JP5001654B2 - メカニカルシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、構造簡単で、メカニカルシールの摺動シール面を冷却可能にするメカニカルシール装置に関する。特に、高粘度の被密封流体、スラリーを含む被密封流体、ケミカル液の被密封流体などをシールするのに適し、被密封流体の固形物が密封環の摺動面に付着し、また、シール部品間に目詰まりして摺動発熱するのを防止したカートリッジ型のメカニカルシール装置の技術分野に関するものである。

メカニカルシール装置は、自動車や化学装置のような大量生産又は大量処理の装置に取り付けるために、構造が簡単であると共に、組立・分解・点検が容易でなければならない。さらに、メカニカルシール装置は、生産コストを低減できる構造でなければならない。また、メカニカルシール装置は、油や、ケミカル液のような被密封流体をシールするために、その被密封流体である液体により密封環の摺動シール面が発熱するのを防止しなければならない。近年、このような技術的背景の基にメカニカルシール装置の構造を単純化すると共に、摺動シール面の発熱を防止し、且つ摺動シール面、パッキン、Ｏリング等のシール能力の向上とともに、その点検・修理を容易にする改善が求められている。

本発明に係わる先行技術には、図６に示すメカニカルシール装置が存在する（例えば、特開２０００−３５６２７０号公報、米国特許第５，２１３，３４０号明細書を参照）。図６は、ケーシング１６０に取り付けたメカニカルシール装置１００の全断面図である。このメカニカルシール装置１００は、ケミカル液等を作動させるポンプの軸封装置として利用することができる。

まず、このメカニカルシール装置１００の構造を簡単に説明する。図６に於いて、メカニカルシール装置１００は、ケーシング１６０の孔に貫通する回転軸１７０とケーシング１６０との間をシールするとともに取付を容易にするために、ケーシング１６０の端面１６０Ａに取り付けられるカートリッジ型にしたものである。このメカニカルシール装置１００には、ケーシング１６０の機内Ａに配置された固定密封環１０３と回転密封環１１０を設けたメカニカルシール１０２が主要な構成である。さらに、メカニカルシール１０２の固定密封環１０３とその保持体１０６をケーシング１６０の機外Ｂに保持するためのケース本体１３０と、メカニカルシール１０２の回転密封環１１０を回転軸１７０の機内Ａ側に保持するためのスリーブ１２０も主要な構成部品である。

回転密封環１１０は、ケーシング１６０の機内Ａに設けた孔に配置されている。この回転密封環１１０は、ケーシング１６０の孔の奥に配置するために、内周面１２０Ｃが回転軸１７０に嵌着した長いスリーブ１２０の一端部に装着されている。また、スリーブ１２０の外方側の他端部は、保持部１２５と嵌着すると共に、スクリューソケット１２７を介してスリーブ１２０が回転軸１７０に固着されている。回転密封環１１０とスリーブ１２０との連結は、連結部品１２９を介して結合されている。この回転軸１７０とスリーブ１２０、及びスリーブ１２０と連結部品１２９との各嵌合間には、シール用のＯリング１０５C、１０５Ｃを配置している。また、スリーブ１２０と連結部品１２９とは、ドライブピン１２０Ｐを介して共に回動可能に連結されている。さらに、連結部品１２９と回転密封環１１０とは、嵌合内で符号が付いていないドライブピンを介して共に回動可能に連結されている。連結部品１２９と回転密封環１１０との嵌合間はＯリング１０５Ｂによりシールしている。

一方、固定密封環１０３は、円筒状の保持体１０６の一端部に設けられた段付きの環状面に嵌着して保持されている。保持体１０６は、ケース本体１３０の内周面に軸方向へ移動自在に嵌合している。また、ケース本体１３０に設けられた固定ピン１３２により保持体１０６を回転不能に保持している。この保持体１０６とケース本体１３０との嵌合間はＯリング１０５Ａによりシールされている。そして、保持体１０６の他端部には、ばね受部１０７が嵌め込まれて固定されている。

