JP2020190310A - メカニカルシール用回り止めピン - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗や破損の発生を抑制して耐久性の高いメカニカルシール用の回り止めピンを提供する。【解決手段】回転密封環と、静止密封環６とが相対摺動するメカニカルシールに用いられ、回転密封環を回転側要素に対し回り止めし、若しくは静止密封環６を静止側要素に対し回り止めするメカニカルシール用回り止めピンであって、回り止めピン７は、回転側要素若しくは固定側要素に固定に設けられる固定部２７と、回転密封環若しくは静止密封環６の摺動面の背面６ａに形成された凹部６ｂ内に嵌入される円柱状の嵌入部１７とを備え、凹部６ｂの内面に接する嵌入部１７の外面に、周方向に沿って螺旋状に延びる螺旋溝部１７ａが設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転軸を軸封するメカニカルシールに適用される回り止めピンに関する。

メカニカルシールは、流体機器のハウジングと該ハウジングを貫通するように配置される回転軸との間に装着して使用されるものであり、ハウジング等により構成される静止側要素に固定される静止密封環の摺動面と、回転軸等の回転側要素とともに回転する回転密封環の摺動面とを周方向に摺接させて、被密封流体の漏れを防ぐものである。

このようなメカニカルシールにあっては、回転軸に固定されるカラー等の回転側要素に軸方向に突設されたドライブピン（回り止めピン）が回転密封環の背面に形成される凹部に嵌合することで、この回転密封環は回転側要素に対し回り止めされ、回転軸とともに回転する構造となっている。同様にハウジング等の静止側要素に突設されたノックピン（回り止めピン）が静止密封環の背面の凹部に嵌合することで、この静止密封環は静止側要素に対し回り止めされ、静止状態を維持する構造となっている。すなわちこれらの回り止めピンは、摺動面を介し互いに摺動する密封環同士の摺動トルクを受けて、密封環の供回りを規制するように機能している（例えば、特許文献１）。

特開２０１７−２０７１４７号公報（第２頁、第１図）

しかしながら、このようなメカニカルシールに適用される回り止めピンにあっては、密封環同士の回転摺動により、密封環の背面側の凹部内面と回り止めピン外面との当接箇所に発生する振動等を原因として摩耗や破損が生じ易く、回り止めピンの耐久性に乏しかった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、摩耗や破損の発生を抑制して耐久性の高いメカニカルシール用の回り止めピンを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシール用回り止めピンは、
回転軸に取り付けられる回転側要素とともに周方向に回転する回転密封環と、静止側要素に固定される静止密封環とが相対摺動するメカニカルシールに用いられ、前記回転密封環を前記回転側要素に対し回り止めし、若しくは前記静止密封環を前記静止側要素に対し回り止めする回り止めピンであって、
前記回り止めピンは、前記回転側要素若しくは前記固定側要素に固定に設けられる固定部と、前記回転密封環若しくは前記静止密封環の摺動面の背面に形成された凹部内に嵌入される円柱状の嵌入部とを備え、前記凹部の内面に接する前記嵌入部の外面に、周方向に沿って螺旋状に延びる螺旋溝部が設けられており、
前記螺旋溝部は、前記嵌入部の周方向に１周以上旋回し、前記嵌入部の軸方向の両端にかけて連続して延設され、該螺旋溝部の端部は、前記嵌入部の軸方向の先端に向け開放されており、
更に前記螺旋溝部は、断面視で矩形状に形成され、前記嵌入部の周方向に同一ピッチ、同一幅、及び同一深さで旋回している。
これによれば、密封環の凹部内に嵌入した回り止めピンの嵌入部の螺旋溝部を通じて、周囲の流体を凹部内に導入することで、回り止めピンの外面と密封環の凹部の内面との間に、周方向且つ軸方向に拡がる流体膜を生成できるため、この流体膜によって回り止めピンと凹部との接触個所を潤滑にして、回り止めピンの摩耗や破損の発生を抑制することができる。
また、螺旋溝部が嵌入部の周方向に１周以上旋回していることで、回り止めピンの外面に全周に亘り流体膜を生成することができる。
また、螺旋溝部が嵌入部の軸方向の両端にかけて連続して延設されていることで、流体を凹部内に導入し易く、回り止めピンと凹部との間に流体膜を確実に生成できる。
更に、螺旋溝部の端部が嵌入部の軸方向の先端に向け開放されていることで、螺旋溝部の軸方向の先端に向け開放された端部を通じて、凹部の内奥まで流体を導入し易い。
また、螺旋溝部が断面視で矩形状に形成されていることで、回り止めピンの外面に摩耗が生じても溝幅が維持されるため、流体の流動性を確保し安定した潤滑性を得ることができる。
また、螺旋溝部が嵌入部の周方向に同一ピッチ、同一幅、及び同一深さで旋回していることで、凹部内に均質な流体膜を生成することができる。

