(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールケースに設けられた静止密封環と、シールケース及び静止密封環を洞貫する回転軸に着脱可能に挿通固定されたスリーブと、スリーブに設けられた回転密封環とを具備して、両密封環の相対回転摺接部分で機内領域と機外領域とを遮蔽シールするように構成されたメカニカルシールにおいて、
回転軸に挿通させたスリーブを、当該スリーブの基端部に軸線方向相対移動不能に係合保持された係合リングとこれに対向して回転軸に挿通された固定リングとこれに螺合されて固定リングを回転軸に固定する固定ネジと両リングを軸線方向相対移動不能に連結する連結ネジとにより、回転軸に固定するように構成してあり、
スリーブの外周面に周方向に所定間隔を隔てて複数個の凹部を形成すると共に、係合リングの内周面に当該各凹部に係合する凸部を形成して、この凹凸部の係合により係合リングがスリーブに軸線方向相対移動不能且つ相対回転不能に係合保持されていることを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】
シールケースに設けられた静止密封環と、シールケース及び静止密封環を洞貫する回転軸に着脱可能に挿通固定されたスリーブと、スリーブに設けられた回転密封環とを具備して、両密封環の相対回転摺接部分で機内領域と機外領域とを遮蔽シールするように構成されたメカニカルシールにおいて、
回転軸に挿通させたスリーブを、当該スリーブの基端部に軸線方向相対移動不能に係合保持された係合リングとこれに対向して回転軸に挿通された固定リングとこれに螺合されて固定リングを回転軸に固定する固定ネジと両リングを軸線方向相対移動不能に連結する連結ネジとにより、回転軸に固定するように構成してあり、
前記係合リングが径方向に２分割されており、その各分割部分が連結ネジにより前記固定リングに連結されていることを特徴とするメカニカルシール。
【請求項３】
シールケースに設けられた静止密封環と、シールケース及び静止密封環を洞貫する回転軸に着脱可能に挿通固定されたスリーブと、スリーブに設けられた回転密封環とを具備して、両密封環の相対回転摺接部分で機内領域と機外領域とを遮蔽シールするように構成されたメカニカルシールにおいて、
回転軸に挿通させたスリーブを、当該スリーブの基端部に軸線方向相対移動不能に係合保持された係合リングとこれに対向して回転軸に挿通された固定リングとこれに螺合されて固定リングを回転軸に固定する固定ネジと両リングを軸線方向相対移動不能に連結する連結ネジとにより、回転軸に固定するように構成してあり、
前記スリーブの一端部に、これが挿通されている回転軸部分の外径より大径の開口部を有し且つ開口部から当該スリーブの他端部方向へと漸次縮径するテーパ部を有するシール装填凹部を形成すると共に、このシール装填凹部に装填した弾性材製の環状シール部材を装填して、当該環状シール部材を前記両リングの連結ネジによる連結によってテーパ部と回転軸との間に押し込むことにより当該スリーブと回転軸との間をシールするように構成したことを特徴とするメカニカルシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールケースに設けられた静止密封環と、シールケースを洞貫する回転軸に着脱可能に挿通固定されたスリーブと、スリーブに設けられた回転密封環とを具備して、両密封環の相対回転摺接部分で被密封流体領域と非密封流体領域とを遮蔽シールするように構成されたメカニカルシールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のメカニカルシールとして、特許文献１〜４に開示される如く、回転機器の軸封部ケーシングに取り付けられたシールケースと、シールケースを洞貫する回転軸に着脱可能に挿通固定されたスリーブと、スリーブに固定された回転密封環と、シールケースに軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、シールケースと静止密封環との間に介装されて静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により被密封流体領域である機内領域と非密封流体領域である機外大気領域とを遮蔽するように構成されものが周知である。
【０００３】
而して、かかるメカニカルシールにあっては、シールケース外に突出させたスリーブの基端部に固定リングを嵌合させ、この固定リングを回転軸及びスリーブにネジ等により固定することにより、スリーブを回転軸に着脱可能に挿通固定させている。
【０００４】