ケース本体１３０はケーシング１６０の端面１６０Ａに接合すると共に、ケーシング１６０に設けられた植え込みボルト１６３にナット１６３Ａを螺合してケース本体１３０をケーシング１６０に固定している。このケース本体１３０の側面には段付き面１３０Ａが設けられている。この段付き面１３０Ａにばね座体１１２が止めねじ部１１９により取り付けられている。ばね座体１１２に支持されたばね１０９は、ばね受部１０７との間に配置されており、ばね１０９によりばね受部１０７と保持体１０６とを介して固定密封環１０３を弾発に押圧している。このばね１０９により押圧された固定密封環１０３は回転密封環１１０と密接して被密封流体をシールする。ばね座体１１２の内周には取付溝１１２Ｇが設けられている。この取付溝１１２Ｇには螺旋状に巻かれたガスケット１１５が配置されている。このガスケット１１５のシール面１１５Ｂはスリーブ１２０の外周面１２０Ｂに密接している。

そして、回転密封環１１０と固定密封環１０３と付属部品との組合せからなるメカニカルシール１０２の回転密封環１１０と固定密封環１０３との摺動面を冷却するために、このメカニカルシール１０２の外周面側を通るフラッシング通路１４０と、メカニカルシール１０２の内周面側を通るクエンチング通路１４１がそれぞれケース本体１３０の外周面から内周面に向かって貫通している。そして、フラッシング通路１４０をフラッシング流体（清水）Ｖ１が流れると共に、クエンチング通路１４１をクエンチング流体（清水）Ｖ２が流れる。

このように構成されたメカニカルシール装置１００は、ケース本体１３０にフラッシング通路１４０とクエンチング通路１４１とを設けてメカニカルシール１０２の外周側にフラッシング流体Ｖ１を供給するとともに、メカニカルシール１０２の内周側にクエンチング流体Ｖ１を供給する構造に構成されている。この構造では、摺動発熱の原因となる回転密封環１１０と固定密封環１０３との相対する摺動シール面を面積の大きい外周面側から効果的に冷却することが困難になる。特に、相対する摺動シール面の間を内周側から冷却すれば、摺動する面間に介在する流体に作用する遠心力により、クエンチング液が外周側に存在する油やケミカル液である被密封流体に混入する恐れがあるので問題となる。さらに、スリーブ１２０の外方端部と内方端部の間にクエンチング通路１４０とフラッシング通路１４１及び回転密封環１１０と固定密封環１０３を設けたメカニカルシール１０２を配置する構成にしなければならないので、スリーブ１２０は長尺になる。また、スリーブ１２０の外方端部にガスケット１１５を設けると共に、内方端部にＯリング１０５Ｃ，１０５Ｃを設けている為に、メカニカルシール装置１００はさらに長尺になると共に、ガスケット１１５とＯリング１０５Ａ，１０５Ｃ，１０５Ｃとを取付けるためのシール構造が複雑になる。

特に、メカニカルシール１０２より機内Ａの内方にＯリング１０５Ｃ，１０５Ｃを設け、このＯリング１０５Ｃ，１０５Ｃによりクエンチング通路１４１からのクエンチング流体Ｖ２が機内Ａへ浸入するのをシールすると共に、ケーシング１６０の孔内に存在する被密封流体がクエンチング通路１４１へ浸入するのをシールする構成にしなければならないために、各Ｏリング１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｃのシール構造を複雑にするとともに、大きな形状にしている。また、ガスケット１１５は、ケース本体１３０の端面にばね座体１１２を突出して取り付けなければならないので、シール能力を付与するためのガスケット１１５の構成、及びばね座体１１２の構造が複雑になる。また、ケース本体１３０の両側面からばね座体１１２と固定密封環１０３とが突出する構造のために、メカニカルシール装置１００の保管や管理が困難になる。さらに、固定密封環１０３がばね１０９によりケーシング１６０の孔内に押し込む構成であり、反対に、回転密封環１１０をケース本体１３０の外方へ調節して取付ける構成であるため、この回転密封環１１０と固定密封環１０３とを取付て調節することが困難になる。

本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする技術的課題は、クエンチング流体によりメカニカルシールの摺動するシール面側の冷却と、洗浄と、潤滑とを効果的にすることにある。同時に、メカニカルシール装置の構造を簡単にして小型にすることにある。また、メカニカルシール装置の組立と、分解と、点検を容易にすることにある。