前記回り止めピンは、被密封液体側に取付けられていてもよい。
これによれば、回り止めピンの周囲の被密封液体を利用して凹部内に流体膜を形成することができる。

前記螺旋溝部は、前記嵌入部の外面に複数条設けられていてもよい。
これによれば、凹部内の潤滑性を高めることができる。

本発明の実施例のメカニカルシールの構造を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 回り止めピンと静止密封環との嵌合態様を示す要部断面図である。 実施例のメカニカルシールに被密封流体とバリア液が充填されている態様を示す図である。 実施例の回り止めピンと静止密封環との嵌合態様を示す斜視図である。 回り止めピンと静止密封環との嵌合態様を示し、流体膜が形成されている態様を示す要部断面図である。

本発明に係るメカニカルシール用回り止めピンを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例に係るメカニカルシール用回り止めピンにつき、図１から図６を参照して説明する。以下、図１の紙面右側を大気領域である機外側、紙面左側を機内側として説明する。

図１に示されるように、本実施例のメカニカルシール１は、回転軸２とともに回転する回転密封環４と、シールカバー１０に配設されたコイルスプリング８により付勢された静止密封環６と、を備えた静止形のメカニカルシール１である。また、本実施例のメカニカルシール１は、機内側のシールカバー１０と機外側のシールカバー１０’とに円環状の静止密封環６，６’が対向状態で並設配置され、これら静止密封環６，６’の間に、回転環２に固定されたスリーブ３に接続されている回転密封環４，４’が背面同士で近接して配設されているダブル型のメカニカルシール１である。このメカニカルシール１は、シールカバー１０，１０’に回り止めピンとしてのノックピン７，７’を介して固定された円環状の静止密封環６，６’を有する静止側要素Ｓと、回転軸２とともに回転する回転密封環４，４’を有する回転側要素Ｒとで主に構成されている。

図１及び図２を用いて、回転側要素Ｒ及び静止側要素Ｓをより詳しく説明する。図１に示されるように回転側要素Ｒは、回転軸２に固定状態で取付けられたスリーブ３と、スリーブ３に固定され該スリーブ３から機内側と機外側にそれぞれ略水平に延出する回り止めピンとしてのドライブピン５，５’と、該ドライブピン５，５’を介して回転軸２から伝えられる回転力によって周方向に回転する円環状の回転密封環４，４’と、から主に構成されている。

