JP5608464B2 - ダブルシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、攪拌機といった回転機器に設けられるダブルシール構造に関するものである。

回転軸の軸心方向に並ぶ一対のシールを有して成るダブルシール構造としては、特許文献１に示される水中ポンプ用メカニカルシールや、特許文献２に示される軸封装置が知られている。特許文献１にて開示されるダブルシール構造は、回転軸に一体回転状態で外嵌される二つの回転密封輪と、ハウジングに支持される二つの静止密封輪と、回転軸に外装されて各回転密封輪を対応する静止密封輪に押し付けてそれぞれにシール部を形成するための二つの弾性機構（コイルバネ）とを設けて構成されている。

特許文献２にて開示されるダブルシール構造は、二つの回転密封輪と二つの静止密封輪と、二つの弾性機構とを設けている点は特許文献１のものと同様であるが、二つの回転密封輪が、回転軸に一体回転状態で外嵌される筒状のスリーブに外嵌装備されている点は異なっている。この特許文献２のものでは、特許文献１のもののように回転軸にスナップリング等の構成要素を組付けて支持させる必要がなく、単に回転軸をスリーブに差し込んで内嵌装備すれば良いから、構造は若干複雑にはなるがシール性や組付け性の点では有利である。

さて、特許文献２のもののように、機能上有利なスリーブを用いるダブルシール構造を持つ回転機器において、被シール流体として塩素ガス等の腐食性流体を扱う場合には、回転軸とスリーブとの隙間に対してもシールさせる必要があり、一般的には、スリーブの両端部（軸心方向での両端部）それぞれにおいてエラストマー製Ｏリングが配備される。この場合、腐食性流体に侵されないように、機内側Ｏリングについては耐食性に富む高価な弾性材料（例えば、パーフロロ系エラストマー）製とされるが、機内側Ｏリングからの浸透漏れを考慮して、大気側Ｏリングも同様に耐食性に富む高価な弾性材料製とされることが多い。

機内側Ｏリングから僅かにでも浸透漏れが生じると、回転軸とスリーブとの隙間部分は腐食性流体の雰囲気となり、回転軸の外周面やスリーブの内周面に腐食が起こり易くなる不都合がある。そこで、例えばスリーブを耐食性に富む高価な材料（ＡＬＬＯＹ―Ｃ２７６等）から形成しなければならない不利があるが、それでも定期的にスリーブ及び回転軸を新品に交換する必要があった。また、極微量であるにせよ、大気側Ｏリングからの浸透漏れにより、腐食性流体が大気中に漏洩するおそれもあった。

特開２００２−００５３０６号公報 特開２００２−２６７０２７号公報

本発明の目的は、さらなる構造の工夫により、回転軸に外嵌されるスリーブを有するダブルシール構造において、たとえ被シール流体が腐食性のものであっても、回転軸とスリーブとの隙間部分が早期に腐食してしまうことを抑制又は解消できるとともに、外部への漏洩おそれも回避できるように改善させる点にある。