本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。

本発明のメカニカルシール装置は、軸を嵌装した装置本体に取り付けられて軸の周面をシールするメカニカルシール装置であって、装置本体の外面に取り付けられて軸が挿入可能な嵌合面を有すると共に嵌合面より機外側に空間室を形成するシールカバーと、空間室に貫通してクエンチング流体を空間室内に供給するクエンチング通路と、シールカバーに設けられて空間室より機外側に有する環状の絞り面と、シールカバーの嵌合面との間がシールされて移動自在に嵌合する移動面を有すると共に空間室内にシール面を有する第１密封環と、第１密封環のシール面と密接可能な相対摺動シール面を有すると共に外周に絞り面と対向する密封面を有する第２密封環と、第２密封環を密封に保持すると共に軸と密封に固着するシールカラーとを具備し、第２密封環の密接面とシールカバーの絞り面に密接して空間室内のクエンチング流体をシールするパッキンを有するものである。

この本発明に係わるメカニカルシール装置によれば、クエンチング通路がメカニカルシールの外周を覆う空間室内に連通してクエンチング通路から供給されるクエンチング流体（以下、実施例ではクエンチング液とも言う）液を空間室によって循環させてメカニカルシールの外周面を効果的に冷却できる。さらに、メカニカルシールの内周面より面積の大きくなる外周面側から冷却して冷却効果を発揮することができる。さらに、クエンチング通路から供給されるクエンチング流体によってメカニカルシールの周面を効果的に洗浄することもできる。また、パッキンにより空間室からクエンチング流体が機外へ流出するのを遮断できると共に、パッキンにより両密封環を大きく覆う空間室に形成することができる。特に、クエンチング流体が第１密封環と第２密封環の外周側に存在するので、相対摺動面間に作用する遠心力によりクエンチング流体が被密封流体側へ浸入して被密封流体に混入するのも効果的に防止できる。また、パッキンにより空間室内を密封してクエンチング流体の圧力を高めることができるから、摺動シール面間やＯリングの接合面間に浸入する不純物をこの圧力によって低圧側（相手側）へ押し返すことができるので、第１密封環のシール面が相対摺動シール面に密接する応答能力が発揮できる。このため、相対するシール面のシール能力を向上できる。

次に、本発明に係わる各実施態様の発明について以下に述べる。

本発明に係わる第１実施態様の発明のメカニカルシール装置は、第２密封環には相対摺動シール面に対して軸方向反対側に接合面を有するとともに、シールカラーには接合面に対向する保持面を有し、且つ第２密封環の接合面とシールカラーの保持面との間にパッキンの取付部が挟持されて取付部と反対の密接面が絞り面に密接して空間室内のクエンチング液をシールするものである。

この第１実施態様のメカニカルシール装置によれば、第２密封環の機外側に狭持して保持されたパッキンが絞り面と密接してシールしているので、環状溝内を循環するクエンチング流体は第２密封環の外周面を確実に冷却すると共に、洗浄することができる。このため、パッキンの取付部品を不用としてメカニカルシール装置を小型にする。同時に、パッキンは、絞り面と密封面との間隙による遮断効果と協働してクエンチング液を効果的にシールする。また、このメカニカルシール装置を機器へ組み込む場合でも、第１密封環はシールカバーに内装されていると共に、第２密封環はシールカラーに保持されてユニット化されているから、メカニカルシール装置の組み立て及び分解が極めて容易になる。さらに、シールカバーからシールカラーを取り外すと第１密封環と第２密封環とパッキンとを簡単に取り外すことが可能になるので、部品の交換が容易になる。又、メカニカルシール装置はユニット化されてスリーブやパッキンを保持する部品が不用になるから、軸方向へ大きく突出する部品もなく、製品管理で大量にメカニカルシール装置を整列するが、この部品の管理が容易になる。

本発明に係わる第２実施態様の発明のメカニカルシール装置は、第２密封環が絞り面の内周側に配置されて絞り面との間に微小な間隙を形成する密封面を有するものである。

この第２実施態様のメカニカルシール装置によれば、第２密封環が絞り面の内周側に配置されて絞り面との間に微小な間隙を形成する密封面を有するので、絞り面と微小な間隙を設けて第２密封環が回転するとき、微小な間隙内の流体を機内側へ押し返して遮断する。この遮断はパッキンによるシールと密封面と絞り面との微小間隙により効果的に発揮される。

本発明に係わる第３実施態様の発明のメカニカルシール装置は、パッキンの取付部に取付孔を有すると共に、取付孔がシールカラーに設けられたドライブピンに係合して回動不能に取り付けられているものである。

