JPH08226548A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 密封端面の接面圧力を強制的に高め、密封性
を向上したメカニカルシールを提供する。 【構成】 攪拌機１の回転軸２に固定した回転環３と、
回転軸２の外側に配置された筒状環９と、筒状環９の外
周に固定したリテーナ１０と固定板１１とにより形成し
た断面略矩形の取付溝１９と、その外周部２３を攪拌機
１に固定する一方、その内周部２１を取付溝１９に固定
したダイアフラム２０と、筒状環９を回転環３側に付勢
するコイルバネ３９と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機器本体の内部よりも
外部の方が高圧となるような各種の産業用機器、例えば
攪拌機等に用いられるメカニカルシールに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来（例えば実公昭５７−２３７
３７号）のメカニカルシール１００を示す側面半断面図
である。機器本体１０１の内部Ａから外部Ｂに亘って回
転軸１０２を配置してあり、回転軸１０２における外部
Ｂ側には回転環１０３を装着してある。

【０００３】回転環１０３は第一端面１０４を有し、止
めボルト１０５により回転軸１０２へと固定してある。
また、回転環１０３の内周側にはＯリング１０６を装着
してある。回転軸１０２の外側における回転環１０３よ
りも内部Ａ側には固定環１０７を設けてあり、固定環１
０７は第二端面１０８を有する。

【０００４】１０９は環状のダイアフラムであり、ダイ
アフラム１０９の内周部１１０は固定環１０７の外周に
装着してある一方、ダイアフラム１０９の外周部１１１
は機器本体１０１の側面に当接してある。そして、外周
部１１１を環状のプレート１１２と機器本体１０１とで
挟み、ボルト１１３により締め付け固定している。

【０００５】上記メカニカルシール１００は、回転軸１
０２の回転中は内部Ａが外部Ｂよりも高圧となるため、
内部Ａの圧力でダイアフラム１０９が弾性変形して固定
環１０７が回転環１０３側に押圧され、第一端面１０４
と第二端面１０８とが所定の接面圧力で当接して密封端
面Ｃを形成し、流体の密封を行う。

【０００６】また、ダイアフラム１０９は固定環１０７
及び機器本体１０１に密着して密着部位の密封を行って
いる。一方、回転軸１０２の振れ等が発生した場合は、
ダイアフラム１０９の弾性変形により固定環１０７がこ
の振れに追従して径方向に移動し、密封端面Ｃの密封性
を維持する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のメカニカルシー
ル１００を、内部Ａが低圧（例えば真空）で外部Ｂが高
圧（例えば大気圧）となるような機器本体１０１にその
まま用いると、ダイアフラム１０９が内部Ａ側へ押圧さ
れて固定環１０７が回転環１０３から離れ、密封端面Ｃ
の密封性が失われる。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、機器本体の内部よりも外部の方が高圧となった場合
でも密封端面の接面圧力を確保することのできるメカニ
カルシールを提供することを目的としている。

【０００９】また、他の目的は密封端面の接面圧力を調
節することのできるメカニカルシールを提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に係る発明は、機器本体の回転軸に固定した回
転環と、前記回転軸の外側における前記回転環よりも前
記機器本体の内部寄りの位置に設けた固定環とを有し、
前記回転環には第一端面を設け、前記固定環には前記第
一端面に当接して密封端面を形成する第二端面を設け、
前記回転軸の外側に、その外周部を前記機器本体に固定
する一方、その内周部を前記固定環に装着した環状のダ
イアフラムを設けたメカニカルシールにおいて、前記機
器本体に設けられ、かつ、前記固定環を前記回転環側に
付勢する弾性力を備えた弾性手段と、前記固定環に設け
られ、かつ、前記ダイアフラムの内周部における前記機
器本体の内部側の側面に当接する固定部材と、を有す
る。

【００１１】請求項２に係る発明は、前記弾性手段の近
傍に、この弾性手段の弾性力を調節する調節手段を設け
た。

【００１２】

【作用】請求項１に係る発明は、弾性手段が固定環を回
転環側に付勢して密封端面の接面圧力を強制的に高めて
いる。

【００１３】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明と同様の作用がある他、調節手段により弾性手段の弾
性力を調節すれば、機器本体の内部と外部との圧力差に
応じて密封端面の接面圧力を調節できる。

【００１４】

【実施例】

（第一実施例）図１はメカニカルシールＥの構成を示す
側面半断面図、図２はメカニカルシールＥの正面半断面
図である。機器本体、例えば攪拌機１には内部Ｆから外
部Ｇに亘って回転軸２を配置してある。回転軸２におけ
る内部Ｆ側には攪拌羽根（図示せず）を設けてある。

