JP6761320B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ等の回転軸をシールするためのメカニカルシールに関し、詳しくは、相互に摺動する回転側密封環と静止側密封環とを効率的に冷却することのできるメカニカルシールに関する。

従来、メカニカルシールでは、流体をポンピングして自己循環させるためのパーシャルインペラが回転軸に取り付け、回転軸の外周に位置するスタッフィングボックスの内周面には、軸方向に異なる位置で、流入孔と排出孔とが設けられ、回転軸の回転により、流入孔から排出孔へと向かう軸方向流れを作り出し、回転側密封環と静止側密封環との摺動部分を冷却することができるように構成してある。（以下、「従来技術」という。例えば、特許文献１参照）
図７は、従来技術に係るメカニカルシールの回転側密封環と静止側密封環との摺動部分を冷却するための循環流体を排出する排出孔の付近を示す断面図（回転軸と直交する断面を示す断面図。）であって、シールカバー５０の内周面５１から外径側に向けて排出孔５２が形成され、該排出孔５２は排出接続孔５３に連通されている。

排出孔５２は、回転軸５４の回転方向Ｒに沿う被密封流体（循環流体）の流れを向かい入れる方向に、シールカバー５０の内周面５１に対して傾斜して設けられ、排出孔５２における回転方向Ｒの下流位置には、整流部材５６がシールカバー５０に対してボルト５５などにより着脱自在に装着されている。
回転軸５４を矢印Ｒ方向に回転されると、被密封流体は、回転方向Ｒに回転させられ、整流部材５６に衝突し、強制的に排出孔５２に向かわされ、排出接続孔５３を介して外部配管５７を通り、図示しない流入孔から内周面５１内に戻される。内周面５１内に戻された被密封流体は、図示しない回転側密封環および静止側密封環の外周部に至り、回転側密封環と静止側密封環との摺動による発熱を冷却する。

ＷＯ２０１３／００１９３５

しかしながら、上記の従来技術のメカニカルシールにおいては、排出孔５２は回転軸５４の回転方向Ｒに沿う密封流体の流れを向かい入れる方向に、シールカバー５０の内周面５１に対して傾斜して設けられ、排出孔５２における回転方向Ｒの下流位置には、整流部材５６がシールカバー５０に対してボルト５５などにより着脱自在に装着されているため、回転軸５４の回転方向が一方の場合だけに限られた構造となっている。回転軸５４の反対方向の回転の場合には、回転軸５４の反対方向の回転に対応するようにシールカバー５０に、新たに排出孔５２を設けると共に新たな排出孔５２に対応する整流部材５６を製作し、装着する必要があるという問題があった。

本発明は、従来技術の問題を解決するためになされたもので、回転軸が両方向に回転する機器に装着されるメカニカルシールにおいて、シールカバーに新たに排出孔を設けたり、また、新たな排出口に対応する整流部材を製作し、装着をしたりすることなく、両方向の回転に対応可能なメカニカルシールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のメカニカルシールは、第１に、静止部材に装着される静止側密封環と、前記静止部材に対して回転する回転体に固定されて前記回転体と共に回転し、前記静止側密封環の摺動面に対して相対摺動する摺動面を持つ回転側密封環と、を有するメカニカルシールであって、
密封される被密封流体の被密封空間が、前記両摺動面の外周に形成されるように、前記静止部材が前記両密封環の外周を覆っており、
前記静止部材には前記被密封空間の被密封流体を循環させるための排出口及び流入孔が周方向に１つ以上形成され、
前記排出孔の形成された前記静止部材の内周面には、リング状のブランクピースが回動可能に設けられ、
前記ブランクピースには、１つの排出孔に連通可能な一対の連通孔が周方向に間隔を有して設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、回転軸が両方向に回転する機器に装着されるメカニカルシールにおいて、シールカバーに新たに排出孔を設けたり、また、新たな排出口に対応する整流部材を製作し、装着をしたりすることなく、両方向の回転に対応可能な被密封流体の循環システムを備えたメカニカルシールを提供することができる。
また、静止部材の内周面にリング状のブランクピースを装着するだけであるため、被密封流体の循環システムを構成する部材を容易かつ正確に取り付けることができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第２に、第１の特徴において、前記ブランクピースには、前記静止部材に装着されるノック部材に対応する位置に切り欠きが設けられ、前記切り欠きは前記一対の連通孔の一方が前記排出孔に連通する位置において一方の切り欠き端部が前記ノック部材に当接し、前記一対の連通孔の他方の連通孔が前記排出孔に連通する位置において他方の切り欠き端部が前記ノック部材に当接するように形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、回転軸の回転方向に応じて連通孔が切り換えられた場合、連通孔と排出孔とが一致した位置においてブランクピースを停止させることができる。
また、ブランクピースの停止を、ノックピンと切り欠きの２つの部材だけで簡単に行うことができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第３に、第１又は第２の特徴において、前記ブランクピースは、前記回転体の回転に伴う前記被密封流体の旋回流により周方向に回動され、前記一対の連通孔のいずれか一方が前記排出孔に連通する位置で前記ノック部材と前記切り欠き端部との当接により停止されることを特徴としている。
この特徴によれば、ブランクピースが被密封流体の旋回流により自動的に所定の位置に回動されるため、外部からの操作をすることなく、自動的に他方の連通孔を排出孔に一致させることができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第４に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、前記ブランクピースの内周面の前記一対の連通孔の周方向の間には、内径方向に突出して前記一対の連通孔のそれぞれに流入する被密封流体を案内する案内突部が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、ブランクピースの内周面に沿って回動される被密封流体をより多く排出孔に導入することができ、循環する被密封流体の量を増大することができるため、回転側密封環と静止側密封環との摺動による発熱を冷却する能力を増大することができる。また、回転軸の回転方向が逆転される場合において、ブランクピースが被密封流体の旋回流により自動的に所定の位置に回動される際、ブランクピースの案内突部に旋回流が衝突することによる力により、ブランクピースを旋回させる力を増大することができる。

