JP7123916B2 - メカニカルシール - Google Patents
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Description
本発明は、回転軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するメカニカルシールに関する。
メカニカルシールは、回転環と固定環とを備えている。これらの回転環及び固定環は、ＳｉＣ，カーボンまたは金属などの硬質材料で構成される。そのため、回転軸に対して回転環を位置決めした状態で固定させつつ密封性を得るために、一般的に、ゴムなどの弾性体製のガスケットが用いられている。また、ハウジングに対して固定環を位置決めした状態で固定させつつ密封性を得るために、同様に、ゴムなどの弾性体製のガスケットが用いられている。
しかしながら、ゴムなどの弾性体製のガスケットの場合には、経時的にへたり（塑性変形）が生じてしまう問題がある。特に、環境温度が大きく変化するような場合には、この問題は顕著になってしまう。また、密封対象流体によっては、ガスケットが劣化し易かったり、使用できなかったりすることもある。更に、ガスケットと回転環とが摺動してしまい、密封性が低下してしまうおそれもある。
本発明の目的は、ゴムなどの弾性体を不要とすることが可能な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、該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を封止するメカニカルシールであって、
前記回転軸に固定される金属製のスリーブと、
前記スリーブに対して固定される金属製の回転環と、
前記ハウジングに固定される金属製の環状部材と、
前記回転環の端面に対して摺動自在に設けられる金属製の固定環と、
前記固定環を前記回転環に向けて押圧する金属製のベローズと、
を備えると共に、
前記回転環と前記スリーブは、内周面側と外周面側を隔てる環状の第１連結部により連結され、前記ベローズの一端と前記固定環は、内周面側と外周面側を隔てる環状の第２連結部により連結され、前記ベローズの他端と前記環状部材は、内周面側と外周面側を隔てる環状の第３連結部により連結され、
第２連結部は前記ベローズの一端と前記固定環とを固定する環状の第２溶接部であり、
第３連結部は前記ベローズの他端と前記環状部材とを固定する環状の第３溶接部であり、
前記固定環には第１の環状突起が設けられ、前記第１の環状突起と前記ベローズの一端との接触部分に沿って前記第２溶接部が形成され、
前記環状部材には第２の環状突起が設けられ、前記第２の環状突起と前記ベローズの他端との接触部分に沿って前記第３溶接部が形成され、
前記ベローズの一端は、前記第２溶接部と、前記第２溶接部から径方向で離れた位置にある接触部と、において前記固定環に接触することを特徴とする。
回転軸と、該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を封止するメカニカルシールであって、
前記回転軸に固定される金属製のスリーブと、
前記スリーブに対して固定される金属製の回転環と、
前記ハウジングに固定される金属製の環状部材と、
前記回転環の端面に対して摺動自在に設けられる金属製の固定環と、
前記固定環を前記回転環に向けて押圧する金属製のベローズと、
を備えると共に、
前記回転環と前記スリーブは、内周面側と外周面側を隔てる環状の第１連結部により連結され、前記ベローズの一端と前記固定環は、内周面側と外周面側を隔てる環状の第２連結部により連結され、前記ベローズの他端と前記環状部材は、内周面側と外周面側を隔てる環状の第３連結部により連結され、
第２連結部は前記ベローズの一端と前記固定環とを固定する環状の第２溶接部であり、
第３連結部は前記ベローズの他端と前記環状部材とを固定する環状の第３溶接部であり、
前記固定環には第１の環状突起が設けられ、前記第１の環状突起と前記ベローズの一端との接触部分に沿って前記第２溶接部が形成され、
前記環状部材には第２の環状突起が設けられ、前記第２の環状突起と前記ベローズの他端との接触部分に沿って前記第３溶接部が形成され、
前記ベローズの一端は、前記第２溶接部と、前記第２溶接部から径方向で離れた位置にある接触部と、において前記固定環に接触することを特徴とする。
本発明によれば、回転環とスリーブは、内周面側と外周面側を隔てる環状の第１連結部により連結されている。これにより、回転環とスリーブとの間は第１連結部により封止されている。従って、回転環をスリーブに対して位置決めした状態で固定させつつ密封性を得るために、別途、ゴムなどの弾性体は不要である。