この第３実施態様のメカニカルシール装置によれば、パッキンが取付部に取付孔を有すると共に、取付孔がシールカラーに設けられたドライブピンに係合して回動不能に取り付けられているから、第２密封環が回転してもパッキンが勝手に回動することなく、密接面のシール能力を発揮する。特に、パッキンは、ドライブピンにより保持されているので、軸方向の厚さも薄くできると共に、径方向の長さも小さくできる。このため、パッキンは小型にでき、回転時の摺動抵抗も小さくできる効果を奏する。

本発明に係わる第４実施態様の発明のメカニカルシール装置は、第１密封環がシールカバーの嵌合面に移動自在に嵌合すると共に、弾発手段により機外方向へ押圧され、且つ第２密封環がシールカラーに嵌合して機外側から相対摺動シール面を第１密封環の摺動シール面に密接に固定されているものである。

この第４実施態様のメカニカルシール装置によれば、第１密封環がシールカバーの嵌合面と移動自在に嵌合すると共に、第２密封環がシールカラーに嵌合して機外側から相対摺動シール面を第１密封環の摺動シール面に密接可能に固定されている。このため、第１密封環はシールカバーと嵌合して保持されていると共に、第２密封環を機外側から装着するだけで簡単に第１密封環に組み立てられる。また反対に、メカニカルシール装置は、分解して部品の交換が容易になる。

図１は、本発明の第１実施の形態に係わるメカニカルシール装置の全断面図である。 図２は、図１に示すパッキンの正面図である。 図３は、本発明の第２実施の形態に係わるパッキンの部分断面図である。 図４は、本発明の第３実施の形態に係わるパッキンの部分断面図である。 図５は、図１に示すメカニカルシール装置の正面図である。 図６は、本発明より先行するメカニカルシール装置の全断面図である。

以下、本発明に係わる実施例のメカニカルシール装置を図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、寸法関係が正確な設計図である。

図１は、本発明に係わるメカニカルシール装置１を取り付ける装置本体（ケーシング）６０と装置本体６０の穴に嵌装する回転軸（軸とも言う）７０の間をシールするために、メカニカルシール装置１を両部品間にカートリッジ型に装着した全断面図である。又、図２は、図１のメカニカルシール装置1に設けられたパッキンの平面図である。更に図５は図１のメカニカルシール装置1の正面図である。これらの図面を参照して以下にこのメカニカルシール装置１を説明する。

図１は、本発明に係わる第１実施例のメカニカルシール装置１を示すものである。装置本体（ケーシング）６０の軸用の孔には、回転軸７０が貫通している。メカニカルシール装置１は、装置本体６０の軸用の孔の周りに設けられた外面６１にシールカバー３０を介して取り付ける。この装置本体６０には、外面６１側に４個の植え込みボルト６３が円周上の４箇所に設けられている。また、回転軸７０は軸用の孔に装着されて図示省略の軸受けにより回転可能に支持されている。なお、装置本体６０の穴内が機内Ａであり、メカニカルシール装置１に対して装置本体６０と反対側（外方）が機外Ｂである。

さらに、図１及び図５に基づいてメカニカルシール装置１の詳細な構成を以下に説明する。装置本体６０に取り付けられるシールカバー３０は、図５に示すように、四角形状に形成する。そして、シールカバー３０には、中心から各四角方向へ外方が突抜けた固定溝（欠け穴）４５を設ける。このシールカバー３０の固定溝４５を植え込みボルト６３に通してから植え込みボルト６３にナット６３Ａを締め付けて装置本体６０の外面６１にシールカバー３０を固定する。また、シールカバー３０の内部には軸方向へ孔を形成する。また、固定されたシールカバー３０の前面には、孔を囲んで位置決め部３０Ｔを設ける。この位置決め部３０Ｔは外周に位置決め溝３０Ｂを設けるために軸方向へ凸部に形成する。このシールカバー３０の孔を形成する内周面は、機内Ａから機外Ｂに向かって順に嵌合面３０Ｃと空間部（以下、環状溝と言う）３０Ｇと絞り面３０Ｆとを形成する。この内、環状溝３０Ｇは嵌合面３０Ｃと絞り面３０Ｆとの間で嵌合面３０Ｃの外径より大径に形成する（環状溝３０Ｇは、嵌合面３０Ｃより大径に形成することなく、嵌合面３０Ｃとほぼ同じ径にし、且つ固定用密封環３と回転用密封環１０の各外周を嵌合面３０Ｃの内径より小さくして環状溝３０Ｇ内の固定用密封環３と回転用密封環１０との空間（間隙）を大きくしても良い）。また、環状溝３０Ｇの内周に固定用密封環３と回転用密封環１０の大部分が内在するように環状溝３０Ｇの軸方向の幅寸法を大きく形成する。さらに、絞り面３０Ｆは、環状溝３０Ｇの軸方向の幅を大きくするために、位置決め部３０Ｔの内周に形成する。