また、本発明のメカニカルシール装置は、第５に、第１ないし第４のいずれかの特徴において、前記一対の連通孔のそれぞれは、前記被密封流体の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、排出孔に流入する循環流体の量を増大することができ、回転側密封環と静止側密封環との摺動による発熱を冷却する能力を増大することができる。

また、本発明のメカニカルシール装置は、第６に、第１ないし第４のいずれかの特徴において、前記ブランクピースの軸方向の側面の少なくとも一方の側面には非当接凹部が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、ブランクピースの軸方向の側面とシールカバーと接触する接触面積が小さくなり、接触部における静止摩擦力が低減され、ブランクピースを回転させ易くすることができる。

また、本発明のメカニカルシール装置は、第７に、第６の特徴において、前記非当接凹部は、出口部分及びノックピン係合部分を除いた前記側面に設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、ブランクピースの側面は、出口部分並びに２つのノックピン係合部分の３点においてシールカバーに当接することになり、ブランクピースを回転させ易くすると共に安定した状態で保持することができる。

また、本発明のメカニカルシール装置は、第８に、第６又は第７の特徴において、前記一対の連通孔は、垂直に設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、被密封流体の旋回流が連通孔の壁面に衝突する際の衝撃力を、連通孔が被密封流体の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられる場合に比較して大きくすることができ、ブランクピースに作用する回転方向の力を大きくすることができる。

また、本発明のメカニカルシール装置は、第９に、第６ないし第８のいずれかの特徴において、前記一対の連通孔の径は、前記ブランクピースの幅よりわずかに小さく設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、被密封流体の旋回流の衝突する面積を許容限度まで大きくすることができ、ブランクピースに作用する回転方向の力を大きくすることができる。

また、本発明のメカニカルシール装置は、第１０に、第６ないし第９のいずれかの特徴において、前記一対の連通孔は、それぞれ、案内突部の側面に近接して設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、被密封流体の旋回流は案内突部の側面のいずれか一方と衝突することになり、旋回流の衝突する面積がさらに増大され、ブランクピースに作用する回転方向の力をさらに大きくすることができる。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）静止部材には前記被密封空間の被密封流体を循環させるための排出口及び流入孔が周方向に１つ以上形成され、排出孔の形成された静止部材の内周面には、リング状のブランクピースが回動可能に設けられ、ブランクピースには、１つの排出孔に連通可能な一対の連通孔が周方向に間隔を有して設けられることにより、回転軸が両方向に回転する機器に装着されるメカニカルシールにおいて、シールカバーに新たに排出孔を設けたり、また、新たな排出口に対応する整流部材を製作し、装着をしたりすることなく、両方向の回転に対応可能な被密封流体の循環システムを備えたメカニカルシールを提供することができる。
また、静止部材の内周面にリング状のブランクピースを装着するだけであるため、被密封流体の循環システムを構成する部材を容易かつ正確に取り付けることができる。

（２）ブランクピースには、静止部材に装着されるノック部材に対応する位置に切り欠きが設けられ、切り欠きは前記一対の連通孔の一方が前記排出孔に連通する位置において一方の切り欠き端部がノック部材に当接し、一対の連通孔の他方の連通孔が排出孔に連通する位置において他方の切り欠き端部がノック部材に当接するように形成されることにより、回転軸の回転方向に応じて連通孔が切り換えられた場合、連通孔と排出孔とが一致した位置においてブランクピースを停止させることができる。
また、ブランクピースの停止を、ノックピンと切り欠きの２つの部材だけで簡単に行うことができる。

（３）ブランクピースは、回転体の回転に伴う被密封流体の旋回流により周方向に回動され、一対の連通孔のいずれか一方が排出孔に連通する位置でノック部材と切り欠き端部との当接により停止されることにより、ブランクピースが被密封流体の旋回流により自動的に所定の位置に回動されるため、外部からの操作をすることなく、自動的に他方の連通孔を排出孔に一致させることができる。

