JP2021116885A - メカニカルシール用の二次シール - Google Patents

Abstract

【課題】回転密封環や静止密封環が取付けられる回転軸やハウジング等の部材が軸方向に移動しても静止密封環と回転密封環との間の密封性を維持できるメカニカルシール用の二次シールを提供する。【解決手段】ハウジング５と、ハウジング５に取付けられる静止密封環６と、ハウジング５に挿通されて軸方向に延びる回転軸２と、回転軸２に取付けられ回転軸２とともに回転し静止密封環６に対して相対摺動する回転密封環４と、を有するメカニカルシール１０において、回転軸２と回転密封環４の間に密封状に配置される環状の弾性体から成るメカニカルシール１０用の二次シール１であって、二次シール１は、径方向に亘って中実となる部位１ｍの最大径方向寸法をなす接圧保持部１ｃと、周方向に亘って形成される平面部または窪み部１ｂから成る変形許容部とを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、メカニカルシールの密封環に用いられる二次シールに関する。

自動車や一般産業機械等の回転機械における軸封の分野では、被密封流体の漏れを防止するためにメカニカルシールが用いられている。このようなメカニカルシールは、ハウジングに挿通される回転軸と、ハウジングに取付けられる静止密封環と、回転軸に取付けられる回転密封環と、を備えており、回転軸と共に回転密封環が回転することで静止密封環と回転密封環との摺動面同士が相対的に回転摺動し、摺動面の径方向一方側に配置される被密封流体の径方向他方側への漏れが防止されるようになっている。また、回転軸と回転密封環との間には弾性を有する環状の二次シールが配置され、回転軸と回転密封環との間が密封されることが一般的である。

例えば、特許文献１に示される二次シールは、回転密封環の内周面における静止密封環とは反対側かつ内径側において段状に形成された環状凹部に配置されるゴム製のＯリングである。このＯリングは、断面視円形状を成しており、回転密封環が回転軸に取付けられた状態において、環状凹部の内周面と回転軸の外周面に高い圧力で圧接されることにより回転軸と回転密封環との間が密封されるようになっている。

特開２００３−４２３０７号公報（第５頁、第１図）

ところで、上記のようなメカニカルシールにあっては、回転機械の駆動時において回転軸が軸方向に瞬間的に移動することがある。しかしながら、特許文献１のような二次シールは、回転密封環が回転軸に取付けられた状態において、回転軸の外周面と回転密封環の内周面とに圧接されて高い圧力が作用しているため、回転軸が軸方向に移動したときには、回転密封環が二次シールにより回転軸の外周面に保持されて回転軸と一緒に軸方向に移動してしまい、静止密封環に対する回転密封環の軸方向の離間が生じ、静止密封環と回転密封環との間の密封性が低下する虞があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、回転密封環や静止密封環が取付けられる回転軸やハウジング等の部材が軸方向に移動しても静止密封環と回転密封環との間の密封性を維持できるメカニカルシール用の二次シール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の二次シールは、
ハウジングと、前記ハウジングに取付けられる静止密封環と、前記ハウジングに挿通されて軸方向に延びる回転軸と、前記回転軸に取付けられ前記回転軸とともに回転し前記静止密封環に対して相対摺動する回転密封環と、を有するメカニカルシールにおいて、前記ハウジングと前記静止密封環の間、および前記回転軸と前記回転密封環の間の少なくともいずれか一方の間に密封状に配置される環状の弾性体から成るメカニカルシール用の二次シールであって、
前記二次シールは、径方向に亘って中実となる部位の最大径方向寸法をなす接圧保持部と、周方向に亘って形成される平面部または窪み部から成る変形許容部とを備えている。
これによれば、二次シールは、主に接圧保持部によって密封環と密封環が取付けられる部材との間で高い圧接力を保持でき通常時の密封性を確保できるとともに、密封環が取付けられる部材が軸方向に瞬間的に移動したときには、平面部が僅かに湾曲するように二次シールが変形するため、または窪み部を起点として二次シールが屈曲するように変形するため、二次シールの内径側部位と外径側部位のいずれか一方が密封環が取付けられる部材の軸方向の移動に追従するとともに、内径側部位と外径側部位のいずれか一方の追従移動は内径側部位と外径側部位のいずれか他方に伝達されることが抑制されるので、密封環同士の軸方向の離間を防止して、静止密封環と回転密封環との間の密封性を維持できる。尚、密封環が取付けられる部材は、回転密封環が取付けられる回転軸と静止密封環が取り付けられるハウジングとの少なくともいずれか一方である。

