JP5839716B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

本発明は、グランドパッキンと換装して取り付け可能なメカニカルシールに関する。

耐久性の向上、環境面への対策等などの理由により、グランドパッキンからメカニカルシールへの換装が行われる場合がある。グランドパッキンからメカニカルシールへの換装に適したメカニカルシールとしては、シール面が２以上に分割される分割型シールリングを有するメカニカルシールが提案されている（例えば特許文献１等参照）。分割型シールリングを用いれば、ベアリングボックス等を分解して回転軸の接続を解除しないでも、グランドパッキンからメカニカルシールへの換装を行うことができる。

しかし、従来技術に係る分割型のメカニカルシールは、インサイド型のメカニカルシールであるため、シールリングを収納するためのハウジングが必要となる。したがって、従来技術に係る分割型のメカニカルシールは、小型化に対して不利であり、グランドパッキンが取り付けられていたスペースを利用して換装を行うことができない場合があった。すなわち、このようなメカニカルシールは、スタフィングボックスとベアリングボックスの間の間隔が狭い場合には、換装の際にベアリングボックスを分解する必要が生じ、換装に手間が掛かる場合があった。

特表２００９−５３７７５９号公報

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、グランドパッキンと換装し、好適に取り付けることができるメカニカルシールを提供することである。

前記課題を解決するために、本発明に係るメカニカルシールは、
機内側部材と機外側部材の間で前記機内側部材と回転軸の間を動的にシールするメカニカルシールであって、
前記機内側部材と前記機外側部材との間で軸方向に延びる取付軸と、
前記機内側部材に隣接する静止側ケースと、
前記静止側ケースの外周面を周回するように取り付けられる静止側クランプリングと、
前記機外側部材側の端面に形成される静止側摺動面と、前記静止側ケースの内周側に位置しており前記機外側部材側に向かって径が拡大するように前記回転軸に対して斜めに配置される第１傾斜面とを有し、前記第１傾斜面と前記静止側ケースの内周面の間に挟まれる第１パッキンを介して前記静止側ケースに取り付けられる分割型の静止側シールリングと、
前記回転軸に固定される分割型の回転側ケースと、
前記回転側ケースの外周面を周回するように取り付けられる回転側クランプリングと、
前記機内側部材側の端面に形成され前記静止側摺動面と摺動する回転側摺動面と、前記回転側ケースの内周側に位置しており前記機内側部材側に向かって径が拡大するように前記回転軸に対して斜めに配置される第２傾斜面を有し、前記第２傾斜面と前記回転側ケースの内周面の間に挟まれる第２パッキンを介して前記回転側ケースに取り付けられる分割型の回転側シールリングと、を含み
前記静止側ケースが前記取付軸に対して固定されることを特徴とする。

本発明に係るメカニカルシールは、アウトサイド型のメカニカルシールであり、取付軸にて静止側ケースを固定するため、静止側シールリングおよび回転側シールリングを内周側に収納するハウジングを必要としない。したがって、本発明に係るメカニカルシールは小型化に適しており、スタフィングボックスとベアリングボックスの間が狭い場合であっても、グランドパッキンが取り付けられていたスペースを利用して好適に換装を行うことができる。また、静止側ケースや回転側ケースの割り止めとして作用する静止側クランプリングや回転側クランプリングも、ハウジングに覆われていないため、分解や調整が容易であり、メンテナンス性に優れている。

また、本発明に係るメカニカルシールは、静止側シールリングおよび回転側シールリングがＯリングを介して背面が浮いている形状であるため、部品数が少なくシンプルな構造を有している。したがって、本発明に係るメカニカルシールは、組立が容易であり、また、結晶性の流体をシールするような場合でも、良好な作動性を有する。

また、例えば、前記取付軸は外周面に螺旋溝を有していてもよく、
前記取付軸には前記螺旋溝に螺合される機内側ナットが備えられていてもよく、
前記静止側ケースは、前記静止側ケースの外周面に形成される第１溝部を有していてもよく、
前記静止側ケースは、前記静止側ケースと前記機内側ナットの間に配置され前記取付軸を跨いで前記第１溝部に係合される第１取付板を介して、前記機内側ナットによって前記機内側部材側に押し付けられて固定されてもよい。このような構造を有するメカニカルシールは、静止側ケースの取り付け構造がシンプルであり、静止側ケースを、機内側部材および取付軸に対して、容易に固定することができる。

また、例えば、前記回転側ケースは、前記回転側ケースの外周面に形成される第２溝部を有していてもよく、
前記回転側ケースは、前記取付軸を跨いで前記第２溝部に係合される第２取付板を介して、前記取付軸に対して一時的に固定可能であってもよく、
前記第２取付板は、前記機内側ナットと、仮固定位置に移動された前記機外側ナットに挟まれて、前記取付軸に一時的に固定されてもよい。

