JP3978324B2 - メカニカルシール装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、攪拌機、研磨機、ロータリージョイント等に用いられるメカニカルシール装置に関する。特に、回転用密封環の固定を改良したメカニカルシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の先行技術に関し、特許第３０６６３６７号公報の図１に記載のメカニカルシールが存在する。図５はこの公報に開示されたメカニカルシール１５０の半断面図である。
【０００３】
図５に於いて、メカニカルシール１５０は、ハウジング１８０内の被密封流体をシールするために、ハウジング１８０に取り付けられたシールケース１８１と回転軸１７０との間に配置されている。このメカニカルシール１５０は、１つの回転用密封環１５１の両側に各第１メカニカルシール１５０Ａと第２メカニカルシール１５０Ｂを配置している。この回転用密封環１５１は、回転軸１７０に嵌着されたスリーブ１７１に固着されている。このスリーブ１７１は、軸方向に２つに分割されている。そして、一方の第１スリーブ１７１Ａは外径の相違する面に段部１７２が形成され、この段部１７２の小径外周面１７３に回転用密封環１５１を嵌着し、他方の軸方向から第２のスリーブ１７１Ｂを小径外周面１７３に嵌着して段部１７２と第２のスリーブ１７１Ｂの端面により回転用密封環１５１を軸方向に固定する。
【０００４】
回転用密封環１５１とスリーブ１７１との間には回転用密封環１５１の内径面と側面とに各Ｏリング１６０Ａ、１６０Ｂを配置し、この２つの部品の接合面間をシールしている。又、第１固定用密封環１５２と第２固定用密封環１５３はシールケース１８１に着座した第１スプリング１６０Ｃと第２スプリング１６０Ｄにより互いに対向するように弾発に押圧されている。又、第１固定用密封環１５２と第２固定用密封環１５３は、それぞれシールケース１８１との間を第３Ｏリング１６１Ａと第４Ｏリング１６１Ｂによりシールされている。そして、シールケース１８１に設けられた給液口１８２から液体Ａが密閉室に供給される。この液体Ａは、回転用密封環１５１の両側の各シール面１５１Ａ、１５１Ｂに対して第１固定用密封環１５２の第１固定シール面１５２Ａと第２固定用密封環１５３の第２固定シール面１５３Ａとが密接してシールされる。又、回転用密封環１５１はスリーブ１７１に固着されたドライブピン１７９に係止して回転軸１７０と一体に回動するように成されている。
【０００５】
この様に構成されたメカニカルシール１５０は、回転用密封環１５１が第１のスリーブ１７１Ａの段部１７２と第２のスリーブ１７１Ｂの端面により正確に固定されないと、回転用密封環１５１が軸方向へ傾斜して、各シール面１５１Ａ、１５１Ｂが密接できずに液体が漏洩することになる。特に、第１及び第２Ｏリング１６０Ａ、１６０Ｂが回転用密封環１５１の接合面間に介在しているので、図６に示すように回転用密封環１５１の保持が不安定になり、各シール面１５１Ａ、１５１Ｂは第１固定シール面１５２Aと第２固定面１５３Aとに同一平面で密接できなくなる。このため、スリーブ１７１の外径を大きく形成して保持用の段部１７２の接合面も大きくしている。
【０００６】
しかし、スリーブ１７１が大径になるとメカニカルシール１５０の外径も大きくなり、メカニカルシール１５０全体も大型になる。同時に、各シール面１５１Ａ、１５１Ｂ、１５２Ａ、１５３Ａも大径になるから摺動抵抗が大きくなる。更に、段部１７２の接合面積を大きくすると、回転用密封環１５１はセラミックス等で構成されているから、接合面積増加した圧着によりシール面１５１Ａ、１５１Ｂが変形して平面度を悪化させることになる。その結果、密封接触させることが困難になるので、被密封流体が漏洩することになる。
【０００７】
更に、図７は、従来例２のロータリージョイントの断面図である。図７に於いて、ロータリージョイント１００は、内周面を設けたボディ１０１に配置されており、そのボディ１０１の内周面内に回転可能に挿通されたロータ１０２が設けられている。又、ボディ１０１には、多数の流体供給用通路１０３が設けられている。更に、ロータ１０２にも多数の流体用通路１０４が設けられている。そして、ボディ１０１とロータ１０２の間に軸方向へ複数のメカニカルシール１０５が配置され、その間に形成される各シール室１０６を介して流体供給用通路１０３と流体用通路１０４とが連通されている。
