JP6385360B2 - 分割型メカニカルシール - Google Patents
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Description
本発明は、攪拌機、圧縮機及びポンプなどの各種回転機械器具に使用されるものであって、静止密封環と回転密封環との対向端面である密封端面によりシールするように構成されたメカニカルシールに関し、特に、静止密封環または回転密封環が円周方向において分割された分割型のメカニカルシールに関する。
従来、分割型のメカニカルシールとして、静止密封環および回転密封環が半径方向の少なくとも２つの分割面により少なくとも２つの片に分割され、該分割面に互いに嵌合する突条と溝が形成され、該突条と溝が分割面の一方の端面側のエッジと他方の端面側のエッジ間の軸心方向全体に亘って設けられ、かつ、シール面の反対側にはフランジが設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照。以下「従来技術１」という。）。
また、同じく、分割型のメカニカルシールとして、静止密封環は周方向において複数の分割体から構成され、装着孔に挿入されて円環状に保持され、また、回転密封環は２つの分割体からなり、該２つの分割体は連結ボルトによって相互に連結され、２つの分割体の突き合わせ面を通るように当該２つの分割体にわたって形成されたテーパー孔と、テーパー孔の内面に密着状態で挿入されるテーパーピンと、テーパー孔に挿入されたテーパーピンを固定する固定具とを備えたものが知られている（例えば、特許文献２参照。以下「従来技術２」という。）。
上記した従来技術１の分割型メカニカルシールにあっては、割り面の半径方向の位置合わせのために分割面に互いに嵌合する突条と溝が形成され、かつ、割り面の軸方向の位置合わせのためにシール面の反対側にはフランジが設けられる必要があり、分割面に設けられる突条と溝、及び、シール面の反対側に設けられるフランジの精度要求レベルが高く、少しの精度誤差が生じても漏れに直結するため機械加工時間が掛かることからコスト高になるという問題があった。
また、上記した従来技術２の分割型メカニカルシールにあっては、加工する穴の精度に厳しい加工を同時に実施する必要があり、加工に時間を要する。また、テーパーピンの当たり確認や、当たり改善作業（摺り合わせ）が必要であり、また、分解時に大きな負荷が必要であり、仮組み調整が難しいという問題があった。
本発明は、周方向において分割された分割型メカニカルシールにおいて、分割接面における組立精度を向上させるとともに、仮組み時の作業性を改善し、さらに、製作時の機械加工に過度な精度を必要としない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。
上記目的を達成するため本発明の分割型メカニカルシールは、第１に、ハウジング側に設けられた静止密封環またはハウジング内に挿通された回転軸に設けられた回転密封環を円周方向において分割された分割密封環となし、前記静止密封環と前記回転密封環との対向端面である密封端面により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、円周方向において隣接する２つの分割密封環の分割接面を通るように当該２つの分割密封環にわたって形成される貫通孔と、前記貫通孔内に挿通され、前記隣接する２つの分割密封環を連結する連結具と、を備え、前記連結具は、ボルト、ナット及び前記ボルトの軸部に嵌合されるチューブとから構成され、前記チューブは、前記隣接する２つの分割密封環が前記ナットの締め付けにより連結される際、軸方向に圧縮されて外径方向に膨出されるように構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、分割密封環の分割接面における組立ての精度が径方向及び軸方向において確保される。
また、従来公知の金属製のテーパーピンのような当たり確認や、当たり改善作業（摺り合わせ）を削除できるため、加工時間の大幅な短縮を図ることができる。
また、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、精度出しの作業が必要であるが、連結具のチューブは貫通孔の形状及び寸法に倣うので、精度出しの作業が不要となり、加工性が改善される。
また、チューブの変形によるチューブの外面と貫通孔の内面との摩擦を利用して分割密封環の仮組み状態を維持することが可能であるため、連結具のナットを締結していない状態における分割密封環の分割接面の調整等の作業時において分割密封環を安定的に保持することができる。すなわち、仮組み作業を容易にすることができる。
また、チューブの変形量をナットのねじ込み量により調整できるため、作業時の状況に合わせて柔軟な対応が可能となる。
また、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、組み付け時において、脆性材料からなる分割密封環に過荷重が作用すると分割密封環の破損につながるが、連結具の場合、過荷重が作用してもチューブが緩衝材となり破損に至ることはない。
また、分割密封環の分解時において、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、密着しすぎて抵抗が大きいため、最悪の場合取り外しが困難になるが、連結具の場合、チューブが変形するので取り外しが容易である。
この特徴によれば、分割密封環の分割接面における組立ての精度が径方向及び軸方向において確保される。
また、従来公知の金属製のテーパーピンのような当たり確認や、当たり改善作業（摺り合わせ）を削除できるため、加工時間の大幅な短縮を図ることができる。
また、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、精度出しの作業が必要であるが、連結具のチューブは貫通孔の形状及び寸法に倣うので、精度出しの作業が不要となり、加工性が改善される。
