(57)【要約】【目的】  厳格な衛生管理や高度のコンタミネーション防止対策を必要とする回転機器においても好適に使用することができるメカニカルシールの二次シール装置を提供する。【構成】  二次シール装置は、シールケース１とこれに固定保持させた静止密封環２との衝合面１ｃ，２ｃ間に、自然状態の断面形状が円形をなす非圧縮性弾性材製のＯリング１０を装填させてなる。静止密封環２の衝合面２ｃに断面が円弧状をなす凹溝９を形成して、この凹溝９の内周面９ａとこれに対向するシールケース１の衝合面１ｃ部分たるシール面８ａとの間に形成される環状空間を、衝合面１ｃ，２ｃに直交する方向の長さが自然状態におけるＯリング１０の断面径より大きく且つ衝合面１ｃ，２ｃに平行する方向の長さが当該断面径と同等以上である断面形状をなすＯリング装填空間１１となし、この空間１１にＯリング１０を密に装填させてある。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝合する二つのメカニカルシール構成部材間からの被密封流体の漏洩を、両メカニカルシール構成部材の衝合面間に装填したＯリングにより阻止するように構成されたメカニカルシールの二次シール装置において、
一方の衝合面に断面が円弧状をなす凹溝を形成して、この凹溝の内周面とこれに対向する他方の衝合面部分との間に形成される環状空間であって、当該衝合面に直交する方向の長さが自然状態におけるＯリングの断面径より大きく且つ当該衝合面に平行する方向の長さが当該断面径と同等以上である断面形状をなすＯリング装填空間に、自然状態の断面形状が円形をなす非圧縮性弾性材製のＯリングを密に装填させてあることを特徴とするメカニカルシールの二次シール装置。
【請求項２】
衝合する二つのメカニカルシール構成部材間からの流体漏洩を、両メカニカルシール構成部材の衝合面間に装填したＯリングにより阻止するように構成されたメカニカルシールの二次シール装置において、
両衝合面に断面が円弧状をなす凹溝を対向状に形成して、両凹溝の内周面間に形成される環状空間であって、当該衝合面に直交する方向の長さが自然状態におけるＯリングの断面径より大きく且つ当該衝合面に平行する方向の長さが当該断面径と同等以上である断面形状をなすＯリング装填空間に、自然状態の断面形状が円形をなす非圧縮性弾性材製のＯリングを密に装填させてあることを特徴とするメカニカルシールの二次シール装置。
【請求項３】
凹溝を衝合面における被密封流体領域側の端部に形成して、衝合面間に、被密封流体領域に開口されるＯリング装填空間が形成されるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載するメカニカルシールの二次シール装置。
【請求項４】
各凹溝を衝合面における被密封流体領域側の端部に形成して、衝合面間に、被密封流体領域に開口されるＯリング装填空間が形成されるようにしたことを特徴とする、請求項２に記載するメカニカルシールの二次シール装置。
【請求項５】
Ｏリングが、Ｏリング装填空間に、その開口部から被密封流体領域に突出しない状態で密に装填されていることを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載するメカニカルシールの二次シール装置。
【請求項６】
Ｏリングが、Ｏリング装填空間に、その開口部から被密封流体領域へと突出する状態で密に装填されていることを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載するメカニカルシールの二次シール装置。
【請求項７】
衝合面が回転軸の軸線に直交する環状平面であることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に記載するメカニカルシールの二次シール装置。
【請求項８】
衝合面が回転軸の軸線と同心をなす円柱面であることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に記載するメカニカルシールの二次シール装置。
【請求項９】
