JP4315394B2

JP4315394B2 - メカニカルシール

Info

Publication number: JP4315394B2
Application number: JP2006176324A
Authority: JP
Inventors: 正樹宮本; 誠上田
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2026-06-27
Also published as: JP2008008318A

Description

本発明は、回転軸とこれに嵌合保持された回転密封環との対向周面間に環状シール部材を装填してなるメカニカルシールに関するものである。

例えば、回転軸に軸線方向移動可能に保持された回転密封環と回転軸が洞貫するシールケースに固定された静止密封環とを具備して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転部分において、当該相対回転部分の内径側領域たる被密封流体領域とその外径側領域たる非密封流体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では、一般に、回転軸と回転密封環との対向周面間に装填したＯリングにより、回転密封環の軸線方向移動を許容しつつ当該回転密封環と回転軸との間を二次シールするように構成されている（例えば、特許文献１の図１を参照）。

かかるメカニカルシールにあって、両密封環の対向端面である密封端面の内径は、回転軸の外径より小さくできず、回転軸の外径によって必然的に決定されることになる。また密封端面の外径は、回転密封環を静止密封環へと押圧する方向に作用する被密封流体による背圧の受圧面積との関係から導かれるバランス比等を考慮して決定され、当該受圧面積は回転密封環におけるＯリングとの接触面の径（Ｏリングが接触する回転密封環部分の内径であって、バランス径と称せられる）によって決定される。そして、このバランス径は、Ｏリングが回転密封環と回転軸との対向周面間に装填されていることから、回転軸の外径及びＯリングの断面径（ＪＩＳＢ２４０１に規定される「Ｏリングの太さ」である）によって必然的に決定されることになる。すなわち、バランス径は回転軸の外径とＯリングの断面径（正確には、前記対向周面間に装填された状態におけるＯリング断面の径方向幅（回転軸に直交する方向の幅））との合計値で与えられる。

したがって、二次シールとして使用するＯリングは、回転軸の外径に応じた内径のものであって、所望するバランス径が得られるような断面径のものを選定する必要がある。

特開平１０−０５３４８０公報（図１）

而して、Ｏリングの寸法は内径及び断面径（太さ）を基準としてＪＩＳ（例えば、ＪＩＳＢ２４０１，ＪＩＳＷ１５１６，ＪＩＳＷ１５１７等）に定められており、このようなＪＩＳに基づいた寸法のものが市販されているが、Ｏリングとしてこのような市販の規格品（以下「市販Ｏリング」という）を使用する場合、その選定手順として、まず、回転軸の外径によってＯリングの内径を決定し、決定された内径を有する市販Ｏリングの中から所望するバランス径に応じた断面径のＯリング（市販Ｏリング）を選定することになる。

しかし、市販ＯリングとしてはＪＩＳに規定される種々の内径のものが提供されているが、同一内径の市販Ｏリングにあって、断面径（太さ）及びこれと内径とから決定される外径についての選択範囲が小さいことから、市販Ｏリングを使用した場合、バランス径及びシール面幅（両密封端面の相対回転領域における径方向幅）の設計自由度が小さく、シール条件に最適するメカニカルシールを提供することが困難である場合が多い。

例えば、上記したメカニカルシールにおいて、被密封流体が高圧である場合、安定したメカニカルシール機能（軸封機能）を発揮させるためには、バランス径を大きくして、シール面幅を可及的に大きく設計しておく必要があるが、回転軸の外径に応じて選定される市販Ｏリングを使用することによっては対応することができない。すなわち、回転密封環を市販Ｏリングを介して回転軸に軸線方向移動可能に保持させたメカニカルシールにあっては、バランス径及び密封端面の外径がＯリングの断面径によって制限され、シール面幅を一定以上に大きくすることができず、被密封流体が高圧である回転機器への適用を困難にしているのが実情であり、市販Ｏリングを使用する限り、メカニカルシールの設計上、大きな制約を受けることになる。

