(57)【要約】  【課題】  二次シールリング１５近傍の静止側密封環３の外周とケーシング２側との間の隙間２４に、ケーシング２内の被密封流体Ｓに含まれるスラリーが浸入して二次シールリング１５に付着するのを防止し、以て静止側密封環３が軸方向移動に対する追随性を妨げられることなく静止側・回転側密封環３，６の両シール面３ａ，６ａ同士の密接追随性を良好にしてシール性を向上できるメカニカルシールを提供する。  【解決手段】  静止側密封環３の外周とケーシング２側との間の隙間２４内において、静止側密封環３の入隅部１１と二次シールリング１５との間に、二次シールリング１５の硬さよりも軟らかく、ケーシング２内の被密封流体Ｓの圧力の作用で変形する柔軟で弾力性ある環状の軟質目詰材（ショア硬さ３〜３０）２５を備える。【選択図】      図１
2005172107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング側に非回転状態に保持された静止側密封環と、回転軸に該回転軸と共に回転するよう保持された回転側密封環とを軸方向に対向させて設けてあり、前記静止側密封環及び前記回転側密封環の一方又は両方が軸線方向に移動可能であり、前記静止側密封環及び前記回転側密封環の軸方向に互いに対向する端面にそれぞれ形成された静止側・回転側シール面同士を密接してシール面を形成しており、前記静止側シール面は前記静止側密封環の外周側から突出させて形成し、この突出した静止側シール面の背面側に入隅部を形成しており、前記静止側密封環の静止側シール面の背面側の外周と前記ケーシング側との間の隙間に二次シールリングを嵌め込んでいるメカニカルシールにおいて、
前記静止側密封環の入隅部と前記二次シールリングとの間に、前記二次シールリングの硬さよりも軟らかく、前記ケーシング内の被密封流体の圧力の作用で変形する柔軟で弾力性ある環状の軟質目詰材を備えていることを特徴とする、メカニカルシール。
【請求項２】
前記軟質目詰材のショア硬さが３〜３０である、請求項１記載のメカニカルシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラリーや汚泥等を多量に含む過酷な流体を取り扱うポンプ等機器の軸封部に好適に用いられるメカニカルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のメカニカルシールとして、たとえば、図３に示すようなものが公知である（例えば、特許文献１参照。）。そのメカニカルシール３０は、機器の軸封部のケーシング（ハウジング）３１側に軸線方向に移動可能に保持された静止側密封環（従動環）３２と、回転軸３３に軸線方向へ移動不可能に且つ回転軸３３と共に回転するように保持された回転側密封環（回転環）３４とを軸方向に対向させて設け、静止側密封環３２と回転側密封環３４が、互いに静止側シール面３２ａ及び回転側シール面３４ａ同士を密接してシール面３５を形成することにより、回転軸３３の回転中にもケーシング３１と回転軸３３との間の軸周隙間を通じてケーシング３１内の被密封流体Ｓが機外Ｔへ漏洩するのを防止している。そして、機器の振動や静止側・回転側シール面３２ａ，３４ａの摩耗等に対応すべく常に静止側・回転側シール面３２ａ，３４ａの密接状態を維持できるように、静止側密封環３２の静止側シール面３２ａとは反対の背面側に、静止側密封環３２を回転側密封環３４側に押し付けるスプリング３６を設けている。静止側密封環３２の延出端３７とケーシング３１側の内周に段付形成されたシール保持部３８との間の隙間にはＯリングによる二次シールリング３９を嵌め込んで二次シールしている。
【０００３】
しかしながら、このように構成されたメカニカルシール３０は、回転軸３３の回転中にケーシング３１内のスラリー状の被密封流体Ｓが強制流動させられると共に、高圧力を伴っているので、二次シールリング３９近傍の静止側密封環３２の延出端３７の外周とケーシング３１側のシール保持部３８の内周との間の隙間に被密封流体Ｓに含まれるスラリーが浸入して沈降堆積し、この堆積物が二次シールリング３９に付着して二次シールリング３９が固着状態になるため、静止側密封環３２の軸方向移動に追随すべく二次シールリング３９が滑ったり、ねじれたりする妨げになる。この結果、静止側密封環３２が回転側密封環３４の回転側シール面３４ａに密接するために軸方向へ移動しながら追随しようとするのが損なわれることになり、静止側密封環３２の静止側シール面３２ａのシール機能が発揮できなくなる。更に、運転、停止が繰り返されるごとに、前記スラリー堆積物が増して行くことになるから、シールするための静止側密封環３２は軸方向移動に対する追随性が機能しなくなり、両密封環３２，３４のシール面３２ａ，３４ａ間から被密封流体Ｓの漏洩が惹起することになる。このためにメカニカルシールを分解して清掃しなければならず、保守管理が甚だ面倒であった。
