JP2941773B1 - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 回転軸の軸長が熱歪等により伸縮変化するよ
うな回転機器においても、両密封環の軸線方向における
相対位置を適正に保持し得て、良好な軸封機能を発揮さ
せることができるメカニカルシールを提供する。 【解決手段】 メカニカルシール１は、回転機器の軸封
部機枠２，３に取り付けられたシールケース５と、軸封
部機枠２，３を貫通する回転軸４に軸線方向に相対移動
可能に且つ相対回転不能に保持されたスリーブ６と、シ
ールケース５とスリーブ６とを軸線方向に相対移動不能
に且つ相対回転可能に連結するベアリング７と、スリー
ブ６に固定された回転密封環８と、シールケース５に、
回転密封環８に対向した状態で、軸線方向に移動可能に
且つ相対回転不能に保持された静止密封環９と、シール
ケース５と静止密封環９との間に静止密封環９を回転密
封環８へと押圧附勢すべく介挿されたスプリング１１と
を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸の軸長が熱
歪等により変化するような条件下で使用される回転機器
（例えば、ごみ焼却炉における焼却残滓排出用のスクリ
ューフィーダや高温粉体輸送用のスクリューコンベア
等）の軸封手段として好適に使用することができるメカ
ニカルシールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような回転機器、例えば焼却残滓排
出用のスクリューフィーダや高温粉体輸送用のスクリュ
ーコンベア等にあっては、一般に、軸封手段としてグラ
ンドパッキンが使用されている。

【０００３】しかし、グランドパッキンを使用した場
合、完全な軸封を期待できず、機内領域のガスや焼却残
滓（焼却灰），粉体等が漏出して周辺環境が悪化する。
また、高温に晒されるため、グランドパッキンが劣化し
易く、頻繁な交換を余儀なくされる等のメンテナンス上
の問題もある。

【０００４】そこで、本発明者は、先に、かかるスクリ
ューフィーダ，スクリューコンベア等の回転機器の軸封
手段として、スクリュー軸等の回転軸に設けた回転密封
環とシールケースに設けた静止密封環との相対回転作用
によりシール機能を発揮するように構成されたメカニカ
ルシールを使用することを試みた。

【０００５】かかるメカニカルシールは、グランドパッ
キンに比してシール性及び耐久性に優れたものであり、
上記したスクリューフィーダやスクリューコンベア等の
軸封手段として使用した場合にも、グランドパッキンを
使用した場合のように周辺環境の悪化やメンテナンス上
の問題を生じないものである。

【０００６】ところで、このようなメカニカルシールに
あっては、周知のように、良好なシール機能を発揮，維
持させる上で、両密封環の軸線方向における相対位置を
適正に保持しておくことが重要である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したスク
リューフィーダ，スクリューコンベア等の回転機器にあ
っては、高温条件下で運転されることから、回転軸（ス
クリュー軸等）が長尺であることとも相俟って、回転軸
の熱歪量が極めて大きく、つまり軸長が大きく変化する
ことから、かかる軸長変化に伴って回転軸に設けられた
回転密封環が軸線方向に大きく変位する。その結果、両
密封環の軸線方向における相対位置が変化して、両密封
環間が大きく開いてシール機能を喪失するか、逆に両密
封環が強く接触して密封環が破損する。なお、静止密封
環は、シールケースに軸線方向に移動可能に保持される
と共にスプリングにより回転密封環へと押圧附勢されて
いて、回転密封環の軸線方向変位に追従できるようにな
っているが、その追従範囲は極めて小さく、上記した回
転軸の軸長変化に対応できるものではない。

【０００８】このように、メカニカルシールは、回転軸
の軸長が伸縮変化するような回転機器の軸封手段として
使用することが困難なものであった。

【０００９】本発明は、このような点に鑑み、回転軸の
軸長が熱歪等により伸縮変化するような回転機器におい
ても、両密封環の軸線方向における相対位置を適正に保
持し得て、良好な軸封機能を発揮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するものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された本
発明（以下「第一発明」という）では、上記の目的を達
成すべく、回転機器の軸封部機枠に取り付けられたシー
ルケースと、軸封部機枠を貫通する回転軸に軸線方向に
相対移動可能に且つ相対回転不能に保持されたスリーブ
と、シールケースとスリーブとを径方向及び軸線方向に
相対変位不能に且つ相対回転可能に連結する連結部材
と、スリーブに固定された回転密封環と、シールケース
に、回転密封環に対向した状態で、軸線方向に移動可能
に且つ相対回転不能に保持された静止密封環と、シール
ケースと静止密封環との間に、静止密封環を回転密封環
へと押圧附勢すべく、介挿された附勢部材と、両密封環
の対向端面である密封端面間にこれを非接触に保持する
静圧を発生させる静圧発生機構であって、機内圧力より
高圧のシールガスをシールケース及び静止密封環に形成
した一連のシールガス供給路から静止密封環の密封端面
に形成した静圧発生溝に供給する静圧発生機構と、を具
備するメカニカルシールを提案する。

