JP5867824B2 - 分割型メカニカルシール - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ（海水淡水化用ポンプ、灌漑用ポンプ、各種産業用ポンプ）、ブロアやコンプレッサ等の回転機器に装備されるメカニカルシールであって、特に、シールケース側の第１密封環及び回転軸側の第２密封環の少なくとも一方を周方向に分割された分割型密封環となした分割型メカニカルシールに関するものである。

この種の分割型メカニカルシールは、一般に、第１及び第２密封環をシールケース内に配置して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により当該相対回転摺接部分の外周側領域たる被密封流体領域とその内周側領域たる非密封流体領域とを遮蔽するように構成したインサイド型メカニカルシール（例えば、特許文献１の図２を参照）と、第２密封環をシールケース外の非密封流体領域に配置して、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により当該相対回転摺接部分の内周側領域たる被密封流体領域とその外周側領域たる非密封流体領域とを遮蔽するように構成したアウトサイド型メカニカルシール（例えば、特許文献２の図２を参照）とに大別される。このような分割型メカニカルシールは、これが大型のものである場合にもメンテナンス作業を含む分解，組立作業を容易に行うことができ、大型縦軸ポンプ等の軸封手段として好適するものである。

しかし、インサイド型メカニカルシールでは、シールケースを分割型のものとしておく必要があり、しかもシールケースには被密封流体による内圧が作用することから、アウトサイド型メカニカルシールに比して、シールケースが複雑化，大型化することになり、シールケースの分解，組立を含むメンテナンス作業に多大な労力を必要としていた。

一方、アウトサイド型メカニカルシールでは、シールケースを非分割型のものとできるから、メンテナンス作業も分割型密封環のみの分解，組立で済み、メンテナンス作業に要する労力負担が小さく、分割型メカニカルシールとして実用性に優れる。

すなわち、従来のアウトサイド型メカニカルシールにあっては、例えば、特許文献２の図２〜図４に示す如く、シールケース側の第１密封環を周方向に分割して複数の円弧状セグメントに分離構成した分割型密封環となし、緊縛リングを、第１密封環を内嵌した状態で、シールケースに保持したリテーナリングに軸線方向に締め付け自在に取り付けて、緊縛リングをリテーナリングへと締め付けることにより、分割型密封環を円弧状セグメントの端面同士が衝合する円環状形態に緊縛保持させてあり、緊縛リングのリテーナリングへの脱着を行うことにより当該分割型密封環の分解，組立を容易に行うことができる。

特開平７−１９８０４３号公報 特開２００４−２５１３７６公報

しかし、上記した従来のアウトサイド型メカニカルシール（以下「従来シール」という）では、分割型密封環が金属製の緊縛リングによって直接的に緊縛されているため、緊縛リングのリテーナリングへの締め付けが過剰である場合には、つまり緊縛リングによる分割型密封環の緊縛力が過剰である場合には、円弧状セグメントに歪が生じて（極端な場合にはセグメントが破損して）、当該密封環の分割部分（円弧状セグメントの端面衝合部分）から被密封流体が漏洩する虞れがある。逆に、緊縛リングのリテーナリングへの締め付けが不十分で、緊縛リングによる第１密封環の緊縛力が不足する場合には、分割型密封環に作用する内圧（第１密封環の内周面に作用する被密封流体の圧力）によって円弧状セグメントの端面衝合部分が開き、被密封流体が漏洩する虞れがある。さらに、緊縛リングにより分割型密封環を円弧状セグメントの端面同士が適正に衝合する円環状形態に緊縛させる作業にはかなりの熟練を有することから、円弧状セグメントの端面同士が軸線方向及び／又は径方向にズレを生じた状態で緊縛されてしまう虞れがある。

したがって、従来シールでは、分割型密封環を適正に組み立てることが困難であり、上記した問題に起因して良好なシール機能を行い得ない場合があった。上記した問題は、特に、分割型密封環をセラミックス等の脆性材やカーボン等の軟質材で構成した場合や被密封流体の圧力が高い場合において顕著に生じる。

なお、従来からも、過重な緊縛力等により相手密封環との接触面である密封端面に歪が生じた場合、当該メカニカルシールの組立時や分割型密封環の分解，交換を行うメンテナンス時に、当該密封端面を所謂摺り合わせ作業により修正するか、当該密封端面の径方向幅を極端に小さく設定して、正規の運転に先駆けて所謂馴染み運転を行うことが試みられているが、このような摺り合わせ作業や馴染み運転は、高度の熟練を必要とするためユーザサイドでは行い難いものであり、また作業者にも過大な負担を強いることになり、極めて大きな経済的負担が発生する可能性もある。また、密封端面の径方向幅を極端に小さく設定した分割型メカニカルシールは、ドライ条件下での馴染み運転を行い難いことから、例えば、相当時間の気中運転を行うことがある先行待機運転形ポンプ等の軸封手段として採用することができず、その用途が大幅に制限されることになる。

