JP2005048819A - スラリ流体用シール装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】相対運動する2つ以上の部材(スプリングリテーナ2及び可動密封環3)間に形成されるOリング8の収納空間7に、当該部材2,3及びスラリ流体に対して不活性であると共に当該部材2,3の相対運動を妨げず且つ当該空間7から流出しない粘性材10を充填させて、当該空間7へのスラリ流体の侵入を阻止するようにする。粘性材10としては、フッ素樹脂系グリースであって、200〜400の稠度を有するパーフルオロポリエーテル混和物が使用される。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体,薬液,汚泥水,CMP(ChemicalMechanical Polishing)用研磨液,粉塵ガス等のスラリ流体(固形成分,凝固成分等のスラリ成分を含む液体又は気体)をシールするためのメカニカルシール等であって、特に、相対運動する2つ以上の部材間又はこれらの部材を含む3つ以上の部材間に、シールすべきスラリ流体領域に開口又は連通する空間が必然的又は不可避的に形成されるスラリ流体用シール装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、従来のスラリ流体用シール装置として、図9に示す如く、シールケース1に固定保持されたスプリングリテーナ2に、可動密封環3を軸線方向移動可能に保持すると共に、この可動密封環3を、これとスプリングリテーナ2との間に介装したスプリング6により、回転軸5に固定した固定密封環5に押圧接触させて、両密封環4,5の対向端面たる密封端面4a,5aの相対回転摺接作用により、機内領域であるスラリ流体領域Aと機外領域である大気領域Bとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールが周知である。
【0003】
ところで、かかるメカニカルシールにあっては、図9に示す如く、スプリングリテーナ2と可動密封環3の対向周面間にOリング収納空間7を形成して、このOリング収納空間7に収納したOリング8により、両部材2,3間を二次シールしているが、このOリング収納空間7には、これがスラリ流体領域Aに連通されていることから、スラリ流体が侵入して、長期使用のうちには、スラリ成分(例えば、粉体,薬液,汚泥水,CMP用研磨液,粉塵ガス等のスラリ流体に含まれる固形成分,凝固成分)が堆積,固着する虞れがある。
【0004】
而して、Oリング収納空間7にスラリ成分が堆積,固着すると、可動密封環3のOリング8を介してのスプリングリテーナ2に対する相対運動(軸線方向移動)が阻害されて、可動密封環3の軸線方向移動が円滑に行なわれず(作動不良)、可動密封環3の追従性が低下して、密封端面3a,5aの接触面圧が不適正となり、メカニカルシール機能が低下することになる。
【0005】
そこで、従来にあっては、このような部材間の空間へのスラリ堆積による作動不良を防止するために、一般に、Oリング収納空間7へのスラリ流体侵入をリップシール50により阻止するように図っている。すなわち、図9に示す如く、可動密封環3の外周部にリップシール50を嵌着して、そのリップ部50aをスプリングリテーナ2の前端面に押圧接触させておくことにより、可動密封環3の軸線方向移動をリップ部50aの弾性変形によって許容しつつ、Oリング収納空間7をスラリ流体領域Aから遮蔽して、当該空間7へのスラリ流体の侵入を阻止するように図っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなリップシール50によっては、可動密封環3の軸線方向移動(追従動作)に伴ってリップ部50aによるシール力(スプリングリテーナ2の前端面への接触力)が変化することとも相俟って、スラリ流体のOリング収納空間7への侵入を確実に阻止することが困難であった。しかも、スラリ流体が一旦リップ部50aからOリング収納空間7に侵入すると、その排出がリップ部50a(及びOリング8)によって阻止されることから、Oリング収納空間7でのスラリ成分の堆積,固着を却って助長することにもなる。
【0007】
