JP5225675B2 - メカニカルシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体、特に、ガスを供給するポンプなどの回転軸の周りの流体をシールするコンタクト・シングル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。

従来のメカニカルシール装置は、ケミカル流体、天然ガス、水素などを使用する装置の部品間をシールするとき、例えば、自動車の燃焼ガスをタンクへ供給する供給装置や化学装置などの回転軸の周りに介在する被密封流体（作動流体）をシールするときに、回転軸の周りの間隙から被密封流体が外部に漏洩するので、問題となる。また、メカニカルシール装置は、機内部の揮発したガスの被密封流体をシールするためには、さらに複雑な構造となる。このため、メカニカルシール装置のコストが上昇する問題も存する。さらに、メカニカルシール装置は、ケミカル液のような被密封流体をシールするときに、密封環の摺動シール面がケミカル液の反応によって摺動発熱する場合があるので、この発熱によりケミカル液に着火する恐れもある。また、作動流体（燃料ガス）に潤滑液などの不純物が混入して燃焼装置が故障する問題がある。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簡単にすると共に、摺動シール面の発熱を防止し、且つ被密封流体へシール面から不純物が浸入して混入する問題などの改善が求められている。

本発明に係わる先行技術には、図４に示すようなメカニカルシール装置の構造が存在する。図４に示すメカニカルシール装置１００は、所謂、ダブル型シールで、種々の構造が存在するが、基本的には二つの固定用密封環１１２、１１３が回転密封装置１０１を挟んで対向する構造の配置である（下記の特許文献１又は特許文献２又は特許文献３を参照）。この図４のメカニカルシール装置について説明する。全体のシールハウジング構造は、メカニカルシール装置１００を内部に組み立てるために、一方のシールハウジング１６０と他方のシールハウジング１７０とに分割されている。そして、回転密封装置１０１は、止めねじ１０４により回転軸１５０に固定された固定環１０５の両側に背面を対向して第１回転用密封環１０２と第２回転用密封環１０３が配置されている。また、第１固定用密封環１１２は一方のシールハウジング１６０に保持されているとともに、第２固定用密封環１１３は他方のシールハウジング１７０に保持されている。そして、第１回転用密封環１０２の第１シール面１０２Ａと第１固定用密封環１１２の第２シール面１１２Ａとが密接し、また、第２回転用密封環１０３の第３シール面１０３Ａと第２固定用密封環１１３の第４シール面１１３Ａとが密接する。

このように構成されたメカニカルシール装置１００は、全体のシールハウジング構造の空室に配置されて回転密封装置１０１の外周側に密封流体室Ｃが形成されている。この密封流体室Ｃには、図示省略のポンプにより潤滑流体Ｏが第１通路１２１から供給されて第２通路１２２から流出し、この流体の流れが循環される。この密封流体室Ｃには、供給された潤滑流体Ｏ、例えば、潤滑液が満たされている。そして、第１シール面１０２Ａと第２シール面１１２Ａとが密接して密封流体室Ｃと作動流体室Ｌとを遮断する。また、第３シール面１０３Ａと第４シール面１１３Ａとが密接して密封流体室Ｃと大気側Ａとを遮断する。

このようなメカニカルシール装置１００においては、密封流体室Ｃが作動流体室Ｌよりも圧力を高くしても、低くしても、第１シール面１０２Ａと第２シール面１１２Ａとの摺動面間から作動流体室Ｌ側へ漏洩することがある。この潤滑流体Ｏが作動流体室Ｌへ漏洩すると、作動流体としての機能を悪化させる恐れもある。例えば、潤滑流体Ｏが、作動流体である自動車などの燃焼ガスに混入すると、燃焼ガスが燃焼したときに、同時に燃焼して作動流体室Ｌに燃焼した異物が溜まり不具合となる。また、この問題を解決するため、密封流体室Ｃに不燃焼で且つ作動流体室Ｌの作動流体と同じ作動流体を供給すると、作動流体室Ｌの作動流体と同じ流体となるので混合の問題と同時に、燃焼の問題は解決するが、第１シール面１０２Ａと第２シール面１１２Ａとの摺動面に潤滑作用がなくなる場合があるので、摺動発熱する恐れがある。さらに、故障などで、この発熱が設定外の異常な高温になると、揮発性の作動流体に対しては発火させる恐れも考えられる。さらに又、密封流体室Ｃ内の作動流体は、第３シール面１０３Ａと第４シール面１１３Ａとの摺動面から大気側Ａへ流出する恐れもある。このために、作動流体が大気側Ａに流出すると、燃焼ガスなどの場合は公害になる恐れもある。なお、下記の特許文献１および特許文献２に示すように、摺動するシール面に動圧発生溝を設けると、シール面は非接触状態になるから、摺動発熱は低下できるが、作動流体や潤滑流体Ｏが摺動するシール面間から反対側へ漏洩する問題がある。

