(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの内周取付面に密封に嵌着可能な外周面を有する環状体のシールカバーと、
前記シールカバーの内周部に密封に支持されて一端面にシール面を有する静止用密封環と、
前記静止用密封環のシール面と密接して前記シール面の内周側の被密封流体がシールされる対向シール面を有する回転用密封環と、
前記回転用密封環を密封に保持すると共に内周面が回転軸に嵌着可能な環状体のスリーブと、
前記シール面と前記対向シール面とが密接する前記静止用密封環と前記回転用密封環との外周面と前記シールカバーとの間の空間に形成される流体室と、
前記流体室の前記空間の前記シールカバーと前記スリーブとの開放間をシールするシール部と、
前記ハウジングの流体供給孔と連通可能にして前記流体室に連通するシーラント流体用の流入通路と、
前記流入通路から前記流体室に流入したシーラント流体が前記静止用密封環と前記回転用密封環の前記外周面側を通って流出させる流出通路と、を具備し、
前記流体室内の前記シーラント流体の流体圧力が前記シール面と対向シール面との内周側の被密封流体の流体圧力より高圧であることを特徴とするメカニカルシール装置。
【請求項２】
ハウジングの内周取付面に大気領域側から挿入されて密封に    嵌着可能な外周面を有する環状体のシールカバーと、
前記シールカバーの内周部に密封に支持されて大気領域側の一端面にシール面を有する静止用密封環と、
前記静止用密封環より被密封流体領域側の前記シールカバーに設けられて内周面を有する絞り部と、
前記大気領域側から前記シールカバーの内周面内に挿入されて前記静止用密封環の内周面内を通り前記絞り部の内周面と嵌合してラビリンスシールに構成される絞りリングを有するとともに内周面が回転軸と嵌着する環状体のスリーブと、
前記スリーブに密封に保持されて挿入先端に前記静止用密封環のシール面と密接する対向シール面を有する回転用密封環と、
前記シール面と前記対向シール面とが密接する前記静止用密封環と前記回転用密封環の外周面とシールカバーとの間の空間に形成される流体室と、
前記流体室の前記空間の前記シールカバーと前記スリーブとの間の前記大気領域側の開放間を前記大気領域側から取付てシールするシール部と、
前記ラビリンスシールの中間に形成されたバッファ流体室に前記ハウジングと前記シールカバーとの嵌合間を貫通してバッファ流体が流入するバッファ流体通路と、を具備し、
前記流体室はハウジングの流体供給孔と連通可能で前記ハウジングと前記シールカバーとの嵌合間を貫通してシーラント流体が流入する流入通路と連通するとともに前記流体室からシーラント流体が流出する流出通路と連通し、
且つ前記シーラント流体の流体圧力が前記バッファ流体の流体圧力より高圧であることを特徴とするメカニカルシール装置。
【請求項３】
前記静止用密封環より前記被密封流体領域側に前記シールカバーと前記スリーブとの嵌合間に並列に配置された複数のラビリンスシールと、各前記ラビリンスシール間に形成されたバッファ流体室とを有するとともにバッファ流体室に連通してバッファ流体を導入するバッファ流体通路を有し、且つバッファ流体の圧力が被密封流体の圧力より高く、前記シーラント流体の圧力より低くされた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】
前記静止用密封環と前記ラビリンスシールとの間にバッファ流体又はシーラント流体の漏洩した流体が流出できるドレン通路を有するとともに前記ドレン通路は圧力調整可能な器機と連通して圧力調整されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のメカニカルシール装置。
【請求項５】
前記ラビリンスシールは外周面に凹凸部を有して前記スリーブに嵌着された合成樹脂又はゴム材製の絞りリングと、前記シールカバーに設けられた前記絞り部の内周面とが嵌合して形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のメカニカルシール装置。
【請求項６】
前記絞りリングは外周面の外径が前記静止用密封環の内周面の内径より小径に形成されているとともに、嵌合内周面が前記スリーブの端部側に設けた環状溝内に嵌め込まれていることを特徴とする請求項５に記載のメカニカルシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被密封流体を確実にシールするメカニカルシール装置に関する。更に詳しくは、高圧の被密封流体をシールすると共に、組立構造を簡単にしたメカニカルシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する従来例として特開平５−９９３４５号公報（対応特許、米国特許第５０３９１１３号明細書）が存在する。図５は、この公報に記載されたタンデム形シール装置の断面図である。