【０００４】
上記メカニカルシール３０と基本的構成を同じくして上記スラリー堆積問題を改善する先行技術として、例えば、図４や図５に示すようなメカニカルシール４１がある（例えば、特許文献２参照。）。そこでは、ケーシング３１に噴出通路４２を形成し、この噴出通路４２に図外のポンプにより洗浄液Ｗを圧送し、噴出通路４２から噴出する洗浄液Ｗで二次シールリング３９近傍の静止側密封環３２の外周とケーシング３１側との間の隙間に堆積したスラリー状被密封流体Ｓの堆積物４２を洗浄除去するというものである。尚、図４、図５中、３３は回転軸、３４は回転側密封環、３６はコイルスプリング、Ｔは機外を示す。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２２４９４７号公報
【特許文献２】特開２００３−１４１３６号公報（〔０００８〕〜〔００１４〕、図８、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、図４や図５に示されるメカニカルシール４１では、洗浄液Ｗを圧送するポンプ等の設備も必要となるため、設備コストの高騰を招くという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは上記のようなメカニカルシールにおいて、簡単かつ低コスト設備で、二次シールリング近傍の静止側密封環の外周とケーシング側との間の隙間にスラリー状被密封流体が浸入して二次シールリングに付着するのを防止し、以て静止側密封環が軸方向移動に対する追随性を妨げられることなく静止側密封環及び回転側密封環の両シール面の密接追随性を良好にしてシール性を向上できるメカニカルシールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の前提とするメカニカルシールは、ケーシング側に非回転状態に保持された静止側密封環と、回転軸に該回転軸と共に回転するよう保持された回転側密封環とを軸方向に対向させて設けてあり、前記静止側密封環及び前記回転側密封環の一方又は両方が軸線方向に移動可能であり、前記静止側密封環及び前記回転側密封環の軸方向に互いに対向する端面にそれぞれ形成された静止側・回転側シール面同士を密接してシール面を形成しており、前記静止側シール面は前記静止側密封環の外周側から突出させて形成し、この突出した静止側シール面の背面側に入隅部を形成しており、前記静止側密封環の静止側シール面の背面側の外周と前記ケーシング側との間の隙間に二次シールリングを嵌め込んでいるものである。
そのうえで、本発明は、前記静止側密封環の入隅部と前記二次シールリングとの間に、前記二次シールリングの硬さよりも軟らかく、前記ケーシング内の被密封流体の圧力の作用で変形する柔軟で弾力性ある環状の軟質目詰材を備えていることに特徴を有するものである。
【０００８】
この場合において、前記軟質目詰材は、ショア硬さ３未満では保形性に劣り、ショア硬さ３０を超えるとケーシング内の被密封流体の圧力の作用で変形し難いため、ショア硬さ３〜３０とすることが好ましい。軟質目詰材としては、例えば、ショア硬さ３〜３０のシリコーンゴムやフッ素ゴム、ニトリルブタジエンゴム等の軟質ゴムが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の上記構成のメカニカルシールによれば、静止側密封環の入隅部と二次シールリングとの間に軟質目詰材を備えているので、ケーシング内の被密封流体に含まれるスラリーが静止側密封環の外周とケーシング側との間の隙間に浸入して二次シールリングに付着するのを防止できる。したがって、スラリーの堆積による二次シールリングの固着問題が解消されるため、二次シールリングの捩れや滑りが妨げられることがなく、静止側密封環が回転側密封環の回転側シール面に密接するために軸方向へ移動しながら追随しようとするのが損なわれることが無くなり、静止側密封環の静止側シール面のシール機能が発揮できる。また、軟質目詰材を備えるだけの簡単で低コストな設備でスラリーの二次シールリングへの付着を防止することができるとともに、ケーシング内の被密封流体が静止側密封環の外周とケーシング側との間の隙間から機外へ漏れるのを防止する二次シール機能を二次シールリングと相俟ってより効果的に発揮できる。
