JP5199342B2 - 分割型メカニカルシール - Google Patents

Description

本発明はポンプや攪拌機、コンプレッサーなどの各種回転機械器具に使用されるものであって、静止密封環と回転密封環との対向端面である密封端面によりシールするように構成されたメカニカルシールに関し、特に、静止密封環または回転密封環が円周方向において分割された分割型のメカニカルシールに関する。

メカニカルシールにおいて静止密封環および回転密封環が円周方向において分割された完全分割型のメカニカルシールとしては、図１３に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照。以下「従来技術１」という。）。
また、シールケース側の静止密封環が周方向に分割されると共にその分割面が衝合する環状形態をしてリテーナに内嵌保持されており、この静止密封環と回転軸側の回転密封環との対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域である被密封流体領域と外周側領域であ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分割型メカニカルシールにおいて、静止密封環が、これとリテーナとの対向周面間に装填させた弾性材製緊縛体の弾性力により、環状形態に緊縛保持された一部分割型メカニカルシールとしては、図１４に示すものが知られている（例えば、特許文献２参照。以下「従来技術２」という。）。

図１３に示す従来技術１の完全分割型のメカニカルシールは、固定ケーシング７０の張り出し端面に締結一体化されたシートリング７５と、そのシートリング７５との隣接相互間に摺動密封面Ｓを形成すべく、上記ケーシング７０を貫通する回転軸７１に遊嵌されたシールリング７７と、そのシールリング７７の内周面と回転軸７１の外周面との相互間隙に封入された軸パツキング８７と、上記シールリング７７の外周面を抱持するシールリングホルダー７８と、そのホルダー７８の外周面を更に抱持するホルダーバンド７９と、上記シールリング７７の背端面を拘束すべく、そのシールリングホルダー７８に締結一体化されたリテーナーリング８０と、上記回転軸７１に嵌め付け一体化され、且つドライブピン８４を介して上記リテーナーリング８０と連結一体化されたドライブリング８２と、上記シールリング７７に背圧を付与すべく、そのドライブリング８２とリテーナーリング８０との隣接相互間に介挿された圧縮コイルバネ８５とを備え、上記軸パツキング８７とホルダーバンド７９を何れも拡開変形可能なＣ字型に造形する一方、その余の上記シートリング７５、シールリング７７、シールリングホルダー７８、リテーナーリング８０並びにドライブリング８２を、悉く向かい合う一対に２分割して、その分割面での着脱自在に且つ少なくともシールリング７７の分割面と、そのシールリングホルダー７８の分割面とが任意の交叉角度だけ位相変化するように締結一体化した完全分割型メカニカルシールにおいて、シートリング７５の２分割されたシートリングセグメントを、その分割面に貫通されるテーパーピン型の芯出し用楔９２とボルト８９によって、全体的な真円リング形態に締結一体化し、さらに、リテーナーリング８０の２分割されたリテーナーリングセグメントを、その分割面に貫通されるテーパーピン型の芯出し用楔１２６とボルト１２３によって、全体的な真円リング形態に締結一体化したものである。

また、図１４に示す従来技術２の一部分割型のメカニカルシールは、周方向に分割された静止密封環６９は、その外周面６９ｃとこれを内嵌保持するシールケースに保持された円筒状の第１リテーナ部材８４とこれに軸線方向に締め付け可能に取り付けられて密封環６９を内嵌保持する円環状の第２リテーナ部材８５とからなるリテーナ７の内周面８５ａ，８５ｂと間に装填させた弾性材製緊縛体８８の弾性力により、分割面が衝合する環状形態に緊縛保持されている。緊縛体８８は、ゴム、合成樹脂等の非圧縮性弾性材からなる。

特開平０８−０５４０６７号公報 特開２００６−２９１９８８号公報

上記した従来技術１の完全分割型メカニカルシールにあっては、静止密封環に相当するシートリング７５の２分割されたシートリングセグメントを、その分割面に貫通されるテーパーピン型の芯出し用楔９２とボルト８９によって、全体的な真円リング形態に締結一体化し、さらに、回転密封環を支持するリテーナーリング８０の２分割されたリテーナーリングセグメントを、その分割面に貫通されるテーパーピン型の芯出し用楔１２６とボルト１２３によって、全体的な真円リング形態に締結一体化するものであり、以下のような欠点を有していた。
（１）各部品を工場において仮組みし、現場における組立作業を簡便にすると技術思想のもとにおける工夫がされていないため、各部品の仮組みができず、現場での軸上における工数が多くなり、組立時間に多大の時間を要していた。
（２）テーパーピン型の芯出し用楔を用いて組立精度を確保するようにしているため、２分割されたシートリングセグメントあるいは２分割されたリテーナーリングセグメントの両部材に加工する穴の精度に厳しい加工を同時に実施する必要があり、加工に時間を要する。また、テーパーピン型の芯出し用楔の場合、接触面積の多さ、緩衝材の反力等により分解時に大きな負荷が必要であり、分解作業が困難となる。
（３）テーパーピン型の芯出し用楔は、回転密封環を支持するリテーナーリングの組立精度を確保するものの、回転密封環の精度を直接確保するものではないため、回転密封環の位置決めが困難である。

また、上記した従来技術２の一部分割型メカニカルシールにあっては、円筒状の第１リテーナ部材８４とこれに軸線方向に締め付け可能に取り付けられて密封環６９を内嵌保持する円環状の第２リテーナ部材８５とからなるリテーナ７の内周面８５ａ，８５ｂと間に装填させたゴム、合成樹脂材料からなる弾性材製緊縛体８８の弾性力により、周方向に分割された静止密封環６９の分割面が衝合する環状形態に緊縛保持される構造を有するため、以下の欠点を有していた。
（１）密封環の耐内圧性を確保するには弾性材製緊縛体の締代を大きくする必要があり、密封環の変形が大きくなる。
（２）弾性材製緊縛体が合成樹脂材料の場合、仮固定が難しく、作業性が悪い。
（３）ゴム、合成樹脂材料からなる弾性材製緊縛体の場合、経年的なヘタリが発生するため、長期に亘る安定性能を維持するのが困難である。
（４）弾性材製緊縛体がＯリングの場合、接触部の抵抗が大きく、組立、分解において非常に作業性が悪い。