また、チューブの変形によるチューブの外面と貫通孔の内面との摩擦を利用して分割密封環の仮組み状態を維持することが可能であるため、連結具のナットを締結していない状態における分割密封環の分割接面の調整等の作業時において分割密封環を安定的に保持することができる。すなわち、仮組み作業を容易にすることができる。
また、チューブの変形量をナットのねじ込み量により調整できるため、作業時の状況に合わせて柔軟な対応が可能となる。
また、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、組み付け時において、脆性材料からなる分割密封環に過荷重が作用すると分割密封環の破損につながるが、連結具の場合、過荷重が作用してもチューブが緩衝材となり破損に至ることはない。
また、分割密封環の分解時において、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、密着しすぎて抵抗が大きいため、最悪の場合取り外しが困難になるが、連結具の場合、チューブが変形するので取り外しが容易である。
また、本発明の分割型メカニカルシールは、第２に、第１の特徴において、前記チューブは、合成樹脂製の筒状体であることを特徴としている。
この特徴によれば、分割密封環の貫通孔に対する連結具の挿入性や、相反する抵抗が程々によいため、作業性を向上することができる。
この特徴によれば、分割密封環の貫通孔に対する連結具の挿入性や、相反する抵抗が程々によいため、作業性を向上することができる。
また、本発明の分割型メカニカルシールは、第３に、第２の特徴において、前記チューブの内径より前記ボルトの軸部の外径が大きく設定されていることを特徴としている。
この特徴によれば、チューブの内径側への変形を防止し、外径側へ効率よく膨出させることができる。
この特徴によれば、チューブの内径側への変形を防止し、外径側へ効率よく膨出させることができる。
また、本発明の分割型メカニカルシールは、第４に、第１の特徴において、前記チューブは、変形可能な金属製であって、螺旋状の線状体、または、長手方向に切断面を有する筒状体であることを特徴としている。
この特徴によれば、外径方向への膨出が可能なチューブを機械加工により得ることができる。
この特徴によれば、外径方向への膨出が可能なチューブを機械加工により得ることができる。
また、本発明の分割型メカニカルシールは、第５に、第４の特徴において、前記チューブは、予め、軸方向の中央付近で外径方向に容易に膨出可能な形状に形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、確実に、チューブの内径側への変形を防止し、効率よく外径側へ膨出させることができる。
この特徴によれば、確実に、チューブの内径側への変形を防止し、効率よく外径側へ膨出させることができる。
また、本発明の分割型メカニカルシールは、第６に、第４又は第５の特徴において、前記チューブは、軸方向の中央付近で外径方向に容易に膨出可能なように両端においてテーパ面で支持されていることを特徴としている。
この特徴によれば、一層、チューブの内径側への変形を防止し、効率よく外径側へ膨出させることができる。
この特徴によれば、一層、チューブの内径側への変形を防止し、効率よく外径側へ膨出させることができる。
また、本発明の分割型メカニカルシールは、第７に、ハウジング側に設けられた静止密封環またはハウジング内に挿通された回転軸に設けられた回転密封環を円周方向において分割された分割密封環となし、前記静止密封環と前記回転密封環との対向端面である密封端面により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、
円周方向において隣接する２つの分割密封環の分割接面を通るように、当該２つの分割密封環にわたって形成される貫通孔と、前記２つの分割密封環の貫通孔の一方に形成される雌ねじ部と、前記貫通孔内に挿通され、前記隣接する２つの分割密封環を連結する連結具と、を備え、前記連結具は、ボルト及び前記ボルトの軸部に嵌合されるチューブとから構成され、前記チューブは、前記隣接する２つの分割密封環が前記ボルトの締め付けにより連結される際、前記ボルトと前記雌ねじ部の形成された一方の分割密封環とにより軸方向に圧縮されて外径方向に膨出されるように構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、ナットが不要であるため、部品点数を減少させることができ、また、連結具によるフランジ部の締結においてもボルトのねじ込み作業を容易行うことができる。
円周方向において隣接する２つの分割密封環の分割接面を通るように、当該２つの分割密封環にわたって形成される貫通孔と、前記２つの分割密封環の貫通孔の一方に形成される雌ねじ部と、前記貫通孔内に挿通され、前記隣接する２つの分割密封環を連結する連結具と、を備え、前記連結具は、ボルト及び前記ボルトの軸部に嵌合されるチューブとから構成され、前記チューブは、前記隣接する２つの分割密封環が前記ボルトの締め付けにより連結される際、前記ボルトと前記雌ねじ部の形成された一方の分割密封環とにより軸方向に圧縮されて外径方向に膨出されるように構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、ナットが不要であるため、部品点数を減少させることができ、また、連結具によるフランジ部の締結においてもボルトのねじ込み作業を容易行うことができる。
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）分割密封環の分割接面における組立ての精度を径方向及び軸方向において確保することができる。
また、従来公知の金属製のテーパーピンのような当たり確認や、当たり改善作業（摺り合わせ）を削除できるため、加工時間の大幅な短縮を図ることができる。
また、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、精度出しの作業が必要であるが、連結具のチューブは貫通孔の形状及び寸法に倣うので、精度出しの作業が不要となり、加工性が改善される。
