JP2000356270A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(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
業を容易に行いうるカートリッジ形のメカニカルシール
を提供する。 【解決手段】 静止側密封要素３と回転側密封要素４と
の間の位置決めは、ストッパーリング３６に取り付けた
セット爪５により行われる。ストッパーリング３６のス
リーブ３４への連結は、ストッパーリング３６に形成さ
れた環状溝４８と、スリーブ３４に形成されたピン係合
孔４９と、ピン係合孔４９に係合するピン部５２と環状
溝４８に当該リング３６の周方向に相対移動自在に且つ
その軸線方向に相対変位不能に係合する頭部５３とから
なる頭付きピン５１と、ストッパーリング３６に環状溝
４８を開口すべく形成された頭部導入口と、を具備して
なる係合連結手段３７により行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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回転軸に挿脱自在に取り付けられる
回転側密封要素とを複数のセット爪により一体連結する
ように構成されたカートリッジ形のメカニカルシールに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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
転側密封要素とで構成されている。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】

【発明が解決しようとする課題】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
い場合も稀ではない。同様に、回転機器からの取り外
し，再組み込みを必要とするメンテナンス作業も面倒且
つ困難である。

【０００５】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、両密封要素を使用状態と同一形態に組み立てた
状態で回転機器への取り付け，取り外しを行うことがで
き、回転機器への組み込み作業やメンテナンス作業を容
易に行いうるカートリッジ形の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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決した本発
明の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と軸封部ケーシングを
貫通する回転軸に挿脱自在に取り付けられる回転側密封
要素とを、複数のセット爪により一体連結するように構
成されたカートリッジ形のメカニカルシールである。而
して、静止側密封要素は、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、取付ケース内に保持された
静止密封環と、取付ケースに静止密封環と同心状をなし
て形成された円形の位置決め面と、を具備するものであ
る。回転側密封要素は、回転軸に挿脱自在に嵌挿される
薄肉円筒であって、一端部を取付ケースから突出させた
状態で静止側密封要素を同心状に洞貫するスリーブと、
静止密封環と対向させた状態でスリーブの他端部に取付
けられた回転密封環と、スリーブの一端部に挿通された
ストッパーリングと、ストッパーリングとスリーブとを
軸線方向に相対変位不能に係合連結する係合連結手段
と、を具備するものである。係合連結手段は、ストッパ
ーリングの内周面部に形成された環状溝と、スリーブに
形成された複数のピン係合孔と、各ピン係合孔に係合す
るピン部とストッパーリングの環状溝に当該リングの周
方向に相対移動自在に且つその軸線方向に相対変位不能
に係合する頭部とからなる複数の頭付きピンと、ストッ
パーリングの一側端面部に前記環状溝をその周方向の複
数箇所において開口すべく形成されており、各ピン係合
孔に係合された頭付きピンの頭部を当該リングの軸線方
向への相対移動により前記環状溝内へと導入させうる複
数の頭部導入口と、を具備してなるものである。各セッ
ト爪は、当該メカニカルシールの回転機器への取り付
け，取り外し時において両密封要素を使用形態（両密封
環の対向端面たる密封端面の平行度，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形態）と同一形態
に一体連結しておくためのものであり、ストッパーリン
グに着脱自在な取付部と前記位置決め面に係合する係合
部とを具備するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図１１に基づいて具体的に説明する。

【０００８】図１〜図１１に示すメカニカルシールＭ
は、回転機器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との間に介装されて、当該回転
機器の内部領域たる被密封流体領域Ａと外部領域たる大
気領域Ｂとを遮蔽シールするものであり、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を軸封
部ケーシング１及び回転軸２への着脱時に一体連結させ
ておくための複数のセット爪５…とからなるカートリッ
ジ形のものである。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。

【０００９】静止側密封要素３は、図１及び図６に示す
如く、軸封部ケーシング１に取付けられる筒状の取付ケ
ース６と、取付ケース６の内部に設けられた静止密封環
７と、静止密封環７に取り付けられたスプリング受け体
８と、取付ケース６と静止密封環７との間に配設された
スプリング部材９と、取付ケース６の前端部（後述する
スプリング保持体１０の前端部）１１に静止密封環７と
同心状をなして形成された円形の位置決め面１２とを具
備する。

