JP2010091057A

JP2010091057A - メカニカルシール

Info

Publication number: JP2010091057A
Application number: JP2008263221A
Authority: JP
Inventors: Takamichi Sasaki; 貴倫佐々木; Hiroshi Yamazaki; 浩山崎
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: JP5004917B2

Abstract

【目的】回転密封環を押圧附勢するためのコイルスプリングを、シール機能に悪影響を及ぼすことなく、回転密封環の回転軸に対する相対回転を阻止するドライブ手段として兼用できるようにする。
【構成】回転密封環(５)を一本のコイルスプリング(７)により静止密封環(４)へと押圧附勢するようにしたメカニカルシールにおいて、コイルスプリング(７)の一端部(７１)を、その先端をコイルスプリング(７)の径方向且つ内方に折曲してなる係合突起(７１ａ)を回転密封環(５)に形成した係合凹部(５２ａ)に係合させることにより、回転密封環(５)に相対回転不能に連結すると共に、コイルスプリング(７)の他端部(７２)を回転軸(３)に固定したストッパリング(６)に相対回転不能に連結して、回転密封環(５)の回転軸(３)に対する相対回転をコイルスプリング(７)により阻止するように構成してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶用ポンプ等の軸封手段として使用されるメカニカルシールであって、特に、回転軸に軸線方向移動可能に保持された回転密封環を一本のコイルスプリングによりシールケースに固定された静止密封環へと押圧附勢するように構成されたメカニカルシールに関するものである。

従来のこの種のメカニカルシールとしては、例えば、特許文献１の図１に開示される如く、回転密封環に回り止め部材を取り付けると共に、回転軸に固定したストッパリングに係合凹部を形成して、回り止め部材の先端部で構成される係合爪を係合凹部に係合させることにより、回転密封環の回転軸に対する相対回転を阻止するように構成されたワンコイルシングルメカニカルシール(以下「従来シール」という)が周知である。

実開平４−９５３６４号公報

しかし、このような従来シールにあっては、回転密封環にメカニカルシール本来の機能に直結しない別部材(回り止め部材)を取り付けておく必要があるため、部品点数が多くなり、回転密封環の構成が徒に複雑化し、製作経済上も問題がある。

そこで、本発明者は、このような問題を解決するために、先に、回転密封環の回転軸に対する相対回転を阻止するドライブ手段としてメカニカルシール本来の機能に直結する必須部材であるコイルスプリングを利用することを提案した。

すなわち、図１０に示す如く、コイルスプリング７の両端部７１，７２を回転密封環５及びストッパリング６に強く嵌合させ、この嵌合による摩擦係合力によってコイルスプリング７と回転密封環５及びストッパリング６とを相対回転不能に連結したメカニカルシール(以下「改良シール」という)を開発した。

かかる改良シールにあっては、回転密封環５の回転軸３に対する相対回転がコイルスプリング７により阻止されることから、従来シールにおける如く回転密封環に回り止め部材のような別部材を取り付ける場合に比して、部品点数が削減され、回転密封環の構造も複雑化することがない。なお、改良シールは、シールケース２に固定された静止密封環４とＯリング１０を介して回転軸３に軸線方向移動可能に保持された回転密封環５と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Ａと機外領域Ｂとの間をシールするように構成された端面接触形のワンコイルシングルメカニカルシールである。

ところで、回転密封環５の回転軸３に対する相対回転を確実に阻止させるためには、コイルスプリング７の自然状態における内径ｄをコイルスプリング７の両端部７１，７２が嵌合する回転密封環部分及びストッパリング部分の外径Ｄ１，Ｄ２よりも小さくして、コイルスプリング７と回転密封環５及びストッパリング６との摩擦係合力が十分に大きくなるように、つまりコイルスプリング７の両端部７１，７２による回転密封環５及びストッパリング６の緊縛力が十分に高くなるようにしておく必要がある。

しかし、コイルスプリング７とストッパリング６との連結部においてはコイルスプリング７の他端部７２による緊縛力が高くなっても何らの問題は生じないが、コイルスプリング７と回転密封環５との連結部においては、コイルスプリング７の一端部７１による緊縛力を高くすると、メカニカルシール機能に悪影響を及ぼす虞れがある。

すなわち、コイルスプリング７の一端部７１が回転密封環５の一部を強く緊縛することにより回転密封環５が変形して、回転密封環５の密封端面５ａに歪みが生じる虞れがある。そして、密封端面５ａが歪むと、相手密封環(静止密封環)４の密封端面４ａとの接触が適正に行われず、両密封環４ａ，５ａの相対回転摺接作用によるシール機能が損なわれることになる。

