JP3997184B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールケース側の密封環と回転軸側の密封環との相対回転摺接作用により機内領域と機外領域とを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のメカニカルシールとしては、図７に示す如く、回転機器の軸封部ケーシング１０１に取り付けられたシールケース１０８と、シールケース１０８に軸線方向移動可能に保持された静止密封環１０９と、回転軸１０２にストッパーリング１２４により挿通固定されたスリーブ１２２と、スリーブ１２２に静止密封環１０９に対向して固定された回転密封環１２３と、静止密封環１０９に相対回転不能に係合保持されたスプリング受体１１０と、スプリング受体１１０に対向して、シールケース１０８に取り付けられたスプリング保持体１１１と、スプリング受体１１０とスプリング保持体１１１との間に装填されて、静止密封環１０９を回転密封環１２３に押圧附勢するコイルスプリング１１２と、スプリング受体１１０とスプリング保持体１１１との間に介装されて、静止密封環１０９のシールケース１０８に対する相対回転を軸線方向移動を許容しつつ阻止するドライブピン１２０とを具備して、両密封環１０９，１２３の相対回転摺接作用により、機内領域Ａと機外領域（大気領域）Ｂとを遮蔽シールするように構成されたもの（以下「従来シール」という）が公知である。
【０００３】
而して、従来シールにあっては、スプリング受体１１０は、静止密封環１０９の端部に嵌合されており、その嵌合部分における相対回転が、スプリング受体１１０に設けたピン１１０ａを静止密封環１０９に形成した係合溝に係合させることによって、阻止されている。また、スプリング保持体１１１の一端部には周方向に所定間隔を隔てて環状に並列する第１凹部１１１ａが形成されており、他端部には、第１凹部１１１ａに干渉しない第２凹部１１１ｂが形成されている。第１凹部１１１ａには、コイルスプリング１１２の一端部が係合保持されている。また、ドライブピン１２０はスプリング受体１１０に螺合固着されていて、その先端部がスプリング保持体１１１を貫通して第２凹部１１１ｂへと突出されている。そして、ドライブピン１２０の先端部には、第２凹部１１１ｂ内において軸線方向移動を許容される大径の抜け止め部１２０ａが形成されている。したがって、静止密封環１０９は、スプリング受体１１０及びドライブピン１２０を介してスプリング保持体１１１に相対回転不能に係止され、且つドライブピン１２０の抜け止め部１２０ａが第２凹部１１１ｂ内を移動しうる範囲において軸線方向移動を許容されるようになっている。また、スプリング保持体１１１は、これに突設したピン１１１ｃをシールケース１０８の外端部を構成する蓋体１０８ａに係合させることにより、シールケース１０８に対する相対回転を阻止されている。また、蓋体１０８ａの内周部にスリーブ１２２との間をシールする弾性シール１０６を設けて、スリーブ１２２とシールケース１０８との間に形成されたクエンチング室１０５にクエンチング液１３６を供給することにより、クエンチング機能（密封環１０９，１２３の冷却，洗浄等）を発揮させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、メカニカルシールは、回転機器の機能を左右する重要な役割（軸封）を果たすものではあるが、回転機器の主要部をなすものではないことから、構造的にもコスト的にも可及的にコンパクトなものとしておくことが要請される。つまり、回転機器の主要部品と附属部品であるメカニカルシール等とは、構造的，経済的な許容度は大きく異なり、メカニカルシールのような附属部品に許容される構造的，経済的負担は極力低減しておくことが要請される。一方、メカニカルシールの構成部品は、シール機能に直結するために形状変更や構成変更が殆ど許容されない密封環等の主要部品と、かかる主要部品の機能に悪影響を及ぼさない範囲であれば、形状変更や部品点数の削除を含む構成変更をある程度自由に行うことができる附属部品とに大別することができる。したがって、上記した要請を満足するためには、このような附属部品（静止密封環の附勢手段や回転阻止手段を構成する部品等）の形状を可及的にシンプルなものとする等の工夫をしておくことが好ましい。
【０００５】
かかる観点から従来シールの構成を検討してみると、例えば、スプリング受体１１０は、コイルスプリング１１２を受け止めるためのものであるから、コイルスプリング１２１を受け止めるに十分な径を有するものであればよく、形状シンプルにして製作コストの安価な環状板で構成しておくことが可能である。しかし、スプリング受体１１０には、静止密封環１０９の端部への嵌合部分とドライブピン１２０を螺合固着するための螺子孔部分が必要である。したがって、スプリング受体１１０は、かかる嵌合部分及び螺子孔部分を確保するために必要且つ十分な大きさのものとしておく必要があり、上記した環状板のようなシンプル形状とすることができないことから、スプリング受体１１０ひいてはメカニカルシール全体の大型化を招くことになると共に製作コストも低減することができない。
