JP2018044593A - ダブルメカニカルシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の外径が大きい場合でも、それぞれの回転密封環をそれぞれの静止密封環に対して押し付けることが容易であり、シール性に優れたダブルメカニカルシール装置を提供すること。【解決手段】中間室７０に位置する回転軸２の外周には、回転軸２と共に回転すると共に軸方向にも共に移動する中間リング８０が配置してある。中間リング８０には、周方向に沿って複数の軸方向に貫通するスプリング用貫通孔８２が形成してある。スプリング用貫通孔８２には、スプリング８６が軸方向に沿って装着してあり、それぞれのスプリング８６の一端が、第１回転密封環３１を第１静止密封環４１に向けて押圧するように構成してあり、それぞれのスプリング８６の他端が、第２回転密封環５１を第２静止密封環６１に向けて押圧するように構成してある。【選択図】図２

Description

本発明は、回転密封環と静止密封環との対を２つ有するダブルメカニカルシール装置に関する。

ダブルメカニカルシール装置としては、たとえば下記に示す特許文献１または特許文献２に示すものが知られている。これらの文献の公報に示すダブルメカニカルシール装置では、回転軸の外周に、単一のスプリングを配置してある。単一のスプリングの一端は、一方の回転密封環を一方の静止密封環に押し付け、スプリングの他端は、他方の回転密封環を他方の静止密封環に押し付けている。

しかしながら、これらの従来のダブルメカニカルシール装置では、比較的に小さい外径の回転軸のための密封を目的として工夫されており、回転軸の外径が大きい場合には、スプリングの外径を大きくする必要があり、スプリングの製造が困難になると共に、その取付も困難になる。また、スプリングが流体圧力などで外側に広がるなどの課題もある。

実開昭６２−２８６３号公報 実開平３−９８３６８号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、回転軸の外径が大きい場合でも、それぞれの回転密封環をそれぞれの静止密封環に対して押し付けることが容易であり、シール性に優れたダブルメカニカルシール装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るダブルメカニカルシール装置は、
機内に対して近位側に配置される第１シール部と、遠位側に配置される第２シール部と、
前記第１シール部と前記第２シール部との間に形成される中間室と、を有するダブルメカニカルシール装置であって、
前記第１シール部は、
回転軸と共に回転するが軸方向には移動自在に配置してある第１回転密封環と、
前記第１回転密封環の第１回転摺動面に対して摺動可能な第１静止摺動面を持ち、ハウジングに支持されて回転しない第１静止密封環と、を有し、
前記第２シール部は、
前記回転軸と共に回転するが前記軸方向には移動自在に配置してある第２回転密封環と、
前記第２回転密封環の第２回転摺動面に対して摺動可能な第２静止摺動面を持ち、前記ハウジングに支持されて回転しない第２静止密封環と、を有し、
前記中間室に位置する前記回転軸の外周には、前記回転軸と共に回転すると共に軸方向にも共に移動する中間リングが配置してあり、
前記中間リングには、周方向に沿って複数の軸方向に貫通するスプリング用貫通孔が形成してあり、
それぞれの前記スプリング用貫通孔には、スプリングが軸方向に沿って装着してあり、
それぞれの前記スプリングの一端が、前記第１回転密封環を前記第１静止密封環に向けて押圧するように構成してあり、それぞれの前記スプリングの他端が、前記第２回転密封環を前記第２静止密封環に向けて押圧するように構成してある。

本発明に係るダブルメカニカルシール装置は、複数の軸方向に貫通するスプリング用貫通孔が形成してある中間リングを有する。中間リングに形成してある複数のスプリング用貫通孔には、それぞれスプリングが装着され、それぞれのスプリングの弾性力が、第１回転密封環と第２回転密封環とを軸方向に引き離す方向に力が作用する。その結果、第１回転密封環は第１静止密封環に押し付けられ、第２回転密封環は第２静止密封環に押し付けられ、それらの間の密封性能が向上する。

本発明のダブルメカニカルシール装置では、回転軸の外径が大きい場合には、中間リングの内径および外径を大きくし、中間リングの周方向に断続的に形成するスプリング用貫通孔の数を増やせば良く、スプリング自体の外径を大きくする必要はない。そのため、スプリングの製造が容易であると共に、標準サイズのスプリングを準備するのみで良く、その取付も容易である。また、各スプリングは、スプリング用貫通孔の内部に挿入されて使用されるため、スプリングが流体圧力などで外側に広がることもない。

また、本発明のダブルメカニカルシール装置では、長期間の運転により回転軸の軸移動が生じても、一対の回転密封環は回転軸に対して軸方向に相対移動するため、スプリングの取付長さが変化しない。そのため、スプリングの弾性力による一対の回転密封環への押圧力が変化しにくく、密封性能を長期間一定に保持しやすい。また、第１シール部および第２シール部が、双方共にメカニカルシールで構成してあるために、高圧力差にも対応が可能であり、しかも密封性と耐久性に優れており、長期間のメンテナンスフリーに対応することが容易である。したがって、本発明に係るダブルメカニカルシール装置は、舶用推進器など水中機器のためのシール装置として効果的に用いることができる。

好ましくは、前記回転軸の外周には、スリーブが前記回転軸と共に回転すると共に前記軸方向に沿って共に移動するように固定してあり、
前記スリーブの外周に前記中間リングが固定してあり、
前記スプリングの一端が第１加圧リングの背面に接触してあり、前記第１加圧リングの前面には、前記第１回転密封環の背面が当接し、前記スプリングの弾性力が、前記第１加圧リングを介して前記第１回転密封環に伝わり、前記第１静止密封環に向けて前記第１回転密封環を前記軸方向に沿って押すように構成してあり、
前記スプリングの他端が第２加圧リングの背面に接触してあり、前記第２加圧リングの前面には、前記第２回転密封環の背面が当接し、前記スプリングの弾性力が、前記第２加圧リングを介して前記第２回転密封環に伝わり、前記第２静止密封環に向けて前記第２回転密封環を前記軸方向に沿って押すように構成してある。

このように構成することで、各スプリングの弾性力が、第１回転密封環および第２回転密封環を軸方向に引き離すように良好に作用し、第１回転密封環は第１静止密封環に押し付けられ、第２回転密封環は第２静止密封環に押し付けられ、それらの間の密封性能が向上する。