請求項１に係る発明は、ダブルシール構造において、
回転軸１に一体回転状態で外嵌される筒状のスリーブ３と、
前記回転軸１の軸心Ｐ方向で前記スリーブ３の両端部のそれぞれにおいて、前記スリーブ３と前記回転軸１とに跨る状態で装備される一対のＯリング４，５と、
前記スリーブ３と一体回転する回転密封輪９、ハウジング２に支持される静止密封輪１１、及び前記回転密封輪９と前記静止密封輪１１とを互いに前記軸心Ｐ方向に押圧付勢してシール部ｍ１を形成するための弾性機構１３を備えて成る動圧型ドライガスシールの機内側メカニカルシールＳ１と、
前記スリーブ３に一体回転状態で外嵌される第２回転密封輪１０、前記ハウジング２に支持される第２静止密封輪１２、及び前記第２回転密封輪１０と前記第２静止密封輪１２とを互いに前記軸心Ｐ方向に押圧付勢して第２シール部ｍ２を形成するための第２弾性機構１９を有して成る動圧型ドライガスシールの第２メカニカルシールに構成される大気側シールＳ２と、
被シール流体ｅの圧よりも高い圧を有するシール用流体ｂを、前記機内側メカニカルシールＳ１と前記大気側シールＳ２と前記ハウジング２と前記スリーブ３とで囲まれるシール空間部６に供給すべく前記ハウジング２に形成される供給路７と、
前記一対のＯリング４，５間において前記シール空間部６に臨む状態で前記スリーブ３に形成される径方向の貫通孔８と、を備えて成り、
前記第１弾性機構１３は、前記スリーブ３に外装される環状の第１スプリングリテーナ１４と、これの小径フランジ部１４ａに前記軸心Ｐ方向へスライド移動可能に外嵌される第１リテーナ１５と、前記第１リテーナ１５を前記第１スプリングリテーナ１４に対して相対回動不能な状態で前記軸心Ｐ方向に押圧付勢すべくピン１６と複数のコイルバネとを設けて前記シール空間部６に臨む状態に構成され、
前記第２弾性機構１９は、前記スリーブ３に外装される環状の第２スプリングリテーナ１７と、これの小径フランジ部１７ａに前記軸心Ｐ方向へスライド移動可能に外嵌される第２リテーナ１８と、前記第２リテーナ１８を前記第２スプリングリテーナ１７に対して相対回動不能な状態で前記軸心Ｐ方向に押圧付勢すべくピンと複数のコイルバネ２０とを設けて前記シール空間部６に臨む状態に構成されることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のダブルシール構造において、前記一対のＯリング４，５が互いに大きさの異なるものに設定されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、機内側メカニカルシールと大気側シールとハウジングとスリーブとで囲まれるシール空間部に、被シール流体より高圧のシール用流体を供給することにより、貫通孔を介して回転軸とスリーブとの隙間もシール用流体で満たされるから、機内側Ｏリングから被シール流体が隙間に漏れることを防ぐことができる。
これにより、大気側Ｏリングから極微量の被シール流体が外部に漏れるおそれも解消させることができるとともに、隙間に面する回転軸外周部やスリーブ内周部の腐食が起こらないので、スリーブや回転軸の早期劣化を防止することができる。
その結果、さらなる構造の工夫により、回転軸に外嵌されるスリーブを有するダブルシール構造において、たとえ被シール流体が腐食性のものであっても、回転軸とスリーブとの隙間部分が早期に腐食してしまうことを抑制又は解消できるとともに、外部への漏洩おそれも回避できるように改善させることができる。

請求項１の発明によれば、機内側に加えて大気側もメカニカルシールに設定されるので、よりシール性が向上し、被シール流体として塩素ガス等の毒性、或いは腐食性流体を取り扱う場合にも有効となるダブルシール構造を提供することができる。

請求項２の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて述べるが、隙間には被シール流体が及ばないので、被シール流体に耐える高価な機内側Ｏリングに比べて、大気側Ｏリングは一般的な弾性材料製の廉価なもので済む利点があるが、それら一対のＯリングが互いに同じ大きさであると、組付時や交換時に間違って互いに反対に組付けられてしまうおそれがある。そうなると機内側Ｏリングとしての役を果たさず、シール装置としの機能不全を引き起こす原因になる。
そこで、互いに大きさの異なるＯリングに設定しておけば誤組付けが生じないようになり、組替えの手間なく所期するシール機能が発揮されるダブルシール構造を提供することができる。

本発明によるダブルシール構造の概要を示す模式図 実施例１によるダブルシール構造を示す断面図

以下に、本発明によるダブルシール構造の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は発明原理を簡略化して説明する図であり、図２は実際構成の一実施例を示す図である。尚、図１，２においては、互いに同じ機能を持つ箇所には同じ符号を付してある。

本発明によるダブルシール構造を採るダブルシール装置Ａの原理構造は、図１に示すように、軸心Ｐを有する回転軸１に外嵌されるスリーブ３とハウジング２とに亘り、機内側の第１メカニカルシール（機内側メカニカルシールの一例）Ｓ１と、大気側の第２メカニカルシール（大気側シールの一例）Ｓ２を設けて構成されている。
つまり、ダブルメカニカルシール構造（装置）である。各メカニカルシールＳ１，Ｓ２は、スリーブ３に外装される回転密封輪９，１０、及びハウジング２に支持される静止密封輪１１，１２を有して構成されている。筒状のスリーブ３の軸心Ｐ方向の両端部には、回転軸１の外周面１ａに作用する機内側及び機外側のＯリング４，５が装備されている。

第１及び第２メカニカルシールＳ１，Ｓ２、ハウジング２、及びスリーブ３で囲まれるドーナツ状のシール空間部６に、被シール流体（機内側流体）ｅの圧よりも高い圧を有するシール用流体ｂを供給するための供給路７がハウジング２に形成されている。
そして、スリーブ３における一対の一対のメカニカルシールＳ１，Ｓ２の間の大径筒部３Ａには、Ｏリング４，５間にてシール空間部６に臨む径方向の貫通孔８が形成されている。つまり、シール用流体ｂは、回転軸１とスリーブ３との径方向での扁平筒状の隙間（隙間空間）ａにも及ぶ構成となっている。