図５に於いて、Hp側は高圧ガスが存在する被密封流体領域である。また、反対のLp側は大気領域である。
このタンデム形シール装置１００は、被密封流体領域Hp側に、２個の軸流型第１ラビリンスシール１３１と第２ラビリンスシール１３１が設けられている。このラビリンスシール１３１，１３１は、静止側のハウジング１４０に固定された第１仕切板１３１Ａと、第２仕切板１３１Ｂとを設けると共に、この各仕切板１３１Ａ、１３１Ｂに於ける回転軸１５０の外周面と対向する面に形成された凹凸部が被密封流体の流れ方向に対する絞り作用により被密封流体をシールしている。
【０００３】
又、この第１ラビリンスシール１３１より大気領域Ｌｐ側には、第１ガスシール１０２が配置されている。この第１ガスシール１０２は、第１静止密封環１０２Ａが第１シールカバー１０３に保持されていると共に、第１回転密封環１０２Ｂが第１スリーブ１０４に固着されている。第１シールカバー１０３は、組立上の理由により第２シールカバー１１３に別部品として結合されている。
【０００４】
更に、第１ガスシール１０２より大気領域Ｌｐ側には、第２ガスシール１１２が配置されている。この第２ガスシール１１２は、第２静止密封環１１２Ａが第２シールカバー１１３に保持されていると共に、第２回転密封環１１２Ｂが第２スリーブ１１４に固着されている。そして、第１ガスシール１０２と第２ガスシール１１２との間の空間室Ｓ１には、この空間室Ｓ１に連通した第１通路１４１が設けられている。この第１通路１４１は、第２通路から導入される流体の圧力を、単に第２ガスシールの背面に対して作用させてシールする従来技術である。
【０００５】
更に、第２ガスシール１１２より大気領域Ｌｐ側には第２ラビリンスシール１２２が設けられている。この第２ラビリンスシール１２２は、内周面に凹凸部を設けた第３仕切板１２２Ａにより構成されており、この凹凸部を回転軸１５０と近接させて絞り作用により被密封流体を圧力降下させてシールするものである。
又、第２ラビリンスシール１２２の内径側にはカーボンシール１２５が設けられている。この第２ガスシール１１２と第２ラビリンスシール１２２との間の空間室Ｓ２には、第２通路１４２が連通している。そして、第２ガスシール１１２から漏洩したガスを第２通路１４２を介して回収するように構成されている。
更に、カーボンシール１２５より大気領域Ｌｐ側にはフローティングシール１２６が設けられている。このフローティングシール１２６には回転軸１５０と微少間隙を形成して遊合するフローティングリング１２６Ａが設けられている。
【０００６】
このように構成されたタンデム型シール装置１００は、第１ガスシール１０２と第２ガスシール１１２とをタンデム型に配列しなければならないので、構造上から第１及び第２シールカバー１０３，１１３を分割しなければならず組立が複雑になる。
又、第１及び第２スリーブ１０４，１１４も同様に分割しなければならず組立が複雑になる。この複雑な組立が、シール能力を向上させる精度上から、困難をきたしている。
更に、第１ガスシール１０２及び第２ガスシール１１２は、材料、その加工、機構が全て高価であるために製作コストを上昇させる結果となっている。
【０００７】
更に、タンデム型シール装置であっても、このガスシール１０２，１１２は、螺旋溝付きシール面であるために摺動初期に漏洩が生じるので、高圧な被密封流体に対しシール能力に問題が存する。
更に、第１及び第２ラビリンスシール１２２，１３１は、回転軸１５０が揺動したときに接触しないようにするために、両部品の嵌合間隔を大きくしなければならないので、シール能力を低下させている。特に、被密封流体を外部に漏洩させない役目の第２ラビリンスシール１２２としては、軸方向へ長くしないとシール能力に問題が生じる。
更に、フローティングシール１２６も回転軸１５０との嵌合間隙を大きくしなければならないので、軸方向へ長くしないとシール能力に問題があり、長さが短いと被密封流体を外部に漏洩させることになる。
更には、第１と第２ラビリンスシール１２２，１３１及び第１と第２ガスシール１０２，１１２、並びにフローティングシール１２６と全体を軸方向へ配列しなければならず、メカニカルシール装置１００を大型にしており、構造上から問題となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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、回転密封環を取り付けるスリーブを一体構造にすると共に、静止密封環を保持するシールカバーも一体構造にし、メカニカルシール装置の組立精度と、加工コストを低減することにある。
【０００９】
更に、メカニカルシールにより被密封流体を確実にシールして被密封流体を外部へ漏洩させないようにすることにある。
又、ラビリンスシールとメカニカルシールとの組み合わせにしてシール能力を向上させると共に、メカニカルシール装置全体の摺動抵抗を低減することにある。
