(57)【要約】【課題】シール性能を損なうことなく、軸方向寸法を短くできるメカニカルシールを提供することを目的とする。【解決手段】回転側密封環１１と、ケース２２内に設けられ回転側密封環１１と摺動する固定側密封環２１と、固定側密封環２１を回転側密封環１１へ付勢する付勢部材２４と、ケース２２と固定側密封環２１との回転方向の相対移動を規制する係合手段２５と、を備えるメカニカルシールであって、付勢部材２４は固定側密封環２１より径方向外側に配設される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転側密封環と、
ケース内に設けられ前記回転側密封環と摺動する固定側密封環と、
前記固定側密封環を前記回転側密封環へ付勢する付勢部材と、
前記ケースと前記固定側密封環との回転方向の相対移動を規制する係合手段と、を備えるメカニカルシールであって、
前記付勢部材は前記固定側密封環より径方向外側に配設されることを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】
前記係合手段は、該係合手段と前記固定側密封環との回転方向の相対移動を規制する内側係合部、及び、前記内側係合部より外径側において前記係合手段と前記ケースとの回転方向の相対移動を規制する外側係合部を備え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。
【請求項３】
前記固定側密封環は前記内側係合部より内径側に配設され、前記付勢部材は前記内側係合部より外径側に配設されることを特徴とする請求項２に記載のメカニカルシール。
【請求項４】
前記係合手段は、前記内側係合部より内径側において前記固定側密封環の端面と当接する第１当接部、前記内側係合部より外径側において前記付勢部材と当接する第２当接部、及び、前記第１当接部と前記第２当接部との間に前記固定側密封環の外周部を覆う周壁部を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載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、軸に密封状態で取付けられた回転側密封環と、ハウジングに密封状態で取付けられた固定側密封環とが互いに摺動して、ハウジングと軸との間をシールするメカニカルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転側に密封状態で取付けられたメイティングリングと、ハウジングに密封状態で取付けられたシールリングとが互いに摺動して、ハウジングと回転側との間をシールするメカニカルシールであって、ハウジングに固定されるとともにシールリングを収納する環状ケースと、シールリングをメイティングリン側へ押圧するばねと、環状ケースとシールリングとの周方向の相対移動を規制する係合リングと、を備えるメカニカルシールがある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、軸に密封状態で取付けられた回転用密封環と、シールハウジングに取付けられた固定用密封環とが互いに摺動して、シールハウジングと軸との間をシールするメカニカルシール装置であって、シールハウジングに固定されるとともに固定用密封環を収納するカートリッジと、固定用密封環とカートリッジの間に配設されるゴム製のベローズと、固定用密封環を回転用密封環側へ押圧するスプリングを備えるメカニカルシールがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平２−５６５４号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００５−２０７５２０号公報（第６、７頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のメカニカルシールにあっては、シールリングと該シールリングをメイティングリン側へ押圧するばねとが軸方向に一列に配置されているため、メカニカルシールの全長が長くなってしまう。このため、モーターなどの機器の軸封部に適用する場合に、従来シール使用されてきたオイルシールに比べ、機器の軸方向長さが長くなってしまい、軸方向寸法を厳しく制限される機器にメカニカルシールに適用することが困難となってしまう場合がある。【０００６】
また、特許文献２のメカニカルシールにあっては、ゴム製のベローズに所定の長さを設けることで可撓性を向上させ、固定用密封環は回転用密封環の動きに追従してシール性を向上させることができる。しかしながら、ベローズの軸方向長さが長いため、メカニカルシール装置の軸方向寸法が大きくなってしまい、軸方向寸法を厳しく制限される機器にメカニカルシールを適用することが困難となってしまう場合がある。【０００７】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、シール性能を損なうことなく、軸方向寸法を短くできるメカニカルシールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシールは、
