JPH10103530A

JPH10103530A - メカニカルシール

Info

Publication number: JPH10103530A
Application number: JP8277395A
Authority: JP
Inventors: Taku Murata; 卓村田
Original assignee: Nippon Engineer Service KK
Current assignee: Nippon Engineer Service KK
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】重量が軽くメンテナンスが容易なメカニカル
シールの構造を提案するものである。【解決手段】フローティングシート８は半割れ形状の
２つのフローティングシート片１２によって構成され、
フローティングシート押さえ１０も半割れ形状の２つの
フローティングシート押さえ片１８からなる。フローテ
ィングシート押さえ片１８はネジによって分解及び結合
可能であり、フローティングシート押さえ片１８によっ
てフローティングシート片１２が保持されている。フロ
ーティングシート８とシールリング３０は、シリコンカ
ーバイトによって作られ、リテーナは樹脂によって作ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプや送風機、
油圧モータ等の流体装置、或いは船舶等の水上輸送装置
に使用されるメカニカルシールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流体装置の軸シールには、旧来グランド
パッキンが使用されてきた。しかしながら、グランドパ
ッキンはシールが不完全で漏れやすく、また軸に係る摩
擦抵抗も大きい。そこで近年では、軸シール用の機械要
素として、グランドパッキンに代わってメカニカルシー
ルが使用される場合が多い。

【０００３】図４は、一般的なメカニカルシールの断面
図である。メカニカルシール１００は、大きく分けて、
ポンプのハウジング（装置の固定部分）１０９に固定さ
れる固定側部材１０１と、ポンプの回転軸１０２に固定
されて回転軸１０２と一体的に回転する回転側部材１０
３によって構成される。より詳細に説明すると、固定側
部材１０１は、フローティングシート１０５とフローテ
ィングシート押さえ１０６とから成る。ここでフローテ
ィングシート１０５は、中心に軸が挿通される開口を有
する円盤状の部材であり、一方の端面が摺動面として機
能する。フローティングシート押さえ１０６は、フラン
ジ状の部材であり、フローティングシート１０５をポン
プのハウジング１０９に押しつけて固定するものであ
る。またフローティングシート１０５とハウジング１０
９間には、パッキン１０４が介在され、フローティング
シート１０５とハウジング１０９の隙間からの漏れは無
い。

【０００４】また回転側部材１０３は、シールリング１
０７と、リテーナ１０８、及び図示しないコイルスプリ
ングによって構成される。ここでシールリング１０７
は、中心に開口を持つ円筒形の部材であり、一方の端面
が摺動面として機能する。リテーナ１０８は、回転軸１
０２に一体的に固定されている。そして前記したシール
リング１０７は、リテーナ１０８に対して軸方向にのみ
移動可能に固定されている。またシールリング１０７と
回転軸１０２の間には、オーリング１１０が介在され、
シールリング１０７と回転軸１０２の間からの流体の漏
れは無い。さらにシールリング１０７とリテーナ１０８
との間には、コイルスプリングが介在され、シールリン
グ１０７は、リテーナ１０８から離れる方向、すなわち
フローティングシート１０５に向かって押圧される。従
って、シールリング１０７とフローティングシート１０
５は、端面同士が強く押しつけられた状態で摺動し、当
該部分からの流体の漏れを防ぐ。

【０００５】メカニカルシール１００の概略構成と、各
部の機能は上記した通りであるが、従来技術において
は、フローティングシート押さえ１０６は、一個のフラ
ンジ状の部材であった。またフローティングシートは、
一個の筒状部材であった。さらにメカニカルシールの各
構成要素は、多くの場合ステンレススチール等の金属で
作られていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のメカニカル
シールは、旧来のグランドパッキンに比べて格段に漏れ
が少なく、また丈夫である。しかしながらメカニカルシ
ールでも、長期の使用や流体の性質等によっては、メン
テナンスが必要であることは否めない。ここで従来技術
のメカニカルシールは、重量が重く、取り付けや取り外
しが困難であり、メンテナンスが困難であるという問題
点がある。また構造上についても、少しでも分解・組み
立てが容易な構造が嘱望されている。本発明は、当業者
の上記した要望に応えることを目的とするものであり、
重量が軽いメカニカルシールの開発を課題とするもので
ある。また併せて本発明は、メンテナンスが容易なメカ
ニカルシールの構造を提案するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そして上記した課題を解
決するための請求項１記載の発明は、フローティングシ
ート及びフローティングシート押さえから成る固定側部
材と、シールリングとリテーナ及び押圧部材から成る回
転側部材によって構成され、装置の固定部分に固定側部
材が取り付けられ、装置の回転軸に回転側部材が取り付
けられ、シールリングをフローティングシートに押圧し
て流体の漏出を阻止するメカニカルシールにおいて、フ
ローティングシートとシールリングは、シリコンカーバ
イト、セラミック、超硬合金から選ばれる１又は２以上
の素材によって構成され、リテーナは樹脂によって構成
されることを特徴とするメカニカルシールである。