本発明は、従来シール及び改良シールにおける上記したような問題を解決して、コイルスプリングを回転密封環の回転軸に対する相対回転を阻止するドライブ手段として好適に利用することができる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。

本発明は、シールケースに固定された静止密封環と、シールケースを洞貫する回転軸にＯリングを介して軸線方向移動可能に挿通保持された回転密封環と、回転軸に固定されたストッパリングと、回転軸に挿通された状態で回転密封環とストッパリングとの間に装填されて回転密封環を静止密封環へと押圧附勢する一本のコイルスプリングとを具備して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転部分においてシール機能を発揮するように構成されたメカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、コイルスプリングの一端部を、その先端を当該コイルスプリングの径方向且つ内方に折曲してなる係合突起を回転密封環に形成した係合凹部に係合させることにより、回転密封環に相対回転不能に連結すると共に、当該コイルスプリングの他端部をストッパリングに相対回転不能に連結して、回転密封環の回転軸に対する相対回転をコイルスプリングにより阻止するように構成しておくことを提案するものである。

かかるメカニカルシールの好ましい実施の形態にあっては、回転密封環が、一端面を密封端面とする本体部と前記係合凹部を形成したスプリング挿通部とからなり、内径をスプリング挿通部の外径以上とするコイルスプリングの一端部が、これをスプリング挿通部に挿通させる共に本体部の他端面に衝合させた状態で係合突起をスプリング挿通部の係合凹部に係合させることにより、回転密封環に相対回転不能に連結される。また、コイルスプリングの一端部から他端部への巻き方向が回転軸の回転方向と一致していることが好ましい。コイルスプリングの他端部とストッパリングとの連結手段は、例えば、次のように構成しておくことができる。すなわち、コイルスプリングの他端部は、これをストッパリングに強く外嵌させることによる摩擦係合力により、ストッパリングに相対回転不能に連結しておくことができる。またコイルスプリングの他端部は、その先端を当該コイルスプリングの径方向且つ内方に折曲してなる係合突起をストッパリングに形成した係合凹部に係合させることにより、ストッパリングに相対回転不能に連結しておくことができる。

本発明のメカニカルシールにあっては、回転密封環の回転軸に対する相対回転を、メカニカルシール機能に直結する必須部材であるコイルスプリングを利用して阻止するようにしているから、従来シールにおける如く回転密封環にメカニカルシール機能に直結しない別部材(回り止め部材)を取り付けるような製作経済上の不合理を生じることがなく、しかもコイルスプリングの一端部に一体形成した係合突起を回転密封環の係合凹部に係合させることによりコイルスプリングと回転密封環とを相対回転不能に連結していることから、改良シールにおける如く回転密封環の密封端面に歪みを生じるようなことがなく、当該密封端面と静止密封環の密封端面との相対回転部分におけるシール機能が良好に発揮される。

以下、本発明の構成を図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係るメカニカルシールの実施の形態を示す縦断側面図であり、図２は要部の縦断正面図(断面は図１のII−II線に沿う)であり、図３は当該メカニカルシールに使用されるコイルスプリングを示す側面図であり、図４はその正面図である。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。

図１に示すメカニカルシールは、回転機器のハウジング１に回転軸３が同心状に貫通する状態で取り付けられた円筒状のシールケース(シールフランジ)２と、シールケース２に固定された静止密封環４と、回転軸３に軸線方向移動可能に保持された回転密封環５と、回転軸３に固定されたストッパリング６と、回転密封環５を静止密封環４へと押圧附勢する一本のコイルスプリング７と、回転密封環５の回転軸３に対する相対回転を阻止するドライブ手段８とを具備して、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被密封流体領域である機内領域Ａと非密封流体領域(例えば、大気領域)である機外領域Ｂとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のワンコイルシングルメカニカルシールである。

静止密封環４は、図１に示す如く、回転軸３に同心状に遊嵌された状態でシールケース２の内周部にＯリング９，９を介して内嵌固定されている。静止密封環４の先端面（前端面）は、軸線に直交する平滑環状面である密封端面４ａに形成されている。

回転密封環５は、図１に示す如く、内周部に環状のＯリング溝５１ａを形成した本体部５１とこれより外径を小径とするスプリング挿通部５２とからなる円環状体に構成されている。回転密封環５は、静止密封環４の密封端面４ａに直対向させて、Ｏリング溝５１ａに係合させたＯリング１０を介して回転軸３に二次シール状態で軸線方向移動可能に外嵌保持されている。回転密封環５の先端面つまり本体部５１の一端面たる先端面(後端面)は、軸線に直交する平滑環状平面である密封端面５ａに形成されており、静止密封環４の密封端面４ａと衝合する。なお、静止密封環４は超硬合金，セラミックス等の硬質材で構成されており、回転密封環５は静止密封環４の構成材より軟質のカーボン等で構成されている。

