(57)【要約】【課題】本発明は、円筒状ベローズの外周を制振体によって保持することにより、回転軸の回転時における円筒状ベローズの摺動面の鳴きの発生を抑えることを目的とする。【解決手段】本発明によるメカニカルシールは、回転軸(1)に固定された円筒状ベローズ(5)と、回転軸(1)の外周側の固定環(2A)とよりなり、円筒状ベローズ(5)の摺動面(5c)が固定環(2A)に摺動して軸部分(1a)の封止をするメカニカルシールにおいて、円筒状ベローズ(5)の外周側にリテーナ(6)を介して制振体(20)を設けて鳴きを抑制する構成である。【選択図】図１
2012026509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸(1)の外周面(1b)に環状クランプ(4)を介して固定された円筒状ベローズ(5)と、前記回転軸(1)の外周側に位置する固定体(2)に設けられた固定環(2A)と、よりなり、前記円筒状ベローズ(5)の摺動面(5c)が前記固定環(2A)に摺動することにより、前記回転軸(1)の軸部分(1a)を封止するようにしたメカニカルシールにおいて、
前記円筒状ベローズ(5)の外周面(5d)に設けられたリテーナ(6)と、前記回転軸(1)の外周面(1b)に固定され前記リテーナ(6)を介して前記円筒状ベローズ(5)の外周面(5d)を保持するための制振体(20)と、を備えたことを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】
前記制振体(20)と前記リテーナ(6)との間には、弾性体(22)が設けられていることを特徴とする請求項１記載のメカニカルシール。
【請求項３】
前記弾性体(22)は、Ｏリング又は円板状弾性体(22a)からなることを特徴とする請求項１又は２記載のメカニカルシール。
【請求項４】
前記制振体(20)は、全体形状が孔(20a)を有するカップ型よりなることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のメカニカルシール。
【請求項５】
前記制振体(20)は、軸方向(E)に複数に分割された第１、第２制振体片(20A,20B)よりなり、前記各制振体片(20A,20B)はネジ(27)により一体に結合されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のメカニカルシール。
【請求項６】
前記制振体(20)は、前記回転軸(1)に設けられた輪状フランジ(20E)と、前記輪状フランジ(20E)に設けられた複数の制振プレート(20F)と、からなることを特徴とする請求項１記載のメカニカルシール。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかに記載のメカニカルシールがドライ状態で使用されるか又はグラスライニング製反応缶で使用される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、メカニカルシールに関し、特に、円筒状ベローズの外周を制振体によって保持することにより、回転軸の回転時における円筒状ベローズの摺動面の鳴き音の発生を抑えるための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、用いられていたこの種のメカニカルシールとしては、一般に使用されている構成を図６に挙げることができる。
すなわち、図６に示される構成において、符号１で示されるものは筒状の固定体２内に軸部分１aを回転自在に配設した回転軸であり、この固定体２の内面に形成された段部２aには、環状をなす固定環２ＡがＯリング２ｂを介して設けられている。
前記固定環２Ａの周縁は、前記固定体２にボルト２ｃを介して取付けられたリング状抑え体３により前記固定体２上に固定されている。
【０００３】
前記回転軸１の外周面１ｂには、ネジ４ａで固定される２つ割りの環状クランプ４を介して円筒状ベローズ５の一端５ａが固定されている。
前記円筒状ベローズ５の他端５ｂの摺動面５ｃは、前記固定環２Ａの一面２ｄに摺動している。
前記円筒状ベローズ５の外周面５ｄには輪状のリテーナ６が設けられ、このリテーナ６の一面６ａ側には複数の凹部６ｂが形成され、前記クランプ４と凹部６ｂとの間には、スプリング７及びピン８が設けられている。
【０００４】
前述の図６の従来構成において、前記円筒状ベローズ５は、ＰＴＦＥあるいはゴムなどの弾性材料によってジャバラ状に成形され、軸方向および径方向に変形可能で、前記クランプ４に設けられた前記ピン８によって前記リテーナ６は前記回転軸１に対し同期して回転する。
