(57)【要約】      （修正有）【課題】  ナノ粒子を含む流体などを効果的にシールできるダブルメカニカルシールを提供する。【解決手段】  第１メカニカルシール１は非回転の従動シールリング１０と回転シールリング１９とを有し、シール面１１により機内Ｙと循環液部３の間をシールしている。従動シールリング１０には円周方向に第１テーパ面１２と第２テーパ面１３が形成され、この第１テーパ面１２と第２テーパ面１３により狭小なシール面１１を形成し、径大部１５の後端面側に第１テーパ面１２とは反対方向の第３テーパ面１４を形成している。シール面１１の半径方向の幅ｔは従動シールリング１０のバランス直径Ｄの０．３〜１％となり、且つ従動シールリング１０は、ＳｉＣ又はＷＣからなる一体のリングであり、バックメタルなどの他の部材とは結合されていない。この構成より従動シールリング１０の歪みが抑制され、シール面１１を更に均一な面に維持することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子を含む被シール対象用のダブルメカニカルシールであって、
被シール対象側に設けられた第１のメカニカルシールと、
大気側に設けられた第２のメカニカルシールと、
該第１と第２のメカニカルシール間に装入された被シール対象より高圧の循環液と、を備え、
前記第１のメカニカルシールは、前記被シール対象がシールリングの外周側に接触し、前記高圧の循環液が内周側に接触する外向き流れ形であり、
前記第１のメカニカルシールが；
前記被シール対象が外周側に接触する非従動回転シールリングと、
一体的に成形された単一の部材からなる非回転従動シールリングと、
該非回転従動シールリングのシール端面側に形成され、バランス直径よりも径大の径大部と、
該径大部のシール面側の外周側に形成された第１のテーパ面と、
該径大部のシール面側の内周側に形成された第２のテーパ面と、
前記径大部の後端面の外周側に形成された第３のテーパ面と、
前記第１のテーパ面と第２のテーパ面との間に形成され、シールリングのバランス直径の０．３〜１％のシール面幅を有するシール面と、
を有するダブルメカニカルシール。
【請求項２】
前記径大部が軸線方向シール端面側に突出している、
請求項１に記載のダブルメカニカルシール。
【請求項３】
前記第２のメカニカルシールは、前記循環液がシールリングの外周側に接触する内向き流れ形であり、
前記循環液が外周側に接触する非従動回転シールリングと、
一体的に成形された単一の部材からなる非回転従動シールリングと、
該非回転従動シールリングのシール端面側に形成され、バランス直径よりも径大の径大部と、
該径大部のシール面側の外周側に形成された第１のテーパ面と、
該径大部のシール面側の内周側に形成された第２のテーパ面と、
前記径大部の後端面の外周側に形成された第３のテーパ面と、
を有する請求項１又は２のダブルメカニカルシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ナノ粒子を含む流体用のダブルメカニカルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ用超粉砕機は、顔料やインク原料等の製造に用いられており、原料を液体に分散させて１分間に数千回転の撹拌を行うことにより、原料をナノレベルの微粒子とするものである。
微粒子化する構造は種々のものがあるが、いずれの構造においても、撹拌のための高速回転軸まわりのシールが必要であり、高速回転によるシール面の摺動発熱に対応するために、ダブルメカニカルシールを採用し、冷却用の封液を循環させて発熱を防止する構造の軸封装置を用いている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、被シール対象であるナノ粒子を含む流体が、シール面に侵入して高圧の循環液側を汚染したり、逆に循環液が機内の流体側に漏洩したりする問題があった。ダブルメカニカルシールの循環液には、通常高価な純水や溶剤などの薬液が用いられており、これらが機内側に漏洩したり或いは機内側の流体に汚染されたりすることによるコスト上の損失が大きかった。
