JP6481829B2 - 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ものである。

従来、メカニカルシールとして、回転軸に装着した固定環に対して回転環を装着する際、スナップリングを利用するようにしたものが公知である（例えば、特許文献１参照）。
また他のメカニカルシールとして、回転軸に装着した固定環に対して回転環を装着する際、回転軸に形成したキー溝に配置されるキーを利用するようにしたものが公知である（例えば、特許文献２参照）。
さらに他のメカニカルシールとして、固定環をハウジングに固定しているドライブピンを、回転環の一部をなすカラーのフランジ部に、セットプレートを介して係止した上で、セットスクリュを利用して回転環を固定するようにしたものが公知である（例えば、特許文献３参照）。
しかしながら、前記いずれのメカニカルシールであっても、回転環の装着・位置決めが非常に困難である。すなわち、スナップリング、キー、セットスクリュ等の脱着には工具が不可欠であり、利便性が悪い。さらに、いずれのメカニカルシールであっても、スプリングの付勢力に抗して片手で回転環を押し込みつつ作業を行う必要があるため、脱着が困難である。

実開平０４−６８２５５号公報 実開平０４−６８２５６号公報 実開平０４−４８３７７号公報

本発明は、固定環に対して回転環を簡単に取り付けることができるメカニカルシールを提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
被装着部を有する回転軸に装着されるメカニカルシールであって、
前記回転軸に一体回転可能に固定され、シール面を有する回転環と、
前記回転環と同心に配置され、前記回転環の前記シール面が摺動可能に密接するシール面を有する固定環と、
前記シール面同士が密接するように前記固定環又は前記回転環の少なくともいずれか一方を付勢する弾性部材と、
前記回転軸の被装着部に対し、前記回転軸の軸心方向に交差する方向から装着され、前記回転軸及び前記回転環と一体的に回転可能となると共に、前記回転環を前記軸心方向に位置規制して前記弾性部材の付勢力により前記固定環のシール面と前記回転環のシール面とを互いに密接させる取付部材と、
を備えるメカニカルシールを提供する。

この構成により、回転軸の軸心方向に交差する方向から取付部材を装着するだけで、固定環に対して回転環を簡単に取り付けることができ、工具も不要である。

前記回転軸の被装着部は、前記取付部材を前記回転軸の軸心方向に移動可能に支持するのが好ましい。

この構成により、取付部材を移動させながら回転環の取付作業を行うことができる。また取付部材の脱着方向に自由度が生まれ、脱着の作業性が向上する。

前記回転軸の被装着部は、前記取付部材を傾斜可能に支持し、傾斜状態で、前記取付部材により前記回転環を押圧可能であるのが好ましい。

この構成により、取付部材を傾斜させるだけで回転環を押圧して移動させることができる。

前記回転軸の被装着部は、前記回転軸の外周面に設けられる一対の取付溝で構成され、前記各取付溝の底面が互いに平行となるように形成されており、
前記取付部材は、前記取付溝の前記底面に当接する対向面を有する脚部と、前記脚部同士を連結する連結部とを備えるようにすればよい。

前記取付溝は、前記取付部材の前記脚部が前記回転軸の軸心方向にスライド可能な溝幅を有すればよい。

前記取付部材は、前記連結部の両端部に押込用の突起を有するのが好ましい。

この構成により、突起に指を引っ掛けて取付部材を傾斜させて、簡単に回転環を押圧することができる。

前記取付部材は、前記脚部の先端に拡張部を形成されており、前記拡張部の外縁は、前記回転軸の軸心を中心とする同一円周上に位置するのが好ましい。

この構成により、拡張部の外径側への広がりを必要最小限に抑えることができる。

前記取付部材の脚部の厚みの違い、又は、前記取付部材の枚数の違いによって、前記固定環又は前記回転環に作用する前記弾性部材の付勢力を変更可能とするのが好ましい。

この構成により、固定環又は回転環に対する弾性部材の付勢力を自由に調整することができる。これにより、流動物の種類等の条件の違いに合わせてメカニカルシールの面圧を適切な値とすることができる。

前記回転軸の被装着部は、前記回転軸の周方向及び軸心方向に位置をずらせて複数箇所に形成されているのが好ましい。

この構成により、取付部材をいずれの被装着部に取り付けるのかで、固定環又は回転環に対する弾性部材の付勢力を自由に選択することができる。

前記取付部材は、重心位置が前記回転軸の軸心と一致しているのが好ましい。

この構成により、回転軸の回転で取付部材に遠心力が作用し、取付部材が回転軸の外径側へと移動することを防止できる。

本発明によれば、回転軸の被装着部に対して軸心方向に交差する方向から取付部材を取り付けることができるようにしたので、固定環に対する回転環の取付作業を簡単に行うことができる。