【００１０】取付ケース６は、図１及び図６に示す如
く、円筒状のケース本体１３と、ケース本体１３の前端
内周部に嵌合固定された円環状のスプリング保持体１０
とからなる。ケース本体１３は、これを回転軸２が同心
状に洞貫する状態で、ボルト・ナット１４…（一組のみ
図示）により軸封部ケーシング１の前端部に取付けられ
ている。スプリング保持体１０は、その前端部１１をケ
ース本体１３の前端面から前方に突出させると共に回転
軸２が同心状に洞貫する状態で、適当数の小ネジ１５…
（一本のみ図示）によりケース本体１３の前端部に取付
けられている。スプリング保持体１０の前端面は、ケー
ス本体１３の軸線に直交する環状平面に形成されてい
る。取付ケース６の前端部の外周面つまりスプリング保
持体１０の前端部１１の外周面には、ケース本体１３及
び後述する静止密封環７と同心状をなす円形の位置決め
面１２が形成されると共に、その後部に位置して環状の
係合溝１６が形成されている。また、スプリング保持体
１０の内周部に形成した環状凹部１７には、図６に示す
如く、環状のシール部材１８が装填されていて、スプリ
ング保持体１０と回転軸２との間を二次シールするよう
に工夫されている。この例では、シール部材１８とし
て、複数のプラスチック（ＰＴＦＥ等）製のスパイラル
リング（スパイラル状をなす帯状体）が使用されてお
り、これらのスパイラルリングを軸線方向に重ねた状態
で環状凹部１７に装填させている。ケース本体１３に
は、図１に示す如く、フラッシング通路１９及びクエン
チング通路２０が設けられている。

【００１１】静止密封環７は、図１に示す如く、円筒状
の保持体２１とこれに固着した環状の密封環本体２２と
からなり、Ｏリング２３及びドライブピン２４を介して
ケース本体１３の内周部に軸線方向（前後方向）に移動
可能に且つ相対回転不能に保持されている。密封環本体
２２の先端面（後端面）２５は尖端形状に形成されてい
る。一般に、保持体２１は金属で構成され、密封環本体
２２はセラミックス，超硬合金，カーボン等で構成され
ており、この例では保持体２１をチタンで、また密封環
本体２２を炭化珪素で構成してある。

【００１２】保持体２１は、図１及び図６に示す如く、
小径の第１円筒部２６とその後端に一体形成した大径の
第２円筒部２７とからなる。第１円筒部２６には、軸線
方向に延びる前方開口状の切欠溝２８が形成されてい
る。密封環本体２２は、第２円筒部２７に同心状に嵌合
固着されている。

【００１３】静止密封環７は、図１及び図６に示す如
く、保持体２１の第１円筒部２６に形成した切欠溝２８
にケース本体１３の内周部に植設したドライブピン２４
を係合させることにより、切欠溝２８の範囲での軸線方
向移動を許容された状態で、ケース本体１３に相対回転
不能に保持されている。ドライブピン２４は、ケース本
体１３の内周部に形成された小径の環状段部２９に植設
されている。この環状段部２９の内径は、当該環状段部
２９を保持体２１の第１円筒部２６が若干の隙間を隔て
て挿通しうる程度に設定されている。なお、この例で
は、ドライブピン２４及び切欠溝２８は、図１１に示す
如く、直径方向に対向する２箇所に設けられている。

【００１４】静止密封環７は、図１に示す如く、環状段
部２９の後位において、保持体２１の第１円筒部２６の
外周部とケース本体１３の内周部との間に介装したＯリ
ング２３を介して、ケース本体１３に二次シールされた
同心状態で軸線方向移動自在に保持されている。この静
止密封環７は、ケース本体１３に形成された位置決め面
１２と同心状をなしている。

【００１５】スプリング受け体８は、図１、図６及び図
１１に示す如く、その一箇所３０を切離した金属製（Ｓ
ＵＳ３０４等）の環状板で構成されており、環状段部２
９の前位において、保持体２１の第１円筒部２６の前端
部外周に形成した環状凹部３１に係合固定されている。
スプリング受け体８は、その一部３０が切離されている
ことにより、素材の弾性を利用して環状凹部３１に係脱
しうるものであり、その構成材及び板厚は、かかる環状
凹部３１への係脱を可能とする弾性変形とスプリング部
材９によるスプリング圧を受け止め得る強度とを確保で
きることを条件として、適宜に選定される。なお、スプ
リング受け体８の後方への一定量以上の移動は、環状段
部２９の前端部への衝合により阻止されており、静止密
封環７が後述するスプリング部材９により押圧されたと
きにも取付ケース６から後方へ抜け出すことがないよう
に工夫されている。

【００１６】スプリング部材９は、図６及び図１１に示
す如く、スプリング保持体１０とスプリング受け体８と
の間に介装された複数のコイルスプリング３２…で構成
されており、静止密封環７を後方へと押圧附勢してい
る。コイルスプリング３２…は、周方向に等間隔を隔て
て配置されている。なお、各コイルスプリング３２の前
端部は、スプリング保持体１０の後端部に形成した凹部
３３に係合保持されている。

