JP5924770B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

本発明は、例えば、石油精製、石油化学および製鉄化学等において２００℃を越えるような高温液を扱う機器のシールに用いられるメカニカルシールに関し、詳細には、ベローズ及びバッフルスリーブを備えた高温用ベローズシール型式のメカニカルシールに関する。

従来、密封液が２００℃を越えるような高温液において、冷却液によるフラッシングを行わないメカニカルシールとして、図８に示すような高温用ベローズシール型式のメカニカルシールが知られている（以下「従来技術」という。例えば、特許文献１参照。）。
図８に示される従来技術の高温用ベローズシール型式のメカニカルシールは、回転軸５０とハウジング５１との間に形成した軸封部５３に装着されて、回転軸５０とハウジング５１との間をシールするメカニカルシールであって、ハウジング５１側に取り付けられるカラー５４と、カラー５４に連結されるベローズ５５と、ベローズ５５に連結されるリテーナ５６と、リテーナ５６に嵌合されるシールリング５７と、回転軸５０側に取り付けられるメイティングリング５８と、カラー５４の内周側に所定の間隔をおいて設けられた筒状のバッフルスリーブ５９を備えている。また、スチームクエンチをシールカバー６０の供給孔６４からメカニカルシールの静止側内周とバッフルスリーブ５９外周とで形成された隙間を流路としてシール端面部に供給し、メカニカルシール部を冷却するとともに、シール端面からにじみ漏れした液を洗浄し、排出している。

そして、シールリング５７端面の摺動トルクは、リテーナ５６→ベローズ５５→カラー５４に伝わり、シールカバー６０にボルト６３で固定されたカラー５４が受けている。シールリング５７端面の潤滑状況の変化による円周方向の微振動（スティックスリップ）はリテーナ５６→ベローズ５５に伝搬する。この円周方向の微振動を抑えるために、シールカバー６０にボルト６３で固定されたバッフルスリーブ５９がリテーナ５６内周部まで伸びており、バッフルスリーブ５９の外径とリテーナ最内径とを円周の部分的（多くは４等配）に微小隙間に絞ると共に、ベローズ５５の内周面に当接して制振作用を有するダンパー６１をバッフルスリーブ５９の外周面に装着し、振動した際には、この微小隙間以上に振れないように制振作用を持たせている。

このようなメカニカルシールにおいて、通常、カラー５４、ベローズ５５及びリテーナ５６は例えば溶接などで接合され、また、リテーナ５６にカーボンなどの摺動材料で作られたシールリング５７が密封的に焼嵌めまたは圧入され、これらの部材は、予め工場等において一体的に組み立てられている。

しかしながら、従来技術のメカニカルシールには、次のような問題があった。
シールカバー６０に各種部材を装着する際、カラー５４、ベローズ５５、リテーナ５６及びシールリング５７（以下、「静止側シール部材」という。）はシールカバー６０の機内側（被密封流体側）に装着されるようになっているのに対し、バッフルスリーブ５９は断面形状がＬ字型の一体加工品であるため、シールカバー６０の機外側（大気側）からしか装着できない。このため、静止側シール部材等とバッフルスリーブ５９を予めプレアッセンブリすることができず、現地で組み立てざるを得なかった。また、その際、ベローズ５５の内周面とバッフルスリーブ５９の外面との間に装着されるダンパー６１をバッフルスリーブ５９に巻き付け、その後、ベローズ５５を挿入するという困難な作業を現地で行わざるを得ないという問題があった。

