JP7455467B2 - メカニカルシールおよびそれに用いられる弾性部材 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車、一般産業機械、あるいはその他のシール分野の回転機械の回転軸を軸封するメカニカルシールおよびそれに用いられる弾性部材に関する。

回転機械における回転軸とハウジングとの間の隙間を封止するためにメカニカルシールが用いられる。このメカニカルシールは、ハウジングに設けられる静止密封環と、回転軸とともに回転する回転密封環と、有しており、静止密封環と回転密封環とを相対回転させて摺動面同士を摺動させることにより、摺動面の外径側から内径側、または内径側から外径側に被密封流体が漏れることを防止している。

また、上記のようなメカニカルシールにあっては、静止密封環と回転密封環との摺動面同士を確実に摺動させるために、静止密封環または回転密封環の一方を付勢手段により他方に付勢することが行われている。例えば、特許文献１のようなメカニカルシールは、回転軸に対して相対回転が規制されているとともに軸方向の移動が許容されたリテーナにより回転密封環が保持されている。このリテーナは、径方向に延びる環状の円環部と、円環部から静止密封環に向けて軸方向に延びる環状の円筒部と、を備えて断面視Ｌ字状を成している。また、リテーナ及び回転密封環はコイルスプリングにより静止密封環に向けて軸方向に付勢されることにより、静止密封環と回転密封環との摺動面同士が確実に摺動するようになっている。

特開２００４－１３２４２６号公報（第３頁、第１図）

しかしながら、特許文献１のようなメカニカルシールにあっては、リテーナの円筒部に軸方向から回転密封環を挿入した後、該円筒部から周方向に等配され軸方向に延びる複数の突片の端部をかしめることにより、突片の端部と円環部とで回転密封環が軸方向に狭持され、回転密封環とリテーナとの軸方向の相対移動が規制される構成であるとともに、回転密封環の外周に形成された複数の切り欠きにリテーナの突片が配置されることで回転密封環とリテーナとの相対回転が規制される構成であるため、メカニカルシールの構造が複雑になり、かつ組立作業が煩雑であった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、構造が簡素であり、かつ組立作業が簡便なメカニカルシールおよびそれに用いられる弾性部材を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシールは、
ハウジングおよび回転軸に取付けられた一対の密封環と、前記一対の密封環のうち一方の密封環を他方の密封環に向けて軸方向に付勢する付勢手段と、少なくとも前記一方の密封環を弾性部材を介して保持するリテーナと、を備えるメカニカルシールであって、
前記リテーナには前記弾性部材が介在した状態で前記一方の密封環が軸方向から圧入されており、
前記一方の密封環は前記弾性部材の軸方向両側の正面径方向膨出部位及び背面径方向膨出部位によって軸方向に狭持されている。
これによれば、リテーナに弾性部材が介在した状態で一方の密封環が圧入されていることにより、一方の密封環の周面とリテーナとの間に配置されている弾性部材の部位（以降、第１部位ともいう。）が径方向に圧縮されるとともに、弾性部材における第１部位の軸方向両側に配置されている正面径方向膨出部位及び背面径方向膨出部位（以降第２部位、第３部位ともいう。）により該一方の密封環が軸方向に狭持されているので、リテーナに対する一方の密封環の相対回転や軸方向への相対移動が防止される。このように、一方の密封環が弾性部材を介してリテーナに圧入されていることにより、一方の密封環がリテーナに相対回転や軸方向への相対移動が規制された状態で保持されているので、一方の密封環とリテーナとの相対回転や軸方向への相対移動を規制する加工等が必要なくメカニカルシールの構造を簡素にできるとともに、かしめる作業を要しないので組立作業を簡便に行うことができる。

前記一方の密封環は、その摺動面に向けて該一方の密封環の周面から連なる正面傾斜面を有しており、前記正面傾斜面に前記弾性部材の前記正面径方向膨出部位が接触していてもよい。
これによれば、正面傾斜面に弾性部材の第２部位が接触することから弾性部材の弾性力を他方の密封環と反対側に向けて一方の密封環の軸方向に伝えることができる。

前記リテーナは、前記一方の密封環の周面と前記正面傾斜面とで構成される角部よりも前記他方の密封環側に延びていてもよい。
これによれば、一方の密封環のリテーナへの圧入により、弾性部材の第２部位が一方の密封環の正面傾斜面に向けて膨出するように誘導できるとともに、弾性部材の第２部位から一方の密封環の正面傾斜面に確実に応力が作用する。

前記一方の密封環は、該一方の密封環の周面から前記他方の密封環とは反対側に向けて傾斜する背面傾斜面を有しており、該背面傾斜面に前記弾性部材の前記背面径方向膨出部位が接触していてもよい。
これによれば、背面傾斜面に弾性部材の第３部位が接触することから弾性部材の弾性力を他方の密封環に向けて一方の密封環の軸方向に伝えることができるとともに、弾性部材の第３部位から一方の密封環の背面傾斜面に確実に応力が作用する。

