JP5271260B2 - メカニカルシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、メカニカルシール装置に関する。特に、ケミカル液、腐食性液などの被密封流体や高粘性液の被密封流体をシールするのに適し、例えば、被密封流体が摺動部に付着して性能が低下するのを防止し、また、ケミカル液などにより部品が腐食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に関するものである。

メカニカルシール装置は、化学装置、例えば、金属を腐食するケミカル液を使用する装置、又は、石油精製用、石油化学用、紙パルプ用などのプロセス流体を処理する装置の軸封に使用するために、メカニカルシール装置の部品が腐食し、又は部品に付着してシール能力が低下するのを防止する必要がある。また、メカニカルシール装置の取付が簡単で、しかも、組立・分解・点検が容易な技術が要求されている。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も要求される。また、メカニカルシール装置は、粘性の大きい油や、ケミカル液のような被密封流体をシールするときに、その被密封流体である液体が装置に固形化して密封環のシール面のシール能力が低下するのを防止する技術も要求される。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単純化すると共に、摺動面の機能低下を防止し、且つ部品の腐食を防止する技術が求められている。

そこで、本発明に係わる先行技術には、図３に示すメカニカルシール装置が存在する（特許文献１参照）。図３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３に於いて、メカニカルシール装置１００は、ケーシング１６０の孔周面１６０Ａ内（機内Ａとも言う）に配置される回転軸１５０とケーシング１６０との間をシールする。また、メカニカルシール装置１００は、取付を容易にするために、ケーシング１６０の端面１６０Ｂ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の孔周面１６０Ａ内に配置された固定密封環（移動密封環とも言う）１０２と回転密封環１１２とが設けられている。さらに、固定密封環１０２とこの固定密封環１０２を取り付けた保持体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、回転密封環１１２を孔周面１６０Ａ内側に回転可能に保持するためのスリーブ１２５もメカニカルシール装置１００の主要な構成部品である。

この回転密封環１１２は、ケーシング１６０の孔周面１６０Ａ内における機内Ａの奥行きの長さＬと径方向の間隔Ｄで表される空間内に配置するために、長いスリーブ１２５の内周面１２５Ｃを回転軸１５０に嵌着するとともに、機内Ａ側の一端部と連結した連結部品１２６に装着されている。そして、スリーブ１２５の機外Ｂ側の他端部を保持部１２７と連結すると共に、保持部１２７に設けたネジ部にスクリューソケット１２８を螺合してスリーブ１２５と回転軸１５０とを固定している。この回転軸１５０に嵌合したスリーブ１２５及びスリーブ１２５に嵌合した連結部品１２６との各嵌合間は、スリーブ１２５に設けた取付溝にシール用Ｏリングを配置してシールしている。また、スリーブ１２５と連結部品１２６とは、ドライブピン１２９を介して連結している。さらに、連結部品１２６と回転密封環１１２とは、互いの嵌合内で符号が付いていない軸方向のドライブピンとＵ形状の溝（切欠とも言う）１１２Ａが互いに係止して連結されている。さらに、連結部品１２６と回転密封環１１２との嵌合間に設けたＯリング１４１によりこの嵌合間をシールしている。

一方、固定密封環１０２は、円筒状の保持体１０６の一端部に設けられた内周面１０６Ｃにおける段付面１０６Ｄに嵌着して保持されている。また、ケース本体１３０に設けられた固定ピン１３７と保持体１０６に設けられた長溝１０６Ｇとが係合し、保持体１０６は固定ピン１３７によりケース本体１３０に対して回転不能に支持されるとともに、軸方向へは移動自在に嵌合している。この保持体１０６とケース本体１３０との嵌合間は、保持体１０６の第１段付面１０６Ａとケース本体１３０の第２段付面１３０Ａとの間に配置したＯリング１４３によりシールされている。そして、保持体１０６の他端部の溝には、リング状のばね受部が嵌め込まれている。