衝合する二つのメカニカルシール構成部材が相対運動をしないものであることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７又は請求項８に記載するメカニカルシールの二次シール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝合する二つのメカニカルシール構成部材間からの被密封流体の漏洩を、両メカニカルシール構成部材の衝合面間に装填したＯリングにより阻止するように構成されたメカニカルシールの二次シール装置であって、特に、厳格な衛生管理や高度のコンタミネーション防止対策を必要とする回転機器（例えば、医薬品，食品の製造に使用されるポンプ，攪拌機，混合機等）に装備されるメカニカルシールの二次シール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルシールは、二つの密封環の相対回転部分において被密封流体をシールするものであるが、かかるメカニカルシール機能を発揮させるためには、衝合する２つのメカニカルシール構成部材（例えば、シールケース又はこれに設けたリテーナとこれに嵌合保持させた静止密封環、又は回転軸又はこれに設けたリテーナ，スリーブとこれに嵌合保持させた回転密封環）間からの被密封流体の漏洩をも阻止しておく必要がある。したがって、メカニカルシールにあっては、一般に、このような２つのメカニカルシール構成部材の衝合面間からの流体漏洩を阻止（二次シール）するための手段として、Ｏリングを使用した二次シール装置が採用されている。
【０００３】
かかる二次シール装置は、一般に、図１５に示す如く、二つのメカニカルシール構成部材１０１，１０２の衝合面１０１ｃ，１０２ｃ間にＯリング１１０を装填することによって、被密封流体Ａ１が被密封流体領域Ａから衝合面１０１ｃ，１０２ｃ間に侵入して漏洩するのを阻止するように構成されている。
【０００４】
而して、従来の二次シール装置としては、図１５に示す如く、一方の衝合面１０２ｃに断面矩形状の凹溝１０９を形成して、衝合面１０１ｃ，１０２ｃ間に形成された断面矩形状のＯリング装填空間１１１に、自然状態の断面形状が円形をなす非圧縮性弾性材製のＯリング１１０を圧縮状態で装填してなるものが周知であり、当該メカニカルシールが装備される回転機器の回転軸の軸線と同心をなす円柱面をなす衝合面１０８ａ，１０９ａ間にＯリング１１０を装填するもの（例えば、特許文献１の図１に示されたＯリング６６による二次シール構造を参照）と、当該軸線に直交する環状平面をなす衝合面１０８ａ，１０９ａ間にＯリング１１０を装填するもの（例えば、特許文献２の図１に示されたＯリング９による二次シール構造を参照）とがある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−００３５２９公報（図１）
【特許文献２】特開平０５−７１６７４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような従来の二次シール装置は、Ｏリング１１０と凹溝１０９の底面（シール面）１０９ａ及びこれに対向する衝合面部分（第１シール面）１０８ａとの圧接作用によりシール機能（二次シール機能）を発揮するものであるが、Ｏリング１１０が自然状態における断面形状を円形とするものであり、これが装填されるＯリング装填空間１１１が断面矩形状のものであることから、シール面１０８，１０９ａ間におけるＯリング１１０の圧縮代（弾性変形量）を如何に大きく設定したとしても、Ｏリング装填空間１１１にはＯリング１１０が密に装填されることがなく、空隙１１１ａが生じることになる。その結果、被密封流体Ａ１がこの空隙１１１ａに侵入して滞留し、澱みとなり、雑菌が発生，繁殖する等の問題がある。
【０００７】
このため、従来の二次シール装置は、厳格な衛生管理や高度のコンタミネーション防止対策を必要とする回転機器（例えば、医薬品，食品の製造に使用されるポンプ，攪拌機，混合機等）のメカニカルシールには好適に使用できない。
【０００８】