また、固定環とベローズは、内周面側と外周面側を隔てる環状の第２連結部により連結されている。これにより、固定環とベローズとの間は第２連結部により封止されている。更に、ベローズと環状部材は、内周面側と外周面側を隔てる環状の第３連結部により連結されている。これにより、ベローズと環状部材との間は第３連結部により封止されている。以上より、固定環を環状部材に対して位置決めした状態で固定させつつ密封性を得るために、別途、ゴムなどの弾性体は不要である。
第１連結部は前記回転環と前記スリーブとを固定する環状の第１溶接部であるとよい。
このように、溶接によって環状の連結部を設けることができる。
以上説明したように、本発明によれば、ゴムなどの弾性体を不要とすることができる。
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）
図１を参照して、本発明の実施例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、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。なお、以下の説明において、メカニカルシールの中心軸線（回転軸の中心軸線に一致する）が伸びる方向を「軸線方向」と称する。
図１を参照して、本発明の実施例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、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。なお、以下の説明において、メカニカルシールの中心軸線（回転軸の中心軸線に一致する）が伸びる方向を「軸線方向」と称する。
＜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、図中左側の領域と右側の領域とが隔てられる。本実施例においては、図中左側の領域に密封対象流体が封止され、図中右側は大気に曝される。これにより、図中左側は高圧となるため、適宜、高圧側（Ｈ）と称し、右側を低圧側（Ｌ）と称する。
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、図中左側の領域と右側の領域とが隔てられる。本実施例においては、図中左側の領域に密封対象流体が封止され、図中右側は大気に曝される。これにより、図中左側は高圧となるため、適宜、高圧側（Ｈ）と称し、右側を低圧側（Ｌ）と称する。
本実施例に係るメカニカルシール１０は、回転軸５００に対して設けられる回転環ユニット１００と、ハウジング６００に対して設けられる固定環ユニット２００とから構成される。回転軸５００が回転すると、回転環ユニット１００は回転軸５００と共に回転するのに対して、固定環ユニット２００は静止した状態が保たれる。
＜回転環ユニット＞
回転環ユニット１００は、回転軸５００に固定される金属製のスリーブ１２０と、スリーブ１２０に対して固定される金属製の回転環１１０とを備えている。また、回転環１１０は、円筒状の部材により構成されている。スリーブ１２０は、円筒状の小径部１２１と、小径部１２１よりも大径の円筒状の大径部１２２と、これら小径部１２１と大径部１２２とを繋ぐテーパ状の繋ぎ部１２３と、大径部１２２の高圧側（Ｈ）の端部に設けられる外向きフランジ部１２４とから構成される。小径部１２１は、回転軸５００の外周面に嵌合により固定される。これにより、スリーブ１２０と回転軸５００との間は封止されている。
回転環ユニット１００は、回転軸５００に固定される金属製のスリーブ１２０と、スリーブ１２０に対して固定される金属製の回転環１１０とを備えている。また、回転環１１０は、円筒状の部材により構成されている。スリーブ１２０は、円筒状の小径部１２１と、小径部１２１よりも大径の円筒状の大径部１２２と、これら小径部１２１と大径部１２２とを繋ぐテーパ状の繋ぎ部１２３と、大径部１２２の高圧側（Ｈ）の端部に設けられる外向きフランジ部１２４とから構成される。小径部１２１は、回転軸５００の外周面に嵌合により固定される。これにより、スリーブ１２０と回転軸５００との間は封止されている。
そして、回転環１１０は、スリーブ１２０の外向きフランジ部１２４に対して、環状の第１連結部としての環状の第１溶接部Ｙ１により固定されている。例えば、レーザーにより溶接することで、環状の第１溶接部Ｙ１を形成させて、回転環１１０と外向きフランジ部１２４とを接合させることができる。なお、第１溶接部Ｙ１は、回転環１１０と外向きフランジ部１２４との接触面全域に設ける必要はなく、例えば、これらの接触面のうち、径方向外側の辺りで全周に亘って設けることができる。この第１溶接部Ｙ１により、内周面側と外周面側とを隔てた状態で、回転環１１０とスリーブ１２０の外向きフランジ部１２４とが連結されている。なお、回転環１１０とスリーブ１２０とを同一の金属材料から作成することで、回転環１１０とスリーブ１２０とを一体にすることもできる。この場合においても、環状の第１連結部が設けられていると言うことができる。