特許第２９５４１２５号公報 特許第３０６６３６７号公報 米国特許第５２１３３４０号明細書

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、ケミカル流体の被密封流体がシールハウジングと回転軸の嵌合間から機外部へ漏洩するのを防止することにある。同時に、被密封流体に異なる流体が混入するのを防止することにある。さらに、被密封流体が摺動シール面の摺動熱により発火するのを防止することにある。また、メカニカルシール装置の構造を簡単にしてコストを低減することにある。

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。

本発明に係わるメカニカルシール装置は、シールハウジングと軸との間隙で機内部の作動流体をシールするメカニカルシール装置であって、
シールハウジングと一体のシールカバーに密封に取り付けられたシール面を有する固定用密封環と、
シール面に対向して密接可能な対向シール面を有する回転用密封環と、
回転用密封環を密封に保持するとともに回転軸に密封に保持されて回転軸と一体に回動する固定部と、
シール面と対向シール面との密接面より機外部側に配置されてシールカバーと回転軸との間をシールするシール部品と、
シール面と対向シール面との密接面とシール部品との間に形成された潤滑液を蓄える流体室と、
流体室に潤滑液を供給する供給孔と、を具備し、
シール面又は対向シール面の流体室側を潤滑領域面に形成するとともに、機内部側を自己潤滑領域面に形成し、潤滑領域面に潤滑液を導入する導入口を有するとともに、自己潤滑領域面に潤滑領域面からの潤滑液を遮断する環状の遮断溝を有するものである。

この本発明のメカニカルシール装置では、回転用密封環又は固定用密封環のシール面に潤滑領域面と自己潤滑領域面とを設けるとともに、潤滑領域面に潤滑液が導入される導入口を有し、且つ自己潤滑領域面に潤滑液が遮断される遮断溝を有する。このため、シール面と対向シール面との摺動面を導入口から導入される潤滑液で潤滑できるとともに、潤滑液を介して作動流体が機外部側へ漏洩しないようにシールする。さらに、潤滑液がシール面から機内部側へ漏洩して作動流体に混入するのを遮断溝とシール面との作用により効果的に防止する。また、遮断溝に捕捉された潤滑液によってさらに作動流体が漏洩するのを効果的に防止する。さらにまた、固定用密封環はシールカバーに保持されていると共に、回転用密封環は回転軸側に保持されているから、構造が簡単になるとともに、組み立ても容易になる効果を奏する。

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片側の断面図である。 図２は、図１に示す回転用密封環の正面図である。 図３は、図１に示す他の実施の形態を示す回転用密封環の一部の正面図である。 図４は、先行するメカニカルシール装置の片側の断面図である。

符号の説明

１ メカニカルシール装置
３ 回転用密封環
３Ａ 内周面
４ 対向シール面
４Ａ 自己潤滑領域面
４Ｂ 潤滑領域面
５Ａ 遮断溝
５Ａ１ 第１遮断溝
５Ａ２ 第２遮断溝
５Ｂ 導入口
１０ 固定部
１０Ａ 第１固定環
１０Ｂ ベローズ
１０Ｃ 結合面
１０Ｄ 第２固定環
１０Ｎ 雌ねじ
１１ 止めねじ
２０ 固定用密封環
２０Ａ ピン用溝
２０Ｂ 嵌合面
２０Ｃ 通路面
２４ シール面
３０ スリーブ
３０Ａ 外周面
３１ ナット
４５ シール部品（オイルシール）
６０ シールハウジング
７０ シールカバー
７５ 供給孔
Ａ 機外部
Ｃ 通路
Ｄ 流体室
Ｌ 機内部