本発明は、アウトサイド型メカニカルシールにおける上記のような問題を解決すべくなされたもので、分割型密封環をその密封端面に歪を生じることなく適正な環状形態に緊縛保持しておくことができる分割型メカニカルシールを提供することを目的とするものである。

本発明は、シールケース側に設けられた第１密封環及びシールケースを洞貫する回転軸に設けられた第２密封環の少なくとも一方を周方向に分割された分割型密封環となして、この分割型密封環を、シールケース又は回転軸に軸線方向に移動可能な状態又は移動不能な状態で保持されたリテーナリングにこれに取り付けた緊縛リングによって円環状に緊縛された状態で固定保持させ、第１密封環と第２密封環との対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により当該相対回転摺接部分の内周側領域たる被密封流体領域とその外周側領域たる非密封流体領域とを遮蔽シールするように構成された分割型メカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、環板状の端面シール部とその外周縁部に連なる筒状の周面シール部とからなる袋形状に一体成形された弾性シール部材を、分割型密封環の基端面とこれに軸線方向おいて対向するリテーナリングの密封環保持面との間に端面シール部が挟圧された状態で且つ分割型密封環の外周面とこれに外嵌する緊縛リングの内周面との間に周面シール部が挟圧された状態で、分割型密封環とリテーナリング及び緊縛リングとの間に装填させてあり、端面シール部の内周縁部に形成した環状の係合凸部をリテーナリングの密封環保持面の内周縁部に形成した環状の係合凹部に係合させることにより、弾性シール部材をリテーナリングに係合保持するように構成しておくことを提案するものである。

かかる分割型メカニカルシールにあっては、緊縛リングがリテーナリングに軸線方向に締め付け自在に取り付けられており、周面シール部を挟圧している分割型密封環と緊縛リングとの対向周面を、緊縛リングのリテーナリングへの締め付け方向に漸次拡大する截頭円錐状のテーパ面に構成すると共に、周面シール部を挟圧している分割型密封環とリテーナリングとの対向端面を軸線に直交する環状平面に構成して、緊縛リングをリテーナリングへと締め付けることにより、当該分割型密封環を、リテーナリングの密封環保持面に端面シール部を介して押圧保持させると共に緊縛リングの内周面に周面シール部を介して嵌合保持させるようにしておくことが好ましい。また、分割型密封環及びリテーナリングと端面シール部との摩擦係合力及び／又は分割型密封環及び緊縛リングと周面シール部との摩擦係合力によって、分割型密封環とリテーナリングとの相対回転が阻止されるように構成しておくことが好ましい。さらに、第１密封環が分割型密封環に構成される場合にあっては、第１密封環を固定保持するリテーナリングがシールケースに軸線方向移動可能に保持されると共に、当該リテーナリングとシールケースとの間に、第１密封環を第２密封環へと押圧附勢するスプリング部材が介装されていることが好ましく、第２密封環が分割型密封環に構成されている場合にあっては、第２密封環を固定保持するリテーナリングが回転軸に固定保持されていることが好ましい。

本発明の分割型メカニカルシールにあっては、環板状の端面シール部とその外周縁部に連なる筒状の周面シール部とからなる弾性シール部材を、分割型密封環の基端面とこれに軸線方向おいて対向するリテーナリングの密封環保持面との間に端面シール部が挟圧された状態で且つ分割型密封環の外周面とこれに外嵌する緊縛リングの内周面との間に周面シール部が挟圧された状態で、分割型密封環とリテーナリング及び緊縛リングとの間に装填させるようにしたから、緊縛リングによる緊縛力に過不足がある場合や当該分割型密封環に作用する内圧が高い場合にも、従来シールのように分割面が開いたり密封端面に歪が生じたりすることがなく、分割型密封環をその分割面が径方向及び軸線方向にズレを生じることなく適正な円環状形態に組み立てておくことができる。したがって、本発明の分割型メカニカルシールによれば、摺り合わせ作業や馴染み運転を必要とせず、当該メカニカルシールの組立や分割型密封環の分解，交換を含むメンテナンス作業を容易且つ効率よく経済的に行うことができる。