【０００６】
このように、従来シールでは、形状のシンプル化や部品点数の低減を図りうる余地のある構成部分が存在するものの、かかる構成部分を上記した要請を満足しうるように改良することができないものであった。
【０００７】
本発明は、シール機能に直結しない附属部品について形状のシンプル化と部品点数の削除を可及的に図ることにより、上記した要請を満足しう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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シールケースの内周部に軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、シールケース及び静止密封環を洞貫する回転軸に固定された回転密封環と、シールケースに設けたスプリング保持体と静止密封環に設けたスプリング受体との間に介装されて静止密封環を回転密封環へと押圧接触させるスプリング部材とを具備して、両密封環の相対回転摺接部分で機内領域と機外領域とを遮蔽シールするように構成されたメカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、次のように構成しておくことを提案するものである。
【０００９】
すなわち、スプリング受体を環状板で構成すると共に、静止密封環の基端部分に、スプリング受体を挿通させる挿通部とスプリング受体の挿通部から回転密封環方向への移動を阻止する係止部とを形成して、挿通部に挿通させたスプリング受体をスプリング部材による附勢力により係止部に衝合保持させるように構成する。また、静止密封環の基端部分に軸線方向に延びる切欠溝を形成して、この切欠溝にシールケースに設けた係止ピンを係合させることにより、静止密封環のシールケースに対する軸線方向の相対移動を許容しつつその相対回転を阻止するように構成する。
【００１０】
また、好ましい実施の形態にあっては、スプリング保持体がシールケースの内周部に嵌合保持された環状体であり、係止ピンがその両端部をスプリング保持体の内外周面から突出させた状態でスプリング保持体に保持されたものであり、係止ピンの一端部であってスプリング保持体の外周面から突出する部分をシールケースの内周部に形成した係合溝に係合させることにより、スプリング保持体のシールケースに対する相対回転が阻止されており、係止ピンの他端部であってスプリング保持体の内周面から突出する部分を前記静止密封環の切欠溝に係合させることにより、静止密封環のシールケースに対する相対回転が阻止される。また、回転軸とシールケースとの間に、両密封環により機内領域と遮蔽されると共に当該密封環の機外領域側に設けた二次シール部材により機外領域と遮蔽された閉塞空間たるクエンチング室を形成して、このクエンチング室にクエンチング液を給排するように構成される。この場合において、高圧のクエンチング液の供給を可能ならしめるために、二次シール部材を、シールケース及び回転軸の一方に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と他方に固定された固定密封環との相対回転摺接作用によりクエンチング室と機外領域とを遮蔽シールするメカニカルシール構造をなすものに構成しておくことが好ましい。また、このような二次シール部材を設けておく場合にあっては、静止密封環が円筒状の保持体とこれに固着した環状の密封環本体とからなるものであり、二次シール部材が、シールケースに軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と回転軸に固定された固定密封環と可動密封環を固定密封環へと押圧附勢するスプリング部材とを具備するものであり、可動密封環が、静止密封環の密封環本体に対応する部材のみからなり、スプリング部材が、可動密封環と前記スプリング保持体との間に装填されていることが好ましい。また、当該メカニカルシールは、回転機器への取り付け及び取り外しを容易に行なうために、シールケース及びこれに取り付けられる部材群からなる静止側密封要素と回転軸に挿通固定されるスリーブ及びこれに取り付けられる部材群からなる回転側密封要素とを着脱自在なセット爪により一体連結しうるように構成したカートリッジ形のものとしておくことが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて具体的に説明する。
【００１２】
