JP2700776B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば灌漑、カルシウ
ムを含む清水、海水あるいは汚水などのように、スラッ
ジを含有する流体排水用ポンプの軸封部等に適用される
メカニカルシールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２および図３は、従来から一般的に知
られているメカニカルシールを回転位相の異なる箇所で
それぞれ断面した半縦断側面図であり、これら図におい
て、１はケーシング、２はそのケーシング１に貫通され
た回転軸で、該回転軸２の上記ケーシング１の外部位置
にはドライブカラー３を介してＴｉＣなどの超硬材製の
シールリング４が回転軸２と一体回転可能に嵌着されて
おり、このシールリング４にＳｉＣなどのセラミック製
の回転密封環５が嵌合保持されている。

【０００３】６は上記回転密封環５の軸方向の一端面５
ａに摺接する端面６ａを有するカーボン製の固定密封環
で、その軸方向の背面側、すなわち、上記回転密封環５
とは反対側には上記回転軸２の外周面とこれに対向させ
て上記ケーシング１にボルト７を介して固定された断面
Ｌ形のプレート８の内周面との間に軸方向に移動可能に
挿嵌される筒状部分９ａとその外端部から径方向外方へ
突設されるフランジ状部分９ｂとからなる断面Ｌ字形の
環状摺動部材９が配置されている。この環状摺動部材９
における筒状部分９ａの内周部には上記回転軸２に近接
する筒状のバッフル１０がその内端部を小ねじ１１によ
り上記筒状部分９ａに固定させて配置されているととも
に、上記フランジ状部分９ｂには上記バッフル１０の外
周面と環状摺動部材９および固定密封環６の内周面との
間のすきまに冷却用のクエンチ液を供給するクエンチ液
通路１２が形成されている。

【０００４】１３は固定密封環押えで、その内周部が上
記固定密封環６に係合されて該固定密封環６を上記環状
摺動部材９に当接状態に固定保持させており、この固定
密封環押え１３および上記環状摺動部材９は上記Ｌ形プ
レート８にその内端部を螺合させたボルト１４および該
ボルト１４の先端部に螺合させたダブルナット１５を介
して軸方向に移動可能に保持されている。１６は上記環
状摺動部材９におけるフランジ状部分９ｂに軸方向に沿
って形成された貫通孔部９ｃ内において上記Ｌ形プレー
ト８と固定密封環押え１３との間に介装された弾性体の
一例としての圧縮コイルスプリングで、その弾性力によ
って上記環状摺動部材９をこれに保持させた固定密封環
６の端面６ａが上記回転密封環５の端面５ａに弾性的に
圧接される方向に移動付勢している。１７は上記コイル
スプリング１６の弾性力調整用ボルトである。

【０００５】上記環状摺動部材９における筒状部分９ａ
の外周面には環状溝９ｄが形成されており、この環状溝
９ｄ内には上記Ｌ形プレート８の内周面に圧接されるシ
ール部材としてのＯリング１８が嵌着されている。な
お、図２および図３において、１９および２０は上記Ｌ
形プレート８とケーシング１との間および環状摺動部材
９と固定密封環６との間にそれぞれ介在されているＯリ
ングである。

