(57)【要約】【課題】摺動面の洗浄が容易なメカニカルシール装置を提供すること。【解決手段】パッキン４０の外周端部４０ａは、ハウジング８の一部により軸方向の両側から挟持されて固定してあり、パッキン４０の内周端部４０ｂは、静止密封環４１の外周面の一部に軸方向移動自在に圧接する。静止密封環４１の外周面には、パッキン４０の内周端部４０ｂが静止摺動面４１ａに向けて軸方向に移動することを規制する第１ストッパ面４２ａと、パッキン４０の内周端部４０ｂが静止摺動面４１ａと反対側に向けて軸方向に移動することを規制する第２ストッパ面４２ｂとが具備してある。【選択図】図２
2018017375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定されて前記回転軸と共に回転する回転密封環と、
前記回転密封環の回転摺動面に対して摺動可能な静止摺動面を持ち、ハウジングに支持される静止密封環と、
前記ハウジングと前記静止密封環との間に装着され、弾性材からなるリング状のパッキンと、
を有するメカニカルシール装置であって、
前記パッキンの外周端部は、前記ハウジングにより固定してあり、
前記パッキンの内周端部は、前記静止密封環の外周面の一部に軸方向移動自在に圧接し、
前記静止密封環の外周面には、前記パッキンの内周端部が前記静止摺動面に向けて軸方向に移動することを規制する第１ストッパ面と、前記パッキンの内周端部が前記静止摺動面と反対側に向けて軸方向に移動することを規制する第２ストッパ面とが具備してあるメカニカルシール装置。
【請求項２】
前記静止密封環の外周面には、環状溝が形成してあり、
前記環状溝内に前記パッキンの内周端部が入り込み前記環状溝の底壁に圧接し、
前記環状溝の軸方向の両内端壁が、それぞれ前記第１ストッパ面と前記第２ストッパ面とを構成している請求項１に記載のメカニカルシール装置。
【請求項３】
前記第１ストッパ面と前記パッキンの内周端部との間、および前記第２ストッパ面と前記パッキンの内周端部との間の少なくとも一方には、軸方向の隙間が形成してある請求項１または２に記載のメカニカルシール装置。
【請求項４】
前記パッキンは前記回転密封環と前記静止密封環とが接触している際、内周端部から外周端部に向かうにつれて前記回転密封環から離れる傾斜構造であり、外周端部が前記ハウジングにより軸方向の両側から狭持されて固定される請求項１〜３のいずれかに記載のメカニカルシール装置。
【請求項５】
被封止流体が配される空間に対して近位側に配置される第１シール装置と、遠位側に配置される第２シール装置と、
前記第１シール装置と前記第２シール装置との間に形成される中間室と、を有するメカニカルシール装置であって、
前記第１シール装置は、
請求項１〜４のいずれかに記載のメカニカルシール装置で構成してある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、リング状のパッキンにより静止密封環を回転密封環に押し付けて摺動させるメカニカルシール装置に係り、さらに詳しくは、摺動面の洗浄が容易なメカニカルシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、静止密封環の外周面に設けた環状溝にリング状のパッキンを嵌合して固定し、静止密封環を回転密封環に押し付けて摺動させるメカニカルシール装置が開示してある。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に示す従来のメカニカルシール装置では、パッキンの外周端部をケース体に面接触する状態で圧接されていると共に、パッキンの内周端部を静止密封環の外周面に環状溝に嵌合して固定してある。
【０００４】
このため、パッキンの嵌合箇所と静止密封環との間にスラリー成分が堆積したり、挟み込む構造となっている。特に、サニタリー対応装置は、使用後、機内を洗浄して残液や残渣が残らないようにする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−４４７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、摺動面の洗浄が容易な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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るメカニカルシール装置は、
