(57)【要約】  回転環をより確実に位置決めさせることが可能なメカニカルシールを提供する。  回転環ユニット１００は、回転軸５００に固定されるスリーブ１２０と、スリーブ１２０に対して軸線方向への移動が抑制されつつ廻り止めがなされている回転環１１０と、を備えており、固定環ユニット２００は、回転環１１０の端面に対して摺動自在に設けられる固定環２１０と、固定環２１０を回転環１１０に向けて押圧するベローズ２５０と、を備えると共に、スリーブ１２０には、固定環２１０が設けられている方向への回転環１１０の移動を規制するストッパ１４０が設けられていることを特徴とする。
2018207746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を封止するメカニカルシールであって、
前記回転軸に対して設けられる回転環ユニットと、
前記ハウジングに対して設けられる固定環ユニットと、
を備えるメカニカルシールにおいて、
前記回転環ユニットは、
前記回転軸に固定されるスリーブと、
前記スリーブに対して軸線方向への移動が抑制されつつ廻り止めがなされている回転環と、
を備えており、
前記固定環ユニットは、
前記回転環の端面に対して摺動自在に設けられる固定環と、
前記固定環を前記回転環に向けて押圧する押圧部材と、
を備えると共に、
前記スリーブには、前記固定環が設けられている方向への前記回転環の移動を規制するストッパが設けられていることを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】
前記ストッパは、
前記回転環における前記固定環が設けられている側の端面に対向するように設けられる環状部と、
前記環状部における径方向内側の端部の位置から、前記回転環から離れつつ径方向内側に向かって伸びる傾斜部と、
を備え、
前記傾斜部と前記スリーブとが溶接部により固定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。
【請求項３】
前記傾斜部は、それぞれ間隔を空けて設けられる複数の突出部を有しており、
これら複数の突出部が、それぞれ溶接部によって前記スリーブに固定されていることを特徴とする請求項２に記載のメカニカルシール。
【請求項４】
前記スリーブは、
前記回転軸の外周面に固定される小径部と、
前記小径部よりも前記回転環が設けられている側に設けられ、かつ前記小径部よりも径の大きな大径部と、
前記小径部と大径部とを繋ぐテーパ状の繋ぎ部と、
を有しており、
前記ストッパにおける傾斜部は、前記繋ぎ部に固定されていることを特徴とする請求項２または３に記載のメカニカルシール。
【請求項５】
前記スリーブは、前記大径部における前記小径部とは反対側の端部に外向きフランジ部を有すると共に、
前記回転環ユニットは、
前記回転環の内周面と前記スリーブにおける前記大径部の外周面との間の隙間を封止する筒状シール部と、前記回転環の端面と前記スリーブにおける前記外向きフランジ部との間の隙間を封止するフランジ状シール部と、を有する弾性体製のガスケットを備えることを特徴とする請求項４に記載のメカニカルシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するメカニカルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルシールには、回転軸と共に回転する回転環が備えられている。一般的に、回転環は、ガスケットの緊迫力と固定環を押圧する押圧部材から受ける押圧力によって、軸線方向の移動が抑制されつつ廻り止めもなされている。そして、回転環は、例えば、回転軸に固定されるスリーブに対して嵌合固定された弾性体製のガスケットによって、特に径方向の位置決めがなされる。【０００３】
しかしながら、固定環が設けられている方向に対して大きな流体圧力を回転環が受けると、回転環が傾いてしまい、密封性が低下してしまうおそれがある。また、上記のガスケットがスリーブから抜け出してしまうおそれもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７４２２６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／５４７４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、回転環をより確実に位置決めさせることが可能なメカニカルシールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。【０００７】
すなわち、本発明のメカニカルシールは、
回転軸と、該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を封止するメカニカルシールであって、
前記回転軸に対して設けられる回転環ユニットと、
前記ハウジングに対して設けられる固定環ユニットと、
を備えるメカニカルシールにおいて、
前記回転環ユニットは、
前記回転軸に固定されるスリーブと、
