JP2003314703A - メカニカルシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スラリー液等の被密封流体によりメカニカル
シール装置が不具合になることなくシール能力を発揮さ
せることにある。 【解決手段】 シールカバー５０の内周面に密封嵌合し
て被密封流体側にシール面２Ａを有する硬質材製の密封
環２と、密封環２のシール面２Ａと密接可能な対向シー
ル面３Ａを一端に有すると共に被密封流体を仕切る他端
の有底部に回転軸６０と嵌合可能な貫通孔を有する有底
円筒状に形成された硬質材製の相対回転密封環３と、相
対回転密封環３の嵌合内周面３Ｄと外周部５Ａが密封嵌
着すると共に密封環２内の回転軸６０に密封嵌着するス
リーブ５とを具備するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ポンプ、
攪拌機、研磨機、ロータリージョイント等に用いられる
メカニカルシール装置に関する。特に、スラリ−に硬質
な粉末を含む流体をシールするのに適したメカニカルシ
ール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の関連技術に関し、図３に示すメ
カニカルシール装置が存在する。図３はこのメカニカル
シール１００の半断面図である。

【０００３】図３に於いて、メカニカルシール１００
は、ハウジング１６０内の被密封流体をシールするため
に、ハウジング１６０と回転軸１３０との間に配置され
ている。このメカニカルシール１００は、静止用密封環
１０５の相対シール面１０６と回転用密封環１０２のシ
ール面１０３が密接してシールするものである。

【０００４】静止用密封環１０５の外周面は、図示省略
のＯリングを介してハウジング１６０に固着されてい
る。この静止用密封環１０５は炭化珪素又は超硬合金材
製である。そして、一端の突出した面に相対シール面１
０６が形成されている。又、静止用密封環１０５の内周
面はスリーブ１３１との間に間隙が形成されている。

【０００５】一方、静止用密封環１０５に対向する回転
用密封環１０２には、対向面にシール面１０３が形成さ
れており、このシール面１０３が相対シール面１０６と
密接している。又、回転用密封環１０２のシール面１０
３と反対側にはテーパ面１０４が形成されている。この
回転用密封環１０２のテーパ面１０４は、リテーナ１１
０のテーパ嵌合面１１１に嵌合する。このテーパ嵌合面
１１１は、回転用密封環１０２を覆うようにリテーナ１
１０の先端内周面に設けられている。そして、リテーナ
１１０の内周面はスリーブ１３１の外周面に移動自在に
嵌合して回転用密封環１０２を軸方向へ押圧できるよう
に成されている。このスリーブ１３１は、回転用密封環
１０２を回転させると共に保持するために、回転軸１３
０に嵌着している。

【０００６】このスリーブ１３１の一端にはフランジ部
１３１Ａが設けられている。このフランジ部１３１Ａに
より支持されたスプリング１１５によりテーナ１１０は
押圧されてテーパ嵌合面１１１が回転用密封環１０２の
テーパ面１０４に嵌合している。そして、リテーナ１１
０のテーパ嵌合面１１１により回動密封環１０２を同芯
に保持している。この回転用密封環１０２も炭化珪素、
超硬合金、アルミナ等のセラミック等の硬質材製であ
る。尚、リテーナ１１０及びスリーブ１３１は、セラミ
ック等に比べて鉄鋼等の強度を有する軟質材で形成され
ている。又、リテーナ１１０の内周面とスリーブ１３１
の内周面には各々環状溝が設けられており、この各環状
溝に設けられた各々のＯリング１１２、１３２により各
内周面と対向周面との間隙をシールしている。

【０００７】このように構成されたメカニカルシール装
置１００は、回転用密封環１０２および静止用密封環１
０５の摺動するシール面が耐久能力を発揮できるように
炭化珪素等の硬質材料で製作されているが、リテーナ１
１０やスリーブ１３１は強度が必要であるから、強度を
有する鉄鋼やステンレス鋼で製作されている。このため
に、鉱石粉や金属粉などを含むスラリーが被密封流体の
場合には、メカニカルシール装置１００を取り付けた装
置内で被密封流体が処理されている時にメカニカルシー
ル装置に鉱石粉や金属粉など激しく当接するから、この
リテーナ１１０、スリーブ１３１、スプリング１１５が
研磨されて摩耗することになる。そして、シール面１０
３を正常に保持することが困難になり、メカニカルシー
ル装置１００の密封能力を低下させることになる。

