(57)【要約】      （修正有）【課題】回転環の自重により回転環がスリーブから抜け落ちることを防止すると共に、スリーブに対して回転環を容易に組み付け取り外すことができるメカニカルシールを提供する。【解決手段】被装着対象機器の回転軸の外周面に固定されるスリーブ１１と、スリーブの外周面に対して内周面が対向して取り付けられ回転軸の回転に応じて回転する回転環１０と、回転環の内周面とスリーブの外周面との間に嵌装されるＯリング１２と、を少なくとも含み、回転環の軸線方向と垂直な面とその面に対向する非回転環２０の面とが互いに摺動することにより、被装着対象機器の内容物をシールするメカニカルシールであって、Ｏリングが接触する回転環の内周面とスリーブの外周面との各々に、Ｏリングを押圧する凹溝Ｐ１、Ｐ２が設けられている。【選択図】図３
0003206843.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
被装着対象機器の回転軸の外周面に固定されるスリーブと、
前記スリーブの外周面に対して内周面が対向して取り付けられ前記回転軸の回転に応じて回転する回転環と、
前記回転環の内周面と前記スリーブの外周面との間に嵌装されるＯリングと、
を少なくとも含み、
前記回転軸の回転に応じて回転する前記回転環の軸線方向と垂直な面と前記回転環の軸線方向と垂直な面と対向する非回転環の面とが互いに摺動することにより、前記被装着対象機器の内容物をシールするメカニカルシールであって、
前記Ｏリングが接触する前記回転環の内周面と前記スリーブの外周面との各々に、前記Ｏリングを押圧する凹溝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】
前記回転環を前記スリーブに対して取り付ける際に前記スリーブの外周面に対して最先に対向する前記回転環の内周面の面取り角度は、前記回転環の内周面に設けられた凹溝の面取り角度と比較して緩やかであ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】
被装着対象機器の回転軸の外周面に固定されるスリーブと、
前記スリーブに対してＯリングを介して嵌装される回転環バックメタルと、
前記回転環バックメタルに対してＯリングを介して嵌装され前記回転軸の回転に応じて回転する回転環と、
前記回転環の回転に応じて回転する前記回転環の軸線方向と垂直な面と前記回転環の軸線方向と垂直な面と対向する非回転環の面とが互いに摺動することにより、前記被装着対象機器の内容物をシールするメカニカルシールであって、
前記非回転環に対してＯリングを介して嵌装される非回転環バックメタルと、
前記非回転環バックメタルに対してＯリングを介して嵌装される環状のリテーナと、
前記リテーナの外周面に対して内周面がＯリングを介して嵌装されるグランドカバーと、
をさらに含み、
前記グランドカバーの内周面と前記リテーナの外周面との各々に、前記Ｏリングを押圧する凹溝が設けられていることを特徴とするメカニカルシール。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、メカニカルシールに関し、特に、回転環とスリーブとの間にＯリングを用いるメカニカルシールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルシールは、回転軸に装着された回転環の端面とケーシング（機器）側に装着された非回転環の端面とを摺動接触させてシール面を形成し、回転軸の軸線方向（押し付ける方向）に架かるスプリングで軸方向に押し付けることにより、回転軸とケーシング（機器）との間のシールを行うシール装置として、種々の分野において広く使用されている。
【０００３】
回転環はモータの回転軸に装着されて回転軸と共に回転し、非回転環はケーシング（機器）等の静止側部材に装着され回転しない構造を有している。この非回転環は回転環と摺動接触し摩擦抵抗による回転力を受ける。
【０００４】
また、シール面はメカニカルシールを使用するに従って摩耗するため、これを補償する必要があり、振動や軸振れに追随するため、回転環か非回転環の何れかを軸線方向に移動可能な従動環として構成するのが普通である。すなわち、シール面の摩耗や振動等に対処するため、及びシール面の接触圧を維持するため、回転環か非回転環の何れかを軸線方向に従動可能とし、スプリングによりシール面方向に押圧しておく必要がある。