また、このような回転機器にあっては、薬液やスチーム等の洗浄流体を注入することにより、被密封流体領域Ａに位置するメカニカルシール構成部分を洗浄することが行われてはいるが、被密封流体領域ＡからＯリング装填空間１１１への連通路１１１ｂが、図１５に示す如く、衝合面１０１ｃ，１０２ｃ間の狭小路であることから、連通路１１１ｂから空隙１１１ａに侵入した被密封流体Ａ１はこれを排除することが極めて困難であり、洗浄流体の注入による洗浄効果は到底期待することができない。また、仮に、洗浄流体により空隙１１１ａの滞留流体を排除することができたとしても、洗浄流体が当該空隙１１１ａに滞留する（洗浄流体がスチームである場合には、凝縮水が滞留する）ことになり、問題である。このような空隙１１１ａの滞留流体を確実に排除するためには、二次シール装置の分解を含む極めて大掛かりな洗浄作業が必要となり、容易で効果的な洗浄は到底期待できない。
【０００９】
なお、Ｏリング１１０として、Ｏリング装填空間１１１に対応する断面矩形状のものを使用して、上記した空隙１１１ａが生じないように工夫することも提案されている。しかし、断面円形のＯリングは、一般に、種々の材質，形状（断面径等）のものが市販されているが、断面が矩形状をなす特殊なＯリングは市販されていても、その材質，形状が極く限られており、二次シール条件に最適するものを入手することが極めて困難である上、極めて高価なものであることから、製作，設計上及びコスト上からも実用性に乏しい。また、断面矩形状のＯリングを使用して空隙１１１ａを消失させたとしても、連通路１１１ｂに被密封流体Ａ１が侵入，滞留することになり、雑菌の発生，繁殖等の問題は回避できないし、このような狭小な連通路１１１ｂの洗浄を良好に行うのは容易ではない。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、厳格な衛生管理や高度のコンタミネーション防止対策を必要とする回転機器においても好適に使用することができるメカニカルシールの二次シール装置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】
【００１１】
本発明は、衝合する二つのメカニカルシール構成部材間（例えば、シールケース若しくはこれに設けたリテーナとこれに嵌合保持された静止密封環との間又は回転軸若しくはこれに設けたリテーナ，スリーブとこれに嵌合保持された回転密封環との間）からの被密封流体の漏洩を、両メカニカルシール構成部材の衝合面間に装填したＯリングにより阻止するように構成されたメカニカルシールの二次シール装置において、上記の目的を達成すべく、自然状態（弾性変形しない状態）の断面形状が円形をなす非圧縮性弾性材製のＯリングを使用して次のように構成しておくことを提案するものである。
【００１２】
すなわち、第１に、一方の衝合面に断面が円弧状をなす凹溝を形成して、この凹溝の内周面とこれに対向する他方の衝合面部分との間に形成される環状空間であって、当該衝合面に直交する方向の長さが自然状態におけるＯリングの断面径より大きく且つ当該衝合面に平行する方向の長さが当該断面径と同等以上である断面形状をなすＯリング装填空間に、Ｏリングを密に装填させてあることを特徴とするメカニカルシールの二次シール装置（以下「第１二次シール装置」という）を提案する。
【００１３】
また、第２に、両衝合面に断面が円弧状をなす凹溝を対向状に形成して、両凹溝の内周面間に形成される環状空間であって、当該衝合面に直交する方向の長さが自然状態におけるＯリングの断面径より大きく且つ当該衝合面に平行する方向の長さが当該断面径と同等以上である断面形状をなすＯリング装填空間に、Ｏリングを密に装填させてあることを特徴とするメカニカルシールの二次シール装置（以下「第２二次シール装置」という）を提案する。かかる第２二次シール装置は、衝合する２つのメカニカルシール構成部材が相対運動を行わない場合に適用される。
【００１４】
第１二次シール装置にあっては、凹溝を衝合面における被密封流体領域側の端部に形成して、衝合面間に、被密封流体領域に開口されるＯリング装填空間が形成されるようにしておくことが好ましく、Ｏリングを、Ｏリング装填空間に、その開口部から被密封流体領域へと突出する状態又は突出しない状態で密に装填させておくことが好ましい。また、第２二次シール装置にあっては、各凹溝を衝合面における被密封流体領域側の端部に形成して、衝合面間に、被密封流体領域に開口されるＯリング装填空間が形成されるようにしておくことが好ましく、Ｏリングを、Ｏリング装填空間に、その開口部から被密封流体領域へと突出する状態又は突出しない状態で密に装填させておくことが好ましい。