本発明は上記従来技術の問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明のダブルメカニカルシールは、ナノ粒子を含む被シール対象用のダブルメカニカルシールであって、被シール対象側に設けられた第１のメカニカルシールと、大気側に設けられた第２のメカニカルシールと、該第１と第２のメカニカルシール間に装入された被シール対象より高圧の循環液と、を備え、前記第１のメカニカルシールは、前記被シール対象がシールリングの外周側に接触し、前記高圧の循環液が内周側に接触する外向き流れ形であり、前記第１のメカニカルシールが；前記被シール対象が外周側に接触する非従動回転シールリングと、一体的に成形された単一の部材からなる非回転従動シールリングと、該非回転従動シールリングのシール端面側に形成され、バランス直径よりも径大の径大部と、該径大部のシール面側の外周側に形成された第１のテーパ面と、該径大部のシール面側の内周側に形成された第２のテーパ面と、前記径大部の後端面の外周側に形成された第３のテーパ面と、前記第１のテーパ面と第２のテーパ面との間に形成され、シールリングのバランス直径の０．３〜１％のシール面幅を有するシール面と、を有することを基本的な特徴とする。
上記構成において、シールリングをＳｉＣやＷＣ等の単一素材から一体的に成形しており、バックアップリングなどを用いていないため、シールリングの歪み等を抑制でき、シール面を平滑に保つことが可能となり、高いシール性を維持できる。更に、シール面の幅を制限することにより、シール面の均一性、平滑性などを維持し、これによりナノ粒子を含む被シール対象の循環液側への拡散や循環液の機内側への漏洩を抑制できるようになっている。
また、シールリングの内周と外周にテーパ面を設けることによりシール面の幅を制限しているため、単一素材の一体成形であっても、強度が維持できる。更に、シール面を形成するために、径大部を形成し、第３のテーパ面を設けているため、前記第１と第２のテーパ面を形成しつつ、バランス比をゼロ近傍に保つことが可能である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のダブルメカニカルシールによれば、ナノ粒子を含む流体などを効果的にシールできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は半断面図、図２はその部分拡大図である。
【０００７】
このシールユニットＵは回転機械の軸Ｊ上にスリーブ５を介して装着され、軸Ｊと機械のケーシングＣの間をシールしている。スリーブ５は軸Ｊ上にストッパ５０により固定されている。
機内Ｙにはナノ粒子を含む流体があり、この機内Ｙと大気Ｘ側とをシールユニットＵによりシールする構造になっている。
【０００８】
シールユニットＵは、第１メカニカルシール１と第２メカニカルシール２を有し、更にグランドカバー６とグランドカバー７により、循環液部３を形成し、ここに循環液を循環する構造になっている。循環液の圧力Ｐ２は機内Ｙの圧力Ｐ１より高圧になっている。
グランドカバー６はＯリング６０を介してケーシングＣに装着され、グランドカバー７はＯリング７１を介してグランドカバー６に装着されている。
【０００９】
第１メカニカルシール１は非回転の従動シールリング１０と非従動の回転シールリング１９とを有し、従動シールリング１０と回転シールリング１９とが形成するシール面１１により機内Ｙと循環液部３の間をシールしている。
第１メカニカルシール１は、シール対象である機内Ｙのナノ粒子を含む流体が外周側に接触する構造であり、内周側に高圧の循環液が接触する所謂外向き流れ形になっている。
回転シールリング１９はスリーブ５上にＯリング５２と廻り止め５３を介して固定され、軸Ｊと共に回転するようになっている。
５１はスリーブ５と軸Ｊとの間をシールするＯリングである。
【００１０】
従動シールリング１０はグランドカバー６にＯリング６１を介して従動可能に装着され、非回転で且つ軸線方向移動可能に構成されている。従動シールリング１０の後端部にはスプリング１８が装着され、従動シールリング１０をシール面１１方向に押圧している。
【００１１】
従動シールリング１０には図２に示すように円周方向に第１テーパ面１２と第２テーパ面１３が形成され、この第１テーパ面１２と第２テーパ面１３により狭小なシール面１１を形成している。第１テーパ面１２と第２テーパ面１３は山形を形成するように互いに反対方向のテーパになっている。
【００１２】
従動シールリング１０は径大部１５を有しており、この径大部１５の端面側が前記第１テーパ面１２になっている。径大部１５の後端面側は第１テーパ面１２とは反対方向の第３テーパ面１４を形成しており、垂直面の形成を避けて、亀裂などの発生を防止している。このようにテーパ面１２、１３、１４により、バックメタルなどを使用しない単一素材の一体成形シールリング１０でありながら、一定の強度を保持できる効果がある。