【０００８】又、被密封流体がスラリを含む場合には、
回転用密封環１０２のテーパ面１０４とリテーナ１１０
のテーパ嵌合面１１１との間にスラリーが介在すると、
この両テーパ面１０４、１１１の嵌合間に間隙が生じ、
この間隙から被密封流体が漏洩することになる。又、被
密封流体が高圧の場合にはリテーナ１１０の前面に圧力
が作用してスプリング１１５を圧縮し、シール面１０３
の密接力を弱めることになる。更には、スプリング１１
５やリテーナ１１０の内周面等にスラリーや高粘度の被
密封流体が付着して作動が悪化すると、回転用密封環１
０２のシール面１０３のシール能力を低下させることに
なる。

【０００９】更に、メカニカルシール装置１００のリテ
ーナ１１０、スプリング１１５、スリーブ１３１等が被
密封流体側へ突出して配置されるので、大型になり装置
として不具合になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な問題点に鑑みてなされたものであって、その技術的課
題は、メカニカルシール装置にスラリーに含む硬質な粉
末や高粘度のスラリーが接触する場合でも、メカニカル
シール装置の部品が摩耗して或いは高粘度のスラリーが
付着してシール能力が低下するのを防止することにあ
る。

【００１１】又、メカニカルシール装置の部品点数を少
なくし、部品の製作コストを低減することにある。更
に、メカニカルシール装置を小型にして、密封流体を処
理する機器内に長く張り出さないようにすることにあ
る。

【００１２】更に、密封環を固定するドライブピンや密
封環を押圧するスプリングを被密封流体から隔離し、被
密封流体の不純物がこれらの部品に付着して密封環のシ
ール面の密接応答性の悪化を防止することにある。又、
メカニカルシール装置に被密封流体の圧力が作用して回
転用密封環をシール面から離間させるのを防止し、被密
封流体の高圧下でも常に密封能力を発揮させることにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した技術
的課題を解決するために成されたものであって、その技
術的手段は以下のように構成されている。

【００１４】請求項１に係わる本発明のメカニカルシー
ル装置は、内周面を有するシールカバーと前記シールカ
バーの内周面内に配置された回転軸との間の被密封流体
をシールするメカニカルシール装置であって、前記シー
ルカバーの内周面に密封嵌合して被密封流体側にシール
面を有する硬質材製の密封環と、前記密封環のシール面
と密接可能な対向シール面を一端に有すると共に被密封
流体を仕切る他端の有底部に前記回転軸と嵌合可能な貫
通孔を有する有底円筒状に形成された硬質材製の相対回
転密封環と、前記相対回転密封環の嵌合内周面と外周部
が密封嵌着すると共に前記密封環内の回転軸に密封嵌着
するスリーブとを具備し、前記シール面と前記対向シー
ル面とが押圧されて密接するものである。

【００１５】この請求項１に係わる本発明のメカニカル
シール装置では、硬質材製の相対回転密封環の被密封流
体外の円筒部内にスリーブが配置されており、このスリ
ーブの外周部に嵌着して相対回転密封環が固定されてい
るから、相対回転密封環に覆われたスリーブはスラリー
液の被密封流体により研磨されて摩耗したり、高粘度の
液体が付着して不具合になるのを効果的に防止できる。
その結果、スリーブが摩耗して又は高粘度の液体が付着
して相対回転密封環のシール面の面圧が低下するのを効
果的に防止できる。そして、高粘度の被密封流体或いは
金属粉等の不純物が含有する被密封流体を処理する機械
に適用して被密封流体をシールすることが可能になる。
更に、スリーブの外周部に密封に嵌合している相対回転
密封環は、スリーブ側の被密封流体へ作用する受圧面積
よりも被密封流体の受圧面積が大きいから、相対回転密
封環がスリーブの外周部から離脱するのが防止できる。
このためにメカニカルシール装置の構造を小型にすると
共に、その組立を容易にすることが可能になる。