図１は本発明に係る分割型メカニカルシールの一例を示す縦断側面図である。 図２は図１の要部を拡大して示す詳細図である 図３は図１のIII−III線に沿う縦断背面図である。 図４は図１のIV−IV線に沿う縦断背面図である。 図５は図１のＶ−Ｖ線に沿う縦断正面図である。 図６は図１のVI−VI線に沿う縦断正面図である。 図７は本発明に係る分割型メカニカルシールの変形例を示す縦断側面図である。 図８は図７の要部を拡大して示す詳細図である 図９は図８のIX−IX線に沿う要部の縦断背面図である。 図１０は図８のＸ−Ｘ線に沿う要部の縦断正面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る分割型メカニカルシールの一例を示す縦断側面図であり、図２は図１の要部を拡大して示す詳細図であり、図３は図１のIII−III線に沿う縦断背面図であり、図４は図１のIV−IV線に沿う縦断背面図であり、図５は図１のＶ−Ｖ線に沿う縦断正面図であり、図６は図１のVI−VI線に沿う縦断正面図である。なお、以下の説明において、前後とは図１及び図２における左右を意味するものとする。

図１に示す分割型メカニカルシールは、回転機器のハウジング（ポンプハウジング等）１に取り付けられたシールケース２と、シールケース２に第１リテーナリング３及び第１緊縛リング４を介して軸線方向（前後方向）に移動自在に且つ相対回転不能に保持された第１密封環５と、当該回転機器の回転軸（インペラ軸等）６に第２リテーナリング７及び第２緊縛リング８を介して固定された第２密封環９と、シールケース２と第１リテーナリング３との間に介装されて、第１密封環５を第２密封環９に押圧接触させるべく軸線方向へと附勢するスプリング部材１０とを具備して、両密封環５，９の対向端面たる密封端面５ａ，９ａの相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分５ａ，９ａの内周側領域である被密封流体領域（ハウジング１内に連通する領域）Ａとその外周側領域である非密封流体領域（ハウジング１外の大気領域）Ｂとを遮蔽シールするように構成された端面接触型のアウトサイド型メカニカルシールである。

シールケース２は、図１に示す如く、回転軸６より大径の内周部２ａを有する断面Ｌ字状の金属製の非分割の円環状体であり、回転軸６が同心状に貫通する状態でハウジング１に取り付けられている。

第１密封環５は、図１及び図２に示す如く、先端面（前端面）を軸線に直交する平滑環状面である密封端面５ａとし且つ外周面を基端方向（後方）に漸次拡径する截頭円錐状のテーパ面５ｂに構成した円環状体であり、周方向に複数（この例では２個）の円弧状セグメント１１，１２に分割された分割型密封環に構成されている。すなわち、第１密封環５は、図３及び図４に示す如く、第１緊縛リング４により分割面（円弧状セグメント１１，１２の周方向端面）１１ａ，１２ａが衝合された円環状形態に緊縛保持されると共に、図１に示す如く、第１リテーナリング３に固定保持されており、第１リテーナリング３を介してシールケース２に軸線方向移動可能に保持されている。第１密封環５の基端面（後端面）５ｃは、軸線に直交する環状平面に構成されている。

第１リテーナリング３は、図１に示す如く、筒状の保持部３ａとその先端部（前端部）に一体形成された環状のフランジ部３ｂとからなる金属製の非分割の円筒体であり、保持部３ａをシールケース２の内周部２ａにＯリング１３を介して軸線方向移動可能に保持されている。第１リテーナリング３は、フランジ部３ｂの外周側に形成した係合孔３ｃにシールケース２に突設したドライブピン１４を係合させることにより、所定範囲での軸線方向移動を許容された状態でシールケース２に対する相対回転を阻止されている。第１リテーナリング３の先端部（前端部）における内周側部分つまりフランジ部３ｂの先端部における内周側部分には環状突起３ｄが形成されており、この環状突起３ｄの先端面は軸線に直交する環状平面であって第１密封環５の基端面５ｃを軸線方向に受け止め保持する密封環保持面３ｅに構成されている。

第１緊縛リング４は、図１、図３及び図４に示す如く、金属製の非分割の円環状体であり、基端部（後端部）を第１リテーナリング３の環状突起３ｄに軸線方向移動可能に嵌合保持させると共に、基端部に挿通保持させた適当数（１個のみ図示）の締付ボルト１５を第１リテーナリング３のフランジ部３ｂに螺合させることにより、リテーナリング３に軸線方向に締め付け自在に取り付けられている。第１緊縛リング４の先端部（前端部）の内周面には、第１密封環５の外周面（テーパ面）５ｂに対応するテーパ面、つまり基端方向（後方）に漸次拡径する截頭円錐状のテーパ面４ａが形成されている。