【００１５】回転軸２における外部Ｇ側には金属（合
金）等からなる回転環３を取り付けてある。回転環３に
はネジ穴４を複数形成してあり、ネジ穴４にねじ込んだ
止めボルト５により回転環３を回転軸２に固定してい
る。

【００１６】また、回転環３の内周には回転軸２の外周
面との間を流体密に維持するためのＯリング６を装着し
てあり、回転環３における内部Ｆ側には全周に亘って回
転軸２の軸心Ｈと直交する第一端面７を形成してある。

【００１７】回転軸２の外側における回転環３よりも内
部Ｆ側の位置には、径方向及び軸心Ｈ方向に移動自在な
固定環８を設けてある。固定環８はカーボンや充填材入
りフッ素樹脂等から構成した筒状環９と、金属で構成し
た環状のリテーナ１０と、金属で構成した環状の固定板
（固定部材）１１とに分割してある。筒状環９の内径及
びリテーナ１０の内径及び固定板１１の内径は、回転軸
２の外径よりも大きく設定してある。

【００１８】筒状環９における外部Ｇ側には第二端面１
２を設けてあり、第一端面７と第二端面１２とが当接し
て密封端面Ｊを形成している。筒状環９における内部Ｆ
側には円周方向に沿って所定間隔おきに係止溝１３を複
数設けてある。

【００１９】筒状環９はリテーナ１０の内周に取付けて
あり、筒状環９とリテーナ１０との間にはＯリング１４
を装着してある。リテーナ１０における外部Ｇ側には、
円周方向に沿って所定間隔おきにネジ穴１５を複数設け
てあり、リテーナ１０における内部Ｆ側には、円周方向
に沿って所定間隔おきにネジ穴１６を複数設けてある。

【００２０】前記固定板１１はリテーナ１０の内部Ｆ側
に当接してあり、円周方向に沿って穴１７を複数形成し
てある。係止溝１３とネジ穴１６と穴１７の円周方向の
配置間隔、及び径方向の配置位置は一致している。

【００２１】内部Ｆ側から穴１７を介してネジ穴１６へ
ボルト１８をねじ込んで締め付けることにより、固定板
１１とリテーナ１０とを固定している。ボルト１８の先
端は係止溝１３内に位置し、ボルト１８の先端と筒状環
９とが係止することで筒状環９とリテーナ１０との相対
回転を規制している。こうして固定したリテーナ１０と
固定板１１とにより、円周方向に沿って断面略矩形の取
付溝１９を形成している。

【００２２】そして、リテーナ１０の外周側には環状の
ダイアフラム２０を配置してある。ダイアフラムの材質
としては、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シ
リコンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。ダイアフラム
２０の外径は攪拌機１の軸穴１Ａの内径よりも大きく設
定してある。

【００２３】ダイアフラム２０は取付溝１９に固定した
断面略方形の内周部２１と、内周部２１の外周に一体的
に接続されて外部Ｇ側へ円弧状に湾曲した湾曲部２２
と、湾曲部２２の外周に一体的に接続されて径方向に直
線状に伸びた外周部２３とを有する。

【００２４】内周部２１には金属製または合成樹脂製の
補強環２４を埋め込んで内周部２１の強度を高め、取付
溝１９内への固定を確実なものとしている。なお、内周
部２１と取付溝１９とを接着剤により接着しておけば一
層固定強度が高まる効果がある。また、外周部２３には
円周方向に沿って所定間隔おきに穴２５を複数設けてあ
り、外周部２３を攪拌機１の外側面と環状の固定プレー
ト２６とにより挟み付けてある。

【００２５】固定プレート２６の外径は軸穴１Ａの外径
よりも大きく設定してあり、複数の穴２５に対応する位
置に穴２７を複数設けてある。そして、穴２７、穴２５
を介して差し込んだボルト２８を攪拌機１のネジ穴２９
にねじ込んで締め付け、ダイアフラム２０の外周部２３
を固定している。

【００２６】固定プレート２６には内向きフランジ３０
を一体的に設けてあり、内向きフランジ３０にはネジ穴
１５に対応する位置に円周方向に沿って穴３１を複数設
けてある。内向きフランジ３０の外部Ｇ側には、穴３１
に対応して複数のガイドピン３２を設けてある。複数の
ガイドピン３２は小径軸３３と大径軸３４とを有し、小
径軸３３の先端側には雄ねじ３５を形成してある。

【００２７】小径軸３３の外径は穴３１の内径よりも小
さく設定してあり、小径軸３３は穴３１内へ径方向及び
軸方向に移動自在に挿入してある。そして、雄ねじ３５
をネジ穴１５にねじ込んで複数のガイドピン３２をリテ
ーナ１０に固定している。