前記変形許容部は、前記窪み部から成り、断面において径方向中央寄りに形成されていてもよい。
これによれば、変形許容部を起点として二次シールの内径側部位と外径側部位とを相対的に略均等に変形させることができる。

前記変形許容部は、軸方向における前記二次シールが配置される一方の密封環に対して相対摺動する他方の密封環とは反対側に形成されていてもよい。
これによれば、二次シールの内径側部位と外径側部位のいずれか一方がハウジングと回転軸とが相対的に離れる方向への移動に追従移動しやすく、二次シールは変形しやすいので、密封環同士の軸方向の離間を効果的に防止できる。

前記変形許容部は、断面視において曲面状を成す前記窪み部であってもよい。
これによれば、密封環が取付けられる部材が軸方向に移動したときに、曲面状の窪み部に作用する応力は曲面に沿って略均一にかかるので、窪み部の屈曲が安定する。

前記変形許容部は、軸方向における前記他方の密封環側に形成されていてもよい。
これによれば、二次シールには他方の密封環側（すなわち、二次シールが静止密封環に取付けられている場合は回転密封環側、回転密封環に取付けられている場合は静止密封環側）で引っ張り方向に応力が作用するので、二次シールの変形量を大きく確保することができる。

前記接圧保持部を含む前記回転軸と接する内径側外面は断面視において曲面状を成していてもよい。
これによれば、ハウジングと回転軸とが相対的に離れる方向へ軸方向に移動したときに、二次シールの内径側外面が回転軸の外周面上を転動しやすくなっているので二次シールの内径側部位と回転軸との間の密封性を維持しつつ、二次シールは変形される。

前記接圧保持部を含む前記ハウジングと接する外径側外面は断面視において曲面状を成していてもよい。
これによれば、ハウジングと回転軸とが相対的に離れる方向へ軸方向に移動したときに、二次シールの外径側外面がハウジングの内周面上を転動しやすくなっているので二次シールの外径側部位とハウジングとの間の密封性を維持しつつ、二次シールは変形される。

前記窪み部は、断面視円形状のＯリングに切り欠かれて形成されていてもよい。
これによれば、ハウジングと回転軸とが相対的に離れる方向へ軸方向に移動したときに、二次シールの窪み部以外の部分の局所に負荷がかかることを抑制できるので、二次シールの変形が安定する。

前記窪み部は、軸方向において前記二次シールの中央部よりも前記他方の密封環とは反対側に設けられていてもよい。
これによれば、内径側部位と外径側部位とが径方向に亘って連続する中実となる部分を大きく確保できる。

本発明の実施例１における二次シールを用いたメカニカルシールを示す側断面図である。 実施例１における二次シールを示す側断面図である。 図１の状態から回転軸が軸方向一方側に移動した状態を示す側断面図である。 （ａ）は本発明の二次シールの変形例１を示す概略断面図、（ｂ）は本発明の二次シールの変形例２を示す概略断面図である。 （ａ）は本発明の二次シールの変形例３を示す概略断面図、（ｂ）は本発明の二次シールの変形例４を示す概略断面図である。 （ａ）は本発明の実施例２における二次シールを用いたメカニカルシールを示す側断面図、（ｂ）は（ａ）の状態から回転軸が軸方向一方側に移動した状態を示す側断面図、（ａ）の状態から回転軸が軸方向他方側に移動した状態を示す側断面図である。 （ａ）は本発明の実施例３における二次シールを用いたメカニカルシールを示す側断面図、（ｂ）は（ａ）の状態から回転軸が軸方向一方側に移動した状態を示す側断面図である。 本発明の二次シールの変形例５を示す概略断面図である。 本発明の二次シールを用いたメカニカルシールの変形例を示す側断面図である。

本発明に係る二次シール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１に係る二次シールにつき、図１から図３を参照して説明する。以下、図１の紙面右側を二次シールの軸方向一方側、紙面左側を二次シールの軸方向他方側として説明する。

本発明の二次シール１は、自動車や一般産業機械等の回転機械における軸封の分野で用いられるメカニカルシール１０に適用される二次シールである。

図１に示されるメカニカルシール１０は、摺動面の外径側から内径側に向かって漏れようとする被密封液体Ｆを密封するインサイド形のものであって、回転軸２にケース３を介して回転軸２と共に回転可能な状態で設けられた回転密封環４と、被取付機器のハウジング５に固定された静止密封環６と、から主に構成されている。