【００１１】また、請求項２に記載された本発明（以下
「第二発明」という）では、上記の目的を達成すべく、
回転機器の軸封部機枠にこれを貫通する回転軸の軸線方
向に移動可能に伸縮自在な金属ベローズを介して連結さ
れ、機内に金属ベローズを介して気密状に連通されたシ
ールケースと、シールケースと回転軸とを径方向及び軸
線方向に相対変位不能に且つ相対回転可能に連結する連
結部材と、回転軸に固定された回転密封環と、シールケ
ースに、回転密封環に対向した状態で、軸線方向に移動
可能に且つ相対回転不能に保持された静止密封環と、シ
ールケースと静止密封環との間に静止密封環を回転密封
環へと押圧附勢すべく介挿された附勢部材と、両密封環
の対向端面である密封端面間にこれを非接触に保持する
静圧を発生させる静圧発生機構であって、機内圧力より
高圧のシールガスをシールケース及び静止密封環に形成
した一連のシールガス供給路から静止密封環の密封端面
に形成した静圧発生溝に供給する静圧発生機構と、を具
備するメカニカルシールを提案する。

【００１２】而して、第一発明のメカニカルシールにあ
っては、回転機器の軸封部機枠に取り付けられたシール
ケースと回転軸に軸線方向に相対移動可能に保持された
スリーブとが連結部材を介して軸線方向に相対移動不能
に連結されていることから、回転軸の軸長が熱歪等によ
り変化した場合、その軸長変化によっては回転軸とスリ
ーブとの間に滑りが生じるにすぎず、シールケースとス
リーブとの軸線方向における位置関係は全く変化しな
い。したがって、シールケースに設けられた静止密封環
とスリーブに設けられた回転密封環との軸線方向におけ
る相対位置は、回転軸の軸長変化によって何らの影響も
受けず、適正に保持されることになり、両密封環による
シール機能が良好に発揮される。

【００１３】また、第二発明のメカニカルシールにあっ
ては、シールケースが連結部材を介して回転軸に軸線方
向に相対移動不能に連結されると共に、回転機器の軸封
部機枠に軸線方向に移動可能に連結支持されているか
ら、回転軸の軸長が熱歪等により変化した場合、その軸
長変化に伴ってシールケースが軸線方向に追従移動され
て、シールケースと回転軸との軸線方向における位置関
係は全く変化しない。したがって、シールケースに設け
られた静止密封環と回転軸に設けられた回転密封環との
軸線方向における相対位置は、回転軸の軸長変化によっ
て何らの影響を受けず、適正に保持されることになり、
両密封環によるシール機能が良好に発揮される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図５又は図６〜図８に基づいて具体的に説明する。な
お、以下の説明においては、便宜上、前後とは図１又は
図６における左右をいうものとする。

【００１５】図１〜図４は第一の実施の形態を示したも
ので、この実施の形態は、焼却残滓排出用のスクリュー
フィーダの軸封手段として装備されるメカニカルシール
に第一発明を適用した例に係るものである。

【００１６】この実施の形態におけるメカニカルシール
（以下「第一シール」という）１は、図１に示す如く、
回転機器たる焼却残滓排出用のスクリューフィーダの軸
封部機枠２，３とこれを前後方向に貫通してスクリュー
フィーダの内部（機内）へと延びるスクリュー軸たる回
転軸４との間に介装されたものである。なお、軸封部機
枠２，３は前後に対峙するものであり、前位の軸封部機
枠２は、焼却残滓の移送が行なわれる機内を囲繞するフ
ィーダハウジングの一部であって、スクリューフィーダ
の機内と機外との仕切壁として機能するものである。後
位の軸封部機枠３は、機外において当該フィーダハウジ
ングに取り付けられたものである。

【００１７】第一シール１は、図１及び図２に示す如
く、軸封部機枠２，３に取り付けられた筒状のシールケ
ース５と、回転軸４に軸線方向（前後方向）に相対移動
可能に且つ相対回転不能に嵌合保持されたスリーブ６
と、シールケース５とスリーブ６とを軸線方向に相対移
動不能に且つ相対回転可能に連結する連結部材７と、ス
リーブ６に固定された回転密封環８と、シールケース５
に、回転密封環８に対向した状態で、軸線方向に移動可
能に且つ相対回転不能に保持された静止密封環９と、シ
ールケース５と静止密封環９との間に、静止密封環９を
回転密封環８へと押圧附勢すべく、介挿された附勢部材
１１と、両密封環８，９の対向端面である密封端面１
２，１３間に静圧を発生させる静圧発生機構１４と、シ
ールケース５等を冷却する冷却機構１５とを具備するも
のであり、両密封端面１２，１３をその間に発生させた
静圧により非接触状態に保持しつつ、密封端面１２，１
３の相対回転部分において、その外周側領域である機内
領域１６とその内周側領域である機外領域（大気領域）
１７とをシールするように構成された外部加圧形の非接
触シールである。

