JP2001132853A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転軸から回転側摺動環へのトルク伝達部
等、円周方向の係合部分における摺動環の強度低下や、
摩耗を有効に抑制し得る構造とする。 【解決手段】 シールリング１２の外周面に半径方向に
対して直交する平面状の被係合面１２ｂが形成され、回
転軸３に固定されるカラー１４に突設された係合突起１
４２に、前記被係合面１２ｂと半径方向に互いに対向接
触する平面状の係合面１４２ａが形成され、前記被係合
面１２ｂと係合面１４２ａ同士が軸方向相対移動可能に
接触することによって、回転軸３からの回転トルクがカ
ラー１４を介してシールリング１２に伝達される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転軸の軸周を密封
するメカニカルシールであって、特に、回転側又は静止
側に対して摺動環の相対回転を防止する構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】メカニカルシールは、回転軸からの回転
力を受けて回転軸と共に回転する回転側摺動環と、ハウ
ジング側に非回転状態に保持された静止側摺動環が、ス
プリングあるいはコイルスプリング等の軸方向付勢力に
よって、軸方向に互いに対向する端面同士が適当な面圧
で摺動することによって、軸周を密封するものである。
回転軸から回転側摺動環への回転力の伝達は、一般に、
回転軸の外周面に固定されたカラーとの係合によって行
われ、その係合構造としては従来、例えば図４に示され
るようなものが知られている。

【０００３】図４において、（Ａ）は、カラー１０１か
ら軸方向に延びる角柱状の係合突起１０１ａを、回転側
摺動環１０２の外周面に形成した矩形凹部１０２ａに係
合させているものであり、また（Ｂ）は、カラー１０１
から延びる円筒部の内周に形成した曲面状の係合突起１
０１ｂを、回転側摺動環１０２の外周面に形成した曲面
状凹部１０２ｂに係合させているものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示され
る従来構造によれば、いずれも、回転側摺動環１０２の
外周面に凹部を形成しているため、その深さの分だけ回
転側摺動環１０２の径方向肉厚が減少し、強度が低下す
る。したがって、このような強度低下を防止するには、
摺動環１０２の径方向の寸法を大きなものとする必要が
あり、小型化及び軽量化を阻害していた。

【０００５】また、上記従来構造によれば、係合突起１
０１ａ又は１０ｂと、凹部１０２ａ又は１０２ｂとの接
触部ｃの接触面積が小さいため、この部分に摩耗を生じ
やすいといった問題も指摘される。

【０００６】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
もので、その主な技術的課題とするところは、回転軸か
ら回転側摺動環へのトルク伝達部等、円周方向の係合部
分における摺動環の強度低下や、摩耗を有効に抑制し得
る構造とすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題を有
効に解決するための手段として、本発明に係るメカニカ
ルシールは、摺動環の外周面に半径方向に対して直交す
る平面状の被係合面が形成され、回転側又は静止側に対
して前記摺動環の相対回転を防止する係合部材に、前記
被係合面と半径方向に互いに対向接触する平面状の係合
面が形成され、前記被係合面と係合面同士で円周方向に
係合した構造を備えるものである。

【０００８】摺動環の外周面に形成した被係合面は、半
径方向に対して直交する平面状に形成されるため、この
被係合面は、摺動環の外周面の延長面からの深さが浅い
ものであっても、係合部材の係合面との十分な接触面積
を得られ、このため摺動環の径方向肉厚の減少を小さく
すると共に、接触による前記係合面及び被係合面の摩耗
を抑えることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るメカニカル
シール１の好ましい一実施形態を示すものである。この
図において、参照符号２は機器の軸封部のハウジング、
３はハウジング２の内周に挿通されて軸心Ｏの周りに回
転される回転軸である。