前記リテーナは、径方向に延びる底部を有していてもよい。
これによれば、一方の密封環のリテーナへの圧入の際に、底部により一方の密封環の前記他方の密封環とは反対側への軸方向の移動が規制されて位置決めされるので、組立作業を簡便に且つ確実に行うことができる。また、弾性部材は底部によって軸方向の移動が規制されることから、一方の密封環は第１部位及び第２部位によって確実に挟持される。

本発明のメカニカルシールに用いられる弾性部材は、
リテーナに沿って軸方向に延びる中央部位は、軸方向両端の第１端部位及び第２端部位よりも前記リテーナと径方向反対側に膨出しており、前記中央部位の軸方向寸法は、密封環の周面の軸方向寸法よりも長く形成されている。
これによれば、弾性部材の軸方向両端の第１，第２端部位は中央部位よりも径寸法が小さいことから、一方の密封環が弾性部材を介してリテーナに圧入されたときに、弾性部材の中央部位は径方向に押潰されるとともに軸方向に延び、該中央部位の一部を軸方向両端側に逃がすように変形させやすく、組立作業を簡便に行うことができる。また、中央部位の軸方向寸法は、密封環の周面の軸方向寸法よりも長いので、弾性部材を介在させてリテーナに密封環を軸方向から圧入することで、中央部位の軸方向両端を径方向に第１部位及び第２部位として膨出させ、これら第１部位及び第２部位によって密封環の周面を軸方向両側から挟むことができる。

前記中央部位は、前記第１端部位に向けて傾斜する正面弾性傾斜面を有していてもよい。
これによれば、正面弾性傾斜面が挿入ガイドとなるため一方の密封環をリテーナに圧入しやすい。

前記中央部位は、前記第２端部位に向けて傾斜する背面弾性傾斜面を有していてもよい。
これによれば、一方の密封環が弾性部材を介してリテーナに圧入されたときに、中央部位の第２端部位側の一部が一方の密封環に向けて膨出されるように変形可能であるので、弾性部材と一方の密封環との密着性を確保できる。

本発明の実施例１におけるメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 ベローズの縦断面図である。 ベローズ及びリテーナが組み立てられた状態を示す縦断面図である。 ベローズ及びリテーナに回転密封環を圧入し始めた状態を示す縦断面図である。 図４の状態よりも回転密封環を更に圧入した状態を示す縦断面図である。 ベローズ及びリテーナに回転密封環の圧入が完了した状態を示す縦断面図である。 本発明の実施例２におけるメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。

本発明に係るメカニカルシールおよびそれに用いられる弾性部材を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係るメカニカルシールにつき、図１から図６を参照して説明する。尚、本実施例においては、メカニカルシールを構成する一対の密封環の外径側を被密封流体側（高圧側）、内径側を漏れ側としての大気側（低圧側）として説明する。

図１に示される一般産業機械用のメカニカルシール１は、摺動面の外径側から内径側に向かって漏れようとする被密封流体を密封するインサイド形のものである。尚、メカニカルシール１は、摺動面の内径側から外径側に向かって漏れようとする被密封流体を密封するアウトサイド形のものであってもよい。

メカニカルシール１は、回転軸３にベローズ４Ａ，４Ｂ及びリテーナ５Ａ，５Ｂを介して回転軸３と共に回転可能な状態で設けられた回転密封環１０Ａ，１０Ｂ（すなわち、一方の密封環）と、被取付機器のハウジング２に非回転状態かつ軸方向移動不能な状態で設けられた静止密封環２０Ａ，２０Ｂ（すなわち、他方の密封環）と、から主に構成されている。

回転密封環１０Ａの摺動面１０ａと回転密封環１０Ｂの摺動面１０ａ’、及び静止密封環２０Ａの摺動面２０ａと静止密封環２０Ｂの摺動面２０ａ’とは、それぞれ軸方向反対方向を向いており、リテーナ５Ａ，５Ｂとの間には回転密封環１０Ａ，１０Ｂを静止密封環２０Ａ，２０Ｂに向けてそれぞれ軸方向に付勢する付勢手段としてのコイルスプリング６が配置されている。

尚、本実施例のメカニカルシール１は、回転密封環１０Ａ及び静止密封環２０Ａと、回転密封環１０Ｂ及び静止密封環２０Ｂが反対方向を向く、いわゆるダブル形メカニカルシールを例示するが、これに限られず、タンデム形やシングル形のメカニカルシールであってもよい。

静止密封環２０Ａ，２０Ｂ及び回転密封環１０Ａ，１０Ｂは、代表的にはＳｉＣ（硬質材料）同士またはＳｉＣ（硬質材料）とカーボン（軟質材料）の組み合わせで形成されるが、これに限らず、摺動材料はメカニカルシール用摺動材料として使用されているものであれば適用可能である。尚、ＳｉＣとしては、ボロン、アルミニウム、カーボン等を焼結助剤とした焼結体をはじめ、成分、組成の異なる２種類以上の相からなる材料、例えば、黒鉛粒子の分散したＳｉＣ、ＳｉＣとＳｉからなる反応焼結ＳｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＮ等があり、カーボンとしては、炭素質と黒鉛質の混合したカーボンをはじめ、樹脂成形カーボン、焼結カーボン等が利用できる。また、上記摺動材料以外では、金属材料、樹脂材料、表面改質材料（コーティング材料）、複合材料等も適用可能である。

