(57)【要約】  メカニカルシールを、摺動速度、圧力および温度が変動して、さまざまな状況に陥った場合においても、確実な機能が保証されるように構成し、かつ技術的に展開するという課題は、回転環（１）と固定環（２）とを備え、回転環（１）と固定環（２）とはそれぞれ互いに接触する摺動面（１ａ，２ａ）を有し、回転環（１）の摺動面（１ａ）は固定環（２）の摺動面（２ａ）に向き合っているメカニカルシールによって解決される。
2013527902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転環（１）と固定環（２）とを備え、前記回転環（１）と前記固定環（２）とはそれぞれ互いに接触する摺動面（１ａ，２ａ）を有し、前記回転環（１）の前記摺動面（１ａ）は前記固定環（２）の前記摺動面（２ａ）に向き合っているメカニカルシール。
【請求項２】
前記回転環（１）は前記回転環（１）の径方向面（９）から軸方向に突き出した第１の突出部（８）を有すると共に、前記回転環（１）は前記径方向面（９）から軸方向に突き出してかつ前記第１の突出部（８）から離間した第２の突出部（１０）を有す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】
前記径方向面（９）は前記回転環（１）の前記摺動面（１ａ）とは反対側に位置し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】
前記第１の突出部（８）は前記回転環（１）の径方向外側端部に形成され、前記第２の突出部（１０）は前記回転環（１）の径方向内側端部側に設けら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】
前記第１の突出部（８）の断面は台形状に形成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項６】
前記第２の突出部（１０）の断面は台形状に形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項７】
前記突出部（８，１０）は丸面取りされたエッジ（１２ａ，１２ｂ）を有することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項８】
前記第１の突出部（８）は前記第２の突出部（１０）よりも大きな面積を有することを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項９】
前記固定環（２）は軸方向の突出部（１３）を有し、当該突出部の径方向内側の周面（１４）は凹部（１５ａ，１５ｂ）を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項１０】
前記径方向内側の周面（１４）は段状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載のメカニカルシール。
【請求項１１】
前記径方向内側の周面（１４）は前記固定環（２）の第１の径方向面（１６）に連続し、前記固定環（２）の径方向外側の周面（１７）は前記固定環（２）の第２の径方向面（１８）に連続し、前記第１と第２の径方向面（１６，１８）はそれぞれ前記固定環（２）の前記摺動面（２ａ）から異なる距離だけ離間していることを特徴とする請求項９または１０に記載のメカニカルシール。
【請求項１２】
前記固定環（２）は押圧リング（２ｂ）によって前記回転環（１）に向かって押圧され、その際、前記押圧リング（２ｂ）はばね部材（２ｃ）によって第１のハウジング壁（６ａ）に突っ張り支持され、前記押圧リング（２ｂ）と第２のハウジング壁（６ｂ）の間ならびに前記押圧リング（２ｂ）と前記固定環（２）の間にはシール手段（２ｄ，２ｅ）が設けられ、前記シール手段（２ｄ，２ｅ）は互いに切り離されて独立した２つのシール部材（２ｄ，２ｅ）を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項１３】
第１のシール部材（２ｅ）は実質的に前記固定環（２）と前記押圧リング（２ｂ）とに接していることを特徴とする請求項１２に記載のメカニカルシール。
【請求項１４】
第２のシール部材（２ｄ）は実質的に前記押圧リング（２ｂ）と前記第２のハウジング壁（６ｂ）とに接していることを特徴とする請求項１２または１３に記載のメカニカルシール。
【請求項１５】
前記第１のシール部材（２ｅ）はエラストマー製であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項１６】
前記第２のシール部材（２ｄ）はＰＴＦＥ製であることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項１７】