前記スリーブに対して軸線方向への移動が抑制されつつ廻り止めがなされている回転環と、
を備えており、
前記固定環ユニットは、
前記回転環の端面に対して摺動自在に設けられる固定環と、
前記固定環を前記回転環に向けて押圧する押圧部材と、
を備えると共に、
前記スリーブには、前記固定環が設けられている方向への前記回転環の移動を規制するストッパが設けられていることを特徴とする。【０００８】
本発明によれば、ストッパが設けられているため、固定環が設けられている方向に、回転環が移動してしまうことを規制することができる。【０００９】
前記ストッパは、
前記回転環における前記固定環が設けられている側の端面に対向するように設けられる環状部と、
前記環状部における径方向内側の端部の位置から、前記回転環から離れつつ径方向内側に向かって伸びる傾斜部と、
を備え、
前記傾斜部と前記スリーブとが溶接部により固定されているとよい。【００１０】
これにより、スリーブに対して溶接部により固定されたストッパの環状部によって、回転環の移動が規制される。【００１１】
前記傾斜部は、それぞれ間隔を空けて設けられる複数の突出部を有しており、
これら複数の突出部が、それぞれ溶接部によって前記スリーブに固定されているとよい。【００１２】
これにより、スリーブに対してストッパを圧入させる場合であっても、圧入荷重が大きくなり過ぎることを抑制することができる。従って、ストッパが回転環に対して強い力で当たってしまうことを抑制することができる。【００１３】
前記スリーブは、
前記回転軸の外周面に固定される小径部と、
前記小径部よりも前記回転環が設けられている側に設けられ、かつ前記小径部よりも径の大きな大径部と、
前記小径部と大径部とを繋ぐテーパ状の繋ぎ部と、
を有しており、
前記ストッパにおける傾斜部は、前記繋ぎ部に固定されているとよい。【００１４】
これにより、ストッパの傾斜部を、スリーブの繋ぎ部に対して、より確実に接触させることができ、溶接不良の発生を抑制することができる。【００１５】
前記スリーブは、前記大径部における前記小径部とは反対側の端部に外向きフランジ部を有すると共に、
前記回転環ユニットは、
前記回転環の内周面と前記スリーブにおける前記大径部の外周面との間の隙間を封止する筒状シール部と、前記回転環の端面と前記スリーブにおける前記外向きフランジ部との間の隙間を封止するフランジ状シール部と、を有する弾性体製のガスケットを備えるとよい。【００１６】
これにより、ガスケットによって、スリーブと回転環との間の隙間を封止させることができる。また、ガスケットにおけるフランジ状シール部が、スリーブの外向きフランジ部と回転環とによって挟み込まれた状態となるため、ストッパによって、回転環と共にガスケットの移動も規制される。【００１７】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、回転環をより確実に位置決めさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は本発明の実施例に係るメカニカルシールの使用状態を示す模式的断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例に係るストッパの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２１】
（実施例）
図１及び図２を参照して、本発明の実施例に係るメカニカルシールについて説明する。図１は本発明の実施例に係るメカニカルシールの使用状態を示す模式的断面図である。なお、本実施例に係るメカニカルシールは、一部の部材を除き、回転対称形状であり、図１においては、メカニカルシールの中心軸線を含む面でメカニカルシールを切断した断面図を示している。図２は本発明の実施例に係るストッパの斜視図である。なお、以下の説明において、メカニカルシールの中心軸線（回転軸の中心軸線に一致する）が伸びる方向を「軸線方向」と称する。
【００２２】
＜メカニカルシール＞
本実施例に係るメカニカルシール１０の全体構成について説明する。メカニカルシール１０は、回転軸５００と、回転軸５００の軸孔を有するハウジング６００との間の環状隙間を密封する役割を担っている。図１に示すように、メカニカルシール１０によって、回転軸５００とハウジング６００との間の環状隙間が封止されて、図中左側の領域と右側の領域とが隔てられる。本実施例においては、図中左側の領域に密封対象流体が封止され、図中右側は大気に曝される。これにより、図中左側は高圧となるため、適宜、高圧側（Ｈ）と称し、右側を低圧側（Ｌ）と称する。
【００２３】
本実施例に係るメカニカルシール１０は、回転軸５００に対して設けられる回転環ユニット１００と、ハウジング６００に対して設けられる固定環ユニット２００とから構成される。回転軸５００が回転すると、回転環ユニット１００は回転軸５００と共に回転するのに対して、固定環ユニット２００は静止した状態が保たれる。
【００２４】
＜回転環ユニット＞