（４）一対の連通孔のそれぞれは、被密封流体の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられることにより、排出孔に流入する循環流体の量を増大することができ、回転側密封環と静止側密封環との摺動による発熱を冷却する能力を増大することができる。

（５）ブランクピースの内周面の一対の連通孔の周方向の間には、内径方向に突出して一対の連通孔のそれぞれに流入する被密封流体を案内する案内突部が設けられることにより、ブランクピースの内周面に沿って回動される被密封流体をより多く排出孔に導入することができ、循環する被密封流体の量を増大することができるため、回転側密封環と静止側密封環との摺動による発熱を冷却する能力を増大することができる。また、回転軸の回転方向が逆転される場合において、ブランクピースが被密封流体の旋回流により自動的に所定の位置に回動される際、ブランクピースの案内突部に旋回流が衝突することによる力により、ブランクピースを旋回させる力を増大することができる。

（６）ブランクピースの軸方向の側面の少なくとも一方の側面には非当接凹部が設けられることにより、ブランクピースの軸方向の側面とシールカバーと接触する接触面積が小さくなり、接触部における静止摩擦力が低減され、ブランクピースを回転させ易くすることができる。

（７）非当接凹部は、出口部分及びノックピン係合部分を除いた側面に設けられることにより、ブランクピースの側面は、出口部分並びに２つのノックピン係合部分の３点においてシールカバーに当接することになり、ブランクピースを回転させ易くすると共に安定した状態で保持することができる。

（８）一対の連通孔は、垂直に設けられることにより、被密封流体の旋回流が連通孔の壁面に衝突する際の衝撃力を、連通孔が被密封流体の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられる場合に比較して大きくすることができ、ブランクピースに作用する回転方向の力を大きくすることができる。

（９）一対の連通孔の径は、ブランクピースの幅よりわずかに小さく設定されることにより、被密封流体の旋回流の衝突する面積を許容限度まで大きくすることができ、ブランクピースに作用する回転方向の力を大きくすることができる。

（１０）一対の連通孔は、それぞれ、案内突部の側面に近接して設けられることにより、被密封流体の旋回流は案内突部の側面のいずれか一方と衝突することになり、旋回流の衝突する面積がさらに増大され、ブランクピースに作用する回転方向の力をさらに大きくすることができる。

本発明の実施例１に係るメカニカルシールの全体を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図であって、説明の都合上、シールカバー及びブランクピースを示し、他の部材を省略している。 本発明の実施例２に係るメカニカルシールのシールカバー及びブランクピースを示す断面図である。 本発明の実施例３に係るメカニカルシールのシールカバー及びブランクピースを示す断面図である。 本発明の実施例４に係るメカニカルシールのブランクピースを示す斜視図である。 本発明の実施例４に係るメカニカルシールのブランクピースがシールカバーに取付けられた状態を示す断面図であって、ブランクピースは図５のＢ−Ｂ位置で切断された状態が示されている。 従来技術を示す断面図である。

本発明に係るメカニカルシールを実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

図１及び図２を参照して、本発明の実施例１に係るメカニカルシールについて説明する。
図１は、本発明の実施例１に係るメカニカルシールの全体を示す縦断面図であって、摺動面の外周から内周方向に向かって漏れようとする高圧流体である機内側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、右側が機内側（被密封流体側）であり、左側が機外側（大気側）である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

装置本体（ケーシング）１の軸孔２には回転体を構成する回転軸３が貫通して配設されている。
静止部材を構成する第１シールカバー５はケーシング１の外側面１ａにＯリング７を介して植え込みボルト９により着脱自在に固定され、また、静止部材を構成する第２シールカバー６は第１シールカバー５の側面５ａにＯリング８を介して植え込みボルト９により着脱自在に固定される。

第１シールカバー５は断面が略矩形でリング状をなし、内周面５ｂはケーシング１の軸孔２と同程度の径を有している。また、第２シールカバー６は断面が略Ｌ字状でリング状をなし、第１シールカバー５側の第１内周面６ａは第１シールカバー５の内周面５ａと同程度の径を有し、第２内周面６ｂは回転軸３の外周面に嵌合されたスリーブ４の外周面より僅かに大きい径を有している。スリーブ４は回転軸３にセットスクリュー１２により固定され、回転軸３とスリーブ４との間にはＯリング１１が設けられている

第１シールカバー５の内周面５ｂ及び第２シールカバー６の第１内周面６ａとスリーブ４の外周面との間には、被密封空間１０が形成されている。被密封空間１０は、ケーシング１の内部と連通しており、ケーシング１内部の処理流体と同じ流体が、後記するメカニカルシール本体１５により被密封流体として密封される。
なお、回転軸３は軸孔２に装着されて図示省略の軸受けにより回転可能に支持されている。

メカニカルシール本体１５は、固定側密封環１６及び回転側密封環１７を備え、固定側密封環１６は第２シールカバー６の第１内周面６ａとスリーブ４の外周面との間の被密封空間１０に配設され、回転側密封環１７は固定側密封環１６にそれぞれの摺動面が対峙するようにして被密封空間１０に配設される。固定側密封環１６及び回転側密封環１７の外周側は被密封流体側であり、内周側は大気側である。