【００２８】また、大径軸３４の他端側にはネジ軸３６
を設けてあり、ネジ軸３６の外径は大径軸３４の外径よ
りも小さく設定してある。複数のガイドピン３２のネジ
軸３６は一体成形された環状のコイルバネ押さえ３７の
穴（図示せず）へ挿入してあり、ネジ軸３６へナット３
８を取り付けることによりコイルバネ押さえ３７を固定
している。この結果、複数のガイドピン３２がコイルバ
ネ押さえ３７で連結されている。なお、コイルバネ押さ
え３７の内径は回転環３の外径よりも大きく設定してあ
る。

【００２９】ガイドピン３２にはコイルバネ（圧縮バ
ネ）３９を装着してあり、コイルバネ３９の一端側は内
向きフランジ３０に当接し、他端側はコイルバネ押さえ
３７に当接している。従って、コイルバネ３９の弾性力
はガイドピン３２及びリテーナ１０を介して筒状環９に
伝達され、筒状環９を回転環３側に押圧している。

【００３０】そして、上記ガイドピン３２、コイルバネ
押さえ３７、ナット３８により調節手段を構成してお
り、ナット３８の締め付け量を変えることで内向きフラ
ンジ３０とコイルバネ押さえ３７との間隔を調整し、ガ
イドピン３２に伝達される弾性力を調節できるようにな
っている。

【００３１】上記構成のメカニカルシールＥは装着した
時点でコイルバネ３９の弾性力がガイドピン３２及びリ
テーナ１０を介して筒状環９に伝達され、筒状環９を回
転環３側に押圧して第一端面７と第二端面１２とが当接
し、密封端面Ｊの接面圧力が強制的に高められている。

【００３２】このため、攪拌機１が作動して回転軸２が
回転して内部Ｆが低圧（真空）で外部Ｇが高圧（大気
圧）となり、外部Ｇから大気圧がダイアフラム２０に加
わったとしても、リテーナ１０及び筒状環９は内部Ｆ側
に移動することなく密封端面Ｊの接面圧力が維持され、
密封性を確保できる。

【００３３】また、本実施例では内周部２１における内
部Ｆ側の側面に固定板１１が当接し、リテーナ１０に対
する内周部２１の固定力、即ち、回転軸２の軸心Ｈと平
行な方向の固定力が発生している。このため、コイルバ
ネ３９の弾性力の方向とは逆方向にダイアフラム２０へ
大気圧が加わった際にも、内周部２１をリテーナ１０に
確実に固定した状態を維持でき、内周部２１とリテーナ
１０との密着部分の密封性を確保できる。

【００３４】また、ナット３８の締め付け量を変動して
コイルバネ３９の弾性力を調節すれば、内部Ｆと外部Ｇ
との圧力差に対応して密封端面Ｊの接面圧力を最も適切
な値に設定できる。なお、回転軸２と回転環３との間は
Ｏリング６が密封し、筒状環９とリテーナ１０との間は
Ｏリング１４が密封している。更に、ダイアフラム２０
の外周部２３が攪拌機１に密着し、内周部２１がリテー
ナ１０に密着してそれぞれ流体の密封を行う。

【００３５】また、回転軸２の振れや芯ずれが発生した
場合、ダイアフラム２０が弾性変形して筒状環９が径方
向に追従移動することで振れや芯ずれを吸収し、密封端
面Ｊの密封性を維持する。筒状環９が径方向に移動する
とリテーナ１０も一体的に径方向に移動するが、小径軸
３３が穴３１内で径方向に移動自在であるため、筒状環
９及びリテーナ１０の移動が円滑に行われる。

【００３６】また、円周方向に沿って所定間隔おきに設
けたコイルバネ３９の弾性力により筒状環９を押圧して
いるから、回転軸２の芯ずれが発生しても筒状環９に加
わる押圧力が円周方向に沿って均一となり、密封端面Ｊ
の密封性を安定させることができる。

【００３７】（第二実施例）図３はメカニカルシールＥ
の構成を示す側面半断面図、図４はメカニカルシールＥ
の正面半断面図であり、第一実施例と同様の構成につい
ては同符号で示している。環状の固定プレート４０には
円周方向に沿って穴４１を複数設けてあり、穴４１に挿
入したボルト２８を締め付けてダイアフラム２０を固定
している。固定プレート４０の外端面には円周方向に沿
って所定間隔おきに挿入溝４２を複数設けてある。

【００３８】挿入溝４２と穴４１とは円周方向の配置位
置を異ならせて交互に設けてあるとともに、固定プレー
ト４０の外端面には環状の押さえ板５０を取り付けてあ
る。押さえ板５０は穴４１に対応して円周方向に沿って
複数の穴（図示せず）を有し、この穴へボルト２８を挿
入して締め付け、押さえ板５０を固定プレート４０へ固
定している。