すなわち、特許文献１に開示されたメカニカルシール（以下「第１従来メカニカルシール」という）及び特許文献２に開示されたメカニカルシール（以下「第２従来メカニカルシール」という）にあっては、固定リングをスリーブの基端部に嵌合するスリーブ固定部分と回転軸に嵌合する回転軸固定部分とが軸線方向に連なる形状に一体形成してなるものに構成して、スリーブ固定部分に螺合させた複数個のスリーブ固定ネジをスリーブに締め付けることによって固定リングをスリーブに固定すると共に、回転軸固定部分に螺合させた複数個の回転軸固定ネジを回転軸に締め付けることにより固定リングを回転軸に固定するように構成されている。
【０００５】
また、特許文献３に開示メカニカルシール（以下「第３従来メカニカルシール」という）にあっては、固定リングを嵌合させたスリーブの基端部に周方向に並列する複数個の係合孔及びネジ挿通孔を周方向に並列状に形成して、各係合孔に挿通させた係合ピンを固定リングに形成した挿通孔に挿通させることにより固定リングをスリーブの基端部に相対回転不能に連結した上、スリーブを回転軸に挿通させて、軸線方向位置を係合ピンと同一とする位置に配して固定リングに螺合させた複数個の回転軸固定ネジを前記各ネジ挿通孔に挿通させた上で回転軸に締め付けることにより、固定リングを介してスリーブを回転軸に固定するように構成されている。
【０００６】
また、特許文献４に開示メカニカルシール（以下「第４従来メカニカルシール」という）にあっては、固定リングを嵌合させたスリーブの基端部にその周方向に並列する複数個のネジ挿通孔を形成して、固定リングに螺合させたスリーブ固定ネジをスリーブに締め付けることにより固定リングをスリーブに固定し、更に軸線方向位置をスリーブ固定ネジと同一とする位置に配して固定リングに螺合させた複数個の回転軸固定ネジを前記ネジ挿通孔に挿通させた上で回転軸に締め付けることにより、固定リングを介してスリーブを回転軸に固定するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−１２２３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０９９３７公報
【特許文献３】特開２０１０−２１６５８７公報
【特許文献４】特開２００５−０４８８１８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、第１及び第２従来メカニカルシールでは、固定リングが回転軸固定ネジとスリーブ固定ネジとを軸線方向に所定間隔を隔てて螺合させるものであり、回転軸固定ネジを螺合する回転軸固定部分とスリーブ固定ネジを螺合するスリーブ固定部分とからなる軸線方向に長尺なものであることから、スリーブ部分（スリーブの基端部及びこれに固定された固定リング）のシールケース外への突出量が極めて大きくなる。一方、回転機器はメカニカルシールの設置スペースが制限されるものが多く、一般に、メカニカルシールを設置した場合におけるシールケース外のスペースは小さい。したがって、第１及び第２従来メカニカルシールでは、上記した如くスリーブ部分がシール外に大きく突出するため、メカニカルシールの設置スペースが制限されている回転機器には装着することが困難であり、適用できる回転機器が大幅に制限される。
【０００９】
これに対して、第３及び第４従来メカニカルシールでは、回転軸固定ネジと係合ピン又はスリーブ固定ネジの軸線方向位置が同一であり、固定リングの軸線方向長さを小さくすることができるから、シールケース外に突出するスリーブ部分（スリーブの基端部及びこれに固定された固定リング）が小さく、上記した問題はない。
【００１０】
しかし、第３及び第４従来メカニカルシールにあっては、スリーブにおける同一の軸線方向位置に周方向に並列して複数個の係合孔及びネジ挿通孔を形成するため、スリーブ強度が低下し、スリーブの回転軸への固定強度が低下する。特に、第３従来メカニカルシールでは、スリーブと固定リングとの固定を係合ピンによる係合作用によって行っているため、スリーブと固定リングとの連結が不安定であり、スリーブ固定の信頼性が低い。
【００１１】
また、第１、第２及び第４従来シールでは固定リングのスリーブへの固定をスリーブ固定ネジのスリーブへの締め付け力によって行っているため、固定リングのスリーブへの固定強度を高めるためにスリーブ固定ネジの締め付け力を高くすると、スリーブに歪を生じる虞れがあり、スリーブの肉厚（径方向厚み）を必要以上に大きくしておかざるを得ない。
【００１２】
本発明は、第１〜第４従来メカニカルシールにおける上記した問題を解決して、スリーブの回転軸への固定を確実且つ安定して状態で容易に行うことができるメカニカルシール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】
【００１３】
本発明は、シールケースに設けられた静止密封環と、シールケース及び静止密封環を洞貫する回転軸に着脱可能に挿通固定されたスリーブと、スリーブに設けられた回転密封環とを具備して、両密封環の相対回転摺接部分で機内領域と機外領域とを遮蔽シールするように構成されたメカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、回転軸に挿通させたスリーブを、当該スリーブの基端部に軸線方向相対移動不能に係合保持された係合リングとこれに対向して回転軸に挿通された固定リングとこれに螺合されて固定リングを回転軸に固定する固定ネジと両リングを軸線方向相対移動不能に連結する連結ネジとにより、回転軸に固定するように構成したものである。
