JP6991690B2

JP6991690B2 - メカニカルシール

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Publication number: JP6991690B2
Application number: JP2019532857A
Authority: JP
Inventors: 公裕谷
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2022-01-12
Anticipated expiration: 2038-07-26
Also published as: JPWO2019022191A1; WO2019022191A1

Description

本発明は、回転軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する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、回転環と固定環とが摺動した状態を維持させるために、いずれか一方を他方に向けて押圧するための押圧部材が備えられている。この押圧部材として、コイルスプリングが用いられることが多い（特許文献１参照）。また、回転環を回転軸と共に回転させるために、押圧部材として用いるコイルスプリングに対して、回転軸の回転力を回転環に伝える機能も兼備させた技術も知られている（特許文献２参照）。

しかしながら、コイルスプリングの場合には、所望のばね力を得るために、中心軸線方向の長さが長くなってしまうことがある。また、コイルスプリングに対して回転力を伝える機能を兼備させた場合には、回転力を伝えるのに必要な剛性を持たせるために、コイルスプリングの線径も一定以上長くしなければならない。これにより、コイルスプリングの線材の断面積が広くなり、コイルスプリングが大型化してしまうことがある。

特開２０１５－５９６０１号公報特開２０１０－９１０５７号公報

本発明の目的は、押圧部材の小型化が可能で、かつ部品点数も少なくて済む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、
回転軸と、該回転軸の軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を密封するメカニカルシールであって、
前記ハウジングに対して固定される固定環と、
前記固定環に対して摺動すると共に、前記回転軸と共に回転する回転環と、
前記回転軸による回転力を前記回転環に伝えると共に、該回転環を前記固定環に向けて押圧する押圧部材と、
を備え、
前記押圧部材は、
一枚の板状の線材が曲げ加工された部材により構成されると共に、
波形状を有しつつ螺旋状に巻かれたウエーブスプリング部と、該ウエーブスプリング部の両端にそれぞれ設けられ、前記回転軸の中心軸線に対して垂直かつ平板状の一対の止め輪部と、該一対の止め輪部の各先端部がそれぞれ前記ウエーブスプリング部とは反対側に折り曲げられた一対の係止突起部とを備え、
これら一対の係止突起部のうち、一方の係止突起部が前記回転環に設けられた係止凹部に係止固定され、かつ他方の係止突起部が前記回転軸に固定された部材に設けられた係止凹部に係止固定されることを特徴とする。

また、他の発明は、
回転軸と、該回転軸の軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を密封するメカニカルシールであって、
前記ハウジングに対して固定される固定環と、
前記固定環に対して摺動すると共に、前記回転軸と共に回転する回転環と、
前記回転軸による回転力を前記回転環に伝えると共に、該回転環を前記固定環に向けて押圧する押圧部材と、
を備え、
前記押圧部材は、
一枚の板状の線材が曲げ加工された部材により構成されると共に、
波形状を有しつつ螺旋状に巻かれたウエーブスプリング部と、該ウエーブスプリング部の両端にそれぞれ設けられ、前記回転軸の中心軸線に対して垂直かつ平板状の一対の止め輪部と、を備え、
前記一対の止め輪部のうちの一方の止め輪部には、先端部が前記ウエーブスプリング部とは反対側に折り曲げられた係止突起部が備えられており、前記一対の止め輪部のうちの他方の止め輪部は、前記一方の止め輪部よりも径が小さく構成されており、
前記係止突起部が前記回転環に設けられた係止凹部に係止固定され、前記他方の止め輪部が前記回転軸に設けられた環状溝に嵌合固定されることを特徴とする。

これらの発明によれば、押圧部材は、一枚の板状の線材が曲げ加工された部材により構成されると共に、波形状を有しつつ螺旋状に巻かれたウエーブスプリング部を備えている。従って、所望のばね力を得るために、押圧部材における中心軸線方向の長さを、コイルスプリングを用いた場合よりも短くすることができる。また、押圧部材に対して、回転力を伝えるのに必要な剛性を持たせるために、線材の断面積を、コイルスプリングの場合よりも狭くすることができる。以上より、押圧部材の小型化を図ることができる。

