JP4271005B2 - 分割型環状体及び分割型メカニカルシール - Google Patents

Description

この発明は、シール装置として用いられる分割型環状体及び分割型メカニカルシールに関する。

ポンプや攪拌機などの軸まわりをシールするためのシール装置においては、シールリングやケーシングなどの環状体を軸に装脱着する必要があり、その都度ポンプを分解したり、軸受を外したり等の分解作業及び再組み立て作業を行う必要がある。
このような点に鑑みて、環状体を分割可能とした分割シールリングが従来から知られている。分割シールリングは単なる平面の分割面により分割するものや、ピン状の突起と穴を設けて嵌め合わせるもの（特許文献１）などが知られている。

米国特許第５３７０４０１号

しかし、分割シールリングは、分割部分からの漏洩があるため、シール性が悪くなる問題がある。また、組み立てが難しく、分割されたリングが半径方向や軸線方向にずれやすい等の欠点があり、漏洩の許容量が比較的大きい場合にしか使用できないなどの問題があった。
特許文献１のようなピン状の突起を設けたものは、比較的組み立てが容易であるが、ピンと穴を高精度に加工することが難しく、十分な精度を実現できていないのが現状である。また分割部分が直線のものではシール性能が悪く、分割面にシールのためのゴムパッキンが必要である。
本発明は上記従来技術の問題を解決することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、軸に装着され、周側面と２つの端面とを有するシールするための環状体であって、半径方向の少なくとも２つの分割面により少なくとも２つの片に分割可能であり、該分割面に互いに嵌合する突条と溝が形成され、該突条と溝が分割面の前記一方の端面側のエッジと他方の端面側のエッジ間の軸心方向全体に亘って設けられており、前記端面に平行なフランジと、該フランジの分割部に表裏から接触する一対の板と、該板を締結する締め具と、を有し、前記一対の板の接触面は研磨され、該一対の板を締め具により締結することにより、該フランジを基準として、前記端面の軸線方向の位置合わせが可能である、ことを特徴とする。
分割面に突条と溝を設けるには、ワイヤー放電によるカットなどが適用可能であり、精度の高い加工が可能である。また、突条と溝により、半割の２片の嵌合が容易であり、且つ該突条と溝とはエッジからエッジに設けられているため、分割面における半径方向のシール性能を向上させることができる。
該突条と溝を軸心方向及び半径方向に非平行な辺を有するように構成すれば、該辺により軸心方向と半径方向の位置が規制され、ズレの発生を抑制して半割の２片を嵌合させることが可能になる。
また前記端面に平行なフランジの分割部に表裏から接触し、研磨された接触面を有する一対の板を締め具により締結することにより、該フランジを基準として、前記端面の軸線方向の位置合わせが行える。

本発明によれば、分割可能でありながら、シール性の高い分割型環状体及び分割型メカニカルシールを提供可能である。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の環状体を用いたメカニカルシールユニットの半断面である。
このユニットは回転機械の回転軸Ｊ上に装着され、機器フランジ５０に連接して設けられている。Ｙは機内側、Ｘは大気側を示す。

回転軸Ｊ上には金属製の回転シールリング１とカーボン製の非回転シールリング２が装着され、回転シールリング１と非回転シールリング２が摺動接触して、シール面Ｓを形成し、機内側Ｙを大気側Ｘに対してシールしている。

非回転シールリング２は、帯状ゴム５を介してセットリング４により保持され、またＯリング６を介してシールフランジ３に装着され、シールフランジ３はＯリング７を介して機器フランジ５０に装着されている。セットリング４とシールフランジ３の間にはスプリング９が設けられており、非回転シールリング２を回転シールリング１方向に押圧している。

回転シールリング１は分割パッキン３６，３６を介して回転軸Ｊに装着され、カラー４０により回転軸Ｊの回転と共に回転するように構成されている。回転シールリング１はステンレス鋼に超硬合金等を溶射した材料で形成されている。

上記した各構成は機器フランジ５０を除いて全て分割可能に構成されている。即ち、回転シールリング１、非回転シールリング２、シールフランジ３、セットリング４、分割パッキン３６、カラー４０は全て２つ割りになっており、帯状ゴム５、Ｏリング６は１カ所カットしたものになっている。

回転シールリング１の構成を図２と図２Ａ及び図３により説明する。回転シールリング１は１’と１”の２つの半円弧状の片に分割可能になっており、ボルト１５、１５により環状体に維持されるようになっている。

分割面１０、１０には突条２０、２０が設けられ、分割面１０’、１０’には対向して溝２１、２１が設けられている。
突条２０と溝２１は後端面エッジ１１からシール面エッジ１２に亘って軸線方向に設けられており、軸線Ａとほぼ平行になっている。