一般に、メカニカルシール等のシール装置にあっては、相対運動する2つ以上の部材間又はこれらの部材を含む3つ以上の部材間に、スラリ流体領域に開口又は連通する空間が必然的又は不可避的に形成されることから、上記した問題は、スラリ流体を扱うシール装置において共通するものであり、その対策が強く望まれているのが実情である。
【0008】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、相対運動する2つ以上の部材間又はこれらの部材を含む3つ以上の部材間にスラリ流体領域に開口又は連通する空間が必然的又は不可避的に形成される場合にも、当該空間へのスラリ流体の侵入を確実に阻止して、常に良好なシール機能を発揮させることができるスラリ流体用シール装置を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、相対運動する2つ以上の部材間又はこれらの部材を含む3つ以上の部材間に、スラリ流体領域に開口又は連通する空間が必然的又は不可避的に形成されるスラリ流体用シール装置において、上記の目的を達成すべく、特に、当該空間に少なくとも(1)〜(3)の条件を満足しうる粘性材を充填させて、当該空間へのスラリ流体の侵入を阻止するように構成することを提案するものである。例えば、当該スラリ流体用シール装置が、回転軸又はシールケースの一方の軸線方向移動可能に保持された可動密封環とその他方に固定された固定密封環との相対回転部分でシールするように構成されたメカニカルシールである場合においては、可動密封環とこれを保持する回転軸部分又はシールケース部分との対向周面間を二次シールするOリングが収納されたOリング収納空間や可動密封環を固定密封環へと押圧附勢するスプリングが収納されたスプリング収納空間に、粘性材を充填させておく。
【0010】
(1)粘性材は、当該空間を形成する部材、当該空間に収納される部材(Oリング,スプリング等)及びスラリ流体に対して不活性なものであり、これらの部材を腐食させたり又はスラリ流体と化学反応を起こしたりすることのないものであること。
(2)粘性材は、当該空間に充填させることにより、当該空間を形成する部材の相対運動や当該空間に収納される部材の運動(例えば、スプリングの伸縮運動)を妨げることがない程度の流動性を有するものであること。具体的には、稠度が200以上であるものが好ましい。なお、稠度とは、「JIS規格 K2220−5.3.2」により円すい(質量102.5±0.05g)を保持具(質量45.50±0.02g)と共に粘性材中に垂直に5.0±0.1秒間進入させた後、指針の示度を10倍したもので表される数値であり、粘性材の軟らさかの程度を示すものである。
(3)粘性材は、当該空間を形成する部材の相対運動やスラリ流体領域の圧力変動等によって当該空間から流出しない程度の粘性ないし硬さを有するものであること。具体的には、稠度が400以下であるものが好ましい。
【0011】
粘性材としては、一般に、(1)〜(3)の条件を満足するグリースであって、グリース当該空間を構成する部材及び当該空間に収納される部材の材質やスラリ流体の性状に拘らず、これらに対して化学的に不活性なフッ素樹脂系グリースを使用することが好ましい。特に、フッ素樹脂系グリースのうち、パーフルオロポリエーテル混和物(例えば、一般式RfO(CF二O)P(C二F四O)q(C三F6O)rRfで表されるパーフルオロポリエーテル(Rfはパーフルオロメチル基、パーフルオロエチル基等のパーフルオロ低級アルキル基である)を基油として適宜の増稠剤(ポリテトラフルオロエチレン,テトラフルオロエチレン共重合体,フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロイソブチレン共重合体,六方格子窒化ホウ素,脂肪族ジカルボン酸金属塩,モノアミドモノカルボン酸金属塩,モノエステルカルボン酸金属塩,金属石けん,尿素化合物,シリカ,粘土,グラファイト,ポリテトラフルオロエチレン,テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロペン共重合体等)等を混和させたもの)を使用するのが最適である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図1〜図8に示す実施の形態に基づいて具体的に説明する。
【0013】