また、シールカバー３０には、外周面３０Ａから環状溝３０Ｇ内に貫通するクエンチング通路４０を設けると共に、環状溝３０Ｇから外周面３０Ａへ貫通するドレン孔４０Ａ（図５を参照）を設ける。このクエンチング通路４０とドレン孔４０Ａのポートには、図示省略の配管と接続可能な管用ねじ穴を形成する。そして、配管を流れて来たクエンチング流体（以下、クエンチング液とも言う）Ｖ１は、クエンチング通路４０から直接にメカニカルシール２の相対するシール面（以下、摺動シール面とも言う）３Ａと相対摺動シール面１０Ａとの外周側に注入される。そして、この供給されたクエンチング液Ｖ１は、環状溝３０Ｇ内を循環してからドレン孔４０Ａを介して排出させる。この摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとの摺動時の発熱を冷却すると共に、メカニカルシール２に付着している不純物を洗浄する。尚、メカニカルシール２は、固定用密封環３と回転用密封環１０とを組み合わせた名称である。さらに、装置本体６０には、外周面３０Ａから嵌合面３０Ｃ側へ貫通するフラッシング通路４１を設ける。さらに、必要に応じて、シールカバー３０の外周面３０Ａから内周面３０Ｃ内又は環状溝３０Ｇ内へ貫通する第2フラッシング通路４１Ａ又は第2クエンチング通路４１Ａ或いは第2ドレン孔４１Ａ（図５参照）を設けると良い。そして、フラッシング通路４１から断続的に供給されるフラッシング液（清水）Ｖ２は、固定用密封環（例えば、第１密封環）３と回転用密封環（例えば、第２密封環)１０の被密封流体と接する内周面３Ｃ、１０Ｃを洗浄する。なお、被密封流体とは、装置本体６０内で使用されるケミカル液又高粘度液或いは不純物を含む流体等である。

シールカバー３０の嵌合面３０Ｃには、固定用密封環３の移動面３Ｄが軸方向へ移動自在に嵌合する。固定用密封環３の移動面３Ｄには、嵌合面３０Ｃとの間をシールするＯリング用の第１シール溝３Ｂを形成する。この第１シール溝３Ｂは、付着物を洗浄しやすくするために機内Ａ側が嵌合面３０Ｃに対し間隔を大きく形成している。この第１シール溝３Ｂの機内Ａ側の移動面３Ｄの径を嵌合面３０Ｃの径より小径にして間隔を大きくする構成は一実施例である。尚、この第１シール溝３Ｂより機内Ａ側の移動面３Ｄの径を嵌合面 ３０Ｃの径と近似にし、この両部品間の間隔を小さな寸法に形成しても良い。そして、この第１シール溝３Ｂには、Ｏリング（シールリング）５Ａを取り付ける。このＯリング５Ａの材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、Ｈ−ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどでる。

さらに、固定用密封環３は、第１シール溝３Ｂと反対側の端面に摺動シール面３Ａを形成する。また、固定用密封環３の外周側はフランジ３Ｆに形成する。そして、このフランジ３Ｆには案内溝３Ｇを形成する。また、シールカバー３０の環状溝３０Ｇの側面に設けた嵌着穴に固定ピン３５を圧入して取り付けている。この固定ピン３５に対して案内溝３Ｇを移動自在に嵌合し、この固定ピン３５により固定用密封環３は軸方向へは移動するが、回転方向へは係止されている。また、このフランジ３Ｆと対向するシールカバー３０には、周方向へ複数個に配置した穴状のばね座３０Ｈを設ける。