一方、市販Ｏリングとは内径が同一であるが断面径の大きな特殊Ｏリングを使用することによって、当該市販Ｏリングを使用した場合に比してバランス径及びシール面幅を大きくすることは可能であるが、断面径が市販Ｏリングより大きな特殊Ｏリングは、どうしても不均質なものとなり易く（部分的に粗密を生じ易く）、その結果、回転密封環及び回転軸への圧接力（シール力）が周方向において不均一となって、Ｏリングによる二次シール機能及び回転密封環の軸線方向移動性つまり追従性が低下することになり、良好な軸封機能を発揮し難い。また、このような特殊ＯリングはＪＩＳに基づく規格品でなく規格外の特注品であるから、容易に製作，入手が困難である上、コスト的にも大きな問題がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、市販Ｏリングを使用することができるものでありながら、市販Ｏリングでは得られない大きな断面径（太さ）を必要とする機器にも好適に使用することができる極めて実用的な環状シール部材を二次シール手段として使用することにより、バランス径及びシール面幅を市販Ｏリングを使用した場合に比して大きく設定することができ、高圧条件下においても良好な軸封機能（メカニカルシール機能）を発揮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。

本発明は、回転軸にこれとの対向周面間に装填した環状シール部材を介して軸線方向移動可能に保持された回転密封環と回転軸が洞貫するシールケースに固定された静止密封環とを具備して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転部分において、当該相対回転部分の内径側領域たる被密封流体領域とその外径側領域たる非密封流体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、前記環状シール部材が、環状をなすＯリング保持体と、Ｏリング保持体の外周部に形成した断面円弧状の第一Ｏリング溝に、内周部を係合保持された第一Ｏリングと、Ｏリング保持体の内周部に形成した断面円弧状の第二Ｏリング溝に、外周部を係合保持された第二Ｏリングとからなり、前記対向周面間に第一Ｏリングの外周部が回転密封環の内周面に圧接すると共に第二Ｏリングの内周部が回転軸の外周面に圧接し且つＯリング保持体が前記対向周面に干渉しない状態で装填されており、回転軸と回転密封環との対向周面間を上記した環状シール部材により二次シールして、当該対向周面間を第一Ｏリング又は第二Ｏリングと同一断面径のＯリング（より正確には、回転軸の外径によって寸法（内径）が特定される第二Ｏリング（市販Ｏリングを使用）と同一断面径の市販Ｏリング）により二次シールした場合に比して、バランス径及びシール面幅を大きく設定しうるように構成したことを特徴とするメカニカルシールを提案する。かかる環状シール部材の好ましい実施の形態にあって、第一及び第二Ｏリングとしては、何れも、冒頭で述べた市販Ｏリング（ＪＩＳ（ＪＩＳＢ２４０１等）により規定された寸法（内径，断面径（太さ））のＯリング）が使用される。市販Ｏリングを使用する場合において、第一Ｏリングとしては、その内径及び断面径から決定される外径（＝内径＋断面径×２）が回転密封環の内周面の径に応じた寸法となるようなものが選定され、第二Ｏリングとしては、その内径が回転軸の外周面の径に応じた寸法となるようなものが選定される。この場合において、第一及び第二Ｏリングはそれらの断面径が同一径のものであっても異径のものであっても何れでもよい。また、かかるメカニカルシールは、好ましい実施の形態にあって、静圧形ノンコンタクトガスシールに構成される。すなわち、この静圧形ノンコンタクトガスシールは、シールケース及び静止密封環に、密封端面間にシールガスを供給する一連のシールガス通路を形成して、密封端面間に噴出させたシールガスにより発生された静圧によって当該密封端面間を非接触状態に保持するように構成される。