ＷＯ ２０１０／１１３９３２号公報

本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたもので、静止側シール部材、バッフルスリーブ、及びダンパー等の関連部品を工場、サービスセンター等において確実かつ制御された状態でプレアッセンブリすることができ、現地工事における組立工程を少なくすることのできるメカニカルシールを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明のメカニカルシールは、第１に、ハウジングと回転軸との間に形成した軸封部に装着されて、ハウジングと回転軸との間をシールするメカニカルシールであって、シールリングと、該シールリングに対向摺接するメイティングリングとを具備し、前記シールリングおよび前記メイティングリングの一方がハウジングに装着されたシールカバーの機内側にベローズを介して支持され、他方が回転軸と共に回転するメカニカルシールにおいて、前記シールカバーの機外側において固定されて前記シールリングと前記メイティングリングとの摺動面にクエンチング流体を誘導する断面略Ｌ字状のバッフルスリーブを備え、前記バッフルスリーブはフランジ部と筒状部とが分割された構成であり、前記フランジ部は軸方向において２分割され、前記筒状部の外周面と前記フランジ部の分割面とにまたがって形成された周溝に弾性変形可能な材料からなるリング状部材が配設され、前記分割されたフランジ部の締結により前記リング状部材が前記周溝内に圧縮された状態で装着されることを特徴としている。
この特徴によれば、工場、サービスセンターにおいて、カラー、ベローズ、リテーナ及びシールリングとバッフルスリーブの筒状部及びダンパー等の関連部品とを確実かつ制御された状態でプレアッセンブリすることができ、現地工事における部材の組立工程を省くことができる。このため、組み込み性が向上すると共に、現場作業でのミスを低減することができる。さらに、従来、断面略Ｌ字状の一体的なバッフルスリーブを丸棒からに削り出す場合、フランジ部の「外径×筒状部の長さ」の材料が必要であり、また、丸棒断面から略Ｌ字状に加工するためには、その大部分を削る必要があり、無駄が多かったが、本発明に係るバッフルスリーブは、フランジ部と筒状部とが別の材料から形成されるため、従来技術におけるような無駄を無くすことができる。さらに、本発明のメカニカルシールではシールカバーの機外側における設置スペースを従来技術に比べて著しく小さくできるため、省スペースでの組立が可能である。さらに、フランジ部をシールカバーに固定すると、径方向のクランプ力が作用し、一体型のバッフルスリーブと同等にフランジ部と筒状部との連結形状を保持することができる。このため、振動等の外乱にも十分に耐える機能を備えたバッフルスリーブを得ることができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第２に、第１の特徴において、前記周溝は、断面形状が略正方形または略菱形であって、前記略正方形または略菱形の２組の対角のうち、一方の対角が前記フランジ部の内周面と前記筒状部の外周面との接合部の近傍に位置し、他方の対角が前記フランジ部の分割面の近傍に位置するように設けられ、前記リング状部材は、断面形状が円形、楕円形または多角形であり、前記分割されたフランジ部が締結された場合、前記周溝により圧縮される大きさであることを特徴としている。
この特徴によれば、フランジ部をシールカバーに固定すると、径方向のクランプ力が作用し、一体型のバッフルスリーブと同等にフランジ部と筒状部との連結形状を保持することができることはもちろん、周溝の加工及びリング状部材の形成を容易に行うことができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第３に、第１の特徴において、前記周溝は、断面形状が略凧形であって、前記略凧形の２組の対角のうち、短い対角線を有する１組の対角が前記フランジ部の内周面と前記筒状部の外周面との接合部の近傍に位置し、長い対角線を有する１組の対角が前記フランジ部の分割面の近傍に位置し、かつ、長さの長い２本の辺が外径側に位置するように設けられ、前記リング状部材は、前記周溝の前記略凧形断面の外径側の一部を除く略五角形の断面形状であり、前記分割されたフランジ部が締結された場合、前記周溝により圧縮される大きさであることを特徴としている。
この特徴によれば、フランジ部をシールカバーに固定すると、径方向のクランプ力が作用し、一体型のバッフルスリーブと同等にフランジ部と筒状部との連結形状を保持することができることはもちろん、リング状部材が圧縮される際に、周溝の略凧形断面の外径側の一部である逃げ部が筒状部の外周面に作用するリング状部材の圧縮反力、すなわち、クランプ力の生成を有効ならしめことができる。さらに、逃げ部の大きさ、すなわち、リング状部材の周溝に対する充填率を変更することでクランプ力を調節することができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第４に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、前記リング状部材は、周方向の１箇所が切断された略Ｃ字状の形状をなしていることを特徴としている。
この特徴によれば、リング状部材が外径方向から圧縮された場合、リング状部材は容易に縮径されるので、フランジ部の筒状部に対するクランプ力を確実なものとすることができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第５に、第１ないし第４のいずれかの特徴において、前記リング状部材は、金属、ゴムまたはプラスチックから形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、必要とされるクランプ力に応じた材料の選択ができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第６に、第１ないし第５のいずれかの特徴において、前記リング状部材は、中実または中空の断面を有することを特徴としている。
この特徴によれば、クランプ力の調節が可能となる。

また、本発明のメカニカルシールは、第７に、第１ないし第６のいずれかの特徴において、前記フランジ部の前記筒状部に対するクランプ力が、前記周溝により圧縮される前記リング状部材の材質、断面形状及び圧縮率、並びに、前記周溝の形状により変更自在であることを特徴としている。
この特徴によれば、クランプ力を最適なものに設定することができる。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）シールカバーの機外側において固定されて前記シールリング及び前記ベローズ等の内周側に延在する断面略Ｌ字状のバッフルスリーブを備え、前記バッフルスリーブはフランジ部と筒状部とが分割された構成であることにより、工場、サービスセンターにおいて、カラー、ベローズ、リテーナ及びシールリングとバッフルスリーブの筒状部及びダンパー等の関連部品とを確実かつ制御された状態でプレアッセンブリすることができ、現地工事における部材の組立工程を省くことができる。このため、組み込み性が向上すると共に、現場作業でのミスを低減することができる。さらに、従来、断面略Ｌ字状の一体的なバッフルスリーブを丸棒からに削り出す場合、フランジ部の「外径×筒状部の長さ」の材料が必要であり、また、丸棒断面から略Ｌ字状に加工するためには、その大部分を削る必要があり、無駄が多かったが、本発明に係るバッフルスリーブは、フランジ部と筒状部とが別の材料から形成されるため、従来技術におけるような無駄を無くすことができる。さらに、本発明のメカニカルシールではシールカバーの機外側における設置スペースを従来技術に比べて著しく小さくできるため、省スペースでの組立が可能である。さらに、フランジ部は軸方向において２分割され、筒状部の外周面とフランジ部の分割面とにまたがって形成された周溝に弾性変形可能な材料からなるリング状部材が配設され、分割されたフランジ部の締結によりリング状部材が周溝内に圧縮された状態で装着されるため、フランジ部をシールカバーに固定すると、径方向のクランプ力が作用し、一体型のバッフルスリーブと同等にフランジ部と筒状部との連結形状を保持することができる。このため、振動等の外乱にも十分に耐える機能を備えたバッフルスリーブを得ることができる。

