(57)【要約】【課題】回転機器への組み込み作業やメンテナンス作業を容易に行うことができるようにする。【解決手段】カートリッジ型のメカニカルシールは、静止側密封要素３と回転側密封要素４と両密封要素３，４をメカニカルシールの使用形態と同一の形態に一時的に連結しておく連結手段５とからなる。静止側密封要素３は、取付ケース６とその内周部に固定保持された静止密封環７とを具備する。回転側密封要素４は、スリーブ１３と、これを回転軸２に固定するスリーブ固定手段１４と、スリーブ１３に設けたスプリングリテーナ１５と、スリーブ１３にＯリング１７を介して軸線方向移動可能に嵌合保持された回転密封環１６と、回転密封環１６を静止密封環７へと押圧附勢するスプリング部材１８と、回転密封環１６の軸線方向移動を許容しつつ回転密封環１６のスリーブ１３に対する相対回転を阻止する回転阻止手段１９とを具備する。【選択図】図２
2013194899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機器の軸封部ケーシングに取り付けられる静止側密封要素と軸封部ケーシングを貫通する当該回転機器の回転軸に挿通固定される回転側密封要素と両密封要素をメカニカルシールの使用形態と同一の形態に一時的に連結しておく連結手段とからなるカートリッジ型のメカニカルシールであって、
静止側密封要素が、軸封部ケーシングに取り付けられる筒状の取付ケースと、取付ケースの内周部に固定保持された静止密封環とを具備するものであり、
回転側密封要素が、回転軸に挿通されるスリーブと、スリーブを回転軸に固定するスリーブ固定手段と、スリーブに設けられたスプリングリテーナと、静止密封環とスプリングリテーナとの間に位置してスリーブに環状シール部材を介して軸線方向移動可能に嵌合保持された回転密封環と、回転密封環とスプリングリテーナとの間に配設されており、回転密封環を静止密封環へと押圧接触させるべく附勢するスプリング部材と、回転密封環とスプリングリテーナとの間に配設されており、回転密封環の軸線方向移動を許容しつつ回転密封環のスリーブに対する相対回転を阻止する回転阻止手段とを具備するものであり、
回転密封環が、先端部が静止密封環に接触する密封環本体と内周部に前記環状シール部材を保持する密封環保持体とを、密封環本体の基端部を密封環保持体の先端部に形成した環状凹部に１個の非圧縮性弾性材製のＯリングを介在した状態で嵌合させることにより連結してなるものであって、当該Ｏリングを両体の嵌合部分に形成される径方向の対向周面及び軸線方向の対向端面に弾性的に接触させることにより両体間をシールするように構成したものであることを特徴とするカートリッジ型のメカニカルシール。
【請求項２】
密封環本体の基端部が、静止密封環との対向端面である密封端面を形成した先端部に連なる第１被嵌合部とこれに連なり且つ外径を第１被嵌合部の外径より小さくした第２被嵌合部とで構成されており、
密封環保持体の先端部が、第１被嵌合部を嵌合させる円筒状の第１嵌合部と第２被嵌合部を嵌合させる円筒状の第２嵌合部とで構成されており、
密封環本体の基端部においては第１被嵌合部の外周面と第２被嵌合部の外周面とが軸線方向に直交する環状平面で連結されており、
密封環保持体の先端部においては第１嵌合部の内周面と第２嵌合部の内周面とが軸線に直交する環状平面で連結されており、
前記径方向の対向周面が第２被嵌合部の外周面と第１嵌合部の内周面とで形成されており、
前記軸線方向端面が密封環本体の前記環状平面と密封環保持体の前記環状平面とで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載するカートリッジ型のメカニカルシール。
【請求項３】
密封環本体の基端部が、静止密封環との対向端面である密封端面を形成した先端部に連なる第１被嵌合部とこれに連なり且つ外径を第１被嵌合部の外径より小さくした第２被嵌合部とで構成されており、
密封環保持体の先端部が、第１被嵌合部を嵌合させる円筒状の第１嵌合部と第２被嵌合部を嵌合させる円筒状の第２嵌合部とで構成されており、
密封環本体の基端部においては第１被嵌合部の外周面と第２被嵌合部の外周面とが軸線方向に直交する環状平面で連結されており、
密封環保持体の先端部においては第１嵌合部の内周面と第２嵌合部の内周面とが軸線に直交する環状平面で連結されており、
前記径方向の対向周面が第２被嵌合部の外周面と第１嵌合部の内周面とで形成されており、
前記軸線方向端面が密封環本体の前記環状平面と密封環保持体の前記環状平面とで形成されており、
前記Ｏリングが第２被嵌合部の外周面と第１嵌合部の内周面との間に圧縮された状態で装填されていることを特徴とする、請求項１に記載するカートリッジ型のメカニカルシール。
【請求項４】
密封環本体の基端部が、静止密封環との対向端面である密封端面を形成した先端部に連なる第１被嵌合部とこれに連なり且つ外径を第１被嵌合部の外径より小さくした第２被嵌合部とで構成されており、
密封環保持体の先端部が、第１被嵌合部を嵌合させる円筒状の第１嵌合部と第２被嵌合部を嵌合させる円筒状の第２嵌合部とで構成されており、
密封環本体の基端部においては第１被嵌合部の外周面と第２被嵌合部の外周面とが軸線方向に直交する環状平面で連結されており、
密封環保持体の先端部においては第１嵌合部の内周面と第２嵌合部の内周面とが軸線に直交する環状平面で連結されており、
前記径方向の対向周面が第２被嵌合部の外周面と第１嵌合部の内周面とで形成されており、
前記軸線方向端面が密封環本体の前記環状平面と密封環保持体の前記環状平面とで形成されており、
密封環保持体の基端部が、第１及び第２嵌合部と一体成形された本体部とスプリング受け部とに分離して構成されており、スプリング受け部は前記スプリング部材によって本体部の基端部に押圧衝合されており、
本体部の内周部には軸線方向の開口をスプリング受け部で閉塞してなる環状凹溝が形成されており、この環状凹溝には本体部とスリーブとの間をシールする前記環状シール部材が係合保持されていることを特徴とする、請求項１に記載するカートリッジ型のメカニカルシール。
【請求項５】
密封環本体の基端部が、静止密封環との対向端面である密封端面を形成した先端部に連なる第１被嵌合部とこれに連なり且つ外径を第１被嵌合部の外径より小さくした第２被嵌合部とで構成されており、
密封環保持体の先端部が、第１被嵌合部を嵌合させる円筒状の第１嵌合部と第２被嵌合部を嵌合させる円筒状の第２嵌合部とで構成されており、
密封環本体の基端部においては第１被嵌合部の外周面と第２被嵌合部の外周面とが軸線方向に直交する環状平面で連結されており、
密封環保持体の先端部においては第１嵌合部の内周面と第２嵌合部の内周面とが軸線に直交する環状平面で連結されており、
前記径方向の対向周面が第２被嵌合部の外周面と第１嵌合部の内周面とで形成されており、
前記軸線方向端面が密封環本体の前記環状平面と密封環保持体の前記環状平面とで形成されており、
前記環状シール部材がＯリングであり、
密封環保持体が当該Ｏリングを介してスリーブに軸線方向移動可能に嵌合保持されていることを特徴とする、請求項１に記載するカートリッジ型のメカニカルシール。
【請求項６】
スリーブが、両端部を取付ケースの両側から突出させた状態で、一端部をスリーブ固定手段により回転軸に固定させたものであり、スリーブの他端部には前記スプリングリテーナが設けられていることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載するカートリッジ型のメカニカルシール。