前記第２のシール部材（２ｄ）は少なくとも一部区域の断面がＵ字形に形成されていることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項１８】
前記固定環（２）は押圧リング（２ｂ）によって前記回転環（１）に向かって押圧され、その際、前記押圧リング（２ｂ）はばね部材（２ｃ）によって第１のハウジング壁（６ａ）に突っ張り支持され、前記押圧リング（２ｂ）と第２のハウジング壁（６ｂ）の間かつ前記押圧リング（２ｂ）と前記固定環（２）の間にはシール手段（２ｄ）が設けられ、前記押圧リング（２ｂ）は前記ハウジング壁（６ａ，６ｂ）と共に、汚れの侵入を阻止する空間を形成することを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項１９】
前記押圧リング（２ｂ）は軸方向に突き出した環状壁（２ｈ）を有し、前記環状壁の径方向外側の表面は前記第１のハウジング壁（６ａ）の径方向内側端部に向き合っていることを特徴とする請求項１８に記載のメカニカルシール。
【請求項２０】
前記環状壁（２ｈ）は前記第１のハウジング壁（６ａ）を越えて軸方向に突き出していることを特徴とする請求項１８または１９に記載のメカニカルシール。
【請求項２１】
前記第１のハウジング壁または前記第２のハウジング壁あるいはその両方のハウジング壁（６ａ，６ｂ）には、前記空間からの汚れを通過させて排出させる通路（６ｃ）が形成されていることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項２２】
前記回転環（１）は２つの径方向面（１ｂ，１ｃ）を有し、前記径方向面にそれぞれ１つの締付カム（１ｄ，１ｅ）が配置されていることを特徴とする請求項１から２１のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項２３】
前記回転環（１）は２つの径方向面（１ｂ，１ｃ）を有し、前記径方向面からそれぞれ１つの締付カム（１ｄ，１ｅ）が軸方向に突き出ていることを特徴とする請求項２２に記載のメカニカルシール。
【請求項２４】
前記締付カム（１ｄ，１ｅ）は前記回転環（１）と同心状に、リング状に形成されていることを特徴とする請求項２２または２３に記載のメカニカルシール。
【請求項２５】
前記締付カム（１ｄ，１ｅ）は前記回転環（１）の両側に径方向において同じ高さ位置に形成されていることを特徴とする請求項２２〜２４のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか１項に記載のメカニカルシールと、軸（５）とを備えた構造であって、前記回転環（１）は締付要素（５ａ）とブシュ部（５ｂ）とによって前記軸（５）に相対回転不能に連結され、その際、第１の締付カム（１ｄ）は前記ブシュ部（５ｂ）に接し、第２の締付カム（１ｅ）は前記締付要素（５ａ）に接するように構成された構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転環と固定環とを備え、前記回転環と前記固定環とはそれぞれ互いに接触する摺動面を有し、前記回転環の摺動面は前記固定環の摺動面と向き合っているメカニカルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べたタイプのメカニカルシールは欧州特許公開公報第１２０９３８６号から公知である。
【０００３】
回転環は、平均摺動面直径を基準にして、２００ｍ／ｓまでの摺動速度で固定環に対して相対回転することができる。摺動速度が高速であれば、シール隙間内の粘性摩擦によって、摺動環および回転環にかなりの熱伝達が行われる。摺動環および回転環双方の軸方向温度勾配はこれらのリングに大きな歪みをもたらすことがある。その際、シール隙間のジオメトリーは望ましくないあるいは許容不能な変形を生じ、しかも、シール隙間の幅に関してＶ字形の拡がりが生ずることもある。
【０００４】
上述した欧州特許公開公報第１２０９３８６号から、回転環に軸方向の突起を設け、それによって、熱に起因する回転環の歪みを相殺することが知られている。
【０００５】
公知のメカニカルシールにおいては、公知の対策を講じたとしても、高温時には、回転環の変形挙動によっては、生じうるあらゆる動作状態において必ずしも常に確実な機能が保証されるわけではないという欠点がある。
【０００６】
しかしながら、特に、圧力、回転数および温度の点で動作条件が大きく変動するターボマシンたとえばコンプレッサまたはガスタービンにメカニカルシールが使用される場合、メカニカルシールの機能ならびに動作信頼性に関して非常に高度な要求がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許公開公報第１２０９３８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、冒頭に述べたタイプのメカニカルシールを、摺動速度、回転数、圧力および温度がそれぞれ種々に変動したとしても確実な機能および動作信頼性が保証されるように構成すること、そしてそれをさらに技術的に展開することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述した課題は特許請求項１に記載の特徴によって解決される。その一連の好適な実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１０】