好ましくは、前記スリーブの外周で、前記中間リングの一端から前記軸方向に沿って第１所定距離で離れて、前記第１加圧リングおよび前記第１回転密封環が前記スリーブに対して軸方向移動自在に配置してあり、
前記スリーブの外周で、前記中間リングの他端から前記軸方向に沿って第２所定距離で離れて、前記第２加圧リングおよび前記第２回転密封環が前記スリーブに対して軸方向移動自在に配置してある。

このように構成することで、長期間の運転により回転軸が軸方向にズレて、第１所定距離または第２所定距離の範囲内で中間リングが回転軸と共に軸方向に移動しても、第１回転密封環または第２回転密封環に中間リングが衝突することはない。また、中間リングが回転軸と共に軸方向にズレたとしても、各スプリングは、中間リングのスプリング用貫通孔に挿入してあるのみであるために、スプリングの軸方向取付長さは変化しない。そのため、スプリングの弾性力による一対の回転密封環への押圧力が変化しにくく、密封性能を長期間一定に保持しやすい。

好ましくは、前記第１回転密封環の内径と、前記第２回転密封環の内径とが、略同一であり、
前記第１回転密封環が軸方向に移動自在に装着される位置に対応する前記スリーブの外径と、前記第２回転密封環が軸方向に移動自在に装着される位置に対応する前記スリーブの外径とが、略同一である。

このように構成することで、中間室内の流体に基づく第１回転密封環および第２回転密封環に作用する圧力作用径が略同一となり、両者に作用するスラスト力が相殺され、スラスト力のアンバランスを防止することができる。

好ましくは、前記第２回転密封環と前記スリーブの外周面との間の段差状凹部には、シール部材が前記軸方向に沿って移動自在に装着してある。

このように構成することで、中間室の圧力がケーシングの外部の圧力よりも高い場合でも、その逆でも、第２回転密封環を第２静止密封環に押し付けることが可能になり、第２シール部の密封性を良好に維持することができる。特に、ケーシング外部が海水などの液体で満たされる環境下の場合に、海水の圧力が中間室の内部圧力よりも高い場合でも、第２シール部の密封性が維持され、海水が中間室の内部に流れ込むことを効果的に防止することができる。海水の圧力が中間室の内部圧力よりも高い場合とは、たとえば中間室内に油を供給する油供給ユニットが停止した場合などである。

好ましくは、前記ハウジングには、前記第１静止密封環の内周側に位置する第１筒状凸部が配置してあると共に、前記第２静止密封環の内周側に位置する第２筒状凸部が配置してあり、
前記第１筒状凸部の外径と、前記第２筒状凸部の外径とが、略同一であり、
前記第１静止密封環の内径と、前記第２静止密封環の内径とが、略同一である。

このように構成することで、第１静止密封環および第２静止密封環に作用する圧力作用径が略同一となり、両者に作用するスラスト力が相殺され、スラスト力のアンバランスを防止することができる。

好ましくは、前記第１静止密封環と前記第１筒状凸部との間には、単一のＯリングが介在してあり、前記第１筒状凸部の外周で前記第１静止密封環をフロート式に保持してあり、
前記第２静止密封環と前記第２筒状凸部との間には、単一のＯリングが介在してあり、前記第２筒状凸部の外周で前記第２静止密封環をフロート式に保持している。

このように構成することで、第１静止密封環および第２静止密封環は、Ｏリングを回動中心として傾くことが可能になり、回転軸が多少傾いたとしても、第１シール部および第２シール部の密封性能が低下することはない。このような観点からは、第１回転密封環および第２回転密封環に関しても、それらの内周側に、それぞれ単一のＯリングが装着してあり、それらをフロート式に保持してあることが好ましい。

好ましくは、前記ハウジングは、カートリッジ式に、機器のケーシングに取り付けられ、
前記第１シール部の内周側に、前記ケーシング内部の流体が位置し、前記第２シール部の内周側に、前記ケーシング外部の流体が位置するように、前記ハウジングに前記第１静止密封環と前記第２静止密封環が取り付けてある。

このようにカートリッジ式に構成することで、機器のケーシングなどへの取付やメンテナンスが容易になる。また、第１シール部の内周側に、ケーシング内部の流体が位置し、第２シール部の内周側に、ケーシング外部の流体が位置するため、第１シール部の圧力作用径と、第２シール部の圧力作用径とを略同一に構成することが容易である。

図１は本発明の一実施形態に係るダブルメカニカルシール装置の概略半断面図である。 図２は図１に示すダブルメカニカルシール装置の要部拡大断面図である。 図３は図１に示すダブルメカニカルシール装置の図２とは異なる断面を示す要部拡大断面図である。 図４は図２および図３に示す中間リングの分解斜視図である。 図５は図２および図３に示す第２シール部の拡大断面図である。 図６は中間室の内部圧力よりも海水圧力が高い場合における第２シール部の拡大断面図である。 図７は図２に示す回転軸が軸方向にズレた場合の要部拡大断面図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
本発明の一実施形態のダブルメカニカルシール装置について、図１を参照して説明する。図１は、そのダブルメカニカルシール装置１０の構成を示す半断面図である。

ダブルメカニカルシール装置１０は、回転軸（シャフト）２が貫通しているケーシング３の軸孔部３ａに機外ＯＳ側から装着されるカートリッジ形式のシール装置である。ケーシング３は、たとえば舶用推進器などの水中機器のケーシングの一部として用いられる。

ダブルメカニカルシール装置１０は、このような舶用推進器などの用途に対応したシール装置である。ケーシング３の機内ＩＳ側に位置する回転軸２の外周には、原動機や発電機のロータなどが固定してあってもよい。回転軸２のハウジング３と反対側には、推進用のスクリューや水流を受けて回転するインペラのハブ１２が固定してある。ハブ１２は、回転軸２の外周面に焼嵌めなどの手段で嵌合してある。

ダブルメカニカルシール装置１０は、ケーシング３の軸方向の端面３ｂに取り付けられたカートリッジ式のハウジング８の内部に装着してある。ハウジング８は、カバープレート６とシールケース７とを有する。なお、図１においては、ダブルメカニカルシール装置１０の左側が機内ＩＳ側であり、ケーシング８の外側が機外ＯＳ側である。