固定側密封環１６は、摺動面１６ａを備え、ノックピン１８により第２シールカバー６に回転不能に支持されている。固定側密封環１６と第２シールカバー６との間にはＯリング１９が設けられている。
一方、回転側密封環１７は、摺動面１７ａを備え、コンプレスリング２１を介してカラー２０により支持されている。回転側密封環１７とカラー２０との間にはＯリング２２が設けられている。
また、カラー２０は、セットスクリュー２５によりその内周面とスリーブ４の外周面との間に設けられたＯリング２３を介してスリーブ４に気密に保持されている。
また、コンプレスリング２１の後部には、カラー２０に一端が支持された複数のコイルスプリング２４の他端が接合され、回転側密封環１７を軸方向に付勢するようになっている。

第１シールカバー５には、内周面５ｂから外方に向けて被密封空間１０の被密封流体を循環させるための排出口３０が、回転側密封環１７の上方、かつ、軸方向の基端側に位置して周方向に１つ形成されている。
なお、排出口３０は１つに限らず、周方向に複数形成されてもよい。
カラー２０の回転側密封環１７の外方を覆う円筒部分には、排出口３０に向かう被密封流体の流れを許容する孔２０ａが形成されている。

排出孔３０の形成されている第１シールカバー５の内周面５ｂには、リング状のブランクピース３２が設けられている。ブランクピース３２については後記において詳細に説明する。

また、第２シールカバー６には、被密封空間１０の被密封流体を循環させるための流入孔３１が固定側密封環１６の下方に位置するように配設されている。被密封空間１０の被密封流体は排出口３０から外部配管３３を経由し、流入孔３１から被密封空間１０へと循環され、その際、固定側密封環１６及び回転側密封環１７の摺動面の外周側（被密封流体側）の近傍を清浄化し、冷却する。
さらに、第２シールカバー６には、固定側密封環１６及び回転側密封環１７の摺動面の大気側にクエンチ流体を注入・排出するためのクエンチング孔３４が設けられている。

ブランクピース３２は、被密封空間１０内において第１シールカバー５に設けられた排出孔３０、外部配管３３及び第２シールカバー６に設けられた流入孔３１を介して循環される被密封流体を、排出孔３０に流入させ易くするための部材であり、図１に示すように断面が略矩形状であって、図２に示すように全体形状がリング状をなしており、排出孔３０の入口を塞ぐようにして第１シールカバー５の内周面５ｂに形成された収容凹部５ｃに嵌入されている。
ブランクピース３２は、例えば、ステンレスから形成される。

収容凹部５ｃのケーシング１側の側面は段部５ｄが存在し、第２シールカバー６側の側面は開放されている。収容凹部５ｃの第２シールカバー６側の開放部には第２シールカバー６の突出部６ｃが嵌合するようになっており、内周面５ｂ、段部５ｄ及び突出部６ｃとでブランクピース３２の収容凹部５ｃを形成している。
ブランクピース３２は、第１シールカバー５に第２シールカバー６が装着される前の状態において、第１シールカバー５の収容凹部５ｃの開放側から嵌入され、嵌入された後、第２シールカバー６が装着されることにより、収容凹部５ｃに回動自在に収納される。

図２に示すように、ブランクピース３２には、１つの排出孔３０に連通可能な一対の連通孔３５、３６が周方向に角度θの間隔を有して設けられている。
図２において、回転軸３の回転方向は反時計方向である。

ブランクピース３２は、収容凹部５ｃ内において回転軸３の回転に伴う被密封流体の旋回流により周方向に回動され、一対の連通孔３５、３６のいずれか一方が排出孔３０に連通する位置で後記する停止手段により停止される。

第１シールカバー５には、停止手段を構成するところのノックピン３７がブランクピース３２の側面に対応する位置に装着されている。また、ブランクピース３２の両側面のうち、ノックピン３７に対峙する側であってノックピン３７に対応する周方向の位置には、停止手段を構成する切り欠き３８が設けられている。
切り欠き３８は、角度θの周方向長さを有している。そして、一対の連通孔３５、３６の一方、例えば、図２においては回転軸３の回転方向は反時計方向であるため、時計方向側の連通孔３５が、排出孔３０に連通するように回動され、連通孔３５が排出孔３０に連通する位置において、切り欠き３８の一方の切り欠き端部３８ａがノックピン３７に当接する。
これに対して、回転軸３の回転方向が時計方向の場合は、ブランクピース３２が被密封流体の旋回流により時計方向にθだけ回動され、反時計方向側の連通孔３６が排出孔３０に連通され、この位置において切り欠き３８の他方の切り欠き端部３８ｂがノックピン３７に当接する。