【００１７】回転側密封要素４は、図１に示す如く、回
転軸２に挿通されたスリーブ３４と、スリーブ３４に固
定保持された回転密封環３５と、スリーブ３４を回転軸
２に固定するためのストッパーリング３６と、ストッパ
ーリング３６をスリーブ３４に軸線方向に相対変位不能
に係合連結するための係合連結手段３７と、ストッパー
リング３６に螺合されており、スリーブ３４の外周面へ
と締め付け自在な適当数（この例では２個）の第１セッ
トスクリュー３８ａ，３８ａ及びスリーブ３４を貫通し
て回転軸２の外周面へと締め付け自在な適当数（この例
では２個）の第２セットスクリュー３８ｂ，３８ｂと、
を具備する。

【００１８】スリーブ３４は、図１に示す如く、その前
後端部３９，４０を取付ケース６から突出させた状態で
回転軸２に挿通されている。スリーブ３４は後端部４０
を除いて薄肉の円筒形状をなすものであり、後端部４０
の内周部には回転軸２との間を二次シールするＯリング
４３が保持されている。また、スリーブ３４の前端部３
９には適当数（この例では２つ）のセット孔５５，５５
が穿設されている。

【００１９】回転密封環３５は、図１に示す如く、スリ
ーブ３４の後端部４０に、Ｏリング４４及びドライブピ
ン４５を介して同心状に嵌合固定されている。回転密封
環３５には、静止密封環７つまり密封環本体２２がコイ
ルスプリング３２…により押圧接触されている。回転密
封環３５はセラミックス，超硬合金等で構成されてお
り、この例では炭化珪素で構成されている。なお、当該
メカニカルシールＭは、静止密封環７と回転密封環３５
との対向端面である密封端面２５，４６の相対回転摺接
作用により、その相対回転摺接部分の外周側領域である
被密封流体領域Ａと内周側領域である大気領域Ｂとをシ
ールするように構成された端面接触型のものであり、特
に、静止密封環７の密封端面２５を前述した如く尖端形
状として回転密封環３５の密封端面４６に線接触するよ
うに工夫された所謂ナイフエッジシールである。

【００２０】ストッパーリング３６は、図１〜図６に示
す如く、スリーブ３４の前端部３９にこれと同心状に嵌
合された円環状体であり、次のような係合連結手段３７
により、ストッパーリング３６の前端内周部に形成した
環状段部４７がスリーブ３４の前端面に衝合する状態
（ストッパーリング３６のスリーブ３４への適正な嵌合
状態であり、以下「適正嵌合状態」という）に、スリー
ブ３４に係合連結されるようになっている。

【００２１】すなわち、係合連結手段３７は、図１〜図
９に示す如く、ストッパーリング３６の内周面部に形成
された環状溝４８と、スリーブ３４の前端部３９に穿設
された複数のピン係合孔４９…と、ストッパーリング３
６の一側端面部たる後端面部に形成された複数の頭部導
入口５０…と、ストッパーリング３６をスリーブ３４に
軸線方向に相対変位不能に保持する複数の頭付きピン５
１…とを具備してなる。ピン係合孔４９及び頭部導入口
５０の数は、頭付きピン５１の使用数に応じて設定され
るものであり、この例では２個の頭付きピン５１，５１
が使用されている。

【００２２】スリーブ３４の前端部３９には、図１〜図
６に示す如く、周方向に等間隔を隔てた２箇所に配し
て、円形状のピン係合孔４９，４９が形成されている。
また、ストッパーリング３６のスリーブ３４への挿入側
端面部である後端面部には、図２〜図５、図７及び図８
に示す如く、周方向に等間隔を隔てた２箇所に配して、
環状溝４８を開放する頭部導入口５０，５０が形成され
ている。各頭部導入口５０は、後述するように頭付きピ
ン５１の頭部５３を環状溝４８に導入できる大きさのも
のとされている。