ケーシング３の端面３ｂには、カバープレート６が取り付けられ、カバープレート６の外側（ハブ１２側）には、シールケース７が取り付けられる。それぞれハウジングの一部を構成するカバープレート６およびシールケース７は、ケーシング３の端面３ｂからハブ１２に向けて、この順序でボルト５ａ，５ｂにより端面３ｂに固定してある。

ケーシング３の端面３ｂに取り付けられるカバープレート６の取付面には、Ｏリング溝が形成してあり、Ｏリング溝には、Ｏリング４が装着され、端面３ｂとカバープレート６との間をシールしている。本実施形態では、シールカバー６とシールケース７との間には、Ｏリング９が取り付けられて、これらの間の隙間を密封している。

本実施形態では、ハウジング８の内部には中間室７０が形成され、この中間室７０の内部に、ダブルメカニカルシール装置１０が配置される。ダブルメカニカルシール装置１０は、回転軸２の軸方向に沿って機内ＩＳ側（近位側）に配置される第１シール部３０と、ハブ１２側（遠位側）に配置される第２シール部５０と、これらの間に位置する中間リング８０とを有する。これらの第１シール部３０と、中間リング８０と、第２シール部５０とが、回転軸２の軸方向に沿って、ハウジング８の内部に配置される。

中間室７０は、ハウジング８の内部（内周側）で、第１シール部３０と中間リング７０と第２シール部５０との外周を囲むように形成され、メカニカルシール３０および５０が適切に機能している状態では、機外ＯＳ側の空間に対して密封されると共に、機内ＩＳ側の空間とも密封される。

ケーシング３の内部（軸孔部３ａと回転軸２との間の隙間）は、原動機や発電機などの環境を維持するように大気圧に設定してあり、第１シール部３０により中間室７０と機内ＩＳとの間を密封している。第２シール部５０は、機外ＯＳに存在する海水などが中間室７０の内部に入り込むことを抑制している。本実施形態では、シールカバー６には、中間室７０に通じる油供給口７２が形成してあり、そこから、中間室７０の内部に、油が供給される。なお、油排出口の図示は省略している。

ハウジング８の内周側では、回転軸２の外周に、スリーブ２０がスリーブカラー１４などにより固定され、回転軸２と共に、その軸芯回りに回転可能になっている。スリーブ２０は、比較的に厚肉のスリーブ本体２１と、そのスリーブ本体２１の端部から機内ＩＳに向けて一体的に延びる比較的に薄肉の第１延長筒部２６ａと、スリーブ本体２１の他端からハブ１２に向けて一体的に延びる比較的に薄肉の第２延長筒部２６ａとを有する。

第２延長筒部２６ｂのハブ１２側の端部外周面には、機内ＩＳ側に向けて外径が小さくなるテーパ面２２と、その軸方向両側に位置するＯリング溝とが形成してある。Ｏリング溝には、それぞれＯリング２４が装着してあり、スリーブカラー１４とスリーブ２０の延長筒部２６ｂとの間を密封している。

スリーブカラー１４は、ボルト１６などでハブ１２に固定してある。スリーブカラー１４には、少なくとも１つ、好ましくは複数のボルト１８が、その先端がテーパ面２２に略垂直に圧接するように、傾斜して取り付けてある。ボルト１８の先端がスリーブ２０のテーパ面２２に圧接することで、スリーブ２０には、回転軸２の外周に嵌合する力と、回転軸２の軸方向に沿って機内ＩＳ側と反対方向に向ける力とが作用する。その結果、機外ＯＳに位置する海水の圧力に基づきスリーブ２０に発生する機内ＩＳに向けてのスラスト力に抵抗することができる。

スリーブ２０のスリーブ本体２１は、ハウジング８の中間室７０の内部に位置するように、回転軸２に位置決めして取り付けられる。スリーブ本体２１の内周面には、たとえば軸方向に沿って複数位置でＯリング溝が形成してあり、各Ｏリング溝にＯリング２５が装着されることで、スリーブ２０と回転軸２との間の隙間を密封している。

スリーブ本体２１の第１外周面２１ａと第２外周面２１ｂとの間には、第１外周面２１ａおよび第２外周面２１ｂよりも外径が大きい大径部２３が径方向に突出して形成してある。第１外周面２１ａの外径と、第２外周面２１ｂの外径とは、略同一である。

大径部２３と第１外周面２１ａとの間の段差部に中間リング８０の反機内ＩＳ側（機内ＩＳと逆側）の内端が係合するように、第１外周面２１ａには、中間リング８０が固定してある。中間リング８０は、たとえば図３に示すように、ボルト８１などを用いてスリーブ２０に対して固定してあり、回転軸２およびスリーブ２０と共に回転し、これらと共に軸方向に移動するようになっている。

図２に示すように、第１シール部３０は、第１回転密封環３１と第１静止密封環４１とを有する。同様に、第２シール部５０は、第２回転密封環５１と第２静止密封環６１とを有する。これらの密封環３１，４１，５１，６１の材質は、特に限定されないが、シリコンカーバイト、カーボン、セラミック等が例示され、好ましくはシリコンカーバイトである。これらの密封環３１，４１，５１，６１の材質は、全て同じであってもよいが異なっていてもよい。特に、海水に接する密封環５１および６１の材質をシリコンカーバイトで構成することにより、海水中の固形分や海洋生物を摺動面間に噛み込んでも、摺動面の損耗が少ない。

本実施形態では、第１回転密封環３１と第２回転密封環５１とが略同一形状であり、第１静止密封環４１と第２静止密封環６１とが略同一形状であり、しかも、回転密封環３１，５１と静止密封環４１，６１との形状も類似している。このため、これらの密封環３１，４１，５１，６１の製造時に、素材成形用型の共用が可能になると共に、焼結時の収縮量を同じにすることができ、これらの製造が容易であり低コスト化も図れる。

まず、第１シール部３０について説明する。前述したように、第１シール部３０は、第１回転密封環３１と第１静止密封環４１とを少なくとも有する。第１回転密封環３１と第１静止密封環４１とは、回転軸２の外周位置で、回転軸２の軸方向に向き合っている対向端面をそれぞれ有する。第１回転密封環３１の対向面には、その内周側位置で軸方向に突出する第１回転摺動面３１ａが形成してある。第１回転摺動面３１ａに対応して、第１静止密封環４１の対向面には、軸方向に突出する第１静止摺動面４１ａが形成してある。