また、チューブの変形によるチューブの外面と貫通孔の内面との摩擦を利用して分割密封環の仮組み状態を維持することが可能であるため、連結具のナットを締結していない状態における分割密封環の分割接面の調整等の作業時において分割密封環を安定的に保持することができる。すなわち、仮組み作業を容易にすることができる。
また、チューブの変形量をナットのねじ込み量により調整できるため、作業時の状況に合わせて柔軟な対応が可能となる。
また、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、組み付け時において、脆性材料からなる分割密封環に過荷重が作用すると分割密封環の破損につながるが、連結具の場合、過荷重が作用してもチューブが緩衝材となり破損に至ることはない。
また、分割密封環の分解時において、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、密着しすぎて抵抗が大きいため、最悪の場合取り外しが困難になるが、連結具の場合、チューブが変形するので取り外しが容易である。
（１）分割密封環の分割接面における組立ての精度を径方向及び軸方向において確保することができる。
また、従来公知の金属製のテーパーピンのような当たり確認や、当たり改善作業（摺り合わせ）を削除できるため、加工時間の大幅な短縮を図ることができる。
また、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、精度出しの作業が必要であるが、連結具のチューブは貫通孔の形状及び寸法に倣うので、精度出しの作業が不要となり、加工性が改善される。
また、チューブの変形によるチューブの外面と貫通孔の内面との摩擦を利用して分割密封環の仮組み状態を維持することが可能であるため、連結具のナットを締結していない状態における分割密封環の分割接面の調整等の作業時において分割密封環を安定的に保持することができる。すなわち、仮組み作業を容易にすることができる。
また、チューブの変形量をナットのねじ込み量により調整できるため、作業時の状況に合わせて柔軟な対応が可能となる。
また、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、組み付け時において、脆性材料からなる分割密封環に過荷重が作用すると分割密封環の破損につながるが、連結具の場合、過荷重が作用してもチューブが緩衝材となり破損に至ることはない。
また、分割密封環の分解時において、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、密着しすぎて抵抗が大きいため、最悪の場合取り外しが困難になるが、連結具の場合、チューブが変形するので取り外しが容易である。
（２）チューブが合成樹脂製の筒状体であることにより、分割密封環の貫通孔に対する連結具の挿入性や、相反する抵抗が程々によいため、作業性を向上することができる。
（３）チューブの内径よりボルトの軸部の外径を大きく設定することにより、チューブの内径側への変形を防止し、外径側に効率よく膨出させることができる。
（４）チューブが、変形可能な金属製であって、螺旋状の線状体、または、長手方向に切断面を有する筒状体であることにより、外径方向への膨出が可能なチューブを機械加工により得ることができる。
（５）チューブが、予め、軸方向の中央付近で外径方向に容易に膨出可能な形状に形成されていることにより、確実に、チューブの内径側への変形を防止し、外径側に効率よく膨出させることができる。
（６）チューブが、軸方向の中央付近で外径方向に容易に膨出可能なように両端においてテーパ面で支持されていることにより、一層、チューブの内径側への変形を防止し、効率よく外径側に膨出させることができる。
（７）２つの分割密封環にわたって形成される貫通孔の一方の貫通孔に雌ねじ部が形成されることにより、ナットが不要であるため、部品点数を減少させることができ、また、連結具によるフランジ部の締結においてもボルトのねじ込み作業を容易行うことができる。
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、その相対的な位置などは、特に明示的な記載がない限り、本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。
以下に説明する本発明に係る分割型メカニカルシールを実施するための最良の形態においては、説明の便宜上、ハウジング側に設けられた静止密封環およびハウジング内に挿通された回転軸に設けられた回転密封環の両密封環が分割された完全分割型メカニカルシールを例に説明するが、本発明は、これに限定されず、ハウジング側に設けられた静止密封環またはハウジング内に挿通された回転軸に設けられた回転密封環の少なくとも一方が分割された分割型メカニカルシールも包含する。
図１は、本実施の形態に係る分割型メカニカルシールの全体を説明する正面断面図であり、紙面の右側が被密封流体領域Ｘ、同左側が非密封流体領域（大気領域）として説明する。
図１に示すように、本発明の実施例１に係る分割型メカニカルシールは、ポンプ等のハウジング１の回転軸装通部分の軸封部１ａに取り付けられたシールケース２と、シールケース２に分割リテーナ３を介して軸線方向に移動自在であって相対回転不能に保持された静止密封環４と、該静止密封環４の左方に配されてポンプ等の回転軸５に分割リテーナ６を介して固定された回転密封環７と、シールケース２と分割リテーナ３との間に介装されて、静止密封環４を回転密封環７に押圧接触させるように左方へと付勢するスプリング８とを具備し、両密封環４、７の対向端面たる密封端面４ａ、７ａの相対回転摺接作用により、その密封端面４ａ、７ａの内周側領域である被密封流体領域（ポンプ等のハウジング１内に連通する領域）Ｘとその外周側領域である非密封流体領域（ポンプ等のハウジング１外の大気領域）Ａとを遮蔽するように構成されたアウトサイドメカニカルシールである。
本実施例１では、アウトサイドメカニカルシールを例にして説明しているが、本発明は、アウトサイドメカニカルシールに限らず、他の形式、例えばインサイドメカニカルシールにも適用できることはいうまでもない。