ケース本体１３０は、端部１３０Ｆをケーシング１６０の端面１６０Ｂに接合するとともに、ケーシング１６０に結合された植え込みボルト１２８Ｂにナット１２８Ａを締め付けてケーシング１６０に固定している。このケース本体１３０の側面の内周側には、段付面が設けられている。この段付面にばね座体１０７が止めねじ部により取り付けられている。また、ばね座体１０７に支持されたばね１２０は、ばね受部との間に配置されており、ばね１２０によりばね受部と保持体１０６とともに固定密封環１０２を弾発に押圧している。このばね１２０により押圧された固定密封環１０２のシール面１０２Ｆは、回転密封環１１２の相対シール面１１２Ｆと密接して外周側に存在する被密封流体をシールする。また、ばね座体１０７の内周には、環状の取付溝が設けられている。この取付溝には螺旋状に巻かれたガスケット１４６が配置されている。このガスケット１４６のシール面はスリーブ１２６の外周面に密接してクエンチング流体の機外Ｂへの流出をシールする。

また、回転密封環１１２と固定密封環１０２との摺動面を冷却するために、この回転密封環１１２を取り付けた連結部品１２６の外周面１２６Ｂおよび固定密封環１０２を取り付けた保持体１０６の外周面１０６Ｂの外側の洗浄通路と連通するフラッシング通路１３６がケース本体１３０に設けられている。保持体１０６の内周面１０６Ｃと、固定密封環１０２の内周面と、回転密封環１１２の内周面との内側の冷却通路Ｓと連通するクエンチング通路１３５がケース本体１３０に設けられている。そして、フラッシング通路１３６から流出するフラッシング流体が洗浄通路を流れて洗浄通路の各周面を洗浄する。また、クエンチング通路１３５から流出するクエンチング流体が冷却通路Ｓを流れて回転密封環１１２と固定密封環１０２とを冷却する。

このように構成されたメカニカルシール装置１００は、ケーシング１６０における孔周面１６０Ａの機内Ａ側のケミカル等のプロセス流体と接する位置に固定密封環１０２と回転密封環１１２とを設けなければならないので、金属である保持体１０６と、連結部品１２６と、スリーブ１２５がプロセス流体により腐蝕することになる。また、ケース本体１３０にフラッシング通路１３６を設けて回転密封環１１２と固定密封環１０２の外周側をフラッシング流体により洗浄する必要がある。このフラッシング流体はプロセス流体と同じ流体にしないとプロセス流体に混入して悪影響を与える恐れがある。このため、プロセス流体に混入しても問題がないように、このプロセス流体の一部をポンプでフラッシング通路１３６へ圧送する必要がある。しかし、ポンプやケース本体１３０もプロセス流体により腐蝕されられる。更には、ケーシング１６０における孔周面１６０Ａの機内Ａ側に回転密封環１１２を設けなければならないので、この回転密封環１１２を固定する長いスリーブ１２５が必要となるとともに、連結部品１２６を取り付けなければならないので、構造が複雑になる。

また、回転密封環１１２と固定密封環１０２の内周側にクエンチング流体を供給して回転密封環１１２と固定密封環１０２とを冷却する必要がある。しかし、クエンチング流体は、固定密封環１０２のシール面１０２Ｆと回転密封環１１２の相対シール面１１２Ｆとの内周側に流入させるので、シール面１０２Ｆと相対シール面１１２Ｆとが相対摺動するときに摺動とともに遠心力作用により清水等のクエンチング流体が外方へ漏洩して異種のプロセス流体と混入し、問題になる恐れがある。

さらに、前述したとおり、固定密封環１０２には保持体１０６を設ける必要がある。同時に、回転密封環１１２には連結部品１２６を設ける必要がある。このため、スリーブ１２６は、ケーシング１６０における孔周面１６０Ａの機内Ａ側奥に向かった長さＬのように長尺になる。その結果、フラッシング流体は、回転密封環１１２と固定密封環１０２の外周面側の狭い洗浄通路を流通すために固定密封環１０２と回転密封環１１２とを洗浄する効果が低下する。また、同様に、固定密封環１０２と回転密封環１１２との内周側も狭い冷却通路Ｓに形成されてクエンチング流体が通過するために、クエンチング流体の流量が少なくなり、固定密封環１０２と回転密封環１１２を冷却する効果も低下する。さらに、粘性の高い被密封流体の場合には、シール面１０２Ｆと相対シール面１１２Ｆの間や、Ｏリング１４３と第１段付面１０６Ａおよび第２段付面１３０Ａの間に付着して互いに接合する各シール面１０２Ｆ，１１２ＦやＯリング１４３のシール能力を悪化させる恐れがある。