【００１３】
径大部１５は更にシール面１１に突出する突出部１６を備えており、従動シールリング１０の内周側の回転シールリング１９の端面との間の隙間Ｇの距離を大きくとれるように構成している。この構成により、循環液によるシール面１１の冷却効果が大きくなり、シール性を更に向上させることができる。
【００１４】
図２に示すように、シール面１１の半径方向の幅ｔは従動シールリング１０のバンランス直径Ｄの０．３〜１％となっている。ｔをこのような範囲とすることにより、シール面１１を均一な面に維持することが可能であり、機内Ｙ側からのナノ粒子を含む流体の循環液部３への拡散や循環液の機内Ｙへの漏洩を抑制することが可能である。
【００１５】
従動シールリング１０は、ＳｉＣ又はＷＣからなる一体のリングであり、バックメタルなどの他の部材とは結合されていない。この構成により従動シールリング１０の歪みが抑制され、シール面１１を更に均一な面に維持することができ、更に機内Ｙ側からのナノ粒子を含む流体の循環液部３への拡散や循環液の機内Ｙへの漏洩を抑制することが可能になる。
【００１６】
また、シール面１１、第１テーパ面１２及び第２テーパ面１３を用いているため、軸線方向に垂直な面に比較して、従動シールリング１０の強度を低下させることが少なく、単一素材により一体的に形成された従動シールリング１０であっても、その強度を十分なものに維持することが可能である。
【００１７】
循環液部３には純水などの循環液が満たされており、フラッシング孔３０、３１により循環するようになっている。前記したように循環液部３の圧力Ｐ２は機内ＹのＰ１よりも高圧になっている。
【００１８】
図３により径大部１５の作用効果について説明する。
シール面積Ｓを狭小に構成する場合、最も普通の構成は図３の（Ａ）に示すようにシールリングの内周側にテーパを形成して外周側を突出する構成である。しかし、本発明のようにシールリングを単一の素材で一体成形したものの場合、上記構成では強度の問題があり、シール面近傍の欠けや亀裂が生ずる危険がある。
【００１９】
そこで、（Ｂ）に示すように外周と内周の両方にテーパを設けて、山形に形成し、シール部の欠けなどを抑制した構成も知られている。
しかし、（Ｂ）の構成の場合、外周側にテーパを形成することにより、受圧Ｒがシール面積Ｓよりも大きくなり、バランス比をゼロの近傍とする所謂バランスシールとすることが難しくなる問題がある。
【００２０】
（Ｃ）に示す本発明の実施形態の場合、径大部１５を設けているため、テーパ面１２と１３による山形のシール部を形成することにより欠けや亀裂を抑制しつつ、シール面積Ｓと受圧面積Ｒをほぼ等しくすることができる。また、ＳをＲより大きくすることも可能で、バランスシールとすることが可能になる。しかも、径大部１５の後端部もテーパ面１４として垂直面の形成を避けているため、強度の向上を更に図れる。
なお、シールリング１０は外向き流れ形としてあるため、径大部１５は外周側に設けることになり、内周側に設ける場合のように軸との間のスペース的な制約がない利点がある。
【００２１】
以上説明した構成により、バックメタルなどを用いずに単一の素材を用いて一体成形したシールリング１０とその狭小なシール面１１とにより高いシール性を維持でき、しかもテーパ面１２、１３、１４により強度を維持しつつ、径大部１５によりバランス比をＳ≧Ｒとすることが可能になる。また、外向き流れ形とすることにより、径大部１５を外周側に設けることになり、そのため内周側に設ける場合のようにスペース的な制約がない等の効果がある。
また更に突出部１６を設けて、シールリング１０と１９の循環液側の隙間Ｇを大きくとることが可能になり、シール面１１の冷却効果が向上し、シール性能を更に向上させることができる。
【００２２】
この実勢形態において、第２メカニカルシール２は第１メカニカルシール１と同じ構成であり、図４に示すように循環液に対して内向き流れ形になっている。従動シールリング２０、シール面２１、第１テーパ面２２、第２テーパ面２３、第３テーパ面２４、径大部２５、スプリング２８、Ｏリング７０及び回転シールリング２９、Ｏリング５５、廻り止め５６を備えている。これらは、第１メカニカルシール１の対応する各部材と同じ機能を有している。