【００３９】一方、外部Ｇ側には弾性手段、例えば板バ
ネ４３を円周方向に沿って複数設けてあり、板バネ４３
の一端側を挿入溝４２内に径方向に移動自在に挿入し、
他端側には穴４４を設けてある。穴４４には止めネジ４
５を挿入し、止めネジ４５をネジ穴１５にねじ込んで板
バネ４３の他端側をリテーナ１０に固定している。

【００４０】本実施例では、板バネ４３の弾性力がリテ
ーナ１０を介して筒状環９に伝達され、筒状環９を回転
環３側に押圧して密封端面Ｊの接面圧力を強制的に高め
ているから、攪拌機１が作動して内部Ｆが低圧となり外
部Ｇが高圧となって外部Ｇからダイアフラム２０へ圧力
が加わっても、密封端面Ｊの接面圧力が確保され、密封
性を維持できる。

【００４１】また、筒状環９が径方向に移動するとリテ
ーナ１０も一体的に径方向に移動するが、板バネ４３が
挿入溝４２内で径方向に移動自在であるため、筒状環９
及びリテーナ１０の移動が円滑に行われる。その他の作
用効果は第一実施例と同様である。

【００４２】なお、第一実施例及び第二実施例のダイア
フラム２０の表面にフッ素樹脂被膜を形成すれば、内部
Ｆの流体が薬品である場合等でもダイアフラム２０の劣
化を防止できる。また、第一実施例及び第二実施例では
リテーナ１０と固定板１１とを別部品で構成している
が、単一の部品で構成してもよい。また、固定環８を筒
状環９とリテーナ１０と固定板１１とに分割して構成し
ているが、固定環を単一の部品で構成してもよい。

【００４３】更に、第一実施例及び第二実施例における
メカニカルシールＥは、内部Ｆよりも外部Ｇが高圧とな
る場合であれば、内部Ｆが負圧で外部Ｇが大気圧の場合
にも使用できるし、内部Ｆが大気圧で外部Ｇが正圧の場
合にも使用できるし、内部Ｆが正圧で外部Ｇがこれ以上
の高い圧力の場合にも使用できる。また、攪拌機以外に
ポンプ、食品機械等にも適用できることは勿論である。

【００４４】

【発明の効果】以上のように請求項１に係る発明は、弾
性手段が固定環を回転環側に付勢して密封端面の接面圧
力を強制的に高めたから、機器本体の内部より外部の方
が高圧となった場合にも密封端面の接面圧力を確保し、
密封性を維持できる。

【００４５】また請求項２に係る発明は、請求項１に係
る発明と同様の効果がある他、調節手段により弾性手段
の弾性力を調節すれば、機器本体の内部と外部の圧力差
に対応して密封端面の接面圧力を調節でき、最も適した
接面圧力を設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係るメカニカルシールの
側面半断面図。

【図２】本発明の第一実施例に係るメカニカルシールの
正面半断面図。

【図３】本発明の第二実施例に係るメカニカルシールの
側面半断面図。

【図４】本発明の第二実施例に係るメカニカルシールの
正面半断面図。

【図５】従来のメカニカルシールの側面半断面図。

【符号の説明】

１ 攪拌機（機器本体） ２ 回転軸 ３ 回転環 ７ 第一端面 ８ 固定環 １１ 固定板（固定部材） １２ 第二端面 ２０ ダイアフラム ２１ 内周部 ２３ 外周部 ３２ ガイドピン（調節手段） ３７ コイルバネ押さえ（調節手段） ３８ ナット（調節手段） ３９ コイルバネ（弾性手段） ４３ 板バネ（弾性手段） Ｊ 密封端面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機器本体の回転軸に固定した回転環と、
   前記回転軸の外側における前記回転環よりも前記機器本
   体の内部寄りの位置に設けた固定環とを有し、前記回転
   環には第一端面を設け、前記固定環には前記第一端面に
   当接して密封端面を形成する第二端面を設け、前記回転
   軸の外側に、その外周部を前記機器本体に固定する一
   方、その内周部を前記固定環に装着した環状のダイアフ
   ラムを設けたメカニカルシールにおいて、前記機器本体
   に設けられ、かつ、前記固定環を前記回転環側に付勢す
   る弾性力を備えた弾性手段と、前記固定環に設けられ、
   かつ、前記ダイアフラムの内周部における前記機器本体
   の内部側の側面に当接する固定部材と、を有することを
   特徴とするメカニカルシール。
2. 【請求項２】 前記弾性手段の近傍に、この弾性手段の
   弾性力を調節する調節手段を設けたことを特徴とする請
   求項１記載のメカニカルシール。