JP3811875B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はメカニカルシールに関し、特に、シールリング、ベローズ及びカラーを回転軸側に取り付ける回転形、それらをハウジング側に取り付ける静止形の両方に兼用できるとともに、静止形でバッフルスリーブを使用する場合と使用しない場合の両方に兼用できるベローズ形のメカニカルシールに関するものである。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
ベローズ形のメカニカルシールには回転形と静止形があり、回転形は、カラー、ベローズ及びシールリングを回転軸側に取り付けるように構成したものであり、静止形は、それらをハウジング側に取り付けるように構成したものである。
【０００３】
そして、回転形の場合には、回転軸側に取り付けたシールリングのシール端面とハウジング側に取り付けたメイティングリングのシール端面とを相互に接触させることで、回転軸とハウジングとの間をシールでき、静止形の場合には、ハウジング側に取り付けたシールリングのシール端面と回転軸側に取り付けたメイティングリングのシール端面とを相互に接触させることで、回転軸とハウジングとの間をシールできるものである。
【０００４】
また、静止形の場合、バッフルスリーブを使用する場合と使用しない場合とがあり、バッフルスリーブを使用する場合には、バッフルスリーブを介してクエンチング液を摺動面に導くことによって、摺動面から漏れ出た流体を外部に排出することができるものである。
【０００５】
静止形でバッフルスリーブを使用したメカニカルシールの一例を図２に示す。このメカニカルシール３１は、ハウジング５０側に取り付けられる金属製のカラー３２と、カラー３２に溶接等によって連結される金属製のベローズ３７と、ベローズ３７に溶接等によって連結される金属製のアダプタ３８と、アダプタ３８に嵌合されるカーボン製のシールリング４０と、ハウジング５０に取り付けられるとともに、カラー３２、ベローズ３７、アダプタ３８及びシールリング４０と回転軸５５との間に位置するバッフルスリーブ４２と、回転軸５５側に取り付けられる金属製のスリーブ４７と、スリーブ４７に嵌合されるアダプタ４８と、アダプタ４８に嵌合されるカーボン製のメイティングリング４５とを具えている。
【０００６】
そして、回転軸５５側に取り付けたメイティングリング４５のシール端面４６にハウジング５０側に取り付けたシールリング４０のシール端面４１を接触させて、ベローズ３７の付勢力によってシールリング４０をメイティングリング４５の方向に押圧し、この状態で回転軸５５を回転させることにより、メイティングリング４５のシール端面４６とシールリング４０のシール端面４１とが相互に摺動接触して、回転軸５５とハウジング５０との間がシールされるものである。
【０００７】
また、ハウジング５０にはバッフルスリーブ４２の外周側に通じるクエンチング孔５１が設けられていて、このクエンチング孔５１からクエンチング液を注入することで、クエンチング液がバッフルスリーブ４２の外周面を介してシールリング４０とメイティングリング４５との摺動面に導かれ、摺動面から漏れ出た流体がバッフルスリーブ４２と回転軸５５との間の隙間を介して排出孔５２に導かれ、排出孔５２から外部に排出されるものである。
【０００８】
しかしながら、上記のような構成のメカニカルシール３１にあっては、カラー３２の軸線方向外側のハウジング５０の部分にクエンチング孔５１が設けられるとともに、その外側にバッフルスリーブ４２の固定用のねじ孔（図示せず）が設けられているため、ハウジング５０の軸線方向への厚みが厚くなってしまう。このため、取付けスペースが軸線方向に長くなってしまい、取付けができない場合がある。また、全体としてコスト高となってしまう。さらに、ベローズ３７の振動を抑制する機能を有していないため、ベローズ３７が短期間で疲労してしまう。そして、回転形と静止形の両方に兼用できないため、それぞれの仕様に合わせたものを用意しなければならない。
【０００９】
この発明は前記のような従来のもののもつ問題点を解決したものであって、回転形と静止形の両方に兼用することができるとともに、静止形でバッフルスリーブを使用する場合であっても、ハウジングの軸線方向への厚みが厚くなるようなことがなく、取付けスペースが軸線方向に長くなって、取付けができなくなるようなことがない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。また、ベローズの振動を抑制することができて、ベローズの耐久性を大幅に高め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。さらに、回転形と静止形の両方に兼用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】
【問題点を解決するための手段】
