JPH01238774A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はメカニカルシールに係り、特に装置への装着時
における自由度を拡大して、着脱作業及び各種調整作業
を容易にすることができるものに関する。

（従来の技術） 第８図を参照して従来例を説明する。第８図はメカニカ
ルシールの構成を示す断面図であり、図中符号１は図示
しない装置ケーシングの一端側開口を閉塞するフランジ
である。上記装置ケーシング及びフランジ１により形成
された室内にはシャフト２が回転可能に収容されており
、このシャフトは図中右方向に位置する図示しない軸受
装置により軸支されている。上記シャフト２のフランジ
１の貫通部にはメカニカルシール３が装着されており、
このメカニカルシール３により軸封をなしている。

上記メカニカルシール３は次のような構成をなしている
。図中符号４は固定環としてのグランド充填部材であり
、このグランド充填部材４には回転環としての漏れ止め
リング５が対置されている。

これらグランド充填部材４及び漏れ止めリング５は上記
シャフト２に直交する摺動面（図中符号ａで示す）で相
対的に回転運動しながら接触状態を保ち、それによって
ケーシング内の流体１０の外部への漏洩を防止している
。

上記漏れ止めリング５には圧縮リング６が係止部６ａを
介して係止されており、又この圧縮リング６は圧縮スプ
リング７及びピン８を介して駆動リング９に連結されて
いる。漏れ止めリング５は上記圧縮スプリング７によっ
て前記グランド充填部材４方向に付勢されており、それ
によって前記摺動面ａに隙間が発生してケーシング１内
の流体１０が外部に流出することを防止している。又、
図中符号１１及び１２はシールリングであり、これらシ
ールリング１１及び１２によって嵌合部を介しての外部
への漏洩を防止している。

ところで、上記構成をなすメカニカルシール３を装置（
装置としては例えばスターリングエンジンのクランクシ
ャフト等がある）に装着する場合には、摺動面ａに負荷
される圧縮スプリング７によるスプリング荷重を適正に
管理する必要があり、仮に該スプリング荷重が大き過ぎ
る場合には漏れ止めリング５とグランド充填部材４との
間の摩擦損失か増大して次のような問題が発生してしま
う。

■装置の効率が低下する。

■摩擦損失の増大により発熱して、流体１０が劣化して
しまう。

■摺動面ａにおける摩耗により漏洩が発生したり、或い
はメカニカルシール３の健全性が損われてその寿命を短
縮させる。

逆にスプリング荷重か小さ過ぎる場合には、摺動面ａに
隙間が発生してシール性能が損われてしまうという問題
がある。このようにスプリング荷重を適正に管理するこ
とはメカニカルシール３によるシール性能の維持、メカ
ニカルシール３を装着した装置の効率の向上、及び装置
の健全性を維持する上で極めて重要な意味をもつもので
ある。

上記スプリング力を適正に保持するためには、メカニカ
ルシール３の軸方向の全長（第８図中符号して示す）を
適正に保持する必要がある。すなわち該全長（Ｌ）が長
過ぎる場合にはスプリング荷重が小さ過ぎることになり
、逆に全長（Ｌ）が短か過ぎる場合にはスプリング荷重
が大き過ぎることになるからである。上記全長（Ｌ）を
適正に保持する手段としては次のようなものがある。

■駆動リング９にスペーサ１３を取付けて、このスペー
サ１３の厚さによって全長（Ｌ）を調整する。

■ケーシングを閉塞しているフランジ１の位置で全長（
Ｌ）を調整する。

■駆動リング９の位置を図示しない治具により調整する
。これは上記■及び■による方法が不可能な場合に効果
的である。

■シャフト２回りの部品の寸法精度を高めることにより
高い精度で組立てる。

しかしながら上記各方法によると、別途調整用の部材が
必要であったり、あるいは別途調整用の加工が必要とさ
れ、さらに組立、及び加工作業が困難であってそれに長
時間を要してしまい、又保守・点検も困難であるという
問題があった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の構成にあっては、メカニカルシールの
全長を調整しそれによってスプリング荷重を適正に保持
する為の作業が困難であり、それに多大な労力を要して
しまうという問題があり、本発明はこのような点に基づ
いてなされたものでその目的とするところは、そのよう
な困難な調整作業を要することなくスプリング荷重を適
正に保持し得るメカニカルシールを提供することにある
。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するべく、本願発明によるメカニカルシ
ール装置は、軸封部に装着された固定環と、この固定環
に当接せられた回転環と、これら固定環及び回転環を適
当なスプリング力によって圧接させる圧縮スプリング機
構とを備えたメカニカルシールにおいて、上記圧縮スプ
リング機構は、複数の圧縮スプリングを直列に複数連装
置したことを特徴とするものである。