以下、本発明に係わる実施の形態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を基にしたものである。

図１は、本発明に係わるメカニカルシール装置１をシールハウジング６０と回転軸５０との間で被密封流体をシールするために両部品間にカートリッジ型に装着した片側の断面図を示す。又、図２は、図１のメカニカルシール装置１に設けられた回転用密封環３の正面図である。更に、図３は、図１のメカニカルシール装置１に設けられた他の実施態様を示す回転用密封環３の一部の正面図である。

図１は、本発明に係わる第１実施の形態のメカニカルシール装置１を示すものである。シールハウジング６０の内面６０Ｃ内に形成された軸用の孔には、回転軸５０が貫通している。このメカニカルシール装置１は、シールカバー７０の内周面７０Ｃと回転軸５０に設けたスリーブ３０の外周面３０Ａとの間に取り付ける。このシールハウジング６０には、外端面６０Ａ側に４個の植え込みボルトを植え込むとともに、植え込みボルトに螺合するナット３１が設けられている。また、回転軸５０はシールハウジング６０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、シールハウジング６０の孔内が機内部Ｌであり、メカニカルシール装置１のシールカバー７０側の外方が機外部Ａである。なお、シールカバー７０は、メカニカルシール装置１を取り付けるためにシールハウジング６０と分割されているが、メカニカルシール装置１を取付けることができればシールハウジング６０と一体に形成することも可能である。

さらに、図１および図２に基づいてメカニカルシール装置の詳細な構成を説明する。シールハウジング６０に取り付けられるシールカバー７０は、外周面を四角形状又は円形状に形成する。このシールカバー７０には、図示省略するが、中心から四等配方向へ外方が突抜けのＵ形状の固定用溝を設ける。このシールカバー７０の固定用溝を植え込みボルトに通してから植え込みボルトにナット３１を締め付けてシールハウジング６０の外端面６０Ａにシールカバー７０の端部に設けた取付面７０Ａを接合して固定する。このシールカバー７０の内部にはシールハウジング６０の軸用の孔と同心の内周面７０Ｃ内の内部孔を形成する。

このシールカバー７０の内周面７０Ｃには、機外部Ａ側にシール部品４５が取り付けられる嵌着面７３を形成する。この嵌着面７３に潤滑液を封止するシール部品４５を装着する。このシール部品４５は、例えば、オイルシールを用いると良い。また、シールカバー７０の内周面７０Ｃのシール部品４５より機内部Ｌ側には、固定用密封環２０の嵌合面２０Ｂと嵌着する段付面を設ける。さらに、シールカバー７０における固定用密封環２０とシール部品４５との中間には、外部から流体室Ｄに貫通する供給孔７５を設ける。この供給孔７５は、図示省略のタンク（特に、ポンプで潤滑液を圧送する必要もないから、タンクに潤滑液を蓄えるのみでよい）により潤滑液を内周面７０Ｃ内の流体室Ｄへ供給できるようにする。なお、タンクを設けることなく、流体室Ｄに潤滑液を蓄えても良い。また、内周面７０Ｃにおける固定用密封環２０の背面側の周面に沿って等配に複数個の固定ピン７２を植え込む。

前述したシールカバー７０の内周面７０Ｃと嵌合する固定用密封環２０の嵌合面２０Ｂには、段付の接合面２２を形成する。この接合面２２は、内周面７０Ｃの段付面との間にＯリング４１を装着できるように空間部に形成する。また、固定用密封環２０の機内部Ｌ側の先端面にはシール面２４を設ける。さらに、固定用密封環２０のシール面２４と反対側には、周面に沿って複数個の固定ピン７２と各々係止するＵ形状のピン用溝２０Ａを設ける。また、固定用密封環２０の内周には通路面２０Ｃを形成する。この通路面２０Ｃの内周側はスリーブ３０の外周面３０Ａとの間も潤滑液用の流体室Ｄの一部に形成する。この固定用密封環２０は炭化珪素、超硬質鋼、セラミック等の材質により形成する。

