JP2012102784A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

【課題】めっき槽内に金属片が存在するような悪使用条件下であっても、金属片の突き刺さりに起因するベローズの損傷が防止され、早期漏れの不都合が回避されて十分な耐久性を持つメカニカルシールを提供する。
【解決手段】回転軸１のめっき槽からの延出軸部１Ａに外嵌されて一体回転する回転密封輪５と、軸心Ｐ方向移動可能、かつ、回転不能にめっき槽側壁２に支持される静止密封輪６と、静止密封輪６を回転密封輪５に押付けてシール部Ｓを形成させる弾性機構７とを備え、弾性機構７が、延出軸部１Ａを囲繞して静止密封輪６と側壁２とに亘って架設される弾性材製ベローズ７を有して構成されるメカニカルシールにおいて、ベローズ７の蛇腹部７Ｃの内部空間である環状膨出部７Ｖに対して径内側から蓋をすべく、ベローズ７の先端部７Ｂに液密に支持され、かつ、基端部７Ａの内周面ｉに軸心Ｐ方向移動可能に摺接される筒状のアダプタ９を装備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、スラッジやスラリーが大量に含まれる液体の輸送に使用されるポンプ、例えばめっき槽内に装備されるシンクロールの軸、または、河川の砂利採取用ポンプや泥土圧送装置などの土木機械の回転軸（以下、「回転軸」と記す）を軸封するためのメカニカルシールに関するものである。

シンクロールは、圧延鋼板等の長尺状金属板を連続的にめっき処理するために、めっき槽内にて長尺状金属板を巻回して反転移動させるための回転体であり、例えば、特許文献１において開示されるものが知られている。特許文献１においては、その図３に示されるように、アルミニウムを主成分とするめっき浴（２）中に鋼板（１）を連続的に浸漬して表面にめっき層を形成するためのめっき槽内に、上方から下降移動されてくる鋼板（１）をシンクロールに巻付けて反転させ、上方移動させて行く構造が示されている。

シンクロールの軸、即ちシンクロール軸に対するメカニカルシールは、構成要素がめっき液に浸されないこと、施工のし易さ、良好なメンテナンス性により、通常、めっき槽の側壁を貫通して延出されるシンクロール軸の延出部に装備されており、特許文献２や特許部件３において開示されている。そして、そのメカニカルシールは、特許文献３において示されるように、めっき槽の側壁に支持されることとなる静止密封輪を軸心方向に押圧付勢する手段として、めっき液に浸されることの影響がでないように、ゴム等の弾性材によるベローズが用いられる。

即ち、従来のシンクロール用のメカニカルシールは、特許文献３の図１に示されるように、シンクロール軸（１）におけるめっき槽側壁（１２）から外部に出た延出軸部を囲繞する状態で、静止密封輪（３）と側壁（１２）とに亘って架設される弾性材製のベローズ（符記無）を設けている。ベローズ（符記無し）は、側壁（１２）に刺さり込む基端部と、静止密封輪（３）を内嵌保持する先端部と、１段の蛇腹部とを有し、静止密封輪（３）を回転密封輪（４）に押付ける弾性機構として機能するものに構成されている。

このような構造のメカニカルシールにおいては、めっき液（２）は、シンクロール軸（１）とベローズ（符記無し）との間の空間部に普通に入り込むこととなる。それ故、静止密封輪（３）の支持機能及び軸心方向で回転密封輪（４）に押付けてシール部を生じさせる押圧付勢機能とを有するベローズ（符記無し）を弾性材製として、めっき液（２）の影響を受けない構成とされている。ところが、めっき処理の種類や仕様によっては早期にメカニカルシールから漏れが発生するというトラブルの生じることが知見されてきた。

もともと、横軸であるシンクロール軸にベローズを有する上記メカニカルシールを適用してある場合、袋状となる蛇腹部の内部に塵埃やゴミが入って溜り易い傾向にある。そこで、早期漏れの不具合を確認したところ、ベローズに亀裂が入り、そこから液漏れが生じていたことが判明した。ベローズ内部における亀裂箇所周辺には刃物で切ったような傷が無数にできており、多くの金属片が突き刺さったりしている状況も確認された。また、河川の砂利採集用機器のポンプにおいても同様の構造を持つメカニカルシールの採用が試みられたが、鋭利な角部を備える石やガラス片などでベローズが傷付けられる状況や、泥土がベローズ内に侵入してベローズが弾性を失うという問題があり、採用はできなかった。

