(57)【要約】【目的】被密封流体の温度及び／又は圧力が大きく変動するような条件下においても、密封端面間を適正な非接触状態又は接触状態に保持することができ、良好且つ安定したシール機能を発揮しうるメカニカルシールを提供する。【構成】シールケース２及びこれを洞貫する回転軸１の一方に固定された第１密封環３とその他方に保持環５を介して軸線方向移動可能且つ相対回転不能に保持された第２密封環４との対向端面３ａ，４ａの相対回転部分において被密封流体をシールする。第２密封環４と保持環５とは、両環４，５の対向端面４ｅ，５ｃをＯリング９を介して押圧接触させることにより、両環４，５の径方向歪が相互に干渉する状態で連結されている。第２密封環４はカーボン製のものであり、保持環５は第２密封環４の構成材と熱膨張係数及び／又はヤング率が近似するチタンで構成されている。【選択図】図１
2009024836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールケース及びこれを洞貫する回転軸の一方に固定された第１密封環とその他方に保持環を介して軸線方向移動可能且つ相対回転不能に保持された第２密封環との対向端面の相対回転部分において被密封流体をシールするように構成されたメカニカルシールであって、保持環と第２密封環とがそれらの径方向歪が相互に干渉する状態で連結されているメカニカルシールにおいて、
保持環を第２密封環の構成材と熱膨張係数及び／又はヤング率が近似する金属材で構成したことを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】
両密封環の対向端面たる密封端面がその間に発生させた動圧及び／又は静圧により非接触に保持された状態で相対回転するように構成された非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に記載するメカニカルシール。
【請求項３】
両密封環の対向端面たる密封端面が接触する状態で相対回転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に記載するメカニカルシール。
【請求項４】
保持環と第２密封環との連結が、これら両環の対向端面を直接に押圧接触させることにより行なわれていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載するメカニカルシール。
【請求項５】
保持環と第２密封環との連結が、これら両環の対向端面をＯリングを介して押圧接触させることにより行なわれていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載するメカニカルシール。
【請求項６】
第２密封環がカーボン製のものである場合において、保持環がチタンで構成さ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、シールケース及びこれを洞貫する回転軸の一方に固定された第１密封環とその他方に保持環を介して軸線方向移動可能且つ相対回転不能に保持された第２密封環との対向端面の相対回転部分において被密封流体をシールするように構成されたメカニカルシールであって、特に、保持環と第２密封環とがそれらの径方向歪が相互に干渉する状態で連結されているメカニカルシールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のメカニカルシールとしては、例えば、図４又は図６に示す如く、回転軸１０１に固定された第１密封環１０３と、シールケース１０２にＯリング１０７を介して軸線方向移動可能に保持された保持環１０５と、シールケース１０２と保持環１０５との間に介装されたスプリング部材１０６と、このスプリング部材１０６により保持環１０５を介して第１密封環１０３へと押圧附勢された第２密封環１０４とを具備し、両密封環１０３，１０４の対向端面たる密封端面１０３ａ，１０４ａの相対回転により、その相対回転部分において密封端面１０３ａ，１０４ａの外周側領域である被密封流体領域Ｈとその内周側領域である非密封流体領域（大気領域）Ｌとをシールしうるように構成されたものが周知である（例えば、特許文献１の図１、図４又は図５を参照）。
【０００３】