一対の連通孔３５、３６は、それぞれ、被密封流体の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられる。
図２の場合、回転軸３の回転方向は反時計方向であるため、被密封流体の旋回流は反時計方向となり、連通孔３５は反時計方向の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられる。
これに対して、連通孔３６は、回転軸３の回転方向は時計方向である場合に排出孔３０に連通されるため、被密封流体の旋回流は時計方向となり、連通孔３６は時計方向の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられる。
このように、一対の連通孔３５、３６は被密封流体のの旋回流に沿う方向に傾斜して設けられるため、排出孔３０に流入する循環流体の量を増大することができる。

以上説明した実施例１の構成によれば、以下のような効果を奏する。
（１）静止部材を構成する第１シールカバー５及びに第２シールカバー６に装着される静止側密封環１６と、静止部材を構成する第１シールカバー５及びに第２シールカバー６に対して回転する回転体を構成する回転軸３に固定されて回転体と共に回転し、静止側密封環１６の摺動面１６ａに対して相対摺動する摺動面１７ａを持つ回転側密封環１７と、を有するメカニカルシールであって、
密封される被密封流体の被密封空間１０が、両摺動面１６ａ、１７ａの外周に形成されるように、静止部材を構成する第１シールカバー５及びに第２シールカバー６が両密封環１６、１７の外周を覆っており、
静止部材を構成する第１シールカバー５及びに第２シールカバー６には被密封空間１０の被密封流体を循環させるための排出口３０及び流入孔３１が周方向に形成され、
排出孔３０の形成された第１シールカバー５の内周面には、リング状のブランクピース３２が回動可能に設けられ、
ブランクピース３２には、排出孔３０に連通可能な一対の連通孔３５、３６が周方向に間隔を有して設けられることにより、回転軸３が両方向に回転する機器に装着されるメカニカルシールにおいて、シールカバーに新たに排出孔を設けたり、また、新たな排出口に対応する整流部材を製作し、装着をしたりすることなく、両方向の回転に対応可能な被密封流体の循環システムを備えたメカニカルシールを提供することができる。
（２）第１シールカバー５の内周面にリング状のブランクピース３２を装着するだけであるため、被密封流体の循環システムを構成する部材を容易かつ正確に取り付けることができる。
（３）ブランクピース３２には、第１シールカバー５に装着されるノックピン３７に対応する位置に切り欠き３８が設けられ、切り欠き３８は一対の連通孔３５、３６の一方が排出孔３０に連通する位置で一方の切り欠き端部３８ａが記ノックピン３７に当接し、一対の連通孔３５、３６の他方の連通孔が排出孔３０に連通する位置で他方の切り欠き端部３８ｂがノックピン３７に当接するように形成されることにより、回転軸３の回転方向に応じて連通孔が切り換えられた場合、連通孔と排出孔３０とが一致した位置においてブランクピース３２を停止させることができる。
また、ブランクピース３２の停止を、ノックピン３７と切り欠き３８の２つの部材だけで簡単に行うことができる。
（４）ブランクピース３２は、回転体の回転に伴う被密封流体の旋回流により周方向に回動され、一対の連通孔３５、３６のいずれか一方が排出孔３０に連通する位置でノック部材３７と切り欠き端部３８ａとの当接により停止されることにより、回転軸３の回転方向が逆転される場合でも、ブランクピース３２が被密封流体の旋回流により自動的に所定の位置に回動され、外部からの操作をすることなく、自動的に他方の連通孔３６を排出孔３０に一致させることができる。
（５）一対の連通孔３５、３６のそれぞれは、被密封流体の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられることにより、排出孔３０に流入する循環流体の量を増大することができ、回転側密封環１７と静止側密封環１６との摺動による発熱を冷却する能力を増大することができる。

図３を参照して、本発明の実施例２に係るメカニカルシールについて説明する。
実施例２に係るメカニカルシールは、ブランクピース４０の形状が実施例１のブランクピース３２と一部相違する点で相違するが、その他の基本的な形状は実施例１と同じであり、実施例１と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３に示すように、実施例２に係るメカニカルシールは、ブランクピース４０の内周面の一対の連通孔４１、４２の周方向の間には、内径方向に突出して一対の連通孔４１、４２のそれぞれに流入する被密封流体を案内する案内突部４３が設けられる。

案内突部４３は、連通孔４１の側において、回転部材により生起される被密封流体の反時計方向の流れをせき止めるとともに、連通孔４１に導入するものである。そのため、案内突部４３の連通孔４１の側には、連通孔４１の入口部分の約１８０°範囲にわたって内径方向に突出した突出面４３ａが形成されている。また、連通孔４２の側にも、連通孔４２の入口部分の約１８０°範囲にわたって内径方向に突出した突出面４３ｂが形成されている。

上記のように、ブランクピース４０の内周面の一対の連通孔４１、４２の周方向の間には、内径方向に突出して一対の連通孔４１、４２のそれぞれに流入する被密封流体を案内する案内突部４３が設けられることにより、ブランクピース４０の内周面に沿って回動される被密封流体をより多く排出孔３０に導入することができ、循環する被密封流体の量を増大することができるため、回転側密封環１７と静止側密封環１６との摺動による発熱を冷却する能力を増大することができる。また、回転軸３の回転方向が逆転される場合において、ブランクピース４０が被密封流体の旋回流により自動的に所定の位置に回動される際、ブランクピース４０の案内突部４３に旋回流が衝突することによる力により、ブランクピース４０を旋回させる力を増大することができる。