上記の問題点を解決するためにこの発明は、回転軸とハウジングとの間に設けられて両者間をシールするメカニカルシールであって、前記回転軸の軸線に垂直なシール端面を有するシールリングと、該シールリングにベローズを介して取り付けられるカラーと、前記シールリングのシール端面と接触する前記回転軸の軸線に垂直なシール端面を有するメイティングリングとを具え、前記カラーの内周面及び外周面にそれぞれＯリング溝を設け、前記シールリング、前記ベローズ及び前記カラーが一体となり回転形及び静止形の両方に兼用できるように構成したメカニカルシールにおいて、カラーの一部に内外周面間を貫通するクエンチング孔を設け、前記カラーの内周面及び外周面のＯリング溝はカラーの軸線方向ベローズ側の端部に設け、前記クエンチング孔はカラーの他端部に設けた構成で、回転形として使用する場合には、カラーの内周側のＯリング溝内にＯリングを装着してカラーと回転軸との間をシールし、静止形として使用する場合には、カラーの外周側のＯリング溝内にＯリングを装着してカラーとハウジングとの間をシールする構成を採用したものである。また、静止形として使用する場合、前記シールリング、前記ベローズ及び前記カラーと前記回転軸との間にバッフルスリーブを設けて、バッフルスリーブの一部を前記カラーに固定するとともに、前記バッフルスリーブの外周側に微小隙間の絞り部を形成した手段を採用したものである。さらに、クエンチング孔が設けられるカラーの軸方向端部には、カラーの内外周面を貫通するセットスクリューのねじ孔がクエンチング孔とは周方向にずらした位置に設けられている。
【００１１】
【作用】
この発明は前記のような手段を採用したことにより、回転形として使用する場合には、カラーの内周側のＯリング溝内にＯリングを装着し、この状態でカラーを回転軸側に取り付けることによってカラーと回転軸との間がシールされることになる。また、静止形として使用する場合には、カラーの外周側のＯリング溝内にＯリングを装着し、この状態でカラーをハウジング側に取り付けることによってハウジングとの間がシールされることになる。また、カラーのクエンチング孔からクエンチング液を注入することで、クエンチング液がシールリングとメイティングリングとの摺動面に導かれ、摺動面から漏れ出た流体を外部に排出することができることになる。さらに、バッフルスリーブの外周側の絞り部によってベローズの振動を抑制することができることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示すこの発明の実施の形態について説明する。
図１には、この発明によるメカニカルシールの一実施の形態が示されていて、この実施の形態によるメカニカルシール１は、回転軸２５とハウジング２０との間に装着されて、両者間をシールするベローズ形のメカニカルシールであって、カラー２と、カラー２に連結されるベローズ７と、ベローズ７に連結されるアダプタ８と、アダプタ８に嵌合されるシールリング１０と、バッフルスリーブ１２と、メイティングリング１５とを具えている。
【００１３】
カラー２は、金属から形成される筒状をなすものであって、軸線方向の一端部の内外周面にはそれぞれ環状のＯリング溝３、４が所定の深さで穿設されるとともに、軸線方向の他端部には内外周面間を貫通するねじ孔５とクエンチング孔６とが少なくとも１箇所に設けられ、軸線方向の一端面には軸線方向へのねじ孔（図示せず）が所定の深さで設けられるようになっている。
【００１４】
ベローズ７は、打抜き加工等によって波形環状に形成した金属製のダイアフラム板を複数枚一列に並べて、隣接するダイアフラム板の外径部間及び内径部間をガス溶接等によって交互に連結して、全体を蛇腹筒状に形成したものであって、一端がカラー２側にガス溶接等によって一体に連結されるようになっている。
【００１５】
アダプタ８は、金属から形成される筒状をなすものであって、一端部内周面側には環状の段部９が形成され、この段部９内にシールリング１０の外周側が嵌合されるようになっている。アダプタ８にはベローズ７の他端がガス溶接等によって一体に連結されるようになっている。
【００１６】
シールリング１０は、カーボンから形成される筒状をなすものであって、外周側をアダプタ８の段部９内に嵌合させることで、アダプタ８に一体に取り付けられるようになっている。シールリング１０の軸線方向の一端面は回転軸２５の軸線と垂直となるシール端面１１に形成されている。
【００１７】
バッフルスリーブ１２は、筒状に形成されるものであって、軸線方向の一端には径方向外方に環状に張り出る鍔部１３が一体に形成されるようになっている。鍔部１３の複数箇所には軸線方向に貫通する孔（図示せず）が設けられ、この孔を挿通したボルト２３をカラー２のねじ孔５に螺合させて締め付けることで、カラー２にバッフルスリーブ１２を固定することができるものである。
【００１８】
バッフルスリーブ１２の外周面とアダプタ８の内周面との間には微小隙間の絞り部１４が形成され、この絞り部１４によってクエンチング液が流通する際のベローズ７の振動を小さく抑えることができ、ベローズ７の疲労を抑制することができるものである。