一方、従来、静止密封環あるいは回転密封環とこれらを支持するリテーナ等との間をシールするＯリングは、周方向において２分割に切断されたものを分割接面において接着して使用していたが、以下のような欠点を有していた。
（１）接着精度が悪い場合、密封環とリテーナ等との間に隙間が発生し、漏れ流路が形成され、大量漏れに至る。
（２）接着剤の塗布量が少ない場合、切断面を確実にシールできないため、漏れ流路が形成される。
（３）接着剤がはみ出した場合、密封環とリテーナ等が固着し、作動性が大きく阻害される。また、正規取り付け位置からずれていた場合、接着後の位置矯正により破損する可能性がある。
（４）取扱い流体によっては、接着剤が溶け、当初の接着効果が無くなり漏れにつながる。
他方、接着剤を用いる代わりにバックアップリングを用いることも考えられるが、以下のような問題がある。
（１）現場において軸上でＯリングの分割接面を合わせる際、密封環やＯリングを支持するバックアップリング等にＯリング先端が噛み込み、隙間が発生し、十分なシール性を確保できず漏れにつながる。

本発明は、周方向において分割された分割メカニカルシール（分割密封環、分割フランジ等で構成される組立前の仮組状態における分割されたメカニカルシールを「分割メカニカルシール」という。以下同じ。）それ自身の組立精度、分割メカニカルシールの分割接面における組立精度を向上させるとともに、分割メカニカルシールにガイド機能を持たせることにより現場における組み込み作業性を向上させ、併せて、分割メカニカルシールに仮組み機能を持たせることにより現場における組立作業性を飛躍的に向上させ、さらに、漏れのない分割型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。

上記目的を達成するため本発明の分割型メカニカルシールは、第１に、ハウジング側に設けられた静止密封環またはハウジング内に挿通された回転軸に設けられた回転密封環を円周方向において分割された分割密封環となし、分割密封環の外周面に嵌着して分割密封環の分割接面を密接させる分割フランジを設け、静止密封環と回転密封環との対向端面である密封端面によりシールするように構成された分割型メカニカルシールにおいて、分割密封環と分割フランジとの間に断面が矩形状の分割スプリットリングを嵌合させるための分割スプリットリング嵌合孔を円周方向の全長にわたって形成し、該分割スプリットリング嵌合孔内に分割密封環および分割フランジと円周方向の位相をずらして断面が矩形状の分割スプリットリングをその一端が分割接面から突出するようにして設け、分割密封環および分割フランジを分割接面において密接させる際、分割スプリットリングの突出部が相手方の分割スプリットリング嵌合孔内に嵌入するように構成されたことを特徴としている。

また、本発明の分割型メカニカルシールは、第２に、第１の特徴において、分割密封環の分割接面が自然破断面であることを特徴としている。
また、本発明の分割型メカニカルシールは、第３に、第１または第２の特徴において、分割スプリットリングの突出部が先細形状をしていることを特徴としている。
また、本発明の分割型メカニカルシールは、第４に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、分割密封環の外周側の断面形状が、幅方向の中央部が高く、その一側が垂直形状の段差部を有し、他側が鈍角をなした斜面形状の段差部を有して両側が低い形状をなしており、該分割密封環の外周側と対向する分割フランジの内周側の断面形状が、分割密封環の外周側の断面形状に概略添う形状に形成され、分割フランジ内周側の分割密封環の垂直形状の段差部と対応する位置に断面が矩形状の溝を形成し、分割密封環の垂直形状の段差部と分割フランジの溝とにより分割スプリットリング嵌合孔を構成することを特徴としている。

上記第１の特徴において、分割密封環と分割フランジとの間に断面が矩形状の分割スプリットリングを嵌合させるための分割スプリットリング嵌合孔を円周方向の全長にわたって形成し、該分割スプリットリング嵌合孔内に分割密封環および分割フランジと円周方向の位相をずらして断面が矩形状の分割スプリットリングをその一端が分割接面から突出するようにして設けることにより、分割スプリットリングの持つガイド機能により２つの分割メカニカルシール（分割密封環、分割フランジ等で構成される組立前の仮組状態における分割されたメカニカルシールを「分割メカニカルシール」という。以下同じ。）の現場における組込み作業性を向上させることができる。
また、上記第２の特徴において、分割密封環の分割接面が自然破断面であることから、現場における組込み作業時に２つの分割メカニカルシールの分割接合面の精度出し、特に、半径方向の精度出しを簡単に行うことができる。
さらに、上記第３の特徴において、分割スプリットリングの突出部が先細形状をしていることから、現場における組込み作業時に２つの分割メカニカルシールの分割接合面に半径方向に多少のずれがあっても、突出部が相手の嵌合孔内に容易に嵌入することができ、現場における組立作業性を格段に向上させることができる。

また、本発明の分割型メカニカルシールは、第５に、第１ないし第４のいずれかの特徴において、分割密封環の外周側の鈍角をなした斜面形状の段差部と分割フランジ内周側との間に緩衝材を介在させることを特徴としている。
これにより、仮組み時において、緩衝材の弾性反力により、分割密封環、分割スプリットリングおよび分割フランジが軸方向に押し合った状態で密接するため、分割密封環と分割フランジとの軸方向の精度が出るとともに、仮組み状態を維持する機能を持たせることができる。

