JP6333865B2 - 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。

メカニカルシールにおいては、装着性等の観点から、固定環、回転環としてのシールリングが分割されており、取り付け箇所に取り付ける際に、これら分割された分割体を組み合わせることによって、環状のシールリングを構成する技術が知られている。ここで、メカニカルシールにおけるシールリングはＳｉＣやアルミナなどのセラミックス（塑性材料）で構成される場合が多い。この場合には分割体同士をボルトなどの締結具を用いて固定させることはできない。そのため、複数の分割体を組み合わせた状態で、クランピングリングなどにより外周面を締め付けることで、これら複数の分割体を位置決めさせつつ固定する構造が採用されている（特許文献１参照）。

しかしながら、クランピングリング等によって、シールリングの外周面側から締め付けるだけでは、複数の分割体の径方向に対する位置決め精度を高くできるものの、軸線方向の位置決め精度を高くするのが難しい。そのため、分割体同士が軸線方向にずれたまま固定されてしまい、密封性が低下してしまう場合がある。

特開２００３−１６６６５１号公報

本発明の目的は、シールリング（固定環、回転環）を構成する複数の分割体の位置決め精度の向上を図った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手段を採用した。

すなわち、本発明のメカニカルシールは、
ハウジングに対して回転可能に設けられた回転軸を囲むようにハウジングに取り付けられる第１環状部材と、
複数の分割体を組み合わせることで環状に構成されるとともに、回転軸を囲むように前記第１環状部材に取り付けられる固定環と、
前記固定環を構成する複数の分割体の外周面を締め付けることで、これら複数の分割体を固定する第１固定部材と、
回転軸の外周に取り付けられる第２環状部材と、
複数の分割体を組み合わせることで環状に構成されるとともに、前記固定環に対して軸方向に密着して回転軸を囲む環状の摺動シール面を形成するように前記第２環状部材に取り付けられる回転環と、
前記回転環を構成する複数の分割体の外周面を締め付けることで、これら複数の分割体を固定する第２固定部材と、
を備えるメカニカルシールにおいて、
前記第１環状部材及び前記第２環状部材は、前記固定環及び前記回転環を前記摺動シール面を形成した状態で軸方向に挟持するとともに、前記第１環状部材、前記固定環、前記回転環及び前記第２環状部材の軸方向の位置決めと、前記第１環状部材及び前記第２環状部材の周方向の位置決めと、がなされた状態が保持されるように、連結部材によって互いに固定可能に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１環状部材及び第２環状部材を連結部材によって固定することで、第１環状部材、固定環、回転環、第２環状部材が軸方向に位置決めされた状態で保持され、固定環、回転環を構成する分割体も軸方向に位置決めされた状態で保持される。したがって、この状態で各構成のハウジングまたは回転軸への取り付けを行うことで、軸方向の位置ずれを抑制しながらメカニカルシールの各構成部材を容易に精度よく組み立てることが可能となる。

前記固定環は、前記第１環状部材と前記回転環との間で前記固定環を構成する複数の分割体同士が軸方向に位置決めされた状態で、これら複数の分割体が前記第１固定部材により固定されるとよい。
同様に、前記回転環は、前記固定環と前記第２環状部材との間で前記回転環を構成する複数の分割体同士が軸方向に位置決めされた状態で、これら複数の分割体が前記第２固定部材により固定されることを特徴とする請求項１または２に記載のメカニカルシール。

これにより、固定環、回転環を構成する複数の分割体の固定部材による固定を、軸方向の位置ずれを抑制して、精度よく行うことができる。

前記第１環状部材、前記固定環、前記回転環及び前記第２環状部材は、ハウジング及び回転軸に装着されていない状態において、連結部材により、互いに軸方向に位置決めされた状態を保持して一体化可能に構成されているとよい。

これにより、メカニカルシールをカートリッジ化することができる。したがって、メカニカルシールの装着作業における取り回し性の向上を図ることができる。

前記第１環状部材及び前記第２環状部材は、前記第１環状部材、前記固定環、前記回転環及び前記第２環状部材が連結部材により互いに軸方向に位置決めされた状態を保持して一体化された状態で、ハウジング及び回転軸にそれぞれ固定され、
前記固定環及び前記回転環は、前記第１環状部材及び前記第２環状部材がハウジング及び回転軸にそれぞれ固定され、連結部材が取り外された後に、前記第１固定部材及び前記第２固定部材によってそれぞれの複数の分割体が固定されるとよい。