本発明のメカニカルシールにおいて使用される環状シール部材によれば、第一及び第二Ｏリングとして市販Ｏリングを使用しつつも、任意の径をなす第一シール面（回転密封環の内周面）と第二シール面（回転軸の外周面）との間に適正に装填することができるから、単一の市販Ｏリングではシールすることができないような大きな径方向間隔を有する第一シール面と第二シール面との間においても、単一のＯリングを使用した場合と同等のシール機能を発揮させることができる。しかも、第一及び第二Ｏリングとして市販Ｏリングを使用できるものであり、Ｏリング保持体も第一及び第二Ｏリングに応じた寸法，形状のものを切削加工等により容易且つ安価に製作できるものとなすことができるものであるから、第一シール面と第二シール面との径方向間隔が如何なる寸法であっても、これを良好にシールする環状シール部材を容易且つ安価に製造することができる。

したがって、本発明のメカニカルシールによれば、上記した環状シール部材を回転密封環と回転軸との対向周面間の二次シール手段として使用していることから、バランス径及びシール面幅を自由に設定することができ、シール条件に応じた最適な軸封機能（メカニカルシール機能）を発揮させることができる。特に、被密封流体が高圧である場合にも、回転軸径に拘わらず、バランス径及びシール面幅を圧力条件に応じた適正な大きさのものとすることができ、安定且つ良好な軸封機能を発揮させることができる。

以下、本発明の構成を図１〜図３を参照して具体的に説明する。図１は本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り、図２は図１の要部を拡大して示す詳細図であり、図３は当該メカニカルシールに使用された本発明に係る環状シール部材を示す縦断側面図である。

図１に示すメカニカルシール１は、例えば、固体状異物（粉体，スラッジ等）又は液状異物（水分，油分等）を含有するガスを扱う小形の回転機器（ロータリバルブ等）の軸封手段として使用されるものであり、当該回転機器の回転軸２が同心状に洞貫する状態で当該回転機器のハウジングに一体形成され又は当該ハウジングに取り付けられた円筒状のシールケース３と、シールケース３に嵌合固定された静止密封環４と、静止密封環４に対向して回転軸２に軸線方向移動可能に嵌合保持された回転密封環５と、回転軸２に嵌合固定されたスプリングリテーナ６と、回転密封環５とスプリングリテーナ６との間に介装されたスプリング部材７と、両密封環４，５の対向端面たる密封端面４ａ，５ａ間にシールガス８を噴出させるシールガス通路９とを具備して、密封端面４ａ，５ａの相対回転部分において、当該相対回転部分の内径側領域たる被密封流体領域（機内領域）Ｈとその外径側領域たる非密封流体領域（大気領域たる機外領域）Ｌとを遮蔽シールするように構成された静圧形ノンコンタクトガスシールである。なお、以下の説明において、左右とは図１における左右を意味する。

静止密封環４は、図１に示す如く、回転軸２に同心状に遊嵌された状態でシールケース３の内周部に前後一対のＯリング１０，１０を介して内嵌保持された円環状体であり、その先端面（左端面）は平滑な環状平面である密封端面４ａに構成されている。静止密封環４の基端側内周部分には、図１に示す如く、回転軸２の外周面に近接する凹凸状のラビリンスシール又はネジシール１１が形成されている。なお、回転軸２は、図１に示す如く、軸本体２ａに円筒状スリーブ２ｂを挿通固着してなる。

回転密封環５は、図１に示す如く、回転軸２に本発明に係る環状シール部材１２を介して軸線方向（左右方向）に移動可能に嵌合保持された円環状体であり、その先端面（右端面）は平滑な環状平面である密封端面５ａに構成されている。回転密封環５は、回転軸２に遊嵌された先端部分（密封端面５ａが形成された部分）５ｂとこれより内径を大きくした基端部分５ｃとからなり、回転密封環５と回転軸２と対向周面１３，１４間（基端部分５ｃの内周面１３とスリーブ２ｂの外周面１４との間）に装填させた環状シール部材１２により、回転軸２との間を二次シール状態で軸線方向移動可能に保持されている。なお、回転密封環５の密封端面５ａは、その外径を静止密封環の密封端面４ａの外径より大きく且つその内径を当該密封端面４ａの内径より小さく設定したものであり、両密封端面４ａ，５ａが重合する環状領域の径方向幅であるシール面幅Ｗ１は、図２に示す如く、静止密封環４の内外径(正確には密封端面４ａの内外径)Ｄ１，Ｄ２によって与えられる。すなわち、Ｗ１＝（Ｄ２−Ｄ１）／２である。