次に、回転密封環１０Ａと回転軸３との取付態様について説明する。尚、回転密封環１０Ａ，１０Ｂの回転軸３への取付態様はほぼ同一であるため、図１の紙面左側の回転密封環１０Ａの取付態様について説明し、紙面右側の回転密封環１０Ｂの取付態様の説明を省略する。

回転密封環１０Ａを回転軸３に取付ける際の手順は、先ず、ベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａを組み立てた後、回転密封環１０Ａを軸方向から圧入し、その後、一体化された回転密封環１０Ａ、ベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａを回転軸３に取付ける。

先ず、ベローズ４Ａの形状について説明する。図２に示されるように、弾性部材としてのベローズ４Ａは、ゴム材により形成され弾性変形可能に構成されており特に軸方向に伸縮可能となっている。

ベローズ４Ａは、筒状の基部４１と、基部４１における回転密封環１０Ａ側の端部から外径方向に延びる環状の第１延設部４２と、第１延設部４２の外径端から基部４１とは軸反対方向に延びる筒状の第２延設部４３と、を備えている。

第２延設部４３は、その軸方向の中央部位４３ａが、軸方向両端の第１端部位４３ｂ及び第２端部位４３ｃよりも内径側に膨出している。具体的には、中央部位４３ａの内径は、後述する回転密封環１０Ａの外周面１０ｃの外径よりも短い（図４参照）。

また、第１端部位４３ｂの内径は回転密封環１０Ａの外周面１０ｃの外径よりも長い（図４参照）。また第２端部位４３ｃの内径は回転密封環１０Ａの外周面１０ｃの外径よりも短いが、同じまたは長くてもよい。

中央部位４３ａは、軸方向に延びる平坦面４３ｇと、平坦面４３ｇから第１端部位４３ｂに向けて傾斜する正面弾性傾斜面４３ｄと、平坦面４３ｇから第２端部位４３ｃに向けて傾斜する背面弾性傾斜面４３ｅと、を有している。すなわち、中央部位４３ａは、径方向端面視において台形形状を成している。

また、中央部位４３ａの軸方向寸法Ｌ１は、後述する回転密封環１０Ａの外周面１０ｃの軸方向寸法Ｌ３（図４参照）よりも長く、かつ平坦面４３ｇの軸方向寸法Ｌ２は、回転密封環１０Ａの外周面１０ｃの軸方向寸法Ｌ３とほぼ同じ長さとなっている。

また、第２端部位４３ｃの内径側には、中央部位４３ａと第１延設部４２とにより環状の凹部４３ｆが形成されている。

次いで、ベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａが組み立てられた状態を説明する。図３に示されるように、リテーナ５Ａは、金属板から構成される筒状体であり、ベローズ４Ａの基部４１の外径側に配置される筒状の基片部５１と、基片部５１における回転密封環１０Ａ側端から外径方向に延びる環状の底部５２と、底部５２の外径端から基片部５１とは軸方向反対側に延びる環状の筒部５３と、を備えている。

この筒部５３は、ベローズ４Ａの第２延設部４３よりも軸方向の長さが長く、組付け状態において筒部５３は、ベローズ４Ａの第２延設部４３よりも軸方向に突出している。

ベローズ４Ａは、基部４１の外周面に締結バンド７が仮止めされている。また、締結バンド７には軸方向に貫通し外径側に開口する凹部７ａが周方向に複数設けられており、リテーナ５Ａの基片部５１から軸方向に突出する複数の突片５１ａが各凹部７ａに挿入されている。

ベローズ４Ａの第１延設部４２は、リテーナ５Ａにおける底部５２の内面５２ａに沿って配置されており、ベローズ４Ａの第２延設部４３は、リテーナ５Ａにおける筒部５３の内径面５３ａに沿って配置されている。

次いで、回転密封環１０Ａがベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に軸方向から圧入される状態を説明する。

図４に示されるように、回転密封環１０Ａは、摺動面１０ａと、摺動面１０ａの外径端部から回転密封環１０Ａの背面側（すなわち、摺動面１０ａや静止密封環２０Ａとは軸方向反対側）かつ外径方向に向かって傾斜して延びる第１傾斜面１０ｂと、第１傾斜面１０ｂの外径端部から軸方向背面側に向けてリテーナ５Ａの筒部５３と平行に延びる外周面１０ｃと、外周面１０ｃから回転密封環１０Ａの背面側かつ内径方向に向かって傾斜して延びる第２傾斜面１０ｅと、第２傾斜面１０ｅに直交して内径方向に延びる背面１０ｄと、背面１０ｄから正面側かつ内径側に延びる第３傾斜面１０ｈを備えている。

尚、図示しないが、この回転密封環１０Ａは、該回転密封環１０Ａの摺動面１０ａ側に配置され回転密封環１０Ａに当接する一の治具と、リテーナ５Ａの底部５２に当接する他の治具と、を互いに軸方向に近付けることにより、ベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に圧入されるようになっている。

図４に示されるように、回転密封環１０Ａをベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に軸方向から圧入するときには、先ず、回転密封環１０Ａの第２傾斜面１０ｅがベローズ４Ａの中央部位４３ａ’の正面弾性傾斜面４３ｄ’に接触する。