図１〜図３は本発明に係るメカニカルシールの一例を示したもので、図１はカートリッジ形メカニカルシールＭ１の回転機器への組み込み状態を示す縦断側面図であり、図２はその要部の拡大図であり、図３は図２のIII−III線に沿う要部の縦断正面図である。
【００１３】
すなわち、このメカニカルシールＭ１は、図１に示す如く、回転機器の軸封部ケーシング１とこれを貫通して機器外に突出する回転軸２との間に介装されて、機内領域（当該回転機器の内部領域）Ａと機外領域（当該回転機器の外部領域）たる大気領域Ｂとを遮蔽シールするものであり、静止側密封要素３と回転側密封要素４とを、複数個のセット爪７により当該メカニカルシールＭ１の軸封部ケーシング１及び回転軸２への着脱時に一体連結させておくように構成されたカートリッジ形のものである。また、このメカニカルシールＭ１には、二次シール部材６によりシールされた閉塞空間たるクエンチング室５が形成されていて、このクエンチング室５にクエンチング液３６を給排することによりクエンチングを行ないうるように工夫されている。以下の説明において、前後とは図１及び図２における左右を意味するものとする。
【００１４】
静止側密封要素３は、図１に示す如く、軸封部ケーシング１に取り付けられる環状のシールケース８と、シールケース８の内部に設けられた静止密封環９と、静止密封環９に取り付けられたスプリング受体１０と、スプリング受体１０とシールケース８との間に配設されたスプリング部材１２と、二次シール部材６の静止側要素（シールケース８側に保持される可動密封環４０，スプリング部材４２，Ｏリング４３）とを具備する。
【００１５】
シールケース８は、図１に示す如く、ケース本体１４にスプリング保持体１１及びセット爪係合体１３を設けてなる。ケース本体１４は円形内周部を有する筒状をなし、これを回転軸２が同心状に洞貫する状態で適当数のボルト１５により軸封部ケーシング１の後端部に取付けられている。スプリング保持体１１は、ケース本体１４と別体に構成された円環状のものであり、ケース本体１４の内周部に嵌合固定されている。セット爪係合体１３は、ケース本体１４と別体に構成された円筒体であって、ケース本体１４の後端部に、ケース本体１４の内周部及びスプリング保持体１１と同心をなして、取り付けられている。
【００１６】
静止密封環９は、図２に示す如く、円筒状の保持体１７とこれに固着した環状の密封環本体１８とからなり、Ｏリング１９及び係止ピン（ドライブピン）２０を介してシールケース８の内周部に軸線方向（前後方向）に移動可能に且つ相対回転不能に保持されている。
【００１７】
保持体１７は、外周部が後方へと順次小径となる階段状に形成されたもので、前端部である保持部１７ａとその後端に連なり且つ外径を保持部１７ａより小径とする二次シール部１７ｂとその後端に連なり且つ外径を二次シール部１７ｂより小径とする挿通部１７ｃとからなる。保持部１７ａには、密封環本体１８が内嵌状に固着されており、二次シール部１７ｂは、シールケース８の前端側内周部に二次シールたるＯリング１９を介して軸線方向に移動自在に内嵌保持されている。なお、Ｏリング１９の軸線方向への移動範囲は、密封環９の保持部１７ａの後端部１７ｄとケース本体１４の内周部に形成した環状壁部１４aとによって規制されている。環状壁部１４aの内径は、密封環９の保持部１７ａの外径より小さく且つ二次シール部１７ｂの外径より若干大きく設定されている。
【００１８】
静止密封環９の基端部分（後端部分）には軸線方向に延びる切欠溝２１が形成されていて、この切欠溝２１にシールケース８に設けた係止ピン２０を係合させることにより、静止密封環９のシールケース８に対する軸線方向の相対移動を許容しつつその相対回転を阻止するようになっている。この例では、各切欠溝２１は、図２に示す如く、保持体１７の挿通部１７ｃに形成されており、その前端部（切欠溝２１の先端部）は二次シール部１７ｂの後端部まで延長されている。また、係止ピン２０及び切欠溝２１は、図３に示す如く、直径方向に対向する２箇所に設けられている。
【００１９】
係止ピン２０は、シールケース８にスプリング保持体１１を介して固定されるものであり、スプリング保持体１１のシールケース８に対する相対回転を阻止する手段としても機能するものに構成されている。すなわち、各係止ピン２０は円柱状のもので、一端部に大径の円形頭部２０ａが一体形成されている。スプリング保持体１１には、直径方向に対向する位置に配して、当該スプリング保持体１１を径方向に貫通する一対のピン孔１１ａ，１１ａが形成されている。而して、各係止ピン２０は、一端部であるピン頭部２０ａをスプリング保持体１１の外周面に突出させると共に他端部（係止ピン２０の先端部）２０ｂをスプリング保持体１１の内周面から突出させた状態で、ピン孔１１ａに挿通されている。ピン先端部２０ｂは切欠溝２１に係合されており、ピン頭部２０ａはシールケース８の内周部（ケース本体１４の内周部における後端部）に形成した係合溝８ａに係合されている。係合溝８ａは、図３に示す如く、スプリング保持体１１の径方向においてピン頭部２０ａの移動を阻止しうる半円柱形状をなすものである。スプリング保持体１１はケース本体１４の内周部に嵌合されており、ケース本体１４に適当数のビス１６により取り付けられた環状のセット爪係合体１３によって軸線方向移動を阻止されている。したがって、ピン頭部２０ａの係合溝８ａへの係合によりスプリング保持体１１のシールケース８に対する相対回転が阻止され、ピン先端部２０ｂの切欠溝２１への係合により静止密封環９のシールケース８に対する相対回転が阻止される。
