(57)【要約】  メカニカルシール装置のシール面の摺動時の摩擦の低減、シール面の摩耗の防止、密封環のシール面や接合する分割面の異常摩耗の防止、シール面の回転時の乾燥摩擦状態におけるシール面の焼きつきや鳴き現象の防止、メカニカルシール装置の構造の簡素化、及び、組立てと分解の容易化を目的とする。メカニカルシール装置は、ハウジングの孔と孔に挿入された回転軸との間の機外面に取り付けられて被密封流体をシールする分割型のメカニカルシール装置であって、回転軸に両側から抱き合わせに取り付けられて固定される分割静止密封環と、回転軸に両側から抱き合わせて固定される分割回転密封環とを有し、分割静止密封環の内周面と回転軸との間に被密封流体が流通する間隙を有すると共に、分割静止密封環のシール面と分割回転密封環の対向シール面との少なくとも一方のシール面にゴムまたは樹脂製のシール層を有するものである。
2007058306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの孔と前記孔に挿入された回転軸との間の機外面に取り付けられて機内部の被密封流体をシールするメカニカルシール装置であって、
前記ハウジングの孔周面と密封に嵌合して軸方向へ移動自在に保持された外周の嵌合面と、前記外周に形成された第１外周面と、軸方向の端面にシール面とを有し、且つ軸方向へ複数に分割されて互いに密接合が可能な第１分割接面を有する固定された分割静止密封環と、
前記分割静止密封環の前記第１外周面に嵌着して前記分割静止密封環の前記第１分割接面を互いに密接させる第１締結面を有するとともに、軸方向に複数に分割されて互いに密接合が可能な第１分割面を有する第１締付リングと、
前記シール面と対向して密接する対向シール面と、外周に設けた第２外周面と、軸方向へ複数に分割されて互いに密接合が可能な第２分割接面とを有して前記回転軸に回動される分割回転密封環と、
前記分割回転密封環の前記第２外周面に嵌着して前記分割回転密封環の第２分割接面を密接させる第２締結面を有するとともに、軸方向へ複数に分割されて互いに密接可能な第２分割面を有する第２締付リングとを具備し、
前記分割静止密封環の内周面と前記回転軸との間に設けられて前記シール面と前記相対シール面との接合する内周側に被密封流体が流通可能な間隙を有すると共に、前記分割静止密封環の前記シール面又は前記分割回転密封環の前記対向シール面の少なくとも一方の前記シール面にゴムまたは樹脂材製のシール層を有するメカニカルシール装置。
【請求項２】
前記分割静止密封環の第１分割接面間および前記分割回転密封環の第２分割接面間に密着されたゴム材製又は樹脂材製の皮膜層を有することを特徴とする請求項１に記載メカニカルシール装置。  
【請求項３】
前記分割静止密封環には前記第１外周面が前記嵌合面より大径に形成されて前記第１外周面と前記嵌合面との境に第１段面を有し、前記第１締付リングの前記第１締結面には前記第１段面と係止する第１支持面を有し、且つ前記分割回転密封環には前記第２外周面の端部に前記第２外周面より小径の第３外周面を有するとともに前記第２外周面と前記第３外周面との境に第２段面を有し、前記第２締付リングの第２締結面には前記第２段面に係止する第２支持面を有し、前記第１締付リングと前記第２締付リングとはほぼ対称形に形成されて前記第１支持面が前記第１段面を支持するとともに前記第２支持面が前記第２段面を支持してい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装置。
【請求項４】
前記第１締付リングの外周には軸方向の第１係止溝を有し、且つ前記ハウジングには軸方向に固定された固定ピンを有し、前記固定ピンが前記第１係止溝と軸方向に係合して前記第１締付リングを固定してい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装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、器機に取り付けられた状態の回転軸の外周面に対し、軸方向へ二分割した密封環を両側から二分割面を互いに接合して組み付けられるようにした分割型のメカニカルシール装置に関する。更に詳しくは、この分割型密封環のシール能力を向上したメカニカルシール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明の関連技術には、図６に示すメカニカルシール装置１００が存在する（例えば、下記の特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照）。この図６は、メカニカルシール装置１００の片側の断面図である。このメカニカルシール装置１００はインサイドシールである。図６に於いて、ハウジング１５０の通路１５１には回転軸１４８が貫通している。また、二分割りされたグランド組立体１４０は端面をハウジング１５０の端面に接合して図示省略のボルトにより締め付けて固定されている。さらに、グランド組立体１４０は、互いの分割面を接合して図示省略の複数のボルトにより分割面が締め付けられている。【０００３】
