JP7299152B2

JP7299152B2 - メカニカルシール

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Publication number: JP7299152B2
Application number: JP2019234775A
Authority: JP
Inventors: 崇人福本; 直人三浦
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2023-06-27
Anticipated expiration: 2039-12-25
Also published as: JP2021102987A

Description

本発明は、メカニカルシールに関する。

回転機器の内部の被密封流体をシールするものとして、ケーシングに取り付けられた静止密封環と、回転軸に一体回転可能に取り付けられた回転密封環とを軸方向に並べて配置し、静止密封環及び回転密封環の互いに対向するシール面同士を摺接させるメカニカルシールが知られている。かかるメカニカルシールでは、シール面同士が常に密接した状態で維持されるように、ケーシングに対して静止密封環を軸方向に移動可能とし、スプリングの付勢力により静止密封環を回転密封環側に常に押し付けている。そして、静止密封環の外周面とケーシングの内周面との間には、二次シール用のＯリングが装着されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、二次シール用のＯリングが装着されているシール空間に被密封流体が浸入し、その被密封流体に含まれる微粒子がシール空間に堆積すると、ケーシングに対する静止密封環の移動が阻害され、回転密封環に対する静止密封環の追従性が低下するおそれがある。このように静止密封環の追従性が低下すると、シール面同士の接触面圧が不足し、メカニカルシールのシール性能が低下することになる。このため、特許文献１に記載されたメカニカルシールでは、シール空間における被密封流体側の開口部に、軟質ゴム製のＯリングを別途装着することで、シール空間に被密封流体が浸入するのを防止している。

特開２００５－１７２１０７号公報

特許文献１に記載された軟質ゴム製のＯリングは、その材質上、被密封流体の性状によっては適用することができず、使用条件が大幅に制限される。例えば、軟質ゴムは耐食性に優れたものではないので、被密封流体が腐食性を有するものである場合には軟質ゴム製のＯリングを使用することができない。このため、軟質ゴム製のＯリングは、汎用性に欠けるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、二次シール部材が装着されるシール空間に被密封流体に含まれる微粒子が堆積してシール性能が低下するのを、汎用性に優れた構成で抑制することができるメカニカルシールを提供することを目的とする。

（１）本発明は、回転軸に一体回転可能に設けられ、回転密封環を有する回転側ユニットと、前記回転密封環が摺接する静止密封環を有する静止側ユニットと、前記静止側ユニットが前記回転軸の軸方向に移動可能に取り付けられるシールケースと、前記静止側ユニットの外周と前記シールケースの内周との間をシールするために、これらの間に形成された環状のシール空間に装着された二次シール部材と、を備え、前記シールケースは、前記回転密封環と前記静止密封環との摺接部分を冷却するフラッシング流体が流れるフラッシング流路を有し、前記フラッシング流路は、前記シール空間にフラッシング流体を導入する導入流路を有する、メカニカルシールである。

本発明によれば、フラッシング流路の導入流路により、二次シール部材が装着されたシール空間にフラッシング流体が導入されるので、被密封流体に含まれる微粒子がシール空間に堆積しても、その堆積した微粒子をフラッシング流体で洗い流すことができる。これにより、シール空間における微粒子の堆積が低減されるので、回転密封環に対する静止密封環の追従性が低下するのを抑制することができる。その結果、メカニカルシールのシール性能が低下するのを抑制することができる。また、回転密封環と静止密封環との摺接部分の冷却用のフラッシング流体が流れるフラッシング流路を備えたメカニカルシールであれば、フラッシング流路に前記導入流路を設けることによって本発明を採用することができる。このため、本発明のメカニカルシールは、従来の軟質ゴム製のＯリングを用いる場合に比べて汎用性に優れている。

（２）前記導入流路は、前記シール空間に装着された前記二次シール部材に向けてフラッシング流体を導入するように形成されているのが好ましい。
シール空間において被密封流体に含まれる微粒子は、二次シール部材の周辺に堆積し易い。上記（２）では二次シール部材に向けてフラッシング流体が導入されるので、二次シール部材の周辺に堆積した微粒子が洗い流され易くなる。これにより、シール空間に微粒子が堆積するのをさらに低減することができる。

