JP6392868B2 - 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。

静止形メカニカルシールにおいては、固定環を回転環に向かって押圧する押圧機構が設けられている。この押圧機構として、径方向の外側と内側にそれぞれベローズが設けられることにより、環状の密閉空間が形成され、密閉空間内の流体圧力が制御されることでベローズが伸縮されるように構成された技術が知られている（特許文献１参照）。この従来例に係る押圧機構を備えるメカニカルシールにおいては、径方向の外側と内側にベローズが２重に設けられる。この場合、外側のベローズにおける内周側の最小内径を、内側のベローズにおける外周側の最大外径よりも大きくしなければならないため、メカニカルシールが径方向に大型化してしまう。

実開昭６１−９９７６４号公報

本発明の目的は、２つのベローズにより形成される環状の密閉空間内の流体圧力に応じて、これらのベローズが伸縮するように構成される押圧機構を備えるメカニカルシールにおいて、径方向の小型化を可能とす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手段を採用した。

すなわち、本発明のメカニカルシールは、
回転軸に対して固定される回転環と、
該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングに対して固定され、かつ前記回転環に対して摺動する固定環と、
該固定環を前記回転環に向けて押圧する押圧機構と、
を備えるメカニカルシールであって、
前記押圧機構は、
径方向の外側に設けられる第１ベローズと、
径方向の内側に設けられる第２ベローズと、
を備え、
これら第１ベローズ及び第２ベローズと、第１ベローズと第２ベローズの両端側にそれぞれ設けられる部材とによって環状の密閉空間が形成されており、該密閉空間内の流体圧力に応じて、第１ベローズ及び第２ベローズが前記回転軸の中心軸線方向に伸縮するように構成されたメカニカルシールにおいて、
第１ベローズと第２ベローズは、前記中心軸線方向に離れた位置に配置されると共に、前記中心軸線方向に見た場合に、第１ベローズの径方向の内側の一部と第２ベローズの径方向の外側の一部が重なるように配置されていることを特徴とする。
なお、「回転軸に対して固定される回転環」については、回転環が複数の部材を介して回転軸に固定される場合も含まれる。また、「該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングに対して固定され、かつ前記回転環に対して摺動する固定環」についても、固定環がハウジングに対して複数の部材を介して固定される場合も含まれる。

本発明によれば、第１ベローズにおける内周側の最小内径は、第２ベローズにおける外周側の最大外径よりも小さい。従って、径方向の外側と内側にベローズが２重に設けられる押圧機構を備えるメカニカルシールに比べて、径方向の小型化を図ることが可能となる。

第１ベローズの径方向の内側に、前記押圧機構の振動を抑制する制振部材が設けられているとよい。

このように制振部材を設けることで、押圧機構の振動が抑制され、外乱による影響を受け難くすることができる。また、制振部材は第１ベローズの径方向の内側にできるデッドスペースに設ければよいので、径方向の小型化を妨げることはない。

第１ベローズの一端側と他端側には、それぞれ第１ベローズを固定する第１リテーナと第２リテーナが設けられており、
第２ベローズの一端側と他端側には、それぞれ第２ベローズを固定する第３リテーナと第４リテーナが設けられており、
第３リテーナは、第１ベローズの径方向の内側にまで伸びるように構成されており、かつ第３リテーナの径方向の内側には第４リテーナに固定された円筒状部材が設けられると共に、
第３リテーナと前記円筒状部材との間に環状隙間が設けられ、該環状隙間内に前記制振部材が配置されているとよい。

ここで、前記制振部材は、第１ベローズ及び第２ベローズを縮ませる方向にばね力が付与されるように配置されるコイルばねであるとよい。

これにより、第１ベローズと第２ベローズを伸び縮みさせるための制御を、密閉空間内の流体圧力とコイルばねとの協働により行うことができる。

前記制振部材は、第３リテーナの内周面と前記円筒状部材の外周面に対してそれぞれ摺動可能に密着する弾性体製リングであることも好適である。

この場合、弾性体製リングによって、第３リテーナの内周面と円筒状部材の外周面との間の環状隙間を封止する機能を発揮させることができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、２つのベローズにより形成される環状の密閉空間内の流体圧力に応じて、これらのベローズが伸縮するように構成される押圧機構を備えるメカニカルシールにおいて、径方向の小型化を図ることができる。