このグランド組立体１４０の内周面１４１内にはメカニカルシールが配置されている。このメカニカルシールには、回転軸１４８に嵌着して共に回動する軸方向へ二分割されたホルダ組立体１０２が設けられている。このホルダ組立体１０２も、分割面を接合して図示省略する複数のボルトにより一体に締め付けられている。そして、ホルダ組立体１０２の外周面とグランド組立体１４０の内周面１４１との間は被密封流体が流通する流体通路１４２に形成されている。更に、ホルダ組立体１０２の内周面のハウジング側に設けられた環状溝１０５には、第１Ｏリング１３１が装着されて回転軸１４８とホルダ組立体１０２との嵌合間をシールしている。又、ホルダ組立体１０２の一端の内部には、凹部１４６が設けられているとともに、凹部１４６の内周の奥の側面にはドライブピン１３５が植え込まれて結合されている。又、この凹部１４６の内周の外方側には、さらに、大径に形成されたＯリング用の第１段部１４５が設けられている。【０００４】
このホルダ組立体１０２の凹部１４６内には軸方向に二分割された回転密封環１０１が装着されている。回転密封環１０１には、一端に回転用シール面１０６が設けられている。又、回転密封環１０１の他端には係止穴１０３が設けられており、この係合穴１０３がドライブピン１３５と係合し、回転時に回転密封環１０１がドライブピン１３５に係止する。そして、ホルダ組立体１０２の第１段部１４５と回転密封環１０１の外周面との間にはＯリング用の空間部１３３が形成されており、この空間部１３３には第２Ｏリング１３２が設けられている。この第２Ｏリング１３２は、２分割型の回転密封環１０１の分割面を密接させる様に締め付けると共に、空間部１３３を遮断している。更に、この空間部１３３には、被密封流体が流入する流入口１４４が形成されている。【０００５】
回転用シール面１０６と密接する固定用シール面１１１を端面に設けるとともに、軸方向へ二分割された固定密封環１１０は、内周面１１２が間隙を設けて回転軸１４８と嵌合している。この固定密封環１１０の外周の嵌合面Ｓは、グランド組立体１４０の空間形成面１４３内に配置されて空間形成面１４３における外方側の小径の段付内周面と移動自在に嵌合している。そして、グランド組立体１４０の端面に周方向へ等配に設けられた複数個の板ばね１３０により固定密封環１１０を回転密封環１０１の方向へ押圧している。又、固定密封環１１０の嵌合面Ｓと空間形成面１４３との間にはＯリング用の空間室１１４が形成されている。この空間室１１４には第３Ｏリング１３７が装着されている。この第３Ｏリング１３７は、分割された固定密封環１１０の分割面を密接させるように嵌合面Ｓを締め付けると共に、空間室１１４を外部に対して遮断する。【０００６】
このように構成されたメカニカルシール装置１００は、メカニカルシールを内装する分割型のグランド組立体１４０に形成しなければならないので、グランド組立体１４０とホルダ組立体１０２とメカニカルシールとの組み合わせは、複雑な構造になるとともに、大型に成る。また、グランド組立体１４０とホルダ組立体１０２との間に被密封流体が流通する流体通路１４２を設ける構造のために、所謂、インサイドシールになり、メカニカルシール装置はさらに大型になる。【０００７】
さらに、回転密封環１０１の回転用シール面１０６と固定密封環１１０の固定用シール面１１１とは二分割されているので、回転用シール面１０６と固定用シール面１１１との分割面間には、回転時に極微な段差が生じることがある。この段差は極微であっても回転時に両シール面１０６，１１１が摩耗してシール能力を低下させる原因となる。特に、被密封流体が気体の場合には、回転密封環１０１の回転用シール面１０６と固定密封環１１０の固定用シール面１１１との間に液体による潤滑作用が生起しないから、回転時に、分割面の変動が原因となって両シール面１０６、１１１の摩耗を促進させる。また、両シール面１０６、１１１は、乾燥摩擦により摺動時に騒音を発生させる鳴き現象が発生することがあるから、この分割した互いの接合面が微細な繰り返しの移動を誘発し、急速に両シール面１０６、１１１が摩耗することになる。また、両密封環１０１，１１１は耐摩耗能力を高めるために炭化珪素のような硬質材にすると、摺動発熱が急速に発生する場合がある。そして、両シール面１０６、１１１は、鳴き現象とともに、摺動発熱するから、摺動発熱により第２Ｏリング１３２と第３Ｏリング１３７は加熱されて弾性力を失い、シール能力を低下させることになる。【０００８】
【特許文献１】特開平７−１９８０４３号公報、
【特許文献２】実開昭５４−１０６４５７号公報、
