JP2000179703A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メカニカルシールに洗浄のための流路形成機
能と液だまり部のない構造を持たせる。 【解決手段】 洗浄に際し、シールリング12を強制的に
移動させてシールリング12とメイティングリング14のシ
ール端面間にクリアランスＣを生じさせる駆動手段20を
設ける。また、スタッフィングボックス18の下部に配管
接続口29を設けることにより、シール端面間のクリアラ
ンスＣから配管接続口29に至る洗浄液のための流路を形
成させるとともに、洗浄後はメカニカルシール10Ａ内の
液を重力によって配管接続口29より外部に流出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はメカニカルシールに
関するもので、より詳しくは、洗浄のための流路形成機
能を有し、かつ、液だまり部のない構造とすることによ
って、製造装置の一般的構成機器であるポンプやタンク
の底もしくはサイドから挿入する攪拌機等に好適なメカ
ニカルシールを提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】医薬品、化粧品、食品をはじめとする各
種の製造においては、品種切替やロット切替の際の相互
混入防止、微生物汚染防止の観点から、装置のサニタリ
ー性、すなわち洗浄が容易で液だまり部のない構造とす
ることが重要である。

【０００３】従来のメカニカルシールにおいては、シー
ル端面は常に面圧が加わり密封状態を維持しているた
め、メカニカルシール内に袋小路を有した構造になって
いる（例えば、ＪＩＳ Ｂ ２４０５ メカニカルシー
ル通則の図１〜図３参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のとおり従来のメ
カニカルシールは内部に袋小路を形成しているため、メ
カニカルシール内に流入した製造工程での原料・製品等
のプロセス液と、その後の洗浄工程における洗浄液との
置換が容易ではなく、洗浄効果が低いという問題点があ
った。

【０００５】また、シール端面間が常に密封されている
ため、シール端面間の洗浄が容易ではないという問題点
があった。

【０００６】さらに、従来のメカニカルシールは袋小路
を形成しているため、使用する方向によっては、メカニ
カルシール内に液だまり部が生じるという問題点もあっ
た。

【０００７】そこで、本発明の目的は、洗浄に際しメカ
ニカルシール内に洗浄液の流路を形成させることによっ
て、メカニカルシールのシール端面間およびメカニカル
シール内の洗浄効果を充分たらしめるとともに、洗浄終
了後においてはメカニカルシール内に洗浄液が残ること
のないようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のメカニカルシールは、一端にシール端面を
備えたシールリングと、一端にシール端面を備えたメイ
ティングリングと、シールリングをメイティングリング
に向けて押圧することにより両者のシール端面同士を密
接させたメカニカルシールにおいて、洗浄時に、シール
リングをメイティングリングから離間する方向に強制的
に移動させることにより前記シール端面間にクリアラン
スを生じさせるための駆動手段を設けたものである。洗
浄に際し、駆動手段を作動させてシール端面間にクリア
ランスを生じさせることにより、シール端面も洗浄でき
るため洗浄効果が高まる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１のメカニカル
シールにおいて、メカニカルシールを収納するスタッフ
ィングボックスの下部に配管接続口を設け、前記クリア
ランスと前記配管接続口とが連通して洗浄のための流体
流路を形成することを特徴とする。これにより、洗浄に
必要な洗浄液流量を確保でき、しかも、洗浄終了後にお
いてはメカニカルシール内の液がスタッフィングボック
スの下部に設けた配管接続口より外部に流出するためメ
カニカルシール内に液が残る心配がない。

【００１０】シールリングを移動させるための駆動手段
としては、流体圧力もしくは電気を利用したアクチュエ
ータを使用するほか、カムなどの機械的な機構を採用す
ることも可能である。

【００１１】流体圧力を利用するアクチュエータとして
は、圧縮空気や加圧液体を駆動源とする流体圧シリンダ
が挙げられる（請求項３）。この場合、請求項４の発明
のように、メカニカルシールを収納するスタッフィング
ボックスの内周壁面とシールリングの外周面との間に流
体圧シリンダを形成し、流体圧がシールリングの半径方
向平面に作用するようにするか、あるいは、請求項５の
発明のように、流体圧シリンダを、メカニカルシールを
収納するスタッフィングボックスに設けたシリンダと、
該シリンダ内に摺動自在に収容され、かつ、一端にてシ
リンダから突出してシールリングに当接したプランジャ
とで構成し、シリンダの内部に圧力流体を送り込むこと
によりプランジャが進出してシールリングを移動させる
ようにしてもよい。