図２は、図１に示す回転用密封環３の正面図である。回転用密封環３は、図２も参照して以下に説明する。この回転用密封環３は、円筒形状に形成する。この回転用密封環３の材質は、高強度緻密質カーボン（ＮＣ−６Ｍｉ）である。つまり、無含浸カーボンである。この回転用密封環３は、図２に示すように、正面に対向シール面４を設ける。この回転用密封環３は、高強度緻密質カーボン材製であるが、高強度緻密質カーボン材は、カーボンを成形したときに生じる気泡や微細な割れ目状の溝が無く、気泡や溝等から被密封流体が作動流体側（外径側）へ漏洩するのが防止できる。そして、回転用密封環３の対向シール面４の内周側の潤滑領域面４Ｂには、周面に沿って図２に示すような円弧状の潤滑液用導入口５Ｂを複数個に形成すると良い。この導入口５Ｂは円弧状とは限らず、潤滑領域面４Ｂに長方形状溝、螺線溝、Ｓ型溝、Ｕ型口等を形成して潤滑領域面４Ｂに潤滑液を供給できるものであれば良い。また、回転用密封環３の外周側の自己潤滑領域面４Ａには、環状の潤滑液用の遮断溝５Ａを設ける。この遮断溝５Ａの溝幅は、回転用密封環３の大きさにもよるが、１．５ｍｍから２．５ｍｍにすると良い。また、溝の深さは０．５ｍｍから１．５ｍｍにすることが好ましい。そして、回転用密封環３の内周面３Ａとスリーブ３０の外周面３０Ａとの間の流体室Ｄに潤滑液が流入する。この供給孔５からの潤滑液は大気圧又は大気圧に近い低圧で蓄えられる。

回転軸５０の外周面には、スリーブ３０の内周面３０Ｂを嵌着する。このスリーブ３０は、図示省略する固定部を止めねじにより回転軸５０に固定する。このスリーブ３０は、外周面３０Ａに段付面を設けて大径部と小径部とに形成する。スリーブ３０の外周面３０Ａとシールハウジング６０の内面６０Ｃとの間に機内部Lと連通する作動流体の通路Ｃを形成する。なお、スリーブ３０は、ステンレス鋼、黄銅、鉄等の材質により形成する。

また、回転用密封環３の対向シール面４と反対の背部は、第１固定環１０Ａの段付きの固定面１０Ａ１に嵌着して結合する。第１固定環１０Ａは、回転用密封環３を回転軸５０側に保持する固定部１０の自由端部に設ける。固定部１０の第１固定環１０Ａと反対側は第２固定環１０Ｄに形成する。第１固定環１０Ａと第２固定環１０Ｄとの間は金属製のベローズ１０Ｂにより密封に連結する。このべローズ１０Ｂは、断面が波形に曲げられて弾性力を付与されたべローズのばね力により回転用密封環３を固定用密封環２０へ弾発に押圧する。第２固定環１０Ｄは、内周の結合面１０Ｃがスリーブ３０の外周面３０Ａに嵌着する。この結合面１０Ｃとスリーブ３０との嵌合間には、Ｏリング４２を設けてシールする。さらに、第２固定環１０Ｄには、雌ねじ１０Ｎが内外周面に貫通している。この雌ねじ１０Ｎに止めねじ１１を螺合して第２固定環１０Ｄをスリーブ３０に固定する。なお、固定部１０は、ステンレス鋼、黄銅等の材質により形成する。また、Ｏリング４１、４２は、ゴム状弾性樹脂、又は耐ケミカル液用のゴム材、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等により形成する。

図３は、回転用密封環３の他の実施の形態である。回転用密封環３の自己潤滑領域４Ａには、複数の円環状の遮断溝５Ａを設ける。この遮断溝５Ａは、第１遮断溝５Ａ１と第２遮断溝５Ａ２に形成する。そして、第２遮断溝５Ａ２は第１遮断溝５Ａ１より幅の狭い寸法に形成すると良い。この第１および第２遮断溝５Ａ１，５Ａ２は、蛇の目状に第３，第４遮断溝と成るように、３個以上にしても良い。第１遮断溝５Ａ１の溝幅の寸法は、回転用密封環３の大きさにもよるが、１ｍｍから２ｍｍにすると良い。そして、第１遮断溝５Ａ１の深さ寸法は、０．５ｍｍから１．５ｍｍにすることが好ましい。また、第２遮断溝５Ａ２の溝幅の寸法は、回転用密封環３の大きさにもよるが、０．５ｍｍから１ｍｍにすると良い。そして、第２遮断溝５Ａ２の深さ寸法は、０．３ｍｍから１．５ｍｍにすることが好ましい。