【００１０】
更に、ラビリンスシールをバッファガスを用いて能力を向上させたシールで、バッファガスの使用量を最小にすることにある。更に、シーラントを用いてシール能力を付与したメカニカルシールで、シーラントの使用量を最小にすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１２】
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置は、ハウジングの内周取付面に密封に嵌着可能な外周面を有する環状体のシールカバーと、前記シールカバーの内周部に密封に支持されて一端面にシール面を有する静止用密封環と、前記静止用密封環のシール面と密接して前記シール面の内周側の被密封流体がシールされる対向シール面を有する回転用密封環と、前記回転用密封環を密封に保持すると共に内周面が回転軸に嵌着可能な環状体のスリーブと、前記シール面と前記対向シール面とが密接する前記静止用密封環と前記回転用密封環との外周面と前記シールカバーとの間の空間に形成される流体室と、前記流体室の前記空間の前記シールカバーと前記スリーブとの開放間をシールするシール部と、前記ハウジングの流体供給孔と連通可能にして前記流体室に連通するシーラント流体用の流入通路と、前記流入通路から前記流体室に流入したシーラント流体が前記静止用密封環と前記回転用密封環の前記外周面側を通って流出させる流出通路と、を具備し、  前記流体室内の前記シーラント流体の流体圧力が前記シール面と対向シール面との内周側の被密封流体の流体圧力より高圧であるものである。
【００１３】
この請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置では、流体室に被密封流体の圧力よりも高圧で、しかも、タービン油等の液体のシーラント流体が介在する構成であるために、被密封流体がメカニカルシールのシール面間から外部（流体室）へ流出（漏洩）するのを、両流体の圧力の関係と、気体ではない封止力に優れた液体との関係から、効果的に防止できる。同時に、メカニカルシールのシール面の外方側に流体室を設けているので、シーラント流体は、シール面が摺動して遠心力が作用しても、内方の被密封流体側へ漏洩するのを効果的に防止できる。しかも、流体室内は、静止用密封環と回転用密封環であるメカニカルシールにより囲まれているから、静止用密封環と回転用密封環とを直接冷却することが可能になる。このために、シール面の摺動による摩擦熱の上昇を防止すると共に、シール面の摩耗を押さえることが可能になる。しかも、流入通路から流体室へ流入させるシーラント流体はメカニカルシールとシール部との周面を循環して流出通路へ流出させるために、シール面の冷却が効率的である。更に、シール部のシール面と、静止用密封環及び回転用密封環の接合シール面で密封するために、流体室のシールが確実でシーラント流体の消費量を少なくすることが可能になる。
【００１４】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置は、ハウジングの内周取付面に大気領域側から挿入されて密封に    嵌着可能な外周面を有する環状体のシールカバーと、前記シールカバーの内周部に密封に支持されて大気領域側の一端面にシール面を有する静止用密封環と、前記静止用密封環より被密封流体領域側の前記シールカバーに設けられて内周面を有する絞り部と、前記大気領域側から前記シールカバーの内周面内に挿入されて前記静止用密封環の内周面内を通り前記絞り部の内周面と嵌合してラビリンスシールに構成される絞りリングを有するとともに内周面が回転軸と嵌着する環状体のスリーブと、前記スリーブに密封に保持されて挿入先端に前記静止用密封環のシール面と密接する対向シール面を有する回転用密封環と、前記シール面と前記対向シール面とが密接する前記静止用密封環と前記回転用密封環の外周面とシールカバーとの間の空間に形成される流体室と、前記流体室の前記空間の前記シールカバーと前記スリーブとの間の前記大気領域側の開放間を前記大気領域側から取付てシールするシール部と、前記ラビリンスシールの中間に形成されたバッファ流体室に前記ハウジングと前記シールカバーとの嵌合間を貫通してバッファ流体が流入するバッファ流体通路と、を具備し、前記流体室はハウジングの流体供給孔と連通可能で前記ハウジングと前記シールカバーとの嵌合間を貫通してシーラント流体が流入する流入通路と連通するとともに前記流体室からシーラント流体が流出する流出通路と連通し、
且つ前記シーラント流体の流体圧力が前記バッファ流体の流体圧力より高圧であるものである。
【００１５】