なお、一対の連通孔４１、４２は、それぞれ、被密封流体の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられることは実施例１と同じであり、また、ブランクピース４０の両側面のうち、ノックピン３７に対峙する側であってノックピン３７に対応する周方向の位置には、停止手段を構成する切り欠き４４が設けられ、切り欠き端部４４ａ又は４４ｂがノックピン３７に当接することにより、停止されることも実施例１と同じである。

図４を参照して、本発明の実施例３に係るメカニカルシールについて説明する。
実施例３に係るメカニカルシールは、排出孔３０が複数設けられる点で実施例１と相違するが、その他の基本的な形状は実施例１と同じであり、実施例１と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４に示すように、実施例３に係るメカニカルシールは、第１シールカバー５には、内周面５ｂから外方に向けて被密封空間１０の被密封流体を循環させるための排出口３０が、周方向に２つ形成されている。図４の場合、２つの排出口３０、３０は直近の側において周方向に１２０°離れて配設されており、周方向の配設位置は設計的に決められる。
なお、排出口３０は、２つに限らず、周方向に３つ以上形成されてもよい。

排出孔３０、３０の形成されている第１シールカバー５の内周面５ｃには、リング状のブランクピース４５が設けられている。ブランクピース４５には、それぞれの排出孔３０に対して連通可能な一対の連通孔４６、４７が周方向に角度θの間隔を有して設けられている。

上記のように、ブランクピース４５には、それぞれの排出孔３０に対して連通可能な一対の連通孔４６、４７が周方向に間隔を有して設けられることにより、ブランクピース４０の内周面に沿って回動される被密封流体を２つの排出孔３０を介して循環する被密封流体の量を増大することができるため、回転側密封環１７と静止側密封環１６との摺動による発熱を冷却する能力を増大することができる。

なお、一対の連通孔４６、４７は、それぞれ、被密封流体の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられることは実施例１と同じであり、また、ブランクピース４５の両側面のうち、ノックピン３７に対峙する側であってノックピン３７に対応する周方向の位置には、停止手段を構成する切り欠き４８が設けられ、切り欠き端部４８ａ又は４８ｂがノックピン３７に当接することにより、停止されることも実施例１と同じである。

図５及び６を参照して、本発明の実施例４に係るメカニカルシールについて説明する。
実施例４に係るメカニカルシールは、ブランクピースの軸方向の側面形状及び一対の連通孔の形状等が実施例２と相違するが、その他の基本的な形状は実施例２と同じであり、実施例２と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に示すように、実施例４に係るメカニカルシールは、ブランクピース１４０の軸方向の側面の周方向の必要な部分を除いて凹部を設け、ブランクピース１４０の軸方向の側面と第１シールカバー５あるいは第２シールカバー６と接触する接触面積を小さくしている。ブランクピース１４０の軸方向の側面と第１シールカバー５あるいは第２シールカバー６と接触する接触面積を小さくすることにより、接触部における静止摩擦力が低減され、ブランクピース１４０を回転させ易くすることができる。

図５に示すブランクピース１４０においては、切り欠き４４の設けられた側面において、一対の連通孔１４１、１４２及び被密封流体を案内する案内突部１４３の設けられた出口部分１４４並びに切り欠き４４の周方向の両側のノックピン係合部分１４５ａ、１４５ｂを除いた周方向の部分に非当接凹部１４６ａ、１４６ｂが設けられている。
このため、ブランクピース１４０の切り欠き４４の設けられた側面は、出口部分１４４並びにノックピン係合部分１４５ａ及び１４５ｂの３点においてシールカバーに当接することになり、接触面積が小さくなると共に安定した状態で保持される。
非当接凹部１４６ａ、１４６ｂの軸方向の深さ及び周方向の長さについては、適宜、設計的に決められる。また、非当接凹部１４６ａ、１４６ｂの形成手段についても、型成形時あるいはレーザー加工など、種々の手段を採用することができる。

なお、非当接凹部１４６ａ、１４６ｂは、ブランクピース１４０の軸方向の側面の少なくとも一方に設けられればよく、たとえば、第１シールカバー５に当接する側だけに向けられてもよく、あるいは、第２シールカバー６に当接する側も含む両側面に設けられてもよい。
非当接凹部１４６ａ、１４６ｂがブランクピース１４０の軸方向の両側面に設けられる場合、両側の非当接凹部１４６ａ、１４６ｂは周方向の同じ位置に設けられるのが望ましい。

また、図６に示すように、本例では、一対の連通孔１４１、１４２は、連通孔１４１、１４２の設けられる壁面に対して垂直に設けられている。このため、被密封流体の旋回流が連通孔１４１、１４２の壁面に衝突する際の衝撃力を、前記実施例のように被密封流体の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられる場合に比較して大きくすることができ、ブランクピース１４０に作用する回転方向の力を大きくすることができる。