而して、図４に示すメカニカルシール（以下「第１従来シール」という）にあっては、保持環１０５と第２密封環１０４との連結が対向端面１０４ｂ，１０５ａを直接に押圧接触させることにより行なわれている。また、図６に示すメカニカルシール（以下「第２従来シール」という）にあっては、保持環１０５と第２密封環１０４との連結が対向端面１０４ｂ，１０５ａをＯリング１０９を介して間接的に押圧接触させることにより行なわれている。また、第１及び第２従来シールにあっては、何れの場合にも、第１密封環１０３、第２密封環１０４及び保持環１０５は、その機能や形状の違いから異質材で構成されており、一般に、第１密封環１０３はＷＣ，ＳｉＣ等の硬質材で、第２密封環１０４は第１密封環１０３の構成材に比して軟質のカーボンで、また保持環１０５は金属材（一般にステンレス鋼）で構成されている。
【０００４】
【特許文献１】実開平４−１３４９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、第１従来シールにあっては、第２密封環１０４と保持環１０５との対向端面１０４ｂ，１０５ａが直接に押圧接触する摩擦係合状態にあるため、両環１０４，１０５の接触部分１０４ｂ，１０５ａにおいてそれらの熱歪及び／又は圧力歪が相互に干渉することになる。すなわち、両環１０４，１０５はそれらの径方向歪が相互に干渉する状態で連結されているのである。
【０００６】
一方、両環１０４，１０５は上記した如く異質材で構成されており、それらの熱膨張係数（線膨張係数）及びヤング率が大きく異なる（例えば、第２密封環１０４を構成するカーボンの熱膨張係数が４×１０−６〜５×１０−６ｍｍ／℃であり、ヤング率が２５００ｋｇ／ｍｍ２であるのに対し、保持環１０５の一般的な構成材であるステンレス鋼の熱膨張係数は１６×１０−６〜２０×１０−６ｍｍ／℃であり、ヤング率は１９７００ｋｇ／ｍｍ２である）。
【０００７】
したがって、第１従来シールを被密封流体の温度及び／又は圧力が大きく変動する条件下で使用した場合、両環１０４，１０５の接触部分１０４ｂ，１０５ａにおける径方向歪（径方向における熱歪及び／又は圧力歪）が大きく異なることから、第２密封環１０４については、保持環１０５の熱歪や圧力歪の影響を強く受けて、それ自身の熱歪や圧力歪とは全く異なる歪状態を呈することなる。その結果、第２密封環１０４の密封端面１０４ａの平面度や相手密封端面１０３ａに対する同心度，平行度が損なわれて、密封端面１０３ａ，１０４ａの相対回転によるシール機能が不安定となったり低下する虞れがあり、極端な場合にはシール機能が喪失する虞れがある。例えば、被密封流体が昇温された場合、図５（Ａ）に示す如く、保持環１０５の径方向歪量（熱膨張量）ｅ１は第２密封環１０４の径方向歪量（熱膨張量）Ｅ１に比して大きいことから、両環１０４，１０５の接触部分１０４ｂ，１０５ａにおいて径方向歪が相互に干渉して、第２密封環１０４の歪量はそれ自身の歪量より増大されることになる。その結果、第２密封環１０４には、保持環１０５に対して図５（Ａ）に示す方向のモーメントＭ１が作用することになり、第２密封環１０４の密封端面１０４ａが相手密封端面（第１密封環１０３の密封端面１０３ａ）に対して内開き状態に傾くことになる。また、逆に被密封流体が降温された場合、図５（Ｂ）に示す如く、保持環１０５の径方向熱歪量（熱収縮量）ｅ２は第２密封環１０４の径方向熱歪量（熱収縮量）Ｅ２に比して大きいため、第２密封環１０４には、上記降温時とは逆方向のモーメントＭ２が作用して、第２密封環１０４の密封端面１０４ａが相手密封端面１０３ａに対して外開き状態に傾くことになる。これらのことは、被密封流体の圧力により両環１０４，１０５が径方向の圧力歪を生じる場合にも同様であり、被密封流体が圧力変動することにより、接触部分１０４ｂ，１０５ａにおいて径方向歪が相互干渉して、上記と同様のモーメントＭ１，Ｍ２が発生する。
【０００８】
また、第２従来シールにあっては、第２密封環１０４と保持環１０５との対向端面１０４ｂ，１０５ａ間にＯリング１０９が介在しており、対向端面１０４ｂ，１０５ａが直接に接触していないため、当該対向端面１０４ｂ，１０５ａにおける径方向歪の相互干渉は生じない。しかし、当該対向端面１０４ｂ，１０５ａ間にＯリング１０９が挟圧されており、両環１０４，１０５はそれらの径方向歪がＯリング１０９を介して相互に干渉する状態で連結されていることになり、第１従来シールと同様の問題が生じる。すなわち、保持環１０５の径方向歪量（熱歪量又は圧力歪量）ｅ１，ｅ２は第２密封環１０４の径方向歪量（熱歪量又は圧力歪量）Ｅ１，Ｅ２に比して大きいことから、Ｏリング１０９における両環１０４，１０５との接触点が相対的に逆方向に変位することになる。したがって、Ｏリング１０９には、その断面において図７（Ａ）又は同図（Ｂ）に示す方向の回転力が付与されることになる。