JP2023178846A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

【課題】被密封流体の密封性を維持することができるメカニカルシールを提供すること。
【解決手段】メカニカルシール１Ａは、ベアリング４で軸支された回転軸３とともに回転する回転密封環１１に摺接する静止密封環１２とケース１３との間にスプリング１４が配置され、スプリング１４より被密封流体側Ｆに、ケース１３と静止密封環１２との間を密封するＯリング１５が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転機械の回転軸の軸封に用いられるメカニカルシールに関する。

様々な分野において、流体の漏出を防止するためにシールが利用されている。このようなシールの一例として、軸の摩耗損傷が無く低トルク等で被密封流体を密封する分野ではメカニカルシールが利用されている。メカニカルシールは、回転軸とともに回転する回転密封環と、静止密封環と、の摺動面同士を密接摺動させることにより被密封流体の漏出を防止している。

例えば、特許文献１に記載のメカニカルシールは、静止密封環と回転密封環とが各々の摺動面が対向するように配置され、静止密封環の背面側に配置されたスプリングの付勢力によって静止密封環が回転密封環に向けて押しつけられている。また、スプリングより漏れ側である内径側において、静止密封環とケースとの間を密封する二次シールとしてのＯリングが配置されている。

国際公開第２０１８／０５１８６７号（第７－８頁、第１図）

上記特許文献１に記載のメカニカルシールにあっては、Ｏリングが静止密封環の内径側に配置されていることで、静止密封環の背面側に導入された被密封流体からの力がスプリングの付勢力に加わって、静止密封環と回転密封環との密接状態が良好に維持されるようになっている。一方、被密封流体が、静止密封環の背面側に進入することで、被密封流体によるスプリングの腐食、被密封流体に混入しているコンタミネーション、塵埃等の異物によるスプリングの噛み込み等が生じ、スプリングの付勢力に不具合が生じ、被密封流体の密封性を維持できなくなる虞があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、被密封流体の密封性を維持することができるメカニカル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は、
機器に軸支された回転軸とともに回転する回転密封環と、前記回転密封環に摺接する静止密封環と、前記機器のハウジングに取付けられるケースと、前記静止密封環と前記ケースとの間に配置された付勢部材と、を備え、前記回転密封環と前記静止密封環とにより隔離された一方の被密封流体空間から他方の漏れ空間に被密封流体が漏洩することを抑制するメカニカルシールにおいて、
前記付勢部材より前記被密封流体空間側に、前記静止密封環と前記ケースとの間を密封する二次シールが設けられている。
これによれば、付勢部材より被密封流体空間側に二次シールが設けられていることで、被密封流体による付勢部材の腐食や、被密封流体に混入しているコンタミネーション、塵埃等の異物による付勢部材の噛み込みが生じ、付勢部材の付勢力に不具合が生じることを防止できるため、被密封流体の密封性を維持することができる。

前記二次シールは、前記静止密封環の外径側に配置されていてもよい。
これによれば、静止密封環と摺接する回転密封環を回転軸の近傍に配置でき、摺動トルクを低減することができる。

前記ケースには、内径方向に開放する二次シール収容凹部が形成されていてもよい。
これによれば、静止密封環の軸方向への移動に追従して二次シールが軸方向に移動することを防止できる。

前記静止密封環の外周面は、軸方向に平坦な周面であってもよい。
これによれば、二次シールによる静止密封環に対する軸方向への荷重影響をより低減することができる。

前記ケースには、軸方向に開放する付勢部材収容凹部が形成されていてもよい。
これによれば、付勢部材を軸方向に伸縮可能に案内することができるため、静止密封環を安定して付勢することができる。

前記付勢部材収容凹部は、軸方向に突出するハウジング取付部の内側に形成されていてもよい。
これによれば、ハウジング取付部をハウジングに嵌合するだけで、ケースをハウジングに容易に取付けることができる。また、ケースにおける付勢部材収容凹部以外の部分が被密封流体側に接するので、静止密封環や付勢部材を好適に冷却することができる。

前記回転密封環を前記回転軸に固定する固定部材を有し、
前記固定部材は、その外周面が前記静止密封環および前記ケースの内周面に対向して配置されていてもよい。
これによれば、固定部材とケースとの間に軸方向に狭小の隙間が延びているため、付勢部材に外部の流体がコンタミネーション、塵埃等の異物とともに進入しにくくなっている。