【０００８】
この各シール室１０６は、各メカニカルシール１０５により外方へ流出しないように密封されている。このメカニカルシール１０５は、回転用密封環１１０と固定用密封環１１１との摺動シール面Ｓが密接してシールする。回転用密封環１１０は、回転軸１０２に止めねじ１１５により固定された保持部１１２によりスプリング１１３を介して弾発に支持されている。又、固定用密封環１１１は、ボディ１０１を構成する各分割ボディ１０１Ａの間で圧着されている。このために流体通路系の供給は、ボディ１０１の流体供給用通路１０３とロータ１０２の流体用通路１０４を密封に連通して供給しなければならなくなる。
更に、固定用密封環１１１は各分割ボディ１０１Ａによりボルト１１６を介して圧着されているので、固定用密封環１１１の摺動シール面Ｓの平面度に狂いが生じ、回転時に、固定用密封環１１１の摺動発熱による摩耗と損傷とにより、シール能力の低下を惹起している。
【０００９】
又、これらのシール室１０６内は、研磨機のロータリージョイントとして用いられるときに、作動する被密封流体の処理装置のプログラムに従って、流体用通路１０４内は液体・気体・真空状態或いは高温状態となる。このため、メカニカルシールのシール面を冷却するとか、潤滑するとかしないと、回転用密封環１１０や固定用密封環１１１が摩耗・損傷することになる。しかし、このような構造では、回転用密封環１１０や固定用密封環１１１の冷却が設計的に困難になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来例１の場合には、固定用密封環１５１を確実に固定しようとすると、スリーブ１７１が大径になり、結果的にメカニカルシール１５０を大型にしてシール面の摺動抵抗を増大させることになる。又、固定用密封環１５１を大径にしたスリーブ１７１により圧着すると、各シール面１５１Ａ、１５１Ｂの平面度に狂いが生じて摩耗を促進させるとともに、シール能力を発揮させることができなくなる。
【００１１】
又、上述の従来例２では、固定用密封環１１１が分割ボディ１０１Ａに固定するために、全体が厚さとともに大径になる。同時に、固定用密封環１１１は各分割ボディ１０１Ａにより圧着されるので、摺動シール面Sの平面度に狂いが惹起し、摺動シール面Sの摩耗を促進させるとともに、シール能力が低下する。
更に、スプリング１１３で押圧される回転用密封環１１０は、回転軸１０２側に保持されるから回転につれて揺動しやすくなる。又、ロータ１０２に固着される保持部１１２は、直接にロータ１０２に止めねじ１１５を介して止められるので、止めねじ１１５が弛むと保持部１１２に保持された回転用密封環１１０は、不完全な取り付け状態となって揺動し、故障の原因になる。
【００１２】
更に、ロータリージョイントにメカニカルシールを用いられる場合には、ロータ１０２に回転用密封環１１０を取り付けるための保持部１１２が必要なためにロータ１０２が軸方向に長くなるとともに、メカニカルシールの構造が複雑になる問題がある。更に、ロータ１０２に回転用密封環１１０や保持部１１２が複雑に取り付けられるために、ロータ１０２を高速回転させると振動等が発生することがあり問題となっている。又、回転用密封環１１０や保持部１１２がロータ１０２に取り付けられるので、重量が増し動力エネルギーを多く費やすことになる。
【００１３】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、回転用密封環のシール面の平面が取り付け状態により変形されないようにして密封接触を確実にするとともに、変形に伴うシール面の摩耗を防止することにある。
又、回転用密封環に係合孔を設けることにより回転用密封環の冷却を容易にしてシール面の熱変形を防止し、シール面の摩耗を防止することにある。更には、回転用密封環の材質をカーボンから炭化珪素に至るまで広範囲に利用可能にすることにある。
【００１４】
更に、回転軸に回転用密封環の取り付けを容易にするとともに、回転用密封環を小型化することにある。そして、回転用密封環の外径を小径化してメカニカルシール全体の小型化を図ることにある。
更に、スリーブを段部のない薄肉円筒状にしてシールケース又はボディのメカニカルシールを取り付ける内径を小径可能にすることにある。
また、固定用密封環の小径化に伴いシール装置も小径にし、摺動面積に伴う摺動抵抗を低減して摩耗を防止すると共に、摺動抵抗に伴う動力エネルギーの消費を低減することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的手段は以下のように構成されている。