回転側密封環と、
ケース内に設けられ前記回転側密封環と摺動する固定側密封環と、
前記固定側密封環を前記回転側密封環へ付勢する付勢部材と、
前記ケースと前記固定側密封環との回転方向の相対移動を規制する係合手段と、を備えるメカニカルシールであって、
前記付勢部材は前記固定側密封環より径方向外側に配設されることを特徴としている。
この特徴によれば、径方向のスペースを利用して、付勢部材を固定側密封環より径方向外側に配置することにより、メカニカルシールの軸方向寸法を短くすることができる。【０００９】
本発明のメカニカルシールは、
前記係合手段は、該係合手段と前記固定側密封環との回転方向の相対移動を規制する内側係合部、及び、前記内側係合部より外径側において前記係合手段と前記ケースとの回転方向の相対移動を規制する外側係合部を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、固定側密封環と係合手段との回転方向の相対移動を規制する内側係合部と、ケースと係合手段との回転方向の相対移動を規制する外側係合部とを径方向に離間して配置するので、固定側密封環及び付勢部材の配置の自由度が増し、メカニカルシールの軸方向寸法を短くすることができる。【００１０】
本発明のメカニカルシールは、
前記固定側密封環は前記内側係合部より内径側に配設され、前記付勢部材は前記内側係合部より外径側に配設されることを特徴としている。
この特徴によれば、付勢部材と固定側密封環とを径方向に離間して配置できるので、メカニカルシールの軸方向寸法を短くすることができる。【００１１】
本発明のメカニカルシールは、
前記係合手段は、前記内側係合部より内径側において前記固定側密封環の端面と当接する第１当接部、前記内側係合部より外径側において前記付勢部材と当接する第２当接部、及び、前記第１当接部と前記第２当接部との間に前記固定側密封環の外周部を覆う周壁部を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、係合手段は、内側係合部より内径側において固定側密封環の端面と当接する第１当接部と、内側係合部より外径側において付勢部材と当接する第２当接部付勢部材とを備えるので、固定側密封環と付勢部材とを径方向に離間して配置することができ、メカニカルシールの軸方向寸法を短くすることができるとともに、第１当接部と第２当接部との間に周壁部を設けることによって係合手段の断面二次モーメントを大きくできるので、係合手段のたわみを低減して、付勢部材の付勢力を確実に固定側密封環に伝達し、確実に密封することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１におけるメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。図１の上半分の断面は係合手段の内側係合部と外側係合部を通らない断面、下半分は係合手段の内側係合部と外側係合部を通る断面を示す。
【図２】実施例２におけるメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。図２の上半分の断面は係合手段の内側係合部を通らない断面、下半分は係合手段の内側係合部と外側係合部を通る断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係るメカニカルシールを実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下説明するメカニカルシールは一例であり、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１に係るメカニカルシール１について図１を参照しながら説明する。【００１５】
メカニカルシール１は、摺動面Ｓの外側（被密封流体側）から内側（漏れ側）に向かって漏れようとする被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものである。メカニカルシール１は、回転軸６と一体的に回転可能な状態に設けられた回転側カートリッジ１０と、ハウジング５に非回転状態で固定される固定側カートリッジ２０とからなる。【００１６】
回転側カートリッジ１０は、回転軸６に固定されたスリーブ１２と、スリーブ１２内にカップガスケット１３を介して固定され、回転軸６と一体に回転する回転側密封環１１から主に構成される。【００１７】
一方、固定側カートリッジ２０は、ハウジング５に固定されるケース２２と、ケース２２内にて非回転状態で、かつ、軸方向移動可能な状態で設けられた環状の固定側密封環２１と、ケース２２と固定側密封環２１との間に設けられたシール部材２３と、固定側密封環２１を軸方向に付勢する付勢部材２４と、ケース２２と固定側密封環２１との回転方向の相対移動を規制する係合手段２５から主に構成される。【００１８】