【０００６】上記構成のメカニカルシールにおいては、
コイルスプリング１６の弾性力を受けて環状摺動部材９
が軸方向の外方へ移動付勢されており、これによって、
固定密封環６の端面６ａが上記回転密封環５の端面５ａ
に弾性的に圧接されて、それら両端面６ａ，５ａ間に密
封部が形成されて機器内部の流体の外部漏洩が阻止され
る。そして、密封部を形成する端面６ａ，５ａが摩耗し
たときは上記環状摺動部材９および固定密封環６が上記
コイルスプリング１６の弾性力による軸方向外方への移
動付勢力により軸方向に追従移動して両密封環６，５の
端面６ａ，５ａの圧接状態が保たれ、所定の流体漏洩阻
止機能が維持されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
従来のメカニカルシールにおいて、被密封流体中に例え
ばカルシウムなどのスラッジが含有されている場合は、
その一部のスラッジがＯリング１８の外周面部分とＬ形
プレート８の内周面との間に噛み込んで堆積し、その堆
積したスラッジによって上記環状摺動部材９の軸方向へ
の追従移動性が阻害され、これによって、両密封環６，
５の端面６ａ，５ａが摩耗した時の両端面６ａ，５ａの
圧接力が低下して所定の漏洩阻止機能を達成できなくな
るという問題があった。また、このようなスラッジの堆
積に伴う追従移動性の阻害対策として、ケーシング側と
環状摺動部材との間にスラッジの侵入を防ぐように軸方
向に伸縮可能なベローズ状シールを介装することも考え
られるが、この場合は、コストの上昇を招くだけでな
く、ベローズ状シールが局部的な衝撃を受けて損傷する
いわゆるエロージョンなどといった新たな技術的課題を
発生することになり、一般的ではない。

【０００８】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、コストアップやエロージョン等の新たな技術的課題
を生じることなく、密封端面の摩耗に対する追従移動性
を円滑良好にして、スラッジ含有流体に対しても所定の
漏洩阻止機能を確実に保持させ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している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るメカニカルシールは、回転軸と一体に
回転する回転密封環と、この回転密封環の端面に摺接す
る端面を有する固定密封環と、この固定密封環を固定保
持し、上記回転軸の外周面とこれに対向するケーシング
側の内周面との間に軸方向に移動可能に配設された環状
摺動部材と、この環状摺動部材をこれに固定保持させた
上記固定密封環の端面が上記回転密封環の端面に弾性的
に圧接される方向に移動付勢する弾性体と、上記環状摺
動部材の外周面に形成された環状溝内に嵌着されて上記
ケーシング側の内周面に圧接されるシール部材とを備え
てなるメカニカルシールにおいて、上記環状摺動部材の
環状溝内で上記シール部材に対し上記回転密封環とは軸
方向の反対側の溝部内に断面多角形のリング部材を嵌合
配置するとともに、上記環状溝の底壁部に上記環状摺動
部材と回転軸との間に形成される環状隙間に開口するス
ラリー排出孔を形成したものである。

【００１０】上記構成のメカニカルシールにおいて、上
記リング部材の内周面と上記環状溝の底面との間に、こ
れらリング部材と環状溝の底面との相対摺動または相対
振動を可能とするすき間を形成することが望ましく、ま
た、上記リング部材は、四弗化エチレン樹脂、グラファ
イト入り四弗化エチレン樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＥＳのいず
れかの軟質材から構成することが好ましい。

【００１１】

【作用】本発明によれば、互いに弾性的に圧接されてい
る回転および固定密封環の端面が摩耗したとき、弾性体
の弾性力を受けて固定密封環を軸方向に追従移動させる
ための環状摺動部材の環状溝内にシール部材と共に嵌合
配置された断面多角形のリング部材が機器の作動にとも
なって振動し、これによって、被密封流体中に含有され
ているカルシウム等のスラッジの一部が環状摺動部材の
環状溝内に流入してきた場合、そのスラッジが上記リン
グ部材の振動によって細分化されるとともに攪拌されて
スラリー状の流体となり、そのスラリー状流体が環状溝
の底壁部に形成された排出孔から環状摺動部材と回転軸
との間の環状隙間にスムーズに排出されることになる。
したがって、スラッジがシール部材とケーシング側の内
周面との間に噛み込まれて堆積することがなくなって、
回転および固定密封環の端面の摩耗に対して環状摺動部
材および固定密封環が軸方向にスムースに追従移動し、
両端面の圧接力が常にほぼ一定に保たれて所定の漏洩阻
止機能を確保することが可能となる。