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置は、回転軸とシールハウジングとの間の被密封流体をシールするメカニカルシール装置であって、前記回転軸の外周面に嵌着するスリーブと、前記スリーブに嵌着して軸方向の一方の側面に第１シール面を有するとともに、他方の側面に第２シール面を有する回転用密封環と、前記回転用密封環の一方の側面側の前記シールハウジングの面に弾発に保持されて前記第１シール面と密接する第１相対シール面を有する第１静止用密封環と、前記回転用密封環の他方の側面側の前記シールハウジングの面に弾発に保持されて前記第２シール面と密接する第２相対シール面を有する第２静止用密封環と、前記回転用密封環の外周面と前記シールハウジングの内部との間に形成された流体が流れる流体室と、を具備し、
前記回転用密封環と前記スリーブとの嵌着面間に弾性圧着されて軸方向へ並列に配列された弾性材性のＯリングを有するとともに、前記Ｏリングの並列の中間の嵌合面を径方向へ貫通する係合孔を有し、且つ前記係合孔に嵌合して前記回転用密封環が前記スリーブに一体に連結合されるドライブピンを有するとともに前記ドライブピンに前記係合孔から抜け出し防止の係止手段が装備されているものである。
【００１６】
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置では、回転用密封環とスリーブとを係合孔にドライブピンを嵌着することにより簡単に取り付けることが可能になる。しかも、シール面はドライブピンを取り付けても外圧を受けないから平面度を維持して相対シール面と密接し、シール能力を発揮することが可能になる。また、回転用密封環とスリーブとの嵌着面間は、並列に配列されたＯリングによりシールされる。
更に、回転用密封環は、ドライブピンとの結合により保持されているから径方向にも軸方向にも任意寸法に形成することが可能になり、回転用密封環の小型化を可能にする。
又、回転用密封環には外周側に流体室が設けられているとともに、流体室に貫通する係合孔等が設けられているから、回転用密封環の冷却効果が発揮されて熱変形を防止することが可能となる。そして、係合孔とピン部との嵌合間隔は、とまりばめ、すきまばめ、同一寸法の嵌合と必要に応じて任意に嵌着することが可能になる。そして、ドライブピンによりスリーブに結合された回転用密封環は、第１シール面と第２シール面とを両側の相対シール面と強固に対応して接面させることが可能になる。
【００１７】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記流体室が冷却用の流体を流す流体通路に形成されているものである。
【００１８】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置では、流体室が冷却流体を流す流体通路に形成されているので、第１シール面と第１相対シール面の密接により冷却流体をシールするとともに反対側の被密封流体をシールすることができる。同時に、第１シール面と第１相対シール面および第２シール面と第２相対シール面の互いに摺動するシール面の発熱をこの冷却流体により効果的に冷却することが可能になる。又、被密封流体が高温である場合にも、流体室に冷却流体が流れることにより各密封環を冷却するができる。さらに、回転用密封環の外周面側のピンの長さを短くすると、冷却流体がこの係合孔の内部に介在して冷却効果がさらに発揮される。したがって、回転用密封環のシール面は、熱による平面度のひずみを防止してシール効果が発揮される。
【００１９】
この請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記回転用密封環にはＯリングの並列された中間に径方向へ貫通する第２流体通路を有し、前記第２流体通路が前記流体室と連通するとともに回転軸に設けられた第１流体通路と連通可能にされているものである。
【００２０】