特開平１１−１３８９４号公報。 実開平２−９４９７３号公報。

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、ケミカル液、高粘度液等の部品を腐蝕させる被密封流体であっても、この被密封流体によってメカニカルシール装置の機能部品が腐食するのを防止することにある。また、被密封流体と接触する部品が腐蝕しないようにして回転用密封環のシール面と固定用密封環の相対シール面との密接するシール能力を向上することにある。さらに、第１密封環のシール面の押圧する応答能力を向上するとともに、シールリングのシール面の摺動抵抗を小さくして摩耗を防止することにある。また、メカニカルシール装置の部品加工を容易にするとともに、組立と、分解とを容易にしてメカニカルシール装置を安価にすることにある。

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、軸と装置本体の内周面との間隙に流動する被密封流体をシールするメカニカルシール装置であって、装置本体の外面の内周面の周りに取り付ける取付面と、軸を囲む内周面に取付面側から順に機外へ向かって形成された嵌合面と環状溝面と遮断面と、環状溝面内の冷却室に連通してクエンチング流体が通る冷却用流体通路と、を有する不しゅう材のエンジニアプラスチック材製の取付部品、取付部品の嵌合面と密封して移動自在に嵌合する移動面と、軸との間に間隙を形成する流路用内周面と、被密封流体と接触しない位置に配置されたばね手段により機外方向へ弾性的に押圧される先端面に設けられたシール面とを有する不しゅう材製の第１密封環、第１密封環のシール面と密接して摺動可能な相対シール面を有するとともに相対シール面と反対側に周面部を有して軸を囲んだ不しゅう材製の第２密封環、第２密封環の前記周面部を密封に保持する保持周面を有するとともに軸に密封に嵌着した環状で不しゅう材のエンジニアプラスチック材製のシールカラー、シールカラーの軸方向の機外側において回転軸に嵌着され、機内側の端面をシールカラーの機外側の端面に接合してシールカラーを保持する鋼、又はアルミニウム製の固定部品、固定部品に固着されシールカラーを回動不能に固定する固定ピン、およびシールカラーの保持周面と第２密封環の周面部との間に狭持されて遮断面と密接する第３シール面を有して冷却室からクエンチング流体が流出するのを遮断するシールリングを具備するものである。

本発明のメカニカルシール装置では、第１密封環と第２密封環は、炭化珪素やカーボン等の不しゅう材により形成されている。さらに、取付部品とシールカラーは不しゅう材のエンジニアプラスチック材により構成されている。したがって、第１密封環と第２密封環および取付部品とシールカラーがケミカル液等により腐食されるのが防止できる。このため、メカニカルシール装置はシール能力が効果的に発揮できる。また、仮に、シール面と相対シール面との内周側にある被密封流体が摺動面間から漏れたとしても、摺動面の外周側には冷却室があるから、冷却室を流れてドレン孔から排出される。このため、ケミカル液等が機外へ流れて問題を惹起することはない。

さらに、冷却室のクエンチング流体は、シール面と相対シール面との相対摺動する外周側にあるから、シール面と相対シール面とが摺動しても摺動面間には、内径方向へポンピングする作用は生起しないから、クエンチング流体がプロセス流体と混入するのを防止できる。このため、プロセス流体である被密封流体にクエンチング流体が混入してプロセス流体が不良品になるのも防止できる。さらに、取付部品の嵌合面と第１密封環の移動面との嵌合間から被密封流体が外方へ漏洩したとしても、外方には冷却室があり、冷却室内の流体はドレン孔へ流れるので、ケミカル液等がクエンチング流体に混入しても排出できるので、問題となることはない。また、シールリングの第３シール面は樹脂材製の取付部品の遮断面と摺動するので摺動抵抗も小さく、さらに摩耗することも防止できる。したがって、冷却室内の流体が機外へ漏洩するのが防止できる。

また、第２密封環はシールリングの取付基部やＯリングを介して保持周面に弾性に保持されているから、第２密封環には無理な嵌合力も発生しないので、微妙は力で変形する相対シール面が歪むのも防止でき、相対シール面のシール能力を発揮できる。また、第１密封環は摩擦係数の小さな樹脂材製の嵌合面と嵌合しているから、第１密封環が移動自在に摺動するときに摺動抵抗も小さく、シール面が相対シール面との密封応答性に優れた効果を発揮する。

また、メカニカルシール装置は、装置本体に取り付けられる取付部品にすべての部品が簡単に組み立てられる構成である。また反対に、メカニカルシール装置を分解するときにも同様にして簡単に分解することが可能になる。したがって、メカニカルシール装置の保守や点検が極めて容易である。