【００１９】
メイティングリング１５は、カーボンから形成される筒状をなすものであって、軸線方向の一端面は回転軸２５の軸線と垂直なシール端面１６に形成されている。メイティングリング１５は、回転形として使用する場合には、単独でハウジング２０側に取り付けられ、静止形として使用する場合には、スリーブ１７等を介して回転軸２５側に取り付けられるようになっている。なお、１９はスリーブ１７とメイティングリング１５との間をシールするＯリングである。
【００２０】
ハウジング２０にはカラー２のクエンチング孔６に通じるクエンチング孔２１が設けられ、このクエンチング孔６、２１からクエンチング液を注入することで、クエンチング液がバッフルスリーブ１２の外周面を介してシールリング１０とメイティングリング１５との摺動面に導かれ、摺動面から漏れ出た流体をバッフルスリーブ１２と回転軸２５との間の隙間を介してハウジング２０に設けられている排出孔２２から外部に排出することができるものである。
【００２１】
そして、上記のように構成したメカニカルシール１を静止形として使用する場合には、図１に示すように、回転軸２５にスリーブ１７を嵌合させるとともに、スリーブ１７の外周側にＯリング１９を介してメイティングリング１５を嵌合させる。
【００２２】
そして、カラー２の外周面側のＯリング溝４内にＯリング１８を装着し、この状態でカラー２、ベローズ７、アダプタ８及びシールリング１０をハウジング２０の内周側に位置し、カラー２をハウジング２０の内周側に嵌合させ、カラー２のねじ孔５内に内周側からセットスクリュー２４を螺合させ、所定のトルクで締め付けてカラー２をハウジング２０側に固定する。
【００２３】
そして、カラー２、ベローズ７、アダプタ８及びシールリング１０の内周側にバッフルスリーブ１２を位置し、その鍔部１３をカラー２の端面に接触させ、鍔部１３の孔をカラー２のねじ孔に一致させ、鍔部１３の孔にボルト２３を挿通させてカラー２のねじ孔に螺合させ、所定のトルクで締め付けてバッフルスリーブ１２をカラー２に固定する。
【００２４】
そして、バッフルスリーブ１２の内周側に回転軸２５を挿通させて、シールリング１０のシール端面１１とメイティングリング１５のシール端面１６とを相互に接触させ、ベローズ７の付勢力によって両端面を接近する方向に押圧する。
【００２５】
そして、回転軸２５とハウジング２０との間にシール部材２６を装着し、両者間の軸線方向の一端部をシールする。
【００２６】
このようにして、カラー２、ベローズ７、アダプタ８及びシールリング１０をハウジング２０側に取り付け、メイティングリング１５を回転軸２５側に取り付け、この状態で回転軸２５を回転させると、シールリング１０のシール端面１１とメイティングリング１５のシール端面１６とが相互に摺動接触して回転軸２５とハウジング２０との間がシールされるものである。
【００２７】
この場合、Ｏリング１８が二次シールとして機能することによってハウジング２０との間がシールされ、Ｏリング１９が二次シールとして機能することによって回転軸２５との間がシールされるものである。
【００２８】
一方、上記のような構成のメカニカルシール１を回転形として使用する場合には、図示はしないが、メイティングリング１５をハウジング２０側に固定するとともに、カラー２の内周側のＯリング溝３内にＯリング１８を装着し、この状態でカラー２、ベローズ７、アダプタ８及びシールリング１０の内周側に回転軸２５を挿通させて、シールリング１０のシール端面１１をメイティングリング１５のシール端面１６に接触させ、カラー２のねじ孔５に外周側からセットスクリュー２４を螺合させ、所定のトルクで締め付けてカラー２を回転軸２５に固定すればよいことになる。
【００２９】
上記のように構成したこの実施の形態によるメカニカルシール１にあっては、カラー２の内外周面にＯリング溝３、４を設けるとともに、カラー２に内外周面間を貫通するねじ孔５を螺設したことにより、回転形として使用する場合には、内周側のＯリング溝３内にＯリング１８を装着して、ねじ孔５に外周側からセットスクリュー２４を螺合させて締め付けることによってカラー２を回転軸２５側に固定し、静止形として使用する場合には、外周側のＯリング溝４内にＯリング１８を装着して、ねじ孔５に内周側からセットスクリュー２４を螺合させて締め付けることによってカラー２をハウジング２０側に固定すればよいことになる。
【００３０】
したがって、構造を変更することなく、回転形と静止形の両方に使用することができることになる。
【００３１】
また、静止形でバッフルスリーブ１２を使用する場合には、カラー２にクエンチング孔６を設けるとともに、バッフルスリーブ１２を固定するねじ孔を設けることにより、ハウジング２０の軸線方向への厚みが厚くなるようなことがなくなる。
【００３２】