回転軸に固定されて前記回転軸と共に回転する回転密封環と、
前記回転密封環の回転摺動面に対して摺動可能な静止摺動面を持ち、ハウジングに支持される静止密封環と、
前記ハウジングと前記静止密封環との間に装着され、弾性材からなるリング状のパッキンと、
を有するメカニカルシール装置であって、
前記パッキンの外周端部は、前記ハウジングにより固定してあり、
前記パッキンの内周端部は、前記静止密封環の外周面の一部に軸方向移動自在に圧接し、
前記静止密封環の外周面には、前記パッキンの内周端部が前記静止摺動面に向けて軸方向に移動することを規制する第１ストッパ面と、前記パッキンの内周端部が前記静止摺動面と反対側に向けて軸方向に移動することを規制する第２ストッパ面とが具備してある。
【０００８】
本発明のメカニカルシール装置において、パッキンの内周端部は、パッキン自体の弾性力とパッキンの側面に作用する流体圧により、第１ストッパ面、或いは、第２ストッパ面に圧接する。通常の運転状態では、パッキンの内周端部は、パッキン自体の弾性力とパッキンの静止摺動面側側面に作用する流体圧よりもパッキンの静止摺動面とは反対側側面に作用する流体圧が大きく設定されることにより、第１ストッパ面に圧接し、静止密封環を回転密封環の摺動面の方向に押圧する。そのため静止密封環と回転密封環とは、摺動面で摺動し、その部分で被密封流体の漏れを抑制し、シール特性が向上する。
【０００９】
本発明のメカニカルシール装置を、食品用スラリーなどを用いるサニタリー用途に用いる場合には、使用後に密封流体の代わりに洗浄液を流して、メカニカルシール装置が取り付けられた機器（容器を含む）内部を清掃する。そのような場合には、機器内部に導入させる洗浄液の圧力が高いので、パッキンの内周端部は、パッキン自体の弾性力とパッキンの静止摺動面とは反対側の側面に作用する流体圧よりもパッキンの静止摺動面側の側面に作用する流体圧が大きく設定され、第１ストッパ面を離れて静止密封環の外周面を軸方向に移動して第２ストッパ面に圧接する。
【００１０】
すなわち本発明のメカニカルシール装置では、パッキンの静止摺動面側の側面に作用する洗浄液圧力に基づき、パッキンの内周端部が第２ストッパ面を押し、その力は、静止密封環を回転密封環の摺動面から引き離す方向に作用する。そのため、静止密封環と回転密封環との摺動面が開き、摺動面に付着している残渣を容易に洗浄することができる。また、洗浄液は、第１ストッパ面とパッキンの内周端部との隙間にも入り込むため、その隙間に入り込んだ残渣も容易に洗い流すことができる。なお、パッキンの内側側面に作用する流体圧力は可変であることが好ましい。すなわち、通常運転時には、流体圧力が高く、洗浄時には、低いことが好ましい。
【００１１】
好ましくは、前記静止密封環の外周面には、環状溝が形成してあり、
前記環状溝内に前記パッキンの内周端部が入り込み前記環状溝の底壁に圧接し、
前記環状溝の軸方向の両内端壁が、それぞれ前記第１ストッパ面と前記第２ストッパ面とを構成している。
【００１２】
環状溝を静止密封環の外周面に形成することで、第１ストッパ面と第２ストッパ面とを同時に形成することができる。
【００１３】
好ましくは、前記第１ストッパ面と前記パッキンの内周端部との間、および前記第２ストッパ面と前記パッキンの内周端部との間の少なくとも一方には、軸方向の隙間が形成してある。
【００１４】
このように構成することで、パッキンの内周端部を第１ストッパ面と第２ストッパ面との間で軸方向に移動させることができる。
【００１５】
好ましくは、前記パッキンは前記回転密封環と前記静止密封環とが接触している際、内周端部から外周端部に向かうにつれて前記回転密封環から離れる傾斜構造であり、外周端部が前記ハウジングにより軸方向の両側から狭持されて固定されている。
【００１６】
