KR102279664B1 - 메커니컬 시일 - Google Patents

Abstract

제조 비용이 염가이며 구조가 간단한 냉각 재킷을 구비하는 메커니컬 시일을 제공한다.
하우징(2) 및 당해 하우징(2)에 고정된 시일 커버(4)와 회전축(3)과의 사이를 정지 밀봉환(6a, 6b)과 회전 밀봉환(9)에 의해 시일하는 동시에 하우징 및 시일 커버(4)와 정지 밀봉환(6a, 6b) 및 회전 밀봉환(9)과의 사이에 제1 공간(M)이 형성된 메커니컬 시일(1)로서, 정지 밀봉환(6a, 6b) 및 회전 밀봉환(9)보다도 내경이 큰 통 형상 부재(10)와, 통 형상 부재(10)와 적어도 하우징(2) 또는 시일 커버(4)와의 사이에 개재하는 2차 시일(101b, 102b)과, 외부에 연통하는 연통로(28a, 28b)를 구비하고, 제1 공간(M)은, 통 형상 부재(11)의 외경측에 위치하는 제2 공간(C)과, 당해 통 형상 부재(10)의 내경측에 위치하는 제3 공간(R)으로 구획되고, 또한 연통로(28a, 28b)는, 제2 공간(C)에 연통되어 있다.

Description

메커니컬 시일

본 발명은, 냉각 재킷을 구비하는 메커니컬 시일에 관한 것이다.

종래의 메커니컬 시일은, 하우징 및 시일 커버를 관통하는 회전축과 동시 회전하는 회전 밀봉환과, 하우징에 고정된 정지(靜止) 밀봉환을 슬라이딩시키고, 하우징과 회전축과의 사이에 형성한 축봉부(軸封部)를 시일하는 것이다. 또한, 하우징과 축봉부와의 사이에 형성되는 공간에 액체를 도입하여 회전 밀봉환과 정지 밀봉환과의 슬라이딩을 원활하게 하고 있다. 회전 밀봉환과 정지 밀봉환과의 슬라이딩 발열에 의해 당해 공간의 액체의 온도가 상승하기 때문에, 당해 공간의 액체를 유입·순환시켜 당해 공간의 액체를 냉각하는 방식(이후, 「순환형」이라고 한다)이나, 특허문헌 1에 나타나는 당해 공간에 배치한 냉각 재킷의 냉각 공간에 냉각 유체를 순환시켜 당해 공간의 액체를 냉각하는 방식(이후, 「봉입형」이라고 한다)이 채용되고 있다.

특허문헌 1에 나타나는 메커니컬 시일은, 시일 커버를 측단면 L자 형상으로 형성한 후에, 시일 커버의 축방향으로 연장되는 환상(環狀) 통부(筒部)에 환상의 별도 부재를 용접하여 냉각 재킷을 형성하고 있다. 이 냉각 재킷의 냉각실에 냉각 유체를 유입·순환시켜 하우징과 축봉부와의 사이에 형성되는 공간의 피밀봉 유체(액체)를 냉각하고 있다.

일본공개특허공보 제2010-216491호(제12쪽, 도 1)

그러나, 특허문헌 1에 있어서는, 냉각 재킷을 형성함에 있어서, 시일 커버에 환상 통부를 형성할 필요가 있어 구조가 복잡했다. 또한, 당해 환상 통부에 O링을 개재 장착하여 환상의 별도 부재를 용접하고 있는 점에서, 제조가 복잡하고, 제조 비용이 높아진다는 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 제조 비용이 염가이며 구조가 간단한 냉각 재킷을 구비하는 메커니컬 시일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 메커니컬 시일은,

하우징 및 당해 하우징에 고정된 시일 커버와 회전축과의 사이를 정지 밀봉환과 회전 밀봉환에 의해 시일하는 동시에 상기 하우징 및 상기 시일 커버와 상기 정지 밀봉환 및 상기 회전 밀봉환과의 사이에 제1 공간이 형성된 메커니컬 시일로서,

상기 정지 밀봉환 및 상기 회전 밀봉환보다도 내경이 큰 통 형상 부재와, 상기 통 형상 부재의 일단과 상기 하우징 또는 상기 시일 커버와의 사이에 개재하는 2차 시일과, 외부와 연통하는 연통로를 구비하고,

상기 제1 공간은, 상기 통 형상 부재의 외경측에 위치하는 제2 공간과, 당해 통 형상 부재의 내경측에 위치하는 제3 공간으로 구획되고, 또한

상기 연통로는, 상기 제2 공간에 연통되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 2차 시일재를 개재시킨 통 형상 부재에 의해 제1 공간을 구획함으로써 형성된 제2 공간을 냉각실로 할 수 있는 점에서, 제조 비용이 염가이며 구조가 간단한 냉각 재킷을 구비할 수 있다. 또한, 정지 밀봉환 및 회전 밀봉환의 외경측에 냉각 재킷이 구성되기 때문에, 냉각 효율 및 공간 절약화가 도모된다.

상기 통 형상 부재는, 상기 하우징에 상기 시일 커버가 고정되었을 때에, 상기 하우징과 상기 시일 커버에 의해 축방향으로 협지되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 하우징에 시일 커버를 고정함으로써, 통 형상 부재는 하우징과 시일 커버에 의해 협지되는 점에서, 조립이 간단하다.

상기 2차 시일은 상기 통 형상 부재의 양단에 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 상기 하우징과 상기 시일 커버를 착탈시킴으로써, 상기 통 형상 부재를 탈착시킬 수 있기 때문에, 통 형상 부재의 탈착이 용이하다.