【請求項７】
スリーブが、両端部を取付ケースの両側から突出させた状態で、一端部をスリーブ固定手段により回転軸に固定させたものであり、
スリーブの他端部には前記スプリングリテーナが一体形成されており、
スリーブが、スプリングリテーナを一体形成する他端部を除いて、薄肉の円筒体をなすものであることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載するカートリッジ型のメカニカルシール。
【請求項８】
スリーブが、両端部を取付ケースの両側から突出させた状態で、一端部をスリーブ固定手段により回転軸に固定させたものであり、
スリーブの他端部には前記スプリングリテーナが一体形成されており、
スリーブが、スプリングリテーナを一体形成する他端部を除いて、薄肉の円筒体をなすものであり、
スリーブ固定手段が、スリーブの一端部に嵌合されたストッパーリングと、ストッパーリングをスリーブの一端部に固定するための第１セットスクリューと、ストッパーリングを回転軸に嵌合固定するための第２セットスクリューとからなるものであることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載するカートリッジ型のメカニカルシール。
【請求項９】
前記連結手段が、複数個のセットプレートと、各セットプレートの基端部を取付ケースに固定するボルトと、スリーブの外周部に形成された環状凹部とで構成されており、取付ケースに取り付けられた各セットプレートの先端部を環状凹部に係合させることにより、両密封要素をメカニカルシール形態と同一と形態に連結するものであることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載するカートリッジ型のメカニカルシール。
【請求項１０】
静止密封環がカーボン製のものであり、回転密封環の密封環本体が炭化ケイ素製又はタングテンカーバイド製のものであり、回転密封環の密封環保持体、取付ケース、スリーブ及びスプリングリテーナが金属製のものであることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載するカートリッジ型のメカニカルシール。
【請求項１１】
静止密封環と回転密封環との対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により機内領域と機外領域との間をシールするように構成された端面接触形メカニカルシールであることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載するカートリッジ型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、プロセスポンプ、ブロワ、圧縮機、タービンや攪拌機等の回転機器に軸封手段として装着されるメカニカルシールであって、回転機器への組み込み及び回転機器からの取り外しを極めて容易に行うことができるカートリッジ型のメカニカルシールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、メカニカルシールは、回転機器の軸封部ケーシングに取り付けられる静止側密封要素（軸封部ケーシングに取り付けられる取付ケース及びこれに固定保持される静止密封環等）と軸封部ケーシングを貫通する回転軸に取り付けられる回転側密封要素（回転軸に挿通固定されるスリーブ、スリーブにＯリング等の環状シール部材を介して軸線方向に移動可能に嵌合保持された回転密封環及び回転密封環を静止密封環へと押圧接触させるスプリング部材等）とで構成されている（特許文献１の図２及び特許文献２の図４を参照）。そして、当該メカニカルシールの軸封部ケーシング及び回転軸への取付けは、各密封要素を構成する複数の構成部材（密封環等）を個別に一定の手順で組み込むことによって行われる。
【０００３】
ところで、両密封要素を構成する構成部材相互の位置関係は、当該メカニカルシールの機能を決定する重要な要素であり、各構成部材の組み込みは、かかる位置関係が適正となるように行う必要がある。すなわち、両密封要素の径方向及び軸線方向における位置決めを適正に行って、静止密封環と回転密封環との対向端面たる密封端面の平行度（回転軸に対する直角度）及び同心度が確保され且つ両密封端面の接触圧が適正となるように組み込む必要がある。
【０００４】
しかし、これらの密封要素は多くの部材からなっているため、未熟練者は勿論、熟練者であっても、上記した適正な位置関係を維持した状態で回転機器に組み込む作業は極めて困難であり、組み込み不良により所定のシール機能が発揮されない場合も発生する。同様に、回転機器からの取り外しや再組み込みを必要とするメンテナンス作業も作業の負荷が大きく且つ困難である。
【０００５】
また、一般に、静止密封環はカーボン等の軟質材で構成され、回転密封環は静止密封環の構成材より硬質のセラミックスや超硬合金等で構成されるが、静止密封環については、取付ケースに固定保持させておくものであり、単純な形状で足りるものであるから、カーボン等の一体構造物に構成しておくことができる。一方、回転密封環は、内周部に環状シール部材を保持させるための環状凹溝や回転軸ないしスリーブとの相対回転を阻止するためのドライブピンを固着するネジ孔（或いはドライブピンの係合孔）を形成する等、静止密封環に比して複雑な形状に加工する必要があり、且つスプリング部材により強い押圧力が直接に作用するものである。したがって、特許文献１の図２に開示される如く回転密封環をセラミックス等の一体構造物に構成することは、加工性及び強度耐久性の点から好ましくない。そこで、従来においては、一般に、分回転密封環を静止密封環に接触する先端部分とスプリング部材の押圧力が直接に作用する基端部分とに分離して、両部分を機能に応じた材質とする複合構造物に構成している。すなわち、特許文献２の図４に開示される如く、先端部分をセラミックス等の密封環構成材で構成して可及的に単純な形状の密封環保持体とすると共に、基端部分をセラミックス等の硬質脆性材料に比して加工性、強度及び耐久性に優れるステンレス鋼等の金属材で構成して、前記環状凹溝やネジ孔等を有する複雑な形状の密封環保持体として、両体を焼き嵌めにより一体に連結している。
【０００６】
しかし、密封環本体を密封環保持体に焼き嵌めしてなる回転密封環にあっては、焼き嵌めにより密封環本体の先端面に形成される密封端面に歪が生じて、静止密封環の密封端面との接触が適正に行われず、両密封端面の相対回転摺接作用によるシール機能が良好に発揮されない。また、焼き嵌めは作業者に高度の熟練が要求されることから、回転密封環の組み立て（密封環本体と密封環保持体との連結）に困難を伴い、メカニカルシール製作の経済的な課題になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７８９２０公報