【００１５】
第１及び第２二次シール装置は、衝合する２つのメカニカルシール構成部材の衝合面が回転軸の軸線に直交する環状平面であるメカニカルシール及び当該衝合面が回転軸の軸線と同心をなす円柱面であるメカニカルシールの何れにも適用することができ、当該二つのメカニカルシール構成部材が相対運動（相対的な回転運動や直線運動）をしないメカニカルシール等、あらゆる形式，構造のメカニカルシールに適用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
第１及び第２二次シール装置にあっては、ＯリングがＯリング装填空間に密に装填されているから、当該空間内に被密封流体が侵入，滞留する空隙が生じず、雑菌の発生，繁殖等を生じることがない。しかも、Ｏリング装填空間を被密封流体領域に開口して、この開口部をＯリングにより閉塞するように構成しておくことによって、冒頭で述べた狭小の連通路１０９ｂが存在せず、被密封流体の侵入，滞留を効果的に防止できると共に、洗浄流体の注入による洗浄も容易且つ効果的に行うことができる。したがって、第１及び第２二次シール装置は、厳格な衛生管理や高度のコンタミネーション防止対策を必要とする回転機器のメカニカルシールにも好適に使用することができる。
【００１７】
また、第１及び第２二次シール装置は、このような優れた二次シール機能を発揮するのものでありながら、Ｏリングとして自然状態における断面形状が円形である極く一般的なＯリングを使用するものであるから、二次シール条件に最適する材質，形状のＯリングを容易且つ安価に入手することができ、設計，製作上及びコスト上の何れにおいても極めて実用性に富むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１〜図４及び図９は第１二次シール装置の一例を示しており、図１には第１二次シール装置を備えたメカニカルシールの一例が示されている。
【００１９】
図１に示すメカニカルシールは液状食品（飲料水等）を扱う回転機器（ポンプ等）に装備されたものであり、シールケース１と、このシールケース１の内周部に嵌合固定された静止密封環２と、衝合する二つのメカニカルシール構成部材であるシールケース１と静止密封環２との間からの流体漏洩を阻止（二次シール）するための第１二次シール装置３と、静止密封環２に対向する状態で、シールケース１を洞貫する回転軸（ポンプ軸等）４にＯリング５を介して軸線方向に移動可能に嵌合保持された回転密封環６と、回転密封環６と回転軸４に形成した環状段部４ａとの間に、回転密封環６を静止密封環２に押圧附勢すべく介装されたスプリング７とを具備して、両密封環２，６の相対回転摺接作用により機内領域たる被密封流体領域Ａと機外領域たる非密封流体領域（例えば大気領域）Ｂとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。
【００２０】
シールケース１は、その内周部に小径内周面１ａと大径内周面１ｂと両内周面１ａ，１ｂ間を連結する衝合面１ｃとを有する筒状構造体で、回転機器のハウジングの一部で構成されるか又はこのハウジングに取り付けられている。静止密封環２は、その背面部の外周面２ｂ及び端面たる衝合面２ｃをシールケース１の大径内周面１ｂ及び衝合面１ｃに衝合させた状態で、シールケース１に嵌合固定されている。而して、シールケース１ａの小径内周面１ａと静止密封環２の背面部の内周面２ａとは、回転軸４の軸線Ｘ−Ｘと同心をなす同一径の円柱面であり、被密封流体（被密封流体領域Ａの流体（この例では、飲料水等の液状食品））Ａ１に直接接触する流体接触面（以下、シールケース１ａの小径内周面１ａを「第１流体接触面」といい、静止密封環２の背面部の内周面２ａを「第２流体接触面」という）である。また、シールケース１の衝合面（以下「第１衝合面」という）１ｃと静止密封環２の衝合面（以下「第２衝合面」という）２ｃとは、軸線Ｘ−Ｘに直交する円環状平面である。また、シールケース１の大径内周面１ｂとこれに衝合する静止密封環２の背面部の外周面２ｂとは、軸線Ｘ−Ｘと同心をなす円柱面である。
【００２１】