このように構成することで、被密封流体の残渣がパッキンの外周端部とハウジングとの隙間に入り込み難い。また、パッキンの内周端部が軸方向に移動したとしても、パッキンの外周端部は軸方向の両側から挟持されて固定してあるために、固定が弱まることがないと共に、残渣が入り込む液溜まりが形成されにくい。さらにまた、静止密封環が回転密封環から離れた際、パッキンの外周端部とハウジングとの境界部分の領域に流体が入り易くなり、当該領域を洗浄しやすい。また、パッキンの内側側面に向き合うハウジングの面には、パッキンの移動を規制する部材が配置されていないため、パッキンの内周端部を第２ストッパ面に圧接させて静止密封環を回転密封環の摺動面から離れる方向に容易に移動させることができる。尚、パッキンの移動を規制する部材が径方向に配置されている場合、パッキンが軸方向に移動する際、規制する部材に当接する恐れがある。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係るメカニカルシール装置は、
被封止流体が配される空間に対して近位側に配置される第１シール装置と、遠位側に配置される第２シール装置と、
前記第１シール装置と前記第２シール装置との間に形成される中間室と、を有し、
前記第１シール装置は、本発明の第１の観点に係るメカニカルシール装置で構成してある。
【００１８】
本発明の第２の観点に係るメカニカルシール装置では、第１シール装置と第２シール装置との間に中間室が形成してあり、第１シール装置が、本発明の第１の観点に係るメカニカルシール装置で構成してある。そのため、本発明の第２の観点に係るメカニカルシール装置の第１シール装置は、本発明の第１の観点に係るメカニカルシール装置と同様な作用効果を奏する．
【００１９】
特に本発明の第２観点に係るメカニカルシール装置では、中間室の流体圧力が、前記パッキンの静止摺動面とは反対側の側面に作用し、前記被密封流体（洗浄液）の圧力が、前記パッキンの静止摺動面側の側面に作用する。そのため、中間室の流体圧力を下げることで、機器内部の洗浄時には、パッキンの外側側面に作用する洗浄液圧力に基づき、パッキンの内周端部を移動させやすい。そのため、パッキンの内周端部が第２ストッパ面を押し、その力は、静止密封環を回転密封環の摺動面から引き離す方向に作用させやすい。
【００２０】
また本発明の第２観点に係るメカニカルシール装置では、第１シール装置と第２シール装置との間に中間室を設けることで、機器内部の洗浄時には、中間室を通して、洗浄液を排出することが可能である。
【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に示すメカニカルシール装置の要部拡大断面図である。
【図３】図３は図２に示すメカニカルシール装置の圧力が変化した状態を示す要部拡大断面図である。
【図４】図４は図３に示すメカニカルシール装置の圧力がさらに変化した状態を示す要部拡大断面図である。
【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。
本発明の一実施形態のメカニカルシール装置について、図１を参照して説明する。 図１は、そのメカニカルシール装置１０の構成を示す断面図である。なお、図１においては、左側が機内ＩＳ側であり、右側が機外ＯＳ側である。
【００２３】
メカニカルシール装置１０は、回転軸（シャフト）２が貫通しているハウジング本体３の軸孔部３ａに機外ＯＳ側から装着されるカートリッジ形式のシール装置である。ハウジング本体３は、たとえば食品、製薬、化学品、粉体などを、貯蔵、撹拌、分散または粉砕などを行う容器や缶、あるいはその他の機器（攪拌機、分散機、粉砕機）のケーシングの一部として用いられる。メカニカルシール装置１０は、このようなサニタリーの用途に対応したメカニカルシール装置である。回転軸２の機内ＩＳ側には、図示省略してある撹拌翼、分散翼、粉砕翼などが固定してあってもよい。
【００２４】
ハウジング本体３の軸方向の端面３ｂには、カバープレート６が取り付けられ、カバープレート６の外側（機外ＯＳ側）には、第１シールケース１１および第２シールケース１２が取り付けられる。それぞれハウジングの一部を構成するカバープレート６、第１シールケース１１および第２シールケース１２は、ハウジング本体３の端面３ｂから機外ＯＳ側に向けて、この順序でボルトにより端面３ｂに固定してある。カバープレート６、第１シールケース１１および第２シールケース１２は、カートリッジ式ハウジング８を構成している。
【００２５】
ハウジング本体３の端面３ｂに取り付けられるカバープレート６の取付面６ｂには、Ｏリング溝５が形成してあり、Ｏリング溝５には、Ｏリング４が装着され、端面３ｂと取付面６ｂとの間をシールしている。
【００２６】