つまり、ベローズ内部に入り込んだ金属片が蛇腹部の下部に溜り、それによる刺さりが繰り返し行われるとともに、軸振れや軸移動に追従するベローズの動きにより刺さり傷が徐々に拡大して亀裂が生じ、漏れに発展したものであると推測できる。めっき槽内に金属片が存在することが問題ではあるが、使用状況によってはそのような不都合状況も十分ありうるので、そのことに対処できるようにすることがメカニカルシールに求められる。

特開２００８−１３７９９号公報 特開平６−８１１８０号公報 実開平４−１０６３５２号公報

本発明の目的は、弾性材製ベローズを用いて静止密封輪を押圧付勢させる構造を採るメカニカルシールのさらなる構造工夫により、めっき槽内に金属片が存在するような悪使用条件下であっても、金属片の突き刺さりに起因するベローズの損傷が防止され、早期漏れの不都合が回避されて十分な耐久性を持てるようにする点にある。

請求項１に係る発明は、機械の回転軸における機外へ延ばされた延出軸部１Ａに外嵌されて一体回転する回転密封輪５と、前記回転軸１の軸心Ｐ方向移動が可能で、かつ、前記軸心Ｐに関する回転が不能に前記機械の固定部２に支持される静止密封輪６と、前記軸心Ｐ方向において前記静止密封輪６を前記回転密封輪５に押付けてシール部Ｓを形成させる弾性機構７とを備え、前記弾性機構７が、前記延出軸部１Ａを囲繞する状態で前記静止密封輪６と前記固定部２とに亘って架設される弾性材製のベローズを有して構成されているメカニカルシールにおいて、
前記ベローズ７におけるその蛇腹部７Ｃより前記固定部側となる基端部７Ａと、前記静止密封輪側となる先端部７Ｂのうちの何れか一方に液密に支持され、かつ、何れか他方の内周面ｉに前記軸心Ｐ方向で相対移動可能に摺接される筒状のアダプタ９が装備されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のメカニカルシールにおいて、前記静止密封輪６が前記先端部７Ｂに直接に内嵌支持されるとともに、前記アダプタ９が前記静止密封輪６に対する嵌合支持部９ａを有する状態で前記先端部７Ｂに支持されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のメカニカルシールにおいて、前記先端部７Ｂに、前記静止密封輪６の前記軸心Ｐ方向で前記固定部２側となる端面６ａを溝側壁とする周溝ｍを構成するための周状切欠き７ｋが形成されるとともに、前記周溝ｍに嵌り込む外周フランジ９ａが前記アダプタ９に設けられていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のメカニカルシールにおいて、前記アダプタ９における軸心Ｐ方向の一端部に径外側に突出する凸条リング部９ｂが形成され、前記凸条リング部９ｂの外周が前記何れか他方の内周面ｉに前記軸心Ｐ方向で相対移動可能に摺接する構造として、前記ベローズ７の内周面ｉと前記アダプタ９との径方向間に筒状狭小空間ｒが形成されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載のメカニカルシールにおいて、前記アダプタ９がフッ素樹脂製であることを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載のメカニカルシールにおいて、前記アダプタ９がステンレス鋼製であることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて述べるが、シール対象流体、例えばめっき液に混入している金属片、ゴミ等の異物がベローズ内部である環状膨出部に及ばないようになるとともに、機械装置などの回転軸の振れや移動に追従して問題なくベローズが動くことができる。その結果、弾性材製ベローズを用いて静止密封輪を押圧付勢させる構造を採るメカニカルシールのさらなる構造工夫により、シール対象流体にスラッジやガラス片、金属片などが存在するような悪使用条件下であっても、金属片の突き刺さりといったシール対象流体に含まれる異物に起因するベローズの損傷が防止され、早期漏れの不都合が回避されて十分な耐久性が発揮されるように改善することができる。

請求項２の発明によれば、アダプタがベローズの先端部だけでなく、それよりも硬い構成要素である静止密封輪にも嵌合支持される構造となり、よりしっかりと精度良くアダプタを支持でき、請求項１の発明による前記効果が強化される利点がある。

請求項３の発明によれば、ベローズにおける静止密封輪を嵌合支持させる構成の有効利用により、構造簡単にしながらアダプタを軸心方向に動かないように確実にベローズの静止密封輪側端部にホールドさせることができ、前記いずれかの効果をより安定的に発揮させることができる利点がある。