【００１８】シールケース５は、図１〜図３に示す如
く、円筒状のケース本体１８と、ケース本体１８の前端
部内周に形成されたリテーナ１９，２０，２１と、ケー
ス本体１８の前後端部に固着された環状のフランジ２
２，２３と、ケース本体１８の後端部内周に固着された
円筒状のベアリング支持体２４とからなり、両フランジ
２２，２３により、回転軸４を同心状に囲繞する状態
で、軸封部機枠２，３に取り付けられている。前位の軸
封部機枠２とシールケース５との間は、軸封部機枠２と
フランジ２２との衝合部に介挿したＯリング２５によ
り、二次シールされている。リテーナは、大径円筒状の
第一保持部１９と小径円筒状の第二保持部２０と両部１
９，２０の後端部間を連結する円環状の壁部２１とを有
する二重筒構造に構成されている。

【００１９】スリーブ６は、図１に示す如く、シールケ
ース５の前後長と略同一長さの円筒体であり、シールケ
ース５内に配して回転軸４に軸線方向に相対移動可能に
嵌合保持されている。スリーブ６の前後端部内周には一
対の環状シール材（Ｏリング又は膨張黒鉛製シール材
等）２６，２７が係合保持されていて、スリーブ６と回
転軸４との間を、スリーブ６の軸線方向における相対移
動を許容する状態で、二次シールしている。また、図１
及び図２に示す如く、シール材２６，２７間に配してス
リーブ６に軸線方向に延びる長孔２８を形成すると共
に、回転軸４に長孔２８に係合するボルト２９を螺着す
ることによって、スリーブ６の回転軸４に対する軸線方
向の相対移動を許容しつつ、回転軸４に対する相対回転
を阻止している。なお、長孔２８の前後長つまりスリー
ブ６の軸線方向における相対移動範囲は、予測される回
転軸４の熱歪による軸長変化量に応じて設定されてい
る。また、ボルト２９には保護リング３０が嵌挿されて
いて、ボルト２９が回転軸４の軸長変化により長孔２８
の前後端部に衝突するような事態が発生した場合にも、
ボルト２９の螺子部が破損しないように工夫されてい
る。

【００２０】連結部材７は、図１に示す如く、スリーブ
６の後端部とベアリング支持体２４との間に装填された
ベアリング（この例では、スラストベアリングを使用）
で構成されており、シールケース５とスリーブ６とを相
対回転可能に且つ径方向及び軸線方向に相対変位不能に
連結している。なお、スリーブ６とベアリング支持体２
４との間には、ベアリング７の前位に配して、オイルシ
ール３１が設けられており、シールケース５には、グリ
ース等の潤滑材をベアリング７に注入させるための潤滑
材注入孔３２が形成されている。

【００２１】回転密封環８は、図１〜図３に示す如く、
シールケース５内に配してスリーブ６の前端部に嵌合固
定されている。

【００２２】静止密封環９は、図１〜図３に示す如く、
回転密封環２の直後方に対向状に配して、リテーナの第
一及び第二保持部１９，２０に前後一対の第一Ｏリング
３４，３４及び第二Ｏリング３５を介して軸線方向に移
動可能に保持されている。すなわち、静止密封環９の外
周部は、所定間隔を隔てて並列する前後一対の第一Ｏリ
ング３４，３４を介在させた二次シール状態で、第一保
持部１９の内周部に前後移動可能に保持されている。ま
た、静止密封環９の内周部は、第二Ｏリング３５を介在
させた二次シール状態で、第二保持部２０の外周部に前
後移動可能に保持されている。また、静止密封環９は、
その後端部に穿設した係合凹部３６にリテーナの壁部２
１に植設した回り止めピン３７を係合させることによっ
て、一定範囲での前後移動が許容された状態で、シール
ケース５に対する相対回転が阻止されている。なお、Ｏ
リング３４，３４，３５による二次シール作用により、
静止密封環９とリテーナ１９，２０，２１との間には二
つの密閉空間３８，３９が形成される。すなわち、静止
密封環９の外周部と第一保持部１９の内周部との間に
は、両第一Ｏリング３４，３４によってシールされた環
状の第一密閉空間３８が形成され、静止密封環９の後端
部と壁部２１との間には、後位の第一Ｏリング３４及び
第二Ｏリング３５によってシールされた環状の第二密閉
空間３９が形成される。ところで、密封環８，９の構成
材はシール条件等に応じて選定されるが、この例では、
回転密封環８はＳＵＳ材で構成し、その密封端面１２を
ＣｒＯ₂等のセラミックコーティング層で構成してあ
り、静止密封環９はカーボンで構成してある。

【００２３】附勢部材１１は、図１及び図２に示す如
く、第二密閉空間３９に配設されており、静止密封環９
の後端部とリテーナの壁部２１との間に介挿された一又
は複数のコイルスプリングで構成されていて、静止密封
環９を回転密封環８へと押圧附勢するものであり、密封
端面１２，１３を閉じる方向に作用する閉力を発生させ
るものである。なお、第二密閉空間３９は、図１及び図
３に示す如く、静止密封環９に形成した背圧導入路４０
を介して機内領域１６に連通されていて、静止密封環９
の後端部たる背面部に機内領域１６の圧力（以下「機内
圧力」という）が背圧として作用するように工夫されて
いる。この背圧は、スプリング荷重と共に、閉力として
機能する。背圧導入路４０は、後述する密封環側通路４
６と交差しないように、その形成位置を工夫してある。