【００２３】各頭付きピン５１は、図１〜図６及び図９
に示す如く、ピン係合孔４９に係脱自在な円柱状のピン
部５２とその一端部に連結された頭部５３とからなる断
面Ｔ字形状をなす金属製（この例ではＳＵＳ３０４製）
の一体成形物である。ピン部５２の長さ（軸線方向長
さ）は、頭部５３をスリーブ３４の外周面に接触させた
状態においてスリーブ３４の内周面に突出することなく
ピン係合孔４９に係合させることができるように、ピン
係合孔４９が形成されているスリーブ部分の厚みに略一
致する寸法に設定されている。頭部５３は、その中心部
にピン部５２が突設された円板状をなすもので、その直
径を環状溝４８の溝幅Ｗに略一致させると共にその厚み
を環状溝４８の溝深さＤに略一致させることにより、ス
トッパーリング３６が適正嵌合状態にあるときにおいて
環状溝４８内を軸線方向に変位不能な状態で周方向に相
対移動できるようになっている。したがって、各頭付き
ピン５１をピン係合孔４９に係合させた上、ストッパー
リング３６を，各頭部導入口５０が各頭部５３に対向す
る位置（図３に示す位置であり、以下「嵌脱可能位置」
という）に位置させた状態でスリーブ３４に嵌合させ
て、スリーブ３４に対して後方移動させていくと、各頭
部５３が環状溝４８内へと相対的に導入される（図
５）。更に、ストッパリング３６をスリーブ３４に対し
て後方移動させて適正嵌合状態となすことにより、各頭
部５３が環状溝４８内に完全に導入される（図３，図
４）。そして、この状態から、ストッパーリング３６を
所定角回転させて（例えば、嵌脱可能位置に対して９０
°回転させて）、各頭部５３を頭部導入口５０，５０か
ら齟齬する位置（図２に示す位置であり、以下「固定位
置」という）に相対的に周方向移動させることにより、
ストッパーリング３６を、スリーブ３４に対して、適正
嵌合状態において軸線方向に相対変位不能に係合保持す
ることができる。なお、頭部５３の形状は、環状溝４８
内を相対移動できるものである限りにおいて任意であ
り、上記した円板形状とする他、例えば、短軸長さが溝
幅Ｗに略一致する楕円板形状又は長円板形状や直径が溝
幅Ｗに略一致する球体形状等としてもよい。また、ピン
部５２の断面形状及びピン係合孔４９の形状も、薄肉の
スリーブ３４の強度を必要以上に低下させるものないこ
とを条件として任意であり、例えば、楕円形状，方形状
等とすることができる。

【００２４】ストッパーリング９には、周方向に適当間
隔を隔てて径方向に貫通する適当数（この例では２つ）
の第１ネジ孔５４ａ，５４ａ及び適当数（この例では２
つ）の第２ネジ孔５４ｂ，５４ｂが穿設されている。こ
れらネジ孔の配置は、ストッパリング３６を上記した固
定位置に位置させた適正嵌合状態において、図２に示す
如く、第１ネジ孔５４ａ，５４ａはスリーブ３４に穿設
したセット孔５５，５５に合致しないが第２ネジ孔５４
ｂ，５４ｂはセット孔５５，５４に合致するように、設
定されている。而して、各第１ネジ孔５４ａには第１セ
ットスクリュー３８ａが螺合されていて、図２に示す如
く、各第１セットスクリュー３８ａをスリーブ３４の外
周面へと締め付けることにより、ストッパーリング３６
がスリーブ３４に固定される。一方、セット孔５５に合
致する各第２ネジ孔５４ｂには第２セットスクリュー３
８ｂが螺合されていて、図２に示す如く、各第２セット
スクリュー３８ｂをセット孔５５を貫通して回転軸２の
外周面へと締め付けることにより、ストッパーリング３
６が回転軸２に固定される。したがって、ストッパーリ
ング３６に設けた各第１及び第２セットスクリュー３８
ａ，３８ｂを締め付けることにより、スリーブ３４を回
転軸２に固定させることができ（図１及び図２に示す状
態）、各第１及び第２セットスクリュー３８ａ，３８ｂ
を緩めることにより、スリーブ３４を回転軸２に挿脱自
在となすことができる（図３に示す状態）。なお、両セ
ット孔５５，５５は、図２及び図３に示す如く、スリー
ブ３４の軸線方向においてピン係合孔４９，４９に一致
する位置であって、スリーブ３４の周方向において一方
のピン係合孔４９の両側近傍位置に配置されている。ま
た、各ネジ孔５４ａ，５４ｂは、図２に示す如く、スト
ッパーリング３６を固定位置に位置させた適正嵌合状態
において、各々、ピン係合孔４９と頭部導入口５０との
中間位置に位置するように、配置されている。また、ス
トッパーリング３６の固定位置と嵌脱位置とに亘る回転
に伴う各頭部５３の環状溝４８内での移動は、各セット
スクリュー３８ａ，３８ｂを図３に示す如く環状溝４８
に突出しない位置に位置させておくことによって、支障
なく行うことができる。