【特許文献３】実開平５−４２８３５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする技術的課題は、メカニカルシール装置のシール面の摺動時の摩擦を低減するとともに、シール面の摩耗を防止することにある。また、密封環のシール面や接合する分割面の異常摩耗を防止することにある。さらに、シール面の回転時の乾燥摩擦状態においてシール面の焼きつきや、鳴き現象を防止することにある。さらにまた、メカニカルシール装置の構造を簡単にするとともに、組立てと分解とを容易にして組立てと分解のコストを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。【００１１】
本発明に係わるメカニカルシール装置は、ハウジングの孔と前記孔に挿入された回転軸との間の機外面に取り付けられて機内部の被密封流体をシールするメカニカルシール装置であって、
ハウジングの孔周面と密封に嵌合して軸方向へ移動自在に保持された外周の嵌合面と、外周に形成された第１外周面と、軸方向の端面にシール面とを有し、且つ軸方向へ複数に分割されて互いに密接合が可能な第１分割接面を有する固定される分割静止密封環と、
分割静止密封環の第１外周面に嵌着して分割静止密封環の第１分割接面を互いに密接させる第１締結面を有するとともに、軸方向に複数に分割されて互いに密接合が可能な第１分割面を有する第１締付リングと、
シール面と対向して密接する対向シール面と、外周に設けた第２外周面と、軸方向へ複数に分割されて互いに密接合が可能な第２分割接面とを有して回転軸に回動される分割回転密封環と、
分割回転密封環の第２外周面に嵌着して分割回転密封環の第２分割接面を密接させる第２締結面を有するとともに、軸方向へ複数に分割されて互いに密接可能な第２分割面を有する第２締付リングと、を具備し、
分割静止密封環の内周面と回転軸との間に設けられてシール面と相対シール面との内周面側に被密封流体が流通可能な間隙を有すると共に、分割静止密封環のシール面又は分割回転密封環の対向シール面の少なくとも一方のシール面にゴムまたは樹脂材製のシール層を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
この本発明に係わるメカニカルシール装置によれば、メカニカルシール装置の構造を簡単にするとともに、組み立てを容易にするために、分割静止密封環のシール面の内周側の被密封流体をシールするアウトサイドシール型に構成している。このため、高圧の被密封流体が作用すると、分割されていない密封環に比較して両シール面間から漏洩しやすくなる。しかし、両密封環の少なくともどちらかのシール面に樹脂またはゴムのシール層を被覆すると、分割型の密封環のシール面に高圧力が作用した場合でも、被密封流体の漏洩が効果的に防止できる。このため、被密封流体の圧力が低圧から高圧まで、分割型の密封環であっても、確実にシールすることが可能になる。【００１３】
また、分割型の密封環は、シール面が分割されているために、回転中に両シール面に微少な段差が生じることがある。このシール面の段差が微少であっても、回転中にシール面を摩耗させるとともに、シール能力を低下させる。しかし、シール面に樹脂またはゴムのシール層を設けるとシール面の摩耗が効果的に防止できる。また、シール層は被密封流体が気体であっても、摺動時の鳴き現象を防止すると共に、乾燥摩擦状態でも摩擦と摩耗を防止できる。そして、シール層は分割型の密封環の材質を高価にする必要がないから、安価な材料で製作を可能にして、コストを大きく低減することが可能になる。
更に、分割型の密封環は、分割静止密封環の内周面側に間隙を設けて被密封流体が流通可能に構成されているから、アウトサイドシール型の構造にでき、且つ外周面を締付リングによって固定する構成にできるために、部品点数が少なくなるとともに、組み立てが容易になり、且つ、製作コストを低減することが可能になる。しかも、分割型の密封環は構造が簡単なために、高粘度、高スラリ、ケミカル液等であっても付着する箇所が無く、シール能力を効果的に発揮することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１実施の形態に係わるメカニカルシール装置の全断面図である。
【００１５】
【図２Ａ】図２Ａは、図１の分割静止密封環の断面図である。
【００１６】
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１の分割静止密封環の正面図である。
【００１７】
【図３Ａ】図３Ａは、図１の分割回転密封環の断面図である。
【００１８】
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１の分割回転密封環の正面図である。
【００１９】
【図４】図４は、図１の第１締付リングの正面図である。
【００２０】
【図５】図５は、本発明の第２実施の形態に係わるメカニカルシール装置の全断面図である。
【００２１】