而して、第１二次シール装置３は、図１及び図２若しくは図３に示す如く、第２衝合面２ｃに断面が円弧状をなす凹溝９を形成して、この凹溝９の内周面（以下「第２シール面」という）９ａとこれに対向する第１衝合面部分（以下「第１シール面」という）８ａとで囲繞形成される環状空間たるＯリング装填空間１１にＯリング１０を密に装填してなる。
【００２２】
Ｏリング１０としては、図９に示す如く、自然状態の断面形状が円形をなす一般的な形状のものが使用される。Ｏリング１０の構成材としては、二次シール条件（被密封流体Ａ１の性状等）に応じて適宜の非圧縮性弾性材（天然ゴム，フッ素ゴム等のゴム材）が使用される。Ｏリング１０の断面径Ｄは、二次シール条件（被密封流体Ａ１の圧力や衝合面１ｃ，２ｃの形状等）に応じて設定される。なお、かかる形状のＯリングは種々の材質，形状（断面径等）のものが市販されているから、そのうちから二次シール条件に応じた材質，形状のものを容易に選定，使用することができる。
【００２３】
凹溝９は、図２若しくは図３及び図４に示す如く、第２衝合面２ｃにおける被密封流体領域Ａ側の端部（内周側端部）に形成されており、その内周面たる第２シール面９ａの形状（円弧面形状）は、両シール面８ａ，９ａ間に形成されるＯリング装填空間１１が、衝合面１ｃ，２ｃに直交する方向の長さ（軸線Ｘ−Ｘに平行する方向の最大長さであり、以下「圧縮方向幅」という）Ｗ１が自然状態におけるＯリング１０の断面径Ｄより小さく（Ｗ１＞Ｄ）且つ衝合面１ｃ，２ｃに平行する方向の長さ（軸線Ｘ−Ｘに直交する方向の最大長さであり、以下「伸張方向幅」という）Ｗ２がＯリング径Ｄと同等以上（Ｗ２≦Ｄ）となる断面形状をなすと共に被密封流体領域Ａに開口１１ａされるように（第２流体接触面２ａに開口１１ａされるように）設定されている。このＯリング装填空間１１の開口部１１ａの幅（軸線Ｘ−Ｘに平行する方向における開口部１１ａの長さであり、以下「開口幅」という）Ｗ３は、圧縮方向幅Ｗ１より小さく（Ｗ３＜Ｗ１）設定される。また、凹溝９の内周面形状つまり第２シール面９ａの形状は、Ｏリング１０をシール面８ａ，９ａ間に挟圧させることにより、Ｏリング１０がシール面８ａ，９ａに全面的に密接しつつ開口部１１ａを閉塞するように容易且つ円滑に弾性変形するような滑らかな円弧面形状とされている。
【００２４】
すなわち、Ｏリング装填空間１１に装填されたＯリング１０は、Ｏリング装填空間１１の圧縮方向幅Ｗ１がＯリング径Ｄより小さいことから、軸線Ｘ−Ｘ方向に圧縮されることになる。そして、Ｏリング１０は非圧縮性弾性材で構成されていることから、軸線Ｘ−Ｘ方向に圧縮されると、これに直交する方向においてはＯリング径Ｄより伸張することになる。その伸張量ΔはＷ１／Ｄの値が小さくなるに従って大きくなる。したがって、Ｏリング装填空間１１の伸張方向幅Ｗ２をＷ２≦Ｄ＋Δの範囲で適宜に設定することにより、加えて当該空間１１の開口幅（軸線Ｘ−Ｘに平行する方向における開口部１１ａの長さ）Ｗ３をＷ３＜Ｗ１の範囲で適宜に設定することにより、Ｏリング１０が、図２に示す如く、その内周部１０ａがＯリング装填空間１１の開口部１１ａから被密封流体領域Ａへと突出する状態で、又は図３に示す如く、その内周部１０ａがＯリング装填空間１１の開口部１１ａから被密封流体領域Ａへと突出しない状態（Ｏリング全体がＯリング装填空間１１内に収まり、Ｏリング内周部１０ａが流体接触面１ａ，２ｂと面一又は略面一となる状態）で、Ｏリング装填空間１１に密に装填される。何れの場合にも、Ｏリング１０の外周面は、Ｏリング装填空間１１における開口部１１ａと反対側の端部に位置する部分を除いて、両シール面８ａ，９ａに全面的に圧接される。なお、各シール面８ａ，９ａと流体接触面１ａ，２ａとの連結面８ｂ，９ｂは、それが鋭利な角を形成しないように、円弧面に形成（アール加工）してあり、開口部１１ａを閉塞するＯリング部分１０ａが連結面８ｂ，９ｂによって損傷するようなことがないように工夫されている。
【００２５】
