JPH0527433U - ドライコンタクトメカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 食品産業や薬品産業分野で使用する攪拌機、
ブロアー、乾燥機等の軸封に用いるドライコンタクトメ
カニカルシールに関し、プライマリーリングのノーズ部
を補強して振動によるうねりを防止するとともに、その
素材を耐クリープ性となし、密封性及び耐久性を改良し
た。 【構成】 密封流体に対して耐候性を有する合成樹脂製
で形成されたプライマリーリング（4)の摺接面(10)を備
えたノーズ部（9)の内径側と外径側の少なくとも一方側
の周囲であって全周若しくは間歇的位置にテーパー状の
補強部(11)を形成した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、無潤滑で使用するメカニカルシールの改良に係わり、更に詳しくは 食品産業や薬品産業分野で使用する攪拌機、ブロアー、乾燥機等の軸封に用いる ドライコンタクトメカニカルシールに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、攪拌機、ブロアー、乾燥機等の軸封に用いるメカニカルシールとして、 互いに摺接する摺接面を有するメーティングリングとプライマリーリングの一方 をステンレス等の金属若しくは炭化珪素等の合金又はそれらの焼結体で作製し、 他方をカーボン若しくはグラファイトの固結体で作製した耐久性、密封性に優れ たメカニカルシールが使用されてきた。このメカニカルシールは、その摺接面間 に封入流体若しくは他の潤滑剤を介在させて封入流体を密封する、いわゆるウエ ットシールを構成していた。

【０００３】 しかし、食品産業や薬品産業分野で使用する場合、製品へのシール漏れの混入 防止と、加圧潤滑システムを必要とすることから、又は加圧潤滑システムを必要 としない場合には耐逆圧用とする必要があることから、コスト高となっていた。 また、摺接面で生じる磨耗粉、特にカーボン若しくはグラファイトの固結体で作 製したリングを用いる場合には黒色磨耗粉の発生が原理的に避けられず、外観的 にも清潔さが要求される分野で従来のメカニカルシールを使用する場合、製品へ の磨耗粉及びシール漏れの二重、三重の混入防止措置が施されているのが現状で ある。

【０００４】 そこで、メーティングリングを耐候性の高いセラミックス製とし、プライマリ ーリングをＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）にガラスファイバーを添加 した素材で作製したドライコンタクト（無潤滑接触）メカニカルシールが提案さ れている。それにより、加圧潤滑システムが不用となり、磨耗粉が発生したとし ても白色若しくは無色であるので、前述の磨耗粉の問題は解決されるが、新たに 密封性が悪くなるといった問題が発生する。

【０００５】 従来のドライコンタクトメカニカルシールは、図８に示すように、ハウジング に密封固定されるセラミックス製のメーティングリング100 の摺接面101 に、回 転軸102 にＯリング103 を介在させて密封し且つ図示しない押圧手段で軸方向に 付勢したガラス充填ＰＴＦＥ製のプライマリーリング104 の摺接面105 を摺接さ せた構造のものであり、その摺接面105 は本体部106 から急峻な立上りを有する 断面四角形状のノーズ部107 の端面に形成されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

本考案者らは、従来タイプのドライコンタクトメカニカルシールのシール漏れ の原因を追求した結果、運転中の摩擦熱等による温度上昇と封入圧力とによって プライマリーリングのノーズ部がクリープ現象によって変形し、また振動によっ て径方向にうねりを生じ、その時に摺接面が開くことが主原因であり、プライマ リーリングの素材が副原因であることを見出した。そこで、本考案が前述の状況 に鑑み、解決しようとするところは、プライマリーリングのノーズ部を補強する とともに、その素材を耐クリープ性となし、密封性及び耐久性に優れたドライコ ンタクトメカニカルシールを提供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、前述の課題解決のために、ハウジングに密封固定したメーティング リングと、回転軸に軸方向可動となして密封装着し且つ押圧手段にて軸方向へ付 勢したプライマリーリングの互いの摺接面を接触させて流体を密封するドライコ ンタクトメカニカルシールにおいて、密封流体に対して耐候性を有する合成樹脂 製で形成されたプライマリーリングの摺接面を備えたノーズ部の内径側と外径側 の少なくとも一方側の周囲であって全周若しくは間歇的位置にテーパー状の補強 部を形成してなるドライコンタクトメカニカルシールを構成した。