このような構造を有するメカニカルシールは、回転側ケースおよび回転側シールリングを、固定側ケースおよび固定側シールリングに対して容易に位置決めすることができるため、回転軸に対して容易に取り付けることができる。

前記機外側ナットは、換装されるグランドパッキンを抑えるためのグランド抑えを、前記機外側部材側に押し付けて固定しても良い。

このようなメカニカルシールは、グランド抑えをベアリングボックス側に押し付けて固定する機外側ナットを備えているため、グランドパッキンの装着時に使用していたグランド抑えを取り外すことなく、換装することができる。グランドパッキンを抑えるために使用されるグランド抑えは、分割型でないものが多く、分割型でないグランド抑えは、一度取り外すと、回転軸の接続を解除しないと再装着することができない。しかし、上述のような機外側ナット等を備えるメカニカルシールは、グランド抑えを取り外すことなく換装することができるため、グランドパッキンを機内側部材に再換装する場合にも、回転軸の接続を解除することなく、容易に行うことができる。したがって、このようなメカニカルシールは、換装後において再度グランドパッキンに戻す必要が生じた場合にでも、柔軟に対応することが可能であり、換装したメカニカルシールの作動不良に起因する装置停止のリスクを低減させることができる。なお、グランド抑えは、前記グランド抑えと前記機外側ナットの間に配置されるアダプタを介して、前記機外側部材側に押し付けられて固定されてもよい。

また、例えば、前記機外側ナットと前記機内側ナットは、同形状であってもよい。機外側ナットと機内側ナットを同形状とすることによって、部品の種類を減少させることが可能であり、このようなメカニカルシールは、組立が容易であり、また、コスト抑制効果を期待できる。

また、例えば、本発明に係るメカニカルシールは、前記静止側シールリングの外周面に巻きつけられた第１ワイヤと、前記回転側シールリングの外周面に巻きつけられた第２ワイヤと、を有していてもよい。第１ワイヤと第２ワイヤは、静止側シールリングまたは回転側シールリングの割れを防止することができる。

また、例えば、前記第１ワイヤは、前記第１ワイヤの一部分を撚り合わせて形成される第１緊迫力調整部を有してもよく、前記第２ワイヤは、前記第２ワイヤの一部分を撚り合わせて形成される第２緊迫力調整部を有してもよい。このようなメカニカルシールは、第１ワイヤおよび第２ワイヤによる静止側シールリングおよび回転側シールリングの緊迫力を、第１または第２緊迫力調整部におけるワイヤの撚り合わせ量を増減させることによって、容易に調整することができる。したがって、このようなメカニカルシールは、メンテナンス性に優れている。

図１は、本発明の一実施形態に係るメカニカルシールの縦断面図である。 図２は、図１に示すメカニカルシールの断面線II−IIに沿う断面図である。 図３は、図１に示すメカニカルシールが有する機内側ナットの断面図である。 図４は、図１に示すメカニカルシールが有する機内側ナットの正面図である。 図５は、図１に示すメカニカルシールが有する第１取付板の断面図および正面図である。 図６は、図１に示すメカニカルシールが有する第１ワイヤの一部を拡大した拡大図である。 図７は、変形例に係る第２取付板の断面図および平面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るメカニカルシール１７の縦断面図である。本実施形態に係るメカニカルシール１７は、例えばポンプ・攪拌機・ロータリージョイント等の軸封装置として用いることができる。メカニカルシール１７は、機内側部材１０と機外側部材１４の間に、グランドパッキンと換装して取り付けることができる。メカニカルシール１７は、機内側部材１０と回転軸１６の間を動的にシールする。メカニカルシール１７の装着状態を表す図１において、メカニカルシール１７の機内側に位置する機内側部材１０はスタフィングボックスであり、メカニカルシール１７の機外側に位置する機外側部材１４はベアリングボックスである。ただし、メカニカルシール１７の装着位置は、スタフィングボックスとベアリングボックスの間に限定されず、メカニカルシール１７は、その他の機内側部材と機外側部材の間に装着することもできる。

メカニカルシール１７は、静止側ケース１８、静止側クランプリング２６、静止側シールリング３４、回転側シールリング４４、回転側ケース５６、回転側クランプリング６６等を含む。メカニカルシール１７は、機内側部材１０から軸方向に突出するスタッドボルト１１を利用して取り付けられる。

スタッドボルト１１は、グランドパッキンを機内側部材１０に装着している時に、グランド抑え１５１を機内側部材１０に固定するために用いられるボルトである。スタッドボルト１１は、円柱状の外形状を有しており、スタッドボルト１１の表面には、ナットを螺合するためのスタッドボルト螺旋溝１３が形成されている。スタッドボルト１１は、機内側部材１０と機外側部材１４の間に位置するスタッドボルト先端部１２を有する。図２に示す例では、回転軸１６を中心として略対称の位置に配置される２本のスタッドボルト１１が、機内側部材１０に備えられている。しかし、メカニカルシール１７は、若干の形状変更を行うことで、スタッドボルト１１が３本以上備えられている機内側部材にも適用可能であることが明らかであり、このようなメカニカルシールも、本発明に含まれる。