スプリング部材１０は、図１に示す如く、第１リテーナリング３のフランジ部３ｂに形成した貫通孔３ｆに軸線方向移動可能に嵌挿保持されたスプリング受体１６とシールケース２との間に介装されたコイルスプリングである。このスプリング部材１０による第１密封環５の第２密封環９への押圧接触力は、第１緊縛リング４に貫通状に螺合されて貫通孔３ｆに突出する調整ボルト１７を螺送することにより、任意に調整することができる。

第２密封環９は、第１密封環５と同様の分割型密封環に構成されたものである。すなわち、第２密封環９は、図１に示す如く、先端面（後端面）を軸線に直交する平滑環状面である密封端面９ａとし且つ外周面を基端方向（前方）に漸次拡径する截頭円錐状のテーパ面９ｂに構成した円環状体であり、周方向に複数（この例では２個）の円弧状セグメント１８，１９に分割されていて、図５及び図６に示す如く、第２緊縛リング８により分割面（円弧状セグメント１８，１９の周方向端面）１８ａ，１９ａが衝合された円環状形態に緊縛保持されると共に第２リテーナリング７に固定保持されており、第２リテーナリング７を介して回転軸６に固定されている。第２密封環９の基端面（前端面）９ｃは、軸線に直交する環状平面に構成されている。なお、第１及び第２密封環５，９は、シール条件等に応じて、共に炭化珪素等のセラミックスや超合金等の硬質材で構成されるか、或いは一方を炭化珪素等のセラミックスや超硬合金等の硬質材で構成すると共に他方をこれより軟質のカーボン等で構成する。この例では、両密封環５，９を炭化珪素等のセラミックスで構成してある。

第２リテーナリング７は周方向に２分割された金属製の円筒体であり、図１に示す如く、締結ボルト２０によりリング状に締結されて回転軸６に嵌合すると共に、リテーナリング７に螺合させた適当数（１個のみ図示）のセットスクリュー２１を回転軸６へと締め付けることにより、回転軸６に固定されている。第２リテーナリング７の先端部（後端部）における内周側部分には環状突起７ａが形成されており、この環状突起７ａの先端面は軸線に直交する環状平面であって第２密封環９の基端面９ｃを軸線方向に受け止め保持する密封環保持面７ｂに構成されている。

第２緊縛リング８は、図１、図５及び図６に示す如く、金属製の非分割の円環状体であり、基端部（前端部）を第２リテーナリング７の環状突起７ａに軸線方向移動可能に嵌合保持させると共に、第２リテーナリング７に挿通させた適当数（１個のみ図示）の締付ボルト２２を第２緊縛リング８に螺合させることにより、第２リテーナリング７に軸線方向に締め付け自在に取り付けられている。第２緊縛リング８の先端部（後端部）の内周面には、第２密封環９の外周面（テーパ面）９ｂに対応するテーパ面、つまり基端方向（前方）に漸次拡径する截頭円錐状のテーパ面８ａが形成されている。

而して、第１密封環５は、第１緊縛リング４を第１リテーナリング３に取り付けることにより、第１リテーナリング３及び第１緊縛リング４との間に第１弾性シール部材２３を介在した状態で、第１リテーナリング３に固定されている。また、第２密封環９は、第２緊縛リング８を第２リテーナリング７に取り付けることにより、第２リテーナリング７及び第２緊縛リング８との間に第２弾性シール部材２４を介在した状態で、第２リテーナリング７に固定されている。

各弾性シール部材２３，２４は、図１〜図６に示す如く、環板状の端面シール部２５，２７とその外周縁部に連なる筒状の周面シール部２６，２８とからなる袋形状にゴム等の非圧縮性弾性材で一体成形されたものであり、第１弾性シール部材２３は、第１密封環５の基端面５ｃとこれに軸線方向おいて対向する第１リテーナリング３の密封環保持面３ｅとの間に端面シール部２５が挟圧された状態で且つ第１密封環５の外周面５ｂとこれに外嵌する第１緊縛リング４の内周面４ａとの間に周面シール部２６が挟圧された状態で、第１密封環５と第１リテーナリング３及び第１緊縛リング４との間に装填されている。端面シール部２５及び周面シール部２６は夫々均一厚みを有するものであり、端面シール部２５の厚みを周面シール部２６の厚みより若干厚く設定してある。