スプリングリテーナ６は、図１に示す如く、内外筒６ａ，６ｂの基端部（左端部）を環状壁６ｃで連結してなる二重筒構造をなすものであり、回転軸２にセットスクリュー６ｄにより嵌合固定されていて、内外筒６ａ，６ｂの対向周面間に回転密封環５の基端部５ｃを嵌挿すると共に環状壁６ｃを貫通するドライブピン１８を回転密封環５に螺着することにより、回転密封環５の軸線方向移動を所定範囲で許容しつつ、回転密封環５の相対回転を阻止している。なお、回転密封環５の外周面と外筒６ｂの内周面との間には、回転密封環５の追従性安定を図るためのＯリング１９，１９が装填されている。

スプリング部材７は、図１に示す如く、スプリングリテーナ６の環状壁６ｃと回転密封環５の基端部５ｃとの間に介挿された複数のコイルスプリング（一個のみ図示）で構成されていて、回転密封環５を静止密封環４へと押圧附勢するものであり、密封端面４ａ，５ａ間を閉じる方向に作用する閉力を発生させるものである。

シールガス通路９は、シールケース３及び静止密封環４を貫通する一連の通路であって、図１に示す如く、シールケース３と静止密封環４との嵌合部分に形成された空間であって、Ｏリング１０，１０によってシールされた環状の連絡空間９ａと、シールケース３を径方向に貫通して連絡空間９ａに至るケース側通路９ｂと、密封端面４ａに形成された静圧発生溝９ｃと、静止密封環４を貫通して連絡空間９ａから静圧発生溝９ｃに至る密封環側通路９ｄとからなる。静圧発生溝９ｃは、密封端面４ａと同心をなす環状溝又は複数の円弧状溝である。シールガス通路９は、機内領域Ｈの流体圧力より高圧のシールガス８を、ケース側通路９ｂ、連絡空間９ａ、密封環側通路９ｄを経て静圧発生溝９ｃに供給させるものであり、密封端面４ａ，５ａ間にシールガス８を噴出させて、密封端面４ａ，５ａ間にこれを非接触状態に保持する静圧を発生させるものである。シールガス８としては、被密封流体に対して不活性で無害なガス（一般に、窒素ガス）が使用される。シールガス通路９の適所（密封環側通路９ｄ）には、オリフィス，毛細管，多孔質部材等の絞り器９ｅが配設されていて、密封端面４ａ，５ａ間の隙間が自動調整されるようになっている。すなわち、回転機器の振動等により密封端面４ａ，５ａ間の隙間が大きくなったときは、静圧発生溝９ｃから密封端面４ａ，５ａ間に流出するシールガス量と絞り器９ｅを通って静圧発生溝９ｃ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９ｃ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４ａ，５ａ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４ａ，５ａ間の隙間が小さくなったときは、上記したと同様の作用により静圧発生溝９ｃ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４ａ，５ａ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。なお、静止密封環４には、連絡空間９ａからラビリンスシール（又はネジシール）１１へとシールガス８を供給させる通路２０が形成されている。この通路２０にも、前記絞り器９ｅと同様の絞り器２０ａが配設されている。

環状シール部材１２は、図２に示す如く、同心をなして対向する円形の第一シール面たる回転密封環５の内周面１３とこれより小径の第二シール面たる回転軸２の外周面１４との間にこれをシール（二次シール）すべく装填された複合Ｏリング部材であって、図３に示す如く、環状をなすＯリング保持体１５と、Ｏリング保持体１５の外周部に係合保持された第一Ｏリング１６と、Ｏリング保持体１５の内周部に係合保持された第二Ｏリング１７とから構成されている。