以上のように構成された第１二次シール装置３によれば、Ｏリング１０がＯリング装填空間１１に密に装填されているから、被密封流体Ａ１がＯリング装填空間１１に侵入せず、Ｏリング装填空間１１に液溜りが生じない。しかも、Ｏリング１０が、その内周部１０ａがＯリング装填空間１１から突出する状態（図２に示す状態）又は流体接触面１ａ，２ａと面一となる状態でＯリング装填空間１１に装填されていて、流体接触面１ａ，２ａにおける開口部１１ａがＯリング１０で閉塞されているから、衝合面１０８ｃ，１０９ｃ間には、被密封流体Ａ１や洗浄流体が侵入する流体侵入空間、つまり冒頭で述べた連通路１０９ｂのような空間ないし空隙が全く生じない。したがって、衝合面１０８ｃ，１０９ｃ間に被密封流体Ａ１や洗浄流体が侵入，滞留することがなく、厳格な衛生管理や高度のコンタミネーション防止対策を講じることが可能となり、洗浄流体の注入による洗浄も容易且つ効果的に行うことができる。また、凹溝９の内周面を全面的にシール面９ａとして使用するから、冒頭で述べた従来の二次シール装置における如く凹溝１０９の内周面の一部（底面）をシール面１０９ａとして使用する場合に比して、Ｏリング１０の外周面とシール面８ａ，９ａとの接触面積が大幅に増加し、より効果的な二次シール機能が発揮される。また、Ｏリングとして自然状態における断面形状が円形である極く一般的なＯリング１０を使用するものであるから、二次シール条件に最適する材質，形状のＯリングを容易且つ安価に入手することができ、設計，製作上及びコスト上の何れにおいても極めて実用性に富む。
【００２６】
図５〜図９は第２二次シール装置の一例を示しており、図５には第１二次シール装置を備えたメカニカルシールが示されている。
【００２７】
このメカニカルシールは、シールケース１と、このシールケース１の内周部に嵌合固定された静止密封環２と、衝合する二つのメカニカルシール構成部材であるシールケース１と静止密封環２との間からの流体漏洩を阻止（二次シール）するための第２二次シール装置１３と、静止密封環２に対向する状態で、シールケース１を洞貫する回転軸（ポンプ軸等）４にＯリング５を介して軸線方向に移動可能に嵌合保持された回転密封環６と、回転密封環６と回転軸４に形成した環状段部４ａとの間に、回転密封環６を静止密封環２に押圧附勢すべく介装されたスプリング７とを具備して、両密封環２，６の相対回転摺接作用により機内領域たる被密封流体領域Ａと機外領域たる非密封流体領域（例えば大気領域）Ｂとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールであって、以下に説明する第２二次シール装置１３の構成を除いて、図１に示すメカニカルシールと構成，機能，用途が同一のものである。なお、図１に示すメカニカルシールと同一構成部材については、図１〜図４に示したものと同一の符号を図５〜図８に付することにより、それらの詳細な説明は省略することとする。
【００２８】
第２二次シール装置１３は、図５及び図６若しくは図７に示す如く、両衝合面１０１ｃ，１０２ｃに断面が円弧状をなす凹溝８，９を対向状に形成して、一方の凹溝８の内周面（以下「第１シール面」という）８ａと他方の凹溝９の内周面（以下「第２シール面」という）９ａとで囲繞形成される環状空間たるＯリング装填空間１１に、自然状態の断面形状が円形をなす非圧縮性弾性材製のＯリング１０（図９）を密に装填してなる。
【００２９】
各凹溝８，９は、図５若しくは図６及び図７に示す如く、各衝合面１ｃ，２ｃにおける被密封流体領域Ａ側の端部（内周側端部）に形成されており、その内周面たるシール面８ａ，９ａの形状（円弧面形状）は、シール面８ａ，９ａ間に形成されるＯリング装填空間１１が、衝合面１ｃ，２ｃに直交する方向の長さ（軸線Ｘ−Ｘに平行する方向の最大長さであり、以下「圧縮方向幅」という）Ｗ１が自然状態におけるＯリング１０の断面径Ｄより小さく（Ｗ１＞Ｄ）且つ衝合面１ｃ，２ｃに平行する方向の長さ（軸線Ｘ−Ｘに直交する方向の最大長さであり、以下「伸張方向幅」という）Ｗ２がＯリング径Ｄと同等以上（Ｗ２≦Ｄ）となる断面形状をなすと共に被密封流体領域Ａに開口１１ａされるように（流体接触面１ａ，２ａに開口１１ａされるように）設定されている。このＯリング装填空間１１の開口部１１ａの幅（軸線Ｘ−Ｘに平行する方向における開口部１１ａの長さであり、以下「開口幅」という）Ｗ３は、圧縮方向幅Ｗ１より小さく（Ｗ３＜Ｗ１）設定される。また、両凹溝８，９の内周面形状つまりシール面８ａ，９ａの形状は、Ｏリング１０をシール面８ａ，９ａ間に挟圧させることにより、Ｏリング１０がシール面８ａ，９ａに全面的に密接しつつ開口部１１ａを閉塞するように容易且つ円滑に弾性変形するような滑らかな円弧面形状とされている。なお、この例では、両凹溝８，９つまりシール面８ａ，９ａは衝合面１ｃ，２ｃに対して対称形状をなしている。