【特許文献２】特開２００５−０４８８１９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題を解決したもので、回転機器への組み込み作業やメンテナンス作業を容易に行うことができ、しかも回転密封環を複合構造物としながらも静止密封環との適正な接触による良好なシール機能を発揮することができるカートリッジ型のメカニカルシールの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の目的を達成するために、回転機器の軸封部ケーシングに取り付けられる静止側密封要素と軸封部ケーシングを貫通する当該回転機器の回転軸に挿通固定される回転側密封要素と両密封要素をメカニカルシールの使用形態に一時的に連結しておく連結手段とからなり、両密封要素を連結手段で連結した状態で当該回転機器に組み込むように構成されたカートリッジ型のメカニカルシールを提案する。
【００１０】
このメカニカルシールにあっては、静止側密封要素が、軸封部ケーシングに取り付けられる筒状の取付ケースと、取付ケースの内周部に固定保持された静止密封環とを具備するものであり、回転側密封要素が、回転軸に挿通されるスリーブと、スリーブを回転軸に固定するスリーブ固定手段と、スリーブに設けられたスプリングリテーナと、静止密封環とスプリングリテーナとの間に位置してスリーブに環状シール部材を介して軸線方向移動可能に嵌合保持された回転密封環と、回転密封環とスプリングリテーナとの間に配設されており、回転密封環を静止密封環へと押圧接触させるべく附勢するスプリング部材と、回転密封環とスプリングリテーナとの間に配設されており、回転密封環の軸線方向移動を許容しつつ回転密封環のスリーブに対する相対回転を阻止する回転阻止手段とを具備するものであり、回転密封環が、先端部が静止密封環に接触する密封環本体と内周部に前記環状シール部材を保持する密封環保持体とを、密封環本体の基端部を密封環保持体の先端部に形成した環状凹部に１個の非圧縮性弾性材から成るＯリングを介在させて嵌合させることにより、連結させたものであって、当該Ｏリングを両体の嵌合部分に形成される径方向の対向周面及び軸線方向の対向端面に弾性的に接触させることにより両体間をシールするように構成したものである。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態にあっては、密封環本体の基端部が、静止密封環との対向端面である密封端面を形成した先端部に連なる第１被嵌合部とこれに連なり且つ外径を第１被嵌合部の外径より小さくした第２被嵌合部とで構成されており、密封環保持体の先端部が、第１被嵌合部を嵌合させる円筒状の第１嵌合部と第２被嵌合部を嵌合させる円筒状の第２嵌合部とで構成されており、密封環本体の基端部においては第１被嵌合部の外周面と第２被嵌合部の外周面とが軸線方向に直交する環状平面で連結されており、密封環保持体の先端部においては第１嵌合部の内周面と第２嵌合部の内周面とが軸線に直交する環状平面で連結されており、前記径方向の対向周面が第２被嵌合部の外周面と第１嵌合部の内周面とで形成されており、前記軸線方向端面が密封環本体の前記環状平面と密封環保持体の前記環状平面とで形成されている。かかる構成においては、前記Ｏリングが第２被嵌合部の外周面と第１嵌合部の内周面との間に圧縮された状態で装填されていることが好ましい。また、密封環保持体の基端部が、第１及び第２嵌合部と一体成形された本体部とスプリング受け部とに分離して構成されており、スプリング受け部は前記スプリング部材によって本体部の基端部に押圧衝合されており、本体部の内周部には軸線方向の開口をスプリング受け部で閉塞してなる環状凹溝が形成されており、この環状凹溝には本体部とスリーブとの間をシールする前記環状シール部材が係合保持されていることが好ましい。また、前記環状シール部材がＯリングであり、密封環保持体が当該Ｏリングを介してスリーブに軸線方向に移動可能に嵌合保持されていることが好ましい。
【００１２】
また、スリーブが、両端部を取付ケースの両側から突出させた状態で、一端部をスリーブ固定手段により回転軸に固定させたものであり、スリーブの他端部には前記スプリングリテーナが設けられていることが好ましく、更には、スリーブの他端部には前記スプリングリテーナが一体形成されており、スリーブが、スプリングリテーナを一体形成する他端部を除いて、薄肉の円筒体をなすものであることが好ましい。また、スリーブ固定手段が、スリーブの一端部に嵌合されたストッパーリングと、ストッパーリングをスリーブの一端部に固定するための第１セットスクリューと、ストッパーリングを回転軸に嵌合固定するための第２セットスクリューとからなるものであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の好ましい実施の形態にあって、前記連結手段は、複数個のセットプレートと、各セットプレートの基端部を取付ケースに固定するボルトと、スリーブの外周部に形成された環状凹部とで構成されており、取付ケースに取り付けられた各セットプレートの先端部を環状凹部に係合させることにより、両密封要素をメカニカルシール形態と同一の形態に連結するものである。
【００１４】
また、本発明の好ましい実施の形態にあっては、静止密封環がカーボン製のものであり、回転密封環の密封環本体が炭化ケイ素製又はタングテンカーバイド製のものであり、回転密封環の密封環保持体、取付ケース、スリーブ及びスプリングリテーナが金属製のものである。
【００１５】
また、本発明の好ましい実施の形態にあって、カートリッジ型のメカニカルシールは、静止密封環と回転密封環との対向端面である両密封端面の相対回転摺接作用により機内領域と機外領域との間をシールするように構成された端面接触形に構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のカートリッジ型のメカニカルシールは、静止側密封要素と回転側密封要素とを連結手段により連結してメカニカルシールの使用形態と同一の形態をなす一体構造物（カートリッジ構造物）に組み立てることができ、かかる組み立て状態のままで回転機器に脱着できるものであるから、回転機器への組み込み作業、取り外し作業及びメンテナンス作業を、作業者の熟練度に拘わらず、適切且つ容易に行うことができる。また、回転密封環が、密封端面を形成する密封環本体と環状シール部材を保持する密封環保持体とをＯリングを介在した状態で嵌合してなるものであるから、両体を焼き嵌めにより連結する場合に比して高精度な回転密封環の製作を容易に行うことができ、しかも焼き嵌めによる場合のように密封環本体及びこれに形成された密封端面に歪が生じることがなく、両密封環の相対回転によるシール機能を良好に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明のカートリッジ型のメカニカルシールの一例を示したもので、運転状態を示す縦断側面図である。
【図２】図２は当該メカニカルシールの回転機器への組み込み完了状態を示す図１対応の縦断側面図である。
【図３】図３は当該メカニカルシールの回転機器への組み込み途中の状態を示す図１対応の縦断側面図である。
【図４】図４は図１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、本発明を実施するための形態を図１〜図４に基づいて具体的に説明する。
【００１９】
図１〜図４は本発明のカートリッジ型のメカニカルシールの一例を示したもので、図１は運転状態を示す縦断側面図であり、図２は回転機器への組み込みを完了した運転開始前の状態を示す図１対応の縦断側面図であり、図３は組み立てたメカニカルシールの回転機器への組み込み途中の状態を示す図１対応の縦断側面図であり、図４は図１の要部を拡大して示す詳細図である。