本実施形態では、比較的に径方向の幅が広い第１静止摺動面４１ａに対して、比較的に径方向の幅が狭い第１回転摺動面３１ａが摺動するように構成してあるが、逆でもよい。

第１回転密封環３１の内周面には、第１回転摺動面３１ａとは軸方向に逆の位置で段差状凹部３６が形成してあり、そこに、シール部材としてのＯリング３２が装着してあり、第１回転密封環３１の内周面とスリーブ２０の第１外周面２１ａとの間の隙間を密封している。段差状凹部３６が形成されていない位置での第１回転密封環３１の内周面の内径Ｒ１ａは、第１外周面２１ａの外径よりも僅かに大きく、その隙間をＯリング３２が密封している。

段差状凹部３６は、中間室７０に対して開口しており、Ｏリング３２は、中間室７０に導入される油などの流体の圧力により、段差状凹部３６の内部で、第１静止密封環４１の方向に押し付けられる。段差状凹部３６の軸方向幅は、Ｏリング３２の線径の１．５倍以上、好ましくは２倍以上程度であるが、第１回転密封環３１の軸方向の幅よりは狭い。

第１静止密封環４１の内周面には、第１静止摺動面４１ａとは軸方向に逆の位置で段差状凹部４６が形成してあり、そこに、シール部材としてのＯリング４２が装着してあり、第２静止密封環４１の内周面とシールカバー６の第１筒状凸部６ａの外周面との間の隙間を密封している。段差状凹部４６が形成されていない位置での第１静止密封環４１の内周面の内径Ｒ１ｂは、第１筒状凸部６ａの外周面の外径よりも僅かに大きく、その隙間をＯリング４２が密封している。

第１筒状凸部６ａは、ハウジング８を構成するシールカバー６の内周面に、中間室７０の中央に向けて軸方向に突出して形成してある。図７に示すように、第１筒状凸部６ａの軸方向の先端部は、スリーブ本体２１との間で、軸方向に沿って第１所定隙間Ｃ１が保たれるようになっている。

図２に示すように、段差状凹部４６は、中間室７０に対して開口しており、Ｏリング４２と中間室７０の第１軸方向端面６ｂとの間には、アダプタ４８が装着してある。アダプタ４８の軸方向一端は、段差状凹部４６の内部に入り込み、Ｏリング４２に当接し、その軸方向他端は、第１軸方向端面６ｂに当接している。アダプタ４８を、Ｏリング４２と第１軸方向端面６ｂとの間に配置することで、第１静止密封環４１の反摺動面側端面と第１軸方向端面６ｂとの間に所定の軸方向隙間を形成することができる。

Ｏリング３２，４２は、たとえばニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、ＶＭＱなどの材料で構成され、アダプタ４８は、たとえばステンレス鋼、ニッケル合金などの金属材料で構成される。なお、段差状凹部４６の軸方向幅は、Ｏリング３２の線径の１．１〜１．５倍程度であるが、第１静止密封環４１の軸方向の幅よりは狭い。

第１軸方向端面６ｂが形成してあるリング状の軸方向凹部は、シールカバー６の内周側で、第１筒状凸部６ａの外周側に形成してあり、シールケース７の内周部に形成してある中間室７０に連通するようになっている。第１軸方向端面６ｂには、その端面６ｂから軸方向に突出するように、複数のノックピン４３が周方向に沿って所定間隔で固定してある。

これらのノックピン４３は、第１静止密封環４１の外周側に周方向に沿って複数の軸方向に貫通する係合孔４４にそれぞれ挿入され、第１静止密封環４１がシールカバー６に対して相対的に回転することを防止している。ただし、ノックピン４３は係合孔４４に挿入してあるのみであるため、第１静止密封環４１は、シールカバー６に対して軸方向に沿って移動することは許容されている。

第１回転密封環３１における第１摺動面３１ａと軸方向に反対側の端面には、第１加圧リング４０の前面４０ａが内周側で接触している。第１加圧リング４０の前面で、外周側には、複数のノックピン３３が周方向に沿って所定間隔で、第１回転密封環３１に向けて軸方向に突出するように固定してある。これらのノックピン３３は、第１回転密封環３１の外周側に周方向に沿って複数の軸方向に貫通する係合孔３４にそれぞれ挿入され、第１回転密封環３１が第１加圧リング４０に対して相対的に回転することを防止している。ただし、ノックピン３３は係合孔３４に挿入してあるのみであるため、第１回転密封環３１は、第１加圧リング４０に対して軸方向に沿って移動することは許容されている。

次に、第２シール部５０について説明する。前述したように、第２シール部５０は、第２回転密封環５１と第２静止密封環６１とを少なくとも有する。第２回転密封環５１と第２静止密封環６１とは、回転軸２の外周位置で、回転軸２の軸方向に向き合っている対向端面をそれぞれ有する。第２回転密封環５１の対向面には、その内周側位置で軸方向に突出する第２回転摺動面５１ａが形成してある。第２回転摺動面５１ａに対応して、第２静止密封環６１の対向面には、軸方向に突出する第２静止摺動面６１ａが形成してある。

本実施形態では、比較的に径方向の幅が広い第２静止摺動面６１ａに対して、比較的に径方向の幅が狭い第２回転摺動面５１ａが摺動するように構成してあるが、逆でもよい。

第２回転密封環５１の内周面には、第２回転摺動面５１ａとは軸方向に逆の位置で段差状凹部５６が形成してあり、そこに、シール部材としてのＯリング５２が装着してあり、第２回転密封環５１の内周面とスリーブ２０の第２外周面２１ｂとの間の隙間を密封している。段差状凹部５６が形成されていない位置での第２回転密封環５１の内周面の内径Ｒ２ａは、第２外周面２１ｂの外径よりも僅かに大きく、その隙間をＯリング５２が密封している。

段差状凹部５６は、中間室７０に対して開口しており、Ｏリング５２は、通常運転状態で中間室７０に導入される油などの流体の圧力により、段差状凹部５６の内部で、第２静止密封環５１の方向に押し付けられる。段差状凹部５６の軸方向幅は、Ｏリング５２の線径の１．５倍以上、好ましくは２倍以上程度であるが、第２回転密封環５１の軸方向の幅よりは狭い。