この請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置では、静止用密封環と絞り部とを保持したシールカバーをハウジングの内周取付面（以下、単に取付面とも言う）に嵌着し、さらに、このシールカバー内にスリーブを挿入して静止用密封環のシール面とに対してスリーブに設けた回転用密封環の対向シール面を対向密接させるとともに、絞り部の内周面にスリーブに設けた絞りリングを挿入して嵌合する。同時に、スリーブは回転軸に嵌着されて全体を組立てる構成であるために、多段シール構造であるにもかかわらず、組立が極めて容易になる。さらに、静止用密封環に対して回転用密封環を対向して挿入すればよいので、各密封環の両シール面の密接させる精度を精密に組み立てることが可能になる。
しかも、ハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通してシーラント流体を流す流入通路と、ハウジングに設けられたバッファ流体供給孔からハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通してバッファ流体を流すバッファ流体通路とは、ハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通するため、各通路の両側に各Oリングを設けるとともに、ハウジングにールカバーを嵌合するだけで、各通路を流れる流体を確実にシールできるからシ、組み立てが容易になるとともに、部品が簡素になる。
【００１６】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記静止用密封環より前記被密封流体領域側に前記シールカバーと前記スリーブとの嵌合間に並列に配置された複数のラビリンスシールと、各前記ラビリンスシール間に形成されたバッファ流体室とを有するとともにバッファ流体室に連通してバッファ流体を導入するバッファ流体通路を有し、且つバッファ流体の圧力が被密封流体の圧力より高く、前記シーラント流体の圧力より低くされたものである。
【００１７】
この請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置では、複数のラビリンスシール間の間隙にバッファ流体を導入するバッファ流体通路が連通しているので、この間隙で流体を圧縮してラビリンスシールの能力を向上させるものである。
又、このラビリンスシールは静止用密封環よりも被密封流体領域側に設けられているから、バッファ流体を介するラビリンスシールと、被密封流体より高圧のシーラント流体を介するメカニカルシールにより確実に被密封流体をシールすることが可能になる。
【００１８】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記静止用密封環と前記ラビリンスシールとの間にバッファ流体又はシーラント流体の漏洩した流体が流出できるドレン通路を有するとともに前記ドレン通路は圧力調整可能な器機と連通して圧力調整されるものである。
【００１９】
この請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置では、静止用密封環と前記ラビリンスシールとの間にバッファ流体又はシーラント流体の漏洩した流体が流出できるドレン通路を有するので、バッファ流体を被密封流体よりも高圧にしてシール能力を向上させることが可能になる。更に、バッファ流体又はシーラント流体が漏洩しても被密封流体領域に流出させることなく、ドレンから排出させることが可能になる。又、このドレン通路によりバッファ流体又は／及びシーラント流体の圧力を調整して被密封流体のシール能力を向上させることが可能になる。
【００２０】
請求項５に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記ラビリンスシールは外周面に凹凸部を有して前記スリーブに嵌着された合成樹脂又はゴム材製の絞りリングと、前記シールカバーに設けられた前記絞り部の内周面とが嵌合して形成されているものである。
【００２１】
この請求項５に係わる本発明のメカニカルシール装置では、ラビリンスシールを構成する凹凸部を有する絞りリングが合成樹脂又はゴム材製である為に、回転軸が揺動してもラビリンスシールが絞り部に当接しても破損するのを効果的に防止できる。このために、絞りリングを絞り部に近接又は接触できるから、シール能力を向上することが可能になる。
【００２２】
請求項６に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記絞りリングは外周面の外径が前記静止用密封環の内周面の内径より小径に形成されているとともに、嵌合内周面が前記スリーブの端部側に設けた環状溝内に嵌め込まれているものである。
【００２３】