連結部材により第１環状部材、固定環、回転環、第２環状部材を一体化した状態で、初めに第１環状部材と第２環状部材の固定を行うことで、連結部材を取り外しても、各構成部材の軸方向の位置決め状態が保持される。すなわち、固定環、回転環は、固定された第１環状部材と第２環状部材との間で、軸方向に位置決めされた状態が保持される。したがって、固定部材による固定環、回転環の固定を連結部材を取り外してから行うことが可能となり、作業性の向上を図ることができる。

前記固定環を構成する複数の分割体が前記第１固定部材によって仮固定され、かつ前記回転環を構成する複数の分割体が前記第２固定部材によって仮固定された状態で、前記第１環状部材、前記固定環、前記回転環及び前記第２環状部材が連結部材により互いに軸方向に位置決めされた状態を保持して一体化され、
該一体化された状態で、前記第１環状部材及び前記第２環状部材が、ハウジング及び回転軸にそれぞれ固定され、その後、前記固定環を構成する複数の分割体が前記第１固定部材によって改めて固定され、かつ、前記回転環を構成する複数の分割体が前記第２固定部材によって改めて固定されるとよい。

固定環、回転環を構成する複数の分割体をそれぞれの固定部材で予め仮固定しておくことで、連結部材による第１環状部材、固定環、回転環、第２環状部材の一体化作業がしやすくなる。

前記固定環及び前記回転環は、軸方向に見たときに、それぞれの分割面が互いに重ならないとよい。

軸方向に位置決めする際に、固定環と回転環とが互いに当接する摺動シール面において固定環と回転環の分割面同士が重なって軸方向に当接すると、複数の分割体の間に軸方向に位置ずれを生じるおそれがある。固定環と回転環のそれぞれの分割面が互いに重ならないように構成することで、そのような位置ずれを抑制することができる。

前記連結部材は、ボルトであり、
前記第１環状部材及び前記第２環状部材は、いずれか一方が、前記ボルトを挿通可能な貫通孔または切欠き部を有し、他方が、前記ボルトが螺合可能なボルト穴を有するとよい。

かかる構成によれば、各構成部材の互いの位置決め、一体化を、ボルトの締め付け、すなわち、ボルトを貫通孔または切り欠き部に挿通するとともにボルト穴に螺合させることにより、容易に行うことができる。

前記第１環状部材及び前記第２環状部材は、複数の前記ボルトで連結できるように、前記貫通孔または切欠き部と前記ボルト穴をそれぞれ複数有するとよい。

複数のボルトで第１環状部材、固定環、回転環、第２環状部材を一体化できるように構成することで、第１環状部材、固定環、回転環、第２環状部材の一体性を高めることができる。

前記固定環及び前記回転環のそれぞれの分割面が軸方向に見たときに互いに重ならない位置において、前記固定環は前記第１環状部材に対する回転が規定され、前記回転環は前記第２環状部材に対する回転が規制されるように構成されており、
複数の前記貫通孔または切欠き部と複数の前記ボルト穴は、軸方向に見たときにそれぞれ非対称的に配置されているとよい。

例えば、複数のボルト穴が対称的に配置されている場合、その配置の仕方によっては、固定環及び回転環のそれぞれの分割面が重なる場合のボルト穴の配置と、重ならない場合のボルト穴の配置とが同じ配置になることが考えられる。その場合、第１環状部材、第２環状部材を周方向の相対位置（相対位相）を誤って装着して分割面が互いに重なった状態で組み付けてしまう可能性がある。そこで、複数のボルト穴を非対称的に配置することで、正しい相対位置でないと組み付けられないようにし、第１環状部材、第２環状部材の誤装着を抑制することができる。

前記第１固定部材及び前記第２固定部材は、前記固定環及び前記回転環の外周面に周長を縮めて巻き付くことによって複数の分割体の外周面を締め付けることが可能なバンド部材であるとよい。

かかるバンド部材によれば、複数の分割体の外周面を全周に渡って略均一な力で締め付けることができる。したがって、複数の分割体の間に段差が生じるのを抑制しつつ複数の分割体を固定することができる。

本発明によれば、シールリング（固定環、回転環）を構成する複数の分割体の位置決め精度の向上を図ることができる。

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 本発明の実施例における固定環を軸方向に見た図（平面図） 本発明の実施例における回転環を軸方向に見た図（平面図） 本発明の実施例における固定部材の構成を説明する図 本発明の実施例における第２環状部材を軸方向に見た図（平面図） 本発明の実施例の変形例における第２環状部材を軸方向に見た図（平面図）

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）
図１〜図６を参照して、本発明の実施例に係るメカニカルシールについて説明する。

＜メカニカルシール＞
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全体構成等について説明する。図１は、本発明の実施例に係るメカニカルシールの装着状態を示す模式的断面図である。なお、図１中のメカニカルシールは、回転軸の中心軸線を含む面で切断した断面を示している。