本実施例１では、アウトサイドメカニカルシールを例にして説明しているが、本発明は、アウトサイドメカニカルシールに限らず、他の形式、例えばインサイドメカニカルシールにも適用できることはいうまでもない。
シールケース２は、図１に示すように、回転軸５より大径の内周部を有する円環状体をなしており、回転軸５が同心状に装通された状態で、ハウジング１の軸封部１ａにＯリング９を介して図示しないボルトにより取り付けられている。
静止密封環４は、一方の端面に密封端面４ａを有し、図２に示すように、円環状体であり、円周方向において複数（本例では２個）の円弧状に分割された分割密封環１２、１３に分割されていて、分割接面（円弧状分割体１２、１３の円周方向端面）１２ａ、１３ａが密接される環状形態をしており、後述するように分割リテーナ３に内嵌保持されている。
回転密封環７は、静止密封環４と同様、一方の端面に密封端面７ａを有し、円環状体であり、円周方向に複数（本例では２個）の円弧状に分割された分割密封環に分割されていて、分割接面（円弧状分割体の円周方向端面）が密接される環状形態をしており、後述するように分割リテーナ６に内嵌保持されている。
なお、説明の便宜のため、回転密封環７を構成する分割密封環についても静止密封環４の場合と同じ符号１２、１３を用いて「７（１２，１３）」と表記する場合がある。
また、回転密封環７を内嵌保持する分割リテーナ６は、回転軸５に固定された回転環用カラー１４を介して回転軸５に固定保持される。すなわち、回転環用カラー１４は円周方向において分割されており、締結ボルト１５によりリング状に締結されることにより回転軸５に嵌合固定されている。
回転環用カラー１４と分割リテーナ６との間には、回転密封環７を静止密封環４に押圧接触させるように右方へと付勢するスプリング１６が介装されている。
また、回転密封環７は、例えば、炭化珪素等の硬質材で構成されており、静止密封環４は、例えば、回転密封環７より軟質の自己潤滑性を有するカーボン等で構成されている。
なお、説明の便宜のため、回転密封環７を構成する分割密封環についても静止密封環４の場合と同じ符号１２、１３を用いて「７（１２，１３）」と表記する場合がある。
また、回転密封環７を内嵌保持する分割リテーナ６は、回転軸５に固定された回転環用カラー１４を介して回転軸５に固定保持される。すなわち、回転環用カラー１４は円周方向において分割されており、締結ボルト１５によりリング状に締結されることにより回転軸５に嵌合固定されている。
回転環用カラー１４と分割リテーナ６との間には、回転密封環７を静止密封環４に押圧接触させるように右方へと付勢するスプリング１６が介装されている。
また、回転密封環７は、例えば、炭化珪素等の硬質材で構成されており、静止密封環４は、例えば、回転密封環７より軟質の自己潤滑性を有するカーボン等で構成されている。
静止密封環４を内嵌保持する分割リテーナ３および回転密封環７を内嵌保持する分割リテーナ６は、図１に示すように、密封端面４ａ、７ａに対して対照的に取り付けられるものであり、同じ構造をしている。
図１に基づいて、静止密封環４を構成する分割密封環１２、１３の軸方向に沿った断面で切断した断面形状について説明する。
静止密封環４を構成する分割密封環４（１２、１３）の外周側の断面形状は、幅方向の中央部２０が高く、密封端面４ａと反対側の側面が垂直形状の段差部２１を有し、密封端面４ａ側の側面が鈍角をなした斜面形状の段差部２２を有して両側が低い形状をなしている。垂直形状の段差部２１を有する側の低い部分は延伸され、シールケース２との間をシールする分割Ｏリング２３が装着されている。他方、鈍角をなした斜面形状の段差部２２を有する低い部分の端部には上記した密封端面４ａが形成されている。
静止密封環４を構成する分割密封環４（１２、１３）の外周側の断面形状は、幅方向の中央部２０が高く、密封端面４ａと反対側の側面が垂直形状の段差部２１を有し、密封端面４ａ側の側面が鈍角をなした斜面形状の段差部２２を有して両側が低い形状をなしている。垂直形状の段差部２１を有する側の低い部分は延伸され、シールケース２との間をシールする分割Ｏリング２３が装着されている。他方、鈍角をなした斜面形状の段差部２２を有する低い部分の端部には上記した密封端面４ａが形成されている。
静止側の分割リテーナ３は、ステンレス鋼製で円環状体であり、円周方向において複数（本例では２個）の円弧状に分割されていて、分割接面が密接される環状形態をしており、締付けボルト２６により分割接面が密接されるものである。
静止側の分割密封環４（１２、１３）の外周側と対向する静止側の分割リテーナ３の内周側の断面形状は、分割密封環４（１２、１３）の外周側の断面形状に概略添う形状に形成され、分割密封環４（１２、１３）の垂直形状の段差部２１と対応する位置に断面が矩形状の溝２７が全周にわたって形成され、分割密封環４（１２、１３）の垂直形状の段差部２１と分割リテーナ３の矩形状の溝２７とにより後述する分割スプリットリング３２を嵌合するための断面矩形状の嵌合孔を構成している。
また、静止側の分割密封環４（１２、１３）の鈍角をなした斜面形状の段差部２２と対応する分割リテーナ３の内周側は、略３角形状の隙間を形成するように略直角に形成されている。
静止側の分割密封環４（１２、１３）の外周側と対向する静止側の分割リテーナ３の内周側の断面形状は、分割密封環４（１２、１３）の外周側の断面形状に概略添う形状に形成され、分割密封環４（１２、１３）の垂直形状の段差部２１と対応する位置に断面が矩形状の溝２７が全周にわたって形成され、分割密封環４（１２、１３）の垂直形状の段差部２１と分割リテーナ３の矩形状の溝２７とにより後述する分割スプリットリング３２を嵌合するための断面矩形状の嵌合孔を構成している。
また、静止側の分割密封環４（１２、１３）の鈍角をなした斜面形状の段差部２２と対応する分割リテーナ３の内周側は、略３角形状の隙間を形成するように略直角に形成されている。
回転密封環７は、外周側の断面形状が静止密封環４と対称的ではあるが同様の形状をなしており、内周側には回転軸５外周面との間をシールする分割Ｏリング２９が装着されるように溝３０が設けられている。回転密封環７、Ｏリング２９、バックアップリング３１および回転環用カラー１４は、回転環用カラー１４と分割リテーナ６との間に装着されたスプリング１６とドライブピン４９により安定的に保持されるため、分割Ｏリング２９もバックアップリング３１により軸方向に押圧された状態で溝３０内に確実に保持される。