静止側要素Ｓは、円環状に形成されたシールカバー１０，１０’が軸方向に対向するように配置され、連結ボルト１１をシールカバー１０，１０’の軸方向に挿通させて互いに連結されている。また、シールカバー１０，１０’には、静止密封環６，６’を背面側から軸方向に向けて付勢するコイルスプリング８，８’と、回転密封環４，４’と摺接される静止密封環６，６’の供回りを防止するノックピン７，７’とが取り付けられている。加えて、また、シールカバー１０，１０’には、静止密封環６，６’の外径側に円環状のケース１３、１３’が内嵌されている。また、図１に示されるようにシールカバー１０は、径方向に形成されたバリア液流入口９を有し、またシールカバー１０’は径方向に形成されたバリア液流出口９’を有している。バリア液流入口９から流入されたバリア液Ｂは、ケース１３によって径方向に連通されている連通路Ｌ１を通過し、後述する空間Ｚに流入され、空間Ｚからケース１３’の連通路Ｌ２を通過し、バリア液流出口９’へ流動するようになっている。また、バリア液Ｂは、被密封流体Ｈよりも高圧になるように流体圧は管理されている。本実施例のメカニカルシール１は、上述したようにダブル型であり、軸方向に対向配置された同様の構成を有しているため、以下は機内側の静止密封環６、回転密封環４等の構成について説明し、機外側の構成については説明を省略する。

図２に示されるように、シールカバー１０は、軸方向視環状に形成されており、静止密封環６を軸方向に向けて付勢するようにコイルスプリング８が周方向に等配に複数配設されている。このようにコイルスプリング８が複数等配に配設されていることで、静止密封環６の背面６ａに均等な面圧で、回転密封環４に向けた付勢力を軸方向に伝達するように構成されている。また、シールカバー１０には、周方向に等配されているコイルスプリング８よりも外周側に穴部１０ａが同様に周方向に等配に形成されており、この穴部１０ａに後述するノックピン７の圧入部２７が圧入固定されるようになっている。

次に、ノックピン７について詳しく説明する。図３に示されるように、ノックピン７は、略円柱状に形成されており、シールカバー１０の穴部１０ａと略同径に形成され、穴部１０ａに圧入固定可能な固定部としての圧入部２７と、この圧入部２７よりも大径に形成され、シールカバー１０から略水平に突出される嵌入部１７と、から主に構成されている。

また、ノックピン７の嵌入部１７は、静止密封環６の背面６ａ側にノックピン７の配置に対応して形成された凹部としての切欠き部６ｂ内に、軸方向に遊嵌状態で嵌入するように配設され、回転密封環４との摺動による静止密封環６の周方向の移動を規制しつつ、軸方向への移動を許容されるようになっている。この切欠き部６ｂは、ノックピン７の嵌入部１７よりも大径且つ軸方向に長寸に形成されている。

嵌入部１７は円柱状に形成され、その外周面１７ｂには、嵌入部１７の軸方向の基端側（すなわち圧入部２７側）から先端側にかけて断面視略矩形状の溝が螺旋状に穿設された螺旋溝部１７ａが形成されている。螺旋溝部１７ａは、本実施例では嵌入部１７の外周面１７ｂにおいて４周以上旋回して形成されており、基端側から先端側に、同一ピッチ、同一幅、及び同一深さで旋回している。また、螺旋溝部１７ａの先端部１７ｃは軸方向に開放されている。なお、螺旋溝部１７ａは、少なくとも１周以上旋回していればよく、また、螺旋溝部１７ａは、嵌入部１７の外周面１７ｂに複数条形成されていてもよい。更に特に図示しないが、静止密封環６をスリーブ３に対し回り止めするドライブピン５の外周面にも、上述したノックピン７と同様に螺旋溝部が形成されていてもよい。

次に図４を用いて、本実施例のメカニカルシール１稼働時において、被密封流体Ｈと、被密封液体としてのバリア液Ｂと、漏れ側である大気Ａとが占有する領域を説明する。図４に示されるように、機内側である紙面左方側には、代替フロンなどの被密封流体Ｈが回転密封環４と静止密封環６との摺動部Ｅによって密封されている。機外側である紙面右方側には、大気Ａが回転密封環４’と静止密封環６’との摺動部Ｅ’によって区画されている。