【００１６】又、メカニカルシール装置に於いて、被密
封流体側へ露出する部分は、相対回転密封環のみにする
ことができるから、高粘度の被密封流体であっても、硬
質粉末が含む被密封流体であっても、被密封流体により
シール面が不具合になることがない。更に、メカニカル
シール装置は、硬質でカップ状に形成された相対回転密
封環により被密封流体から保護されるから修理交換を不
要にすることが可能になる。

【００１７】請求項２に係わる本発明のメカニカルシー
ル装置は、前記密封環が前記シールカバーの内周室内に
配置されてシールカバーに支持されたスプリングにより
前記対向シール面へ移動自在に押圧されているものであ
る。

【００１８】この請求項２に係わる本発明のメカニカル
シール装置では、密封環を弾性的に押圧するスプリング
を密封環と相対回転密封環とにより囲まれた被密封流体
に接触しないシールカバー側に配置されているので、酸
化液体又は高粘度の被密封流体或いは金属粉、鉱石粉等
が含まれるスラリー液の被密封流体であっても、スプリ
ングが被密封流体により腐食させられたり、研磨されて
摩耗させられたりすることが無く、スプリングの機能を
発揮してシール能力を発揮することが可能になる。しか
も、スプリングのシールカバー内の内装は、メカニカル
シール装置全体を小型にする効果がある。

【００１９】請求項３に係わる本発明のメカニカルシー
ル装置は、前記相対回転密封環の前記嵌合内周面がスリ
ーブの外周部に密封嵌合すると共に前記外周部が前記有
底部と前記相対回転密封環に設けられた係止部に挟持さ
れて固定されているものである。

【００２０】この請求項３に係わる本発明のメカニカル
シール装置では、相対回転密封環をセラミックや超硬合
金のような脆いが硬質な材料にすることが可能になる。
そして、耐摩耗性の材料に覆われたスリーブを硬度は低
いが強度を有する材料にすることが可能になる。このた
め、メカニカルシール装置の耐久性を向上することが可
能になる。しかも、相対回転密封環とスリーブとの連結
は、係止部のみにより結合できるから、組立が簡単にな
ると共に、構造を単純にして部品交換を容易にする。こ
のために、相対回転密封環を回転する消費電力を削減で
きて省エネルギーのメカニカルシール装置を得ることが
可能になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るメカニカルシ
ール装置の好ましい実施の形態を、図１から図２を参照
しながら説明する。

【００２２】図１は、本発明の第１実施の形態を示すメ
カニカルシール装置の断面図である。図１に於いて、１
はメカニカルシール装置である。メカニカルシール装置
１は、シールカバー５０と回転軸６０との間隔に取り付
けられる。シールカバー５０は大径にされたフランジ部
５０Ａが設けられている。このフランジ部５０Ａにはボ
ルト穴を設けており、図示省略のハウジングに取り付け
られるように成されている。

【００２３】又、シールカバー５０には、メカニカルシ
ール装置１を取り付ける内周室５１が形成されている。
この内周室５１には軸方向へ突出するノックピン５２が
結合している。更に、ノックピン５２と同径の位置で同
方向へ突出するスプリング１５を配置している。このス
プリング１５は内周室５１側のシールカバー５０に設け
られた穴に着座して取り付けられている。

【００２４】内周室５１の被密封流体側Ａの内周面５１
Ａには環状溝が設けられている。この環状溝にはフッ素
樹脂（例えば、ＰＴＦＥ）材製のリップシール１０が嵌
着している。このリップシール１５は密封環２の外周面
に密接して被密封流体のスラリ等の浸入をシールする。

【００２５】密封環２は円筒状に形成されている。この
密封環２の被密封流体側Ａの端面にはシール面２Ａが形
成されている。又、シール面２Ａの内周はテーパ面２Ｂ
に形成されてシール面が小面積で摺動抵抗を小さく成る
ように構成している。更に、密封環２の内周面２Ｃはス
リーブ５の外周面よりも大径に形成されて、内周面２Ｃ
とスリーブ５との間が間隙に形成されて流通路９を構成
している。密封環２のシール面２Ａと反対の他端面には
切り欠き２Ｄが設けられてノックピン５２と係止し、密
封環２が回動しないように保持している。更に、他端面
にはスプリング１５が接合してシール面２Ａを相対回転
密封環３側へ押圧している。