図１は、本発明に関わるメカニカルシール装置をハウジングと軸との間に装着した全断面図である。

図２は、図１に示すメカニカルシール装置の軸方向の平面図である。

図３は、本発明に関わる従来のメカニカルシール装置の全断面図である。

符号の説明

１ メカニカルシール装置
２ メカニカルシール
３ 固定用密封環（第１密封環）
３Ａ シール面
３Ｂ 取付溝
３Ｃ 流路用内周面
３Ｆ フランジ部
３Ｇ 案内溝
３Ｓ 移動面
９ コイルばね
１０ 回転用密封環（第２密封環）
１０Ａ 相対シール面
１０Ｂ 周面部
１０Ｃ 嵌合内周面
１０Ｄ 外周面
２０ シールリング
２０Ａ 取付基部
２０Ｂ シールリップ
２０Ｂ１ 第３シール面
２４ Ｏリング
２５ Ｏリング
２６ Ｏリング
３０ 取付部品（シールハウジング）
３０Ａ 取付面
３０Ｂ 環状溝面
３０Ｃ 嵌合面
３０Ｄ 外周面
３０Ｇ 固定用溝
３０Ｈ 穴付ばね座
３０Ｓ 遮断面
３１ 植込ボルト
３４ ガスケット
３５ 固定ピン
４０ 冷却用流体通路
４０Ａ ドレン孔
４１ 洗浄用流体通路
５０ シールカラー
５０Ａ 保持周面
５０Ｃ 固定周面
５０Ｄ 外周面
５０Ｆ フランジ基部
５０Ｓ 段付面
５１ セットプレート
５１Ａ 保持溝
５２ 固定ピン
５３ 六角穴付ボルト
５５ 固定部品
５５Ｄ 分割面
５６ 六角穴付ボルト
５７ ねじ部
Ｒ１ 機内間隙
Ｒ２ 通路用間隙
Ｒ３ 冷却室
Ｏ 機外
Ｉ 機内

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１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を装置本体（スタフィングボックスとも言う）６０の内周面６０Ｃと回転軸７０との間における間隙Ｒ１を塞ぐようにカートリッジとして装着した断面図である。又、図２は、図１のメカニカルシール装置１を回転軸７０の軸方向から見た平面図である。以下、本発明の実施例１を図１と図２とを参照して説明する。

図１は、本発明に係わる代表的な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。図１および図２に示すように、装置本体６０には、回転軸７０が貫通する軸孔の内周面６０Ｃが形成されている。また、装置本体６０の外側には内周面６０Ｃの周囲に平面状の外面６０Ａが形成されている。この内周面６０Ｃに対して機内間隙Ｒ１を設けて回転軸７０が配置されている。そして、機内Ｉに存するプロセス流体である被密封流体が、この機内間隙Ｒ１から機外Ｏへ漏洩するのをシールするために、図１に示すように、メカニカルシール装置１を外面６０Ａに取付る。このメカニカルシール装置１は、機外Ｏから軸方向へ向かって外面６０Ａに取り付ける取付部品（以下、シールハウジングと言う）３０と、同様に機外Ｏから同方向へシールハウジング３０の嵌合面３０Ｃに嵌合する静止用密封環３と、同じく機外Ｏから同方向へシールカラー５０と嵌着する回転用密封環１０と、同様に機外Ｏから同方向へ回転軸７０に嵌着するシールカラー５０と、同じく機外Ｏから同方向へ回転軸７０に嵌着してシールカラー５０を固定する固定部品５５とが主要な組立の構成部品である。なお、固定用密封環３と回転用密封環１０の組み合わせたシール構造をメカニカルシール２と言う。

装置本体６０の外面６０Ａに取り付けられるシールハウジング３０は、図２に示すように、環状体を成すと共に、外周面３０Ｄの周方向に沿って４等配に固定溝３０Ｇを設ける。このシールハウジング３０は不しゅう材である。特に、シールハウジング３０は、エンジニアプラスチック材製にすると良い。例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン、さらに、繊維強化熱硬化性樹脂（ＦＲＰ、ＦＲＴＰ）、炭素繊維（ＣＦ）やボロン繊維（ＢＦ）を複合した中剛性繊維強化プラスチック（引張弾性率１２０〜１７５）、高剛性繊維強化プラスチック（引張弾性率３００位）など、被密封流体に対する耐性（腐蝕性）に優れた材料を利用すると良い。つまり、耐熱性、耐薬品性、高強度で、成形性がよいものが適している。そして、シールハウジング３０は、固定溝３０Ｇを機外Ｏの軸方向から装置本体６０に設けた図形省略の植込ボルト６３に挿入する。そして、外面６０Ａに対して取付面３０Ａを接合するとともに、図示省略のナットをボルト６３に螺合して取り付ける。この外面６０Ａと取付面３０Ａとの間には、リング板状のガスケット３４を挟んで両部品面間をシールする。