また、バリア液流入口９から流入されたバリア液Ｂは、回転密封環４と静止密封環６との摺動部Ｅと、回転密封環４’と静止密封環６’との摺動部Ｅ’と、シールカバー１０，１０’とから形成される空間Ｚに充填され、更にケース１３，１３’に径方向に貫通形成された連通路Ｌ１を通じて摺動部Ｅ，Ｅ’側へ導入され、連通路Ｌ２を通じてバリア液流出口９’から流出されるようになっている。また、バリア液Ｂは被密封流体Ｈより高圧になるように管理されているので、摺動部Ｅの摺動不良により異常が発生したとしても、被密封流体Ｈが空間Ｚ側へ流入することを抑えるように構成されている。

図５を用いて、本実施例のメカニカルシール１稼働時における、ノックピン７と静止密封環６との嵌合態様について詳しく説明する。図５に示されるように、コイルスプリング８に付勢された静止密封環６に対向する回転密封環４が周方向に回転すると、この静止密封環６の背面６ａに形成された切欠き部６ｂに嵌入されたノックピン７の嵌入部１７の周面が、切欠き部６ｂの一方の内壁面６ｃに周方向に押圧状態で当接することで、静止密封環６の供回りを規制する。ノックピン７の嵌入部１７は、螺旋溝部１７ａが形成されているので、空間Ｚ内に流入されるバリア液Ｂを螺旋溝部１７ａを通じて切欠き部６ｂ内に導入するようになっている。

図６に示されるように、螺旋溝部１７ａは、嵌入部１７の外周面１７ｂにおいて周方向且つ軸方向に亘って旋回しているので、螺旋溝部１７ａを通じて導入されたバリア液Ｂは、外周面１７ｂと、静止密封環６の背面側６ａにおける切欠き部６ｂとの間、より詳しくは、嵌入部１７の外周面１７ｂと、この外周面１７ｂに押圧状態で当接する切欠き部６ｂの内壁面６ｃとの当接箇所に、流体膜Ｆを形成させるようになっている。流体膜Ｆは、バリア液Ｂが嵌入部１７の螺旋溝部１７ａを通じて外周面１７ｂに漏出することで、前述した当接箇所の全面に亘り形成される。

以上説明したように、回転軸２に取り付けられる回転側要素Ｒとともに周方向に回転する回転密封環４と、静止側要素Ｓに固定される静止密封環６とが相対摺動するメカニカルシールに用いられ、回転密封環４を回転側要素Ｒに対し回り止めし、若しくは静止密封環６を静止側要素Ｓに対し回り止めする回り止めピンとしてのノックピン７であって、ノックピン７は、回転側要素Ｒ若しくは静止側要素Ｓに固定に設けられる固定部としての圧入部２７と、回転密封環４若しくは静止密封環６の摺動面Ｅの背面６ａに形成された凹部としての切欠き部６ｂ内に嵌入される柱状の嵌入部１７とを備え、切欠き部６ｂの内面に接する嵌入部１７の外周面１７ｂに、周方向に沿って螺旋状に延びる螺旋溝部１７ａが設けられていることから、密封環の切欠き部６ｂに嵌入したノックピン７の嵌入部１７の螺旋溝部１７ａを通じて、周囲の流体を切欠き部６ｂ内に導入することで、ノックピン７の外面と密封環の凹部の内面との間に、周方向且つ軸方向に拡がる流体膜Ｆを生成できるため、この流体膜Ｆによってノックピン７と切欠き部６ｂとの接触個所を潤滑にして、回り止めピンの摩耗や破損の発生を抑制することができる。また、回転軸２に伴う回転側要素Ｒの回転により、メカニカルシール１の装置全体に軸方向の振動が発生すると、この振動により流体が螺旋溝部１７ａに沿って移動し易くなるため、流体膜Ｆを広い範囲に生成することができる。

また、螺旋溝部１７ａは、嵌入部１７の周方向に１周以上旋回していることから、ノックピン７の外周面１７ｂに全周に亘り流体膜Ｆを生成することができる。

また、螺旋溝部１７ａは、嵌入部１７の軸方向の両端にかけて連続して延設されていることから、バリア液Ｂを切欠き部６ｂ内に導入し易く、ノックピン７と切欠き部６ｂとの間に流体膜Ｆを確実に生成できる。