【００１２】特に、上記リング部材と環状溝の底面との
間に両者の相対摺動または相対振動を可能とするすき間
を形成しておけば、そのすき間に進入してくるスラッジ
を両者間の相対摺動、相対振動によって一層小さく細分
させることが可能となり、スラリー排出孔の詰まりもな
くすることができる。また、このリング部材を軟質材か
ら構成する場合は、該リング部材の振動によって他の部
材を傷付けることの心配もなくなる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例によるメカニカルシール
の要部の縦断面図であり、同図において、図２に示す従
来例と同一の構成部材には同一の符号を付してそれらの
説明を省略する。また、図３に示す回転位相での断面構
造は図３と全く同一であるために、それに相当する図面
も省略する。

【００１４】図１において、図２に示す従来例と相違す
る点は、ケーシング１に貫通された回転軸２の外周面と
これに対向させて上記ケーシング１にボルト７を介して
固定された断面Ｌ形のプレート８の内周面との間に軸方
向に移動可能に挿嵌される筒状部分９ａとその外端部か
ら径方向外方へ突設されるフランジ状部分９ｂとからな
る断面Ｌ字形の環状摺動部材９における上記筒状部分９
ａの外周面に形成された環状溝９ｄを軸方向に長く設定
していることと、この環状溝９ｄ内にＯリング１８と共
に、該Ｏリング１８に対して回転密封環５とは反対側の
溝部内に断面多角形、詳しくは断面長方形のリング部材
２１を嵌合配置したことと、このリング部材２１に対し
て上記Ｏリング１８とは反対側の位置において環状摺動
部材９とバッフル１０との間に形成される環状隙間２２
に開口するスラリー排出孔２３を径方向に沿って形成し
たことである。

【００１５】上記リング部材２１は、四弗化エチレン樹
脂、グラファイト入り四弗化エチレン樹脂、ＰＥＥＫ、
ＰＥＳなどの樹脂材料から構成されているとともに、こ
のリング部材２１の内周面と上記環状溝９ｄの底面との
間に、０．５〜０．７ｍｍ程度の微小なすき間２４を形
成している。

【００１６】上記のように構成されたメカニカルシール
においては、回転密封環５の一端面５ａと固定密封環６
の一端面６ａとがコイルスプリング１６の弾性力によっ
て互いに弾性的に圧接されて、それら両端面６ａ，５ａ
間に密封部が形成されて機器内部の流体の外部漏洩が阻
止される。そして、上記密封部を形成する端面６ａ，５
ａが摩耗したときは上記環状摺動部材９および固定密封
環６が上記コイルスプリング１６の弾性力による軸方向
外方への移動付勢力により軸方向に追従移動することに
より上記両端面６ａ，５ａの圧接状態が保たれることに
なる。

【００１７】ここで、上記環状摺動部材９における筒状
部分９ａの外周面に形成された環状溝９ｄ内にはＯリン
グ１８と共に軟質樹脂材からなる断面多角形のリング部
材２１が嵌合配置されており、このリング部材２１が機
器の作動にともなって振動しているため、被密封流体中
に含有されているカルシウム等のスラッジの一部が環状
摺動部材９の環状溝９ｄ内に流入してきた場合、そのス
ラッジが上記リング部材２１の振動によって細分化され
るとともに攪拌されてスラリー状の流体となり、かつ、
そのスラリー状流体が環状溝９ｄの底壁部に形成された
排出孔２３から環状摺動部材９とバッフル１０との間の
環状隙間２２にスムーズに排出されることになる。した
がって、スラッジがＯリング１８とケーシング１側のＬ
形プレート８の内周面との間に噛み込まれて堆積するこ
とがなくなって、回転密封環５および固定密封環６の端
面５ａ，６ａの摩耗に対して環状摺動部材９および固定
密封環６が軸方向にスムースに追従移動して、両端面５
ａ，６ａの圧接力が常にほぼ一定に保たれて所定の漏洩
阻止機能が確実に維持されることになる。