第２静止密封環６１の内周面には、第２静止摺動面６１ａとは軸方向に逆の位置で段差状凹部６６が形成してあり、そこに、シール部材としてのＯリング６２が装着してあり、第２静止密封環６１の内周面とシールケース７の第２筒状凸部７ａの外周面との間の隙間を密封している。段差状凹部６６が形成されていない位置での第２静止密封環６１の内周面の内径Ｒ２ｂは、第２筒状凸部７ａの外周面の外径よりも僅かに大きく、その隙間をＯリング６２が密封している。

第２筒状凸部７ａは、ハウジング８を構成するシールケース７の内周面に、中間室７０の中央に向けて軸方向に突出して形成してある。図７に示すように、第２筒状凸部７ａの軸方向の先端部は、スリーブ本体２１との間で、軸方向に沿って第２所定隙間Ｃ２が保たれるようになっている。

図２に示すように、段差状凹部６６は、中間室７０に対して開口しており、Ｏリング６２と中間室７０の第７軸方向端面７ｂとの間には、アダプタ６８が装着してある。アダプタ６８の軸方向一端は、段差状凹部６６の内部に入り込み、Ｏリング６２に当接し、その軸方向他端は、第２軸方向端面７ｂに当接している。アダプタ６８を、Ｏリング６２と第２軸方向端面６ｂとの間に配置することで、第２静止密封環６１の反摺動面側端面と第２軸方向端面７ｂとの間に所定の軸方向隙間を形成することができる。

Ｏリング５２，６２は、たとえばＯリング３２，４２と同様な材質により製造されるが、必ずしも同一である必要はない。また、アダプタ６８は、たとえばアダプタ４８と同様な材質により製造されるが、必ずしも同一である必要はない。なお、段差状凹部６６の軸方向幅は、Ｏリング６２の線径の１．１〜１．５倍程度であるが、第２静止密封環６１の軸方向の幅よりは狭い。

第２軸方向端面７ｂが形成してあるリング状の軸方向凹部は、シールケース７の内周側で、第２筒状凸部７ａの外周側に形成してあり、シールケース７の内周部に形成してある中間室７０に連通するようになっている。第２軸方向端面７ｂには、その端面７ｂから軸方向に突出するように、複数のノックピン６３が周方向に沿って所定間隔で固定してある。

これらのノックピン６３は、第２静止密封環６１の外周側に周方向に沿って複数の軸方向に貫通する係合孔６４にそれぞれ挿入され、第１静止密封環６１がシールケース７に対して相対的に回転することを防止している。ただし、ノックピン６３は係合孔６４に挿入してあるのみであるため、第２静止密封環６１は、シールケース７に対して軸方向に沿って移動することは許容されている。

第２回転密封環５１における第２摺動面５１ａと軸方向に反対側の端面には、第２加圧リング６０の前面６０ａが内周側で接触している。第２加圧リング６０の前面で、外周側には、複数のノックピン５３が周方向に沿って所定間隔で、第２回転密封環５１に向けて軸方向に突出するように固定してある。

これらのノックピン５３は、第２回転密封環５１の外周側に周方向に沿って複数の軸方向に貫通する係合孔５４にそれぞれ挿入され、第２回転密封環５１が第２加圧リング６０に対して相対的に回転することを防止している。ただし、ノックピン５３は係合孔５４に挿入してあるのみであるため、第２回転密封環５１は、第２加圧リング６０に対して軸方向に沿って移動することは許容されている。

第２加圧リング６０は、第１加圧リング４０に対応する部品であり、略同一な形状を有するが、スリーブ２０の大径部２３の外径に合わせて、第１加圧リング４０の内径よりも大きくなっている。これらの加圧リング４０および６０の材質は、同じであることが好ましいが、異なっていても良く、たとえばステンレス鋼、ニッケル合金などの金属で構成してある。

次に、中間リング８０について説明する。図４に示すように、中間リング８０は、円周方向に沿って所定間隔で複数のスプリング用貫通孔８２を有する。スプリング用貫通孔８２は、中間リング８０を軸方向に貫通している。各スプリング用貫通孔８２には、それぞれコイル状のスプリング８６が、貫通孔８２から軸方向に両端が飛び出すように挿入される。

取付前の各スプリング８６の軸方向の自由長さは、図７に示すように、中間リング８０の軸方向厚みＬ０に第１所定距離Ｌ１と第２所定距離Ｌ２とを足した取付長さＬ３よりも大きい。図２に示すように、スプリング８６の取付状態では、スプリング８６には圧縮力が加わり、スプリング８６の一端が第１加圧リング４０の背面４０ｂを第１回転密封環３１に向けて押し、スプリング８６の他端が第２加圧リング６０の背面６０ｂを第２回転密封環５１に向けて押すようになっている。

なお、スプリング８６の一端は、第１加圧リング４０の背面４０ｂに圧接していれば良く、必ずしも固定されていなくても良い。同様に、スプリング８６の他端は、第２加圧リング６０の背面６０ｂに圧接していれば良く、必ずしも固定されていなくても良い。

図４に示すように、中間リング８０には、円周方向に所定間隔で配置されるスプリング用貫通孔８２の間に、別の一対の駆動孔８４，８５が円周方向に所定間隔で配置される。一方の駆動孔８４には、それぞれ第１加圧リング４０の背面４０ｂに円周方向に沿って所定間隔で取付固定してある駆動用ボルト８８の頭部が挿入されて嵌合してある。他方の駆動孔８５には、それぞれ第２加圧リング６０の背面６０ｂに円周方向に沿って所定間隔で取付固定してある駆動用ボルト８９の頭部が挿入されて嵌合してある。

第１加圧リング４０には、中間リング８０の駆動孔８５に対応する位置で、それぞれ操作孔８５ａが形成してあり、第２加圧リング６０には、中間リング８０の駆動孔８４に対応する位置で、それぞれ操作孔８４ａが形成してある。操作孔８５ａは、その操作孔８５ａを通して、駆動孔８５に挿入してある駆動用ボルト８９の脱着を操作するための孔であり、操作孔８４ａは、その操作孔８４ａを通して、駆動孔８４に挿入してある駆動用ボルト８８の脱着を操作するための孔である。