したがって、取付けスペースが軸線方向に長くなって、取付けが困難になるようなことがなくなる。また、ハウジング２０の軸線方向の厚みを薄くできるので、全体としてのコストを下げることができるとともに、小さなスペースでもバッフルスリーブを備えたクエンチング機構を採用できるので、長寿命化が可能となる。
【００３３】
さらに、アダプタ８とバッフルスリーブ１２との間に微小隙間の絞り部１４を設けたことにより、クエンチング液が流通する際のベローズ７の振動を小さく抑えることができることになる。
【００３４】
したがって、ベローズ７の疲労を抑制することができ、耐久性を大幅に向上させることができることになる。
【００３５】
【発明の効果】
この発明は前記のように構成して、カラーの内周面及び外周面にそれぞれＯリング溝を設けるとともに、回転形として使用する場合には、カラーの内周側のＯリング溝内にＯリングを装着し、この状態でカラーを回転軸側に取り付けることにより、カラー、ベローズ及びシールリングを回転軸側に固定することができることになる。また、静止形として使用する場合には、カラーの外周側のＯリング溝内にＯリングを装着し、この状態でカラーをハウジング側に取り付けることにより、カラー、ベローズ及びシールリングをハウジング側に固定することができることになる。したがって、構造変更することなく、回転形と静止形の両方に兼用できることになる。
【００３６】
また、カラーの一部に、内外周面間を貫通するクエンチング孔を設けたことにより、静止形でバッフルスリーブを使用する場合に、クエンチング孔を設けるためのスペースを軸線方向に大きく必要とすることがなくなる。したがって、ハウジングの軸線方向への厚みが厚くなるようなことはなく、取付けが困難となるようなことがなくなる。さらに、ハウジングの軸線方向への厚みを薄くできるので、小スペースでもバッフルスリーブを備えたクエンチング機構を採用でき、長寿命化が可能となる。さらに、ハウジングを薄くできるので、全体としてのコストを下げることができることになる。
【００３７】
そして、バッフルスリーブとの間に微小隙間の絞り部を形成したことにより、クエンチング液が流通する際のベローズの振動を小さく抑えることができることになる。したがって、ベローズの疲労を抑制することができ、耐久性を大幅に高めることができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるメカニカルシールの一実施の形態を示した概略断面図であって、静止形に使用した場合の概略断面図である。
【図２】従来のメカニカルシールの一例を示した概略断面図であって、静止形に使用した場合の概略断面図である。
【符号の説明】
１、３１……メカニカルシール
２、３２……カラー
３、４……Ｏリング溝
５……ねじ孔
６、２１、５１……クエンチング孔
７、３７……ベローズ
８、３８、４８……アダプタ
９……段部
１０、４０……シールリング
１１、１６、４１、４６……シール端面
１２、４２……バッフルスリーブ
１３……鍔部
１４……絞り部
１５、４５……メイティングリング
１７、４７……スリーブ
１８、１９……Ｏリング
２０、５０……ハウジング
２２、５２……排出孔
２３……ボルト
２４……セットスクリュー
２５、５５……回転軸
２６……シール部材

Claims (3)

1. 回転軸とハウジングとの間に設けられて両者間をシールするメカニカルシールであって、前記回転軸の軸線に垂直なシール端面を有するシールリングと、該シールリングにベローズを介して取り付けられるカラーと、前記シールリングのシール端面と接触する前記回転軸の軸線に垂直なシール端面を有するメイティングリングとを具え、前記カラーの内周面及び外周面にそれぞれＯリング溝を設け、前記シールリング、前記ベローズ及び前記カラーが一体となり回転形及び静止形の両方に兼用できるように構成したメカニカルシールにおいて、
   前記カラーの一部に内外周面間を貫通するクエンチング孔を設け、前記カラーの内周面及び外周面のＯリング溝はカラーの軸線方向ベローズ側の端部に設け、前記クエンチング孔はカラーの他端部に設けた構成で、
   回転形として使用する場合には、カラーの内周側のＯリング溝内にＯリングを装着してカラーと回転軸との間をシールし、
   静止形として使用する場合には、カラーの外周側のＯリング溝内にＯリングを装着してカラーとハウジングとの間をシールする構成となっていることを特徴とするメカニカルシール。
2. 静止形として使用する場合、前記シールリング、前記ベローズ及び前記カラーと前記回転軸との間にバッフルスリーブを設けて、バッフルスリーブの一部を前記カラーに固定するとともに、前記バッフルスリーブの外周側に微小隙間の絞り部を形成した請求項１記載のメカニカルシール。
3. クエンチング孔が設けられるカラーの軸方向端部には、カラーの内外周面を貫通するセットスクリューのねじ孔がクエンチング孔とは周方向にずらした位置に設けられている請求項１に記載のメカニカルシール。

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