〔実施例１〕
図１に示す原理構造によるダブルシール構造の実施例１は、図２に示すように、ダブルシール装置Ａに適用されている。ダブルシール装置Ａは、回転軸１に外嵌される筒状のスリーブ３と回転軸１を囲繞するハウジング２とに跨って形成される第１及び第２メカニカルシールＳ１，Ｓ２を備えて構成されている。
ハウジング２は、機内側から第１，第２ケース部２Ａ，２Ｂ、互いに第２ケース部２Ｂに共締めされる第３，第４ケース部２Ｃ，２Ｄ、及び第４ケース部２Ｄにボルト止めされる第５ケース部２Ｅを有して形成されている。スリーブ３は、その大気側端部が止めネジ（図示省略）を用いて回転軸１の小径軸部１Ａに固定されており、機内側及び大気側の一対のＯリング４，５を介しての軸封状態で回転軸１に外装されている。

機内側の第１メカニカルシールＳ１は、第３ケース部２Ｃに支持される第１静止密封輪１１と、スリーブ３の機内側部分に第１スプリングリテーナ１４及び第１リテーナ１５を介して軸心Ｐ方向に移動可能に外装される第１回転密封輪（回転密封輪の一例）９と、第１回転密封輪９を第１静止密封輪１１に押付けて第１シール部ｍ１を形成するための第１弾性機構１３と、を有して構成されている。
第１弾性機構１３は、スリーブ３に外装される環状の第１スプリングリテーナ１４と、これの小径フランジ部１４ａに軸心Ｐ方向へスライド移動可能に外嵌される第１リテーナ１５と、第１リテーナ１５を第１スプリングリテーナ１４に対して相対回動不能な状態で軸心Ｐ方向に押圧付勢すべくピン１６と複数のコイルバネ（図示省略）とを設けて構成されている。第１回転密封輪９は、図示しないピンを用いて相対回動不能に第１リテーナ１５に内嵌支持されている。

第１スプリングリテーナ１４は、スリーブ３の大径筒部３Ａに隣接する機内側微大径部３ａに外嵌され、かつ、図示しないセットボルトで係止されている。スリーブ３の軸心Ｐ方向での中央領域における内径は若干大径化されており、回転軸１の外周面１ａとの間に隙間（隙間空間）ａが形成されている。
第１静止密封輪１１は、第３ケース部２Ｃのフランジ部１７に内嵌及び外嵌され、かつ、図示しないピンによって相対回動不能に支持されている。第１回転密封輪９の材料は一例としてＳｉｃが挙げられ、第１静止密封輪１１の材料は一例としてカーボンが挙げられる。

大気側の第２メカニカルシールＳ２は、第５ケース部２Ｅに支持される第２静止密封輪１２と、スリーブ３の大気側部分に第２スプリングリテーナ１７及び第２リテーナ１８を介して軸心Ｐ方向に移動可能に外装される第２回転密封輪１０と、第２回転密封輪１０を第２静止密封輪１２に押付けて第２シール部ｍ２を形成するための第２弾性機構１９と、を有して構成されている。
第２弾性機構１９は、スリーブ３に外装される環状の第２スプリングリテーナ１７と、これの小径フランジ部１７ａに軸心Ｐ方向へスライド移動可能に外嵌される第２リテーナ１８と、第２リテーナ１８を第２スプリングリテーナ１７に対して相対回動不能な状態で軸心Ｐ方向に押圧付勢すべくピン（図示省略）と複数のコイルバネ２０とを設けて構成されている。

第２回転密封輪１０は、ピン２１を用いて相対回動不能に第２リテーナ１８に内嵌支持されている。第２スプリングリテーナ１７は、スリーブ３の大径筒部３Ａに隣接する大気側微大径部３ｂに外嵌され、かつ、セットボルト２２を用いて係止されている。
第２静止密封輪１２は、第５ケース部２Ｅのフランジ部２３に内嵌及び外嵌され、かつ、ピン２４を用いて相対回動不能に支持されている。第２回転密封輪１０の材料は一例としてＳｉｃが挙げられ、第２静止密封輪１２の材料は一例としてカーボンが挙げられる。尚、図２において、スリーブ３のＯリング４，５以外のＯリングは全て符号ｒで示す。