【００２６】更に、密封環２の外周面２Ｅはシールカバ
ー５０の内周面５１Ａとの間にＯリング取付室１１が形
成されている。そして、このＯリング取付室１１にはゴ
ム材製のＯリング１２を装着している。そして、Ｏリン
グ１２によりシールカバー５０と密封環２との間をシー
ルする。この外周面２ＥはＤ１の直径に形成されてい
る。この密封環２は超硬合金、炭化珪素、セラミック、
カーボン材等により形成されている。

【００２７】密封環２のシール面２Ａと密接する対向シ
ール面３Ａを設けた相対回転密封環３は、円筒部３Ｂと
有底部３Ｃとから成る有底円筒状に形成されている。こ
の有底部３Ｃには軸心を中心にして回転軸６０が貫通す
る貫通孔３Ｆに形成されている。又、円筒部３Ｂの有底
部３Ｃと反対の端面には、対向シール面３Ａが形成され
ている。更に、円筒部３Ｂの嵌合内周面３Ｄには環状溝
を設けており、この環状溝には止めリング（係止部）１
３が設けられている。又、有底部３Ｃの底面には止め凹
部３Ｅが形成されている。尚、嵌合内周面３Ｄは、直径
がＤ２に形成されており、直径Ｄ２は、外周面２Ｅの直
径Ｄ１より小径に構成されている。この直径の差Ｄ１＞
Ｄ２により相対回転密封環３は、被密封流体の圧力が高
圧になっても、止めリングを破損して外周部５Ａより離
脱するのが防止される。この相対回転密封環３は硬質材
で形成されている。この硬質材は、例えば、炭化珪素、
アルミナ等のセラミック、超硬合金である。特に、密封
環２よりも硬質材料にすると良い。

【００２８】この相対回転密封環３を保持するスリーブ
５は、被密封流体側Ａの端部にフランジ状の外周部５Ａ
が形成している。この外周部５Ａは相対回転密封環３の
嵌合内周面３Ｄに嵌合するように形成されている。又、
スリーブ５の内周には回転軸６０と嵌着する内周嵌着面
５Ｂが形成されている。更に、外周部５Ａの先端面に
は、ノックピン１４が打ち込まれて固定している。この
スリーブ５は、他端の厚肉部５Ｃに貫通孔が形成されて
いる。そして、この厚肉部５Ｃに保持リング６が嵌着し
ている。この保持リング６には雌ねじ６Ａが貫通してお
り、この雌ねじ６Ａに止めねじ７が螺合して貫通孔を通
り回転軸６０の円錐穴に係止している。

【００２９】更に、外周部５Ａの外周面には、段部５Ｄ
が形成されており、相対回転密封環３の嵌合内周面３Ｄ
との嵌合間をシールするために段部５Ｄに第１Ｏリング
１６を装着している。又、スリーブ５の内周嵌着面５Ｂ
にはＯリング溝が設けられており、このＯリング溝には
回転軸６０と内周嵌着面５Ｂとの間をシールするために
第２Ｏリング１７を装着している。

【００３０】更に、シールカバー５０の大気側Ｂの内周
面とスリーブ５との間にはオイルシール１８が設けられ
ており、このオイルシール１８によりシールカバー５０
の内周室５１を密封している。スリーブ５のオイルシー
ル１８と密接する周面は、硬質表面処理により硬質層１
９に形成されている。

【００３１】シールカバー５０は、外周面から内周室５
１に貫通する慣用ねじ５３が設けられており、この慣用
ねじ５３に図示省略の配管が接続されている。そして、
配管から清水が内周室５１へ注入される。この清水によ
りメカニカルシール装置１を冷却すると共に、清水の圧
力の作用により被密封流体の浸入を防止することもでき
る。尚、清水の圧力は、被密封流体圧力に比較して低圧
である。尚、シールカバー５０とスリーブ５とを組み立
てるためにセットプレート２０が取り付けられる。この
セットプレート２０をボルト２１を介してシールカバー
５０に取り付ける。そして、セットプレート２０はスリ
ーブ５に設けられた外周溝に嵌め込んでスリーブ５の位
置決めをする。