この請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置では、ドライブピンにより回転用密封環とスリーブとを確実に結合するとともに、回転用密封環に不用な部品を装備する必要もないし、更には回転用密封環に段付部を設ける必要もないから、回転用密封環の径方向への第２流体通路を設けることができる。このため、被密封流体を密封するとともに、ロータリージョイントのメカニカルシール装置として利用できる。しかも、回転用密封環の軸方向を短くできるとともに、メカニカルシール装置の小型化が可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るメカニカルシール装置の好ましい実施の形態を、図１から図４を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る第１実施の形態のメカニカルシール装置１の半断面図である。又、図２は本発明に係る第２実施の形態のメカニカルシール装置１の断面図である。図３は本発明に係る第３実施の形態のメカニカルシール装置１の半断面図である。図４は本発明に係る第４実施の形態のメカニカルシール装置１の断面図である。
【００２２】
図１は、第１実施の形態を示すメカニカルシール装置１である。このメカニカルシール装置１は、ボイラの吸水ポンプ又は循環ポンプあるいは攪拌機などの軸封装置として用いられる。図１は、ポンプＡの軸封装置として第１メカニカルシール１Ａと第２メカニカルシール１Ｂから構成されている。そして、メカニカルシール装置１は回転軸５０と機器のハウジング６０との嵌合間に設けられて機器内Hの作動流体をシールする。
【００２３】
回転軸５０には、キー５１を介してスリーブ５２が一体に回転するように嵌合している。スリーブ５２と回転軸５０との嵌合間には並列に設けられた環状溝５７に第１Oリング５８がそれぞれ装着されている。
この二つの第１Oリング５８の間には第１係合孔５３が形成されている。第１係合孔５３のスリーブ５２内径側には座ぐり穴５３Ａが設けられている。この係合孔５３は、回転用密封環２の回転力に応じてスリーブ５２の周方向に複数設けられる。又、スリーブ５２の第１係合孔５３の両側には、Oリング取り付け用の環状溝５４が２つ設けられている。この環状溝５４にも第２Oリング５５が装着されている。これらのOリング５５，５８は、第１係合孔５３と機器内Hから流れる流体をシールする。
【００２４】
回転用密封環２は、スリーブ５２の外周面に第２Oリング５５を介して嵌合している。この回転用密封環２は円筒状に形成されて両側面に第１シール面３Ａと第２シール面３Ｂを設けている。回転用密封環２にはスリーブ５２の第１係合孔５３に対応する位置に第２係合孔４が設けられている。そして、この対応する両係合孔５３、４は同一径に形成されている。又、回転用密封環２の材質は、カーボン、炭化珪素、セラミック、超硬質合金などが用いられる。
又、回転用密封環２の外周面には補強リング５が嵌合されている。この補強リング５は回転用密封環２の材質がセラミックのような延性に劣る材質を補強するために用いられる。補強リング５の材質は、鉄、鋼、ステンレス鋼などが用いられる。
【００２５】
このスリーブ５２と回転用密封環２とは、ドライブピン６により一体に結合されている。このドライブピン６は回転用密封環２の周方向に３等配に設けられている。回転用密封環２が大径の場合には４、６・・等配と多数にするが、小径のの場合には２、１個でも十分である。
又、ドライブピン６は、頭部６Ａが大径に形成されており、ピン部６Bは頭部６Ａより小径に形成されている。この頭部６Ａはスリーブ５２の座ぐり穴５３Ａに埋設されて係合している。そして、ドライブピン６の頭部６Ａは、回転用密封環２とスリーブ５２により回転用密封環２が回転しても抜け出さないように係止した係止手段に構成されている。
このドライブピン６のピン部６Ｂは回転用密封環２の第２係合孔４と嵌着状態、又はすきまばめに嵌合している。すきまばめの場合はその間隔を０．００１から０．８mmの範囲にするとよい。又、ドライブピン６の材質は、鋼を熱処理して用いられている。その他、ステンレス鋼、硬質合金などが熱処理して用いられる。
【００２６】
回転用密封環２の一方側には第一メカニカルシール１Ａが配置されている。第１メカニカルシール１Ａは、第１静止用密封環１０Ａと回転用密封環２の一方側の第一シール面３Ａにより構成されている。環状体の第１静止用密封環１０Ａは、第１シール面３Ａに密接する第１相対シール面１１Ａを設けている。そして、第１静止用密封環１０Ａはハウジング６０の保持部６１の外周の嵌合面に軸方向移動自在に嵌合している。更に、第１静止用密封環１０ＡにはOリング用の段部が形成されており、この段部とハウジング６０の嵌合面の段部との間にOリング１２が設けられており、このOリング１２により第１静止用密封環１０Ａと保持部６１の嵌合面との嵌合間をシールしている。