本実施形態に係る一軸偏心ねじポンプの概略断面図である。 図１の駆動伝達部を示す部分拡大図である。 （ａ）はセットプレートの正面図（背面図は正面図と同じ）、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその右側面図（左側面図は右側面図と同じ）、（ｄ）はその底面図、（ｅ）はその斜視図である。 図１のポンプ本体の一端側を示す部分断面図である。 図１のポンプ本体の他端側を示す部分断面図である。 （ａ）は図１に示す外装体の正面図、（ｂ）はその側面図である。 （ａ）は図１に示すアダプタの正面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。 図１の外装部の突起とアダプタの凹部との係合状態を示す部分正面図である。 図１の回転環を仮固定するためのセットプレートの取付開始時の断面図である。 図９からセットプレートで回転環を押し込んだ状態を示す断面図である。 図１０からセットプレートを降下させた状態を示す断面図である。 図１１からセットプレートのピン穴に回転環の位置決めピンを挿通した状態を示す断面図である。 図９から図１０に示す状態にセットプレートを操作している状態を示す斜視図である。 （ａ）図１のポンプ本体で、外装部が最内径位置に位置する場合の横断面図、（ｂ）は（ａ）の状態から各外装部が外径側に移動した状態での横断面図である。 （ａ）は他の実施形態に係る外装体の正面断面図、（ｂ）はその横断面図、（ｃ）は（ｂ）の分解図である。 （ａ）他の実施形態に係る駆動伝達部を示す部分拡大図、（ｂ）はその平面図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。

図１は、本実施形態に係る一軸偏心ねじポンプを示す。この一軸偏心ねじポンプは、第１ケーシング１の一端側に設けた駆動機（図示せず）と、他端側に設けたポンプ本体２とを備え、架台３に支持されている。

第１ケーシング１は金属材料を筒状としたもので、その内部にはカップリングロッド４が配置されている。第１ケーシング１の一端側外周面には接続管５が接続され、図示しないタンク等から流動物を供給可能となっている。カップリングロッド４の一端部は、駆動機側の駆動伝達部６に連結されている。

図２に示すように、駆動伝達部６は、第２ケーシング７内にベアリング８によって回転可能に支持される駆動軸９を備える。駆動軸９は駆動機を駆動することにより回転する。また駆動軸９の先端には筒状部１０が形成され、そこにはカップリングロッド４が連結される駆動軸本体９ａの一端部が挿通される。駆動軸本体９ａと筒状体１０とは、両者に連結ピン１１を嵌合することにより連結される。これにより、駆動機の動力がカップリングロッド４に伝達される。

また駆動軸本体９ａの一端部外周にはメカニカルシール１２が装着されている。メカニカルシール１２は、固定環１４Ａと回転環１４Ｂとを備える。

固定環１４Ａは、シールカバー１４ａ内にＯリング１４ｂを介してシートリング１３を配置したものである。シートリング１３の端面には環状凸部１３ａが形成されている。

回転環１４Ｂは、従動リング１５と環状部１６とで構成されている。従動リング１５は、段付き形状の内周面を有し、小径側内周面が駆動軸本体９ａの外周面に当接している。大径側内周面には小径側内周面との段差部分に当接するようにしてＯリング１７が取り付けられている。環状部１６は、ガイドピン１８によって従動リング１５に対して軸心方向に往復移動可能に取り付けられ、スプリング１９によって離間方向に付勢されている。また環状部１６の端面には位置決めピン２０が一体化されている。

駆動軸本体９ａの外周面には、径方向及び軸心方向と直交し、互いに平行となる一対の平坦面２１（底面）を有する溝部２２（取付溝）が形成されている。これら溝部２２を利用してセットプレート２３を装着し、回転環１４Ｂを軸心方向に抜止して仮固定できるようになっている。

セットプレート２３は、ステンレス等の金属材料をプレス加工することにより形成される板状のもので、図３に示すように、一対の脚部２４と、これら脚部２４を連結する連結部２５とで構成されている。

脚部２４は、対向する内面の間隔が駆動軸本体９ａに形成した平坦面２１の幅寸法と同じ（配置可能なクリアランスは有する）に形成されている。脚部２４の下端部分には、扇状に形成された拡張部２６が形成されている。拡張部２６は、セットプレート２３を駆動軸本体９ａに装着した際、その重心位置をカップリングロッド４の軸心と合致させるためのものである。これにより、駆動軸本体９ａが回転し、セットプレート２３に遠心力が作用したとしても、このセットプレート２３の外径側への移動を抑制することができる。また拡張部２６の外周縁は前記重心位置を中心とする同一円周上に位置している。これにより、セットプレート２３の周囲への広がり領域を必要最小限のものとすることができる。

連結部２５の中央部にはピン孔２７が形成されている。このピン孔２７には、回転環１４Ｂの環状部１６に形成した位置決めピン２０が挿通され、回転環１４Ｂは駆動軸本体９ａに装着されたセットプレート２３に対して径方向に位置規制される。連結部２５の両端上部には操作片部２８が突出している。操作片部２８は、後述するように駆動軸本体９ａへのセットプレート２３の着脱時に利用される。