分割密封環４（１２、１３）、７（１２、１３）の垂直形状の段差部２１と分割リテーナ３、６の矩形状の溝２７とにより構成された分割スプリットリング嵌合孔には、ステンレス鋼製で断面が矩形状をし、かつ、分割スプリットリング嵌合孔の円弧長さと同じ長さを有する円弧状をなした分割スプリットリング３２が嵌入される。
なお、分割スプリットリング３２については、本出願人が先に出願した特願２０１０−５１１０４０号（ＷＯ２００９／１３６５３９号公報）に詳細に説明されており、本出願においては、詳細な説明は省略する。
なお、分割スプリットリング３２については、本出願人が先に出願した特願２０１０−５１１０４０号（ＷＯ２００９／１３６５３９号公報）に詳細に説明されており、本出願においては、詳細な説明は省略する。
次に、図２及び図３を参照しながら、静止密封環４及び回転密封環７を構成する分割密封環１２、１３の連結構成について説明する。
図２は、静止密封環４を軸方向と直交する面で切断した状態を示しており、回転密封環７についても同様の形状であるため、静止密封環４を例にして説明する。
図２は、静止密封環４を軸方向と直交する面で切断した状態を示しており、回転密封環７についても同様の形状であるため、静止密封環４を例にして説明する。
図２において、円周方向において隣接する２つの分割密封環１２、１３の分割接面１２ａ、１３ａを通るように当該２つの分割密封環１２、１３にわたって貫通孔５０が形成されている。図３に示すように、貫通孔５０は、分割密封環１２、１３の幅方向においては、前記した中央部２０付近に位置し、径方向においては、径方向の厚みの中心よりやや外径側に位置し、分割接面１２ａ、１３ａと直交する方向に設けられる。図２及び図３（ｂ）に示すように貫通孔５０を設けるに当たり、分割密封環１２、１３のそれぞれには、分割接面１２ａ、１３ａを挟んで分割接面１２ａ、１３ａから所定の距離ｄだけ離れた位置から分割接面１２ａ、１３ａと直交する方向に延びる凹部５１、５１が形成される。凹部５１、５１の形成により、分割密封環１２、１３の貫通孔５０が形成される位置には、フランジ部５２、５２が形成され、そして、該フランジ部５２、５２の外側面５３、５３が後述する連結具５４の締付け面を構成している。
貫通孔５０の形成においては、静止密封環４又は回転密封環７が分割される前の円環状の状態において貫通孔５０を形成し、その後、分割密封環とするか、あるいは、静止密封環４又は回転密封環７が分割された後に、該分割密封環を精度良く円環状に組合わせた後、貫通孔５０を形成することで、軸上で組み立てた際、精度の高い円環状の静止密封環４又は回転密封環７を得ることができる。
次に、連結具５４の構成について説明する。
図４（ａ）に示すように、連結具５４は、ボルト５５、ナット５６及びボルト５５の軸部５５ａに嵌合される筒状体からなるチューブ５７とから構成される。ボルト５５の軸部５５ａの頭部５５ｂ寄りには、ボルト５５を貫通孔５０に嵌入した際、ボルト５５が貫通孔５０に対してほぼ芯出し状態に維持されるための芯出部５５ｃが設けられ、また、軸部５５ａの先端側には雄ねじ部５５ｄが設けられている。芯出部５５ｃの径は貫通孔５０の径と略同じか、あるいは、僅かに小さく設定される。軸部５５ａにはチューブ５７が嵌合されるものであり、軸部５５ａの径はチューブ５７の内径と略同じか、あるいは、僅かに大きく設定される。さらに、チューブ５７の外径は、貫通孔５０の径より小さく設定される。チューブ５７が軸部５５ａに嵌合された際、その一側面５７ａが芯出部５５ｃの側面５５ｅに当接して位置決めされる。
図４（ａ）に示すように、連結具５４は、ボルト５５、ナット５６及びボルト５５の軸部５５ａに嵌合される筒状体からなるチューブ５７とから構成される。ボルト５５の軸部５５ａの頭部５５ｂ寄りには、ボルト５５を貫通孔５０に嵌入した際、ボルト５５が貫通孔５０に対してほぼ芯出し状態に維持されるための芯出部５５ｃが設けられ、また、軸部５５ａの先端側には雄ねじ部５５ｄが設けられている。芯出部５５ｃの径は貫通孔５０の径と略同じか、あるいは、僅かに小さく設定される。軸部５５ａにはチューブ５７が嵌合されるものであり、軸部５５ａの径はチューブ５７の内径と略同じか、あるいは、僅かに大きく設定される。さらに、チューブ５７の外径は、貫通孔５０の径より小さく設定される。チューブ５７が軸部５５ａに嵌合された際、その一側面５７ａが芯出部５５ｃの側面５５ｅに当接して位置決めされる。
芯出部５５ｃの軸方向の長さｌ１とチューブ５７の軸方向の長さｌ２との和は、分割密封環１２、１３のフランジ部５２、５２の厚さ２ｄよりも大きく設定されている。
２ｄ＜ｌ１＋ｌ２
このため、図４（ｂ）に示すように、連結具５４がフランジ部５２、５２の貫通孔５０に挿通され、隣接する２つの分割密封環１２、１３がナット５６の締め付けにより連結される際、チューブ５７は芯出部５５ｃの側面５５ｅとナット５６の内側面とにより軸方向に圧縮される。チューブ５７は軸方向に圧縮されると径方向に膨出される。
本例においては、チューブ５７の内径側には隙間がなく、外径側には隙間があるため、内径方向に膨出されることなく、矢印で示すように、外径方向に膨出される。
また、芯出し部５５ｃの軸方向長さ１１と、チューブ５７の軸方向の長さ１２との和と、分割密封環１２、１３のフランジ部５２、５２の厚さ２ｄとの関係は上記の式に限定されず、チューブを軸方向に圧縮し、チューブが外径側に膨出する寸法であればよい。例えば、ナット５６に貫通孔に挿入される芯出部形状を設けたり、或いは、ナット最大外径を貫通孔の内径寸法よりも小さくし、ボルト、チューブ、ナットを一体にして貫通孔に挿入できるようにしてもよい。
２ｄ＜ｌ１＋ｌ２
このため、図４（ｂ）に示すように、連結具５４がフランジ部５２、５２の貫通孔５０に挿通され、隣接する２つの分割密封環１２、１３がナット５６の締め付けにより連結される際、チューブ５７は芯出部５５ｃの側面５５ｅとナット５６の内側面とにより軸方向に圧縮される。チューブ５７は軸方向に圧縮されると径方向に膨出される。
