WO2011007765A1 - メカニカルシール装置 - Google Patents

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WO2011007765A1
WO2011007765A1 PCT/JP2010/061795 JP2010061795W WO2011007765A1 WO 2011007765 A1 WO2011007765 A1 WO 2011007765A1 JP 2010061795 W JP2010061795 W JP 2010061795W WO 2011007765 A1 WO2011007765 A1 WO 2011007765A1
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WO
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ring
sleeve
machine
rotary
rotating
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PCT/JP2010/061795
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English (en)
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Inventor
嘉博 末藤
Original Assignee
イーグル工業株式会社
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Publication date
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Priority to JP2011522808A priority patent/JP5380713B2/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16J15/3464—Mounting of the seal
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3464—Mounting of the seal
    • F16J15/348—Pre-assembled seals, e.g. cartridge seals
    • F16J15/3484—Tandem seals

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical seal device that can stably and stably fix a rotating ring to a rotating shaft.
  • a form that is fixed using a set screw on the inside of the machine for example, see Japanese Utility Model Application Publication No. 2-92170 (Patent Document 1)
  • a form that is fixed on the outside of the machine using a sleeve for example, PCT International Publication No. WO2006 / 022378 (Patent Document 2)
  • fixing form using a seal nut for example, Japanese Utility Model Registration No. 2538900 (Patent Document 3)
  • sleeve 2 A form that is fixed using a type (for example, see Japanese Patent Application Publication No. 2005-140258 (Patent Document 4)) is known.
  • Such a conventional method for fixing a rotating ring has a problem that in any case, a considerable space is required in the axial direction and the radial direction. Therefore, as a relatively simple fixing form of the rotating ring, for example, a form using a snap ring as shown in FIG. 6 and a form using a knock pin as shown in FIG. 7 are widely used. In addition, if only positive pressure (pressure for pressing the rotating ring against the outside of the machine) is applied to the rotating ring, a form in which there is no presser can be considered.
  • the snap ring can be detached from the groove due to the corrosion of the snap ring due to the contact of the snap ring with the medium inside the machine or the wear of the snap ring. There is sex. In such a case, in such a configuration, the snap ring is mixed into the inside of the machine, and a serious problem may occur depending on the use conditions.
  • a form using a knock pin as shown in FIG. 7 or a form without a presser can be used as long as only positive pressure acts on the rotating ring, but a problem occurs when negative pressure is applied.
  • the rotating ring is supported by the knock pin when negative pressure is applied, so that the seal surface may be distorted and the sealing liquid may leak.
  • the rotating ring is detached from the sleeve, and the sealing device does not function at all.
  • the present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is a compact structure that does not require a large space in the axial direction and the radial direction in the structure for fixing the rotating ring to the rotating shaft,
  • the structure is simple, the effects of corrosion and wear can be reduced, the rotating ring can be stably maintained in the axial direction regardless of positive pressure or negative pressure, and appropriate sealing performance can be obtained.
  • An object of the present invention is to provide a mechanical seal device that can obtain stable sealing characteristics without distortion of the surface.
  • a mechanical seal device of the present invention includes a rotary ring that is installed on the rotary shaft so as to rotate integrally with the rotary shaft, and a seal surface is formed on at least one surface in the axial direction.
  • a fixed ring having a seal surface that slides in close contact with the seal surface of the rotary ring, a rotary ring fixing portion for fixing the rotary ring to the rotary shaft, and the rotary ring and the fixed ring.
  • a knock pin inserted and inserted into the communicating through-hole from the inner peripheral side is engaged with a recess formed in the rotary ring, thereby being fixed in the circumferential direction to the sleeve and the rotary ring fixing collar. It is characterized by.
  • the rotary ring fixing structure has a compact structure that does not require a large space in the axial direction and the radial direction, and the structure is simple, and corrosion and wear.