図1及び図2は本発明の第1の実施の形態を示したもので、この実施の形態における本発明のスラリ流体用シール装置は、図1に示す如く、シールケース1の内周部に固定された円筒状のスプリングリテーナ2と、スプリングリテーナ2の内周部に軸線方向移動可能に保持された可動密封環3と、可動密封環3に対向して回転軸4に固定された固定密封環5と、スプリングリテーナ2と可動密封環3との間に介装されて、可動密封環3を固定密封環5へと押圧接触させるべく附勢するスプリング(コイルスプリング)6とを具備して、両密封環3,4の対向端面たる密封端面3a,4aの相対回転摺接作用により、機内領域であるスラリ領域Aと機外領域である大気領域Bとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールであり、図9に示すものと基本構造を同一とするものである。
【0014】
可動密封環3とこれが保持されたシールケース部分つまりスプリングリテーナ2との対向周面間には、図2に示す如く、環状のOリング収納空間7が形成されており、このOリング収納空間7に収納させたOリング8により、両部材2,3間が二次シールされている。すなわち、Oリング収納空間7は、軸線方向に相対運動する2つの部材(スプリングリテーナ2及び可動密封環3)間に形成されたもので、スプリングリテーナ2と可動密封環3との嵌合隙間7aをスラリ流体領域Aへの連通部とする。なお、可動密封環3は、これに突設したドライブピン9とスプリングリテーナ2との係合作用により、スプリングリテーナ2に対する相対回転を阻止されている。
【0015】
而して、Oリング収納空間7には、図2に示す如く、前記(1)〜(3)の条件を満足する粘性材10が充填されていて、スラリ流体領域Aの流体(スラリ流体)の侵入を阻止している。粘性材10としては、例えば、当該空間7を形成する部材(スプリングリテーナ2及び可動密封環3)、当該空間7に収納された部材(Oリング8)及びスラリ流体に対して不活性なフッ素樹脂系グリース(パーフルオロポリエーテル混和物等)であって、稠度が200〜400となるように増稠剤配合等を調整したものが使用される。
【0016】
以上のように構成されたメカニカルシールにあっては、スラリ流体のOリング収納空間7への侵入が、当該空間7に充填された粘性材10によって確実に阻止される。その結果、スラリ成分がOリング収納空間7に堆積,固着することがなく、可動密封環3の軸線方向移動が円滑に行なわれることから、可動密封環3の追従性が損なわれず、密封端面3a,5aの接触面圧が適正に保たれて良好なシール機能が発揮される。なお、Oリング収納空間7に粘性材10を充填することによる弊害は、それが少なくとも前記(1)〜(3)の条件を満足するものである限りにおいて、全く生じない。寧ろ、粘性材10としてフッ素樹脂系グリース等の潤滑性を有するものを使用した場合には、可動密封環3とOリング8との摩擦抵抗が小さくなり、可動密封環3の軸線方向移動がより円滑に行なわれるメリットがある。
【0017】
なお、スラリ流体領域Aの圧力変動が小さく、当該圧力変動によってOリング8がOリング収納空間7内で殆ど軸線方向移動することがない場合等にあっては、図3(a)に示す如く、Oリング収納空間7におけるOリング8のスラリ流体領域側部分のみに粘性材10を充填させておくことができる。また、スラリ流体の性状によっては、Oリング収納空間7の連通部である嵌合隙間7aにスラリ成分が堆積,固着する虞れがあるが、かかる場合には、図3(b)に示す如く、嵌合隙間7aにも粘性材10を充填させておくことが好ましい。
【0018】
ところで、メカニカルシールの構成によっては、相対運動する2つ以上の部材間又はこれらの部材を含む3つ以上の部材間にスラリ流体領域Aに開口又は連通する複数の空間が必然的又は不可避的に形成されることがあるが、このような場合には、図4及び図5に示す如く、これらの空間のすべてに上記した粘性材10を充填しておく。
【0019】