図２は、図１に示す断面線II-IIに沿う断面図であり、メカニカルシール１７を軸方向から観察したものである。図２に示すように、回転軸１６の周辺に取り付けられるカラー７２のカラー本体部７４や、第１取付板７８は、回転軸１６に直交する平面に垂直な切断面によって、２分割されている。また、図２には示されていないが、図１に示す静止側ケース１８、静止側クランプリング２６の静止側クランプリング本体部２８、静止側シールリング３４、回転側シールリング４４、回転側ケース５６、回転側クランプリング６６の回転側クランプリング本体部７０等も、カラー本体部７４および第１取付板７８と同様に、回転軸１６に直交する平面に垂直な切断面によって２分割されている。

すなわち、メカニカルシール１７は、分割型のメカニカルシールであり、機外側部材１４等を分解して回転軸１６の接続を解除しないでも、機内側部材１０および回転軸１６に対して取り付けることができる。なお、本実施形態では、静止側シールリング３４および回転側シールリング４４等が２分割されるメカニカルシール１７を例に説明を行うが、メカニカルシール１７を構成する各部材の分割数はこれに限定されない。

図１に示すように、メカニカルシール１７は、静止側シールリング３４と回転側シールリング４４とを含む。静止側シールリング３４と回転側シールリング４４の間には動的シール面が形成される。すなわち、静止側シールリング３４は、機外側部材１４側の端面に形成される静止側摺動面３６を有し、回転側シールリング４４は、機内側部材１０側の端面に形成される回転側摺動面４６を有する。静止側摺動面３６と、回転側摺動面４６は、回転軸１６の回転に伴い互いに摺動し、動的シール面を形成する。

このように、メカニカルシール１７では、回転側シールリング４４が、静止側シールリング３４より機外側（機外側部材１４側）に配置されており、メカニカルシール１７は、密封流体の外周側に動的シール面を形成するアウトサイド型のメカニカルシールを構成する。メカニカルシール１７は、アウトサイド型のメカニカルシールであるため、インサイド型のメカニカルシールとは異なり、静止側シールリング３４および回転側シールリング４４を内周側に収納するハウジングを必要としない。

静止側シールリング３４は、第１パッキン３２を介して、静止側ケース１８に取り付けられている。静止側ケース１８は、回転軸１６に直交する平面に垂直な切断面によって２分割されている分割型のケースである。静止側ケース１８の外周面には、静止側クランプリング用溝部２０が形成されている。静止側クランプリング用溝部２０には、静止側ケース１８の割り止めを行うための静止側クランプリング２６が取り付けられる。

静止側クランプリング２６は、静止側クランプリング用溝部２０に、静止側ケース１８の外周面を周回するように取り付けられている。静止側クランプリング２６は、図２に示すカラー７２と同様に、２分割されている静止側クランプリング本体部２８と、２分割されている静止側クランプリング本体部２８を接続する静止側クランプリングボルト部３０によって構成される。静止側クランプリング２６は、静止側クランプリングボルト部３０をねじ込むことによって、静止側ケース１８を外周側から締め付け、静止側ケース１８の割り止めを行う。

静止側ケース１８は、機内側部材１０およびスタッドボルト１１に対して、第１取付板７８および機内側ナット９６を用いて固定される。静止側ケース１８の外周側には、静止側クランプリング用溝部２０に加えて、第１溝部２２が形成されている。第１溝部２２には、第１取付板７８の内周端部８２が係合される。

第１取付板７８は、スタッドボルト１１に螺合される機内側ナット９６と、静止側ケース１８の間に、スタッドボルト１１を跨いで配置される。図５は、第１取付板７８の断面図（図５（ａ））および正面図（図５（ｂ））である。第１取付板７８は、回転軸１６に直交する平面に垂直な切断面によって２分割されたリング状の形状を有している。第１取付板７８には、内周側に開くＵ字溝８０が形成されており、Ｕ字溝８０には、スタッドボルト１１が挿入される。また、第１取付板７８における機外側部材１４側の面であって、Ｕ字溝８０の周辺部分であるＵ字溝周辺部８４には、機内側ナット９６（図１）が接触する。

図１に示すように、機内側ナット９６は、スタッドボルト先端部１２から取り付けられ、スタッドボルト１１に螺合される。図３は、機内側ナット９６の縦断面図であり、図４は、機内側ナット９６を機外側部材１４側から観察した正面図である。図３および図４に示すように、機内側ナット９６は、中空の円筒状の外形状を有しており、機内側ナット９６の内周面には、スタッドボルト螺旋溝１３と螺合する内周側螺旋溝９８が形成されている。また、機内側ナット９６の外周面には、周方向に沿って９０度ごとに、締め付け用の治具を係合させるための面取り部９９が形成されている。