請求項６に係わる本発明のメカニカルシール装置では、図１に示すように、スリーブには環状溝が設けられており、絞りリングは合成樹脂又はゴム材製であるから、絞りリングをスリーブの先端部から挿入して環状溝に簡単に取り付けることができる。同時に、スリーブの環状溝に絞りリングの内周部は嵌め込まれた構造であるから、被密封流体の圧力に対して環状溝の側面により絞りリングの内周部が保持される。このため、絞りリングは、被密封流体の圧力に対して耐圧能力を発揮する。同時に、スリーブの環状溝の構造は、絞りリングの径方向の厚さを薄くすることができるから、ラビリンスシールを小型にできるとともに、被密封流体の圧力に対して、更なる耐圧能力を発揮させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる好ましい実施の形態のシール装置を、その図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、特許用の概念図ではなく、実施可能な正確な設計図である。
【００２５】
図１は、本発明に係わる好ましい実施の形態を示すメカニカルシール装置の断面図である。又、図２は図３の３Ａ−３Ａラインに従い全体を断面にした断面図である。更に、図３は、図１の流入通路３７と流体室５５と流出通路３４との領域の部分を拡大した断面図である（なお、図１の説明では、図３も参照のこと）。図４は図１および図３の流体排出孔６５の中心線を通る全体の径方向の断面図である。
【００２６】
図１に於いて、ハウジング６０の内周取付面内に回転軸５０が貫通している。この回転軸５０とハウジング６０の取付面との嵌合間隔をメカニカルシール装置１によりシールする。
ハウジング６０の取付面には、シールカバー３０の嵌合面１２が嵌着している。このシールカバー３０はフランジ部付き円筒体に形成されている。そして、シールカバー３０の円筒状部がハウジング６０の取付面に嵌着されていると共に、一端のフランジ部がハウジング６０の正面にボルトを介して固着されている。
【００２７】
又、回転軸５０には円筒状に形成されたスリーブ４０の内周面４１が嵌着されている。このスリーブ４０は、回転軸５０の大気側から挿入して嵌着されると共に、スリーブ４０に取り付けられた第３ドライブピン４４により回転不能に構成されている。この第３ドライブピン４４は、回転軸５０に固着された係止部４３の係合穴に嵌合係止している。
【００２８】
そして、シールカバー３０とスリーブ４０の間にはメカニカルシール２が配置されている。このメカニカルシール２によりシールカバー３０とスリーブ４０との両部品間をシールしている。このシールカバー３０には軸方向に凹んだ凹部が形成されており、この凹部内に静止用密封環３が軸方向に移動自在に保持されている。
この静止用密封環３は、大気側先端にシール面４が形成されている。又、シール面４に対する背面には８個のスプリング６が周方向に等配に配置されており、このスプリング６により静止用密封環３のシール面４を弾発に押圧している。
更に、この背面には４個の係合凹部が形成されている。そして、この各係合凹部に係止する４個の第１ドライブピン１８がシールカバー３０の穴に打ち込まれて嵌着されている。この第１ドライブピン１８により静止用密封環３が回転用密封環１０と共に摺動しても回動しないように固定されている。
【００２９】
静止用密封環３の背面の内径段部はシールカバー３０の凹部内の段部と互いに対向し、Oリング用の環状室を形成している。この環状室にはゴム材製のOリング５が配置されている。このOリング５の内径側の取付位置により静止用密封環３の背面に流体圧力が作用するように構成されている。
そして、この背面に作用する圧力によりシール面４が対向シール面１１に押圧されている。同時に、スプリング６により静止用密封環３が対向シール面１１に弾発に押圧されている。この静止用密封環３はカーボン材又は炭化珪素材により形成されている。
この静止用密封環３の内径面は、スリーブ４０の外径に取り付けられたラビリンスシール２０の外径よりも大径に形成されている。更に、シールカバー３０の静止用密封環３を取り付けた内径面もラビリンスシール２０の外径より大径に形成されている。
【００３０】
一方、静止用密封環３と対向する回転用密封環１０は、スリーブ４０における大径に形成された取付段部４２に嵌着されている。この回転用密封環１０の背面には、嵌合穴が形成されている。又、取付段部４２には、第２ドライブピン１６が打ち込まれて嵌着している。そして、この第２ドライブピン１６は嵌合穴に嵌合して係止し、回転用密封環１０が回転軸５０と共に回動するように連結している。この回転用密封環１０の内径面も、静止用密封環３の内径面とほぼ同径に形成されてラビリンスシール（ラビリンスパッキンとも言う）２０の外径より大径に形成されている。
【００３１】
スリーブ４０の取付段部４２に形成された嵌合面と回転用密封環１０の段部内面とが嵌合した嵌合面間をシールするために、スリーブ４０の嵌合面にOリング用の環状溝が形成されている。そして、この環状溝にOリング７が嵌めこまれて両嵌合面間をシールしている。
この回転用密封環１０は炭化珪素材又はカーボン材により形成されている。そして、静止用密封環３のシール面４と密接する対向シール面１１が回転用密封環１０の端面に形成されている。
