JP2010261573A - Corrosion-resistant bellows type mechanical seal - Google Patents

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Makoto Ueda
誠 上田
Ryota Matsumoto
良太 松本
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a corrosion-resistant bellows type mechanical seal which can favorably seal a corrosive fluid even under a high-temperature condition. <P>SOLUTION: The corrosion-resistance bellows type mechanical seal comprises: a ceramic stationary sealing ring 2 fixed to a seal case 1; a PTFE-made bellows 4 which is fittingly fixed to a rotating shaft 3 at its base end 4b, and can be elongated and contracted in the axial direction; a rotating sealing ring 5 which is connected to the tip 4d of the bellows 4, opposes the stationary sealing ring 2, and is constituted of a hard resin material excellent in corrosion resistance and sliding performance with the stationary sealing ring 2; a spring retainer 6 which is engaged with the tip 4d of the bellows 4 and the rotating sealing ring 5 so as to be not rotative with respect to the tip and the rotating sealing ring, and not to be displaceable with respect to the direction of the stationary sealing ring; and a spring member 7 which is arranged in a region at the external peripheral side of the bellows 4 so as to press and energize the spring retainer 6 in the direction of the stationary sealing ring. The spring retainer 6 is constituted of a resin material whose thermal expansion coefficient is equal or similar to that of the bellows 4. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、医薬品,食品,半導体等の分野で高度の耐蝕性(耐薬品性,耐酸性,耐アルカリ性,耐海水性等)が要求される回転機器の軸封装置として使用される耐蝕性ベローズ形メカニカルシールに関するものである。   The present invention is a corrosion-resistant bellows used as a shaft seal device for rotating equipment that requires a high degree of corrosion resistance (chemical resistance, acid resistance, alkali resistance, seawater resistance, etc.) in the fields of pharmaceuticals, foods, semiconductors, etc. This relates to a mechanical seal.

ベローズ形メカニカルシールとしては、例えば特許文献1に開示される如く、シールケースに固定された静止密封環と、基端部を回転軸に嵌合固定した軸線方向伸縮可能なベローズと、ベローズの先端部に一体形成されて静止密封環に対向する回転密封環と、ベローズの先端部に相対回転不能に嵌合連結されたスプリングリテーナと、スプリングリテーナを静止密封環方向に押圧附勢すべくベローズの外周側領域に配設されたスプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域である被密封流体領域とその外周側領域である非密封流体領域とをシールするように構成されたものが公知である。   As a bellows type mechanical seal, for example, as disclosed in Patent Document 1, a stationary seal ring fixed to a seal case, a bellows that can be expanded and contracted in an axial direction with a base end portion fitted and fixed to a rotating shaft, and a tip of the bellows A rotary seal ring integrally formed with the stationary seal ring, a spring retainer fitted and connected to the tip of the bellows so as not to rotate relative thereto, and a bellows of the bellows to press and bias the spring retainer in the direction of the static seal ring. A sealed fluid region which is an inner peripheral side region of the relative rotational sliding contact portion by a relative rotational sliding contact action of the sealing end surface which is an opposing end surface of both sealing rings. And a non-sealed fluid region that is an outer peripheral side region thereof are known.

ところで、このようなベローズ形メカニカルシールは、医薬品,食品,半導体等の分野で高度の耐蝕性(耐薬品性,耐酸性,耐アルカリ性,耐海水性等)が要求される回転機器の軸封装置として使用されることが多いが、このような耐蝕性を必要とする用途に使用する場合、つまり被密封流体が腐食性流体である場合、被密封流体に接触するベローズについては耐蝕性及び耐熱性に優れるPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)で構成している。   By the way, such a bellows type mechanical seal is a shaft seal device for a rotating device that requires high corrosion resistance (chemical resistance, acid resistance, alkali resistance, seawater resistance, etc.) in the fields of pharmaceuticals, foods, semiconductors, and the like. However, when used in applications that require such corrosion resistance, that is, when the sealed fluid is a corrosive fluid, the bellows contacting the sealed fluid are resistant to corrosion and heat. It is made of PTFE (polytetrafluoroethylene) which is excellent in

