JP6309839B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

本発明は、メカニカルシールに関する。

医薬品や食品用の攪拌機やポンプ等の装置に使用されるメカニカルシールでは、密封領域側（機内側）への異物の混入が確実に防止されることが要求される。ここで、機内側に金属の部分が露出していると、機内に腐食性の高い物質が密封された際に、当該部分が腐食して酸化物等の異物が発生する虞がある。そこで、機内側に金属部分が露出していない、ノンメタリック構造などと称されるメカニカルシールが知られている。特許文献１には、金属製のシールケースにおける、装置内部に密封された流体が接触し得る部分に、合成樹脂材料からなる被覆層が形成されたメカニカルシールが開示されている。

特開２０１２−３１８９６号公報

特許文献１に開示されたメカニカルシールによれば、金属製のシールケースの腐食は抑制されるが、密封流体が接触し得る部分に被覆層を余すところなく形成する必要がある。

本発明の目的は、金属製のシールケースを備えるメカニカルシールにおいて、密封領域内の物質によるシールケースの腐食を容易に抑制することができるメカニカルシールを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明に係るメカニカルシールは、
回転軸と、該回転軸が挿通されるハウジングとの間の隙間を封止するメカニカルシールであって、
前記回転軸に対して固定される回転環と、
前記回転環との間にシール面を形成する固定環と、
前記固定環を保持する環状且つ金属製のシールケースと、
前記ハウジング内の物質に対する耐腐食性を有する材料から構成された環状の保護部材と、
を備え、
前記保護部材は、前記ハウジング内の物質が前記シールケースに到達する経路を塞ぐように、前記シールケースと前記ハウジングとの間に取り付けられることを特徴とする。

本発明によれば、シールケースとは異なる部品で構成される保護部材を取り付けることにより、金属製のシールケースとハウジング内に密封されている物質との接触を防止してシールケースの腐食を抑制することが可能になる。ゆえに、本発明によれば、上記の従来技術のように、シールケースの表面に被覆層を形成する必要がなくなるため、金属製のシールケースの腐食を容易に抑制することが可能になる。

ここで、前記回転環と前記固定環は、前記シールケースの径方向内側の領域を封止するものであって、
前記保護部材は、前記シールケースの径方向内側に挿入される円筒部と、該シールケースの軸方向における前記ハウジング側の端面に沿って径方向外側へ延びるフランジ部と、を備え、
前記円筒部と前記固定環との間がゴム状弾性体製の環状シールによって封止され、且つ、前記フランジ部における前記シールケースとは反対側に前記ハウジングが固定されてもよい。

この構成によれば、保護部材と環状シールによって、ハウジング内の物質がシールケースに到達する経路を確実に塞ぐことが可能になる。

本発明によれば、金属製のシールケースを備えるメカニカルシールにおいて、密封領域内の物質によるシールケースの腐食を容易に抑制することができるメカニカルシールが提供される。

本発明の実施例に係るメカニカルシールの模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［実施例］
＜メカニカルシールの構成＞
図１を参照して、本発明の実施例に係るメカニカルシールの構成について説明する。本実施例に係るメカニカルシール１００は、回転軸２００と、回転軸２００が挿通されるハウジング３００との間の隙間を封止するために用いられるメカニカルシールであって、医薬品や食品用の攪拌機やポンプ等の装置に用いられる。図１は、メカニカルシール１００の概略構成を示す、回転軸２００の中心軸線を含む平面による模式的断面図である。なお、説明の便宜上、特徴的な部分を示すために切断位置の位相は適宜変更させている。また、奥行きは基本的に省略されており、端面のみが図示されている。

メカニカルシール１００は、回転軸２００に固定されたカラー１１０と、回転軸２００に対してカラー１１０を介して固定された回転環１２０とを備えている。回転環１２０は、ハウジング３００内に収容される物質（詳細は後述）に対する耐腐食性を有する材料であるＳｉＣ（炭化ケイ素）から成る。回転環１２０の外周側には環状の段差部１２１が設けられており、この段差部１２１が、カラー１１０に対してネジ止めされた環状且つ金属製の固定部材１１１によって挟まれることによって、回転環１２０がカラー１１０に対して固定されている。また、カラー１１０には軸方向に突出するノックピン１１２が設けられており、このノックピン１１２が段差部１２１に設けられた切欠き溝１２２に嵌ることによって、回転環１２０のカラー１１０に対する回転が規制されている。また、回転環１２０の内周面と回転軸２００の外周面との間は、Ｏリング１９０によって封止されている。なお、カラー１１０は、回転軸２００に設けられた段差部によって位置決めされた状態で、回転軸２００に対して固定されたスリーブ１１３によって固定されている。そして、カラー１１０とスリーブ１１３や回転環１２０との間、また、スリーブ１１３と回転軸２００との間は、それぞれＯリングによって封止されている。