このシールハウジング３０の全内周面は、機内Ｉから機外Ｏに向かって嵌合面３０Ｃと、環状溝面３０Ｂと、遮断面３０Ｓとに形成する。この環状溝面３０Ｂ内は冷却室Ｒ３に形成する。又、シールハウジング３０には、１個を図１に示すような形状の冷却用流体通路４０とドレン孔４０Ａとを外部から環状溝面３０Ｂを貫通するように設ける。この冷却用流体通路４０は外周面３０Ｄの周方向へ向かって２から３個を設けるとともに、ドレン孔４０Ａは１個を設ける。この冷却用流体通路４０は、図示省略の外方の配管と接続可能な管用ねじ部を設けた開口部がクエンチングポートである。そして、配管から供給されるクエンチング液（クエンチング冷却気体の場合も含む）が、図１の流れ線で示すように、冷却用流体通路４０を流れて冷却室Ｒ３に流入し、冷却室Ｒ３に内在するシール面３Ａと相対シール面１０Ａが相対摺動するときに発生する熱をクエンチング液によって冷却する。なお、図２に示す下部又は側部に設けたドレン孔４０Ａは、冷却用流体通路４０から供給された流体を排出するものである。このドレン孔４０Ａの管用ねじには、図示省略の絞り弁を螺合して取り付ける。この絞り弁により冷却室Ｒ３を還流する流量が調節できるようにする。

また、図１では省略するが、図２に示すように外周面３０Ｄに沿って設ける１個又は複数個の洗浄用流体通路４１は、図示省略した外方の配管と接続可能な管用ねじ部を設けた開口部をフラッシングポートに構成するとともに、嵌合面３０Ｃの取付面３０Ａ側の位置に貫通する孔により形成することもできる。そして、外部の配管から供給されるフラッシング流体が、洗浄用流体通路４１を流れて流路用間隙Ｒ２を通って直接に各シール面３Ａ、１０Ａの内周側へ噴射される。このフラッシング流体は、断続的に噴射されて固定用密封環３の流路用内周面３Ｃや両シール面３Ａ、１０Ａの内周などの被密封流体と接する周面を洗浄する。このフラッシング流体は、被密封流体と同じ流体の場合もあれば、清水などの場合もある。いずれにせよ、機内Ｉの被密封流体に混入しても問題にならない流体を用いる。なお、この洗浄用流体通路４１は、機内Ｉのプロセス流体にフラッシング流体が混入すると問題になる場合や、フラッシング流体によってメカニカルシール装置１に腐蝕などの問題が生じるときは、図１のようにして設けない場合もある。

シールハウジング３０の嵌合面３０Ｃには、固定用密封環（第１密封環）３の筒部の外周の移動面３Ｓを軸方向へ移動自在に嵌合する。この固定用密封環３の移動面３Ｓには、嵌合面３０Ｃとの間をシールするＯリング用の取付溝３Ｂを形成する。この移動面３Ｓは取付溝３Ｂの軸方向両側の直径を同一径に形成しても良いが、一実施例としては、移動面３Ｓの取付溝３Ｂより洗浄用流体通路４１側の直径を微少だけ小径の移動面３Ｓに形成すると良い。そして、この取付溝３Ｂには、不しゅう材の一つである樹脂材製のＯリング（シールリングとも言う）２４を取り付ける。この小径の移動面３Ｓと嵌合面３０Ｃとの間隙から、フラッシング流体が直接にＯリング２４へ作用してＯリング２４の被密封流体と接触する表面に着きやすい付着物を洗浄できるようにする。Ｏリング２４の材質は、エンジニアプラスチックの他に、耐ケミカル液の能力のあるＨＮＢＲ，フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどを用いることができる。