【００１４】
かかるメカニカルシールの好ましい実施の形態にあっては、スリーブの外周面に周方向に所定間隔を隔てて複数個の凹部を形成すると共に、係合リングの内周面に当該各凹部に係合する凸部を形成して、この凹凸部の係合により係合リングがスリーブに軸線方向相対移動不能且つ相対回転不能に係合保持されている。また、係合リングが径方向に２分割されており、その各分割部分が連結ネジにより固定リングに連結されている。また、スリーブの一端部に、これが挿通されている回転軸部分の外径より大径の開口部を有し且つ開口部からスリーブの他端部方向へと漸次縮径するテーパ部を有するシール装填凹部を形成すると共に、このシール装填凹部に装填した弾性材製の環状シール部材を装填して、当該環状シール部材を前記両リングの連結ネジによる連結によってテーパ部と回転軸との間に押し込むことによりスリーブと回転軸との間をシールするように構成しておくことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のメカニカルシールは、スリーブの基端部に軸線方向相対移動不能に係合させた係合リングと回転軸に固定ネジにより固定させた固定リングとを連結ネジで連結することによって、スリーブを回転軸に挿脱可能に固定するように構成したものであるから、固定リングに軸線方向に所定間隔を隔てた二箇所に回転軸固定ネジとスリーブ固定ネジとを螺合させておく必要のある第１及び第２従来メカニカルシールに比して、スリーブ及び固定リングの軸線方向長さを小さくでき、メカニカルシール設置スペースが制限される回転機器にも良好に装着することができる。また、本発明のメカニカルシールにあっては、スリーブに係合リングないし固定リングを固定しておくための貫通孔を設ける必要がないから、同一の軸線方向位置に周方向に並列して複数個の貫通孔（係合孔及びネジ挿通孔）を形成しておく必要のある第３及び第４従来メカニカルシールと異なって、貫通孔によるスリーブ強度の低下を招くことがなく、スリーブと固定リングとの固定を係合ピンによる係合作用によって行っている第３従来メカニカルシールに比して、スリーブを強固に回転軸に固定させることができる。また、本発明のメカニカルシールにあっては、スリーブ固定ネジをスリーブに締め付けることにより固定リングをスリーブに固定するようにした第１、第２及び第４従来メカニカルシールに比して、スリーブ固定ネジの締め付けによりスリーブに歪を生じることがなく、スリーブの肉厚を薄くすることができる。
【００１６】
したがって、本発明によれば、冒頭で述べた如き第１〜第４従来メカニカルシールにおける問題を解決して、スリーブの回転軸への固定を確実且つ安定して状態で容易に行うことができ、メカニカルシール機能を適正且つ良好に発揮できるメカニカルシールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明に係るメカニカルシールの一例を示す断面図（断面は図３のＩ−Ｉ線に沿う）である。
【図２】図２は図１の要部を拡大して示す詳細図である。
【図３】図３は図２のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】図４は図２のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】図５は本発明に係るメカニカルシールの組立工程の一部を示す図２相当の断面図である。
【図６】図６は本発明に係るメカニカルシールの変形例を示す図１対応の断面図である。
【図７】図７は図６の要部を拡大して示す詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００１９】
図１は本発明に係るメカニカルシールの一例を示す断面図（断面は図３のＩ−Ｉ線に沿う）であり、図２は図１の要部を拡大して示す詳細図であり、図３は図２のIII −III 線に沿う断面図であり、図４は図２のIV−IV線に沿う断面図であり、図５は当該メカニカルシールの組立工程の一部を示す図２相当の断面図である。
【００２０】