また、本発明の分割型メカニカルシールは、第６に、第１ないし第５のいずれかの特徴において、分割スプリットリングの一方の側面と分割密封環の垂直形状の段差部とを密着させ、他方の側面と分割フランジの溝内面とを密着させることを特徴としており、これにより、特に、軸方向の位置決め精度を向上させることができる。

また、本発明の分割型メカニカルシールは、第７に、第１ないし第６のいずれかの特徴において、分割スプリットリングの一方の側面に分割フランジのドライブピン嵌合孔から螺入されるドライブピン螺入用の螺子孔を複数設けるとともに、他方の側面に分割密封環の垂直形状の段差部に嵌入するノックピンまたは螺入するドライブピンを複数装着する
ことを特徴としている。
このため、分割メカニカルシールそれぞれの半径方向の精度出しができ、また、分割メカニカルシール自身に仮組み機能を持たせることができ、仮組状態で現場に搬送できる。

また、本発明の分割型メカニカルシールは、第８に、第１ないし第７のいずれかの特徴において、分割密封環の外周面と分割フランジ内周面との間に分割トレランスリングを介在させることを特徴としている。
分割密封環を分割フランジ内周面に対して分割トレランスリングの弾性力によって径方向に付勢させることにより、輸送中および取扱中、安定的に仮固定することができる。また、分割密封環の耐内圧性を効果的に設定でき、過剰な締め込みによる分割密封環の変形を抑制することができる。

また、本発明の分割型メカニカルシールは、第９に、第１ないし第７のいずれかの特徴において、分割フランジの円周方向の複数個所に分割密封環の外周面に向かう螺子孔を設け、該螺子孔にセットスクリューを締め込むようにすることを特徴としている。
仮組み搬送後、現場における組立時において、セットスクリューをトルク管理しながら締め込むことにより、分割密封環に作用する流体圧力に対する耐内圧性を設定することができ、さらに、増し締めを行うことにより経時変化に対する調整を可能とする。

また、本発明の分割型メカニカルシールは、第１０に、第１ないし第９のいずれかの特徴において、静止側の分割密封環の外周面に装着されてシールケースとの間をシールする分割Ｏリングまたは回転側の分割密封環の内周面に装着されて回転軸外周面との間をシールする分割Ｏリングをバックアップする分割バックアップリングの断面形状が、分割Ｏリングに接する側の内外径側にリップ部を有して分割Ｏリングを包摂するように形成されてなることを特徴としている。
このため、分割Ｏリングの切断面が３方向より押し付けられ、切断面からの漏れを防止することができる。また、摺動部の隙間におけるＯリングの充填率をアップすることができ、漏れが防止できる。さらに、仮組み時において、分割バックアップリングのリップ部が分割密封環と分割Ｏリングとの隙間に食い込むことにより、両部材の引っ掛かりができ、固定が可能となり、仮組み状態を確実に維持することができる。
さらにまた、回転密封環の内周側に装着されて回転軸側との間をシールする分割Ｏリングの円周方向の設計締め代を小さく設定することができるため、分割メカニカルシールを現場において回転軸に組込み接合させる際、分割Ｏリングの締め代部分が逃げることによる隙間の発生を防止することができる。

また、本発明の分割型メカニカルシールは、第１１に、第１ないし第１０のいずれかの特徴において、静止側の分割密封環の外周面に装着されてシールケースとの間をシールする分割Ｏリングまたは回転側の分割密封環の内周面に装着されて回転軸外周面との間をシールする分割Ｏリングと、この分割Ｏリングをバックアップする分割バックアップリングとで形成する分割接面の一方が山型の凸部に、他方が山型の凸部に嵌合する凹部をなすように、あるいは、分割Ｏリングの分割接面の一方が山型の凸部に、他方が凸部に嵌合する凹部をなすように形成されてなることを特徴としている。
このため、分割メカニカルシールを現場において回転軸に組込み接合させる際、分割Ｏリングが他の部材との間に噛み込まれるのを防止することができ、漏れを防止することができるとともに、現場における組込み作業を向上させることができる。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）分割密封環と分割フランジとの間に断面が矩形状の分割スプリットリングを嵌合させるための分割スプリットリング嵌合孔を円周方向の全長にわたって形成し、該分割スプリットリング嵌合孔内に分割密封環および分割フランジと円周方向の位相をずらして断面が矩形状の分割スプリットリングをその一端が分割接面から突出するようにして設けることにより、分割スプリットリングの持つガイド機能により現場における組込み作業性を向上させることができる。
（２）分割密封環の分割接面が自然破断面であることから、現場における組込み作業時に２つの分割メカニカルシールの分割接合面の精度出し、特に、半径方向の精度出しを簡単に行うことができる。
（３）分割スプリットリングの突出部が先細形状をしていることから、現場における組込み作業時に２つの分割メカニカルシールの分割接合面に半径方向に多少のずれがあっても、突出部が相手の嵌合孔内に容易に嵌入することができ、現場における組立作業性を格段に向上させることができる。
（４）分割密封環の外周側の鈍角をなした斜面形状の段差部と分割フランジ内周側との間に緩衝材を介在させることにより、分割密封環、分割スプリットリングおよび分割フランジが軸方向に押し合った状態で密接するため、分割密封環と分割フランジとの軸方向の精度が出るとともに、仮組み状態を維持することができる。特に、分割スプリットリングの一方の側面と分割密封環の垂直形状の段差部とを密着させ、他方の側面と分割フランジの溝内面とを密着させることにより、軸方向の位置決め精度を向上させることができる。
（５）分割スプリットリングの一方の側面に分割フランジのドライブピン嵌合孔から螺入されるドライブピン螺入用の螺子孔を複数設けるとともに、他方の側面に分割密封環の垂直形状の段差部に嵌入するノックピンまたは螺入するドライブピンを複数装着することにより、分割メカニカルシールそれぞれの半径方向の精度出しができ、また、分割メカニカルシール自身に仮組み機能を持たせることができ、仮組状態で現場に搬送できる。