【０００８】 ここで、前記補強部のテーパー角は、摺接面を基準として２０〜６０°に設定 することが好ましい。

【０００９】 また、前記プライマリーリングを、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン） にガラスファイバーを５〜４０重量％添加した素材で成形し、またＰＴＦＥにＰ ＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマ ー）を５〜６０重量％添加した素材で成形し、更にＰＴＦＥに、ＰＦＡを５〜６ ０重量％と、ガラスファイバーを５〜４０重量％添加した素材で成形することが より好ましい。

【００１０】

【作用】

以上の如き内容からなる本考案のドライコンタクトメカニカルシールは、プラ イマリーリングの摺接面を備えたノーズ部の内径側と外径側の少なくとも一方側 の周囲であって全周若しくは間歇的位置にテーパー状の補強部を形成したので、 ノーズ部が運転中の摩擦熱等による温度上昇及び封入圧力、更には振動とによっ て変形すること及び径方向へのうねりが発生することを抑制し、もってノーズ部 端面の摺接面とメーティングリングの摺接面とが微小な接触面積であってもシー ル漏れを最小限に抑制するものである。

【００１１】 また、補強部のテーパー角を摺接面を基準として２０〜６０°に設定すれば、 実用的な補強効果が得られる。

【００１２】 そして、プライマリーリングを、ＰＴＦＥにＰＦＡを５〜６０重量％添加した 素材で成形し、更にＰＴＦＥに、ＰＦＡを５〜６０重量％と、ガラスファイバー を５〜４０重量％添加した素材で成形すると、プライマリーリング本体の耐クリ ープ性が向上する。

【００１３】

【実施例】

次に添付図面に示した実施例に基づき更に本考案の詳細を説明する。

【００１４】 図１は、本考案のドライコンタクトメカニカルシールの代表的実施例を示し、 図中１は攪拌機、ブロアー、乾燥機等のハウジング、２は該ハウジング１の開放 端を貫通する回転軸、３はハウジング１に装着されるメーティングリング、４は 回転軸２に装着されるプライマリーリングをそれぞれ示し、Ａは高圧（シール圧 ）側、Ｂは大気圧（低圧）側を示している。

【００１５】 前記メーティングリング３は、セラミックス製で中空環状に成形され、一側面 を鏡面仕上げして摺接面５を形成し、周囲のフランジ部６をハウジング１にＯリ ング７を介在させて密封固定している。前記回転軸２は、このメーティングリン グ３に貫通状態で設けられている。

【００１６】 前記プライマリーリング４の素材として、密封流体に対して耐候性（耐熱性、 耐食性、耐湿性等）を有するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）にガラス ファイバーを５〜４０重量％添加した素材、更に好ましくはＰＴＦＥに、ＰＦＡ （テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー） を５〜６０重量％添加した素材、若しくはＰＴＦＥに、ＰＦＡを５〜６０重量％ と、ガラスファイバーを５〜４０重量％添加したものが、使用条件によっては使 用可能である。更に好ましくは、ＰＴＦＥにガラスファイバーを２０〜２５重量 ％添加した素材、更に好ましくはＰＴＦＥに、ＰＦＡを１０〜２０重量％添加し た素材、若しくはＰＴＦＥに、ＰＦＡを１０〜２０重量％と、ガラスファイバー を２０〜２５重量％添加したものである。