すなわち、図4及び図5は本発明の第2の実施形態を示したもので、この実施の形態における本発明のスラリ流体用シール装置は、図4に示す如く、シールケース11の内周部に固定された固定密封環15と、固定密封環15に対向して回転軸14に軸線方向移動可能に保持された可動密封環13と、回転軸14に固定されたスプリングリテーナ12と可動密封環13との間に介装されて、可動密封環13を固定密封環15へと押圧接触させるべく附勢するスプリング(コイルスプリング)16とを具備して、両密封環13,15の対向端面たる密封端面13a,15aの相対回転摺接作用により、機内領域であるスラリ領域Aと機外領域である大気領域Bとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。なお、回転軸14にはスリーブ14aが嵌着固定されており、このスリーブ14aに可動密封環13が挿通保持されると共にスプリングリテーナ12が嵌合固定されている。
【0020】
可動密封環13とこれが挿通保持された回転軸部分つまりスリーブ14aとの対向周面間には、図4及び図5に示す如く、環状のOリング収納空間17が形成されており、このOリング収納空間17に収納させたOリング18により、両部材13,14a間が二次シールされている。すなわち、Oリング収納空間17は、軸線方向に相対運動する2つの部材(スリーブ14a及び可動密封環13)間に形成されており、可動密封環13とスリーブ14aとの嵌合隙間たる環状隙間17b(及び後述する環状空間20a)を介してスラリ流体領域Aに連通している。
【0021】
このメカニカルシールにあっては、図4に示す如く、Oリング収納空間17の他、スラリ流体領域Aに開口する空間であって、軸線方向に相対運動する3つの部材(スプリングリテーナ13、可動密封環13及びスリーブ14a)と相対運動をしない2つの部材(スプリングリテーナ12及びスリーブ14a)とによって形成されたスプリング収納空間20及びドライブピン収納空間21が存在する。
【0022】
すなわち、スプリング収納空間20は、図5に示す如く、スプリング16を収容してその動作(伸縮動作)を確保するためのものであって、スリーブ14aの外周空間であって可動密封環13とこれが保持される回転軸部分たるスリーブ14aとの対向端面間に形成された環状空間20aと、スプリングリテーナ12の先端側部分(可動密封環13に対向する側の部分)に凹設された空間であってスプリング16の基端部分を保持するスプリング保持空間20bとからなり、環状空間20aを介してスラリ流体領域Aに開口されている。
【0023】
また、ドライブピン収納空間21は、図3に示す如く、可動密封環3の回転阻止手段であるドライブピン19を収納するものである。すなわち、ドライブピン収納空間21は、上記環状空間20aと、スプリングリテーナ12の基端側部分に凹設された頭部移動空間21aと、スプリングリテーナ12の先端側部分に形成されて頭部移動空間21aへと貫通するドライブピン挿通空間21bとからなり、環状空間20a及び頭部移動空間21aを介してスラリ流体領域Aに開口されている。ドライブピン19は可動密封環13に突設されたもので、ドライブピン19をドライブピン挿通空間21bに挿通させると共に頭部移動空間20aに導入されたドライブピン19の先端部にドライブピン挿通空間21bより大径の頭部19aを設けることにより、可動密封環13をその軸線方向移動を許容しつつ回転軸14(スプリングリテーナ12)に対して相対回転不能ならしめる。
【0024】
而して、Oリング収納空間17、スプリング収納空間20及びドライブピン収納空間21には、図5に示す如く、前記した粘性材10が充填されていて、スラリ流体領域Aの流体(スラリ流体)の侵入を阻止している。なお、この例では、粘性材10を充填するOリング収納空間17は、図5に示す如く、可動密封環17の内周部に形成されたOリング溝による環状空間17aと、可動密封環13の内周面におけるOリング溝形成部分から密封環基端部に至る部分と回転軸14の外周部(スリーブ14a)との間に形成される前記環状隙間17bと、可動密封環13の内周面におけるOリング溝形成部分から密封端面形成部分(密封端面13aが形成される密封環本体)13bに至る部分と回転軸14の外周部(スリーブ14a)との間に形成される環状隙間17cとからなるものとされている。
【0025】
以上のように構成されたメカニカルシールにあっては、スラリ流体の各空間17,20,21への侵入が、これに充填された粘性材10によって確実に阻止され、スラリ成分が当該空間17,20,21に堆積,固着することによる弊害(Oリング収納空間17にスラリ成分が堆積,固着することによる弊害は上述した通りであるが、スプリング収納空間20にスラリ成分が堆積,固着すると、スプリング16による可動密封環13の附勢作用が適正に行なわれず、またドライブピン収納空間21にスラリ成分が堆積,固着すると、ドライブピン19のスプリングリテーナ12に対する軸線方向移動が阻害されることになり、何れの場合にも、可動密封環13の軸線方向移動が円滑に行なわれなくなり、可動密封環13の追従性が損なわれる)が生じず、可動密封環3の追従性が良好に発揮されて、密封端面3a,5aの接触面圧が適正に保たれ、良好なシール機能が発揮される。