特開平8−261333号公報JP-A-8-261333

しかし、スプリングリテーナについては、これが被密封流体に接触しないものであり、被密封流体の性状(腐食性,温度)を考慮して材質選定を行う必要がないものであることから、一般に金属材で構成されているのが普通である。したがって、高温条件下においては、スプリングリテーナとベローズとの嵌合部分における熱膨張量差が生じ、これによりベローズに過度の負荷(応力)が作用することになる。その結果、ベローズとしてPTFE製のものを使用したベローズ形メカニカルシールでは、良好なシール機能を発揮することができず、医薬品,食品,半導体等の分野で高度の耐蝕性(耐薬品性,耐酸性,耐アルカリ性,耐海水性等)が要求される回転機器の軸封装置としては甚だ不適当であった。   However, since the spring retainer does not come into contact with the sealed fluid, it is not necessary to select the material in consideration of the properties (corrosiveness, temperature) of the sealed fluid. It is usually composed. Therefore, under a high temperature condition, a difference in thermal expansion occurs at the fitting portion between the spring retainer and the bellows, which causes an excessive load (stress) to act on the bellows. As a result, bellows type mechanical seals using PTFE bellows cannot provide a good sealing function, and have high corrosion resistance (chemical resistance, acid resistance) in fields such as pharmaceuticals, foods, and semiconductors. , Alkali resistance, seawater resistance, etc.) are extremely inappropriate as shaft seals for rotating equipment.

本発明は、このような問題を生じることなく、高温条件下においても腐食性流体を良好にシールしうる耐蝕性ベローズ形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。 An object of the present invention is to provide a corrosion-resistant bellows type mechanical seal that can satisfactorily seal a corrosive fluid even under high temperature conditions without causing such problems.

この課題を解決した本発明の耐蝕性ベローズ形メカニカルシールは、シールケースに固定されたセラミックス製の静止密封環と、基端部を回転軸に嵌合固定した軸線方向伸縮可能なPTFE製のベローズと、ベローズの先端部に連結されて静止密封環に対向する、耐蝕性及び静止密封環との摺動特性に優れた硬質樹脂材で構成された回転密封環と、ベローズの先端部及び回転密封環に相対回転不能且つ静止密封環方向への相対変位不能に係合されたスプリングリテーナと、スプリングリテーナを静止密封環方向に押圧附勢すべくベローズの外周側領域に配設されたスプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域である被密封流体領域とその外周側領域である非密封流体領域とをシールするように構成されたものであって、スプリングリテーナを熱膨張係数がベローズと同等又は近似する樹脂材で構成したものである。かかるベローズ形メカニカルシールの好ましい実施の形態にあって、回転密封環はPTFEを主成分とする複合樹脂材で構成されており、スプリングリテーナはPTFEを主成分とする複合樹脂材で構成される。   A corrosion-resistant bellows type mechanical seal of the present invention that has solved this problem is a ceramic stationary seal ring fixed to a seal case, and a PTFE bellows that can be expanded and contracted in the axial direction with a base end portion fitted and fixed to a rotating shaft. And a rotary seal ring made of a hard resin material that is connected to the tip of the bellows and faces the static seal ring and has excellent corrosion resistance and sliding characteristics with the static seal ring, and the tip of the bellows and the rotary seal A spring retainer engaged with the ring so that it cannot rotate relative to the stationary seal ring, and a spring member disposed in an outer peripheral region of the bellows to press and bias the spring retainer in the direction of the stationary seal ring And a sealed fluid region which is an inner peripheral side region of the relative rotational sliding contact portion and a non-existing region which is the outer peripheral side region by the relative rotational sliding contact action of the sealing end surfaces which are the opposite end surfaces of both sealing rings. A sealing fluid region be one that is configured to seal is a spring retainer which thermal expansion coefficient is constituted by a resin material for the bellows equal or approximate. In a preferred embodiment of such a bellows type mechanical seal, the rotary seal ring is made of a composite resin material mainly containing PTFE, and the spring retainer is made of a composite resin material mainly containing PTFE.