【００３２】
以上のように構成されたメカニカルシール２の外周側には、このメカニカルシール２とシールカバー３０により囲まれた流体室５５が形成されている。この流体室５５には、ハウジング６０に設けられた流体供給孔６１からタービン油等のシーラント流体が供給できるように流入通路３７が連通している。又、流体室５５に流入したシーラント流体が流出できるように流出通路３４が連通している。
この流出通路３４は、ハウジング６０に設けられた流体排出孔６５と連通してシーラント流体を排出できるように構成されている。このシーラント流体は、図示省略の油圧回路を介して調整装置により温度、圧力等が管理されて循環可能に構成されている。
【００３３】
このうちの流入通路３７は、図２及び図３に示すように、流体供給孔６１から供給されるシーラント流体を流体室５５に導入できるようにシールカバー３０に形成されている。
この流入通路３７の構造は、先ずシールカバー３０の外周に環状溝通路１３が形成されている。この環状溝通路１３の側部を更に軸方向に溝状に突き抜ける連絡通路（環状溝通路１３を連通するので、環状溝通路１３と同じ通路）３２が全周に渡り１個又は複数個が形成されている。この連絡通路３２は、更に、シールカバー３０の外周面に形成されて環状溝通路１３と並列に形成された環状溝通路１３に連通している。更に又、図３に示すように、環状溝通路１３から内径方向へ形成されて流体室５５に連通する８個の貫通孔が設けられている。そして、この環状溝通路１３から流体室５５に至る全体の流体用通路が流入通路３７を構成する。この８個の貫通孔は、８個とは限らず、流量に応じて６個とか、１０個とか必要に応じて設定される。
【００３４】
流体室５５にはシールカバー３０の内周面に設けた環状溝に外周部が嵌着されたスナップリング状の堰部３９が設けられている。この堰部３９は、メカニカルシール２のシール面４，１１のほぼ外周側に配置されている。そして、流入通路３７から流入したシーラント流体は、堰部３９によりシール面４，１１側に迂回するように構成されている。
図４に示すように、この堰部３９により流れが蛇行されたシーラント流体は、メカニカルシール２を冷却しながら流出通路３４から排出される。又、この流出通路３４は、流体室５５に連通してシールカバー３０を径方向へ貫通する排出孔と、この排出孔の出口側を溝方向両側から挟んだ両仕切板３１で仕切るようにした仕切通路（図４の矢印で示す通路）とにより形成されている。この流出通路３４の流体排出孔６５は、図４に示すように、シールカバー３０の中心線に対して各々１５°から２０°傾斜した位置に２個形成されて、仕切通路に連通すると共に、ハウジング６０に設けられた流体排出孔６５に連通している。
【００３５】
更に、図１に示すように、流体室５５の大気側（図1の右側）に開放した開口部５６は、第２ハウジング４５に保持されたカーボン材製のシール部（セグメントシールとも言う）２５によりシールされている。このセグメントシール２５は、第２ハウジング４５の内周リング状凸部４６に固着されたローテーションロック２９により回転不能に係止されている。又、外周面からエキステンションスプリング２７ により分割されているセグメントシール２５を締め付けながら、セグメントシール２５の内径のシール面が摺動する回転軸５０との嵌合間をシールしている。
そして、第２ハウジング４５に固着されたスナップリングとスプリングリテーナとに支持された図示省略のコンプレッションスプリング２６によりセグメントシール２５の側面であるシール面を第２ハウジング４５の内周リング状凸部４６の密接面に圧接している。
【００３６】
このセグメントシール２５は、コンプレッションスプリング２６により押圧されて第２ハウジング４５の密接面との間をシールすると共に、エキステンションスプリング２７の締め付け力により回転軸５０との嵌合間をシールする。このセグメントシール２５は、構造上、メカニカルシール等に比べて軸方向の長さが短形にできるから、メカニカルシール装置全体の軸方向の長さを短くする。
このようにセグメントシール２５によりシールされた流体室５５は、流体供給孔６１から被密封流体よりも高圧のシーラント流体が供給される。つまり、流体室５５は、被密封流体よりも高圧に構成されて、被密封流体がメカニカルシール２のシール面を通過しないように阻止している。
【００３７】
次に、メカニカルシール２より密封流体領域側（図1の左側）には、ラビリンスシール２０、２０が２個並列に配置されている。又、ラビリンスシール２０とメカニカルシール２との間にはドレン通路３３が設けられている。このドレン通路３３は、外方の図示省略された圧力調整可能な機器を備えた容器に連通している。
【００３８】