【００２７】
第１静止用密封環１０Ａにはハウジング６０の固定された止めピン６３と係止する凹部１３が設けられており、この凹部１３と止めピン６３が係止して第１静止用密封環１０Ａが回動しないように保持されている。更に、第１静止用密封環１０Ａは、コイルばね１４により第１相対シール面１１Ａを圧接するように押圧されている。このコイルばね１４は、第１静止用密封環１０Ａの周方向に沿って等配に複数設けられている。
第１静止用密封環１０Ａの材質は、カーボン、炭化珪素、セラミック、超鋼合金などにより形成されている。そして、好ましくは、第１相対シール面１１Ａは、摺動する接触面積が小さくなるように突出している。
【００２８】
回転用密封環２の第２シール面３Ｂ側には、第２メカニカルシール１Ｂが設けられている。この第２メカニカルシール１Ｂも、第２静止用密封環１０Ｂと回転用密封環２の他方の第２シール面３Ｂとにより構成されている。環状体を成す第２静止用密封環１０Ｂは、第１静止用密封環１０Ａとほぼ同様な形状に形成されている。そして、第２静止用密封環１０Ｂもハウジング６０に於ける第２保持部６５の嵌合面に移動自在に保持されていると共に、第１静止用密封環１０Ａと同様にコイルばね１４により押圧されている。その他の構成もほぼ第１静止用密封環１０Ａと同様である。この第１静止用密封環１０Ａと第２静止用密封環１０Ｂがほぼ同様に構成されているために、部品構成が容易であり、組み立てが容易であるから、メカニカルシール装置１が安価にすることができる。
【００２９】
このように構成されたメカニカルシール装置１は、ハウジング６０の流体室６２内に配置されて機器内Ｈの被密封流体をシールする。同時に、メカニカルシール装置１を冷却するとと共に、接合するシール面の密封能力を補助するために流体の流入・流出通路がハウジング６０の流体室６２に連通した状態に設けられている。具体的には、ハウジング６０の第１メカニカルシール１Ａ側に第１流入通路７０が設けられており、この第１流入通路７０に流入した流体は、第１メカニカルシール１Ａを冷却しながら、回転用密封環２の外方に設けられた流出通路７５から流出する。
同様に、ハウジング６０の第２メカニカルシール１Ｂ側にも第２流入通路７１が設けられており、この第２流入通路７１から流入した流体は、第２メカニカルシール１Ｂを同様に冷却しながら、流出通路７５を通過して流出する。
【００３０】
更に、ハウジング６０の流体室６２に流体を介在することにより機器内Ｈの被密封流体を効果的にシールすることが可能になる。特に、流体室の圧力を被密封流体の圧力よりも少しでも大きくすれば、この圧力によりメカニカルシール装置１と協動して効果的に被密封流体をシールすることが可能になる。
又、メカニカルシール装置１がボイラ用ポンプなどに用いられて被密封流体が高温である場合にも流体室６２に清水を流すことによりメカニカルシール装置１を冷却するとともに、流体室の流体によりメカニカルシール装置１と協動して被密封流体を効果的にシールすることが可能になる。
【００３１】
図２は本発明の第２実施の形態のメカニカルシール装置１を示すものである。
このメカニカルシール装置１をロータリージョイントの一箇所に取り付けた断面図を示すものであるが、図示省略のメカニカルシール装置１は回転軸５０に軸方向へ並列に複数個が配置されているものである。
【００３２】
図２に於いて、図示省略されているが、ロータリージョイントＢに流体を供給する流体供給装置として研磨液供給装置と、純水供給装置と、真空装置とが配置されている。これらの研磨液供給装置、純水供給装置及び真空装置から流体を供給できるように、第１の配管がロータリージョイントＢの流入通路４１に連通している。
そして、これらの装置から供給された流体は、ロータリージョイントＢの流入通路４１に流入して回転軸５０の第１流体通路５９に至り、この第１流体通路５９から図示省略の研磨装置へ供給される。又、純水供給装置からは、第２の配管を介してロータリージョイントＢの第２供給通路４２Ｂへ連通し、純水供給装置から流入する純水により第２メカニカルシール１Ｂの摺動するシール面３Ｂ、１１Ｂが冷却される。更に、第１メカニカルシール１Ａも第１供給通路４２Ａから供給される純水により同様にして冷却される。
【００３３】