【００３０】
すなわち、Ｏリング装填空間１１に装填されたＯリング１０は、Ｏリング装填空間１１の圧縮方向幅Ｗ１がＯリング径Ｄより小さいことから、軸線Ｘ−Ｘ方向に圧縮されることになる。そして、Ｏリング１０は非圧縮性弾性材で構成されていることから、軸線Ｘ−Ｘ方向に圧縮されると、これに直交する方向においてはＯリング径Ｄより伸張することになる。その伸張量ΔはＷ１／Ｄの値が小さくなるに従って大きくなる。したがって、Ｏリング装填空間１１の伸張方向幅Ｗ２をＷ２≦Ｄ＋Δの範囲で適宜に設定することにより、加えて当該空間１１の開口幅（軸線Ｘ−Ｘに平行する方向における開口部１１ａの長さ）Ｗ３をＷ３＜Ｗ１の範囲で適宜に設定することにより、Ｏリング１０が、図６に示す如く、その内周部１０ａがＯリング装填空間１１の開口部１１ａから被密封流体領域Ａへと突出する状態で、又は図７に示す如く、その内周部１０ａがＯリング装填空間１１の開口部１１ａから被密封流体領域Ａへと突出しない状態（Ｏリング全体がＯリング装填空間１１内に収まり、Ｏリング内周部１０ａが流体接触面１ａ，２ｂと面一又は略面一となる状態）で、Ｏリング装填空間１１に密に装填される。何れの場合にも、Ｏリング１０の外周面は、Ｏリング装填空間１１における開口部１１ａと反対側の端部に位置する部分を除いて、両シール面８ａ，９ａに全面的に圧接される。なお、各シール面８ａ，９ａと流体接触面１ａ，２ａとの連結面８ｂ，９ｂは、それが鋭利な角を形成しないように、円弧面に形成（アール加工）してあり、開口部１１ａを閉塞するＯリング部分１０ａが連結面８ｂ，９ｂによって損傷するようなことがないように工夫されている。
【００３１】
以上のように構成された第２二次シール装置１３によれば、Ｏリング１０がＯリング装填空間１１に密に装填されているから、被密封流体Ａ１がＯリング装填空間１１に侵入せず、Ｏリング装填空間１１に液溜りが生じない。しかも、Ｏリング１０が、その内周部１０ａがＯリング装填空間１１から突出する状態（図２に示す状態）又は流体接触面１ａ，２ａと面一となる状態でＯリング装填空間１１に装填されていて、流体接触面１ａ，２ａにおける開口部１１ａがＯリング１０で閉塞されているから、衝合面１０８ｃ，１０９ｃ間には、被密封流体Ａ１や洗浄流体が侵入する流体侵入空間、つまり冒頭で述べた連通路１０９ｂのような空間ないし空隙が全く生じない。したがって、衝合面１０８ｃ，１０９ｃ間に被密封流体Ａ１や洗浄流体が侵入，滞留することがなく、厳格な衛生管理や高度のコンタミネーション防止対策を容易に行うことができ、洗浄流体の注入による洗浄も容易且つ効果的に行うことができる。また、冒頭で述べた従来の二次シール装置に比してＯリング１０の外周面とシール面８ａ，９ａとの接触面積が大幅に増加しているため、より効果的な二次シール機能が発揮される。また、Ｏリングとして自然状態における断面形状が円形である極く一般的なＯリング１０を使用するものであるから、二次シール条件に最適する材質，形状のＯリングを容易且つ安価に入手することができ、設計，製作上及びコスト上の何れにおいても極めて実用性に富む。
【００３２】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものでなく、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。
【００３３】
例えば、第１又は第２二次シール装置３，１３は、図１０又は図１１に示す如く、第１流体接触面１ａが第１衝合面１ｃにその延長線上に連なっている場合にも適用することができる。
【００３４】
また、第１又は第２二次シール装置３，１３は、図１２又は図１３に示す如く、Ｏリング１０により二次シールすべき衝合面１ｃ，２ｃが軸線Ｘ−Ｘと同心をなす円柱面である場合にも適用することができる。
【００３５】