ラビリンスシール２０、２０は、スリーブ４０の外周面に設けた環状溝にはめ込まれて外周面に凹凸部を形成した絞りリング３８、３８と、シールカバー３０に形成された絞り部３５、３５の内周面により構成されている。絞りリング３８は樹脂材又はゴム材製で外周面が、静止用密封環３の内径より小径に形成されている。絞りリング３８の凹凸部の外周面と絞り部３５の内周面とは近接又は接触状態に配置されている。この絞り部３５と絞りリング３８との嵌合間は、絞りリング３８が樹脂材製であるために、微少な間隙に近接することができる。又、絞り部３５と絞りリング３８との嵌合間は、接触させることも可能である。
【００３９】
２個のラビリンスシール２０、２０の間には、ハウジング６０に設けられたバッファ流体供給孔６３と連通してバッファ流体を導入する
がシールカバー３０に設けられている。更に、バッファ流体供給通路６３とバッファ流体通路３６の接合部は環状溝で連通されており、シールカバー３０をハウジング６０に嵌合するとき、バッファ流体通路３６とバッファ流体供給孔６３とを簡単に連通することが可能になる。  このバッファ流体通路３６の吐出側は２つのラビリンスパッキン２０、２０に仕切られた間隙のバッファ流体室２１に形成されている。このバッファ流体室２１内には、被密封流体の圧力よりもやや高圧なバッファ流体が供給される。又、バッファ流体の圧力は、シーラント流体の圧力よりも低圧に構成されている。例えば、シーラント流体の圧力は、被密封流体の圧力よりも１．５ｋｇｆ／ｃｍＡ位高く構成されている。又、このバッファ流体の圧力は、被密封流体の種類によりシーラント流体の圧力やや低圧に構成される。この他、被密封流体とバッファ流体とのガスの種類、圧力の大きさ等の関係から、バッファ流体の圧力はシーラント流体の圧力に対し種々選択される。
【００４０】
ハウジング６０の取付面に嵌合したシールカバー３０との嵌合間には、流体供給孔６１、ドレン排出孔６２、バッファ流体供給孔６３の各両側をシールするゴム材製のＯリング１５，１５，１５，１５がそれぞれ設けられている。又、回転軸５０とスリーブ４０との嵌合間には、この嵌合間をシールするＯリング５３が嵌合されている。
【００４１】
シールカバー３０は、静止用密封環３と、Ｏリング１５，１５，１５，１５と、堰部３９等を装着してハウジング６０の取付面に嵌着する。そして、シールカバー３０は、ハウジング６０にボルトを介して固定される。
又、スリーブ４０は、絞りリング３８、３８と、回転用密封環１０等を装着するとともに、回転軸５０にＯリング５３を介して嵌着される。更に、第２ハウジング４５は、セグメントシール２５を装着してからシールカバー３０を介してハウジング６０に固着される。
このシールカバー３０、スリーブ４０、第２ハウジング４５の位置関係はセットプレート７０により簡単に取り付けられる。このセットプレート７０はメカニカルシール装置１を装置へ装着後に取り外される。このメカニカルシール装置１の取付は、ラビリンスシール２０の絞りリング３８の外径が静止用密封環３の内径より小径に形成されているのでスリーブ４０を簡単に装着できる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係わるメカニカルシール装置は、以下のような効果を奏する。
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、流体室に被密封流体の圧力よりも高圧のシーラント流体が介在する構成であるために、被密封流体がメカニカルシールの接触型のシール面間から外部（流体室）へ流出するのを圧力の関係から効果的に防止できる。しかも、流体室はシール面間の外径側にあるから、シーラント流体が高圧であっても、シール面の摺動中に生じる遠心力の働きにより、シーラント流体が被密封流体側へ流出するのも防止できる。さらに、流体室内は、静止用密封環と回転用密封環により囲まれているから、静止用密封環と回転用密封環とをシーラント流体により直接冷却することが可能になる。その結果、シール面の摺動による摩擦熱の上昇を防止すると共に、シール面の摩耗を押さえることが可能になる。
【００４３】
更に、流体室へ流入させるシーラント流体を流入通路と流出通路とに分けて循環させるために冷却等が効率的であると共に、シール部と静止用密封環及び回転用密封環の接触シール面で確実に密封するために、被密封流体の流体室への浸入もなく、更に、外部への漏洩もなく、シーラント流体の消費量を少なくする効果を奏する。
【００４４】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシールによれば、シールカバーをハウジングの内周取付面に嵌着し、また、シールカバー内にスリーブを挿入して静止用密封環のシール面に対してスリーブに設けた回転用密封環の対向シール面を対向に密接させることができるので、シール面の密接力を最適に調整できる。また、絞り部の内周面にスリーブに設けた絞りリングをワンタッチで嵌合できる。同時に、シールカバーとスリーブとをハウジング内に挿入して全体を組立てる構成であるから、多段シール構造であるにもかかわらず、組立が極めて容易になる。