本実施例に係るメカニカルシール１００は、固定環ユニット２００と回転環ユニット３００を備えたアウトサイドシールである。すなわち、回転軸５００とハウジング６００との間の環状隙間に封止されている密封対象流体側（Ａ）の密封対象流体が、内周側から外周側（Ｂ）に漏れるのをメカニカルシール１００によって防ぐものである。また、本実施例に係るメカニカルシール１００は静止形のシールであり、固定環ユニット２００側にスプリングなどの作動部が備えられている。

固定環ユニット２００は、ハウジング６００に取り付けられる第１環状部材としてのスタッフィングボックス２１０と、環状のシールリングとしての固定環２２０と、第１固定部材としてのホースバンド２３０とを備えている。固定環２２０は、複数の分割体（以下、適宜、分割体２２０Ａ、２２０Ｂと称する）に分割された構成となっている。これら複数の分割体２２０Ａ、２２０Ｂの外周面をホースバンド２３０によって締め付けることで、これら複数の分割体２２０Ａ、２２０Ｂが固定される。なお、「軸線方向（軸方向）」とは、回転軸５００の軸線方向を意味する。以下、同様である。

このように構成される固定環ユニット２００は、ハウジング６００に取り付けられる。すなわち、スタッフィングボックス２１０が、ボルト６１０によりハウジング６００の軸孔開口部回りの端面に、回転軸５００を囲むように固定されるとともに、固定環２２０が、回転軸５００を囲むようにスタッフィングボックス２１０に取り付けられる。

スタッフィングボックス２１０と固定環２２０は、スタッフィングボックス２１０の端面に設けられたピン２１１が、固定環２２０に設けられた凹部２２１に挿入されており、ピン２１１と凹部２２１の係合によって互いに回転方向（周方向）の相対移動を規制する構成となっている。また、固定環２２０には、付勢部材としてのスプリング２４０が装着されるスプリング穴２２２が設けられている。スプリング穴２２２に装着されたスプリング２４０は、スプリング穴２２２の底部とスタッフィングボックス２１０の端面との間で軸方向に圧縮されることで、スタッフィングボックス２１０と固定環２２０との間に軸方向の付勢力を発生させる。すなわち、固定環２２０は、スタッフィングボックス２１０に対して、回転方向については、ピン２１１によって移動しないように規制されるが、軸方向については移動可能に構成されている。さらに、固定環２２０は、スプリング２４０により、スタッフィングボックス２１０から離れる方向（回転環３２０に向かう方向）に弾性力を受ける構成となっている。なお、ピン２１１と凹部２２１による回り止め部、スプリング穴２２２とスプリング２４０による付勢部は、それぞれ設ける数は１つに限られるものではなく複数設けてよい。その場合の配置は、周方向に等間隔とするのが好ましいが、特に限定されるものではない。

また、固定環２２０は、回転軸５００の外周面と、これに対向するスタッフィングボックス２１０の内周面との間に延びる円筒状の延出部を有しており、その延出部の外周に環状溝２２３が形成されている。この環状溝２２３に装着されるＯリングＯ１により、スタッフィングボックス２１０の内周面と固定環２２０の延出部の外周面との間の環状隙間が封止される。

回転環ユニット３００は、回転軸５００の外周に固定される第２環状部材としてのカラー３１０と、環状のシールリングとしての回転環３２０と、第２固定部材としてのホースバンド３３０とを備えている。回転環３２０も、固定環２２０と同様、複数の分割体（以下、適宜、分割体３２０Ａ、３２０Ｂと称する）に分割された構成となっている。これら複数の分割体３２０Ａ、３２０Ｂの外周面をホースバンド３３０によって締め付けることで、これら複数の分割体３２０Ａ、３２０Ｂが固定される。

このように構成される回転環ユニット３００は、回転軸５００に取り付けられる。すなわち、カラー３１０が、回転軸５００の外周に固定されるとともに、回転環３２０が、カラー３１０と固定環ユニット２００の固定環２２０との間で回転軸５００の外周を囲むように取り付けられる。

カラー３１０と回転環３２０は、カラー３１０の端面に設けられたピン３１１が、回転環３２０に設けられた凹部３２１に挿入されており、ピン３１１と凹部３２１の係合によって互いに回転方向の相対移動を規制する構成となっている。なお、ピン３１１と凹部３２１による回り止め部の設ける数は１つに限られるものではなく複数設けてよい。その場合の配置は、周方向に等間隔とするのが好ましいが、特に限定されるものではない。