  • the rotating ring is stably maintained in the axial direction regardless of the positive pressure or negative pressure, and appropriate sealing performance can be obtained.
  • the sealing surface of the rotating ring is not distorted and has stable sealing characteristics.
  • a mechanical seal device that can be obtained can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a mechanical seal device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an axial plan view showing a state in which the mechanical seal device shown in FIG. 1 is fitted to a rotating shaft.
  • FIG. 3 is an enlarged view for explaining the configuration of the sleeve of the mechanical seal device shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is an enlarged view for explaining the configuration of the rotary ring fixing collar of the mechanical seal device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a view for explaining an assembly procedure when the rotating ring of the mechanical seal device shown in FIG. 1 is installed in the rotating ring fixing portion.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a mechanical seal device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an axial plan view showing a state in which the mechanical seal device shown in FIG. 1 is fitted to a rotating shaft.
  • FIG. 3 is an enlarged view for explaining the configuration of the sleeve of the mechanical seal device shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing a conventional method for fixing a rotating ring, and is a diagram showing a configuration for fixing the rotating ring using a snap ring.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a conventional method of fixing a rotating ring, and is a diagram illustrating a configuration in which the rotating ring is fixed using a knock pin.
  • a mechanical seal device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • a mechanical seal device is mounted in the form of a cartridge on the outer surface of a housing of a desired device through which a rotating shaft passes, and a mechanical seal having a double seal configuration in which two sliding surfaces are arranged back to back.
  • the present invention will be described with reference to an apparatus.
  • the mechanical seal device of this embodiment is a mechanical seal device suitable for use as, for example, a shaft seal of a centrifugal pump.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the mechanical seal device 1 of the present embodiment, and shows a state where the mechanical seal device 1 is mounted on the outer surface 82 of the housing 80.
  • 2 is an axial plan view showing a state in which the sealing device 1 shown in FIG.
  • a shaft hole 81 through which the rotation shaft 70 passes is formed in the housing 80, and the mechanical seal device 1 is installed on an outer surface 82 around the shaft hole 81.
  • the shaft hole 81 side (the left side in the figure) of the housing 80 is the machine interior space A, and the opposite side in the axial direction (the right side in the figure) is the machine outside space and the atmosphere space B.
  • the mechanical seal device 1 includes, as main components, a cover unit 10, a rotating ring fixing unit 20, a rotating ring (mating ring) 31, an inboard fixing ring (inside sealing ring) 41, and an outboard fixing ring (outside of the apparatus). Seal ring) 51.
  • the cover portion 10 further includes a flange cover 11 and a seal cover 12, and the rotating ring fixing portion 20 includes a sleeve 21, a rotating ring fixing collar 22, knock pins 23 and 28, O-rings 24 and 27, and a sleeve collar 25. And a set screw 26.
  • an in-machine seal portion 40 is configured by the in-machine seal surface 32 of the rotating ring 31 and the in-machine fixed ring 41, and the in-machine seal surface 33 of the rotating ring 31 and the out-of-machine fixed ring 51 are configured.
  • outboard (atmosphere side) seal portion 50 is formed.
  • the cover unit 10 includes a flange cover 11 disposed inside the axial machine and a seal cover 12 disposed outside the axial machine, and these are integrally installed in the housing 80 of the apparatus main body.
  • a portion corresponding to a machine inner fixed ring installation portion 111 which will be described later, protrudes to the outer side in the axial direction with a predetermined width.
  • Surface 11c) is formed.
  • the machine inner end portion of the inner peripheral surface 12c of the seal cover 12 is fitted to the step surface 11c of the flange cover 11, and the machine outer end surface 11b of the flange cover 11 and the machine inner end surface 12a of the seal cover 12 are brought into close contact with each other.
  • the flange cover 11 and the seal cover 12 are integrated coaxially. In this state, an inner hole 101 that is continuous with the shaft hole 81 of the housing 80 and through which the rotating shaft 70 passes is formed inside the cover portion 10 when the cover portion 10 is installed in the housing 80.