（３）前記フラッシング流路は、前記シールケースの周方向に環状に形成された環状流路と、前記シールケースの周方向に間隔をあけて形成され、前記環状流路と前記シール空間とを連通する複数の前記導入流路と、を有するのが好ましい。
この場合、フラッシング流路の環状流路から、その周方向に間隔をあけて形成された複数の導入流路を介してシール空間にフラッシング流体が導入されるので、被密封流体に含まれる微粒子がシール空間の周方向に沿って堆積しても、その堆積した微粒子をフラッシング流体で洗い流すことができる。これにより、シール空間に微粒子が堆積するのをさらに低減することができる。

（４）前記導入流路の少なくとも一部が、前記シールケースに形成されたスリット溝を用いて構成されているのが好ましい。
この場合、シールケースに孔を形成して導入流路を構成する場合に比べて、導入流路を容易に構成することができる。

本発明によれば、二次シール部材が装着されるシール空間に被密封流体に含まれる微粒子が堆積してシール性能が低下するのを、汎用性に優れた構成で抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係るメカニカルシールを示す断面図である。図１の要部拡大断面図である。第１実施形態の第１ケース体を機内側から見た側面図である。本発明の第２実施形態に係るメカニカルシールを示す拡大断面図である。本発明の第３実施形態に係るメカニカルシールを示す断面図である。図５の要部拡大断面図である。第３実施形態の第１ケース体を機内側から見た側面図である。

［第１実施形態］
＜全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るメカニカルシールを示す断面図である。図１において、本実施形態のメカニカルシール１０は、ポンプ、撹拌機等の回転機器１に設けられている。回転機器１は、回転軸２と、回転軸２を包囲しているケーシング３と、備えている。以下、本明細書において、説明の便宜上、図１の左側を機外側、図１の右側を機内側、図１の上下方向を径方向、図１の左右方向を軸方向という（図２及び図４～図６についても同様）。

メカニカルシール１０は、回転機器１の機内側の被密封流体（溶剤、水又は油等）が機外側へ漏洩するのを抑制するものである。本実施形態のメカニカルシール１０は、後述する回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分の径方向外側が機内側の領域となり、当該摺接部分の径方向内側が機外側の領域となる、いわゆるインサイド型のメカニカルシールである。

メカニカルシール１０は、回転軸２に一体回転可能に設けられた回転側ユニット２０と、ケーシング３に固定されたシールケース３０と、シールケース３０に設けられた静止側ユニット４０と、静止側ユニット４０の外周とシールケース３０の内周との間をシールする二次シール部材５０と、を備えている。

＜回転側ユニット＞
メカニカルシール１０の回転側ユニット２０は、回転軸２の外周に嵌合されたスリーブ２１と、スリーブ２１の機内側の外周に嵌合されたドライブリング２２と、ドライブリング２２の機外側の内周に嵌合された回転密封環２３と、を備えている。

スリーブ２１は、回転軸２の外周面に嵌合された状態で一体回転可能に固定されている。スリーブ２１の機内側の内周面と回転軸２の外周面との間は、Ｏリング２４によりシールされている。スリーブ２１の機内側端部には、径方向外側に突出する円環状のスリーブ円環部２１ａが形成されている。

ドライブリング２２は、スリーブ円環部２１ａの外周面に嵌合されており、ドライブリング２２の機内側端部にセットスクリュー２５を螺合して締め付けることで、スリーブ２１に一体回転可能に固定されている。ドライブリング２２の内周面とスリーブ円環部２１ａの外周面との間は、Ｏリング２６によりシールされている。

ドライブリング２２は、スリーブ円環部２１ａよりも機外側に突出する環状の突出部２２ａを有している。突出部２２ａの内周側には、円環状の回転密封環２３が嵌合されている。回転密封環２３の機外側の端面には、シール面２３ａが形成されている。回転密封環２３の機内側の端面には、ピン溝２３ｂが周方向に間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）形成されている。

各ピン溝２３ｂには、ドライブリング２２の突出部２２ａに固定されたピン２７が挿入されている。これにより、回転密封環２３は、ドライブリング２２に対する相対回転が規制されている。なお、回転密封環２３の外周面とドライブリング２２の突出部２２ａの内周面との間は、Ｏリング２８によりシールされている。