【０００５】
非回転環は、上記したようにケーシング（機器）側に装着されるが、このケーシング（機器）等の装着体との間はＯリングによりシールされ、このＯリングとの摺動により従動可能に構成するのが普通である。Ｏリングは周知のように、所定の圧力を加えることにより対象物に密着してシール機能を発揮するものであるが、メカニカルシールの場合、Ｏリングは通常、ケーシング（機器）又は回転軸である装着体に形成された溝に装着され、この溝深さをＯリングの断面径よりも小さくして、この溝によりＯリングに締め代を与えて装着体に密着させる構成を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平０８−０１４３２２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、Ｏリングの摩擦抵抗及びスプリング荷重による押付力により、メカニカルシールがどのような方向に載置されたとしても回転環が容易に抜け出さない構造を有していた。このような状況下、回転環の材質は、機内側流体に対する耐食性、摺動特性、コスト等に応じて炭化ケイ素や超硬合金等が選定されている。
【０００８】
しかしながら、超硬合金を材質とする回転環は、その重量が大きいため、従前のＯリングの摩擦抵抗とスプリング荷重だけでは支えることができないこともあり、回転環を如何に抜け落ちないように保持するかといった点が問題となっていた。
【０００９】
特に、メカニカルシールを梱包し、被装着対象機器の回転軸が載置されている現場へ向けて輸送する際に、メカニカルシールがスプリングを下に回転環を上に配置した状態（以下、「下向きの状態」という。）で載置される場合がある。このとき、輸送時の衝撃等の外的要因により、回転環がスリーブから抜け落ちてしまうという課題があった。
【００１０】
この課題を解決するため、スプリングの荷重を大きくするとシール面の押付力が大きくなってしまい製品性能に影響があるため、荷重を大きくすることに対してはある程度の限度がある。また、Ｏリングの摩擦抵抗を大きくすると、回転環をスリーブに嵌め込む際の摩擦抵抗が大きくなってしまい、組み込み難くなる。したがって、スプリング荷重とＯリングの摩擦抵抗を調節することによって回転環の抜け落ちを防ぐことは困難であった。
【００１１】
また、スナップリング等の押え板を使用して回転環の抜け落ちを防止することや、回転環とスリーブとをボルト等を用いて締結することにより回転環の抜け落ちを防止することも考えられえるが、回転軸にメカニカルシールを取り付ける空間領域が非常に狭小であるため、これ等の構造を採用することは困難であった。
【００１２】
そこで、本考案は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、取り付け空間領域が非常に狭小な条件下において、メカニカルシールが下向きの状態に取り付けられた場合でも、回転環の自重により回転環がスリーブから抜け落ちることを防止すると共に、スリーブに対して回転環を容易に組み付けることができ、かつ、スリーブから回転環を容易に取り外すことができるメカニカルシールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本考案は、被装着対象機器の回転軸の外周面に固定されるスリーブと、前記スリーブの外周面に対して内周面が対向して取り付けられ前記回転軸の回転に応じて回転する回転環と、前記回転環の内周面と前記スリーブの外周面との間に嵌装されるＯリングと、を少なくとも含み、前記回転軸の回転に応じて回転する前記回転環の軸線方向と垂直な面と前記回転環の軸線方向と垂直な面と対向する非回転環の面とが互いに摺動することにより、前記被装着対象機器の内容物をシールするメカニカルシールであって、前記Ｏリングが接触する前記回転環の内周面と前記スリーブの外周面との各々に、前記Ｏリングを押圧する凹溝が設けられていることを特徴とするメカニカルシールである。
【００１４】