また、カラー３１０も２つに分割された分割体により構成されており、これら２つの分割体はボルト３１２によって固定される。これにより、分割体同士が固定されることで環状のカラー３１０が構成される。また、カラー３１０は、セットスクリュ３１３によって回転軸５００に固定される。また、回転環３２０の内周側には段差部３２２が形成されており、この段差部３２２にＯリングＯ２が装着されることで、回転軸５００の外周面と回転環３２０の内周面との間の環状隙間が封止される。

固定環ユニット２００の固定環２２０と回転環ユニット３００の回転環３２０は、互いに対向する環状の端面をそれぞれ有しており（シール端面２２４、シール端面３２４）、これら端面が軸方向に当接することにより、環状の摺動シール面を形成する。上記の通り、スプリング２４０によって、固定環２２０は回転環３２０に向かって付勢されるので、固定環２２０のシール端面２２４と、回転環３２０のシール端面３２４とが離れてしまうことはない。なお、固定環２２０のシール端面２２４と回転環３２０のシール端面３２４とはいずれも先端に向かうにつれて先細りする構成となっている。

以上のように構成されるメカニカルシール１００によれば、回転軸５００の回転に伴って回転環ユニット３００も回転し、回転環３２０のシール端面３２４と固定環２２０のシール端面２２４とが密着した状態を保ちながら摺動する。従って、密封対象流体の外周側（Ｂ）への漏れを抑制することができる。

＜シールリング（固定環及び回転環）＞
図２及び図３を参照して、本実施例に係るメカニカルシール１００を構成するシールリング（固定環２２０及び回転環３２０）について説明する。図２は、固定環２２０を軸方向に見た模式的平面図であり、図１において矢印Ａ方向に固定環２２０を見た図に相当する。図３は、回転環３２０を軸方向に見た模式的平面図であり、図１において矢印Ｂ方向に回転環３２０を見た図に相当する。

固定環２２０及び回転環３２０は、装着性の観点（必要性）から、いずれも２つの分割体を組み合わせることによって環状の部材となる二つ割構造である。つまり、本実施例に係るメカニカルシール１００においては、分割された複数の分割体を組み合わせることにより環状のシールリングが構成される分割型シールリングを採用している。

固定環２２０及び回転環３２０は、ＳｉＣやアルミナなどのセラミックス（塑性材料）によって構成される。そして、この固定環２２０及び回転環３２０は、それぞれ、例えば、環状の部材を引っ張ることによって２つに分割した２つの分割体から構成される（分割体２２０Ａ、２２０Ｂ及び分割体３２０Ａ、３２０Ｂ）。本実施例においては、環状の部材を２つに分割し易くするために、それぞれ内周側に２つの切欠きが設けられている（切欠き２２５及び切欠き３２５）。従って、図２及び図３において、２つの切欠きの対向方向と直交する方向で左右に環状の部材を引っ張ることで、それぞれ、切欠きが設けられた部分が割れて、２つの分割体が得られる。

＜ホースバンド＞
図４を参照して、本実施例における固定部材としてのホースバンド２３０、３３０について説明する。図４は、ホースバンドの構成を説明する模式図であり、（ａ）は、ホースバンドの模式的側面図であり、（ｂ）において矢印Ｄ方向に見た図に相当し、（ｂ）は、ホースバンドの模式的平面図であり、（ａ）において矢印Ｅ方向に見た図に相当する。なお、第１固定部材としてのホースバンド２３０と、第２固定部材としてのホールバンド３３０は、互いに同一の構成であり、ここでは、主にホースバンド２３０について説明する。

ホースバンド２３０（３３０）は、金属又は樹脂製のバンド部材であり、固定環２２０（回転環３２０）の外周面に巻き付けられる帯状のバンド２３１（３３１）と、バンド２３１の周長を調整するための締め付けボルト２３２（３３２）と、を有する。環状に巻かれたバンド２３１の外周面には、締め付けボルト２３２に設けられた不図示のねじ部（雄ねじ部）と噛み合うねじ部（平面上に形成されたねじ山状の凸部または凹部）２３３（３３３）が形成されている。ホースバンド２３０は、締め付けボルト２３２を回転させる（締め付ける）と、締め付けボルト２３２のねじ部とバンド２３１のねじ部２３３との噛み合いにより、バンド２３１の周長が変化する（周長を縮める）ように構成されている。

固定環２２０（回転環３２０）は、分割体２２０Ａ（３２０Ａ）と分割体２２０Ｂ（３２０Ｂ）の軸線方向の位置決めがなされた状態で、これら分割体２２０Ａと分割体２２０Ｂの外周面が、上述のように構成されたホースバンド２３０（３３０）によって締め付けられる。ホースバンド２３０は、分割体２２０Ａと分割体２２０Ｂの外周面に対してバンド２３１の周長を縮めて（縮径して）巻き付くことにより、分割体２２０Ａと分割体２２０Ｂから構成される固定環２２０の外周面を、全周に渡ってほぼ均一な締め付け力で締め付けることができる。