図１は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。 図２は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＞
図１及び図２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とハウジング３００に設けられている軸孔（回転軸２００が挿通される軸孔）との間の環状隙間を密封する役割を担っている。そして、メカニカルシール１００は、回転軸２００に固定されるスリーブ１１０と、回転軸２００に対してスリーブ１１０を介して固定される回転環１２０と、ハウジング３００に対して複数の部材を介して固定される固定環１３０とを備えている。なお、回転軸２００が回転している際に、固定環１３０の先端の環状突起１３１が回転環１２０に対して面接触した状態で摺動することにより、メカニカルシール１００による密封機能が発揮される。また、本実施例においては、図１，２中、左側が機内側（Ａ）、右側が機外側（Ｂ）であり、メカニカルシール１００によって、機内側（Ａ）の密封対象流体が機外側（Ｂ）に漏れることを防止している。

そして、メカニカルシール１００には、固定環１３０を回転環１２０に向けて押圧する押圧機構が設けられている。この押圧機構は、径方向の外側に設けられる第１ベローズ１４１と、径方向の内側に設けられる第２ベローズ１５１とを備えている。第１ベローズ１４１の一端側（機内側（Ａ））には第１リテーナ１４２が設けられ、第１ベローズ１４１の他端側（機外側（Ｂ））には第２リテーナ１４３が設けられている。これらの第１リテーナ１４２と第２リテーナ１４３によって第１ベローズ１４１は固定されている。また、第１リテーナ１４２に固定環１３０が固定されている。第２リテーナ１４３はハウジング３００に固定されている。

第２ベローズ１５１の一端側（機内側（Ａ））には第３リテーナ１５２が設けられ、第２ベローズ１５１の他端側（機外側（Ｂ））には第４リテーナ１５３が設けられている。これらの第３リテーナ１５２と第４リテーナ１５３によって第２ベローズ１５１は固定されている。また、第３リテーナ１５２は、円筒部１５２ａと円筒部１５２ａの他端側において径方向内側に向かって伸びる環状突起１５２ｂとを備えている。図示のように、第２ベローズ１５１の一端側に設けられた第３リテーナ１５２における円筒部１５２ａは、第１ベローズ１４１の径方向の内側にまで伸びるように構成されている。そして、円筒部１５２ａの一端側が第１リテーナ１４２の内周面に固定されている。また、第４リテーナ１５３はハウジング３００に固定されている。

そして、第１ベローズ１４１と、その両側に設けられる第１リテーナ１４２及び第２リテーナ１４３と、第２ベローズ１５１と、その両側に設けられる第３リテーナ１５２及び第４リテーナ１５３とにより、環状の密閉空間Ｓ１が形成される。ハウジング３００に設けられた通路３１０から、この密閉空間Ｓ１に送られるガスなどの流体の流体圧力に応じて、第１ベローズ１４１及び第２ベローズ１５１が回転軸２００の中心軸線方向に伸縮するように構成されている。なお、回転軸２００の中心軸線方向については、以下、単に「中心軸線方向」と称する。このように構成された押圧機構により、密閉空間Ｓ１内の流体圧力を制御することで、第１ベローズ１４１及び第２ベローズ１５１を伸縮させることができる。また、密閉空間Ｓ１によって、ダンパの機能が発揮されるため、押圧機構の振動を抑制することもできる。

ここで、本実施例においては、密閉空間Ｓ１に流体が送られていない状態においては、図１に示すように、固定環１３０は回転環１２０から離れている。そして、密閉空間Ｓ１に流体が送られて、密閉空間Ｓ１内の流体圧力が高くなると、図２に示すように、固定環１３０は回転環１２０に密着した状態となる。