【００２４】静圧発生機構１４は、図１〜図３に示す如
く、静止密封環９の密封端面１３に形成された複数の静
圧発生溝４１…と、静圧発生溝４１…にシールガス４２
を供給する一連のシールガス供給路４３と、シールガス
供給路４３に設けた絞り器４４とを具備して、機内圧力
より高圧のシールガス４２を静圧発生溝４１に供給させ
ることにより、密封端面１２，１３間にこれを開く方向
に作用する静圧（開力）を発生させるようになってい
る。

【００２５】静圧発生溝４１…は、図４に示す如く、当
該密封端面１３と同心の環状をなして並列する浅い円弧
状凹溝である。

【００２６】シールガス供給路４３は、図１及び図２に
示す如く、シールケース５及び静止密封環９に形成され
た一連のものであり、第一密閉空間３８と、ケース本体
１８及び第一保持部１９を貫通して第一密閉空間３８に
至るケース側通路４５と、静止密封環９を貫通して第一
密封空間３８から静圧発生溝４１…に至る密封環側通路
４６とからなる。密封環側通路４６の下流端部は分岐さ
れていて、その各分岐部を、図４に示す如く、各静圧発
生溝４１に開口４６ａさせてある。ケース側通路４５に
は、所定のシールガス供給源（図示せず）から導かれた
シールガス供給管が接続されていて、シールガス４２を
シールガス供給路４３から静圧発生溝４１…に供給する
ようになっている。静圧発生溝４１…に導入されたシー
ルガス４２により、密封端面１２，１３間にこれを開く
方向に作用する開力（静圧）が発生する。静圧発生溝４
１に導入されるシールガス４２の圧力は機内圧力に応じ
てこれより高く設定されており、閉力を決定するスプリ
ング１１のバネ力（スプリング荷重）は、密封端面１
２，１３間の隙間が適正（一般に、５〜１６μｍであ
る）となるように、シールガス４２の圧力に応じて設定
される。シールガス４２としては、各領域１６，１７に
流出しても無害なものを、シール条件に応じて適宜に選
定する。この例では、各種物質に対して不活性であり且
つ人体に無害である窒素ガスが使用されている。なお、
シールガス４２は、スクリューフィーダの運転（回転軸
４の駆動）中においてのみ供給され、運転停止後には供
給を停止される。スクリューフィーダの運転（回転軸４
の駆動）は、シールガス４２の供給が開始された後であ
って、密封端面１２，１３間が非接触状態に保持された
後において開始され、シールガス４２の供給停止は、当
該機器の運転停止後であって回転軸４が完全に停止した
後に行なわれる。

【００２７】絞り器４４は、オリフィス，毛細管，多孔
質部材等の絞り機能を有するものであり、図２に示す如
く、密封環側通路４６の適所（各静圧発生溝４１への分
岐部分より上流側の部分）に配設されている。

【００２８】冷却機構１５は、図１に示す如く、ケース
本体１８に静止密封環９を囲繞する如き環形状をなす冷
却通路４７及びこれに連通する給排水口４８，４９を設
けて、冷却水５０を給水口４８から冷却通路４７を経て
排水口４９へと循環流動させることにより、シールケー
ス５及びその周辺部材（静止密封環９等）を冷却するよ
うに構成されている。したがって、第一シール１は高温
条件下で使用されるものであるが、その構成部材（シー
ルケース５，Ｏリング３４等）は必要以上に高度の耐熱
性材で構成しておく必要がない。

【００２９】以上のように構成された第一シール１にあ
っては、シールガス４２をシールガス供給路４３から静
圧発生溝４１…に供給すると、密封端面１２，１３間に
これを開く方向に作用する開力が発生する。この開力
は、密封端面１２，１３間に導入されたシールガス４２
によって発生する静圧によるものである。したがって、
密封端面１２，１３は、この開力と密封端面１２，１３
間を閉じる方向に作用する閉力（スプリング荷重及び第
二密閉空間３９に作用する背圧によるもの）とがバラン
スする非接触状態に保持される。そして、シールガス４
２が機内圧力より高圧であることから、機内領域１６で
発生するガスや粉塵は密封端面１２，１３間に侵入せ
ず、機内領域１６が完全にシールされることになり、周
辺環境を悪化させる虞れは全くない。このとき、シール
ガス４２はオリフィス等の絞り器４４で絞られた上で静
圧発生溝４１…に導入されることから、密封端面１２，
１３の隙間が変動した場合にも、その隙間が自動的に調
整されて適正に保持される。すなわち、当該回転機器の
振動等により密封端面１２，１３の隙間が大きくなった
ときは、静圧発生溝４１…から密封端面１２，１３間に
流出するシールガス量と絞り器４４を通って静圧発生溝
４１…に供給されるシールガス量とが不均衡となり、静
圧発生溝４１…内の圧力が低下して、開力が閉力より小
さくなるため、密封端面１２，１３間の隙間が小さくな
るように変化して、その隙間が適正なものに調整され
る。逆に、密封端面１２，１３間の隙間が小さくなった
ときは、上記したと同様の絞り器機能により静圧発生溝
４１…内の圧力が上昇して、開力が閉力より大きくな
り、密封端面１２，１３間の隙間が大きくなるように変
化して、その隙間が適正なものに調整される。また、機
内圧力が変動した場合、これに伴って第二密閉空間３９
に作用する背圧も変化することから、この背圧及びスプ
リング荷重による閉力とシールガス４２による閉力との
バランスが崩れるようなことがことがなく、密封端面１
２，１３間の隙間が適正に維持される。なお、シールガ
ス４２は密封端面１２，１３間から両領域１６，１７に
流出するが、不活性且つ無毒な窒素ガスであるから、両
領域１６，１７に流出することによる問題は何ら生じな
い。