その結果、第２密封環１０４には、保持環１０５に対して図７（Ａ）又は同図（Ｂ）に示す方向のモーメントＭ１又はＭ２が作用することになり、第２密封環１０４の密封端面１０４ａが相手密封端面１０３ａに対して内開き状態（図７（Ａ））又は外開き状態（同図（Ｂ））に傾くことになる。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、被密封流体の温度及び／又は圧力が大きく変動するような条件下においても、密封端面間を適正な非接触状態又は接触状態に保持することができ、良好且つ安定したシール機能を発揮しうるメカニカルシールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、シールケース及びこれを洞貫する回転軸の一方に固定された第１密封環とその他方に保持環を介して軸線方向移動可能且つ相対回転不能に保持された第２密封環との対向端面の相対回転部分において被密封流体をシールするように構成されたメカニカルシールであって、保持環と第２密封環とがそれらの径方向歪が相互に干渉する状態で連結されているメカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、保持環を第２密封環の構成材と熱膨張係数（線膨張係数）及び／又はヤング率が近似する金属材で構成しておくことを提案するものである。すなわち、本発明のメカニカルシールにあっては、熱歪による影響を強く受ける高温条件下で使用される場合には保持環を少なくとも熱膨張係数が第２密封環の構成材に近似する金属材で構成しておくのであり、圧力歪による影響を強く受ける高圧条件下で使用される場合には保持環を少なくともヤング率が第２密封環の構成材に近似する金属材で構成しておくのであり、熱歪及び圧力歪による影響を共に強く受ける高温，高圧条件下で使用される場合には、保持環を熱膨張係数及びヤング率の何れもが第２密封環の構成材に近似する金属材で構成しておくのである。一般に、第２密封環はカーボンで構成されるが、このような場合、保持環の構成材としてはチタン等を選択することが好ましい。例えば、チタンの熱膨張係数は８×１０−６ｍｍ／℃であり、ヤング率は１１０００ｋｇ／ｍｍ２であるから、保持環の一般的な構成材であるステンレス鋼（熱膨張係数：１６×１０−６〜２０×１０−６ｍｍ／℃，ヤング率：１９７００ｋｇ／ｍｍ２）に比してカーボンの熱膨張係数（４×１０−６〜５×１０−６ｍｍ／℃）及びヤング率（２５００ｋｇ／ｍｍ２）に近似する。
【００１１】
好ましい実施の形態にあって、本発明のメカニカルシールは、両密封環の対向端面たる密封端面がその間に発生させた動圧及び／又は静圧により非接触に保持された状態で相対回転するように構成された非接触形メカニカルシールであり、或いは両密封環の対向端面たる密封端面が接触する状態で相対回転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。また、保持環と第２密封環との連結は、当該両環の相対回転をドライブピンにより阻止した状態で、両環の対向端面を直接に押圧接触させることにより行われるのであり、或いは当該両環の相対回転をドライブピンにより阻止した状態で、両環の対向端面をＯリングを介して間接的に押圧接触させることにより行なわれる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の非接触形メカニカルシールにあっては、保持環を第２密封環の構成材と熱膨張係数及び／又はヤング率が近似する金属材で構成する（例えば、第２密封環がカーボン製のものである場合、保持環をチタン製のものとする）ため、被密封流体が大きく温度変化及び／又は圧力変動するような条件下においても、第２密封環と保持環との間に径方向における大きな歪量差が生じず、冒頭で述べたような問題を生じることなく、良好且つ安定したシール機能を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明に係るメカニカルシールの第１の実施の形態を示す縦断側面図であり、この実施の形態におけるメカニカルシールは、図１に示す如く、回転軸１が上下方向に延びる回転機器（攪拌機等）の軸封手段として使用される縦型の非接触形メカニカルシールであり、回転機器ハウジングの軸封部（図示せず）に取り付けられたシールケース２と、回転軸１に固定された第１密封環たる回転密封環３と、回転密封環３の上位に配して当該密封環３に直対向する第２密封環たる静止密封環４と、静止密封環４の上位に配してシールケース２に保持された保持環５と、シールケース２と保持環５との間に介装されたスプリング部材６とを具備して、両密封環３，４の上下対向端面たる密封端面３ａ，４ａを、その間に発生させた動圧により非接触状態に保持しつつ、当該回転機器の機内領域である被密封流体領域（機内ガス領域）Ｈと機外領域である非密封流体領域（大気領域）Ｌとを遮蔽するように構成された動圧形の非接触形メカニカルシールである。
