に押圧するコイルスプリング１２０の圧力が同一の場合には、第１静止シール面４３と機内側回転シール面３２との面圧を高めることができる。換言すれば、同じ面圧（シール面圧）を得る場合には、シール面幅を狭くしておくことにより、コイルスプリング１２０の押圧力を少なくすることが可能となり、コイルスプリング１２０として小型のスプリングを用いることが可能となる。その結果、シール面圧を下げることなく、小型のスプリングを用いることができ、シール装置１を小型化することが可能となる。
【００５２】
また、本実施形態では、図３および図４に示すように、第１ベローズ部１０１の内外で圧力差が生じない状態で、第１ベローズ部１０１のバランスラインＢＬが、Ｏリング溝４５ａと第１静止シール面４３を通るように、第１ベローズ装置１００および第１静止環４１が配置してある。
【００５３】
好ましくは、バランスラインＢＬが、Ｏリング溝４５ａの径方向略中心と第１静止シール面４３の径方向略中心とを通るように、第１ベローズ装置１００および第１静止環４１が配置してある。このような配置関係にあるときを、バランス値が５０％であるとする。なお、バランス値が０％の位置とは、バランスラインＢＬが、Ｐ１＞Ｐ２の時は図２に示すＤ１に位置、Ｐ１＜Ｐ２の時は図２に示すＤ０の位置にあるときであり、バランス値が１００％の位置とは、バランスラインＢＬが、Ｐ１＞Ｐ２の時は図２に示すＤ０の位置、Ｐ１＜Ｐ２の時は図２に示すＤ１の位置にあるときである。
【００５４】
なお、本実施形態において、ベローズ部１０１のバランスラインＢＬとは、ベローズ部１０１における蛇腹状部分の径方向の中心を結んだ線であり、ベローズ部１０１の伸縮により作用する力の作用点に主として一致するラインである。バランスラインＢＬは、ベローズ部１０１の内周と外周との圧力差により変化する。
【００５５】
たとえば図３に示すように、機内側空間αに存在する被密封流体の圧力Ｐ１（ベローズ部１０１の内周側の圧力）が中間室１８内の圧力Ｐ２（ベローズ部１０１の外周側の圧力）よりも高い場合には、バランスラインＢＬは、バランスラインＢＬ１に示すように外周側に移動する。また、図４に示すように、機内側空間αに存在する被密封流体の圧力Ｐ１が中間室１８内の圧力Ｐ２よりも低い場合には、バランスラインＢＬは、バランスラインＢＬ２に示すように内周側に移動する。
【００５６】
図３に示すように、Ｐ１＞Ｐ２の場合には、Ｏリング４５は、圧力Ｐ１のために、Ｏリング溝４５ａの内部で移動し第１静止環４１の段差状壁面に押し付けられる。そのために、第１静止環側アダプタ１０３には、バランスラインＢＬ（またはＢＬ１）から段差状のＯリング接触内周面１０４までの径方向幅に対応する断面の面積Ａ１に圧力差（Ｐ１−Ｐ２）を掛けた分の力Ｆ１がベローズ部１０１を圧縮する方向に作用する。スプリング１２０のスプリング力Ｆｓは、力Ｆ１よりも大きくなるようにスプリング１２０が設計してあるので問題は無い。
【００５７】
また、第１静止リング４１には、バランスラインＢＬ（またはＢＬ１）から段差状のＯリング接触内周面１０４までの径方向幅に対応する断面の面積Ａ２（＝Ａ１）に圧力差（Ｐ１−Ｐ２）を掛けた分の力Ｆ２（＝Ｆ１）が第１静止環４１を回転環３０に圧接させる方向に作用する。
【００５８】
なお、シール面４３とシール面３２との摺動面では、シール面３２よりも小さい面積のシール面４３の面積Ｓ１を基準に、Ｓ１×（Ｐ１−Ｐ２）／２の式により与えられる力Ｆ３で、第１静止環４１を回転環３０から引き離す方向の力が作用する。上記の説明から分かるように、力Ｆ２と力Ｆ３とは、略同一であり、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）によっては、第１静止リング４１には軸方向の力が作用しないようになっている。
【００５９】