また、第２二次シール装置１３は、専ら、相対運動しない２つのメカニカルシール構成部材の衝合面間（例えば、シールケース（又はこれに設けたリテーナ）とこれに固定させた静止密封環との衝合面間や回転軸（又はこれに設けたリテーナ若しくはスリーブ）とこれに固定させた回転密封環との衝合面間）を二次シールする場合に適用されるものであるが、第１二次シール装置３は、第１シール面８ａ上を凹溝９に嵌合保持されたＯリング１０が滑動可能であるから、相対運動可能な２つのメカニカルシール構成部材の衝合面間（例えば、シールケース（又はこれに設けたリテーナ）とこれに軸線方向に摺動可能に保持させた静止密封環との衝合面間や回転軸（又はこれに設けたリテーナ若しくはスリーブ）とこれに軸線方向に摺動可能に保持させた回転密封環との衝合面間）にも適用することが可能である。例えば、シールケース１に軸線方向に摺動自在に嵌挿させた静止密封環２を回転軸に固定した回転密封環６へと押圧附勢させて、両密封環２，６の相対回転摺接作用により被密封流体Ａ１をシールするように構成された端面接触型のメカニカルシールにおいて、図１４に示す如く、シールケース１の内周面たる第1衝合面１ｃと静止密封環２の外周面たる第２衝合面２ｃとの間を、第１二次シール装置３により、二次シールさせるようにすることも可能である。
【００３６】
また、第１及び第２二次シール装置３，４は、厳格な衛生管理や高度のコンタミネーション防止対策を必要とする回転機器に装備される各種のメカニカルシールに適用することができ、上記した如く飲料水等の液体をシールする端面接触型のメカニカルシール（遊動環型のものを含む）の他、衝合面間の空隙に滞留し易い固形分（粉体等）を含有するガスをシールする非接触型のメカニカルシール（動圧型，静圧型，遊動環型のものを含む）の二次シール手段としても使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１二次シール装置を装備した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１に示す第１二次シール装置の縦断側面図であって、Ｏリングの内周部がＯリング装填空間の開口部から突出した形態を示す縦断側面図である。
【図３】図１に示す第１二次シール装置の縦断側面図であって、Ｏリングの内周部がＯリング装填空間の開口部から突出しない形態を示す縦断側面図である。
【図４】図１に示す第１二次シール装置からＯリングを取り除いた形態を示す縦断側面図である。
【図５】第２二次シール装置を装備したメカニカルシールの一例を示す縦断側面図である。
【図６】図５に示す第２二次シール装置の縦断側面図であって、Ｏリングの内周部がＯリング装填空間の開口部から突出した形態を示す縦断側面図である。
【図７】図５に示す第２二次シール装置の縦断側面図であって、Ｏリングの内周部がＯリング装填空間の開口部から突出しない形態を示す縦断側面図である。
【図８】図５示す第２二次シール装置からＯリングを取り除いた形態を示す縦断側面図である。
【図９】第１及び第２二次シール装置において使用するＯリングの縦断側面図である。
【図１０】第１二次シール装置の変形例を示す縦断側面図である。
【図１１】第２二次シール装置の変形例を示す縦断側面図である。
【図１２】第１二次シール装置の他の変形例を示す縦断側面図である。
【図１３】第２二次シール装置の他の変形例を示す縦断側面図である。
【図１４】第１二次シール装置の更に他の変形例を示す縦断側面図である。
【図１５】従来の二次シール装置を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      シールケース（メカニカルシール構成部材）
１ｃ    衝合面
２      静止密封環（メカニカルシール構成部材）
２ｃ    衝合面
３      第１二次シール装置
８      凹溝
８ａ    シール面（凹溝の内周面又はこれに対向する他方の衝合面部分）
９      凹溝
９ａ    シール面（凹溝の内周面）
１０    Ｏリング
１０ａ  Ｏリングの内周部
１１    Ｏリング装填空間
１１ａ  Ｏリング装填空間の開口部
１３    第２二次シール装置
Ａ      被密封流体領域
Ａ１    被密封流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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