【００１７】 そして、プライマリーリング４は、図２及び図３に示すように中空環状に成形 し、本体部８の端部であって前記メーティングリング３と対面する側にノーズ部 ９を一体的に突設し、該ノーズ部９の端面に前記摺接面５と接触する摺接面10を 形成している。そして、該ノーズ部９の内径側と外径側にはテーパー状の補強部 11を形成し、運転中の摩擦熱等による温度上昇と封入圧力とによって該ノーズ部 ９が変形しないように強度を高めている。ここで、本実施例では図３に示すよう にノーズ部９の外径側に形成した補強部11の摺接面10を基準としたテーパー角θ ₁ は、約４５°に設定し、内径側に形成した補強部11の同様なテーパー角θ₂ は 、約３０°に設定しているが、該テーパー角θ₁ ，θ₂ は、２０〜６０°の範囲 内で設定すればその補強効果が期待できる。ここで、テーパー角が２０°より小 さいとノーズ部９の底部の巾が広くなり過ぎるとともに、ノーズ部９の磨耗によ りドライシールとしての摺接面10の磨耗代の面積が極端に変わるため、摺接面間 での密封流体の圧力バランスが悪くなり、また６０°より大きいと無視できない 程度のクリープや振動等の発生により従来のものに対する顕著な効果がなくなる 。また、ノーズ部９の高さｈと摺接面10の巾の関係は特に限定されないが、実用 上は１対１程度に設定する。尚、このプライマリーリング４の基本素材としては 、ポリアセタール、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフ ェニレンスルファイド）等も使用可能である。

【００１８】 更に詳しくは、前記回転軸２に同軸外挿した固定スリーブ12をビス等の止め金 13にて固定し、該固定スリーブ12にはリテーナー14を外挿固定し、そして前記プ ライマリーリング４の本体部８を回転軸２とリテーナー14及び固定スリーブ12で 形成される空間内に軸方向可動に装着している。また、リテーナー14の内部に一 端を係着した複数のコイルばね等の弾性部材からなる押圧手段15の他端を環状の 座金16を介してプライマリーリング４の本体部８基端に関係づけ、該プライマリ ーリング４をメーティングリング３の方向へ弾性付勢して、両摺接面５，10が互 いに接近する方向へ常時１〜２ｋｇ／ｃｍ² の面圧が作用するようになしている 。また、プライマリーリング４を回転軸２に対して軸方向可動に密封するために 、プライマリーリング４の本体部８内径部に形成した凹所17内であって本体部８ と回転軸２間にＯリング18を介装するとともに、該Ｏリング18と固定スリーブ12 の端面間には、該Ｏリング18のはみ出し防止と金属製スリーブと封入ガスとをあ まり触れさせないために、ガラス充填ＰＴＦＥ製のバックアップリング19を装着 している。

【００１９】 ここで、図２及び図３に示したプライマリーリング４の外周の円弧状の多数の 凹部20，…は、前記リテーナー14の図示しない突部に係合して、該プライマリー リング４を回転軸２と同時に回転させるために設けたものである。本実施例では 、メーティングリング３をハウジング１に固定し、プライマリーリング４を回転 軸２と共に回転する構造のドライコンタクトメカニカルシールを例示したが、こ の逆の関係、即ちメーティングリング３を回転軸２と共に回転させ、プライマリ ーリング４をハウジング１に回転不能に装着する構造のものも同様に適用できる 。

【００２０】 更に、前記ノーズ部９の形状の例を図４に基づき説明する。便宜上、図面の左 側をプライマリーリング４の外径側、右側を内径側として説明し、また本体部８ の形状、特に内径側における形状は図３に示したものと相違するが、ここでは問 題としていないので外径側と同じように平坦を設けて示している。 (a) は、外径側と内径側の両側にテーパー状の補強部11，11を形成したもので ある。 (b) は、(a) と略同じであるが、内径側の補強部11の高さを外径側より低く設 定したものである。 (c) は、外径側と内径側の両側に補強部11，11を設けるが、摺接面10から垂直 にノーズ部９の高さの約１／３立下がった位置からテーパー状に補強部11，11を 形成したものである。 (d) は、外径側と内径側の両側に補強部11，11を設けるが、ノーズ部９の高さ の約１／２の上部（先端部）にテーパー状の補強部11，11を形成し、その下部の 約１／２を垂直に立下げたものである。 (e) は、外径側にのみ傾斜した補強部11を形成し、内径側を垂直に立上げたも のである。 (f) は、外径側に傾斜した補強部11を形成し、内径側に摺接面10から垂直にノ ーズ部９の高さの約１／２立下がった位置から傾斜した補強部11を形成したもの である。 これらの例において、対称でない(b) ，(e) 及び(f) は外径側と内径側を逆に することも可能である。また、(c) と(d) を組合せた形状、即ちノーズ部９の先 端部と基部にテーパー状の補強部11を形成したものも可能である。

