JP5324620B2 - 分割型シール環 - Google Patents

Description

本発明は、軸方向の一端面にシール面を有する分割型シール環、主として端面接触型のメカニカルシールとして用いられる分割型シール環に関する。

下記特許文献１には、端面接触型のメカニカルシールを備えた先行待機形ポンプが開示されている。このメカニカルシールは、先行待機形ポンプのポンプケーシングと、このポンプケーシングを貫通するポンプ軸との間をシールするために設けられており、ポンプケーシングに取り付けられた静止側シール環と、ポンプ軸に固定された回転側シール環とを備えている。静止側シール環と固定側シール環とは軸方向に並べて配置され、互いに対向するシール面同士が摺接することによって、ポンプケース外への水漏れを防止している。

特開２００４−２５１３７６号公報

先行待機形ポンプは、揚水開始前に先行して気中運転することによって、急激な水位上昇にも対応可能とされており、このため、メカニカルシールは、潤滑状態で使用されるものと比べて摩耗等が生じやすくなる。したがって、この種の先行待機形ポンプに使用されるメカニカルシールは、部品交換の頻度が比較的高くなり、この交換作業を円滑に行えるようにすることが要求される。
この点、特許文献１に記載の技術では、静止側シール環や回転側シール環を周方向に２つ割構造とすることによって、ポンプへの組み付けや部品交換の作業性を向上しているが、回転側シール環については、２つ割された分割体を単にボルトによって連結するのみであるので、両分割体のシール面を面一に合わせ難く、当該シール面を面一に合わせるには相当の熟練や長い作業時間が必要であった。両分割体のシール面が面一でないと、当然にシール性が悪化し、水漏れやポンプ効率の低下の原因となる。

本発明は、このような実情に鑑み、分割型シール環における複数の分割体のシール面を面一に合わせた状態で、簡単かつ迅速に複数の分割体を精度よく連結することができる分割型シール環を提供することを目的とする。

本発明は、複数の分割体を環状に連結することによって構成され、かつ軸方向の一端面にシール面を有している分割型シール環であって、複数の分割体を相互に連結する六角穴付きの連結ボルトと、周方向に隣接する２つの分割体の突き合わせ面を通るように当該２つの分割体にわたって形成され前記連結ボルトと平行に設けられたテーパー孔と、前記テーパー孔の内面に密着状態で挿入されるテーパーピンと、前記テーパー孔に挿入された前記テーパーピンを固定する押えネジと、を備えており、前記テーパーピンと前記連結ボルトは一対となって、シール環の中心を基準として各分割体の点対称位置に設けられ、且つ当該連結ボルトはシール環の外周面から突出しないように構成され、前記テーパー孔が、当該２つの分割体を貫通するように形成され、当該２つの分割体のうち、前記テーパー孔の大径側が形成されている分割体に、当該テーパー孔の大径側に同軸心状に連通する雌ねじ孔が形成され、前記押えネジが、前記雌ねじ孔に螺合されるとともに、前記テーパーピンの大径側端面を押さえるように構成され、前記連結ボルトの頭部と前記押さえネジとは同一の分割体の外周部に位置しており、前記テーパーピンを前記テーパー孔に挿入し、前記押さえネジを前記連結ボルトと同方向から締め付けることによって前記テーパーピンを前記テーパー孔内に固定した状態で、前記押さえネジの下端部と雌ねじ孔の内底部との間に空間が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、周方向に隣接する２つの分割体を連結具によって連結するにあたり、テーパー孔にテーパーピンを挿入し、このテーパーピンを固定具によって固定することによって、両分割体の相対的な位置合わせ、特に、両分割体のシール面を面一の状態に合わせることができ、簡単かつ迅速に複数の分割体を精度よく連結することが可能となる。

また、本発明は、当該２つの分割体のうち、前記テーパー孔の大径側が形成されている分割体に、当該テーパー孔の大径側に同軸心状に連通する雌ねじ孔が形成され、前記固定具は、前記雌ねじ孔に螺合されるとともに、前記テーパーピンの大径側端面を押さえる押さえネジによって構成されているので、テーパー孔の大径側開口からテーパーピンを挿入し、さらに雌ねじ孔に押さえネジを螺合し、テーパーピンの大径側端部を押さえネジで押さえることによって、当該２つの分割体の相対的な位置合わせを適切に行うことができる。
前記テーパー孔の小径側が形成されている分割体の外周部には、前記テーパー孔の小径側の端部が開口する凹部が形成されていてもよい。
前記テーパー孔は、当該分割型シール環の軸方向及び径方向に関して前記連結具よりも前記シール面から離れた位置に配置されていてもよい。