セットプレート２３によって駆動軸本体９ａに回転環１４Ｂを仮固定した状態で、駆動軸本体９ａには駆動機側の駆動軸９が連結されるようになっている。このとき、駆動軸９の先端開口縁部９ａでセットプレート２３が軸方向に押し込まれ、このセットプレート２３は適正な位置に位置決めされる。そして、駆動機からの動力が駆動軸本体９ａに伝達可能となる。この状態では、セットプレート２３の脚部２４が駆動軸本体９ａの溝部２２に係合しており、セットプレート２３に駆動軸本体９ａの回転力が伝達される。またセットプレート２３のピン孔２７に回転環１４Ｂの位置決めピン２０が係合しており、セットプレート２３の回転力が回転環１４Ｂに伝達される。つまり、セットプレート２３は、カップリングロッド４の軸心方向に回転環１４Ｂを位置決めする役割、駆動軸本体９ａから回転環１４Ｂに回転力を伝達する役割、回転環１４Ｂを装着する際の治具としての役割を果たす。

図１に戻って、ポンプ本体２は、第３ケーシング２９内に、スリーブ３０、外装体３１、ステータ３２、及び、ロータ３３を収容したものである。

図４に示すように、第３ケーシング２９の一端部にはエンドスタッド３４が取り付けられている。エンドスタッド３４は中空筒状で、一端側内周面が外径側に拡張され、そこにはステータ３２の一端部が圧入状態で配置される。エンドスタッド３４の一端面には環状突部３５が形成されている。環状突部３５は、後述するように、第１アダプタ５５を構成する２つのアダプタ部５７を内径側へと押圧し、その内面をステータ３２の外面に圧接させる役割を果たす。なお、第３ケーシング２９とエンドスタッド３４の連結部分は図示しないパッキン等によって封止されている。

図５に示すように、第３ケーシング２９の他端部には閉鎖部材３６と保護カバー３７とが取り付けられている。閉鎖部材３６の一端側内周面が外径側に拡張され、ステータ３２の他端部が圧入状態で配置される。また閉鎖部材３６の一端面は第３ケーシング２９内に面し、その外周縁には環状突部３８が形成されている。環状突部３８は、後述するように、第２アダプタ５６の２つのアダプタ部５７を内径側へと押圧し、その内面をステータ３２の外面に圧接させる。なお、第３ケーシング２９と閉鎖部材３６の連結部分は図示しないパッキン等によって封止されている。保護カバー３７は、第３ケーシング２９の他端部と閉鎖部材３６の一部とを覆う。

図１に戻って、第３ケーシング２９の下方側中央部には注入ポート３９が接続され、上方側中央部には注出ポート４０が接続されている。注入ポート３９に接続される配管途中には、第３ケーシング側から順に、第１開閉弁４１、制御弁４２、第１圧力計４３、及び、レギュレータ４４（調圧器）が設けられている。これにより、供給される制御流体（気体でもよいが、液体に代表される非圧縮性流体であるのが好ましい。）を、レギュレータ４４で圧力を調整し、開放位置に切り替えた制御弁４２、及び、開放した第１開閉弁４１から注入ポート３９を介して後述する密封空間５２内へと注入することができるようになっている。注出ポート４０に接続される配管途中には、第３ケーシング側から順に、第２圧力計４５及び第２開閉弁４６が設けられている。第２圧力計４５は、密封空間５２内の制御流体の圧力を検出する。検出圧力は、図示しない制御装置に入力される。制御装置は、入力された検出圧力に基づいて、注入ポート３９を介して注入される制御流体の流量や圧力を調整し、第２開閉弁４６を開閉することにより密封空間５２内の制御流体を注出することができるようになっている。

また第３ケーシング２９の一端部上方には空気流入口４７が形成され、他端部下方には空気流出口４８が形成されている。空気流入口４７と空気流出口４８は、外装体３１とスリーブ３０の間の中間領域に連通し、排水構造を構成している。空気流入口４７に接続された配管は、制御弁４２と第１圧力計４３の間に接続されている。この配管の途中には、スピードコントローラ４９と第３開閉弁５０とが並列接続されている。スピードコントローラ４９は、中間領域に供給する空気量を制限するためのもので、常時、中間領域に比較的小容量の空気が供給されるようにしている。第３開閉弁５０は、普段は閉鎖されており、中間領域内に水滴が発生した場合にのみ開口する。これにより、中間領域にスピードコントローラ４９を迂回した大容量のパージエアが吹き込まれ、水滴が除去される。このように、中間領域に空気を流すことで、高温の流動物から発生する蒸気やSIPで使用される蒸気がステータ３２を透過して中間領域に至り、そこで滞留することを防止することができる。蒸気が冷えて水滴となり、そのまま滞留すると、雑菌等が繁殖する原因ともなり得るため不衛生であるが、中間領域に空気を流すことで、そのような事態に至ることを確実に阻止することが可能となる。なお、スピードコントローラ４９を介して中間領域に常時空気を供給するようにしていれば、中間領域に水滴が溜まることは考えにくいため、第３開閉弁５０側の流路は必ずしも必要なものではない。