상기 하우징은, 상기 통 형상 부재의 단부에 대응하는 위치에 축방향으로 오목한 환상 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 환상 오목부에 통 형상 부재가 삽입 끼워지기 때문에, 통 형상 부재의 진동이나 지름 방향으로의 이동이 규제된다.

상기 통 형상 부재의 단부에는, 축방향으로 오목한 환상홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 통 형상 부재에 2차 시일을 장착하면 되기 때문에 조립이 간단하다. 또한, 하우징에 2차 시일을 장착하기 위한 홈이 형성되지 않는 점에서, 하우징의 구조를 심플하게 할 수 있다.

상기 통 형상 부재는, 축방향 중앙부가 양단부보다 얇게 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 통 형상 부재가 제1 공간을 점유하는 체적을 작게 할 수 있는 동시에 냉각 재킷의 열전도성이 우수하다.

상기 통 형상 부재는, 지름 방향으로 오목한 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 통 형상 부재를 착탈할 때에, 손가락이나 기구 등을 오목부에 걸 수 있기 때문에, 장착이나 떼어내는 작업이 용이하게 된다.

상기 통 형상 부재는 금속 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 열전도성 및 강도가 우수하다.

도 1은, 실시 예 1에 있어서의 메커니컬 시일의 측단면도이고,
도 2에 있어서, (a)는 회전 밀봉환의 측면의 부분도이며, (b)는, 회전 밀봉환의 정면도이고,
도 3은, 통 형상 부재의 정면도이고,
도 4는, 통 형상 부재의 측단면도이고,
도 5에 있어서, (a)는, 도 1 상부에 있어서의 메커니컬 시일의 액실(液室) 및 냉각실의 부분 확대도이며, (b)는, 도 1 하부에 있어서의 메커니컬 시일의 액실 및 냉각실의 부분 확대도이고,
도 6은, 밀봉형(密封型)으로서 사용되는 메커니컬 시일의 측단면도이고,
도 7은, 순환형(循環型)으로서 사용되는 메커니컬 시일의 측단면도이고,
도 8은, 실시예 2에 있어서의 메커니컬 시일의 측단면도이고,
도 9는, 실시예 3에 있어서의 메커니컬 시일의 측단면도이고,
도 10은, 실시예 4에 있어서의 메커니컬 시일의 측단면도이다.

본 발명에 따른 메커니컬 시일을 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 이하에 설명한다.

실시예 1

실시예 1에 따른 메커니컬 시일에 대해, 도 1~도 7을 참조하여 설명한다. 이하, 도 1의 지면(紙面) 좌측을 메커니컬 시일의 기외(B)측(대기측)으로 하고, 도 1의 지면 우측을 메커니컬 시일의 기내(A)측(피밀봉 유체측)으로 하여 설명한다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 본 실시예 1에 따른 메커니컬 시일(1)은, 자동차, 일반 산업 기계 등에 있어서의 회전 기기의 축봉(軸封) 분야에 있어서, 피밀봉 유체를 시일하기 위해 사용된다. 메커니컬 시일(1)은, 스터핑 박스(2)(하우징)와, 당해 스터핑 박스(2)에 마련되는 축공(20)에 삽입 통과되는 회전축(3)과의 사이의 축봉부를 시일하기 위해 장착된다. 또한, 회전축(3)은, 일반적으로 스테인리스강제 등의 금속제이며, 회전 기기가 펌프인 경우에는, 기내(A)측에 도시하지 않은 임펠러가 장착되어 있다.

메커니컬 시일(1)은, 냉각 재킷이 부착되어 있으며, 케이스(4)(시일 커버)와, 슬리브(5)와, 정지 밀봉환(6a, 6b)과, 칼라(7)와, 스프링(8a, 8b)과, 회전 밀봉환(9)과, 파이프(10)(통 형상 부재)로 주로 구성되어 있고, 상세하게는 후술하지만, 스터핑 박스(2), 정지 밀봉환(6a, 6b), 회전 밀봉환(9) 및 케이스(4)에 의해 형성되는 중간실(M)(제1 공간)이 파이프(10)로 구획됨으로써, 파이프(10)의 외경측에 냉각실(C)(제2 공간)이, 파이프(10)의 내경측에 액실(液室)(R)(제3 공간)이 형성되어 있다.

스터핑 박스(2)는, 축에 대략 평행하게 형성된 외주면(21a)이 형성된 본체부(21)와, 본체부(21)로부터 기내(A)측으로 설치되고 외경 방향으로 확개(擴開)되어 축에 대략 평행하게 형성된 외주면(22a)과 지름 방향으로 연장되어 기내(A)측에 면하는 측단면(23)이 형성된 대략 플랜지 형상의 돌출부(22)를 갖고 있다. 또한, 스터핑 박스(2)에는, 기내(A)측으로부터 기외(B)측으로 오목한 개구부(25)가 형성되어 있고, 개구부(25)의 내경은 축공(20)의 내주면(20c)의 내경보다도 대경(大徑)이다.