また、第３リテーナ１５２の径方向の内側には第４リテーナ１５３に固定された円筒状部材１６０が設けられている。この円筒状部材１６０は、円筒部１６１と、円筒部１６１の一端側において径方向外側に向かって伸びる環状突起１６２とを備えている。また、円筒部１６１の他端部が第４リテーナ１５３に固定されている。

そして、この円筒状部材１６０に設けられた環状突起１６２の外周面が、第３リテーナ１５２における円筒部１５２ａの内周面に対して摺動自在に接触するように構成されている。また、第３リテーナ１５２における環状突起１５２ｂの内周面が、円筒状部材１６０における円筒部１６１の外周面に対して摺動自在に接触するように構成されている。以上のような構成により、第３リテーナ１５２と円筒状部材１６０との間には、断面が矩形の環状隙間Ｓ２が形成される。また、第１ベローズ１４１と第２ベローズ１５１が伸縮する際には、環状突起１６２の外周面と円筒部１５２ａの内周面との間、及び環状突起１５２ｂの内周面と円筒部１６１の外周面との間がそれぞれ摺動するように、第３リテーナ１５２は往復移動する。このように、押圧機構は、円筒状部材１６０によって、径方向に対して安定的に位置決めがなされる。なお、押圧機構は、上記の通り、主として、第１ベローズ１４１，第１リテーナ１４２，第２リテーナ１４３，第２ベローズ１５１，第３リテーナ１５２及び第４リテーナ１５３により構成される。

また、上記の環状隙間Ｓ２には、制振部材としてのコイルばね１７０が設けられている。このコイルばね１７０は、一端側が環状突起１６２に密着し、他端側が環状突起１５２ｂに密着することで、第１ベローズ１４１及び第２ベローズ１５１を縮ませる方向にばね力が付与されるように配置されている。

＜第１ベローズ及び第２ベローズの配置構成＞
第１ベローズ１４１及び第２ベローズ１５１の配置構成について、より詳細に説明する。第１ベローズ１４１と第２ベローズ１５１は、中心軸線方向に離れた位置に配置されている。そして、中心軸線方向に見た場合に、第１ベローズ１４１の径方向の内側の一部と第２ベローズ１５１の径方向の外側の一部が重なるように配置されている。つまり、第１ベローズ１４１における内周側の最小内径は、第２ベローズ１５１における外周側の最大外径よりも小さく構成されている。なお、第１ベローズ１４１における内周側の最小内径が、第２ベローズ１５１における内周側の最小内径よりも大きく構成されていることは言うまでもない。

＜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本実施例に係るメカニカルシール１００によれば、第１ベローズ１４１と第２ベローズ１５１は、中心軸線方向に離れた位置に配置されると共に、中心軸線方向に見た場合に、第１ベローズ１４１の径方向の内側の一部と第２ベローズ１５１の径方向の外側の一部が重なるように配置されている。つまり、第１ベローズ１４１における内周側の最小内径は、第２ベローズ１５１における外周側の最大外径よりも小さい。従って、径方向の外側と内側にベローズが２重に設けられる押圧機構を備えるメカニカルシールに比べて、径方向の小型化を図ることが可能となる。

また、本実施例に係るメカニカルシール１００においては、第１ベローズ１４１の径方向の内側に設けられた環状隙間Ｓ２に、押圧機構の振動を抑制する制振部材としてのコイルばね１７０が設けられている。これにより、押圧機構の振動がより一層抑制され、外乱による影響を受け難くすることができる。

ここで、上記の通り、第１ベローズ１４１における内周側の最小内径は、第２ベローズ１５１における内周側の最小内径よりも大きく構成されている。また、第１ベローズ１４１と第２ベローズ１５１は、中心軸線方向に離れた位置に配置されている。これらのことから、第１ベローズ１４１の径方向の内側にはデッドスペースが形成される。上記の環状隙間Ｓ２は、このデッドスペースに設けられることになる。従って、制振部材であるコイルばね１７０を設けても、径方向の小型化を妨げることはない。