機器に軸支された回転軸とともに回転する回転密封環と、前記回転密封環に摺接する静止密封環と、前記静止密封環と前記機器のハウジングとの間に配置された付勢部材と、を備え、前記回転密封環と前記静止密封環とにより隔離された一方の被密封流体空間から他方の漏れ空間に被密封流体が漏洩することを抑制するメカニカルシールにおいて、
前記付勢部材より前記被密封流体空間側に、前記静止密封環と前記機器のハウジングとの間を密封する二次シールが設けられている。
これによれば、付勢部材より被密封流体空間側に二次シールが設けられていることで、被密封流体による付勢部材の腐食や、被密封流体に混入しているコンタミネーション、塵埃等の異物と付勢部材の噛み込みが生じ、付勢部材の付勢力に不具合が生じることを防止できるため、被密封流体の密封性を維持することができる。

本発明に係る実施例１としてのメカニカルシールを含む回転機械を示す断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 廻り止め手段を示す断面図である。 本発明に係る実施例２としてのメカニカルシールを示す断面図である。 本発明に係る実施例３としてのメカニカルシールを示す断面図である。 本発明に係る実施例４としてのメカニカルシールを示す断面図である。 本発明に係る実施例５としてのメカニカルシールを示す断面図である。 本発明の変形例１としてのメカニカルシールを示す断面図である。 本発明の変形例２としてのメカニカルシールを示す断面図である。

本発明に係るメカニカル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としてのメカニカルシールについて、図１～図３に基づいて説明する。以下、図１を正面側から見て、左右側をメカニカルシールの左右側として説明する。

図１及び図２に示されるように、例えば、本実施例のメカニカルシールは、機器としての回転機械の機外側の空間Ｓ１を含む被密封流体側Ｆ（被密封流体空間）と、回転機械の機内側の空間Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含む漏れ側Ｒ（漏れ空間）とを隔離する２個のメカニカルシール１Ａ，１Ｂからなる。

メカニカルシール１Ａ，１Ｂは、摺動面の外径側である被密封流体側Ｆから、内径側である漏れ側Ｒに向かって漏れようとする被密封液体を密封するインサイド形のものである。尚、メカニカルシール１Ａ，１Ｂは、軸方向の左右側にそれぞれ左右対称に配置されているが、構成はほぼ同様であるため、以下においては、メカニカルシール１Ａについて説明し、メカニカルシール１Ｂについての説明は省略する。

回転機械は、ハウジング２と、ハウジング２に対し左右方向を向く軸を中心として周方向に回転可能に設けられた回転軸３と、軸受部としての複数のベアリング４と、を備える。ベアリング４は、回転軸３の外周に固定される内輪４ａと、ハウジング２に固定される外輪４ｂと、転動体４ｃと、からなる。

ハウジング２は、ハウジング本体２Ａとカバー２Ｂとから構成されており、左側には空間Ｓ１が形成されており、空間Ｓ１内には、回転軸３との間に形成された隙間５（図２参照）から被密封流体としてのクーラント（すなわち切削油）が進入可能とされている。つまり、空間Ｓ１は被密封流体側Ｆの一部である。

図２に示されるように、メカニカルシール１Ａは、回転密封環１１と、回転密封環１１に摺接する静止密封環１２と、静止密封環１２の外径側を覆うケース１３と、静止密封環１２とケース１３との間に設けられるスプリング１４及びＯリング１５と、を備える。

回転密封環１１と静止密封環１２とは、スプリング１４の軸方向の付勢力によってそれぞれの摺動面１１ａ，１２ａが密接している。また、回転密封環１１と静止密封環１２とは、円環状に形成された摺動部材であり、回転密封環１１は硬質材料であるＳｉＣ、静止密封環１２は軸受鋼で形成されている。

尚、回転密封環１１及び静止密封環１２は、ＳｉＣと軸受鋼とで構成されていたが、回転密封環１１及び静止密封環１２双方がＳｉＣと軸受鋼とのうちいずれか一方で構成されていてもよい。また、摺動部材の材料は、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、上記以外でも適用可能であり、例えばＳｉＣ以外のセラミックス、軸受鋼以外の金属材料、樹脂材料、複合材料等を適用可能である。

回転密封環１１は、回転軸３に外嵌され、回転軸３とともに周方向に回転可能となっている。詳しくは、回転軸３の外周面の左端部には、外径側及び軸方向の左側に開放する切欠部３ｃが形成されており、回転密封環１１は、軸方向の左端側から切欠部３ｃに挿入される。

また、切欠部３ｃの外周面に形成された雄ねじ部にはナット６が螺入されている。このナット６を締め付けることにより、ナット６と切欠部３ｃの右端から外径側に延びる立壁部３ｄとの間に回転密封環１１が挟持され、回転軸３に対する回転密封環１１の軸方向への移動及び周方向への相対回転が規制される。

また、切欠部３ｃの立壁部３ｄ側には、Ｏリング収容凹部７が設けられている。Ｏリング収容凹部７は、回転密封環１１側に開放する凹溝状、言い換えると曲げ箇所が角をなすＵ字状に形成されており、内部には、例えば、円環状のフッ素ゴム材からなるＯリング８が収容されている。