（２）周溝は、断面形状が略正方形または略菱形であって、略正方形または略菱形の２組の対角のうち、一方の対角がフランジ部の内周面と筒状部の外周面との接合部の近傍に位置し、他方の対角がフランジ部の分割面の近傍に位置するように設けられ、リング状部材は、断面形状が円形、楕円形または多角形であり、分割されたフランジ部が締結された場合、周溝により圧縮される大きさであることにより、フランジ部をシールカバーに固定すると、径方向のクランプ力が作用し、一体型のバッフルスリーブと同等にフランジ部と筒状部との連結形状を保持することができることはもちろん、周溝の加工及びリング状部材の形成を容易に行うことができる。

（３）周溝は、断面形状が略凧形であって、略凧形の２組の対角のうち、短い対角線を有する１組の対角がフランジ部の内周面と筒状部の外周面との接合部の近傍に位置し、長い対角線を有する１組の対角がフランジ部の分割面の近傍に位置し、かつ、長さの長い２本の辺が外径側に位置するように設けられ、リング状部材は、周溝の略凧形断面の外径側の一部を除く略五角形の断面形状であり、分割されたフランジ部が締結された場合、周溝により圧縮される大きさであることにより、フランジ部をシールカバーに固定すると、径方向のクランプ力が作用し、一体型のバッフルスリーブと同等にフランジ部と筒状部との連結形状を保持することができることはもちろん、リング状部材が圧縮される際に、周溝の略凧形断面の外径側の一部である逃げ部が筒状部の外周面に作用するリング状部材の圧縮反力、すなわち、クランプ力の生成を有効ならしめことができる。さらに、逃げ部の大きさ、すなわち、リング状部材の周溝に対する充填率を変更することでクランプ力を調節することができる。

（４）リング状部材は、周方向の１箇所が切断された略Ｃ字状の形状をなしていることにより、リング状部材が外径方向から圧縮された場合、リング状部材は容易に縮径されるので、フランジ部の筒状部に対するクランプ力を確実なものとすることができる。
（５）リング状部材は、金属、ゴムまたはプラスチックから形成されることにより、必要とされるクランプ力に応じた材料の選択ができる。
（６）リング状部材は、中実または中空の断面を有することにより、クランプ力の調節が可能となる。

（７）フランジ部の前記筒状部に対するクランプ力が、前記周溝により圧縮される前記リング状部材の材質、断面形状及び圧縮率、並びに、前記周溝の形状により変更自在であることにより、クランプ力を最適なものに設定することができる。

本発明の実施形態１に係るメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 本発明の実施形態１に係るメカニカルシールの他の例を示す縦断面図である。 図１及び２に用いられるバッフルスリーブの要部の縦断面図である。 本発明の実施形態２に係るバッフルスリーブの要部の縦断面図である。 本発明に係るメカニカルシールと従来技術におけるメカニカルシールとの組立工程を対比して説明する説明図の一部である。 本発明に係るメカニカルシールと従来技術におけるメカニカルシールとの組立工程を対比して説明する説明図の一部である。 本発明に係るメカニカルシールと従来技術におけるメカニカルシールとの組立工程を対比して説明する説明図の一部である。 従来の高温用ベローズシール型式のメカニカルシールを示す縦断面図である。

本発明に係るメカニカルシールを実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

〔実施形態１〕
図１及び２を参照しながら、本発明の実施形態１に係るメカニカルシールを説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係るメカニカルシールの一例を示す縦断面図であり、図１において、参照符号１は、石油精製、石油化学および製鉄化学等において２００℃を越えるような高温液、たとえば、石油精製プラントの減圧蒸留設備の熱油を扱う機器、例えば、ポンプ等における軸封部のハウジング、参照符号２はハウジング１にボルト等（図示省略）の固定手段により装着されるシールカバーである。また、図中左側が機内側、図中右側が機外側（大気側）である。

図１に示すメカニカルシールは、回転軸３とハウジング１との間に形成した軸封部４に装着されて、回転軸３とハウジング１との間をシールするメカニカルシールであって、シールカバー２の機内側に装着されたカラー６と、該カラー６に連結されるベローズ７と、該ベローズ７に連結されるリテーナ８と、該リテーナ８の端面に焼嵌めまたは圧入されたシールリング９と、回転軸３側に取り付けられるメイティングリング１０とを備えている。

カラー６は、金属から形成される筒状をなすものであって、環状のガスケット１５を介してシールカバー２の機内側に取り付けられている。
ベローズ７は、打抜き加工等によって波形環状に形成した金属製のダイアフラム板を複数枚一列に並べて、隣接するダイアフラム板の外径部間及び内径部間をガス溶接等によって交互に連結して、全体を蛇腹筒状に形成したものであって、一端がカラー６側にガス溶接等によって一体に連結されるようになっている。

リテーナ８は、金属から形成され筒状をなすものであって、ベローズ７の他端がガス溶接等によって一体に連結されるようになっている。リテーナ８の材料はベローズ７の材料と同一か、あるいは熱膨張係数がほぼ近似した異種材料からなっている。
通常、リテーナ８、ベローズ７およびカラー６を溶接により一体物として製作後、これらの全表面に特殊窒化クロムや窒化チタンなどの１０μｍ以下の厚みの耐食・耐摩耗性のイオンプレーティングを均一に施工する。これにより、リテーナ８、ベローズ７およびカラー６の全表面が均一な耐食性をもつので、耐食性の低い材料で構成されていても、イオンプレーティングの耐食性が全体の耐食性となり、材料選定の制限が大幅に少なくなる。

シールリング９は、炭化珪素、カーボン、その他のセラミックス等から形成される筒状をなすものであって、メイティングリング１０との摺動面において回転軸３の軸線に垂直なシール面１６を形成している。