＜連結部材＞
図１及び図５を参照して、本実施例における連結部材としてのセット用ボルト４００について説明する。図５は、カラー３１０を軸方向に見た模式的平面図であり、図１において矢印Ｃ方向にカラー３１０を見た図に相当する。

セット用ボルト４００は、メカニカルシールの組み立てに際して、スタッフィングボックス２１０、固定環２２０、回転環３２０、カラー３１０を軸方向に位置決めし、その状態を保持するために用いられる。セット用ボルト４００は、メカニカルシールの組み立て時のみ使用され、メカニカルシールの使用時には取り外されるものである。

カラー３１０には、セット用ボルト４００が挿通される貫通孔３１４が設けられており、スタッフィングボックス２１０には、セット用ボルト４００の先端側がねじ込まれるボルト穴２１２が設けられている。スプリング２４０やＯリングＯ１、Ｏ２が所定の取り付け位置に取り付けられ、ホースバンド２３０、３３０でそれぞれ仮止めされた固定環２２０、回転環３２０と、スタッフィングボックス２１０、カラー３１０が上述した所定の配置で軸方向に配置された状態で、セット用ボルト４００は、貫通孔３１４に挿通されるとともに、先端側がボルト穴２１２にねじ込まれる。

スタッフィングボックス２１０とカラー３１０は、セット用ボルト４００を介して連結されることにより、互いに固定された状態となり、回転方向（周方向）の互いの相対移動が規制される。さらに、ピン２１１、３１１によってスタッフィングボックス２１０とカラー３１０にそれぞれ回り止めされた固定環２２０、回転環３２０も、回転方向の互いの相対移動が規制され、互いに固定された状態となる。すなわち、セット用ボルト４００を取り付けることにより、スタッフィングボックス２１０とカラー３１０、さらに、固定環２２０と回転環３２０の回転方向の相対位置が決められることになる。

また、スタッフィングボックス２１０とカラー３１０との間で挟持されるように配置される固定環２２０、スプリング２４０、回転環３２０、ＯリングＯ１、Ｏ２は、セット用ボルト４００によってスタッフィングボックス２１０とカラー３１０が固定されることにより、軸方向の位置決め状態が維持される。また、セット用ボルト４００は、ねじ込み量をスプリング２４０の付勢力に抗して調整することで、スタッフィングボックス２１０、固定環２２０、回転環３２０、カラー３１０の軸方向の相対位置を調整することができる。すなわち、セット用ボルト４００を取り付けることにより、スタッフィングボックス２１０、固定環２２０、回転環３２０、カラー３１０の軸方向の相対位置が決められることになる。

すなわち、メカニカルシール１００を構成する各部材は、セット用ボルト４００が締め付けられることによって、互いの軸方向の位置決めと回転方向の位置決めが同時になされ、一体化される。

図５に示すように、カラー３１０には貫通孔３１４が複数設けられており、これに対応して、スタッフィングボックス２１０に設けられるボルト穴２１２も複数設けられている。すなわち、本実施例に係るメカニカルシール１００は、各構成部材が複数本のセット用ボルト４００によって互いに位置決め、一体化される。なお、複数の貫通孔３１４、ボルト穴２１２の配置は、図５に示すように、周方向に等間隔、あるいは、回転軸中心に関して対称的な配置とするのが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。また、貫通孔３１４、ボルト穴２１２の組数も、図５に示すように、４組である必要はない。すなわち、セット用ボルト４００の本数も、本実施例のように４本に限られるものではない。

＜メカニカルシールの組み立て＞
本実施例に係るメカニカルシール１００の組み立ては、あらかじめ各構成部材をセット用ボルト４００によって一体化、すなわちカートリッジ化しておき、そのカートリッジを回転軸５００及びハウジング６００へ組み付けることにより行う。

具体的には、まず、固定環２２０、回転環３２０の各分割体をホースバンド２３０、３３０で仮止め（仮固定）して、固定環２２０、回転環３２０を形成する。このときのそれぞれの分割体同士の軸方向、径方向の位置決めは、この後のカートリッジ化において他の構成部材との組み付けに支障がなければ、精度は高くなくてもよい。