静止密封環１２は、摺動面１２ａが回転密封環１１の摺動面１１ａに対し密接するように、回転密封環１１の右側に配置されている。一方、回転軸３の外周面との間には空間Ｓ２が形成されており、回転軸３とともに回転しないように、ケース１３を介してハウジング２側に取付けられている。

ケース１３は、例えば、ステンレスなどの金属材により環状に形成されている。ケース１３は、ハウジング取付部２０Ａと、ハウジング取付部２０Ａよりも外径側に突出する突出部２１Ａと、を有している。ハウジング取付部２０Ａの内側はスプリング１４を収容するスプリング収容凹部２０となっており、突出部２１Ａの内側はＯリング１５を収容するＯリング収容凹部２１となっている。

ハウジング取付部２０Ａは、回転軸３側に配置される内筒部２０ａと、内筒部２０ａの右端から外径側に延びる円環状かつ板状の円環部２０ｂと、円環部２０ｂの外径側の端部から左側に向けて延びる外筒部２０ｃと、により構成されている。

突出部２１Ａは、外筒部２０ｃの左端から外径側に延びる円環状かつ板状の円環部２１ａと、円環部２１ａの外径側の端部から左側に向けて延びる外筒部２１ｂと、外筒部２１ｂの左端から内径側に延びる円環状かつ板状の円環部２１ｃと、により構成されている。

静止密封環１２は、スプリング１４の軸方向の左側で、かつ、Ｏリング１５の内径側に、ケース１３に対し軸方向に向けて相対移動可能に設けられている。尚、静止密封環１２は、ケース１３に対し外径側で所定の空間を隔てて配置されている。

スプリング収容凹部２０は、ハウジング取付部２０Ａにより区画された空間であって、静止密封環１２側に開放する凹溝状、言い換えると曲げ箇所が角をなすＵ字状に形成されている。

スプリング収容凹部２０は、ケース１３における静止密封環１２の右側、つまり、摺動面１２ａの裏面側に形成されている。また、内筒部２０ａと回転軸３の外周面との間には空間Ｓ３が形成されており、ケース１３が回転軸３に接触しないようになっている。

スプリング収容凹部２０には、スプリング１４が周方向にわたり収容されている。スプリング１４は、例えば、コイルドウェーブスプリングからなり、静止密封環１２に対し回転密封環１１側への軸方向の付勢力を付与する。また、スプリング１４は、軸方向に延びる内筒部２０ａと外筒部２０ｃとにより、軸方向に向けて伸縮可能に案内される。

Ｏリング収容凹部２１は、突出部２１Ａにより区画された空間であって、内径方向に開放する凹溝状、言い換えると曲げ箇所が角をなすＵ字状に形成されている。Ｏリング収容凹部２１は、ケース１３におけるスプリング収容凹部２０よりも外径側かつ左側、すなわち静止密封環１２の外径側に形成されている。

Ｏリング収容凹部２１には、例えば、円環状のフッ素ゴム材からなるＯリング１５が収容されており、Ｏリング１５は、弾性変形可能であり、静止密封環と１２とケース１３の外筒部２１ｂとの間を密封する二次シールとして機能している。また、Ｏリング１５の左右側には、径方向に延びる円環部２１ａ，２１ｃが当接可能に配置されていることで、Ｏリング１５は軸方向への移動が規制されている。

ケース１３におけるハウジング取付部２０Ａは軸方向の右側に向けて突出しており、ハウジング２に形成された軸孔２ａに嵌合して密封状で取付けられる。詳しくは、ハウジング取付部２０Ａの内側部分は、スプリング収容凹部として機能し、ハウジング取付部２０Ａの外側部分は、ハウジング２の軸孔２ａに嵌合可能な取付部として機能する。

一方、ケース１３における突出部２１Ａは外径側に突出している。詳しくは、突出部２１Ａの内側のＯリング収容凹部２１は、Ｏリング収容凹部として機能し、突出部２１Ａの外側部分は、ハウジング２外の空間Ｓ１内に配置される部位となっている。

このように、ケース１３は、ハウジング取付部２０Ａと突出部２１Ａとのうち一方が他方に対して突出している。よって、ハウジング取付部２０Ａをハウジング２の軸孔２ａに嵌合して取付けた状態において、ケース１３における突出部２１Ａは、ハウジング取付部２０Ａよりも被密封流体側Ｆに配置される。

摺動面１１ａ，１２ａより内径側の空間である漏れ側Ｒは、空間Ｓ２，Ｓ３、ハウジング２と回転軸３との間の空間Ｓ４、ベアリング４内部の空間Ｓ５、及びケース１３内部の空間Ｓ６を含む。ケース１３内部の空間Ｓ６は、静止密封環１２の外径側でＯリング１５により被密封流体側Ｆとは連通していない。