このことは、図３に示すように、バランスラインＢＬが外周方向に変化した場合であっても同様である。なぜなら、バランスラインＢＬが外周方向に変化してバランスラインＢＬ１の位置にある場合には、面積Ａ１は小さくなり、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が上昇した分をキャンセルでき、力Ｆ１は、バランスラインＢＬが変化する前とそれほど変わらない。
【００６０】
力Ｆ２に関しても、同様な理由でバランスラインＢＬが変化する前とそれほど変わらない。力Ｆ３のみが、（Ｐ１−Ｐ２）に応じて増大するように変化するが、スプリング１２０のスプリング力を、力Ｆ１と力（Ｆ３−Ｆ２）とに逆らって第１静止環４１を回転環３０に押し付けるように設定することで対応することができる。
【００６１】
また、図４に示すように、Ｐ１＜Ｐ２の場合には、Ｏリング４５は、圧力Ｐ２のために、Ｏリング溝４５ａの内部で移動し第１静止環側アダプタ１０３の段差状壁面に押し付けられる。そのために、第１静止環側アダプタ１０３には、バランスラインＢＬ（またはＢＬ１）から段差状のＯリング接触外周面４４までの径方向幅に対応する断面の面積Ａ１’に圧力差（Ｐ２−Ｐ１）を掛けた分の力Ｆ１’がベローズ部１０１を圧縮する方向に作用する。スプリング１２０のスプリング力Ｆｓは、力Ｆ１よりも大きくなるようにスプリング１２０が設計してあるので問題は無い。
【００６２】
また、第１静止リング４１には、バランスラインＢＬ（またはＢＬ１）から段差状のＯリング接触外周面４４までの径方向幅に対応する断面の面積Ａ２’（＝Ａ１’）に圧力差（Ｐ２−Ｐ１）を掛けた分の力Ｆ２’（＝Ｆ１’）が第１静止環４１を回転環３０に圧接させる方向に作用する。
【００６３】
なお、シール面４３とシール面３２との摺動面では、シール面３２よりも小さい面積のシール面４３の面積Ｓ１を基準に、Ｓ１×（Ｐ２−Ｐ１）／２の式により与えられる力Ｆ３’で、第１静止環４１を回転環３０から引き離す方向の力が作用する。上記の説明から分かるように、力Ｆ２’と力Ｆ３’とは、略同一であり、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）によっては、第１静止リング４１には軸方向の力が作用しないようになっている。
【００６４】
このことは、図４に示すように、バランスラインＢＬが内周方向に変化した場合であっても同様である。なぜなら、バランスラインＢＬが内周方向に変化してバランスラインＢＬ２の位置にある場合には、面積Ａ１’は小さくなり、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が上昇した分をキャンセルでき、力Ｆ１’は、バランスラインＢＬが変化する前とそれほど変わらない。
【００６５】
力Ｆ２’に関しても、同様な理由でバランスラインＢＬが変化する前とそれほど変わらない。力Ｆ３のみが、（Ｐ２−Ｐ１）に応じて増大するように変化するが、スプリング１２０のスプリング力を、力Ｆ１’と力（Ｆ３’−Ｆ２’）とに逆らって第１静止環４１を回転環３０に押し付けるように設定することで対応することができる。
【００６６】
すなわち本実施形態では、図３に示すように、Ｐ１＞Ｐ２の場合であっても、図４に示すように、Ｐ１＜Ｐ２の場合であっても同様に対応することが可能であり、メカニカルシール装置の構造を大幅に変更する必要がない。なお、中間室１８の圧力は、シール装置１の使用用途、目的、封止対象流体の種類等に応じて任意に決定してよい。
【００６７】
また本実施形態では、第１ベローズ部１０１単独で、第１静止リング４１を回転環３０に押し付けるスプリング力は不要であり、第１ベローズ部１０１を自由長近傍の状態で取り付けることができる。つまり、第１ベローズ部１０１の山数を少なくすることができるために、生産コストを低減することができる。また、メカニカルシール装置１をコンパクトにすることができる。ベローズ部１０１の山数は、３〜５山でよいが、好適には４山である。また、ベローズ部１０１を金属製とすることで、化学薬品等の特殊な液体に対してベローズ部１０１が腐食することを防止することができる。