【００２０】
スプリング受体１０は、図２に示す如く、環状板で構成されており、保持体１７の保持部１７ｃに挿通保持されており、前方への移動（後述する回転密封環２３方向への移動）は二次シール部１７ｂの後端部で形成される係止部１７ｅによって阻止される。すなわち、保持部１７ｃに挿通されたスプリング受体１０は、これとスプリング保持体１１との間に介装されたスプリング部材１２による押圧力により、係止部１７ｅに衝合した状態に保持される。
【００２１】
スプリング部材１２は、図２に示す如く、スプリング保持体１１とスプリング受体１０との間に介装された複数のコイルスプリング１２ａで構成されており、静止密封環９を前方へと押圧附勢している。コイルスプリング１２ａは、図３に示す如く、スプリング保持体１１の前端部に周方向に等間隔を隔てて形成した第１凹部１１ｂに係合保持されている。
【００２２】
回転側密封要素４は、図１に示す如く、回転軸２に挿通されたスリーブ２２と、回転軸２にスリーブ２２を介して固定保持された回転密封環２３と、スリーブ２２を回転軸２に固定するためのストッパーリング２４と、二次シール部材６の回転側要素（回転軸２（スリーブ２２）側に保持される固定密封環４１，Ｏリング４５，ドライブピン４６）とを具備する。
【００２３】
スリーブ２２は、図１に示す如く、その後端部をシールケース８から突出させた状態で回転軸２に挿通固定される。スリーブ２２は前端部２２ａを除いて薄肉の円筒形状をなすものであり、後端部には複数のセット孔２２ｂが穿設されている。スリーブ２２の前端部２２ａの内周部には、回転軸２との間を二次シールするＯリング２６が保持されている。
【００２４】
回転密封環２３は、図１及び図２に示す如く、スリーブ２２の前端部に固定されている。すなわち、スリーブ２２の前端部２２ａにはＯリング２７及びドライブピン２８を介して保持体２９が外嵌固定されており、この保持体２９の後端部に、Ｏリング３０及びドライブピン３１を介して、回転密封環２３が内嵌固定されている。回転密封環２３には、静止密封環９つまり密封環本体１８がコイルスプリング１２ａにより押圧接触されている。静止密封環９の密封環本体１８と回転密封環２３との対向端面は、軸線に直交する環状平滑面をなす密封端面１８ａ，２３ａに形成されている。特に、密封環本体１８の先端部は、図２に示す如く、尖端形状に形成されていて、密封端面１８ａを微小幅の環状面となしている。なお、静止密封環９の密封環本体１８及び回転密封環２３の構成材はシール条件等に応じて適宜に選定されるが、この例では、特に両者１８，２３を炭化珪素製のものとしてある。
【００２５】
ストッパーリング２４は、図１に示す如く、スリーブ２２の後端部に嵌合された円環状体であり、周方向に適当間隔を隔てて径方向に貫通する複数個の第１及び第２ネジ孔２４ａ，２４ｂが穿設されている。スリーブ２２の後端部には、各第２ネジ孔２４ｂに合致する同数のセット孔２２ｂが穿設されている。ストッパーリング２４は、各第１ネジ孔２４ａに螺合させた第１セットスクリュー３２ａをスリーブ２２の外周面へと締め付けることにより、スリーブ２２の後端部に固定される。スリーブ２２は、これにストッパーリング２４を固定した上、各第２ネジ孔２４ｂに螺合させた第２セットスクリュー３２ｂを締め付けて、当該セットスクリュー３２ｂの先端部をセット孔２２ｂを通して回転軸２の外周面へと締め付けることにより、回転軸２に固定される。このように、ストッパーリング２４に設けた各第１及び第２セットスクリュー３２ａ，３２ｂを締め付けることにより、スリーブ２２を回転軸２に固定させることができ（図１に示す状態）、各第２セットスクリュー３２ｂを緩めることにより、スリーブ２２を回転軸２に挿脱自在となすことができる。
【００２６】