또한, 스터핑 박스(2)는, 상세하게는 도 5(a), (b)에 나타나는 바와 같이, 소켓 단부(24)의 내경측의 단부로부터 기외(B)측을 향하여 대략 축방향으로 연장 설치되는 내주면(25a)과, 내주면(25a)의 기외(B)측의 단부로부터 대략 수직으로 완곡하는 완곡면(25b)과, 완곡면(25b)의 내경측의 단부로부터 기외(B)측을 향하여 대략 축방향으로 연장 설치되는 내주면(26a)과, 내주면(26a)의 기외(B)측의 단부로부터 대략 수직하게 연장 설치된 안쪽 단면(26b)과, 안쪽 단면(26b)의 내경측의 단부로부터 기외(B)측을 향하여 대략 축방향으로 연장 설치되는 내주면(20c)이 형성되어 있다. 축공(軸孔)(20)은 내주면(20c)에 의해 획성(劃成)된 공간이다. 또한, 개구부(25)는, 내주면(25a)과 완곡면(25b)과 내주면(26a)과 안쪽 단면(26b)에 의해 획성된 공간이다. 또한, 내주면(26a)과 안쪽 단면(26b)에 의해 축방향 기외(B)측으로 오목한 환상의 안쪽 단부(26)(환상 오목부)가 획성되어 있다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 스터핑 박스(2)는, 본체부(21)의 외주면(21a)으로부터 지름 방향으로 연장되어 안쪽 단면(26b)까지 관통된, 측단면에서 보았을 때 대략 L자 형상의 연통로(27a)와, 본체부(21)의 외주면(21a)으로부터 지름 방향으로 연장되어 축공(20)에 관통된 대략 직선 형상의 연통로(27b)와, 돌출부(22)의 외주면(22a)으로부터 지름 방향으로 연장되어 개구부(25)에 지름 방향으로 관통되는 대략 직선 형상의 연통로(28a, 28b)가 형성되어 있다.

연통로(27a, 27b)는, 각각 일단이 본체부(21)의 외주면(21a)의 둘레 방향으로 번갈아 배치되어 있다. 이들 연통로(27a, 27b)는, 서로 독립된 연통로이다.

연통로(28a, 28b)는, 각각 일단이 돌출부(22)의 외주면(22a)의 둘레 방향으로 번갈아 배치되어 있다. 이들 연통로(28a, 28b)는, 서로 독립된 연통로이다.

도 5(a), (b)에 나타나는 바와 같이, 스터핑 박스(2)는, 내주면(20c)에 형성되고 외경측으로 오목한 환상홈(20a)과, 소켓 단부(24)에 형성되고 축방향 기외(B)측으로 오목한 환상홈(24a)이 형성되어 있고, 환상홈(20a)에는 O링(20b)이, 환상홈(24a)에는 O링(24b)이 각각 삽입 끼워진다. 또한, O링(20b, 24b)의 재질은, 불소 고무, 니트릴 고무, H-NBR, EPDM, 퍼플루오로 엘라스토머 등이다. 또한, O링은, 패킹재 등, 다른 2차 시일이라도 좋다. 추가로 또한, 후술하는 O링에 대해서도 동일하다.

또한, 스터핑 박스(2)에는, 정지 밀봉환(6a)이 O링(20b)에 시일됨으로써 기외(B)측의 내주면(20c)에 고정되어 있다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(6a)에는, 슬리브(5)가 삽입 통과되는 축공(60a)이 마련되어 있다. 또한, 정지 밀봉환(6a)에는, 기내(A)측에 있어서 지름 방향으로 연출(延出)하는 플랜지(61a)가 형성되어 있고, 플랜지(61a)의 기내(A)측에는, 기내(A)측을 향하여 축방향으로 돌출되는 환상의 돌출환(62a)이 형성되어 있다.

또한, 정지 밀봉환(6a)의 플랜지(61a)에는, 도 5(a)에 나타나는 바와 같이, 지름 방향 외측이 절결된 가이드용 오목부(63a)가 복수 형성되어 있고, 회전 방지핀(65a)이 삽입 끼워져 있다. 이 회전 방지핀(65a)은, 안쪽 단부(26)의 안쪽 단면(26b)에 고정되어 있기 때문에, 정지 밀봉환(6a)은 회전이 규제되고 있다.

또한, 주지(周知)와 같이, 스터핑 박스(2)의 안쪽 단부(26)의 안쪽 단면(26b)에는, 도 5(b)에 나타나는 바와 같이, 스프링 수용 오목부(26c)가 복수 천공 설치되어 있고, 정지 밀봉환(6a)의 플랜지(61a)와 스프링 수용 오목부(26c)와의 사이에는, 압축된 상태에서 스프링(8a)이 배치되어 있다. 스프링(8a)은, 둘레 방향으로 소정 간격을 두고 소경(小徑)의 스프링을 복수 사용하는 형식, 즉 멀티 스프링형으로 배치되어 있다. 또한, 스프링(8a)은, 코일 스프링 외에, 웨이브 코일 스프링 등을 사용해도 좋다.

또한, 정지 밀봉환(6a)은, 특수 전환법(카본 표면을 부분적으로 SiC화하고, 표면 강도를 보강하여, SiC의 내마모성과 카본의 자기 윤활성의 양방을 겸비하도록 하는 것)에 의한 SiC로 제작되어 있다. 또한, 다이아몬드 코팅한 SiC나 반응 소결 SiC(SiC+Si의 조성으로 한 것) 등, 다른 SiC에 의해 제작되어도 좋다. 추가로 또한, 정지 밀봉환(6b)도 동일하다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 케이스(4)에는, 회전축(3)이 삽입 통과되는 축공(40)이 마련되어 있다. 또한, 케이스(4)는, 축에 대략 평행하게 형성된 외주면(42a)을 구비하는 본체부(42)를 구비하는 대략 링 형상으로 형성되어 있고, 본체부(42)는, 기외(B)측에 면하는 측단면(43)의 하단과 축공(40)과의 사이에 축방향 기내(A) 측으로 오목한 환상의 오목부(44)가 형성되어 있다.