図３に示すように、中間リング８０は、ボルト８１などを用いてスリーブ２０に対して固定してあり、回転軸２およびスリーブ２０と共に回転し、これらと共に軸方向に移動するようになっている。中間リング８０の駆動孔８４および８５には、それぞれ、駆動用ボルト８８および８９が挿入して係合してある。このため、中間リング８０が回転軸２およびスリーブ２０と共に回転すると、その回転力は、駆動ボルト８８，８９を介して、第１加圧リング４０および第２加圧リング６０に伝達する。したがって、第１加圧リング４０および第２加圧リング６０も回転軸２と共に回転する。

図２に示すように、第１加圧リング４０のノックピン３３は、第１回転密封環３１の係合孔３４に係合してある。また、第２加圧リング６０のノックピン５３は、第２回転密封環５１の係合孔６４に係合してある。また、これらの加圧リング４０および６０は、スプリング８６の弾性力（圧縮力）で、それぞれ第１回転密封環３１および第２回転密封環５１を軸方向に引き離す方向に押圧している。これらの第１回転密封環３１および第２回転密封環５１の軸方向の外側には、それぞれ第１静止密封環４１および第２静止密封環６１が位置している。

したがって、第１加圧リング４０および第２加圧リング６０が、それぞれ第１回転密封環３１および第２回転密封環５１と共に、これらを軸方向に引き離す方向に押圧しながら回転する。その結果、第１回転密封環３１は第１静止密封環４１に押し付けられ、第２回転密封環５１は第２静止密封環６１に押し付けられ、それらの間の密封性能が向上する。

本実施形態のダブルメカニカルシール装置１０では、回転軸２の外径が大きい場合には、中間リング８０の内径および外径を大きくし、中間リング８０の円周方向に断続的に形成するスプリング用貫通孔８２の数を増やせば良く、スプリング８６自体の外径を大きくする必要はない。そのため、スプリング８６の製造が容易であると共に、標準サイズのスプリング８６を準備するのみで良く、その取付も容易である。また、各スプリング８６は、スプリング用貫通孔８２の内部に挿入されて使用されるため、スプリング８６が流体圧力などで外側に広がることもない。本実施形態のダブルメカニカルシール装置１０は、回転軸２の外径が、５００〜１０００ｍｍ、あるいはそれ以上だとしても対応が可能である。

また、本実施形態のダブルメカニカルシール装置１０では、長期間の運転により回転軸２の軸移動が生じても、一対の回転密封環３１および５１は回転軸２に対して軸方向に移動するため、図７に示すスプリング８６の取付長さＬ３が変化しない。そのため、スプリング８６の弾性力による一対の回転密封環３１および５１への押圧力が変化しにくく、密封性能を長期間一定に保持しやすい。

また、第１シール部３０および第２シール部５０が、双方共にメカニカルシールで構成してあるために、高圧力差にも対応が可能であり、しかも密封性と耐久性に優れており、長期間（たとえば１０年程度）のメンテナンスフリーに対応することが容易である。したがって、本実施形態に係るダブルメカニカルシール装置１０は、舶用推進器などの水中機器のためのシール装置として効果的に用いることができる。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、スプリング８６の一端が第１加圧リング４０の背面４０ｂに接触してあり、第１加圧リング４０の前面４０ａには、第１回転密封環３０の背面が当接する。そのため、スプリング８６の弾性力が、第１加圧リング４０を介して第１回転密封環３１に伝わり、第１静止密封環４１に向けて第１回転密封環３１を軸方向に沿って押す。スプリング８６の他端は、第２加圧リング６０の背面６０ｂに接触してあり、第２加圧リング６０の前面６０ａには、第２回転密封環５１の背面が当接する。そのため、スプリング８６の弾性力が、第２加圧リング６０を介して第２回転密封環５１に伝わり、第２静止密封環６１に向けて第２回転密封環５１を軸方向に沿って押す。

このように構成することで、各スプリング８６の弾性力が、第１回転密封環３１および第２回転密封環５１を軸方向に引き離すように良好に作用し、第１回転密封環３１は第１静止密封環４１に押し付けられ、第２回転密封環５１は第２静止密封環６１に押し付けられ、それらの間の密封性能が向上する。

また本実施形態では、図７に示すように、スリーブ２０の外周で、中間リング８０の一端から軸方向に沿って第１所定距離Ｌ１で離れて、第１加圧リング４０および第１回転密封環３１がスリーブ２０に対して軸方向移動自在に配置してある。同様に、スリーブ２０の外周で、中間リング８０の他端から軸方向に沿って第２所定距離Ｌ２で離れて、第２加圧リング６０および第２回転密封環５１がスリーブ２０に対して軸方向移動自在に配置してある。これらの所定距離Ｌ１およびＬ２は、それぞれ、たとえば０〜１５ｍｍ、好ましくは数ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で変化することができる。ただし、取付長さＬ３は変化しないことから、これらの所定距離Ｌ１およびＬ２のいずれか一方が大きくなれば、いずれか他方が小さくなる関係にある。

さらに、第１筒状凸部６ａの軸方向の先端部は、スリーブ本体２１との間で、軸方向に沿って第１所定隙間Ｃ１が保たれるようになっている。また、第２筒状凸部７ａの軸方向の先端部は、スリーブ本体２１との間で、軸方向に沿って第２所定隙間Ｃ２が保たれるようになっている。これらの所定隙間Ｃ１，Ｃ２は、それぞれ、たとえば０〜１２ｍｍ、好ましくは数ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で変化することができる。ただし、第１筒状凸部６ａの先端と第２筒状凸部７ａの先端との間の軸方向距離Ｃ３は変化しないと共に、スリーブ本体２１の軸方向長さも変化しないことから、これらの所定隙間Ｃ１およびＣ２のいずれか一方が大きくなれば、いずれか他方が小さくなる関係にある。

このように構成することで、長期間の運転により回転軸２およびスリーブ２０が軸方向にズレて、第１所定距離Ｌ１または第２所定距離Ｌ２の範囲内で中間リング８０が回転軸２と共に軸方向に移動しても、第１回転密封環３１または第２回転密封環５１に中間リング８０が衝突することはない。また、中間リング８０が回転軸２と共に軸方向にズレたとしても、各スプリング８６は、中間リング８０のスプリング用貫通孔８２に挿入してあるのみであるために、スプリング８６の軸方向取付長さＬ３は変化しない。そのため、スプリング８６の弾性力による一対の回転密封環３１，５１への押圧力が変化しにくく、密封性能を長期間一定に保持しやすい。