（６）分割密封環の外周面と分割フランジ内周面との間に分割トレランスリングを介在させて、分割密封環を分割フランジ内周面に対して分割トレランスリングの弾性力によって径方向に付勢させることにより、輸送中および取扱中、安定的に仮固定することができる。また、分割密封環の耐内圧性を効果的に設定でき、過剰な締め込みによる分割密封環の変形を抑制することができる。
また分割フランジの円周方向の複数個所に分割密封環の外周面に向かう螺子孔を設け、該螺子孔にセットスクリューを締め込むようにすることにより、仮組み搬送後、現場における組立時において、セットスクリューをトルク管理しながら締め込むことにより分割密封環に作用する流体圧力に対する耐内圧性を設定することができ、さらに、増し締めを行うことにより経時変化に対する調整を可能とする。
（７）分割Ｏリングをバックアップする分割バックアップリングの断面形状を、分割Ｏリングに接する側の内外径側にリップ部を有して分割Ｏリングを包摂するように形成することにより、分割Ｏリングの切断面が３方向より押し付けられ、切断面からの漏れを防止することができる。また、摺動部の隙間におけるＯリングの充填率をアップすることができ、漏れが防止できる。さらに、仮組み時において、分割バックアップリングのリップ部が分割密封環と分割Ｏリングとの隙間に食い込むことにより、両部材の引っ掛かりができ、固定が可能となり、仮組み状態を確実に維持することができる。
さらにまた、回転密封環の内周側に装着されて回転軸側との間をシールする分割Ｏリングの円周方向の設計締め代を小さく設定することができるため、分割メカニカルシールを現場において回転軸に組込み接合させる際、分割Ｏリングの締め代部分が逃げることによる隙間の発生を防止することができる。
（８）分割Ｏリングとこれをバックアップする分割バックアップリングとで形成する分割接面の一方が山型の凸部に、他方が山型の凸部に嵌合する凹部をなすように、あるいは、分割Ｏリングの分割接面の一方が山型の凸部に、他方が凸部に嵌合する凹部をなすように形成することにより、分割フランジおよび回転側の分割密封環を回転軸に組込み接合させる際、分割Ｏリングが他の部材との間に噛み込まれるのを防止することができ、漏れを防止することができるとともに、現場における組込み作業を向上させることができる。

本実施の形態に係る分割型メカニカルシールの全体を説明する正面断面図である。 本実施の形態に係る静止密封環の部分を拡大して示す正面断面図である。 図２のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す側面断面図である。 本実施の形態に係る回転密封環の部分を拡大して示す正面断面図である。 静止側の分割密封環および分割フランジを分割接面において密接させる状態を説明するための斜視図である。 ２つの分割メカニカルシールが分割接面において密接されたときの分割スプリットリングの状態を説明する図である。 分割密封環および分割フランジが精度良く仮組みされ、分割接面においても精度良く組立てられることを説明する斜視図である。 分割フランジ内周面と分割密封環の外周側との間に分割トレランスリングを介在させた状態を説明する斜視図である。 分割フランジの円周方向の螺子孔にセットスクリューを締込む構造を説明する図である。 静止側の分割密封環の外周面に装着される分割Ｏリングの装着状態を説明する図である。 回転側の分割密封環の内周面に装着される分割Ｏリングの装着状態を説明する図である。 回転側の分割密封環の内周面に装着される分割Ｏリングと分割バックアップリングとで形成する分割接面の切断形状を説明する図である。 従来技術１を説明する図である。 従来技術２を説明する図である。

本発明に係る分割型メカニカルシールを実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。
以下に説明する本発明に係る分割型メカニカルシールを実施するための最良の形態においては、説明の便宜上、ハウジング側に設けられた静止密封環およびハウジング内に挿通された回転軸に設けられた回転密封環の両密封環が分割された完全分割型メカニカルシールを例に説明するが、本発明は、これに限定されず、ハウジング側に設けられた静止密封環またはハウジング内に挿通された回転軸に設けられた回転密封環の少なくと一方が分割された分割型メカニカルシールも包含する。

図１は、本実施の形態に係る分割型メカニカルシールの全体を説明する正面断面図であり、図２は、静止密封環の部分を拡大して示す正面断面図であり、図４は、回転密封環の部分を拡大して示す正面断面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す側面断面図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る分割型メカニカルシールは、ポンプ等のハウジング１の回転軸装通部分の軸封部１ａに取り付けられたシールケース２と、シールケース２に分割フランジ３を介して軸線方向に移動自在に相対回転不能に保持された静止密封環４と、静止密封環４の左方に配されてポンプ等の回転軸５に分割フランジ６を介して固定された回転密封環７と、シールケース２と分割フランジ３との間に介装されて、静止密封環４を回転密封環７に押圧接触させるように左方へと付勢するスプリング８とを具備して、両密封環４、７の対向端面たる密封端面４ａ、７ａの相対回転摺接作用により、その密封端面４ａ、７ａの内周側領域である被密封流体領域（ポンプ等のハウジング１内に連通する領域）Ｘとその外周側領域である非密封流体領域（ポンプ等のハウジング１外の大気領域）Ａとを遮蔽するように構成されたアウトサイドメカニカルシールである。
本実施の形態では、アウトサイドメカニカルシールを例にして説明しているが、本発明は、アウトサイドメカニカルシールに限らず、他の形式、例えばインサイドメカニカルシールにも適用できることはいうまでもない。