回転環には、この回転環の径方向面から軸方向に突き出した第１の突出部と、さらに当該径方向面から軸方向に突き出すとともに第１の突出部から離間した第２の突出部とが備えられている。
【００１１】
第１の突出部と共に谷部を形成する第２の突出部は、軸方向温度勾配に起因して生ずる転倒モーメントを相殺するようにこの軸方向温度勾配を補償することができる。もう一つの突出部を設けることにより相対的に複雑かつ対処が難しい回転環の歪み挙動を導いてしまうことになると当業者が想定していたにもかかわらず、このやり方をあえて採用した。この構成では、第１の突出部は、回転環回転時に、第２の突出部と敏感に相互作用する。これにより、回転環は驚くべきことに、圧力、回転数および温度に関する負荷が激しく変動する場合においても、その歪み挙動に関して同等の柔軟性ならびに安定性を示す。従って、動作条件が大きく変動する場合においても、シール隙間の最適な形状や姿勢が維持される。
【００１２】
径方向面は回転環の摺動面とは反対側に位置させてもよい。この場合、互いに接する双方の摺動面が影響されることはないという利点が得られる。
【００１３】
第１の突出部は回転環の径方向外側端部に形成され、第２の突出部は回転環の径方向内側端部側に設けられてもよい。これにより、回転環の回転面が転倒防止され、安定する。
【００１４】
第１の突出部の断面は台形状に形成されてもよい。このような具体的な形状によって、回転環内部の好適な質量分布ならびに重心変位が得られるため、好都合となる。
【００１５】
このような背景から、第２の突出部の断面も台形状に形成されることが好適である。これによって、流体とくに液体潤滑剤が貯留することなる、回転軸と平行に配された面が生ずることが回避される。
【００１６】
双方の突出部は丸面取りされたエッジを有していてよいであろう。これによって、突出部での二次乱流剥離を最小限に抑止することができる。
【００１７】
第１の突出部は第２の突出部よりも大きな面積を有してもよい。驚くべきことに、これにより、極めて種々相異した動作条件に際して、回転環の柔軟かつ安定した歪み挙動が維持されることが示されている。
【００１８】
上述した欧州特許公開公報第１２０９３８６号から、回転環に１つの軸方向の突出部を設け、それによって、熱に起因する回転環の歪みを相殺することが知られている。
【００１９】
公知のメカニカルシールにおいては、公知の対策を講じたとしても、高温時には、回転環の歪み挙動のため、起こり得るあらゆる動作状態において必ずしも常に確実な機能が保証されるわけではないという欠点を示している。
【００２０】
特に、圧力、回転数および温度に関してその動作条件が大きく変動するターボマシン、たとえばコンプレッサまたはガスタービンにメカニカルシールが使用される場合、メカニカルシールの機能ならびに動作信頼性に対して非常に高度な要求がなされる。
【００２１】
こうした背景に鑑み、固定環は１つの軸方向の突出部を有し、前記突出部の径方向内側の周面が凹部を有するように構成される。
【００２２】
従来では想定できなかったことであるが、この構成の採用により、ほぼ一定不変の隙間幅が生ずる。固定環はその動き・歪み挙動の点で回転環に追従するため、双方の摺動面間のシール隙間は拡大することも、あるいは許容不能な程度に狭小化することもない。凹部は、回転環回転時に、前記回転環と敏感に相互作用し、これによって、回転環は驚くべきことに安定的かつ静穏に回転し、固定環は前記回転環に軸方向追従する。こうした安定的かつ静穏な回転は双方の摺動面間の非常に高度なシーリングならびに最適な隙間幅を生み出す。
【００２３】
本願明細書中で述べられている隙間幅は、それは双方の摺動面の軸方向間隔とみなされる。当業者はこの軸方向間隔を「隙間高さ」とも称している。凹部にはシーリングもシール部材も配置されていない。これらの凹部には、軸方向または径方向において径方向内側の周面に接するセンタリング手段も設けられていない。
【００２４】
径方向内側の周面は段状に形成されてもよい。これらの段は固定環の本体に容易に作り出すことができる。
【００２５】
径方向内側の周面は固定環の第１の径方向面に連続し、他方、固定環の径方向外側の周面は固定環の第２の径方向面に連続し、これらの第１と第２の径方向面はそれぞれ固定環の摺動面から異なる距離だけ離間している。こうした具体的な実施態様によって固定環の非常に好適な形状が得られるため、双方の摺動面間のシール隙間はほぼ一定不変となる。
【００２６】