【００３０】而して、スクリューフィーダの運転が開始
されると、回転軸４は高温の焼却残滓との接触により加
熱されて熱歪を生じ、その軸長が時間の経過と共に大き
く伸長変化することになる。しかし、軸封部機枠２，３
に取り付けられたシールケース５と回転軸４に嵌合され
たスリーブ６とがベアリング７により軸線方向に相対変
位不能に連結されていること及びスリーブ６が回転軸４
に軸線方向に相対移動可能に嵌合されていることから、
回転軸４の軸長が上記した如く大きく伸長変化しても、
回転軸４とスリーブ６との間に軸線方向における滑りが
生じるにすぎず、シールケース５とスリーブ６との軸線
方向における位置関係は全く変化しない。したがって、
シールケース５に設けられた静止密封環９とスリーブ６
に設けられた回転密封環８との軸線方向における相対位
置は、回転軸４の軸長変化によっては何らの影響を受け
ず、一定に保持されることになる。その結果、密封端面
１２，１３の軸線方向における位置関係が全く変化せ
ず、密封端面１２，１３によるシール機能が良好に発揮
される。また、スクリューフィーダの運転が停止される
と、回転軸４の温度が低下して、その軸長が縮小復帰さ
れるが、この場合にも、回転軸４とスリーブ６との間に
軸線方向における滑りが生じるにすぎず、密封端面１
２，１３の軸線方向における位置関係が変化することが
なく、密封端面１２，１３が強く衝合して破損する等の
虞れはない。

【００３１】なお、シールケース５とスリーブ６とをベ
アリング７により連結しておくと、回転軸４が軸振れを
生じた場合にも、両者５，６の径方向における相対位置
が変動せず、シールケース５に設けられた静止密封環９
とスリーブ６に設けられた回転密封環８との同心性，平
行性が確保，維持されることになる。このことは、２つ
の密封環の相対回転部分でシール機能を発揮させるメカ
ニカルシール、特に第一シール１の如く密封端面１２，
１３が非接触状態となる非接触形のメカニカルシールに
あっては、シール機能を発揮させる上で極めて重要な利
点となる。また、軸封部機枠２，３に取り付けられたシ
ールケース５と回転軸４に嵌合されたスリーブ８とをベ
アリング７を介して連結することによって、回転軸４の
軸受機能が発揮されることになる。したがって、回転機
器の構造上、回転軸４の軸受箇所，数が限定されるた
め、回転軸４の軸受機能を充分に確保できない場合に
も、これに起因する問題（振動，軸振れ等）を第一シー
ル１による軸受機能の加重により解消することができ
る。

【００３２】また、図６〜図８は第二の実施の形態を示
したもので、この実施の形態は、高温粉体輸送用のスク
リューコンベアの軸封手段として装備されるメカニカル
シールに第二発明を適用した例に係るものである。

【００３３】この実施の形態におけるメカニカルシール
（以下「第二シール」という）５１は、図６に示す如
く、回転機器たる高温粉体輸送用のスクリューコンベア
の軸封部機枠５２，５３とこれを前後方向に貫通してス
クリューコンベアの内部（機内）へと延びるスクリュー
軸たる回転軸５４との間に介装されたものである。な
お、軸封部機枠５２，５３は前後に対峙するものであ
り、前位の軸封部機枠５２は、高温粉体の輸送が行なわ
れる機内を囲繞するコンベアハウジングの一部であっ
て、スクリューコンベアの機内と機外との仕切壁として
機能するものである。後位の軸封部機枠５３は、機外に
おいて当該コンベアハウジングに取り付けられたもので
ある。

【００３４】第二シール５１は、図６及び図７に示す如
く、軸封部機枠５２，５３に連結支持されたシールケー
ス５５と、シールケース５５と回転軸５４とを軸線方向
に相対移動不能に且つ相対回転可能に連結する連結部材
５６と、回転軸５４に固定された回転密封環５７と、シ
ールケース５５に、回転密封環５７に対向した状態で、
軸線方向に移動可能に且つ相対回転不能に保持された静
止密封環５８と、シールケース５５と静止密封環５８と
の間に静止密封環５８を回転密封環５７へと押圧附勢す
べく介挿された附勢部材５９と、両密封環５７，５８の
対向端面である密封端面６０，６１間に静圧を発生させ
る静圧発生機構６２と、シールケース５５等を冷却する
冷却機構６３と、を具備するものであり、第一シール１
と同様に、両密封端面６０，６１をその間に発生させた
静圧により非接触状態に保持しつつ、密封端面６０，６
１の相対回転部分において、その外周側領域である機内
領域６４とその内周側領域である機外領域（大気領域）
６５とをシールするように構成された外部加圧形の非接
触シールである。