シールケース２は、図１に示すように、回転軸５より大径の内周部を有する円環状体をなしており、回転軸５が同心状に装通された状態で、ハウジング１の軸封部１ａにＯリング９を介して図示しないボルトにより取り付けられている。

静止密封環４は、一方の端面に密封端面４ａを有し、図３に示すように、円環状体であり、円周方向に複数（本例では２個）の円弧状に分割された分割密封環１２、１３に分割されていて、分割接面（円弧状分割体１２、１３の円周方向端面）１２ａ、１３ａが密接される環状形態をしており、後述するように分割フランジ３に内嵌保持されている。

回転密封環７は、静止密封環４と同様、一方の端面に密封端面７ａを有し、円環状体であり、円周方向に複数（本例では２個）の円弧状に分割された分割密封環に分割されていて、分割接面（円弧状分割体の円周方向端面）が密接される環状形態をしており、後述するように分割フランジ６に内嵌保持されている。
なお、説明の便宜のため、回転密封環７を構成する分割密封環についても静止密封環４の場合と同じ符号１２、１３を用いて「７（１２，１３）」と表記する場合がある。
また、回転密封環７を内嵌保持する分割フランジ６は、回転軸５に固定された保持リング１４を介して回転軸５に固定保持される。すなわち、保持リング１４は円周方向において分割されており、締結ボルト１５によりリング状に締結されることにより回転軸５に嵌合固定されている。
保持リング１４と分割フランジ６との間には、回転密封環７を静止密封環４に押圧接触させるように右方へと付勢するスプリング１６が介装されている。
また、回転密封環７は、例えば、炭化珪素等の硬質材で構成されており、静止密封環４は、例えば、回転密封環７より軟質の自己潤滑性を有するカーボン等で構成されている。

静止密封環４および回転密封環７は円周方向の２個所において、それぞれの内周側に軸線方向の全幅にわたって切欠溝１７および１８が形成され、これらを拡径する力等が与えられることにより分割され、自然破断面である分割接面１２ａ、１３ａが形成されている。このため、静止側の分割密封環４（１２、１３）および回転側の分割密封環７（１２，１３）のそれぞれの分割接面１２ａ、１３ａは微細かつ不規則な凹凸面を形成しており、分割接面１２ａ、１３ａを密接させた際、分割接面１２ａ、１３ａの凹凸係合により分割密封環４（１２、１３）、７（１２，１３）の径方向および軸方向へのズレが生じることはなく、静止密封環４および回転密封環７を適正な円環状体に保持することができる。

静止密封環４を内嵌保持する分割フランジ３および回転密封環７を内嵌保持する分割フランジ６は、図１に示すように、密封端面４ａ、７ａに対して対照的に取り付けられるものであり、同じ構造をしている。このため、以下においては、静止密封環４を内嵌保持する静止側の分割フランジ３を例にして説明することとし、必要な場合のみ、回転側の分割フランジ６について言及する。

静止側の分割フランジ３を説明するに当たり、これに内嵌保持される静止密封環４を構成する分割密封環１２、１３の断面形状について説明する。
図１および図２に示すように、静止密封環４を構成する分割密封環４（１２、１３）の外周側の断面形状は、幅方向の中央部２０が高く、その一側が垂直形状の段差部２１を有し、他側が鈍角をなした斜面形状の段差部２２を有して両側が低い形状をなしている。垂直形状の段差部２１を有する側の低い部分は延伸され、シールケース２との間をシールする分割Ｏリング２３が分割バックアップリング１９により確実に保持されるように形成されている。図１および図２においては（図５及び図９においても同じ。）、分割バックアップリング１９が分割Ｏリング２３に対して内周側領域である被密封流体領域の側に配置されてＯリング２３をバックアップしている状態を示しているが、分割バックアップリング１９を分割Ｏリング２３に対して内周側領域である被密封流体領域の側と反対の側に配置してＯリング２３をバックアップするようにしても同様の効果を奏することができる。
他方、鈍角をなした斜面形状の段差部２２を有する低い部分の端部には上記した密封端面４ａが形成されている。

静止側の分割フランジ３は、図３に示すように、ステンレス鋼製で円環状体であり、円周方向に複数（本例では２個）の円弧状に分割された分割フランジ２４、２５に分割されていて、分割接面（円弧状分フランジ２４、２５の円周方向端面）２４ａ、２５ａが密接される環状形態をしており、締付けボルト２６、２６により分割接面２４ａ、２５ａが密接されるものである。
静止側の分割密封環４（１２、１３）の外周側と対向する静止側の分割フランジ３（２４、２５）の内周側の断面形状は、分割密封環４（１２、１３）の外周側の断面形状に概略添う形状に形成され、図２に示すように、分割密封環４（１２、１３）の垂直形状の段差部２１と対応する位置に断面が矩形状の溝２７を全周にわたって形成し、分割密封環４（１２、１３）の垂直形状の段差部２１と分割フランジ３（２４、２５）の矩形状の溝２７とにより後述する分割スプリットリングを嵌合するための断面矩形状の嵌合孔２８を構成している。
また、静止側の分割密封環４（１２、１３）の鈍角をなした斜面形状の段差部２２と対応する分割フランジ３（２４、２５）の内周側は、図２に示すように、略３角形状の隙間を形成するように略直角に形成されている。
なお、説明の便宜のため、回転密封環７を内嵌保持する分割フランジ６を構成する分割された分割フランジについても分割フランジ３の場合と同じ符号２４、２５を用いて「６（２４、２５）」と表記する場合がある。