【図６】図６は、本発明に関連する先行技術のメカニカルシール装置の片側断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  メカニカルシール装置
２  分割静止密封環
２Ａ  シール面
２Ｂ  第１段面
２Ｃ  内周面
２Ｄ  第１外周面
２Ｄ1  嵌合面
２Ｄ２  摺動層
２Ｇ  環状溝
２Ｊ  第１分割接面
２Ｘ  一方の分割静止密封環
２Ｙ  他方の分割静止密封環
３Ａ  第１係止溝
３Ｂ  第２係止溝
５  スペーサ
７  第１締付リング
７Ａ  第１分割締付リング
７Ａ1  第１分割面
７Ｂ  第２分割締付リング
７Ｂ1  第１分割面
７Ｃ  第１締結面
７Ｃ1  第１支持面
７Ｆ  座ぐり部
７Ｎ  ボルト孔
７Ｓ  締付ねじ
７Ｈ  ばね取付孔
７Ａ  第１分割締付リング
７Ｂ  第２分割締付リング
９Ａ  第1分割弾性リング
９Ｂ  第2分割弾性リング
１０Ａ  第１シール層
１０Ｂ  第２シール層
１２  分割回転密封環
１２Ａ  対向シール面
１２Ｂ  第２段面
１２Ｃ  第２接合面
１２Ｃ1  段付面
１２Ｄ  第２外周面
１２Ｄ1  第３外周面
１２Ｊ  第２分割接面
１２Ｘ  一方の分割回転密封環
１２Ｙ  他方の分割回転密封環
１７  第２締付リング
１７Ａ  第３分割締付リング
１７Ｂ  第４分割締付リング
１７Ｃ  第２締結面
１７Ｃ1  第２支持面
３５Ａ、３５Ｂ  ボルト
３７  第２Ｏリング
３８  第1Ｏリング
４０  第３締付リング
４０Ｃ  結合面
４３Ａ  固定ピン
４３Ｂ  ドライブピン
４０Ｄ  環状凸部
５０  回転軸
６０  ハウジング
６０Ａ  孔周面
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係わる好ましい実施の形態のメカニカルシール装置を、図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、設計を基にした正確な図である。【００２４】
図１は、本発明に係わる第１実施の形態を示すメカニカルシール装置１の断面図である。また図２Ａおよび図２Ｂは、図１の分割静止密封環２であり、図３Ａおよび図３Ｂは、図１の分割回転密封環１２である。以下、図１、図２Ａ図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂに基づいて説明する。符号１はメカニカルシール装置である。メカニカルシール装置１は、ハウジング６０の孔周面６０Ａと回転軸５０との間の被密封流体が流れる流通路Ａ１をシールするためにハウジング６０の機外Ｂの側面（機外面）に装着する。ハウジング６０内の流通路Ａ１は、機内部Ａと連通する。この孔周面６０Ａ内には回転軸５０が配置されている。【００２５】
ハウジング６０の孔周面６０Ａには、軸方向へ二分割された分割静止密封環２の嵌合面２Ｄ１を移動自在に嵌合する。この分割静止密封環２は、炭化珪素材製であって、一方の分割静止密封環２Ｘの第１分割接面２Ｊと他方の分割静止密封環２Ｙの第１分割接面２Ｊ（図２Ａ，図２Ｂを参照）を接合して円環状の密封環に形成する。なお、この嵌合面２Ｄ１には、図示省略する硬質のゴム材製または樹脂材製の摺動層２Ｄ２を施すと良い。この摺動層２Ｄ２は０．００５ｍｍから０．０８ｍｍに形成すると良い。そして、このハウジング６０と分割静止密封環２との嵌合間をシールするために、分割静止密封環２の嵌合面２Ｄ１に環状溝２Ｇを形成する。この環状溝２Ｇ内にはゴム又は樹脂材製の第１Ｏリング３８を配置する。又、分割静止密封環２の内周面２Ｃは、回転軸５０より大径に形成する。【００２６】
そして、内周面２Ｃと回転軸５０との間の間隙が流通路Ａ１と連通する。更に、分割静止密封環２の端面にはシール面２Ａを設ける。また、分割静止密封環２の外周側には嵌合面２Ｄ１より大径の第１外周面２Ｄを形成する。そして、嵌合面２Ｄ１と第１外周面２Ｄとの境は第１段面２Ｂに形成する。この第１段面２Ｂとシール面２Ａとは両面が高精度で平行に形成すると良い（詳細は拡大した図２参照）。【００２７】
図２Ａは、図１の分割静止密封環２を拡大した全断面図である。また、図２Ｂは、その分割静止密封環２をシール面２Ａ側から見た正面図である。この一方の分割静止密封環２Ｘと他方の分割静止密封環２Ｙの各第１分割接面２Ｊ、２Ｊは、円環状のほぼ中央から軸方向へ２等分に破壊して破断面を形成する。この破断した各第１分割接面２Ｊ，２Ｊを接合すると、元の状態に接合して分割静止密封環２を軸方向にずれないようにできる。このため、分割静止密封環２の材質は、密封環に適した材質とともに、割れやすい材質を選定する。例えば、炭化珪素、セラミック、カーボンなどの硬質材または硬質の樹脂材などの割れやすい材料を密封環として使用する。また、第１分割接面２Ｊ，２Ｊを破断面にできない材質は、第１分割接面２Ｊ，２Ｊを機械加工して形成しても良い。さらに、各第１分割接面２Ｊ，２Ｊには、ゴム材又は樹脂材の被膜層を形成すると良い。例えば、第１分割接面２Ｊに被覆する被膜層（図示は省略する）は、樹脂をコーティングして０．００５mmから０．０９mmの薄い層に形成すると良い。【００２８】