そして、ホースバンド２３０、３３０によって仮止めされた固定環２２０、回転環３２０を含めたメカニカルシール１００の各構成部材を、上述の所定の配置で配置した状態で、セット用ボルト４００を取り付けてカートリッジ化する。このとき、図２、図３に示すように、固定環２２０と回転環３２０は、それぞれの分割体同士の当接面（割面）が、軸方向に見たときに、互いに重ならない周方向の相対位置（相対位相）で位置決めされる。本実施例では、固定環２２０の分割面と回転環３２０の分割面を軸方向に見て互いに９０°ずらした配置としているが、ずらす量は特に限定されるものではない。

そして、カートリッジ化した各構成部材を、回転軸５００及びハウジング６００における所定の装着位置に一体的に仮組みする。そして、セット用ボルト４００を取り付けたまま（カートリッジの状態のまま）、各構成部材の回転軸５００及びハウジング６００に対する回転方向（周方向）の所望の位置を合わせ、ボルト６１０を締めてスタッフィングボックス２１０をハウジング６００に固定する。これにより、各構成部材の回転軸５００及びハウジング６００に対する回転方向（周方向）の位置決めが完了する。

そして、セット用ボルト４００のねじ込み量を調整して、スタッフィングボックス２１０を除く各構成部材の回転軸５００及びハウジング６００に対する軸方向の位置決めを行う。なお、軸方向の位置決めは、カートリッジを回転軸５００及びハウジング６００に組み付ける前にあらかじめ行って、カートリッジを回転軸５００及びハウジング６００へ組み付けた後は、回転方向の位置決めのみを行うようにしてもよい。

そして、セット用ボルト４００を取り付けたまま、セットスクリュ３１３を締めてカラー３１０を回転軸５００に固定する。これにより、スタッフィングボックス２１０とカラー３１０の組み付けが完了するとともに、スタッフィングボックス２１０とカラー３１０に挟まれ、ピン２１１、３１１によって回り止めされた固定環２２０、回転環３２０の軸方向及び回転方向の位置決めが完了する。

そして、セット用ボルト４００をスタッフィングボックス２１０とカラー３１０から取り外す。固定環２２０、回転環３２０の各分割体は、位置決め固定されたスタッフィングボックス２１０とカラー３１０によって挟持された状態となっていることから、セット用ボルト４００が取り外されても軸方向及び回転方向に位置ずれを生じることが抑制される。

そして、最後に、ホースバンド２３０、３３０を締め直して、固定環２２０、回転環３２０の各分割体を完全に固定する。環状に組み合わされた各分割体は、軸方向及び回転方向に位置決めされた状態で、ホースバンド２３０、３３０により、全周に渡ってほぼ均一な締め付け力で締め付けられる。したがって、各分割体は、軸方向、回転方向、径方向のいずれの方向に対しても位置ずれを生じることなくホースバンド２３０、３３０によって固定することができる。

以上でメカニカルシール１００の組み立てが完了する。

＜本実施例に係るメカニカルシールの優れた点＞
本発明によれば、スタッフィングボックス２１０とカラー３１０をセット用ボルト４００で固定することにより、スタッフィングボックス２１０、固定環２２０、回転環３２０、カラー３１０を、組み付け時における所定の配置で軸方向及び回転方向に位置決めした状態で保持することができる。したがって、この状態で各構成部材のハウジング６００または回転軸５００への取り付けを行うことで、メカニカルシール１００を容易に精度よく組み立てることが可能となる。

また、セット用ボルト４００による固定により、固定環２２０、回転環３２０を構成する各分割体も軸方向及び回転方向に位置決めされた状態で保持される。したがって、この状態でホースバンド２３０、３３０により固定環２２０、回転環３２０を固定することで、固定環２２０、回転環３２０を構成する複数の各分割体を、軸方向及び回転方向の位置ずれを抑制して、精度よく固定することができる。

また、本実施例によれば、スタッフィングボックス２１０とカラー３１０をセット用ボルト４００で固定することにより、回転軸５００またはハウジング６００に取り付けられていない状態において、メカニカルシール１００の各構成部材を一体化（カートリッジ化）することができる。したがって、メカニカルシール１００の装着作業における取り回し性が向上される。

また、メカニカルシール１００の組み立てに際しては、セット用ボルト４００により各構成部材を一体化した状態で、まず初めにスタッフィングボックス２１０とカラー３１０のハウジング６００または回転軸５００への固定を行うことで、セット用ボルト４００を取り外しても、各構成部材の軸方向及び回転方向の位置決め状態が保持される。すなわち、固定環２２０、回転環３２０は、ハウジング６００または回転軸５００に固定されたスタッフィングボックス２１０とカラー３１０との間で、軸方向及び回転方向に位置決めされた状態が保持される。したがって、セット用ボルト４００による固定環２２０、回転環３２０の固定をセット用ボルト４００を取り外してから行うことが可能となり、セット用ボルト４００が組み立て作業の邪魔になることがなくなり、作業性を向上させることができる。