또한, 케이스(4)는, 본체부(42)의 외주면(42a)으로부터 지름 방향으로 연장되어 측단면(43)을 축방향으로 관통하는, 측단면에서 보았을 때 대략 역 L자 형상의 연통로(47a)와, 본체부(42)의 외주면(42a)으로부터 오목부(44)까지 관통된 대략 직선상(直線狀)의 연통로(47b)가 형성되어 있다.

연통로(47a, 47b)는, 각각 일단이 본체부(42)의 외주면(42a)의 둘레 방향으로 번갈아 배치되어 있다. 이들 연통로(47a, 47b)는, 서로 독립된 연통로이다.

도 5(a), (b)에 나타나는 바와 같이, 본체부(42)의 내주 또한 기외(B)측에는, 지름 방향 외측으로 오목한 환상홈(44a)이 형성되어 있다. 이 환상홈(44a)에는, O링(44b)이 삽입 끼워진다.

또한, 케이스(4)에는, 정지 밀봉환(6b)이 O링(44b)에 시일됨으로써 기내(A)측의 내주에 고정되어 있다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(6b)은, 정지 밀봉환(6a)과 대략 동일한 구조를 하고 있고, 축공(60b)과, 플랜지(61b)와, 돌출환(62b)이 형성되어 있고, 플랜지(61b)에는, 가이드용 오목부(63b)(도 5(b) 참조)가 복수 형성되고, 가이드용 오목부(63b)에 회전 방지핀(65b)(도 5(b) 참조)이 삽입 끼워짐으로써 회전이 규제되고 있다.

또한, 케이스(4)의 측단면(43)에는, 도 5(a)에 나타나는 바와 같이, 스프링 수용 오목부(46b)가 복수 천공 설치되어 있고, 정지 밀봉환(6b)의 플랜지(61b)의 기외(B)측의 측면과 스프링 수용 오목부(46b)와의 사이에는, 압축된 상태에서 스프링(8b)이 배치되어 있다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 슬리브(5)는, 스테인리스강제 등의 금속제이며 환상을 이루고, O링(50b)을 개재하여 회전축(3)에 고정되어 있다. 또한, 회전축(3)과 슬리브(5)의 고정 구조는 불문하지만, 예를 들면 도시하지 않은 세트 스크류를 사용하여 고정되어 있다.

또한, 슬리브(5)는, 외주면이 기외(B)측으로부터 기내(A)측을 향하여 단계적으로 지름이 작아지고 있고, 기외(B)측으로부터 차례로 제1 외주면(51), 제2 외주면(52), 제3 외주면(53) 및 제4 외주면(54)이 형성되어 있다. 또한, 제2 외주면(52)은 테이퍼 형상으로 형성되어 있고, 제3 외주면(53)과 제4 외주면(54)과의 경계 부분에는 환상 단부(55)가 형성되어 있다.

또한, 슬리브(5)에는, 환상 단부(55) 근방의 둘레 방향으로 소정 간격을 두고 내경측으로 오목하며 암나사가 형성된 가이드용 오목부(56a)(도 1의 상측을 참조)가 형성되어 있고, 이들 복수의 가이드용 오목부(56a)에는, 회전 방지핀(56)이 나사 결합되어 있다. 이 회전 방지핀(56)은, 회전 밀봉환(9)의 복수의 가이드용 오목부(91)에 삽입 끼워져 있다. 또한, 회전 방지핀(56)은, 가이드용 오목부(56a)에 키나 핀 접착 등, 나사 결합 이외의 다른 장착 방법에 의해 장착되어도 좋다.

또한, 슬리브(5)에는, 기내(A)측에 위치하는 단부(59)에 축방향으로 연장되는 암나사(59a)가 형성되어 있고, 회전 밀봉환(9) 및 칼라(7)를 제4 외주면(54)에 삽입 끼우게 한 상태에서, 소켓 볼트(57)에 의해, 칼라(7)를 슬리브(5)에 고정하고 있다.

칼라(7)는, 환상을 이루고, 통 형상부(71)와, 통 형상부(71)의 내주면(7lb)으로부터 내경 방향으로 돌출되는 돌출부(72)로 이루어지고, 측단면에서 보았을 때 대략 T자 형상으로 형성되어 있다.

도 2(a), (b)에 나타나는 바와 같이, 회전 밀봉환(9)은, 환상을 이루고, 내주에 있어서 둘레 방향으로 소정 간격을 두고 배치되고 외경측으로 오목한 복수의 가이드용 오목부(91)를 구비하고, 외주에 있어서 대향하여 내경측으로 오목한 한 쌍의 교반홈(92a, 92b)으로 구성되는 교반홈부(92)가 둘레 방향으로 소정 간격을 두고 2등배(等配)되어 있다.

교반홈(92a)은, 도 2(a)에 나타나는 바와 같이, 측면에서 보았을 때에 있어서 대략 직사각 형상의 일 단변 중 교반홈(92b)에 대향하는 선단부가 반원호 형상이 된 형상으로 형성되고, 도 2(b)에 나타나는 바와 같이, 정면에서 보았을 때에 있어서 교반홈(92b)에 대향하는 측에 대략 직각 부분이 위치하는 대략 직각 삼각 형상으로 형성되어 있다. 또한, 교반홈(92b)은 교반홈(92a)과 대략 동일 형상이기 때문에 그 설명을 생략한다. 즉, 교반홈(92a, 92b)은, 대향하는 측이 내경측으로 깊게 오목한 홈으로 되어 있다.