回転密封環７は、図１および図４に示すように、外周側の断面形状は静止密封環４と対称的ではあるが同様の形状をなしており、内周側には回転軸５外周面との間をシールする分割Ｏリング２９が装着されるように溝３０が設けられている。回転密封環７、Ｏリング２９、分割バックアップリング３１および保持リング１４は、保持リング１４と分割フランジ６との間に装着されたスプリング１６とドライブピン４９により安定的に保持されるため、分割Ｏリング２９も分割バックアップリング３１により軸方向に押圧された状態で溝３０内に確実に保持される。

分割密封環４（１２、１３）、７（１２、１３）の垂直形状の段差部２１と分割フランジ３（２４、２５）、６（２４、２５）の矩形状の溝２７とにより構成された分割スプリットリング嵌合孔２８（図３参照）には、図２〜図４に示すように、ステンレス鋼製で断面が矩形状をし、かつ、分割スプリットリング嵌合孔２８の円弧長さと同じ長さを有する円弧状をなした分割スプリットリング３２が嵌入される。その際、分割スプリットリング３２は、図３に示すように、分割密封環４（１２、１３）、７（１２、１３）および分割フランジ３（２４、２５）、６（２４、２５）と円周方向の位相をずらして分割スプリットリング嵌合孔２８内に嵌入されるものであり、分割スプリットリング３２の先端側が分割密封環４（１２、１３）、７（１２、１３）の分割接面１２ａ、１３ａおよび分割フランジ３（２４、２５）、６（２４、２５）の分割接面２４ａ、２５ａから所定長だけ突出しており、後端部３４は先端側の突出部３３の長さ分だけ嵌合孔２８内に入り込んだ状態で嵌入される。
また、分割スプリットリング３２の先端側の突出部３３は、嵌合孔２８内に嵌合され易いように、先細形状に形成されるものであり、例えば、本例においては、図３に示すように、突出部３３の内周側３５が突出部３３基部の接線方向に直線的に加工された形状をしている。このため、分割密封環４（１２、１３）、７（１２、１３）および分割フランジ３（２４、２５）、６（２４、２５）を分割接面において密接させる際、分割スプリットリング３２の突出部３３が相手方の分割スプリットリング嵌合孔２８内に嵌入し易くなる。

図５は、静止側の分割密封環４（１２、１３）および分割フランジ３（２４、２５）を分割接面において密接させる状態を説明するための斜視図であり、左側の分割密封環１３および分割フランジ２５の分割接面から突出した分割スプリットリング３２の突出部３３が右側の分割密封環１２および分割フランジ２４の分割スプリットリング嵌合孔２８内に嵌入する様子を示している。その際、分割スプリットリング３２の先端側の突出部３３の内周側３５は、突出部３３基部の接線方向に直線的に加工された形状をしているため、２つの分割メカニカルシールに半径方向に多少の位置ずれがあっても突出部３３はたやすく嵌合孔２８内に嵌入される。

図６は、２つの分割メカニカルシールが分割接面において密接されたときの分割スプリットリング３２の状態を説明する図であり、分割スプリットリング３２の先端側の突出部３３は後端部３４に接合する。
一方、図５に示すように、静止側の分割密封環４（１２、１３）の鈍角をなした斜面形状の段差部２２と対応する静止側の分割フランジ３（２４、２５）の内周側との間に形成された略３角形状の隙間には、緩衝材３６が装着されている。緩衝材３６は圧縮されると、静止側の分割密封環４（１２、１３）の斜面形状の段差部２２に対して軸方向および径方向の反力を作用させる。

図７は、分割密封環１２および分割フランジ２４を例にとって、これらの部材が精度良く仮組みされ、ひいては、分割接面においてもう一方の分割密封環１３および分割フランジ２５と接合された場合、全体が精度良く組立てられることを説明する斜視図である。
まず、軸方向の精度について説明する。
分割フランジ２４および分割スプリットリング３２は旋削加工後、歪取り熱処理が行われ、分割フランジ２４の溝２７の右側面３９は旋削加工により精度が出され、分割スプリットリング３２の右側面３７および左側面３８は研磨加工により精度が出される。また、分割密封環１２の垂直形状の段差部２１も研磨加工により精度が出されている。
仮組み時において、分割スプリットリング３２の右側面３７は分割フランジ２４の溝２７の右側面３９に密接し、左側面３８は分割密封環１２の垂直形状の段差部２１と密接する。これらを密接させる軸方向の力は上記した緩衝材３６の弾性変形に伴う反力による。このため、分割密封環１２と分割フランジ２４との軸方向の位置関係は設定されたとおりになる。
次に、径方向の精度について説明する。
分割スプリットリング３２の右側面３７にはドライブピン４０が螺合する螺子孔４１が、また、この螺子孔４１に対応するように分割フランジ２４の右側面４２にはドライブピン４０嵌入用の孔４３が設けられている。
一方、分割スプリットリング３２の左側面３８にはノックピン４４が固定されており、このノックピン４４は分割密封環１２の垂直形状の段差部２１のノックピン嵌合孔４５に嵌合するようになっている。このため、分割密封環１２と分割フランジ２４との径方向の位置関係もほぼ設定されたとおりになる。そして、最終的に、分割接面において分割密封環４（１２、１３）、７（１２、１３）を接合させる際、自然破断面である分割接面１２ａ、１３ａの凹凸係合により分割密封環４（１２、１３）、７（１２，１３）の径方向のズレは矯正され、適正な円環状体に保持される。このように、精度良く組立てられる分割密封環１２、分割フランジ２４および分割スプリットリング３２は、仮組保持機能を有するため、仮組みした状態で運搬等をしても、仮組み状態が維持される。
なお、上記ノックピン４４に代えてドライブピンを螺入するようにしてもよい。