【００２５】したがって、ストッパーリング３６を頭付
きピン５１，５２によりスリーブ３４に連結したまま
で、各第１及び第２セットスクリュー３８ａ，３８ｂを
スリーブ３４の外周面及び回転軸２の外周面へと締め付
けることによりスリーブ３４を回転軸２に固定させるこ
とができ（図１及び図２に示す状態）、各セットスクリ
ュー３８ａ，３８ｂを緩めることによりスリーブ３４を
回転軸２に挿脱することができる（図３に示す状態）。
特に、各ネジ孔５４が、図２に示す如く、ストッパーリ
ング３６を固定位置に位置させた適正嵌合状態において
ピン係合孔４９と頭部導入口５０との中間位置に位置す
るように且つ環状溝４８へ貫通するように設けられてい
ることから、各セットスクリュー３８ａ，３８ｂを緩め
た場合にも、その先端部が環状溝４８に突出するように
しておくことにより、当該先端部が頭付きピン５１の頭
部５３が頭部導入口５０に合致する位置へと相対移動さ
れることがなく、つまりストッパーリング３６が不測に
回転してスリーブ３４から脱離することがなく、スリー
ブ３４の回転軸２への挿脱時にスリーブ３４とストッパ
ーリング３６との頭付きピン５１，５１による連結が解
除されることがない。ところで、スリーブ３４の全長
は、両密封要素３，４の軸線方向における位置関係が適
正となる状態において、つまり両密封環４，５のスプリ
ング部材９による接触圧が適正となる状態において、ス
リーブ３４に取り付けられたストッパーリング３６の後
端面とスプリング保持体１０の前端面とが軸線方向に所
定の間隔（以下「適正間隔」という）Ｈを隔てて対向す
るように、設定されている。

【００２６】各セット爪５は、図６〜図８及び図１０に
示す如く、矩形板状の径方向位置決め部５６と、径方向
位置決め部５６の一端部にこれと平行状に連なる矩形板
状の取付部５７と、径方向位置決め部５６の一端部にこ
れと直交状に連なる矩形板状の軸線方向位置決め部５８
と、径方向位置決め部５６の他端部に軸線方向位置決め
部５８と平行状に連なる矩形板状の係合部５９とからな
る金属製又はプラスチック製（この例ではＳＵＳ３０４
製）の一体成形物である。各部５６，５７，５８，５９
の幅は同一とされており、取付部５７の幅方向中央部に
は挿通孔６０が穿設されている。この例では、３個のセ
ット爪５…を使用しており、これらのセット爪５…を、
各取付部５７の挿通孔６０を挿通させた適宜の固定具
（この例では六角穴付ボルトを使用）６１をストッパー
リング３６に形成したネジ孔６２に螺合させることによ
り、ストッパーリング３６の外周部にその周方向に等間
隔を隔てて取り付けるようになっている。径方向位置決
め部５６と取付部５７との板厚方向（軸線方向位置決め
部５８及び係合部５９の突出方向に平行する方向）にお
ける位置関係は、両密封要素３，４が同心状態である場
合において取付部５６をストッパーリング３６に取り付
けたとき、径方向位置決め部５６が位置決め面１２に当
接するように設定されている。また、軸線方向位置決め
部５８の板厚ｈ並びに軸線方向位置決め部５８と係合部
５９及び挿通孔６０との間隔は、両密封要素３，４の軸
線方向位置関係が適正である場合（適正間隔Ｈが確保さ
れている場合）において取付部５６をストッパーリング
３６に取り付けたとき、軸線方向位置決め部５８がスト
ッパーリング３６の後端面とスプリング保持体１０の前
端面とに挟圧されると共に係合部５９が環状凹部１６に
係合するように設定されている。なお、密封環７，８を
相互押圧させているコイルスプリング３２…の附勢力に
より、スリーブ３４が取付ケース６に対して後方へと押
圧されることになるが、ストッパーリング３６とスプリ
ング保持体１０との軸線方向間隔は、その間に軸線方向
位置決め部５８が介在することから、適正間隔Ｈに附勢
保持されることになる。したがって、両密封要素３，４
の軸線方向における相対変位は、ストッパーリング３６
とスプリング保持体１０との間に軸線方向位置決め部５
８が上記附勢力により挟圧されることによって阻止され
ることになる。勿論、かかる相対変位阻止は、係合部５
９の環状凹部１６への係合作用によっても行われる。

【００２７】以上のように構成されたメカニカルシール
Ｍは、次のようにして、所定のシール機能を発揮する使
用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。

【００２８】まず、ケース本体１３内に、その後方か
ら、Ｏリング２３を嵌合させた静止密封環７を挿入す
る。そして、静止密封環７の切欠溝２８，２８にドライ
ブピン２４，２４を係合させた上、スプリング受け体８
を静止密封環７の環状凹部３１に係合させて静止密封環
７に固定する。かかるスプリング受け体８の環状凹部３
１への係合は、一箇所３０を切離した環状板であるスプ
リング受け体８自体の弾性変形により容易に行うことが
できる。