Ｏリング１５は、スプリング１４より被密封流体側Ｆにて、静止密封環１２とケース１３とを密封するように設けられていることで、ケース１３の円環部２１ｃと静止密封環１２との空間からケース１３内に被密封流体が進入しても、Ｏリング１５により漏れ側Ｒへの進入が阻止される。このように、被密封流体側Ｆと漏れ側Ｒとは、摺動面１１ａ，１２ａと、二次シールとしてのＯリング１５とにより密封されている。尚、上述したように、ケース１３はハウジング２に密封状に取り付けられている。

また、ハウジング２の軸孔２ａにおける径方向の長さ寸法Ｌ１は、摺動面１１ａ，１２ａにおける径方向の長さ寸法Ｌ２とケース１３の板厚方向の長さ寸法Ｌ３とを合算した寸法とほぼ同寸である（Ｌ１≒Ｌ２＋Ｌ３）。ケース１３の板厚方向の長さ寸法Ｌ３はＯリング１５の径方向寸法である直径よりも小さい。

つまり、静止密封環１２の外径側にＯリング１５を配置することで、静止密封環１２及びスプリング１４を回転軸３の近傍に配置することができ、また、静止密封環１２に合わせて回転密封環１１を回転軸３の近傍に配置できる。これにより、摺動面１１ａ，１２ａは回転軸３からの距離が近くなるため、摺動面１１ａ，１２ａにおける摺動トルクを低減することができる。また、摺動面１１ａ，１２ａにおける径方向の長さ寸法Ｌ２が、軸孔２ａにおける径方向の長さ寸法Ｌ１よりも長寸である場合でも、メカニカルシール１Ａを設置することができる。

また、突出部２１Ａがハウジング取付部２０Ａよりも径方向に突出していることで、軸孔２ａにおける径方向の長さ寸法Ｌ１よりも比較的長寸の摺動面１２ａを有する静止密封環１２を取り付けることができる。

また、ハウジング取付部２０Ａがハウジング２の軸孔２ａに嵌合されたときに、円環部２１ａの外面が軸孔２ａの底面に軸方向に当接して軸方向の位置が決定される。これにより、突出部２１Ａがハウジング２に接触して変形することなく、突出部２１Ａの形状が正確に保持されるため、Ｏリング１５の密封性が好適に維持される。

図３に示されるように、メカニカルシール１Ａは、ケース１３に対する静止密封環１２の周方向への回転を規制する廻り止め手段３０を備える。

詳しくは、静止密封環１２の内周面におけるスプリング１４側には、内径側及び軸方向の右側に開放する切欠部３１が、周方向の複数個所に形成されている。一方、ケース１３の内筒部２０ａには、径方向及び軸方向の左側に開放する切欠部３２が、周方向の複数個所に形成されており、各切欠部３２の間には凸状の規制部２０ｄとなっている。

静止密封環１２に形成された各切欠部３１には、内筒部２０ａの規制部２０ｄが、静止密封環１２と周方向に重複して配置されている。よって、静止密封環１２が周方向に回転すると、切欠部３１の周方向の端部が規制部２０ｄの周方向の端部に当接することにより回転が規制される。

つまり、廻り止め手段３０は、静止密封環１２の切欠部３１とケース１３の規制部２０ｄとにより構成されている。尚、廻り止め手段は、上記した廻り止め手段３０に限定されるものではなく、例えば、静止密封環１２とケース１３とのうち一方に設けられた孔部と、他方に設けられ孔部に挿入可能なピン等の突出部材と、により構成されていてもよい。

以上説明したように、本実施例１のメカニカルシール１Ａ，１Ｂは、ベアリング４で軸支された回転軸３とともに回転する回転密封環１１に摺接する静止密封環１２とケース１３との間にスプリング１４が配置され、スプリング１４より被密封流体側Ｆに、ケース１３と静止密封環１２との間を密封するＯリング１５が設けられている。

このように、スプリング１４より被密封流体側ＦにＯリング１５が設けられていることで、ケース１３内部の空間Ｓ６におけるＯリング１５よりスプリング１４側へ被密封流体が進入することはない。よって、被密封流体によるスプリング１４、ベアリング４の腐食や、被密封流体に混入したコンタミネーション、塵埃等の異物の噛み込みが生じ、スプリング１４の付勢力やベアリング４の回転動作に不具合が生じることを防止できる。そのため、長期に亘って被密封流体の密封性を維持することができる。