第一Ｏリング１６は、内周部１６ｂをＯリング保持体１５の外周部に形成した環状の第一Ｏリング溝１５ａに係合させることにより、外周部１６ａがＯリング保持体１５の外周部から突出する状態で、Ｏリング保持体１５に保持されている。第二Ｏリング１７は、外周部１７ｂをＯリング保持体１５の内周部に形成した環状の第二Ｏリング溝１５ｂに係合させることにより、内周部１７ａがＯリング保持体１５の内周部から突出する状態で、Ｏリング保持体１５に保持されている。

第一及び第二Ｏリング１６，１７は、何れも、ＮＢＲ，ＦＫＭ等からなる市販Ｏリング（ＪＩＳＢ２４０１，ＪＩＳＷ１５１６，ＪＩＳＷ１５１７等で規定された市販の規格品）であり、回転密封環５と回転軸２との対向周面１３，１４の径に応じて選定されたものである。すなわち、第一Ｏリング１６としては、その内径ｄ１及び断面径（太さ）ｄ２から決定される外径ｄ３（＝ｄ１＋ｄ２×２）が第一シール面１３の径Ｄ３に応じた寸法となるようなもの、つまり外周部１６ａが第一シール面１３に最適な接触圧（シール圧）で圧接しうるような外径ｄ３の市販Ｏリングが使用される。また、第二Ｏリング１７としては、その内径ｄ４が第二シール面１４の径Ｄ４に応じた寸法となるようなもの、つまり内周部１７ａが第二シール面１４に最適な接触圧（シール圧）で圧接しうるような内径ｄ４の市販Ｏリングが使用される。なお、第一Ｏリング１６の外径ｄ３は第二Ｏリング１７の外径より大きいこと及び第二Ｏリング１７の内径ｄ４は第一Ｏリング１６の内径ｄ１より小さいことはいうまでもないが、環状シール部材１２の径方向厚さｄ０（＝（ｄ３−ｄ４）／２）は単一のＯリングにおける断面径（太さ）に相当するものであり、この径方向厚さｄ０は第一シール面１３と第二シール面１４との径方向間隔Ｄ０（＝（Ｄ３−Ｄ４）／２）に応じて当該径方向間隔Ｄ０より適当量大きく設定されている。

Ｏリング保持体１５は、切削加工等により容易且つ安価に製作できる金属等で構成された非弾性部材ないし剛体であり、外周部に第一Ｏリング１６の断面径ｄ２に応じた断面円弧状の第一Ｏリング溝１５ａを形成すると共に内周部に第二Ｏリング１７の断面径ｄ５に応じた断面円弧状の第二Ｏリング溝１５ｂを形成した環状体である。なお、Ｏリング保持体１５は、いうまでもなく、当該環状シール部材１２をシール面１３，１４間に装填した状態において当該シール面１３，１４に干渉しない形状の環状体に構成されている。

以上のように構成されたメカニカルシール１にあっては、シールガス８をガス通路９から密封端面４ａ，５ａ間に供給させると、密封端面４ａ，５ａ間にこれを開く方向に作用する開力が発生することになる。この開力は、静圧発生溝９ｃに供給されたシールガス８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４ａ，５ａは、この開力と密封端面４ａ，５ａ間を閉じる方向に作用する閉力（回転密封環５を静止密封環４へと押圧附勢するスプリング部材７によるスプリング荷重及び回転密封環５に作用する被密封流体による背圧）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８が機内領域Ｈの圧力より高圧であり、密封端面４ａ，５ａから両領域Ｈ，Ｌに噴出することから、被密封流体の密封端面４ａ，５ａ間からの漏洩が完全に阻止され、両領域Ｈ，Ｌ間が良好に遮蔽シールされることになる。