本例においては、チューブ５７の内径側には隙間がなく、外径側には隙間があるため、内径方向に膨出されることなく、矢印で示すように、外径方向に膨出される。
また、芯出し部５５ｃの軸方向長さ１１と、チューブ５７の軸方向の長さ１２との和と、分割密封環１２、１３のフランジ部５２、５２の厚さ２ｄとの関係は上記の式に限定されず、チューブを軸方向に圧縮し、チューブが外径側に膨出する寸法であればよい。例えば、ナット５６に貫通孔に挿入される芯出部形状を設けたり、或いは、ナット最大外径を貫通孔の内径寸法よりも小さくし、ボルト、チューブ、ナットを一体にして貫通孔に挿入できるようにしてもよい。
チューブ５７の材料は、柔軟性を有し、かつ、ある程度の耐食性を有する材料から選定されるものであって、例えば、合成樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ビニル樹脂、及び、ウレタン樹脂が挙げられる。
また、金属としては、弾性変形可能で、かつ、ある程度の耐食性を有する金属材料であればよく、形状においては、スプリング機能を有した螺旋状の線状体、または、長手方向に切断面を有する筒状体が挙げられる。
また、金属としては、弾性変形可能で、かつ、ある程度の耐食性を有する金属材料であればよく、形状においては、スプリング機能を有した螺旋状の線状体、または、長手方向に切断面を有する筒状体が挙げられる。
チューブ５７が外径方向に容易に膨出可能であるようにするため、材質が合成樹脂である場合は、ボルトの軸部５５ａの径をチューブ５７の内径より若干大きくし、内径側への変形を防止し、外径側に効率よく変形可能とする。
また、材質が変形可能な金属材料である場合は、スプリング機能を有した螺旋状の線状体のものでは、その両端面が外径側へ逃げないように接触する部品、すなわち、芯出部５５ｃの側面５５ｅとナット５６の内側面にテーパを設けておくか、あるいは、予め、螺旋状の線状体の形状をボルトの軸方向中央部が外径側に膨らんだ太鼓状に形成するのが望ましい。さらに、長手方向に切断面を有する筒状体のものでは、両端面が外径側へ逃げないように接触する部品、すなわち、芯出部５５ｃの側面５５ｅとナット５６の内側面にテーパを設けておくのが望ましい。
また、材質が変形可能な金属材料である場合は、スプリング機能を有した螺旋状の線状体のものでは、その両端面が外径側へ逃げないように接触する部品、すなわち、芯出部５５ｃの側面５５ｅとナット５６の内側面にテーパを設けておくか、あるいは、予め、螺旋状の線状体の形状をボルトの軸方向中央部が外径側に膨らんだ太鼓状に形成するのが望ましい。さらに、長手方向に切断面を有する筒状体のものでは、両端面が外径側へ逃げないように接触する部品、すなわち、芯出部５５ｃの側面５５ｅとナット５６の内側面にテーパを設けておくのが望ましい。
図４（ｂ）に示すように、連結具５４がフランジ部５２、５２の貫通孔５０に挿通され、隣接する２つの分割密封環１２、１３がナット５６の締め付けにより連結される際、芯出部５５ｃの軸方向の長さｌ１とチューブ５７の軸方向の長さｌ２との和は、分割密封環１２、１３のフランジ部５２、５２の厚さ２ｄよりも大きく設定されているため、チューブ５７は芯出部５５ｃの側面とナット５６の側面とにより軸方向に圧縮され、矢印で示すように外径方向に膨出される。チューブ５７が外径方向に膨出されると、フランジ部５２、５２の貫通孔５０の面にチューブ５７の外面が強く圧接する。この結果、分割密封環１２、１３の分割接面における組立ての精度を、径方向及び軸方向において確保することができる。
次に、図５を参照しながら、実施例２に係る静止密封環４及び回転密封環７を構成する分割密封環１２、１３の連結構成について説明する。
実施例２に係る分割密封環１２、１３の連結構成は、連結具におけるナットを省略している点で実施例１と相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
実施例２に係る分割密封環１２、１３の連結構成は、連結具におけるナットを省略している点で実施例１と相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
図５（ａ）において、分割密封環１２、１３のフランジ部５２、５２のうち、一方のフランジ部５２には貫通孔５０が全幅にわたって形成され、他方のフランジ部５２には軸方向の内側に貫通孔５０が、軸方向の外側に雌ねじ部６０が形成されている。
ボルト５５は貫通孔５０が全幅にわたって形成された側から挿入され、ボルト５５の先端の雄ねじ部５５ｄが雌ねじ部６０と螺合することでフランジ部５２、５２が締結可能とされている。
ボルト５５は貫通孔５０が全幅にわたって形成された側から挿入され、ボルト５５の先端の雄ねじ部５５ｄが雌ねじ部６０と螺合することでフランジ部５２、５２が締結可能とされている。
図５（ｂ）に示すように、連結具５４は、ボルト５５及びボルト５５の軸部５５ａに嵌合される筒状体からなるチューブ５７とから構成される。
図５（ａ）に示すように、チューブ５７は、その一端は芯出部５５ｃの側面５５ｅと当接され、他端は雌ねじ部６０と貫通孔５０との境界に形成された段部６１に当接される。そのため、チューブ５７の軸方向の長さは、ボルト５５が締め付けられた後の側面５５ｅと段部６１と間隔より大きく設定され、ボルト５５の締め付けに伴い、側面５５ｅと段部６１とにより軸方向に圧縮され、矢印で示すように外径方向に膨出される。チューブ５７が外径方向に変形すると、フランジ部５２、５２の貫通孔５０の面にチューブ５７の外面が強く圧接する。この結果、分割密封環１２、１３の分割接面における組立ての精度を、径方向及び軸方向において確保することができる。
図５（ａ）に示すように、チューブ５７は、その一端は芯出部５５ｃの側面５５ｅと当接され、他端は雌ねじ部６０と貫通孔５０との境界に形成された段部６１に当接される。そのため、チューブ５７の軸方向の長さは、ボルト５５が締め付けられた後の側面５５ｅと段部６１と間隔より大きく設定され、ボルト５５の締め付けに伴い、側面５５ｅと段部６１とにより軸方向に圧縮され、矢印で示すように外径方向に膨出される。チューブ５７が外径方向に変形すると、フランジ部５２、５２の貫通孔５０の面にチューブ５７の外面が強く圧接する。この結果、分割密封環１２、１３の分割接面における組立ての精度を、径方向及び軸方向において確保することができる。