  • the cover portion 10 is formed in an approximately square shape in the axial direction of the machine interior portion, and each corner portion on the axial plane of the cover portion 10 is diagonally oriented from the outside of the corner portion.
  • An installation groove 15 cut inward is formed.
  • the bolts 16 are passed through the four installation grooves 15 from the outside of the machine, and the bolts 16 are tightened into bolt holes formed at corresponding positions on the outer surface 82 of the housing 80, so that the mechanical seal device 1 is mounted on the housing 80. It is fixedly installed on the outer surface 82 around the shaft hole 81.
  • an O-ring 115 is interposed between the machine inner end surface 11 a of the flange cover 11 and the outer surface 82 of the housing 80. Further, an O-ring 116 is interposed between the flange cover 11 and the seal cover 12 at the position of the step surface 11c of these fitting portions. As a result, the space between the outer space (atmosphere space B) of the cover 10 and the internal hole 101 that is the internal space of the cover 10 is sealed.
  • the inner end of the inner hole 101 of the cover part 10, that is, the inner peripheral part of the flange cover 11 is flanged inside the inner peripheral surface (the inner peripheral surface 12 a of the seal cover 12) near the axial center of the inner hole 101. It protrudes in a shape and forms an in-machine fixed ring installation portion 111. As described above, the portion corresponding to the in-machine fixed ring installation portion 111 of the flange cover 11 protrudes to the predetermined height on the outer side in the axial direction, and is between the outer end surface 11 b of the outer peripheral portion of the flange cover 11. A step (step surface 11c) is formed on the surface. Further, a groove for installing the O-ring 116 is formed in the step surface 11c.
  • a machine-side fixed ring 41 described later is fitted and installed on the inner peripheral side of the machine-side fixed ring installation part 111 so as to be axially movable.
  • a staircase part 111c having a step in the axial direction is formed so as to face the stepped part 41a formed in the machine-inside fixed ring 41.
  • An O-ring 49 is disposed in an annular space having a rectangular cross section formed between the staircase portion 41a and the staircase portion 111c.
  • the cover part 10 and the machine-side fixed ring 41 are formed in the inner hole 101 of the cover part 10. Is sealed in the axial direction.
  • a fixing pin 46 that protrudes outward in the axial direction and is fitted into a guide groove 45 formed in the flange portion 44 of the inner fixing ring 41 is installed on the outer end surface 111b of the inner fixing ring installation portion 111.
  • a plurality of spring seats 47 are provided in the circumferential direction on the machine-side end ring 111 b of the machine-side fixed ring installation portion 111, and between the machine-side end face 44 a of the flange portion 44 of the machine-side fixed ring 41. and it has a configuration for holding the coil spring 48.
  • the machine outer end of the inner hole 101 of the cover part 10, that is, the inner peripheral part of the machine outer end of the seal cover 12, is an inner peripheral surface (an inner peripheral surface 12c of the seal cover 12) near the axial center of the inner hole 101. ) Protrudes in a flange shape on the inner side, and forms an outboard fixed ring installation portion 121 in which the outboard fixed ring 51 is installed.
  • a machine-side fixed ring 51 described later is fitted and installed on the inner peripheral side of the machine-side fixed ring installation part 121 so as to be axially movable.
  • a staircase portion 121c having a step in the axial direction is formed so as to face the staircase portion 51a formed in the outboard fixed ring 51.
  • An O-ring 59 is disposed in an annular space having a rectangular cross section formed between the staircase portion 51a and the staircase portion 121c.
  • the cover part 10 and the machine-side stationary ring 51 are formed in the inner hole 101 of the cover part 10. Is sealed in the axial direction.
  • a fixing pin 56 that protrudes inward in the axial direction and is fitted into a guide groove 55 formed in the flange portion 54 of the outer fixing ring 51 is installed on the inner end surface 121 a of the outer fixing ring installation portion 121.