これによれば、回転密封環１０Ａをベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に軸方向から圧入するとき、回転密封環１０Ａがベローズ４Ａの中央部位４３ａ’の正面弾性傾斜面４３ｄ’に引っ掛かることが抑制され、回転密封環１０Ａをベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に軸方向から圧入しやすい。

次いで、図５に示されるように、図４の状態よりもさらに回転密封環１０Ａが圧入されると、ベローズ４Ａの中央部位４３ａ’’が回転密封環１０Ａの外周面１０ｃとリテーナ５Ａの筒部５３との間で径方向に押し潰される。このとき、中央部位４３ａ’’の軸方向両側には空間が形成されているので、中央部位４３ａ’’は軸方向に延び、正面弾性傾斜面４３ｄ’’及び背面弾性傾斜面４３ｅ’’が軸方向に両端側に逃げるように変形される。そのため、回転密封環１０Ａをベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に軸方向から圧入しやすい。

また、回転密封環１０Ａがベローズ４Ａを介してリテーナ５Ａに圧入されたときには、背面弾性傾斜面４３ｅ’’（すなわち、中央部位４３ａ’’の第２端部位４３ｃ’’側の一部）が第２端部位４３ｃ’’側かつ内径側に向けて膨出されるように変形されるので、ベローズ４Ａと回転密封環１０Ａとの密着性を確保できる。

図６に示されるように、図５の状態よりもさらに回転密封環１０Ａが圧入されると、正面弾性傾斜面４３ｄ’’’が第１端部位４３ｂ’’’側かつ内径側にさらに膨出されるとともに、背面弾性傾斜面４３ｅ’’’が第２端部位４３ｃ’’’側かつ内径側にさらに膨出される。

そして、回転密封環１０Ａの背面１０ｄはベローズ４Ａの第１延設部４２に当接し、リテーナ５Ａの底部５２により回転密封環１０Ａの背面側への移動が規制される。また、リテーナ５Ａの筒部５３の内径側にベローズ４Ａの第２延設部４３を介して回転密封環１０Ａが保持される。

以下、図１及び図６に示される回転密封環１０Ａがベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に圧入された状態について説明する。ベローズ４Ａの第２延設部４３におけるリテーナ５Ａの筒部５３と回転密封環１０Ａの外周面１０ｃとの間に配置されている部位を第１部位Ｐ１、ベローズ４Ａの第２延設部４３における回転密封環１０Ａの第１傾斜面１０ｂに圧接されている部分を第２部位Ｐ２、ベローズ４Ａの第２延設部４３における回転密封環１０Ａの第２傾斜面１０ｅに圧接されている部分を第３部位Ｐ３、ベローズ４Ａの第１延設部４２における回転密封環１０Ａの背面１０ｄとリテーナ５Ａの底部５２との間に配置される部分を第４部位Ｐ４とを称する。

回転密封環１０Ａがベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に圧入された状態にあっては、第１部位Ｐ１がリテーナ５Ａの筒部５３と回転密封環１０Ａの外周面１０ｃとの間で圧接され、リテーナ５Ａの筒部５３と回転密封環１０Ａの外周面１０ｃとの間が密封されている。

また、第２部位Ｐ２が回転密封環１０Ａにおける背面１０ｄとリテーナ５Ａの底部５２の内面５２ａとの間で狭圧され、回転密封環１０Ａとリテーナ５Ａの底部５２との間も密封されている。

また、中央部位４３ａ（図２参照）がリテーナ５Ａの筒部５３と回転密封環１０Ａの外周面１０ｃとの間で圧接されることにより、正面径方向膨出部位としての第２部位Ｐ２及び背面径方向膨出部位としての第３部位Ｐ３が第１部位Ｐ１よりも内径側に膨出するように構成されている。

また、第２部位Ｐ２は、第１傾斜面１０ｂに対して圧接される当接面４３ｈと、当接面４３ｈ、すなわち第１傾斜面１０ｂに対して交差する正面弾性傾斜面４３ｄ’’’と、により径断面視で三角形状を成している。

また、第２延設部４３の第１部位Ｐ１よりも正面側かつ第２部位Ｐ２よりも外径側の第１中実部位４３ｊは、第２部位Ｐ２と筒部５３との間で圧縮応力がかかった状態となっており、第１中実部位４３ｊは第２部位Ｐ２を第１傾斜面１０ｂに圧接させる方向の力（図４において第１傾斜面１０ｂに直交する矢印で模式的に示している。）を付与している。

第３部位Ｐ３は、中央部位４３ａの背面弾性傾斜面４３ｅ’’’と第２端部位４３ｃ’’’とが凹部４３ｆの大部分を埋めるように内径側に膨出されて構成されている。尚、第３部位Ｐ３は凹部４３ｆのすべてを埋めるように構成されていてもよい。

また、第２延設部４３の第１部位Ｐ１よりも背面側かつ第３部位Ｐ３よりも外径側の第２中実部位４３ｋは、第３部位Ｐ３と筒部５３との間で圧縮応力がかかった状態となっており、第２中実部位４３ｋは、第３部位Ｐ３を第２傾斜面１０ｅに圧接させる方向の力（図４において第２傾斜面１０ｅに直交する矢印で模式的に示している。）を付与している。