ストッパリング６は、図１に示す如く、回転密封環５から所定距離隔たった位置に配して回転軸３に固定されており、適当数のセットスクリュー１１により回転軸３に固定された大径部６１とその端面から回転密封環方向へと突出する小径部６２とからなる円環状体である。

コイルスプリング７は、回転軸３に挿通させた状態で回転密封環５とストッパリング６との間に装填されており、回転密封環５を静止密封環４へと押圧附勢して、両密封環４，５の密封端面４ａ，５ａを衝合接触させるものである。

ドライブ手段８は、コイルスプリング７を利用したもので、本発明に従って、次のように構成されている。

すなわち、コイルスプリング７の一端部(後端部)７１には、図１〜図４に示す如く、その先端を当該コイルスプリング７の径方向且つ内方に折曲してなる係合突起７１ａが一体形成されている。係合突起７１ａは、コイルスプリング７の先端を折曲加工することにより形成されるが、折曲加工のみでは適正な形状の係合突起７１ａを得ることができない場合には、折曲部分をこれに更に切削加工を施すことによって適正な形状の係合突起７１ａに仕上げる。また、回転密封環５のスプリング挿通部５２には、図１及び図２に示す如く、周方向の一箇所を軸線方向全域に亘って直線状に切欠することにより、係合突起７１ａが係合しうる係合凹部５２ａが形成されている。而して、コイルスプリング７の一端部７１は、図１及び図２に示す如く、回転密封環５のスプリング挿通部５２に挿通させる共にその本体部５１の他端面たる基端面（前端面）に衝合させた状態で係合突起７１ａを係合凹部５２ａに係合させることにより、回転密封環５に相対回転不能に連結されている。コイルスプリング７の内径(自然状態における内径)ｄは、図２に示す如く、スプリング挿通部５２の外径Ｄ１と同一又はこれより大径とされている(ｄ≧Ｄ１)。したがって、コイルスプリング７がスプリング挿通部５２を強く緊縛するようなことがなく、コイルスプリング７の一端部７１をスプリング挿通部５２に挿通させることによっては、スプリング挿通部５２つまり回転密封環５が歪んだり変形したりすることがない。なお、この例では、コイルスプリング７の内径ｄをスプリング挿通部５２の外径Ｄ１より若干大きく設定して、コイルスプリング７のスプリング挿通部５２への挿通を含むコイルスプリング７と回転密封環５との連結をより容易に行うように図っている。

一方、コイルスプリング７の他端部(前端部)７２は、図１に示す如く、ストッパリング６の大径部６１に衝合する状態で小径部６２に嵌合させることにより、ストッパリング６に相対回転不能に連結されている。すなわち、ストッパリング６の小径部６２の外径Ｄ２をコイルスプリング７の内径ｄより適当量大きくする(ｄ＜Ｄ２)ことにより、コイルスプリング７の他端部７２をストッパリング６の小径部６２に強く嵌合させ、この嵌合による摩擦係合力により両者６２，７２を相対回転不能に連結してある。すなわち、コイルスプリング７の他端部７２は、図１０に示す改良シールと同様に、摩擦係合力によりストッパリング６に相対回転不能に連結されている。

なお、コイルスプリング７の一端部７１から他端部７２への巻き方向ｒは、図１及び図２に示す如く、回転軸３の回転方向Ｒに一致するように設定されている。このように巻き方向ｒと回転方向Ｒとを一致させておくことにより、コイルスプリング７から回転密封環５に付与されるドライブ力(静止密封環４との相対摺接回転を行うためのトルク)がコイルスプリング７を縮径する方向へのねじり力によって得られることから、より確実なドライブ力が得られることになる。

以上のように、コイルスプリング７の両端部７１，７２が回転密封環５とストッパリング６に相対回転不能に連結されているから、回転密封環５の回転軸３に対する相対回転がコイルスプリング７によって阻止されて、回転軸３の回転に伴って両密封環４，５が適正に相対回転摺接し、その相対回転摺接部分４ａ，５ａにより機内領域Ａと機外領域Ｂとの間が良好にシールされることになる。

このとき、回転密封環５とコイルスプリング７との連結を、コイルスプリング７に一体形成された係合突起７１ａを回転密封環５に形成された係合凹部５２ａに係合させることにより行っていることから、当該連結を両者５，７の嵌合による摩擦係合力により行う場合のように回転密封環５が歪んだり変形したりするようなことがない。したがって、回転密封環５の密封端面５ａが平滑面に維持されて、相手密封端面(静止密封環４の密封端面)４ａとの相対回転摺接作用が適正に行われ、良好なメカニカルシール機能が発揮される。