回転環ユニット１００は、回転軸５００に固定される金属製のスリーブ１２０と、スリーブ１２０に対して軸線方向への移動が抑制されつつ廻り止めがなされている回転環１１０とを備えている。回転環１１０は、Ｓｉｃ，カーボンまたは金属などの硬質材料で構成されている。また、回転環ユニット１００は、スリーブ１２０と回転環１１０との間の隙間を封止する弾性体製（例えば、ゴム製）のガスケット１３０と、回転環１１０の低圧側（Ｌ）への移動を規制する金属製のストッパ１４０も設けられている。
【００２５】
スリーブ１２０は、略円筒部１２１と、略円筒部１２１の高圧側（Ｈ）の端部から径方向外側に向かって伸びる外向きフランジ部１２２と、外向きフランジ部１２２の先端から低圧側（Ｌ）に向かって伸びる係止突起部１２３とから構成される。略円筒部１２１は、小径部１２１ａと、小径部１２１ａよりも大径の大径部１２１ｂと、これら小径部１２１ａと大径部１２１ｂとを繋ぐ繋ぎ部１２１ｃとから構成される。小径部１２１ａは、回転軸５００の外周面に嵌合により固定される。また、大径部１２１ｂは、小径部１２１ａよりも回転環１１０が設けられている側に設けられる。繋ぎ部１２１ｃは小径部１２１ａから大径部１２１ｂに向かって拡径するテーパ状の部分により構成されている。
【００２６】
回転環１１０は、略円筒状の部材により構成されている。回転環１１０の外周面側には、軸線方向に伸びる被係止用の溝１１１が形成されている。上記のスリーブ１２０における係止突起部１２３は、この溝１１１に係止される。これにより、スリーブ１２０に対する回転環１１０の廻り止めがなされる。
【００２７】
ガスケット１３０は、円筒状の筒状シール部１３１と、フランジ状シール部１３２とから構成される。筒状シール部１３１は、回転環１１０の内周面とスリーブ１２０における大径部１２１ｂの外周面との間の隙間を封止する。また、フランジ状シール部１３２は、回転環１１０の高圧側（Ｈ）の端面とスリーブ１２０における外向きフランジ部１２２との間の隙間を封止する。
【００２８】
ストッパ１４０は、板状の環状部１４１と、環状部１４１における径方向内側の端部の位置から縮径するようにテーパ状に伸びる傾斜部１４２とから構成される。このストッパ１４０は、スリーブ１２０に対して圧入され、かつ溶接によってスリーブ１２０に固定される。そして、ストッパ１４０における環状部１４１は、回転環１１０における低圧側（Ｌ）の端面（固定環２１０が設けられている側の端面）に対向するように設けられる。また、傾斜部１４２は、環状部１４１における径方向内側の端部の位置から、回転環１１０から離れつつ径方向内側に向かって伸びるように構成される。そして、この傾斜部１４２とスリーブ１２０とが溶接部Ｙにより固定される。また、傾斜部１４２は、それぞれ間隔を空けて設けられる複数の突出部１４２ａを有している。これら複数の突出部１４２ａが、それぞれ溶接部Ｙによってスリーブ１２０に固定されている。より具体的には、これら複数の突出部１４２ａは、スリーブ１２０における繋ぎ部１２１ｃに固定されている。
【００２９】
＜固定環ユニット＞
固定環ユニット２００は、回転環１１０の端面に対して摺動自在に設けられる固定環２１０を備えている。固定環２１０は、Ｓｉｃ，カーボンまたは金属などの硬質材料で構成されている。また、固定環２１０には、回転環１１０に向かって突出する環状の突出部２１１が設けられている。回転軸５００が回転すると、この突出部２１１の先端面と回転環１１０における固定環２１０側の端面とが摺動する。
【００３０】
また、固定環ユニット２００は、固定環２１０を収容する金属製のケース２２０と、ケース２２０に対して固定環２１０を位置決めさせると共に、ケース２２０と固定環２１０との間の隙間を封止する弾性体製のガスケット２３０が設けられている。ケース２２０は、小径部２２１と、小径部２２１よりも径が大きな大径部２２２と、これら小径部２２１と大径部２２２とを連結する連結部２２３とを有する断面略Ｃ字形状の環状の部材である。このケース２２０の内側に固定環２１０が収容される。また、ガスケット２３０は、固定環２１０の外周面とケース２２０の大径部２２２の内周面との間の隙間を封止する円筒状シール部２３１と、固定環２１０の低圧側（Ｌ）の端面とケース２２０の連結部２２３との間の隙間を封止するフランジ状シール部２３２とから構成される。
【００３１】
また、固定環ユニット２００は、メカニカルシール１０をカートリッジ化するための金属製のカートリッジ２４０を備えている。このカートリッジ２４０は、ハウジング６００の軸孔の内周面に嵌合固定される円筒部２４１と、円筒部２４１の高圧側（Ｈ）の端部に設けられる外向きフランジ部２４２と、円筒部２４１の低圧側（Ｌ）の端部に設けられる内向きフランジ部２４３とを備えている。外向きフランジ部２４２がハウジング６００の端面に突き当たるまでカートリッジ２４０がハウジング６００の軸孔内に圧入されることで、ハウジング６００に対するメカニカルシール１０の位置決めを行うことができる。なお、メカニカルシール１０を構成する各種部材が組み立てられた後に、スリーブ１２０における小径部１２１ａの先端に、径方向外側に向かって折り曲げ加工が施されることで、スリーブ１２０とカートリッジ２４０とが外れないようになる。これにより、メカニカルシール１０はカートリッジ化されて、１部品として取り扱うことが可能となる。