【0026】
また、図6〜図8は第3の実施の形態を示すものであり、この実施の形態における本発明のスラリ流体用シール装置は、図6に示す如く、回転機器の軸封部ケーシング40とこれを貫通して機器外に突出する回転軸34との間に介装されて、スラリ流体領域たる機内領域(当該回転機器の内部領域)Aと大気領域たる機外領域(当該回転機器の外部領域)Bとを遮蔽シールする端面接触形のメカニカルシールであり、静止側密封要素41と回転側密封要素42とを、複数個のセット爪43(1個のみ図示)により当該メカニカルシールの軸封部ケーシング40及び回転軸34への着脱時に一体連結させておくように構成されたカートリッジ形のものである。また、このメカニカルシールには、二次シール部材44によりシールされた閉塞空間たるクエンチング室Cが形成されていて、このクエンチング室Cにクエンチング液を給排することによりクエンチングを行ないうるように工夫されている。なお、当該実施の形態の説明においては、便宜上、前後とは図6及び図7における左右を意味するものとする。
【0027】
静止側密封要素41は、図6に示す如く、軸封部ケーシング40に取り付けられる環状のシールケース31と、シールケース31の内部に軸線方向(前後方向)に移動可能に保持された可動密封環33と、可動密封環33に取り付けられたスプリング受体45と、スプリング受体45とシールケース31との間に配設された複数のスプリング(コイルスプリング)36と、二次シール部材44とを具備する。
【0028】
シールケース31は、図6に示す如く、後端部に別体構造のセット爪係合体31bを備えた円筒形状をなすもので、回転軸34が同心状に洞貫する状態で軸封部ケーシング40の後端部に取り付けられるものである。シールケース31の内周部には、これと別体に構成された円環状のスプリングリテーナ32が嵌合固定されている。
【0029】
可動密封環33は、図6に示す如く、Oリング38及び係止ピン(ドライブピン)46を介してシールケース31の内周部に軸線方向に移動可能に且つ相対回転不能に保持されている。Oリング38は、図7に示す如く、シールケース31の前端内周面と可動密封環33の中間部外周面との間に形成された環状のOリング収納空間37に収納されて、両部材31,33間を二次シールしている。また、可動密封環33の基端部分(後端部分)には軸線方向に延びる切欠溝33bが形成されていて、この切欠溝33bにシールケース31に設けた係止ピン46を係合させることにより、可動密封環33のシールケース31に対する軸線方向の相対移動を許容しつつその相対回転を阻止するようになっている。係止ピン46は、シールケース31にスプリングリテーナ32を介して固定されるものであり、スプリングリテーナ32のシールケース31に対する相対回転を阻止する手段としても機能するものに構成されている。すなわち、係止ピン46は円柱状のもので、一端部に大径の円形頭部46aが一体形成されている。スプリングリテーナ32には、これを径方向に貫通するピン孔32aが形成されている。而して、係止ピン46は、図8に示す如く、一端部であるピン頭部46aをスプリングリテーナ32の外周面に突出させると共に他端部(係止ピン46の先端部)46bをスプリングリテーナ32の内周面から突出させた状態で、ピン孔32aに挿通されている。ピン先端部46bは、図6に示す如く、切欠溝33bに係合されており、ピン頭部46aはシールケース31の内周部に形成した係合溝31cに係合されている。係合溝31cは、図8に示す如く、スプリングリテーナ32の径方向においてピン頭部46aの移動を阻止しうる半円柱形状をなすものである。スプリングリテーナ32はシールケース31の内周部に嵌合されており、セット爪係合体31bによって軸線方向移動を阻止されている。したがって、ピン頭部46aの係合溝31cへの係合によりスプリングリテーナ32のシールケース31に対する相対回転が阻止され、ピン先端部46bの切欠溝33bへの係合により可動密封環33のシールケース31に対する相対回転が阻止される。