請求項４の発明によれば、もし異物がベローズ内周面とアダプタとの摺接部を越えて侵入することがあったとしても、それら異物をベローズ内周面とアダプタとの径方向間に形成される筒状狭小空間に溜め、環状膨出部にまでは及ばないようにすることが可能になる。その結果、前記いずれかの効果がより一層強化される利点がある。

請求項５の発明によれば、アダプタをフッ素樹脂製とすれば、耐温度性や耐薬品性に優れており、めっき液などのシール対象流体に浸されての使用条件下においても十分な耐久性が発揮されるメカニカルシールを提供することができる。また、請求項６のように、アダプタを耐食性などに優れるステンレス鋼製とすることも好ましい。

本願発明に係るメカニカルシールを示す全体図 図１のメカニカルシールの要部を示す拡大断面図

以下に、本発明によるメカニカルシールの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

〔実施例１〕
実施例１に係るメカニカルシールＭは、図１，２に示すように、回転密封輪５、静止密封輪６、ベローズ７等を有し、めっき槽（機械の一例）Ｔの側壁（固定部の一例）２の外側にボルト止めによって液密に取り付けられた装着壁３と、回転軸（シンクロール軸）１とに跨るように構成されている。回転軸１の側壁２から外部に延ばされた延出軸部１Ａに、合成樹脂（例：クロロスルホン化ポリエチレン）製のリテーナ４が締付バンド１１を用いて外嵌係止され、そのリテーナ４の側壁側端に回転密封輪５が内嵌支持されている。

軸心Ｐを有する回転軸１の延出軸部１Ａに嵌装される状態の回転密封輪５は、例としてＳｉｃ製で延出軸部１Ａと一体回転する。１２は、回転密封輪５をリテーナ４に固定させるための締付バンドであり、８はリテーナ４を補強するための金属製バックアップリング板である。静止密封輪６の材質の例としてはセラミックが挙げられる。また、２１はリテーナ４の延出軸部１Ａへの係止状態を補強するストッパーリングであり、ｅはシール対象流体の一例としてのめっき液である。

ベローズ７は、装着壁３に係止固定される固定部側の端部である基端部７Ａ、静止密封輪６を内嵌保持する静止密封輪側となる先端部７Ｂ、及びそれら基端部７Ａと先端部７Ｂとを繋ぐ一段の蛇腹部７Ｃとを有して構成される弾性材（例：クロロスルホン化ポリエチレン）製の蛇腹筒である。ベローズ７の他の材料としては、ＮＢＲ、フッ素ゴム、ＥＰＤＭなどのゴム材が可能である。このベローズ７は、静止密封輪６を軸心Ｐ方向で回転密封輪５に押圧付勢して接触型のシール部Ｓを形成させる弾性機構を兼ねている。蛇腹部７Ｃの内側は、ベローズ７の内部空間（ベローズ７と延出軸部１Ａとの間の空間部）における蛇腹形状に伴う径外側に膨出する環状膨出部７Ｖとなっている。

装着壁３における回転軸１の挿通孔３ａの径外側には、軸心Ｐ方向で先拡がり状の側周溝１０が形成されており、ベローズ７の先窄まり状断面を持つ基端部７Ａが側周溝１０に側方から差し込まれている。そして、ベローズ７の基端部７Ａと蛇腹部７Ｃとの境目の凹周溝１３に嵌り込み外装される例えばステンレス鋼板製の環状板１４を、軸心Pに関する周上に配置されて装着壁３に螺装される複数のボルト・ナット２５で装着壁３側に押付けることにより、基端部７Ａの先端部を側周溝１０に押付けてこれら両者７Ａ，３を液密に接合させてある。なお、本実施例においては、装着壁３は側壁２の一部（つまりは固定部）であるとみなして良い。

先端部７Ｂの内周面には静止密封輪６が内嵌装着（直接に内嵌支持）されており、外周面には締付バンド１５が装備されている。先端部７Ｂと蛇腹部７Ｃとの境目には、環状補強板１７が嵌り込み外装される凹周溝１６が形成されている。例えばステンレス鋼板製の環状補強板１７の外周側に螺着される複数のボルト１８にはコイルスプリング１９が嵌装されており、環状補強板１７と環状板１４とを互いに軸心Ｐ方向で離反する方向に弾性付勢する外装弾性機構２０を構成している。