【０００８】本発明のメカニカルシールは、フローティ
ングシートとシールリングにシリコンカーバイト、セラ
ミック、超硬合金から選ばれる素材が選定されている。
これらの素材は、いずれも従来のステンレススチールよ
りも軽量である。また本発明のメカニカルシールは、リ
テーナが樹脂によって作られているので、すこぶる軽
い。さらに本発明のメカニカルシールでは、主要部品が
樹脂やシリコンカーバイトによって製造されるので、射
出成形や半製品の切削加工による成形が可能であり、製
造が容易である。

【０００９】また上記した発明を具体化した請求項２記
載の発明は、リテーナを構成する樹脂は、引張強さが５
００kg/cm²以上であり、引張弾性率が３００００kg/cm²
以上であり、アイゾット衝撃値が５kgcm/cm 以上であ
り、熱膨張係数が９×１０^-5/C°以下であることを特徴
とする請求項１に記載のメカニカルシールである。

【００１０】また同様の目的を達成するための請求項３
記載の発明は、フローティングシート及びフローティン
グシート押さえから成る固定側部材と、シールリングと
リテーナ及び押圧部材から成る回転側部材によって構成
され、装置の固定部分に固定側部材が取り付けられ、装
置の回転軸に回転側部材が取り付けられ、シールリング
をフローティングシートに押圧して流体の漏出を阻止す
るメカニカルシールにおいて、フローティングシートは
２以上のフローティングシート片によって構成され、フ
ローティングシート押さえは２以上のフローティングシ
ート押さえ片からなり、フローティングシート押さえ片
は締結要素によって分解及び結合可能であり、フローテ
ィングシート押さえ片によってフローティングシート片
が保持されていることを特徴とするメカニカルシールで
ある。

【００１１】本発明のメカニカルシールでは、フローテ
ィングシート押さえは２以上のフローティングシート押
さえ片からなり、フローティングシート押さえ片は締結
要素によって分解及び結合可能である。そのため本発明
のメカニカルシールでは回転軸を抜かなくてもフローテ
ィングシート押さえを分解し、フローティングシート押
さえを小片に分けて取り外すことができる。さらに本発
明では、フローティングシートは２以上のフローティン
グシート片によって構成されているので、回転軸を抜く
ことなく、回転軸からフローティングシートを取り外す
ことができ、これを取り替えることができる。

【００１２】また上記した請求項３記載の発明の材質を
特定して軽量化を図った発明は、フローティングシート
とシールリングは、シリコンカーバイト、セラミック、
超硬合金から選ばれる１又は２以上の素材によって構成
され、リテーナは樹脂によって構成されることを特徴と
する請求項３に記載のメカニカルシールである。

【００１３】さらにこれをより具体化した発明は、リテ
ーナを構成する樹脂は、引張強さが５００kg/cm²以上で
あり、引張弾性率が３００００kg/cm²以上であり、アイ
ゾット衝撃値が５kgcm/cm 以上であり、熱膨張係数が９
×１０^-5/C°以下であることを特徴とする請求項４に記
載のメカニカルシールである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下さらに本発明の実施形態につ
いて説明する。図１は、本発明の実施形態のメカニカル
シールの斜視図である。図２は、図１のメカニカルシー
ルのフローティングシート及びフローティングシート押
さえの分解斜視図である。図３は、図１のメカニカルシ
ールの断面図である。

【００１５】図において、１は、本発明の実施形態のメ
カニカルシールである。本発明のメカニカルシール１の
基本構成は、従来技術と同様であり、大きく分けて、ポ
ンプのハウジング（装置の固定部分）２（図３参照）に
固定される固定側部材３と、回転軸５（図３参照）に固
定されて回転軸５と一体的に回転する回転側部材６によ
って構成される。さらに固定側部材３は、フローティン
グシート８とフローティングシート押さえ１０によって
構成される。