シールリング９は、リテーナ８の端面に焼嵌めまたは圧入されており、シールリング９の反メイティングリング側のシール端面の面幅はメイティングリング１０と摺動するシール端面の面幅とほぼ同じかそれよりもやや狭くしてある。

シールリング９、リテーナ８、ベローズ７及びカラー６の内周側には所定の間隔をおいて筒状のバッフルスリーブ１７が取り付けられ、このバッフルスリーブ１７によってシールカバー２に設けられたクエンチング液供給孔３５から供給されるクエンチング液がシール面１６に確実に導かれるようになっている。バッフルスリーブ１７は、ステンレスなどの硬い材料で製作されるか、硬質クロムメッキ、特殊窒化クロム、あるいは窒化チタンなどの１０μｍ以下の厚みの耐食・耐摩耗性のイオンプレーティングが施されている。

リテーナ８の内周側には１個または複数個の切り欠き（図示省略）が設けられている。 一方、シールカバー２に固定されたバッフルスリーブ１７の先端が、シールリング９のシール端面側の近くまで伸びて、リテーナ８の切り欠きと微小隙間を持って係合する雄型の歯部（図示省略）が形成され、リテーナ８の切り欠きとバッフルスリーブ１７の歯部とが軸方向に可動可能に互いに噛み合うクラッチ構造１８が形成されている。この構造により、シールリング９のシール端面の摺動トルクはバッフルスリーブ１７が受けることになり、ベローズ７に摺動トルクが伝わらないため、シール面の潤滑不安定によりシールリング９のシール端面にスティックスリップが発生しても、ベローズ７がスティックスリップの影響を受けることがない。

バッフルスリーブ１７の外周面とベローズ７の内周面との間に、ベローズ７に振動が起きた場合でもベローズ７の振れ止めを行うためのダンパー１９が配設されている。ダンパー１９はリング形状、例えば、Ｃリング形状をしており、バッフルスリーブ１７の外周面に形成された環状溝２０に装着される。このため、ベローズの疲労を先延ばしにでき、耐久性を確保できる。また、ダンパー１９の外周部及びリテーナ８の内周部には、１個または複数個の切り欠きが設けられ、クエンチング液供給孔３５から供給されたクエンチング液をバッフルスリーブ１７によってシール面１６に誘導することができ、シール面１６からの微小な漏れ液を洗浄排出することができる。

図２は、本発明の実施形態１に係るメカニカルシールの他の例を示す縦断面図であり、リテーナ８の端面とシールリング９の端面とがラップジョイントをもって密封的に接触する点で図１に示すメカニカルシールと相違するがその他の構成は図１と同じであり、重複する説明は省略する。
図２に示すメカニカルシールは、回転軸３とハウジング１との間に形成した軸封部４に装着されて、回転軸３とハウジング１との間をシールするメカニカルシールであって、シールカバー２の機内側に装着されたカラー６と、該カラー６に連結されるベローズ７と、該ベローズ７に連結されるリテーナ１１と、該リテーナ１１端面とラップジョイントをもって密封的に接触するシールリング１２と、回転軸３側に取り付けられるメイティングリング１０とを備えている。

シールリング１２は両端面にラッピング仕上げされたシール端面を持っており、シールリング１２とリテーナ１１とは分離した構造となっており、リテーナ１１のシールリング１２側端面もラッピング仕上げされたシール端面を持ち、両者の密封は、ラッピング面を合わせて密封するラップジョイント構造を採用している。シールリング１２とリテーナ１１とは分離した構造となっているため、高温雰囲気でもメイティングリング１０と摺動するシールリング１２のシール端面の平面度は、熱膨張差による影響を受けないので、密封性が保たれる。また、リテーナ１１自体の圧力変形や熱変形にも影響されることがない。さらに、焼嵌めや圧入、その後の熱処理などの特殊工程の必要がなく、それに伴いジグ類も不要となるので、コスト低減および工数低減が図れる。また、シールリング１２の交換が容易となる。

リテーナ１１のシール側端面とシールリング１２のシール端面とはベローズ７のばね荷重および流体圧による押し付け力で互いに密封的に接触するが、リテーナ１１のシール端面は、シールリング１２が回転しないので回転による摺動はしない、ほぼ静止の密封面である。
シールリング１２の内周側に切り欠きを設け、バッフルスリーブ１７の歯部とが軸方向に可動可能に互いに噛み合うクラッチ構造１８が形成されている。
また、リテーナ１１及びシールリング１２の外周面において外径を部分的に縮径する環状の凹部１４が形成され、この凹部１４にリテーナ１１とシールリング１２との芯出しをするための芯出しケース１３が装着されている。

図２に示すメカニカルシールは、シールリング１２とリテーナ１１とは分離した構造となっていること、シールリング１２とリテーナ１１との密封はラップジョイント構造となっていること、および、シールリング１２とバッフルスリーブ１７とは軸方向に可動可能に互いに噛み合うクラッチ構造となっていることから、シールリング１２のシール端面の摺動トルクはバッフルスリーブ１７が受けることになり、ベローズ７に摺動トルクが伝わらないため、シール面の潤滑不安定によりシールリング１２のシール端面にスティックスリップが発生しても、ラップジョイント部で自在に滑ることにより、ベローズ７がスティックスリップの影響を受けることがない。