【００３２】
更に、固定環ユニット２００は、固定環２１０を回転環１１０に向けて押圧する押圧部材としての金属製のベローズ２５０を備えている。ベローズ２５０は、その一端部２５１がケース２２０の連結部２２３に溶接により固定され、その他端部２５２がカートリッジ２４０の内向きフランジ部２４３に溶接により固定される。また、メカニカルシール１０が回転軸５００及びハウジング６００に対して固定された状態では、ベローズ２５０は圧縮された状態となる。これにより、ベローズ２５０のばね力によって、ケース２２０は高圧側（Ｈ）に向かって押圧される。従って、固定環２１０は、ケース２２０及びガスケット２３０を介して、ベローズ２５０によって回転環１１０に向けて押圧される。なお、本実施例に係るベローズ２５０は、ベローズ２５０を介して、外周面側と内周面側とを隔てるシールとしての機能も兼ね備えている。
【００３３】
＜本実施例に係るメカニカルシールの優れた点＞
以上のように構成された本実施例に係るメカニカルシール１０によれば、ストッパ１４０が設けられているため、固定環２１０が設けられている方向に、回転環１１０が移動してしまうことを規制することができる。つまり、回転環１１０における高圧側（Ｈ）の端面とスリーブ１２０における外向きフランジ部１２２との間には、密封対象流体が存在している。従って、高圧側（Ｈ）の密封対象流体の流体圧力が高い場合、回転環１１０には低圧側（Ｌ）に向かう力が作用する。これにより、ストッパ１４０がないと、回転環１１０が傾いて密封性が低下してしまうおそれがある。本実施例の場合には、上記の通りストッパ１４０が設けられているため、回転環１１０の移動が規制され、回転環１１０の傾きなどを制限することができる。従って、安定した密封性を得ることができる。
【００３４】
また、本実施例に係るストッパ１４０は、環状部１４１と傾斜部１４２とから構成されており、傾斜部１４２とスリーブ１２０とが溶接部Ｙにより固定される構成が採用されている。そして、傾斜部１４２は、それぞれ間隔を空けて設けられる複数の突出部１４２ａを有しており、これら複数の突出部１４２ａが、それぞれ溶接部Ｙによってスリーブ１２０に固定されている。そのため、スリーブ１２０に対してストッパ１４０を圧入させる場合に、圧入荷重が大きくなり過ぎることを抑制することができる。これにより、ストッパ１４０が回転環１１０に対して強い力で当たってしまうことを抑制することができる。従って、回転環１１０が欠けてしまったり割れてしまったりすることを抑制することができ、かつ回転環１１０が傾いてしまうことも抑制することができる。
【００３５】
また、本実施例においては、ストッパ１４０における傾斜部１４２が、スリーブ１２０におけるテーパ状の繋ぎ部１２１ｃに固定される構成が採用されている。これにより、ストッパ１４０の傾斜部１４２を、スリーブ１２０の繋ぎ部１２１ｃに対して、より確実に接触させることができ、溶接不良の発生を抑制することができる。
【００３６】
また、本実施例においては、ガスケット１３０におけるフランジ状シール部１３２が、スリーブ１２０の外向きフランジ部１２２と回転環１１０とによって挟み込まれた状態となる。これにより、ストッパ１４０によって、回転環１１０と共にガスケット１３０の移動も規制される。従って、ガスケット１３０がスリーブ１２０から抜け出してしまうこともない。
【００３７】
（その他）
上記実施例においては、押圧部材がベローズの場合を例にして説明したが、本発明における押圧部材はベローズに限定されることはなく、例えば、スプリングの場合も含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  メカニカルシール
１００  回転環ユニット
１１０  回転環
１１１  溝
１２０  スリーブ
１２１  略円筒部
１２１ａ  小径部
１２１ｂ  大径部
１２１ｃ  繋ぎ部
１２２  外向きフランジ部
１２３  係止突起部
１３０  ガスケット
１３１  筒状シール部
１３２  フランジ状シール部
１４０  ストッパ
１４１  環状部
１４２  傾斜部
１４２ａ  突出部
２００  固定環ユニット
２１０  固定環
２１１  突出部
２２０  ケース
２２１  小径部
２２２  大径部
２２３  連結部
２３０  ガスケット
２３１  円筒状シール部
２３２  フランジ状シール部
２４０  カートリッジ
２４１  円筒部
２４２  外向きフランジ部
２４３  内向きフランジ部
２５０  ベローズ
２５１  一端部
２５２  他端部
５００  回転軸
６００  ハウジング
Ｙ  溶接部
【図１】
2018207746.tif 000003
【図２】
2018207746.tif 000004
【国際調査報告】
2018207746.tif 000005
2018207746.tif 000006