【００２０】
図１に示すメカニカルシールは、回転機器（プロセスポンプ、ブロワ、圧縮機、タービン、攪拌機等）の軸封部ケーシング１とこれを貫通して機器外に突出する回転軸２との間に組み込むことにより、当該回転機器の内部領域である機内領域Ａと当該回転機器の外部領域である機外領域Ｂとの間を遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、図２及び図３に示す如く、軸封部ケーシング１に取り付けられる静止側密封要素３と、回転軸２に取り付けられる回転側密封要素４と、両密封要素３，４をメカニカルシールの使用形態（図１に示す運転状態における形態）と同一の形態に一時的に連結させておくための連結手段５とからなるカートリッジ型のものである。この例では、機内領域Ａの流体（被密封流体）は正圧の液体であり、機外領域Ｂの流体（非密封流体）は大気である。なお、以下の説明において、前後とは図１における左右を意味するものとする。
【００２１】
静止側密封要素３は、図１及び図２に示す如く、軸封部ケーシング１に取り付けられる筒状の取付ケース６と、取付ケース６の内周部６ａに固定保持された静止密封環７とを具備する。
【００２２】
取付ケース６は、図１又は図２に示す如く、回転軸２と同心状をなす円形の内周部６ａを有する金属製（ステンレス鋼等）の筒状体であり、軸封部ケーシング１の機外領域側端部である前端部１ａに取り付けられる。取付ケース６の軸封ケーシング１への取り付けは、図３に示す如く、軸封ケーシング１の前端部１ａから回転軸２と平行に突出する複数本（１本のみ図示）のボルト８に取付ケース６に形成したボルト孔６ｂを挿通させた上、図２に示す如く、各ボルト８に螺合させたナット９を締め付けて、取付ケース６の一端部たる後端部６ｃを軸封ケーシング１の前端部１ａに衝合させることにより行われる。なお、取付ケース６の後端部６ｃには、取付ケース６と軸封部ケーシング１との衝合端部１ａ，６ｃ間をシールするＯリング１０が保持されている。また、衝合端部１ａ，６ｃには、取付ケース６をその内周部６ａが回転軸２と同心をなして軸封部ケーシング１に取り付けるための位置決め用の環状段部１ｂ，６ｄが形成されている。
【００２３】
静止密封環７は、図１〜図３に示す如く、先端面（後端面）を軸線に直交する平滑な環状平面をなす密封端面（静止側密封端面）７ａに構成した一体成形物であり、取付ケース６の内周部６ａに前後一対のＯリング１１ａ，１１ｂを介在した状態で嵌合固定されている。静止密封環７は、一般に、カーボンや炭化ケイ素等のセラミックス等で構成されるが、この例ではカーボンで構成されている。取付ケース６には、図１に示す如く、内周部６ａに開口するフラッシング通路１２が形成されている。静止密封環７は取付ケース６内において密封端面７ａがフラッシング通路１２の開口部１２ａに対応する位置に位置されるように取付ケース６に固定されている。
【００２４】
回転側密封要素４は、図１及び図２に示す如く、回転軸２に挿通されるスリーブ１３と、スリーブ１３を回転軸２に固定するスリーブ固定手段１４と、スリーブ１３に設けられたスプリングリテーナ１５と、静止密封環７とスプリングリテーナ１５との間に位置してスリーブ１３に環状シール部材１７を介して軸線方向移動可能に嵌合保持された回転密封環１６と、回転密封環１６とスプリングリテーナ１５との間に配設されており、回転密封環１６を静止密封環７へと押圧接触させるべく附勢するスプリング部材１８と、回転密封環１６とスプリングリテーナ１５との間に配設されており、回転密封環１６の軸線方向移動を許容しつつ回転密封環１６のスリーブ１３に対する相対回転を阻止する回転阻止手段１９とを具備する。
【００２５】
スリーブ１３は、図１及び図２に示す如く、軸線方向長さが取付ケース６より長く且つ径方向厚み（肉厚）が均一な金属製（ステンレス鋼等）の円筒体であり、後述するスリーブ固定手段１４により、両端部１３ａ，１３ｂが取付ケース６の両側から軸線方向（前後方向）に突出する状態で回転軸２に挿通固定されるものである。スリーブ１３の肉厚は強度的に問題のない範囲において可及的に薄くなるように設定されている。なお、静止密封環７はスリーブ１３に遊嵌されるもので、その内径はスリーブ１３の外径より大きく設定されている。
【００２６】
スリーブ固定手段１４は、図１及び図２に示す如く、スリーブ１３の一端部（前端部）１３ａに嵌合された金属製（ステンレス鋼等）のストッパーリング２０と、ストッパーリング２０をスリーブ１３の前端部１３ａに固定するための適当本数（１本のみ図示）の第１セットスクリュー２１ａと、ストッパーリング２０を回転軸２に固定するための適当本数（１本のみ図示）の第２セットスクリュー２１ｂとからなり、各セットスクリュー２１ａ，２１ｂを締め付けることによりスリーブ１３を回転軸２に固定しうるようになっている。なお、スリーブ１３と回転軸２との間は、スリーブ１３の他端部（後端部）１３ｂの内周部に保持させたＯリング２２によりシールされる。
【００２７】
スプリングリテーナ１５は、図１及び図２に示す如く、スリーブ１３の後端部１３ｂに設けられた金属製（ステンレス鋼等）の円筒体であり、この例ではスリーブ１３に一体形成されている。すなわち、スリーブ１３の後端部１３ｂをこれ以外のスリーブ部分より厚肉に構成して、この厚肉部分をスプリングリテーナ１５としている。
【００２８】
回転密封環１６は、図１及び図２に示す如く、環状シール部材１７を介してスリーブ１３に軸線方向移動可能に嵌合保持されたもので、静止密封環７に接触する密封環本体２３と内周部に環状シール部材１７を保持する密封環保持体２４とに分離して構成されている。すなわち、回転密封環１６は、図４に示す如く、両体２３，２４を、密封環本体２３の基端部２３ｃ，２３ｄを密封環保持体２４の先端部２４ａ，２４ｂに形成した環状凹部２４ｃに１個の非圧縮性弾性材製のＯリング２５を介在した状態で嵌合（圧入）させることにより一体構造物に連結してなるものであって、当該Ｏリング２５を両体２３，２４の嵌合部分に形成される径方向の対向周面２３ｆ，２４ｇ及び軸線方向の対向端面２３ｇ，２４ｉに弾性的に接触させることにより両体２３，２４間をシールするように構成したものである。
【００２９】
密封環本体２３は、図１〜図３に示す如く、スリーブ１３に軸線方向移動可能に嵌合された円環状体であり、先端面（前端面）を軸線に直交する平滑な環状平面であって静止側密封端面７ａに接触する密封端面（回転側密封端面）２３ａに構成したものである。
【００３０】
密封環本体２３の基端部（後端部）は、図４に示す如く、密封端面２３ａが形成された先端部２３ｂに連なる第１被嵌合部２３ｃとこれに連なる第２被嵌合部２３ｄとで構成されている。第１被嵌合部２３ｃの外径は先端部２３ｂの外径に一致するが、第２被嵌合部２３ｄの外径は第１被嵌合部２３ｃの外径より小さく、第１被嵌合部２３ｃの外周面２３ｅと第２被嵌合部２３ｄの外周面２３ｆとは軸線に直交する環状平面２３ｇで連結されている。この環状平面２３ｇは、図４に示す如く、第１被嵌合部２３ｃの基端面（後端面）である。密封環本体２３は、一般的な密封環材料で構成されており、静止密封環７の構成材（カーボン）より硬質のセラミックスや超硬合金等（例えば、炭化ケイ素，タングステンカーバイド等）で構成されるが、この例では、炭化ケイ素で構成されている。
【００３１】