また、スリーブ２０のスリーブ本体２１に関しても、第１所定隙間Ｃ１および第２所定隙間Ｃ２があることから、中間リング８０と共にスリーブ２０が軸方向に移動しても、スリーブ本体２１が第１筒状凸部６ａまたは第２筒状凸部７ａに衝突することはない。

さらにまた、本実施形態では、図２に示すように、第１回転密封環３１の内径Ｒ１ａと、第２回転密封環４１の内径Ｒ２ａとが、略同一である。また、第１回転密封環３１が軸方向に移動自在に装着される位置に対応するスリーブ２０の第１外周面２１ａ外径と、第２回転密封環５１が軸方向に移動自在に装着される位置に対応するスリーブ２０の第２外周面２１ｂの外径とが、略同一である。

このように構成することで、中間室７０内の流体に基づく第１回転密封環３１および第２回転密封環５１に作用する圧力作用径が略同一となり、両者に作用するスラスト力が相殺され、スラスト力のアンバランスを防止することができる。

また本実施形態では、第２回転密封環５１とスリーブ２０の外周面との間の段差状凹部５６には、Ｏリング５２が軸方向に沿って移動自在に装着してある。このように構成することで、中間室７０の圧力がケーシング８の外部の機外側ＯＳの海水圧力よりも高い場合でも、その逆でも、第２回転密封環５１を第２静止密封環６１に押し付けることが可能になり、第２シール部５０の密封性を維持することができる。

図５に示すように、たとえば中間室７０内に油を供給する油供給ユニットが正常である場合には、機外ＯＳに位置する海水の圧力よりも、中間室７０の内部圧力を０．１〜０．２ＭＰａ程度に高くすることができる。その場合には、中間室７０の内部圧力が、段差状凹部５６に作用して、Ｏリング５２を、段差状凹部５６の内部で第２回転摺動面５１ａの方向に移動させる。その結果、中間室７０の内部圧力により、第２回転密封環５１を第２静止密封環６１に対して押し付ける。

また、図６に示すように、たとえば中間室内に油を供給する油供給ユニットが停止した場合などのように、機外ＯＳに位置する海水の圧力が中間室７０の内部圧力よりも高い場合がある。このような場合には、第２所定隙間Ｃ２を通過する海水は、第２回転密封環５１の内周面とスリーブ２０の第２外周面２１ｂとの間の隙間を通り、段差状凹部５６に導かれる。その結果、Ｏリング５２を、段差状凹部５６の内部で第２回転摺動面５１ａから離れる方向に移動させる。その結果、段差状凹部５６に導入された海水の圧力により、第２回転密封環５１を第２静止密封環６１に対して押し付ける。

このように、いずれの場合でも、第２回転密封環５１を第２静止密封環６１に押し付けることが可能になり、第２シール部５０の密封性を維持することができる。

さらにまた、図２に示すように、本実施形態では、第１筒状凸部６ａの外径と、第２筒状凸部７ａの外径とが、略同一であり、第１静止密封環４１の内径Ｒ１ｂと、第２静止密封環６１の内径Ｒ２ｂとが、略同一である。このように構成することで、第１静止密封環４１および第２静止密封環６１に作用する圧力作用径が略同一となり、両者に作用するスラスト力が相殺され、スラスト力のアンバランスを防止することができる。さらに本実施形態では、内径Ｒ１ａおよびＲ２ａは、内径Ｒ１ｂおよびＲ２ｂとも略同一であり、この点からも、スラスト力のアンバランスを防止することができる。

また本実施形態では、第１静止密封環４１と第１筒状凸部６ａとの間には、単一のＯリング４２が介在してあり、第１筒状凸部６ａの外周で第１静止密封環４１をフロート式に保持してある。また第２静止密封環６１と第２筒状凸部７ａとの間にも、単一のＯリング６２が介在してあり、第２筒状凸部７ａの外周で第２静止密封環６１をフロート式に保持している。

このように構成することで、第１静止密封環４１および第２静止密封環６１は、Ｏリング４２，６２を回動中心としてそれぞれ傾くことが可能になり、回転軸２が多少傾いたり偏心したりしても、第１シール部３０および第２シール部５０の密封性能が低下することはない。このような観点から、第１回転密封環３１および第２回転密封環５１に関しても、それらの内周側に、それぞれ単一のＯリング３２，５２が装着してあり、それらをフロート式に保持してある。

また本実施形態では、図１に示すように、ハウジング８は、シールカバー６とシールケース７とから成り、カートリッジ式に、機器のケーシング３に取り付けられる。また、第１シール部３０の内周側に、ケーシング３内部の空気が位置し、第２シール部５０の内周側に、ケーシング８外部の海水が位置するように、ハウジング８の内部に第１静止密封環４１と第２静止密封環６１が取り付けてある。

このようにカートリッジ式に構成することで、機器のケーシング３などへのダブルメカニカルシール装置１０の取付やメンテナンスが容易になる。また、第１シール部３０の内周側に、ケーシング８内部の空気が位置し、第２シール部５０の内周側に、ケーシング８外部の海水が位置するため、第１シール部３０の圧力作用径と、第２シール部５０の圧力作用径とを略同一に構成することが容易である。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。たとえば、機外ＯＳに存在する流体としては、海水に限らず、その他の液体や気体であっても良い。機内ＩＳに存在する流体としては、空気に限らず、その他のガスであっても良い。また、上述した実施形態では、機内ＩＳの圧力が機外ＯＳに比較して低い場合に用いられるダブルメカニカルシール装置について説明したが、その逆であっても良い。