この外装弾性機構２０は、ベローズ７によって静止密封輪６を回転密封輪５に押圧付勢する機能、即ちシール部Ｓを生じさせる機能を強化している。例えば、静止密封輪６をより強く押す補強用として、また、ベローズ７が劣化しても十分な弾性付勢力、即ちシール部Ｓの機能を維持させて必要十分なシール性能を発揮させる補助用として設定することができる。環状板１４および環状補強板１７のその他の材料としては、機内液（めっき液）が漏れたときのことを考慮すれば、ステンレス鋼板と同等以上の耐食性を有するものが望ましく、また両板１４，１７は互いに同一材料であるのが妥当である。

外装弾性機構２０を持たない構造では、ベローズ７は、静止密封輪６と装着壁３との間からめっき液ｅを外部に漏らさない液漏れ防止機能と、静止密封輪６を回転密封輪５に押付ける押圧付勢機能との二つの役割を持つことが要求される。これに対して、外装弾性機構２０を持つ構造では、ベローズ７は前記液漏れ防止機能を、そして外装弾性機構２０は前記押圧付勢機能を、という具合に機能分担させることが可能である。従って、ベローズ７の劣化を遅らせて耐久性を高められるとか、劣化したとしても前記押圧付勢機能は維持されてシール部Ｓの良好なシール性を発揮し続けさせることができる、という効果が得られる。なお、コイルスプリング１９の材料としてシリコンマンガン鋼、クロムバナジウム鋼、クロムモリブデン鋼、ステンレス鋼であるが、その他でも良い。

そして、図１，図２に示すように、環状膨出部７Ｖに対して径内側から蓋をすべく、ベローズ７における蛇腹部7Ｃの静止密封輪側となる先端部（「基端部と先端部のうちの何れか一方」の一例）７Ｂに液密に支持され、かつ、ベローズ７における蛇腹部7Ｃの固定部側となる基端部（「基端部と先端部のうちの何れか他方」の一例）７Ａの内周面２２（ｉ）に軸心Ｐ方向で相対移動可能に摺接される筒状のアダプタ９が装備されている。アダプタ９は、例えばグラスファイバー入りのＰＴＦＥ（フッ素樹脂）またはステンレス鋼で作成され、静止密封輪６に内嵌される嵌合支持部９ｃと、後述する周溝ｍに嵌合支持される外周フランジ９ａと、凸条リング部９ｂと、本体筒部９ｄとを有して延出軸部１Ａに遊外嵌状態で装備されている。

先端部７Ｂに、静止密封輪６の軸心Ｐ方向で側壁２側となる端面６ａを溝側壁とする周溝ｍを構成するための周状の切欠き７ｋが形成されており、その周溝ｍに外周フランジ９ａが嵌り込んでいる。そして、アダプタ９における側壁２側端部（「軸心Ｐ方向の一端部」の一例）に径外側に突出する凸条リング部９ｂが形成され、凸条リング部９ｂの外周が基端部７Ａの内周面２２（内周面ｉ）に軸心Ｐ方向で相対移動可能に摺接する構造として、先端部７Ｂの内周面２３（ベローズ７の内周面ｉ）とアダプタ９との径方向間に奥止り状の筒状狭小空間ｒが形成されている。

つまり、本発明においては、ベローズ７の内部空間における蛇腹形状に伴う径外側に膨出する環状膨出部７Ｖに対して径内側から蓋をすべく、前記ベローズ７における前記固定部側となる基端部７Ａと前記静止密封輪側となる先端部７Ｂのうちの何れか一方に液密に支持され、かつ、何れか他方の内周面ｉに前記軸心Ｐ方向で相対移動可能に摺接される筒状のアダプタ９が装備されているのである。

このような構成により、ベローズ７の先端部７Ｂに液密支持されるアダプタ９の凸条リング部９ｂと、基端部７Ａの内周面２２との摺接によって接触型シール部２４が形成されている。従って、めっき槽Ｔ内のめっき液ｅがベローズ７部位に及んでいても、めっき液ｅに混入している金属片、ゴミ、泥土、砂利等の異物は接触型シール部２４でシールされ、蛇腹部７Ｃの内部空間である環状膨出部７Ｖにまでは及ばないようになる。しかも、接触型シール部２４であるから、アダプタ９を設けても、回転軸１の振れや移動に追従して問題なくベローズ７が動くことができる。また、アダプタ９をフッ素樹脂製とすれば、耐温度性や耐薬品性に優れており、めっき液に浸されての使用条件下においても十分な耐久性が発揮される。