密封環保持体２４は、図１〜図３に示す如く、スリーブ１３に環状シール部材１７を介して軸線方向移動可能に嵌合保持された金属製（ステンレス鋼等）の円環状体であり、図４に示す如く、先端部（前端部）２４ａ，２４ｂには、密封環本体２３の基端部２３ｃ，２３ｄを嵌合する環状凹部２４ｃが形成されており、基端部（後端部）２４ｄ，２４ｅの内周部には、環状シール部材１７を保持する環状凹溝２４ｆが形成されている。
【００３２】
密封環保持体２４の先端部（前端部）は、図４に示す如く、円筒状の第１嵌合部２４ａとその基端（後端）に連なる円筒状の第２嵌合部２４ｂとで構成されている。両嵌合部２４ａ，２４ｂの外径は一致するが、第１嵌合部２４ａの内径は第２嵌合部２４ｂの内径より大きく設定されていて、第１嵌合部２４ａの内周面２４ｇと第２嵌合部２４ｂの内周面２４ｈとは軸線方向に直交する環状平面２４ｉで連結されている。この環状平面２４ｉは、図４に示す如く、第２嵌合部２４ｂの先端面（前端面）で構成される。
【００３３】
密封環本体２３の基端部２３ｃ，２３ｄが嵌合される環状凹部２４ｃは、図４に示す如く、第１及び第２嵌合部２４ａ，２４ｂの内周領域で構成されている。第１嵌合部２４ａの内径は密封環本体２３の第１被嵌合部２３ｃが嵌合しうる寸法に設定されており、第２嵌合部２４ｂの内径は密封環本体２３の第２被嵌合部２３ｄが嵌合しうる寸法に設定されている。
【００３４】
密封環保持体２４の基端部（後端部）２４ｄ，２４ｅは、図４に示す如く、内周部に形成した環状凹溝２４ｆに係合保持させた環状シール部材１７を介在した状態で、スリーブ１３に軸線方向移動可能に嵌合保持されている。この例では、密封環保持体２４の基端部が、図４に示す如く、本体部２４ｄとスプリング受け部２４ｅとに分離して構成されている。本体部２４ｄは、その先端面（前端面）２４ｊの外周縁部から突出する前記嵌合部２４ａ，２４ｂと一体に構成されたものであり、スリーブ１３に軸線移動可能に嵌合する内径を有している。本体部２４ｄの内径は、図４に示す如く、その内周面２４ｒとスリーブ１３の外周面１３ｄとの間に、本体部２４ｄがガタツキを生じることなくスリーブ１３の外周面１３ｄ上を軸線方向に円滑に移動できる程度の微小なクリアランスが生じるように、設定されている。すなわち、本体部２４ｄの内径は、一般的な「すきまばめ（ｍｏｖａｂｌｅ  ｆｉｔ）」と同等の嵌合度で本体部２４ｄがスリーブ１３に嵌合するように、設定されている。このように密封環保持体２４とスリーブ１３との嵌合部分におけるクリアランス（正確には本体部２４ｄの内周面２４ｒとスリーブ１３の外周面１３ｄとの間のクリアランス）が微小であることから、両者１３，２４を熱膨張係数が大きく異なる異種金属で構成しておくことは好ましくない。例えば、機内領域Ａが高温流体領域である場合、密封環保持体２４がスリーブ１３より熱膨張係数の小さな金属材料で構成されていると、両者１３，２４の径方向における熱変形量の差によって上記クリアランスが消失して密封環保持体２４が軸線方向に円滑に移動できなくなり、逆に、密封環保持体２４がスリーブ１３より熱膨張係数の大きな金属材料で構成されていると、両者１３，２４の径方向における熱変形量の差によって上記クリアランスが必要以上に大きくなって、密封環保持体２４の軸線方向への移動時にガタツキを生じ、何れの場合にも、回転密封環１６の相手密封環（静止密封環）７への追従性が低下して、両密封環７，１６によるシール機能が良好に発揮されない虞れがある。したがって、スリーブ１３と密封環保持体２４とは熱膨張係数が同一又は近似する金属材料で構成しておくことが好ましく、この例では、スリーブ１３と密封環保持体２４（スプリング受け部２４ｅを含む）とを同一の金属材料（ステンレス鋼等）で構成してある。一方、密封環本体２３は、その機能上、スリーブ１３と同種又は類似の金属材料で構成しておくことができず、上述したように一般的な密封環材料（この例では炭化ケイ素）で構成されることから、スリーブ１３との間に径方向における熱変形量の差が生じることは避け難い。したがって、密封環本体２３の内径は、図４に示す如く、このような熱変形量の差によるスリーブ１３との干渉を避けるために、密封環本体２３の内周面２３ｉとスリーブ１３の外周面１３ｄとの間に上記したクリアランス（密封環保持体２４の本体部２４ｄの内周面２４ｒとスリーブ１３の外周面１３ｄとの間のクリアランス）よりやや大きなクリアランスが生じるように、設定される。回転密封環１６のスリーブ１３上における軸線方向の移動姿勢は、密封環保持体２４とスリーブ１３との嵌合形態によって決���されることから、密封環本体２３とスリーブ１３との間のクリアランスが多少大きくなっても問題は全く生じない。
【００３５】
スプリング受け部２４ｅは、本体部２４ｄ（及び嵌合部２４ａ，２４ｂ）とは別体に構成された円環状板であって、後述するスプリング部材１８による押圧力によって本体部２４ｄの基端部（後端部）に押圧衝合されている。両部２４ｄ，２４ｅの相対回転は、本体部２４ｄに突設したドライブピン２４ｋをスプリング受け部２４ｅに形成した貫通孔２４ｍに係合させることにより、阻止されている。本体部２４ｄの内周部には、軸線方向の開口（後方への開口）２４ｎをスプリング受け部２４ｅで閉塞してなる環状凹溝２４ｆが形成されている。この環状凹溝２４ｆには、本体部２４ｄとスリーブ１３との間をシールする環状シール部材１７が係合保持されている。この例では、環状シール部材１７としてＯリングが使用されている。スプリング受け部２４ｅの内周端部は、環状凹溝２４ｆの側壁を構成するものであり、環状シール部材（Ｏリング）１７の環状凹溝２４ｆからの飛び出しを阻止するためのものであるから、スプリング受け部２４ｅの内径は、その内周端部が環状シール部材１７の飛び出しを阻止できることを条件として、スリーブ１３の外周面１３ｄとの間に上記したクリアランス（本体部２４ｄの内周面２４ｒとスリーブ１３の外周面１３ｄとの間のクリアランス）より大きなクリアランスが形成されるように設定されている（図４参照）。したがって、スプリング受け部２４ｅを構成する金属材料の選定に当たってはスリーブ１３との径方向の熱変形量の差を考慮する必要はないが、この例では、上記した如くスプリング受け部２４ｅもこれ以外の密封環保持体部分と同一の金属材料で構成してある。なお、前記Ｏリング１０，１１ａ，１１ｂ，１７，２２，２５はすべてゴム等の非圧縮性弾性材から成るものであり、この例ではフッ素ゴム製のものが使用されている。
【００３６】
回転密封環１６は、Ｏリング２５が径方向の対向周面２３ｆ，２４ｇ及び軸線方向の対向端面２３ｇ，２４ｉに弾性的に接触する状態となるように、密封環本体２３を密封環保持体２４の環状凹部２４ｃに物理的に嵌合させてなるものであり、両体２３，２４の嵌合は次のようにして行われる。
【００３７】
すなわち、第１嵌合部２４ｂの内周面２４ｇと第２被嵌合部２３ｄの外周面２３ｆとの径方向間隔を、Ｏリング２５の自然状態（圧縮負荷及び引張負荷が作用していない状態）における断面径より小さく設定して、Ｏリング２５を上記内外周面（径方向の対向周面）２３ｆ，２４ｇ間に自然状態より所定量圧縮させた状態で、密封環本体２３の被嵌合部２３ｃ，２３ｄを密封環保持体２４の環状凹部２４ｃつまり嵌合部２４ａ，２４ｂの内周領域に押し込む（圧入する）。この押し込みは、Ｏリング２５が第１被嵌合部２３ｃと第２被嵌合部２４ｂとの対向端面（軸線方向の対向端面）２３ｇ，２４ｉ間に挟圧された時点で完了する。すなわち、この押し込みは、Ｏリング２５が対向端面２３ｇ，２４ｉにその全周に亘って接触した時点で完了する。