【００２１】 また、補強部11を形成する位置を図５に基づいて説明する。図５はプライマリ ーリング４のノーズ部９のみを平面で示したものであり、補強部11の位置は格子 状の斜線で示している。 (a) は、ノーズ部９の外径側と内径側の両側全周に補強部11，11を形成したも のである。 (b) は、ノーズ部９の外径側に沿って間歇的に同一間隔で補強部11を形成し、 該補強部11の存在しない位置と対応する内径側に補強部11を形成したものである 。 (c) は、ノーズ部９の外径側と内径側の対応する位置であって周囲に間歇的に 同一間隔で補強部11，11を形成したものである。

【００２２】 以上の例の内で最も好ましいのは、図４(a) に示したように摺接面10の両側に テーパー状の補強部11，11を形成し、それを図５(a) に示したように全周に形成 したものである。

【００２３】 次に、本考案のドライコンタクトメカニカルシール（考案品：テーパー角θ₁ ＝４５°、θ₂ ＝３０°）と、図８に示した従来タイプのドライコンタクトメカ ニカルシール（従来品）とのガスシール漏れ比較試験の結果を表１に示す。この 試験に使用するドライコンタクトメカニカルシールのサイズは５．５インチ（１ ３９．７ｍｍ）で、試験条件は何れも同じであり、押圧手段15としてのコイルば ね２０本、封入圧力２ｋｇ／ｃｍ² 、缶内温度１３０℃、回転数９９ｒｐｍ、無 冷却としている。

【００２４】

【表１】

【００２５】 この結果、考案品の単位時間当たりのガス漏れ量の最大値は、従来品のそれの 約１／１０に減少し、考案品の単位時間当たりのガス漏れ量の最小値に至っては 、従来品のそれの約１／４０以下に減少し、考案品の優れたシール漏れ防止効果 を証明するものである。

【００２６】 図３に示した断面形状のプライマリーリング４は、運転中の熱と封入圧力とに よってノーズ部９が開く傾向にある。即ち、メーティングリング３の摺接面５と プライマリーリング４の摺接面10を平行に設定していても、運転中はプライマリ ーリング４の摺接面10の内径側の一部のみが摺接するようになり、接触面積は減 少する。そのため、運転中のノーズ部９の開き及び摺接面10の回転角度を予測し 、図６に示すように予めその回転角度に相当する傾斜角度αを持たせて摺接面10 を形成することも、運転中のシール漏れの防止には有効である。

【００２７】 また、図７に示したものは、プライマリーリング４のノーズ部９が運転中に開 いても、常に一様な摺接面５との接触面積を確保するため摺接面10を円弧状に形 成したものである。この場合、シール漏れの優れた防止効果は期待できないが、 停止時と運転中のシール漏れを略一定にすることができ、運転条件が変化しても 漏れ量を予測でき、予測不可能なシール漏れが生じないので信頼性の向上が図れ る。