而して、密封環５，９とリテーナリング３，７との相対回転は、密封環５，９及びリテーナリング３，７と端面シール部２５，２７との摩擦係合力及び／又は密封環５，９及び緊縛リング４，８と周面シール部２６，２８との摩擦係合力によって阻止される。また、密封環５，９とリテーナリング４，７との間は、主として弾性シール部材２３，２４の端面シール部２５，２７によってシール（二次シール）され、補助的に周面シール部２６，２８によってもシールされる。また、端面シール部２５の内周縁部に断面方形状をなす環状の係合凸部２５ａを形成して、この係合凸部２５ａを第１リテーナリング３の密封環保持面３ｅの内周縁部に形成した環状の係合凹部であって係合凸部２５ａの断面形状に一致する断面形状の係合凹部３ｇに係合させることによって、第１弾性シール部材２３を端面シール部２５が密封環保持面３ｅに衝合する状態で第１リテーナリング３に係合保持（仮止め）しうるようになっている。さらに、周面シール部２６は、第１密封環５の外周面５ｂにフィットした状態で嵌合できるように、当該外周面５ｂの形状に略一致する先窄まりの円筒形状に構成されている。

また、第２弾性シール部材２４は、第２密封環９の基端面９ｃとこれに軸線方向おいて対向する第２リテーナリング７の密封環保持面７ｂとの間に端面シール部２７が挟圧された状態で且つ第２密封環９の外周面９ｂとこれに外嵌する第２緊縛リング８の内周面８ａとの間に周面シール部２８が挟圧された状態で、第２密封環９と第２リテーナリング７及び第２緊縛リング８との間に装填されている。端面シール部２７及び周面シール部２８は、夫々均一厚みを有するものであり、端面シール部２７の厚みを周面シール部２８の厚みより若干厚く設定してある。

また、図２に示す如く、端面シール部２７の内周縁部に、当該内周縁部から軸線方向に延びる円筒状の第１凸部２７ｂ及びその端部から立ち上がる円環板状の第２凸部２７ｃで構成される断面Ｌ字形状の係合凸部２７ａを形成すると共に、第２リテーナリング７の密封環保持面７ｂの内周縁部に、端面シール部２７の第１凸部２７ｂが係合しうる円環状の第１凹部７ｄ及び端面シール部２７の第２凸部２７ｃが係合しうる円環状の第２凹部７ｅで構成される断面Ｌ字形状（係合凸部２７ａの断面形状に一致する）の係合凹部７ｃを形成して、端面シール部２７の係合凸部２７ａを第２リテーナリング７の係合凹部７ｃに軸線方向及び径方向に密接した状態で係合させることによって、第２弾性シール部材２４を端面シール部２７が密封環保持面７ｂに衝合する状態で第２リテーナリング７に係合保持（仮止め）させうるようになっている。また、周面シール部２８は、第２密封環９の外周面９ｂにフィットした状態で嵌合できるように、当該外周面９ｂの形状に略一致する先窄まりの円筒形状に構成されている。

各分割型密封環５，９の組み立ては、次のようにして行われる。

まず、密封環５，９の基端面５ｃ，９ｃとリテーナリング３，７の密封環保持面３ｅ，７ｂとの間に弾性シール部材２３，２４の端面シール部２５，２７を介在させると共に弾性シール部材２３，２４の周面シール部２６，２８を密封環５，９に外嵌させ、緊縛リング４，８を、弾性シール部材２３，２４の周面シール部２６，２８を介在させた状態で密封環５，９に挿通させた上、締付ボルト１７，２２によりリテーナリング３，７に取り付ける。かかる作業は、端面シール部２５，２７と周面シール部２６，２８とが分離された別体物でなく一体構造物であるから、この一体構造物である弾性シール部材２３，２４が係合凸部２５ａ，２７ａを係合凹部３ｇ，７ｃに係合させることによりリテーナリング３，７に仮止めしておくことができることとも相俟って、未熟練者でも容易に行うことができる。

そして、この状態から締付ボルト１７，２２を締め付けることにより、分割型密封環５，９を円環状形態に組み立てることができる。すなわち、締付ボルト１７，２２を締め付けて、緊縛リング４，８をリテーナリング３，７に接近する方向へと軸線方向移動させていくと、緊縛リング４，８のテーパ面４ａ，８ａにより密封環５，９にはこれを縮径する方向へと周面シール部２６，２８を介して押圧する緊縛力と密封環５，９をリテーナリング３，７へと端面シール部２５，２７を介して軸線方向に押圧する押圧力とが作用する。