【００３５】シールケース５５は、図６に示す如く、前
端部を前後方向に伸縮自在な円筒状の金属ベロース６６
を介して前位の軸封部機枠５２に連結すると共に、後端
部を後位の軸封部機枠５３に形成された円形内周部６７
に前後移動可能に嵌挿支持させることにより、回転軸５
４を同心状に囲繞する状態で、コンベアハウジングに取
り付けられている。また、シールケース５５の外周部に
は上記円形内周部６７に形成したキー溝６８に係合する
キー６９が設けられていて、シールケース５５の前後移
動を許容しつつ、その回転を阻止している。このよう
に、シールケース５５は、金属ベローズ６６の伸縮スト
ークの範囲で軸線方向移動のみを許容された状態で、軸
封部機枠５２，５３に連結支持されている。なお、スク
リューコンベアの機内とシールケース５５の内部とは、
金属ベローズ６６を介して、気密状に連通されている。
また、金属ベローズ６６の伸縮ストークつまりシールケ
ース５５の軸線方向移動量は、予測される回転軸５４の
熱歪による軸長変化量に応じて設定されている。

【００３６】連結部材５６は、図６に示す如く、シール
ケース５５の後端内周部と回転軸５４との間に装填され
たベアリング（この例では、自動調心ころベアリングを
使用）で構成されており、シールケース５５と回転軸５
４とを相対回転可能に且つ径方向及び軸線方向に相対変
位不能に連結している。なお、シールケース５５と回転
軸５４及び軸封部機枠５３との間には、ベアリング５６
の前後に配してオイルシール７０，７０が設けられてい
て、シールケース５５に形成した潤滑材注入孔７１から
グリース等の潤滑材をベアリング５６に注入するように
なっている。

【００３７】回転密封環５７は、図６〜図８に示す如
く、シールケース５５の前端部に対応する位置に配し
て、回転軸５４に円筒状の固定部材７２，７３を介して
嵌合固定されている。

【００３８】静止密封環５８は、図６〜図８に示す如
く、回転密封環２の直後方に対向状に配して、シールケ
ース５５の前端内周部に前後一対のＯリング７４，７４
を介して軸線方向に移動可能に保持されている。また、
静止密封環５８は、その後端部に形成した係合凹部７５
に、シールケース５５のスプリング受部７６に植設した
回り止めピン７７を係合させることにより、一定範囲で
の前後移動が許容された状態でシールケース５５に対す
る相対回転が阻止されている。

【００３９】附勢部材５９は、図６及び図７に示す如
く、静止密封環５８とスプリング受部７６との間に介挿
された一又は複数のコイルスプリングで構成されてい
て、静止密封環５８を回転密封環５７へと押圧附勢す
る。

【００４０】静圧発生機構６２は、図６及び図７に示す
如く、第一シール１における静圧発生機構１４と同様の
構造，機能を有するものであり、静止密封環５８の密封
端面６１に形成された複数の静圧発生溝７８…と、シー
ルケース５５及び静止密封環５８に形成された一連のシ
ールガス供給路７９と、シールガス供給路７９の適所に
設けた絞り器８０とを具備して、シールガス８１をシー
ルガス供給路７９から静圧発生溝７８…に供給させるこ
とにより、密封端面６０，６１間にこれを開く方向に作
用する開力（静圧）を発生させるようになっている。

【００４１】静圧発生溝７８…は、第一シール１におけ
る静圧発生溝４１と同様に、当該密封端面６１と同心の
環状をなして並列する浅い円弧状凹溝である（図４参
照）。シールガス供給路７９は、図６及び図７に示す如
く、静止密封環５８の外周部とシールケース５５の内周
部との間に形成された環状空間であってＯリング７４，
７４によってシールされた密閉空間８２と、シールケー
ス５５を貫通して密閉空間８２に至るケース側通路８３
と、静止密封環５８を貫通して第一密封空間８２から静
圧発生溝７８…に至る密封環側通路８４とからなる。密
封環側通路８４の下流端部は、前記密封環側通路４６と
同様に、分岐して各静圧発生溝７８に開口されている。
また、第一シール１におけると同様に、シールガス８１
として機内領域６４の圧力（機内圧力）より高圧の窒素
ガスが使用されており、シールガス８１の供給はスクリ
ューコンベアの運転（回転軸５４の駆動）中においての
み行なわれる。また、スクリューコンベアの運転（回転
軸５４の駆動）は、シールガス８１の供給が開始された
後であって、密封端面６０，６１間が非接触状態に保持
された後において開始され、シールガス８１の供給停止
は、当該コンベアの運転停止後であって回転軸５４が完
全に停止した後に行なわれる。絞り器８０は、オリフィ
ス，毛細管，多孔質部材等の絞り機能を有するものであ
り、密封環側通路８４に配設されている。