또한, 도 2(b)에 있어서, 가이드용 오목부(91)는 4등배로 형성되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 2등배나 8등배라도 좋고, 4등배로 한정하는 것은 아니다. 추가로 또한, 교반홈부(92)는 2등배로 형성되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 1개소만의 배치라도 좋고, 4등배나 8등배라도 좋고, 2등배로 한정하는 것은 아니다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 회전 밀봉환(9)은, 슬리브(5)의 제4 외주면(54)에 장착함에 있어서, 제4 외주면(54)에 소정 간격을 두고 배치된 회전 방지핀(56)에 가이드용 오목부(91)를 삽입 끼우게 함으로써, 회전 방지핀(56)과 가이드용 오목부(91)가 맞닿고, 장착 위치의 위치 맞춤이 이루어짐과 동시에, 회전 방지핀(56)으로부터 회전 밀봉환(9)에 회전력을 전달할 수 있다.

또한, 회전 밀봉환(9)을, 슬리브(5)에 삽입하면, 내주측의 환상 단부(96)(도 2(b) 참조)와 슬리브(5)의 제4 외주면(54)으로 형성되는, 측단면에서 보았을 때 대략 역 コ자 형상의 환상홈(90a)이 형성된다(도 1의 하부를 참조). 이 환상홈(90a)에 O링(90b)이 삽입 끼워져 있다. 또한, 조립시에 소켓 볼트(57)에 의해 칼라(7)를 슬리브(5)에 고정한다. 이때, 칼라(7)의 돌출부(72)가 슬리브(5)의 단부(59)에 맞닿음으로써, 삽입 위치의 위치 맞춤이 이루어진다.

또한, 칼라(7)의 통 형상부(71)에 있어서 기외(B)측의 단부(73)는, 축방향에 있어서 환상홈(90a)에 근소하게 삽입 끼워진 상태가 된다. 슬리브(5)와 회전 밀봉환(9)과의 사이는 O링(90b)에 의해 시일된다.

또한, 회전 밀봉환(9)은, 슬리브(5)에 고정된 상태일 때, 그 양측면이 정지 밀봉환(6a, 6b)의 돌출환(62a, 62b)의 단면(64a, 64b)에 맞닿음으로써, 슬라이딩면(S1, S2)이 형성되어 있다.

또한, 회전 밀봉환(9)은, 특수 전환법(카본 표면을 부분적으로 SiC화하고, 표면 강도를 보강하여, SiC의 내마모성과 카본의 자기 윤활성의 양방을 겸비하도록 하는 것)에 의한 SiC로 제작되어 있다. 또한, 다이아몬드 코팅한 SiC나 반응 소결 SiC(SiC+Si의 조성으로 한 것) 등, 다른 SiC에 의해 제작되어도 좋다.

도 3, 4에 나타나는 바와 같이, 파이프(10)는, 스테인리스강에 의해 형성되어 있고, 정지 밀봉환(6a, 6b) 및 회전 밀봉환(9)이 삽입 통과되는 축공(100)이 형성되어 있고, 대략 원통 형상을 이루고 있다. 또한, 파이프(10)는, 축에 대략 평행하게 형성된 외주면(10a) 및 내주면(10b)과, 축방향의 측단부(101, 102)를 구비하고, 내주면(10b)에는, 축방향의 대략 중앙에 외경 방향으로 오목한 환상의 오목부(103)가 형성되어 있다. 또한, 파이프(10)는, 스테인리스강에 한하지 않고, 다른 금속이나 강화 수지 등으로 형성되어 있어도 좋다. 금속에 의해 형성되면 열전도성 및 강도가 우수하기 때문에 바람직하다.

또한, 오목부(103)에 손가락이나 기구를 걸 수 있기 때문에, 파이프(10)를 간단하게 떼어낼 수 있다. 또한, 오목부(103)는, 단면에서 보았을 때 대략 コ자 형상이기 때문에, 모서리부에 끼워넣은 기구를 확실하게 걸어맞추게 할 수 있고, 축방향으로 빠지기 어려워지게 되어 있다. 또한, 오목부(103)는, 환상이 아닌, 내주면(10b)으로부터 대략 돔 형상으로 외경측으로 오목한 형상이라도 좋고, 또한 환상이 아니라도 좋다. 추가로 또한, 오목부(103)는, 외주면(10a)에 형성되어 있어도 좋다.

측단부(101, 102)는, 각각 외경 방향으로 확개되어 있다. 또한, 측단부(101, 102) 각각에 축방향으로 오목한 환상홈(101a, 102a)이 형성되어 있고, 이들 환상홈(101a, 102a)에는, O링(101b, 102b)(2차 시일)이 각각 삽입 끼워진다. 또한, 파이프(10)의 대략 중앙부는, 측단부(101, 102)보다 얇게 되어 있다.

도 5(a), (b)에 나타나는 바와 같이, 파이프(10)는, 기외(B)측에 위치하는 측단부(101)의 외경은 스터핑 박스(2)의 안쪽 단부(26)의 내주면(26a)의 내경과 대략 동일 치수로 형성되어 있다.

또한, 파이프(10)를 안쪽 단부(26)에 삽입 끼운 상태에서, 케이스(4)를 스터핑 박스(2)에 장착하면, O링(24b, 102b)에 케이스(4)의 측단면(43)이 맞닿는다.

이어서, 케이스(4)의 둘레 방향으로 배치되고 축방향으로 연장되는 복수의 관통공(49)을 통하여, 복수의 소켓 볼트(45)(도 1 참조)를 삽입 통과시키고, 스터핑 박스(2)에 형성된 복수의 암나사부(29)에 나사 결합시킨다. 이에 따라, 케이스(4)를 스터핑 박스(2)에 착탈 가능하게 고정할 수 있다.