本発明によれば、分割型シール環における複数の分割体のシール面を面一に合わせて簡単かつ迅速に複数の分割体を精度よく連結することができる。

本発明の第１の実施形態に係る分割型シール環（回転側シール環）を使用したシール装置の断面図である。 回転側シール環の正面図である。 図２のIII矢示図である。 図２のIV矢示図である。 図２のＶ−Ｖ矢示断面図である。 図３のVI−VI断面図である。 図３のVII−VII断面図であって、位置合わせ手段の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る分割型シール環（回転側シール環）の正面図である。 第２の実施形態に係る分割型シール環における位置合わせ手段の構成を示す断面図である。

図１は、本発明の実施形態に係る分割型シール環を使用したシール装置の断面図である。このシール装置１２は、例えば、先行待機形ポンプにおいて、当該ポンプのポンプケース１０と、ポンプ軸１１との間をシールするために用いられる。
ポンプ軸１１は、ポンプケース１０の開口１０ａを貫通するように上下方向に向けて配置されている。ポンプケース１０の開口１０ａの周りには、シールケース１３が固定され、このシールケース１３の中心孔には、Ｏリング１９を介してスプリングリテーナ１４が上下移動可能に挿入されている。スプリングリテーナ１４は、シールケース１３との間に介在しているスプリング１７によって上方へ向けて付勢されている。

スプリングリテーナ１４は、リテーナ本体１４ａと押さえ体１４ｂとからなる。リテーナ本体１４ａは、下部側が円筒形に形成されていてシールケース１３の中心孔に挿入され、ドライブピン２０によってシールケース１３に対する相対回転が規制されている。
押さえ体１４ｂは、中央に静止側シール環１５用の装着孔１４ｂ１を有する環状体であり、ボルト２１によってリテーナ本体１４ａに連結されている。

押さえ体１４ｂの装着孔１４ｂ１に嵌合された静止側シール環１５は、上端面をシール面１５ａとする円環状体であり、周方向に複数の分割体から構成されている。そして、静止側シール環１５は、複数の分割体を周方向の端面で突き合わせた状態で装着孔１４ｂ１に装入されることによって円環状を呈している。また、静止側シール環１５の下面と、リテーナ本体１４ａの上面との間にはＯリング２２が介装されている。静止側シール環１５は後述する回転側シール環１６よりも摩耗度の高い材料、例えば回転側シール環１６よりも軟質で自己潤滑性を有するカーボン等で構成されている。

回転側シール環１６は、固定リング２３を介してポンプ軸１１に固定されている。固定リング２３は周方向に２つの分割体を環状に連結することによって構成され、両分割体はポンプ軸１１を包囲するように連結されるとともに固定ねじ２５を締め付けることによってポンプ軸１１に一体回転可能に固定されている。
回転側シール環１６は、固定リング２３の下側に配置されるとともにドライブピン２４によって固定リング２３に一体回転可能に連結されている。回転側シール環１６の内周部には、ポンプ軸１１との間をシールするＯリング２７が設けられている。回転側シール環１６のシール面１６ａは、静止側シール環１５よりも硬質な素材（セラミック等）によって形成され、静止側シール環１５のシール面１５ａに当接している。

図２は回転側シール環１６の正面図、図３は図２のIII矢示図、図４は図２のIV矢示図、図５は図２のＶ−Ｖ矢示断面図、図６は図３のVI−VI断面図、図７は図３のVII−VII断面図である。
図２に示すように、回転側シール環１６は、周方向に２つの分割体３０，３１から構成されている。なお、本明細書では、便宜的に図２の左側に配置された分割体３０を第１分割体３０と呼び、右側に配置された分割体３１を第２分割体３１と呼ぶことにする。

第１，第２分割体３０，３１は、半円弧形状であり、互いに周方向の端面３０ａ，３１ａ同士を突き合わせた状態で六角穴付きの連結ボルト（連結具）４２によって連結されている。具体的に、第１，第２分割体３０，３１には、互いに突き合わせた端面３０ａ，３１ａを直交状に通るようにボルト孔４１が形成され、このボルト孔４１は、一方の分割体３０，３１を貫通している。

図２の下側のボルト孔４１を断面で示す図６において、第１分割体３０に形成されたボルト孔４１は、有底状の雌ねじ４１ａとされ、第２分割体３１に形成されたボルト孔４１は、当該第２分割体３１を貫通し、雌ねじが形成されていない挿通孔４１ｂとされている。そして、連結ボルト４２を第２分割体３１側から挿通孔４１ｂに挿入し、さらに雌ねじ４１ａに螺合することによって、第１，第２分割体３０，３１が連結されている。
なお、図２に示すように、上側のボルト孔４１は、回転側シール環１６の中心Ｏを基準として下側のボルト孔４１と点対称の関係で設けられている。したがって、上側の連結ボルト４２は、第１分割体３０側からボルト孔４１に挿入され、第２分割体３１に螺合している。