スリーブ３０は、弾性材料を筒状としたものである。スリーブ３０は、一端開口部を第３ケーシング２９の一端側内周面と、エンドスタッド３４及び後述する第１アダプタ５５との間に挟持されている。第３ケーシング２９の一端部とエンドスタッド３４には鍔部がそれぞれ形成され、クランプ５１によって保持されている。またスリーブ３０は、他端開口部を第３ケーシング２９の他端側内周面及び保護カバー３７と、閉鎖部材３６の外周面及び閉鎖部材３６の環状突部３８の外周面との間に挟持されている。これにより、スリーブ３０と第３ケーシング２９との間には環状の密封空間５２が形成される。密封空間５２には、制御流体が注入ポート３９を介して注入され、注出ポート４０を介して注出される。

図６に示すように、外装体３１は合成樹脂材料からなる複数の外装部５３で構成されている（ここでは１０個）。各外装部５３は、断面等脚台形状の棒状体からなり、両端部からは断面正方形の突起５４が突出している。突起５４は、後述するアダプタ５５，５６に形成した凹部５８（被係合部）と係合するための係合部となる。外装部５３は、等脚台形の上底部分を内径側として脚部分の平面（脚部傾斜面５３ａ）を当接させることにより環状に連なった状態となる。各突起５４は、この環状に連なった状態で、その中心Oから各外装部５３の中心を通って外径方向に延びる直線（図６（ｂ）では、１本の直線のみをCLで図示）に対して平行な両側面５４ａを有する。

外装体３１の両端部には、ガイド部材の一例である第１アダプタ５５と第２アダプタ５６がそれぞれ配置されている。図７に示すように、各アダプタ５５，５６はドーナツ状であるが、ここでは２つのアダプタ部５７を組み合わせてこの形状にしている。各アダプタ５５，５６の内面は、後述するステータ３２の外周面の形状に合わせて多角形（ここでは、正十角形）に形成されている。各アダプタ５５，５６の一方の面には周方向に１０箇所等分で凹部５８が形成され、その間の台座部５９には段付き形状のねじ穴６０が形成されている。各凹部５８には、各外装部５３の突起５４が配置される。各凹部５８は、外装部５３突起５４の両側面５４ａをガイドする対向面５８ａと、内径側の内側面５８ｂとを有し、外径側には開口している。この形状により、各外装部５３の突起５４が周方向に位置決めされ、かつ、径方向には移動可能とされる。このように、凹部５８は、外装部５３の突起５４と係合する被係合部を構成する。各アダプタ５５，５６の他方の面側では、外周面が徐々に小さくなる円錐状のテーパ面５５ａ，５６ａがそれぞれ形成されている。

第１アダプタ５５は、ねじ穴６０を利用してエンドスタッド３４にねじ止め固定される（図４参照）。このとき、第１アダプタ５５のテーパ面５５ａがエンドスタッド３４の環状突部３５によって押圧され、内径側へと移動するようになっており、テーパ面５５ａと環状突部３５とによってスライド構造が構成されている。これにより、第１アダプタ５５の内周面がステータ３２の外周面に圧接し、良好な封止状態が得られる。第２アダプタ５６は、ねじ穴６０を利用して閉鎖部材３６にねじ止め固定される（図５参照）。このとき、第２アダプタ５６のテーパ面５６ａが閉鎖部材３６の環状突部３８に押圧され、内径側へと移動する。これにより、第２アダプタ５６の内周面がステータ３２の外周面に圧接し、良好な封止状態が得られる。

各外装部５３は、両端部にそれぞれ第１アダプタ５５と第２アダプタ５６を配置され、周方向への移動を規制されている。また、各外装部５３は、突起５４が各アダプタ５５，５６の凹部５８内でステータ３２の径方向への移動を許容され、ステータ３２を圧縮可能な第１位置と、この圧縮状態を緩和する第２位置との間を移動可能となっている。外装部５３は剛体であり、密封空間５２内に制御流体を流入させることにより内側へと移動し、ステータ３２の全体を一様に内方へと圧縮する。したがって、ロータ３３に対するステータ３２の接触圧が軸心方向でばらついて脈動等が発生するといった不具合はない。また、外装部５３を内方に移動させると、脚部傾斜面５３ａ同士が当接したところでそれ以上は移動できなくなるため、ロータ３３に対するステータ３２の接触圧が過度に高められることはない。詳しくは、図８に示すように、外装部５３は、ステータ３２の径方向（図８中、中心線上に位置する外装部５３では、紙面に直交する奥および手前方向）に移動可能となっている。一方、外装部５３の突起５４の両側面がアダプタ５５，５６（図８では、第１アダプタ５５のみ図示）に形成した凹部５８の両対向面５８ａにガイドされているので、ステータ３２の周方向（図８中、上下方向）には移動不能となっている。なお、第２位置においては、外装部５３によるステータ３２への押圧力がゼロとなり、ステータ３２が全く圧縮されないようにしてもよいが、これに限らず、少なくとも第１位置よりもステータ３２の圧縮状態が緩和されればよい。また、ロータ３３に対するステータ３２の接触圧の上昇は、外装部５３の脚部傾斜面５３ａ同士の当接だけでなく、外装部５３の突起５４とアダプタ５５，５６の凹部５８の内側面５８ｂとの当接によっても抑制可能である。