前記クランプ４に対し、前記リテーナ６はスプリング７により付勢され、円筒状ベローズ５の摺動面５ｃが固定環２Ａに押圧されることにより流体（図示せず）をシールすることができる。
【０００５】
前述の構成において、回転軸１が回転すると、円筒状ベローズ５の一端５ａは回転軸１に対して固定され、他端５ｂの摺動面５ｃは固定環２Ａに当接しているが、その径方向に対しては、スプリング７とピン８により保持されているのみであるため、摺動面５ｃの摩擦や円筒状ベローズ５の遠心力により、図７の矢印Ａに示されるように、円筒状ベローズ５の軸芯が円錐状に移動するスリコギ運動が発生する。
【０００６】
前述の場合、前記円筒状ベローズ５自体は、回転軸１に対して弾性的に保持されているため、軸芯に戻ろうとする力が働き、摺動面５ｃで径方向のすべりが発生し、いわゆる鳴き音が発生することになる。
前述のスリコギ運動は摺動面５ｃからの流体の漏洩となり、前述の鳴き音は騒音となる。特に、この鳴き音は、摺動面５ｃが無潤滑で使用されるドライシールの場合、顕著に発生していた。
【０００７】
また、図８のように、前記円筒状ベローズ５の軸芯が回転軸１に対して円筒状に振れ廻る状態となった場合、前述の鳴き音発生の要因と問題点は、図７の場合と同様である。
また、摺動面５ｃは、回転軸１と同芯に回転している場合には損耗は大きくないが、図８のように円筒状ベローズ５が振れ廻ると、摺動する距離が増えることに対応して損耗も大きくなっていた。
【０００８】
前述のような鳴き音を低減させるための提案としては、特許文献１のメカニカルシールの自励振動防止機構の構成があり、特に、図９に示されるように、コイルスプリング１２で付勢されたシールリング１４に防振エラストマ部材２２を介して環状質量体２１を設け、この環状質量体２１と防振エラストマ部材２２からなる制振系２０の固有振動数を、シールリング１４の自励振動の振動数域に設定することによって、密封摺動面Ｓでのスティック・スリップによるシールリング１４の自励振動を吸収するように構成し、シールリング１４の外周に環状質量体２１と防振エラストマ部材２２を取付けた構造である。
【０００９】
また、前述のような鳴き音を低減させるための他の提案としては、特許文献２の成形ベローズ型メカニカルシールの構成があり、特に、図１０に示されるように、回転軸１側に担持した回転環２６と機筐１０側に担持した固定環６を気密的に対向摺接せしめたメカニカルシールにおいて、上記機筐１０側の支持筒１１と固定環６の間に金属製成形ベローズ５を介装し、この成形ベローズ５の端部に形成した断面Ｕ字形フランジ９が上記支持筒１１内径部両側面に巻き付いた状態に密接すると共に、このＵ字形フランジ９から延びる筒状端部９ａとその外周側に位置して上記支持筒１１に形成した環状段部１４ｂとの間の溝状空間にロウ剤または接着剤を充填してなる構成で、ベローズ５をねじりに対して変形しにくい金属製とし、かつ、回転環２６を付勢する独立したスプリングを廃して、ベローズ５自体にバネ特性を持たせて鳴きを防止する構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実用新案登録第３，００８，１７７号公報
【特許文献２】実公平２−１１６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のメカニカルシールは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の図９の従来構成においては、防振設計自体が難しく、また、既に使用されているメカニカルシールに後付けとして販売して前記構造体を取付けることは困難であった。
また、図１０の従来構成においては、金属ベローズであると共に、金属ベローズが外部に露出していたために、耐食用途には不適であった。
また、金属ベローズの外周面には抑え部材の構造が設けられていないため、金属ベローズの安定性を得ることが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によるメカニカルシールは、回転軸の外周面に２つ割りの環状クランプを介して固定された円筒状ベローズと、前記回転軸の外周側に位置する固定体に設けられた固定環と、よりなり、前記円筒状ベローズの摺動面が前記固定環に摺動することにより、前記回転軸の軸部分を封止するようにしたメカニカルシールにおいて、前記円筒状ベローズの外周面に設けられたリテーナと、前記回転軸の外周面に固定され前記リテーナを介して前記円筒状ベローズの外周面を保持するための制振体と、を備えた構成であり、また、前記制振体