図１に示すメカニカルシールＭは、熱油等の高温流体を扱うポンプ等の回転機器に装備されるもので、回転機器の軸封部ケーシング１に取り付けられたシールケース２と、軸封部ケーシング１及びシールケース２を貫通して当該回転機器外に突出する回転軸３に着脱可能に挿通固定されたスリーブ４と、スリーブ４に設けられた回転密封環５と、シールケース１に設けられた静止密封環６と、を具備して、両密封環５，６の対向端面である密封端面５ａ，６ａの相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分５ａ，６ａの外周側領域である被密封流体領域Ａとその内周側領域である非密封流体領域Ｂとを遮蔽シールするものであり、シールケース２及びこれに設けられた静止密封環６等で構成される静止側密封要素Ｍ１とスリーブ４及びこれに設けられた回転密封環５等で構成される回転側密封要素Ｍ２とをセット爪７により当該メカニカルシールＭの軸封部ケーシング１及び回転軸３への着脱時に一体連結させておくように構成されたカートリッジ形のものである。この例では、被密封流体領域Ａは当該回転機器の内部領域（機内領域）であって高圧の高温流体領域であり、非密封流体領域Ｂは当該回転機器の外部領域（機外領域）であって大気領域である。なお、以下の説明において、前後とは図１及び図２における左右を意味するものとする。また、両密封環５，６の側を先端側と称呼し、これと反対側を基端側と称呼する。
【００２１】
シールケース２は、図１に示す如く、軸封部ケーシング１に先端部（後端部）２１ａを衝合させた状態で取り付けられたケース本体２１とその内周面の軸線方向中間部に突設した環状凸部２１ｂに取り付けられたバッフル２２とケース本体２１の基端部（前端部）２１ｃに取り付けられたフランジ２３とその基端部（前端部）に取り付けられた円環状の閉塞板２４とからなる金属製の円筒構造体である。ケース本体２１は、先端部２１ａの内径を軸封部ケーシング１の内径に略一致させると共に環状凸部２１ｂの内径を先端部２１ａ及び基端部２１ｃの内径より小さくした円筒状のものである。バッフル２２は、ケース本体２１の環状凸部２１ｂの基端部（前端部）に取り付けられて、環状凸部２１ｂの内周部との間に隙間を有した状態で当該内周部から両密封環５，６の相対回転摺接部分５ａ，６ａの内周部近傍へと軸線方向に延びる薄肉円筒状のものである。フランジ２３は先端内周部から内方に突出する環状壁２３ａを有する円環状体であり、この環状壁２３ａと当該フランジ２３の基端内周部に取り付けた円環状の閉塞板２４との間に環状の二次シール空間２５を形成している。なお、シールケース２は、軸封部ケーシング１から軸線方向に突出する複数個（１個のみ図示）のボルト１ａに螺合させたナット１ｂを着脱することにより、軸線方向に移動させて軸封部ケーシング１に取り付け、取り外しすることができる。
【００２２】
スリーブ４は、図１に示す如く、基端部（前端部）４１をシールケース２外に突出させると共に先端部４２を軸封部ケーシング１内に突入させた状態で回転軸３に挿通固定された薄肉円筒状のもので、先端部４２には軸封部ケーシング１の内径より若干小さな外径の円環状鍔部４３が一体形成されている。スリーブ４の基端部４１の外周面には、シールケース２内のスリーブ部分との境界部位（閉塞板２４に対応する部位）に位置する環状凹部４４が形成されていて、図１に鎖線図示する如く、この環状凹部４４にシールケース２の基端面（フランジ２３の基端面）に取り付けた複数個（１個のみ図示）のセット爪７を係合させることにより、シールケース２とスリーブ４とを連結する、つまりシールケース２を含む静止側密封要素Ｍ１とスリーブ４を含む回転側密封要素Ｍ２とを当該メカニカルシールＭの組立形態と同一形態に一体連結するようになっている。
【００２３】
スリーブ４は、図１〜図４に示す如く、係合リング８と固定リング９と連結ネジ１０と固定ネジ１１とからなる固定手段により回転軸３に挿通固定されている。
【００２４】
すなわち、係合リング８は、スリーブ４の基端部４１に軸線方向相対移動不能且つ相対回転不能に係合された金属製の円環状体であり、周方向に等間隔を隔てて軸線方向に貫通する複数個のネジ孔８ａが形成されている。また、スリーブ４の基端部４１の外周面には、図１〜図３に示す如く、前記環状凹部４４よりスリーブ基端側に位置して、周方向に所定間隔を隔てて複数個の係合凹部４５が形成されている。また、係合リング８の内周面には、各係合凹部４５に係合する複数個の係合凸部８ｂが形成されている。各係合凹部４５は、図２及び図３に示す如く、スリーブ４の軸線に直交する断面（横断面）の形状が半月状をなし且つ当該軸線を通過する断面（縦断面）の形状が係合リング８の厚み（軸線方向長さ）に略一致する幅の矩形状をなすものであり、各係合凸部８ｂは各係合凹部４５の上記断面形状に略一致する断面形状をなすものである。したがって、各係合凹部４５に各係合凸部８ｂを係合させることにより、係合リング８はスリーブ４の基端部４１に軸線方向相対移動不能且つ相対回転不能に嵌合保持される。
【００２５】
ところで、係合リング８は、図３に示す如く、径方向に２分割（２等分）されており、各分割部分８Ａには少なくとも一個のネジ孔８ａ及び係合凸部８ｂが形成されている。この例では、図３に示す如く、スリーブ４の基端部４１に周方向に等間隔を隔てて４個の係合凹部４５が形成されており、係合リング８の各分割部分８Ａには３個のネジ孔８ａ及び２個の係合凸部８ｂが形成されている。
【００２６】