更に、固定用密封環３は、取付溝３Ｂ側と反対側の先端面にシール面３Ａを形成する。又、固定用密封環３の軸方向の中間の外周面には、リング状に突出したフランジ部３Ｆを形成する。このフランジ部３Ｆには、２等配又は３等配等の案内溝３Ｇを形成する。そして、各案内溝３Ｇに対して、環状溝面３０Ｂの側面に形成された取付穴に嵌着する固定ピン３５を係合する。この固定ピン３５と案内溝３Ｇとの係合状態は、軸方向へ相対移動すると共に、周方向へは係止する。又、このフランジ部３Ｆの側面には、周方向へ等配に複数のばね座を設ける。また、このばね座と対向するシールハウジング３０に設けた複数個の穴付ばね座３０Ｈとの間に各コイルばね９を着座させて固定用密封環３を相対シール面１０Ａの方向へ押圧する。更に、固定用密封環３の通路用内周面３Ｃは、回転軸７０の外周面７０Ａに対して大きな通路用間隙Ｒ２に形成する。そして、この通路用間隙Ｒ２の大きさは、ケミカル液などの不純物（パルプ液なども含む場合は繊維など）が含まれていても通路用間隙Ｒ２に不純物が詰まらないようにする。この固定用密封環３は、不しゅう材の炭化珪素、カーボン、その他、硬質合金、セラミックスなどの不しゅう材から製作されている。また、コイルばね９は、メッキなどにより不しゅう材に構成したばね鋼などを用いることもできるが、ステンレス鋼材も適している。しかし、コイルばね９は、被密封流体に接触しない位置に設けられている。

また、シールカラー５０は、端面に大径のフランジ基部５０Ｆから回転用密封環１０側の軸方向へ小径にした形状の段部状の保持周面５０Ａを形成する。この保持周面５０Ａの外周側を段付面５０Ｓに形成する。また、シールカラー５０は、回転軸７０と密封に嵌着する固定周面５０Ｃを設ける。この固定周面５０Ｃには取付溝を設けるとともに、取付溝に樹脂材などの弾性のＯリング２６（シールリングとも言う）を内在してこの嵌合面間をシールする。そして、回転用密封環１０の周面部１０Ｂに設けた嵌合内周面１０Ｃは、シールカラー５０の保持周面５０Ａに対してＯリング２５を挟んで密封嵌合する（Ｏリング２５は図示する段部面間に配置する）。また、回転用密封環１０の周面部１０Ｂ側の外周面１０Ｄに形成した周方向へ等配の複数個のＵ形状の凹部と、シールカラー５０の取付穴に嵌着した複数個の固定ピン５２とは、互いに周り止めになるように係止する。このシールカラー５０は、シールハウジング３０と同様に、不しゅう材のエンジニアプラスチック材製である。具体的には、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン、さらに、繊維強化熱硬化性樹脂（ＦＲＰ、ＦＲＴＰ）、炭素繊維（ＣＦ）やボロン繊維（ＢＦ）を複合した中剛性繊維強化プラスチック（引張弾性率１２０〜１７５）、高剛性繊維強化プラスチック（引張弾性率３００位）など、被密封流体に対する耐性に優れた材料を利用すると良い。つまり、耐熱性、耐薬品性、高強度で、成形性がよいものが適している。