【００３８】
而して、両体２３，２４が上記のように嵌合された状態においては、その嵌合部分が、径方向の対向周面２３ｆ，２４ｇ及び軸線方向の対向端面２３ｇ，２４ｉに弾性的に接触するＯリング２５によってシールされることになる。かかるシール機能は、主としてＯリング２５と径方向の対向周面２３ｆ，２４ｇとの接触作用によって発揮されるが、Ｏリング２５と軸線方向の対向端面２３ｇ，２４ｉとの接触作用によっても補助的に発揮される。
【００３９】
ところで、第１嵌合部２４ａの内周面２４ｇと第２被嵌合部２３ｄの外周面２３ｆとは同心をなす円柱面に形成されていることから、上記した如く、当該内外周面２３ｆ，２４ｇ間にＯリング２５を圧縮状態で介在した状態で密封環本体２３を密封環保持体２４の環状凹部２４ｃに押し込むことにより、非圧縮性弾性材製のＯリング２５が径方向の対向周面２３ｆ，２４ｇにその全周に亘って均一に接触することになり、その結果、両体２３，２４は軸線が一致しない状態で嵌合されるようなことがなく、必然的に同心状態で嵌合されることになる。すなわち、Ｏリング２５は、上記シール機能を発揮するものであると共に、両体２３，２４を軸線が一致する状態で嵌合させるための位置決め機能をも発揮するものである。また、回転側密封端面２３ａ及び被嵌合部２３ｃ，２３ｄ間の境界面（第１被嵌合部２３ｃの外周面２３ｅと第２被嵌合部２３ｄの外周面２３ｆとを連結する面）２３ｇと嵌合部２４ａ，２４ｂ間の境界面（第１嵌合部２４ａの内周面２４ｇと第２嵌合部２４ｂの内周面２４ｈとを連結する面）２４ｉとが軸線に直交する環状平面に形成されていることから、上記した如く、密封環本体２３の環状凹部２４ｃへの押し込みが完了した時点では、非圧縮性弾性材製のＯリング２５が軸線方向の対向端面２３ｇ，２４ｉにその全周に亘って均一に接触することになり、その結果、両体２３，２４はこれらの軸線が不一致となる状態で嵌合されるようなことがなく、必然的に回転側密封端面２３ａと上記対向端面２３ｇ，２４ｉとが同一の軸線に直交する状態で嵌合されることになる。すなわち、Ｏリングは密封環本体２３の密封端面２３ａが密封環保持体２４の軸線に直交し且つ同心をなす環状平面となるように両体２３，２４を嵌合させるための位置決め機能をも発揮するものである。
【００４０】
したがって、回転密封環１６を密封環本体２３と密封環保持体２４とに分離して構成し、両体２３，２４を物理的に嵌合させて一体となす複合構造物であるにも拘わらず、Ｏリング２５の上記した位置決め機能により、回転密封環１６を一体成形物と同様のものに正確に組み立てることができ、その組み立ても高度の熟練を必要とせずに容易に行うことができる。また、両体２３，２４がＯリング２５を介して嵌合連結されることから、つまり径方向の嵌合がＯリング２５を介して行われるから、冒頭で述べた如く焼き嵌めにより両体を連結する場合のように、両体２３，２４の嵌合によっては密封環本体２３ないし回転側密封端面２３ａに歪が生じたりすることがない。さらに、両体２３，２４は材質が異なることにより、高温条件下等においては両体２３，２４の嵌合部分において径方向及び／又は軸線方向に顕著な熱変形量の差が生じることがあるが、かかる熱変形量の差による問題はＯリング２５の弾性変形（クッション機能）により未然に防止することができ、過酷な温度条件下でも回転密封環１６としての機能を適正に担保することができる。このようなＯリング２５のクッション機能及び上記した位置決め機能（以下「Ｏリング機能」と総称する）が有効に発揮されるためには、かかるＯリング機能を発揮できるような径方向及び軸線方向の弾性変形が許容される状態でＯリング２５が密封環本体２３と密封環保持体２４との嵌合部分に装填されていることが必要である。したがって、この例では、密封環本体２３と密封環保持体２４との嵌合部分において、図４に示す如く、両者２３，２４の対向周面間つまり密封環本体２３の第１被嵌合部２３ｃの外周面２３ｅと密封環保持体２４の第１嵌合部２４ａの内周面２４ｇとの間及び密封環本体２３の第２被嵌合部２３ｄの外周面２３ｆと密封環保持体２４の第２嵌合部２４ｂの内周面２４ｈとの間には、Ｏリング機能を発揮できるようなＯリング２５の径方向（図４における上下方向）の弾性変形が許容され且つ両者２３，２４がガタツキを生じることなく軸線方向に円滑に相対移動できる（密封環本体２３を密封環保持体２４の嵌合凹部２４ｃに円滑に嵌入できる）程度のクリアランス（径方向のクリアランス）が形成されている。また、密封環本体２３と密封環保持体２４との嵌合部分において、図４に示す如く、両者２３，２４の対向端面間つまり密封環本体２３の第２被嵌合部２３ｄの基端面（後端面）２３ｊと密封環保持体２４の本体部２４ｄの先端面２４ｊとの間には、後述する如く、Ｏリング機能を発揮できるようなＯリング２５の軸線方向（図４における左右方向）の弾性変形が許容されるに十分なクリアランスが形成されている。
【００４１】
また、密封環保持体２４の嵌合凹部２４ｃの軸線方向長さ（軸線方向深さ）は密封環本体２３の基端部２３ｃ，２３ｄの軸線方向長さより若干大きく設定されている。すなわち、図４に示す如く、両体２３，２４の嵌合状態において第２被嵌合部２３ｄの後端面２３ｊと密封環保持体２４の本体部２４ｄの先端面２４ｊとの間には若干の軸線方向のクリアランスが存在するように構成されている。したがって、回転密封環１６に必要以上の軸線方向圧縮力が作用した場合、すなわち回転密封環１６を静止密封環７へと押し付ける軸方向推力が必要以上に高くなった場合、Ｏリング２５の弾性変形により軸線方向の対向端面２３ｇ，２４ｉの軸線方向間隔が変化して、当該軸線方向圧縮力が緩和される。すなわち、Ｏリング２５は、両密封端面７ａ，２３の接触面圧をこれが必要以上に高くならないように調整するクッション機能を発揮するものである。
【００４２】
なお、両体２３，２４はその嵌合部分に介在させたＯリング２５との摩擦係合力により相対回転を阻止されるものであるが、この例では、図４に示す如く、密封環本体２３の後端部（第２被嵌合部２３ｄの後端部）に係合凹部２３ｈを形成すると共に密封環保持体２４の本体部２４ｄの前端面２４ｊに係合凹部２３ｈに係合するドライブピン２４ｐを突設して、両者２３ｈ，２４ｐの係合作用によって両体２３，２４の相対回転をより確実に阻止するように工夫してある。両者２３ｈ，２４ｐの係合は、密封環本体２３の環状凹部２４ｃへの押し込みに伴って必然的に行われることになる。
【００４３】
スプリング部材１８は、図１に示す如く、回転密封環１６のスプリング受け部２４ｅとスプリングリテーナ１５との間に周方向に等間隔を隔てて介装された複数個（１個のみ図示）のコイルスプリング１８ａで構成されており、回転側密封端面２３ａを静止側密封端面７ａへと押圧接触させるべく回転密封環１６を静止密封環７へと押圧附勢するものである。なお、各コイルスプリング１８ａの後端部分は、スプリングリテーナ１５に形成した凹部１５ａに保持されている。
【００４４】
回転阻止手段１９は、図１及び図２に示す如く、回転密封環１６のスプリング受け部２４ｅに形成したネジ孔２４ｑにドライブピン２６をねじ込み固定し、このドライブピン２６をスプリングリテーナ１５に形成した係合凹部１５ｂに係合させることにより、回転密封環１６の軸線方向移動を許容しつつ回転密封環１６のスリーブ１３に対する相対回転を阻止するように構成されている。
【００４５】