と前記リテーナとの間には、弾性体が設けられている構成であり、また、前記弾性体は、Ｏリング又は円板状弾性体からなる構成であり、また、前記制振体は、全体形状が孔を有するカップ型よりなる構成であり、また、前記制振体は、軸方向に複数に分割された第１、第２制振体片よりなり、前記各制振体片はネジにより一体に結合されている構成であり、また、前記制振体は、前記回転軸に設けられた輪状フランジと、前記輪状フランジに設けられた複数の制振プレートと、からなる構成であり、また、ドライ状態又はグラスライニング製反応缶で使用される構成である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によるメカニカルシールは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、回転軸の外周面に２つ割りの環状クランプを介して固定された円筒状ベローズと、前記回転軸の外周側に位置する固定体に設けられた固定環と、よりなり、前記円筒状ベローズの摺動面が前記固定環に摺動することにより、前記回転軸の軸部分を封止するようにしたメカニカルシールにおいて、前記円筒状ベローズの外周面に設けられたリテーナと、前記回転軸の外周面に固定され前記リテーナを介して前記円筒状ベローズの外周面を保持するための制振体と、を備えたことにより、制振体によって円筒状ベローズの変形による鳴き音の発生が抑えられ、かつ、真空度の低下も防止でき、密閉性が保持できる。
また、ドライ状態又はグラスライニング製反応缶での使用に耐えることができる。
また、前記制振体と前記リテーナとの間には、弾性体が設けられていることにより、円筒状ベローズの変形を弾性的に吸収することができる。
また、前記弾性体は、Ｏリング又は円板状弾性体からなることにより、十分な弾性力と制振力を得ることができる。
また、前記制振体は、全体形状が孔を有するカップ型よりなることにより、回転軸と同芯状に組合わせることができ、効果的な制振を行うことができる。
また、前記制振体は、軸方向に複数に分割された第１、第２制振体片よりなり、前記各制振体片はネジにより一体に結合されていることにより、円筒状の制振体をより安価に製作することができると共に、既存のメカニカルシールに対して後付けとして販売できる。
また、前記制振体は、前記回転軸に設けられた輪状フランジと、前記輪状フランジに設けられた複数の制振プレートと、からなることにより、簡単な構成で制振効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によるメカニカルシールを示す断面図である。
【図２】図１の制振体の他の形態を示す一部断面を示す半断面図である。
【図３】図１の他の形態を示す断面図である。
【図４】図１の制振体の他の形態を示す半断面図である。
【図５】本発明によるメカニカルシールをバランス型シールに適用した場合の構造を示す断面図である。
【図６】従来のメカニカルシールを示す断面図である。
【図７】図６のメカニカルシールで鳴きが発生した状態を示す断面図である。
【図８】図６のメカニカルシールで鳴きが発生した他の状態を示す断面図である。
【図９】従来のメカニカルシールを示す特許文献１の構成の断面図である。
【図１０】従来のメカニカルシールを示す特許文献２の構成の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、円筒状ベローズの外周を制振体によって保持することにより、回転軸の回転時における円筒状ベローズの摺動面の鳴き音の発生を抑えるようにしたメカニカルシールを提供することを目的とする。
【００１６】
以下、図面と共に本発明によるメカニカルシールの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を用いて説明する。
図１において符号１で示されるものは筒状の固定体２内に軸部分１ａを回転自在に保持された回転軸であり、この回転軸１の外周面１ｂには孔２０ａを介して全体形状がカップ型をなす制振体２０が前記回転軸１と同芯状態となるように構成されている。前記制振体２０はネジ２１により回転軸１に固定されている。
尚、前記制振体２０の材質としては、耐食性の高いステンレスが良いが、ポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂などの透明な材料とすると、制振体２０の内部の状態が外部から良く分り、また、後述の円筒状ベローズ５が破損したような場合にも、外部への直接の流体飛散を防止することができる。
【００１７】