実施例２においては、実施例１と比較して、ナットが不要であるため、部品点数を減少させることができ、また、連結具によるフランジ部５２、５２の締結においてもボルトのねじ込み作業を容易行うことができる。
なお、実施例２は、分割密封環１２、１３が金属製の場合に適している。
なお、実施例２は、分割密封環１２、１３が金属製の場合に適している。
以上説明したように、実施例１及び２の構成によれば、連結具５４は組立精度において従来公知の金属製のテーパーピンと同様の機能を奏するため、分割密封環１２、１３の分割接面における組立ての精度が径方向及び軸方向において確保されることはもちろんであるが、前記テーパーピンと比較して以下に示すような効果を奏する。
（１）従来公知の金属製のテーパーピンのような当たり確認や、当たり改善作業（摺り合わせ）を削除できるため、加工下降時間の大幅な短縮を図ることができる。
（２）従来公知の金属製のテーパーピンの場合、精度出しの作業が必要であるが、連結具５４の場合、チューブ５７は貫通孔５０の形状及び寸法に倣うので、精度出しの作業が不要となり、加工性が改善される。
（３）チューブ５７の変形による外面と貫通孔５０の内面との摩擦を利用して分割密封環１２、１３の仮組み状態を維持することが可能であるため、連結具５４のナット５６を締結していない状態における分割密封環１２、１３の分割接面の調整等の作業時において分割密封環１２、１３を安定的に保持することができる。
（４）従来公知の金属製のテーパーピンの場合、組み付け時において、脆性材料からなる分割密封環１２、１３に過荷重が作用すると分割密封環１２、１３の破損につながるが、連結具５４の場合、過荷重が作用してもチューブ５７が緩衝材となり破損に至ることはない。
（５）分割密封環１２、１３の分解時において、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、密着しすぎて抵抗が大きいため、最悪の場合取り外しが困難になるが、連結具５４の場合、チューブ５７が変形するので取り外しが容易である。
（６）チューブ５７が合成樹脂製の場合、分割密封環の貫通孔に対する連結具の挿入性や、相反する抵抗が程々によいため、作業性を向上することができる。
（１）従来公知の金属製のテーパーピンのような当たり確認や、当たり改善作業（摺り合わせ）を削除できるため、加工下降時間の大幅な短縮を図ることができる。
（２）従来公知の金属製のテーパーピンの場合、精度出しの作業が必要であるが、連結具５４の場合、チューブ５７は貫通孔５０の形状及び寸法に倣うので、精度出しの作業が不要となり、加工性が改善される。
（３）チューブ５７の変形による外面と貫通孔５０の内面との摩擦を利用して分割密封環１２、１３の仮組み状態を維持することが可能であるため、連結具５４のナット５６を締結していない状態における分割密封環１２、１３の分割接面の調整等の作業時において分割密封環１２、１３を安定的に保持することができる。
（４）従来公知の金属製のテーパーピンの場合、組み付け時において、脆性材料からなる分割密封環１２、１３に過荷重が作用すると分割密封環１２、１３の破損につながるが、連結具５４の場合、過荷重が作用してもチューブ５７が緩衝材となり破損に至ることはない。
（５）分割密封環１２、１３の分解時において、従来公知の金属製のテーパーピンの場合、密着しすぎて抵抗が大きいため、最悪の場合取り外しが困難になるが、連結具５４の場合、チューブ５７が変形するので取り外しが容易である。
（６）チューブ５７が合成樹脂製の場合、分割密封環の貫通孔に対する連結具の挿入性や、相反する抵抗が程々によいため、作業性を向上することができる。
次に、シールケース２に分割リテーナ３を介して固定される静止密封環４及び回転軸５に分割リテーナ６を介して固定される回転密封環７の最終取り付けに至るまでの組み立ての手順について説明する。
作業段階１：仮組み
分割されている部品（リテーナ３、６及び分割密封環１２、１３）を回転軸５上で組み立てるもので、分割密封環１２、１３の分割接面は接触されているが、連結具等の締結部材で完全には締結されていない状態にある。
作業段階２：分割接面の精度調整１
仮組みされた分割密封環１２、１３の分割接面を片方ずつ調整して分割接面の精度を出すもので、作業後は分割接面は密接に接触しており、分割接面の合わせ精度は出ているが、連結具等の締結部材で完全には締結されていない状態にある。
作業段階３：リテーナ仮組み
分割密封環１２、１３の外周側のリテーナ３、６を締結するもので、リテーナ３、６のボルトを締結する。
作業段階４：分割接面の精度調整２
分割密封環１２、１３をリテーナ３、６に仮組みした後、これらの軸方向の長さが取り付け長さになるまで、図示しないセット治具を用いて軸方向に押し込むもので、軸方向の精度を出すものである。
作業段階５：分割密封環１２、１３の固定
リテーナ３、６に分割密封環１２、１３を回転止めした状態において、分割密封環１２、１３の分割接面を連結具５４にて連結・固定する。
作業段階６：回転密封環の回転軸への固定
回転環用カラー１４のボルト１５を締結するもので、回転密封環７が回転軸５に固定される。
作業段階１：仮組み
分割されている部品（リテーナ３、６及び分割密封環１２、１３）を回転軸５上で組み立てるもので、分割密封環１２、１３の分割接面は接触されているが、連結具等の締結部材で完全には締結されていない状態にある。
作業段階２：分割接面の精度調整１
仮組みされた分割密封環１２、１３の分割接面を片方ずつ調整して分割接面の精度を出すもので、作業後は分割接面は密接に接触しており、分割接面の合わせ精度は出ているが、連結具等の締結部材で完全には締結されていない状態にある。
作業段階３：リテーナ仮組み
分割密封環１２、１３の外周側のリテーナ３、６を締結するもので、リテーナ３、６のボルトを締結する。
作業段階４：分割接面の精度調整２
分割密封環１２、１３をリテーナ３、６に仮組みした後、これらの軸方向の長さが取り付け長さになるまで、図示しないセット治具を用いて軸方向に押し込むもので、軸方向の精度を出すものである。