図１に示すように、機内側ナット９６は、第１取付板７８に対して、機外側部材１４側から接触し、第１取付板７８を機内側部材１０側に押し付ける。これにより、静止側ケース１８は、第１取付板７８を介して、機内側ナット９６によって機内側部材１０側に押し付けられる。このようにして、静止側ケース１８は、機内側部材１０およびスタッドボルト１１に対して固定される。なお、機内側部材１０と静止側ケース１８の間には、Ｏリング１５３が配置される。

静止側ケース１８は、機外側部材１４側の端部に、静止側ケース１８の外周部分が機外側部材１４側に突出して形成される静止側ケース突起部２４を有する。静止側ケース突起部２４の内周表面である静止側パッキン保持面２４ａは、静止側シールリング３４の第１傾斜面３８に対向している。静止側パッキン保持面２４ａは、機外側部材１４側に向かって内径が拡大するように、回転軸１６に対して斜めに配置されている。静止側パッキン保持面２４ａは、第１パッキン３２と接触し、第１パッキン３２を介して、静止側シールリング３４を支持する。

静止側シールリング３４は、静止側ケース１８等と同様に、回転軸１６に直交する平面に垂直な切断面によって２分割されており、分割型のシールリングである。

静止側シールリング３４は、静止側ケース１８の静止側ケース突起部２４の内周側に位置する第１傾斜面３８を有する。第１傾斜面３８は、静止側シールリング３４の外周面の一部であり、静止側ケース１８の静止側パッキン保持面２４ａと対向している。第１傾斜面３８は、機外側部材１４側に向かって外径が拡大するように、回転軸１６に対して斜めに配置されている。また、第１傾斜面３８は、第１パッキン３２と接触している。

第１パッキン３２は、断面が略楕円形のリング形状を有しており、静止側パッキン保持面２４ａと第１傾斜面３８の間に挟まれて、保持される。第１パッキン３２は、ゴムまたはエラストマのような弾性材料で構成される。このように、静止側シールリング３４は、第１傾斜面３８と静止側パッキン保持面２４ａとの間に挟まれる第１パッキン３２を介して、静止側ケース１８に取り付けられている。

ここで、第１パッキン３２の弾性力は、軸方向に対して斜めに配置された第１傾斜面３８に作用するため、第１パッキン３２は、静止側シールリング３４の静止側摺動面３６を回転側シールリング４４の回転側摺動面４６に向かって押し付ける軸方向の力を発生するとともに、静止側シールリング３４の割れを防ぐ径方向の力を発生する。また、第１パッキン３２は、静止側ケース１８と静止側シールリング３４の間をシールする２次シールの役割を果たす。

静止側シールリング３４の外周面における他の一部には、第１外周溝４０が形成されている。第１外周溝４０には、第１ワイヤ４２が配置されている。第１ワイヤ４２は、静止側シールリング３４の外周面に巻きつけられている。図６に示すように、第１ワイヤ４２は、第１ワイヤ４２の一部を撚り合わせて形成される第１緊迫力調整部４２ａを有している。メカニカルシール１７は、第１ワイヤ４２の撚り合わせ量を調整することにより、第１ワイヤ４２による静止側シールリング３４の緊迫力を調整し、静止側シールリング３４に作用する径方向の力（静止側シールリング３４の割れを防ぐ力）を容易に調整することができる。

回転側シールリング４４は、第２パッキン５４を介して、回転側ケース５６に取り付けられている。回転側ケース５６も、静止側ケース１８等と同様に、回転軸１６に直交する平面に垂直な切断面によって２分割されている分割型のケースである。回転側ケース５６の外周面には、回転側クランプリング用段差部５８が形成されている。回転側クランプリング用段差部５８には、回転側ケース５６の割り止めをする回転側クランプリング６６が取り付けられる。

回転側クランプリング６６は、回転側クランプリング用段差部５８に、回転側ケース５６の外周面を周回するように取り付けられている。回転側クランプリング６６は、図２に示すカラー７２と同様に、２分割されている回転側クランプリング本体部７０と、２分割されている回転側クランプリング本体部７０を接続する回転側クランプリングボルト部６８によって構成される。回転側クランプリング６６は、静止側クランプリング２６と同様に、回転側クランプリングボルト部６８をねじ込むことによって、回転側ケース５６を外周側から締め付け、回転側ケース５６の割り止めを行う。また、回転側クランプリング６６は、回転側ケース５６を、回転軸１６に対して締め付けて固定する役割を有していても良い。

回転側ケース５６および回転側クランプリング６６の機外側部材１４側には、カラー７２が配置される。カラー７２は、回転軸１６の外周面に固定される。カラー７２は、図２に示すように、回転軸１６に直交する平面に垂直な切断面によって２分割されているカラー本体部７４と、２分割されているカラー本体部７４を接続するカラーボルト部７６を有する。カラー７２は、カラーボルト部７６をねじ込むことによって、カラー本体部７４を回転軸１６の外周面に締め付けることによって、回転軸１６に固定される。