【００１４】
シールケース２は、図１に示す如く、円筒状のガイド部２ａと円環状のリテーナ部２ｂとを有する円筒構造体であって、ステンレス鋼等の金属材で構成されている。回転軸１は、ガイド部２ａ及びリテーナ部２ｂを上下方向に同心状に貫通する。
【００１５】
回転密封環３はＷＣ，ＳｉＣ等のセラミックスや超硬合金等の硬質材で構成されたもので、図１に示す如く、静止密封環４に対向する一側端面（上端面）は軸線に直交する平滑平面である密封端面３ａに構成されている。この密封端面３ａには、被密封流体領域Ｈに臨む外周部へと開口するスパイラル状等の適宜形状をなす動圧発生溝３ｂが形成されていて、この動圧発生溝３ｂの作用により、両密封環３，４の相対回転に伴い密封端面３ａ，４ａ間に動圧を発生せしめて、密封端面３ａ，４ａ間を流体膜を介在形成させた非接触状態に保持する。而して、この流体膜の形成部分において、密封端面３ａ，４ａの外周側領域である被密封流体領域Ｈとその内周側領域である非密封流体領域Ｌとの間をシールするようになっている。
【００１６】
静止密封環４は回転密封環３の構成材より軟質の材料（この例では、カーボン）で構成されたもので、図１に示す如く、回転密封環５に対向する一側端面（下端面）は軸線に直交する平滑平面である密封端面４ａに構成されている。この静止密封環４は、図１に示す如く、シールケース２のガイド部２ａに極く微小な隙間を有する状態で軸線方向移動自在に内嵌保持されている。すなわち、静止密封環４の背面側（上面側）における外周部分及び内周部分には夫々環状凸部４ｂ及び環状凹部４ｃが形成されていて、環状凸部４ｂを、例えばＪＩＳ−Ｂ０４０１にいう「すき間ばめ」程度の寸法公差をもってガイド部２ａに嵌合させることによって、環状凸部４ｂの外周面とガイド部２ａの内周面との間に、静止密封環４の径方向変位を可及的に阻止するも、その軸線方向移動並びに流体の通過を許容する、極く微小な隙間が形成されるようになっている。
【００１７】
保持環５は、図１に示す如く、円筒状の被保持部５ａとその先端側（下端側）に形成された円環状の押圧部５ｂとを備えた断面Ｌ字形状に成形されている。この保持環５は、図１に示す如く、被保持部５ａをシールケース２のリテーナ部２ｂの内周部にＯリング７を介して嵌挿保持させることによって、シールケース２に、これとの間を二次シールさせた状態で、軸線方向（上下方向）に移動可能に保持されている。保持環５は、静止密封環４の構成材であるカーボンと熱膨張係数及び／又はヤング率が近似する金属材で構成されるが、この例では、熱膨張係数及びヤング率の何れもが一般的な保持環構成材であるステンレス鋼に比してカーボン（熱膨張係数：４×１０−６〜５×１０−６ｍｍ／℃，ヤング率：２５００ｋｇ／ｍｍ２）に近似するチタン（熱膨張係数：８×１０−６ｍｍ／℃，ヤング率（１１０００ｋｇ／ｍｍ２）で構成してある。
【００１８】
なお、静止密封環４は、図１に示す如く、これに形成した凹部４ｄに保持環５の押圧部５ｂに植設せる適当数のドライブピン（１本のみ図示）８ａを突入係合させておくことにより、保持環５に対して相対回転不能とされている。また、保持環５は、図１に示す如く、これに植設せる適当数のドライブピン（１本のみ図示）８ｂをシールケース２のリテーナ部２ｂに形成した凹部２ｃに突入係合させておくことにより、シールケース２に対して相対回転不能とされている。
【００１９】
スプリング部材６は、図１に示す如く、適当数のコイルスプリング（１個のみ図示）をシールケース２のリテーナ部２ｂと保持環５の押圧部５ｂとの間に介装してなり、保持環５を軸線方向において回転密封環３に向かう方向に押圧附勢する。
【００２０】
静止密封環４と保持環５とは、図１に示す如く、両環４，５の軸線方向における対向端面４ｅ，５ｃ間にＯリング９を介在させることによって、二次シールされた非接触状態で連結されている。
【００２１】