ケース３は、回転軸２の外周面２ａに固定されており、外径側に延びる環状の第１板部３ａと、第１板部３ａの外径端部から軸方向他方側、すなわち静止密封環６側に延びる環状の第２板部３ｂと、第２板部３ｂから軸方向に延びる突片３ｃと、を備え、突片３ｃは第２板部３ｂの周方向に離間して複数形成されている。

回転密封環４の外周面における軸方向一方側、すなわち静止密封環６とは反対側には、外径方向に延びる突出部４ａが周方向に複数形成されており、隣接する突出部４ａ間にはケース３の突片３ｃが挿通されている。これにより、回転密封環４とケース３とは軸方向の相対移動が許容された状態で接続されている。また、回転密封環４の内周面における軸方向一方側には、軸方向一方側かつ内径側に開口する断面視段状の環状凹部４ｂが形成されており、環状凹部４ｂと回転軸２との間には二次シール１が圧接されて配置されており、被密封液体Ｆが環状凹部４ｂと回転軸２との間から大気Ａ側に流出することが防止されている。尚、二次シール１の具体的な構造については後に詳述する。

また、ケース３と二次シール１との間には、付勢手段７が配設されている。付勢手段７は、一方側の端部がケース３における第１板部３ａと第２板部３ｂとの角部に位置したコイルバネ８と、コイルバネ８の他方側の端部に位置し二次シール１を押圧する押圧環部材９と、を備えている。この付勢手段７によって二次シール１が軸方向他方側に付勢されることにより、環状凹部４ｂを構成する内周面４ｃ及び端面４ｄと、回転軸２の外周面２ａとに対する二次シール１の圧接力が高められているとともに、回転密封環４の摺動面４ｅと静止密封環６の摺動面６ａとが互いに密接摺動するようになっている。

回転密封環４及び静止密封環６は、代表的にはＳｉＣ（硬質材料）同士またはＳｉＣ（硬質材料）とカーボン（軟質材料）の組み合わせで形成されるが、これに限らず、摺動材料はメカニカルシール用摺動材料として使用されているものであれば適用可能である。尚、ＳｉＣとしては、ボロン、アルミニウム、カーボン等を焼結助剤とした焼結体をはじめ、成分、組成の異なる２種類以上の相からなる材料、例えば、黒鉛粒子の分散したＳｉＣ、ＳｉＣとＳｉからなる反応焼結ＳｉＣ、ＳｉＣ−ＴｉＣ、ＳｉＣ−ＴｉＮ等があり、カーボンとしては、炭素質と黒鉛質の混合したカーボンをはじめ、樹脂成形カーボン、焼結カーボン等が利用できる。また、上記摺動材料以外では、金属材料、樹脂材料、表面改質材料（コーティング材料）、複合材料等も適用可能である。

図２に示されるように、二次シール１は、弾性体から成る環状の本体部１ａと、該本体部１ａの軸方向一方側に周方向に亘って環状に形成される窪み部１ｂと、を有している。尚、二次シール１を構成する弾性体は、ゴム製であってもよいし、合成樹脂製であってもよい。

本体部１ａの径方向断面輪郭は、概ね３００度の範囲に亘る円弧と、内側に窪む曲面と、が滑らかに連なり、その内部は中実となっている。言い換えれば、二次シール１は、径方向断面視円形状のＯリングである本体部１ａの軸方向一方側に窪み部１ｂを切り欠いて形成した形状となっている。

二次シール１の最内径部Ｐ１と二次シール１の最外径部Ｐ２とを結ぶ線Ｖは径方向に延びている。二次シール１は、中心Ｃを軸方向に通る線Ｈに対し面対称をなしている。

実施例１において、本体部１ａの径方向に亘って中実となっている部位１ｍ、具体的には後述する寸法Ｌ２の範囲の部位、の径方向最大寸法をなす箇所、具体的には二次シール１の最内径部Ｐ１と二次シール１の最外径部Ｐ２とに亘る箇所を接圧保持部１ｃと称する。

この接圧保持部１ｃは、メカニカルシール１０を組み立てた状態において、回転軸２の外周面２ａに接触する最内径部Ｐ１を含むその近傍部位と、環状凹部４ｂの内周面４ｃに接触する最外径部Ｐ２を含むその近傍部位に圧接力を付与する接圧保持部１ｃとなっている（図１参照）。