＜シールケース＞
メカニカルシール１０のシールケース３０は、ケーシング３に固定された円筒状の第１ケース体３１と、第１ケース体３１の機内側に固定された環状の第２ケース体３２と、第１ケース体３１の機外側に固定されたフランジ３３及びリテーナ３４と、を備えている。

第１ケース体３１は、その機内側の側面をケーシング３の機外側の側面に当接させた状態で、ボルト３５とナット３６によりケーシング３に固定されている。第１ケース体３１の内周には、機内側から機外側に向かって順に、大径部３１１、小径部３１２、及び中径部３１３が形成されている。大径部３１１の内径は、ケーシング３の内径よりも若干小さい。小径部３１２の内径は、大径部３１１の内径よりも小さい。中径部３１３の内径は、大径部３１１の内径よりも小さく、かつ小径部３１２の内径よりも大きい。

第２ケース体３２は、径方向に延びる第１円環部３２１と、第１円環部３２１の径方向内端部から軸方向の機外側へ延びる第１円筒部３２２と、第１円筒部３２２の機外側端部から径方向内側へ延びる第２円環部３２３と、第２円環部３２３の径方向内端部から軸方向の機外側へ延びる第２円筒部３２４と、によって構成されている。

図２は、図１の要部拡大断面図である。図２において、第１円環部３２１の外周面は、大径部３１１の内周面に当接している。第２円環部３２３の機外側の側面３２３ａは、小径部３１２における機内側の側面に当接している。第２円筒部３２４の外周面は、小径部３１２の内周面３１２ａに対して径方向内側に所定の間隔をあけて対向して配置されている。第２ケース体３２は、上記のように第１ケース体３１に当接した状態で、止め輪３７により第１ケース体３１に固定されている。

図１において、フランジ３３は、円環状に形成されており、その機内側の側面を第１ケース体３１の機外側の側面に当接させた状態で、ボルト３８により第１ケース体３１に固定されている。リテーナ３４は、円環状に形成されており、リテーナ３４の外周面は、第１ケース体３１の機外側の内周面に嵌合されている。フランジ３３の機内側の側面には、ピン溝３３ａが周方向に間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）形成されている。各ピン溝３３ａには、リテーナ３４の機外側の側面に突出して固定されたピン３９が挿入されている。これにより、リテーナ３４は、第１ケース体３１に対する相対回転が規制されている。

＜静止側ユニット＞
メカニカルシール１０の静止側ユニット４０は、シールケース３０に対して軸方向に移動可能に設けられている。本実施形態の静止側ユニット４０は、リテーナ３４に取り付けられたドライブカラー４１と、ドライブカラー４１に取り付けられた保持部材４２と、保持部材４２に取り付けられた静止密封環４３と、を備えている。
ドライブカラー４１は、リテーナ３４の機内側に配置された状態で、接続部材（図示省略）を介してリテーナ３４に対して軸方向へ移動可能に接続されている。

保持部材４２は、円筒状に形成されており、小径筒部４２１と、小径筒部４２１の機内側に形成された大径筒部４２２と、を有している。小径筒部４２１の機外側端部は、ドライブカラー４１の内周面に嵌合されている。小径筒部４２１の機外側端部には、ピン溝４２１ａが周方向に所定間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）形成されている。各ピン溝４２１ａには、ドライブカラー４１の内周に固定されたピン４４が挿入されている。

保持部材４２の大径筒部４２２は、小径筒部４２１よりも大径に形成されており、大径筒部４２２の内周面には、円環状の静止密封環４３が嵌合して固定されている。静止密封環４３の機内側の端面には、回転密封環２３のシール面２３ａが摺接するシール面４３ａが形成されている。リテーナ３４とドライブカラー４１との間には、ドライブカラー４１を機内側へ押圧するスプリング４５が周方向に所定間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）設けられている。

以上の構成により、静止側ユニット４０は、スプリング４５の付勢力により常に軸方向の機内側へ付勢されているので、静止密封環４３のシール面４３ａは、スプリング４５の付勢力により回転密封環２３のシール面２３ａに押圧されながら摺接する。これにより、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分（シール面２３ａ，４３ａ）の径方向外側（機内側）の被密封流体が、当該摺接部分よりも径方向内側（機外側）へ漏洩するのを抑制している。