本実施形態では、Ｏリング溝５は、可能な限り軸孔部３ａの内周壁面近くに形成してあり、Ｏリング溝５の内径側壁面の外径が、軸孔部３ａの内周壁面の内径に比較して同一、またはそれよりも多少小さくてもよい。ただし、Ｏリング４が端面３ｂに圧接してシール特性を維持していることが条件である。本実施形態では、このように構成することで、Ｏリング溝５に被密封流体の残渣が残っていたとしても、後述する洗浄液がＯリング溝５に入り込み洗浄することができる。なお、本実施形態では、Ｏリング溝５の大きさに比較して、通常よりも大きなＯリング４を用いることが好ましい。また、第１シールケース１１と第２シールケース１２との間には、Ｏリング１４が取り付けられて、これらの間の隙間をシールしている。
【００２７】
本実施形態では、メカニカルシール装置１０は、回転軸２の軸方向に沿って機内ＩＳ側に配置される第１メカニカルシール３０と、機外ＯＳ側に配置される第２メカニカルシール５０とを有する。これらの第１メカニカルシール３０と、第２メカニカルシール５０とが、回転軸２の軸方向に沿って、ハウジング本体３とカートリッジ式ハウジング８との内部に配置されることで、カートリッジ式ハウジング８の内部には、中間室７０が形成される。
【００２８】
中間室７０は、カートリッジ式ハウジング８の内部（内周側）で、第１メカニカルシール３０と第２メカニカルシール５０との間に形成され、これらのメカニカルシール３０および５０が適切に機能している状態では、機外ＯＳ側の空間に対して密封されると共に、機内ＩＳ側の空間とも密封される。
【００２９】
ハウジング本体３の内部（軸孔部３ａと回転軸２との間の隙間）には、被密封流体が充填してあり、第１メカニカルシール３０により被密封流体が中間室７０に入り込むことを抑制している。第２メカニカルシール５０は、中間室７０の内部に存在する冷却用流体が機外ＯＳ側に漏洩することを抑制している。
【００３０】
本実施形態では、第１シールケース１１には、中間室７０に通じる冷却用流体供給孔７１が形成してあり、そこから、中間室７０の内部に、冷却用流体が供給される。また、第２シールケース１２には、中間室７０に通じる冷却用流体排出孔７２が形成してあり、そこから、中間室７０の内部に存在する冷却用流体を中間室から排出するようになっている。
【００３１】
カートリッジ式ハウジング８の内周側では、回転軸２の外周に、スリーブ２０がスリーブ押え２２により固定され、回転軸２と共に、その軸芯回りに回転可能になっている。スリーブ押え２２およびスリーブ２０は、たとえばセットスクリュー２４などにより回転軸２に固定してある。
【００３２】
回転軸２の外周面で軸方向に配列してあるスリーブ押え２２およびスリーブ２０の間には、ポンピングリング８０がスリーブ２０の外周面に固定してあり、回転軸２と共に回転可能になっている。ポンピングリング８０は、翼部８２を有する。ポンピングリング８０の内周面とスリーブ２０の外周面との間には、Ｏリング８６が装着してあり、これらの間の隙間を密封している。
【００３３】
翼部８２には、吸込み口８３と吐き出し口８４とが形成してある斜め貫通孔８５が円周方向に沿って複数断続的に形成してある。斜め貫通孔８５の吸い込み口８３は、中間室７０の内部で第１メカニカルシール３０の方向を向いており、吐き出し口８４は、第２メカニカルシール５０の方向を向いている。また、吸い込み口８３よりも吐き出し口８４の方が、半径方向の外側に位置し、リング８０の回転により、吸い込み口８３から取り入れた流体を吐き出し口８４から排出して、中間室７０の内部で第２メカニカルシール５０に向かわせる。
【００３４】
冷却用流体供給孔７１から供給された流体は、第１メカニカルシール３０の内周側に位置する中間室７０の内部に向かわせられ、第１メカニカルシール３０を冷却した後に、ポンピングリング８０の吸い込み口８３に吸い込まれる。ポンピングリング８０の吐き出し口８４から排出された流体は、中間室７０の内部で、第２メカニカルシール５０の外周部に向かい、そこを冷却し、その後に、冷却用流体排出孔７２から外部に排出される。
【００３５】
第１メカニカルシール３０は、第１回転密封環３１と第１静止密封環４１とを有する。同様に、第２メカニカルシール５０は、第２回転密封環５１と第２静止密封環６１とを有する。これらの密封環３１，４１，５１，６１の材質は、特に限定されないが、炭化珪素、カーボン、セラミック等が例示される。