クエンチング室５は、図１に示す如く、回転軸２とシールケース８との間に形成された閉塞空間であって、両密封環９，２３の相対回転摺接部分１８ａ，２３ａの内周側領域を含むものであり、機外領域Ｂとは両密封環９，２３の機外側（後方側）に配置した二次シール部材６によってシールされている。すなわち、クエンチング室５は、機内領域Ａとの間を両密封環９，２３（及びＯリング１９）によってシールされると共に機外領域Ｂとの間を二次シール部材６によってシールされたものである。而して、シールケース８のケース本体１４には、これを径方向に貫通して、クエンチング室５に開口する給排液通路３４，３５が形成されていて、供液通路（クエンチ通路）３４からクエンチング室５に供給されたクエンチング液（一般に、冷却水）３６により、クエンチング作用つまり密封環９，２３等の冷却及び機内領域Ａから漏洩残渣等の洗浄を行なうようになっている。また、冷却，洗浄後のクエンチング液３６ａは、クエンチング室５から排液通路（ドレン）３５を経てシールケース８外に排出されるようになっている。なお、ケース本体１４には、前記相対回転摺接部分１８ａ，２３ａの外周側に開口するフラッシング通路３８が形成されており、このフラッシング通路３８からフラッシング液３７を供給することにより当該相対回転摺接部分１８ａ，２３ａの冷却を行なうようになっている。
【００２７】
二次シール部材６は、図１に示す如く、シールケース８に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環４０と、その後方に配して回転軸２に固定された固定密封環４１と、可動密封環４０を固定密封環４１へと押圧附勢するスプリング部材４２とを具備して、両密封環４０，４１の対向端面である密封端面４０ａ，４１ａの相対回転摺接作用によりクエンチング室５と機外領域Ｂとの間をシールするメカニカルシールに構成されている。
【００２８】
可動密封環４０は、セット爪係合体１３の内周部にＯリング４３を介して軸線方向に移動可能に保持されており、前記スプリング保持体１１に突設したドライブピン４４を当該密封環４０に形成した凹部４０ｂに係合させることによって、軸線方向への移動を許容しつつシールケース８に対する相対回転を阻止されている。スプリング部材４２は、図２に示す如く、前記スプリング保持体１１と可動密封環４０との間に介装された複数のコイルスプリング４２ａで構成されており、可動密封環４０を固定密封環方向（後方）へと押圧附勢している。コイルスプリング４２ａは、図３に示す如く、スプリング保持体１１の後端部に周方向に適当間隔を隔てて形成した第２凹部１１ｃに係合保持されている。このように、スプリング保持体１１は、可動密封環４０の回転阻止手段及びスプリングリテーナとして兼用されている。なお、スプリング保持体１１におけるピン孔１１ａ、凹部１１ｂ，１１ｃ及びドライブピン４４は、相互に干渉しないように配置されている。
【００２９】
固定密封環４１は、図１及び図２に示す如く、可動密封環４０とストッパーリング２４との配してスリーブ２２に固定されている。固定密封環４１の固定は、ストッパーリング２４を利用して行なわれている。すなわち、固定密封環４１はスプリング部材４２による附勢力によって可動密封環４０を介してストッパーリング２４方向へと押圧されるが、その押圧方向への移動（軸線方向移動）はストッパーリング２４に衝合することによって阻止されている。また、固定密封環４１の回転は、ストッパーリング２４に突設したドライブピン４６を当該密封環４１に形成した凹部４１ｂに係合させることによって阻止されている。なお、固定密封環４１とスリーブ２２との間はＯリング４５によってシールされている。また、密封環４０，４１の構成材は一般的なメカニカルシールにおける密封環と同様であり、例えば可動密封環４０としてカーボン製のものを使用し、固定密封環４１として炭化珪素等のセラミックス製のものや超硬合金製のものを使用する。
【００３０】
而して、二次シール部材６によれば、両密封環４０，４１の対向端面たる密封端面４０ａ，４１ａの相対回転摺接作用により、クエンチング室５を機外領域Ｂから遮蔽シールすることができ、クエンチング室５に供給させるクエンチング液３６を高圧とした場合或いは供給液量が多くした場合にも、これを良好にシールすることができる。
【００３１】
セット爪７は、図１に示す如く、先端部（前端部）をセット爪係合体１３に形成した環状突起１３ａに係合させた状態で、基端部（後端部）をストッパーリング２４にボルト３３により取り付けることにより、シールケース８及びこれに取り付けられる部材群からなる静止側密封要素３とスリーブ２２及びこれに取り付けられる部材群からなる回転側密封要素４とを一体連結するものであり、メカニカルシールＭ１を使用形態と同一形態をなすカートリッジ構造に組み立てるものである。組み立ては、次のような手順で行なわれる。まず、スリーブ２２の前端部２２ａに保持体２９を介して回転密封環２３を固定保持させる。次に、Ｏリング１９を嵌合させた静止密封環９を、回転密封環２３に対向させた状態で、スリーブ２２に挿通させた上、スリーブ２２の後端側部分を、ケース本体１４に、その前方から挿通させて、静止密封環９の二次シール部１７ｂの後端部を環状壁１４ａより後方に突出させる。そして、静止密封環９の挿通部１７ｃにスプリング受体１０を挿通させた上、第１凹部１１ｂにコイルスプリング１２ａを保持させると共にピン孔１１ａに係止ピン２０を挿通保持させたスプリング保持体１１を、ピン頭部２０ａをケース本体１４の係合溝８ａに係合させると共にピン先端部２０ｂを静止密封環９の切欠溝２１に係合させた状態で、ケース本体１４の内周部に嵌合させる。