その結果、上記緊縛力により、図４及び図６に示す如く、密封環５，９と緊縛リング４，８との対向周面４ａ，５ｂ又は８ａ，９ｂ間に周面シール部２６，２８が挟圧された状態で、密封環５，９がその分割面１１ａ，１２ａ又は１８ａ，１９ａが衝合する円環状形態に緊縛保持される（図４及び図６を参照）。このとき、緊縛リング４，８による緊縛力がゴム等の非圧縮性弾性材で構成された筒状の周面シール部２６，２８を介して密封環５，９に作用することから、当該緊縛力が密封環５，９の外周面に均等に作用することになり、周面シール部２６，２８が均一厚さのものであることとも相俟って、密封環５，９を構成する円弧状セグメント１１，１２又は２１，２２が径方向にズレを生じたりすることなく、その端面（分割面）１１ａ，１２ａ又は１８ａ，１９ａが径方向に適正に衝合する。さらに、緊縛リング４，８による緊縛力が弾性部材である周面シール部２６，２８を介して密封環５，９に間接的に作用することから、周面シール部２６，２８がクッション材として機能し、当該緊縛力によって密封環５，９に歪が生じたりすることがない。また、密封環５，９が脆性材であるセラミックス等で構成されている場合にも、当該緊縛力によって密封環５，９が破損することもない。すなわち、緊縛リング４，８のリテーナリング３，７への締付過剰により緊縛リング４，８による緊縛力が過剰となっても、その緊縛力の過剰分を弾性シール部材２３，２４の周面シール部２６，２８のクッション機能（弾性変形）により吸収するため、分割型密封環５，９が変形するようなことがない。また、密封環５，９が直接的には周面シール部２６，２８の弾性力によって緊縛されているから、密封環５，９の内周面に作用する被密封流体の圧力（内圧）が高い場合や緊縛リング４，８のリテーナリング３，７への締付不足により緊縛リング４，８による緊縛力が不足している場合にも、当該内圧が分割型密封環５，９に及ぼす影響を周面シール部２６，２８の弾性力によって吸収緩和して、型密封環５，９の歪発生を効果的に防止することができる。なお、端面シール部２５，２７の係合凸部２５ａ，２７ａをリテーナ３，７の係合凹部３ｇ，７ｃに係合させておくことにより、緊縛リング４，８のリテーナリング３，７への締め付け時において密封環５，９と端面シール部２５，２７及びこれに一体連結された周面シール部２６，２８との間にズレが生じるようなことがなく、弾性シール部材２３，２４が密封環５，９とリテーナリング３，７及び緊縛リング４，８との間に適正に装填される。

また、上記押圧力により、密封環５，９とリテーナリング３，４との軸線方向における対向端面３ｄ，５ｃ又は７ｂ，９ｃ間に端面シール部２５，２７が挟圧された状態で、密封環５，９がリテーナリング３，７の密封環保持面３ｄ，７ｂに固定保持される。このとき、緊縛リング４，８による密封環５，９のリテーナ４，７への押圧がゴム等の非圧縮性弾性材で構成された端面シール部２５，２７を介して行われることから、その押圧力が密封環５，９の基端面５ｃ，９ｃの全面に均等に作用することになり、基端面５ｃ，９ｃ及び密封環保持面３ｄ，７ｂが軸線に直交する環状平面であり且つ端面シール部２５，２７が均一厚さのものであることとも相俟って、密封環５，９を構成する円弧状セグメント１１，１２又は２１，２２が軸線方向にズレを生じたりすることなく、その端面（分割面）１１ａ，１２ａ又は１８ａ，１９ａが軸線方向に適正に衝合する。さらに、緊縛リング４，８による軸線方向の押圧力が弾性部材である端面シール部２５，２７を介して密封環５，９に間接的に作用することから、端面シール部２５，２７がクッション材として機能し、当該押圧力によって密封環５，９が歪んだり破損したりすることがない。すなわち、密封環５，９は、リテーナリング３，７の密封環保持面３ｄ，７ｂに弾性シール部材２３，２４の端面シール部２５，２７を介在した状態で押し付けられているから、緊縛リング４，８のリテーナリング３，７への締付過剰により分割型密封環５，９のリテーナリング３，７への押付力が過剰となっても、その押付力の過剰分を端面シール部２５，２７のクッション機能（弾性変形）により吸収するため、密封環５，９が変形するようなことがない。また、密封環５，９は端面シール部２５，２７の反発力（弾性力）によって緊縛リング４，８のテーパ面４ａ，８ａへと食い込み勝手となる方向に押圧される（第１密封環５については前方向に押圧され、第２密封環９については後方向に押圧される）ことから、緊縛リング４，８のリテーナリング３，７への締付不足により緊縛リング４，８による緊縛力が不足している場合にも、密封環５，９が適正に緊縛保持されることになる。さらに、リテーナリング３，７の密封環保持面３ｄ，７ｂが密封環５，９の基端面５ｃ，９ｃに比して加工精度が低い場合や歪を生じている場合にも、その影響を端面シール部２５，２７により吸収して密封環５，９に与えることがない。