【００１０】メカニカルシール１は、ハウジング２側に
非回転状態に配置されたメイティングリング１１と、回
転軸３側に軸方向移動自在に配置されてこの回転軸３と
共に回転されるシールリング１２と、このシールリング
１２を前記メイティングリング１１へ軸方向に押し付け
るコイルスプリング１３とを備える。そして、メイティ
ングリング１１とシールリング１２が、軸心Ｏとほぼ直
交する平面をなす密封摺動面１１ａ，１２ａ同士で摺接
されることによって、前記ハウジング２と回転軸３との
間の軸周隙間を通じて機内の密封対象流体Ｓが機外（図
中右側）へ漏洩するのを防止するものである。

【００１１】詳しくは、静止側摺動環であるメイティン
グリング１１は、ハウジング２の内周部に段付形成され
たシール保持部２１に、Ｏリング２２を介して密嵌され
ると共に、機外側（図中右側）の端部に形成された切欠
１１ｂが、前記シール保持部２１に打ち込まれたピン２
３と円周方向に係合することによって回り止めされ、非
回転状態に保持されている。

【００１２】一方、回転側摺動環であるシールリング１
２は、その内周面に形成された段部１２ｃに保持された
Ｏリング１５を介して、回転軸３の外周面に軸方向移動
自在に支持されており、回転軸３との回り止めは、コイ
ルスプリング１３の支持手段を兼ねたカラー１４を介し
てなされている。

【００１３】図２に、シールリング１２、コイルスプリ
ング１３及びカラー１４の関係が一層明確に示されてい
る。すなわち、カラー１４には複数（図示の例では３箇
所）の螺子孔１４ａが円周方向等間隔で半径方向に開設
されており、これらの螺子孔１４ａにそれぞれねじ込ま
れたセットスクリュ１４１によって、回転軸３の外周面
に固定される。また、シールリング１２側の面からは軸
方向に延びる複数（図示の例では９箇所）のスプリング
保持穴１４ｂが形成されており、シールリング１２をメ
イティングリング１１側へ向けて弾性的に付勢するコイ
ルスプリング１３は、それぞれこのスプリング保持穴１
４ｂに、後部を収容された状態で保持されている。

【００１４】シールリング１２の外周面には、半径方向
に対して直交する平面状の被係合面１２ｂが、円周方向
等間隔で複数（図示の例では３箇所）形成されている。
一方、カラー１４には、シールリング１２の外周部へ向
けて軸方向へ延びる係合突起１４２が、前記被係合面１
２ｂと対応する間隔で、すなわち円周方向３箇所に形成
されている。各係合突起１４２は、その先端側に内周側
を向いた係合面１４２ａが形成されており、この係合面
１４２ａは半径方向に対して直交する平面状をなし、前
記シールリング１２の被係合面１２ｂと全面が互いにほ
ぼ密接した状態で、かつ軸方向移動可能な状態で接触さ
れるようになっている。また、半径方向に投影した係合
突起１４２の幅ｗ２は、前記被係合面１２ｂの幅ｗ１と
ほぼ等しいものとなっている。

【００１５】カラー１４における各係合突起１４２の基
部内周面１４２ｂは、円筒面状の凹面をなしており、こ
の基部内周面１４２ｂと、半径方向に対して直交する平
面状をなす係合面１４２ａとの間には、段差面１４２ｃ
が形成されている。シールリング１２の後端面（密封摺
動面１２ａと反対側の面）とコイルスプリング１３との
間には、コンプレッションリング１６が配置されてお
り、このコンプレッションリング１６の外周部には、前
記段差面１４２ｃと係合可能な突起部１６ａが、係合突
起１４２と対応する間隔で、円周方向３箇所に形成され
ている。