２…回転軸（シャフト）
３…ケーシング
３ａ…軸孔部
３ｂ…端面
４…Ｏリング
５ａ，５ｂ…ボルト
６…カバープレート（ハウジングの一部）
６ａ…第１筒状凸部
６ｂ…第１軸方向端面
７…シールケース（ハウジングの一部）
７ａ…第２筒状凸部
７ｂ…第２軸方向端面
８…ハウジング
９…Ｏリング
１０…ダブルメカニカルシール装置
１２…ハブ
１４…スリーブカラー
１６，１８…ボルト
２０…スリーブ
２１…スリーブ本体
２１ａ…第１外周面
２１ｂ…第２外周面
２２…テーパ面
２３…大径部
２４，２５…Ｏリング
２６ａ，２６ｂ…延長筒部
３０…第１シール部
３１…第１回転密封環
３１ａ…第１回転摺動面
３２…Ｏリング
３３…ノックピン
３４…係合孔
３６…段差状凹部
４０…第１加圧リング
４０ａ…前面
４０ｂ…背面
４１…第１静止密封環
４１ａ…第１静止摺動面
４２…Ｏリング
４３…ノックピン
４４…係合孔
４６…段差状凹部
４８…アダプタ
５０…第２シール部
５１…第２回転密封環
５１ａ…第２回転摺動面
５２…Ｏリング
５３…ノックピン
５４…係合孔
５６…段差状凹部
６０…第２加圧リング
６０ａ…前面
６０ｂ…背面
６１…第２静止密封環
６１ａ…第２静止摺動面
６２…Ｏリング
６３…ノックピン
６４…係合孔
６６…段差状凹部
６８…アダプタ
７０… 中間室
７２…油供給口
８０…中間リング
８１…ボルト
８２…スプリング用貫通孔
８４，８５…駆動孔
８４ａ，８５ａ…操作孔
８６…スプリング
８８…駆動用ボルト
８９…駆動用ボルト
ＩＳ… 機内側
ＯＳ… 機外側

Claims (8)

1. 機内に対して近位側に配置される第１シール部と、遠位側に配置される第２シール部と、
   前記第１シール部と前記第２シール部との間に形成される中間室と、を有するダブルメカニカルシール装置であって、
   前記第１シール部は、
   回転軸と共に回転するが軸方向には移動自在に配置してある第１回転密封環と、
   前記第１回転密封環の第１回転摺動面に対して摺動可能な第１静止摺動面を持ち、ハウジングに支持されて回転しない第１静止密封環と、を有し、
   前記第２シール部は、
   前記回転軸と共に回転するが前記軸方向には移動自在に配置してある第２回転密封環と、
   前記第２回転密封環の第２回転摺動面に対して摺動可能な第２静止摺動面を持ち、前記ハウジングに支持されて回転しない第２静止密封環と、を有し、
   前記中間室に位置する前記回転軸の外周には、前記回転軸と共に回転すると共に軸方向にも共に移動する中間リングが配置してあり、
   前記中間リングには、周方向に沿って複数の軸方向に貫通するスプリング用貫通孔が形成してあり、
   それぞれの前記スプリング用貫通孔には、スプリングが軸方向に沿って装着してあり、
   それぞれの前記スプリングの一端が、前記第１回転密封環を前記第１静止密封環に向けて押圧するように構成してあり、それぞれの前記スプリングの他端が、前記第２回転密封環を前記第２静止密封環に向けて押圧するように構成してあるダブルメカニカルシール装置。
2. 前記回転軸の外周には、スリーブが前記回転軸と共に回転すると共に前記軸方向に沿って共に移動するように固定してあり、
   前記スリーブの外周に前記中間リングが固定してあり、
   前記スプリングの一端が第１加圧リングの背面に接触してあり、前記第１加圧リングの前面には、前記第１回転密封環の背面が当接し、前記スプリングの弾性力が、前記第１加圧リングを介して前記第１回転密封環に伝わり、前記第１静止密封環に向けて前記第１回転密封環を前記軸方向に沿って押すように構成してあり、
   前記スプリングの他端が第２加圧リングの背面に接触してあり、前記第２加圧リングの前面には、前記第２回転密封環の背面が当接し、前記スプリングの弾性力が、前記第２加圧リングを介して前記第２回転密封環に伝わり、前記第２静止密封環に向けて前記第２回転密封環を前記軸方向に沿って押すように構成してある請求項１に記載のダブルメカニカルシール装置。
3. 前記スリーブの外周で、前記中間リングの一端から前記軸方向に沿って第１所定距離で離れて、前記第１加圧リングおよび前記第１回転密封環が前記スリーブに対して軸方向移動自在に配置してあり、
   前記スリーブの外周で、前記中間リングの他端から前記軸方向に沿って第２所定距離で離れて、前記第２加圧リングおよび前記第２回転密封環が前記スリーブに対して軸方向移動自在に配置してある請求項２に記載のダブルメカニカルシール装置。
4. 前記第１回転密封環の内径と、前記第２回転密封環の内径とが、略同一であり、
   前記第１回転密封環が軸方向に移動自在に装着される位置に対応する前記スリーブの外径と、前記第２回転密封環が軸方向に移動自在に装着される位置に対応する前記スリーブの外径とが、略同一である請求項２または３に記載のダブルメカニカルシール装置。
5. 前記第２回転密封環と前記スリーブの外周面との間の段差状凹部には、シール部材が前記軸方向に沿って移動自在に装着してある請求項２〜４のいずれかに記載のダブルメカニカルシール装置。
6. 前記ハウジングには、前記第１静止密封環の内周側に位置する第１筒状凸部が配置してあると共に、前記第２静止密封環の内周側に位置する第２筒状凸部が配置してあり、
   前記第１筒状凸部の外径と、前記第２筒状凸部の外径とが、略同一であり、
   前記第１静止密封環の内径と、前記第２静止密封環の内径とが、略同一である請求項１〜５のいずれかに記載のダブルメカニカルシール装置。
7. 前記第１静止密封環と前記第１筒状凸部との間には、単一のＯリングが介在してあり、前記第１筒状凸部の外周で前記第１静止密封環をフロート式に保持してあり、
   前記第２静止密封環と前記第２筒状凸部との間には、単一のＯリングが介在してあり、前記第２筒状凸部の外周で前記第２静止密封環をフロート式に保持している請求項６に記載のダブルメカニカルシール装置。
8. 前記ハウジングは、カートリッジ式に、機器のケーシングに取り付けられ、
   前記第１シール部の内周側に、前記ケーシング内部の流体が位置し、前記第２シール部の内周側に、前記ケーシング外部の流体が位置するように、前記ハウジングに前記第１静止密封環と前記第２静止密封環が取り付けてある請求項１〜７のいずれかに記載のダブルメカニカルシール装置。

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