また、本実施例によれば、各構成部材の位置決め固定、一体化を、セット用ボルト４００を貫通孔３１４に挿通させボルト穴２１２に螺合させるだけの作業により容易に行うことができる。したがって、メカニカルシール１００の組立作業の作業性を向上させることができる。

また、本実施例によれば、固定環２２０と回転環３２０は、セット用ボルト４００の取付によって、それぞれの分割面の周方向の位置（位相）が軸方向に見たときに互いに重ならない状態で互いに位置決めされるように構成されている。すなわち、各構成部材を軸方向に位置決めする際に、摺動シール面において固定環２２０と回転環３２０の分割面同士が重なって軸方向に当接すると、複数の分割体の間に軸方向に位置ずれを生じるおそれがある。本実施例のように固定環２２０と回転環３２０のそれぞれの分割面が互いに重ならないように構成することで、そのような位置ずれを抑制することができる。

また、本実施例においては、複数の分割体の外周面を締め付けることで、これら複数の分割体を固定する固定部材として、ホースバンドを採用した。このように、固定部材としてホースバンドを採用することにより、複数の分割体から構成されるシールリングの外周面を、全周に渡ってほぼ均一な締め付け力で締め付けることができる。また、ホースバンドの場合には、クランプリング等に比べて径方向に対する寸法を小さく設定できる。ただし、本発明においては、上記の固定部材としては、ホースバンドに限らずクランプリングなどの公知の固定部材を採用してもよい。

以上により、本実施例によれば、複数の分割体の軸線方向の位置決めと、径方向の位置決めの両方を精度よく行うことが可能となる。

なお、本実施例においては、シールリングを自然二つ割としているため、割面同士がかみ合って、ずれ難いという利点もある。また、本実施例においては、アウトサイドシールであることから、メカニカルシール１００を構成する各種部材は大気側に露出している。従って、メカニカルシール１００の設置（組立）が容易である。

（その他）
本実施例においては、シールリング（固定環２２０，回転環３２０）が２つの分割体から構成される場合を示した。しかしながら、本発明は、シールリングが３つ以上の分割体から構成される場合にも適用可能である。

また、カラー３１０におけるセット用ボルト４００の被取付部として、貫通孔３１４に変えて、図６に示すような切り欠き３１５を採用してもよい。図６は、本実施例におけるカラー３１０の変形例を軸方向に見た模式的平面図であり、図１において矢印Ｃ方向にカラー３１０を見た図に相当する。

さらに、図６に示すように、切り欠き３１５の周方向の配置を、軸方向に見たときに回転軸中心に関して非対称に配置し、ボルト穴２１２についても同様に非対称に配置すると好適である。貫通孔３１４を採用する場合も同様である。例えば、複数のボルト穴２１２及び貫通孔３１４（切り欠き３１５）のセットが対称的に配置されている場合、その配置の仕方によっては、固定環２２０及び回転環３２０のそれぞれの分割面が重なる場合のボルト穴２１２及び貫通孔３１４の配置と、重ならない場合のボルト穴２１２及び貫通孔３１４の配置とが同じになる場合が考えられる。その場合、スタッフィングボックス２１０とカラー３１０の周方向の相対位置（位相）を誤って装着してしまい、分割面が重なった状態で組み付けてしまうことが考えられる。そこで、複数のボルト穴２１２及び貫通孔３１４のセットを非対称的に配置することで、正しい相対位置でないと組み付けられないように構成し、スタッフィングボックス２１０とカラー３１０の誤装着を抑制することができる。なお、図６に示した切り欠き３１５の配置はあくまで一例であり、これに限定されるものではない。

１００ メカニカルシール
２００ 固定環ユニット
２１０ スタッフィングボックス（第１環状部材）
２１１ ピン
２１２ ボルト穴
２２０ 固定環（シールリング）
２２０Ａ、２２０Ｂ 分割体
２２１ 凹部
２２２ スプリング穴
２２３ 環状溝
２２４ シール端面
２２５ 切り欠き
２３０ ホースバンド（第１固定部材）
２３１ バンド
２３２ 締め付けボルト
２３３ ねじ部
２４０ スプリング（付勢部材）
３００ 回転環ユニット
３１０ カラー（第２環状部材）
３１１ ピン
３１２ ボルト
３１３ セットスクリュ
３１４ 貫通孔
３１５ 切り欠き
３２０ 回転環（シールリング）
３２０Ａ、３２０Ｂ 分割体
３２１ 凹部
３２２ 段差部
３２４ シール端面
３２５ 切り欠き
３３０ ホースバンド（第２固定部材）
３３１ バンド
３３２ 締め付けボルト
３３３ ねじ部
４００ セット用ボルト（連結部材）
５００ 回転軸
６００ ハウジング
６１０ ボルト
Ｏ１、Ｏ２ Ｏリング