前記回転軸１の外周面１ｂでかつ前記制振体２０の内側位置には、ネジ４ａで締結される２つ割りの環状クランプ４によって円筒状ベローズ５の一端５ａが固定されている。
【００１８】
前記固定体２の段部２ａ上に設けられた固定環２Ａは、ボルト２ｃによって一対のＯリング２ｂを介して固定体２に固定されたリング状抑え体３により固定されており、前記固定環２Ａの一面２ｄ上には前記円筒状ベローズ５の他端５ｂに形成された突起状の摺動面５ｃが摺動するように当接している。
【００１９】
前記円筒状ベローズ５の外周面５ｄには、輪状をなすリテーナ６が接して設けられ、このリテーナ６の一面６ａに形成された凹部６ｂ内には、弾性部としてのスプリング７及びピン８が位置し、前記スプリング７は前記環状クランプ４と凹部６ｂとの間に位置してリテーナ６を固定環２Ａ側へ付勢している。
【００２０】
前記制振体２０の端部２０ｂの内面に形成された溝２０ｃ内には、弾性体としてのＯリング２２が設けられ、このＯリング２２は前記リテーナ６の外周面６ｃに当接し、前記円筒状ベローズ５の外周面５ｄはリテーナ６を介して制振体２０により変形することのないように保持されている。
尚、前述のＯリング２２の材料は、使用環境及び流体の種類により選定されるが、パーフルオロエラストマー、ＮＢＲ、シリコンゴムなどの中から選定される。
また、前記制振体２０にＯリング２２を介してリテーナ６が回転軸１と同芯に保持されており、このＯリング２２の圧縮率（締めしろ）は５〜３５％が好適である。
前記圧縮率が前述の範囲より大となると、前記Ｏリング２２とリテーナ６の外周面６ｃの間の摩擦力が増大しリテーナ６の外周面６ｃがＯリング２２に対し滑動しにくくなるので、前記スプリング７による前記リテーナ６を固定環２Ａ側へ付勢する力が不足し、前記摺動面５ｃからの漏洩などが発生する。
また、前記圧縮率が前述の範囲より小となると、リテーナ６が摺動面５ｃの摩擦や円筒状ベローズ５の遠心力により軸心からスリコギ状あるいは円筒状に振れ廻る力が、Ｏリング２２による弾性力によりベローズ５を回転中心に戻す力より大となり所期の制振力が得られない。
【００２１】
次に、図２の構成は、図１の構成の他の形態を示しており、図１の構成と異なる部分についてのみ説明し、他の同一部分は図１と同一符号を付し、その説明は省略する。
すなわち、前記制振体２０が軸方向に二分割されて一対の第１、第２制振体片２０Ａ，２０Ｂから構成され、第１制振体片２０Ａの上部２５に形成され制振体２０の軸方向Ｅと直交する方向に孔方向を有する案内孔２６から挿入されたネジ２７は、この制振体２０の軸方向Ｅと直交する方向に配設され、第２制振体片２０Ｂのネジ孔２７に螺入されて各制振体片２０Ａ，２０Ｂが締結されて一体状の図１の構成と同様の制振体２０を得ることができる。
従って、図２の制振体２０は二体であるため、既存の使用中のメカニカルシールの鳴き音を防止するために、後付けで装着することができ、Ｏリング２２は、周方向の１ケ所を切断したもの、あるいは、中空チューブでも可能である。
【００２２】
図３の構成は、図１の構成の他の形態を示しており、図１の構成と異なる部分についてのみ説明し、他の同一部分は図１と同一符号を付し、そり説明は省略する。
すなわち、前記制振体２０の端部２０ｂに設けられた前述の弾性体２２は、図１、図２におけるＯリングの代りに円板状弾性体２２ａの構成とし、前記端部２０ｂに形成されたネジ孔４０内に螺入されたとめネジ４１の先端に前記円板状弾性体２２ａを取付け、この円板状弾性体２２ａをリテーナ６の外周面６ｃに当接させている。前記とめネジ４１は制振体２０の周方向に少なくとも３ヶ所以上設定し、使用後に、リテーナ６の径方向の振れを測定し、リテーナ６の振れを最小にできるように調整することができる。
【００２３】
図４の構成は、図１の構成の他の形態を示しており、図１の構成と異なる部分についてのみ説明し、他の同一部分は図１と同一符号を付し、その説明は省略する。
すなわち、前記制振体２０が、輪状フランジ２０Ｅと、この輪状フランジ２０Ｅの外周に所定角度毎に垂下してリベット３０によって固定された複数の制振プレート２０Ｆと、から構成されている。
前記制振プレート２０Ｆは、ステンレスなどの金属材料、ＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン樹脂）などが好適である。
この制振プレート２０Ｆは、全体形状が断面でほぼＳ字状に形成されてばね性を有し、その端部（下端）に形成された曲折部２０Ｆａは弾性を伴って前記リテーナ６の外周面６ｃに当接している。
【００２４】
図５の構成は、図１の他の構成を示しており、図１と異なる部分についてのみ説明し、他の同一部分は図１と同一符号を付し、その説明は省略する。