カラー７２は、回転側クランプリング６６および／または回転側ケース５６と接触もしくは係合しており、回転側ケース５６が、回転軸１６に対して相対移動することを防止する。

メカニカルシール１７は、回転側ケース５６を割り止めし、回転軸１６に固定するために、回転側クランプリング６６とカラー７２から成る２つのクランプリングを用いているが、回転側ケース５６を固定するために用いられるクランプリングの数は特に限定されない。たとえば、メカニカルシール１７は、回転側クランプリング６６のみによって回転側ケース５６を回転軸１６に固定する構成であってもよい。

回転側ケース５６は、機内側部材１０側の端部に、回転側ケース５６の外周部分が機内側部材１０側に突出して形成される回転側ケース突起部６２を有する。回転側ケース突起部６２は、静止側ケース突起部２４と、略対称な形状を有している。回転側ケース突起部６２の内周表面である回転側パッキン保持面６２ａは、回転側シールリング４４の第２傾斜面４８に対向している。回転側パッキン保持面６２ａは、機内側部材１０側に向かって内径が拡大するように、回転軸１６に対して斜めに配置されている。回転側パッキン保持面６２ａは、第２パッキン５４と接触し、第２パッキン５４を介して、回転側シールリング４４を支持する。

回転側シールリング４４は、回転側ケース５６等と同様に、回転軸１６に直交する平面に垂直な切断面によって２分割されており、分割型のシールリングである。

回転側シールリング４４は、静止側シールリング３４と同一の形状を有しており、動的シール面を基準として、静止側シールリング３４に対して対称になるように配置されている。回転側シールリング４４は、回転側ケース５６の回転側ケース突起部６２の内周側に位置する第２傾斜面４８を有する。第２傾斜面４８は、機内側部材１０側に向かって外径が拡大するように、回転軸１６に対して斜めに配置されている。また、第２傾斜面４８は、第２パッキン５４と接触している。

第２パッキン５４は、第１パッキン３２と同一の形状を有しており、動的シール面を基準として第１パッキン３２に対して対称になるように配置されている。第２パッキン５４は、回転側パッキン保持面６２ａと第２傾斜面４８の間に挟まれて保持される。第２パッキン５４の材質は、第１パッキン３２と同様である。このように、回転側シールリング４４は、第２傾斜面４８と回転側パッキン保持面６２ａとの間に挟まれる第２パッキン５４を介して、回転側ケース５６に取り付けられている。

第２パッキン５４の弾性力は、軸方向に対して斜めに配置された第２傾斜面４８に作用するため、第２パッキン５４は、第１パッキン３２と同様に、回転側シールリング４４の回転側摺動面４６を静止側シールリング３４の静止側摺動面３６に向かって押し付ける軸方向の力を発生するとともに、回転側シールリング４４の割れを防ぐ径方向の力を発生する。また、第２パッキン５４は、回転側ケース５６と回転側シールリング４４の間をシールする２次シールの役割を果たす。

回転側シールリング４４の外周面における他の一部には、第２外周溝５０が形成されている。第２外周溝５０には、第２ワイヤ５２が配置されている。第２ワイヤ５２は、回転側シールリング４４の外周面に巻きつけられている。第２ワイヤ５２は、第１ワイヤ４２と同様に、第２ワイヤ５２の一部を撚り合わせて形成される第２緊迫力調整部を有している。メカニカルシール１７は、第２ワイヤ５２の撚り合わせ量を調整することにより、第２ワイヤ５２による回転側シールリング４４の緊迫力を調整し、回転側シールリング４４に作用する径方向の力（回転側シールリング４４の割れを防ぐ力）を容易に調整することができる。

このように、メカニカルシール１７は、動的シール面を基準として、シールリング３４，４４、パッキン３２，５４、パッキン保持面２４ａ，６２ａが略対称に配置されたフローティング型のメカニカルシールである。

図１に示すように、スタッドボルト１１のスタッドボルト先端部１２付近には、機外側ナット９２が螺合されている。機外側ナット９２は、図３および図４に示す機内側ナット９６と同様の形状を有しており、内周側螺旋溝９４と、面取り部とを有する。

機外側ナット９２の機外側部材１４側には、アダプタ１３１が配置されている。アダプタ１３１は、中実の円筒形状を有している。アダプタ１３１における機内側部材１０側の端面には、機外側ナット９２の機外側部材１４側端部が係合されるナット係合段差部１３３が形成されている。

アダプタ１３１と機外側部材１４の間には、グランド抑え１５１が配置される。グランド抑え１５１は、グランドパッキンを機内側部材１０に装着している時、グランドパッキンを機内側部材内に押し込んだ状態で保持する部材である。したがって、グランド抑え１５１は、メカニカルシール１７によるシールには必要とされないが、グランドパッキンをメカニカルシール１７に代えて再換装する時に使用する。