このとき、回転密封環５と回転軸２との対向周面１３，１４間の二次シール手段として、異径の第一及び第二Ｏリング１６，１７を組み合わせてなる複合Ｏリング構造をなす環状シール部材１２を使用しているから、各Ｏリング１６，１７として市販Ｏリングを使用しているにも拘わらず、バランス径を自由に設定することができ、シール条件に応じて当該条件に最適するシール面幅Ｗ１（＝（Ｄ２−Ｄ１）／２）を確保することができる。

すなわち、バランス径つまり第一Ｏリング１６が接触する第一シール面１３の径（回転軸２との間を二次シールすべき回転密封環部分（基端部分５ｃ）の内径）Ｄ３は、Ｏリング保持体１５の外周部に保持させる第一Ｏリング１６として使用する市販Ｏリングの選択によって任意に設定することができる。市販Ｏリングを使用する場合において、第二Ｏリング１７の選択幅は回転軸２の外径Ｄ４（第二シール面１４の径）によって制限されるが、第一Ｏリング１６についてはこのような制限はなく、Ｏリング保持体１５の形状（外径寸法）を適宜に設定することにより第一Ｏリング１６として任意寸法の市販Ｏリングを選択することができる。したがって、第一Ｏリング１６として適宜外径ｄ３の市販Ｏリングを選択することにより、且つその選択した市販Ｏリング（第一Ｏリング１６）の内径ｄ１及び断面径ｄ２に応じてＯリング保持体１４の外径及び第一Ｏリング溝１５ａの形状を設定することにより、バランス径Ｄ３及びシール面幅Ｗ１を、被密封流体圧力（機内領域Ｈの流体圧力）に最適するものに設定することができ、機内領域Ｈが高圧である条件下においても安定且つ良好な軸封機能（メカニカルシール機能）を発揮させることができる。

ところで、上記二次シール手段として単一の市販Ｏリング１２Ａを使用した場合、図４（Ａ）に示す如く、当該Ｏリング１２Ａとしては回転軸２の外径Ｄ４に応じた内径（第二Ｏリング１７の内径ｄ４に相当する）の市販Ｏリングを使用することになる。したがって、Ｏリング１２Ａとして、このような内径を有する市販Ｏリングのうち断面径（太さ）が最大のものを使用したとしても、つまり外径が最大のものを使用したとしても、図４（Ａ）に示す如く、Ｏリング１２Ａの外径によって設定される第一シール面１３の径つまりバランス径Ｄ５は、本発明の環状シール部材１２を使用した場合のバランス径Ｄ３に比して極めて小さく、バランス径Ｄ５によって決定されるシール面幅Ｗ２も、当該環状シール部材１２を使用した場合のシール面幅Ｗ１に比して極めて小さい。したがって、単一の市販Ｏリング１２Ａを使用した場合には、高圧条件下で好適に使用できるメカニカルシールを提供することができない。例えば、メカニカルシールの設計上、単一のＯリング１２Ａを使用した場合、Ｆ．Ｖ．〜０．２ＭＰａＧの低圧域で使用できるにすぎないが、これと同一構造のメカニカルシールにおいて環状シール部材１２を使用した場合には１ＭＰａＧ程度の高圧域での使用も可能となる。なお、高低圧域の何れの圧力条件で使用する場合にも、シール機能上、バランス比が一定範囲となるように設計しておくことが好ましいが、本発明の環状シール部材１２を使用すれば、上記した如く、第一Ｏリング１６として使用する市販Ｏリングの選択次第でバランス径Ｄ３及びシール面幅Ｗ１を自由に設定することができるから、単一の市販Ｏリングを使用した低圧域用メカニカルシールにおけると同等のバランス比を得ることが可能となり、１ＭＰａＧ程度の高圧域においても当該低圧域用メカニカルシールを低圧域（Ｆ．Ｖ．〜０．２ＭＰａＧ）で使用する場合と同等の良好なシール機能を発揮しうるメカニカルシールを提供することができる。