図１及び２に示すメカニカルシールに用いられるバッフルスリーブ１７は、図３に示すように、フランジ部２１と筒状部２２とから構成され、断面略Ｌ字状をなしており、フランジ部２１と筒状部２２とは分割された構成である。詳述すると、フランジ部２１と筒状部２２とは別部材からなり、フランジ部２１の内周面２３が筒状部２２の基端の外周面２４に嵌合するように形成されている。また、図１及び２に示すように、フランジ部２１はシールカバー２の機外側に設けられたフランジ部嵌合用の凹部２５に嵌入され、ボルト２９によりシールカバー２に固定されるように構成されている。
筒状部２２の先端部にはリテーナ８の切り欠きと軸方向に可動可能に互いに噛み合うクラッチ構造１８（図２に示すメカニカルシールにおいてはシールリング１２の切り欠きと軸方向に可動可能に互いに噛み合うクラッチ構造１８）が形成され、また、筒状部２２の外周面にはベローズ７の内周面との間でベローズ７の振れ止めを行うためのダンパー１９を配設するための環状溝２０が形成されている。

また、図３に示すように、バッフルスリーブ１７のフランジ部２１は軸方向において機内側のフランジ部２１−１と機外側のフランジ部２１−２に２分割され、ボルト孔２８が周方向に複数設けられている。また、筒状部２２の外周面とフランジ部２１の分割面Ｃとにまたがって形成された周溝２６に弾性変形可能な材料からなるリング状部材２７が配設されるようになっている。このリング状部材２７は、周方向に連続した環状をなしているものの他、周方向の１箇所が切断された略Ｃ字状の形状をなしているものでもよい。略Ｃ字状の形状をなしたリング状部材の場合、該リング状部材が外径方向から圧縮された場合、リング状部材は容易に縮径されるので、フランジ部の筒状部に対するクランプ力を確実なものとすることができる。

周溝２６は、断面形状が略正方形であって、この略正方形の２組の対角のうち、一方の対角がフランジ部２１の内周面２３と筒状部２２の外周面２４との接合部の近傍に位置し、他方の対角がフランジ部２１の分割面Ｃの近傍に位置するように設けられている。詳述すると、機内側のフランジ部２１−１及び機外側のフランジ部２１−２のそれぞれの内周側、かつ、分割面Ｃ側に位置するコーナ部が略三角形に切り欠かれて切欠部２６−１が形成され、この切欠部２６−１に対向する筒状部２２の外周面２４に位置する部分が略三角形に切り欠かれて切欠部２６−２が形成され、全体として略正方形の周溝２６が形成されている。
なお、上記「略正方形」における「略」は、製造時における誤差等により正確な正方形でない場合も包含されるという趣旨であり、以下の記述における「略」も同趣旨である。
図３では、周溝２６は断面形状が略正方形の場合が示されているが、これに限らず、略菱形であってもよい。

また、リング状部材２７は、断面形状が円形であり、分割されたフランジ部２１−１及び２１−２がボルト２９により締結された場合、周溝２６により圧縮される大きさを有し、フランジ部２１−１及び２１−２の締結によりリング部材２７は周溝２６により圧縮された状態で装着される。
図３では、リング状部材２７の断面形状が円形の場合が示されているが、これに限らず、楕円形または多角形であってもよい。

リング状部材２７は、例えば、金属、ゴムまたはプラスチックから形成される。
また、リング状部材２７の断面は、中実に限らず中空であってもよい。
フランジ部２１の筒状部２２に対するクランプ力は、周溝２６により圧縮されるリング状部材２７の材質、断面形状及び圧縮率、並びに、周溝２６の形状により変更自在である。例えば、リング状部材２７が硬いほど、あるいは、リング状部材２７の圧縮率が大きいほど、クランプ力は大きくなる。また、例えば、フランジ部２１−１及び２１−２の締結によりリング状部材２７に対する半径方向の変形率を大きくするような周溝２６の形状であれば、クランプ力は大きくなる。

図３において、まず、バッフルスリーブ１７の筒状部２２の外周面２４に機内側のフランジ部２１−１が嵌合され、続いて、周溝２６にリング状部材２７が配設され、最後に機外側のフランジ部２１−２が嵌合されるが、機外側のフランジ部２１−２が嵌合された状態で、ボルト２９が締め込まれると、機内側のフランジ部２１−１と機外側のフランジ部２１−２とは分割面Ｃが密着するように締結される。この締結の際、リング状部材２７は周溝２６の切欠部２６−１及び２６−２から中心に向かう斜め方向からの外力を受け圧縮されるが、この圧縮に伴い、筒状部２２に対して径方向の力、すなわち、フランジ部２１が筒状部２２をクランプする力が発生し、フランジ部２１と筒状部２２とはしまりばめの状態となる。このため、フランジ部２１と筒状部２２とは一体的にシールカバー２に固定される。

〔実施形態２〕
図４に基づいて、本発明の実施形態２に係るメカニカルシールのバッフルスリーブを説明する。
実施形態２に係るメカニカルシールは、バッフルスリーブに設けられる周溝及びリング状部材の断面形状において実施形態１と相違するが、その他は実施形態１と同じであり、図４において、図３と同じ符号は同じ部材を指している。以下、実施形態１と相違する部分について主に説明する。

図４において、バッフルスリーブ３７は、フランジ部３８と筒状部３９とから構成され、断面略Ｌ字状をなしており、フランジ部３８と筒状部３９とは分割された構成であり、また、フランジ部３８は軸方向において機内側のフランジ部３８−１と機外側のフランジ部３８−２に２分割され、筒状部３９の外周面とフランジ部３８の分割面Ｃとにまたがって形成された周溝３３に弾性変形可能な材料からなるリング部材３２が配設されるようになっている点で、基本的構造は実施形態１のバッフルスリーブ１７と同じである。