このロータリージョイントＢは、ハウジング６０の内周面に流体室６２を設けている。このハウジング６０の内周面内に回転可能且つ軸方向の相対移動が阻止された状態に配置されて外周面５６を設けた回転軸５０とが嵌合している。
このハウジング６０の内周面と回転軸５０の外周面５６との間の流体室６２に軸方向（鉛直方向）一対のメカニカルシール１Ａ、１Ｂが配置されてメカニカルシール装置１を構成している。
【００３４】
この回転軸５０には第１流体通路５９が軸方向と径方向に断面Ｌ型に形成されている。又、回転軸５０にはスリーブ５２が嵌着して固定されている。このスリーブ５２の内周面には環状溝が２個形成されており、その環状溝の両側にはそれぞれＯリングが設けられて環状溝を流れる流体をシールする。
スリーブ５２の外周面には回転用密封環２が嵌着している。この回転用密封環２には、両側面に第１シール面３Ａと第２シール面３Ｂが設けられている。又、回転用密封環２の径方向に第２流体通路７と第２係合孔４がそれぞれ貫通状態に設けられている。
そして、回転用密封環２がスリーブ５２に嵌合した間の第２流体通路７と第２係合孔４の軸方向両側にはＯリングが取り付けられて第２流体通路７と第１係合孔５３からの流体が回転用密封環２とスリーブ５２の嵌合間から漏洩するのをシールする。なお、回転用密封環２の材質は、図１に示す回転用密封環２と同様である。
【００３５】
この回転用密封環２は、ドライブピン６によりスリーブ５２と一体に連結されている。ドライブピン６の頭部６Ａは回転軸５０とスリーブ５２の環状溝の底面との間で保持されて、ドライブピン６が抜け出すのを防止している。又、ドライブピン６のピン部６Ｂはスリーブ５２の第１係合孔５３と回転用密封環２の第２係合孔４に貫通状態に嵌着している。そして、回転用密封環２は回転軸５０と一体に回動する。
このドライブピン６は、図１に示すものとほぼ同様に構成されている。このドライブピン６は回転用密封環２の径の大きさに応じて周方向に複数設けられて回転用密封環２を周方向に対して強く保持する。同時に、回転用密封環２を変形させないように第２係合孔４に嵌合して保持している。又、ドライブピン６は、強度を向上させるために、熱処理してある。このために、ドライブピン６は小径に形成できるとともに、回転用密封環２も軸方向幅が小さく形成して小形に構成されている。
【００３６】
回転用密封環２の第１シール面３Ａ側には第１シール面３Ａと密接する第１相対シール面１１Ａを設けた第１静止用密封環１０Ａが配置されている。又、第２シール面３Ｂ側には、第２シール面３Ｂと密接する第２相対シール面１１Ｂを設けた第２静止用密封環１０Ｂが配置されている。
この第１静止用密封環１０Ａと第２静止用密封環１０Ｂは、外周面がＯリングに圧接されるテーパ面１６に形成されているとともに、内周面１７がスリーブ５２に対して間隙Ｋが形成されている。この間隙Ｋには、冷水が流入できるように構成されて第２シール面３Ｂの摺動面を冷却する。
そして、第１静止用密封環１０Ａと第２静止用密封環１０Ｂとは、ほぼ同一形状に形成されているので、対称に配置することができる。このために、静止用密封環１０は加工が容易にできるとともに、部品点数を低減できる。更に、組み立てが容易になる。そして、全体がコンパクトになるので、ロータリージョイントＢも小型に形成することができる。その結果、全体のコストを低減することができる。
【００３７】
第１静止用密封環１０Ａと第２静止用密封環１０Ｂには、外周面にテーパ面１６が形成されているとともに、このテーパ面１６に対向するハウジング６０にもテーパ面１８が形成されている。
このテーパ面１６、１８間は、第１静止用密封環１０Ａと第２静止用密封環１０Ｂの中央に向かって間隔を狭めるように構成されており、第１Ｏリング１５Ａにより第１静止用密封環１０Ａの第１相対シール面１１Ａが弾性的に第１シール面３Ａへ圧接されている。又、第２Ｏリング１５Ｂにより第２静止用密封環１０Ｂの第２相対シール面１１Ｂが弾性的に第２シール面３Ｂへ圧接されている。そして、各Ｏリング１５により静止用密封環１０とハウジング６０とのテーパ面１６、１８間をシールするとともに、各静止用密封環１０を互いに対向する方向へ弾性的に押圧する。このために、静止用密封環１０を押圧するコイルばねは必要としないので部品点数を低減することができる。又、スラリーを含む流体を問題なくシールすることが可能になる。
【００３８】