【００３６】
まず、第２メカニカルシール５０について説明する。回転密封環５１は、ポンピングリング８０の機外ＯＳ側に固定してあり、ポンピングリング８０と共に回転するようになっている。回転密封環５１の機内ＩＳ側の端部には、切欠きが形成してあり、そこに、ノックピン５３が嵌合し、ノックピン５３が固定してあるリング８０に対して回り止めが成されている。リング８０と回転密封環５１との間には、Ｏリング５２が取り付けてあり、これらの隙間を密封している。
【００３７】
静止密封環６１は、回転密封環５１の軸方向機外側端面である回転摺動面５１ａに摺動する静止摺動面６１ａを有する。
【００３８】
この静止密封環６１は、第２シールケース１２の内方凸部１２ａの先端にＯリング６２を介して取り付けられている。Ｏリング６２は、第２シールケース１２の内方凸部１２ａの先端と静止密封環６１の外周面との間で弾性変形し、これらの間を密封し、中間室７０と機外ＯＳとの間を遮断する。
【００３９】
また、静止密封環６１は、第２シールケース１２の内方凸部１２ａに固定してあるノックピン６３により、第２シールケース１２に対して回り止めが成されている。さらに、静止密封環６１には、第２シールケース１２の内方凸部１２ａの中間室側壁面に周方向に沿って複数設けられたコイル状の圧縮スプリング６４の弾性力が作用する。そのため、静止密封環６１の摺動面６１ａは、回転密封環５１の摺動面５１ａに押し付けられている。静止密封環６１は、シールケース１２に対して回転はしないが、軸方向に移動自在に装着してある。
【００４０】
次に、図２および図３を参照して、第１メカニカルシール３０について説明する。前述したように、第１メカニカルシール３０は、第１回転密封環３１と第１回転密封環４１とを少なくとも有する。回転密封環３１は、スリーブ２０の機内ＩＳ側の端部に設けられたフランジ状凸部２０ａの外周端にＯリング３２を介して固定してあり、スリーブ２０と共に回転軸２と一体的に回転可能になっている。
【００４１】
Ｏリング３２が回転密封環３１とスリーブ２０との間に取り付けられることで、これらの間の隙間を密封し、そこから、機内ＩＳと中間室７０とが連通することを遮断している。また、回転密封環３１の内周端には、切欠きが設けられ、その切欠きにノックピン３３が嵌合している。ノックピン３３は、スリーブ２０に固定してあり、回転密封環３１をスリーブ２０に対して回り止し、回転密封環３１がスリーブ２０と共に軸芯回りに回転することを確保している。なお、スリーブ２０の外周面には、ワッシャ２８などが固定してあり、回転密封環３１が静止密封環４１に向けて軸方向に移動することを抑制している。
【００４２】
回転密封環３１が静止密封環４１に向き合う端面には、回転摺動面３１ａが形成してある。回転摺動面３１ａには、静止密封環４１の静止摺動面４１ａが摺動している。回転摺動面３１ａは、相対的に径方向に十分な広さを有するが、静止摺動面３１ａの径方向幅ｄ１は、回転摺動面３１ａのそれに比較して十分に小さい。また、静止密封環４１は、静止摺動面４１ａに向けて徐々に径方向幅が狭くなる先細り形状を有している。
【００４３】
このように構成することで、後述する洗浄時において、静止密封環４１を回転密封環３１から引き離す方向に流体圧をかけやすいと共に、摺動面４１ａの付近の静止密封環４１の外面を洗浄液で流しやすい。また、回転密封環３１の回転摺動面３１ａに付着している被密封流体の残渣も流しやすい。
【００４４】
静止密封環４１の内周面には、切り欠き状の凹部４４が設けられ、そこに、ノックピン４５が嵌合している。ノックピン４５は、第１シールケース１１の段差状凹面１１ｃに固定してあり、そこから凹部４４に向けて軸方向に突出している。ノックピン４５が凹部４４に嵌合することで、静止密封環４１は、第１シールケース１１に対して回り止めが成されている。ただし、凹部４４は、軸方向に十分な長さを持ち、ノックピン４５の先端が凹部４４の内壁に当たることはない。静止密封環４１は、その反摺動面側端面４１ｂが第１シールケース１１の段差状凹面１１ｃに当接しない限り、軸方向に移動可能になっている。
【００４５】
本実施形態では、回転密封環３１に具備してあるノックピン３３と、静止密封環４１に具備してあるノックピン４５とは、共に、中間室７０の内部に存在し、通常動作時には、機内ＩＳ側の被密封流体には接触しないようになっている。そのため、これらのノックピン３３および４５の周辺に被密封流体の残渣が付着するおそれを低減することができる。