このダブルシール装置Ａにおいては、第１メカニカルシールＳ１と第２メカニカルシールＳ２と、ハウジング２とスリーブ３とで囲まれるシール空間部６が形成されている。そして、そのシール空間部６に、被シール流体（被シール流体であって、塩素ガス等の毒性流体や腐食性流体）ｅの圧よりも少し高い圧を有するシール用流体（バリヤー流体、等）ｂを供給するための孔で成る供給路７がハウジング２に、詳しくは第４ケース部２Ｄに形成されている。
加えて、シール空間部６と隙間ａとを廉通させる貫通孔８が、スリーブ３の大径筒部３Ａに形成されている。尚、符記は省略するが、シール用流体ｂ等を外部排出可能な連通路（一点破線で示す）が第５ケース部２Ｅを径方向に貫通する状態で形成されている。
また、スリーブ３と第５ケース部２Ｅとの間には環状のブッシュ２５が嵌装されており、そのブッシュ２５の径方向貫通路（符記省略）と前記連通路とを連通させる傾斜路（一点破線で示す）が第５ケース部２Ｅに形成されている。

つまり、実施例１によるダブルシール構造は、回転軸１に一体回転状態で外嵌される筒状のスリーブ３と、回転軸１の軸心Ｐ方向でスリーブ３の両端部のそれぞれにおいて、スリーブ３と回転軸１とに跨る状態で装備される一対のＯリング４，５と、スリーブ３と一体回転する第１回転密封輪９、ハウジング２に支持される第１静止密封輪１１、及び第１回転密封輪９と第１静止密封輪１１とを互いに軸心Ｐ方向に押圧付勢して第１シール部ｍ１を形成するための第１弾性機構１３を備えて成る機内側メカニカルシールＳ１と、スリーブ３とハウジング２とに亘って構成される大気側シールＳ２と、被シール流体ｅの圧よりも高い圧を有するバリヤー流体ｂを、機内側メカニカルシールＳ１と大気側シールＳ２とハウジング２とスリーブ３とで囲まれるシール空間部６に供給すべくハウジング２に形成される供給路７と、一対のＯリング４，５間においてシール空間部６に臨む状態でスリーブ３に形成される径方向の貫通孔８と、を備えて構成されている。

図１，図２において、供給路７及び貫通孔８が無い構造（従来品）であると、機内側Ｏリング４から被シール流体ｅが隙間ａに微量浸入する浸透漏れが生じるので、回転軸１やスリーブ３は徐々に被シール流体雰囲気（腐食性ガス雰囲気）になる。そのため、大気側Ｏリング５もその被シール流体に犯されないように耐食性に優れる弾性材料、例えばパーフロロ系ゴム等の高価な材料を選定せざるを得ない。

一例として、被シール流体が塩素ガスである場合は、空気中の水分と反応して強酸性である塩酸となり、構造材である金属を腐食させる。とりわけ、ハロゲン、塩素ガスでは、雰囲気や流体中の水分作用により隙間ａの腐食を促進させ易い。また、二硫化硫黄などの硫黄酸化物や窒素酸化物は、近年の大気汚染問題でオゾン層を破壊するとして環境に有害な物質として認識されている。

これに対して、図１や図２に示す本発明によるダブルシール構造を採る場合には、以下のような作用や効果を得ることができる。即ち、被シール流体として塩素ガス等の腐食性ガスを取り扱う場合や、動圧型ドライガスシールを、加圧型デュアル構造に配置する場合において特に効果がある。
即ち、シール空間部６に窒素ガス又はドライエア等によるシール用流体ｂを被シール流体ｅよりも高い圧で供給すれば、隙間ａもシール用流体ｂが支配的（シール用流体ｂで満たされる）となる。

これにより、機内側Ｏリング４からの被シール流体ｅの隙間ａへの漏洩を防ぐことができ、故に、大気側Ｏリング５から極微量の被シール流体ｅが漏れるおそれも解消させることができるとともに、隙間ａ腐食が起こらないので、スリーブ３や回転軸１の早期劣化を防止することもできる。

但し、シール用流体ｂが大気側Ｏリング５から外部に漏れるおそれはあるが、シール用流体は無害なので、例え漏洩したとしても問題は生じない。つまり、１．被シール流体ｅの大気中への微量漏れが防止され、環境上や安全対策上で好ましいものになる。２．回転軸１とスリーブ３との隙間ａ部分の早期腐食が防止され、回転軸やスリーブの交換頻度を減少させ、コストや保守点検等の手間を削減可能になる。３．隙間ａに被シール流体ｅが浸入して来ないので、大気側Ｏリング５の材質グレードを下げることができ、コストダウンが可能になる。