また、中実となっている部位１ｍの内径側の部位を二次シール１の内径側部位１Ａと称し、外径側の部位を二次シール１の外径側部位１Ｂと称する。

また、二次シール１の軸方向における他方側の頂部Ｐ３は、メカニカルシール１０を組み立てた状態において、環状凹部４ｂの端面４ｄに圧接されている（図１参照）。

また、窪み部１ｂは、本体部１ａの径方向断面における径方向中央に形成されている。窪み部１ｂにおける最も深い部分は、本体部１ａの中心Ｃを通って軸方向に延びる線Ｈ上に位置しており、窪み部１ｂにおける最も深い部分の軸方向の寸法Ｌ１は、線Ｈ上における本体部１ａの軸方向の寸法Ｌ２よりも短く形成されている（Ｌ１＜Ｌ２）。

また、寸法Ｌ１及び寸法Ｌ２は、本体部１ａの直径Ｌ３よりも短くなっている（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３）。また、寸法Ｌ１は、本体部１ａの直径Ｌ３の半分よりも短くなっている。すなわち、窪み部１ｂは、軸方向において本体部１ａの径方向断面視において線Ｖよりも軸方向一方側に設けられている。

図３に示されるように、回転軸２は、例えばクラッチ接続等の回転機械の特定の動作によって軸方向に瞬間的に移動することがある。回転軸２が軸方向一方側に移動すると、二次シール１は内径側部位１Ａが回転軸２に追従するように屈曲変形される。このとき、二次シール１における外径側部位１Ｂには、窪み部１ｂ近傍の屈曲により内径側部位１Ａの追従移動が伝達されにくくなっている。

具体的には、二次シール１は、軸方向一方側に窪み部１ｂが形成されているため、本体部１ａの径方向中央部の部位、すなわち窪み部１ｂ近傍の部分が軸方向のせん断力に対して屈曲変形しやすくなっている。

回転軸２が軸方向一方側に移動すると、二次シール１の内径側部位１Ａが回転軸２に追従して軸方向に移動し、二次シール１は、窪み部１ｂ近傍を起点として屈曲されるようになっている。尚、図３では、説明の便宜上、二次シール１の変形を実際よりも大きく図示している。

このとき、最内径部Ｐ１を含む内径側部位１Ａの内径側外面１ｄは、径断面視で曲面状を成すため、回転軸２の外周面２ａ上を転動することで、内径側外面１ｄにおける最内径部Ｐ１とは異なる部位が回転軸２の外周面２ａに圧接されるようになっている。

また、回転軸２が軸方向一方側に移動したときには、環状凹部４ｂの内周面４ｃに対する二次シール１の最外径部Ｐ２近傍の接触状態と、環状凹部４ｂの端面４ｄに対する二次シール１の軸方向他方側の頂部Ｐ３近傍の接触状態はほぼ変化しない。このように、二次シール１の内径側部位１Ａのみが回転軸２に追従し、二次シール１の外径側部位１Ｂは軸方向に移動しないため、回転密封環４の摺動面４ｅと静止密封環６の摺動面６ａとの軸方向の離間を防止して、密封性を維持できる。

また、窪み部１ｂの径方向中央は、本体部１ａの径方向中央、すなわち線Ｈ上に形成されているので、回転軸２が軸方向一方側に移動したときに二次シール１の内径側部位１Ａと外径側部位１Ｂとを相対的に略均等に屈曲させることができる。すなわち、二次シール１の内径側部位１Ａを回転軸２に追従しやすくしつつ、外径側部位１Ｂに内径側部位１Ａの追従移動が伝達されにくくすることができる。

また、窪み部１ｂは、静止密封環６とは反対側である軸方向一方側に形成されており、二次シール１は回転軸２の軸方向一方側への移動に対して内径側部位１Ａが追従移動するように屈曲変形しやすい構造であるので、静止密封環６に対する回転密封環４の軸方向の離間を効果的に防止できる。また、窪み部１ｂは、被密封液体Ｆ側に面しており、被密封液体Ｆの圧力を受けて窪み部１ｂの開口側が径方向に開くように作用するので二次シール１の内径側部位１Ａ、外径側部位１Ｂへの高い圧接力を確保できる。