すなわち、保持環５の前面つまり押圧部５ｂの前面５ｃに同心の環状溝５ｄを形成し、この環状溝５ｄにＯリング９を若干突出させた状態で嵌合保持させることによって、静止密封環４を、スプリング部材６による附勢作用と相俟って、保持環５との間に適当なクリアランスを有したシール状態で、回転密封環３へと押圧させるべく附勢保持せしめている。なお、押圧部５ｂの前面５ｃには、図１に示す如く、静止密封環４の内周側空間つまり環状凹部４ｃへと遊嵌状に突入する円環状のＯリング保持部５ｅが突設されている。Ｏリング９は、径方向において、被密封流体領域Ｈの流体圧力によってＯリング保持部５ｅ（環状溝５ｄの内径側壁面部）に押圧接触された状態であって環状溝５ｄの外径側壁面部５ｆには非接触の状態で保持される。すなわち、静止密封環４と保持環５とは、第２従来シールと同様に、当該両環４，５の相対回転をドライブピン９により阻止した状態で且つ両環４，５の対向端面４ｅ，５ｃがＯリング１１を介して押圧接触される状態で連結されている。なお、環状凹部４ｃとＯリング保持部５ｅとの径方向隙間は、両部４ｃ，５ｅが両環４，５の歪によっては干渉しない範囲で可及的に小さく設定しておくことが好ましい。
【００２２】
以上のように構成された非接触形メカニカルシールにあっては、静止密封環４と保持環５とが、それらの径方向歪がＯリング９を介して相互に干渉する状態で連結されており、冒頭で述べた第２従来シールと同様の問題が生じる虞れがある。しかし、保持環５が静止密封環４の構成材たるカーボンと熱膨張係数及びヤング率が近似するチタンで構成されているから、被密封流体の温度及び／又は圧力が大きく変動する場合にも、両環４，５の径方向における熱歪量差及び／又は圧力歪量差が小さく、両環４，５とＯリング９との接触点における径方向での相対変位が僅かであり、Ｏリング９の弾性変形で吸収される程度となり、両環４，５の対向端面４ｅ，５ｃ間に挟圧されたＯリング９に回転力を与えることがなく、第２従来シールにおける如き問題を生じることがない。すなわち、昇温時及び／又は降圧時において図６（Ａ）に示す如きモーメントＭ１が生じることがなく、また降温時及び／又は昇圧時において同図（Ｂ）に示す如きモーメントＭ２が作用することがない。したがって、被密封流体の温度や圧力が大きく変動する高温条件下や高圧条件下で使用した場合にも、静止密封環４が傾くようなことがなく、その密封端面４ａの平面度や相手密封端面３ａとの平行度，同心度が損なわれず適正に保持され、非接触形メカニカルシールによるシール機能（ノンコタクトシール機能）が良好に発揮される。
【００２３】
ところで、保持環４の構成材であるチタンは、一般的な保持環構成材であるステンレス鋼より軽比重である（例えば、ＳＵＳ３１６の比重が７．８８であるのに対し、チタンの比重は４．５１である）から、形状を同一とした場合、チタン製の保持環５は、ステンレス鋼製の一般的な保持環に比して、大幅に軽量化される。したがって、回転軸１が低速回転する条件下や機器振動等の外乱要因がある条件下においても、保持環５の軸線方向移動が円滑に行われ、その結果、静止密封環４の追従動作が円滑に行われ、密封端面３ａ，４ａ間を適正な非接触状態に保持することができる。かかる点は、特に、図１に示す如く、静止密封環４が回転密封環３の上方に位置する縦型の非接触形メカニカルシールにあっては、適正なシール機能を発揮する上で大きなメリットとなる。すなわち、かかる縦型の非接触形メカニカルシールにおいては、保持環５の重量が密封端面３ａ，４ａ間を閉じる方向に作用する閉力として機能することになるが、上記した如く保持環５が軽量化されているために、保持環５の重量が密封端面３ａ，４ａ間に発生する動圧とのバランスを損なうようなことがなく、密封端面３ａ，４ａ間を適正な非接触状態に保持することができる。
【００２４】
したがって、上記した構成の非接触形メカニカルシールによれば、温度や圧力が大きく変動するような条件下や低速回転等により静止密封環４の回転密封環３からの動圧による離間作用（浮上作用）が困難である条件下においても、密封端面３ａ，４ａ間を適正な非接触状態に保持することができ、良好且つ安定したシール機能を発揮することができる。
【００２５】
また、図２は本発明に係るメカニカルシールの第２の実施の形態を示す縦断側面図であり、この実施の形態におけるメカニカルシールは、図２に示す如く、回転機器ハウジングの軸封部（図示せず）に取り付けられたシールケース２２と、回転軸２１に固定された第１密封環たる回転密封環２３と、シールケース２２に軸線方向移動可能に保持された保持環２５と、シールケース２２と保持環５との間に介装されたスプリング部材２６と、シールケース２２に保持環２５を介して軸線方向移動可能に保持されると共にスプリング部材２６により回転密封環２３へと押圧接触された第２密封環たる静止密封環２４と、を具備して、両密封環２３，２４の対向端面たる密封端面２３ａ，２４ａの相対回転摺接作用により、当該回転機器の機内領域である被密封流体領域（例えばポンプ室）Ｈと機外領域である非密封流体領域（例えばポンプ室外の大気領域）Ｌとを遮蔽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。