又、回転用密封環１０の一端には相対シール面１０Ａを形成する。この相対シール面１０Ａは、固定用密封環３のシール面３Ａと密封に接触しながら摺動可能に形成する。更に、回転用密封環１０の他端には周面部１０Ｂを設ける。周面部１０Ｂの内周は嵌合内周面１０Ｃに形成する。また、回転用密封環１０の外周面１０Ｄは、遮断面３０Ｓと間隙を設けて対面させる。そして、シールカラー５０の保持周面５０Ａに設けた段付面５０Ｓと回転用密封環１０の周面部１０Ｂとの間には、断面がＬ形状のシールリング２０の取付基部２０Ａの一端部の内周面を保持周面５０Ａの段部状円周面に嵌合状態にして狭持する。このシールリング２０は、取付基部２０Ａから環状溝面３０Ｂ側へ円筒状に曲げられて径方向外方へ弾性力を生じる形のシールリップ２０Ｂに形成する。このシールリップ２０Ｂの外周面の自由端側には、遮断面３０Ｓと弾性的に密接するように外周へ突出した凸部に形成するとともに、凸部に第３シール面２０Ｂ１を形成する。なお、シールリップ２０Ｂには、凸部を設けることなく、自由端部の内周側を徐々に外径方向へ傾斜させて薄肉にするとともに、外周面を遮断面３０Ｓと弾性的に密接するようにしても良い。そして、第３シール面２０Ｂ１は遮断面３０Ｓと密接して冷却用のクエンチング液が機外Ｏへ漏洩するのをシールする。このシールリング２０は弾性を有する樹脂材製、ＨＮＢＲ、Ｏリング２４と同じプロセス流体に対して耐性を有する材質、例えば、ゴム材或いは真鍮、ステンレス鋼などの金属材にすることもできる。また、回転用密封環１０の相対シール面１０Ａは、従来のように、金属製のシールカラー５０に嵌着すると、歪んで平面度を保持することが困難であった。しかし、シールカラー５０を樹脂材製にすると、回転用密封環１０を嵌着するときに無理な力が作用しないから、相対シール面１０Ａの平面度を維持することができる。その結果、シール能力が向上する。特に、回転用密封環１０とシールカラー５０との間にシールリング２０の取付基部２０ＡやＯリング２５を介在することにより、さらに相対シール面１０Ａの平面度を向上することができる。なお、シールリング２０が金属でも、シールリング２０に密接するシールハウジング３０およびシールカラー５０が樹脂材製であるため、シールリング２０の接合面間から被密封流体が漏れないようにできる。また、回転用密封環１０は、不しゅう材の炭化珪素、カーボン、その他の硬質合金、セラミックスなどの不しゅう材から製作する。

更に、シールハウジング３０の環状溝面３０Ｂの側面により形成される冷却室Ｒ３の幅は、両シール面３Ａ、１０Ａに対し軸方向両側へ大きく形成して冷却容積を大きくする。この環状溝面３０Ｂの一方の側面は、固定用密封環３の取付溝３Ｂの近くまで大きく形成する。更に、この環状溝面３０Ｂの他方の側面は回転用密封環１０の相対シール面１０Ａを覆うまで広く形成すると良い。そして、冷却用流体通路４０から供給されるクエンチング液は、直接に摺動する両シール面３Ａ、１０Ａへ射出して洗浄しながら冷却するとともに、冷却室Ｒ３を周方向へ循環させながら、さらに両シール面３Ａ、１０Ａを冷却する。このようにして固定用密封環３と回転用密封環１０との大半を内在するように大きく形成した冷却室Ｒ３は、両密封環３、１０が相対摺動して摩擦により発熱しても、この大きな冷却室Ｒ３の容積に蓄えられたクエンチング液により急速に冷却する効果が発揮できる。

この様に構成されたシールハウジング３０とシールカラー５０は、仮想線で示すセットプレート５１により位置決めして取り付ける。このセットプレート５１は、軸方向の正面図が円弧状で、仮想線で示すような断面に形成されている。そして、シールカラー５０の周面に等配に複数個のセットプレート５１が六角穴付ボルト５３により固定する。同時に、セットプレート５１に形成された係合溝５１Ａをシールハウジング３０のフランジ状のリング部に係止させてシールハウジング３０とシールカラー５０とを互いに位置決め状態にして取付る。そして、このシールカラー５０の固定方法は、リング状の１個所又は２個所を軸方向へ分割して各分割面５５Ｄ、５５Ｄに形成した両固定部品５５の両分割面５５Ｄ、５５Ｄを互いに組み合わせる。この固定部品５５の内周面を回転軸７０の外周面７０Ａに嵌着するとともに、固定部品５５の端面をシールカラー５０の端面に互いに接合し、各六角穴付ボルト５６を固定部品５５の各ねじ部５７に各々螺合して固定部品５５の分割面５５Ｄ間を締め付けてリングにした固定部品５５を回転軸７０に固定する。同時に、シールカラー５０は、固定部品５５によって回転軸７０に保持されるとともに、シールカラー５０は固定部品５５に固着された固定ピン５８により回動しないように固定する。

この固定部品５５はステンレス鋼であるが、ケミカル液等に接触しないので、その他の材質、例えば、エンジニアリングプラスチック、鋼、アルミニウムなどの材質でも良い。このように構成されたメカニカルシール装置１は、被密封流体であるケミカル液等により部品が腐蝕しないようにして耐久能力を発揮させることができる。また、ケミカル液等に対してシール能力を発揮することができる。さらに、メカニカルシール装置１の部品の組み立てと分解とを容易にすることができる。このため、メカニカルシール装置１は安価になる。