このように構成されたメカニカルシール装置１は、流入通路４１から供給された研磨剤等を含む液体、更に、断続して気体、真空状態になるのをシールする。そして、回転用密封環２は、回転軸５０と一体に回動するスリーブ５２に固定されたドライブピン６のピン部６Ｂに第２係合孔４が嵌合するので、回転用密封環２には何らの外圧を受けることなく自由状態に保持することが可能になる。しかも、回転中でも周方向にのみドライブピン６からの力を受けるので、回転用密封環２にひずみを生じることはない。
そして、回転用密封環２は、両側面から第１静止用密封環１０Ａと第２静止用密封環１０Ｂによりほぼ同一の力で圧接されることになる。このため、回転用密封環２の第１シール面３Ａに対して第１相対シール面１１Ａが、又第２シール面３Ｂに対して第１相対シール面１１Ｂが密接することが可能になる。
【００３９】
又、回転用密封環２はドライブピン６のみで固定されるから軸方向にも径方向にも小型に形成することができる。更に、静止用密封環１０は、回転用密封環２が小型にできるので、その組み合わせとの関係で小型に形成することができる。しかも、静止用密封環１０は左右対称に構成できるから、１部品ですみ、部品点数が低減されて量産効果を発揮する。
【００４０】
図３は、本発明の第３実施の形態のメカニカルシール装置１である。図３のメカニカルシール装置１は、図１のメカニカルシール装置１とほぼ同一構成である。相違する点は、ドライブピン６に頭部６Ａがなく、ピン部６Ｂのみに形成したものである。そして、ドライブピン６を係合孔４、５３に嵌合して回転軸５０と回転用密封環２の外周面に嵌合した補強リング５との間で保持し、回転用密封環２から抜け出さないようにしたものである。この補強リング５は、回転用密封環２を外周側から補強するので、セラミックでも、カーボンでもどのような材質でも摺動材料として優れたものであれば利用することが可能になる。
【００４１】
図４は、本発明の第４実施の形態を示すメカニカルシール装置１である。
図４のメカニカルシール装置１の構成は図２とほぼ同一である。図２のメカニカルシール装置１と相違する点は、ドライブピン６は円柱状の頭部６Ａに形成されているとともに、ピン部６Ｂはピンの外周面にゴム管が１体に結合されている。 そして、頭部６Ａがスリーブ５２の第１係合孔５３に嵌合するとともに、ピン部６Ｂが回転用密封環２の第２係合孔４に嵌合させている。このドライブピン６は頭部６Ａが第２係合孔４の径よりも大きく構成されているから、回転用密封環２からドライブピン６が抜け出すことがない。
そして、ゴム管を設けたピン部６Ｂにより回転用密封環２が保持されているから、シール面３Ａ、３Ｂを相対シール面１１Ａ、１１Ｂに対して微少に弾性変形可能に保持することが可能になる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係わるメカニカルシール装置によれば、以下のような優れた効果を奏する。
【００４３】
請求項１の発明に係るメカニカルシール装置によれば、回転用密封環がドライブピンにより係合孔を介して簡単にスリーブに取り付けることが可能になる。しかも、回転用密封環は、ドライブピンが係合孔に嵌合してスリーブと結合されているとともに、回転用密封環とスリーブとの嵌着面間は、Ｏリングが圧接状態に介在しているので、シール面は嵌着するスリーブにより外圧力を受けないから、シール面の平面度が維持されて相対シール面と密接し、シール能力を発揮するとともに、偏摩耗を防止する効果を奏する。
更に、回転用密封環は、ドライブピンのみで固定状態に保持されているから径方向にも軸方向にも任意寸法の大きさに形成することが可能になり、メカニカルシールの全体の大きさの小型化を可能にする。
又、回転用密封環には、外周側に流体室が設けられているとともに、流体室に貫通する係合孔等が設けられているから、係合孔に流体が介在し、回転用密封環を冷却して回転用密封環のシール面の摺動時の摩擦による熱変形が防止される効果を奏する。
【００４４】
請求項２の発明に係るメカニカルシール装置によれば、回転用密封環の外周側の流体室が冷却流体を流す流体通路に形成されているので、摺動時に各シール面と相対シール面が冷却される効果を奏する。また、冷却流体がシール面間に皮膜状に浸入して洗浄することも可能になる。同時に、冷却流体のシール面間へのこの介在によってシール面の摩耗も防止できる。又、被密封流体が高温である場合でも、流体室内の冷却流体によりシール面が面ひずみを惹起しないように各密封環を冷却することができる。さらに、回転用密封環の外周面よりもドライブピンの外周面側の長さを短くすると、流体がこの係合孔に介在して冷却効果がさらに発揮される。したがって、回転用密封環のシール面は、熱による平面度のひずみが防止されてシール効果を発揮させるとともに、シール面の摩耗が防止できる。