以上のように構成された分割型メカニカルシールにあっては、上記したように、緊縛リング４，８による緊縛力に過不足がある場合や分割型密封環５，９に作用する内圧が高い場合にも、分割型密封環５，９が適正な円環状形態に保持されることになり、円弧状セグメント１１，１２又は２１，２２が変形して密封端面５ａ，９ａに歪を生じる等の問題を生じることがない。また、密封環５，９とリテーナリング３，７及び緊縛リング４，８との間にはこれらとの接触面積の大きな端面シール部２５，２６及び周面シール部２７，２８が挟圧されていることから、密封環５，９とリテーナリング３，７との相対回転は、密封環５，９及びリテーナリング３，７と端面シール部２５，２７との摩擦係合力及び／又は密封環５，９及び緊縛リング４，８と周面シール部２６，２８との摩擦係合力によって確実に阻止され、密封環５，９とリテーナリング３，７との格別の相対阻止手段を設けておく必要がなく、当該分割型メカニカルシールの部品点数を削減することができる。また、密封環５，９とリテーナリング４，７との間のシール（二次シール）は、主として弾性シール部材２３，２４の端面シール部２５，２７によって行われるが、かかる端面シール部２５，２７によるシール機能が不十分である場合にも、上記した如く密封環５，９が端面シール部２５，２７の反発力によって緊縛リング４，８のテーパ面４ａ，８ａへと食い込み勝手となる方向に押圧されることも相俟って、当該シール機能は周面シール部２６，２８によって充分にカバーされることになる。したがって、密封環５，９の構成材やシール条件に拘わらず、密封端面５ａ，９ａ等に歪を生じることなく、良好なシール機能を発揮することができ、冒頭で述べた如き摺り合わせ作業や馴染み運転を行う必要もない。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。

例えば、図７は本発明に係る分割型メカニカルシールの変形例を示す縦断側面図であり、図８は図７の要部を拡大して示す詳細図であり、図９は図７のIX−IX線に沿う要部の縦断背面図であり、図１０は図７のＸ−Ｘ線に沿う要部の縦断正面図であるが、この分割型メカニカルシールにあっては、分割型密封環５，９とリテーナリング３，７との間に格別の相対回転手段を設けてある。すなわち、図７〜図１０に示す如く、リテーナリング３，７に適当数（１個のみ図示）９，３０を突設して、これを密封環５，９の基端面５ｃ，９ｃに形成した係合凹部５ｄ，９ｄに係合させることにより、密封環５，９のリテーナリング３，７に対する相対回転を阻止するようにしている。係合凹部５ｄ，９ｄは密封環５，９における分割箇所から離れた位置に設けられており、弾性シール部材２３，２４の端面シール部２５，２７にはドライブピン２９，３０の挿通孔２５ｂ，２７ｄが形成されている。また、弾性シール部材２３，２４をリテーナリング３，７に係合保持（仮止め）させておくための係合凸部２５ａ，２７ａ（及び係合凹部３ｇ，７ｃ）は必ずしも必要とされるものではなく、またその形状も任意である。例えば、図７に示す分割型メカニカルシールでは、第１弾性シール部材２３の端面シール部２５を係合凸部を有しないものとし、第２弾性シール部材２４の端面シール部２７の内周縁部に断面台形状の係合凸部２７ｅを形成して、これをリテーナリング７に形成した断面台形状（アリ溝形状）の係合凹部７ｆに係合させるように構成してある。また、図７に示す分割型メカニカルシールでは、シールケース２に密封端面５ａ，９ａの近傍へと延びる金属製の薄肉円筒状バッフル３１を取り付けて、シールケース２に形成したクエンチング通路３２からクエンチング液を密封端面５ａ，９ａへと誘導するように構成してある。なお、図７〜図１０に示す分割型メカニカルシールは、上記した点を除いて、図１〜図６に示す分割型メカニカルシールと同一構成をなすものである。

また、本発明は、第１及び第２密封環５，９の何れか一方のみを分割型密封環とするアウトサイド型メカニカルシールにも適用することができる。また、上記した実施の形態では、密封環５，９及び第２リテーナ７を除いて非分割構造としたが、これら以外のメカニカルシール構成部材（シールケース２、第１リテーナリング３及び緊縛リング４，５等）についても周方向に複数部分に分割した分割構造としておくことができる。