連結手段５は、図２及び図３に示す如く、静止側密封要素３と回転側密封要素４とをメカニカルシールの使用形態（図１に示す形態）と同一形態に一時的に連結しておくためのものであり、複数個（１個のみ図示）の金属製のセットプレート２７と、各セットプレート２７の基端部を取付ケース６の先端部（前端部）に固定するボルト２８と、スリーブ１３の前端部１３ａに形成された環状凹部１３ｃとで構成される。環状凹部１３ｃは、図２及び図３に示す如く、両密封要素３，４をその軸線方向における位置関係がメカニカルシールの使用形態と同一となるように位置させた場合において、取付ケース６に取り付けられた各セットプレート２７の先端部が係合する位置に位置するようにスリーブ１３の前端部１３ａの外周部に形成されている。また、環状凹部１３ｃの深さは、その底面に取付ケース６に取り付けた各セットプレート２７の先端部が衝合した状態において、両密封要素３，４をその径方向における位置関係がメカニカルシールの使用形態と同一となるように連結されるように設定されている。セットプレート２７の数は、両密封要素３，４を軸線方向及び径方向における位置関係がメカニカルシールの使用形態と同一になるように連結しておくためには、２個以上必要であり、３個以上としておくことが好ましい。また、セットプレート２７は取付ケース６の周方向に等間隔を隔てて取り付けることが好ましい。この例では、４個（１個のみ図示）のステンレス鋼製のセットプレート２７を取付ケース６の周方向に等間隔を隔てて取り付けるようにしてある。
【００４６】
以上のように構成されたメカニカルシールは、次のような手順で、所定のシール機能を発揮するメカニカルシールの使用形態（図１に示す形態）と同一形態をなすカートリッジ構造に組み立てられる。
【００４７】
まず、取付ケース６の内周部６ａにＯリング１１ａ，１１ｂを介して静止密封環７を嵌合させて、静止側密封環要素３を組み立てる。
【００４８】
次に、回転密封環１６を組み立てた上、この回転密封環１６をスリーブ１３にその前端部１３ａから挿通させると共に、回転密封環１６とスプリングリテーナ１５との間にスプリング部材１８を装填する。回転密封環１６の組み立ては密封環本体２３を密封環保持体２４の環状凹部２４ｃに嵌合させることにより行うが、上記した如く、両体２３，２４の嵌合部分にＯリング２５を介在させることから、両体２３，２４の嵌合による連結は高度の熟練を要することなく容易且つ高精度に行うことができる。
【００４９】
そして、このようにして回転密封環１６及びスプリング部材１８を後端部１３ｂ側に装填したスリーブ１３を、取付ケース６の後端部６ｃ側から静止側密封要素３に挿通させ、取付ケース６外に突出するスリーブ１３の前端部１３ａにストッパーリング２０を嵌合させた上、第１スクリュー２１ａを締め付けてスリーブ１３の前端部１３ａにストッパーリング２０を固定する。
【００５０】
さらに、スリーブ１３の嵌合凹部１３ｃに係合させた各セットプレート２７を取付ケース６にボルト２８により取り付けて、回転密封要素４を組み立てると共に両密封要素３，４を連結する（図３参照）。
【００５１】
この両密封要素３，４の連結形態は、メカニカルシールの使用形態と同一の形態をなすものであり、両密封要素３，４を連結することによりメカニカルシールの組み立てが完了する。
【００５２】
このようなメカニカルシールの組み立て作業は、回転機器外において行われるものであり、しかも環状凹部１３ｃに係合させたセットプレート７を取付ケース６に取り付けることによって両密封要素３，４をその軸線方向及び径方向における位置関係がメカニカルシールの使用形態となるように連結されることから、高度の熟練を必要とすることなく容易且つ正確に行うことができる。
【００５３】
而して、このようにメカニカルシールの使用形態に組み立てた両密封要素３，４を、図３に示す如く、回転軸２に挿通させると共に、取付ケース６の各ボルト孔６ｂを軸封部ケーシング１から突出するボルト８に挿通させて、図２に示す如く、各ボルト８に螺合させたナット９を締め付けて、取付ケース６を軸封部ケーシング１に取り付けることにより、両密封要素３，４をメカニカルシールの使用形態に連結した状態で回転機器に組み込むことができる。
【００５４】
そして、取付ケース６を軸封部ケーシング１に取り付けた上で、第２セットスクリュー２１ｂを締め付けてストッパーリング２０を回転軸２に固定し（図２参照）、さらにセットプレート２７を取り外すことによりメカニカルシールの回転機器への組み込みを完了する（図１参照）。
【００５５】
このようなメカニカルシールの回転機器への組み込み作業は、当該メカニカルシールが上記した如く予めメカニカルシールの使用形態と同一の形態に組み立てられていることから、両密封要素３，４の各構成部材を各別に組み込む場合に比して、極めて容易であり、未熟練者であっても組み込み不良を生じることなく、適正に行うことができる。
【００５６】
したがって、このようにして組み込まれたメカニカルシールによれば、回転密封環１６が密封環本体２３と密封環保持体２４とを連結してなるものであるにも拘わらず、両体２３，２４を焼き嵌めにより連結させた場合と異なって密封環本体２３及びこれに形成された密封端面２３ａに歪を生じることがなく、これに加えて、静止密封環７と回転密封環１６との対向端面である密封端面７ａ，２３ａが適正面圧で接触された平行，同心状態で相対回転することになり、かかる密封端面７ａ，２３ａの相対回転摺接作用により被密封流体領域Ａと大気領域Ｂとを良好にシールすることができる。
【００５７】
ところで、回転密封環１６には被密封流体領域Ａの流体圧が背圧として作用することから、被密封流体領域Ａが圧力変動等により高圧となった場合には、当該背圧により回転密封環１６の静止密封環７への押圧力（回転密封環１６に作用する軸線方向推力）が高くなり、両密封端面７ａ，２３ａの接触面圧が必要以上に高くなって、密封端面７ａ，２３ａの異常摩耗や発熱等の問題が発生する虞れがある。しかし、上記した如く、密封環本体２３と密封環保持体２４との嵌合部分における軸線方向の対向端面２３ｇ，２４ｉ間に装填されたＯリング２５の弾性変形（圧縮変形）によるクッション機能により、背圧による回転密封環１６の静止密封環７への押圧力が緩和され、つまり回転密封環１６に作用する軸線方向圧縮力が緩和され、両密封端面７ａ，２３ａの接触面圧が適正に保持される。また、Ｏリング２５が非圧縮性弾性材からなるものであるから、上記したＯリング２５の弾性変形（軸線方向の圧縮変形）により両体２３，２４における径方向の対向周面２３ｆ，２４ｇへのＯリング２５の接触圧が高められ、つまり両体２３，２４の嵌合部分におけるＯリング２５によるシール力が高められ、被密封流体領域Ａが高圧となった場合にも両体２３，２４の嵌合部分が良好にシールされることになる。なお、上記したメカニカルシールにあっては、図１に示す如く、フラッシング通路１２の開口部１２ａから適宜のフラッシング液ないしクエンチング液（清水等の冷却液）１２ｂを両密封端面７ａ，２３ａに向けて噴出させることにより、両密封端面７ａ，２３ａの相対回転摺接に伴う異常摩耗や発熱等が可及的に防止される。
【００５８】