＜二次シール部材＞
図２において、第１ケース体３１の小径部３１２には、径方向内側に突出する環状の突起部３１４が形成されている。小径部３１２の内周面３１２ａと、突起部３１４の機内側の側面（固定壁面）３１４ａと、保持部材４２の小径筒部４２１の外周面４２１ｂと、第２円筒部３２４の機外側の側面（固定壁面）３２４ａと、によって囲まれた環状の空間は、シール空間Ｓとされている。

シール空間Ｓには、小径部３１２の内周面３１２ａと小径筒部４２１の外周面４２１ｂとの間をシールする二次シール部材５０が装着されている。二次シール部材５０は、例えばゴム製のＯリングからなる。二次シール部材５０は、小径部３１２の内周面３１２ａ、突起部３１４の側面３１４ａ、及び小径筒部４２１の外周面４２１ｂにそれぞれ当接している。この二次シール部材５０により、機内側の被密封流体が、小径部３１２の内周面３１２ａと小径筒部４２１の外周面４２１ｂとの間から機外側へ漏洩するのを抑制することができる。

＜フラッシング流路＞
図１において、シールケース３０は、フラッシング流体が流れるフラッシング流路６０を有する。フラッシング流体は、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分を冷却する流体であり、例えば被密封流体と同じ流体からなる。フラッシング流路６０は、第１ケース体３１に形成された入口流路６１と、第１ケース体３１と第２ケース体３２とによって形成された環状流路６２と、第２ケース体３２に形成された出口流路６３と、を有している。

図３は、第１ケース体３１を機内側から見た側面図である。図１及び図３において、入口流路６１は、第１ケース体３１の外周面における周方向の一箇所から径方向内側に延びて形成されている。環状流路６２は、入口流路６１の径方向内端と連通するように、シールケース３０の周方向に環状に形成された流路である。本実施形態の環状流路６２は、第１ケース体３１における大径部３１１の内周面及び小径部３１２の機内側の側面に形成された環状溝３１５と、環状溝３１５の開口を塞ぐ第２ケース体３２における第１円環部３２１の機外側の側面及び第１円筒部３２２の外周面とによって、断面矩形状に構成されている。

出口流路６３は、環状流路６２と機内側の領域とを連通する流路であり、第２ケース体３２の周方向に間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）形成されている。各出口流路６３は、機内側の領域における回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分に向けてフラッシング流体が供給されるように、第１円環部３２１と第１円筒部３２２との接続部分において、環状流路６２から軸方向の機内側かつ径方向内側に向かって傾斜するように形成されている。

以上の構成により、フラッシング流路６０の入口流路６１に流れ込んだフラッシング流体は、環状流路６２を介して複数の出口流路６３から、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分に向けて供給される。これにより、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分は、フラッシング流体により冷却される。

＜導入流路＞
図１及び図２に示すように、シール空間Ｓは、機内側の領域の奥まった位置に形成されているで、機内側の被密封流体がシール空間Ｓに滞留しやすい。このため、メカニカルシール１０を長期間使用すると、被密封流体に含まれる微粒子がシール空間Ｓ（特に二次シール部材５０の周辺）に堆積する場合がある。このように微粒子が堆積すると、シールケース３０に対する静止側ユニット４０の軸方向の移動が阻害され、回転密封環２３に対する静止密封環４３の追従性が低下する。そうすると、シール面２３ａ，４３ａ同士の接触面圧が不足し、メカニカルシール１０のシール性能が低下することになる。このため、本実施形態のメカニカルシール１０は、シール空間Ｓに微粒子が堆積するのを抑制するために、フラッシング流体の一部をシール空間Ｓに導入する導入流路６４をさらに有している。

図２及び図３において、導入流路６４は、シールケース３０の周方向に間隔をあけて複数（図３では６個）形成され、環状流路６２とシール空間Ｓとを連通している。各導入流路６４は、環状流路６２から径方向内側に延びる径方向流路部６５と、径方向流路部６５の径方向内端から軸方向の機外側に延びてシール空間Ｓと連通する軸方向流路部６６と、を有している。

径方向流路部６５は、第１ケース体３１の小径部３１２における機内側の側面において径方向に延びて形成されたスリット溝６５ａと、スリット溝６５ａの機内側の開口を塞ぐ第２ケース体３２の第２円環部３２３の側面３２３ａと、によって構成されている。
軸方向流路部６６は、第１ケース体３１の小径部３１２の内周面３１２ａにおける機内側端部と、第２ケース体３２の第２円環部３２３の側面３２３ａにおける径方向内端部と、第２ケース体３２の第２円筒部３２４の外周面と、によって構成されている。