図８は、分割フランジ２４内周面と分割密封環１２の外周側との間に、例えば、ステンレス鋼製の薄肉帯板材に長手方向に並列する膨出部４６ａを有する断面波形にプレス成形し、これを適当な長さに切断して、膨出部４６ａが内側となるように円弧状に彎曲させてなる分割トレランスリング４６を介在させた状態を説明する斜視図である。図２および図４に示すように、本例では、分割トレランスリング４６は、静止密封環４および回転密封環７を構成する分割密封環１２、１３の幅方向中央部の高い面２０と、分割フランジ３（２４、２５）、６（２４、２５）内周面との間に設けられており、膨出部４６ａが挟圧された状態で装填されるものであり、膨出部４６ａによる径方向の弾性力により分割密封環４（１２、１３）、７（１２、１３）を分割フランジ３（２４、２５）、６（２４、２５）内周面に対して同心状態に付勢保持する。特に、１つ１つの膨出部４６ａの弾性変形により発生する力により、等分布で内径方向への力を発生するため耐内圧性を効果的に設定でき、過剰な締め込みによる分割密封環４（１２、１３）、７（１２、１３）の変形を抑制することができる。

図９は、分割フランジ３（２４、２５）、６（２４、２５）の円周方向の複数個所に分割密封環４（１２，１３）の外周面に向かう螺子孔４８を設け、該螺子孔４８にセットスクリュー４７を締込む構造を説明する図であって、（ａ）は要部の正面断面図、（ｂ）は側面図である。本例では、セットスクリュー４７の先端が分割密封環４（１２、１３）の外周面に当接し、分割密封環４（１２、１３）を中心方向に押圧するようになっている。
このため、仮組み搬送後、現場における組立時において、セットスクリュー４７を分割フランジ３（２４、２５）、６（２４、２５）の外径側よりトルク管理しながら締め込むことにより分割密封環４（１２、１３）、７（１２、１３）に作用する流体圧力に対する耐内圧性を設定することができる。また、増し締めを行うことにより経時変化に対する調整を可能としている。

図１０は、静止側の分割密封環４（１２、１３）の外周面に装着されてシールケース２との間をシールする分割Ｏリング２３の装着状態を説明する図であって、（ａ）は要部の正面断面図、（ｂ）はＯリングの分割切断面を示す図である。
また、図１１は、回転側の分割密封環７（１２、１３）の内周面に装着されて回転軸５外周面との間をシールする分割Ｏリング２９の装着状態を説明する図であって、（ａ）は本発明の実施の形態に係る要部の正面断面図、（ｂ）は従来例を説明する正面断面図である。
本発明の実施の形態では、静止側の分割密封環４（１２、１３）の外周面に装着される分割Ｏリング２３は分割バックアップリング１９により確実に保持されようになっており、また同じく、回転側の分割密封環７（１２、１３）の内周面に装着される分割Ｏリング２９も分割バックアップリング３１により確実に保持されようになっている。
ところで、図１１（ｂ）に示す従来の分割バックアップリングを用いた場合、Ｏリングに流体圧力が作用するとＯリングは変形して隙間５０に逃げる。この際、図１０（ｂ）に示すＯリングの分割切断面５１が離反し、漏れが発生する。
そこで、本発明の実施の形態では、図１０（ａ）および図１１（ａ）に示すように、分割バックアップリング１９および３１の断面形状が、分割Ｏリング２３および２９に接する側の内外径側にＯリング逃げ防止用のリップ部５２、５２を設けて分割Ｏリング２３および２９を包摂するように形成している。このため、分割Ｏリングリング２３および２９の切断面５１が押し付けられ、切断面からの漏れを抑止することができる。また、摺動部の隙間におけるＯリングの充填率をアップすることができ、漏れが防止できる。さらに、仮組時において、分割バックアップリング１９および３１のリップ部５２、５２が分割密封環４（１２、１３）、７（１２、１３）と分割Ｏリング２３および２９との隙間に食い込むことにより、両部材の引っ掛かりができ、固定が可能となり、仮組み機能を有することになる。
また、図１１（ｂ）に示す 従来例では、分割Ｏリング２９の円周方向の設計締め代を大きくとっているため、２つの分割メカニカルシールを回転軸５に組込み接合させる際、分割Ｏリング２９の締め代部分と回転軸５外周面との間で摩擦抵抗による反力が発生して分割Ｏリング２９が逃げてしまい、分割Ｏリング２９の接合面に隙間を発生する。
本発明の実施の形態では、分割Ｏリング２９の円周方向の設計締め代を小さくすることができるため、組込み接合において、分割Ｏリング２９の締め代部分が逃げることによる隙間の発生を防止することができる。

図１２は、回転側の分割密封環７（１２、１３）の内周面に装着されて回転軸５外周面との間をシールする分割Ｏリング２９とこれをバックアップする分割バックアップリング３１とで形成する分割接面の切断形状を説明する図であって、（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態に係る要部の正面断面図、（ｃ）は従来例を説明する正面断面図である。
図１２（ｃ）の従来例では、分割Ｏリング２９および分割バックアップリング３１の分割接面における切断形状が同じ一方向の斜面を形成するように形成されているため、Ｏリング切断部先端５３が他の部材との間に噛み込まれ、隙間の原因となっていた。
そこで、本発明の実施の形態では、図１２（ａ）に示すように、回転側の分割密封環７（１２、１３）の内周面に装着されて回転軸５外周面との間をシールする分割Ｏリング２９とこれをバックアップする分割バックアップリング３１とで形成する分割接面の一方が山型の凸部５４に、他方が凸部に嵌合する凹部５５をなすように、あるいは、図１２（ｂ）に示すように、分割Ｏリング２９の分割接面の一方が山型の凸部５４に、他方が凸部に嵌合する凹部５５をなすように形成している。このため、回転側の分割フランジ６（２４、２５）および回転側の分割密封環７（１２、１３）を回転軸５に組込み接合させる際、分割Ｏリング２９が他の部材との間に噛み込まれるのを防止することができる。
なお、静止側の分割密封環４（１２、１３）の外周面に装着されてシールケース２との間をシールする分割Ｏリング２３および分割バックアップリング１９についても同様であるが説明は省略する。