また、前者の発明によれば、押圧部材は、両端にそれぞれ止め輪部が設けられ、かつ、これらの止め輪部の先端にはそれぞれ係止突起部が設けられている。そして、後者の発明によれば、押圧部材は、両端にそれぞれ止め輪部が設けられ、かつ、一方の止め輪部の先端には係止突起部が設けられており、他方の止め輪部は回転軸に設けられた環状溝に嵌合固定される構成である。従って、いずれの発明も、押圧部材を取り付けるために、別途、専用の部材を必要としないため、部品点数が増えてしまうこともない。

以上説明したように、本発明によれば、押圧部材の小型化が可能で、かつ部品点数も少なくて済む。

図１は本発明の実施例１に係るメカニカルシールの使用状態を示す模式的断面図である。図２は本発明の実施例１に係る押圧部材の使用状態を示す平面図である。図３は本発明の実施例２に係るメカニカルシールの使用状態を示す模式的断面図である。図４は本発明の実施例２に係る押圧部材の使用状態を示す平面図である。

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１）
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使用状態を示す模式的断面図である。なお、本実施例に係るメカニカルシールは、一部の部材を除き、回転対称形状であり、図１においては、メカニカルシールの中心軸線を含む面でメカニカルシールを切断した断面図を示している。図２は本発明の実施例１に係る押圧部材の使用状態を示す平面図であり、メカニカルシールにおいて、押圧部材が設けられている付近の平面図の一部を示したものである。なお、図１中の押圧部材付近の断面図は、図２中のＣＣ断面図に相当する。

＜メカニカルシール＞
本実施例に係るメカニカルシール１０の全体構成について説明する。メカニカルシール１０は、回転軸５００と、回転軸５００の軸孔を有するハウジング６００との間の環状隙間を密封する役割を担っている。図１に示すように、メカニカルシール１０によって、回転軸５００とハウジング６００との間の環状隙間が封止されて、図中左側の領域（Ａ）と右側の領域（Ｂ）とが隔てられる。使用環境に応じて、領域（Ａ）に密封対象流体が封止され、領域（Ｂ）が大気側となる場合、領域（Ｂ）に密封対象流体が封止され、領域（Ａ）が大気側となる場合の他、双方の領域（Ａ）（Ｂ）に密封対象流体が封止される場合もある。

メカニカルシール１０は、固定環１１０と回転環２１０とを備えている。固定環１１０はハウジング６００に対して固定され、回転環２１０は回転軸５００と共に回転するように構成されている。

まず、固定環１１０のハウジング６００への固定構造について説明する。ハウジング６００の先端側（領域（Ｂ）側の先端側）かつ内周面側には、環状の切欠き部６１０が設けられている。そして、この切欠き部６１０に弾性体製のガスケット１２０が装着されている。ガスケット１２０は、円筒部１２１と内向きフランジ部１２２とから構成されている。円筒部１２１の外周面が切欠き部６１０の内周面に密着するように、ガスケット１２０は切欠き部６１０に嵌合により固定されている。そして、ガスケット１２０における円筒部１２１の内周面に対して、円筒状の固定環１１０が嵌合により固定される。以上の構成により、固定環１１０がハウジング６００に対して固定されると共に、固定環１１０とハウジング６００との間の環状隙間はガスケット１２０によって封止される。なお、固定環１１０は、Ｓｉｃ，カーボンまたは金属などの硬質材料で構成される。この固定環１１０のうち回転環２１０が配置される側（図１，２中右側）の端面が回転環２１０との摺動面となる。

回転環２１０は、Ｓｉｃ，カーボンまたは金属などの硬質材料で構成される。この回転環２１０には、固定環１１０側に向かって突出する環状突出部２１１が設けられている。この環状突出部２１１の先端面が固定環１１０に対して摺動する。また、回転環２１０の内周面側には環状の切欠き部２１２が設けられている。この切欠き部２１２の内周面に対して、Ｏリングなどのゴム状弾性体製のシールリング２２０が装着される。このシールリング２２０によって、回転環２１０と回転軸５００との間の環状隙間が封止されている。

回転軸５００には、金属などにより構成される環状部材５１０が設けられている。この環状部材５１０は、セットスクリュなどの固定具５２０によって、回転軸５００に固定されている。そして、この環状部材５１０と回転環２１０との間に、押圧部材３００が設けられている。押圧部材３００は回転軸５００と同心的に配置される。この押圧部材３００によって、回転軸５００による回転力が回転環２１０に伝えられ、かつ回転環２１０が固定環１１０に向けて押圧される。これにより、回転環２１０と固定環１１０とが密着した状態を維持させることができる。