グランド抑え１５１は、アダプタ１３１を介して、機外側ナット９２によって機外側部材１４に押し付けられて固定される。アダプタ１３１の軸方向の長さは、スタッドボルト先端部１２と機外側部材１４の間の距離に応じて調整される。また、スタッドボルト先端部１２と機外側部材１４の間の距離が短い場合には、アダプタ１３１を用いず、機外側ナット９２によってグランド抑え１５１を直接固定してもよい。

メカニカルシール１７を構成する各部材の材質は特に限定されないが、たとえば、ケース１８，５６、クランプリング２６，６６、取付板７８，８６、ナット９２，９６およびアダプタ１３１は、ステンレス等の金属材料、セラミック材料、硬質の樹脂材料等によって構成される。ワイヤ４２，５２の材質も特に限定されないが、ワイヤ４２，５２は、撚り合わせ量を容易に調整できるように、軟質の金属材料によって構成されることが好ましい。

また、静止側シールリング３４および回転側シールリング４４は、例えば、ステンレス等の金属、炭化珪素、カーボン、セラミック、硬質の樹脂等によって構成することができるが、特に限定されない。

以下に、図１に基づき、メカニカルシール１７を、グランドパッキンと換装して、機内側部材１０および回転軸１６に取り付ける手順を説明する。グランドパッキンが機内側部材１０に装着されているとき、グランド抑え１５１は、スタッドボルト１１に取り付けられたナット等によって、機内側部材１０側に押し付けられている。メカニカルシール１７の換装を行う際、まず、グランド抑え１５１を固定しているナット等をスタッドボルト１１から取り外し、グランド抑え１５１を機外側部材１４側に移動させてスタッドボルト１１から取り外す。さらに、機内側部材１０内に詰め込まれているグランドパッキンを取り出す。なお、回転軸１６に取り付けられているグランドパッキン用スリーブ１５５は、グランドパッキンを再換装する場合を考慮して、回転軸１６から取り外さない。

次に、静止側シールリング３４、第１パッキン３２および静止側ケース１８を、回転軸１６の外周に組み付け、静止側クランプリング２６によって静止側ケース１８を割り止めする。この際、第１パッキン３２は、切断された状態で回転軸１６の外周側に取り付けられ、その後再接続された後、静止側シールリング３４と静止側ケース１８の間に取り付けられる。さらに、第１取付板７８を、スタッドボルト１１の外周側から、スタッドボルト１１を跨いで静止側ケース１８に取り付ける。具体的には、第１取付板７８の内周端部８２を、静止側ケース１８の第１溝部２２に係合させる。その後、スタッドボルト先端部１２から、機内側ナット９６をスタッドボルト１１に螺合させ、機内側ナット９６によって第１取付板７８を機内側部材１０側に押し付けることによって、静止側ケース１８等を機内側部材１０およびスタッドボルト１１に対して固定する。

なお、静止側ケース１８と機内側部材１０の間には、Ｏリング１５３が取り付けられる。Ｏリング１５３は、第１パッキン３２と同様に、一度切断された状態で回転軸１６の外周側に取り付けられ、その後再度接続される。また、静止側シールリング３４が組み付けられた後、静止側シールリング３４の外周面には第１ワイヤ４２が巻きつけられる。

次に、回転側シールリング４４、第２パッキン５４および回転側ケース５６を、回転軸１６の外周に組み付け、回転側クランプリング６６によって回転側ケース５６を割り止めする。この際、第２パッキン５４は、第１パッキン３２と同様に、切断された状態で回転軸１６の外周側に取り付けられ、その後再接続される。さらに、第２取付板８６を、スタッドボルト１１の外周側から、スタッドボルト１１を跨いで回転側ケース５６に取り付ける。第２取付板８６は、図５に示す第１取付板７８と同様の形状を有している。また、回転側ケース５６の外周面には、動的シール面を基準として、第１溝部２２と対称となる位置に、第２溝部６０が形成されており、第２取付板８６の内周端部８８は、第２溝部６０に係合される。

その後、スタッドボルト先端部１２から、機外側ナット９２をスタッドボルト１１に螺合させ、機外側ナット９２によって、第２取付板８６を機内側ナット９６に押し付けることによって、回転側ケース５６をスタッドボルト１１に対して一時的に固定する。ここで、機内側ナット９６の軸方向の長さは、静止側ケース１８の第１溝部２２と回転側ケース５６の第２溝部６０の取り付け間隔に、等しくなるように設計されている。したがって、メカニカルシール１７は、第２取付板８６を、図１において破線で示す仮固定位置に移動させた機外側ナット９２と機内側ナット９６の間に挟んで仮固定することによって、回転側ケース５６および回転側シールリング４４を、容易に位置決めすることができる。