本発明の耐蝕性ベローズ形メカニカルシールは、回転密封環をベローズの構成材であるPTFEより相手密封環(静止密封環)との摺動特性に優れた硬質の耐蝕性樹脂材で構成したものであるから、高温条件下においても腐食性流体を良好にシールすることができるものである。しかも、スプリングリテーナを熱膨張係数がベローズと同等又は近似する樹脂材で構成してあるから、両者の熱膨張量差によりベローズに過度の負荷が作用するようなことがなく、高温条件下においても良好なシール機能を発揮することができる。   The corrosion-resistant bellows-type mechanical seal of the present invention is composed of a hard seal-resistant resin material that is superior in sliding characteristics with a mating seal ring (stationary seal ring) rather than PTFE, which is a constituent material of the bellows, in the rotary seal ring. Therefore, the corrosive fluid can be satisfactorily sealed even under high temperature conditions. Moreover, since the spring retainer is made of a resin material whose thermal expansion coefficient is equal to or close to that of the bellows, an excessive load does not act on the bellows due to the difference in thermal expansion between the two, and even under high temperature conditions. A good sealing function can be exhibited.

図1は本発明に係る耐蝕性ベローズ形メカニカルシールの一例を示す縦断側面図である。FIG. 1 is a longitudinal side view showing an example of a corrosion-resistant bellows-type mechanical seal according to the present invention. 図2は当該ベローズ形メカニカルシールの変形例を示す縦断側面図である。FIG. 2 is a longitudinal side view showing a modification of the bellows-type mechanical seal.

以下、本発明を実施するための形態について、図1を参照して具体的に説明する。図1は本発明に係る耐蝕性ベローズ形メカニカルシールを示す縦断側面図である。   Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated concretely with reference to FIG. FIG. 1 is a longitudinal side view showing a corrosion-resistant bellows-type mechanical seal according to the present invention.

図1に示すベローズ形メカニカルシールは、高温条件下で腐食性流体を扱う攪拌機等の回転機器に軸封装置として使用されるものであり、回転機器のハウジングに取り付けられたシールケース1と、シールケース1に固定された静止密封環2と、シールケース1を上下方向に同心状に洞貫する回転機器の回転軸3にベローズ4を介して軸線方向移動可能(上下方向移動可能)に保持された回転密封環5と、回転密封環5をスプリングリテーナ6を介して静止密封環2へと押圧接触させるスプリング部材7とを具備して、両密封環2,5の対向端面たる密封端面2a,5aの相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分2a,5aの内周側領域である機内領域(被密封流体領域)Aとその外周側領域である機外領域(非密封流体領域)Bとを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。なお、機内領域Aの流体(被密封流体)は腐食性を有する高温,高圧の気体又は液体であり、機内領域Bは大気領域である。   The bellows type mechanical seal shown in FIG. 1 is used as a shaft seal device in a rotating device such as a stirrer that handles a corrosive fluid under a high temperature condition, and includes a seal case 1 attached to a housing of the rotating device, and a seal. A stationary seal ring 2 fixed to the case 1 and a rotary shaft 3 of a rotating device that penetrates the seal case 1 concentrically in the vertical direction are held axially movable (movable in the vertical direction) via a bellows 4. The rotary seal ring 5 and the spring member 7 that presses and contacts the rotary seal ring 5 to the stationary seal ring 2 via the spring retainer 6, Due to the relative rotational sliding contact action of 5a, an in-machine region (sealed fluid region) A that is the inner peripheral side region of the relative rotational sliding contact part 2a, 5a and an outer region (non-sealed fluid region) that is the outer peripheral side region. B and It is configured end surface contact type mechanical seal to 蔽 seal. Note that the fluid (sealed fluid) in the in-machine region A is a corrosive high-temperature, high-pressure gas or liquid, and the in-machine region B is an atmospheric region.