メカニカルシール１は回転側密封環１１と固定側密封環２１とが互いに摺動面Ｓにて相対摺動することにより、被密封流体が摺動面Ｓの外側から内側へ流出するのを防止するものである。なお、回転側密封環１１及び固定側密封環２１の材質は、耐摩耗性に優れた炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び自己潤滑性に優れたカーボンなどから選定されるが、例えば、両者がＳｉＣ、あるいは、いずれか一方がＳｉＣであって他方がカーボンの組合せが可能である。以下、回転側カートリッジ１０、固定側カートリッジ２０を構成する部材について説明する。【００１９】
図１を参照して、最初に回転側カートリッジ１０の各構成について説明する。スリーブ１２は、断面椀状をなす環状部材で、回転軸６に圧入固定される内筒部１２ａ、該内筒部１２ａの一端から径方向外側に延設される壁部１２ｂ、及び該壁部１２ｂの外径側端部から内筒部１２ａが延びる方向に延設される外筒部１２ｃから構成される。スリーブ１２の開口部１２ｐは、固定側カートリッジ２０側に向くように回転軸６に固定される。【００２０】
図１に示すように、回転側密封環１１は、断面略矩形の環状部材からなる。回転側密封環１１の前面側には固定側密封環２１と対向摺動する摺動面Ｓが設けられている。なお、回転側密封環１１と固定側密封環２１の回転中心が厳密に一致していない場合にも対応できるように、摺動面Ｓの外径を大きく、かつ、内径を小さくして、外径側の密封部余裕代及び内径側の密封部余裕代が形成され、後述する固定側密封環２１の摺動面Ｓの径方向幅より大きく形成されている。また、本実施例においては、回転側密封環１１の摺動面Ｓの径方向幅が固定側密封環２１の摺動面Ｓの径方向幅より大きく形成されているが、本発明はこれに限定されることなく、逆の場合においても適用できることは勿論である。【００２１】
図１に示すように、カップガスケット１３は、断面Ｌ字状の環状部材であり、ゴム等の弾性体からなる。カップガスケット１３は、回転側密封環１１の外周部とスリーブ１２の外筒部１２ｃとの間で適切な締め代が付与され、回転側密封環１１とスリーブ１２との密封性と固定力が確保される。また、回転側密封環１１の摺動面Ｓ、固定側密封環２１の摺動面Ｓの少なくとも一方には表面テクスチャリングが施され、回転側密封環１１と固定側密封環２１との摺動にともなう摩擦、摩耗が低減されるとともに、密封性を向上させている。これにより、回転側密封環１１とスリーブ１２は係合等の機械的な回り止めを使用することなく、回転側密封環１１とスリーブ１２との間に配設されたカップガスケット１３が発生する面圧による摩擦固定力のみで回転方向の移動を規制することができるので、構造を簡略化でき、軸方向寸法を低減することができる。【００２２】
そして、回転側密封環１１は、スリーブ１２の環状空間内に、摺動面Ｓがスリーブ１２の開口部１２ｐを向くように収容され、回転側密封環１１の背面側及び外周側をカップガスケット１３によってスリーブ１２に対して密封、固定され、回転側カートリッジ１０が構成される。【００２３】
つぎに、図１に基づいて固定側カートリッジ２０を構成するケース２２、固定側密封環２１、シール部材２３、付勢部材２４及び係合手段２５について説明する。【００２４】
固定側密封環２１は、断面略矩形の環状部材からなり、回転側密封環１１と対向摺動する摺動面Ｓを有する。固定側密封環２１の摺動面Ｓは、軸方向に突出した環状部に形成されている。固定側密封環２１は、漏れ側から回転側密封環１１に向かって付勢部材２４によって押圧されることにより、摺動面Ｓには所定の面圧が付与された状態で回転側密封環１１と相対摺動する。【００２５】
係合手段２５は、付勢部材２４の付勢力を固定側密封環２１に伝達する役目、固定側密封環２１の回転方向の移動を規制する役目、及び、付勢部材２４が脱落しないように保持する役目を有する。固定側密封環２１と付勢部材２４との間に配置される係合手段２５は、固定側密封環２１の摺動面Ｓの反対側端面と当接する第１当接部２５ａ、固定側密封環２１より外径側に配置される付勢部材２４と当接する第２当接部２５ｃ、及び、第１当接部２５ａの外径側端部と第２当接部２５ｃの内径側端部に連接され、固定側密封環２１の外周部を覆う周壁部２５ｂを有する。また、周壁部２５ｂの一部には複数の凹部２５ｄ（本発明に係る内側係合部）が周方向に離間して形成され、凹部２５ｄは固定側密封環２１の外周部に形成された溝部２１ｂと係合して固定側密封環２１の回転方向の相対移動を規制する。さらに、係合手段２５の第２当接部２５ｃの外周部には複数の溝部２５ｅ（本発明に係る外側係合部）が周方向に離間して形成され、溝部２５ｅは後述するアダプタ２７の舌部２７ｄと係合して係合手段２５とケース２２との回転方向の相対移動が規制される。【００２６】