そして、周面に沿って等配に設けたコイルスプリング９がばね座３０Ｈに着座して固定用密封環３を弾発に押圧している。さらに、固定用密封環３の通路用の内周面３Ｃは、回転軸７０の外周面７０Ａに対して大きな間隙になるように形成する。そして、フラッシング通路４１から流れるフラッシング液Ｖ２が固定用密封環３の内周面３Ｃを流通できるようにする。このフラッシング液Ｖ２は、被密封流体に含む固形物がメカニカルシール２の内周面３Ｃ、１０Ｃや各摺動シール面３Ａ，１０Ａに付着するのを防止する。この固定用密封環３は、炭化珪素、カーボン、その他セラミックスなどから製作されている。

一方、シールカラー５０は、内周に嵌着周面５０Ｃと第２シール溝５０Ｂを設けている。この嵌着周面５０Ｃが回転軸７０の外周面７０Ａと嵌着すると共に、第２シール溝５０Ｂに装着されたＯリング５Ｃにより両部品の嵌着面間をシールする。また、シールカラー５０に螺合したセットスクリュー５１の先端部を回転軸７０の外周面７０Ａに止めてシールカラー５０を回転軸７０に固定する。そして、シールカラー５０に於ける回転用密封環１０の内側にある外周を結合面５０Ｄに形成する。また、結合面５０Ｄより外周側に設けた環状の段付面には保持面５０Ｓを設ける。さらに、シールカラー５０の保持面５０Ｓに設けた嵌着穴にドライブピン５２を圧入して取り付ける。

また、回転用密封環１０の一端には相対摺動シール面１０Ａを形成する。この相対摺動シール面１０Ａは、固定用密封環３の摺動シール面３Ａと密接しながら摺動できるように形成する。さらに、回転用密封環１０の外周には、密封面１０Ｄを設ける。この密封面１０Ｄは、位置決め部３０Ｔの絞り面３０Ｆと近接した間隙Ｃを設けて嵌合する。この密封面１０Ｄと絞り面３０Ｆとは近接に嵌合してクエンチング通路４０から供給されるクエンチング液Ｖ１を間隙Ｃの効果により遮断する。さらに、回転用密封環１０の内周面１０Ｃにシール用の段付面１０Ｂを形成する。この段付面１０ＢにＯリング５Ｂを取り付けて回転用密封環１０の内周面１０Ｃとシールカラー５０の結合面５０Ｄとの嵌着面間をシールする。また、回転用密封環１０の機外Ｂ側の端の接合面１０Ｅには、ピン用凹部１０Ｇを形成する。このピン用凹部１０Ｇにシールカラー５０の嵌着穴に圧入したドライブピン５２を挿入し、回転用密封環１０とシールカラー５０の両部品が周方向に対して移動しないように互いに係止させる。そして、ドライブピン５２によりシールカラー５０の回転力を回転用密封環１０に伝達する。この回転用密封環１０は、炭化珪素、カーボン、その他のセラミックスなどの材質から製作される。

絞り面３０Ｆと密封面１０Ｄとの間の間隙Ｃを遮断するパッキン４は、図２に示すように形成する。このパッキン４の正面図を図２に示す。このパッキン４は、リング状に形成されて内周に取付部４Ｂを形成すると共に、外周にシール部４Ａを形成する。パッキン４の外周は密接面４Ｓに形成すると共に、内周は嵌着面４Ｃに形成する。さらに、取付部４Ｂにはドライブピン５２と密封に嵌合する取付孔４Ｈを設ける。そして、取付孔４Ｈをドライブピン５２に嵌合すると共に、取付部４Ｂを固定用密封環１０の接合面１０Ｅとシールカラー５０の保持面５０Ｓとの各面間に圧着する。また、パッキン４の密接面４Ｓは、絞り面３０Ｆに密接させる。このパッキン４の密接面４Ｓは絞り面３０Ｆの機外Ｂ側で接合している。このパッキン４を設けることにより環状溝３０Ｇ内のクエンチング液Ｖ１の圧力を高めることもできる。クエンチング液Ｖ１の圧力が高くなると、Ｏリング５Ａの摺動面に付着しようとする不純物を押し返して洗浄効果を発揮することができる。そして、固定用密封環３の摺動シール面３Ａが相対摺動シール面１０Ａに対して軸方向へ密接に応答する作動を良好にする。