上述した欧州特許公開公報第１２０９３８６号から、固定環の摺動面側の空間を、押圧リングが配置されたハウジング側の空間から封止遮蔽することが知られている。この封止遮蔽は、単一のシール部材を含むシール手段によって実現される。このシール部材は、押圧リングと、固定環と、第２のハウジング壁とに同時に接している。
【００２７】
公知のメカニカルシールにおいては、シール部材が固定環の運動自由度を制限する点が短所である。この場合、とりわけ、「スティックスリップ挙動（Stick（固着） Slip（すべり）挙動）が生ずることがある。
【００２８】
しかしながら、特に、圧力、回転数および温度の点で動作条件が大きく変動するターボマシン、たとえばコンプレッサまたはガスタービンにメカニカルシールが使用される場合、メカニカルシールの機能ならびに動作信頼性に非常に高度な要求がなされる。この場合、冒頭に述べたタイプのメカニカルシールを、回転数、圧力および温度が種々に変動しても、確実な機能ならびに動作信頼性が保証されるように構成し、かつそれを技術的に展開することが要望される。
【００２９】
このような実情に鑑み、固定環が押圧リングによって回転環に向かって押圧され、その際、前記押圧リングはばね部材によって第１のハウジング壁に突っ張り支持され、前記押圧リングと第２のハウジング壁の間ならびに前記押圧リングと固定環の間にはシール手段が設けられ、前記シール手段は互いに切り離されて独立した２つのシール部材を有する構成が提案される。
【００３０】
２つの互いに切り離された別々のシール部材は、そのために異なる材料を選択することで、異なるシール目的を最適な形で果たすことができる。こうした場合、これら双方のシール部材をそれぞれの弾性特性ならびに形態特性に関して互いに独立にそれぞれの取付け条件に適合させられることが示された。これにより、固定環は、驚くべきことに、圧力、回転数および温度に関する負荷が激しく変動する場合においても、その動き挙動に関して同等の柔軟性ならびに安定性を示す。これによって、動作条件が大きく変動する場合においても、シール隙間の最適な形状・姿勢が維持される。
【００３１】
こうした背景からして、第１のシール部材は実質的に固定環と押圧リングとに接していると好都合である。これにより、固定環と押圧リングとの軸方向において互いに向き合う境界面間の確実な封止を達成することができる。
【００３２】
第２のシール部材は実質的に押圧リングと第２のハウジング壁とに接しているとよい。これにより、押圧リングとハウジングとの径方向において互いに向き合う境界面間の確実な封止を達成することができる。
【００３３】
第１のシール部材はエラストマー製であれば好適である。エラストマーは一般に十分軟質であり、したがって、固定環と押圧リングとの軸方向において互いに向き合う境界面の間を非常に確実に封止することができる。
【００３４】
第２のシール部材はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製であってよい。この材料は好適には第２のハウジング壁には付着せずに、押圧リングにハウジングに対する一定の相対可動性を付与する。
【００３５】
第２のシール部材は少なくとも一部区域の断面がＵ字形に形成されていると好都合である。これにより、第２のシール部材は開脚突っ張り作用を発揮することができる。Ｕ字形に形成されることにより、突き出した２本の脚部は突っ張り圧接力の作用下でそれぞれ押圧リングと第２のハウジング壁とに圧接される。
【００３６】
上述した欧州特許公開公報第１２０９３８６号から、固定環の摺動面側の空間を、押圧リングが配置されたハウジング側の空間から封止遮蔽することが知られている。この封止遮蔽は、単一のシール部材を含むシール手段によって実現される。このシール部材は、押圧リングと、固定環と、第２のハウジング壁とに同時に接している。
【００３７】
公知のメカニカルシールにおいては、ハウジング側の空間に汚れが侵入することができる点が短所である。こうした汚れは固定環とは反対の側から侵入する。
【００３８】
このような場合、汚れ粒子の侵入とりわけ埃の侵入に起因して摩擦被害が発生することがある。これはシール部材とハウジングの間の表面性状の不適な変化を生み出すことになり、これに伴って、ハウジングに対する押圧リングの相対変位挙動の悪化が生じる。その結果、シール隙間の形態に不適な変化が生ずることがある。
【００３９】
特に、圧力、回転数および温度の点で動作条件が大きく変動するターボマシンたとえばコンプレッサまたはガスタービンにメカニカルシールが使用される場合、メカニカルシールの機能ならびに動作信頼性に非常に高度な要求がなされる。
【００４０】
この場合、冒頭に述べたタイプのメカニカルシールを、回転数、圧力および温度が変動し、さまざまな状況に陥った場合においても、確実な機能ならびに動作信頼性が保証されるように構成し、かつ技術的に展開することが望ましい。
【００４１】