固定部１０に設けた回転用密封環３は、べローズ１０Ｂで押圧することなく、図示省略のコイルばねにより弾発に押圧しても良い。この場合には、第１固定環１０Ａがスリーブ３０と摺動自在に嵌合して嵌合間をＯリング等で密封する必要がある。

このメカニカルシール装置１は、回転軸５０にスリーブ３０を嵌着して各部品を下記のように固定する。すなわち、第２固定環１０ＤのＯリング取付溝にＯリング４２を嵌め込むとともに、第２固定環１０Ｄをスリーブ３０の外周面３０Ａに嵌着する。そして、止めねじ１１によりスリーブ３０を回転軸５０に固定する。このようにして組み立てることにより、回転用密封環３を設けた固定部１０は、スリーブ３０に取り付けられる。一方、固定用密封環２０は、Ｏリング４１を接合面２２に嵌合してシールカバー７０の内周面７０Ｃにおける段付面に嵌着する。このとき、ピン用溝２０Ａを固定ピン７２に挿入して固定用密封環２０が回転用密封環３との相対回転中に回動しないように固定する。そして、シールカバー７０をシールハウジング６０の外端面６０Ａにナット３１を介して取り付ける。このようにして固定用密封環２０のシール面２４と回転用密封環３の対向シール面４とは密接する。その結果、公害となる作動流体の大気への流出を防止できるとともに、潤滑液が作動流体に混入してプロセス中に不具合となるのも効果的に防止できる。

そして、通路Ｃには、作動流体（被密封流体）が満たされている。また、供給孔７５から潤滑液が流体室Ｄに供給される。この潤滑液は、潤滑作用を目的とするから大気圧でも良い。このため、従来技術のように潤滑液を圧送する必要がないから、潤滑液を圧送するためのポンプ等の供給設備が不用となる。そして、この供給設備の設置コストを低減できる。さらに、従来のように潤滑液を圧送する場合には、シール面との関係で、潤滑液の圧力のコントロールや、流量のコントロールを必要としたが、本発明のように圧力の管理が不要であるから、ランニングコストが大きく低減できる。一方、通路Ｃ内は、プロセス用の作動流体であるから、単に潤滑を目的とする流体室Ｄ内の潤滑液の圧力よりも高圧である。

例えば、自動車に天然ガスや水素の燃料を供給するＣＮＧ充填コンプレッサにおいては、燃料の圧力は約１０ｋｇ／ｃｍ^２となるから、燃料である作動流体（被密封流体）を外部に流出させて公害となるのを防止しなければならない。従来のシール面に動圧発生溝を設けて被密封流体の漏れをある程度許容する非接触型メカニカルシール装置では、この高圧の作動流体を確実にシールすることは不可能である。しかし、本発明の接触型メカニカルシール装置１では、対向する各シール面４，２４が常に接触状態であるから、被密封流体（作動流体）を確実にシールすることが可能となる。そして、接触型メカニカルシール装置１における特殊なケミカルなどの作動流体に惹起する問題を、例えば、回転用密封環３のシール面４に設けた導入口５Ｂと遮断溝５Ａの組み合わせによって解決できる。さらに、自己潤滑領域面４Ａは、摺動時に自己潤滑を発揮する摺動面であり、且つ遮断溝５Ａが設けられているから、潤滑液が機内部Lの作動流体に漏洩して混入するのが防止できる。このため、天然ガスや水素に潤滑液が混入し、天然ガスや水素とともに、潤滑液が燃焼して炭化物が生成し、エンジンの故障となるのが防止できる。