さらに、スプリング保持体１１の第２凹部１１ｃにコイルスプリング４２ａを保持させると共に、内周部にＯリング４３を介して可動密封環４０を嵌合保持させたセット爪係合体１３をケース本体１４に取り付ける。しかる後、固定密封環４１を可動密封環４０に対向させた状態でスリーブ２２に挿通させた上、スリーブ２２の後端部に第１セットスクリュー３２ａによりストッパーリング２４を取り付けると共に、セット爪係合体１３とストッパーリング２４とをセット爪７により連結することによって、両密封要素３，４の軸線方向及び径方向における位置関係が使用形態と同一となるように位置決めされたカートリッジ構造のメカニカルシールＭ１が組み立てられる。なお、ストッパーリング２４のスリーブ２２への取り付けに際しては、第２セットスクリュー３２ｂの先端をセット孔２２ｂに突入させておくことにより、第１セットスクリュー３２ａを必要以上に強く締め付けることなく、ストッパーリング２４のスリーブ２２に対する軸線方向移動を阻止することが可能となる。而してして、このように組み立てられたメカニカルシールＭ１は、スリーブ２２を回転軸２に挿通させた上、シールケース８つまりケース本体１４を軸封部ケーシング１に取り付けると共に、第２セットスクリュー３２ｂによりスリーブ２２を回転軸２に固定させることにより、回転機器に組み込まれる。このように、メカニカルシールＭ１は使用形態と同一形態に組み立てられた状態で、そのまま回転機器に組み込むことができ、組み込み作業を効率良く行なうことができる。組み込み後は、セット爪７を取り外して両密封要素３，４の連結を解除することにより、直ちに、良好なシール機能を発揮させることができる。また、保守点検時等においては、セット爪７を取り付けて両密封要素３，４を連結すると共に第２セットスクリュー３２ｂを緩めて回転軸２とスリーブ２２との連結を解除することによって、メカニカルシールＭ１を組み立て状態で回転機器から容易に取り外すことができる。
【００３２】
以上のように構成されたメカニカルシールＭ１は、冒頭で述べた要請（構造的，コスト的に可及的にコンパクトなものとする）を満足しつつ、良好なシール機能を発揮するものである。
【００３３】
すなわち、スプリング受体１０が環状板であり、スプリング部材１２の弾性力を受けるに十分な強度を有するものであればよいこと、及びシールケース８側に設けた係止ピン２０を静止密封環９の切欠溝２１に係合させることにより、静止密封環９を軸線方向移動を許容しつつ回転阻止するようにして、スプリング保持体１１をスプリング保持用の凹部１１ｂを形成しうるに必要最小限の大きさのものとできるようにしたことから、静止密封環１０９の端部への嵌合部分やドライブピン１２０を螺合固着するための螺子孔部分を確保するに十分な大きさを必要とするスプリング受体１１０及びドライブピン１２０の抜け止め部１２０ａが移動するための第２凹部１１１ｂを確保するに十分な大きさを必要とするスプリング保持体１１２を使用する従来シールに比して、構造簡略化及び低コスト化を図ることができる。また、スプリング保持体１２をシールケース８に一体形成せず、別体に構成しているが、スプリング保持体１２のケース本体１４への固定（相対回転阻止）を静止密封環９の回転阻止手段である係止ピン２０を利用して行なうようにしたから、スプリング保持体１２の固定構造を簡略化できる。
【００３４】
また、機内領域Ａの流体が凝固成分，固形成分等のスラリ成分を含む液体（スラリ流体）である場合、密封端面１８ａ，２３ａ間からの微少漏れを放置しておくと、スラリ成分が密封端面１８ａ，２３ａの摺動熱により固化する等により密封端面１８ａ，２３ａに付着して、良好なシール機能が阻害される虞れがある。したがって、密封端面１８ａ，２３ａ等をクエンチング室５に供給されたクエンチング液３６により洗浄する必要があるが、上記したメカニカルシールＭ１では、クエンチング室５をシールする二次シール部材６として密封環４０，４１からなるメカニカルシールを使用していることから、従来シールのように弾性シール１０６を使用した場合に比して、クエンチング室５へのクエンチング液圧ないし供給量を高めておくことができ、クエンチング液３６による洗浄を効果的に行なうことができる。また、密封端面１８ａを微少幅のナイフエッジ形状としておくことにより、密封端面１８ａ，２３ａへの付着物を削り取ることができるが、削り取られた残滓は、高圧又は多量のクエンチング液３６によりクエンチング室５から良好に排出され、メカニカルシールＭ１内に残留，堆積することがない。これらのことから、上記メカニカルシールＭ１によれば、スラリ流体に対しても良好なシール機能を発揮することができる。
【００３５】