また、本考案は、請求項１に記載のメカニカルシールにおいて、前記回転環を前記スリーブに対して取り付ける際に前記スリーブの外周面に対して最先に対向する前記回転環の内周面の面取り角度は、前記回転環の内周面に設けられた凹溝の面取り角度と比較して緩やかであることを特徴とするメカニカルシールである。
【００１５】
さらに、上記課題を解決するために、本考案は、被装着対象機器の回転軸の外周面に固定されるスリーブと、前記スリーブに対してＯリングを介して嵌装される回転環バックメタルと、前記回転環バックメタルに対してＯリングを介して嵌装され前記回転軸の回転に応じて回転する回転環と、前記回転環の回転に応じて回転する前記回転環の軸線方向と垂直な面と前記回転環の軸線方向と垂直な面と対向する非回転環の面とが互いに摺動することにより、前記被装着対象機器の内容物をシールするメカニカルシールであって、前記非回転環に対してＯリングを介して嵌装される非回転環バックメタルと、前記非回転環バックメタルに対してＯリングを介して嵌装される環状のリテーナと、前記リテーナの外周面に対して内周面がＯリングを介して嵌装されるグランドカバーと、をさらに含み、前記グランドカバーの内周面と前記リテーナの外周面との各々に、前記Ｏリングを押圧する凹溝が設けられていることを特徴とするメカニカルシールである。
【考案の効果】
【００１６】
本考案によれば、回転環の自重により回転環がスリーブから抜け落ちることを防止すると共に、スリーブに対して回転環を容易に組み付けることができ、かつ、スリーブから回転環を容易に取り外すことができるメカニカルシールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本考案の実施形態におけるメカニカルシールが回転軸に装着された状態を示す断面図である。
【図２】従来のメカニカルシールが回転軸に装着された状態を示す断面の要部拡大図である。
【図３】本考案の実施形態におけるメカニカルシールが回転軸に装着された状態を示す断面図である図１のＡ部分の要部拡大図である。
【図４】本考案の実施形態におけるメカニカルシールのスリーブと回転環との間をシールするＯリングが挿入される凹溝の詳細を説明する図である。
【図５】本考案の他の実施形態におけるメカニカルシールが回転軸に装着された状態を示す断面の要部拡大図である。
【考案を実施するための形態】
【００１８】
以下、本考案の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には、同一の符号が付されている。図１は、本考案の実施形態におけるメカニカルシールが回転軸に装着された状態を示す断面図である。
【００１９】
図１において、メカニカルシール１００は、被装着対象機器である回転機械のケーシング（機器）Ｃの回転軸Ｊ上に装着され、回転軸Ｊとケーシング（機器）Ｃとの間をシールし、機内Ｙ側からの大気Ｘ側への漏れをシールする構成になっている。この場合（図１の場合）は、機内Ｙ側は高圧、大気Ｘ側は低圧になっている。
【００２０】
メカニカルシール１００は、まず、回転軸Ｊの外周面にＯリング１３を介して装着されたスリーブ１１と、このスリーブ１１の外周面にＯリング１２及びピン１４を介して内周面が嵌装され、回転軸Ｊと一体的に回転する回転環１０と、から構成されている。回転環１０は、回転軸Ｊ上に回転可能に装着され、非従動の回転環になっている。
【００２１】
さらに、メカニカルシール１００は、回転環１０の端面、すなわち回転軸Ｊの軸線方向と垂直な面と摺動接触してシール面Ｓを形成する端面を有する非回転環２０と、この非回転環２０をＯリング２８及びピン２３を介して嵌装するバックメタル２４と、から構成されている。非回転環２０は、バックメタル２４を介してケーシングＣに対して回転軸Ｊの軸線方向に移動可能になっており、回転軸Ｊの軸線方向の移動や、シール面Ｓの摩耗に応じて従動できるように構成されている。非回転環２０は、スプリング２６によりシール面Ｓの方向に押圧されるようになっている。
【００２２】
次に、従来のメカニカルシールが回転軸に装着された状態を示す断面の要部について説明する。図２は、従来のメカニカルシールが回転軸に装着された状態を示す断面の要部拡大図である。
【００２３】
図２において、図１と共通する部分については、同一の符号が付されている。図２は、従来のメカニカルシールが回転軸に装着されたときの図１における点線Ａで囲まれた部分を拡大したものである。