【００６８】
本実施形態のシール装置１において、回転環３０、静止環４１（静止環５１）は、各々、炭化ケイ素（シリコンカーバイト、ＳｉＣ）、カーボン、超硬合金等の材質で製作される。好適には、静止環４１（あるいは静止環５１）と回転環３０との組み合わせは、各々、炭化ケイ素（ＳｉＣ）と炭化ケイ素（ＳｉＣ）の組み合わせ、カーボンと炭化ケイ素（ＳｉＣ）の組み合わせ、超硬合金と超硬合金の組み合わせ、あるいは、カーボンと超硬合金の組み合わせが好適である。
【００６９】
このように、本実施形態のシール装置１においては、スタフィンボックス８０の内部空間を使用することなく、カートリッジ式のシール装置においてダブルメカニカルシール装置を実現することができる。従って、本実施形態のシール装置１によれば、スタフィンボックス８０の大きさによらず、特殊な設計やポンプ等の装置側の改造を行うことなしに、所望の装置に対して容易にダブルシールを搭載することができる。
【００７０】
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。
【００７１】
例えば、静止環４１および静止環５１の形状や設置構成等は任意に変更してよい。例えば、上述した実施形態では、ベローズ部のバランス値は略５０％としたが、若干の変更を行ってもよい。例えば、バランス値３５％〜６５％の範囲であれば、実質的に前述した実施形態の作用と同じ作用効果が得られるものであり、本願発明をそのような形態で実施しても何ら差し支えない。
【００７２】
また、バランス値を変更する場合の方法は、ベローズ部１０１（あるいは１１１）、Ｏリング４５（あるいは５５）の設置箇所の構造を変更してもよいし、シール面４３（あるいは５３）の面幅や径方向の設置場所の位置を変更してもよい。
【００７３】
また、前述した実施形態においては、第１メカニカルシール４０と第２メカニカルシール５０とは同一の構成の静止環を、回転環３０を対称軸として軸方向に対象に配置したものであった。しかしながら、第１静止環４１と第２静止環５１との構成は異なるものであってもよい。例えば、シール装置１を大気中で使用する場合には、第２静止環５１については、中間室１９側が常に高圧となると考えられ、機外側の第２メカニカルシール５０については正負両圧に対応する必要はないものとして、バランス値を５０％から変更してもよい。また、第２メカニカルシール５０のみを、ベローズシール装置を有さないメカニカルシールで構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、回転軸を有する任意の装置に回転軸の軸封装置として適用可能である。たとえば、遠心ポンプ、コンプレッサ、攪拌機等のための軸シール等に利用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…  ダブルメカニカルシール装置
１０…  シールカバー
１０ｃ…  第１内方凸部
１０ｄ…  第２内方凸部
３０…  回転環
３２…  機内側回転シール面
３３…  機外側回転シール面
４０…  第１メカニカルシール
４１…  第１静止環
４３…  第１静止シール面
４５…  第１静止環側Ｏリング（シール材）
５０…  第２メカニカルシール
５１…  第２静止環
５３…  第２静止シール面
５５…  第２静止環側Ｏリング（シール材）
１００…  第１ベローズ装置
１０１…  第１ベローズ部
１０２…  第１カバー側アダプタ
１０３…  第１静止環側アダプタ
１１０…  第２ベローズ装置
１０１…  第２ベローズ部
１０２…  第２カバー側アダプタ
１０３…  第２静止環側アダプタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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