以上の構成により、図２の２点鎖線で示すように、フラッシング流路６０の入口流路６１から環状流路６２に流れ込んだフラッシング流体の一部は、複数の導入流路６４の径方向流路部６５に流れ込む。これらの径方向流路部６５に流れ込んだフラッシング流体は、各導入流路６４の軸方向流路部６６における機外側の開口から、シール空間Ｓ内の二次シール部材５０に向けて導入された後、小径筒部４２１と第２円筒部３２４との隙間を通過して機内側に向かって流れる。これにより、フラッシング流体の一部はシール空間Ｓ内を流動するため、被密封流体に含まれる微粒子が、シール空間Ｓ（特に二次シール部材５０の周辺）に堆積しても、その堆積した微粒子をフラッシング流体により洗い流すことができる。また、小径筒部４２１と第２円筒部３２４との隙間を通過したフラッシング流体は、出口流路６３から機内側に流れ出たフラッシング流体と合流することで、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分を冷却することもできる。

＜作用効果＞
第１実施形態のメカニカルシール１０によれば、フラッシング流路６０の導入流路６４により、二次シール部材５０が装着されたシール空間Ｓにフラッシング流体が導入されるので、被密封流体に含まれる微粒子がシール空間Ｓに堆積しても、その堆積した微粒子をフラッシング流体で洗い流すことができる。これにより、シール空間Ｓにおける微粒子の堆積が低減されるので、回転密封環２３に対する静止密封環４３の追従性が低下するのを抑制することができる。その結果、メカニカルシール１０のシール性能が低下するのを抑制することができる。

また、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分の冷却用のフラッシング流体が流れるフラッシング流路６０を備えたメカニカルシールであれば、フラッシング流路６０に導入流路６４を設けることによって本発明を採用することができる。このため、本発明のメカニカルシール１０は、従来の軟質ゴム製のＯリングを用いる場合に比べて汎用性に優れている。

シール空間Ｓにおいて被密封流体に含まれる微粒子は、二次シール部材５０の周辺に堆積し易い。本実施形態では、導入流路６４の軸方向流路部６６から二次シール部材５０に向けてフラッシング流体が導入されるので、二次シール部材５０の周辺に堆積した微粒子が洗い流され易くなる。これにより、シール空間Ｓに微粒子が堆積するのをさらに低減することができる。

また、フラッシング流路６０の環状流路６２から、その周方向に間隔をあけて形成された複数の導入流路６４を介してシール空間Ｓにフラッシング流体が導入されるので、被密封流体に含まれる微粒子がシール空間Ｓの周方向に沿って堆積しても、その堆積した微粒子をフラッシング流体で洗い流すことができる。これにより、シール空間Ｓに微粒子が堆積するのをさらに低減することができる。

また、導入流路６４の径方向流路部６５は、シールケース３０に形成されたスリット溝６５ａを用いて構成されているので、シールケース３０に孔を形成して径方向流路部６５を構成する場合に比べて、径方向流路部６５を容易に構成することができる。

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係るメカニカルシールを示す拡大断面図である。図４において、本実施形態のメカニカルシール１０は、第１実施形態の変形例であり、第２ケース体３２、保持部材４２、及び導入流路６４の各構成が第１実施形態と相違する。

本実施形態の第２ケース体３２は、径方向に延びる第１円環部３２１と、第１円環部３２１の径方向内端部から軸方向の機外側へ延びる第１円筒部３２２と、第１円筒部３２２の機外側端部から径方向内側へ延びる第２円環部３２３と、によって構成されている。第２円環部３２３の内周面は、第１ケース体３１における小径部３１２の内周面３１２ａと面一に形成されている。

本実施形態の保持部材４２は、機外側から機内側に向かって順に、小径筒部４２１、中径筒部４２３、及び大径筒部４２２を有している。中径筒部４２３の外径は、小径筒部４２１の外径よりも大きく、かつ大径筒部４２２の外径よりも小さい。中径筒部４２３の外周面は、第２ケース体３２の第２円環部３２３の内周面に対して隙間をあけて対向して配置されている。