以下に、本発明に係わる実施態様の各発明について、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、シールリングが樹脂材製であって、保持周面と周面部との間に狭持されるリング状の取付基部から環状溝側へ筒状に形成されたシールリップを有するとともにシールリップの外周面に遮断面と密接する第３シール面を有するものである。

この本発明に係わる第１発明のメカニカルシール装置では、シールリングが樹脂材製であって、保持周面と周面部との間に狭持されるリング状の取付基部から環状溝側へ筒状を成すとともに筒状の外周面に遮断面と密接するシール面を有するように構成されている。このため、シールリングの取付基部は樹脂材製のシールカラーと接合して取り付けられるから、樹脂材によって取付基部の密封能力が優れる。また、第３シール面は樹脂材製の取付部品の遮断面と密接合する構成であるために、摩擦係数の小さい樹脂同士の摺動は、摺動抵抗も小さく、さらに、密封能力にも優れる。

本発明に係わる第２発明のメカニカルシール装置は、取付部品の嵌合面と第１密封環の移動面との間隙の密封は、取付部品と第１密封環との間に配置された樹脂材製のＯリングにより成されているものである。

この本発明に係わる第２発明のメカニカルシール装置では、取付部品の嵌合面と移動自在に嵌合する筒部との間隙の密封が、間隙に配置された樹脂材製のＯリングにより成されているものであるから、移動自在な第１密封環の摺動抵抗も小さく、シール面の相対シール面に対する密封応答性にも優れる。さらに、Ｏリングは、ケミカル液等に対する耐液性にも優れるので、メカニカルシール装置の耐久性も発揮される。なお、このＯリングは、嵌合面と筒部との嵌合間の外方が冷却室に構成されて微少な漏れが許されるから、摩擦係数の小さな樹脂材製にすることを可能にする。

以上のように、本発明のメカニカルシール装置は、ケミカル液、パルプ液などの被密封流体のシールに利用して有用である。また、構造が簡単で、分解と組み立てとが容易にして安価にしたメカニカルシール装置として有用である。

Claims (3)

1. 軸と装置本体の内周面との間隙に流動する被密封流体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で前記内周面の周りに取り付ける取付面と、前記軸を囲む内周面に前記取付面側から順に機外へ向かって形成された嵌合面と環状溝面と遮断面と、前記環状溝面内の冷却室に連通してクエンチング流体が通る冷却用流体通路と、を有する不しゅう材のエンジニアプラスチック材製の取付部品、
   前記取付部品の前記嵌合面と密封して移動自在に嵌合する移動面と、前記軸との間に間隙を形成する流路用内周面と、前記被密封流体と接触しない位置に配置されたばね手段により機外方向へ弾性的に押圧される先端面に設けられたシール面とを有する不しゅう材製の第１密封環、
   前記第１密封環の前記シール面と密接して摺動可能な相対シール面を有するとともに、前記相対シール面の反対側に周面部を有して前記軸を囲んだ不しゅう材製の第２密封環、
   前記第２密封環の前記周面部を密封に保持する保持周面を有するとともに前記軸に密封に嵌着した環状で不しゅう材のエンジニアプラスチック材製のシールカラー、
   前記シールカラーの軸方向の機外側において回転軸に嵌着され、機内側の端面を前記シールカラーの機外側の端面に接合して前記シールカラーを保持する鋼、又はアルミニウム製の固定部品、
   前記固定部品に固着され、前記シールカラーを回動不能に固定する固定ピン、および
   前記シールカラーの前記保持周面と前記第２密封環の前記周面部との間に狭持されて前記遮断面と密接する第３シール面を有して前記冷却室から前記クエンチング流体が流出するのを遮断するシールリング
   を具備することを特徴とするメカニカルシール装置。
2. 前記シールリングは、樹脂材製であって前記保持周面と前記周面部との間に狭持されるリング状の取付基部から前記環状溝側へ筒状を成すシールリップを有するとともに前記シールリップの外周面に前記遮断面と密接するシール面を有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. 前記取付部品の前記嵌合面と前記第１密封環の前記移動面との間隙の密封は、前記取付部品と前記第１密封環との間に配置されたエンジニアプラスチック、ＨＮＢＲ，フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、あるいはパーフロロエラストマ製のＯリングにより成されてい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。

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