【0030】
スプリング受体45は環状板で構成されたもので、可動密封環33の基端部(後端部)に挿通保持されており、前方への移動(後述する固定密封環35に向かう方向への移動)は可動密封環33の中間に形成された段部33cによって阻止される。すなわち、スプリング受体45は、これとスプリングリテーナ32との間に介装されたスプリング36による押圧力により、段部33cに衝合した状態に保持される。
【0031】
スプリングリテーナ32とスプリング受体45との間には複数のスプリング36が介装されており、これらのスプリング36は可動密封環33を前方へと押圧附勢する。各スプリング36は、図8に示す如く、その基端側部分をスプリングリテーナ32の前端部に周方向に等間隔を隔てて形成した凹部32bに保持された状態で、スプリングリテーナ32とスプリング受体45との間に介装されている。
【0032】
回転側密封要素42は、図6に示す如く、回転軸34に挿通されたスリーブ34aと、スリーブ34aの前端部に固定された固定密封環35と、スリーブ34aを回転軸34に固定するためのストッパーリング47とを具備する。
【0033】
固定密封環35には可動密封環33がスプリング36により押圧接触されていて、両密封環33,35の対向端面たる密封端面33a,35aの相対回転摺接作用により、スラリ流体領域Aと大気領域Bとの間(より正確には、スラリ流体領域Aとクエンチング室Cとの間)を遮蔽シールするようになっている。
【0034】
ストッパーリング47は、図6に示す如く、スリーブ34aの後端部に嵌合された円環状体であり、周方向に適当間隔を隔てて径方向に貫通する適当数の第1及び第2ネジ孔47a,47bが穿設されている。スリーブ34aの後端部には、各第2ネジ孔47bに合致する同数のセット孔47bが穿設されている。ストッパーリング47は、各第1ネジ孔47aに螺合させた第1セットスクリュー48aをスリーブ34aの外周面へと締め付けることにより、スリーブ34aの後端部に固定される。スリーブ34aは、これにストッパーリング47を固定した上、各第2ネジ孔47bに螺合させた第2セットスクリュー48bを締め付けて、当該セットスクリュー48bの先端部をセット孔34bを通して回転軸34の外周面へと締め付けることにより、回転軸34に固定される。このように、ストッパーリング47に設けた各第1及び第2セットスクリュー48a,48bを締め付けることにより、スリーブ34aを回転軸34に固定させることができ(図6に示す状態)、各第2セットスクリュー48bを緩めることにより、スリーブ34aを回転軸34に挿脱自在となすことができる。
【0035】
クエンチング室Cは、図6に示す如く、回転軸34とシールケース31との間に形成された閉塞空間であって、両密封環33,35の相対回転摺接部分33a,35aの内周側領域を含むものであり、機外領域Bとは両密封環33,35の機外側(後方側)に配置した二次シール部材44によってシールされている。すなわち、クエンチング室Cは、機内領域Aとの間を両密封環33,35(及びOリング38)によってシールされると共に機外領域Bとの間を二次シール部材44によってシールされたものである。而して、シールケース31には、図示していないが、クエンチング室Cに開口する給排液通路が形成されていて、供液通路(クエンチ通路)からクエンチング室Cに供給されたクエンチング液(一般に、冷却水)により、クエンチング作用つまり密封環33,35等の冷却及び機内領域Aから漏洩残渣等の洗浄を行なうようになっている。したがって、クエンチング室Cには洗浄残渣を含むクエンチング液つまりスラリ流体が充満することになり、当該クエンチング室Cも、機内領域Aと同様に、スラリ成分の侵入,堆積による弊害を生じるスラリ流体領域ということになる。なお、冷却,洗浄後のクエンチング液は、クエンチング室Cから排液通路(ドレン)を経てシールケース31外に排出される。また、シールケース31には、図示していないが、前記相対回転摺接部分33a,35aの外周側に開口するフラッシング通路が形成されていて、このフラッシング通路からフラッシング液を供給することにより当該相対回転摺接部分33a,35aの冷却を行なうようになっている。ところで、二次シール部材44としては、一般に、スロットルブッシュやリップシール等の弾性シールが使用される。例えば、セット爪係合体31bとスプリングリテーナ32との対向端面間にスリーブ34aとの間に極く僅かな隙間を有するスロトットルブッシュを挟圧保持させておくことにより、或いはスリーブ34aにリップシールを嵌合固定して、そのリップ部をセット爪係合体31bの内端面(スプリングリテーナ32に対向する端面)に圧接させておくことにより、クエンチング室Cを機外領域Bと遮蔽シールする。また、フランシング液の供給圧又は供給量を高くするためには、二次シール部材44をメカニカルシール構造のものとしておくことも可能である。