ステータ３２は、適宜搬送する材料に応じて選択されるゴム、樹脂等の弾性材料（例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム（流動物がシリコンオイルを含有する化粧品等である場合に使用される））を筒状に形成したものである。ここでは、ステータ３２は断面正十角形をなす中空筒状に形成されており、その中心孔３２ａは、その内周面がｎ条で単段あるいは多段の雌ねじ形状とされている。

ロータ３３は、ステンレス等の金属材料からなる軸体をｎ−１条で単段あるいは多段の雄ねじ形状としたものである。ロータ３３は、ステータ３２の中心孔３２ａ内に配置され、その長手方向につながった搬送空間３２ｂを形成する。ロータ３３の一端部はケーシング側のカップリングロッド４に連結され、駆動機（図示せず）からの駆動力により、ステータ３２の内側で自転すると共にステータ３２の内周面に沿って公転する。つまり、ロータ３３はステータ３２の中心孔３２ａ内で偏心回転することにより、搬送空間３２ｂ内の流動物を長手方向へと搬送することができるようになっている。

続いて、前記構成からなる一軸偏心ねじポンプの組立方法について説明する。

まず、ロータ３３を挿通したステータ３２の一端部に閉鎖部材３６を圧入等により一体化する。そして、閉鎖部材３６に対して第２アダプタ５６をねじ止めする。第２アダプタ５６は２つのアダプタ部５７で構成されており、ねじ止めによりテーパ面５６ａが閉鎖部材３６の環状突部３８によって押圧されて内側へと移動する。これにより、第２アダプタ５６の内面をステータ３２の外面に密着させて良好な封止状態を得ることができる。同様に、ステータ３２の他端部にエンドスタッド３４を一体化した状態で、エンドスタッド３４に第１アダプタ５５をねじ止めする。第１アダプタ５５も前記第２アダプタ５６と同様に２つのアダプタ部５７で構成されており、ねじ止めによりテーパ面５５ａがエンドスタッド３４の環状突部３５によって押圧されて内側へと移動する。これにより、第１アダプタ５５の内面をステータ３２の外面に密着させて良好な封止状態を得ることができる。

続いて、ステータ３２の各外面に沿って外装部５３をそれぞれ配置する。このとき、外装部５３の突起５４を第１アダプタ５５及び第２アダプタ５６の凹部５８に位置させる。これにより、各外装部５３は、ステータ３２に対して径方向には移動可能となるが、周方向には位置規制される。１０個の外装部５３を配置することにより得られた外装体３１の周囲にはスリーブ３０を配置する。そして、これらを第３ケーシング２９内に収容し、一端部をエンドスタッド３４で閉鎖し、他端部を閉鎖部材３６と保護カバー３７とで閉鎖する。これにより、ポンプ本体２が完成する。

ロータ３３にはカップリングロッド４の一端部を接続する。保護カバー３７に第１ケーシング１の一端開口部を当接させて図示しないクランプによって接続することによりカップリングロッド４を覆う。

図９に示すように、カップリングロッド４の他端部の駆動軸本体９ａにメカニカルシール１２を装着する。まず、駆動軸本体９ａに固定環１４Ａを装着する。続いて、駆動軸本体９ａに、回転環１４Ｂを挿通して固定環１４Ａの端面（環状突部１３ａ）に当接させる。そして、セットプレート２３の脚部２４を駆動軸本体９ａの外径側から溝部２２（平坦面２１）へとスライド移動させる。セットプレート２３の連結部２５の下縁が回転環１４Ｂの環状部１６の位置決めピン２０に当接すれば、図１３に示すように、セットプレート２３の操作片部２８に親指を引っ掛けて引っ張りながら、人差し指で拡張部２６を押し込む。これにより、図１０に示すように、セットプレート２３が溝部２２に支持された状態で傾き、位置決めピン２０が連結部２５の下縁から外れ、セットプレート２３をさらにスライド移動させることが可能となる。このとき、セットプレート２３が、回転環１４Ｂの押込を容易とする治具としての役割を果たす。そして、図１１に示すように、連結部２５の下縁が駆動軸本体９ａの外周面に当接するまでスライド移動させた後、図１２に示すように、セットプレート２３を傾けた位置から元の位置に戻し、セットプレート２３のピン孔２７に位置決めピン２０を挿通させる。ここで手を離せば、セットプレート２３がスプリング１９によって付勢された回転環１４Ｂの環状部１６に押圧されて溝部２２の一方の側面２２ａに当接して位置決めされる（図９参照）。このようにして、工具を必要とすることなく固定環１４Ａに装着したメカニカルシール１２に対して回転環１４Ｂを簡単に取り付ける（仮固定する）ことができる。また以上とは逆の手順により、取り付けた固定環１４Ａを容易に取り外すことができる。

カップリングロッド４の駆動軸本体９ａにメカニカルシール１２が取り付けられれば、駆動軸本体９ａを駆動伝達部６と接続する。すなわち、図２に示すように、駆動軸本体９ａの先端部を駆動軸９の筒状部１０内に挿入し、シールカバー１４ａの開口端面を第２ケーシング７の開口端面と当接させる。そして、駆動軸本体９ａと駆動軸９とを連結ピン１１で連結する。このとき、筒状部１０の先端開口部９ｂがセットプレート２３を押圧するので、このセットプレート２３は溝部２２から離れる。なお、筒状部１０の軸心方向の長さは、セットプレート２３及び回転環１４Ｂが適切な位置まで移動し、スプリング１９の圧縮状態が適切なものとなるように設定されている。