【００４６】
静止密封環４１の外周面には、環状溝４２が形成してある。環状溝４２内には、リング状のパッキン４０の内周端部４０ｂが入り込み環状溝４２の底壁に圧接している。パッキン４０の内周端部４０ｂは、静止密封環４１の外周面の一部である環状溝４２の底壁に対して、軸方向移動自在に圧接している。環状溝４２の軸方向の両内端壁が、それぞれ第１ストッパ面４２ａと第２ストッパ面４２ｂとを構成している。
【００４７】
本実施形態では、リング状のパッキン４０の外周端部４０ａには、軸方向に突出する軸方向凸部４０ａ１が形成してある。軸方向凸部４０ａ１が形成してあるパッキン４０の外周端部４０ａは、カバープレート６の内周端からさらに径方向内側に突出する内方凸部６ａと、第１シールケース１１のパッキン押え面１１ｂとの間に軸方向の両側から挟持されて固定してある。
【００４８】
パッキン押え面１１ｂの半径方向の外側には、パッキン押え面１１ｂに対して軸方向に突出する軸方向凸部１１ａがシールケース１１に形成してある。軸方向凸部１１ａの軸方向突出長さは、内方凸部６ａとパッキン押え面１１ｂとの間の距離よりも小さく、パッキン４０の外周端部４０ａは、内方凸部６ａとパッキン押え面１１ｂとの間に軸方向の両側から圧縮されて挟持される。
【００４９】
パッキン４０は、機内ＩＳ側の空間に面している外側側面（静止摺動面４１ａを向いている側面）４０ｃと、中間室７０の空間に面している内側側面（外側側面４０ｃと反対側側面）４０ｄとを有している。外側側面４０ｃは、外周端部４０ａから内周端部４０ｂに向けて、静止密封環４１の静止摺動面４１ａの方向にテーパ状または階段状に近づくように傾斜している。そして、内側側面４０ｄは、外周端部４０ａから内周端部４０ｂに向けて、パッキン押え面１１ｂからの距離ｗ１が段階的に広がるように、または所定の距離ｗ１が保たれるように形成してある。
【００５０】
パッキン４０は、被密封流体に接触することから、サニタリー対応であることが好ましく、たとえばパーフロロエラストマー、ＥＰＤＭ、ポリエステル系エラストマーなどのゴム材または合成樹脂で構成される。また、パッキン４０の内部に、補強材が埋め込まれていてもよい。補強材としては、金属バネ、金属板、樹脂板などが例示される。
【００５１】
このように構成してあるパッキン４０は、ハウジング８と静止密封環４１との間の隙間をシールすると共に、静止密封環４１に対してパッキン４０自体の弾性力が作用し、静止密封環４１の静止摺動面４１ａを回転密封環３１の回転摺動面３１ａに押し付ける機能を有する。機内ＩＳ側に被密封流体が貯留され、中間室７０の内部に所定圧力の流体が導入され、被密封流体の圧力よりも中間室７０内の圧力が高い状態では、パッキン４０の内側側面４０ｄに作用する流体圧力に、パッキン４０自体の弾力とが加わり、静止密封環４１は回転密封環３１に向けて押し付けられる。
【００５２】
その状態では、図２に示すように、パッキン４０の内周端部４０ｂ側に位置する外側側面４０ｃは、環状溝４２の第１ストッパ面４２ａに押し付けられる。そのため、内周端部４０ｂに位置する内側側面４０ｄと第２ストッパ面４２ｂとの間には、軸方向隙間ｗ３が形成される。軸方向隙間ｗ３は、その隙間の内部に流体圧が作用する程度の隙間であれば良い。
【００５３】
本実施形態では、静止密封環４１の反摺動面側端面４１ｂと段差状凹面１１ｃとの隙間ｗ２は、軸方向隙間ｗ３よりも十分に大きく、パッキン押え面１１ｂからの内側側面４０ｄまでの距離ｗ１の最大値よりも小さい。なお、パッキン４０の軸方向凸部４０ａ１の軸方向突出幅を十分に大きくできれば、段差状凹面１１ｃは形成しなくてもよい。すなわち、パッキン押え面１１ｂがシールケース１１の内周端まで続いていてもよい。その場合には、隙間ｗ２は、静止密封環４１の反摺動面側端面４１ｂとパッキン押え面１１ｂとの隙間の幅になる。
【００５４】
本実施形態のメカニカルシール装置１０において、通常の運転状態では、図２に示すように、パッキン４０の内周端部４０ｂは、パッキン４０自体の弾性力とパッキン４０の内側側面４０ｄに作用する流体圧により、第１ストッパ面４２ａに圧接し、静止密封環４１を回転密封環３１の摺動面３１ａの方向に押圧する。そのため静止密封環４１と回転密封環３１とは、摺動面４１ａ，３１ａで摺動し、その部分で被密封流体の漏れを抑制し、シール特性が向上する。