そして、メカニカルシール１００は、回転環１２０との間にシール面を形成する固定環
１３０と、固定環１３０を保持する環状且つ金属製のシールケース１４０とを備えている。固定環１３０は、回転環１２０と同様にＳｉＣから成る。シールケース１４０には、軸方向に突出するノックピン１４１が設けられており、このノックピン１４１が、固定環１３０の機内側Ａ（図中右側の密封領域側）の端面に設けられたピン穴１３１に嵌ることによって、固定環１３０のシールケース１４０に対する回転が規制されている。また、シールケース１４０には、固定環１３０を機外側Ｂ（図中左側の大気側）方向へ付勢するスプリング１４２が設けられている。

そして、シールケース１４０の径方向内側には、ハウジング３００内の物質に対する耐腐食性を有する材料から構成された環状の保護部材１５０が取り付けられている。本実施例においては、ハウジング３００内には、発煙硫酸やフッ酸等の強酸性液体や、苛性ソーダ等の強塩基性流体が収容される。そのため、保護部材１５０の材料としては、これら強酸性流体や強塩基性流体に対する耐腐食性を有するＳｉＣが用いられる。保護部材１５０は、焼結によって成形された後に削り出し等の加工が施されることによって製造される。なお、保護部材１５０の材料は、ハウジング３００内に収容される物質（流体、気体、粉体等）に応じて適宜定めればよいため、収容される物質が強酸性物質等の特に腐食性の高いものでない場合は、アルミナ等の他のセラミックや、樹脂、カーボン等の材料であってもよい。なお、この場合には、回転環１２０や固定環１３０の材料も、アルミナ等の他のセラミックや、樹脂、カーボン等の材料であってもよい。

保護部材１５０は、シールケース１４０の径方向内側に挿入される円筒部１５１と、シールケース１４０の機内Ａ側の端面に沿って径方向外側へ延びるフランジ部１５２とを備えている。円筒部１５１は、固定環１３０の内径側まで延びており、ゴム状弾性体製のＯリング１９１によって、円筒部１５１と固定環１３０との間が封止されている。また、フランジ部１５２の外周側には環状の段差部１５３が設けられており、この段差部１５３が、シールケース１４０に対してネジ止めされた環状且つ金属製の固定部材１６０によって挟まれることによって、保護部材１５０がシールケース１４０に対して固定されている。

以上のように構成されるメカニカルシール１００は、回転軸２００を支持する軸受け等が収容されたケース１７０と共に、ハウジング３００の機外Ｂ側の端面に設けられたスタッドボルト３０２に締結されることによって、ハウジング３００に対して固定されている。なお、保護部材１５０のフランジ部１５２と、ハウジング３００の開口３０１の機外Ｂ側の端面との間は、ゴム状弾性体製のガスケット１９２によって封止される。メカニカルシール１００がこのようにしてハウジング３００に対して固定されることにより、保護部材１５０がシールケース１４０とハウジング３００との間に取り付けられた状態となる。これにより、保護部材１５０によってシールケース１４０が機内Ａ側に露出しない状態となるため、ハウジング３００内の物質がシールケース１４０に到達する経路が塞がれる。

ところで、シールケース１４０には、径方向に貫通したガス供給孔１４３が設けられている。また、固定環１３０には、固定環１３０の外周面から機外Ｂ側の端面１３２に至る通路１３３が設けられている。図示のように、固定環１３０は、ガス供給孔１４３と通路１３３とが連通する状態でシールケース１４０に対して取り付けられている。そして、固定環１３０とシールケース１４０との間は、通路１３３の軸方向の両側に設けられたゴム状弾性体製のＯリング１９３、１９４によって封止されている。これにより、ガス供給孔１４３と通路１３３内を通過するガスの圧力が保持される。また、メカニカルシール１００の外部には、メカニカルシール１００の使用時にガス供給孔１４３に窒素ガス等を供給する不図示のガス供給装置が設置されている。ガス供給装置からガス供給孔１４３に供給されたガスは、通路１３３を通って回転環１２０の機内Ａ側の端面１２３と固定環１３０の端面１３２との間に導入されるため、導入されたガスの圧力によって端面１２３と端面１３２との間に微小な隙間が生じる。したがって、本実施例においては、回転環１２０は
、固定環１３０に対して非接触な状態で回転するが、端面１２３と端面１３２との間に導入されたガスの作用によって、回転環１２０と固定環１３０との間にはシール面が形成される。これにより、ハウジング３００内の領域に連通する、シールケース１４０の径方向内側（機内Ａ側）の領域が密封された状態になる。ここで、回転環１２０は、固定環１３０に対して非接触状態で回転するため、摩耗によって粉塵等の異物が発生することが回避される。なお、端面１２３には、ガスの動圧を効果的に発生させるための動圧発生溝１２４が形成されている。また、ケース１７０には、径方向に貫通したベント１７１が設けられており、両端面間に導入された後に機外Ｂ側に流出したガスはベント１７１を通って大気へ排出される。一方、両端面間に導入された後に機内Ａ側に流出したガスは、ハウジング３００に設けられた不図示のベントから排出される。