また、螺旋溝部１７ｂの端部１７ｃは、嵌入部１７の軸方向の先端に向けに開放されていることから、螺旋溝部１７ｂの軸方向の先端に向け開放された端部１７ｃを通じて、切欠き部６ｂの軸方向の内奥まで流体を導入し易く、この流体により内奥側まで流体膜Ｆを形成することができる。

また、螺旋溝部１７ａは、断面視で矩形状に形成されていることから、ノックピン７の外周面１７ｂに摩耗が生じても溝幅が維持されるため、流体の流動性を確保し安定した潤滑性を得ることができる。

また、螺旋溝部１７ｂは、嵌入部１７の周方向に同一ピッチ、同一幅、及び同一深さで旋回していることから、切欠き部６ｂに均質な流体膜Ｆを生成することができる。

また、図３に示されるように、静止密封環６の外径側に配設されたケース１３の連通路Ｌ１が、ノックピン７の嵌入部１７と軸方向に略同位相に形成されているため、この連通路Ｌ１を通じて流入するバリア液Ｂが、嵌入部１７に形成された螺旋溝部１７ａに導入され易い。

なお、螺旋溝部１７ｂは、嵌入部１７の外周面１７ｂに複数条設けられていてもよく、このようにすることで、切欠き部６ｂ内の潤滑性を高めることができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、ノックピン７を円柱状と説明したが、これに限られず、四角柱や六角柱としてもよい。

また、前記実施例では、ノックピン７に螺旋溝部１７ａが形成されていたが、これに限られず、ドライブピン５に螺旋溝部１７ａが形成されていてもよい。

また、前記実施例では、ダブル型のメカニカルシール１に回り止めピンが適用されているが、これに限らず本発明に係る回り止めピンは、シングル型、タンデム型のメカニカルシールに適用されてもよい。

１ メカニカルシール
２ 回転軸
３ スリーブ
４，４’ 回転密封環
５，５’ ドライブピン（回り止めピン）
６，６’ 静止密封環
７，７’ ノックピン（回り止めピン）
８ コイルスプリング
９ バリア液流入口
９’ バリア液流出口
１０ シールカバー
１０ａ 穴部
１１ 連結ボルト
１７ 嵌入部
１７ａ 螺旋溝部
１７ｂ 外周面
１７ｃ 端部
２７ 圧入部

Claims (3)

1. 回転軸に取り付けられる回転側要素とともに周方向に回転する回転密封環と、静止側要素に固定される静止密封環とが相対摺動するメカニカルシールに用いられ、前記回転密封環を前記回転側要素に対し回り止めし、若しくは前記静止密封環を前記静止側要素に対し回り止めするメカニカルシール用回り止めピンであって、
   前記回り止めピンは、前記回転側要素若しくは前記固定側要素に固定に設けられる固定部と、前記回転密封環若しくは前記静止密封環の摺動面の背面に形成された凹部内に嵌入される円柱状の嵌入部とを備え、前記凹部の内面に接する前記嵌入部の外面に、周方向に沿って螺旋状に延びる螺旋溝部が設けられており、
   前記螺旋溝部は、前記嵌入部の周方向に１周以上旋回し、前記嵌入部の軸方向の両端にかけて連続して延設され、該螺旋溝部の端部は、前記嵌入部の軸方向の先端に向け開放されており、
   更に前記螺旋溝部は、断面視で矩形状に形成され、前記嵌入部の周方向に同一ピッチ、同一幅、及び同一深さで旋回しているメカニカルシール用回り止めピン。
2. 前記回り止めピンは、被密封液体側に取付けられる請求項１に記載のメカニカルシール用回り止めピン。
3. 前記螺旋溝部は、前記嵌入部の外面に複数条設けられる請求項１または２に記載のメカニカルシール用回り止めピン。

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