１ ハウジング
２ シールケース
３ 第１リテーナリング
３ａ 保持部
３ｂ フランジ部
３ｃ 係合孔
３ｄ 環状突起
３ｅ 密封環保持面
３ｆ 貫通孔
３ｅ 係合凹部
４ 第１緊縛リング
４ａ テーパ面
５ 第１密封環
５ａ 密封端面
５ｂ テーパ面
５ｃ 基端面
５ｄ 係合凹部
６ 回転軸
７ 第２リテーナリング
７ａ 環状突起
７ｂ 密封環保持面
７ｃ 係合凹部
７ｄ 第１凹部
７ｅ 第２凹部
７ｆ 係合凹部
８ 第２緊縛リング
８ａ テーパ面
９ 第２密封環
９ａ 密封端面
９ｂ テーパ面
９ｃ 基端面
９ｄ 係合凹部
１０ スプリング部材
１１ 円弧状セグメント
１１ａ 分割面
１２ 円弧状セグメント
１２ａ 分割面
１３ Ｏリング
１４ ドライブピン
１５ 締付ボルト
１６ スプリング受体
１７ 調整ボルト
１８ 円弧状セグメント
１８ａ 分割面
１９ 円弧状セグメント
１９ａ 分割面
２０ 締結ボルト
２１ セットスクリュー
２２ 締付ボルト
２３ 第１弾性シール部材
２４ 第２弾性シール部材
２５ 端面シール部
２５ａ 係合凸部
２５ｂ 挿通孔
２６ 周面シール部
２７ 端面シール部
２７ａ 係合凸部
２７ｂ 第１凸部
２７ｃ 第２凸部
２７ｄ 挿通孔
２７ｅ 係合凸部
２８ 周面シール部
２９ ドライブピン
３０ ドライブピン
３１ バッフル
３２ クエンチング通路
Ａ 被密封流体領域
Ｂ 非密封流体領域

Claims (5)

1. シールケース側に設けられた第１密封環及びシールケースを洞貫する回転軸に設けられた第２密封環の少なくとも一方を周方向に分割された分割型密封環となして、この分割型密封環を、シールケース又は回転軸に軸線方向に移動可能な状態又は移動不能な状態で保持されたリテーナリングにこれに取り付けた緊縛リングによって円環状に緊縛された状態で固定保持させ、第１密封環と第２密封環との対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により当該相対回転摺接部分の内周側領域たる被密封流体領域とその外周側領域たる非密封流体領域とを遮蔽シールするように構成された分割型メカニカルシールにおいて、
   環板状の端面シール部とその外周縁部に連なる筒状の周面シール部とからなる袋形状に一体成形された弾性シール部材を、分割型密封環の基端面とこれに軸線方向おいて対向するリテーナリングの密封環保持面との間に端面シール部が挟圧された状態で且つ分割型密封環の外周面とこれに外嵌する緊縛リングの内周面との間に周面シール部が挟圧された状態で、分割型密封環とリテーナリング及び緊縛リングとの間に装填させてあり、
   端面シール部の内周縁部に形成した環状の係合凸部をリテーナリングの密封環保持面の内周縁部に形成した環状の係合凹部に係合させることにより、弾性シール部材をリテーナリングに係合保持するように構成してあることを特徴とする分割型メカニカルシール。
2. 緊縛リングがリテーナリングに軸線方向に締め付け自在に取り付けられており、周面シール部を挟圧している分割型密封環と緊縛リングとの対向周面を、緊縛リングのリテーナリングへの締め付け方向に漸次拡大する截頭円錐状のテーパ面に構成すると共に、周面シール部を挟圧している分割型密封環とリテーナリングとの対向端面を軸線に直交する環状平面に構成して、緊縛リングをリテーナリングへと締め付けることにより、当該分割型密封環を、リテーナリングの密封環保持面に端面シール部を介して押圧保持させると共に緊縛リングの内周面に周面シール部を介して嵌合保持させるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載する分割型メカニカルシール。
3. 分割型密封環及びリテーナリングと端面シール部との摩擦係合力及び／又は分割型密封環及び緊縛リングと周面シール部との摩擦係合力によって、分割型密封環とリテーナリングとの相対回転が阻止されるように構成してあることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載する分割型メカニカルシール。
4. 第１密封環が分割型密封環に構成されている場合にあって、第１密封環を固定保持するリテーナリングがシールケースに軸線方向移動可能に保持されると共に、当該リテーナリングとシールケースとの間に、第１密封環を第２密封環へと押圧附勢するスプリング部材が介装されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載する分割型メカニカルシール。
5. 第２密封環が分割型密封環に構成されている場合にあって、第２密封環を固定保持するリテーナリングが回転軸に固定保持されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載する分割型メカニカルシール。

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