シールケース1は、内周面断面を円形とする金属製(SUS304等)の筒状体であり、回転機器のハウジング(図示せず)に取り付けられたケース本体1aとこれに連結されたカラー1bとからなる。ケース本体1の内周部には回転軸3を囲繞して密封環2,5の内周部へと突出する円筒状のガイド1cが形成されている。なお、シールケース1における被密封流体(機内領域Aの流体)に接触する表面部分には、耐蝕性樹脂材(PEEK等)のライニング層1dが形成されている。   The seal case 1 is a cylindrical body made of metal (SUS304 or the like) having a circular inner peripheral surface, a case main body 1a attached to a housing (not shown) of a rotating device, and a collar 1b connected thereto. It consists of. A cylindrical guide 1 c is formed on the inner peripheral portion of the case body 1 so as to surround the rotary shaft 3 and project to the inner peripheral portions of the sealing rings 2 and 5. A lining layer 1d of a corrosion-resistant resin material (PEEK or the like) is formed on the surface portion of the seal case 1 that comes into contact with the fluid to be sealed (the fluid in the in-machine region A).

静止密封環2は、カラー1bの内周面に嵌合固定された円環状体であり、先端面は軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面2aに構成されている。静止密封環2は耐蝕性に優れるセラミックスで構成されており、この例では炭化珪素で構成されている。静止密封環2とケース本体1a及びカラー1bとの間には耐蝕性材製のOリング8,9が介装されていて、シールケース1と静止密封環2との嵌合部分をシール(二次シール)している。この例では、Oリング9,10はパーフロロゴムで構成されている。   The stationary sealing ring 2 is an annular body fitted and fixed to the inner peripheral surface of the collar 1b, and the tip end surface is configured as a sealing end surface 2a which is a smooth annular plane orthogonal to the axis. The stationary seal ring 2 is made of ceramics having excellent corrosion resistance. In this example, the stationary seal ring 2 is made of silicon carbide. Corrosion-resistant material O-rings 8 and 9 are interposed between the stationary seal ring 2 and the case main body 1a and the collar 1b to seal the fitting portion between the seal case 1 and the stationary seal ring 2 (two Next seal). In this example, the O-rings 9 and 10 are made of perfluoro rubber.

ベローズ4は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)で構成されたもので、中間部を断面蛇行状の伸縮部4aとした円筒状のものであり、基端部である固定部4bが夫々金属製(SUS316等)のストッパリング10、締め付けリング11及び固定リング12を介して回転軸3に強固に嵌合固定されている。すなわち、ストッパリング10は、これに螺合させた適当本数のセットスクリュー(1本のみ図示)13を回転軸3に締め付けることにより、回転軸3に固定されている。締付リング11は、内周面をストッパリング10に向かって拡径する裁頭円錐状のカム面11aに形成したもので、ストッパリング10に適当本数(1本のみ図示)の締付ボルト14により取り付けられている。固定リング12はベローズ4の基端部4bに形成した環状突起4cに係合された状態で当該基端部4bに外嵌されており、外周面を締付リング11のカム面12aに嵌合する裁頭円錐状のカム面12aに形成されている。したがって、締付ボルト 14を締め付けて締付リング11をストッパリング10に近接する方向に移動させることにより、カム面11a,12aにより固定リング12を介してベローズ4の基端部4bが回転軸3に強固に固定されるようになっている。   The bellows 4 is made of PTFE (polytetrafluoroethylene), has a cylindrical shape with an intermediate portion having a meandering cross section 4a, and a fixed portion 4b as a base end portion made of metal ( SUS316 or the like) is firmly fitted and fixed to the rotary shaft 3 via a stopper ring 10, a tightening ring 11 and a fixing ring 12. That is, the stopper ring 10 is fixed to the rotary shaft 3 by tightening an appropriate number of set screws (only one is shown) 13 screwed to the stopper ring 10 to the rotary shaft 3. The tightening ring 11 is formed by a truncated conical cam surface 11 a whose inner peripheral surface is expanded toward the stopper ring 10, and an appropriate number (only one is shown) of tightening bolts 14 is provided on the stopper ring 10. It is attached by. The fixing ring 12 is externally fitted to the base end 4b while being engaged with an annular protrusion 4c formed on the base end 4b of the bellows 4, and the outer peripheral surface is fitted to the cam surface 12a of the tightening ring 11 It is formed on the truncated conical cam surface 12a. Therefore, by tightening the tightening bolt 14 and moving the tightening ring 11 in the direction close to the stopper ring 10, the base end portion 4 b of the bellows 4 is rotated by the cam surfaces 11 a and 12 a via the fixing ring 12. It is designed to be firmly fixed to the surface.