このような実情に鑑み、固定環は押圧リングによって回転環に向かって押圧され、その際、前記押圧リングはばね部材によって第１のハウジング壁に突っ張り支持され、前記押圧リングと第２のハウジング壁の間かつ前記押圧リングと固定環の間にはシール手段が設けられ、押圧リングは双方のハウジング壁と共に、汚れの侵入を阻止する空間を形成するように構成される。
【００４２】
遮蔽は汚れの侵入を防止する。これによって、シール部材とハウジングの間の表面性状が不適な被害を蒙ることはほぼ防止されるので、ハウジングに対する押圧リングの相対変位挙動の悪化に適切に対処することができる。その結果、シール隙間の形態（形状・姿勢）の不適な変化を回避することができる。これにより、動作条件が大きく変動する場合においても、シール隙間の最適な形態が維持される。
【００４３】
押圧リングは軸方向に突き出した環状壁を有し、前記環状壁の径方向外側の表面は第１のハウジング壁の径方向内側端部に向き合っている。これによって、ハウジング側の環状空間への押圧リングとばね部材の包み込みが実現される。ばね部材が破断した場合にも、破片が外部に飛び散ることはなくなり、好都合である。
【００４４】
環状壁は第１のハウジング壁を越えて軸方向に突き出している。こうした突き出しによって、ばね部材が収容されている空間内への埃の侵入は確実に防止される。
【００４５】
好適な実施形態として、第１ハウジング壁および／または第２のハウジング壁には、すでに侵入した汚れがそれを通って空間から排出され得る通路が形成される。この通路は、好適には、固定環とは軸方向反対側に配され、押圧リングの後方に形成されている。前記通路がハウジングの下側領域に形成されていることにより、すでに侵入した汚れは重力によって空間から排出される。
【００４６】
このような背景を鑑みて、欧州特許公開公報第１２０９３８６号から、回転環をブシュ部と締付要素とによって軸に相対回転不能に固定することが知られている。
【００４７】
公知のメカニカルシールにおいては、回転環が回転中に望ましくない傾倒を生じる可能性がある点が欠点である。こうした場合、双方の摺動面間のシール隙間の形態に望ましくない変化がもたらされることがある。その際、このメカニカルシールは起こり得るあらゆる動作状態において確実な機能を必ずしも保証することはできない。
【００４８】
しかしながら、特に、圧力、回転数および温度の点で動作条件が大きく変動するターボマシン、たとえばコンプレッサまたはガスタービンにメカニカルシールが使用される場合、メカニカルシールの機能ならびに動作信頼性に非常に高度な要求がなされる。
【００４９】
この場合、冒頭に述べたタイプのメカニカルシールを、回転数、圧力および温度が変動して、さまざまな状況に陥った場合においても、確実な機能ならびに動作信頼性が保証されるように構成し、かつ技術的に展開することが望ましい。
【００５０】
このような実情に鑑み、回転環は２つの径方向面を有し、前記径方向面にそれぞれ１つの締付カムが配置される。
【００５１】
軸方向に突き出した締付カムにより、回転環の確実な締付けが保証される。発生する転倒モーメントは、驚くべきことに、容易に相殺され、回避可能である。その際、先ず、締付要素の間に装着された回転環はそれらの締付要素と摩擦接触可能であることが示された。その際、転倒モーメントをもたらす摩擦力が発生する。これに基づき、作用する転倒モーメントが互いに相殺されるように締付カムを配置することが可能である。この場合、締付カムにより、転倒モーメントが確実にかつ相殺されるようにして作用し得る面が形成されることが具体的に示された。したがって、驚くべきことに、回転環は、圧力、回転数および温度に関する負荷が激しく変動する場合においても、その転倒挙動に関して高度な安定性を示す。これにより、動作条件が大きく変動する場合においても、シール隙間の最適な形態が維持される。
【００５２】
径方向面への締付カムの配置とは、ここでは、締付カムが回転環に直接形成される、もしくは軸の締付要素に形成されることを意味している。
【００５３】
好適な実施形態では、回転環は２つの径方向面を有し、この径方向面からそれぞれ１つの締付カムが軸方向に突き出している。好適には、締付カムは、ブシュ部および締付要素に形成されているのではなく、回転環に形成されている。これは回転環に使用される材料がブシュ部ないし締付要素に使用される材料よりも軟質であることと関連している。さらに、締付カムの均等な摩耗の達成が意図されている。
【００５４】
締付カムはリング状にかつ回転環と同心状に形成されると好都合である。これにより、回転環は線状押圧によって軸に固定される。締付カムは回転環から作りだされ、前記回転環と一体に形成されてもよい。
【００５５】
締付カムは回転環の両側に径方向において同じ高さ位置に形成されることも好適である。これにより、発生する転倒モーメントは同一の面で作用し、好ましくは互いに相殺されるようにすることが保証される。つまり、回転環と軸とが径方向に互いに相対運動するや、直ちに転倒モーメントが生ずる。こうした転倒モーメントは締付カムが同じ径方向高さ位置に配置されていることによって相殺される。