また、図５に示すように、一対の連通孔１４１、１４２の径Ｄは、ブランクピース１４０の幅Ｅよりわずかに小さく、すなわち、連通孔１４１、１４２の径Ｄをブランクピース１４０の幅Ｅぎりぎりまで大きく設定される。このため、被密封流体の旋回流の衝突する面積を許容限度まで大きくすることができ、ブランクピース１４０に作用する回転方向の力を大きくすることができる。

さらに、一対の連通孔１４１、１４２は、それぞれ、案内突部１４３の側面１４３ａ、１４３ｂに近接して設けられる。このため、被密封流体の旋回流は案内突部１４３の側面１４３ａ、または、１４３ｂのいずれか一方と衝突することになり、旋回流の衝突する面積がさらに増大され、ブランクピース１４０に作用する回転方向の力をさらに大きくすることができる。

以上説明した実施例４の構成によれば、上記した実施例の効果の他に以下のような効果を奏する。
（１）ブランクピース１４０の軸方向の側面の少なくとも一方の側面には非当接凹部１４６が設けられることにより、ブランクピース１４０の軸方向の側面とシールカバーと接触する接触面積が小さくなり、接触部における静止摩擦力が低減され、ブランクピース１４０を回転させ易くすることができる。
（２）非当接凹部１４６は、出口部分１４４並びにノックピン係合部分１４５ａ及び１４５ｂを除いた側面に設けられることにより、ブランクピース１４０の側面は、出口部分１４４並びにノックピン係合部分１４５ａ及び１４５ｂの３点においてシールカバーに当接することになり、ブランクピース１４０を回転させ易くすると共に安定した状態で保持することができる。
（３）一対の連通孔１４１、１４２は、垂直に設けられることにより、被密封流体の旋回流が連通孔１４１、１４２の壁面に衝突する際の衝撃力を、実施例１ないし３のように被密封流体の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられる場合に比較して大きくすることができ、ブランクピース１４０に作用する回転方向の力を大きくすることができる。
（４）一対の連通孔１４１、１４２の径Ｄは、ブランクピース１４０の幅Ｅよりわずかに小さく設定されることにより、被密封流体の旋回流の衝突する面積を許容限度まで大きくすることができ、ブランクピース１４０に作用する回転方向の力を大きくすることができる。
（５）一対の連通孔１４１、１４２は、それぞれ、案内突部１４３の側面１４３ａ、１４３ｂに近接して設けられることにより、被密封流体の旋回流は案内突部１４３の側面１４３ａ、または、１４３ｂのいずれか一方と衝突することになり、旋回流の衝突する面積がさらに増大され、ブランクピース１４０に作用する回転方向の力をさらに大きくすることができる。

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、前記実施例では、静止部材が、第１シールカバー５及び第２シールカバー６より構成され、第１シールカバー５に被密封空間１０の被密封流体を循環させるための排出口３０が設けられ、また、第２シールカバー６に被密封空間１０の被密封流体を循環させるための流入孔３１が設けられる場合について説明したが、これに限らず、静止部材を３つ以上の部材から構成してもよく、その場合、被密封流体を循環させるための排出口３０及び流入孔３１を、いずれの静止部材に設けるかは設計的に決められればよい。

また、例えば、前記実施例では、ブランクピース３２は、ステンレスから形成される場合について説明したが、これに限らず、例えば、合成樹脂などの非金属から形成されてもよい。

また、例えば、前記実施例では、ブランクピース３２は、一体的にリング状に形成される場合について説明したが、これに限らず、周方向において２つ割りでもよい。

また、例えば、前記実施例では、ブランクピース１４０の非当接凹部１４６ａ、１４６ｂは、ブランクピース１４０の軸方向の側面の一方に設けられる場合について説明したが、これに限らず、両側面に設けられてもよい。

１ 装置本体（ケーシング）
２ 軸孔
３ 回転軸
４ スリーブ
５ 第１シールカバー
５ａ 側面
５ｂ 内周面
５ｃ 収容凹部
５ｄ 段部
６ 第２シールカバー
６ａ 第１内周面
６ｂ 第２内周面
６ｃ 突出部
７ Ｏリング
８ Ｏリング
９ 植え込みボルト
１０ 被密封空間
１１ Ｏリング
１２ セットスクリュー
１５ メカニカルシール本体
１６ 固定側密封環
１７ 回転側密封環
１８ ノックピン
１９ Ｏリング
２０ カラー
２０ａ 孔
２１ コンプレスリング
２２ Ｏリング
２３ Ｏリング
２４ コイルスプリング
２５ セットスクリュー
３０ 排出孔
３１ 流入孔
３２ ブランクピース
３３ 外部配管
３４ クエンチング孔
３５、３６ 一対の連通孔
３７ ノックピン
３８ 切り欠き
３８ａ 一方の切り欠き端部
３８ｂ 他方の切り欠き端部
４０ ブランクピース
４１、４２ 一対の連通孔
４３ 案内突部
４３ａ、４３ｂ 突出面
４４ 切り欠き
４４ａ 一方の切り欠き端部
４４ｂ 他方の切り欠き端部
４５ ブランクピース
４６、４７ 一対の連通孔
４８ 切り欠き
４８ａ 一方の切り欠き端部
４８ｂ 他方の切り欠き端部
１４０ ブランクピース
１４１、１４２ 連通孔
１４３ 案内突部
１４４ 出口部分
１４５（１４５ａ、１４５ｂ）ノックピン係合部分
１４６（１４６ａ、１４６ｂ）非当接凹部