また、窪み部１ｂは、本体部１ａの断面中心に向けて曲面状に窪むように形成されており、曲面状の窪み部１ｂに作用する応力は曲面に沿って略均一にかかるので、二次シール１の屈曲変形時に窪み部１ｂ近傍の局所に負荷が集中することを抑制でき、窪み部１ｂの屈曲が安定し、二次シール１を劣化し難くすることができる。また、窪み部１ｂ近傍の局所に被密封液体Ｆの圧力が集中することも抑制できる。

また、二次シール１の最内径部Ｐ１を含む内径側部位１Ａの内径側外面１ｄは断面視において曲面状を成しているので、回転軸２が軸方向一方側に移動したときに、内径側外面１ｄが回転軸２の外周面２ａ上を軸方向に円滑に転動し、二次シール１が回転軸２と回転密封環４との間で捲れたり、捻れたりすることを回避でき、密封性を維持しつつ、二次シール１が屈曲される。また、図３の状態から図１の状態に戻るように回転軸２が軸方向他方側に移動したときにも、内径側外面１ｄが回転軸２の外周面２ａ上を軸方向に円滑に転動できる。

また、窪み部１ｂは、断面視円形状のＯリングに切り欠かれて形成されている。これによれば、回転軸２が軸方向に移動したときに、二次シール１の本体部１ａには局所的に大きな応力負荷がかからないので、二次シール１の変形が安定するとともに圧接力を確実に保持できる。また、二次シール１が簡素な構造であるため、製造が簡便である。

また窪み部１ｂは、軸方向において本体部１ａの径方向断面視において線Ｖよりも軸方向一方側に設けられており、二次シール１の中実となっている部位１ｍを大きく確保できるので、二次シール１の接圧保持部１ｃに主に起因する圧接力を確保でき、回転軸２と回転密封環４との間の密封性を確保できる。

尚、回転軸２が軸方向一方側に移動したときには、環状凹部４ｂの内周面４ｃに対する二次シール１の最外径部Ｐ２近傍の接触状態はほぼ変化しない例について説明したが、二次シール１の外径側部位１Ｂは円弧状に形成されているため、回転軸２の軸方向一方側への移動量が大きい場合には、二次シール１の外径側部位１Ｂは環状凹部４ｂの内周面４ｃを転動しやすくなっており、回転密封環４の摺動面４ｅと静止密封環６の摺動面６ａとの軸方向の離間を防止して、密封性を維持できる。

また、前記実施例１では、二次シール１の窪み部１ｂは、断面視において曲面状に窪むように形成されている形態を例示したが、これに限られず、図４（ａ）に示される変形例１の二次シール１００のように、軸方向一方側に開口する径方向断面視矩形状を成す窪み部１００ｂであってもよい。

また、図４（ｂ）に示される変形例２の二次シール１１０のように、軸方向一方側に開口する径方向断面視三角形状を成す窪み部１１０ｂであってもよい。

また、前記実施例１では、窪み部１ｂが本体部１ａの断面における中心Ｃを通って軸方向に延びる線Ｈ上に配設されている形態を例示したが、これに限られず、図５（ａ）に示される変形例３の二次シール１２０のように、窪み部１２０ｂが本体部１２０ａの断面における線Ｈよりも外径側に配設されていてもよい。

これによれば、本体部１２０ａの最内径部Ｐ１から二次シール１２０の屈曲起点となる窪み部１２０ｂ近傍までの距離を長く確保できるので、実施例１の形態よりも窪み部１２０ｂ近傍が屈曲変形しやすく、回転軸２が軸方向に移動したときの二次シール１２０の内径側の移動量を大きくすることができる。

また、図５（ｂ）に示される変形例４の二次シール１３０ように、窪み部１３０ｂが本体部１３０ａの断面における線Ｈよりも内径側に配設されていてもよい。これによれば、本体部１３０ａの最内径部Ｐ１から二次シール１３０の屈曲起点となる窪み部１３０ｂ近傍までの距離が短くなるので、実施例１の形態や図５（ａ）の形態よりも窪み部１３０ｂ近傍が屈曲変形しにくく、回転軸２が軸方向に移動したときの二次シール１３０の内径側の移動量を小さく抑えることができる。

次に、実施例２に係る二次シールにつき、図６を参照して説明する。尚、前記実施例１に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する構成の説明を省略する。尚、図６（ｂ）（ｃ）では、説明の便宜上、二次シールの変形を実際よりも大きく図示している。