（作用） 圧縮スプリング機構は複数の圧縮スプリングを直列に複
数連装置してなるものであり、それによって押付は荷重
の増加を抑制しつつスプリング定数を小さくするもので
ある。押付は荷重の増加を抑制しながらスプリング定数
を小さくすれば、押付は荷重の設定範囲に対するメカニ
カルシール装着時における許容範囲、つまり自由度を高
くすることができる。したかって従来のように困難な作
業によりメカニカルシールの全長を所定範囲内に収める
必要はなく、広い許容範囲内で容易に取付けることがで
きる、 上記圧縮スプリング機構は複数の圧縮スプリングを直列
装置したものであり、よって二連直列であっても二連直
列であってもさらにそれ以上であってもよい。実施例で
は二連直列の場合を代表的な例として示す。尚、仮に二
連直列とした場合には介在する部材を１つ多く必要とす
る。

又、複数連直列装置される各圧縮スプリングのスプリン
グ定数は全て同じである必要はなく、あるもののスプリ
ング定数を他のもののスプリング定数より小さく　（例
えば１２とするような構成でもよい。実施例ではその両
方の場合を説明する。

さらに、圧縮スプリング機構を回転環側に設けるか、あ
るいは固定環側に設けるかは任意であり、要は固定環及
び回転環を適当なスプリング荷重で相互に圧接できるも
のであればよい。実施例では回転環側に圧縮スプリング
機構を設けたものを示す。

（実施例） 以下第１図乃至第５図を参照して本発明の第１の実施例
を説明する。尚、従来と同一部分には同一符号を付して
示しその説明は省略する。まず本実施例による圧縮スプ
リング機構は第１図及び第２図に示すように２つの圧縮
スプリング１０１及び１０２を直列に２連装置したもの
である。

一方のスプリング１０１は漏れ止めリング５と圧縮リン
グ６との間に装置されており、又もう一方のスプリング
１０２は圧縮リング６と駆動リング９との間に装着され
ている。つまり圧縮リング６を介して２つの圧縮スプリ
ング１０１及び１０２が直列に装置されている。そして
圧縮スプリング１０２の方を予め設定荷重に近い値まで
予圧しておきピンにより固定しておく。次に組立てるこ
とにより圧縮スプリング１０１が設定荷重以上に圧縮さ
れ、その結果圧縮スプリング１０１及び１０２とか直列
状態で圧縮されるとになる。かかる構成とすることによ
りスプリング定数が小さくなり、それによって設定荷重
近傍にあっては荷重に対する撓み量を大きくとることが
可能となり、メカニカルシール装着許容範囲を緩和させ
ることができる。

ここで上記スプリング定数についてさらに詳細に説明す
る。まず従来構成の場合の圧縮スプリングの撓み量と押
付は荷重との関係は次の式（１）％式％ にニスプリング定数（ｋｇｆ／ｍｍ） Ｌ、撓み量（ｍｍ　） これを図で示すと第３図のようになる。尚、第３図乃至
第５図は横軸に撓み量をとり、縦軸に荷重をとってその
関係を示したものである。上記第３図に示すように撓み
量かΔｌだけ大きくなると、荷重はΔＷだけ増加する。

これに対して本実施例の場合には第４図に示すようにな
る。この場合の関係を次の式■に示す。

Ｗ−（ｋ／　２）　　Ｘ　Ｌ　　（ｋｇｆ　／＋ｎｕ）
　　−（ＩＩ）そしてこの場合には、たわみ量がΔノだ
け大きくなっても荷重は１２ΔＷだけ増加するだけであ
る。

すなわち、荷重の許容設定範囲がΔＷとした場合、撓み
量としては２Δｌだけ許容できることになる。

したがってそれだけメカニカルシール３としての、装着
自由度が増大することになる。

ここでスプリングが一連の場合の荷重設定範囲をΔＷと
し、この時の許容撓み量Δノを０．５ｍｍと仮定すると
、二連の場合の撓み量は１．Ｏｉｉ＋ｍとなる。

因みに、この撓み量は各種流体機械の組立精度から判断
するに、スペーサ、治具を使用せず、又部品の追加工を
行なわずに、鍔１０３を設けるだけで組立を行なうこと
が可能な量である。