また、上記二次シール手段として単一のＯリングを使用する場合にも、図４（Ｂ）に示す如く、当該Ｏリングとして環状シール部材１２の径方向厚さｄ０と同等の断面径（太さ）を有する特殊Ｏリング１２Ｂを使用することによって、環状シール部材１２を使用した場合と同一のバランス径Ｄ６（＝Ｄ３），シール面幅Ｗ３（＝Ｗ１）を得ることが可能である。しかし、このような特殊Ｏリング１２Ｂの使用は、冒頭で述べた如く、シール機能上及びコスト上から実用的ではない。本発明の環状シール部材１２は、このような特殊Ｏリング１２Ｂを使用せざるを得ない場合にも、市販Ｏリング１６，１７を使用することができるから、Ｏリング保持体１５が切削加工等に安価且つ容易に製作できるものとなしうることとも相俟って、特殊Ｏリング１２Ｂを使用する場合のようなシール機能上及びコスト上の問題は生じない。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものでなく、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。例えば、環状シール部材１２は、上記した静圧形ノンコンタクトガスシール１における回転密封環５の二次シール手段として使用する他、動圧形の非接触形メカニカルシールや端面接触形のメカニカルシールにおける回転密封環の二次シール手段としても上記した場合と同様に設計の自由度を確保しつつ好適に使用することができる。

本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１の要部を拡大して示す詳細図である。当該メカニカルシールの要部（環状シール部材）を取り出して示す縦断側面図である。一般的なメカニカルシールにおけるＯリングの使用形態を示す図２相当の縦断側面図であり、（Ａ）は市販Ｏリングを使用した例を、また（Ｂ）は特殊Ｏリングを使用した例を、夫々示している。

符号の説明

１メカニカルシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）
２回転軸
３シールケース
４静止密封環
４ａ静止密封環の密封端面
５回転密封環
５ａ回転密封環の密封端面
６スプリングリテーナ
７スプリング部材
８シールガス
９シールガス通路
１２環状シール部材
１３第一シール面（回転密封環の内周面）
１４第二シール面（回転軸の外周面）
１５Ｏリング保持体
１５ａ第一Ｏリング溝
１５ｂ第二Ｏリング溝
１６第一Ｏリング
１６ａ第一Ｏリングの外周部
１６ｂ第一Ｏリングの内周部
１７第二Ｏリング
１７ａ第二Ｏリングの内周部
１７ｂ第二Ｏリングの外周部
Ｄ３バランス径
Ｈ被密封流体領域（機内領域）
Ｌ非密封流体領域（機外領域）
Ｗ１シール面幅

Claims

回転軸にこれとの対向周面間に装填した環状シール部材を介して軸線方向移動可能に保持された回転密封環と回転軸が洞貫するシールケースに固定された静止密封環とを具備して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転部分において、当該相対回転部分の内径側領域たる被密封流体領域とその外径側領域たる非密封流体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、
前記環状シール部材が、環状をなすＯリング保持体と、Ｏリング保持体の外周部に形成した断面円弧状の第一Ｏリング溝に、内周部を係合保持された第一Ｏリングと、Ｏリング保持体の内周部に形成した断面円弧状の第二Ｏリング溝に、外周部を係合保持された第二Ｏリングとからなり、前記対向周面間に第一Ｏリングの外周部が回転密封環の内周面に圧接すると共に第二Ｏリングの内周部が回転軸の外周面に圧接し且つＯリング保持体が前記対向周面に干渉しない状態で装填されており、
回転軸と回転密封環との対向周面間を前記環状シール部材により二次シールして、当該対向周面間を第一Ｏリング又は第二Ｏリングと同一断面径のＯリングにより二次シールした場合に比して、バランス径及びシール面幅を大きく設定しうるように構成したことを特徴とするメカニカルシール。
シールケース及び静止密封環に、密封端面間にシールガスを供給する一連のシールガス通路を形成して、密封端面間に噴出させたシールガスにより発生された静圧によって当該密封端面間を非接触状態に保持するように構成された静圧形ノンコンタクトガスシール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。