また、Ｏリング１５は、静止密封環１２の外径側に配置されていることで、静止密封環１２及びスプリング１４とともに回転密封環１１を回転軸３の近傍に配置することができる。これにより、摺動面１１ａ，１２ａは回転軸３からの距離が近くなるため、摺動トルクを低減することができる。また、Ｏリング１５の押圧力は静止密封環１２に対し径方向に作用することで、Ｏリング１５による静止密封環１２に対する軸方向への荷重影響が低減し、スプリング１４の荷重影響の方が大きくなる。よって、静止密封環１２に対する荷重コントロールの設定が容易になる。

また、ケース１３には、内径方向に開放するＯリング収容凹部２１が形成されていることで、静止密封環１２の軸方向への移動に追従してＯリング１５が軸方向に移動することを防止できる。

また、静止密封環１２の外周面１２ｓは、軸方向に平坦な周面であることで、Ｏリング１５による静止密封環１２に対する軸方向への荷重影響をより低減することができる。

また、ケース１３には、軸方向に開放するスプリング収容凹部２０が形成されていることで、スプリング１４を軸方向に伸縮可能に案内することができるため、静止密封環１２を安定して付勢することができる。

また、ハウジング取付部２０Ａをハウジング２の軸孔２ａに嵌合するだけで、ケース１３をハウジング２に容易に取付けることができる。

また、ケース１３におけるスプリング収容凹部２０が内側に形成されるハウジング取付部２０Ａは軸孔２ａ内に嵌合される一方で、Ｏリング収容凹部２１が内側に形成される突出部２１Ａは被密封流体側Ｆに配置される。

よって、ケース１３内部の空間Ｓ６におけるＯリング１５よりも漏れ側Ｒに被密封流体が進入しない構造でも、ケース１３の突出部２１Ａは空間Ｓ１に入り込む形状でクーラントと広い面積で接することで、ケース１３を介して静止密封環１２やスプリング１４を好適に冷却することができる。

また、ケース１３内部の空間Ｓ６におけるＯリング１５より漏れ側Ｒに被密封流体が進入しないことで、被密封流体による静止密封環１２に対する軸方向への荷重影響が生じることはない。そのため、スプリング１４の荷重が支配的であるため、静止密封環１２に対する荷重コントロールの設定が容易になる。

次に、本発明の実施例２としてのメカニカルシールについて、図４に基づいて説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明については省略する。

図４に示されるように、本実施例２としての回転機械の回転軸３は、外周面の左側端部に切欠部３ｃが形成されておらず、メカニカルシール１０１Ａの回転密封環１１は、回転軸３の外周面に嵌合により固定されている。

また、本実施例２におけるケース６０は、ケース本体６１と、ケースカバー６２と、から構成されている。ケース本体６１及びケースカバー６２は、例えば、ステンレスなどの金属材により環状に形成されている。

詳しくは、ケース本体６１は、前記実施例１のケース１３の円環部２１ｃに相当する壁部がなく、Ｏリング収容凹部２１の軸方向の左側が開放されており、この開放部がケースカバー６２により覆われている。

ケースカバー６２は、Ｏリング収容凹部２１の左側にて外径方向に延びる円環部６２ａと、円環部６２ａの外径側の端部から軸方向の右側に向けて延びる外筒部６２ｂと、から構成される。

ケースカバー６２をケース本体６１に回転密封環１１側から嵌合することで、外筒部６２ｂは、ケース本体６１の外筒部２１ｂの外径側に配置され、円環部６２ａは、Ｏリング収容凹部２１の軸方向の左側の開放部を被覆するように配置される。

また、静止密封環１２の外周面１２ｓの左側端部には、外径側及び軸方向の左側に開放する切欠部１２ｂが形成されており、円環部６２ａの内径側の端部が切欠部１２ｂの外周面に近接している。よって、切欠部１２ｂの右側から外径側に延びる立壁部１２ｃが円環部６２ａに当接することにより、静止密封環１２の回転密封環１１側への移動が規制されるため、ケース６０からの静止密封環１２の逸脱が防止される。

このように、本実施例２のメカニカルシール１０１Ａのように、ケース６０は、ケース本体６１と、ケース本体６１の外径側に嵌合可能なケースカバー６２と、から構成されていてもよい。これによれば、メカニカルシール１０１Ａの静止密封要素を構成する静止密封環１２，スプリング１４、Ｏリング１５及びケース６０をユニット化できるため、メカニカルシール１０１Ａの運搬や組み立て作業性に優れる。

次に、本発明の実施例３としてのメカニカルシールについて、図５に基づいて説明する。尚、前記実施例１や前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明については省略する。

図５に示されるように、本実施例３としての回転機械の回転軸３は、外周面の左端部側に切欠部３ｃが形成されておらず、メカニカルシール１１１Ａの回転密封環１１は、回転軸３の外周面に嵌合により固定されている。

また、本実施例３におけるケース７０は、ケース本体７１と、ケースカバー７２と、から構成されている。ケース本体７１及びケースカバー７２は、例えば、ステンレスなどの金属材により環状に形成されている。