回転密封環5は、耐蝕性及び静止密封環2との摺動特性に優れた硬質樹脂材で構成された円環状体であり、その先端面は軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面5aに構成されている。回転密封環は、PTFEを主成分とする複合樹脂材であって、静止密封環2との摺動特性(低摩擦性)及び機械的強度を向上させるべくPTFEに適宜の充填剤を充填させたPTFE複合樹脂材で構成してある。   The rotary seal ring 5 is an annular body made of a hard resin material excellent in corrosion resistance and sliding characteristics with the stationary seal ring 2, and its end face is a sealed end face that is a smooth annular plane perpendicular to the axis. 5a. The rotary seal ring is a composite resin material mainly composed of PTFE, and PTFE is filled with an appropriate filler in order to improve sliding characteristics (low friction property) and mechanical strength with the stationary seal ring 2. It is made of PTFE composite resin material.

而して、回転密封環5はベローズ4の先端部である連結部4dに一体的に連結されている。両者4d,5の連結は、ベローズ4及び/又は回転密封環5の成形工程時において或いはベローズ4及び回転密封環5の成形工程後において両者4d,5を一体化させるように行われるものであり、一体化された状態において両者4d,5の境界15は明瞭に現われない。なお、ベローズ4の連結部4dの外径は、回転密封環5の基端部とは同一径であるが、ベローズ4の伸縮部4a及び固定部4bよりは若干大径とされている。   Thus, the rotary seal ring 5 is integrally connected to the connecting portion 4 d that is the tip of the bellows 4. The connection of both 4d and 5 is performed so that both 4d and 5 are integrated during the forming process of the bellows 4 and / or the rotary seal ring 5 or after the forming process of the bellows 4 and the rotary seal ring 5. In the integrated state, the boundary 15 between both 4d and 5 does not appear clearly. The outer diameter of the connecting portion 4d of the bellows 4 is the same as that of the base end portion of the rotary seal ring 5, but is slightly larger than the expandable portion 4a and the fixing portion 4b of the bellows 4.

スプリングリテーナ6は、先端部6aがベローズ4の連結部4d及び回転密封環5に嵌合すると共に基端部6bがベローズ4の伸縮部4を囲繞する円筒状のものであり、熱膨張係数がベローズ4の構成材であるPTFEと同等又は近似する樹脂材で構成してある。この例では、PTFEを主成分とする複合樹脂材であって、PTFEにカーボンを充填させたPTFE複合樹脂材で構成してある。なお、スプリングリテーナ6の先端部6aの内径はベローズ4の連結部4d及び回転密封環5に密に外嵌しうるように設定されているが、その基端部6bの内径はベローズ4の先端部4d及び回転密封環5の外径より小さく且つベローズ4の伸縮部4aの外径より若干大きく設定されていて、スプリングリテーナ6が当該伸縮部4aに干渉しないように工夫されている。   The spring retainer 6 has a cylindrical shape in which a distal end portion 6a is fitted to the connecting portion 4d and the rotary seal ring 5 of the bellows 4 and a base end portion 6b surrounds the expansion / contraction portion 4 of the bellows 4 and has a thermal expansion coefficient. It is made of a resin material equivalent to or similar to PTFE, which is a constituent material of the bellows 4. In this example, the composite resin material is composed of PTFE as a main component and is made of a PTFE composite resin material in which PTFE is filled with carbon. Note that the inner diameter of the distal end portion 6a of the spring retainer 6 is set so as to be tightly fitted to the connecting portion 4d of the bellows 4 and the rotary seal ring 5, but the inner diameter of the base end portion 6b is the distal end of the bellows 4. The outer diameter of the part 4d and the rotary seal ring 5 is set to be slightly larger than the outer diameter of the expansion / contraction part 4a of the bellows 4, and the spring retainer 6 is designed not to interfere with the expansion / contraction part 4a.