また、固定リング９は、図１及び図２に示す如く、回転軸３に挿通する本体部９１とその外周部から突出してスリーブ４の基端部４１に嵌合する嵌合部９２とその外周部から突出して係合リング８の外周部に嵌合する鍔部９３とからなる金属製の円環状体である。
【００２７】
固定リング９の本体部９１には、図２及び図４に示す如く、周方向に等間隔を隔てて径方向に貫通する複数個のネジ孔９１ａが形成されている。本体部９１における各ネジ孔９１ａが形成された部分とこれに隣接するネジ孔９１ａが形成された部分との間には、図２及び図４に示す如く、本体部９１の基端面及び内外周面に開口する凹部９１ｂが形成されている。
【００２８】
固定リング９の本体部９１及び嵌合部９２には、図２及び図４に示す如く、係合リング８の各ネジ孔８ａに一致して軸線方向に貫通する複数個のネジ挿通孔９４が形成されている。各ネジ挿通孔９４は、図２及び図４に示す如く、固定リング９の本体部９１に形成された各凹部９１ｂに開口されている。
【００２９】
而して、スリーブ４の回転軸３への固定は、上記固定手段８〜１１により次のように行われる。
【００３０】
すなわち、スリーブ４を回転軸３に挿通させて所定位置（セット爪７によりシールケース２と連結される位置）に位置させると共に、固定リング９を回転軸３に挿通させる。次いで、係合リング８の両分割部分８Ａを、各係合凸部８ｂをスリーブ４の係合凹部４５に係合させることにより、環状をなしてスリーブ４の基端部４１に軸線方向相対移動不能且つ相対回転不能に係合保持させた上、図５（Ａ）に示す如く、固定リング９の各ネジ挿通孔９４に挿通させた連結ネジ１０を係合リング８の各ネジ孔８ａに螺合させることにより、係合リング８と固定リング９とを連結する。なお、この例では、各連結ネジ１０として六角ボルトが使用されており、その頭部１０ａは固定リング９の凹部９１ｂに収納される。
【００３１】
そして、図５（Ｂ）に示す如く、各連結ネジ１０を締め付けて、固定リング９の嵌合部９２を係合リング８の基端面に衝合させると共に、固定リング９の鍔部９３を係合リング８の外周部に嵌合させ、両リング８，９の連結を完了させる。
【００３２】
このように両リング８，９を連結させた後、図２及び図４に示す如く、固定リング９の各ネジ孔９１ａに螺合させた固定ネジ１１を回転軸３に締め付けて、固定リング９を回転軸３に固定させることによって、スリーブ４を回転軸３に固定する。なお、この例では、固定ネジ１１として頭部を有しない穴付き止めネジが使用されている。
【００３３】
また、スリーブ４とこれが挿通固定された回転軸２との間は、環状シール部材１２によってシール（二次シール）されている。
【００３４】
すなわち、図２に示す如く、スリーブ４の基端部４１に、これが挿通されている回転軸３部分の外径より大径の開口部４６ａを有し且つ開口部４６ａからスリーブ４の先端部方向（後方向）へと漸次縮径するテーパ部４６ｂを有するシール装填凹部４６を形成すると共に、このシール装填凹部４６に装填した弾性材製の環状シール部材１２を装填して、当該環状シール部材１２を前記両リング８，９の連結ネジ１０による連結によってテーパ部４６ｂと回転軸３との間に押し込むことにより、スリーブ４と回転軸３との間をシールするように構成してある。
【００３５】
シール装填凹部４６は、スリーブ４の基端内周部に形成されており、図２に示す如く、円柱状の開口部４６ａとその先端から回転軸３の外周面へと漸次縮径する截頭円錐状のテーパ部４６ｂとからなる。
【００３６】
環状シール部材１２は、外周面の一部がシール装填凹部４６のテーパ部４６ｂに対応するテーパ面１２ｃに構成された断面台形状の円環状体である。すなわち、この例では、環状シール部材１２が、図５に示す如く、基端部（前端部）１２ａをその外周面がシール装填凹部４６の開口部４６ａの内周面より若干小径又はこれと略同一径をなし且つその内周面が回転軸３の外周面より若干大径又はこれと略同一径をなす円筒状に形成すると共に先端部（後端部）１２ｂをその外周面がシール装填凹部４６のテーパ部４６ｂの内周面に略一致するテーパ面１２ｃをなし且つその内周面が基端部１２ａの内周面と同一径をなす円錐台状に形成してなる円環状体であって、図５（Ａ）に示す如く、非圧縮状態でシール装填凹部４６に収納できる大きさに構成されている。環状シール部材１２の構成材としては、耐熱性を有する弾性材（例えば、膨張黒鉛又はこれを主成分とする膨張黒鉛複合材）が使用され、この例では日本ピラー工業（株）製の膨張黒鉛複合材「ピラーフォイル」が使用されている。
【００３７】
而して、係合リング８と固定リング９との連結が開始される前において、図５（Ａ）に示す如く、回転軸３に挿通されたスリーブ４のシール装填凹部４６に環状シール部材１２を挿入すると共に、シール装填凹部４６の開口部４６ａに押圧リング１３を挿入する。なお、押圧リング１３は環状シール部材１２より硬質の材料で構成されており、例えばステンレス鋼等の金属材で構成されている。
【００３８】