【００３２】このように構成されたメカニカルシール装
置１は、回転軸６０が回転するとスリーブ５も回転する
から、相対回転密封環３もスリーブ５と共に回転する。
そして、密封環２のシール面２Ａと相対回転密封環３の
対向シール面３Ａとは密接しているから被密封流体をシ
ールする。又、相対回転密封環３とスリーブ５との嵌合
間は第１Ｏリング１６によりシールされる。更に、シー
ルカバー５０と密封環２との嵌合間はリップシール１０
及びＯリング１２によりスラリー状の被密封流体が効果
的にシールされる。

【００３３】このときに、被密封流体が高粘度の液体又
は金属粉、鉱石粉を含有するスラリーであっても、密封
環２の１部と、カップ状の相対回転密封環３が被密封流
体側へ露出しているのみであるから、高粘度の液体が付
着してその後に不具合になることもなく、又金属粉等に
より研磨されても密封環２と相対回転密封環３とは硬質
材で構成されているから、摩耗する量が少ない。更に、
修理のための部品交換頻度が激減している。これらの効
果は実施状況からも認められる。

【００３４】相対回転密封環３はスリーブ５に嵌着して
結合されているから、構造が簡単になる。更に、密封環
２はシールカバー５０に嵌合してスプリング１５により
押圧された単純な構成であるから、構造が簡単になる。
その結果、メカニカルシール装置１を小型に形成できる
ことになる。更に、上述の構成は、小型化により、メカ
ニカルシール装置１を稼働する消費電力が大きく削減で
きることになる。

【００３５】図２は、本発明に係わる第２実施の形態に
係わるメカニカルシール装置１の断面図である。図２に
於いて、図１のメカニカルシール装置１と相違する点
は、密封環２のシール面２Ａをシールカバー５０の被密
封流体側Ａの端面５０Ｂとほぼ同一面に形成して密封環
２をシールカバー５０と相対回転密封環３により覆うよ
うに構成したものである。

【００３６】このように構成することにより密封環２を
被密封流体に接触しないように構成することが可能にな
る。このために、密封環２を炭化珪素などの硬質材の他
に、カーボン等の自己潤滑性の摺動材を用いることが可
能になる。又、相対回転密封環３と外周部５Ａとの接合
面の間をシールするＯリング１６の代わりに、外周部５
Ａの端面と相対回転密封環３の有底部３Ｃとの間の貫通
孔３Ｆ側にシール部１６Ａを設けたものである。このよ
うに構成することにより、被密封流体の圧力により密封
環２が外周部５Ａから離間する方向へ作用する受圧面積
を小さくし、相対回転密封環３の有底部３Ｃの被密封流
体側の全面に被密封流体の圧力が密封環２の方向へ作用
するようにして対向シール面３Ａを効果的に密接できる
ようにするものである。尚、止めリング１３は、外周部
５Ａと密封環２とを固定すると共に、密封環２がスリー
ブ５と共に回転するように両部品が周方向に固定されて
いる。

【００３７】

【発明の効果】請求項１の発明に係るメカニカルシール
装置によれば、被密封流体側へ露出している部品は密封
環と相対回転密封環のみであるから、被密封流体が高粘
度のスラリー液であっても、更には鉱石、金属粉等を含
むスラリー液であっても、スラリーが付着して不具合に
なることもなく、或いはスラリーにより研磨されて摩耗
することもなく、シール面のシール効果を発揮させる効
果が期待できる。更に、密封環と相対回転密封環の単純
な組み合わせの構成は小型化が可能になり、修理の部品
交換頻度を激減できることになる。更には、稼働のため
の消費電力を低減して省エネルギーの効果も大きくな
る。