スプリングリテーナ6の先端面には、回転密封環5の先端側外周面に周方向に等間隔を隔てて突出形成した複数の環状突起5cに係合する凹部6cが形成されていて、この突起5cと凹部6aとの係合により、両者5,6の相対回転が阻止されている。また、スプリングリテーナ6の内周部において先端部6aと基端部6bとの境界に形成される環状段部6dは、ベローズ4の外周部において伸縮部4aと連結部4dとの境界に形成される環状段部4fに衝合されていて、両段部4f,6cの係合により、後述するスプリング部材7による押圧附勢力がスプリングリテーナ6を介してベローズ4に確実に作用するようになっている。   On the distal end surface of the spring retainer 6, recesses 6 c are formed to engage with a plurality of annular projections 5 c that are formed on the distal end side outer circumferential surface of the rotary seal ring 5 at regular intervals in the circumferential direction. And the recess 6a engage with each other to prevent the relative rotation of the both 5 and 6. In addition, an annular step portion 6d formed at the boundary between the distal end portion 6a and the base end portion 6b at the inner peripheral portion of the spring retainer 6 is formed at the boundary between the expandable portion 4a and the connecting portion 4d at the outer peripheral portion of the bellows 4. Since the two step portions 4f and 6c are engaged with each other, a pressing biasing force by a spring member 7 to be described later surely acts on the bellows 4 via the spring retainer 6. Yes.

ストッパリング10には適当数(1個のみ図示)のドライブピン10aが突設されていて、これをスプリングリテーナ6の後端面に形成した凹部6eに係合させることにより、スプリングリテーナ6の回転軸2に対する相対回転がその軸線方向移動を許容しつつ阻止されるようになっている。   The stopper ring 10 is provided with an appropriate number of drive pins 10a (only one is shown) and is engaged with a recess 6e formed on the rear end surface of the spring retainer 6 to thereby rotate the rotating shaft of the spring retainer 6. Relative rotation with respect to 2 is prevented while allowing axial movement thereof.

スプリング部材7は、スプリングリテーナ6とストッパリング10との間に周方向に等間隔を隔てて装填された複数(1個のみ図示)のコイルスプリングで構成されており、回転密封環5を静止密封環2へと押圧接触させるべく、スプリングリテーナ10(及びベローズ4)を附勢するものである。なお、スプリング部材7を構成する各コイルスプリングは、締付リング11に形成した貫通孔11bを挿通した状態でスプリングリテーナ6とストッパリング10との間に装填されている。   The spring member 7 is composed of a plurality of coil springs (only one is shown) loaded at regular intervals in the circumferential direction between the spring retainer 6 and the stopper ring 10, and the rotary seal ring 5 is statically sealed. The spring retainer 10 (and the bellows 4) is urged so as to be brought into press contact with the ring 2. Each coil spring constituting the spring member 7 is loaded between the spring retainer 6 and the stopper ring 10 in a state of being inserted through the through hole 11 b formed in the tightening ring 11.

以上のように構成されたベローズ形メカニカルシールにあっては、高温条件下においてもベローズ4に嵌合するスプリングリテーナ6がベローズ4の構成材であるPTFEと同等又は近似する熱膨張係数の樹脂材で構成されているから、ベローズ4が熱膨張した場合にも、両者4,6の嵌合部において熱膨張量差が生じないか或いは殆ど生じないために、ベローズ4に過度の負荷(応力)が作用するようなことがない。   In the bellows type mechanical seal configured as described above, a resin material having a thermal expansion coefficient equivalent to or close to that of PTFE, which is a constituent material of the bellows 4, the spring retainer 6 fitted to the bellows 4 even under high temperature conditions. Therefore, even when the bellows 4 is thermally expanded, a difference in thermal expansion amount does not occur or hardly occurs in the fitting portion between the two and 6, so that an excessive load (stress) is applied to the bellows 4. Does not work.