【００１２】電気を利用するアクチュエータとしてはソ
レノイドが挙げられる（請求項６）。この場合、請求項
７の発明のように、シールリングを磁性材料で構成し、
メカニカルシールを収納するスタッフィングボックス
に、シールリングの外周を取り巻くようにしてコイルを
装着し、コイルに通電することによって生じる電磁力で
シールリングを吸引して移動させる。

【００１３】上記のように構成されたメカニカルシール
においては、洗浄液がメカニカルシール内を流れること
で、シール端面間およびメカニカルシール内部の洗浄が
なされる。また、洗浄終了後は、メカニカルシール内の
液は重力によって、スタッフィングボックス下部に設け
た配管接続口より外部に流出し、液だまりが発生するこ
とはない。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に、横型渦巻ポンプのシャフ
トの軸封に使用するメカニカルシールに適用した実施の
形態を示す。図１はポンプの主要部の縦断面図であり、
中心線を境にして下半分は通常運転時の状態を示し、上
半分は洗浄工程時の状態を示す。

【００１５】ポンプ（１）は、図に現われていない電動
機等により回転駆動されるシャフト（２）の端部にイン
ペラ（３）を固定してあり、インペラ（３）がケーシン
グ（４）内で回転することによってケーシング（４）の
吸込み口（５）から液を吸い込み、吐出口（６）から吐
出する。メカニカルシール（10Ａ）はケーシング（４）
とシャフト（２）との間のすきまから液（シール流体）
が漏れるのを防ぐために使用される軸封装置の一種であ
る。

【００１６】メカニカルシール（10Ａ）は、シールリン
グ（12）と、メイティングリング（14）と、スプリング
（16）とを主要な構成要素としている。シールリング
（14）はスタッフィングボックス（18）内に軸方向にス
ライド可能に収容されている。シールリング（12）はシ
ャフト（２）の外周に同心状に延在するスリーブ部（1
1）と、スリーブ部（11）の一端から半径方向に延在す
るフランジ部（13）とからなる。スリーブ部（11）はケ
ーシング（４）の貫通穴と摺動可能に嵌合し、両者間は
Ｏリングによってシールされている。

【００１７】スタッフィングボックス（18）の内壁面は
段付き穴となっており、その大径穴部（22）にシールリ
ング（12）のフランジ部（11）が摺動可能に嵌合してい
る。大径穴部（22）の内壁面とフランジ部（13）の外周
面との間はＯリングによってシールされている。スタッ
フィングボックス（18）の小径穴部にスプリング（16）
が収容されている。ここでは、スプリング（16）の具体
例として圧縮コイルバネを例示してあり、その一端はシ
ールリング（12）のフランジ部（13）の端面に当接し、
他端はスタッフィングボックス（18）の小径穴部（26）
の端壁面に形成したばね受け（26）に当接している。

【００１８】メイティングリング（14）はシャフト
（２）に嵌合し、ピン（15）によってインペラ（３）と
共に回転するようになっている。シールリング（12）と
メイティングリング（14）とは互いに密接して擦れ合う
シール端面を備えている。シールリング（12）は、シー
ル端面の摩耗に従い、スプリング（16）の作用で軸方向
に動いて密接状態を維持する。

【００１９】シールリング（12）のスリーブ部（11）の
外周面とスタッフィングボックス（18）の内周壁面との
間に環状のシリンダ（20）が形成されている。このシリ
ンダ（20）に、図示するように三方弁（27）を備えた配
管（28）を接続し、圧縮気体または加圧された液体など
の加圧流体を供給することにより、シールリング（12）
のフランジ部（13）に流体圧力が作用し、スプリング
（16）に抗して、つまり、メイティングリング（14）か
ら離間する方向にシールリング（12）を移動させること
ができる。スタッフィングボックス（18）の下部には配
管接続口（29）を下向きに設けてある。なお、三方弁
（27）に電磁弁を使用して、通常運転時と洗浄時との切
換えを自動的に制御することができる。

【００２０】上記構成の図１の実施の形態の作用を説明
すると、まず、通常運転時は、三方弁（27）をシリンダ
（20）内に圧力流体が供給されない状態にしておく。し
たがって、図１の下半分に示すように、スプリング（1
6）によってシールリング（12）がメイティングリング
（14）に向けて押圧され、シール端面同士が密接して密
封状態が保たれる。