ケースカバー７２は、静止密封環１２の内径側に配置され、内径方向に延びる円環部７２ａと、円環部７２ａの内径側の端部から軸方向の右側に向けて延びる内筒部７２ｂと、から構成される。静止密封環１２の内周面の左側端部には、内径側及び軸方向の左側に開放する切欠部１２ｄが形成されており、円環部７２ａの外径側の端部が切欠部１２ｄの内周面に近接している。

ケースカバー７２をケース本体７１に回転密封環１１側から嵌合することで、内筒部７２ｂは静止密封環１２の内径側に配置され、円環部７２ａは、切欠部１２ｄの右側から内径側に延びる立壁部１２ｅに対向して配置される。よって、切欠部１２ｄの立壁部１２ｅが円環部７２ａに当接することにより、静止密封環１２の回転密封環１１側への移動が規制されるため、ケース７０からの静止密封環１２の逸脱が防止される。

このように、本実施例３のメカニカルシール１１１Ａのように、ケース７０は、ケース本体７１と、ケース本体７１の内径側に嵌合可能なケースカバー７２と、から構成されていてもよい。これによれば、メカニカルシール１１１Ａの静止密封要素を構成する静止密封環１２，スプリング１４、Ｏリング１５及びケース７０をユニット化できるため、メカニカルシール１１１Ａの運搬や組み立て作業性に優れる。

また、静止密封環１２の劣化に伴う交換作業を容易に行うことができる。また、運搬時においてケース本体７１にケースカバー７２を嵌合することで、静止密封環１２の逸脱を防止できる。

次に、本発明の実施例４としてのメカニカルシールについて、図６に基づいて説明する。尚、前記実施例１～３と同一構成で重複する構成の説明については省略する。

前記実施例１において、回転機械における軸方向の左右側にそれぞれ左右対称に配置されたメカニカルシール１Ａ，１Ｂは、静止密封環１２より軸方向の端部側に回転密封環１１が配置され、静止密封環１２より軸方向の中央側にスプリング１４が配置される形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図６に示される実施例４としてのメカニカルシール１５１Ａのように、静止密封環１２より軸方向の中央側に回転密封環１１が配置され、静止密封環１２より軸方向の端部側にスプリング１４が配置される形態のメカニカルシールでもよい。

メカニカルシール１５１Ａは、特に図示しないが、前記実施例１～３と同じように、回転機械における軸方向の左右側にそれぞれ左右対称に配置されており、左右のメカニカルシールの間の空間Ｓ４、Ｓ５には潤滑油である被密封流体が密封されている。

つまり、メカニカルシール１５１Ａは、ハウジング２と回転軸３との間の空間Ｓ４や、ベアリング４内部の空間Ｓ５などの回転機械の内側の空間を含む被密封流体側Ｆと、回転機械の機外側に連通する空間Ｓ１０、Ｓ１１を含む漏れ側Ｒと、を隔離している。尚、ハウジング２は、ハウジング本体２Ｃとカバー２Ｄとから構成されている。

また、回転密封環１１は、固定部材１５５により回転軸３に固定されている。詳しくは、回転軸３の外周面から外径側に延びる立壁部３ｄと固定部材１５５とにより軸方向に挟まれた状態で回転軸３に固定されている。尚、固定方法は固定部材１５５の回転軸３への圧入に限らず、溶接や螺合であってもよい。

また、固定部材１５５の外径側に静止密封環１２やケース１３が配置されている。また、ケース１３は、カバー２Ｄに形成された凹部２ｒに圧入固定されている。詳しくは、ケース１３におけるハウジング取付部２０Ａは軸方向の左側に向けて突出しており、カバー２Ｄに形成された凹部２ｒに密封状で取付けられる。また、ハウジング取付部２０Ａの内側部分は、スプリング収容凹部として機能し、ハウジング取付部２０Ａの外側部分は、カバー２Ｂの凹部２ｒに取付け可能な取付部として機能する。

空間Ｓ１０は、固定部材１５５と静止密封環１２との間に形成された空間であり、空間Ｓ１１は、固定部材１５５とケース１３との間に形成された空間である。

漏れ側Ｒとなる空間Ｓ１０、Ｓ１１内には、隙間５から外部流体が進入可能とされているが、Ｏリング１５と摺動面１１ａ，１２ａとにより、空間Ｓ１０、Ｓ１１の外部流体が被密封流体側Ｆに進入することはない。

このように、実施例４としてのメカニカルシール１５１Ａにあっては、スプリング１４より被密封流体側ＦにＯリング１５が設けられていることで、ケース１３内部の空間におけるＯリング１５よりスプリング１４側へ被密封流体が進入することはない。よって、被密封流体によるスプリング１４、ベアリング４の腐食や、コンタミネーション、塵埃等の異物の噛み込みが生じ、スプリング１４の付勢力に不具合が生じることを防止できる。