また、スリーブ３と回転軸１との跨る一対のＯリング４，５を互いに大きさの異なるものに、例えば、図１に示すように、機内側Ｏリング４を大気側Ｏリング５よりも線径の太いものとしておくと好都合である。前述したように、隙間ａには被シール流体ｅが及ばないので、被シール流体ｅに耐えるべくフッ素樹脂等の高価な機内側Ｏリング４に比べて、大気側Ｏリング５は一般的なゴム材料製の廉価なもので済む利点がある。

しかしながら、それらＯリング４，５が互いに全く同じ大きさであると、組付時や交換時に間違って互いに反対に組付けられてしまうおそれがあり、そうなると機内側Ｏリングとしての役を果たさず、シール装置としの機能不全を引き起こすおそれが高い。従って、互いに大きさの異なるＯリング４，５に設定しておけば上記の誤組付けが生じないようになり、所期するシール機能が発揮されるダブルシール構造を提供することができる。

〔別実施例〕
大気側シールＳ２は、リップシール、ラビリンスシール、Ｏリング等、第２メカニカルシール（接触形メカニカルシール）以外の構造によるシールでも良い。

１ 回転軸
２ ハウジング
３ スリーブ
４ Ｏリング（機内側）
５ Ｏリング（大気側）
６ シール空間部
７ 供給路
８ 貫通孔
９ 回転密封輪
１０ 第２回転密封輪
１１ 静止密封輪
１２ 第２静止密封輪
１３ 弾性機構
１４ 第１スプリングリテーナ
１４ａ 小径フランジ部
１５ 第１リテーナ
１６ ピン
１７ 第２スプリングリテーナ
１７ａ 小径フランジ部
１８ 第２リテーナ
１９ 第２弾性機構
２０ コイルバネ
Ａ ダブルシール装置
Ｐ 軸心
Ｓ１ 機内側メカニカルシール
Ｓ２ 大気側シール（第２メカニカルシール）
ｂ シール用流体
ｅ 被シール流体
ｍ１ シール部
ｍ２ 第２シール部

Claims (2)

1. 回転軸に一体回転状態で外嵌される筒状のスリーブと、
   前記回転軸の軸心方向で前記スリーブの両端部のそれぞれにおいて、前記スリーブと前記回転軸とに跨る状態で装備される一対のＯリングと、
   前記スリーブと一体回転する回転密封輪、ハウジングに支持される静止密封輪、及び前記回転密封輪と前記静止密封輪とを互いに前記軸心方向に押圧付勢してシール部を形成するための弾性機構を備えて成る動圧型ドライガスシールの機内側メカニカルシールと、
   前記スリーブに一体回転状態で外嵌される第２回転密封輪、前記ハウジングに支持される第２静止密封輪、及び前記第２回転密封輪と前記第２静止密封輪とを互いに前記軸心方向に押圧付勢して第２シール部を形成するための第２弾性機構を有して成る動圧型ドライガスシールの第２メカニカルシールに構成される大気側シールと、
   被シール流体の圧よりも高い圧を有するシール用流体を、前記機内側メカニカルシールと前記大気側シールと前記ハウジングと前記スリーブとで囲まれるシール空間部に供給すべく前記ハウジングに形成される供給路と、
   前記一対のＯリング間において前記シール空間部に臨む状態で前記スリーブに形成される径方向の貫通孔と、を備えて成り、
   前記第１弾性機構は、前記スリーブに外装される環状の第１スプリングリテーナと、これの小径フランジ部に前記軸心方向へスライド移動可能に外嵌される第１リテーナと、前記第１リテーナを前記第１スプリングリテーナに対して相対回動不能な状態で前記軸心方向に押圧付勢すべくピンと複数のコイルバネとを設けて前記シール空間部に臨む状態に構成され、
   前記第２弾性機構は、前記スリーブに外装される環状の第２スプリングリテーナと、これの小径フランジ部に前記軸心方向へスライド移動可能に外嵌される第２リテーナと、前記第２リテーナを前記第２スプリングリテーナに対して相対回動不能な状態で前記軸心方向に押圧付勢すべくピンと複数のコイルバネとを設けて前記シール空間部に臨む状態に構成されるダブルシール構造。
2. 前記一対のＯリングが互いに大きさの異なるものに設定されている請求項１に記載のダブルシール構造。

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