전술한 소켓 볼트(45)의 나사 결합에 의해, 파이프(10)의 양단에 배치된 O링(101b, 102b)은, 케이스(4)의 측단면(43)에 의해 압압되어, 파이프(10)의 양단과 스터핑 박스(2) 및 케이스(4)와의 사이는 액밀하게 시일된다. 상세하게는, 파이프(10)의 기외(B)측의 O링(101b)은, 스터핑 박스(2)의 안쪽 단면(26b)과 환상홈(101a)에 협압(狹壓)되어 밀착함으로써, 파이프(10)와 스터핑 박스(2)의 사이를 시일한다. 또한, O링(102b)은, 케이스(4)의 측단면(43)에 의해 압압되고, 환상홈(102a)과 측단면(43)에 협압되어 밀착함으로써, 파이프(10)와 케이스(4)와의 사이를 시일한다.

중간실(M)은, 스터핑 박스(2)에 케이스(4)가 고정된 상태일 때, 스터핑 박스(2)의 내주면(25a)과, 완곡면(25b)과, 내주면(26a)과, 안쪽 단면(26b)과, 케이스(4)의 측단면(43)과, 정지 밀봉환(6a, 6b)과 회전 밀봉환(9)에 의해 획성되는 환상의 공간이다.

냉각실(C)은, 파이프(10)가 스터핑 박스(2) 및 케이스(4)에 협지됨으로써 중간실(M)이 구획된 상태일 때, 스터핑 박스(2)의 내주면(25a) 및 완곡면(25b)과, 파이프(10)의 외주면(10a)과, 케이스(4)의 측단면(43)에 의해 획성되는 환상의 공간이다. 이와 같이 하여, 스터핑 박스(2)와, 파이프(10)와, 케이스(4)에 의해, 냉각실(C)을 갖는 냉각 재킷이 형성되어 있다. 또한, 냉각실(C)에는, 연통로(28a, 28b)가 연통되어 있다. 한편, 액실(R)은, 파이프(10)의 내주면(10b)과, 스터핑 박스(2)의 안쪽 단면(26b)과, 측단면(43)과, 정지 밀봉환(6a, 6b)과 회전 밀봉환(9)에 의해 획성되는 환상의 공간이다.

지금까지, 메커니컬 시일(1)의 구조·조립에 대해서 설명해 왔지만, 이제부터, 도 6, 7을 사용하여, 메커니컬 시일(1)의 사용 양태에 대해서 설명한다.

도 6에 나타나는 바와 같이, 메커니컬 시일(1)은, 액실(R)에 실란트(F1)(액체)가 봉입된, 봉입형의 메커니컬 시일이며, 기내(A)측에 위치하는 정지 밀봉환(6b)과 회전 밀봉환(9)은 액실(R) 내에 피밀봉 유체(L)가 유출되는 것을 방지하고, 기외(B)측에 위치하는 정지 밀봉환(6a)과 회전 밀봉환(9)은 실란트(F1)가 기외(B)측으로 유출되는 것을 방지하고 있다.

연통로(27a, 47a)는, 마개체(27c, 47c)에 의해 폐색되어 있다.

연통로(28a)로부터 냉각실(C)을 경유하여 연통로(28b)를 향하여 냉각수(F2)(냉각 유체)가 순환되고 있고, 냉각수(F2)에 의해 파이프(10)가 냉각됨으로써, 파이프(10)의 내경측에 봉입되는 실란트(F1)를 냉각할 수 있다. 또한, 냉각 유체는, 스팀이라도 좋다.

액실(R) 내의 실란트(F1)는, 회전 밀봉환(9)에 형성된 복수의 교반홈부(92)에 의해 교반되기 때문에, 실란트(F1)의 순환이 촉진되어, 제열(除熱) 효율이 높아지고 있다.

또한, 교반홈부(92)는, 대향하는 한 쌍의 교반홈(92a, 92b)으로 구성되어 있기 때문에, 회전축(3)의 회전 방향에 관계없이 교반할 수 있다. 또한, 교반홈(92a, 92b)의 형상은 전술한 형상에 한하지 않고, 예를 들면 주지의 스파이럴 형상 등이라도 좋다. 요컨대, 액실(R) 내의 실란트(F1)를 교반할 수 있는 형상이면 좋다.

또한, 실란트(F1)을 냉각할 필요가 적다면 냉각실(C)에 냉각수(F2)를 유입시키지 않아도 좋다.

지금까지, 봉입형의 메커니컬 시일(1)에 대해서 설명해 왔지만, 도 7을 참조하여 순환형의 메커니컬 시일(1)에 대해서 설명한다. 또한, 지금까지 설명해 온 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.

도 7에 나타나는 바와 같이, 연통로(28a, 28b)를 각각 마개체(28c, 28d)에 의해 폐색한 상태에서, 연통로(47a)로부터 액실(R)을 경유하여 연통로(27a)를 향하여 실란트(F1)를 순환시킴으로써, 순환형의 메커니컬 시일로서 사용할 수 있다.

또한, 도 6에서 설명한 바와 같이, 연통로(28a, 28b)에 냉각수(F2)를 순환시켜 냉각 효율을 높여도 좋다.

또한, 액실(R)의 냉각의 필요성이 낮은 경우에는, 연통로(27a, 28a, 28b, 47a)를 마개체에 의해 폐색하고, 액실(R)에 실란트(F1)를 봉입하여 사용할 수도 있다.