＜固定環ユニット＞
固定環ユニット２００は、回転環１１０の端面に対して摺動自在に設けられる金属製の固定環２１０を備えている。また、固定環２１０には、回転環１１０に向かって突出する環状の突出部２１１が設けられている。回転軸５００が回転すると、この突出部２１１の先端面と回転環１１０における固定環２１０側の端面とが摺動する。
固定環ユニット２００は、回転環１１０の端面に対して摺動自在に設けられる金属製の固定環２１０を備えている。また、固定環２１０には、回転環１１０に向かって突出する環状の突出部２１１が設けられている。回転軸５００が回転すると、この突出部２１１の先端面と回転環１１０における固定環２１０側の端面とが摺動する。
また、固定環ユニット２００は、メカニカルシール１０をカートリッジ化するための金属製のカートリッジ（環状部材）２２０を備えている。このカートリッジ２２０は、ハウジング６００の軸孔の内周面に嵌合固定される円筒部２２１と、円筒部２２１の高圧側（Ｈ）の端部に設けられる外向きフランジ部２２２と、円筒部２２１の低圧側（Ｌ）の端部に設けられる内向きフランジ部２２３とを備えている。外向きフランジ部２２２がハウジング６００の端面に突き当たるまでカートリッジ２２０がハウジング６００の軸孔内に圧入されることで、ハウジング６００に対するメカニカルシール１０の位置決めを行うことができる。また、円筒部２２１の外周面がハウジング６００の軸孔内周面に圧入されることにより、ハウジング６００の軸孔とカートリッジ２２０との間は封止されている。なお、メカニカルシール１０を構成する各種部材が組み立てられた後に、スリーブ１２０における小径部１２１の先端に、径方向外側に向かって折り曲げ加工が施されることで、スリーブ１２０とカートリッジ２２０とが外れないようになる。これにより、メカニカルシール１０はカートリッジ化されて、１部品として取り扱うことが可能となる。
また、固定環ユニット２００は、固定環２１０を回転環１１０に向けて押圧する金属製のベローズ２３０を備えている。ベローズ２３０は、その一端部２３１が固定環２１０に対して、環状の第２連結部としての環状の第２溶接部Ｙ２により固定されている。例えば、レーザーにより溶接することで、環状の第２溶接部Ｙ２を形成させて、ベローズ２３０と固定環２１０とを接合させることができる。本実施例においては、固定環２１０に環状突起２１２が設けられている。そして、この環状突起２１２とベローズ２３０の一端部２３１との接触部分に沿って、第２溶接部Ｙ２が形成されている。この第２溶接部Ｙ２により、内周面側と外周面側とを隔てた状態で、ベローズ２３０の一端と固定環２１０とが連結されている。なお、固定環２１０とベローズ２３０とを同一の金属材料から作成することで、固定環２１０とベローズ２３０とを一体にすることもできる。この場合においても、環状の第２連結部が設けられていると言うことができる。また、ベローズ２３０は、その他端部２３２がカートリッジ２２０の内向きフランジ部２２３に対して、環状の第３連結部としての環状の第３溶接部Ｙ３により固定されている。例えば、レーザーにより溶接することで、環状の第３溶接部Ｙ３を形成させて、ベローズ２３０とカートリッジ２２０とを接合させることができる。本実施例においては、カートリッジ２２０の内向きフランジ部２２３に環状突起２２３ａが設けられている。そして、この環状突起２２３ａとベローズ２３０の他端部２３２との接触部分に沿って、第３溶接部Ｙ３が形成されている。この第３溶接部Ｙ３により、内周面側と外周面側とを隔てた状態で、ベローズ２３０の他端とカートリッジ２２０とが連結されている。なお、ベローズ２３０とカートリッジ２２０とを同一の金属材料から作成することで、ベローズ２３０とカートリッジ２２０とを一体にすることもできる。この場合においても、環状の第３連結部が設けられていると言うことができる。また、固定環２１０とベローズ２３０とカートリッジ２２０とを同一の金属材料から作成することで、固定環２１０とベローズ２３０とカートリッジ２２０とを一体にすることもできる。
ここで、メカニカルシール１０が回転軸５００及びハウジング６００に対して固定された状態では、ベローズ２３０は圧縮された状態となる。これにより、ベローズ２３０のばね力によって、固定環２１０は高圧側（Ｈ）に向かって押圧される。従って、固定環２１０は、ベローズ２３０によって回転環１１０に向けて押圧される。なお、本実施例に係るベローズ２３０は、ベローズ２３０を介して、外周面側と内周面側とを隔てるシールとしての機能も兼ね備えている。
＜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、回転環１１０とスリーブ１２０は、環状の第１溶接部Ｙ１により固定されている。これにより、回転環１１０とスリーブ１２０との間は第１溶接部Ｙ１により封止されている。従って、回転環１１０をスリーブ１２０に対して位置決めした状態で固定させつつ密封性を得るために、別途、ゴムなどの弾性体は不要である。