また、ベローズ4とこれとは異質材である回転密封環5とが両者4,5の境界15が明瞭に現われない状態に一体的に連結されていることから、機内領域Aの流体(被密封流体)が液体である場合には勿論、気体である場合にも、両者4,5の連結部分15から被密封流体が漏れるようなことが全くなく、被密封流体を良好にシールすることができる。また、被密封流体が気体である場合(ドライ運転)にも、回転密封環5がセラミックス製の静止密封環2との摺動特性に優れるPTFE複合樹脂材で構成されているから、密封端面2a,5aが異常摩耗,発熱することがなく、良好に相対回転摺接しうる。   Further, since the bellows 4 and the rotary seal ring 5 which is a different material from the bellows 4 are integrally connected in a state where the boundary 15 between the four and 5 does not appear clearly, the fluid in the in-machine region A (sealed) Of course, when the fluid is a liquid, even when it is a gas, the sealed fluid does not leak at all from the connecting portion 15 of both 4 and 5, and the sealed fluid can be well sealed. . Further, even when the sealed fluid is a gas (dry operation), the rotary sealing ring 5 is made of a PTFE composite resin material having excellent sliding characteristics with the ceramic stationary sealing ring 2, so that the sealing end face 2 a , 5a does not generate abnormal wear or heat, and can be in relative sliding contact with each other.

したがって、冒頭で述べたベローズ形メカニカルシールのようにベローズと回転密封環とを同質材の一体構造物となしているものではなく、回転密封環5をベローズ4の構成材(PTFE)に比して相手密封環(静止密封環2)との摺動特性に優れた樹脂材で構成していることとも相俟って、高温条件下においても被密封流体の性状に拘わらず良好なメカニカルシール機能を発揮することができる。   Therefore, unlike the bellows-type mechanical seal described at the beginning, the bellows and the rotary seal ring are not formed as a single-piece structure of the same material, but the rotary seal ring 5 is compared with the constituent material of the bellows 4 (PTFE). Combined with the fact that it is made of a resin material with excellent sliding characteristics with the mating seal ring (stationary seal ring 2), it has a good mechanical seal function regardless of the properties of the fluid to be sealed even under high temperature conditions. Can be demonstrated.

なお、本発明の軸封装置は、上記した例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、ベローズ4と回転密封環5とを、各別に成形した上で接着剤により接着連結することも可能であり、又は図2に示す如く、挟圧リング16を使用して係合連結しておくようにすることも可能である。すなわち、図2に示すものでは、ベローズ4の先端部4dに環状の舌部4gを形成し、この舌部4gを回転密封環5の基端面に突設した環状突起5dと挟圧リング16とで径方向に挟圧することにより、ベローズ4と回転密封環とを連結してある。なお、図2に示すベローズ形メカニカルシールは、ベローズ4と回転密封環との連結構造を除いて、図1に示すベローズ形メカニカルシールと同一構成をなすものである。また、挟圧リング16はPTFEを主成分とする複合樹脂材であって、炭素繊維を充填したPTFEによって構成してある。ところで、図2に示すベローズ形メカニカルシールにおいては、被密封流体が気体である場合、ベローズ4と回転密封環5とを如何に強固に連結したとしてもその連結部分から被密封流体の微少漏れを阻止することができないため、気体をシールするものとしては好ましくない。この点、図1に示すベローズ形メカニカルシールでは、ベローズ4と回転密封環5とが一体的に連結されていることから、被密封流体が液体,気体の何れである場合にも、このような問題を生じず、良好なシール機能を発揮できる。   Note that the shaft seal device of the present invention is not limited to the above-described example, and can be appropriately improved and changed without departing from the basic principle of the present invention. For example, the bellows 4 and the rotary seal ring 5 may be molded separately and then adhesively connected with an adhesive, or may be engaged and connected using a pinching ring 16 as shown in FIG. It is also possible to keep it. That is, in the one shown in FIG. 2, an annular tongue 4 g is formed at the distal end 4 d of the bellows 4, and the annular protrusion 5 d that projects from the base end face of the rotary seal ring 5 and the clamping ring 16. The bellows 4 and the rotary seal ring are connected by pinching in the radial direction. The bellows-type mechanical seal shown in FIG. 2 has the same configuration as the bellows-type mechanical seal shown in FIG. 1 except for the connection structure between the bellows 4 and the rotary seal ring. The pinching ring 16 is a composite resin material containing PTFE as a main component and is made of PTFE filled with carbon fibers. By the way, in the bellows type mechanical seal shown in FIG. 2, when the fluid to be sealed is a gas, no matter how firmly the bellows 4 and the rotary seal ring 5 are connected, the leakage of the fluid to be sealed from the connecting portion is prevented. Since it cannot prevent, it is not preferable as what seals gas. In this respect, in the bellows type mechanical seal shown in FIG. 1, the bellows 4 and the rotary seal ring 5 are integrally connected. Therefore, even when the fluid to be sealed is liquid or gas, A good sealing function can be exhibited without causing any problems.