【００５６】
本願明細書に述べたタイプのメカニカルシールと軸とを備えた構造において、回転環は締付要素とブシュ部とによって軸に相対回転不能に連結され、その際、第１の締付カムはブシュ部に接し、第２の締付カムは締付要素に接するように構成することができる。前記ブシュ部と締付要素とによって回転環は軸に確実に固定される。
【００５７】
本願明細書に開示したメカニカルシールは、摺動速度、圧力および温度が変動して、さまざまな状況に陥った場合においても、確実な機能を保証するため、ターボマシン、たとえばコンプレッサまたはガスタービンへの使用に特に適している。
【００５８】
本願明細書に開示したメカニカルシールは気体または気体と液体とからなる混合物を封止し、摺動面は気体潤滑されている。
【００５９】
本発明の技術思想を好適な方法で実施し、かつ技術的展開を行なうべき多様な可能性が存在する。これについては、一方では、従属請求項に記載されており、他方では、図面を参照して行われる、下記の本発明によるメカニカルシールの好ましい実施形態の説明に示される。
【００６０】
以下、図面を参照して行われる好ましい実施形態の説明と共に、本発明の技術思想に基づく好ましい変形例およびさらに技術展開された形態も説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来の技術のメカニカルシールの断面図である。
【図２】図１に示すメカニカルシールのハウジング側部分の断面図である。
【図３】回転環が２つの軸方向の突出部を有するメカニカルシールの軸側部分の断面図である。
【図４】固定環が軸方向の突出部を有し、前記突出部の周面が段状に形成されたメカニカルシールのハウジング側部分の断面図である。
【図５】押圧リングに単一のシール部材が配設された従来の技術のメカニカルシールの断面図である。
【図６】互いに切り離されて独立した２本のシール部材が押圧リングに配設されたメカニカルシールの断面図である。
【図７】押圧リングに単一のシール部材が配設された従来の技術のメカニカルシールの断面図である。
【図８】押圧リングに軸方向に突き出した環状壁が設けられたメカニカルシールの断面図である。
【図９】回転環が軸方向に締付カムを有していない従来の技術のメカニカルシールの断面図である。
【図１０】回転環が両側に突き出した締付カムを有するメカニカルシールの軸側部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
図１は従来の技術のメカニカルシールを示すものである。図１に示すメカニカルシールは、回転環１と固定環２とを備え、回転環１と固定環２とはそれぞれ互いに接触する摺動面１ａ、２ａを有し、回転環１の摺動面１ａは固定環２の摺動面２ａに向き合っている。
【００６３】
回転環１は回転軸５に固定装着されており、前記軸５と共に回転する。固定環２はハウジング６内にゆとりを持ってセンタリングされ、配設されている。
【００６４】
図２は、図１に示すメカニカルシールのハウジング側部分を示している。
【００６５】
図３はメカニカルシールの軸側部分を示し、図４はメカニカルシールのハウジング側部分を示している。この場合、図４に示すハウジング側部分は、図３に示す軸側部分または図１に示す軸側部分と組み合わせ可能である。
【００６６】
図３および図４に示すメカニカルシールは、回転環１と固定環２とを備え、回転環１と固定環２とはそれぞれ互いに接触する摺動面１ａ、２ａを有し、回転環１の摺動面１ａは固定環２の摺動面２ａに向き合っている。この場合、摺動面１ａ、２ａの間にシール隙間７が形成される。回転環１は回転軸５に固定装着されており、前記軸と共に回転する。固定環２はハウジング６内に隙間嵌めセンタリングされ、配置されている。
【００６７】
回転環１は、破線で示す回転環１の１つの径方向面９から軸方向に突き出した第１の突出部８を有している。回転環１は軸方向にさらに突き出した第２の突出部１０を有しており、前記突出部は、第１の突出部８から径方向に離間し、径方向面９から軸方向に突き出している。
【００６８】
第１の突出部８と第２の突出部１０とは、具体的には、径方向面９よりもわずかに引っ込んだ位置にある谷部１１を形成している。ただし、谷部１１は径方向面９よりもわずかに突き出た位置にあってもよい。回転環１は金属製であり、直径（内寸）３００ｍｍを有している。
【００６９】
径方向面９は回転環１の摺動面１ａとは軸方向反対側に位置している。第１の突出部８は回転環１の径方向外側端部に形成されており、他方、第２の突出部１０は回転環１の径方向内側端部側に設けられている。
【００７０】
第１の突出部８および第２の突出部１０の断面は台形状に形成されている。突出部８、１０は丸面取りされたエッジ１２ａ、１２ｂを有している。第１の突出部８は第２の突出部１０よりも大きな面積を有している。