【００２６】
シールケース２２は、図２に示す如く、円筒構造体であってステンレス鋼等の金属材で構成されている。回転軸１は、シールケース２２を同心状に貫通する。
【００２７】
回転密封環２３はＷＣ，ＳｉＣ等のセラミックスや超硬合金等の硬質材で構成されたもので、回転軸２１にスリーブ２１ａ，２１ｂを介して固定されている。回転密封環２３の一側端面は軸線に直交する平滑平面である密封端面２３ａに構成されている。
【００２８】
静止密封環２４は回転密封環２３の構成材より軟質の材料（この例では、カーボン）で構成されたもので、後述する如く、保持環２５にこれとの対向端面２４ｂ，２５ａが直接に押圧接触された状態で連結されている。静止密封環２４の一側端面は軸線に直交する平滑平面たる密封端面２４ａに構成されている。
【００２９】
スプリング部材２６は、図２に示す如く、適当数のコイルスプリング（１個のみ図示）をシールケース２２と保持環２５との間に介装してなり、保持環２５を軸線方向において回転密封環２３に向かう方向に押圧附勢することにより、静止密封環２４を回転密封環２３に押圧接触させるものである。
【００３０】
保持環２５は、図２に示す如く、断面Ｌ字形状の円環状体であり、シールケース２２にＯリング２７を介して軸線方向に移動可能に保持されている。なお、シールケース２２に対する保持環２５の相対回転は、図１に示す如く、保持環２５に植設せる適当数のドライブピン（１本のみ図示）２８ａをシールケース２に形成した凹部２２ａに突入係合させておくことにより阻止されている。
【００３１】
保持環２５の外周部にはＯリング２９ａを介して連結環２９が嵌合固定されており、この連結環２９にＯリング２９ｂを介して静止密封環２４を内嵌保持させることにより、両環２４，２５を対向端面２４ｂ，２５ａが直接に押圧接触された状態に連結している。連結環２９は両環２４，２５を軸線方向に分離不能に連結するためのものであり、連結環２９に対する静止密封環２４の相対回転は、図２に示す如く、保持環２５に植設せる適当数のドライブピン（１本のみ図示）２８ｂを静止密封環２４に形成した凹部２４ｃに突入係合させておくことにより阻止されている。なお、Ｏリング２９ｂは、静止密封環２４と連結環２９との間を二次シールすると共に、両環２４，２９間に径方向歪量の差が生じた場合においてこれを吸収して連結環２９の歪が静止密封環２４に与える影響を排除する。
【００３２】
而して、保持環２５は、静止密封環４の構成材であるカーボンと熱膨張係数及び／又はヤング率が近似する金属材で構成されるが、この例では、第１の実施の形態における保持環５と同様に、熱膨張係数及びヤング率の何れもが一般的な保持環構成材（ステンレス鋼）に比してカーボンに近似するチタンで構成してある。なお、静止密封環２４と連結環２９との間に径方向歪量の差が生じた場合、それはＯリング２９ｂによって吸収されることから、両環２４，２９が異質材で構成されることによる弊害（径方向歪の相互干渉による弊害）は生じることがない。したがって、連結環２９の構成材は静止密封環２４の構成材との関係（特に、熱膨張係数及び／又はヤング率との関係）を考慮する必要がなく、一般に、ステンレス鋼等の金属材で構成しておくことができるが、この例では、保持環２５と同質のチタンで構成してある。このように連結環２９を保持環２５と同質のチタンで構成しておくことにより、仮に静止密封環２４が連結環２９に密に内嵌されている場合にも両環２４，２９の径方向歪が相互干渉することによる弊害は回避される。
【００３３】
ところで、静止密封環２４と保持環２５との連結は、上記した連結環２９を使用することなく行うようにしてもよい。例えば、図３に示す如く、静止密封環２４を、スプリング部材２６の附勢力により、回転密封環２３と保持環２５との間に挟圧させることにより、対向端面２４ｂ，２５ａが直接押圧接触した状態で保持環２５に連結させておくのである。この場合、両環２４，２５の相対回転を上記したドライブピン２８ｂに阻止させておくと共に、両環２４，２５の接触面２４ｂ，２５ｂ間をＯリング２９ｃにより二次シールしておく。
【００３４】