ケース２２は固定側密封環２１、係合手段２５等を収納するホルダ２６、該ホルダ２６の外筒部２６ｃに嵌合されるアダプタ２７から構成される。ホルダ２６は椀状の部材で、ハウジング５にアダプタ２７を介して圧入固定される外筒部２６ｃ、該外筒部２６ｃの一端から径方向内側に延設される底部２６ｂ、及び該底部２６ｂの内径側端部から外筒部２６ｃの延出方向に延設される内筒部２６ａから主に構成される。また、内筒部２６ａの外周面にはシール部材２３が配設され固定側密封環２１とホルダ２６との間をシールする。【００２７】
アダプタ２７は、ハウジング５に当接するフランジ部２７ｃ、フランジ部２７ｃの内径側端部から軸方向に延設され、ホルダ２６の外筒部２６ｃに外嵌合される外筒部２７ｂ、外筒部２７ｂの端部から径方向内側へ延設される壁部２７ａから主に構成される。さらに壁部２７ａにはフランジ部２７ｃに向かって延設される複数の舌部２７ｄが周方向に離間して配設され、舌部２７ｄは係合手段２５の溝部２５ｅと係合して係合手段２５とケース２２との回転方向の相対移動を規制する。【００２８】
付勢部材２４は係合手段２５の第２当接部２５ｃとケース２２の底部２６ｂとの間に配設され、係合手段２５を挟んでケース２２の開口部２２ｐ側に配置された固定側密封環２１を係合手段２５の第１当接部２５ａを介して回転側密封環１１側へ押し付け、摺動面Ｓに所定の圧力を付与する。付勢部材２４はコイルドウェーブスプリング、コイルスプリング等が用いられる。【００２９】
シール部材２３は、ホルダ２６の内筒部２６ａの外周面と固定側密封環２１の内周面２１ａとの間に配設され、固定側密封環２１とホルダ２６との間をシールする。シール部材２３はＯリングのほか、シール機能は発揮できるものであれば、断面形状が矩形状、Ｘ状等を有する環状に形成されたゴム等の弾性部材であってもよい。【００３０】
ホルダ２６の底部２６ｂと係合手段２５との間に付勢部材２４を配置し、係合手段２５を挟んでケース２２の開口部２２ｐ側にシール部材２３によって密封された固定側密封環２１を配置し、該ホルダ２６の外筒部２６ｃにアダプタ２７が嵌合され、固定側カートリッジ２０が構成される。また、アダプタ２７の壁部２７ａは付勢部材２４によって軸方向に押圧される係合手段２５の抜け止めとして機能し、アダプタ２７の舌部２７ｄは係合手段２５の溝部２５ｅと係合して係合手段２５とケース２２との回転方向の相対移動を規制し、係合手段２５の凹部２５ｄは固定側密封環２１の溝部２１ｂと係合して固定側密封環２１の回転方向の相対移動を規制する。【００３１】
以上の構成を有するメカニカルシール１は以下の効果を奏する。【００３２】
軸方向寸法に余裕がない場合でも径方向のスペースを利用して、付勢部材２４を固定側密封環２１の最外周部より径方向外側に配置することにより、メカニカルシール１の軸方向寸法を短くすることができる。【００３３】
固定側密封環２１と係合手段２５との相対移動を規制する凹部２５ｄ（内側係合部）とケース２２と係合手段２５との回転方向の相対移動を規制する溝部２５ｅ（外側係合部）とを径方向に離間して配置するので、固定側密封環２１の回り止めの配置及び付勢部材２４の配置の自由度が増し、メカニカルシール１の軸方向寸法を短くすることができる。【００３４】
係合手段２５は、凹部２５ｄ（内側係合部）より内径側において固定側密封環２１の端面と当接する第１当接部２５ａと、凹部２５ｄ（内側係合部）より外径側において付勢部材２４と当接する第２当接部２５ｃとを径方向に離間して配設することにより、固定側密封環２１と、該固定側密封環２１を軸方向に付勢する付勢部材２４とを径方向に離間して配設することができ、メカニカルシール１の軸方向寸法を短くすることができる。【００３５】
係合手段２５は、凹部２５ｄ（内側係合部）より内径側において固定側密封環２１の端面と当接する第１当接部２５ａ、凹部２５ｄ（内側係合部）より外径側において付勢部材２４と当接する第２当接部２５ｃ、及び、第１当接部２５ａの外径側端部と第２当接部２５ｃの内径側端部とに接続されるとともに固定側密封環２１の外周部を覆う周壁部２５ｂから構成されるので、係合手段２５の断面二次モーメントを大きくできる。これにより、固定側密封環２１の端面を押圧する第１当接部２５ａと、付勢部材２４によって押圧される第２当接部２５ｃとが径方向に離間することによってモーメントが発生しても、係合手段２５のたわみを小さく抑えることができ、付勢部材２４の付勢力を確実に固定側密封環２１に伝達することができ、確実に密封することができる。【００３６】
係合手段２５は、固定側密封環２１の摺動面Ｓの反対側端面に当接する第１当接部２５ａと、付勢部材２４に当接する第２当接部２５ｃと、第１当接部２５ａと第２当接部２５ｃとの間に固定側密封環２１の外周部を覆う周壁部２５ｂと、を備えることで、ケース２２の底部２６ｂと係合手段２５の第２当接部２５ｃとの間に配置される付勢部材２４と、係合手段２５を挟んでケース２２の開口部２２ｐ側に配置される固定側密封環２１とを径方向に離間して配置できるので、メカニカルシール１の軸方向寸法を短くすることができる。