【００１８】特に、上記実施例のように、上記リング部
材２１と環状溝９ｄの底面との間に微小なすき間２４を
形成しておけば、その微小なすき間２４に進入してくる
スラッジを両者間の相対摺動、相対振動によって一層小
さく細分させることが可能となり、スラリー排出孔２３
の詰まりもなくすることができる。また、このリング部
材２１は軟質樹脂材から構成されているので、該リング
部材２１の振動によってＬ形プレート８の内周面やＯリ
ング１８などの他の部材を傷付けることもなくなる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、互いに
弾性的に圧接されている回転および固定密封環の端面が
摩耗したとき、弾性体の弾性力を受けて固定密封環を軸
方向に追従移動させるための環状摺動部材の環状溝内に
シール部材と共に断面多角形のリング部材を嵌合配置す
るといった極く簡単な構成改良を施すのみで、被密封流
体中に含有され、環状摺動部材の環状溝内に流入してく
るスラッジを上記リング部材の振動によって細分化する
とともに攪拌してスラリー状の流体とし、このスラリー
状流体を環状溝の底壁部に形成された排出孔から環状摺
動部材と回転軸との間の環状隙間にスムーズに排出させ
ることができる。これによって、スラッジがシール部材
とケーシング側の内周面との間に噛み込まれて堆積する
ことを防止して、密封環の端面の摩耗に対して環状摺動
部材および固定密封環を軸方向にスムースに追従移動さ
せることができ、したがって、スラッジの堆積にともな
う追従性の低下対策としてベロー状シールを用いる場合
に比べて、低コストで、かつ、エロージョンなどの新た
な技術的課題を発生することなく、両密封環の端面の摩
耗にかかわらず両端面同士の圧接力を常にほぼ一定に保
って所定の漏洩阻止機能を確保することができるという
効果を奏する。

【００２０】特に、上記リング部材と環状溝の底面との
間に、両者の相対摺動または相対振動を可能とするすき
間を形成するときは、そのすき間に進入してくるスラッ
ジを両者間の相対摺動、相対振動によって一層小さく細
分させて、スラリー排出孔の詰まりもなくすることがで
きる。また、このリング部材を軟質材から構成する場合
は、該リング部材の振動によって他の部材を傷付けるこ
との心配もなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるメカニカルシールの要
部の縦断側面図である。

【図２】従来のメカニカルシールの半縦断側面図であ
る。

【図３】従来のメカニカルシールを図２とは回転位相の
異なる箇所で断面した半縦断側面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ 回転軸 ５ 回転密封環 ５ａ 回転密封環の端面 ６ 固定密封環 ６ａ 固定密封環の端面 ９ 環状摺動部材 ９ｄ 環状溝 １６ コイルスプリング（弾性体） １８ Ｏリング（シール部材） ２１ 多角形のリング部材 ２２ 環状隙間 ２３ スラリー排出孔 ２４ 微小すき間

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と一体に回転する回転密封環と、
   この回転密封環の端面に摺接する端面を有する固定密封
   環と、この固定密封環を固定保持し、上記回転軸の外周
   面とこれに対向するケーシング側の内周面との間に軸方
   向に移動可能に配設された環状摺動部材と、この環状摺
   動部材をこれに固定保持させた上記固定密封環の端面が
   上記回転密封環の端面に弾性的に圧接される方向に移動
   付勢する弾性体と、上記環状摺動部材の外周面に形成さ
   れた環状溝内に嵌着されて上記ケーシング側の内周面に
   圧接されるシール部材とを備えてなるメカニカルシール
   において、上記環状摺動部材の環状溝内で上記シール部
   材に対し上記回転密封環とは軸方向の反対側の溝部内に
   断面多角形のリング部材を嵌合配置するとともに、上記
   環状溝の底壁部に上記環状摺動部材と回転軸との間に形
   成される環状隙間に開口するスラリー排出孔を形成して
   いることを特徴とするメカニカルシール。
2. 【請求項２】 上記リング部材の内周面と上記環状溝の
   底面との間に、これらリング部材と環状溝の底面との相
   対摺動または相対振動を可能とするすき間が形成されて
   いる請求項１記載のメカニカルシール。
3. 【請求項３】 上記リング部材が、四弗化エチレン樹
   脂、グラファイト入り四弗化エチレン樹脂、ＰＥＥＫ、
   ＰＥＳのいずれかの軟質材から構成されている請求項１
   または２記載のメカニカルシール。