【0036】
セット爪43は、図6に示す如く、先端部(前端部)をセット爪係合体31bに形成した環状突起31dに係合させた状態で、基端部(後端部)をストッパーリング47にボルト49により取り付けることにより、シールケース31及びこれに取り付けられる部材群からなる静止側密封要素41とスリーブ34a及びこれに取り付けられる部材群からなる回転側密封要素42とを一体連結するものであり、当該メカニカルシールを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るものである。組み立ては、次のような手順で行なわれる。まず、スリーブ34aに固定密封環35を固定保持させた上、Oリング38を嵌合させた可動密封環33を、固定密封環35に対向させた状態で、スリーブ34aに挿通させる。そして、可動密封環33にスプリング受体45を挿通させた上、各凹部32bにスプリング36を保持させると共にピン孔32aに係止ピン46を挿通保持させたスプリングリテーナ32を、ピン頭部46aをシールケース31の係合溝31cに係合させると共にピン先端部46bを可動密封環33の切欠溝33bに係合させた状態で、シールケース31の内周部に嵌合させる。さらに、二次シール部材44をセットした上で、セット爪係合体31bをシールケース31に取り付ける。しかる後、スリーブ34aの後端部に第1セットスクリュー48aによりストッパーリング47を取り付けると共に、セット爪係合体31bとストッパーリング47とをセット爪43により連結することによって、両密封要素41,42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が組み立てられる。このように組み立てられたメカニカルシールは、スリーブ34aを回転軸34に挿通させた上、シールケース31を軸封部ケーシング40に取り付けると共に、第2セットスクリュー48bによりスリーブ34aを回転軸34に固定させることにより、回転機器に組み込まれる。組み込み後は、セット爪43を取り外して両密封要素41,42の連結を解除することにより、直ちに、良好なシール機能を発揮させることができる。また、保守点検時等においては、セット爪43を取り付けて両密封要素41,42を連結すると共に第2セットスクリュー48bを緩めて回転軸34とスリーブ34aとの連結を解除することによって、当該メカニカルシールを組み立て状態で回転機器から容易に取り外すことができる。
【0037】
而して、以上の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あっては、図7に示す如く、Oリング収納空間37に前記した粘性材10を充填して、機内領域Aから当該Oリング収納空間37へのスラリ流体侵入を防止する他、各スプリング36を保持する凹部32bを含むスプリング収納空間30にも前記粘性材10を充填して、クエンチング液に含まれる洗浄残渣等のスラリ成分により各スプリング36の動作機能が損なわれるのを防止するように図っている。したがって、機内領域Aのスラリ流体及びクエンチング室Cのスラリ流体(クエンチング液)による可動密封環33の追従性低下を招くことなく、第1及び第2の実施の形態におけるメカニカルシールと同様に、密封端面33a,35aの接触面圧が適正に保たれて良好なシール機能を発揮させることができる。
【0038】
なお、本発明は上記した各実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良,変更することができる。例えば、本発明は、上記した端面接触形のメカニカルシールの他、スラリ流体を扱う非接触形のメカニカルシールやその他のシール装置にも上記同様に適用することができる。また、ラビンスシールや隙間シール等において形成される微小なシール空間についても、粘性材が充填される空間となすことができる。