【００５５】
たとえば食品用スラリーなどを用いるサニタリー用途にメカニカルシール装置１０が用いられる場合には、使用後に洗浄液を流して、メカニカルシール装置１０が取り付けられた機器（容器を含む）内部ＩＳを清掃する。そのような場合には、中間室７０には圧力流体が導入されず、機器内部ＩＳに導入させる洗浄液の圧力が高いので、パッキン４０の外側側面４０ｃに作用する洗浄液圧力のために、パッキン４０の内周端部４０ｂは、図３に示すように、第１ストッパ面４２ａを離れて静止密封環４１の外周面を軸方向に移動して第２ストッパ面４２ｂに圧接する。
【００５６】
すなわち、パッキン４０の外側側面４０ｃに作用する洗浄液圧力が、パッキン４０自体の弾性力にパッキン４０の内側側面４０ｄに作用する流体圧力を足した力よりも大きくなり、パッキン４０の内周端部４０ｂが第２ストッパ面４２ｂを押す。その力は、図４に示すように、静止密封環４１を回転密封環３１の摺動面３１ａから引き離す方向に作用する。そのため、静止密封環４１と回転密封環３１との摺動面４１ａ，３１ａが開き、摺動面４１ａ，３１ａに付着している残渣を容易に洗浄することができる。
【００５７】
また、洗浄液は、第１ストッパ面４２ａとパッキン４０の内周端部４０ｂとの隙間ｗ４にも入り込むため、その隙間ｗ４に入り込んだ残渣も容易に洗い流すことができる。なお、図３に示す隙間ｗ４の幅は、図２に示す隙間ｗ３の幅と同程度である。隙間ｗ４は、パッキン４０の内周端部４０ｂが環状溝４２の底面を移動してできた隙間である。また本実施形態では、パッキン４０の内側側面４０ｄに作用する流体圧力は、中間室７０に導入される流体圧力に起因し、通常運転時には高く、洗浄時には大気圧と同程度まで低く設定される。
【００５８】
さらに、パッキン４０の外周端部４０ａは、回転密封環３１と静止密封環４１との接触時では、内周端部４０ｂよりも回転密封環３１側とは反対側に配置され、ハウジング８の一部により軸方向の両側から挟持されて固定してあるため、パッキン４０が内方凸部６ａの内周端部を覆うように変形し、被密封流体の残渣がパッキン４０の外周端部４０ａとハウジング８との隙間に入り込み難い。また、パッキン４０の内周端部４０ｂが軸方向に移動したとしても、パッキン４０の外周端部４０ａは軸方向の両側から挟持されて固定してあるために、固定が弱まることがないと共に、内方凸部６ａの内周端部を覆っていたパッキン４０が内方凸部６ａの内周端部から剥がれる様に移動し、パッキン４０と内方凸部６ａの内周端部との隙間が大きくなるため、残渣が洗い流され易い。
【００５９】
さらにまた、パッキン４０の外周端部４０ａは軸方向の両側から挟持されて固定してあるために、パッキン４０の外周端部４０ａと内周端部４０ｂとの間には、相互に反対方向に流体圧が作用する外側側面４０ｃと内側側面４０ｄとが形成され、これらは径方向に沿って略同じ長さとすることができる。したがって、内側側面４０ｄに圧力をかけずに、外側側面４０ｃに洗浄液の圧力を加えることで、パッキン４０の内周端部４０ｂを第２ストッパ面４２ｂに向けて容易に移動させることができる。
【００６０】
また、パッキン４０が軸方向の両側から狭持されているため、パッキン４０の内側側面４０ｄに向き合うハウジング８のパッキン押え面１１ｂには、パッキン４０の移動を規制する部材が配置されておらず、パッキン４０の内周端部４０ｂを第２ストッパ面４２ｂに圧接させて静止密封環４１を回転密封環３１の摺動面３１ａから離れる方向に容易に移動させることができる。
【００６１】
さらに、環状溝４２を静止密封環４１の外周面に形成することで、第１ストッパ面４２ａと第２ストッパ面４２ｂとを同時に形成することができる。環状溝４２内にパッキン４０の内周端部４０ｂが入り込んだ状態で、環状溝４２の軸方向の溝幅は、パッキン４０の内周端部４０ｂの軸方向幅よりも少し大きいことが好ましい。これは、環状溝４２の内部で、パッキン４０の内周端部４０ｂを軸方向に移動可能にするためである。
【００６２】
環状溝４２の底壁の外径は、静止摺動面４１ａの内径よりも小さいことが好ましい。このように構成することで、外側側面４０ｃおよび内側側面４０ｄの径方向の長さを大きくすることができる。その結果、パッキン４０の内周端部４０ｂの軸方向への弾性変形を大きくすることができると共に、パッキン４０の外側側面４０ｃおよび内側側面４０ｄへ作用させる流体圧力の面積を大きくすることができる。