本実施例に係るメカニカルシール１０によれば、回転環１１０とスリーブ１２０は、環状の第１溶接部Ｙ１により固定されている。これにより、回転環１１０とスリーブ１２０との間は第１溶接部Ｙ１により封止されている。従って、回転環１１０をスリーブ１２０に対して位置決めした状態で固定させつつ密封性を得るために、別途、ゴムなどの弾性体は不要である。
また、固定環２１０とベローズ２３０は、環状の第２溶接部Ｙ２により固定されている。これにより、固定環２１０とベローズ２３０との間は第２溶接部Ｙ２により封止されている。更に、ベローズ２３０とカートリッジ２２０は、環状の第３溶接部Ｙ３により固定されている。これにより、ベローズ２３０とカートリッジ２２０との間は第３溶接部Ｙ３により封止されている。以上より、固定環２１０をカートリッジ２２０に対して位置決めした状態で固定させつつ密封性を得るために、別途、ゴムなどの弾性体は不要である。
以上のように、本実施例に係るメカニカルシール１０においては、ゴムなどの弾性体が不要となる。
１０ メカニカルシール
１００ 回転環ユニット
１１０ 回転環
１２０ スリーブ
１２１ 小径部
１２２ 大径部
１２３ 繋ぎ部
１２４ 外向きフランジ部
２００ 固定環ユニット
２１０ 固定環
２１１ 突出部
２１２ 環状突起
２２０ カートリッジ
２２１ 円筒部
２２２ 外向きフランジ部
２２３ 内向きフランジ部
２２３ａ 環状突起
２３０ ベローズ
２３１ 一端部
２３２ 他端部
５００ 回転軸
６００ ハウジング
Ｙ１ 第１溶接部
Ｙ２ 第２溶接部
Ｙ３ 第３溶接部
１００ 回転環ユニット
１１０ 回転環
１２０ スリーブ
１２１ 小径部
１２２ 大径部
１２３ 繋ぎ部
１２４ 外向きフランジ部
２００ 固定環ユニット
２１０ 固定環
２１１ 突出部
２１２ 環状突起
２２０ カートリッジ
２２１ 円筒部
２２２ 外向きフランジ部
２２３ 内向きフランジ部
２２３ａ 環状突起
２３０ ベローズ
２３１ 一端部
２３２ 他端部
５００ 回転軸
６００ ハウジング
Ｙ１ 第１溶接部
Ｙ２ 第２溶接部
Ｙ３ 第３溶接部
Claims (2)
- 回転軸と、該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を封止するメカニカルシールであって、
前記回転軸に固定される金属製のスリーブと、
前記スリーブに対して固定される金属製の回転環と、
前記ハウジングに固定される金属製の環状部材と、
前記回転環の端面に対して摺動自在に設けられる金属製の固定環と、
前記固定環を前記回転環に向けて押圧する金属製のベローズと、
を備えると共に、
前記回転環と前記スリーブは、内周面側と外周面側を隔てる環状の第１連結部により連結され、前記ベローズの一端と前記固定環は、内周面側と外周面側を隔てる環状の第２連結部により連結され、前記ベローズの他端と前記環状部材は、内周面側と外周面側を隔てる環状の第３連結部により連結され、
第２連結部は前記ベローズの一端と前記固定環とを固定する環状の第２溶接部であり、
第３連結部は前記ベローズの他端と前記環状部材とを固定する環状の第３溶接部であり、
前記固定環には第１の環状突起が設けられ、前記第１の環状突起と前記ベローズの一端との接触部分に沿って前記第２溶接部が形成され、
前記環状部材には第２の環状突起が設けられ、前記第２の環状突起と前記ベローズの他端との接触部分に沿って前記第３溶接部が形成され、
前記ベローズの一端は、前記第２溶接部と、前記第２溶接部から径方向で離れた位置にある接触部と、において前記固定環に接触することを特徴とするメカニカルシール。 - 第１連結部は前記回転環と前記スリーブとを固定する環状の第１溶接部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。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017095988 | 2017-05-12 | ||
| JP2017095988 | 2017-05-12 | ||
| PCT/JP2018/017689 WO2018207747A1 (ja) | 2017-05-12 | 2018-05-08 | メカニカルシール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2018207747A1 JPWO2018207747A1 (ja) | 2020-03-12 |
| JP7123916B2 true JP7123916B2 (ja) | 2022-08-23 |
Family
ID=64104770
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