【００１０】
軟質目詰材の背面側にケーシング内の被密封流体の圧力が作用することで軟質目詰材は変形するが、この軟質目詰材は二次シールリングよりも軟らかいため二次シールリングのねじれや滑りを阻害することがなく、したがって静止側密封環の軸方向移動に追随する二次シールリングのねじれや滑りによる追随性を確保でき、静止側密封環及び回転側密封環の両シール面の密接追随性を良好にしてシール性を向上できる。
ケーシング内の被密封流体圧の作用で変形する軟質目詰材はこの変形により静止側密封環の静止側シール面の背面側を押圧して静止側密封環を回転側密封環の回転側シール面へ押し付けるため、シール面の密接力が高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の好適な実施形態を図面に基づき説明する。図１は一実施例のメカニカルシールの断面図、図２は図１のメカニカルシールの軟質目詰材の変形状態を示す断面図である。
【００１２】
図１は、スラリーや汚泥等を多量に含む過酷な流体を取り扱うポンプ等機器の軸封部に装着されたメカニカルシールを示すものである。図１において、メカニカルシール１は、ポンプ等機器のケーシング２側に非回転状態に且つ軸線方向に移動可能に配置された静止側密封環３と、ケーシング２の内外貫通孔５に挿通された回転軸４側に該回転軸４と共に回転可能に取り付けられた回転側密封環６とが互いに軸方向に対向するように配置されている。そして、静止側密封環３の一端部に回転軸４の軸線Ｏとほぼ直交するよう形成された静止側シール面３ａと、回転側密封環６の一端部に軸線Ｏとほぼ直交するよう形成された回転側シール面６ａとが互いに密接することによってシール面７を形成し、ケーシング２内のスラリー状の被密封流体Ｓがケーシング２と回転軸４との間の軸周隙間を通じて機外Ｔへ漏洩するのを防止するものである。機器の振動や静止側・回転側シール面３ａ，６ａの摩耗等に遭遇しても常に静止側・回転側シール面３ａ，６ａ同士の密接状態が維持されるように、静止側密封環３の他端部に配設されたスプリング８により静止側密封環３が回転側密封環６へ軸方向に常に押し付けられている。
【００１３】
詳しくは、ケーシング２側において、スプリング８の一端部を保持すると共に回転軸４を挿通する環状のスプリングリテーナ９がケーシング２の内外貫通孔５の外側開口端に嵌合されてボルト１０で固定される。そして、静止側密封環３は断面Ｌ字形状に形成されており、この静止側密封環３の静止側シール面３ａを、静止側密封環３の外周側から突出させて形成し、この突出した静止側シール面３ａの背面側に入隅部１１を形成している。静止側密封環３は、スプリングリテーナ９の内周に段付き状に形成された密封環保持凹部１２に遊嵌され、且つ静止側シール面３ａとは反対側の他端部３ｂに形成された切欠１３がスプリングリテーナ９にねじ込まれたピン１４と係合することによって回り止めされると共に、他端部３ｂがスプリング８の他端部を受け止めて回転側密封環６へ軸方向に押し付けられ、これにより静止側密封環３がケーシング２側に非回転状態に且つ軸線方向に僅かに移動可能に保持される。静止側密封環３の静止側シール面３ａの背面側の外周とスプリングリテーナ９の密封環保持凹部１２の内周との間の隙間２４にはＮＢＲ等のＯリングよりなる二次シールリング１５が嵌め込まれてケーシング２内の被密封流体Ｓが静止側密封環３の外周とケーシング２側との間の隙間２４から機外Ｔへ漏れるのを防止する。
【００１４】
一方、回転軸４側において、一端部外周に環状の密封環保持凹部１６を有するスリーブ１７が回転軸４の外周に嵌合されると共にセットスクリュ１８で固定されている。スリーブ１７の内周と回転軸４の外周との間の隙間にはＮＢＲ等よりなるＯリング１９が介在されてシールされる。そして、回転側密封環６は断面Ｌ字形状に形成されており、この回転側密封環６の回転側シール面６ａを、回転側密封環６から外周側に突出させて形成し、この突出した回転側シール面６ａの背面側に入隅部２０を形成している。回転側密封環６は、スリーブ１７の密封環保持凹部１６にＮＢＲ等のＯリングよりなる二次シールリング２１を介して密封状に嵌合されると共に、回転側シール面６ａとは反対側の他端部に形成された切欠２２がスリーブ１７にねじ込まれたピン２３と係合することによってスリーブ１７に対する回り止めが図られ、もって回転軸４の外周面に該回転軸４と共に回転可能に取り付けられる。
【００１５】