また、本実施例においては、制振部材として、第１ベローズ１４１及び第２ベローズ１５１を縮ませる方向にばね力が付与されるように配置されるコイルばね１７０を採用している。これにより、第１ベローズ１４１と第２ベローズ１５１を伸び縮みさせるための制御を、密閉空間Ｓ１内の流体圧力とコイルばね１７０との協働により行うことができる。特に、密閉空間Ｓ１内の流体圧力を低下させた際に、コイルばね１７０によって、固定環１３０を回転環１２０からより確実に離すことができる。

なお、図１中の丸で囲んだ部分に示すように、制振部材として、コイルばねではなく、第３リテーナ１５２（円筒部１５２ａ）の内周面と円筒状部材１６０（円筒部１６１）の外周面に対してそれぞれ摺動可能に密着する弾性体製リング１７１を採用することもできる。この構成を採用した場合には、弾性体製リング１７１によって、第３リテーナ１５２の内周面と円筒状部材１６０の外周面との間の環状隙間を封止する機能を発揮させることができる。

１００ メカニカルシール
１１０ スリーブ
１２０ 回転環
１３０ 固定環
１３１ 環状突起
１４１ 第１ベローズ
１４２ 第１リテーナ
１４３ 第２リテーナ
１５１ 第２ベローズ
１５２ 第３リテーナ
１５２ａ 円筒部
１５２ｂ 環状突起
１５３ 第４リテーナ
１６０ 円筒状部材
１６１ 円筒部
１６２ 環状突起
１７０ コイルばね
１７１ 弾性体製リング
２００ 回転軸
３００ ハウジング
３１０ 通路
Ｓ１ 密閉空間
Ｓ２ 環状隙間

Claims (5)

1. 回転軸に対して固定される回転環と、
   該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングに対して固定され、かつ前記回転環に対して摺動する固定環と、
   該固定環を前記回転環に向けて押圧する押圧機構と、
   を備えるメカニカルシールであって、
   前記押圧機構は、
   径方向の外側に設けられる第１ベローズと、
   径方向の内側に設けられる第２ベローズと、
   を備え、
   これら第１ベローズ及び第２ベローズと、第１ベローズと第２ベローズの両端側にそれぞれ設けられる部材とによって環状の密閉空間が形成されており、該密閉空間内の流体圧力に応じて、第１ベローズ及び第２ベローズが前記回転軸の中心軸線方向に伸縮するように構成されたメカニカルシールにおいて、
   第１ベローズと第２ベローズは、前記中心軸線方向に離れた位置に配置されると共に、前記中心軸線方向に見た場合に、第１ベローズの径方向の内側の一部と第２ベローズの径方向の外側の一部が重なるように配置されていることを特徴とするメカニカルシール。
2. 第１ベローズの径方向の内側に、前記押圧機構の振動を抑制する制振部材が設けられてい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. 第１ベローズの一端側と他端側には、それぞれ第１ベローズを固定する第１リテーナと第２リテーナが設けられており、
   第２ベローズの一端側と他端側には、それぞれ第２ベローズを固定する第３リテーナと第４リテーナが設けられており、
   第３リテーナは、第１ベローズの径方向の内側にまで伸びるように構成されており、かつ第３リテーナの径方向の内側には第４リテーナに固定された円筒状部材が設けられると共に、
   第３リテーナと前記円筒状部材との間に環状隙間が設けられ、該環状隙間内に前記制振部材が配置されていることを特徴とする請求項２に記載のメカニカルシール。
4. 前記制振部材は、第１ベローズ及び第２ベローズを縮ませる方向にばね力が付与されるように配置されるコイルばねであることを特徴とする請求項３に記載のメカニカルシール。
5. 前記制振部材は、第３リテーナの内周面と前記円筒状部材の外周面に対してそれぞれ摺動可能に密着する弾性体製リングであることを特徴とする請求項３に記載のメカニカルシール。

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