上述のように構成されたメカニカルシール装置１は、以下のように作用する。供給孔７５から供給される潤滑液は流体室Ｄに満たされる。この流体室Ｄ内の潤滑液の圧力は、通路Ｃ内の作動流体の圧力より低圧に構成されている。この潤滑液の低圧は、大気圧でも良い。そして、潤滑液は、シール面２４と対向シール面４との摺動面間の潤滑領域面４Ｂに介在してシール面２４と対向シール面４との摺動面が摩擦して摩耗しないように潤滑する。このシール面２４と対向シール面４との間に介在する潤滑液は、流体室Ｄを通して対向シール面４に設けた導入口５Ｂから浸入する。さらに、シール面２４と対向シール面４とが相対摺動すると、両摺動面間に巻き込まれて潤滑液が導入口５Ｂから潤滑領域面４Ｂに吸い込まれる。この潤滑液は、対向シール面４とシール面２４とを潤滑して摺動面の発熱を防止する。しかし、対向シール面４とシール面２４の摺動中に潤滑液が潤滑領域面４Ｂに沿って自己潤滑領域４Ａへ漏洩するのを自己潤滑領域面４Ａに設けた遮断溝５Ａ（５Ａ１，５Ａ２）により防止される。そして、自己潤滑領域面４Ａは潤滑液が介在しなくとも、高強度緻密質カーボン（ＮＣ−６Ｍｉ）により自己潤滑作用が発揮されるから、摺動時の摺動発熱が惹起するのを防止できる。このため、自己潤滑領域面４Ａに潤滑油などが介在すると摺動熱により炭化して固形化し、各シール面４，２４が炭化物によりむしり取られるブリスタ現象が惹起するのを効果的に防止することができる。

さらに、流体室Ｄ内の潤滑液の圧力は作動流体の圧力よりも低圧であり、また、遮断溝５Ａ（５Ａ１，５Ａ２）が設けてあるから、流体室Ｄ内の潤滑液が通路Ｃ内の作動流体に混入するのを防止できる。このために、作動流体のプロセスにおいて不純物の混入が問題となる装置においても、不純物の混入を確実に防止できる。さらに、自己潤滑領域面４Ａにおける遮断溝５Ａ（５Ａ１，５Ａ２）に潤滑液が捕捉されると、この潤滑液と遮断溝５Ａ（５Ａ１，５Ａ２）との相乗効果により、作動流体が機外部Ａへ流出するのが防止できるとともに、潤滑液が機内部Ｌへ流入するのが効果的に防止できる。さらにまた、相対する自己潤滑領域面４Ａは、自己潤滑機能を有するから、シール面４と互いに摺動しても摩擦と摩耗を防止できるとともに、互いの各シール面４，２４が摺動して発熱するのを効果的に防止できる。このため、ケミカル液が摺動発熱によりシール面４，２４に固形化してシール面４，２４を損傷させるのも効果的に防止できる。なお、以上の回転用密封環３に設けた動入口５Ｂと遮断溝５Ａは、固定用密封環２０のシール面４に設けても、回転用密封環３と相対摺動するとき、同様な効果を奏する。

以下、本発明に係わる他の実施態様の発明のメカニカルシール装置について、その構成と作用効果を説明する。

本発明に係わる第１発明のメカニカルシール装置は、回転用密封環又は固定用密封環を高強度緻密質カーボンで形成したものである。

この第１発明のメカニカルシール装置では、回転用密封環又は固定用密封環を高強度緻密質カーボンで形成したものであるから、自己潤滑領域面に潤滑液を介在しなくとも、自己潤滑領域面は、摺動時に自己潤滑して摺動発熱するのを効果的に防止できる。このために、摺動熱により作動流体が着火して火災になるのも防止できる。さらに、シール面には潤滑液を少量だけ介在すればよいから、潤滑液の管理が容易になり、潤滑液を供給する供給設備のコスト及びランニングコストを低減できる。