実施例２の二次シール２００は、径方向断面視円形状のＯリングの軸方向一方側及び軸方向他方側に窪み部２００ｂ，２００ｃを設けた構造となっている。尚、メカニカルシール１０の組み立て前の図示は省略するが、二次シール２００は図６（ａ）に示されるメカニカルシール１０が組み立てられた際の形状と略同一、詳細には上下方向に伸びた形状である。

図６（ｂ）に示されるように、回転軸２が軸方向一方側に移動したときには、二次シール２００は窪み部２００ｂ，２００ｃ近傍、すなわち二次シール２００の断面中心近傍を起点として屈曲変形し、内径側部位２００Ａが軸方向一方側に追従移動する。また、内径側部位２００Ａの追従移動が二次シール２００の外径側部位２００Ｂに伝達されにくくなっている。

これにより、静止密封環６に対する回転密封環４の軸方向の離間を効果的に防止できるようになっている。また、回転軸２が軸方向一方側に移動したときには、二次シール２００には軸方向他方側で引っ張り方向に応力が作用するが、窪み部２００ｃが設けられているので、二次シール２００の変形量を大きく確保することができる。また、実施例１の二次シール１に比べ、二次シール２００の断面中心部近傍が軸方向に薄くなっているので、二次シール２００が断面中心部近傍を起点として屈曲変形しやすくなっている。

また、図６（ｃ）に示されるように、回転軸２が軸方向他方側に移動したときには、二次シール２００は窪み部２００ｂ，２００ｃ近傍、すなわち二次シール２００の断面中心部近傍を起点として屈曲変形し、内径側部位２００Ａが軸方向他方側に追従移動する。また、内径側部位２００Ａの追従移動が二次シール２００の外径側部位２００Ｂに伝達されにくくなっている。これにより、静止密封環６に対する回転密封環４の軸方向の過剰な接近を効果的に防止できるようになっている。

尚、本実施例２の二次シール２００は径方向断面視において窪み部２００ｂ，２００ｃが曲面状を成している形態を例示したが、変形例１、２に示されるように、径方向断面視矩形状や径方向断面視三角形状を成していてもよい。また、変形例３、４に示されるように、窪み部が本体部の断面における線Ｈよりも外径側または内径側に配設されていてもよい。

次に、実施例３に係る二次シールにつき、図７を参照して説明する。尚、前記実施例１に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する構成の説明を省略する。尚、図７（ｂ）では、説明の便宜上、二次シールの変形を実際よりも大きく図示している。

実施例３の二次シール３００は、径方向断面視長方形を成しており、外周面３００ａ、内周面３００ｂ、軸方向の側面３００ｃ，３００ｄを備えている。尚、メカニカルシール１０の組み立て前の図示は省略するが、二次シール３００は図７（ａ）に示されるメカニカルシール１０が組み立てられた際の形状と略同一、詳細には上下方向に伸びた形状である。二次シール３００の断面における軸方向寸法Ｌ４は、径方向寸法Ｌ５よりも短く形成されている（Ｌ４＜Ｌ５）。

また、二次シール３００の外周面３００ａは環状凹部４ｂの内周面４ｃに面接触しており、二次シール３００の内周面３００ｂは回転軸２の外周面２ａに面接触しており、二次シール３００の中実部分全体が接圧保持部３００ｅとして機能している。また、側面３００ｃ，３００ｄは二次シール３００の変形許容部としての平面部を構成している。

図７（ｂ）に示されるように、二次シール３００の側面３００ｃ，３００ｄは、断面視円形状のＯリングに比べて、軸方向のせん断力に対して変形しやすいので、回転軸２が軸方向一方側に移動したときには、接圧保持部３００ｅ全体が傾斜するように変形し、特に側面３００ｃ，３００ｄ近傍を起点として二次シール３００が僅かに湾曲するように変形し、二次シール３００における内周面３００ｂ側が回転軸２に追従移動し、且つ二次シール３００における外周面３００ａ側は追従しない。

これにより、二次シール３００を簡素な構造としつつ、回転密封環４の摺動面４ｅと静止密封環６の摺動面６ａとの軸方向の離間を防止して、密封性を維持できる。尚、二次シール３００の断面は軸方向に対称形状であるため、静止密封環６に対する回転密封環４の軸方向の過剰な接近も効果的に防止できるようになっている。