また、分割静止密封環２のシール面２Ａには、樹脂材製の第１シール層１０Ａを接着する。この第１シール層１０Ａは、被密封流体の種類に応じてゴム材製にすることもできる。第１シール層１０Ａの材質としては、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素樹脂、パーフロロエラストマー、フッ素ゴムなどの材質を使用温度や耐摩耗能力に応じて使用する。また、第１シール層１０Ａは、周方向の一カ所を径方向または斜め方向に向かって切断する挿入切断面（図示は省略する）を設ける。さらに、第１シール層１０Ａが厚肉の場合には、厚さ方向へ傾斜した切断面にすればよい。そして、第１シール層１０Ａは、挿入切断面を開いて回転軸５０の径方向の側方から挿入して嵌合する。その後に、第１シール層１０Ａをシール面２Ａに接着剤を用いて接着する。【００２９】
または、分割静止密封環２を二分割した一方の分割静止密封環２Ｘのシール面２Ａと他方の分割静止密封環２Ｙのシール面２Ａに、予めコーティングして第１シール層１０Ａを形成することもできる。更には、回転軸５０に分割静止密封環２を装着してからシール面２Ａにコーティングしても良い。この第１シール層１０Ａの厚さは、０．０１ｍｍから２ｍｍの範囲に形成しているが、摩耗する寿命等を考慮し、この厚さは０．００５ｍｍから３．２ｍｍの範囲まで設計した実施例がある。また、分割静止密封環２における被密封流体側の背面の面積は、シール面２Ａの面積より大きく形成して背面に被密封流体の圧力を作用するようにし、シール面２Ａの面圧を高めることもできる。このように被密封流体の圧力が分割静止密封環２に作用しても、シール面２Ａには第１シール層１０Ａが設けてあるから、第１シール層１０Ａの弾力性によって、耐摩耗と同時にシール能力を向上できる。なお、図２Ａ及び図２Ｂにおいて、符号の説明のない部分は、図１の符号で説明した部分と同じである。  【００３０】
図４は、第１締付リング７の正面図である。図１及び図４を参照して以下に第１締付リング７を説明する。第１締付リング７は、軸方向に二分割して、一方の第１分割締付リング７Ａと他方の第２分割締付リング７Ｂとに形成する。第１締付リング７には、内周面に第１締結面７Ｃを形成する。この第１締結面７Ｃは、分割静止密封環２の第１外周面２Ｄと嵌合するとともに、端部側に第１段面２Ｂと係止する第１支持面７Ｃ１を形成する。この分割した一方の第１分割締付リング７Ａの第１分割面７Ａ１と他方の第２分割締付リング７Ｂの第１分割面７Ｂ１を向かい合わせて密接すると、第１締結面７Ｃと第１支持面７Ｃ１は断面がＬ型の環状面を成す。また、第１分割締付リング７Ａには、両側の第１分割面７Ａ１から径方向へそれぞれ２個の締付ねじ７Ｓ，７Ｓを設ける。
さらに、第２分割締付リング７Ｂには、それぞれの締付ねじ７Ｓ，７Ｓに対応した位置に各々ボルト孔１７Ｎ，１７Ｎを設けるとともに、各ボルト孔１７Ｎ，１７Ｎの先端に座ぐり部７Ｆ，７Ｆを設ける。【００３１】
また、図４に示す第１締付リング７の正面には、１８０度の対称となる位置にそれぞれねじ孔７Ｔ，７Ｔを設ける。さらに、正面と反対の背面には、コイルスプリング１１を取り付ける取付孔７Ｈ，７Ｈをそれぞれに設ける。さらに、一方の第１分割締付リング７Ａと他方の第２分割締付リング７Ｂとの径方向の対称となる外周面の位置には、それぞれ第１係止溝３Ａ，３Ａを形成する。この第１係止溝３Ａ，３Ａには、図１に示すハウジング６０に固定された各固定ピン４３Ａが係合して第１締付リング７を回動しないように止める。次に、図１または図５に示すように、この一方の第１分割締付リング７Ａと他方の第２分割締付リング７Ｂは、両分割面７Ａ１，７Ｂ１を組み合わせて図示上下の２個のボルト３５Ａ（図５を参照）を各ボルト孔１７Ｎ，１７Ｎに通すとともに、締付ねじ７Ｓ，７Ｓにねじ込んで締結する。そして、第１締付リング７の第１締結面７Ｃは、分割静止密封環２の第１外周面２Ｄに嵌着して分割静止密封環２の各第１分割接面２Ｊ，２Ｊを互いに密接させる。また、第１支持面７Ｃ１は、第１段面２Ｂに係止して分割静止密封環２における軸方向のシール面２Ａ側を支持する。そして、この第１段面２Ｂと第１支持面に７Ｃ１との係止により、第１締付リング７が分割静止密封環２をシール面２Ａの方向へ押圧できるようにする。【００３２】