【００１６】ここでフローティングシート８とフローテ
ィングシート押さえ１０の形状等は、本実施形態の特徴
的な部分であり、詳細に説明する。まずフローティング
シート８は、シリコンカーバイト、セラミック、超硬合
金等を素材とするものであり、焼結工程等によって予備
成形された後、切削加工して成形されたものである。そ
してフローティングシート８の形状上の特徴は、半割り
形状をした二つのフローティングシート片１２から成る
点である。本実施形態では、フローティングシート片１
２は、両者同一形状であり、中心に半円形状の切り欠き
１３を有し端面同士を合わせると、一個の環状となる。
またフローティングシート片１２の縦断面の形状は、図
３の様に、外周側１５が尖った三角形をしている。中心
部分、すなわち軸が挿通される孔を形成する部位（ボス
状部位１６）は、前記した外周側１５の部位よりも幅が
広く作られている。さらにフローティングシート片１２
の縦断面の形状は、図３の様に、中心軸Ａ−Ａに対して
対称形である。

【００１７】一方、フローティングシート押さえ１０
は、ステンレススチール等の錆びにくい金属で作られて
いる。そしてフローティングシート押さえ１０について
も、半割り構造が採用されている。すなわちフローティ
ングシート押さえ１０は、二つのフローティングシート
押さえ片１８によって構成され、両者が合致されて一個
のフランジ形状を成す。フローティングシート押さえ片
１８の構造は、図２、図３の通りであり、両者は同一形
状であって、半円状の板体である。そして各フローティ
ングシート押さえ片１８には、裏表に貫通する取り付け
孔１９が二つづつ設けられている。また各フローティン
グシート押さえ片１８には裏表に貫通するネジ孔２１が
一つづつ設けられている。ここで前者の孔１９は、フロ
ーティングシート押さえ片１８をポンプのハウジング
（装置の固定部分）２に固定する際の孔であり、後者の
ネジ孔２１は、フローティングシート押さえ片１８をボ
ンプ等から離脱させる際にボルトを挿通する為に設けら
れたものである。

【００１８】そしてフローティングシート押さえ片１８
は、中心部に半円形状の切り欠き２０を有し、二つのフ
ローティングシート押さえ片１８を合わせると、中心に
一個の開口が形成される。

【００１９】また切り欠き２０の内面の形状は、前記し
たフローティングシート８の外周部１５の形状に合致す
る様に三角形をしている。さらにフローティングシート
押さえ片１８についても縦断面の形状は、図３の様に、
中心軸Ａ−Ａに対して対称形である。フローティングシ
ート押さえ片１８の外周側に眼を向けると、合わせ面２
３の近傍に切り込み２５，２６が設けられ、当該切り込
み２５，２６から合わせ面２３に貫通する孔２７，２８
が設けられている。この孔２７，２８の内、一方の孔２
７はばか孔であり、他方の孔２８はネジ孔である。

【００２０】固定側部材３は、フローティングシート押
さえ片１８が組み合わされて形成される中央の開口に、
二つのフローティングシート片１２が環状に組み合わさ
れた状態で配されたものである。そして二つのフローテ
ィングシート押さえ片１８は、外周部の切り込み２５，
２６の孔２７，２８にネジ（締結要素）２９が挿通され
て一体に固定されている。本実施形態では、フローティ
ングシート片１２は直接ネジ等によって接続されてはい
ないが、フローティングシート片１２の周囲は、二つの
フローティングシート押さえ片１８によって枠固めさ
れ、さらにフローティングシート片１２の外周側１５
は、フローティングシート押さえ片１８の内周と合致す
る三角形状をしているので、二つのフローティングシー
ト片１２は、一体の環状を構成した状態で安定して保持
される。

【００２１】回転側部材６は、シールリング３０と、リ
テーナ３１、複数個のコイルスプリング（押圧部材）３
２によって構成されている。シールリング３０は、円筒
形の部材であり、一方の端面３４は平滑であり摺動面と
して機能する。またシールリング３０の内側は、大径部
３５と、小径部３６とに別れている。小径部３６の直径
は、回転軸５の外径に略等しく、大径部３５の直径は、
後記するリテーナ３１の小径部３８に略等しい。またシ
ールリング３０の外周面には、図１の様に軸方向に延び
る切り欠き４０が４か所設けられている。シールリング
３０の素材及び製造方法は、前記したフローティングシ
ート８と同一である。