Claims (11)

1. ハウジングに対して回転可能に設けられた回転軸を囲むようにハウジングに取り付けられる第１環状部材と、
   複数の分割体を組み合わせることで環状に構成されるとともに、回転軸を囲むように前記第１環状部材に取り付けられる固定環と、
   前記固定環を構成する複数の分割体の外周面を締め付けることで、これら複数の分割体を固定する第１固定部材と、
   回転軸の外周に取り付けられる第２環状部材と、
   複数の分割体を組み合わせることで環状に構成されるとともに、前記固定環に対して軸方向に密着して回転軸を囲む環状の摺動シール面を形成するように前記第２環状部材に取り付けられる回転環と、
   前記回転環を構成する複数の分割体の外周面を締め付けることで、これら複数の分割体を固定する第２固定部材と、
   を備えるメカニカルシールにおいて、
   前記第１環状部材及び前記第２環状部材は、前記固定環及び前記回転環を前記摺動シール面を形成した状態で軸方向に挟持するとともに、前記第１環状部材、前記固定環、前記回転環及び前記第２環状部材の軸方向の位置決めと、前記第１環状部材及び前記第２環状部材の周方向の位置決めと、がなされた状態が保持されるように、連結部材によって互いに固定可能に構成されていることを特徴とするメカニカルシール。
2. 前記固定環は、前記第１環状部材と前記回転環との間で前記固定環を構成する複数の分割体同士が軸方向に位置決めされた状態で、これら複数の分割体が前記第１固定部材により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. 前記回転環は、前記固定環と前記第２環状部材との間で前記回転環を構成する複数の分割体同士が軸方向に位置決めされた状態で、これら複数の分割体が前記第２固定部材により固定されることを特徴とする請求項１または２に記載のメカニカルシール。
4. 前記第１環状部材、前記固定環、前記回転環及び前記第２環状部材は、ハウジング及び回転軸に装着されていない状態において、連結部材により、互いに軸方向に位置決めされた状態を保持して一体化可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
5. 前記第１環状部材及び前記第２環状部材は、前記第１環状部材、前記固定環、前記回転環及び前記第２環状部材が連結部材により互いに軸方向に位置決めされた状態を保持して一体化された状態で、ハウジング及び回転軸にそれぞれ固定され、
   前記固定環及び前記回転環は、前記第１環状部材及び前記第２環状部材がハウジング及び回転軸にそれぞれ固定され、連結部材が取り外された後に、前記第１固定部材及び前記第２固定部材によってそれぞれの複数の分割体が固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
6. 前記固定環を構成する複数の分割体が前記第１固定部材によって仮固定され、かつ前記回転環を構成する複数の分割体が前記第２固定部材によって仮固定された状態で、前記第１環状部材、前記固定環、前記回転環及び前記第２環状部材が連結部材により互いに軸方向に位置決めされた状態を保持して一体化され、
   該一体化された状態で、前記第１環状部材及び前記第２環状部材が、ハウジング及び回転軸にそれぞれ固定され、その後、前記固定環を構成する複数の分割体が前記第１固定部材によって改めて固定され、かつ、前記回転環を構成する複数の分割体が前記第２固定部材によって改めて固定されることを特徴とする請求項５に記載のメカニカルシール。
7. 前記固定環及び前記回転環は、軸方向に見たときに、それぞれの分割面が互いに重ならないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
8. 前記連結部材は、ボルトであり、
   前記第１環状部材及び前記第２環状部材は、いずれか一方が、前記ボルトを挿通可能な貫通孔または切欠き部を有し、他方が、前記ボルトが螺合可能なボルト穴を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
9. 前記第１環状部材及び前記第２環状部材は、複数の前記ボルトで連結できるように、前記貫通孔または切欠き部と前記ボルト穴をそれぞれ複数有することを特徴とする請求項８に記載のメカニカルシール。
10. 前記固定環及び前記回転環のそれぞれの分割面が軸方向に見たときに互いに重ならない位置において、前記固定環は前記第１環状部材に対する回転が規定され、前記回転環は前記第２環状部材に対する回転が規制されるように構成されており、
    複数の前記貫通孔または切欠き部と複数の前記ボルト穴は、軸方向に見たときにそれぞれ非対称的に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のメカニカルシール。
11. 前記第１固定部材及び前記第２固定部材は、前記固定環及び前記回転環の外周面に周長を縮めて巻き付くことによって複数の分割体の外周面を締め付けることが可能なバンド部材であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のメカニカルシール。

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