小径部３１２の内周面３１２ａと、突起部３１４の機内側の側面（固定壁面）３１４ａと、小径筒部４２１の外周面４２１ｂと、中径筒部４２３の機外側の側面（可動壁面）４２３ａと、によって囲まれた環状の空間は、二次シール部材５０が装着されるシール空間Ｓとされている。

本実施形態の導入流路６４は、シールケース３０の周方向に間隔をあけて複数（図４では１個のみ図示）形成され、各導入流路６４は、環状流路６２から径方向内側に延びる径方向流路部６５のみからなる。径方向流路部６５は、環状流路６２とシール空間Ｓとを連通している。本実施形態の他の構成は、第１実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。

以上の構成により、図４の２点鎖線で示すように、フラッシング流路６０の入口流路６１から環状流路６２に流れ込んだフラッシング流体の一部は、複数の導入流路６４（径方向流路部６５）に流れ込む。これらの導入流路６４に流れ込んだフラッシング流体は、各導入流路６４の径方向内側の開口からシール空間Ｓに向けて導入された後、中径筒部４２３と第２円環部３２３との隙間を通過して機内側に向かって流れる。これにより、フラッシング流体の一部はシール空間Ｓ内を流動するため、被密封流体に含まれる微粒子が、シール空間Ｓに堆積しても、その堆積した微粒子をフラッシング流体により洗い流すことができる。また、中径筒部４２３と第２円環部３２３との隙間を通過したフラッシング流体は、出口流路６３から機内側に流れ出たフラッシング流体と合流することで、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分を冷却することもできる。

第２実施形態のメカニカルシール１０においても、フラッシング流路６０の導入流路６４により、二次シール部材５０が装着されたシール空間Ｓにフラッシング流体が導入されるので、被密封流体に含まれる微粒子がシール空間Ｓに堆積しても、その堆積した微粒子をフラッシング流体で洗い流すことができる。これにより、シール空間Ｓにおける微粒子の堆積が低減されるので、回転密封環２３に対する静止密封環４３の追従性が低下するのを抑制することができる。その結果、メカニカルシール１０のシール性能が低下するのを抑制することができる。

また、導入流路６４（径方向流路部６５）は、シールケース３０に形成されたスリット溝６５ａを用いて構成されているので、シールケース３０に孔を形成して導入流路６４を構成する場合に比べて、導入流路６４を容易に構成することができる。

［第３実施形態］
＜全体構成＞
図５は、本発明の第３実施形態に係るメカニカルシールを示す断面図である。図５において、本実施形態のメカニカルシール１０は、第１実施形態と同様に、ポンプ、撹拌機等の回転機器１に設けられている。また、本実施形態のメカニカルシール１０は、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分の径方向内側が機内側の領域となり、当該摺接部分の径方向外側が機外側の領域となる、いわゆるアウトサイド型のメカニカルシールである。

＜回転側ユニット＞
メカニカルシール１０の回転側ユニット２０は、回転軸２の機外側の外周に嵌合されたリテーナ２９と、リテーナ２９の機内側の外周に嵌合された回転密封環２３と、を備えている。リテーナ２９の内周面と回転軸２の外周面との間は、Ｏリング７１によりシールされている。リテーナ２９の機内側の外周面と回転密封環２３の内周面との間は、Ｏリング７２によりシールされている。

＜シールケース＞
メカニカルシール１０のシールケース３０は、環状の第１ケース体３０１と、環状の第２ケース体３０２と、を備えている。第２ケース体３０２は、その機内側の側面をケーシング３の機外側の側面に当接させた状態でケーシング３に固定されている。第１ケース体３０１は、その機内側の側面を第２ケース体３０２の機外側の側面に当接させた状態で第２ケース体３０２に固定されている。

ケーシング３の機外側の側面と第１ケース体３０１の機内側の側面との間は、Ｏリング７３によりシールされている。第１ケース体３０１の機外側の側面と第２ケース体３０２の機内側の側面との間は、Ｏリング７４によりシールされている。第１ケース体３０１の内周には、径方向内側に突出する環状の突起部３０３が形成されている。