また、分割静止密封環２の第１外周面２Ｄと第１締付リング７の１締結面７Ｃとの間には、円管体を二分割した二個の各第１分割弾性リング９Ａ，９Ａを抱き合わせに設ける。この接合した第１分割弾性リング９Ａによって、第１締付リング７により分割静止密封環２を締め付けたときに、分割静止密封環２が弾性変形してシール面２Ａがゆがむのを防止する。そして、シール面２Ａのシール能力を発揮させる。また、この第１分割弾性リング９Ａの材質は、ゴム又は樹脂材である。また、第１分割弾性リング９Ａの厚さは０．０５ｍｍから３ｍｍの範囲にされている。好ましくは、０．０８ｍｍから２ｍｍにすると良い。この第１分割弾性リング９Ａの厚さは、厚すぎると締め付けが不十分になる。又、薄すぎても分割静止密封環２の変形を惹起する。なお、分割静止密封環２の径の大きさにより、上記の第１分割弾性リング９Ａの厚さ寸法に限定することなく、第１分割弾性リング９Ａの厚さを設計する。【００３３】
第１締付リング７に設けた取付穴７Ｈは、ばね座に利用する。そして、この取付穴７Ｈにコイルスプリング１１の一端部を挿入して取付穴７Ｈのばね座に着座させる。また、コイルスプリング１１の他端部はハウジング６０の機外Ｂ側の側面に連結する。なお、機外Ｂ側の側面と第１締付リング７の端面との間に環状体を２分割した二つの半円状のスペーサ５を環状に取り付ける。このスペーサ５は、機外Ｂ側の側面があら仕上げであっても、第１締付リング７を安定に取り付けられるようにすることもできる。【００３４】
次に、図３Ａは、図１の分割回転密封環１２を拡大した全断面図である。また、図３Ｂは、その分割回転密封環１２を背面側から見た正面図である。分割回転密封環１２は、分割静止密封環２と同様に、円筒体を円周のほぼ中央から軸方向へ破断して二分割し、一方の分割回転密封環１２Ｘの破断面を第２分割接面１２Ｊに形成すると共に、他方の分割回転密封環１２Ｙの破断面を第２分割接面１２Ｊに形成する。そして、一方の分割回転密封環１２Ｘと他方の分割回転密封環１２Ｙとの両分割接面１２Ｊ，１２Ｊを結合した分割回転密封環１２の内周面は、回転軸５０の外周面と嵌合する接合面１２Ｃと、接合面１２Ｃよりも大径のシール面用の段付面１２Ｃ１に形成する。この接合面１２Ｃは回転軸５０に嵌着するとともに、段付面１２Ｃ１内は、回転軸５０との間でゴム又は樹脂材の第２Ｏリング３７を装着できるようにする。【００３５】
又、分割回転密封環１２の端面は、対向シール面１２Ａに形成する。この対向シール面１２Ａは分割静止密封環２のシール面２Ａと接面して被密封流体をシールするように形成する。また、分割回転密封環１２の外周は第２外周面１２Ｄに形成すると共に、機外Ｂ側を第２外周面１２Ｄよりも小径の第３外周面１２Ｄ１に形成する。そして、第２外周面１２Ｄと第３外周面１２Ｄ１との境は第２段面１２Ｂに形成する。この分割回転密封環１２は、分割静止密封環２と同様に炭化珪素、カーボン、セラミック、硬質の樹脂材などの材料である。そして、分割回転密封環１２の場合も、第１分割接面１２Ｊ及び第２分割接面１２Ｊを破断できる材質にすると良い。【００３６】
また、分割回転密封環１２の対向シール面１２Ａにも、樹脂材製の第２シール層１０Ｂを接着する。この第２シール層１０Ｂは、被密封流体の種類に応じてゴム材製にすることもできる。この第２シール層１０Ｂの材質としては、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素樹脂、パーフロロエラストマー、フッ素ゴムなどの材質を使用温度や耐摩耗能力に応じて使用する。また、第２シール層１０Ｂは、周方向の一カ所を径方向または径方向に対して斜め方向に切断する挿入切断面を設ける。【００３７】
そして、第２シール層１０Ｂは、挿入切断面を開いて回転軸５０の側方から挿入して嵌合する。その後に、対向シール面１２Ａに接着剤を用いて接着する。または、分割回転密封環１２を半分に分割した両対向シール面１２Ａに、予めコーティングして第２シール層１０Ｂを形成する。更には、回転軸５０に分割回転密封環１２を装着してから対向シール面１２Ａにコーティングして第２シール層１０Ｂを形成することもできる。この第２シール層１０Ｂの厚さは、０．０１ｍｍから２ｍｍの範囲に形成しているが、摩耗する寿命等を考慮し、この厚さは０．００５ｍｍから３．２ｍｍの範囲まで設計した実施例がある。なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、符号の説明のない部分は、図１の同一部分と同じである。【００３８】
分割回転密封環１２の第２外周面１２Ｄ側に嵌着した第２締付リング１７は、対向シール面１２Ａ側から見て図４の第１締付リング７と同様な正面図になるので図示は省略する。なお、第２締付リング１７は、ほぼ第１締付リング７を対称にした形状になる。この第２締付リング１７は、正面中央から軸方向へ分割して一方に第３分割締付リング１７Ａを形成するとともに、他方に第４分割締付リング１７Ｂを形成する。この第２締付リング１７は、この円周の中央から軸方向へ２分割した両第２分割面を形成する（形状は図４の第１締付リング７を参照）。この両第２分割面を互いに対向させて複数のボルト３５Ｂ（図１または図５を参照）により締め付ける。この分割回転密封環１２の第２外周面１２Ｄと第２締付リング１７の第２締結面１７Ｃとの間には、円管体を二分割した二個の各第２分割弾性リング９Ｂ，９Ｂを抱き合わせに設ける（図１も参照）。この接合した第２分割弾性リング９Ｂ，９Ｂは、第１分割弾性リング９Ａと材質、厚さを同様に構成している。この第２分割弾性リング９Ｂ，９Ｂによって、第２締付リング１７が分割静止密封環１２を締め付けたときに、分割静止密封環１２が弾性変形して対向シール面１２Ａがゆがむのを防止する。【００３９】