上述のように、第２部位Ｐ２は、第１傾斜面１０ｂに対して圧接されている。また、第３部位Ｐ３は、第２傾斜面１０ｅに対して圧接されている。第２部位Ｐ２及び第３部位Ｐ３の弾性力は主に内径方向に作用するが、第２部位Ｐ２及び第３部位Ｐ３の弾性力の一部は、第１傾斜面１０ｂ及び第２傾斜面１０ｅに圧接されることで軸方向に作用している。

すなわち、回転密封環１０Ａには、第１部位Ｐ１の弾性力が内径方向に向けて作用し、第２部位Ｐ２の弾性力の一部が軸方向に向けて作用し、第３部位Ｐ３の弾性力の一部及び第４部位Ｐ４の弾性力が軸方向に向けて作用しており、回転密封環１０Ａは、ベローズ４Ａの第２部位Ｐ２と第３部位Ｐ３及び第４部位Ｐ４とにより軸方向に狭持されている。

また、回転密封環１０Ａの第３傾斜面１０ｈは第４部位Ｐ４から軸方向に離間している。これによれば、回転密封環１０Ａの背面１０ｄのみが第４部位Ｐ４に圧接されるので、回転密封環１０Ａが受ける第４部位Ｐ４からの押圧力を集中させることができ、第２部位Ｐ２と第４部位Ｐ４とで軸方向に良好に狭持することができる。

このように、回転密封環１０Ａがベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に圧入された状態にあっては、回転密封環１０Ａとリテーナ５Ａとの相対回転、及び軸方向の相対移動が規制された状態となっている。

図１に戻って、一体化された回転密封環１０Ａ、ベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａには、回転軸３が挿通され、ベローズ４Ａの基部４１の外周面から締結バンド７が締め付けられることにより回転密封環１０Ａ、ベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａが回転軸３に対して固定される。このとき、ベローズ４Ａが締結バンド７と回転軸３との間で狭圧されることから、回転軸３とベローズ４Ａとの間が密封されている。

また、締結バンド７の各凹部７ａには、リテーナ５Ａの基片部５１から軸方向に突出する複数の突片５１ａが挿入されているので、回転軸３に対するリテーナ５Ａの軸方向の移動が許容されているとともに、回転軸３に対するリテーナ５Ａの相対回転が規制された状態、すなわちリテーナ５Ａが回転軸３とともに共に回転可能な状態で取付けられている。

また、リテーナ５Ａ，５Ｂ間にはコイルスプリング６が配置され、回転密封環１０Ａ，１０Ｂが静止密封環２０Ａ，２０Ｂに向けてそれぞれ付勢されるので摺動面１０ａ，１０ａ’と摺動面２０ａ，２０ａ’とがそれぞれ密接摺動するようになっている。

以上説明したように、リテーナ５Ａの筒部５３に回転密封環１０Ａがベローズ４Ａの第２延設部４３を挟んだ状態で圧入されることにより、回転密封環１０Ａの外周面１０ｃとリテーナ５Ａの筒部５３との間でベローズ４Ａの第２延設部４３の第１部位Ｐ１が径方向に圧縮されるとともに、第１部位Ｐ１の軸方向両側に配置される第２部位Ｐ２及び第３部位Ｐ３が内径側に膨出され、回転密封環１０Ａが第２部位Ｐ２及び第３部位Ｐ３により軸方向に狭持されるので、回転密封環１０Ａがリテーナ５Ａに対する回転や軸方向への離脱が防止された状態で保持される。

このように、回転密封環１０Ａがベローズ４Ａを介してリテーナ５Ａの筒部５３に圧入されることで、回転密封環１０Ａをリテーナ５Ａに対する回転や軸方向への離脱が防止された状態で保持させることができるので、回転密封環１０Ａとリテーナ５Ａとの相対回転や軸方向への相対移動が規制する加工等が必要なくメカニカルシール１の構造を簡素にできるとともに、かしめる作業を要しないので組立作業を簡便に行うことができる。

また、回転密封環１０Ａは、その摺動面１０ａと該回転密封環１０Ａの外周面１０ｃとに連なる第１傾斜面１０ｂを有しており、第１傾斜面１０ｂにベローズ４Ａの第２部位Ｐ２が接触しているので、回転密封環１０Ａに対して第２部位Ｐ２の弾性力の一部を軸方向に伝えることができる。

さらに、回転密封環１０Ａ側に膨出したベローズ４Ａの第２部位Ｐ２が第１傾斜面１０ｂに対して隙間なく接触しやすいので、回転密封環１０Ａとベローズ４Ａとの間に作用する摩擦力が大きくなり、リテーナ５Ａから回転密封環１０Ａが離脱することを確実に防止できる。また、回転密封環１０Ａが静止密封環２０Ａ側に移動したときに、該回転密封環１０Ａにおける外周面１０ｃと第１傾斜面１０ｂとで構成される角部１０ｆ（図６参照）により第２部位Ｐ２が損傷することを抑制できる。