【００２１】次に、洗浄工程に際しては、三方弁（27）
を切り換えてシリンダ（20）内に加圧流体を供給する。
すると、シリンダ（20）内の圧力がシールリング（12）
のフランジ部（13）に作用して、図１の上半分に示すよ
うに、スプリング（16）に抗してシールリング（12）を
メイティングリング（14）から離間する方向、つまり図
の右側へ移動させる。その結果、シールリング（12）と
メイティングリング（14）のシール端面間にクリアラン
ス（Ｃ）が生じる。したがって、ポンプ（１）内に供給
された洗浄液がこのクリアランス（Ｃ）からメカニカル
シール（10Ａ）内にも流入し、シール端面およびメカニ
カルシール内部の洗浄を行う。そして、洗浄終了後はメ
カニカルシール（10Ａ）内の液はすべて、重力によって
配管接続口（29）から外部に流出する。

【００２２】図２に示すメカニカルシール（10Ｂ）は、
シールリング（12）をスライドさせてシール端面間にク
リアランスを生じさせるための駆動手段として、図１の
ものにおける流体圧シリンダに代えて電気を利用したア
クチュエータ、つまりソレノイドを採用したものであ
る。この場合、中空円筒形のシールリング（12）は磁性
材料製で、軸方向にスライド自在であって、通常はスプ
リング（16）によってメイティングリング（14）に向け
て弾性的に押圧されている。スタッフィングボックス
（18）にはシールリング（12）の外周を取り巻くように
してコイル（30）を設けてある。このコイル（30）に通
電すると、その両端に磁極が形成され、磁気による吸引
力が発生してシールリング（12）をスプリング（16）に
抗して図の右側に移動させる。ここでも、図２の下半分
は通常運転時の状態を示しており、コイル（30）の電気
回路が開いているため、スプリング（16）によってシー
ルリング（12）とメイティングリング（14）のシール端
面同士が密接して密封された状態にある。洗浄工程時
は、コイル（30）の電気回路が閉じられ、図２の上半分
に示すように、コイル（30）により発生した磁気でシー
ルリング（12）が吸引されてスプリング（16）側へ移動
し、シールリング（12）とメイティングリング（14）の
シール端面間にクリアランス（Ｃ）が生じる。

【００２３】図３に示す実施の形態は、タンク（７）の
下部より垂直に挿入した攪拌機のシャフト（２）の軸封
に適用した場合の例である。この場合、メカニカルシー
ル（10Ｃ）の基本的構成は、竪型に配置されている点を
除けば、図１の実施の形態とほぼ同様である。それゆ
え、図１に示される既述のものと実質的に同一の部材な
いし部分には同一の参照符号を付し、重複した説明を省
略することとする。ここでは、メイティングリング（1
4）はシャフト（２）と嵌合し、ピン（９）によって攪
拌羽根（８）と共に回転するようになっている。また、
配管接続口（29）はスタッフィングボックス（18）の下
部に設けてあり、スタッフィングボックス（18）内に液
だまり部ができないようにしてある。そして、図１の場
合と同様に、シリンダ（20）内に加圧流体を供給するこ
とによって、シールリング（12）がスプリング（16）に
抗してここでは図の下方に移動し、シール端面間にクリ
アランス（Ｃ）が生じる。図３の左半分は通常運転時の
状態を示しており、スプリング（16）の作用でシール端
面が密封された状態にある。図３の右半分は洗浄工程時
の状態を示しており、シリンダ（20）内の流体圧力の作
用でシール端面間にクリアランス（Ｃ）が生じている。

【００２４】図４に上述の図３の実施の形態を改変した
メカニカルシール（10Ｄ）を示す。ここでは、シールリ
ング（42）は円板状の基板（40）に固定され、その基板
（40）はＯリングを介してシャフト（２）に摺動可能に
嵌合している。メイティングリング（44）はシャフト
（２）との間にすきまを形成してスタッフィングボック
ス（48）に固定されている。基板（40）は、シャフト
（２）の先端に固定された攪拌羽根（８）との間に介在
するスプリング（46）によって、メイティングリング
（44）に向けて図の下方に弾性的に押圧されている。配
管接続口（49）はスタッフィングボックス（48）の下部
に下向きに設けてある。