しかも、ハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通してシーラント流体が流れる流入通路と、ハウジングに設けられたバッファ流体供給孔からハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通してバッファ流体が流れるバッファ流体通路とは、ハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通するため、各通路の両側に各Ｏリングを設けるとともに、ハウジングにシールカバーを嵌合するだけで、各通路を流れる流体は確実にシールできるから、組み立てが容易になるとともに、部品が簡素にできる。
【００４５】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシールによれば、複数のラビリンスシール間の間隙にバッファ流体を導入するバッファ流体通路が連通しているので、この間隙で流体を圧縮してラビリンスシールの能力を向上できる効果を奏する。
又、このラビリンスシールは静止用密封環よりも被密封流体領域側に設けられているから、バッファ流体を介するラビリンスシールと、被密封流体より高圧のシーラント流体を介するメカニカルシールとにより２段階で確実に被密封流体をシールする効果を奏する。
【００４６】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシールによれば、静止用密封環と前記ラビリンスシールとの間にバッファ流体又はシーラント流体の漏洩した流体が流出できるドレン通路を有するので、バッファ流体又は／及びシーラント流体の圧力を調整できる。又、バッファ流体を被密封流体よりも高圧にして被密封流体のシール能力を向上させることが可能になる。更に、バッファ流体又はシーラント流体が漏洩しても被密封流体領域に流出させることなく、ドレンから排出させることが可能になる。
【００４７】
請求項５に係わる本発明のメカニカルシールによれば、ラビリンスシールを構成する凹凸部を有する絞りリングが合成樹脂又はゴム材製である為に、回転軸が揺動してラビリンスシールが絞り部に接触しても故障するのを防止できる。このために、絞りリングを対向面に近接できるから、シール能力を向上することが可能になる効果を奏する。
【００４８】
請求項６に係わる本発明のメカニカルシールによれば、スリーブには環状溝が設けられており、絞りリングは合成樹脂又はゴム材製であるから、絞りリングをスリーブの環状溝に簡単に取り付けることができる。同時に、スリーブの環状溝に絞りリングの内周部は嵌め込まれた構造であるから、被密封流体の圧力に対して環状溝の側面により絞りリングの内周部が保持される。このため、絞りリングは、被密封流体の圧力に対して耐圧能力を発揮する。同時に、スリーブの環状溝の構造は、絞りリングの径方向の厚さを薄くすることができるから、ラビリンスシールを小型にできるとともに、被密封流体の圧力に対して、更なる耐圧能力を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる好ましい一実施の形態を示すメカニカルシール装置を回転軸に装着した軸方向の半断面図である。
【図２】図３に示す３Ａ−３Ａ線に沿った矢視方向の断面図である。
【図３】図１に示すメカニカルシールの外周部、流体室、流入通路、流出通路の関係を示す領域の断面図である。
【図４】図１の環状溝通路の径方向を断面にした断面図である。
【図５】従来のメカニカルシール装置の半断面図である。
【符号の説明】
１  メカニカルシール装置
２  メカニカルシール
３  静止用密封環
４  シール面
５  Ｏリング
６  スプリング
７  Ｏリング溝
１０  回転用密封環
１１  対向シール面
１２  嵌合面
１３  環状溝通路
１５  Ｏリング
１８  第２ドライブピン
２０  ラビリンスパッキン（ラビリンスシール）
２１  バッファ流体室
２５  セグメントシール
２６  コンプレッションスプリング
２７  エキステンションスプリング
２９  ローテーションロック
３０  シールカバー
３１  仕切板
３２  連絡通路
３３  ドレン通路
３４  流出通路
３５  絞り部
３６  バッファ流体通路
３７  流入通路
３８  絞りリング
３９  堰部
４０  スリーブ
４１  内周面
４２  取付段部
４３  係止部
４４  第３ドライブピン
４５  第２ハウジング
４６  支持部
５０  回転軸
５３  Ｏリング
５５  流体室
５６  開口部
６０  ハウジング
６１  流体供給孔
６２  ドレン排出孔
６３  バッファ流体供給孔
６５  流体排出孔
【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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