そして、対向シール面１２Ａのシール能力を発揮させる。この第２締付リング１７の内周の第２締結面１７Ｃには、端部側に段面を成す支持面１７Ｃ１を形成する。そして、第２締付リング１７の第２締結面１７Ｃを分割回転密封環１２の第２外周面１２Ｄに嵌着するとともに、第２支持面１７Ｃ１を第２段面１２Ｂに係止する。又、第２締付リング１７の外周面には２等配にドライブピン用の第２係止溝３Ｂを形成する。【００４０】
第２締付リング１７の側面には、第３締付リング４０を回転軸５０に嵌着する。この第３締付リング４０は軸方向に等分に２分割されており、この分割した二つの第３締付リング４０、４０を複数のボルト３９により、両分割面を合わせるとともに、内周の結合面４０Ｃを回転軸５０に締め付けて両部品を連結する。この第３締付リング４０には、側面の内周側に環状凸部４０Ｄを形成し、この環状凸部４０Ｄにより第２Ｏリング３７を押さえる。又、第３締付リング４０の側面と第２締付リング１７の側面とを図示省略のボルトにより結合して第２締付リング１７と分割回転密封環１２を連結することもできる。又、第３締付リング４０の側面にはドライブピン４３Ｂがねじ込まれて固着されており、このドライブピン４３Ｂが第２締付リング１７の第２係止穴３Ｂに係止して回転軸５０と共に第２締付リング１７及び分割回転密封環１２を回動する（図５も参照）。【００４１】
図１において、仮想線で示す調整ボルト３５，３５は、第２締付リング１７の円周面に沿って設けた２等配の貫通孔にそれぞれ貫通する。さらに、第１締  付リング７に設けたねじ孔７Ｔ，７Ｔに螺合する。そして、調整ボルト３５をねじ孔７Ｔ，７Ｔにねじ込んでゆくと、両シール層１０Ａ，１０Ｂは最適な面圧で密接させることが可能になる。さらに、第１締付リング７と第２締付リング１７とをセットしたら、調整ボルト３５，３５はメカニカルシール装置１から取り外す。【００４２】
図５は、本発明に係わる第２の実施の形態のメカニカルシール装置の全断面図である。図５において、図１のメカニカルシール装置１と相違する点は、分割静止密封環２が、耐摩耗を配合した硬質の樹脂または潤滑材を配合した燒結金属で製作したものである。この場合は、分割静止密封環２の嵌合面２Ｄ１には摺動層２Ｄ２を設けなくとも良い。そして、第１Ｏリング３６はハウジング６０に設けた環状溝６０Ｇに装着する。このように第３Ｏリング３６をハウジング６０の環状溝６０Ｇに装着することにより、分割静止密封環２の摺動するときの摩擦抵抗を小さくできる。さらに、ハウジング６０には、機外Ｂ側の側面に固定ピン４３Ａをねじ込んで設ける。また、ハウジング６０の側面と対向する第１締付リング７の側面に第１係合穴を設ける（図示は省略）。そして、この固定ピン４３Ａを係合穴に挿入して第１締付リング７が回転軸５０と共に回動しないようにハウジング６０側と係止する。【００４３】
また、第２締付リング１７には、第２係止穴３Ｂを設ける。この第２係止穴３Ｂに対応する第３締付リング４０の側面にドライブピン４３Ｂをねじ込んで固定する。そして、ドライブピン４３Ｂをこの第２係止穴３Ｂに係合し、回転軸５０の回転力を第２締付リング１７に伝達するようにする。このように各第１締付リング７に第１係止穴（図示省略）を設けると共に、第２締付リング１７に第２係止穴３Ｂを設けた構成により、第１締付リング７と第２締付リング１７を小型にすることが可能になる。また、第１締付リング７と第２締付リング１７の製作を容易にする。さらに、分割静止密封環２の第１外周面２Ｄと第１締付リング７の第１締結面７Ｃとの間に設ける第１分割弾性リング９Ａを不用にすることができる。上述のように構成することにより、メカニカルシール装置１は構造が簡単になると共に、組み立てが容易になる。その他の構成は、図１と同一符号で示すように、図１のメカニカルシール装置１とほぼ同一構成である。【００４４】
又、第２締付リング１７の第２締結面１７Ｃと分割回転密封環１２の第２外周面１２Ｄとの間にも、第１締め付けリング７と同様に第２分割弾性リング９Ｂを設ける。そして、第１分割弾性リング９Ａと同様な作用効果を奏する。【００４５】
このように構成されたメカニカルシール装置１は、流通路Ａ１を通る被密封流体が分割静止密封環２の内周面２Ｃに流入する。そして、第１シール層１０Ａを設けた分割静止密封環２のシール面２Ａと、第２シール層１０Ｂを設けた分割回転密封環１２の対向シール面１２Ａとが密接して被密封流体をシールする。この結果、分割静止密封環２と分割回転密封環１２とは、軸方向に分割されていても、両シール面２Ａ、１２Ａは摩耗係数を小さくすると共に、各シール面２Ａ、１２Ａのシール能力を発揮する。【００４６】