また、二次シールの形状は、前記実施例１〜３に限られず、変形許容部を有する形状であれば自由に変更できる。例えば、図８に示されるように、径方向断面視において三角形を成す変形例５の二次シール４００であってもよい。具体的には、二次シール４００は、軸方向寸法Ｌ６を有する外周面４００ａと、軸方向寸法Ｌ７を有する内周面４００ｂと、軸方向に窪むように外周面４００ａと内周面４００ｂとを繋ぐ側面４００ｃ，４００ｄと、を備えており、内周面４００ｂの軸方向寸法Ｌ７は外周面４００ａの軸方向寸法Ｌ６よりも短い（Ｌ６＞Ｌ７）。また、内周面４００ｂは、径方向断面視において曲面状を成している。

これによれば、二次シール４００の内周面４００ｂは、径方向断面視において曲面状を成しているので、回転軸２が軸方向に移動したときに、回転軸２の外周面２ａ上を転動して内周面４００ｂと回転軸２の外周面２ａとの間の密封性を維持できるとともに、内周面４００ｂの軸方向寸法Ｌ７は外周面４００ａの軸方向寸法Ｌ６よりも短いので外周面４００ａと回転密封環４との摩擦力に比べ内周面４００ｂと回転軸２との摩擦力を小さくして、二次シール４００の内径側を軸方向に移動しやすくできる。

尚、本実施例３では、外周面３００ａと内周面３００ｂとに亘って側面３００ｃ，３００ｄが平面状に延びている形態を例示したが、例えば、径方向断面視で円形状を成す二次シールの径方向断面の中央部に平面部が形成されていてもよい。また、平面部は二次シールの軸方向片側にのみ設けられていてもよい。

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、回転密封環４と静止密封環６との摺動面の外径側から内径側に向かって漏れようとする被密封液体Ｆを密封するインサイド形のメカニカルシール１０について説明したが、これに限られず、回転密封環４と静止密封環６との摺動面の内径側から外径側に向かって漏れようとする被密封液体Ｆを密封するアウトサイド形のメカニカルシールであってもよい。

また、前記実施例では、被密封流体を被密封液体Ｆとして説明したが、気体、または気体と液体の混合状態であってもよい。また、大気Ａは気体である形態を例示したが、液体または気体と液体の混合状態であってもよい。

また、前記実施例では、ケース３を介して回転軸２に回転密封環４が接続されている形態を例示したが、これに限られず、回転軸と回転密封環との軸方向の相対移動が許容されていればよく、例えば、回転軸にスリーブを介して回転密封環が直接接続されていてもよい。

また、前記実施例では、付勢手段７が二次シールを付勢する例について説明したが、付勢手段７が回転密封環を付勢するものであってもよい。

また、前記実施例１では、二次シールの軸方向一方側に変形許容部（例えば、窪み部１ｂ）が設けられた形態、前記実施例２，３では、二次シールの軸方向両側に変形許容部（例えば、窪み部２００ｂ，２００ｃ。例えば、側面３００ｃ，３００ｄ）が設けられた形態を例示したが、これに限られず、変形許容部は二次シールの軸方向他方側に設けられていてもよい。また、二次シールの軸方向他方側に設けられる変形許容部は径方向断面視において曲面状を成す窪み部であってもよい。

また、前記実施例では、回転軸２と回転密封環４との間に配置される二次シール１について説明したが、これに限られず、図９に示される変形例のメカニカルシール５０のように、ハウジング５と静止密封環６との間に二次シール５００が配置されてもよい。例えば、図９に示されるように、静止密封環６の外周面における軸方向他方側には、軸方向他方側かつ外径側に開口する断面視段状の環状凹部６ｂが形成され、環状凹部６ｂとハウジング５との間に二次シール５００が圧接されて配置されていてもよい。尚、二次シールの形状は、変形許容部を有する形状であれば自由に変更できる。

これによれば、ハウジング５が軸方向他方側に移動すると、二次シール５００は外径側部位５００Ｂがハウジング５に追従するように屈曲変形される。このとき、二次シール５００における内径側部位５００Ａには、変形許容部としての窪み部５００ｂ近傍の屈曲により外径側部位５００Ｂの追従移動が伝達されにくくなっている。

また、ハウジング５が軸方向他方側に移動すると、二次シール５００の外径側部位５００Ｂがハウジング５に追従して軸方向に移動し、二次シール５００は、窪み部５００ｂ近傍を起点として屈曲されるようになっている。