지금까지 설명해 온 바와 같이, 실시예 1에 있어서의 메커니컬 시일(1)은, O링(101b, 102b)을 개재시킨 파이프(10)에 의해 중간실(M)을 구획함으로써 냉각실(C)을 획성할 수 있는 점에서, 제조 비용이 염가이며 구조가 간단한 냉각 재킷을 구비할 수 있다. 또한, 정지 밀봉환(6a, 6b) 및 회전 밀봉환(9)의 외경측에 냉각 재킷이 구성되기 때문에, 냉각 효율 및 공간 절약화가 도모된다.

또한, 파이프(10)는, 스터핑 박스(2)에 케이스(4)를 고정함으로써, 스터핑 박스(2)와 케이스(4)에 의해 협지되기 때문에, 조립이 간단하다.

또한, 파이프(10)는, 스터핑 박스(2) 및 케이스(4)와의 사이에 개재하는 O링(101b, 102b)을 구비하기 때문에, 스터핑 박스(2)와 케이스(4)를 착탈시킴으로써, 파이프(10)를 탈착시킬 수 있기 때문에, 파이프(10)의 탈착이 용이하다.

또한, 메커니컬 시일(1)은, 종전부터 사용되고 있는 스터핑 박스(2) 및 케이스(4)에, 파이프(10)를 장착함으로써 냉각 재킷을 구성할 수 있기 때문에, 범용성이 우수하다.

또한, 스터핑 박스(2)는, 안쪽 단부(26)에 파이프(10)의 측단부(101)가 삽입 끼워져 있기 때문에, 파이프(10)의 진동이나 지름 방향의 이동이 방지되는 점에서 메커니컬 시일(1)의 구조가 안정된다.

또한, 스터핑 박스(2)보다도 소형인 파이프(10)에 O링(101b, 102b)을 장착하면 되기 때문에 조립이 간단하다. 또한, 스터핑 박스(2)에는, 파이프(10)를 시일하기 위한 O링을 장착하기 위한 환상홈이 형성되지 않기 때문에, 하우징의 구조를 심플하게 할 수 있다. 또한, 파이프(10)를 장착하는 일 없이 메커니컬 시일을 사용하는 경우에, 스터핑 박스(2) 및 케이스(4)에 먼지 등이 침착되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 케이스(4)에 대해서도 동일하다.

또한, 파이프(10)는, 축방향 중앙부가 측단부(101, 102)보다 얇게 형성되어 있기 때문에, 중간실(M)을 점유하는 체적을 작게 할 수 있는 동시에 냉각 재킷의 열전도성이 우수하다.

또한, 파이프(10)는, 측단면에서 보았을 때에 한 개의 대략 판 형상으로 형성되어 있기 때문에, 선행문헌 1과 같이 두 개의 환상의 부재를 용접함으로써 형성된 냉각 재킷과 비교하면, 냉각 재킷이 중간실(M)에 있어서 차지하는 체적이 작다.

실시예 2

다음으로, 실시예 2에 따른 메커니컬 시일(200)에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예 1에 나타나는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.

도 8에 나타나는 바와 같이, 실시예 2에 있어서의 메커니컬 시일(200)의 파이프(210)는, 케이스(4)측에 위치하는 측단부(212)가 외경 방향으로 확개되는 플랜지 형상으로 형성되어 있고, 측단부(212)에는, 축방향으로 관통공(212a)이 형성되어 있다. 볼트(212b)를 파이프(210)의 관통공(212a)을 통하여 케이스(4)의 암나사부(243a)에 나사 결합시킴으로써 파이프(210)를 케이스(4)의 단면(43)에 고정하여, 파이프(210)와 케이스(4)를 일체로 할 수 있다.

파이프(210)와 케이스(4)가 일체가 된 것을 스터핑 박스(2)에 고정함으로써, 중간실(M)을 냉각실(C)과 액실(R)로 획성할 수 있다. 또한, 파이프(210)는, 볼트(212b)가 아닌, 용접에 의해 케이스(4)에 고정되는 양태라도 좋다. 추가로 또한, 파이프(210)는, 스터핑 박스(2)에 대하여 일체로 고정되어도 좋고, 이 경우, 파이프(210)와 케이스(4)와의 사이는 실시예 1과 동일하게 O링(102b)에 의해 시일된다.

실시예 3

다음으로, 실시예 3에 따른 메커니컬 시일(300)에 대해, 도 9를 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예 1, 2에 나타나는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.

도 9에 나타나는 바와 같이, 실시예 3에 있어서의 메커니컬 시일(300)의 파이프(310)는, 스터핑 박스(2)측에 위치하는 측단부(311)가 외경 방향으로 확개되는 플랜지 형상으로 형성되어 있고, 파이프(310)의 외경측의 외주부(311c)에는, 내경 방향으로 오목한 환상홈(311a)이 형성되어 있고, O링(311b)이 삽입 끼워져 있다. 또한, 스터핑 박스(2)의 안쪽 단부(326)는, 단부(311)가 삽입 끼움 가능하게 형성되어 있다.

스터핑 박스(2)에 케이스(4)를 고정함으로써, 파이프(310)의 단부(311)가 안쪽 단부(326)에 삽입 끼워진다. 이에 따라, 스터핑 박스(2)의 안쪽 단면(326b)에 단부(311)가 맞닿고, 내주면(326a)과 외주부(311c)와의 사이가 O링(311b)에 의해 시일되기 때문에, 중간실(M)을 냉각실(C)과 액실(R)로 획성할 수 있다.

다음으로, 실시예 4에 따른 메커니컬 시일(400)에 대해, 도 10을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예 1에 나타나는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.