【実施例２】
【００３７】
次に、実施例２に係るメカニカルシール２につき、図２を参照して説明する。実施例２のメカニカルシール２の回転側カートリッジ１０は実施例１と同じであるが、固定側カートリッジ３０が実施例１と相違する。具体的には、実施例１において、シール部材２３、固定側密封環２１、付勢部材２４及び係合手段２５を収納するケース２２は、ホルダ２６とアダプタ２７の２つの部品から構成されていたが、実施例２はアダプタを使用しないでケース２８が構成される点で相違する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。【００３８】
固定側密封環２１を収納するケース２８は椀状の部材で、ハウジング５に圧入固定される外筒部２８ｃ、該外筒部２８ｃの一端から径方向内側に延設される底部２８ｂ、及び該底部２８ｂの内径側端部から外筒部２８ｃの延出方向に延設される内筒部２８ａから主に構成される。また、内筒部２８ａの外周面にはシール部材２３が配設され固定側密封環２１とケース２８との間をシールする。【００３９】
ケース２８の内部には複数の爪部２９が周方向に離間して設けられ、該爪部２９は係合手段２５の溝部２５ｅと係合して係合手段２５とケース２８との回転方向の相対移動が規制される。【００４０】
また、係合手段２５と固定側密封環２１との回転方向の相対移動を規制する構成は実施例１と同じである。すなわち、係合手段２５の周壁部２５ｂの一部には複数の凹部２５ｄ（本発明に係る内側係合部）が周方向に離間して形成され、該凹部２５ｄは固定側密封環２１の外周部に形成された溝部２１ｂと係合して固定側密封環２１の回転方向の相対移動を規制する。【００４１】
ケース２８の底部２８ｂと係合手段２５の第２当接部２５ｃとの間に付勢部材２４を配置し、係合手段２５を挟んでケース２８の開口部２８ｐ側にシール部材２３によって密封された固定側密封環２１を配置し、該ケース２８の外周端部２８ｄを全周に亘って内径側へ折り曲げ、係合手段２５の軸方向の抜け止めを行い、固定側カートリッジ３０が構成される。【００４２】
実施例２のメカニカルシール２は、実施例１のメカニカルシール１が奏する効果に加え、以下の効果を発揮する。【００４３】
メカニカルシール２のケース２８は同一寸法を有する円筒面に形成されるので、ハウジング５に対し、固定側カートリッジ３０を右方向又は左方向から挿入して組み立てることができるので、製造上の自由度が向上する。【００４４】
メカニカルシール２は、実施例１のメカニカルシール１のようにアダプタ２７を使用しないので、部品点数を減らすことができ、軸方向寸法を短縮できる。【００４５】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。【００４６】
例えば、前記実施例では、回転側密封環１１とスリーブ１２は係合等の機械的な回り止めを使用することなく、回転側密封環１１とスリーブ１２の内筒部１２ａとの締め代による摩擦固定力のみで回転方向の移動を規制していたが、これにかぎらない。たとえば、回転側密封環１１の外周面、スリーブ１２の内周面を互いに嵌合可能な多角形に形成して、回り止めを構成してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１              メカニカルシール
２              メカニカルシール
５              ハウジング
６              回転軸
１０            回転側カートリッジ
１１            回転側密封環
１２            スリーブ
１３            カップガスケット
２０            固定側カートリッジ
２１            固定側密封環
２２            ケース
２３            シール部材
２４            付勢部材
２５            係合手段
２５ａ          第１当接部
２５ｂ          周壁部
２５ｃ          第２当接部
２５ｄ          凹部（内側係合部）
２５ｅ          溝部（外側係合部）
２６            ホルダ
２７            アダプタ
２８            ケース
３０            固定側カートリッジ
Ｓ              摺動面
【図１】
2019163726.tif 000003
【図２】
2019163726.tif 000004
【国際調査報告】
2019163726.tif 000005
2019163726.tif 000006
2019163726.tif 000007
2019163726.tif 000008