【００２２】リテーナ３１は、樹脂の射出成形によって
成形されたものである。リテーナ３１の素材となる樹脂
は、ポリアセタールおよびそのコポリマー、特にカーボ
ンブラックやガラス繊維を含有するものが望ましい。ま
た他にガラス繊維やカーボン繊維を含有するＰＥＴ樹脂
やＰＢＴ樹脂等の飽和ポリエステル、ガラス繊維及びミ
ネラルを含有するポリフェニレンサルファイド樹脂、ガ
ラス繊維を含有するポリプロピレンおよびそのコポリマ
ーが推奨される。

【００２３】またリテーナ３１の素材となる樹脂の物理
・化学的性質を列挙すると、下記の通りである。（１）引張強さ：５００kg/cm²以上（２）引張弾性率：３００００kg/cm²以上（３）強靱性：長時間実用環境に耐えること（４）アイゾット衝撃値：５kgcm/cm 以上（５）対熱性：１００°Ｃの使用に耐えること（６）対薬品性：対酸性、対アルカリ性、対溶剤性を備
えることが望ましい（７）対候性：屋外における使用に１年以上耐えること
が望ましい（８）熱膨張係数：９×１０^-5/C°以下また望ましく
は３×１０^-5/C°以下（９）寸法安定性：良好なこと。可塑剤含有や吸水性の
あるものは不適

【００２４】またリテーナ３１の形状は、半割り形状で
あり、両者を合致させた状態で大径部４３と小径部３８
を備えた円筒形をなす。また大径部４３と小径部３８と
の段部には、４本のガイドピン４５が回転軸５に平行に
設けられている。さらに当該段部には、６つの穴４６が
回転軸５に対して平行に設けられている。リテーナ３１
は、外周部の切り欠き５１内のネジ５２によって一体化
されている。

【００２５】回転側部材６の組み立て構造を説明する
と、上記したリテーナ３１の小径部３８にシールリング
３０の大径部３５が装着されている。またシールリング
３０の切り欠き４０にはリテーナ３１のガイドピン４５
が嵌合している。そのためシールリング３０は、リテー
ナ３１と一体的に回転し、軸方向にだけ自由度がある。
またリテーナ３１の穴４６にコイルスプリング３２が挿
入され、当該コイルスプリング３２はシールリング３０
をリテーナ３１と反対方向に押圧している。

【００２６】次に実施形態のメカニカルシール１の使用
方法及び機能について説明する。本実施形態のメカニカ
ルシール１の取り付け方法は、従来技術のそれと大差な
く、固定側部材６が４本のネジ５０によって、ポンプの
ハウジング（装置の固定部分）２に固定される。またハ
ウジング２と固定側部材６との間には、オーリング５５
が介在され、水密性が確保される。尚、オーリング５５
の材質については特定するものではないが、ＮＢＲ，Ｅ
ＰＤＭ，シリコンゴム、カルレッツ等の高性能エラスト
マーを選定することが推奨される。

【００２７】一方回転側部材６は、リテーナ３１が回転
軸５に一体的に固定される。リテーナ３１の回転軸５に
対する固定は、外周部のネジ５２を締め込むことによっ
て行われる。また回転側部材６の固定には必要に応じて
セットボルトが併用される。

【００２８】さらに回転側部材６のシールリング３０と
回転軸５の間には、図３の様にオーリング５３が介在さ
れ、水密性が確保される

【００２９】本実施形態のメカニカルシール１では、コ
イルスプリング（押圧部材）３２によってシールリング
３０がフローティングシート８に向かって押圧され、シ
ールリング３０とフローティングシート８は、端面同士
が強く押しつけられた状態で摺動し、当該部分からの流
体の漏れを防ぐ。

【００３０】次に本実施形態のメカニカルシール１をメ
ンテナンスの為に分解する際の手順、特にフローティン
グシートの点検、取り替えについて説明する。メカニカ
ルシール１を分解する場合には、ボルト５０（図３）を
取り外し、固定側部材３を装置２のハウジングから外
す。この時点では、固定側部材３の中心の開口には回転
軸５が挿通されたままの状態である。そして次に固定側
部材３のフローティングシート押さえ１０の外周側にあ
る合わせ用のネジ（締結要素）２９（図２）を取り外
し、フローティングシート押さえ１０を個々のフローテ
ィングシート押さえ片１８に分割して取り外す。最後に
半割り形状のフローティングシート片１２を個々に取り
外す。そしてフローティングシート片１２の傷みを点検
し、必要であれは取り替える。