本発明に係わる第２発明のメカニカルシール装置は、流体室の潤滑液の圧力を作動流体の圧力よりも低圧に保持されているものである。

この第２発明のメカニカルシール装置では、流体室に潤滑液の圧力を作動流体の圧力よりも低圧に保持されているものであるから、潤滑液が圧力の作用により機内部へ漏洩するのを効果的に防止できる。また、潤滑液は自重による圧力で流体室に蓄えることができ、潤滑液を供給するポンプ等を不要にできるから、供給設備のコストを低減できる。また、潤滑液の圧力又は流量のコントロールを不要として管理を容易にするとともに、そのランニングコストも低減できる。

本発明に係わる第３発明のメカニカルシール装置は、流体室の潤滑液が大気圧に保持されているものである。

この第３発明のメカニカルシール装置では、流体室に潤滑液が大気圧に保持されているものであるから、流体室に潤滑液を蓄えるのみで、シール面の潤滑を可能にする。このため、潤滑液を供給する供給設備のコストが低減できる。

本発明に係わる第４発明のメカニカルシール装置は、固定部には回転用密封環を弾発に押圧するとともに回転用密封環との連結部をシールするベローズを有し、且つ固定部は回転軸に嵌着するスリーブに保持されているものである。

この第４発明のメカニカルシール装置では、ベローズを設けた固定部が回転軸に嵌着するスリーブに保持されているものであるから、シールカバーをシールハウジングに結合するとともに、スリーブを回転軸に嵌着するのみで、メカニカルシール装置を取り付けることが可能になる。同時に、ケミカル液によりメカニカルシール装置に設けたばねなどの弾発手段が作動不良となるのを防止できる。そして、メカニカルシール装置の保管と組み立てが容易になる効果を奏する。さらに、固定用密封環はシールカバーに取り付けるとともに、回転用密封環はスリーブに嵌着して保管すればよいから、部品の保管中にシール面と対向シール面の損傷を保護することが可能になる。

以上に説明したように、本発明は、プロセス中のケミカル液などの作動流体に流体室側から不純物が混入するのを防止し、且つケミカル液が機外部へ漏洩して公害となるのを防止できる有用なメカニカルシール装置である。さらに、製作コストおよびランニングコストを低減した有用なメカニカルシール装置である。

Claims (7)

1. シールハウジングと軸との間隙で機内部の作動流体をシールするメカニカルシール装置であって、
   前記シールハウジングのシールカバーに密封に取り付けられたシール面を有する固定用密封環と、
   前記シール面に対向して密接可能な対向シール面を有する回転用密封環と、
   前記回転用密封環を密封に保持するとともに回転軸に密封に保持されて回転軸と一体に回動する固定部と、
   前記シール面と前記対向シール面とが常に接触する密接面より機外部側に配置されて前記シールカバーと前記回転軸との間をシールするシール部品と、
   前記シール面と前記対向シール面との前記密接面と前記シール部品との間に形成された潤滑液を蓄える流体室と、
   前記流体室に前記潤滑液を供給する供給孔と、を具備し、
   前記シール面又は前記対向シール面の流体室側を潤滑領域面に形成するとともに前記機内部側を自己潤滑領域面に形成し、前記潤滑領域面に前記潤滑液を導入する導入口を有するとともに、前記自己潤滑領域面に前記潤滑領域面からの前記潤滑液を遮断する環状の遮断溝を有し、
   前記導入口を円弧状に形成してあり、
   前記導入口と前記遮断溝との間に前記潤滑領域面を形成してあることを特徴とするメカニカルシール装置。
2. 前記回転用密封環又は前記固定用密封環を高強度緻密質カーボンで形成した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. 前記流体室の前記潤滑液の圧力を前記機内部の圧力よりも低圧に保持されていることを特徴とする請求項１または２に記載のメカニカルシール装置。
4. 前記流体室の前記潤滑液が大気圧に保持されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のメカニカルシール装置。
5. 前記固定部には前記回転用密封環を弾発に押圧するとともに前記回転用密封環との連結部をシールするベローズを有し、且つ前記固定部は前記回転軸に嵌着するスリーブに保持されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のメカニカルシール装置。
6. 前記回転用密封環の前記対向シール面に、前記潤滑領域面、前記自己潤滑領域面、前記導入口および前記遮断溝を形成してあることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のメカニカルシール装置。
7. 前記自己潤滑領域面に複数の前記遮断溝を形成してあることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のメカニカルシール装置。

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