すなわち、図１から図４で用いられたベローズを用いないメカニカルシールであり、回転軸１が貫通するホルダ３１は、図示しないネジにより回転軸１に固定され、固定体２上の回転環３２はリテーナ６により保持され、このリテーナ６にはドライブピン３３がねじ込まれ、このドライブピン３３は前記ホルダ３１に連結されているため、回転軸１の回転がホルダ３１を介してドライブピン３３、リテーナ６から回転環３２に伝達される。
前記リテーナ６とホルダ３１の間にはスプリング７が複数個配設され、回転環３２が固定環２に押圧されている。
前記回転環３２は、前述のドライブピン３３、スプリング７、Ｖ字型パッキン３４により回転軸１に対して保持されて連れ回りするように構成されている。
尚、弾性構造部分が前述のベローズ型ほど多くないため、鳴き音は発生しにくいが、ドライシールの場合に、制振体２０の取付けが好適となる。
従って、図１から図５のメカニカルシールは、ドライ状態の使用か、又は、グラスライニング製反応缶での使用にも好適である。
【実施例】
【００２５】
次に、本出願人は、前述のメカニカルシールの性能を確認するため、次の実験を行った。
５５ｍｍの軸径の攪拌羽根を有する１０００リットルのグラスライニング製反応缶に以下のメカニカルシールを取り付けた。
ベローズ材質              ：  ＰＴＦＥ
ベローズの摺動面の材質    ：  ＰＴＦＥ＋カーボン繊維
固定環の材質              ：  アルミナ９９％
メカニカルシールの回転数  ：  ２００ｒｐｍ
摺動面状態                ：  ドライ（注水無し）
反応缶内圧力              ：  ５ｔｏｒｒ
反応缶温度                ：  ８０℃
回転開始後４０時間で回転数に同期した鳴き音が発生したため、図２に示す構造の制振体２０を取り付けた。
Ｏリングの材料            ：  ＮＢＲ
Ｏリングの線径            ：  φ５ｍｍ
Ｏリングの締めしろ        ：  ２０％
前記制振体２０の取り付け後直ちに鳴き音は停止し、５００時間経過しても鳴き音が発生しないため回転を停止し、摺動面からの漏洩を真空度の低下度合より調査したが１時間経過しても真空度は変化なく、密閉性が確保されていることが確認された。
さらに反応缶内の圧力を０．２ＭＰａに増圧しさらに５００時間を経過しても鳴き音が発生しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によるメカニカルシールは、一般の使用環境の他に、ドライ状態又はグラスライニング製反応缶等における使用が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１    回転軸
１ａ    軸部分
１ｂ    外周面
２    固定体
２Ａ    固定環
２ａ    段部
２ｂ    Ｏリング
２ｃ    ボルト
２ｄ    一面
３    リング状抑え体
４    環状クランプ
４ａ    ネジ
５    円筒状ベローズ
５ａ    一端
５ｂ    他端
５ｃ    摺動面
５ｄ    外周面
６    リテーナ
６ａ    一面
６ｂ    凹部
６ｃ    外周面
７    スプリング（弾性部）
８    ピン
２０    制振体
２０Ａ    第１制振体片
２０Ｂ    第２制振体片
２０Ｅ    輪状フランジ
２０Ｆ    制振プレート
２０Ｆａ    曲折部
２０ａ    孔
２０ｂ    端部
２０ｃ    溝
２１    ネジ
２２    Ｏリング（弾性体）
２２ａ    円板状弾性体
２５    上部
２６    案内孔
２７    ネジ
２７ａ    ネジ孔
３０    リベット
３１    ホルダ
３２    回転環
３３    ドライブピン
３４    Ｖ字型パッキン
４０    ネジ孔
４１    とめネジ
Ｅ    軸方向
【図１】
2012026509.tif 000003
【図２】
2012026509.tif 000004
【図３】
2012026509.tif 000005
【図４】
2012026509.tif 000006
【図５】
2012026509.tif 000007
【図６】
2012026509.tif 000008
【図７】
2012026509.tif 000009
【図８】
2012026509.tif 000010
【図９】
2012026509.tif 000011
【図１０】
2012026509.tif 000012