また、上記メカニカルシールＭ１では、クエンチング室５の機外領域Ｂ側をメカニカルシール６でシールさせるようにしているが、スプリング部材４２の保持手段としてスプリング部材１２用の保持手段（スプリング保持体１１）を兼用していること、可動密封環４０の回転阻止を密封環４０自体に形成した凹部４０ｂとスプリング保持体１１に突設したドライブピン４４との係合によって行なっていること、固定密封環４１の固定手段としてストッパーリング２４及びスプリング部材４２を利用していることから、二次シール部材６をメカニカルシール構造としているにも拘らず、当該メカニカルシールＭ１の全長（軸線方向長さ）を可及的に短尺化することできる。かかる点は、カートリッジ形メカニカルシールにおいて、極めて優れた利点である。
【００３６】
ところで、本発明は上記した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、適宜に改良，変更することができる。例えば、機内領域Ａの流体の性状によっては、クエンチング室５へのクエンチング液３６の供給圧，供給量を高くしておく必要がない場合があるが、かかる場合には、二次シール部材６として、図４及び図５に示す如きスロットルブッシュ６ａや図６に示す如き弾性シール（Ｖシール）６ｃを使用することができる。すなわち、図４及び図５に示すメカニカルシールＭ２では、セット爪係合体１３の端部（後端部）に環状の保持壁１３ｂを設けて、この保持壁１３ｂとスプリング保持体１１との対向端面間に、スリーブ２２との間に極く僅かな隙間を有するスロトットルブッシュ６ａを挟圧保持させてある。スロットルブッシュ６ａの回転は、スプリング保持体１１に突設したドライブピン６ｂにより阻止されている。また、図６に示すメカニカルシールＭ３では、セット爪係合体１３の端部（後端部）に環状のシール壁１３ｃを設けて、このシール壁１３ｃにスリーブ２２に嵌合固定したＶシール６ｃのリップ部（シール部）を圧接させてある。ところで、これらのメカニカルシールＭ２，Ｍ３では、セット爪７にセット爪係合体１３とストッパーリング２４との間隔を規制する突起７ａを設けて、メカニカルシールＭ２の組み立て時における軸線方向の位置決めを容易ならしめるように図っている。また、メカニカルシールＭ３では、シールケース８を、ケース本体１４とこれに取り付けられる環状の蓋体２５とこれに取り付けられるセット爪係合体１３とで構成して、蓋体２５の内周部にスプリング保持体１１を一体形成すると共に係合ピン２０を突設してある。なお、メカニカルシールＭ２，Ｍ３の構成は、上記した構成を除いて、前記メカニカルシールＭ１と同一である。
【００３７】
また、本発明は、上記したカートリッジ形のメカニカルシールＭ１，Ｍ２，Ｍ３の他、各構成部材を各別に一定の手順で回転機器の軸封部に組み込むようにしたメカニカルシールにも適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解されるように、本発明のメカニカルシールは、静止密封環の附勢手段ないし回転阻止手段を構成する部品の形状を可及的にシンプルなものとし、且つ当該手段の部品点数を低減したものであるから、構造簡単にして安価に製作することができ且つ組み立ても容易であり、極めて実用的価値の高いものである。また、本発明のメカニカルシールによれば、クエンチング室の機外側をシールする二次シール部材をメカニカルシール構造としておくことにより、クエンチング液の供給圧ないし供給量を高くして、強力なクエンチング機能を発揮させることができ、スラリ流体に対しても良好なシール機能を発揮させることができる。また、本発明によれば、回転機器への脱着作業を容易に行なうことができるコンパクトなカートリッジ形メカニカルシールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るメカニカルシールの一例を示したもので、回転機器への組み込み状態を示す縦断側面図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す縦断側面図である。
【図３】図２のIII−III 線に沿う縦断正面図である。
【図４】本発明に係るメカニカルシールの変形例を示す図１相当の縦断側面図である。
【図５】図４の要部を拡大して示す縦断側面図である。
【図６】本発明に係るメカニカルシールの他の変形例を示す図１相当の縦断側面図である。
【図７】従来シールを示す縦断側面図である。
【符号の説明】