また、リテーナ５Ａの筒部５３は、回転密封環１０Ａの角部１０ｆよりも軸方向に延びているので、筒部５３に回転密封環１０Ａを圧入したときに、筒部５３の第２部位Ｐ２が外径側（すなわち、回転密封環１０Ａとは径方向反対側）に膨出することが防止される。すなわち、第２部位Ｐ２を回転密封環１０Ａ側に膨出するように誘導することができるとともに、ベローズ４Ａの第２部位Ｐ２から回転密封環１０Ａの第１傾斜面１０ｂに確実に応力が作用する。

また、回転密封環１０Ａは、外周面１０ｃから背面１０ｄに向けて内径方向に傾斜する第２傾斜面１０ｅを有しており、該第２傾斜面１０ｅに第３部位Ｐ３が接触していることから第３部位Ｐ３の弾性力の一部を軸方向に向けて回転密封環１０Ａの軸方向に伝えることができるとともに、ベローズ４Ａの第３部位Ｐ３から回転密封環１０Ａの第２傾斜面１０ｅに確実に応力が作用する。すなわち、第２部位Ｐ２の弾性力と第３部位Ｐ３の弾性力とで回転密封環１０Ａを確実に軸方向に狭持することができる。

さらに、回転密封環１０Ａは、第２傾斜面１０ｅにより背面側に先細りしていることから、ベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に回転密封環１０Ａを圧入しやすい。

また、リテーナ５Ａは、回転密封環１０Ａにおける軸方向の移動を規制する底部５２を有しており、回転密封環１０Ａがリテーナ５Ａに圧入されたときに、底部５２により位置決めされるようになっている。回転密封環１０Ａが底部５２により位置決めされた状態にあっては、ベローズ４Ａの第１部位Ｐ１～第４部位Ｐ４が回転密封環１０Ａを覆うように配置され、第２部位Ｐ２及び第３部位Ｐ３により確実に狭持されることから、組立作業を簡便に且つ確実に行うことができる。

また、ベローズ４Ａの第１延設部４２及び第２延設部４３はリテーナ５Ａの底部５２及び筒部５３との間を全周に亘って密封しているとともに、ベローズ４Ａの基部４１は、リテーナ５Ａの基片部５１と回転軸３との間を全周に亘って密封している。これによれば、ベローズ４Ａがリテーナ５Ａと回転密封環１０Ａとの間を密封する機能を有するので、リテーナ５Ａと回転密封環１０Ａとの間、リテーナ５Ａと回転軸３との間を密封するシール部材を別途用意する必要がなく、メカニカルシール１の構造を簡素にできる。

また、軸方向に伸縮が許容されたベローズ４Ａを用いて、リテーナ５Ａと回転密封環１０Ａとの間、ベローズ４Ａと回転軸３との間を密封しているので、コイルスプリング６の付勢力を回転密封環１０Ａに伝えやすい。

また、ベローズ４Ａの第１端部位４３ｂ及び第２端部位４３ｃは中央部位４３ａよりも径寸法が小さいことから、回転密封環１０Ａがベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に軸方向から圧入されるときには、中央部位４３ａが径方向に押潰されるとともに軸方向に延び、その一部を軸方向両端（すなわち、第１端部位４３ｂ及び第２端部位４３ｃ側）に逃がすように変形させることができるため、回転密封環１０Ａのリテーナ５Ａへの圧入を簡便に行うことができる。

また、中央部位４３ａの軸方向寸法Ｌ１は、回転密封環１０Ａの外周面１０ｃの軸方向寸法Ｌ３よりも長いので、ベローズ４Ａを介在させてリテーナ５Ａに回転密封環１０Ａを軸方向から圧入することで、中央部位４３ａの軸方向両端の第２部位Ｐ２及び第３部位Ｐ３を内径方向に膨出させ、これら第２部位Ｐ２及び第３部位Ｐ３によって回転密封環１０Ａを軸方向両側から狭持することができる。

また、第２延設部４３の中央部位４３ａの正面側には、第１端部位４３ｂに連なって傾斜する正面弾性傾斜面４３ｄが形成されているので、回転密封環１０Ａをリテーナ５Ａにベローズ４Ａを介して圧入時に回転密封環１０Ａがベローズ４Ａの第２延設部４３に引っ掛かることが抑制され、回転密封環１０Ａをリテーナ５Ａに圧入しやすい。

また、第２延設部４３の中央部位４３ａの背面側には、第２端部位４３ｃに連なって傾斜する背面弾性傾斜面４３ｅが形成されており、回転密封環１０Ａをリテーナ５Ａにベローズ４Ａを介して圧入時には、中央部位４３ａの背面側の部位が第２端部位４３ｃ側かつ内径側に膨出されるように変形可能であるため、ベローズ４Ａと回転密封環１０Ａとが圧接された状態が維持され、密着性を確保できる。

尚、本実施例では、回転密封環１０Ａを回転軸３に取付ける際の手順の一例として、回転密封環１０Ａ、ベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａを一体化した後、回転軸３に取付ける形態を例示したが、これに限られず、例えば、回転密封環１０Ａを回転軸３に挿通した状態で回転軸３にベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａを取付け、その後、回転密封環１０Ａを回転軸３上で動かしてベローズ４Ａ及びリテーナ５Ａの内側に軸方向から圧入してもよい。