＜本実施例に係るメカニカルシールの優れた点＞
以上のように構成されるメカニカルシール１００によれば、シールケース１４０とは異なる部品で構成された保護部材１５０をシールケース１４０とハウジング３００との間に取り付けることによって、密封領域であるハウジング３００内の領域に収容されている物質がシールケース１４０に到達する経路を塞ぐことができる。これにより、シールケース１４０の腐食を容易に抑制することが可能になる。また、メカニカルシール１００によれば、保護部材１５０の円筒部１５１と固定環１３０との間がＯリング１９１によって封止されると共に、フランジ部１５２におけるシールケース１４０とは反対側にハウジング３００が固定されるため、ハウジング３００内の物質がシールケース１４０の径方向内側に到達する経路を確実に塞ぐことが可能になる。

なお、メカニカルシール１００においては、機内Ａ側に金属部品は露出しておらず、ハウジング３００内の物質が接触し得る、回転環１２０、固定環１３０及び保護部材１５０は、全て耐腐食性を有する材料から構成されている。したがって、メカニカルシール１００によれば、構成部品の腐食による異物の発生が好適に防止される。また、メカニカルシール１００によれば、保護部材１５０が円筒部１５１とフランジ部１５２とを備えているため、機内Ａ側から円筒部１５１を挿入させることによって、シールケース１４０に対して容易に取り付けることが可能になる。更に、メカニカルシール１００においては、保護部材１５０は、固定部材１６０を介してネジ止めされている。したがって、保護部材１５０がＳｉＣ等の靱性が低い材料から構成されていても、保護部材１５０を破損させることなく、シールケース１４０に対して容易に固定することができる。また、このような構成によれば、保護部材１５０が、樹脂等の熱膨張係数の大きい材料から構成されていても、固定部材１６０を介したネジ止めによって容易に固定することが可能になる。なお、保護部材１５０が、カーボン等のある程度の弾性を有する材料から構成される場合には、シールケース１４０に対して直接固定することも可能である。また、本実施例においては、回転環１２０は、固定環１３０に対して非接触状態で回転するが、本発明は、回転環が固定環に対して摺動する構成を備えるメカニカルシールにも適用することができる。この場合においても、構成部品の腐食による異物の発生は好適に防止される。

１００ メカニカルシール
１２０ 回転環
１３０ 固定環
１４０ シールケース
１５０ 保護部材
２００ 回転軸
３００ ハウジング

Claims (3)

1. 回転軸と、該回転軸が挿通されるハウジングとの間の隙間を封止するメカニカルシールであって、
   前記回転軸に対して固定される回転環と、
   前記回転環との間にシール面を形成する固定環と、
   前記固定環を保持する環状且つ金属製のシールケースと、
   前記ハウジング内の物質に対する耐腐食性を有する材料から構成された環状の保護部材と、
   を備え、
   前記保護部材は、前記シールケースの径方向内側に挿入される円筒部と、該シールケースの軸方向における前記ハウジング側の端面に沿って径方向外側へ延びるフランジ部と、を備え、前記フランジ部が、前記シールケースに対して固定された環状の固定部材によって挟まれることによって、前記保護部材が前記シールケースに対して固定されており、前記ハウジング内の物質が前記シールケースに到達する経路を塞ぐように、前記シールケースと前記ハウジングとの間に取り付けられることを特徴とするメカニカルシール。
2. 前記回転環と前記固定環は、前記シールケースの径方向内側の領域を封止するものであって、
   前記円筒部と前記固定環との間がゴム状弾性体製の環状シールによって封止され、且つ、前記フランジ部における前記シールケースとは反対側に前記ハウジングが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. 前記シールケースには、径方向に貫通したガス供給孔が設けられており、
   前記固定環には、前記固定環の外周面から前記回転環と対向する面に至る、前記ガス供給孔と連通する通路が設けられ、
   前記固定環と前記シールケースとの間を封止する、前記通路の軸方向の両側に設けられたＯリングを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のメカニカルシール。

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