ところで、本発明の構成は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に変更，改良することができる。

例えば、上記した実施の形態では、コイルスプリング７の他端部７２とストッパリング６とを両者６，７２の嵌合による摩擦係合力により行うようにしたが、図５〜図９に示す如く、コイルスプリング７の他端部７２とストッパリング６との連結を、コイルスプリング７の一端部７１と回転密封環５との連結構造と同様に行うようにしてもよい。すなわち、コイルスプリング７の一端部７１と回転密封環５との連結構造は、図５及び図６に示す如く、上記した実施の形態と同一であるが、この例では、コイルスプリング７の他端部７２にも、一端部７１と同様に、図７〜図９に示す如く、その先端を当該コイルスプリング７の径方向且つ内方に折曲してなる係合突起７２ａを一体形成してある。そして、この係合突起７２ａを、図５及び図７に示す如く、ストッパリング６の小径部６２に形成した係合凹部（小径部６２における周方向の一箇所を軸線方向全域に亘って直線状に切欠することにより形成された係合凹部）６２ａに係合させることにより、コイルスプリング７とストッパリング６とを相対回転不能に連結する。この場合、コイルスプリング７とストッパリング６との連結を容易に行うために、ストッパリング６２の小径部６２の外径Ｄ２とコイルスプリング７の内径ｄとの関係を、回転密封環５のスプリング挿通部５２の外径Ｄ１とコイルスプリング７の内径ｄとの関係と同様にＤ２≦ｄとなるように設定しておくことが好ましい。

また、ストッパリング６とコイルスプリング７との連結構造は任意であり、図１又は図５に示す構造に限定されるものではない。さらに、ストッパリング６は、回転軸３に必然的に設けられる部材（インペラのボス部等）又はその一部で代用することができる。

本発明に係るメカニカルシールの一例を示す縦断側面図である。図１のII−II線に沿う要部の縦断正面図である。当該メカニカルシールに使用されるコイルスプリングを示す側面図である。当該コイルスプリングの正面図である。本発明に係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１のVI−VI線に沿う要部の縦断正面図である。図５のVII−VII線に沿う要部の縦断背面図である。当該メカニカルシールに使用されるコイルスプリングを示す側面図である。当該コイルスプリングの背面図である。改良シールを示す縦断側面図である。

符号の説明

２シールケース
３回転軸
４静止密封環
４ａ密封端面
５回転密封環
５ａ密封端面
６ストッパリング
７コイルスプリング
８ドライブ手段
１０Ｏリング
５１本体部
５２スプリング挿通部
５２ａ係合凹部
６１大径部
６２小径部
６２ａ係合凹部
７１コイルスプリングの一端部
７１ａ係合突起
７２コイルスプリングの他端部
７２ａ係合突起
Ａ機内領域
Ｂ機外領域

Claims

シールケースに固定された静止密封環と、シールケースを洞貫する回転軸にＯリングを介して軸線方向移動可能に挿通保持された回転密封環と、回転軸に固定されたストッパリングと、回転軸に挿通された状態で回転密封環とストッパリングとの間に装填されて回転密封環を静止密封環へと押圧附勢する一本のコイルスプリングとを具備して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転部分においてシール機能を発揮するように構成されたメカニカルシールにおいて、
コイルスプリングの一端部を、その先端を当該コイルスプリングの径方向且つ内方に折曲してなる係合突起を回転密封環に形成した係合凹部に係合させることにより、回転密封環に相対回転不能に連結すると共に、当該コイルスプリングの他端部をストッパリングに相対回転不能に連結して、回転密封環の回転軸に対する相対回転をコイルスプリングにより阻止するように構成してあることを特徴とするメカニカルシール。
回転密封環が、一端面を密封端面とする本体部と前記係合凹部を形成したスプリング挿通部とからなり、内径をスプリング挿通部の外径以上とするコイルスプリングの一端部が、これをスプリング挿通部に挿通させる共に本体部の他端面に衝合させた状態で係合突起をスプリング挿通部の係合凹部に係合させることにより、回転密封環に相対回転不能に連結されていることを特徴とする、請求項１に記載するメカニカルシール。
コイルスプリングの一端部から他端部への巻き方向が回転軸の回転方向と一致していることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載するメカニカルシール。
コイルスプリングの他端部が、これをストッパリングに強く外嵌させることによる摩擦係合力により、ストッパリングに相対回転不能に連結されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載するメカニカルシール。
コイルスプリングの他端部が、その先端を当該コイルスプリングの径方向且つ内方に折曲してなる係合突起をストッパリングに形成した係合凹部に係合させることにより、ストッパリングに相対回転不能に連結してあることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載するメカニカルシール。