次に、前記構成からなる一軸偏心ねじポンプの動作について説明する。

予め、密封空間５２への制御流体の注入量と、流動物の種類と、ロータ３３の回転速度と、吐出圧との関係を設定しておく。例えば、密封空間５２への制御流体の注入量を最低値としてスリーブ３０を初期状態に位置させる。そして、流動物の種類毎に、ロータ３３の回転速度と吐出圧の関係をデータテーブルとして記憶させる。また、密封空間５２への制御流体の注入量を段階的に変更して同様な処理を行い、データテーブルを完成する。

タンク等から流動物を吐出させる場合、まず、第１開閉弁４１を開放する等により、第３ケーシング２９とスリーブ３０とによって形成される密封空間５２内に制御流体を注入する。ステータ３２の端部には、複数の外装部５３からなる外装体３１が配置されている。そして、各外装部５３は、その両端部をアダプタ５５，５６によって支持されている。このため、ステータ３２は径方向に移動することができる。したがって、密封空間５２内への制御流体の注入量を変更してステータを径方向に移動させることにより、ステータ３２とロータ３３の間の締め代を調整することが可能となる。密封空間５２への制御流体の注入量は、ロータ３３の回転速度に応じて所望の吐出圧で流動物を吐出できるように、前記データテーブルを参照して決定する。この場合、制御流体が非圧縮性流体であれば、注入量と吐出圧との関係を変動のない安定したものとすることができる点で好ましい。

吐出圧を上昇させるのであれば、密封空間５２内への制御流体の注入量を増大させることにより、スリーブ３０を内側に弾性変形させて、外装部５３を互いに接近させる。これにより、ステータ３２が加圧され、ロータ３３との接触圧が上昇する。一方、吐出圧を抑制するのであれば、制御流体の注入量を抑制することにより、スリーブ３０の変形量を抑制し、外装部５３同士がそれほど接近しないようにする。これにより、ロータ３３に対するステータ３２の接触圧が抑制される。

制御流体の注入量の調整後、図示しない駆動機を駆動し、カップリングロッド４を介してロータ３３を、予め設定した回転速度で回転させる。このときの回転速度は、単位時間当たりの吐出量を考慮して決定される。これにより、ステータ３２の内周面とロータ３３の外周面とによって形成される搬送空間がこれらの長手方向へと移動する。接続管５から供給された流動物が第１ケーシング１を通過して搬送空間に吸い込まれ、エンドスタッド３４へと搬送される。エンドスタッド３４に至った流動物はさらに他の場所へと搬送される。

一軸偏心ねじポンプの運転中、外装体３１とスリーブ３０の間の中間領域には、空気流入口４７から空気流出口４８に向かって空気が流動し続けている状態とする。これにより、蒸気を発生させる高温の流動物、あるいは、蒸気そのものを搬送するような場合であっても、ステータ３２を透過した蒸気が第３ケーシング２９内に留まることがなく、確実に排出することができる。万一、中間領域に水滴が滞留したままの状態となる場合には、第３開閉弁５０を開放して中間領域内に大量の空気を供給するようにすればよい。

このように、外装体３１でステータ３２の外周面全体を保持している。そして、外装体３１の両端部に配置したアダプタ５５，５６によって、外装体３１が周方向に回転するのを阻止するようにしている。つまり、ステータ３２は、その外周面全体をアダプタ５５，５６によって回転を阻止された外装体３１の内面全体で保持されており、ロータの回転に伴うトルク負荷を分散させることができる。したがって、ロータ３３の回転に伴ってステータ３２が回転方向に弾性変形した後、元の形状に復帰するといった繰り返し変形が発生することを防止でき、破損に至ることを阻止することが可能となる。

また、図１４に示すように、ステータ３２を横断面十角形とし、外装体３１をその辺の数に合わせて１０個の外装部５３で構成しているので、ステータ３２の外面と各外装部５３の内面とを互いに対向した状態で接離させることができる。また、外装部５３の数を増やすことで、少ない場合に比べて外装部５３が外径方向に移動した際に隣接する外装部５３の脚部傾斜面５３ａの間に形成される隙間δを小さくすることができる。これにより、ステータ３２に対して外装部５３を外径側から内径側に移動させる際、隙間δにステータ３２を噛み込んで損傷させるといった不具合の発生を防止することが可能となる。

また、ステータ３２の外径側にはスリーブ３０が配置されているので、たとえステータ３２に亀裂等が形成されたとしても、ステータ３２内に外気等が侵入したり、あるいは、ステータ３２内の流動物が周囲に漏洩して汚染したりすることがない。