図２及び図３に示すように、第１，第２分割体３０，３１には、連結ボルト４２の頭部を収めるための凹部３０ｃ，３１ｂが形成され、この凹部３０ｃ，３１ｂによって連結ボルト４２の頭部が第１，第２分割体３０，３１の外周面から突出しないように構成されている。
図２〜図４に示すように本実施形態の回転側シール環１６には、分割体３０，３１の相対位置を所定に位置合わせするための位置合わせ手段４６が設けられている。この位置合わせ手段４６は、第１，第２分割体３０，３１の突き合わせ面（端面３０ａ，３１ａ）を直交状に通るように第１，第２分割体３０，３１にわたって形成されたテーパー孔４３と、このテーパー孔４３に挿入されるテーパーピン４４と、テーパー孔４３に挿入されたテーパーピン４４を固定するための固定ナット（固定具）４５とを備えている。

図２の下側のテーパー孔４３を断面で示す図７において、当該テーパー孔４３は、第１，第２分割体３０，３１を貫通しており、第１分割体３０側が小径孔４３ａ、第２分割体３１側が大径孔４３ｂとされている。
一方、テーパーピン４４は、テーパー孔４３の内面形状に適合した外面形状、すなわちテーパー孔４３の内面と同一傾斜角度の外面を有する円錐形状に形成されており、テーパー孔４３の内面に密着した状態で挿入可能とされている。

テーパーピン４４の小径側の端部には雄ねじ部４４ａが形成されている。この雄ねじ部４４ａは、テーパーピン４４と同軸心状であり、テーパーピン４４のテーパー面の最小径よりも小径に形成されている。
テーパーピン４４は、第２分割体３１側からテーパー孔４３内に挿入され、雄ねじ部４４ａは、第１分割体３０の小径側開口から突出している。そして、テーパー孔４３から突出する雄ねじ部４４ａには固定ナット４５が螺合されている。

なお、図２に示すように、上側のテーパー孔４３は、中心Ｏを基準として下側のテーパー孔４３と点対称の関係で設けられている。したがって、上側のテーパーピン４４は、第１分割体３０側からテーパー孔４３に挿入され、第２分割体３１側で固定ナット４５に螺合される。
また、第１，第２分割体３０，３１には、固定ナット４５を収めるための凹部３０ｂ，３１ｃが形成されており、この凹部３０ｂ，３１ｃによって固定ナット４５が第１，第２分割体３０，３１の外周面から突出しないように構成されている。また、図５に示すように、テーパー孔４３は、回転側シール環１６の軸方向に関してボルト孔４１よりもシール面１６ａから離れた位置に配置され、回転側シール環１６の径方向に関してボルト孔４１よりも外側に配置されている。

以上の構成において、回転側シール環１６をポンプ軸１１に組み付けるには、分解された第１，第２分割体３０，３１によってポンプ軸１１を包囲した状態で、第１，第２分割体３０，３１の周方向の端面３０ａ，３１ａを突き合わせる。
そして、図７に示すように、テーパー孔４３にテーパーピン４４を挿入するとともに、雄ねじ部４４ａに固定ナット４５を締結する。この固定ナット４５を締め付けていくと、テーパーピン４４はテーパー孔４３の大径側から小径側へと引き込まれ、テーパー孔４３の内面に強く密着する。この作用によって、第１分割体３０の小径孔４３ａと、第２分割体３１の大径孔４３ｂと、テーパーピン４４との軸心が一致し、第１，第２分割体３０，３１が適切な相対位置で位置合わせされ、特に、第１，第２分割体３０，３１のシール面１６ａが面一に合わせられる。その後、図６に示すように、ボルト孔４１に連結ボルト４２を挿入して螺合することにより、第１，第２分割体３０，３１が連結される。

以上のように、本実施形態の回転側シール環１６は、テーパー孔４３やテーパーピン４４等を有する位置合わせ手段４６を備えることによって、熟練や長い作業時間を要することなく第１，第２分割体３０，３１のシール面１６ａを精度よく面一に合わせ、第１，第２分割体３０，３１を簡単かつ迅速に連結することができる。また、テーパーピン４４の雄ねじ部４４ａに固定ナット４５を締め付けることによって、第１，第２分割体３０，３１を適切に位置合わせした状態で仮止めすることができるので、連結ボルト４２の締結作業を簡単に行うことができる。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る分割型シール環（回転側シール環）の正面図であり、図９は、第２の実施形態に係る分割型シール環の位置合わせ手段の構成を示す断面図である。第２の実施形態は、位置合わせ手段４６の構成が第１の実施形態と異なり、その他の構成は同様である。従って、以下、位置合わせ手段４６の構成について詳細に説明する。