作業段階５：分割密封環１２、１３の固定
リテーナ３、６に分割密封環１２、１３を回転止めした状態において、分割密封環１２、１３の分割接面を連結具５４にて連結・固定する。
作業段階６：回転密封環の回転軸への固定
回転環用カラー１４のボルト１５を締結するもので、回転密封環７が回転軸５に固定される。
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
例えば、実施例においては、静止密封環４の外周側に分割リテーナ３が、また、回転密封環７の外周側に分割リテーナ６が装着される場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、外周側の分割リテーナ３、６が装着されないタイプにおいても適用できる。
また、例えば、実施例においては、静止密封環４及び回転密封環７が分割される場合について説明したが、これに限らず、静止密封環４及び回転密封環７のいずれか一方が分割されるものでもよい。
また、例えば、実施例においては、貫通孔５０は、分割密封環１２、１３の幅方向においては、中央部２０付近に位置し、径方向においては、径方向の厚みの中心よりやや外径側に位置する場合について説明したが、これに限らず、貫通孔５０を形成することができる位置であればよい。
また、例えば、実施例においては、連結具５４の構成部材としてボルト５５を用いているが、この場合のボルトとは、部品と部品を締めつけ固定するための機械要素を意味し、雄ねじが切られた軸部と頭部からなり、ナットという機械要素と共に締めたり、雌ねじが切られた穴（タップ）に締め付けて使用されるものであり、六角ボルトに限らず蝶ネジ、頭部付きピンなども包含する。
１ ハウジング
２ シールケース
３ 分割リテーナ
４ 静止密封環
５ 回転軸
６ 分割リテーナ
７ 回転密封環
８ スプリング
９ Ｏリング
１２ 分割密封環
１２ａ 分割接面
１３ 分割密封環
１３ａ 分割接面
１４ 回転環用カラー
１５ 締結ボルト
１６ スプリング
２０ 分割密封環の幅方向の中央部
２１ 分割密封環の垂直形状の段差部
２２ 分割密封環の斜面形状の段差部
２３ 分割Ｏリング
２６ 締付けボルト
２７ 分割リテーナの矩形状の溝
２９ 分割Ｏリング
３０ 溝
３１ バックアップリング
３２ 分割スプリットリング
３６ 緩衝材
５０ 貫通孔
５１ 凹部
５２ フランジ部
５３ フランジ部の外側面
５４ 連結具
５５ ボルト
５６ ナット
５７ チューブ
６０ 雌ねじ部
６１ 段部
２ シールケース
３ 分割リテーナ
４ 静止密封環
５ 回転軸
６ 分割リテーナ
７ 回転密封環
８ スプリング
９ Ｏリング
１２ 分割密封環
１２ａ 分割接面
１３ 分割密封環
１３ａ 分割接面
１４ 回転環用カラー
１５ 締結ボルト
１６ スプリング
２０ 分割密封環の幅方向の中央部
２１ 分割密封環の垂直形状の段差部
２２ 分割密封環の斜面形状の段差部
２３ 分割Ｏリング
２６ 締付けボルト
２７ 分割リテーナの矩形状の溝
２９ 分割Ｏリング
３０ 溝
３１ バックアップリング
３２ 分割スプリットリング
３６ 緩衝材
５０ 貫通孔
５１ 凹部
５２ フランジ部
５３ フランジ部の外側面
５４ 連結具
５５ ボルト
５６ ナット
５７ チューブ
６０ 雌ねじ部
６１ 段部
Claims (5)
- ハウジング側に設けられた静止密封環またはハウジング内に挿通された回転軸に設けられた回転密封環を円周方向において分割された分割密封環となし、前記静止密封環と前記回転密封環との対向端面である密封端面により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、
円周方向において隣接する２つの分割密封環の分割接面を通るように当該２つの分割密封環にわたって形成される貫通孔と、
前記貫通孔内に挿通され、前記隣接する２つの分割密封環を連結する連結具と、を備え、
前記連結具は、ボルト、ナット及び前記ボルトの軸部に嵌合されるチューブとから構成され、
前記チューブは、螺旋状の線状体、または、長手方向に切断面を有する変形可能な筒状体であり、前記隣接する２つの分割密封環が前記ナットの締め付けにより連結される際、軸方向に圧縮されて外径方向に膨出されるように構成されることを特徴とする分割型メカニカルシール。 - 前記チューブは、金属製であることを特徴とする請求項１に記載の分割型メカニカルシール。
- 前記チューブは、予め、軸方向の中央付近で外径方向に容易に膨出可能な形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の分割型メカニカルシール。
- 前記チューブは、軸方向の中央付近で外径方向に容易に膨出可能なように両端においてテーパ面で支持されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の分割型メカニカルシール。
- ハウジング側に設けられた静止密封環またはハウジング内に挿通された回転軸に設けられた回転密封環を円周方向において分割された分割密封環となし、前記静止密封環と前記回転密封環との対向端面である密封端面により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、
円周方向において隣接する２つの分割密封環の分割接面を通るように、当該２つの分割密封環にわたって形成される貫通孔と、前記２つの分割密封環の貫通孔の一方に形成される雌ねじ部と、
前記貫通孔内に挿通され、前記隣接する２つの分割密封環を連結する連結具と、を備え、
前記連結具は、ボルト及び前記ボルトの軸部に嵌合されるチューブとから構成され、
前記チューブは、螺旋状の線状体、または、長手方向に切断面を有する変形可能な筒状体であり、前記隣接する２つの分割密封環が前記ボルトの締め付けにより連結される際、前記ボルトと前記雌ねじ部の形成された一方の分割密封環とにより軸方向に圧縮されて外径方向に膨出されるように構成されることを特徴とする分割型メカニカルシール。
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