【００４５】
この請求項３の発明に係わるメカニカルシール装置によれば、ドライブピンのみにより回転用密封環とスリーブとを確実に結合できるので、回転用密封環を取り付けるための段部や他の取付部品を必要としない。そして、スリーブには回転用密封環のみが嵌着しているから、回転用密封環に径方向への第２流体通路を係合孔と同様に多数個に設けることができる。このため、被密封流体を簡単な構造で密封できるとともに、ロータリージョイントの相対回転するシールハウジングと回転軸とを貫通して流体を流すことができる。しかも、ドライブピンによる回転用密封環のスリーブとの結合は、回転用密封環を軸方向へ短くできるとともに、複数に取り付けるときのメカニカルシール装置の小型化が可能になる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施の形態のメカニカルシール装置の半断面図である。
【図２】本発明に係る第２実施の形態のメカニカルシール装置の断面図である。
【図３】本発明に係る第３実施の形態のメカニカルシール装置の半断面図である。
【図４】本発明に係る第４実施の形態のメカニカルシール装置の断面図である。
【図５】従来例のメカニカルシール装置の半断面図である。
【図６】図５の回転用密封環の半断面図である。
【図７】他の従来例のロータリジョイントの断面図である。
【符号の説明】
１ メカニカルシール装置
１Ａ 第１メカニカルシール
１Ｂ 第２メカニカルシール
２ 回転用密封環
３ シール面
３Ａ 第１シール面
３Ｂ 第２シール面
４ 第２係合孔
５ 補強リング
６ ドライブピン
６Ａ 頭部
６Ｂ ピン部
７ 第２流体通路
１０ 静止用密封環
１１ 相対シール面
１１Ａ 第１相対シール面
１１Ｂ 第２相対シール面
１２ Oリング
１３ 凹部
１４ コイルばね
１５Ａ 第１Ｏリング
１５Ｂ 第２Ｏリング
１６ テーパ面
１７ 内周面
１８ テーパ面
４１ 流入通路
４２Ａ 第１供給通路
４２Ｂ 第２供給通路
５０ 回転軸
５１ キー
５２ スリーブ
５３ 第１係合孔
５３Ａ ざぐり穴
５４ 環状溝
５５ 第２Ｏリング
５６ 外周面
５７ 環状溝
５８ 第１Ｏリング
５９ 第１流体通路
６０ ハウジング
６１ 第１保持部
６２ 流体室
６３ 止めピン
７０ 第１流入通路
７１ 第２流入通路
７５ 流出通路
Ｈ 機器内

Claims (3)

1. 回転軸とシールハウジングとの間の被密封流体をシールするメカニカルシール装置であって、
   前記回転軸の外周面に嵌着するスリーブと、
   前記スリーブに嵌着して軸方向の一方の側面に第１シール面を有するとともに他方の側面に第２シール面を有する回転用密封環と、
   前記回転用密封環の一方の側面側の前記シールハウジングの面に弾発に保持されて前記第１シール面と密接する第１相対シール面を有する第１静止用密封環と、
   前記回転用密封環の他方の側面側の前記シールハウジングの面に弾発に保持されて前記第２シール面と密接する第２相対シール面を有する第２静止用密封環と、
   前記回転用密封環の外周面と前記シールハウジングの内部との間に形成されて流体が流入可能な流体室と、を具備し、
   前記回転用密封環と前記スリーブとの嵌着面間に弾性圧着されて軸方向へ並列に配列された弾性材性のＯリングを有するとともに、前記Ｏリングが並列にされた中間の嵌合面を径方向へ貫通する係合孔を有し、且つ前記係合孔に嵌合して前記回転用密封環が前記スリーブに一体に連結合されるドライブピンを有するとともに前記ドライブピンに前記係合孔から抜け出し防止の係止手段が装備されていることを特徴とするメカニカルシール装置。
2. 前記流体室が冷却用の流体を流す流体通路に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
3. 前記回転用密封環にはＯリングの並列された中間に径方向へ貫通する第２流体通路を有し、前記第２流体通路が前記流体室に連通するとともに前記回転軸に設けられた第１流体通路と連通可能にされていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。

Images