【００７１】
図４は、固定環２は軸方向の突出部１３を有し、前記突出部の径方向内側の周面１４には凹部１５ａ、１５ｂが設けられていることを示している。径方向内側の周面１４は段状に形成されている。
【００７２】
径方向内側の周面１４は固定環２の第１の径方向面１６に連続し、他方、固定環２の径方向外側の周面１７は固定環２の第２の径方向面１８に連続している。その際、第１と第２の径方向面１６、１８はそれぞれ固定環２の摺動面２ａから軸方向に異なる距離だけ離間している。固定環２はカーボン材料製である。
【００７３】
図５は従来の技術のメカニカルシールを示している。図５に示すメカニカルシールは、回転環１と固定環２とを備え、回転環１と固定環２とはそれぞれ互いに接触する摺動面１ａ、２ａを有し、回転環１の摺動面１ａは固定環２の摺動面２ａに向き合っている。この場合、固定環２は押圧リング２ｂによって回転環１に向かって押圧されており、その際、押圧リング２ｂはばね部材２ｃによって第１のハウジング壁６ａに突っ張り支持され、押圧リング２ｂと第２のハウジング壁６ｂの間かつ押圧リング２ｂと固定環２の間にはシール手段２ｄが設けられている。
【００７４】
回転環１は回転軸５に固定装着されており、前記軸と共に回転する。固定環２はハウジング６内に隙間嵌めセンタリングされ、配置されている。この場合、摺動面１ａ、２ａの間にシール隙間７が形成される。
【００７５】
図６は、回転環１と固定環２とを備え、回転環１と固定環２とはそれぞれ互いに接触する摺動面１ａ、２ａを有し、回転環１の摺動面１ａは固定環２の摺動面２ａに向き合っているメカニカルシールを示している。この場合、固定環２は押圧リング２ｂによって回転環１に向かって軸方向に押圧されており、その際、押圧リング２ｂはばね部材２ｃによって第１のハウジング壁６ａに軸方向に突っ張り支持され、押圧リング２ｂと第２のハウジング壁６ｂの間ならびに押圧リング２ｂと固定環２の間にはシール手段２ｄ、２ｅが設けられている。この場合、シール手段２ｄ、２ｅは互いに切り離されて独立したシール部材２ｄ、２ｅを有している。
【００７６】
第１のシール部材２ｅは実質的に固定環２と押圧リング２ｂとに接している。第２のシール部材２ｄは実質的に押圧リング２ｂと第２のハウジング壁６ｂとに接している。
【００７７】
第１のシール部材２ｅはエラストマー製である。第１のシール部材２ｅは、軸方向において固定環２に向き合う押圧リング２ｂの溝２ｆ内に配されている。第１のシール部材２ｅはＯリングとして形成されている。
【００７８】
第２のシール部材２ｄはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製である。第２のシール部材２ｄは少なくとも一部区域の断面がＵ字形に形成されている。これについては、Ｖ字形に形成することも思量可能である。このシール部材は押圧リング２ｂの周囲を取り巻き、外周周回溝２ｇ内に配置されている。
【００７９】
回転環１は金属製であり、３００ｍｍの直径（内寸）を有している。固定環２はカーボン材料製である。回転環１は回転軸５に固定装着されており、前記軸と共に回転する。固定環２はハウジング６内に隙間嵌めセンタリングされ、配置されている。この場合、摺動面１ａ、２ａの間にシール隙間７が形成される。
【００８０】
図７は従来の技術のメカニカルシールを示している。図７に示すメカニカルシールは、回転環１と固定環２とを備え、回転環１と固定環２とはそれぞれ互いに接触する摺動面１ａ、２ａを有し、回転環１の摺動面１ａは固定環２の摺動面２ａに向き合っている。この場合、固定環２は押圧リング２ｂによって回転環１に向かって押圧されており、その際、押圧リング２ｂはばね部材２ｃによって第１のハウジング壁６ａに突っ張り支持され、押圧リング２ｂと第２のハウジング壁６ｂの間かつ押圧リング２ｂと固定環２の間にはシール手段２ｄが設けられている。
【００８１】
回転環１は回転軸５に固定装着されており、前記軸と共に回転する。固定環２はハウジング６内に隙間嵌めセンタリングされ、配置されている。この場合、摺動面１ａ、２ａの間にシール隙間７が形成される。
【００８２】
図８は、回転環１と固定環２とを備え、回転環１と固定環２とはそれぞれ互いに接触する摺動面１ａ、２ａを有し、回転環１の摺動面１ａは固定環２の摺動面２ａと軸方向において向き合っているメカニカルシールを示している。この場合、固定環２は押圧リング２ｂによって回転環１に向かって押圧されており、その際、押圧リング２ｂはばね部材２ｃによって第１のハウジング壁６ａに突っ張り支持され、押圧リング２ｂと第２のハウジング壁６ｂの間かつ押圧リング２ｂと固定環２の間にはシール手段２ｄが設けられている。
【００８３】
押圧リング２ｂはハウジング壁６ａ、６ｂと共に、汚れの侵入を阻止する空間を形成している。この空間は押圧リング２ｂの固定環２とは相反する側に形成されている。この空間、つまり、ハウジング側空間は、ばね部材２ｃを収容する環状空間として形成されている。