【００２４】
図２に示す従来のメカニカルシール１００´において、メカニカルシール１００´を梱包し、被装着対象機器の回転軸Ｊが置かれている現場へ向けて輸送する際に、メカニカルシール１００´がスプリング２６を下に回転環１０を上に配置した状態（図２の矢印Ｚ方向を下にして縦置きされた状態、以下、「下向きの状態」という。）で載置される場合がある。
【００２５】
このとき、輸送時の衝撃等の外的要因により、回転環１０がスリーブ１１から抜け落ちてしまうという課題があった。本考案では、スプリング２６の荷重とＯリング１２の摩擦抵抗を何ら変更することなく、また、何ら他の部材を用いることなくこの課題を解決している。以下、本考案の実施形態について具体的に説明する。
【００２６】
図３は、本考案の実施形態におけるメカニカルシールが回転軸に装着された状態を示す断面図である図１のＡ部分の要部拡大図である。
【００２７】
図３では、スリーブ１１の外周面と回転環１０の内周面との間に嵌装されるＯリング１２の接触面を、スリーブ１１の外周面側に設けられた凹溝Ｐ１と回転環１０の内周面側に設けられた凹溝Ｐ２との間に接触させることとしている。すなわち、従来、スリーブ１１の外周面と回転環１０の内周面との間に嵌装されるＯリング１２の接触面を、図２に示すように、スリーブ１１の外周面又は回転環１０の内周面の何れか一方に設けられた凹溝Ｐ（図２の場合は、スリーブ１１の外周面側に凹溝Ｐが設けられている。）と回転環１０の内周面又はスリーブ１１の外周面の何れか一方の平面とに接触させていたのに対し、本考案の実施形態では、スリーブ１１の外周面に設けられた凹溝Ｐ１と回転環１０の内周面に設けられた凹溝Ｐ２とにそれぞれ接触させることにより、回転環１０を、スリーブ１１の凹溝Ｐ１と回転環１０の凹溝Ｐ２との双方に接触するＯリング１２の摩擦抵抗で保持することとしている。
【００２８】
換言すれば、回転環１０の内周面に凹溝Ｐ２を設けることにより、回転環１０の凹溝Ｐ２とＯリング１２との間に引っ掛かり抵抗を新たに形成することにより、メカニカルシール１００がスプリング２６を下に回転環１０を上に向けた状態（図３の矢印Ｚ方向を下にして縦置きされた状態）で載置された場合であっても、回転環１０が自重によりスリーブ１１から抜け落ちることを防止することとしている。
【００２９】
また、図２と図３とにおいて、Ｏリング１２の高さ寸法Ｈ、すなわち、Ｏリング１２自身の潰れ量は変わっていない。すなわち、図２のスリーブ１１の外周面に設けられた凹溝Ｐの深さ寸法Ｈと、図３のスリーブ１１の外周面に設けられた凹溝Ｐ１の深さ寸法と回転環１０の内周面に設けられた凹溝Ｐ２の深さ寸法との和Ｈ´は、同一となっている。スリーブ１１の外周面に凹溝Ｐ１を回転環１０の内周面に凹溝Ｐ２をそれぞれ設けることにより、従来構造と比較して、スリーブ１１と回転環１０とによるＯリング１２に対する締め代を変えることなく、Ｏリング１２に対する引っ掛かり抵抗（摩擦抵抗）を増加させることとしている。
【００３０】
次に、本考案の実施形態におけるメカニカルシールのスリーブと回転環との間をシールするＯリングが挿入される凹溝の詳細について説明する。図４は、本考案の実施形態におけるメカニカルシールのスリーブと回転環との間をシールするＯリングが挿入される凹溝の詳細を説明する図である。
【００３１】
出願人による実験により、フッ素ゴム製の所定の線径を有するＯリング１２と、所定の自重を有する超硬合金製の回転環１０とを用いて回転環１０の抜け出し荷重を測定したところ、回転環１０の自重の十倍以上の荷重を得るための最適な回転環１０の凹溝Ｐ２の深さ寸法Ｄを得ることができた。なお、図４に示すように、回転環１０とスリーブ１１との間にＯリングを嵌脱する際、Ｏリング１２に傷を付けることなく、かつ、Ｏリング１２を嵌脱し易くするため、回転環１０をスリーブ１１に対して取り付ける際にスリーブ１１の外周面に対して最先に対向する回転環１０の内周面に面取りＣ´を、回転環１０の凹溝Ｐ２に面取りＣをそれぞれ設け、面取りＣの角度と比較して、面取りＣ´の角度を緩やかにしておくのが好ましい。
【００３２】