なお、ステータ３２内を滅菌する場合等、高温の流動物を搬送する場合にも、密封空間５２内への制御流体の注入量を抑制する（又はゼロとする）のが好ましい。このとき、ステータ３２は高温の流動物によって径方向に熱膨張するので、制御流体の注入量を抑制することにより、各外装部５３は外径側に移動可能となる。これにより、ステータ３２が外径側に膨張でき、内径側のみに膨張してロータ３３の回転を妨げるといった不具合を発生させることがない。

また、ステータ３２やロータ３３の使用に伴う摩耗量も考慮して制御流体の注入量を調整するのが好ましい。すなわち、ステータ３２やロータ３３が摩耗すれば、これらの摩耗量を加味して制御流体の流入量を増大させることにより、ステータ３２とロータ３３の間の締め代が所望の値となるように調整すればよい。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

前記実施形態では、外装体３１を１０個の外装部５３で構成するようにしたが、その数は特に限定されるものではなく、６、８、あるいは、１２個以上であっても構わない（奇数個であってもよいが、バランスを考えると偶数個であるのが好ましい。）。外装部５３の数を多くすることにより、外装部５３が外径方向に移動したときに隣接する外装部５３同士の間に形成される隙間寸法δ（図１４（ｂ）参照）を小さくすることができ、ステータ３２が径方向に拡縮する際に噛み込み等の不具合を発生させることがない。

前記実施形態では、外装体３１に係合部としての突起５４、アダプタ５５，５６に被係合部としての凹部５８を形成するようにしたが、外装体３１に係合部としての凹部、アダプタ５５，５６に被係合部としての突起を形成するようにしてもよい。

前記実施形態では、外装体３１は、全体を合成樹脂材料のみで構成したが、図１５に示すように、補強体として金属製の補強プレート６１を一体化するようにしてもよい。すなわち、外装体３１を構成する各外装部５３の背面に長手方向に沿って所定間隔で複数の凹部５８を形成し、各凹部５８にインナーナット６２を一体化する。補強プレート６１に段付き穴を形成し、この段付き穴を介してインナーナット６２にボルト６３を螺合し、各外装部５３に補強プレート６１を一体化する。

このように、金属製の補強プレート６１によって補強された外装部５３によれば、内方のステータ３２に対しては合成樹脂材料からなる外装部５３の内面が当接するので、ステータ３２を損傷させにくい上、両者の間には良好な面接触状態を得ることができる。また外装部５３自身の剛性は補強プレート６１によって高められているので、熱やステータ３２の膨張等により変形（湾曲）しにくく、外装体３１による保持状態を十分なものとすることができる。
なお、補強プレート６１をインサート成形することにより各外装部５３を形成するようにしてもよい。この場合、補強プレート６１に代えて硬質な材料からなる棒状のものを使用することもできる。また、これらの長さは、外装体３１の変形を阻止できるのであれば、外装体３１よりも短くても構わない。
また、補強プレート６１を設ける代わりに、長手方向に延びる突条や溝を形成することにより外装体３１の断面形状を剛性に優れたものとすることもできる。

前記実施形態では、カップリングロッド４に対してメカニカルシール１２を取り付ける際、セットプレート２３によって回転環１４Ｂを仮固定し、その後ポンプ本体側と接続する際に回転環１４Ｂを適正な位置に移動させるようにしたが、セットプレート２３を装着する際、回転環１４Ｂを適正位置に位置決めするようにしてもよい。この場合、溝部２２の側面２２ａにセットプレート２３が当接することにより、セットプレート２３及び回転環１４Ｂが適正位置に位置し、スプリング１９が適度に圧縮されるように、溝部２２の位置を設定すればよい。

前記実施形態では、セットプレート２３を１枚だけ使用するようにしたが、複数枚使用したり、厚みの異なるものを複数枚用意したりしてメカニカルシール１２の面圧を調整するようにしてもよい。また平坦面２１を有する溝部２２は、駆動軸本体９ａの外周面に一対形成するだけでなく、軸心及び周方向の位置を変えて複数箇所に形成するようにしてもよい。これにより、セットプレート２３の装着位置の違いに応じて面圧を調整することができる。

前記実施形態では、駆動軸本体９ａに形成した溝部２２を、セットプレート２３が駆動軸本体９ａの軸心方向に移動可能な幅寸法を有するものとしたが、セットプレート２３の厚みとほぼ同等な幅寸法とするようにしてもよい。但し、回転環１４Ｂの着脱を容易に行うためには、溝部２２の幅寸法をセットプレート２３の厚みよりも大きくするのが好ましい。

前記実施形態では、回転環１４Ｂの仮固定（又は位置決め）にセットプレート２３を使用するようにしたが、ピン等を使用するようにしてもよい。例えば、図１６に示すように、駆動軸本体９ａに形成した貫通孔にピン６４を挿通し、このピン６４により回転環１４Ｂを仮固定（又は位置決め）するようにしてもよい。この場合、ピン６４には、回転環１４Ｂの環状部１６に形成した位置決めピン２０が挿通される穴を形成するようにすればよい。また、駆動軸本体９ａに形成したピン６４を挿通するための貫通孔は、図１６（ｂ）の２点鎖線で示すように長穴６５とするようにしてもよい。このようにすれば、セットプレート２３を使用した場合と同様に、ピン６４を傾斜させることで、回転環１４Ｂを押し込むことが可能である。