【００８４】
押圧リング２ｂは軸方向に突き出した環状壁２ｈを有しており、前記環状壁の径方向外側の表面は第１のハウジング壁６ａの径方向内側端部に向き合っている。この場合、環状壁２ｈは、ばね部材２ｃが押圧リング２ｂから突き出ているのと同じ方向に、突き出している。ばね部材２ｃは押圧リング２ｂに形成された袋孔に収容され、円筒状コイルばねとして形成されている。
【００８５】
環状壁２ｈは第１のハウジング壁６ａを越えて軸方向に突き出している。前記環状壁２ｈは、第１のハウジング壁６ａの押圧リング２ｂとは相反する側に、第１のハウジング壁６ａを越えて突き出した環状張出し部を有している。
【００８６】
第１と第２のハウジング壁６ａ、６ｂには、空間から汚れがそれを通って排出される通路６ｃが形成されている。通路６ｃは好適には、軸方向において固定環２とは相反する側に配され、押圧リング２ｂの後方に形成されている。通路６ｃがハウジング６の下側領域に形成されていることにより、すでに侵入した汚れは重力によって空間から排出され得る。
【００８７】
回転環１は金属製であり、３００ｍｍの直径（内寸）を有している。固定環２はカーボン材料製である。回転環１は回転軸５に固定装着されており、前記軸と共に回転する。固定環２はハウジング６内に隙間嵌めセンタリングされ、配置されている。この場合、摺動面１ａ、２ａの間にシール隙間７が形成される。
【００８８】
図９は従来の技術のメカニカルシールを示している。図９に示すメカニカルシールは、回転環１と固定環２とを備え、回転環１と固定環２とはそれぞれ互いに接触する摺動面１ａ、２ａを有し、回転環１の摺動面１ａは固定環２の摺動面２ａに向き合っている。回転環１は回転軸５に固定装着されており、前記軸と共に回転する。固定環２はハウジング６内に隙間嵌めセンタリングされ、配置されている。
【００８９】
図１０は、回転環１と固定環２とを備え、回転環１と固定環２とはそれぞれ互いに接触する摺動面１ａ、２ａを有し、回転環１の摺動面１ａは固定環２の摺動面２ａと軸方向において向き合っている図９に示すメカニカルシールと同様の構造を有するメカニカルシールの軸側部分を示している。回転環１は軸方向において相反する２つの径方向面１ｂ、１ｃを有しており、同所からそれぞれ１つの締付カム１ｄ、１ｅが軸方向に突き出している。これらの締付カム１ｄ、１ｅは回転環１から両側に突き出ている。
【００９０】
締付カム１ｄ、１ｅは回転環１と同心状に、リング状に形成されている。ただし、これらは径方向面１ｂ、１ｃに部分的にのみ形成されてもよい。径方向面１ｂ、１ｃは、摺動面１ａならびに摺動面１ａとは相反する側の径方向面に比して、それぞれ軸方向内側にずらされている。締付カム１ｄ、１ｅは回転環１の両側に、軸５の回転軸から径方向に向かって同じ高さ位置に形成されている。
【００９１】
具体的には、図１０は、上述したタイプのメカニカルシールと回転軸５とを備えた構造の軸側部分を示しており、回転環１は締付要素５ａとブシュ部５ｂとによって軸５に相対回転不能に連結され、その際、第１の締付カム１ｄはブシュ部５ｂに接し、第２の締付カム１ｅは締付要素５ａに接するように構成されている。
【００９２】
好適には、締付カム１ｄ、１ｅは、ブシュ部５ｂならびに締付要素５ａに形成されているのではなく、回転環１に形成されている。これは回転環１に使用される材料がブシュ部５ｂないし締付要素５ａに使用される材料よりも軟質であることに関連している。さらに、締付カム１ｄ、１ｅの均等な摩耗の達成も意図されている。回転環１は金属製であり、直径（内寸）３００ｍｍを有している。固定環２はカーボン材料製である。
【００９３】
本発明の技術思想のさらなる好適な実施態様およびそれらの技術的に展開された形態については、一方では、本願明細書の全体的な記載が、他方で、添付の特許請求項が参照される。
【００９４】
最後に、メカニカルシールおよびメカニカルシール手段につき本願明細書および／または特許請求項によって開示された実施態様およびそれらの組み合わせは、図面中におけるそれらの具体的な表示とはかかわりなく、すべて開示されているものとここに強調しておく。
【図１】
2013527902.tif 000003
【図２】
2013527902.tif 000004
【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】
2013527902.tif 000009
【図８】
2013527902.tif 000010
【図９】
2013527902.tif 000011
【図１０】
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【国際調査報告】
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