また、ベローズ４Ａとリテーナ５Ａとが予め一体化されていてもよい。例えば、リテーナ５Ａにおける底部５２の内面５２ａと、リテーナ５Ａにおける筒部５３の内径面５３ａとにベローズ４Ａの第１延設部４２及び第２延設部４３が予め固着されていてもよい。さらに、ベローズ４Ａの第２延設部４３にリテーナ５Ａの筒部５３がインサート成型されて構成されたものであってもよい。

また、本実施例では、リテーナ５Ａの筒部５３の内側に回転密封環１０Ａが圧入される形態を例示したが、これに限られず、筒部５３の外側に回転密封環１０Ａが弾性部材を挟んだ状態で圧入されていてもよい。すなわち、筒部５３は一方の密封環を径方向から保持できるものであればよい。

また、本実施例では、回転密封環１０Ａが第１傾斜面１０ｂを有し、該第１傾斜面１０ｂにベローズ４Ａの第２部位Ｐ２が圧接して抜け止めされる形態を例示したが、これに限られず、例えば、回転密封環の外径側に環状の凹部を軸方向に２つ設け、該凹部に弾性部材の第２部位及び第３部位が圧入されることで回転密封環が軸方向に狭持された状態で保持されていてもよい。

次に、実施例２に係るメカニカルシールおよびそれに用いられる弾性部材につき、図７を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する構成の説明を省略する。

図７に示されるように、本変形例のメカニカルシール１００は、回転軸３の外周面にスリーブ８が密封状に取付けられている。このスリーブ８には、軸方向に貫通し外径側に開口する凹部８ａが周方向に複数設けられており、リテーナ５０Ａの基片部５１０から軸方向に突出する複数の突片部５１０ａが各凹部８ａに挿入されている。また、スリーブ８における正面側には、各凹部８ａに連通する環状溝８ｂが形成されている。

また、環状溝８ｂには、弾性変形可能な環状の二次シール９が配置されており、リテーナ５０Ａの基片部５１０とスリーブ８との間が密封されている。すなわち、二次シール９及びスリーブ８によりリテーナ５０Ａと回転軸３との間が密封されている。また、二次シール９が弾性変形することによりリテーナ５０Ａが回転軸３に対して軸方向に移動することが許容されている。

リテーナ５０Ａの筒部５３０の内径面５３０ａには、環状の弾性部材４０が固着されており、弾性部材４０の一部は、回転密封環１０Ａの外周面１０ｃと筒部５３０の内径面５３０ａとの間で密封状に狭圧されている。尚、以下、回転密封環１０Ａの外周面１０ｃと筒部５３０の内径面５３０ａとの間で径方向に狭圧される弾性部材４０の一部を第１部位Ｐ１０と称する。

また、第１部位Ｐ１０がリテーナ５０Ａの筒部５３０と回転密封環１０Ａの外周面１０ｃとの間で径方向に圧接されることにより、弾性部材４０が軸方向に延び、弾性部材４０における回転密封環１０Ａの外周面１０ｃよりも正面側に配置される部分、すなわち第２部位Ｐ２０が内径側に膨出するように圧縮変形されているとともに、弾性部材４０における回転密封環１０Ａの外周面１０ｃよりも背面側に配置される部分、すなわち第３部位Ｐ３０が内径側に膨出するように圧縮変形されている。また、弾性部材４０の背面側の端部は底部５２０に接触しているので、リテーナ５０Ａに弾性部材４０を介して回転密封環１０Ａが圧入されたときには、第３部位Ｐ３０が内径側に膨出するように誘導される。

この第２部位Ｐ２０は、回転密封環１０Ａの第１傾斜面１０ｂに圧接されており、第３部位Ｐ３０は回転密封環１０Ａの第２傾斜面１０ｅに圧接されている。すなわち、回転密封環１０Ａは、第２部位Ｐ２０の弾性力と第３部位Ｐ３０の弾性力とにより軸方向に狭持されている。

また、回転密封環１０Ａは、その背面１０ｄがリテーナ５０Ａの底部５２０の内面５２０ａに接触して背面側への移動が規制されている。

このように、リテーナ５０Ａと回転密封環１０Ａとの間、リテーナ５０Ａと回転軸３との間が密封されていれば、ベローズ４Ａを用いず、弾性部材４０及びリテーナ５０Ａを用いて回転密封環１０Ａを保持してもよい。尚、弾性部材４０がリテーナ５０Ａの底部５２０まで延びていなくてもよいが、弾性部材４０がリテーナ５０Ａの底部５２０まで延びていることにより第２部位Ｐ２０と第３部位Ｐ３０とを内径方向へ膨出するように誘導できるため、より好ましい。

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、回転密封環１０Ａがリテーナ５Ａにより回転軸３に対して相対回転不能および軸方向の移動が許容された状態で取付けられる形態を例示したが、これに限られず、静止密封環２０Ａがリテーナによりハウジング２に対して相対回転不能および軸方向の移動が許容された状態で取付けられ、リテーナとハウジング２との間に付勢手段が設けられている形態に適用されてもよい。