前記実施形態では、密封空間５２内に制御流体を供給・排出することにより外装部５３を径方向に移動させるようにしたが、ソレノイドやスプリング等、他の駆動手段を利用して移動させるようにしてもよい。

前記実施形態では、各外装部５３の突起５４を２部品からなる各アダプタ５５，５６で支持するようにしたが、各アダプタ５５，５６は１部品であっても、あるいは、３以上の部品で構成されていても構わない。但し、取付作業性の観点から分割されているのが好ましい。

前記実施形態では、第３ケーシング２９内の密封空間５２内への制御流体の供給と、外装体３１とスリーブ３０の間の中間領域への空気の供給とを同一の供給源から行うようにしたが、別々の供給源から行うようにしてもよい。

前記実施形態では、スプリング１９を回転環１４Ｂ側に設けた例について説明したが、固定環１４Ａ側に設けるようにしてもよい。すなわち、前記実施形態に係る構成は、いわゆる「回転型」ではなく、「静止型」のメカニカルシールにも採用することができる。

１…第１ケーシング
２…ポンプ本体
３…架台
４…カップリングロッド
５…接続管
６…駆動伝達部
７…第２ケーシング
８…ベアリング
９…駆動軸
１０…筒状部
１１…連結ピン
１２…メカニカルシール
１３…シートリング
１３ａ…環状凸部
１４Ａ…固定環
１４Ｂ…回転環
１４ａ…シールカバー
１４ｂ…Ｏリング
１５…従動リング
１６…環状部
１７…Ｏリング
１８…ガイドピン
１９…スプリング（弾性部材）
２０…位置決めピン
２１…平坦面
２２…溝部
２３…セットプレート（取付部材）
２４…脚部
２５…連結部
２６…拡張部
２７…ピン孔
２８…操作片部
２９…第３ケーシング
３０…スリーブ
３１…外装体
３２…ステータ
３３…ロータ
３４…エンドスタッド（被装着部）
３５…環状突部
３６…閉鎖部材（被装着部）
３７…保護カバー
３８…環状突部
３９…注入ポート
４０…注出ポート
４１…第１開閉弁
４２…制御弁
４３…第１圧力計
４４…レギュレータ
４５…第２圧力計
４６…第２開閉弁
４７…空気流入口
４８…空気流出口
４９…スピードコントローラ
５０…第３開閉弁
５１…クランプ
５２…密封空間
５３…外装部
５４…突起
５５…第１アダプタ（ガイド部材）
５６…第２アダプタ（ガイド部材）
５７…アダプタ部（ガイド部）
５８…凹部
５９…台座部
６０…ねじ穴
６１…補強プレート（補強体）
６２…インナーナット
６３…ボルト
６４…ピン
６５…長穴

Claims (9)

1. 被装着部を有する回転軸に装着されるメカニカルシールであって、
   前記回転軸に一体回転可能に固定され、シール面を有する回転環と、
   前記回転環と同心に配置され、前記回転環の前記シール面が摺動可能に密接するシール面を有する固定環と、
   前記シール面同士が密接するように前記固定環又は前記回転環の少なくともいずれか一方を付勢する弾性部材と、
   前記回転軸の被装着部に対し、前記回転軸の軸心方向に交差する方向から装着され、前記回転軸及び前記回転環と一体的に回転可能となると共に、前記回転環を前記軸心方向に位置規制して前記弾性部材の付勢力により前記固定環のシール面と前記回転環のシール面とを互いに密接させる取付部材と、
   を備え、
   前記回転軸の被装着部は、前記取付部材を前記回転軸の軸心方向に移動可能に支持することを特徴とするメカニカルシール。
2. 前記回転軸の被装着部は、前記取付部材を傾斜可能に支持し、傾斜状態で、前記取付部材により前記回転環を押圧可能であ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. 前記回転軸の被装着部は、前記回転軸の外周面に設けられる一対の取付溝で構成され、前記各取付溝の底面が互いに平行となるように形成されており、
   前記取付部材は、前記取付溝の前記底面に当接する対向面を有する脚部と、前記脚部同士を連結する連結部と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。
4. 前記取付溝は、前記取付部材の前記脚部が前記回転軸の軸心方向にスライド可能な溝幅を有す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. 前記取付部材は、前記連結部の両端部に押込用の突起を有することを特徴とする請求項３又は４に記載のメカニカルシール。
6. 前記取付部材は、前記脚部の先端に拡張部を形成されており、前記拡張部の外縁は、前記回転軸の軸心を中心とする同一円周上に位置することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
7. 前記取付部材の脚部の厚みの違い、又は、前記取付部材の枚数の違いによって、前記固定環又は前記回転環に作用する前記弾性部材の付勢力を変更可能としたことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
8. 前記回転軸の被装着部は、前記回転軸の周方向及び軸心方向に位置をずらせて複数箇所に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
9. 前記取付部材は、重心位置が前記回転軸の軸心と一致していることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のメカニカルシール。

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