Claims (14)

1. 静止部材に装着される静止側密封環と、前記静止部材に対して回転する回転体に固定されて前記回転体と共に回転し、前記静止側密封環の摺動面に対して相対摺動する摺動面を持つ回転側密封環と、を有するメカニカルシールであって、
   密封される被密封流体の被密封空間が、前記両摺動面の外周に形成されるように、前記静止部材が前記両密封環の外周を覆っており、
   前記静止部材には前記被密封空間の被密封流体を循環させるための排出口及び流入孔が周方向に１つ以上形成され、
   前記排出孔の形成された前記静止部材の内周面には、リング状のブランクピースが回動可能に設けられ、
   前記ブランクピースには、１つの排出孔に連通可能な一対の連通孔が周方向に間隔を有して設けられ、
   前記ブランクピースの内周面の前記一対の連通孔の周方向の間には、内径方向に突出して前記一対の連通孔のそれぞれに流入する被密封流体を案内する案内突部が設けられることを特徴とするメカニカルシール。
2. 前記ブランクピースには、前記静止部材に装着されるノック部材に対応する位置に切り欠きが設けられ、前記切り欠きは前記一対の連通孔の一方が前記排出孔に連通する位置において一方の切り欠き端部が前記ノック部材に当接し、前記一対の連通孔の他方の連通孔が前記排出孔に連通する位置において他方の切り欠き端部が前記ノック部材に当接するように形成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. 前記ブランクピースは、前記回転体の回転に伴う前記被密封流体の旋回流により周方向に回動され、前記一対の連通孔のいずれか一方が前記排出孔に連通する位置で前記ノック部材と前記切り欠き端部との当接により停止されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール。
4. 前記ブランクピースの軸方向の側面の少なくとも一方の側面には非当接凹部が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
5. 前記非当接凹部は、出口部分及びノックピン係合部分を除いた前記側面に設けられることを特徴とする請求項４に記載のメカニカルシール。
6. 前記一対の連通孔は、垂直に設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
7. 前記一対の連通孔の径は、前記ブランクピースの幅よりわずかに小さく設定されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
8. 前記一対の連通孔は、それぞれ、案内突部の側面に近接して設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
9. 静止部材に装着される静止側密封環と、前記静止部材に対して回転する回転体に固定されて前記回転体と共に回転し、前記静止側密封環の摺動面に対して相対摺動する摺動面を持つ回転側密封環と、を有するメカニカルシールであって、
   密封される被密封流体の被密封空間が、前記両摺動面の外周に形成されるように、前記静止部材が前記両密封環の外周を覆っており、
   前記静止部材には前記被密封空間の被密封流体を循環させるための排出口及び流入孔が周方向に１つ以上形成され、
   前記排出孔の形成された前記静止部材の内周面には、リング状のブランクピースが回動可能に設けられ、
   前記ブランクピースには、１つの排出孔に連通可能な一対の連通孔が周方向に間隔を有して設けられ、
   前記一対の連通孔のうち、前記被密封流体の旋回流の上流側に位置する連通孔は、前記被密封流体の旋回流に沿う方向に傾斜して設けられることを特徴とするメカニカルシール。
10. 前記ブランクピースには、前記静止部材に装着されるノック部材に対応する位置に切り欠きが設けられ、前記切り欠きは前記一対の連通孔の一方が前記排出孔に連通する位置において一方の切り欠き端部が前記ノック部材に当接し、前記一対の連通孔の他方の連通孔が前記排出孔に連通する位置において他方の切り欠き端部が前記ノック部材に当接するように形成され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. 前記ブランクピースは、前記回転体の回転に伴う前記被密封流体の旋回流により周方向に回動され、前記一対の連通孔のいずれか一方が前記排出孔に連通する位置で前記ノック部材と前記切り欠き端部との当接により停止されることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のメカニカルシール。
12. 前記ブランクピースの軸方向の側面の少なくとも一方の側面には非当接凹部が設けられることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
13. 前記非当接凹部は、出口部分及びノックピン係合部分を除いた前記側面に設けられることを特徴とする請求項１２に記載のメカニカルシール。
14. 前記一対の連通孔の径は、前記ブランクピースの幅よりわずかに小さく設定されることを特徴とする請求項９ないし請求項１３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。

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