【００１６】コンプレッションリング１６は、コイルス
プリング１３の荷重をシールリング１２に伝達すると共
に、シールリング１２の内周段部１２ｃからのＯリング
１５の抜け出しを防止するものである。また、図１に示
されるような機器への未装着状態では、このコンプレッ
ションリング１６は、コイルスプリング１３の伸長によ
って各外周突起部１６ａをカラー１４の各係合突起１４
２の段差面１４２ｃとの干渉位置で掛止させることがで
き、これによってコイルスプリング１３がカラー１４の
各スプリング保持穴１４ｂから脱落するのを防止され
る。このため、複数のコイルスプリング１３、カラー１
４及びコンプレッションスプリング１６は、回転軸３へ
の未装着状態でもユニット化しておくことができる。

【００１７】上述の構成を備えるメカニカルシール１に
よれば、回転軸３からの回転トルクは、カラー１４か
ら、その係合突起１４２の係合面１４２ａと、シールリ
ング１２の被係合面１２ｂとの接触部を介してシールリ
ング１２に伝達され、これによってシールリング１２は
回転軸３と一体的に回転する。そして、コンプレッショ
ンリング１６を介して各コイルスプリング１３の軸方向
付勢力を受け、メイティングリング１１に密封的に摺接
される。

【００１８】シールリング１２に形成された被係合面１
２ｂは、半径方向に対して直交する平面状をなすもので
あるため、図３（Ａ）に示されるように、シールリング
１２の外周面の延長面からの深さｄが浅いものであって
も、係合突起１４２の係合面１４２ａとの十分大きな接
触幅ｗ２を確保することができる。したがって、接触に
よる前記係合面１４２ａ及び被係合面１２ｂの摩耗を抑
えることができる。しかも、シールリング１２における
被係合面１２ｂの内周側での径方向肉厚ｔ１の減少を抑
えることができるので、シールリング１２の内周面と外
周面間の径方向肉厚ｔを従来のものよりも小さくして
も、シールリング１２の径方向肉厚及び強度を確保する
ことができる。

【００１９】またこれに伴って、図３（Ｂ）に示される
ように各係合突起１４２の半径方向肉厚ｔ２をある程度
薄くしても、係合突起１４２の幅ｗ２を前記被係合面１
２ｂの幅ｗ１とほぼ等しくすることによって、回転トル
クに対する十分な剪断面積（剪断強度）が確保される。
このため、カラー１４の外径寸法Ｄも小径化することが
できる。

【００２０】なお、上記実施形態においては、回転側の
摺動環であるシールリング１２と、これに回転軸からの
トルクを伝達するカラー１４との係合構造に本発明を適
用した場合について説明したが、静止側の摺動環である
メイティングリング１１をハウジング２側に回り止めす
るための構造にも、同様に本発明を適用することができ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るメカ
ニカルシールによると、摺動環の外周面に形成する被係
合面を、半径方向に対して直交する平面状とすることに
よって、係合部材の係合面との十分な接触面積を確保で
きるので、摺動環の径方向肉厚の減少を小さくすると共
に、接触による前記係合面及び被係合面の摩耗を抑える
ことができ、また、前記係合部材の半径方向の肉厚も減
少できるので、その結果メカニカルシールの半径方向の
寸法を小さくして、その低コスト化を実現できると共
に、機器の小型化にも貢献できるものである。

【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好適な一実施
形態を軸心を通る平面で切断して示す断面図である。

【図２】上記実施形態における要部を示す分離斜視図で
ある。

【図３】上記実施形態による作用を示す説明図である。

【図４】従来技術を示す説明図である。

【符号の説明】

１ メカニカルシール １１ メイティングリング（静止側摺動環） １２ シールリング（回転側摺動環） １２ｂ 被係合面 １４ カラー １４２ 係合突起（係合部材） １４２ａ 係合面 ２ ハウジング（静止側） ３ 回転軸（回転側）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摺動環の外周面に半径方向に対して直交
   する平面状の被係合面が形成され、回転側又は静止側に
   対して前記摺動環の相対回転を防止する係合部材に、前
   記被係合面と半径方向に互いに対向接触する平面状の係
   合面が形成され、前記被係合面と係合面同士で円周方向
   に係合した構造を備えることを特徴とするメカニカルシ
   ール。