図８の下側のテーパー孔４３を断面で示す図９において、テーパー孔４３は、第１，第２分割体３０，３１を貫通するように形成されているが、第２分割体３１側の大径孔４３ｂには、雌ねじ孔４７が同軸心状に連なっており、この雌ねじ孔４７が第２分割体３１の外面（凹部３１ｂ）で開口している。
そして、本実施形態のテーパーピン４４は、第１の実施形態のような雄ねじ部４４ａ（図７参照）を備えておらず、テーパー孔４３内に挿入された状態で大径側の端部が雌ねじ孔４７側へ突出するようになっている。

雌ねじ孔４７には、ネジ穴を有するセットスクリュー（押さえネジ）４８が螺合され、このセットスクリュー４８は、テーパー孔４３に挿入されたテーパーピン４４の大径側端面を押さえることによって、テーパーピン４４を固定している。また、セットスクリュー４８を締め付けていくことによって、テーパー孔４３の内面にテーパーピン４４を強く密着させることができ、これにより、第１，第２分割体３０，３１の相対的な位置合わせが可能となり、特に第１，第２分割体３０，３１のシール面１６ａを面一に合わせることができる。

しかしながら、本実施形態の位置合わせ手段４６は、第１の実施形態のように、第１，第２分割体３０，３１を位置合わせした状態で仮止めすることはできず、連結ボルト４２を予め軽く締めておく必要があるため、作業性の点で第１の実施形態の方が有利であるといえる。
なお、第２の実施形態において、テーパー孔４３の小径孔４３ａは有底状であってもよい。また、押さえネジ４８は、頭付きであってもよい。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、上記実施形態では、回転側シール環１６に位置合わせ手段４６を設けているが、静止側シール環１５に位置合わせ手段４６を設けてもよい。また、本発明の分割型シール環は、２つの分割体３０，３１からなるものに限らず、３つ以上の分割体からなるものであってもよい。さらに、本発明の分割型シール環は、先行待機形ポンプに限らず種々の用途に適用することができ、勿論、無潤滑環境下で使用され得る用途以外にも適用することができる。

１２ シール装置
１６ 回転側シール環（分割型シール環）
１６ａ シール面
３０ 第１分割体
３０ａ 第１分割体の周方向端面（突き合わせ面）
３１ 第２分割体
３１ａ 第２分割体の周方向端面（突き合わせ面）
４１ ボルト孔
４２ 連結ボルト
４３ テーパー孔
４４ テーパーピン
４４ａ 雄ねじ部
４５ 固定ナット（固定具）
４６ 位置合わせ手段
４７ 雌ねじ孔
４８ 押さえネジ（固定具）

Claims (3)

1. 複数の分割体を環状に連結することによって構成され、かつ軸方向の一端面
   にシール面を有している分割型シール環であって、
   複数の分割体を相互に連結する六角穴付きの連結ボルトと、
   周方向に隣接する２つの分割体の突き合わせ面を通るように当該２つの分割体にわたって形成され前記連結ボルトと軸線が平行に設けられたテーパー孔と、
   前記テーパー孔の内面に密着状態で挿入されるテーパーピンと、
   前記テーパー孔に挿入された前記テーパーピンを固定する押えネジと、を備えており、
   前記テーパーピンと前記連結ボルトは一対となって、シール環の中心を基準として各分割体の点対称位置に設けられ、且つ当該連結ボルトはシール環の外周面から突出しないように構成され、
   前記テーパー孔が、当該２つの分割体を貫通するように形成され、
   当該２つの分割体のうち、前記テーパー孔の大径側が形成されている分割体に、当該テーパー孔の大径側に同軸心状に連通する雌ねじ孔が形成され、
   前記押えネジが、前記雌ねじ孔に螺合されるとともに、前記テーパーピンの大径側端面を押さえるように構成され、
   前記連結ボルトの頭部と前記押さえネジとは同一の分割体の外周部に位置しており、
   前記テーパーピンを前記テーパー孔に挿入し、前記押さえネジを前記連結ボルトと同方向から締め付けることによって前記テーパーピンを前記テーパー孔内に固定した状態で、前記押さえネジの下端部と雌ねじ孔の内底部との間に空間が形成されていることを特徴とする分割型シール環。
2. 前記テーパー孔の小径側が形成されている分割体の外周部には、前記テーパー孔の小径側の端部が開口する凹部が形成されている請求項１に記載の分割型シール環。
3. 前記テーパー孔は、当該分割型シール環の軸方向及び径方向に関して前記連結具よりも前記シール面から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の分割型シール環。

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