しかし、図４に示すように、周溝３３は、断面形状が略凧形であって、略凧形の２組の対角のうち、短い対角線を有する１組の対角がフランジ部の内周面３０と筒状部３９の外周面３１との接合部の近傍に位置し、長い対角線を有する１組の対角がフランジ部３８の分割面Ｃの近傍に位置し、かつ、長さの長い２本の辺が外径側に位置するように設けられている。詳述すると、機内側のフランジ部３８−１及び機外側のフランジ部３８−２のそれぞれの内周側、かつ、分割面Ｃ側に位置するコーナ部が略三角形に切り欠かれて切欠部３３−１が形成され、この切欠部３３−１に対向する筒状部３９の外周面３１に位置する部分が略三角形に切り欠かれて切欠部３３−２が形成され、全体として略凧形の周溝３３が形成されている。
なお、本明細書において「凧形」とは、隣り合った２本の辺の長さが等しい組が２組ある四角形のことを指すものであり、該「凧形」では対角線は直交し、異なる長さを持つ２辺によってつくられる２つの向かい合う角の大きさは互いに等しい。

リング状部材３２は、周溝３３の略凧形断面の外径側の一部、すなわち、外径側に位置する略三角形状の逃げ部３６を除く略五角形の断面形状をしている。図４においては、周溝３３の外径側に位置する長さの長い２本の辺で形成される溝部がフランジ部３８のボルト孔２８の位置まで延びているため、リング状部材３２がフランジ部３８のボルト孔２８に嵌入されるボルト２９に抵触しないように、ボルト孔２８より内径側の周溝３３の部分を充填するような形状に形成されている。逃げ部３６はリング状部材３２が圧縮される際に、筒状部３９の外周面３１に作用するリング状部材３２の圧縮反力、すなわち、クランプ力の生成を有効ならしめるものである。例えば、逃げ部３６を極端に大きくするとリング状部材３２の圧縮率は大きくなるが、筒状部３９の外周面３１に作用するクランプ力は小さくなるため好ましくない。逆に、逃げ部３６を極端に小さくするとリング状部材３２の圧縮時の収縮率が制限され有効なクランプ力が生成されない恐れがある。
逃げ部３６の大きさ、すなわち、リング状部材３２の周溝３３に対する充填率を変更することでクランプ力を調節することができる。

略五角形の断面形状をしたリング状部材３２は、分割されたフランジ部３８−１及び３８−２がボルト２９により締結された場合、周溝３３により圧縮される大きさを有し、フランジ部３８−１及び３８−２の締結によりリング部材３２が周溝３３により圧縮された状態で装着される。
リング状部材３２は、例えば、金属、ゴムまたはプラスチックから形成される。
また、リング状部材３２の断面は、中実に限らず中空であってもよい。

図４において、まず、バッフルスリーブ３７の筒状部３９の外周面３１に機内側のフランジ部３８−１が嵌合され、続いて、周溝３３にリング状部材３２が配設され、最後に機外側のフランジ部３８−２が嵌合されるが、機外側のフランジ部３８−２が嵌合された状態で、ボルト２９が締め込まれると、機内側のフランジ部３８−１と機外側のフランジ部３８−２とは分割面Ｃが密着するように締結される。この締結の際、リング状部材３２は周溝３３の切欠部３３−１及び３３−２から中心に向かう斜め方向からの外力を受け圧縮されるが、この圧縮に伴い、筒状部３９の外周面３１に対して径方向の力、すなわち、フランジ部３８が筒状部３９をクランプする力が発生し、フランジ部３８と筒状部３９とはしまりばめの状態となる。このため、フランジ部３８と筒状部３９とは一体的にシールカバー２に固定される。

次に、図５ないし図７を参照しながら、本発明の実施形態に係るメカニカルシール、例えば、図１に示すメカニカルシールと従来技術におけるメカニカルシールとの組立工程を対比して説明する。