また、前記実施例では、軸方向への付勢力が小さいベローズ４Ａを用いる形態を例示したが、これに限られず、軸方向への付勢力が大きいベローズを用いてもよい。すなわち、ベローズを付勢手段としてもよい。この場合、コイルスプリング６を省略することができる。

また、前記実施例では、回転密封環１０Ａの摺動面１０ａと外周面１０ｃとの間に連なって第１傾斜面１０ｂが形成されていたが、これに限られず、例えば、第１傾斜面と摺動面の間に他の面、例えば軸方向に延びる面があっても良い。

また、前記実施例では、回転密封環１０Ａの背面１０ｄと外周面１０ｃとの間に連なって第２傾斜面１０ｅが形成されていたが、これに限られず、例えば、第２傾斜面と背面の間に他の面、例えば軸方向に延びる面があっても良い。

１ メカニカルシール
２ ハウジング
３ 回転軸
４Ａ，４Ｂ ベローズ（弾性部材）
５Ａ，５Ｂ リテーナ
６ コイルスプリング（付勢手段）
１０Ａ，１０Ｂ 回転密封環（一方の密封環）
１０ａ，１０ａ’ 摺動面
１０ｂ 第１傾斜面（正面傾斜面）
１０ｃ 外周面
１０ｅ 第２傾斜面（背面傾斜面）
１０ｆ 角部
２０Ａ，２０Ｂ 静止密封環（他方の密封環）
４０ 弾性部材
４３ 第２延設部
４３ａ 中央部位
４３ｂ 第１端部位
４３ｃ 第２端部位
４３ｄ 正面弾性傾斜面
４３ｅ 背面弾性傾斜面
５０Ａ リテーナ
５２ 底部
５３ 筒部
１００ メカニカルシール
５２０ 底部
５３０ 筒部
Ｐ１，Ｐ１０ 第１部位
Ｐ２，Ｐ２０ 第２部位
Ｐ３，Ｐ３０ 第３部位
Ｐ４ 第４部位

Claims (8)

1. ハウジングおよび回転軸に取付けられた一対の密封環と、前記一対の密封環のうち一方の密封環を他方の密封環に向けて軸方向に付勢する付勢手段と、少なくとも前記一方の密封環を弾性部材を介して保持するリテーナと、を備えるメカニカルシールであって、
   前記リテーナには前記弾性部材が介在した状態で前記一方の密封環が軸方向から圧入されており、
   前記一方の密封環は前記弾性部材の軸方向両側の正面径方向膨出部位及び背面径方向膨出部位によって軸方向に狭持されているメカニカルシール。
2. 前記一方の密封環は、その摺動面に向けて該一方の密封環の周面から連なる正面傾斜面を有しており、前記正面傾斜面に前記弾性部材の前記正面径方向膨出部位が接触している請求項１に記載のメカニカルシール。
3. 前記リテーナは、前記一方の密封環の周面と前記正面傾斜面とで構成される角部よりも前記他方の密封環側に延びている請求項２に記載のメカニカルシール。
4. 前記一方の密封環は、該一方の密封環の周面から前記他方の密封環とは反対側に向けて傾斜する背面傾斜面を有しており、該背面傾斜面に前記弾性部材の前記背面径方向膨出部位が接触している請求項１ないし３のいずれかに記載のメカニカルシール。
5. 前記リテーナは、径方向に延びる底部を有している請求項１ないし４のいずれかに記載のメカニカルシール。
6. ハウジングおよび回転軸に取付けられた一対の密封環と、前記一対の密封環のうち一方の密封環を他方の密封環に向けて軸方向に付勢する付勢手段と、少なくとも前記一方の密封環を保持するリテーナと、を備えるメカニカルシールにおいて前記一方の密封環と前記リテーナとの間に介在させる弾性部材であって、
   前記一方の密封環と前記リテーナとの間に介在させていない状態において、前記リテーナに沿って軸方向に延びる中央部位は、軸方向両端の第１端部位及び第２端部位よりも前記リテーナと径方向反対側に膨出しており、前記中央部位の軸方向寸法は、前記一方の密封環の外周面のうち前記リテーナに沿って軸方向に延びる最大径部分の軸方向寸法よりも長く形成されており、
   前記一方の密封環と前記リテーナとの間に介在させている状態において、前記一方の密封環が軸方向から圧入されることにより前記中央部位が変形して該中央部位の軸方向両側に正面径方向膨出部位及び背面径方向膨出部位が形成され、前記密封環が前記正面径方向膨出部位及び前記背面径方向膨出部位によって軸方向に狭持される弾性部材。
7. 前記中央部位は、前記一方の密封環と前記リテーナとの間に介在させていない状態において、前記第１端部位に向けて傾斜する正面弾性傾斜面を有している請求項６に記載のメカニカルシールに用いられる弾性部材。
8. 前記中央部位は、前記一方の密封環と前記リテーナとの間に介在させていない状態において、前記第２端部位に向けて傾斜する背面弾性傾斜面を有している請求項６または７に記載のメカニカルシールに用いられる弾性部材。

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