次に、カラー７２を回転軸１６に取り付け、回転側ケース５６および回転側シールリング４４等を、回転軸１６に固定する。回転側ケース５６をカラー７２によって回転軸１６に固定した後に、第２取付板８６は回転側ケース５６から取り外され、これによって、回転側ケース５６とスタッドボルト１１の間の一時的な固定が解除される。なお、回転側シールリング４４が組み付けられた後、回転側シールリング４４の外周面には第２ワイヤ５２が巻きつけられる。

次に、機外側ナット９２を機外側部材１４側に移動させ、アダプタ１３１を介してグランド抑え１５１を機外側部材１４に押し付けることによって、グランド抑え１５１を、スタッドボルト１１と機外側部材１４の間に固定する。このようにして、グランドパッキンからメカニカルシール１７への換装が完了する。なお、図１に示す状態にメカニカルシール１７を取り付けた後に、必要に応じて第１ワイヤ４２および第２ワイヤ５２の一部を撚り合わせ、静止側シールリング３４および回転側シールリング４４の割り面の密着性を高めても良い。

上述のように、メカニカルシール１７は、アウトサイド型のメカニカルシールであるため、回転側シールリング４４が静止側シールリング３４より機外側部材１４側に配置される構成となり、静止側シールリング３４および回転側シールリング４４を内周側に収納するハウジングを必要としない。したがって、メカニカルシール１７は小型化に適しており、メカニカルシール１７において、静止側ケース１８、静止側クランプリング２６、静止側シールリング３４、回転側ケース５６、回転側クランプリング６６および回転側シールリング４４は、全体がスタッドボルト１１より回転軸１６に近接する位置に配置される。したがって、メカニカルシール１７は、機内側部材１０と機外側部材１４の間における回転軸１６の限られたスペースに取り付けることが可能であり、取り付けスペースが狭い場合であっても、グランドパッキンが取り付けられていたスペースを利用して好適に換装を行うことができる。また、静止側ケース１８や回転側ケース５６の割り止めとして作用する静止側クランプリング２６や回転側クランプリング６６も、ハウジングに覆われていないため、分解や調整が容易であり、メンテナンス性に優れている。

また、メカニカルシール１７は、静止側シールリング３４および回転側シールリング４４がフローティングリングであるフローティング型のメカニカルシールであるため、部品数が少なくシンプルな構造を有している。したがって、メカニカルシール１７は、組立が容易であり、また、結晶性の流体をシールするような場合でも、良好な作動性を有する。さらに、メカニカルシール１７は、静止側シールリング３４と回転側シールリング４４、第１パッキン３２と第２パッキン５４とがそれぞれ同一形状であるため、部品の種類が少なく組立が容易であり、また、コスト低減効果を期待できる。

メカニカルシール１７は、グランド抑え１５１を機外側部材１４側に押し付けて固定する機外側ナット９２を備えているため、グランドパッキンの装着時に使用していたグランド抑え１５１を取り外すことなく、換装することができる。そのため、メカニカルシール１７は、グランドパッキンを機内側部材１０に再換装する場合にも、回転軸１６の接続を解除することなく、容易に行うことができる。したがって、メカニカルシール１７は、換装後において再度グランドパッキンに戻す必要が生じた場合にでも、柔軟に対応することが可能であり、換装したメカニカルシール１７の作動不良に起因する装置停止のリスクを低減させることができる。

メカニカルシール１７は、第１ワイヤ４２と第２ワイヤ５２によって、静止側シールリング３４または回転側シールリング４４における割り面の密着性を高めることができる。また、メカニカルシール１７は、メカニカルシール１７の外周に露出している第１または第２緊迫力調整部４２ａにおけるワイヤの撚り合わせ量を増減させることによって、第１ワイヤ４２および第２ワイヤ５２による静止側シールリング３４および回転側シールリング４４の緊迫力を容易に調整することができる。

その他の実施形態
上述の実施形態に係るメカニカルシール１７において、第２取付板８６は、第１取付板７８と同形状であるが、第２取付板８６の形状はこれに限定されない。例えば、他の実施形態に係るメカニカルシールでは、図７に示すような第２取付板１８６が用いられる。第２取付板１８６は、図５に示す第１取付板７８（第２取付板８６と同形状）より形状がシンプルであるが、第２取付板８６と同様の作用効果を奏する。また、上述の実施形態に係るメカニカルシール１７において、スタッドボルト１１の機内側部材１０側の端部は、機内側部材１０に固定されており、静止側ケース１８を取り付けるスタッドボルト１１は、機内側部材１０から機外側部材１４側へ向かって突出している。しかし、メカニカルシール１７の装着の態様はこれに限定されず、静止側ケース１８は、機内側部材１０及び機外側部材１４のいずれか一方に接続されており軸方向に沿って突出する取付軸に取り付けることができる。例えば、静止側ケース１８は、機外側部材１４側の端部が機外側部材１４に固定されており機外側部材１４から機内側部材１０側へ向かって突出する取付軸に固定されても良い。