次に本実施例による組立時のスプリング押付は荷重の変
化を第５図に示す。この第５図に示すように、圧縮スプ
リング１０２の予圧荷重Ｗ。までは圧縮スプリング１０
１のスプリング定数に比例して押付は荷重が増加するが
、それ以降は圧縮スプリング１０１．１０２を二連直列
で圧縮することになり、その結果スプリング定数が小さ
くなる。

すなわち、撓みに対して押付は荷重の増加が小さくなり
、それによってメカニカルシール３の設定範囲を拡大さ
せることかできる。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。

まず押付は荷重の増大を抑制しつつスプリング定数を小
さくすることができ、それによってメカニカルシール装
着時における自由度を拡大して、着脱作業の容易化を図
ることができる。したがって従来のようにスプリング荷
重を適正に保持するためにメカニカルシール３の全長を
所定範囲内に収める為に困難な作業を強いられたり、或
いは他の調整用部材あるいは別途調整用加工を要するこ
ともなく、簡単な作業で所望のスプリング荷重状態を提
供することができる。

又、本実施例の場合には２つの圧縮スプリング１０１及
び１０２を直列に装置するという極めて簡単な構成によ
り所望の効果を得ることができるので、構成か簡単であ
ることはもとより、既設のものに対しも容易に適用する
ことがきる。

次に第２の実施例を説明する。この実施例は前記第１の
実施例における２つの圧縮スプリング１０１及び１０２
の内一方の圧縮スプリング１０１のばね定数を他方の半
分としたものである。

この場合の関係は次の式■に示すものとなる。

Ｗ＝　（ｋ／　３）　Ｘ　Ｌ　（ｋｇ　ｆ　／ｍｍ）　
−（ＩＩＩ）つまり第６図にも示すように撓み量として
は３Δノだけ許容できることになり、これによってメカ
ニカルシール装着時の自由度か前記第１の実施例の場合
以上にさらに増大することになる。

ここでスプリングが一連の場合の荷重設定範囲をΔＷと
し、この時の許容撓み量Δノを０．５ｍｍと仮定すると
、二連の一方を他方のスプリング定数の半分とすると、
その撓み量は１．５ｍｍとなり、この場合にも前記第１
実施例の場合と同様に各種流体機械の組立精度から判断
して、スペーサ、治具を使用せず、又部品の追加工を行
なわずに、鍔１０３を設けるだけで組立を行なうことが
可能な量である。

次に第７図を参照して第３の実施例を説明する。

この実施例は２つの圧縮スプリング１０１及び１０２を
同心に装置したものであり、その他の構成は前記第１の
実施例の場合と同様である。この場合には前記第１の実
施例の場合と同様の効果を奏することができるのはもと
より、スプリング荷重を平均的に作用させることができ
る。

尚、既に述べたことてはあるが、本発明はこれら実施例
に限定されるものではなく、例えば圧縮スプリング機構
は二連直列に限定されず、二連直列あるいはそれ以上で
あってもよい。又、各圧縮スプリングのスプリング定数
についても任意のスプリング定数のものの組合わせが考
えられる。さらに圧縮スプリング機構を固定環側に設け
る構成も考えられる。

［発明の効果コ 以上詳述したように本発明によるメカニカルシールによ
ると、メカニカルシール装着時における自由度を拡大す
ることかでき、よって装着か容易となり、従来のように
スプリング荷重を適正に保持するたに困難な作業を必要
としたり、その他の調整用部材あるいは調整用加工を要
することもない等多大な効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の第１の実施例を示す図で、
第１図はメカニカルシールを装着した装置の一部を示す
断面図、第２図は第１図の■−■断面図、第３図及び第
４図は圧縮スプリング機構の特性を説明する図、第５図
は作用を説明するための特性図、第６図は第２の実施例
による圧縮スプリング機構の特性を説明するための図、
第７図は第３の実施例によるメカニカルシールを装置に
装着した状態を示す断面図、第８図は従来のメカニカル
シールを装置に装着した状態を示す断面図である。 １・・・フランジ、２・・・シャフト、３・・メカニカ
ルシール、４・・・グランド充填部材（固定環）、５・
・・漏れ止めリング（回転環）、６・・・圧縮リング、
９・・・駆動リング、１０１，１０２・・・圧縮スプリ
ング。 域　７　図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軸封部に装着された固定環と、この固定環に当接せられ
   た回転環と、これら固定環及び回転環を適当なスプリン
   グ力によって圧接させる圧縮スプリング機構とを備えた
   メカニカルシールにおいて、上記圧縮スプリング機構は
   、複数の圧縮スプリングを直列に複数連装置したもので
   あることを特徴とするメカニカルシール。