図６は、図５の要部拡大断面図である。図５及び図６において、第２ケース体３０２の機外側の側面には、機外側に突出する環状の第１突出部３０４と、第１突出部３０４の径方向内側において第１突出部３０４よりも機外側に突出する環状の第２突出部３０５と、が形成されている。第１突出部３０４の機外側の側面３０４ａは、第１ケース体３０１における突起部３０３の機内側の側面に当接している。第２突出部３０５の外周面は、突起部３０３の内周面３０３ａに対して径方向内側に所定の間隔をあけて対向して配置されている。

＜静止側ユニット＞
メカニカルシール１０の静止側ユニット４０は、第１ケース体３０１の内周側において回転密封環２３の機内側に配置された静止密封環４３を備えている。静止密封環４３は、環状の本体部４３１と、本体部４３１から機内側に延びる円筒部４３２と、を有している。

本体部４３１は、第１ケース体３０１の突起部３０３の内周面３０３ａに嵌合されており、接続部材（図示省略）を介して突起部３０３に対して軸方向に移動可能に取り付けられている。本体部４３１の機外側の端面には、回転密封環２３のシール面２３ａが摺接するシール面４３ａが形成されている。円筒部４３２の外周面４３２ａの機内側端部は、第２ケース体３０２の第２突出部３０５の内周面に対して径方向内側に隙間をあけて対向して配置されている。

静止密封環４３は、図示しないスプリングの付勢力により常に軸方向の機外側へ付勢されている。静止密封環４３のシール面４３ａは、スプリング４５の付勢力により回転密封環２３のシール面２３ａに押圧されながら摺接する。これにより、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分（シール面２３ａ，４３ａ）の径方向内側（機内側）の被密封流体が、当該摺接部分よりも径方向外側（機外側）へ漏洩するのを抑制している。

＜二次シール部材＞
図６において、第１ケース体３０１の突起部３０３の内周面３０３ａと、静止密封環４３の本体部４３１における機内側の側面（可動壁面）４３１ａと、静止密封環４３の円筒部４３２の外周面４３２ａと、第２ケース体３０２の第２突出部３０５における機外側の側面（固定壁面）３０５ａと、によって囲まれた環状の空間は、シール空間Ｓとされている。

シール空間Ｓには、突起部３０３の内周面３０３ａと円筒部４３２の外周面４３２ａとの間をシールする二次シール部材５０が装着されている。二次シール部材５０は、例えばゴム製のＯリングからなる。二次シール部材５０は、突起部３０３の内周面３０３ａ、本体部４３１の側面４３１ａ、及び円筒部４３２の外周面４３２ａにそれぞれ当接している。この二次シール部材５０により、機内側の被密封流体が、突起部３０３の内周面３０３ａと円筒部４３２の外周面４３２ａとの間から機外側へ漏洩するのを抑制することができる。

＜フラッシング流路と導入流路＞
図５において、シールケース３０のフラッシング流路６０は、第１ケース体３０１に形成された入口流路６１と、第１ケース体３０１と第２ケース体３０２とによって形成された環状流路６２と、第１ケース体３０１と第２ケース体３０２とに形成された出口流路６３と、を有している。

図７は、第１ケース体３０１を機内側から見た側面図である。図６及び図７において、入口流路６１は、第１ケース体３０１の外周面における周方向の一箇所から径方向内側に延びて形成されている。環状流路６２は、入口流路６１の径方向内端と連通するように、シールケース３０の周方向に環状に形成された流路である。本実施形態の環状流路６２は、第１ケース体３０１における突起部３０３の機内側の側面に形成された環状溝３０６と、環状溝３０６の開口を塞ぐ第２ケース体３０２における第１突出部３０４の機外側の側面とによって、断面矩形状に構成されている。

出口流路６３は、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分を冷却するフラッシング流体を機内側の領域に供給するとともに、フラッシング流体をシール空間Ｓに導入する導入流路６４を兼ねている。このため、本実施形態の出口流路６３は、環状流路６２と、機内側の領域であるシール空間Ｓとを連通しており、シールケース３０の周方向に間隔をあけて複数（図７では６個）形成されている。各出口流路６３は、環状流路６２から径方向内側に延びる径方向流路部６５と、径方向流路部６５の径方向内端から軸方向の機外側に延びてシール空間Ｓと連通する軸方向流路部６６と、を有している。