【0039】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明のスラリ流体用シール装置は、相対運動する2つ以上の部材間又はこれらの部材を含む3つ以上の部材間に必然的又は不可避的に形成される空間であって、スラリ流体領域に開口又は連通するためスラリ流体が侵入する虞れのある空間に、上記した粘性材を充填しておくものであるから、当該空間にスラリ成分が堆積,固着して当該部材の相対運動を妨げるような事態が発生することがなく、良好なシール機能を発揮することができる。また、本発明によれば、スラリ流体の侵入を阻止するためのシール部材(リップシール等)を設ける必要がなく、かかるシール部材を設けるためのスペースを確保する等の設計変更を行なうことなく、既存のシール装置を容易にスラリ流体対策構造をなすものに改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るスラリ流体用シール装置であるメカニカルシールの一例を示す縦断側面図である。
【図2】図1の要部を拡大して示す詳細図である。
【図3】粘性材の充填形態の変形例を示す図2相当図である。
【図4】本発明に係るスラリ流体用シール装置であるメカニカルシールの変形例を示す縦断側面図である。
【図5】図3の要部を拡大して示す詳細図である。
【図6】本発明に係るスラリ流体用シール装置であるメカニカルシールの他の変形例を示す縦断側面図である。
【図7】図6の要部を拡大して示す詳細図である。
【図8】図6のVIII−VIII線に沿う縦断正面図である。
【図9】従来のスラリ流体用シール装置であるメカニカルシールを示す縦断側面図である。
【符号の説明】
1,11,31…シールケース、2,12,32…スプリングリテーナ、3,13,33…可動密封環、4,14,34…回転軸、14a,34a…スリーブ、5,15,35…固定密封環、6,16,36…スプリング、7,17,37…Oリング収納空間、8,18,38…Oリング、10…粘性材、19…ドライブピン,20,30…スプリング収納空間、21…ドライブピン収納空間。
Claims (6)
- 相対運動する2つ以上の部材間又はこれらの部材を含む3つ以上の部材間に、スラリ流体領域に開口又は連通する空間が必然的又は不可避的に形成されるスラリ流体用シール装置において、この空間に、これを形成する部材及びスラリ流体に対して不活性であると共に当該部材の相対運動を妨げず且つ当該空間から流出しない粘性材を充填させて、当該空間へのスラリ流体の侵入を阻止するように構成してあることを特徴とするスラリ流体用シール装置。
- 当該スラリ流体用シール装置が、回転軸又はシールケースの一方の軸線方向移動可能に保持された可動密封環とその他方に固定された固定密封環との相対回転部分でシールするように構成されたメカニカルシールである場合において、前記粘性材を充填させた空間が、可動密封環とこれを保持する回転軸部分又はシールケース部分との対向周面間を二次シールするOリングが収納されたOリング収納空間であることを特徴とする、請求項1に記載するスラリ流体用シール装置。
- 当該スラリ流体用シール装置が、回転軸又はシールケースの一方の軸線方向移動可能に保持された可動密封環とその他方に固定された固定密封環との相対回転部分でシールするように構成されたメカニカルシールである場合において、前記粘性材を充填させた空間が、可動密封環を固定密封環へと押圧附勢するスプリングが収納されたスプリング収納空間であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載するスラリ流体用シール装置。
- 前記粘性材が、フッ素樹脂系グリースであることを特徴とする、請求項1、請求項2又は請求項3に記載するスラリ流体用シール装置。
- 前記粘性材が、パーフルオロポリエーテル混和物であることを特徴とする、請求項4に記載するスラリ流体用シール装置。
- 前記粘性材が、200〜400の稠度を有するものであることを特徴とする、請求項1、請求項2、請求項3、請求項4又は請求項5に記載するスラリ流体用シール装置。
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