＜押圧部材＞
押圧部材３００に関連する構成について、より詳細に説明する。押圧部材３００は、一枚の板状の線材（炭素鋼やステンレス鋼などの鋼材）が曲げ加工された部材により構成される。そして、押圧部材３００は、ウエーブスプリング部３１０と、ウエーブスプリング部３１０の両端にそれぞれ設けられた一対の止め輪部３２０，３３０と、これら一対の止め輪部３２０，３３０の各先端部に設けられた係止突起部３２１，３３１とから構成される。

ウエーブスプリング部３１０は、波形状を有しつつ螺旋状に巻かれた部位により構成されている。つまり、ウエーブスプリング部３１０は、螺旋状に巻かれた部位により構成され、かつ螺旋状の巻かれた部位は、螺旋方向に対して波を打つように形成されている。一対の止め輪部３２０，３３０は、回転軸５００の中心軸線に対して垂直かつ平板状の部位により構成されている。一対の係止突起部３２１，３３１は、止め輪部３２０，３３０の各先端部がそれぞれウエーブスプリング部３１０とは反対側に折り曲げられた部位により構成されている。

そして、一対の係止突起部３２１，３３１のうちの一方の係止突起部３２１は、回転環２１０に設けられた係止凹部２１３に係止固定されている。なお、係止凹部２１３は、回転環２１０の端面に形成された溝によって構成される。この溝は、回転環２１０の内周面から外周面に至るように形成されている。ただし、回転環２１０に設ける係止凹部２１３は、係止突起部３２１が係止されさえすれば、このような溝による構成に限定されることはない。例えば、部分的に凹んだ穴を形成し、この穴に係止突起部３２１を係止させても良い。また、回転環２１０の内周面から外周面には至らないような溝や、外周面から内周面には至らないような溝によって係止凹部を構成することもできる。以上の構成により、回転環２１０に対して係止突起部３２１の廻り止めがなされる。

また、一対の係止突起部３２１，３３１のうちの他方の係止突起部３３１は、回転軸５００に固定された環状部材５１０に設けられた係止凹部５１１に係止固定されている。なお、係止凹部５１１は、環状部材５１０の端面に形成された溝によって構成される。この溝は、環状部材５１０の内周面から外周面に至るように形成されている。ただし、環状部材５１０に設ける係止凹部５１１は、係止突起部３３１が係止されさえすれば、このような溝による構成に限定されることはない。例えば、部分的に凹んだ穴を形成し、この穴に係止突起部３３１を係止させても良い。また、環状部材５１０の内周面から外周面には至らないような溝や、外周面から内周面には至らないような溝によって係止凹部を構成することもできる。以上の構成により、環状部材５１０に対して係止突起部３３１の廻り止めがなされる。

ここで、押圧部材３００におけるウエーブスプリング部３１０の回転環２１０側（止め輪部３２０側）から環状部材５１０側（止め輪部３３０側）への巻き方向は、回転軸５００の回転方向（図２中、矢印Ｒ方向）に一致するように構成されている。これにより、回転軸５００が回転する際に、ウエーブスプリング部３１０に対して縮径させる力が作用するため、回転環２１０に対して、回転力が安定的に伝えられる。

＜本実施例に係るメカニカルシールの優れた点＞
本実施例に係るメカニカルシール１０によれば、押圧部材３００は、一枚の板状の線材が曲げ加工された部材により構成されると共に、波形状を有しつつ螺旋状に巻かれたウエーブスプリング部３１０を備えている。従って、所望のばね力を得るために、押圧部材３００における中心軸線方向の長さを、押圧部材としてコイルスプリングを用いた場合よりも短くすることができる。また、押圧部材３００に対して、回転力を伝えるのに必要な剛性を持たせるために、線材の断面積を、コイルスプリングの場合よりも狭くすることができる。以上より、押圧部材３００の小型化を図ることができる。

また、押圧部材３００は、両端にそれぞれ止め輪部３２０，３３０が設けられ、かつ、これらの止め輪部３２０，３３０の先端にはそれぞれ係止突起部３２１，３３１が設けられている。従って、押圧部材３００を取り付けるために、別途、専用の部材を必要としないため、部品点数が増えてしまうこともない。