【００３８】請求項２の発明に係るメカニカルシール装
置によれば、密封環がシールカバーの内周室内に配置さ
れて密封環を弾性的に押圧するスプリングを密封環と相
対回転密封環とにより囲まれた被密封流体に接触しない
シールカバー側に配置されているので、酸化液体又は高
粘度の被密封流体或いは金属粉、鉱石粉等が含まれるス
ラリー液の被密封流体であっても、スプリングが被密封
流体により腐食させられたり、研磨されて摩耗させられ
たりすることが無く、スプリングでシール面が弾性的に
押圧される機能を発揮してシール効果を奏する。しか
も、スプリングのシールカバー内の内装は、メカニカル
シール装置全体を小型にする効果がある。しかも、摩耗
による部品交換の頻度を激減できる効果を奏する。

【００３９】請求項３の発明に係るメカニカルシール装
置によれば、耐摩耗性の材料に覆われたスリーブを強度
を有する材料にすることが可能になるので、メカニカル
シール装置の耐久性を向上することが可能になる。そし
て、相対回転密封環の対向シール面が密封環のシール面
に密接してメカニカルシール装置全体をスラリー液の被
密封流体側から仕切るように覆うので、被密封流体によ
り酸化したり、不純物が付着したり、摩耗させられたり
するのを効果的に防止できる。しかも、相対回転密封環
とスリーブとの連結は、係止部のみにより結合できるか
ら、組立が簡単になると共に、構造を単純にして部品交
換を容易にする。又、相対回転密封環の小型化は、回転
する消費電力を削減できて省エネルギーのメカニカルシ
ール装置を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施の形態のメカニカルシー
ル装置の断面図である。

【図２】本発明に係る第２実施の形態のメカニカルシー
ル装置の断面図である。

【図３】従来例のメカニカルシールの半断面図である。

【符号の説明】

１ メカニカルシール装置 ２ 密封環 ２Ａ シール面 ２Ｂ テーパ面 ２Ｃ 内周面 ２Ｄ 切り欠き ２Ｅ 外周面 ３ 相対回転密封環 ３Ａ シール面 ３Ｂ 円筒部 ３Ｃ 有底部 ３Ｄ 嵌合内周面 ３Ｅ 止め凹部 ３Ｆ 貫通孔 ５ スリーブ ５Ａ 外周部 ５Ｂ 嵌合嵌着面 ５Ｃ 厚肉部 ５Ｄ 段部 ６ 保持リング ６Ａ 雌ねじ ７ 止めねじ ９ 流通路 １０ リップシール １１ Ｏリング取付室 １２ Ｏリング １３ 止めリング（係止部） １４ ノックピン １５ スプリング １６ 第１Ｏリング １７ 第２Ｏリング １８ オイルシール １９ 硬質層 ２０ セットプレート ２１ ボルト ５０ シールカバー ５０Ａ フランジ部 ５１ 内周室 ５１Ａ 内周面 ５２ ノックピン ６０ 回転軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面を有するシールカバーと前記シー
   ルカバーの内周面内に配置された回転軸との間の被密封
   流体をシールするメカニカルシール装置であって、前記
   シールカバーの内周面に密封嵌合して被密封流体側にシ
   ール面を有する硬質材製の密封環と、前記密封環のシー
   ル面と密接可能な対向シール面を一端に有すると共に被
   密封流体を仕切る他端の有底部に前記回転軸と嵌合可能
   な貫通孔を有する有底円筒状に形成された硬質材製の相
   対回転密封環と、前記相対回転密封環の嵌合内周面と外
   周部が密封嵌着すると共に前記密封環内の回転軸に密封
   嵌着するスリーブとを具備し、前記シール面と前記対向
   シール面とが押圧されて密接することを特徴とするメカ
   ニカルシール装置。
2. 【請求項２】 前記密封環は前記シールカバーの内周室
   内で前記シールカバーに保持されたスプリングにより前
   記対向シール面へ移動自在に押圧されていることを特徴
   とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
3. 【請求項３】 前記相対回転密封環は前記嵌合内周面が
   スリーブの外周部に密封嵌合すると共に前記外周部が前
   記有底部と前記相対回転密封環に設けられた係止部に挟
   持されて固定されていることを特徴とする請求項１又は
   請求項２に記載のメカニカルシール装置。