【００３１】以上の実施形態では、フローティングシー
ト片１２及びフローティングシート押さえ片１８に縦断
面が対称形状であるものを例示した。この様にフローテ
ィングシート片１２及びフローティングシート押さえ片
１８の形状を対称とした場合には、固定側部材３を裏表
どちら向きにでも使用でき、組み立てが容易となるので
望ましい。

【００３２】上記した実施形態では、二つのフローティ
ングシート片１２が結合されて環状構造となるフローテ
ィングシート８を紹介したが、フローティングシート８
は、扇形をした３以上のフローティングシート片が結合
されたものであってもよい。またフローティングシート
押さえ１０についても同様であり、３以上のフローティ
ングシート押さえ片によって構成されるものであっても
よい。

【００３３】さらに上記した実施形態では、フローティ
ングシート８は、一個で円筒状である構造を例示した
が、フローティングシート８についても、何個かのフロ
ーティングシート片に分割可能なものであってもよい。
フローティングシート８を分割可能な構成とする場合に
は、摺動機能を発揮する部材を二つ以上に分割し、金属
等の帯やたがによって摺動機能を発揮する部材を締めつ
けて円筒形状を保持する構成とすることが望ましい。

【００３４】また本発明の内、素材に特徴がある発明に
ついては、図１に示した構造のメカニカルシールのみな
らず、従来構造のメカニカルシールにも適用可能であ
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明のメカニカルシールは、各部に樹
脂を素材とした部材が採用されているので軽量であり、
メンテナンスが容易であるという効果がある。また副次
的に本発明のメカニカルシールは、部品の一部を射出成
形等の方法によって成形できるため、量産に的する効果
がある。さらに本発明のメカニカルシールは、回転軸を
モータ等に結合したままの状態で固定側部材を分解し、
フローティングシートを取り外すことができるので、メ
ンテナンスが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のメカニカルシールの斜視図
である。

【図２】図１のメカニカルシールのフローティングシー
ト及びフローティングシート押さえの分解斜視図であ
る。

【図３】図１のメカニカルシールの断面図である。

【図４】一般的なメカニカルシールの断面図である。

【符号の説明】

１メカニカルシール２装置３固定側部材６回転側部材８フローティングシート１０フローティングシート押さえ１２フローティングシート片１８フローティングシート押さえ片３０シールリング３１リテーナ３２コイルスプリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フローティングシート及びフローティン
グシート押さえから成る固定側部材と、シールリングと
リテーナ及び押圧部材から成る回転側部材によって構成
され、装置の固定部分に固定側部材が取り付けられ、装
置の回転軸に回転側部材が取り付けられ、シールリング
をフローティングシートに押圧して流体の漏出を阻止す
るメカニカルシールにおいて、フローティングシートと
シールリングは、シリコンカーバイト、セラミック、超
硬合金から選ばれる１又は２以上の素材によって構成さ
れ、リテーナは樹脂によって構成されることを特徴とす
るメカニカルシール。
【請求項２】リテーナを構成する樹脂は、引張強さが
５００kg/cm²以上であり、引張弾性率が３００００kg/c
m²以上であり、アイゾット衝撃値が５kgcm/cm以上であ
り、熱膨張係数が９×１０^-5/C°以下であることを特徴
とする請求項１に記載のメカニカルシール。
【請求項３】フローティングシート及びフローティン
グシート押さえから成る固定側部材と、シールリングと
リテーナ及び押圧部材から成る回転側部材によって構成
され、装置の固定部分に固定側部材が取り付けられ、装
置の回転軸に回転側部材が取り付けられ、シールリング
をフローティングシートに押圧して流体の漏出を阻止す
るメカニカルシールにおいて、フローティングシートは
２以上のフローティングシート片によって構成され、フ
ローティングシート押さえは２以上のフローティングシ
ート押さえ片からなり、フローティングシート押さえ片
は締結要素によって分解及び結合可能であり、フローテ
ィングシート押さえ片によってフローティングシート片
が保持されていることを特徴とするメカニカルシール。
【請求項４】フローティングシートとシールリング
は、シリコンカーバイト、セラミック、超硬合金から選
ばれる１又は２以上の素材によって構成され、リテーナ
は樹脂によって構成されることを特徴とする請求項３に
記載のメカニカルシール。
【請求項５】リテーナを構成する樹脂は、引張強さが
５００kg/cm²以上であり、引張弾性率が３００００kg/c
m²以上であり、アイゾット衝撃値が５kgcm/cm以上であ
り、熱膨張係数が９×１０^-5/C°以下であることを特徴
とする請求項４に記載のメカニカルシール。