また、固定部材１５５は、その外周面が静止密封環１２及びケース１３の内周面に近接して対向配置されていることで、固定部材１５５とケース１３の内周面との間に軸方向に狭小の空間Ｓ１１が延びているため、スプリング１４に外部流体がコンタミネーション、塵埃等の異物とともに進入しにくくなっている。また、固定部材１５５と静止密封環１２の内周面との間に軸方向に狭小の空間Ｓ１０が延びているため、摺動面１１ａ，１２ａに外部流体がコンタミネーション、塵埃等の異物とともに進入しにくくなっている。

次に、本発明の実施例５としてのメカニカルシールについて、図７に基づいて説明する。尚、前記実施例１～４と同一構成で重複する構成の説明については省略する。

また、前記実施例１～４では、スプリング１４及びＯリング１５が、静止密封環１２とケース１３との間に設けられた形態を例示したが、例えば、図７に示される実施例５としてのメカニカルシール１４１Ａのように、スプリング１４及びＯリング１５は、ケース１３を介すことなく、静止密封環１２とハウジング２との間に設けられていてもよい。

尚、ハウジング２は、ハウジング本体２Ｅとカバー２Ｆとから構成されている。ハウジング本体２Ｅには軸方向端部側に延びる断面略Ｌ字形に突出部２Ｇが形成され、突出部２Ｇよりも内径側において軸方向他端側に開口するＯリング収容凹部２１が形成されている。

このように、実施例５としてのメカニカルシール１４１Ａにあっては、スプリング１４より被密封流体側ＦにＯリング１５が設けられていることで、ハウジング２における突出部２Ｇ及び軸孔２ａにより形成された内部空間におけるＯリング１５よりスプリング１４側へ被密封流体が進入することはない。よって、被密封流体によるスプリング１４、ベアリング４の腐食や、コンタミネーション、塵埃等の異物の噛み込みが生じ、スプリング１４の付勢力に不具合が生じることを防止できる。

尚、突出部２Ｇはカバー２Ｆに形成されていてもよい。また、図示はしないが、スプリング１４とＯリング１５とのうちいずれか一方がケース１３との間に設けられ、他方がハウジング２との間に設けられてもよい。

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。尚、以下の変形例において、前記実施例１～５と同一構成で重複する構成の説明については省略する。

例えば、前記実施例１～５では、Ｏリング１５が静止密封環１２の最も外径側、すなわち静止密封環１２の外周面１２ｓにおいて外径寸法が最も大きい大径部の外周面に配置される形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図８に示される変形例１としてのメカニカルシール１２１Ａのように、静止密封環１２の最も外径側に配置されていなくてもよい。

具体的には、静止密封環１２の外周面１２ｓの右側には、外径側及び軸方向の右側に開放する切欠部１２ｆが形成されており、Ｏリング１５は、静止密封環１２の外周面１２ｓにおける切欠部１２ｆに対応する部分に配置されている。つまり、Ｏリング１５は、切欠部１２ｆに対応しない外周面よりも内径側に形成された切欠部１２ｆの外周面に配置されていてもよい。

また、前記実施例１～４では、Ｏリング収容凹部２１がケース１３、前記実施例５ではハウジング２に形成されている形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図９に示される変形例２としてのメカニカルシール１３１Ａのように、Ｏリング収容凹部２１が、静止密封環１２に形成されていてもよく、例えば、静止密封環１２の外周面１２ｓに周方向に形成される凹溝１２ｇがＯリング収容凹部として機能してもよい。

また、前記実施例１～５では、スプリング１４は、Ｏリング１５よりも内径側に配置されていたが、Ｏリング１５より漏れ側Ｒに配置されていれば、図９に示される変形例２としてのメカニカルシール１３１Ａのように、Ｏリング１５と径方向のほぼ同じ位置に配置されていてもよい。また、特に図示しないが、スプリング１４はＯリング１５よりも外径側に配置されていてもよい。

また、前記実施例１～５及び変形例１，２では、メカニカルシール１Ａ，１Ｂ，１０１Ａ，１１１Ａ，１２１Ａ，１３１Ａ，１４１Ａ，１５１Ａは、スプリング１４が静止密封環１２を回転密封環１１に向けて付勢している形態、いわゆる静止型を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、回転密封環１１を静止密封環１２に向けて付勢する形態、いわゆる回転型であってもよい。

また、被密封流体の漏れ方向が摺動面１１ａ，１２ａにおける外径側から内径側であるインサイド形のメカニカルシールに本発明を適用した形態を例示したが、アウトサイド形のメカニカルシールにも本発明を適用可能である。尚、アウトサイド形の場合、二次シールは静止密封環１２の内径側に配置されていてもよい。