以上のように構成された端面接触形メカニカルシールにあっては、図２又は図３に示す如く、異質材で構成される静止密封環２４と保持環２５とが、その対向端面２４ｂ，２５ａで直接に押圧接触する状態、つまり両環２４，２５の径方向歪が相互に干渉する状態で連結されているため、冒頭で述べた第１従来シールと同様の問題が生じる虞れがある。しかし、保持環２５が静止密封環２４の構成材たるカーボンと熱膨張係数及びヤング率が近似するチタンで構成されているから、被密封流体の温度及び／又は圧力が大きく変動する場合にも、両環２４，２５の径方向における熱歪量差及び／又は圧力歪量差が小さく、両環２４，２５の接触部分２４ｂ，２５ａにおける径方向での相対変位が僅かであり、第１従来シールにおける如き問題を生じることがない。すなわち、昇温時及び／又は降圧時において図６（Ａ）に示す如きモーメントＭ１が生じることがなく、また降温時及び／又は昇圧時において同図（Ｂ）に示す如きモーメントＭ２が作用することがない。したがって、被密封流体の温度及び／又は圧力が大きく変動する条件で使用した場合にも、静止密封環４が傾くようなことがなく、その密封端面２４ａの平面度や相手密封端面２３ａとの平行度，同心度が損なわれず適正に保持され、端面接触形メカニカルシールによるシール機能が良好に発揮される。
【００３５】
なお、本発明のメカニカルシールは上記した実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。
【００３６】
例えば、本発明は、上記した非接触形メカニカルシール又は端面接触形メカニカルシールに適用できる他、一方の密封環を貫通するシールガス供給路から密封端面間に被密封流体より高圧のシールガスを供給することによって、両密封環の密封端面がその間に発生させたシールガスによる静圧により非接触に保持された状態で相対回転するように構成された静圧形の非接触形メカニカルシールに適用することも可能であり、更には、一方の密封端面に動圧発生溝を形成しておくことによって、両密封環の密封端面がその間に発生させたシールガスによる静圧及び被密封流体による動圧により非接触に保持された状態で相対回転するように構成された動圧形且つ静圧形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、本発明は、非接触形であると端面接触形とを問わず、静止密封環と保持環とが、図１に示す如くＯリングを介して間接的に押圧接触するように構成されたメカニカルシール及び図２又は図３に示す如くＯリングを介することなく直接的に押圧接触するように構成されたメカニカルシールの何れにおいても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るメカニカルシールの第１の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図２】本発明に係るメカニカルシールの第２の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図３】第２の実施の形態における変形例を示す図２相当の縦断側面図である。
【図４】第１従来シールを示す縦断側面図である。
【図５】図４の要部を拡大して示す作用説明図である。
【図６】第２従来シールを示す縦断側面図である。
【図７】図６の要部を拡大して示す作用説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      回転軸
２      シールケース
３      回転密封環（第１密封環）
３ａ    回転密封環の密封端面（第１密封環の密封端面）
４      静止密封環（第２密封環）
４ａ    静止密封環の密封端面（第２密封環の密封端面）
４ｅ    静止密封環（第２密封環）における保持環との対向端面
５ｃ    保持環における静止密封環（第２密封環）との対向端面
５      保持環
６      スプリング部材
９      Ｏリング
２１    回転軸
２２    シールケース
２３    回転密封環（第１密封環）
２３ａ  回転密封環の密封端面（第１密封環の密封端面）
２４    静止密封環（第２密封環）
２４ａ  静止密封環の密封端面（第２密封環の密封端面）
２４ｂ  静止密封環（第２密封環）における保持環との対向端面
２５    保持環
２５ａ  保持環における静止密封環（第２密封環）との対向端面
２６    スプリング部材
Ｈ      被密封流体領域
Ｌ      非密封流体領域
【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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【図６】
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【図７】
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