Ａ…機内領域、Ｂ…機外領域、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…メカニカルシール、１…軸封部ケーシング、２…回転軸、３…静止側密封要素、４…回転側密封要素、５…クエンチング室、６…二次シール部材、７…セット爪、８…シールケース、８ａ…係合溝、９…静止密封環、１０…スプリング受体、１１…スプリング保持体、１１ａ…ピン孔、１１ｂ…第１凹部、１１ｃ…第２凹部、１２…スプリング部材、１２ａ…コイルスプリング、１３…セット爪係合体、１４…ケース本体、１７…保持体、１７ａ…保持部、１７ｂ…二次シール部、１７ｃ…挿通部、１７ｅ…係止部、１８…密封環本体、１８ａ，２３ａ…密封端面（相対回転摺接部分）、２０…係止ピン、２０ａ…ピン頭部、２０ｂ…ピン先端部、２１…切欠溝、２２…スリーブ、２３…回転密封環、２４…ストッパーリング、３４…供液通路、３４…排液通路、３６，３６ａ…クエンチング液、４０…可動密封環、４０ａ，４１ａ…密封端面（相対回転摺接部分）、４１…固定密封環、４２…スプリング部材、４２ａ…コイルスプリング。

Claims (4)

1. シールケース（８）の内周部に軸線方向移動可能に保持された静止密封環（９）と、シールケース（８）及び静止密封環（９）を洞貫する回転軸（２）に固定された回転密封環（２３）と、シールケース（８）に設けたスプリング保持体（１１）と静止密封環（９）に設けたスプリング受体（１０）との間に介装されて静止密封環（９）を回転密封環（２３）へと押圧接触させるスプリング部材（１２）とを具備して、両密封環（９，２３）の相対回転摺接部分（１８ａ，２３ａ）で機内領域（Ａ）と機外領域（Ｂ）とを遮蔽シールするように構成されたメカニカルシールにおいて、
   スプリング受体（１０）を環状板で構成すると共に、静止密封環（９）の基端部分に、スプリング受体（１０）を挿通させる挿通部（１７ｃ）とスプリング受体（１０）の当該挿通部（１７ｃ）から回転密封環方向への移動を阻止する係止部（１７ｅ）とを形成して、挿通部（１７ｃ）に挿通させたスプリング受体（１０）をスプリング部材（１２）による附勢力により係止部に衝合保持させるように構成してあり、
   静止密封環（９）の基端部分に軸線方向に延びる切欠溝（２１）を形成して、この切欠溝（２１）にシールケース（８）に設けた係止ピン（２０）を係合させることにより、静止密封環（９）のシールケース（８）に対する軸線方向の相対移動を許容しつつその相対回転を阻止するように構成してあり、
   スプリング保持体（１１）がシールケース（８）の内周部に嵌合保持された環状体であり、係止ピン（２０）がその両端部をスプリング保持体（１１）の内外周面から突出させた状態でスプリング保持体（１１）に保持されたものであり、係止ピン（２０）の一端部であってスプリング保持体（１１）の外周面から突出する部分をシールケース（８）の内周部に形成した係合溝（８ａ）に係合させることにより、スプリング保持体（１１）のシールケース（８）に対する相対回転が阻止されると共に、係止ピン（２０）の他端部であってスプリング保持体（１１）の内周面から突出する部分を静止密封環（９）の切欠溝（２１）に係合させることにより、静止密封環（９）のシールケース（８）に対する相対回転が阻止されていることを特徴とするメカニカルシール。
2. 回転軸（２）とシールケース（８）との間に、両密封環（９，２３）により機内領域（Ａ）と遮蔽されると共に当該密封環（９，２３）の機外領域（Ｂ）側に設けた二次シール部材（６）により機外領域（Ｂ）と遮蔽された閉塞空間たるクエンチング室（５）を形成して、このクエンチング室（５）にクエンチング液を給排するように構成されており、二次シール部材（６）が、シールケース（８）及び回転軸（２）の一方に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環（４０）と他方に固定された固定密封環（４１）との相対回転摺接作用によりクエンチング室（５）と機外領域（Ｂ）とを遮蔽シールするメカニカルシール構造をなすものであることを特徴とする、請求項１に記載するメカニカルシール。
3. 静止密封環（９）が円筒状の保持体（１７）とこれに固着した環状の密封環本体（１８）とからなるものであり、二次シール部材（６）が、シールケース（８）に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環（４０）と回転軸（２）に固定された固定密封環（４１）と可動密封環（４０）を固定密封環（４１）へと押圧附勢するスプリング部材（４２）とを具備するものであり、可動密封環（４０）が、静止密封環（９）の密封環本体（１８）に対応する部材のみからなり、スプリング部材（４２）が、可動密封環（４０）と前記スプリング保持体（１１）との間に装填されていることを特徴とする、請求項２に記載するメカニカルシール。
4. シールケース（８）及びこれに取り付けられる部材群からなる静止側密封要素（３）と回転軸（２）に挿通固定されるスリーブ（２２）及びこれに取り付けられる部材群からなる回転側密封要素（４）とを着脱自在なセット爪（７）により一体連結しうるように構成したカートリッジ形のメカニカルールであることを特徴とする、請求項１、請求項２又は請求項３に記載するメカニカルシール。

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