また、前記実施例１～４及び変形例１，２では、スプリング収容凹部２０とＯリング収容凹部２１とがケース１３に形成される形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、静止密封環１２とケース１３との間にスプリング１４及びＯリング１５が設けられていれば、必ずしもスプリング収容凹部２０とＯリング収容凹部２１とが形成されていなくてもよい。

また、前記実施例１～４及び変形例１，２では、ケース１３，６０，７０の各部の板厚寸法はほぼ同一である形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも一部が板状でなくブロック状に形成されていてもよい。

また、前記実施例１では、被密封流体側Ｆと漏れ側Ｒとの間に２個のメカニカルシール１Ａ，１Ｂが設けられた形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３個以上のメカニカルシールが設けられてもよいし、１個のメカニカルシールが設けられていてもよい。

また、前記実施例１～５及び変形例１，２では、二次シールの一例としてＯリング１５を適用した形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｏリング１５とは断面形状が異なる他の接触型のシール部材を用いてもよい。

また、前記実施例１～５及び変形例１，２では、回転密封環１１を回転軸３に直接固定する形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スリーブ等を介して回転密封環１１を回転軸３に間接的に固定するものであってもよい。

また、前記実施例１～５及び変形例１，２では、付勢部材の一例として、回転軸３の外周に挿入される環状のコイルドウェーブスプリングを適用した形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、圧縮コイルバネや板バネなど、コイルドウェーブスプリング以外のスプリングを適用してもよい。また、回転軸３の外周に挿入される環状のスプリングではなく、回転軸３の周方向に複数のスプリングを配置してもよい。

１Ａ，１Ｂ メカニカルシール
２ ハウジング
２ａ 軸孔
３ 回転軸
４ ベアリング
１１ 回転密封環
１１ａ，１２ａ 摺動面
１２ 静止密封環
１２ｓ 外周面
１３ ケース
１４ スプリング（付勢部材）
１５ Ｏリング（二次シール）
２０ スプリング収容凹部
２０Ａ ハウジング取付部
２０ａ 内筒部（ハウジング取付部）
２１Ａ 円環部（ハウジング取付部）
２０ｃ 外筒部（ハウジング取付部）
２１ Ｏリング収容凹部（二次シール収容凹部）
２１Ｂ 突出部
２１ａ 円環部
２１ｂ 外筒部
２１ｃ 円環部
３０ 廻り止め手段
６０，７０ ケース
６１，７１ ケース本体
６２，７２ ケースカバー
１０１Ａ、１１１Ａ メカニカルシール
１２１Ａ，１３１Ａ メカニカルシール
１５１Ａ メカニカルシール
１５５ 固定部材
Ｆ 被密封流体側（被密封流体空間側）
Ｒ 漏れ側（漏れ空間側）

Claims (8)

1. 機器に軸支された回転軸とともに回転する回転密封環と、前記回転密封環に摺接する静止密封環と、前記機器のハウジングに取付けられるケースと、前記静止密封環と前記ケースとの間に配置された付勢部材と、を備え、前記回転密封環と前記静止密封環とにより隔離された一方の被密封流体空間から他方の漏れ空間に被密封流体が漏洩することを抑制するメカニカルシールにおいて、
   前記付勢部材より前記被密封流体空間側に、前記静止密封環と前記ケースとの間を密封する二次シールが設けられているメカニカルシール。
2. 前記二次シールは、前記静止密封環の外径側に配置されている請求項１に記載のメカニカルシール。
3. 前記ケースには、内径方向に開放する二次シール収容凹部が形成されている請求項２に記載のメカニカルシール。
4. 前記静止密封環の外周面は、軸方向に平坦な周面である請求項３に記載のメカニカルシール。
5. 前記ケースには、軸方向に開放する付勢部材収容凹部が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のメカニカルシール。
6. 前記付勢部材収容凹部は、軸方向に突出するハウジング取付部の内側に形成されている請求項５に記載のメカニカルシール。
7. 前記回転密封環を前記回転軸に固定する固定部材を有し、
   前記固定部材は、その外周面が前記静止密封環および前記ケースの内周面に対向して配置されている請求項１に記載のメカニカルシール。
8. 機器に軸支された回転軸とともに回転する回転密封環と、前記回転密封環に摺接する静止密封環と、前記静止密封環と前記機器のハウジングとの間に配置された付勢部材と、を備え、前記回転密封環と前記静止密封環とにより隔離された一方の被密封流体空間から他方の漏れ空間に被密封流体が漏洩することを抑制するメカニカルシールにおいて、
   前記付勢部材より前記被密封流体空間側に、前記静止密封環と前記機器のハウジングとの間を密封する二次シールが設けられているメカニカルシール。

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