도 10에 나타나는 바와 같이, 실시예 4에 있어서의 메커니컬 시일(400)은, 한 개의 정지 밀봉환(406)과, 한 개의 회전 밀봉환(409)을 사용한 싱글형의 양태로 되어 있다. 스터핑 박스(2)와 회전축(3)과의 사이로부터 액실(R1)에 걸쳐 피밀봉 유체(L1)(액체)가 봉입되고, 피밀봉 유체(L1)가, 정지 밀봉환(406)과 회전 밀봉환(409)의 슬라이딩부를 내경측으로 새는 것을 방지하는 인사이드형의 양태로 되어 있다. 또한, 연통로(27a,47a)는, 도시하지 않은 마개체에 의해 폐색되어 있다. 또한, 냉각실(C)에는 냉각수(F2)가 순환되고 있다.

이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 설명해 왔지만, 구체적인 구성은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함된다.

상기 실시예 1, 4에서는, 파이프(10)의 측단부(101, 102)에 형성된 환상홈(101a, 102a)에 O링(101b, 102b)을 장착하는 양태로서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 스터핑 박스(2) 및 케이스(4)에 O링 등의 2차 시일이 장착되는 양태라도 좋고, 이 양태라면 파이프(10)의 형상을 단순한 것으로 할 수 있다.

상기 실시예 1~3에서는 더블형의 메커니컬 시일에 대해서 설명하고, 상기 실시예 4에서는 싱글형의 메커니컬 시일에 대해서 설명했지만, 메커니컬 시일의 형식은 이들에 한정되지 않고, 예를 들면 탠덤형의 메커니컬 시일이라도 좋다.

상기 실시예 1~4에서는, 제2 공간이 냉각실(C)이며 또한 제3 공간이 액실(R, R1)인 예에 대해서 설명했지만, 제2 공간 및 제3 공간에 도입 또는 봉입되는 유체는 불문한다. 요컨대, 파이프에 의해 회전 밀봉환과 정지 밀봉환의 외경측의 제1 공간을 제2 공간과 제3 공간으로 구분하는 것이면 좋다.

1, 1'; 메커니컬 시일
2; 스터핑 박스(하우징)
3; 회전축
4; 케이스(시일 커버)
6a, 6b; 정지 밀봉환
9; 회전 밀봉환
10; 파이프(통 형상 부재)
26; 안쪽 단부(奧端部)(환상 오목부)
28a; 연통로
28b; 연통로
101a; 환상홈
101b; O링(2차 시일)
102a; 환상홈
102b; O링(2차 시일)
103; 오목부
A; 기내(機內)
B; 기외(機外)
M; 중간실(제1 공간)
C; 냉각실(제2 공간)
R; 액실(제3 공간)
F1; 실란트(액체)
F2; 냉각수(냉각 유체)
L1; 피밀봉 유체(액체)

Claims (10)

1. 하우징 및 당해 하우징에 고정된 시일 커버와 회전축과의 사이를 정지 밀봉환과 회전 밀봉환에 의해 시일하는 동시에 상기 하우징 및 상기 시일 커버와 상기 정지 밀봉환 및 상기 회전 밀봉환과의 사이에 제1 공간이 형성된 메커니컬 시일로서,
   상기 정지 밀봉환 및 상기 회전 밀봉환보다도 내경이 큰 통 형상 부재와, 상기 통 형상 부재와 적어도 상기 하우징 또는 상기 시일 커버와의 사이에 개재하는 2차 시일과, 외부에 연통하는 연통로를 구비하고,
   상기 제1 공간은, 상기 통 형상 부재의 외경측에 위치하는 제2 공간과, 당해 통 형상 부재의 내경측에 위치하는 제3 공간으로 구획되고, 또한
   상기 연통로는, 상기 제2 공간에 연통되며,
   상기 메커니컬 시일은, 또한 내경 방향으로 돌출되는 돌출부를 갖는 환상의 칼라와, 상기 회전축에 고정된 슬리브를 구비하고,
   상기 회전 밀봉환 및 상기 칼라가 상기 슬리브의 외주면에 삽입 끼워지면, 상기 회전 밀봉환의 내주측과 상기 슬리브의 외주면에 의해, O링을 삽입 끼우게 하는 환상홈이 형성되고, 상기 칼라의 단부는 축방향에 있어서 상기 환상홈에 근소하게 삽입 끼워진 상태에서, 상기 칼라의 상기 돌출부가 상기 슬리브의 단부에 맞닿아서 상기 회전 밀봉환의 삽입위치가 위치 맞춤되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 시일.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 통 형상 부재는, 상기 하우징에 상기 시일 커버가 고정되었을 때에, 상기 하우징과 상기 시일 커버에 의해 축방향으로 협지되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 시일.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 2차 시일은 상기 통 형상 부재의 양단에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 시일.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 하우징은, 상기 통 형상 부재의 단부에 대응하는 위치에 축방향으로 오목한 환상(環狀) 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 시일.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 통 형상 부재의 단부에는, 축방향으로 오목한 환상홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 시일.
   
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 통 형상 부재는, 축방향 중앙부가 양단부보다 얇게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 시일.
   
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 통 형상 부재는, 지름 방향으로 오목한 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 시일.
   
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 통 형상 부재는 금속 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 시일.
   
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 슬리브의 내경측에 형성된 오목부와, 상기 회전 밀봉환의 내주에 형성된 오목부에는, 회전 방지핀이 삽입 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 시일.
   
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전 밀봉환에는, 외주에 있어서 대향하여 내경측으로 오목한 한 쌍의 교반홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 시일.

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