1 シールケース
2 静止密封環
2a 静止密封環の密封端面
3 回転軸
4 ベローズ
4a ベローズの基端部(固定部)
4b ベローズの中間部(伸縮部)
4d ベローズの先端部(連結部)
5 回転密封環
5a 回転密封環の密封端面
6 スプリングリテーナ
7 スプリング部材
A 被密封流体領域(機内領域)
B 非密封流体領域(機外領域)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Seal case 2 Stationary sealing ring 2a Sealing end surface of stationary sealing ring 3 Rotating shaft 4 Bellows 4a Base end part (fixed part) of bellows
4b Middle part of bellows (expandable part)
4d Bellows tip (connecting part)
5 Rotating Seal Ring 5a Sealing End Face of Rotating Seal Ring 6 Spring Retainer 7 Spring Member A Sealed Fluid Area (In-machine Area)
B Non-sealed fluid area (external area)

Claims (3)

シールケースに固定されたセラミックス製の静止密封環と、基端部を回転軸に嵌合固定した軸線方向伸縮可能なPTFE製のベローズと、ベローズの先端部に連結されて静止密封環に対向する、耐蝕性及び静止密封環との摺動特性に優れた硬質樹脂材で構成された回転密封環と、ベローズの先端部及び回転密封環に相対回転不能且つ静止密封環方向への相対変位不能に係合されたスプリングリテーナと、スプリングリテーナを静止密封環方向に押圧附勢すべくベローズの外周側領域に配設されたスプリング部材とを具備して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域である被密封流体領域とその外周側領域である非密封流体領域とをシールするように構成されたベローズ形メカニカルシールであって、スプリングリテーナを熱膨張係数がベローズと同等又は近似する樹脂材で構成してあることを特徴とする耐蝕性ベローズ形メカニカルシール。   A ceramic stationary seal ring fixed to the seal case, an axially expandable PTFE bellows whose base end is fitted and fixed to the rotary shaft, and a stationary seal ring connected to the tip of the bellows. Rotating seal ring made of hard resin material with excellent corrosion resistance and sliding characteristics with stationary seal ring, and relative rotation in the stationary seal ring direction and non-rotatable relative to the tip of the bellows and the rotary seal ring An engagement spring retainer, and a spring member disposed in an outer peripheral region of the bellows for pressing and urging the spring retainer in the direction of the stationary seal ring. Bellows type mechanical structure configured to seal the sealed fluid region, which is the inner peripheral region of the relative rotational sliding contact portion, and the non-sealed fluid region, which is the outer peripheral region, by the rotational sliding contact action. A Lumpur, corrosion resistance bellows type mechanical seal, characterized in that have configured spring retainer with a resin material having a thermal expansion coefficient bellows equal or approximate. 回転密封環がPTFEを主成分とする複合樹脂材で構成されていることを特徴とする、請求項1に記載する耐蝕性ベローズ形メカニカルシール。   The corrosion-resistant bellows-type mechanical seal according to claim 1, wherein the rotary seal ring is made of a composite resin material mainly composed of PTFE. スプリングリテーナがPTFEを主成分とする複合樹脂材で構成されていることを特徴する、請求項1又は請求項2に記載する耐蝕性ベローズ形メカニカルシール。   The corrosion-resistant bellows-type mechanical seal according to claim 1 or 2, wherein the spring retainer is composed of a composite resin material mainly composed of PTFE.
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