また、メカニカルシールの回転機器からの取り外しは、上記した回転機器への組み込みと逆の手順により行うことができ、当該組み込みと同様に容易に行うことができる。すなわち、各セットプレート２７により両密封要素３，４を連結した上、第２セットスクリュー２１ｂを緩めてストッパーリング２０の回転軸２への固定を解除すると共に、取付ケース６を軸封部ケーシング１から取り外すことにより、メカニカルシール全体をそのまま回転機器から取り外すことができる。このように、両密封要素３，４をメカニカルシールの使用形態と同一の形態に連結した状態で回転機器に脱着することにより、メカニカルシールの組み立て及び分解を含めたメンテナンス作業を極めて容易に行うことができる。また、回転密封環１６の密封端面２３ａが摩耗或いは損傷した場合にも、密封端面２３ａが形成された密封環本体２３のみを交換すればよく、密封環保持体２４を含めた回転密封環１６全体を交換する必要がなく、メンテナンス費用の削減を図ることができる。しかも、回転密封環１６が、密封環本体２３をＯリング２５を介在した状態で密封環保持体２４に嵌合させてなるものであるから、密封環本体２３の交換作業も容易に行うことができる。
【００５９】
ところで、スプリングリテーナ１５はスリーブ１３と分離する独立部材としてスリーブ１３にセットスクリューで固定するように構成しておくことができるが、このようにするとスリーブ１３を薄肉としたことにより、次のような問題が発生する虞れがある。すなわち、スリーブ１３を薄肉のものとしておくと、セットスクリューの締め具合によってはスリーブ１３が変形する虞れがあり、特に作業者が未熟練者である場合にはセットスクリューを必要以上に締め付ける虞れがある。したがって、スプリングリテーナ１５をセットスクリューによりスリーブ１３に固定する場合には、スリーブ１３の肉厚を一定以上に厚くしておく必要があるが、このようにすると、スリーブ１３に嵌合される回転密封環１６及びスリーブ１３が挿通する静止密封環７の径が必要以上に大きくなり、更には取付ケース６が大径化して、メカニカルシールの大幅な重量増を招くことになる。
【００６０】
しかし、上記した如く、スプリングリテーナ１５をスリーブ１３の後端部１３ｂに一体形成しておくと、スリーブ１３を可及的に薄肉のものとしておくことができ、上記した問題は生じない。また、スリーブ１３を薄肉のものとしておくと、これに嵌合させる回転密封環１６の外径寸法を小さくすることができ、つまり取付ケース６から突出して軸封部ケーシング１内に挿入される回転側密封要素４の外径寸法を小さくすることができるから、軸封部ケーシング１にグランドパッキンが装填されている回転機器（例えば、軸封部ケーシングがグランドパッキンを装填するスタフィングボックス構造をなしている回転機器）にも、格別の設計変更や改造を必要とすることなく、グランドパッキンをより高シール機能のメカニカルシールに容易に変更することができる。
【００６１】
また、スリーブ固定手段１４として、スリーブ１３の前端部１３ａをセットスクリューにより回転軸２に直接固定することも可能であるが、このようにするとスリーブ１３にセットスクリューの貫通孔を設けておく必要があるため、強度的にスリーブ１３を厚肉のものとしておかざるを得ない。しかし、上記した如く、スリーブ１３の前端部１３ａにストッパーリング２０を嵌合して、ストッパーリング２０を第２セットスクリュー２１ｂにより回転軸２に固定するようにしておくと、スリーブ１３を可及的に薄肉のものとすることができ、上記したスリーブ薄肉化によるメリットを享受することができる。
【００６２】
また、密封環保持体２４は一体成形物に構成しておくことも可能であるが、このようにすると、環状凹溝２４ｆに保持させる環状シール部材１７が、Ｏリングのように径方向に大きく弾性変形できるものに限定される。しかし、上記したように、密封環保持体２４を嵌合部２４ａ，２４ｂ及び本体２４ｄとスプリング受け部２４ｅとに分離された構造としておくと、つまり環状凹溝２４ｆの後端部を開口させることができるから、この開口部１４ｎから環状シール部材１７を径方向に大きく変形させることなく装填することができる。したがって、環状シール部材１７として、Ｏリング以外にも、径方向に大きく弾性変形できないシール部材（例えば、断面がＶ字状をなすポリテトラフルオロエチレン製のＶ字パッキン等）を使用することができ、シール条件に応じた環状シール部材１７を選択使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
上記した実施の形態では、本発明を両密封端面７ａ，２３ａの相対回転摺接作用によりシール機能を発揮する端面接触形メカニカルシールに適用したが、本発明は、密封端面７ａ，２３ａに微細なヘリカル状等の凹溝を形成して、密封端面７ａ，２３ａ間に被密封流体領域Ａの流体による動圧を生じさせて、密封端面７ａ，２３ａをその間に微小なクリアランスが形成された非接触状態に保持させるように構成されたガスシール等の非接触形メカニカルシールにも適用することが可能である。また、本発明のメカニカルシールは、回転軸２が水平である横型回転機器及び回転軸２が鉛直である竪型回転機器の何れにも使用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１      軸封部ケーシング
１ａ    軸封部ケーシングの前端部
１ｂ    環状段部
２      回転軸
３      静止側密封要素
４      回転側密封要素
５      連結手段
６      取付ケース
６ａ    取付ケースの内周部
６ｂ    ボルト孔
６ｃ    取付ケースの後端部
６ｄ    環状段部
７      静止密封環
７ａ    静止側密封端面
８      ボルト
９      ナット
１０    Ｏリング
１１ａ  Ｏリング
１１ｂ  Ｏリング
１２    フランシング通路
１２ａ  フラッシン通路の開口部
１２ｂ  冷却水
１３    スリーブ
１３ａ  スリーブの一端部
１３ｂ  スリーブの他端部
１３ｃ  環状凹部
１３ｄ  スリーブの外周面
１４    スリーブ固定手段
１５    スプリングリテーナ
１５ａ  凹部
１５ｂ  係合凹部
１６    回転密封環
１７    環状シール部材（Ｏリング）
１８    スプリング部材
１８ａ  コイルスプリング
１９    回転阻止手段
２０    ストッパーリング
２１ａ  第１セットスクリュー
２１ｂ  第２セットスクリュー
２２    Ｏリング
２３    密封環本体
２３ａ  回転側密封端面
２３ｂ  密封環本体の先端部
２３ｃ  第１被嵌合部
２３ｄ  第２被嵌合部
２３ｅ  第１被嵌合部の外周面
２３ｆ  第２被嵌合部の外周面（径方向の対向周面）
２３ｇ  環状平面（軸線方向の対向端面）
２３ｈ  係合凹部
２３ｉ  密封環本体の内周面
２３ｊ  密封環本体の後端面
２４    密封環保持体
２４ａ  第１嵌合部
２４ｂ  第２嵌合部
２４ｃ  環状凹部
２４ｄ  本体部
２４ｅ  スプリング受け部
２４ｆ  環状凹溝
２４ｇ  第１嵌合部の内周面（径方向の対向周面）
２４ｈ  第２嵌合部の内周面
２４ｉ  環状平面（軸線方向の対向端面）
２４ｊ  本体部の前端面
２４ｋ  ドライブピン
２４ｍ  貫通孔
２４ｎ  開口部
２４ｐ  ドライブピン
２４ｑ  ネジ孔
２４ｒ  密封環保持体の内周面
２５    Ｏリング
２６    ドライブピン
２７    セットプレート
２８    ボルト
Ａ      機内領域
Ｂ      機外領域
【図１】
2013194899.tif 000003
【図２】
2013194899.tif 000004
【図３】
2013194899.tif 000005
【図４】
2013194899.tif 000006