シール面１９の反対側には円周溝３９とフランジ３０が形成されており、フランジ３０により片１’と１”の軸線方向の位置合わせを行うようになっている。フランジ３０の後端面エッジ１１部は高精度な平坦度に研磨仕上げしてあり、フランジ面３４、３４は後端面エッジ１１に平行かつ平坦に切削してある。
該フランジ３０、３０の分割部分には、上下に切欠３１、３１が形成されており、図３に示すようにここに締め具３３を装着してフランジ３０、３０のフランジ面３４、３４を正確に合わせることにより片１’と１”の軸線方向の位置合わせを行うようになっている。これによりシール面１９を平坦面にすることが可能になる。

締め具３３は、図３Ａに示すように板６０、板６１及び蝶ネジ６２から構成されている。板６０と板６１はそれぞれ両端面が研磨され、対向する面は同時加工して平行度を出してある。この板６０と板６１で片１’と１”を切欠３１、３１において挟み、蝶ネジ６２を切欠３１、３１に挿通して板６０と板６１を締め付けてフランジ面３４、３４に密着させることにより、片１’と１”の軸線方向の位置合わせが行える。

両面研磨した板６０、６１の形状は任意で、取付けに必要な適切な大きさでよいが、フランジ３０のフランジ面３４にできるだけ広範囲に接触することが望ましい。その方が、分割面の段差をなくすのに幅広く作用するので有利だからである。

蝶ネジ６２はボルト１５よりも約１／２のサイズに細くしてある。これはシール面の段差をなくすのに必須である。なぜなら、蝶ネジ６２がボルト１５に力負けしなければならないからである。その理由は下記に説明する。

次の手順で分割面を締結していく。
１）軸上で回転シールリング１の片1'と１”を合わせボルト１５で、分割面１０、１０’がまだ少し動かせるくらい軽く締結する。
２）次に締め具３３を切欠３１、３１に取付け手締めする。フランジ３０が締め具３３に挟まれシール面１９を初めとする端面の段差がなくなる。これでシール面１９の高いシール性能が発揮される。
３）続いてボルト１５を六角レンチで強く締め付けて分割面を締結する。この時、締め具３３の蝶ネジはボルト１５に力負けして、フランジ３０の端面平行度が保たれたまま軸中心に向けてスライドし、回転シールリング１の片１’と1”が締結される。これによりシール面１９の分割面は段差なく締結される。
４）締め具３３を取り外す。
なお切欠３１を穴にしておき、締め具３３を最後に硬く取り付けてもよいが、回転する側は危ないので取り外せる構造の方が望ましい。

以上の手順において、ボルト１５が先に硬く締結されると、シール面１９の分割面に段差が生じ、締め具３３での段差解消はできなくなる。また蝶ネジ６２のサイズがボルト１５よりも大きいかボルト１５に近いと、蝶ネジ６２の締結力が優ってしまい、シール面１９を締結できなくなる。
従って、蝶ネジ６２の径はボルト１５の径よりも約１／２のサイズにする必要がある。

回転シールリング１の内周には２本の平行なパッキン溝３５が設けられており、ここに２分割パッキン３６、３６が予め装着されている。

以上の構成において、回転軸Ｊ上に２分割パッキン３６、３６を介して片１’と片１”とを装着し、突条２０と溝２１を嵌合させるように片１’と１”を合体すれば、半径方向の位置合わせが自動的におこなわれる。そして、フランジ３０の切欠３１、３１に締め具３３を装着して締結すれば、フランジ３０、３０が同一面となり、これにより片１’と１”の軸線方向の位置合わせが行われる。位置合わせが完了したら、ボルト１５、１５により片１’と１”を締結して環状体を完成する。
上記により、シール面１９は半径方向にも軸線方向にも精度の高い平滑な面となり、非回転シールリング２との間で精度の高いシール面Ｓを形成し、シール性の高いシールが行われる。

なお、図１に示すように回転シールリング１は、カラー４０に設けられたピン４１により回転方向に規制され、回転軸Ｊの回転力を受けるようになっている。カラー４０は回転軸Ｊ上に固定されている。カラー４０には回転シールリング１側にゴムシート４２が接着されており、カラー４０を回転軸Ｊに固定するためにセットスクリュウなどを締め付けたときにカラー４０に生ずる歪みを緩衝している。このゴムシート４２によりカラー４０の歪みが回転シールリング１に伝わらず、回転シールリング１の直角度に狂いが生ずることなどを抑制している。

図２Ｂに回転シールリング１の他の実施形態を示す。
この例では、突条２０’と溝２１’が斜めに形成されており、夫々半径方向Ｒ及び軸線Ａと非平行になっている。
この構成により半径方向に加えて軸線方向のズレが抑制できる。

以上の構成は回転シールリング１について説明したが、非回転シールリング２を除く他の金属製環状体、即ちシールフランジ３、セットリング４も、回転シールリング１と同様に分割面１０、１０’に突条２０と溝２１を形成してある。カラー４０の分割面１０にも突条２０と溝２１を設けても良いが、精度を必要としない場合には、突条２０と溝２１を設けず、平坦な分割面１０としても良い。