さらに、両シール面２Ａ，１２Ｂには各シール層１０Ａ、１０Ｂが設けられているから、被密封流体が気体で、しかも乾燥摩擦状態あっても、摺動時の鳴き現象を防止しながら、各シール面２Ａ，１２Ａの摩耗を防止する。そして、各シール面２Ａ，１２Ａのシール能力を発揮させる。また、メカニカルシール装置１のシール構造が簡単になると共に、高圧力の被密封流体をシールすることを可能にする。又、分割静止密封環２は、被密封流体が高粘度、高スラリ、ケミカル液であっても、この被密封流体が付着することなくシール能力を発揮できる。なお、分割静止密封環２のシール面２Ａにのみ第１シール層１０Ａを設けて、対向シール面１２Ａには第２シール層１０Ｂを設けることなく摺動させることもできる。この場合は、第１シール層１０Ａの厚さをやや厚くする必要がある。【００４７】
以下、本発明に係わる他の実施態様の発明について、その構成と作用効果を説明する。【００４８】
本発明に係わる第１発明のメカニカルシール装置は、分割静止密封環の第１分割接面間および分割回転密封環の第２分割接面間に密着されたゴム材又は樹脂材の皮膜層を有するのである。【００４９】
この第１発明のメカニカルシール装置によれば、皮膜層が分割接面間に介在されているから、作動中に振動しても分割接面が損傷するのを効果的に防止できる。また、分割接面は適合しやすくするために破断面にするが、分割接面に皮膜層が設けられていると、皮膜層によって破断状の分割接面間の摩耗が防止できる。さらに、分割接面間から被密封流体が漏洩するのを皮膜層によって確実にシールすることが可能になる。更にまた、密封環の外周面を分割締付リングにより締め付けられるが、分割接面に皮膜層が設けられていると、密封環の外周面を十分に締め付けても分割接面が破損することがなく、また、締め付けによりシール面が歪むことも防止できる。その結果、密封環のシール面のシール能力を向上させる効果が期待できる。【００５０】
本発明に係わる第２発明のメカニカルシール装置は、分割静止密封環には第１外周面が嵌合面より大径に形成されて第１外周面と嵌合面との境に第１段面を有し、第１締付リングの第１締結面には第１段面と係止する第１支持面を有し、且つ分割回転密封環には第２外周面の端部に第２外周面より小径の第３外周面を有するとともに第２外周面と第３外周面との境に第２段面を有し、第２締付リングの第２締結面には第２段面に係止する第２支持面を有し、第１締付リングと第２締付リングとはほぼ対称形に形成されて第１支持面が第１段面を支持するとともに第２支持面が第２段面を支持しているものである。【００５１】
この第２発明のメカニカルシール装置によれば、第１締付リングと第２締付リングとが対称形に形成されてほぼ同一形状に形成されているから、両部品の共通化が可能になり、製作コストが低減できる。そして、シール面のシール能力を発揮するとともに、このシール面の摺動時の焼き付きや摩耗も防止することが可能になる。しかも、第１支持面と第２支持面とが対称形に形成されているから、両側から作用する力が両密封環の対称位置の同じ背面を押圧し、シール面に対して均等に作用する。そして、シール面のシール能力を発揮させることが期待できる。また、第１支持面と第２支持面とが対称形に形成されているので、両部品は、共通化できるとともに小型にでき、且つ部品のコストが低減できる。また、両分割締付リングの組み立てが容易になる。【００５２】
本発明に係わる第３発明のメカニカルシール装置は、第１締付リングの外周には軸方向の第１係止溝を有するとともにハウジングには軸方向に固定された固定ピンを有し、且つ固定ピンが第１係止溝と軸方向に係合して第１締付リングを固定しているものである。【００５３】
本発明に係わる第３発明のメカニカルシール装置によれば、固定ピンが第１係止溝と軸方向に係合して第１締付リングが回動しないように固定する構成のため、分割静止用密封環の嵌合面をハウジングの孔に挿入するとともに、第１締付リングの第１係止溝を固定ピンに同時に挿入できる。このため、分割静止用密封環をハウジングへ取付けることが極めて容易になる。同時に、分割静止用密封環の構造が簡単になり、製作コストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
メカニカルシール装置は、器機の回転軸を器機から取り出すことなく組み立てられて有用である。また、分割型であっても、各シール面の摩耗を防止してシール能力を発揮できて有用である。さらに、構造が簡単で、しかも組み立てが容易になるので、組み立てコストが安価で有用である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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