（１）プレアッセンブリ
本発明のメカニカルシールでは、工場、サービスセンター（以下、「工場等」という。）において、カラー６、ベローズ７、リテーナ８及びシールリング９とバッフルスリーブ１７の筒状部２２及びダンパー１９とを確実かつ制御された状態でプレアッセンブリする（以下、プレアッセンブリされた部材を「プレアッセンブリ部材」という。）ため、現地工事でプレアッセンブリ部材の組立工程を省くことができる。
これに対して、従来技術のメカニカルシールは、カラー５４、ベローズ５５、リテーナ５６及びシールリング５７等の静止側シール部材と断面略Ｌ字状で一体型のバッフルスリーブ５９とは、シールカバー６０の反対側からしか装着できないため、静止側シール部材とバッフルスリーブ５９を予めプレアッセンブリすることができない。
（２）現地等における初期状態
本発明のメカニカルシールでは、シールカバー２の機内側にプレアッセンブリ部材及びガスケット１５が配置され、機外側にバッフルスリーブ１７の分割されたフランジ部２１−１及び２１−２と、リング状部材２７、並びにボルト２９が配置される。
これに対して、従来技術のメカニカルシールは、シールカバー６０の機内側に静止側シール部材、ダンパー６１及びガスケット６２が配置され、機外側に一体型のバッフルスリーブ５９及びボルト６３が配置される。
説明図からわかるように、本発明のメカニカルシールにおける設置スペースＬ’は従来技術のメカニカルシールにおける設置スペースＬに比べて著しく小さい。このように、本発明のメカニカルシールでは、省スペースでの組立が可能である。
（３）二次シール装着
本発明のメカニカルシール及び従来技術のメカニカルシール共に、それぞれ二次シール部材であるガスケット１５、ガスケット６２がシールカバー側に装着される
（４）スリーブの挿入
従来技術のメカニカルシールでは、シールカバー６０の機外側に配置された一体型のバッフルスリーブ５９がシールカバー６０に挿入される。これに対して、本発明のメカニカルシールでは、バッフルスリーブ１７の筒状部２２はプレアッセンブリされているので、シールカバー２へのバッフルスリーブ１７の挿入は不要である。
（５）関連部品の装着
従来技術のメカニカルシールでは、関連部品であるダンパー６１をシールカバー６０の機内側からバッフルスリーブ５９に巻き付け、その後、静止側シール部材をバッフルスリーブ５９の外径側に挿入するが、この作業は若干の困難を伴う。これに対して、本発明のメカニカルシールでは、関連部品であるダンパー１９はプレアッセンブリされているので、バッフルスリーブ１７の筒状部２２に対するダンパー１９の装着作業は不要であり、装着ミス、装着漏れなどはなく、設計した性能を確保することができる。
（６）シールの装着
本発明のメカニカルシールでは、バッフルスリーブ１７の筒状部２２及びダンパー１９を含むプレアッセンブリ部材を機内側からシールカバー２に直接装着する。
これに対して、従来技術のメカニカルシールは、ダンパー６１をバッフルスリーブ５９に巻き付けた状態を維持しつつ、静止側シール部材をバッフルスリーブ５９の外径側に挿入するため、正確に装着することが困難である。
（７）ボルト締結
本発明のメカニカルシールでは、バッフルスリーブ１７の機内側のフランジ部２１−１、リング状部材２７及び機外側のフランジ部２１−２をシールカバー２の凹部２５に位置合わせしながら順次嵌入し、ボルト２９を締結する。ボルト２９が締め込まれると、フランジ部２１−１及び２１−２は分割面Ｃが密着するように締結され、その際、リング状部材２７が圧縮され、フランジ部２１が筒状部２２をクランプした状態、すなわち、しまりばめの状態となる。このため、フランジ部２１と筒状部２２とは一体的にシールカバー２に固定される。
これに対して、従来技術のメカニカルシールは、バッフルスリーブ５９のフランジ部を介してシールカバー６０にボルト６３を締結する。

本発明の実施形態に係るメカニカルシールの効果は以下のとおりである。
（１）本発明に係るバッフルスリーブ１７、３７はフランジ部２１、３８と筒状部２２、３９とが分割された構成であるため、工場等において、カラー６、ベローズ７、リテーナ８及びシールリング９とバッフルスリーブ１７、３７の筒状部２２、３９及びダンパー１９とを確実かつ制御された状態でプレアッセンブリすることができ、現地工事で部材の組立工程を省くことができる。このため、組み込み性が向上すると共に、現場作業でのミスを低減することができる。さらに、従来、断面略Ｌ字状の一体的なバッフルスリーブを丸棒から削り出す場合、「フランジ部の外径×筒状部の長さ」の材料が必要であり、また、丸棒から断面略Ｌ字状に加工するためには、その大部分を削る必要があり、無駄が多かったが、本発明に係るバッフルスリーブ１７、３７は、フランジ部２１、３８と筒状部２２、３９とを別の材料から形成するため従来技術におけるような無駄を無くすことができる。
（２）本発明のメカニカルシールではシールカバー２の機外側における設置スペースを従来技術に比べて著しく小さくできるため、省スペースでの組立が可能である。
（３）本発明に係るバッフルスリーブ１７、３７では、フランジ部２１、３８は軸方向において２分割され、筒状部２２、３９の外周面とフランジ部２１、３８の分割面とにまたがって形成された周溝２６、３３に弾性変形可能な材料からなるリング状部材２７、３２が配設され、分割されたフランジ部２１−１、２１−２、３８−１、３８−２の締結によりリング状部材２７、３２が周溝２６、３３により圧縮された状態で装着されるため、フランジ部２１、３８をシールカバー２に固定すると、径方向のクランプ力が作用し、一体型のバッフルスリーブと同等にフランジ部２１、３８と筒状部２２、３９との連結形状を保持することができる。このため、振動等の外乱にも十分に耐える機能を備えたバッフルスリーブを得ることができる。
（４）本発明の実施形態１に係るバッフルスリーブ１７の周溝２６は、断面形状が略正方形または略菱形であって、略正方形または略菱形の２組の対角のうち、一方の対角がフランジ部２１−１、２１−２の内周面と筒状部２２の外周面２４との接合部の近傍に位置し、他方の対角がフランジ部２１−１、２１−２の分割面Ｃの近傍に位置するように設けられ、リング状部材２７は、断面形状が円形、楕円形または多角形であり、分割されたフランジ部２１−１、２１−２が締結された場合、周溝２６により圧縮される大きさであるため、フランジ部２１をシールカバー２に固定すると、径方向のクランプ力が作用し、一体型のバッフルスリーブと同等にフランジ部２１と筒状部２２との連結形状を保持することができることはもちろん、周溝２６の加工及びリング状部材２７の形成を容易に行うことができる。
（５）本発明の実施形態２に係るバッフルスリーブ３７の周溝３３は、断面形状が略凧形であって、略凧形の２組の対角のうち、短い対角線を有する１組の対角がフランジ部３８−１、３８−２の内周面と筒状部３９の外周面３１との接合部の近傍に位置し、長い対角線を有する１組の対角がフランジ部３８−１、３８−２の分割面Ｃの近傍に位置し、かつ、長さの長い２本の辺が外径側に位置するように設けられ、リング状部材３２は、周溝３３の略凧形断面の外径側の一部を除く略五角形の断面形状であり、分割されたフランジ部３８−１、３８−２が締結された場合、周溝３３により圧縮される大きさであるため、フランジ部３８をシールカバー２に固定すると、径方向のクランプ力が作用し、一体型のバッフルスリーブと同等にフランジ部３８と筒状部３９との連結形状を保持することができることはもちろん、リング状部材３２が圧縮される際に、逃げ部３６が筒状部３９の外周面３１に作用するリング状部材３２の圧縮反力、すなわち、クランプ力の生成を有効ならしめことができる。さらに、周溝３３の略凧形断面の外径側の一部である逃げ部３６の大きさ、すなわち、リング状部材３２の周溝３３に対する充填率を変更することでクランプ力を調節することができる。
（６）リング状部材２７、３２は、周方向の１箇所が切断された略Ｃ字状の形状をなしていることにより、リング状部材２７、３２が外径方向から圧縮された場合、リング状部材２７、３２は容易に縮径されるので、フランジ部２１、３８の筒状部２２、３９に対するクランプ力を確実なものとすることができる。
（７）本発明に係るバッフルスリーブ１７、３７では、フランジ部２１、３８の筒状部２２、３９に対するクランプ力が、周溝２６、３３により圧縮されるリング状部材２７、３２の材質、断面形状及び圧縮率、並びに、周溝２６、３３の形状により変更自在であるため、クランプ力を最適なものに設定することができる。