１０…機内側部材
１１…スタッドボルト
１４…機外側部材
１６…回転軸
１７…メカニカルシール
１８…静止側ケース
２０…静止側クランプリング用溝部
２２…第１溝部
２４…静止側ケース突起部
２４ａ…静止側パッキン保持面
２６…静止側クランプリング
３２，５４…パッキン
３４…静止側シールリング
３６…静止側摺動面
３８…第１傾斜面
４０…第１外周溝
４２，５２…ワイヤ
４４…回転側シールリング
４６…回転側摺動面
４８…第２傾斜面
５０…第２外周溝
５６…回転側ケース
５８…回転側クランプリング用段差部
６０…第２溝部
６２…回転側ケース突起部
６２ａ…回転側パッキン保持面
６６…回転側クランプリング
７２…カラー
７８，８６…取付板
９２…機外側ナット
９６…機内側ナット
１３１…アダプタ
１５１…グランド抑え
１５３…Ｏリング

Claims (7)

1. 機内側部材のスタフィングボックスに装着され、グランド抑えに保持されるグランドパッキンと換装して取り付けることが可能であり、前記機内側部材と機外側部材のベアリングボックスとの間に取り付けられ前記機内側部材と回転軸との間を動的にシールするアウトサイド型で分割型のメカニカルシールであって、
   前記機内側部材に備えられ、前記機内側部材と前記機外側部材との間で軸方向に延びる取付軸と、
   前記機内側部材に隣接し、前記回転軸に直交する平面に垂直な切断面によって分割されている静止側ケースと、
   前記静止側ケースの外周面を周回するように取り付けられ、前記静止側ケースの割り止めを行う静止側クランプリングと、
   前記機外側部材側の端面に形成される静止側摺動面と、前記静止側ケースの内周側に位置しており前記機外側部材側に向かって径が拡大するように前記回転軸に対して斜めに配置される第１傾斜面とを有し、前記第１傾斜面と前記静止側ケースの内周面の間に挟まれる第１パッキンを介して前記静止側ケースに取り付けられる分割型の静止側シールリングと、
   前記回転軸に固定される分割型の回転側ケースと、
   前記回転側ケースの外周面を周回するように取り付けられる回転側クランプリングと、
   前記機内側部材側の端面に形成され前記静止側摺動面と摺動する回転側摺動面と、前記回転側ケースの内周側に位置しており前記機内側部材側に向かって径が拡大するように前記回転軸に対して斜めに配置される第２傾斜面を有し、前記第２傾斜面と前記回転側ケースの内周面の間に挟まれる第２パッキンを介して前記回転側ケースに取り付けられる分割型の回転側シールリングと、を含み、
   前記静止側摺動面と前記回転側摺動面は前記回転軸の回転に伴い互いに摺動し動的シール面を形成すると共に、前記静止側ケースが前記機内側部材および前記取付軸に対して固定されることを特徴とするメカニカルシール。
2. 前記取付軸は外周面に螺旋溝を有し、
   前記取付軸には前記螺旋溝に螺合される機内側ナットが備えられており、
   前記静止側ケースは、前記静止側ケースの外周面に形成される第１溝部を有し、
   前記静止側ケースは、前記静止側ケースと前記機内側ナットの間に前記取付軸を跨いで配置され、且つ、前記第１溝部に係合される第１取付板を介して、前記機内側ナットによって前記機内側部材側に押し付けられて固定され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。
3. 前記回転側ケースは、前記回転側ケースの外周面に形成される第２溝部を有し、
   前記回転側ケースは、前記取付軸を跨いで前記第２溝部に係合される第２取付板を介して、前記取付軸に対して一時的に固定可能であり、
   前記第２取付板は、前記機内側ナットと、前記取付軸の前記螺旋溝に螺合され仮固定位置に移動された機外側ナットに挟まれて、前記取付軸に一時的に固定され、前記回転側ケースと前記回転側シールリングが位置決めされ、前記回転側ケースと前記回転側シールリングが前記回転軸に固定された後、前記第２取付板は前記回転側ケースから取り外されることを特徴とする請求項２に記載のメカニカルシール。
4. 前記機外側ナットは、前記グランド抑えを前記機外側部材側に押し付けて、前記取付軸と前記機外側部材の間に前記グランド抑えを固定することを特徴とする請求項３に記載のメカニカルシール。
5. 前記機外側ナットと前記機内側ナットは、同形状であることを特徴とする請求項４に記載のメカニカルシール。
6. 前記静止側シールリングが組付けられた後に前記静止側シールリングの外周面に巻きつけられた第１ワイヤと、
   前記回転側シールリングが組付けられた後に前記回転側シールリングの外周面に巻きつけられた第２ワイヤと、を有する請求項１に記載のメカニカルシール。
7. 前記第１ワイヤは、前記第１ワイヤの一部分を撚り合わせて形成される第１緊迫力調整部を有し、
   前記第２ワイヤは、前記第２ワイヤの一部分を撚り合わせて形成される第２緊迫力調整部を有する請求項６に記載のメカニカルシール。

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