【００４２】冷却機構６３は、図６〜図８に示す如く、
シールケース５５の密封環５７，５８に対応する部分
に、環状の第一及び第二冷却通路８５，８６と両通路８
５，８６を連通する連通路８７と第一冷却通路８５に開
口する給水口８８と第二冷却通路８６に開口する排水口
８９とを形成して、冷却水９０を給水口８８から第一冷
却通路８５、連絡路８７及び第二冷却通路８６を経て排
水口８９へと循環流動させることにより、シールケース
５５及びその周辺部材（密封環５７，５８等）を冷却す
るように構成されている。したがって、第二シール５１
は高温条件下で使用されるものであるが、その構成部材
（シールケース５５，Ｏリング７４等）は必要以上に高
度の耐熱性材で構成しておく必要がない。

【００４３】以上のように構成された第二シール５１に
あっては、第一シール１と同様に、シールガス８１をシ
ールガス供給路７９から静圧発生溝７８…に供給する
と、密封端面６０，６１間に発生する静圧による開力と
スプリング５９による閉力とがバランスされて、密封端
面６０，６１を非接触状態に保持しつつ、機内領域６４
をシールする。このとき、シールガス８１は密封端面６
０，６１間から機内領域６４に流出して、機内領域６４
で発生するガスや粉塵の密封端面６０，６１間からの漏
出を完全に阻止する。なお、密封端面６０，６１間から
機外領域６５に流出したシールガス８１は、シールケー
ス５５に形成したシールガスドレン孔９１から排出され
る。また、密封端面６０，６１の隙間が変動した場合に
も、絞り器８０による前述した作用により、その隙間が
自動的に調整される。

【００４４】而して、スクリューコンベアの運転が開始
されると、回転軸５４は高温粉体との接触により加熱さ
れて熱歪を生じ、その軸長が時間の経過と共に大きく伸
長変化することになる。しかし、第二シール５１にあっ
ては、シールケース５５がベアリング５６により回転軸
５４に連結されていること及び金属ベローズ６６により
軸線方向に移動可能とされていることから、回転軸５４
の軸長が変化した場合、その軸長変化に伴ってシールケ
ース５５が軸線方向に追従移動されて、シールケース５
５と回転軸５４との軸線方向における位置関係は全く変
化しない。したがって、シールケース５５に設けられた
静止密封環５８と回転軸５４に設けられた回転密封環５
７との軸線方向における相対位置は、回転軸５４の軸長
変化によっては何らの影響も受けず、適正に保持される
ことになり、密封端面６０，６１によるシール機能が良
好に発揮される。また、スクリューコンベアの運転が停
止されると、回転軸５４の温度が低下して、その軸長が
縮小復帰されるが、この場合にも、シールケース５５が
軸長変化に追従移動して、シールケース５５と回転軸５
４との間における軸線方向の位置関係が変化せず、一定
に保持される。

【００４５】なお、本発明は、上記した各実施の形態に
限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しな
い範囲において適宜に変更，改良することができる。

【００４６】例えば、第一及び第二シール１，５１にお
いては、連結部材７，５６としてベアリングを使用した
が、連結部材７，５６は、シールケース５，５５とスリ
ーブ６又は回転軸５４とを相対回転自在に且つ軸線方向
に相対移動不能に連結できるものであればよく、その構
成は任意である。また、ベアリングを使用する場合にお
いても、そのベアリングの形式，構造は使用条件等に応
じて任意に選定することができる。

【００４７】また、第一シール１においては、静止密封
環９に形成した背圧導入路４０により、機内圧力を静止
密封環９に閉力として機能する背圧として作用させるよ
うにしたが、このような背圧手段は任意であり、静止密
封環９に、密封環側通路４６の適所から第二密閉空間３
９に至る背圧導入路を形成するか、或いは第二密閉空間
３９を迂回して静圧発生溝４１…に至る密封環側通路４
６を形成して、第二密閉空間３９に導入されたシールガ
ス４２により静止密封環９に背圧が作用するように構成
してもよい。例えば、図５に示す如く、静止密封環９
に、上記背圧導入路４０に加えて、両密閉空間３８，３
９を連通する連通路９２を形成する共に、この連通路９
２に前記絞り器４４と同様のオリフィス等の絞り器９３
を設けて、シールガス４２を第二密封空間３９に導入さ
せるようにする。このようにすれば、第二密封空間３９
内の圧力が機内圧力と同等若しくはやや高圧となり、機
内領域１６から第二密封空間３９への粉塵等の侵入が完
璧に阻止される。勿論、第二密閉空間３９に外部配管か
ら適当な背圧発生ガスを供給させること又は第二密閉空
間３９を大気領域１７に開放させることも可能である。
また、静圧発生溝４１，７８の形状も任意であり、第一
又は第二シール１，５１における如く複数の円弧状凹溝
で構成せず、一の環状凹溝で構成するようにしてもよ
い。