しかる後、係合リング８と固定リング９との連結ネジ１０による連結を開始し、連結ネジ１０を締め付けていく。このとき、連結ネジ１０の締め付けに伴って固定リング９がスリーブ４に係合保持された係合リング８に向かって相対移動して、固定リング９の本体部９１によって押圧リング１３を介して環状シール部材１２がシール装填凹部４６のテーパ部４６ｂ方向（後方向）へと押し込まれていく。そして、環状シール部材１２のテーパ面１２ｃがシール装填凹部４６のテーパ部４６ｂに衝合した後においては、固定リング９（及び押圧リング１３）の移動に伴って、環状シール部材１２は軸線方向及び径方向に圧縮され、係合リング８と固定リング９との連結が完了した時点においては、図５（Ｂ）に示す如く、環状シール部材１２はシール装填凹部４６のテーパ部４６ｂと回転軸３との対向周面間に強く接触した状態となり、スリーブ４と回転軸３との間を強力にシールする。なお、環状シール部材１２及びシール装填凹部４６のテーパ部４６ｂの形状は、係合リング８と固定リング９との連結が完了した状態（固定リング９の嵌合部９２が係合リング８の基端面に衝合した状態）において環状シール部材１２が適正なシール機能を発揮する圧縮形態となるように設定されている。
【００３９】
回転密封環５は、図１に示す如く、先端面（前端面）を軸線に直交する平滑平面である密封端面５ａに構成した円環状体であり、密封端面５ａをスリーブ４の基端部４１に向けた状態で、スリーブ４の先端部４２及び円環状鍔部４３に固定されたドライビングリング５１にＯリング５２及びドライブピン５３を介して嵌合固定されている。回転密封環５は超硬合金等の硬質材で構成されており、ドライブリング５１はステンレス鋼等の金属材で構成されている。
【００４０】
静止密封環６は、図１に示す如く、先端面（後端面）を軸線に直交する平滑平面である密封端面６ａに構成した円環状体であり、シールケース２の本体部２１の環状凸部２１ｂに衝合させた状態で当該本体部２１に内嵌固定されたアダプタリング６１、基端部をアダプタリング６１に固着された軸線方向に伸縮可能な筒状のベローズ６２及びベローズ６２の先端部に固着されたリテーナリング６３を介してシールケース２に軸線方向移動可能に保持されている。すなわち、静止密封環６は、シールケース２のバッフル２２の外周側において密封端面６ａを回転密封環５の密封端面５ａに対向させた状態でリテーナリング６３に嵌合固定されており、ベローズ６２によって回転密封環５に接触すべく軸線方向に押圧附勢されている。静止密封環６はカーボン等の回転密封環５より軟質材で構成されており、アダプタリング６１はステンレス鋼等の金属材で構成されており、ベローズ６２はニッケル合金（インコネル）等の金属材で構成されており、リテーナリング６３はニッケル鋼等の金属材で構成されている。
【００４１】
而して、当該メカニカルシールＭにあっては、両密封環５，６の密封端面５ａ，６ａの相対回転摺接作用により、その相対回転部分５ａ，６ａの外周側領域である被密封流体領域Ａとその内周側領域である非密封流体領域Ｂとが遮蔽シールされるが、この例では、シールケース２に形成された二次シール空間２５に軸周シール１４を配設して、非密封流体領域Ｂにおけるシールケース２内の部分を軸周シール１４で閉塞されたクエンチング室Ｂ１に形成してある。このクエンチング室Ｂ１には、図１に示す如く、シールケース２の本体部２１に形成したクエンチング流体供給通路２６からクエンチング流体Ｆ１（例えば、スチーム等）が供給される。
【００４２】
すなわち、軸周シール１４は、図１に示す如く、複数個の円弧状セグメントをガータスプリングで回転軸３に緊縛してなる一対のセグメントシール１４ａ，１４ａからなるもので、クエンチング室Ｂ１をシールケース２外の非密封流体領域Ｂ部分（大気領域）からシール（二次シール）するものである。クエンチング流体供給通路２６は、図１に示す如く、シールケース２の環状凸部２１ｂの内周面に開口するもので、当該環状凸部２１ｂとバッファ２２との対向周面間にクエンチング流体Ｆ１を供給する。当該対向周面間に供給されたクエンチング流体Ｆ１は、バッファ２２の外周面に沿ってベローズ６２内を通過して密封端面５ａ，６ａへと流動し、その後、反転してバッファ２２とスリーブ４との対向周面間を軸周シール１４方向に流動して、シールケース２の本体部２１に形成されたドレン通路２７からシールケース２外に排出され、この間において密封端面５ａ，６ａの冷却、洗浄を行うと共に密封端面５ａ，６ａから漏洩する被密封流体残渣による汚染部分の洗浄を行う。
【００４３】
また、シールケース２の本体部２１には、アダプタリング６１の外周側において被密封流体領域Ａに開口するフラッシング流体供給通路２８が形成されていて、このフラッシング流体通路２８からフラッシング流体Ｆ２（例えば、被密封流体や非密封流体に混入しても支障のない液体）を供給することにより密封端面５ａ，６ａをフラッシングするようになっている。
【００４４】