１ ハウジング
２ シールケース
３ 分割フランジ
４ 静止密封環
５ 回転軸
６ 分割フランジ
７ 回転密封環
８ スプリング
９ Ｏリング
１２ 分割密封環
１３ 分割密封環
１４ 保持リング
１５ 締結ボルト
１６ スプリング
１７ 切欠溝
１８ 切欠溝
１９ 分割バックアップリング
２０ 分割密封環の幅方向の中央部
２１ 分割密封環の垂直形状の段差部
２２ 分割密封環の斜面形状の段差部
２３ 分割Ｏリング
２４ 分割フランジ
２５ 分割フランジ
２６ 締付けボルト
２７ 分割フランジの矩形状の溝
２８ 分割スプリットリング嵌合孔
２９ 分割Ｏリング
３０ 溝
３１ 分割バックアップリング
３２ 分割スプリットリング
３３ 分割スプリットリングの先端側の突出部
３４ 分割スプリットリングの後端部
３５ 分割スプリットリングの先端側の突出部の内周側
３６ 緩衝材
３７ 分割スプリットリングの右側面
３８ 分割スプリットリングの左側面
３９ 分割フランジの溝の右側面
４０ ドライブピン
４１ 螺子孔
４２ 分割フランジの右側面
４３ ドライブピン嵌入用の孔
４４ ノックピン
４５ ノックピン嵌合孔
４６ 分割トレランスリング
４７ セットスクリュー
４８ 螺子孔
４９ ドライブピン
５０ 隙間
５１ Ｏリングの分割切断面
５２ リップ部
５３ Ｏリング切断部先端
５４ 凸部
５５ 凹部

Claims (11)

1. ハウジング側に設けられた静止密封環またはハウジング内に挿通された回転軸に設けられた回転密封環を円周方向において分割された分割密封環となし、分割密封環の外周面に嵌着して分割密封環の分割接面を密接させる分割フランジを設け、静止密封環と回転密封環との対向端面である密封端面によりシールするように構成された分割型メカニカルシールにおいて、分割密封環と分割フランジとの間に断面が矩形状の分割スプリットリングを嵌合させるための分割スプリットリング嵌合孔を円周方向の全長にわたって形成し、該分割スプリットリング嵌合孔内に分割密封環および分割フランジと円周方向の位相をずらして断面が矩形状の分割スプリットリングをその一端が分割接面から突出するようにして設け、分割密封環および分割フランジを分割接面において密接させる際、分割スプリットリングの突出部が相手方の分割スプリットリング嵌合孔内に嵌入するように構成されたことを特徴とする分割型メカニカルシール。
2. 分割密封環の分割接面が自然破断面であることを特徴とする請求項１記載の分割型メカニカルシール。
3. 分割スプリットリングの突出部が先細形状をしていることを特徴とする請求項１または２記載の分割型メカニカルシール。
4. 分割密封環の外周側の断面形状が、幅方向の中央部が高く、その一側が垂直形状の段差部を有し、他側が鈍角をなした斜面形状の段差部を有して両側が低い形状をなしており、該分割密封環の外周側と対向する分割フランジの内周側の断面形状が、分割密封環の外周側の断面形状に概略添う形状に形成され、分割フランジ内周側の分割密封環の垂直形状の段差部と対応する位置に断面が矩形状の溝を形成し、分割密封環の垂直形状の段差部と分割フランジの溝とにより分割スプリットリング嵌合孔を構成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の分割型メカニカルシール。
5. 分割密封環の外周側の鈍角をなした斜面形状の段差部と分割フランジ内周側との間に緩衝材を介在させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の分割型メカニカルシール。
6. 分割スプリットリングの一方の側面と分割密封環の垂直形状の段差部とを密着させ、他方の側面と分割フランジの溝内面とを密着させることにより、軸方向の位置決め精度を向上させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の分割型メカニカルシール。
7. 分割スプリットリングの一方の側面に分割フランジのドライブピン嵌合孔から螺入されるドライブピン螺入用の螺子孔を複数設けるとともに、他方の側面に分割密封環の垂直形状の段差部に嵌入するノックピンまたは螺入するドライブピンを複数装着することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の分割型メカニカルシール。
8. 分割密封環の外周面と分割フランジ内周面との間に分割トレランスリングを介在させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の分割型メカニカルシール。
9. 分割フランジの円周方向の複数個所に分割密封環の外周面に向かう螺子孔を設け、該螺子孔にセットスクリューを締め込むようにすることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の分割型メカニカルシール。
10. 静止側の分割密封環の外周面に装着されてシールケースとの間をシールする分割Ｏリングまたは回転側の分割密封環の内周面に装着されて回転軸外周面との間をシールする分割Ｏリングをバックアップする分割バックアップリングの断面形状が、分割Ｏリングに接する側の内外径側にリップ部を有して分割Ｏリングを包摂するように形成されてなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の分割型メカニカルシール。
11. 静止側の分割密封環の外周面に装着されてシールケースとの間をシールする分割Ｏリングまたは回転側の分割密封環の内周面に装着されて回転軸外周面との間をシールする分割Ｏリングと、この分割Ｏリングをバックアップする分割バックアップリングとで形成する分割接面の一方が山型の凸部に、他方が山型の凸部に嵌合する凹部をなすように、あるいは、分割Ｏリングの分割接面の一方が山型の凸部に、他方が凸部に嵌合する凹部をなすように形成されてなることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の分割型メカニカルシール。

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