【００４８】また、第二シール５１において、シールケ
ース５５を軸封部機枠５２，５３に軸線方向移動可能に
連結支持する手段を金属ベローズ６６等で構成したが、
かかる手段の構成は、シールケース５５が機内との間の
気密性が確保される状態で軸線方向に移動できることを
条件として任意である。例えば、軸封部機枠をシールケ
ース５５を軸線方向に移動可能に嵌合する部分を有する
構成のものとして、この部分とシールケース５５との間
を、シールケース５５の軸線方向移動を許容するＯリン
グ等のシール部材でシールするように構成することがで
きる。勿論、フレックス等の移動可能なシール装置を使
用することもできる。

【００４９】また、第一発明又は第二発明は、上記した
外部加圧形の非接触シール１，５１の他、密封端面をそ
の間に発生させた動圧により非接触状態に保持するよう
に構成された非接触形メカニカルシールや密封端面の相
対回転摺接作用によりシール機能を発揮させる端面接触
形メカニカルシールにも、上記したと同様に好適に適用
することができる。また、第一発明又は第二発明に係る
メカニカルシールは、上記した焼却残滓排出用のスクリ
ューフィーダや高温粉体輸送用のスクリューコンベアの
他、回転軸の軸長が熱歪により伸縮変化するような温度
条件下で使用される各種回転機器の軸封手段として好適
に使用することができる。また、回転軸が伸縮可能な構
造をなし、その軸長が機能上必然的に変化する回転機器
においても、同様に好適に使用することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、第一発明又は第二発明のメカニカルシールによれ
ば、回転軸の軸長が熱歪等により伸縮変化するような回
転機器においても、両密封環の軸線方向における相対位
置を適正に保持し得て、良好な軸封機能を発揮させるこ
とができる。しかも、第一発明のメカニカルシールにあ
っては、回転軸の軸受機能をも発揮することができ、構
造上又は機能上、回転軸の軸受機能を充分に確保し得な
い回転機器においても、軸振れ等の問題を併せて解決す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一発明に係るメカニカルシールの一例を示す
縦断側面図である。

【図２】図１の要部の拡大図である。

【図３】図１の他の要部の拡大図である。

【図４】当該メカニカルシールにおける静止密封環の密
封端面を示す正面図である。

【図５】当該メカニカルシールの変形例を示す図３相当
図である。

【図６】第二発明に係るメカニカルシールの一例を示す
縦断側面図である。

【図７】図６の要部の拡大図である。

【図８】図６の他の要部の拡大図である。

【符号の説明】

１…第一シール（メカニカルシール）、２，３，５２，
５３…軸封部機枠、４，５４…回転軸、５，５５…シー
ルケース、６…スリーブ、７，５６…ベアリング（連結
部材）、８，５７…回転密封環、９，５８…静止密封
環、１１，５９…コイルスプリング（附勢部材）、１
２，１３，６０，６１…密封端面、１４，６２…静圧発
生機構、１６，６４…機内領域、１７，６５…機外領
域、４１，７８…静圧発生溝、４２，８１…シールガ
ス、４３，７９…シールガス供給路、６６…金属ベロー
ズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−112707（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−136666（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16J 15/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転機器の軸封部機枠に取り付けられた
   シールケースと、 軸封部機枠を貫通する回転軸に軸線方向に相対移動可能
   に且つ相対回転不能に保持されたスリーブと、 シールケースとスリーブとを径方向及び軸線方向に相対
   変位不能に且つ相対回転可能に連結する連結部材と、 スリーブに固定された回転密封環と、 シールケースに、回転密封環に対向した状態で、軸線方
   向に移動可能に且つ相対回転不能に保持された静止密封
   環と、 シールケースと静止密封環との間に静止密封環を回転密
   封環へと押圧附勢すべく介挿された附勢部材と、両密封環の対向端面である密封端面間にこれを非接触に
   保持する静圧を発生させる静圧発生機構であって、機内
   圧力より高圧のシールガスをシールケース及び静止密封
   環に形成した一連のシールガス供給路から静止密封環の
   密封端面に形成した静圧発生溝に供給する静圧発生機構
   と、 を具備することを特徴とするメカニカルシール。
2. 【請求項２】 回転機器の軸封部機枠にこれを貫通する
   回転軸の軸線方向に移動可能に伸縮自在な金属ベローズ
   を介して連結され、機内に金属ベローズを介して気密状
   に連通されたシールケースと、 シールケースと回転軸とを径方向及び軸線方向に相対変
   位不能に且つ相対回転可能に連結する連結部材と、 回転軸に固定された回転密封環と、 シールケースに、回転密封環に対向した状態で、軸線方
   向に移動可能に且つ相対回転不能に保持された静止密封
   環と、 シールケースと静止密封環との間に静止密封環を回転密
   封環へと押圧附勢すべく介挿された附勢部材と、両密封環の対向端面である密封端面間にこれを非接触に
   保持する静圧を発生させる静圧発生機構であって、機内
   圧力より高圧のシールガスをシールケース及び静止密封
   環に形成した一連のシールガス供給路から静止密封環の
   密封端面に形 成した静圧発生溝に供給する静圧発生機構
   と、 を具備することを特徴とするメカニカルシール。