【００２９】次に、静止密封環７にその後方から回転密
封環３５を固着したスリーブ３４を挿通させて、静止密
封環７に回転密封環３５を対向させる。そして、ケース
本体１３から前方に突出させたスリーブ３４の前端部３
９に、コイルスプリング３２…及びシール部材１８を保
持させたスプリング保持体１０を挿通させると共に、各
ピン係合孔４９に頭付きピン５１のピン部５２に係合さ
せる。

【００３０】しかる後、スプリング保持体１０を小ネジ
１５…によりケース本体１３に取り付けて取付ケース６
を組み立てると共に、ストッパーリング３６をスリーブ
３４の前端部３９に嵌合させて、各頭付きピン５１の頭
部５３を頭部導入口５０から環状溝４９内に導入させ
る。すなわち、ストッパーリング３６を嵌脱可能位置に
位置させる（図３，図４）。

【００３１】そして、ストッパーリング３６を嵌脱可能
位置から９０°回転させて固定位置にもたらすことによ
り、頭付きピン５１，５１によりストッパーリング３６
をスリーブ３４の前端部３９に固定（軸線方向に相対変
位不能に係合連結）させる（図２参照）。さらに、各セ
ット爪５の取付部５７を、径方向位置決め部５６をスプ
リング保持体１０の位置決め面１２に接触係合させると
共に係合部５９を環状凹部１６に係合させ且つ軸線方向
位置決め部５８をストッパーリング３６とスプリング保
持体１０との間に挟圧させた状態で、ストッパーリング
３６に取り付けることにより、両密封要素３，４の軸線
方向及び径方向における位置関係が使用形態と同一とな
るように位置決めされたカートリッジ構造のメカニカル
シールＭが組み立てられる（図６参照）。

【００３２】このとき、セット爪５…の径方向位置決め
部５６…は平板形状をなしていて、円形の位置決め面１
２に線接触するにすぎないが、位置決め面１２における
周方向に等間隔を隔てた３箇所で接触していることか
ら、両密封要素３，４の径方向における位置関係を適正
（同心）に保持することができる（図８参照）。また、
セット爪５の径方向位置決め部５６及び取付部５７が平
板形状をなしているため、密封要素３，４の径が当該実
施の形態におけるものと異なる場合にも、ストッパーリ
ング３６の外周面と位置決め面１２との半径差（両面が
同一径である場合を含む）が、当該実施の形態における
と同一となるようにしておくことにより、当該実施の形
態におけるセット爪５…をそのまま使用することができ
る。つまり、セット爪５を汎用的に使用することができ
る。勿論、かかる汎用性を有する点は、頭付きピン５１
についても同様である。

【００３３】ところで、メカニカルシールＭを脱着させ
る場合、両密封要素３，４を連結しておくためにストッ
パーリング３６をスリーブ３４に固定しておく必要があ
るが、かかるストッパーリング３６のスリーブ３４への
固定は、上記した頭付きピン５１を含む係合連結手段３
７による他、第１セットスクリュー３８ａ，３８ａをス
リーブ３４の外周面へと強く締め付けることによって
も、或いはセット爪５１の軸線方向位置決め部５８を延
長して、この延長端をスリーブ３４に形成した長孔に係
合させるようにすることによっても、行うことができ
る。しかし、前者の場合、第１セットスクリュー３８
ａ，３８ａをスリーブ３４へと強く締め付けると、薄肉
のスリーブ３４が変形する虞れがある。かかる場合、ス
リーブ３４を厚肉のものとしておくと、このような虞れ
はないが、スリーブ３４が貫通する静止密封環７やスリ
ーブ３４に嵌合固定させる回転密封環３５の径が必要以
上に大きくなり、これに伴ってケース本体１３等も必然
的に大型化し、メカニカルシールＭが徒に大型化するこ
とになる。しかも、スリーブ３４は長尺なものであるか
ら、これを厚肉のものとすると、密封環７，８等が大型
化することとも相俟って、メカニカルシールＭ全体が徒
に重量化することになる。また、後者の場合、軸線方向
位置決め部５８の延長端を係合させる長孔を３つ以上設
けておくことは、薄肉であるスリーブ３４の強度（長孔
が形成される部分の強度）の確保上、実質的に不可能で
ある。したがって、かかる場合、密封要素３，４の径方
向位置決めが２個のセット爪５，５により行われること
になるが、２個のセット爪５，５によっては当該位置決
めを確実に行うことが困難であり、位置決め精度が低下
する。また、２個のセット爪５，５により位置決めを行
う場合、径方向位置決め部５６を位置決め面１２に沿う
円弧形状としておかざるを得ないが、このような形状と
した場合には、上記したような汎用的使用は不可能であ
る。