なお、ケース本体２１の先端部２１ａと軸封部ケーシング１との衝合部分、ケース本体２１の基端部２１ｃとフランジ２３との衝合部分及びシールケース２の環状凸部２１ｂとアダプタリング６１との衝合部分には、夫々、環状ガスケット２ａ，２ｂ，６４が介装されている。この例では、各環状ガスケット２ａ，２ｂ，６４及び回転密封環５とドライビングリング５１との間に介装されたＯリング５２は、環状シール部材１２と同質材で構成されている。
【００４５】
以上のように構成されたメカニカルシールＭは、セット爪７をスリーブ４の環状凹部４４に係合させて静止側密封要素Ｍ１と回転側密封要素Ｍ２とをメカニカルシール組立形態に一体連結した状態で、ボルト・ナット１ａ，１ｂによりシールケース２を軸封部ケーシング１に着脱させると共に係合リング８及び固定リング９によりスリーブ４を回転軸３に着脱させることによって回転機器に取り付け、取り外しすることができる。
【００４６】
このとき、スリーブ４の回転軸３への固定は、上記したように、スリーブ４に係合させた係合リング８と固定リング９とを連結ネジ１０により連結させると共に固定リング９を固定ネジ１１により回転軸３に固定させることによって行われるから、軸線方向の一箇所に固定ネジ１１を螺合させる固定リング９は、軸線方向に所定間隔を隔てる二箇所に回転軸固定ネジとスリーブ固定ネジとを螺合させる必要のある第１及び第２従来メカニカルシールの固定リングに比して、軸線方向長さを短くすることができる。したがって、シールケース２外に突出するスリーブ４の基端部４１は係合リング８を係合させるに必要且つ十分な軸線方向長さがあれば足りることとも相俟って、シールケース２外に突出するスリーブ部分（スリーブ４の基端部４１及びこれに係合リング８を介して連結される固定リング９）の軸線方向長さは、第１及び第２従来メカニカルシールに比して短尺となり、メカニカルシール設置スペースが小さいためシールケース外の軸線方向スペースを大きく確保できない回転機器においても、メカニカルシールＭを良好に装着することができ、適用できる回転機器が制限されることが少ない。
【００４７】
また、スリーブ４の基端部４１には、係合リング８を係合させるための係合凹部４５が形成されるのみで、第３又は第４従来メカニカルシールのような貫通孔（係合孔又はネジ挿通孔）が全く形成されないから、スリーブ４の強度が低下することがない。しかも、係合リング８はスリーブ１に軸線方向相対移動不能（及び相対回転不能）に係合されているにすぎないが、軸線方向において連結ネジ１０により固定リング９に強固に連結されるため、第３従来メカニカルシールのように固定リングを係合ピンによりスリーブに固定している場合に比して、固定リング９を強固にスリーブ４に固定することができる。したがって、第３及び第４従来メカニカルシールに比して、スリーブ４の回転軸３への固定を確実且つ強固に行うことができ、スリーブ固定の信頼性が高い。
【００４８】
また、第１、第２及び第４従来メカニカルシールにおいては、固定リングのスリーブへの固定を強固に行うためにスリーブ固定ネジの締め付け力を高くすると、当該締め付け力によりスリーブに歪が生じる虞れがあり、スリーブの肉厚を必要以上に厚くしておく必要がある。しかし、上記したメカニカルシールＭでは、固定リング９のスリーブ４への固定をスリーブ４に係合させた係合リング８との連結ネジによる連結によって行うようにしているから、スリーブ４に歪を生じさせることなく固定リング９をスリーブ４に強固に固定することができ、スリーブ４の肉厚を可及的に薄くしておくことができる。
【００４９】
ところで、第１〜第４従来メカニカルシールでは、スリーブと回転軸との間のシール（二次シール）をスリーブの内周面に形成したＯリング溝に係合保持させたＯリングによって行っているが、このＯリングの径方向への圧縮度（スリーブと回転軸との対向周面におけるシール力）はスリーブの回転軸への挿入を容易に行うために一定以上高くすることはできない。したがって、被密封流体が高圧である条件下では、スリーブと回転軸との間のシール力が不足する場合があり、安定したメカニカルシール機能を発揮できない虞れがある。
【００５０】
しかし、上記したメカニカルシールＭでは、スリーブ４に形成したシール装填凹部４６に装填した環状シール部材１２を軸線方向に押圧、圧縮することにより当該凹部４６のテーパ部４６ｂによって径方向に圧縮して回転軸３とスリーブ４との対向周面間に強く圧接させることから、回転軸３とスリーブ４との間のシール力が第１〜第４従来メカニカルシールに比して大幅に増大する。したがって、被密封流体が高圧である条件下においても、回転軸３とスリーブ４との間を良好にシールすることができ、安定したメカニカルシール機能を発揮することができる。しかも、環状シール部材１２の圧縮が係合リング８と固定リング９との連結に伴って自動的に行われることから、メカニカルシールＭの組立作業を極めて効率よく容易に行うことができる。
【００５１】
なお、本発明の構成は上記した実施の形態に限定されるものではなく、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。
【００５２】