【００２８】

【考案の効果】

以上にしてなる本考案のドライコンタクトメカニカルシールによれば、ハウジ ングに密封固定したメーティングリングと、回転軸に軸方向可動となして密封装 着し且つ押圧手段にて軸方向へ付勢したプライマリーリングの互いの摺接面を接 触させて流体を密封するドライコンタクトメカニカルシールにおいて、密封流体 に対して耐候性を有する合成樹脂製で形成されたプライマリーリングの摺接面を 備えたノーズ部の内径側と外径側の少なくとも一方側の周囲であって全周若しく は間歇的位置にテーパー状の補強部を形成してなるので、ノーズ部が運転中の摩 擦熱等による温度上昇及び封入圧力とによって変形することを抑制するとともに 、ノーズ部の浸透によるうねりの発生を最小限に抑制し、もってノーズ部端面の 摺接面とメーティングリングの摺接面の確実な摺接によってシール漏れを最小限 に抑制することができる。

【００２９】 また、補強部のテーパー角を摺接面を基準として２０〜６０°に設定すれば、 実用的な補強効果が得られ、シール漏れ防止に寄与する。

【００３０】 更に、プライマリーリングを、ＰＴＦＥにＰＦＡを５〜６０重量％添加した素 材で成形し、更にＰＴＦＥに、ＰＦＡを５〜６０重量％と、ガラスファイバーを ５〜４０重量％添加した素材で成形すると、プライマリーリング本体の耐クリー プ性が向上して、ノーズ部の開きを抑制する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のドライコンタクトメカニカルシールの
要部断面図

【図２】プライマリーリングの平面図

【図３】プライマリーリングの断面図

【図４】ノーズ部の部分断面図であり、(a) 〜(f) はそ
の補強部の位置及び形状を変化させた例を示す断面図

【図５】ノーズ部の平面図であり、(a) 〜(c) はノーズ
部の外径側と内径側に形成する補強部の位置を変化させ
た例を示す平面図

【図６】ノーズ部の他の実施例を示すプライマリーリン
グの部分断面図

【図７】ノーズ部の更に他の実施例を示すプライマリー
リングの部分断面図

【図８】従来例を示す要部の断面図

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 回転軸 ３ メーティングリング ４ プライマリー
リング ５ 摺接面 ６ フランジ部 ７ Ｏリング ８ 本体部 ９ ノーズ部 10 摺接面 11 補強部 12 固定スリーブ 13 止め金 14 リテーナー 15 押圧手段 16 座金 17 凹所 18 Ｏリング 19 バックアップリング 20 凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 里内 剛 滋賀県栗太郡栗東町大字上砥山2222番地 日本ジヨン・クレーン株式会社内

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに密封固定したメーティング
   リングと、回転軸に軸方向可動となして密封装着し且つ
   押圧手段にて軸方向へ付勢したプライマリーリングの互
   いの摺接面を接触させて流体を密封するドライコンタク
   トメカニカルシールにおいて、密封流体に対して耐候性
   を有する合成樹脂製で形成されたプライマリーリングの
   摺接面を備えたノーズ部の内径側と外径側の少なくとも
   一方側の周囲であって全周若しくは間歇的位置にテーパ
   ー状の補強部を形成したことを特徴とするドライコンタ
   クトメカニカルシール。
2. 【請求項２】 前記補強部のテーパー角を摺接面を基準
   として２０〜６０°に設定してなる請求項１記載のドラ
   イコンタクトメカニカルシール。
3. 【請求項３】 前記プライマリーリングを、ＰＴＦＥ
   （ポリテトラフルオロエチレン）にガラスファイバーを
   ５〜４０重量％添加した素材で成形してなる請求項１又
   は２記載のドライコンタクトメカニカルシール。
4. 【請求項４】 前記プライマリーリングを、ＰＴＦＥ
   （ポリテトラフルオロエチレン）にＰＦＡ（テトラフル
   オロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテルコ
   ポリマー）を５〜６０重量％添加した素材で成形してな
   る請求項１又は２記載のドライコンタクトメカニカルシ
   ール。
5. 【請求項５】 前記プライマリーリングを、ＰＴＦＥ
   （ポリテトラフルオロエチレン）に、ＰＦＡ（テトラフ
   ルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル
   コポリマー）を５〜６０重量％と、ガラスファイバーを
   ５〜４０重量％添加した素材で成形してなる請求項１又
   は２記載のドライコンタクトメカニカルシール。