また、図２に示すように、ベローズ７の内周面ｉとアダプタ９との径方向間に筒状狭小空間ｒが形成されているから、もし異物が接触型シール部２４を越えて侵入することがあったとしても、それらを筒状狭小空間ｒに溜めて、環状膨出部７Ｖにまでは及ばないようにすることが可能になる。その結果、金属片が環状膨出部７Ｖの下部に溜まってベローズ７を内部から突き刺し、亀裂や割れ、或いはそれらによって早期に漏れが生じるという不都合が回避され、所期通りの十分な耐久性のあるメカニカルシールＭが実現できる。

ベローズ７における静止密封輪６を内嵌支持する内周面、リテーナ４における回転密封輪５を内嵌支持する大内周面及び回転軸１に外嵌される小内周面の三箇所には、それぞれ複数で、かつ、軸心P方向で均等間隔毎に複数の周溝７ａ，４ａ，４ｂが形成されている。これら周溝７ａ、大周溝４ａ、小周溝４ｂの存在、並びに、それら隣合う周溝７ａ，４ａ，４ｂどうしに軸心Ｐ方向の適宜な間隙を設けて接触面積をある程度確保することとにより、嵌合相手物との接触面圧を無理なく高めることができ、単純な嵌合構造に比べて保持力を高めることが可能となる効果がある。なお、この周溝７ａ，４ａ，４ｂによる効果（接面圧増によるシール性の向上）は、ストッパーリング２１にも適用されている。

〔別実施例〕
アダプタ９は、図１，２に示される状態とは軸心Ｐ方向で逆向きとされる等により、基端部７Ａに支持され、かつ、凸条リング部９ｂの外周が先端部７Ｂの内周面２３に摺接される構造としても良い。蛇腹部７ｃは、環状膨出部７Ｖが複数存在する２以上折り返される構造のものでも良い。本発明は、補助弾性機構２０を持たない構造のメカニカルシールＭにも適用可能である。

１ 回転軸
１Ａ 延出軸部
２ 固定部
５ 回転密封輪
６ 静止密封輪
６ａ 端面
７ 弾性機構、ベローズ
７Ａ 基端部
７Ｂ 先端部
７Ｃ 蛇腹部
７ｋ 周状切欠き
９ アダプタ
９ａ 外周フランジ
９ｂ 凸条リング部
９ｃ 嵌合支持部
Ｐ 軸心
Ｓ シール部
ｉ 内周面
ｍ 周溝
ｒ 筒状狭小空間

Claims (6)

1. 機械の回転軸における機外へ延ばされた延出軸部に外嵌されて一体回転する回転密封輪と、前記回転軸の軸心方向移動が可能で、かつ、前記軸心に関する回転が不能に前記機械の固定部に支持される静止密封輪と、前記軸心方向において前記静止密封輪を前記回転密封輪に押付けてシール部を形成させる弾性機構とを備え、前記弾性機構が、前記延出軸部を囲繞する状態で前記静止密封輪と前記固定部とに亘って架設される弾性材製のベローズを有して構成されているメカニカルシールであって、
   前記ベローズにおけるその蛇腹部より前記固定部側となる基端部と、前記静止密封輪側となる先端部のうちの何れか一方に液密に支持され、かつ、何れか他方の内周面に前記軸心方向で相対移動可能に摺接される筒状のアダプタが装備されているメカニカルシール。
2. 前記静止密封輪が前記先端部に直接に内嵌支持されるとともに、前記アダプタが前記静止密封輪に対する嵌合支持部を有する状態で前記先端部に支持されている請求項１に記載のメカニカルシール。
3. 前記先端部に、前記静止密封輪の前記軸心方向で前記固定部側となる端面を溝側壁とする周溝を構成するための周状切欠きが形成されるとともに、前記周溝に嵌り込む外周フランジが前記アダプタに設けられている請求項２に記載のメカニカルシール。
4. 前記アダプタにおける軸心方向の一端部に径外側に突出する凸条リング部が形成され、前記凸条リング部の外周が前記何れか他方の内周面に前記軸心方向で相対移動可能に摺接する構造として、前記ベローズの内周面と前記アダプタとの径方向間に筒状狭小空間が形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載のメカニカルシール。
5. 前記アダプタがフッ素樹脂製である請求項１〜４の何れか一項に記載のメカニカルシール。
6. 前記アダプタがステンレス鋼製である請求項１〜４の何れか一項に記載のメカニカルシール。

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