このとき、最外径部Ｐ２を含む外径側部位５００Ｂの外径側外面５００ｄは、径断面視で曲面状を成すため、ハウジング５の内周面５ａ上を転動することで、外径側外面５００ｄにおける最外径部Ｐ２とは異なる部位がハウジング５の内周面５ａに圧接されるようになっている。

また、ハウジング５が軸方向他方側に移動したときには、環状凹部６ｂの内周面６ｃに対する二次シール５００の最内径部Ｐ１近傍の接触状態と、環状凹部６ｂの端面６ｄに対する二次シール５００の軸方向一方側の頂部Ｐ３近傍の接触状態はほぼ変化しない。このように、二次シール５００の外径側部位５００Ｂのみがハウジング５に追従し、二次シール５００の内径側部位５００Ａは軸方向に移動しないため、回転密封環４の摺動面４ｅと静止密封環６の摺動面６ａとの軸方向の離間を防止して、密封性を維持できる。

尚、二次シールは、回転軸２と回転密封環４との間、ハウジング５と静止密封環６との間の両方に配置されていてもよい。

１ 二次シール
１Ａ 内径側部位
１Ｂ 外径側部位
１ｂ 窪み部（変形許容部）
１ｃ 接圧保持部
１ｄ 内径側外面
２ 回転軸
４ 回転密封環
４ｅ 摺動面
５ ハウジング
６ 静止密封環
６ａ 摺動面
１０ メカニカルシール
１００ 二次シール
１００ｂ 窪み部（変形許容部）
１１０ 二次シール
１１０ｂ 窪み部（変形許容部）
１２０ 二次シール
１２０ｂ 窪み部（変形許容部）
１３０ 二次シール
１３０ｂ 窪み部（変形許容部）
２００ 二次シール
２００Ａ 内径側部位
２００Ｂ 外径側部位
２００ｂ，２００ｃ 窪み部（変形許容部）
３００ 二次シール（挟圧保持部）
３００ａ 外周面（外径側接触部）
３００ｂ 内周面（内径側接触部）
３００ｃ，３００ｄ 側面（変形許容部）
４００ 二次シール
４００ａ 外周面（外径側接触部）
４００ｂ 内周面（内径側接触部）
４００ｃ，４００ｄ 側面（変形許容部）
５００ 二次シール
５００Ａ 内径側部位
５００Ｂ 外径側部位
５００ｂ 窪み部（変形許容部）
５００ｄ 外径側外面
Ａ 大気
Ｆ 被密封液体
Ｐ１ 最内径部
Ｐ２ 最外径部

Claims (9)

1. ハウジングと、前記ハウジングに取付けられる静止密封環と、前記ハウジングに挿通されて軸方向に延びる回転軸と、前記回転軸に取付けられ前記回転軸とともに回転し前記静止密封環に対して相対摺動する回転密封環と、を有するメカニカルシールにおいて、前記ハウジングと前記静止密封環の間、および前記回転軸と前記回転密封環の間の少なくともいずれか一方の間に密封状に配置される環状の弾性体から成るメカニカルシール用の二次シールであって、
   前記二次シールは、径方向に亘って中実となる部位の最大径方向寸法をなす接圧保持部と、周方向に亘って形成される平面部または窪み部から成る変形許容部とを備えている二次シール。
2. 前記変形許容部は、前記窪み部から成り、断面において径方向中央寄りに形成されている請求項１に記載の二次シール。
3. 前記変形許容部は、軸方向における前記二次シールが配置される一方の密封環に対して相対摺動する他方の密封環とは反対側に形成されている請求項１または２に記載の二次シール。
4. 前記変形許容部は、断面視において曲面状を成す前記窪み部である請求項１ないし３のいずれかに記載の二次シール。
5. 前記変形許容部は、軸方向における前記他方の密封環側に形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の二次シール。
6. 前記接圧保持部を含む前記回転軸と接する内径側外面は断面視において曲面状を成している請求項１ないし５のいずれかに記載の二次シール。
7. 前記接圧保持部を含む前記ハウジングと接する外径側外面は断面視において曲面状を成している請求項１ないし５のいずれかに記載の二次シール。
8. 前記窪み部は、断面視円形状のＯリングに切り欠かれて形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の二次シール。
9. 前記窪み部は、軸方向において前記二次シールの中央部よりも前記他方の密封環とは反対側に設けられている請求項１ないし８のいずれかに記載の二次シール。

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