１ ハウジング
２ シールカバー
３ 回転軸
４ 軸封部
６ カラー
７ ベローズ
８ リテーナ
９ シールリング
１０ メイティングリング
１１ リテーナ
１２ シールリング
１３ 芯出しケース
１４ 凹部
１５ ガスケット
１６ シール面
１７ バッフルスリーブ
１８ クラッチ構造
１９ ダンパー
２０ 環状溝
２１ フランジ部
２２ 筒状部
２３ 内周面
２４ 筒状部の基端の外周面
２５ フランジ部嵌合用の凹部
２６ 周溝
２７ リング状部材
２８ ボルト孔
２９ ボルト
３０ 内周面
３１ 筒状部の基端の外周面
３２ リング状部材
３３ 周溝
３５ クエンチング流体供給孔
３７ バッフルスリーブ
３８ フランジ部
３９ 筒状部

Claims (7)

1. ハウジングと回転軸との間に形成した軸封部に装着されて、ハウジングと回転軸との間をシールするメカニカルシールであって、シールリングと、該シールリングに対向摺接するメイティングリングとを具備し、前記シールリングおよび前記メイティングリングの一方がハウジングに装着されたシールカバーの機内側にベローズを介して支持され、他方が回転軸と共に回転するメカニカルシールにおいて、
   前記シールカバーの機外側において固定されて前記シールリングと前記メイティングリングとの摺動面にクエンチング流体を誘導する断面略Ｌ字状のバッフルスリーブを備え、
   前記バッフルスリーブはフランジ部と筒状部とが前記フランジ部の内周面と前記筒状部の外周面とにおいて分割され、さらに、前記フランジ部は軸方向において２分割された構成であり、
   前記筒状部の外周面と前記フランジ部の軸方向における分割面とにまたがって形成された周溝に弾性変形可能な材料からなるリング状部材が配設され、
   前記分割されたフランジ部の締結により前記リング状部材が前記周溝内に圧縮された状態で装着されることを特徴とするメカニカルシール。
2. 前記周溝は、断面形状が略正方形または略菱形であって、前記略正方形または略菱形の２組の対角のうち、一方の対角が前記フランジ部の内周面と前記筒状部の外周面との接合部の近傍に位置し、他方の対角が前記フランジ部の分割面の近傍に位置するように設けられ、前記リング状部材は、断面形状が円形、楕円形または多角形であり、前記分割されたフランジ部が締結された場合、前記周溝により圧縮される大きさであることを特徴とする請求項１記載のメカニカルシール。
3. 前記周溝は、断面形状が略凧形であって、前記略凧形の２組の対角のうち、短い対角線を有する１組の対角が前記フランジ部の内周面と前記筒状部の外周面との接合部の近傍に位置し、長い対角線を有する１組の対角が前記フランジ部の分割面の近傍に位置し、かつ、長さの長い２本の辺が外径側に位置するように設けられ、前記リング状部材は、前記周溝の前記略凧形断面の外径側の一部を除く略五角形の断面形状であり、前記分割されたフランジ部が締結された場合、前記周溝により圧縮される大きさであることを特徴とする請求項１記載のメカニカルシール。
4. 前記リング状部材は、周方向の１箇所が切断された略Ｃ字状の形状をなしていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
5. 前記リング状部材は、金属、ゴムまたはプラスチックから形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
6. 前記リング状部材は、中実または中空の断面を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
7. 前記フランジ部の前記筒状部に対するクランプ力が、前記周溝により圧縮される前記リング状部材の材質、断面形状及び圧縮率、並びに、前記周溝の形状により変更自在であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のメカニカルシール。

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