図４にシールフランジ３を示す。ここでは分割面１０、１０に一対の斜め突条２２、２２を形成し、対向する分割面１０’、１０’に一対の斜め溝２３、２３を形成し、これらを互いに嵌合させるようになっている。斜め突条２２と２２は互いに非平行でテーパ形状をなしている。また斜め溝２３と２３も対応して非平行でテーパ形状をなしている。この斜め突条２２、２２と斜め溝２３、２３は軸線Ａに非平行である。また半径方向Ｒにも非平行である。そのため、斜め突条２２と斜め溝２３を嵌合させれば、片３’と３”は軸線方向と半径方向に位置合わせが行われ、精度の高い環状体を実現できる。
シールフランジ３には図１に示すようにインロー５１がついており、これにより芯がでるようになっている。

図５にセットリング４を示す。図５Ａは部分拡大図である。
セットリング４においても、分割面１０、１０に一対の斜め突条４６、４６を形成し、対向する分割面１０’、１０’に一対の斜め溝４５、４５を形成し、これらを互いに嵌合させるようになっている。斜め溝４５と４５は互いに非平行でテーパ形状をなしている。また斜め突条４６と４６も対応して非平行でテーパ形状をなしている。この斜め溝４５、４５と斜め突条４６、４６は軸線Ａに非平行である。また半径方向Ｒにも非平行である。そのため、斜め溝４５と斜め突条４６を嵌合させれば、片４’と４”は軸線方向と半径方向に位置合わせが行われ、精度の高い環状体を実現できる。

図６はインサイド型のケーシングを示しており、ここでは、分割面１０、１０’に回転シールリング１と同様な突条２０と溝２１を形成してある。

上記した突条２０と溝２１或いは斜め突条２２と斜め溝２３は、ワイヤー放電加工により精度良く加工可能であり、従来のようなピンとそれに係合する穴の構成に比較して飛躍的に精度の高いものを得ることができる。
また、エッジからエッジに形成されているため、分割面の半径方向のシール性が向上する効果がある。

次に非回転シールリング２の構成を説明する。非回転シールリング２はカーボン製であるため、一体に成形した非回転シールリング２を、自然割りにより２分割してある。そのため非回転シールリング２の分割面には微少な凹凸が自然に形成され、ズレを生ずることなく、２つの片を合体することが可能である。また、シール面に段差などを生ずることがない。

図１に示すように非回転シールリング２の外周には溝が形成され、ここに帯状ゴム５が両面テープを介して装着されている。
組み立て前には一方の片に両面テープを介して帯状ゴム５を装着しておき、他方の片と合体するときに、両面テープの残りを剥がして帯状ゴム５を他方の片にも装着するようにすると作業が効率的である。

帯状ゴム５を装着したら、その上から前記セットリング４を装着して、環状体を形成するように構成されている。
帯状ゴム５はこのセットリング４からの締め付け力を受けると共に、カーボン製のセットリング４が傷つかないように緩衝材としも機能する。

本発明の一実施形態を示す半断面図。 本発明の一実施形態を示す斜視図。 本発明の一実施形態を示す正面図。 本発明の他の実施形態を示す斜視図。 本発明の一実施形態を示す側面図。 本発明の締め具の一実施形態を示す斜視図。 本発明の一実施形態を示す斜視図。 本発明の一実施形態を示す斜視図。 図５の部分拡大図。 本発明の他の実施形態を示す斜視図。

符号の説明

１：回転シールリング、２：非回転シールリング、３：シールフランジ、４：セットリング、５：帯状ゴム、６：Ｏリング、７：Ｏリング、９：スプリング、１０：分割面、１１：後端面エッジ、１２：シール面エッジ、１５：ボルト、１９：シール面、２０：突条、２１：溝、２２：斜め突条、２３：斜め溝、３０：フランジ、３１：切欠、３２：切欠、３３：締め具、３４：フランジ面、３５：パッキン溝、３６：分割パッキン、３９：円周溝、４０：カラー、４１：ピン、４２：ゴムシート、４５：斜め溝、４６：斜め突条、４８：セットスクリュウ、５０：機器フランジ、５１：インロー、６０：板、６１：板、６２：蝶ネジ。

Claims (3)

1. 軸に装着され、周側面と２つの端面とを有するシールするための環状体であって、
   半径方向の少なくとも２つの分割面により少なくとも２つの片に分割可能であり、
   該分割面に互いに嵌合する突条と溝が形成され、
   該突条と溝が分割面の前記一方の端面側のエッジと他方の端面側のエッジ間の軸心方向全体に亘って設けられており、
   前記端面に平行なフランジと、
   該フランジの分割部に表裏から接触する一対の板と、
   該板を締結する締め具と、を有し、
   前記一対の板の接触面は研磨され、
   該一対の板を締め具により締結することにより、該フランジを基準として、前記端面の軸線方向の位置合わせが可能である、
   ことを特徴とする分割型環状体。
2. 前記突条と溝が軸心方向及び半径方向に非平行である、
   請求項１に記載の分割型環状体。
3. 前記フランジを基準として、前記端面の軸線方向の位置合わせが可能である、
   請求項１に記載の分割型環状体。

Images