（実施例２）
図３及び図４には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、押圧部材の構成が、上記実施例１とは異なる場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。

図３は本発明の実施例２に係るメカニカルシールの使用状態を示す模式的断面図である。なお、本実施例に係るメカニカルシールは、一部の部材を除き、回転対称形状であり、図３においては、メカニカルシールの中心軸線を含む面でメカニカルシールを切断した断面図を示している。図４は本発明の実施例２に係る押圧部材の使用状態を示す平面図であり、メカニカルシールにおいて、押圧部材が設けられている付近の平面図の一部を示したものである。なお、図３中の押圧部材付近の断面図は、図４中のＣＣ断面図に相当する。

＜メカニカルシール＞
本実施例に係るメカニカルシール１０の全体構成について説明する。メカニカルシール１０は、回転軸５００と、回転軸５００の軸孔を有するハウジング６００との間の環状隙間を密封する役割を担っている。図３に示すように、本実施例においても、上記実施例１の場合と同様に、メカニカルシール１０によって、回転軸５００とハウジング６００との間の環状隙間が封止されて、図中左側の領域（Ａ）と右側の領域（Ｂ）とが隔てられる。

本実施例に係るメカニカルシール１０においても、実施例１の場合と同様に、固定環１１０と回転環２１０とを備えている。固定環１１０はハウジング６００に対して固定され、回転環２１０は回転軸５００と共に回転するように構成されている。固定環１１０、及び固定環１１０のハウジング６００への固定構造については、上記実施例１の場合と同一であるので、その説明は省略する。また、回転環２１０とシールリング２２０の構成についても、上記実施例１の場合と同一であるので、その説明は省略する。

本実施例に係る回転軸５００には、上記実施例１の場合とは異なり、環状部材５１０は設けられていない。その代わりに、回転軸５００には、環状溝５０１が設けられている。そして、この環状溝５０１と回転環２１０との間に、押圧部材３００が設けられている。押圧部材３００は回転軸５００と同心的に配置される。この押圧部材３００によって、回転軸５００による回転力が回転環２１０に伝えられ、かつ回転環２１０が固定環１１０に向けて押圧される。これにより、回転環２１０と固定環１１０とが密着した状態を維持させることができる。

＜押圧部材＞
押圧部材３００に関連する構成について、より詳細に説明する。押圧部材３００は、一枚の板状の線材（炭素鋼やステンレス鋼などの鋼材）が曲げ加工された部材により構成される。そして、押圧部材３００は、ウエーブスプリング部３１０と、ウエーブスプリング部３１０の両端にそれぞれ設けられた一対の止め輪部３２０，３４０と、一方の止め輪部３２０の先端部に設けられた係止突起部３２１とから構成される。

ウエーブスプリング部３１０は、波形状を有しつつ螺旋状に巻かれた部位により構成されている。つまり、ウエーブスプリング部３１０は、螺旋状に巻かれた部位により構成され、かつ螺旋状の巻かれた部位は、螺旋方向に対して波を打つように形成されている。一対の止め輪部３２０，３４０は、回転軸５００の中心軸線に対して垂直かつ平板状の部位により構成されている。ここで、他方の止め輪部３４０は、一方の止め輪部３２０よりも径が小さい。また、係止突起部３２１は、止め輪部３２０の先端部がウエーブスプリング部３１０とは反対側に折り曲げられた部位により構成されている。

そして、係止突起部３２１は、回転環２１０に設けられた係止凹部２１３に係止固定されている。なお、係止凹部２１３は、回転環２１０の端面に形成された溝によって構成される。この溝は、回転環２１０の内周面から外周面に至るように形成されている。ただし、回転環２１０に設ける係止凹部２１３は、係止突起部３２１が係止されさえすれば、このような溝による構成に限定されることはない。例えば、部分的に凹んだ穴を形成し、この穴に係止突起部３２１を係止させても良い。また、回転環２１０の内周面から外周面には至らないような溝や、外周面から内周面には至らないような溝によって係止凹部を構成することもできる。以上の構成により、回転環２１０に対して係止突起部３２１の廻り止めがなされる。

また、他方の止め輪部３４０は、回転軸５００に設けられた環状溝５０１に嵌合固定されている。これにより、回転軸５００に対して、他方の止め輪部３４０は固定されて、廻り止めもなされる。