【００３４】しかし、上記した如き係合連結手段３７に
よれば、スリーブ３４とストッパーリング３６とを頭付
きピン５１により軸線方向に変位不能に係合連結させる
にすぎないから、前者のようにスリーブ３４が変形する
虞れはない。また、スリーブ３４にはピン部５２が係合
しうる極く小さなピン係合孔４９が形成されるにすぎな
いから、後者のようにスリーブ３４の強度が低下する虞
れはない。また、後者のようにセット爪５１の使用数が
限定されないから、３個以上のセット爪５１…により径
方向位置決めの精度を向上させることができる。しか
も、３個以上のセット爪５１…を使用することにより、
その各部５６，５７，５８，５９を上記した如き汎用性
を有する平板形状のものとすることができ、セット爪形
状のシンプル化及び大量生産を可能として製作コストの
大幅な低減も実現できる。

【００３５】このように、両密封要素３，４が係合連結
手段３７及びセット爪５…により軸線方向及び径方向に
適正に位置決めされた状態で一体連結されたメカニカル
シールＭは、そのまま回転機器に組み込むことができ、
爾後、セット爪５…を取り外すことにより、良好なシー
ル機能を発揮することができる。

【００３６】すなわち、スリーブ３４を回転軸２に挿通
させると共に、取付ケース６をボルト・ナット１４によ
り軸封部ケーシング１に取り付けて、静止側密封要素４
を軸封部ケーシング１に取り付ける。そして、各第１及
び第２セットスクリュー３８ａ，３８ｂをスリーブ３４
及び回転軸２に締め付けて、回転側密封要素４を回転軸
２に取り付ける。しかる後、各セット爪５をストッパー
リング３６から取り外すことにより、メカニカルシール
Ｍの回転機器への組み込みを完了する（図１，図２参
照）。

【００３７】かかるメカニカルシールＭへの回転機器へ
の組み込み作業は、当該メカニカルシールＭが上記した
如く予め使用形態と同一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。

【００３８】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Ｍによれば、回転軸２の回転に伴っ
て、静止密封環７つまり密封環本体２２と回転密封環３
５との対向端面である密封端面２５，４６が適正圧で接
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２５，４６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。しかも、かかるシール機能は、取付ケース６内
における密封端面２５，４６の内周側領域と取付ケース
６外の大気領域Ｂとの連通部分がスプリング保持体１０
の内周凹部１７に装填したシール部材１８により二次シ
ールされていることによって、より良好に発揮される。

【００３９】ところで、一般のメカニカルシールでは、
スプリング受け体８に相当する部材にドライブピン２４
に相当するピン部材を後方へと突設して、このピン部材
をスプリング保持体１０に相当する部材に形成した貫通
孔に挿通させると共に、ピン部材の端部に当該貫通孔よ
り大径の抜け止め部を設けて、静止密封環７の相対回転
を阻止するように図っているのが普通である。しかし、
かかる構成にあっては、当該メカニカルシールの大型化
を回避するために、静止密封環を押圧するためのスプリ
ング部材及び静止密封環の相対回転を阻止するためのピ
ン部材を回転軸から径方向に一定以上離れた位置に配置
することができない。このため、スプリング保持体１０
に相当する部材の内周部に、環状凹部１７に相当するス
ペースを確保することができず、シール部材１８のよう
な二次シール手段を設けておくことができない。

【００４０】しかし、上記したメカニカルシールＭで
は、スプリング受け体８をその一箇所３０で切離した環
状板で構成すると共に、ドライブピン２４をケース本体
１３に設けて、これを静止密封環７の外周部に係合させ
るようにしたから、メカニカルシールＭを徒に大型化さ
せることなく、シール部材１８を設けておくためのスペ
ース（環状凹部１７）を確保することができ、シール部
材１８による二次シール作用により、上記した如くメカ
ニカルシールＭによるシール機能の更なる向上を図るこ
とができる。しかも、スプリング受け体８を薄い環状金
属板で構成すると共に、これを静止密封環７の外周部に
係合させるようにしたから、メカニカルシールＭの小型
化と部品点数の低減による構造の簡略化を図ることがで
き、且つその組み立ても容易となる。

【００４１】また、メカニカルシールＭ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、各セット爪５を上記した
状態となるようにストッパーリング３６に取り付けた
上、各第１及び第２セットスクリュー３８ａ，３８ｂを
緩めると共に、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Ｍを組み立てた
状態のまま回転機器から取り外すことができる。このよ
うに、メカニカルシールＭを使用形態と同一形態に組み
立て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Ｍの組み立て，分解を含めたメンテナンス作業も
極めて容易に行うことができる。