【００６３】
また本実施形態では、中間室７０に供給された流体が当該中間室７０内を流動するようにポンピング作用を奏するポンピングリング８０が回転軸２に固定してある。中間室７０内にポンピングリング８０を配置することで、中間室７０内に冷却流体の流れなどを形成することができ、第１メカニカルシール３０および第２メカニカルシール５０の冷却作用が向上する。
【００６４】
さらに本実施形態では、第１メカニカルシール３０と第２メカニカルシール５０とのダブルメカニカルシール装置の構造を採用しており、シール特性がさらに向上する。また、第２回転密封環５１は、第２静止密封環６１より中間室７０の側に配置してあるため、メカニカルシール装置１０の構成を単純にすることができる。
【００６５】
また、本実施形態では、第２回転密封環５１は、ポンピングリング８０に固定してあり、ポンピングリング８０と共に回転可能に構成してあるため、メカニカルシール装置１０の構成を単純にすることができる。
【００６６】
さらに本実施形態では、第１メカニカルシール３０の径方向内側が中間室７０に連通し、第２メカニカルシール５０の径方向外側が中間室７０に連通してある。このように構成することで、第１メカニカルシール３０の径方向内側から第２メカニカルシール５０の径方向外側までが中間室７０で連通され、これらの間に冷却液体などを循環させて冷却することが容易になる。
【００６７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００６８】
たとえば、機内ＩＳに存在する密封流体に曝されるＯリング４としては、サニタリー対応のパーフロロエラストマー、ＥＰＤＭなどで構成されることが好ましい。また、洗浄液としては、特に限定されないが、清浄な水、あるいは洗浄剤が混入してある水でもよい。
【００６９】
さらに、第１ストッパ面および第２ストッパ面は、静止密封環４１の環状溝４２の溝内側端面に形成することなく、他の手段で形成してもよい。たとえば静止密封環４１の外周面に、別部材で所定軸方向間隔で一対のストッパ部材を具備させ、それぞれのストッパ部材に、第１ストッパ面および第２ストッパ面を形成してもよい。
【００７０】
また、第２シール装置としては、第２メカニカルシール５０に限らず、その他のシール装置であっても良い。また、本発明のメカニカルシール装置は、第２メカニカルシールを必ずしも必要とはせず、第１メカニカルシールのみで構成してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
２…回転軸（シャフト）
３…ハウジング本体
３ａ…軸孔部
３ｂ…端面
４…Ｏリング
５…Ｏリング溝
６…カバープレート（ハウジングの一部）
６ａ…内方凸部
８…  カートリッジ式ハウジング（ハウジングの一部）
１０…メカニカルシール装置
１１…第１シールケース（ハウジングの一部）
１１ａ…軸方向凸部
１１ｂ…パッキン押え面
１１ｃ…段差状凹面
１２…第２シールケース（ハウジングの一部）
１４…Ｏリング
１８…ボルト
２０…スリーブ
２２…スリーブ押さえ
２４…ノックピン
２６…Ｏリング
３０…第１メカニカルシール（第１シール装置）
３１…回転密封環
３１ａ…回転摺動面
３２…Ｏリング
３３…ノックピン
４０…パッキン
４０ａ…外周端部
４０ａ１…軸方向凸部
４０ｂ…内周端部
４０ｃ…外側側面
４０ｄ…内側側面
４１…静止密封環
４１ａ…静止摺動面
４２…環状溝
４２ａ…第１ストッパ面
４２ｂ…第２ストッパ面
４４…凹部
４５…ノックピン
５０…第２メカニカルシール（第２シール装置）
５１…回転密封環
５１ａ…回転摺動面
５２…Ｏリング
５３…ノックピン
６１…静止密封環
６１ａ…静止摺動面
６２…Ｏリング
６３…ノックピン
６４…コイルスプリング
７０…  中間室
７１…冷却用流体供給孔
７２…冷却用流体排出孔
８０…ポンピングリング
８２…翼部
８３…吸い込み口
８４…吐き出し口
８５…斜め貫通孔
８６…Ｏリング
ＩＳ…  機内側
ＯＳ…  機外側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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