ここで、押圧部材３００におけるウエーブスプリング部３１０の回転環２１０側（止め輪部３２０側）から環状溝５０１側（止め輪部３４０側）への巻き方向は、回転軸５００の回転方向（図４中、矢印Ｒ方向）に一致するように構成されている。これにより、回転軸５００が回転する際に、ウエーブスプリング部３１０に対して縮径させる力が作用するため、回転環２１０に対して、回転力が安定的に伝えられる。

＜本実施例に係るメカニカルシールの優れた点＞
本実施例に係るメカニカルシール１０においても、押圧部材３００は、一枚の板状の線材が曲げ加工された部材により構成されると共に、波形状を有しつつ螺旋状に巻かれたウエーブスプリング部３１０を備えている。従って、所望のばね力を得るために、押圧部材３００における中心軸線方向の長さを、押圧部材としてコイルスプリングを用いた場合よりも短くすることができる。また、押圧部材３００に対して、回転力を伝えるのに必要な剛性を持たせるために、線材の断面積を、コイルスプリングの場合よりも狭くすることができる。以上より、押圧部材３００の小型化を図ることができる。

また、押圧部材３００は、両端にそれぞれ止め輪部３２０，３４０が設けられ、かつ、一方の止め輪部３２０の先端には係止突起部３２１が設けられており、他方の止め輪部３４０は回転軸５００に設けられた環状溝５０１に嵌合固定される構成である。従って、押圧部材３００を取り付けるために、別途、専用の部材を必要としないため、部品点数が増えてしまうこともない。

１０メカニカルシール
１１０固定環
１２０ガスケット
１２１円筒部
１２２内向きフランジ部
２１０回転環
２１１環状突出部
２１２切欠き部
２１３係止凹部
２２０シールリング
３００押圧部材
３１０ウエーブスプリング部
３２０，３３０，３４０止め輪部
３２１，３３１係止突起部
５００回転軸
５０１環状溝
５１０環状部材
５１１係止凹部
５２０固定具
６００ハウジング
６１０切欠き部

Claims

回転軸と、該回転軸の軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を密封するメカニカルシールであって、
前記ハウジングに対して固定される固定環と、
前記固定環に対して摺動すると共に、前記回転軸と共に回転する回転環と、
前記回転軸による回転力を前記回転環に伝えると共に、該回転環を前記固定環に向けて押圧する押圧部材と、
を備え、
前記押圧部材は、
一枚の板状の線材が曲げ加工された部材により構成されると共に、
波形状を有しつつ螺旋状に巻かれたウエーブスプリング部と、該ウエーブスプリング部の両端にそれぞれ設けられ、前記回転軸の中心軸線に対して垂直かつ平板状の一対の止め輪部と、該一対の止め輪部の各先端部がそれぞれ前記ウエーブスプリング部とは反対側に折り曲げられた一対の係止突起部とを備え、
これら一対の係止突起部のうち、一方の係止突起部が前記回転環に設けられた係止凹部に係止固定され、かつ他方の係止突起部が前記回転軸に固定された部材に設けられた係止凹部に係止固定されることを特徴とするメカニカルシール。
回転軸と、該回転軸の軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を密封するメカニカルシールであって、
前記ハウジングに対して固定される固定環と、
前記固定環に対して摺動すると共に、前記回転軸と共に回転する回転環と、
前記回転軸による回転力を前記回転環に伝えると共に、該回転環を前記固定環に向けて押圧する押圧部材と、
を備え、
前記押圧部材は、
一枚の板状の線材が曲げ加工された部材により構成されると共に、
波形状を有しつつ螺旋状に巻かれたウエーブスプリング部と、該ウエーブスプリング部の両端にそれぞれ設けられ、前記回転軸の中心軸線に対して垂直かつ平板状の一対の止め輪部と、を備え、
前記一対の止め輪部のうちの一方の止め輪部には、先端部が前記ウエーブスプリング部とは反対側に折り曲げられた係止突起部が備えられており、前記一対の止め輪部のうちの他方の止め輪部は、前記一方の止め輪部よりも径が小さく構成されており、
前記係止突起部が前記回転環に設けられた係止凹部に係止固定され、前記他方の止め輪部が前記回転軸に設けられた環状溝に嵌合固定されることを特徴とするメカニカルシール。