次に、本考案の他の実施形態におけるメカニカルシールが回転軸に装着された状態を示す断面の要部について説明する。図５は、本考案の他の実施形態におけるメカニカルシールが回転軸に装着された状態を示す断面の要部拡大図である。
【００３３】
図５において、回転環１０はＯリング１６を介して回転環バックメタル１５に嵌装されている。また、非回転環２０はＯリング１７を介して非回転環バックメタル２１に嵌装されている。そして、非回転環バックメタル２１にはコンプリング２２が連結され、このコンプリング２２を介してスプリング２６によって回転環１０方向に付勢されている。
【００３４】
また、グランドカバー３０は、回転環１０をシールした状態でその外側を覆うものであり、Ｏリング１８を介してケーシング（機器）Ｃに装着されている。そして、環状のリテーナ２７は、非回転環バックメタル２１をＯリング１９を介して嵌装するものであり、ケーシング（機器）Ｃ側には、コンプリング２２の外径より大径の図示しない開口が形成され、そこにリテーナ２７が装着される。メカニカルシール１００を組み込む際には、この開口からスプリング２６とコンプリング２２とを装着し、その後、リテーナ２７を装着する。
【００３５】
そして、このメカニカルシール１００が回転環１０を下にリテーナ２７を上に向けた状態（図５の矢印Ｗ方向を下向きにして縦置きされた状態）で被装着対象機器の回転軸Ｊに組み込まれた場合であっても、リテーナ２７が自重によりグランドカバー３０から抜け落ちることを防止している。
【００３６】
具体的には、上記実施形態において説明したのと同様に、従来、リテーナ２７とグランドカバー３０との間に嵌装されるＯリング２５を、従来、リテーナ２７又はグランドカバー３０の何れか一方に設けられた凹溝とグランドカバー３０又はリテーナ２７の何れか一方の平面とに接触させていたのに対し、本考案の他の実施形態では、図５に示すように、リテーナ２７の外周面に設けられた凹溝とグランドカバー３０の内周面に設けられた凹溝とにそれぞれ接触させることにより、リテーナ２７を、リテーナ２７の凹溝とグランドカバー３０の凹溝との双方に接触するＯリング２５の摩擦抵抗で保持することとしている。
【００３７】
このように本考案は、被装着対象機器の回転軸の外周面に固定されるスリーブと、スリーブの外周面に対して内周面が対向して取り付けられ回転軸の回転に応じて回転する回転環と、回転環の内周面とスリーブの外周面との間に嵌装されるＯリングと、を少なくとも含み、回転軸の回転に応じて回転する回転環の軸線方向と垂直な面と回転環の軸線方向と垂直な面と対向する非回転環の面とが互いに摺動することにより、被装着対象機器の内容物をシールするメカニカルシールにおいて、Ｏリングが接触する回転環の内周面とスリーブの外周面との各々に、Ｏリングを押圧する凹溝を設けることとしている。これにより、回転環の自重により回転環がスリーブから抜け落ちることを防止すると共に、スリーブに対して回転環を容易に組み付けることができ、かつ、スリーブから回転環を容易に取り外すことが可能なメカニカルシールを得ることが可能になるのである。
【００３８】
以上、これまで本考案の実施形態について説明してきたが、本考案の実施形態は上述した実施形態に限定されるものではない。すなわち、他の実施形態、追加、変更、削除等、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、何れの態様においても本考案の作用効果を奏する限り、本考案の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１０    回転環
１１    スリーブ
１２、１３、１６、１７、１８、１９、２５、２８    Ｏリング
１４、２３    ピン
１５    回転環バックメタル
２０    非回転環
２１    非回転環バックメタル
２２    コンプリング
２４    バックメタル
２６    スプリング
２７    リテーナ
３０    グランドカバー
１００、１００´    メカニカルシール
【図１】
0003206843.tif 000003
【図２】
0003206843.tif 000004
【図３】
0003206843.tif 000005
【図４】
0003206843.tif 000006
【図５】
0003206843.tif 000007