例えば、環状シール部材１２は、上記した如く、外周面の一部をテーパ面１２ｃとする断面台形状のものであることが好ましいが、軸線方向に押圧、圧縮されることによりシール装填凹部４６のテーパ部４６ｂによって径方向に圧縮変形されるものである限り、その形状は任意である。環状シール部材１２として、例えば断面円形状のＯリングを使用することも可能である。また、係合リング８と固定リング９との連結に伴って環状シール部材１２を直接に押圧するための押圧リング１３は、固定リング９１の本体部９１に一体形成しておいてもよい。
【００５３】
また、係合リング８は、スリーブ４に軸線方向相対移動不能に係合できればよく、必ずしも上記した如くスリーブ４に相対回転不能に係合させておく必要はない。しかし、係合リング８を、スリーブ４に軸線方向相対移動不能に係合させると共に相対回転不能に係合させておくことにより、スリーブ４の回転軸３への固定がより安定すると共に係合リング８と固定リング９との連結作業もより効率よく容易に行うことができる。
【００５４】
また、被密封流体がさほど高圧でない条件下で使用されるメカニカルシールＭにおいては、図６に示す如く、第１〜第４従来メカニカルシールと同様に、スリーブ４の内周面に形成したＯリング溝に係合保持させたＯリング６５によって回転軸３とスリーブ４との間をシールするようにしてもよい。この場合、図７に示す如く、係合リング８と固定リング９との連結時においてスリーブ４の基端面が固定リング９の本体部９１に衝合するように構成しておくことができ、シールケース２外へのスリーブ４の軸線方向突出量（及び固定リング９の軸線方向長さ）をより小さくすることができる。なお、図６及び図７に示すメカニカルシールＭの構成は、上記した点を除いて、図１〜図５に示すメカニカルシールＭと同一であるから、同一である構成部分については図６及び図７において図１〜図５に示す符号と同一符号を使用することにより詳細な説明は省略する。
【００５５】
また、本発明は、上記したカートリッジ構造のメカニカルシールＭに限定されず、メンテナンス等のためにスリーブ４を回転軸３に着脱可能に固定する必要のあるすべてのメカニカルシール（例えば、各構成部材を各別に一定の手順で回転機器に組み込むようにしたメカニカルシール）に適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１      軸封部ケーシング
２      シールケース
２ａ    環状ガスケット
２ｂ    環状ガスケット
３      回転軸
４      スリーブ
５      回転密封環
５ａ    回転密封環の密封端面
６      静止密封環
６ａ    静止密封環の密封端面
７      セット爪
８      係合リング
８ａ    係合リングのネジ孔
８ｂ    係合リングの係合凸部
９      固定リング
１０    連結ネジ
１１    固定ネジ
１２    環状シール部材
１２ａ  環状シール部材の基端部
１２ｂ  環状シール部材の先端部
１２ｃ  環状シール部材のテーパ面
１３    押圧リング
１４    軸周シール
１４ａ  セグメントシール
２１    ケース本体
２１ａ  ケース本体の先端部
２１ｂ  ケース本体の環状凸部
２１ｃ  ケース本体の基端部
２２    バッフル
２３    フランジ
２３ａ  フランジの環状壁
２４    閉塞板
２５    二次シール空間
２６    クエンチング流体供給通路
２７    ドレン通路
２８    フラッシング流体供給通路
４１    スリーブの基端部
４２    スリーブの先端部
４３    スリーブの円環状鍔部
４４    スリーブの環状凹部
４５    スリーブの係合凹部
４６    シール装填凹部
４６ａ  シール装填凹部の開口部
４６ｂ  シール装填凹部のテーパ部
５１    ドライビングリング
５２    Ｏリング
５３    ドライブピン
６１    アダプタリング
６２    ベローズ
６３    リテーナリング
６４    環状ガスケット
９１    固定リングの本体部
９１ａ  固定リングのネジ孔
９１ｂ  固定リングの凹部
９２    固定リングの嵌合部
９３    固定リングの鍔部
９４    固定リングのネジ挿通孔
Ａ      被密封流体領域
Ｂ      非密封流体領域
Ｂ１    クエンチング室
Ｆ１    クエンチング流体
Ｆ２    フラッシング流体
Ｍ      メカニカルシール
Ｍ１    静止側密封要素
Ｍ２    回転側密封要素
【図１】
0006386915.tif 000002
【図２】
0006386915.tif 000003
【図３】
0006386915.tif 000004
【図４】
0006386915.tif 000005
【図５】
0006386915.tif 000006
【図６】
0006386915.tif 000007
【図７】
0006386915.tif 000008