【００４２】さらに、本発明に係るメカニカルシールＭ
は、上記した如く、回転機器への脱着を使用形態と同一
形態に組み立てたカートリッジ構造物として行うことが
できるものであるから、メカニカルシールの装着を予定
しない回転機器の軸封部（例えば、グランドパッキング
を使用するように構成されたスタフィングボックス等）
にも、その構造を変更することなく、そのまま装着する
ことができ、スタフィングボックス等の既存の軸封部を
メカニカルシールによるものに容易に改造することがで
きる。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、本発明のメカニカルシールは、ストッパーリングの
スリーブへの固定を容易且つ確実に行うことができ、セ
ット爪の使用数が限定されず、その汎用性，シンプル
化，大量生産を実現することができる。したがって、両
密封要素を使用形態と同一形態をなす一体構造物（カー
トリッジ構造物）に容易且つ高精度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する
ことができ、回転機器への組み込み，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、適正
且つ容易に行うことができる。しかも、スリーブを可及
的に薄肉のものとできるから、これが貫通する静止密封
環の径を可及的に小さくすることができる等、密封要素
構成部材ひいてはメカニカルシールの小型化，軽量化を
図ることができる。また、本発明のメカニカルシール
は、使用形態と同一の形態に組み立てた状態で回転機器
への脱着を行うことができるものであるから、メカニカ
ルシールの装着を予定しない回転機器の軸封部（例え
ば、グランドパッキングを使用するように構成されたス
タフィングボックス等）にも、その構造を変更すること
なく、そのまま装着することができ、シール条件や要求
されるシール機能の変更等にも、これに容易に対応する
ことができる汎用性，実用性に富むものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るメカニカルシールの実施の形態を
示したもので、シール機能を発揮する使用形態を示す縦
断側面図（断面は図２のＩ−Ｉ線に沿う）である。

【図２】図１のII−II線に沿う縦断正面図である。

【図３】頭付きピンがストッパーリングの環状溝に導入
された状態を示す図２相当の縦断正面図である。

【図４】図３のIV−IV線に沿う要部の断面図である。

【図５】図３と異なる状態を示す図３相当の断面図であ
る。

【図６】当該メカニカルシールの組み立て状態を示す要
部の縦断側面図である。

【図７】図６のVII − VII線に沿う縦断背面図である。

【図８】図６のVIII−VIII線に沿う縦断背面図である。

【図９】頭付きピンを示す斜視図である。

【図１０】セット爪を示す斜視図である。

【図１１】図６のX1−XI線に沿う縦断正面図である。

【符号の説明】

Ｍ…メカニカルシール、１…軸封部ケーシング、２…回
転軸、３…静止側密封要素、４…回転側密封要素、５…
セット爪、６…取付ケース、７…静止密封環、９…スプ
リング部材、１２…位置決め面、２５，４６…密封端
面、３４…スリーブ、３５…回転密封環、３６…ストッ
パーリング、３７…係合連結手段、３８ａ…第１セット
スクリュー、３８ｂ…第２セットスクリュー、４８…環
状溝、４９…ピン係合孔、５０…頭部導入口、５１…頭
付きピン、５２…ピン部、５３…頭部、５５…セット
孔、５７…取付部、５６…径方向位置決め部、５８…軸
線方向位置決め部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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回
   転軸に挿脱自在に取り付けられる回転側密封要素とを、
   複数のセット爪により一体連結するように構成されたカ
   ートリッジ形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、取付ケース内に保持された静止密
   封環と、取付ケースに静止密封環と同心状をなして形成
   された円形の位置決め面と、を具備するものであり、 回転側密封要素が、回転軸に挿脱自在に嵌挿される薄肉
   円筒であって、一端部を取付ケースから突出させた状態
   で静止側密封要素を同心状に洞貫するスリーブと、静止
   密封環と対向させた状態でスリーブの他端部に取付けら
   れた回転密封環と、スリーブの一端部に挿通されたスト
   ッパーリングと、ストッパーリングとスリーブとを軸線
   方向に相対変位不能に係合連結する係合連結手段と、を
   具備するものであり、 各セット爪が、ストッパーリングに着脱自在な取付部と
   前記位置決め面に係合する係合部とを具備するものであ
   り、 係合連結手段が、ストッパーリングの内周面部に形成さ
   れた環状溝と、スリーブに形成された複数のピン係合孔
   と、各ピン係合孔に係合するピン部とストッパーリング
   の環状溝に当該リングの周方向に相対移動自在に且つそ
   の軸線方向に相対変位不能に係合する頭部とからなる複
   数の頭付きピンと、ストッパーリングの一側端面部に前
   記環状溝をその周方向の複数箇所において開口すべく形
   成されており、各ピン係合孔に係合された頭付きピンの
   頭部を当該リングの軸線方向への相対移動により前記環
   状溝内へと導入させうる複数の頭部導入口と、を具備し
   てなるものであることを特徴とするメカニカルシール。