本発明では、ケーシング２内の被密封流体に含まれるスラリーがケーシング２側の密封環保持凹部１２の内周と、静止側密封環３の静止側シール面３ａの背面側の外周との間の隙間２４に浸入して二次シールリング１５に付着するのを防止するために、環状の軟質目詰材２５を静止側密封環３の入隅部１１と二次シールリング１５との間に嵌め込む。
【００１６】
軟質目詰材２５は二次シールリング１５の硬さよりも軟らかく、ケーシング２内の被密封流体Ｓの圧力の作用で変形する柔軟で弾力性あるゼリー状のものである。具体的には、軟質目詰材２５の材質としては、ショア硬さ３〜３０、より好ましくはショア硬さ１０の軟質ゴム、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴムなどが選ばれる。とくに、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルブタジエンゴムが耐食性にも優れる点で好ましい。
【００１７】
軟質目詰材２５はケーシング２内の被密封流体Ｓに含まれるスラリーが静止側密封環３の外周とケーシング２側との間の隙間２４に浸入して二次シールリング１５に付着するのを防止するため、スラリーの付着による二次シールリング１５の固着問題が解消され、二次シールリング１５のねじれや滑りが妨げられることがない。したがって、静止側密封環３が回転側密封環６の回転側シール面６ａに密接するために軸方向へ移動しながら追随しようとするのが損なわれることが無くなり、静止側密封環３の静止側シール面３ａのシール機能が発揮できる。
【００１８】
軟質目詰材２５の硬さは二次シールリング１５よりも軟らかくしてあるので、二次シールリング１５のねじれや滑りを阻害することがなく、静止側密封環３の軸方向移動するに追随して該二次シールリング１５がねじれたり、滑ったりするため、静止側密封環３及び回転側密封環６の両シール面３ａ，６ａ同士の密接追随性を良好にしてシール性を向上できる。
また、軟質目詰材２５はケーシング２内の被密封流体圧の作用で変形する柔軟で弾性あるものとしてあるので、図２に示すように、ケーシング２内の被密封流体Ｓの圧力Ｐが軟質目詰材２５の背面側に作用することで軟質目詰材２５は静止側密封環３の入隅部１１と二次シールリング１５との間で変形して静止側密封環３を回転側密封環６へ押し付ける力Ｆに変換し、静止側密封環３及び回転側密封環６の両シール面３ａ，６ａ同士の密接追随性を良好にしてシール性を向上できる。
【００１９】
軟質目詰材２５は異材質（二色）射出成形法等により二次シールリング１５と一体に成形することもできる。また、軟質目詰材２５は断面中実状に成形する以外に、チューブ状に成形することもできる。
【００２０】
本発明は、上記実施例のように静止側密封環３をケーシング２側に対し軸線方向に移動可能に保持してなるメカニカルシールに限られず、図示省略するが回転側密封環６を回転軸４に対し軸線方向に移動可能に保持する形態のメカニカルシールにも同様に適用でき、また、静止側密封環３をケーシング２側に対し軸線方向に移動可能に保持するとともに回転側密封環６を回転軸３に対し軸線方向に移動可能に保持する形態のメカニカルシールにも同様に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明のメカニカルシールは、静止側密封環の入隅部と二次シールリングとの間に、二次シールリングの硬さよりも軟らかく、ケーシング内の被密封流体圧の作用により変形する環状の軟質目詰材を備えるという簡単な手段で、スラリーや汚泥等を多量に含む過酷な流体を取り扱うポンプ等機器の軸封部にも好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例のメカニカルシールの断面図である。
【図２】図１のメカニカルシールの軟質目詰材の変形状態を示す断面図である。
【図３】従来例のメカニカルシールの断面図である。
【図４】他の従来例のメカニカルシールの半欠截断面図である。
【図５】更に他の従来例のメカニカルシールの半欠截断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
２  ケーシング
３  静止側密封環
４  回転軸
６  回転側密封環
３ａ  静止側シール面
６ａ  回転側シール面
７  シール面
８  スプリング
１１  入隅部
１５  二次シールリング
２４  隙間
２５  軟質目詰材
Ｓ  被密封流体
Ｔ  機外
【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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