【００２５】スタッフィングボックス（48）の円周方向
に等間隔に配置された複数のシリンダ（50）と、シリン
ダ（50）に収容されたプランジャ（52）と、プランジャ
（52）を弾性的に押圧するスプリング（54）とによって
駆動手段が構成される。プランジャ（52）はシリンダ
（50）内で進退自在であり、プランジャ（52）が後退し
た位置ではその先端部がメイティングリング（44）のシ
ール端面とほぼ面一となり、プランジャ（52）が進出す
ると先端部にて基板（40）と当接する。

【００２６】プランジャ（52）は、通常運転時には、図
４の右半分に示すようにスプリング（54）の作用で後退
した位置にあり、先端部がスタッフィングボックス（4
8）内に退入してメイティングリング（44）とほぼ面一
となっている。したがって、スプリング（46）によりシ
ールリング（42）がメイティングリング（44）に向けて
押圧され、シール端面間は密封された状態にある。一
方、洗浄工程時には、シリンダ（50）内に加圧流体を供
給することによって、図４の左半分に示すように、スプ
リング（54）に抗してプランジャ（52）が図の上方に移
動し、その先端部にて基板（40）をスプリング（46）に
抗して押し上げる。その結果、シールリング（42）とメ
イティングリング（44）のシール端面間にクリアランス
（Ｃ）が生じる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載されているような効果がある。

【００２８】本発明のメカニカルシールをポンプや攪拌
機等の機器に使用することによって洗浄が確実に行える
ため、機器のサニタリー機能が高まり、品種切替やロッ
ト変更に際しメカニカルシール内部での相互混入を防止
できる。

【００２９】また、上記の洗浄効果とあいまって液だま
り部がないため、シール端面間やメカニカルシール内部
での微生物汚染が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】横型に配置した実施の形態を示す縦断面図であ
る。

【図２】電気的アクチュエータを用いた実施の形態を示
す縦断面図である。

【図３】竪型に配置した実施の形態を示す縦断面図であ
る。

【図４】図３の実施の形態の改変態様を示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

10Ａ，10Ｂ，10Ｃ，10Ｄ メカニカルシール 12，42 シールリング 14，44 メイティングリング 16，46 スプリング 18，48 スタッフィングボックス 20，50 シリンダ 29，49 配管接続口 30 コイル 52 プランジャ Ｃ クリアランス

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端にシール端面を備えたシールリング
   と、一端にシール端面を備えたメイティングリングと、
   シールリングをメイティングリングに向けて押圧するこ
   とにより両者のシール端面同士を密接させたメカニカル
   シールにおいて、洗浄時に、シールリングをメイティン
   グリングから離間する方向に強制的に移動させることに
   より前記シール端面間にクリアランスを生じさせるため
   の駆動手段を設けたことを特徴とするメカニカルシー
   ル。
2. 【請求項２】 メカニカルシールを収納するスタッフィ
   ングボックスの下部に配管接続口を設け、前記クリアラ
   ンスと前記配管接続口とが連通して洗浄のための流体流
   路を形成することを特徴とする請求項１のメカニカルシ
   ール。
3. 【請求項３】 前記駆動手段が流体圧シリンダであるこ
   とを特徴とする請求項１のメカニカルシール。
4. 【請求項４】 前記流体圧シリンダが、メカニカルシー
   ルを収納するスタッフィングボックスの内周壁面とシー
   ルリングの外周面との間に形成され、流体圧がシールリ
   ングの半径方向平面に作用することを特徴とする請求項
   ３のメカニカルシール。
5. 【請求項５】 前記流体圧シリンダが、メカニカルシー
   ルを収納するスタッフィングボックスに設けたシリンダ
   と、該シリンダ内に摺動自在に収容され、かつ、一端に
   てシリンダから突出してシールリングに当接したプラン
   ジャとからなり、シリンダの内部に圧力流体を送り込む
   ことにより、プランジャが進出してシールリングを移動
   させることを特徴とする請求項３のメカニカルシール。
6. 【請求項６】 前記駆動手段がソレノイドであることを
   特徴とする請求項１のメカニカルシール。
7. 【請求項７】 シールリングを磁性材料で構成し、メカ
   ニカルシールを収納するスタッフィングボックスに、シ
   ールリングの外周を取り巻くようにしてコイルを装着
   し、コイルに通電することによって生じる電磁力でシー
   ルリングを吸引して移動させることを特徴とする請求項
   ６のメカニカルシール。