径方向流路部６５は、第１ケース体３０１の突起部３０３における機内側の側面において径方向に延びるスリット溝６５ａと、スリット溝６５ａの機内側の開口を塞ぐ第２ケース体３０２の第１突出部３０４の側面３０４ａと、によって構成されている。
軸方向流路部６６は、第１ケース体３０１の突起部３０３の内周面３０３ａにおける機内側端部と、第２ケース体３０２の第１突出部３０４の側面３０４ａにおける径方向内端部と、第２ケース体３０２の第２突出部３０５の外周面と、によって構成されている。

以上の構成により、図６の２点鎖線で示すように、フラッシング流路６０の入口流路６１から環状流路６２に流れ込んだフラッシング流体は、複数の出口流路６３の径方向流路部６５に流れ込む。これらの径方向流路部６５に流れ込んだフラッシング流体は、各導入流路６４の軸方向流路部６６における機外側の開口から、シール空間Ｓ内の二次シール部材５０に向けて導入された後、円筒部４３２と第２突出部３０５との隙間を通過して機内側に向かって流れる。これにより、フラッシング流体はシール空間Ｓ内を流動するため、被密封流体に含まれる微粒子が、シール空間Ｓ（特に二次シール部材５０の周辺）に堆積しても、その堆積した微粒子をフラッシング流体により洗い流すことができる。

また、円筒部４３２と第２突出部３０５との隙間を通過したフラッシング流体の一部は、静止密封環４３と回転軸２との隙間を通過し、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分に供給される。これにより、回転密封環２３と静止密封環４３との摺接部分は、フラッシング流体により冷却される。
本実施形態の他の構成は、第１実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。

＜作用効果＞
第３実施形態のメカニカルシール１０によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに、第３実施形態では、フラッシング流路６０の出口流路６３が、フラッシング流体をシール空間Ｓに導入する導入流路６４を兼ねているので、フラッシング流路６０が設けられるシールケース３０の構成を簡素化することができる。

［その他］
上記各実施形態のフラッシング流路６０は環状流路６２を備えているが、環状流路６２を省略して入口流路６１に出口流路６３と導入流路６４を直接接続してもよい。
上記第１及び第３実施形態の導入流路６４は、径方向流路部６５と軸方向流路部６６とによって構成されているが、径方向流路部６５のみで構成されていてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。例えば、第１～第３の各実施形態で例示される構成の全部または一部を組み合わせてもよい。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１回転機器
２回転軸
３ケーシング
１０メカニカルシール
２０回転側ユニット
２３回転密封環
３０シールケース
４０静止側ユニット
４３静止密封環
５０二次シール部材
６０フラッシング流路
６２環状流路
６４導入流路
６５ａスリット溝
Ｓシール空間

Claims

回転機器の機内側の被密封流体が機外側へ漏洩するのを抑制するメカニカルシールであって、
前記回転機器の回転軸に一体回転可能に設けられ、回転密封環を有する回転側ユニットと、
前記回転密封環が摺接する静止密封環を有する静止側ユニットと、
前記静止側ユニットが前記回転軸の軸方向に移動可能に取り付けられるシールケースと、
前記静止側ユニットの外周と前記シールケースの内周との間をシールするために、これらの間に形成された環状のシール空間に装着された二次シール部材と、を備え、
前記シールケースは、前記回転密封環と前記静止密封環との摺接部分を冷却するフラッシング流体が流れるフラッシング流路を有し、
前記フラッシング流路は、前記シールケース内に形成されて前記シール空間にフラッシング流体を導入する導入流路を有し、
前記シール空間よりも前記機内側における前記静止側ユニットの外周と前記シールケースの内周との間には、前記シール空間に導入されたフラッシング流体が前記機内側に向かって流れる隙間が形成されている、メカニカルシール。
前記導入流路は、前記シール空間に装着された前記二次シール部材に向けてフラッシング流体を導入するように形成されている、請求項１に記載のメカニカルシール。
前記フラッシング流路は、
前記シールケースの周方向に環状に形成された環状流路と、
前記シールケースの周方向に間隔をあけて形成され、前記環状流路と前記シール空間とを連通する複数の前記導入流路と、を有する、請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール。
前記導入流路の少なくとも一部が、前記シールケースに形成されたスリット溝を用いて構成されている、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。