シールカバー３０には、装置本体６０との間にガスケット３４を設けてシールしている。このガスケット３４はシールカバー３０と装置本体６０との間をシールする場合は、図１に示す形状でよいが、フラッシング通路４１からのフラッシング液（清水）Ｖ２をメカニカルシール２の内周面３Ｃ、１０Ｃに効率よく流す場合には、リング状のガスケット３４の内周面は、回転軸７０と近接状態になるように、図１の形状より小径にすると良い。このガスケットは、ゴム、樹脂又はゴムをコーテングした金属などの材質から製作されている。そして、フラッシング通路４１から供給されたフラッシング液Ｖ２は、ガスケット３４に当接してメカニカルシール２と回転軸７０との間の流通路を流れてメカニカルシール２の内周面３Ｃ、１０Ｃ及び摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとの内径面に付着する固形物を洗浄するとともに、摺動面を潤滑する。

さらに、シールカバー３０の環状溝３Ｇは、固定用密封環３と回転用密封環１０Ａの大部分を覆うように軸方向に大きな寸法に形成すると良い。この環状溝３Ｇの機内Ａ側の側面は、固定用密封環３の第１シール溝３Ｂの近くまで近接するように形成している。さらに、環状溝３０Ｇの回転用密封環１０側の側面は、回転用密封環１０の中間まで達している。また、環状溝３０Ｇの外周面の径も大きく形成すると良い。そして、クエンチング通路４０から供給されるクエンチング液Ｖ１は直接に摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとの内径面へ射出できるように構成されている。また、環状溝３０Ｇの幅は、固定用密封環３と回転用密封環１０との外周を覆うように大きく形成されているから、固定用密封環３の摺動シール面３Ａと回転用密封環１０の相対摺動シール面１０Ａが互いに摺動して摩擦により発熱しても、この冷却用または洗浄用の環状溝３０Ｇを流れるクエンチング液Ｖ１の流量により冷却されると共に、洗浄されてその効果を発揮する。このメカニカルシール２の冷却と洗浄の効果は、クエンチング液Ｖ１が流れる環状溝３０Ｇのメカニカルシール２に近接した構造と、クエンチング液Ｖ１をシールするパッキン４の回転時のクエンチング液Ｖ１を押し返す構造と、により達成される。

この様に構成されたシールカバー３０とシールカラー５０は、シールカラー５０にボルト５９を介して取り付けるとともに、セットプレート５５の凸部をシールカバー３０の位置決め溝３０Ｂに嵌め込んで位置決めと同時に組み立てる。そして、回転用密封環１０が位置決めされたらソケットねじ５１を回転軸７０へ螺合してとめ、シールカラー５０を回転軸７０に固定する。尚、セットプレート５５は、仮想線で示すような形に形成されており、シールカラー５０の周面に３等配に配置してセットプレート５５を取付ける。このセットプレート５５は組立後に取り外すと良い。

図３は、本発明に係わる第２実施例を示すパッキン４の部分断面図である。このパッキン４は、リング状の側面に周方向へ沿って放射状に凹凸の歯形を設けて吐出手段４Ｔに構成したものである。この吐出手段４Ｔは、凸部４Ｔ１と凹部４Ｔ２から形成する。その他の名称は図２に示す符号の名称と同じであり、シール部４Ａと取付部４Ｂと嵌着面４Ｃと密接面４Ｓから構成する。この吐出手段４Ｔにより、微小な間隙Ｃ内のクエンチング液Ｖ１（図１参照)を環状溝３０Ｇ内に押し返し、密接面４Ｓに不純物が付着して密接面４Ｓが摩耗させるのを防止する。同時に、吐出手段４Ｔは、クエンチング液Ｖ１に含む不純物を環状溝３０Ｇ側へ押し返してパッキン４のシール能力を発揮させて回転用密封環１０を冷却とともに、洗浄もする。このパッキン４はフッ素樹脂、Ｈ−ＮＢＲ等の樹脂またはゴム材製である。

図４は、本発明に係わる第３実施例を示すパッキン４の部分断面図である。このパッキン４は、図２に示すパッキン４と同一符号で示すように略同一形状である。相違する点は、密接面４Ｓのクエンチング液Ｖ１(図１参照)側にのみ螺旋溝の吐出手段４Ｓ１を設けてクエンチング液Ｖ１を環状溝３０Ｇ内に押し返し、パッキン４のシール能力を発揮させるものである。このパッキン４はフッ素樹脂材製である。