この第２メカニカルシールにおいては、第１テーパ面２２と第３テーパ面２４は高圧の循環液側に接触しており、第３テーパ面２４は第１テーパ面による受圧面積を相殺する機能を有しており、これによりバランス比を任意に保てるようになっている。
【００２３】
以上説明した構成によれば、従動シールリング１０を単一素材で一体的に構成し、シール面１１の幅ｔを限定することにより、シール性が向上し、機内Ｙ側のナノ粒子を含む流体の循環液部３への拡散或いは循環液の機内Ｙへの漏洩を最小に抑制することが可能である。そのため、高価な循環液の汚染を防止できる。また、径大部１５、テーパ面１２、１３、１４等の構成により強度を維持しつつ、バランス比を適正なものに維持することが可能になる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態を示す半断面図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】本発明の効果の説明図。
【図４】図１の部分拡大図。
【符号の説明】
【００２５】
１：第１メカニカルシール、２：第２メカニカルシール、３：循環液部、５：スリーブ、６：グランドカバー、７：グランドカバー、１０：従動シールリング、１１：シール面、１２：第１テーパ面、１３：第２テーパ面、１４：第３テーパ面、１５：径大部、１６：突出部、１８：スプリング、１９：回転シールリング、２０：従動シールリング、２１：シール面、２２：第１テーパ面、２３：第２テーパ面、２４：第３テーパ面、２５：径大部、２８：スプリング、２９：回転シールリング、３０：フラッシング孔、３１：フラッシング孔、５０：ストッパ、５１：Ｏリング、５２：Ｏリング、５３：廻り止め、５５：Ｏリング、５６：廻り止め、６０：Ｏリング、６１：Ｏリング、７０：Ｏリング、７１：Ｏリング。
【図１】
2006046477.tif 000003
【図２】
2006046477.tif 000004
【図３】
2006046477.tif 000005
【図４】
2006046477.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年9月2日(2004.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図３により径大部１５の作用効果について説明する。
シール面積Ｓを狭小に構成する場合、最も普通の構成は図３の（Ａ）に示すようにシールリングの内周側にテーパを形成して外周側を突出する構成である。なお、Ｌは低圧側、Ｈは高圧側を示す。しかし、本発明のようにシールリングを単一の素材で一体成形したものの場合、上記構成では強度の問題があり、シール面近傍の欠けや亀裂が生ずる危険がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
そこで、（Ｂ）に示すように外周と内周の両方にテーパを設けて、山形に形成し、シール部の欠けなどを抑制した構成も知られている。
しかし、（Ｂ）の構成の場合、外周側にテーパを形成することにより、受圧Ｒがシール面積Ｓよりも大きくなり、バランス比が１００％以上になる所謂バランスシールとすることができなくなる問題がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
（Ｃ）に示す本発明の実施形態の場合、径大部１５を設けているため、テーパ面１２と１３による山形のシール部を形成することにより欠けや亀裂を抑制しつつ、シール面積Ｓと受圧面積Ｒをほぼ等しくすることができる。また、ＳをＲより大きくすることも可能で、バランスシールとすることが可能になる。しかも、径大部１５の後端部もテーパ面１４として垂直面の形成を避けているため、強度の向上を更に図れる。
なお、シールリング１０は外向き流れ形としてあるため、径大部１５は外周側に設けることになり、内周側に設ける場合のように軸との間のスペース的な制約がない利点がある。即ちシールリング１０が内向き流れ型（回転型）であった場合、径大部は内周側に設けることになり、軸に段をつけてスペースをとる等の加工が必要であるが、本発明の実施形態では、そのような問題がない利点がある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2006046477.tif 000007
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2006046477.tif 000008