上述のように構成されたメカニカルシール装置１では、環状溝３０Ｇ内のクエンチング液Ｖ１によりメカニカルシール１の摺動発熱を効果的に冷却して相対シール面３Ａ、１０Ａの熱による破損や鳴き現象を防止できる。また、環状溝３０Ｇ内のクエンチング液Ｖ１の冷却効果により各相対シール面３Ａ，１０Ａのシール効果を発揮させることができる。また、先行技術のようなスリーブが不要になるので、シールカバー３０から軸方向へ突出することもなく、部品管理で部品の保管が容易になる。また、パッキン４を回転用密封環１０とシールカラー５０との間に挟持する構成のために、組立のための取付が容易であるとともに、修理のための分解が容易になる。さらに、部品点数が少なくできる効果を奏する。さらには、メカニカルシール装置１は、回転用密封環３を保持するシールカバー３０と、回転用密封環１０を保持するシールカラー５０とを互いに結合する構成であるから、組立が極めて容易になる効果が期待できる。そして、環状溝３０Ｇとパッキン４との組み合わせ構造によりクエンチング液Ｖ１がメカニカルシール２の外周を効率的に循環して冷却しながら洗浄もする。さらに、シールカラー５０を回転軸７０から取り出せば、互いに嵌合された状態の固定用密封環３と回転用密封環１０とパッキン４とは簡単に分解できて部品交換が容易になる。

以上は、本発明の特定の実施例について記載したが、これらの実施例の説明は、発明の全部を網羅するものではなく、或いは、開示された形態に本発明を限定するものでもない。この実施例から種々の変更や修正ができることは、記載例から明らかである。本発明の技術的範囲は請求項によって規定されている。

以上に説明したように、メカニカルシール装置は、シール面の摺動熱に伴う不具合を防止するとともに、小型化を可能にし、且つメカニカルシール装置の軽量化を可能にして自動車等のポンプ等に取り付けても有用である。また、メカニカルシール装置は、組立、分解が容易であるので、量産の装置に用いて有用である。さらに、メカニカルシール装置の冷却、洗浄、摺動シール面の潤滑に優れて、しかも、耐久能力を発揮するので、ケミカル液をシールするのに有用である。

Claims (4)

1. 軸を嵌装した装置本体に取り付けられて軸の周面をシールするメカニカルシール装置であって、
   前記装置本体の外面に取り付けられて前記軸が挿入可能な嵌合面を有すると共に前記嵌合面より機外側に空間部を形成するシールカバーと、
   前記空間部に貫通してクエンチング流体を前記空間部内に供給するクエンチング通路と、
   前記シールカバーに設けられて前記空間部より前記機外側に有する環状の絞り面と、
   前記シールカバーの前記嵌合面と密封にして移動自在に嵌合する移動面を有すると共に前記空間部内にシール面を有する第１密封環と、
   前記第１密封環の前記シール面と密接可能な相対摺動シール面を有すると共に外周に前記絞り面と対向する密封面を有する第２密封環と、
   前記第２密封環を密封に保持すると共に前記軸と密封状態に固着するシールカラーとを具備し、
   前記第２密封環の前記密封面と前記シールカバーの前記絞り面の間をシールして前記空間部内のクエンチング流体が機外へ漏洩するのを防止するパッキンを有し、
   前記第２密封環には前記相対摺動シール面に対して軸方向反対側に接合面を有するとともに、前記シールカラーには前記接合面と対向する保持面を有し、且つ前記パッキンは前記第２密封環の前記接合面と前記シールカラーの前記保持面との間に挟持される取付部を有し、前記取付部と反対の密接面が前記絞り面に密接して前記空間部内のクエンチング流体が機外に漏洩するのを防止することを特徴とするメカニカルシール装置。
2. 前記第２密封環の前記密封面は、前記絞り面の内周側に配置されて前記絞り面との間に微小な間隙を形成す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. 前記パッキンの前記取付部に取付孔を有すると共に、前記取付孔が前記シールカラーに設けられたドライブピンに係合して回動不能に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール装置。
4. 前記第１密封環が前記シールカバーの前記嵌合面に嵌合すると共に弾発手段により機外方向へ押圧され、且つ前記第２密封環が前記シールカラーに嵌合して機外側から前記相対摺動シール面を前記第１密封環の前記摺動シール面に密接に固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載のメカニカルシール装置。

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