  • a plurality of spring seats 57 are provided in the circumferential direction on the machine-side end surface 121a of the machine-side fixed ring installation portion 121, and between the machine-side end surface 54a of the flange portion 54 of the machine-side fixed ring 51. and it has a configuration for holding the coil spring 58.
  • the positioning part 125 has a positioning groove 126 on the outer peripheral surface.
  • the set plate 63 having the protruding strip portion 64 is fixed by the socket bolt 65 by fitting the protruding strip portion 64 into the positioning groove 126 and fixed by the socket bolt 65. 63 while interposing the installing sleeve collar 25 to the rotary shaft 70.
  • the rotary ring fixing portion 20 having the sleeve 21 and the rotary ring fixing collar 22 is defined in a predetermined positional relationship with respect to the cover portion 10 via the sleeve collar 25 and the set plate 63.
  • the ring 31, the inboard fixed ring 41, and the outboard fixed ring 51 are set in a predetermined positional relationship. Incidentally, the set plate 63 is removed after assembly of the mechanical seal device 1.
  • the cover portion 10 is formed with four radial fluid flow paths that connect from the outer peripheral surface to the intermediate chamber 102.
  • the four fluid flow paths are three quenching liquid injection paths 13 and one quenching liquid discharge path 14.
  • pipe screw holes that can be connected to a pipe (not shown) are formed.
  • Each flow path 13 and 14 communicates with an opening formed in a portion (inner peripheral surface 12a of the seal cover 12) having a relatively large inner diameter near the center in the axial direction of the inner hole 101 of the cover portion 10.
  • the seal cover 12 is connected to an intermediate chamber 102 surrounded by the inner peripheral surface 12a of the seal cover 12, the rotary ring 31, the machine inner fixed ring 41, the machine outer fixed ring 51, and the like.
  • the quenching liquid supplied via a pipe (not shown) is injected into the intermediate chamber 102 from the quenching liquid injection path 13 and directly into the rotary ring 31, the machine inner stationary ring 41, and the machine outer stationary ring. 51 is discharged to the outer peripheral surface of 51 and discharged from the quenching liquid discharge path 14.
  • the heat generated during sliding is cooled, and impurities adhering to each seal part are washed.
  • the machine-side fixed ring (machine-side seal ring) 41 is a seal ring that constitutes one seal surface of the machine-side seal part 40, and is axially directed toward the inner peripheral side of the machine-side fixed ring installation part 111 as described above. It is fitted and installed movably.
  • the machine inner fixed ring 41 has a seal surface 42 formed on the machine outer end surface.
  • the seal surface 42 is slidably in close contact with the machine inner seal surface 32 of a rotating ring (a mating ring) 31 described later.
  • the inner seal portion 40 is configured.
  • a stepped portion 41 a having a step in the axial direction is formed on the outer peripheral surface of the machine inner fixed ring 41.
  • the O-ring 49 is disposed in the annular space between the staircase portion 41a and the staircase portion 111c formed on the inner peripheral surface of the inboard fixed ring installation portion 111.
  • the in-flight side fixed ring installation part 111 and the in-flight side fixed ring 41 are fitted in a state of being sealed between them.
  • the outer peripheral side of the machine inner fixed ring 41 is formed in the flange portion 44, and a guide groove 45 is formed in the machine inner end surface 44a of the flange portion 44 in the axial direction.
  • the guide pin 45 is inserted with the fixing pin 46 formed on the outer end surface 111b of the inner fixed ring installation portion 111.
  • the fixing pin 46 and the guide groove 45 are in a state in which they can move relative to each other in the axial direction and are locked in the circumferential direction. That is, it is movable with respect to the cover portion 10 in the axial direction and is not rotatable in the circumferential direction.
  • a plurality of spring seats 47 are provided in the circumferential direction on the machine inner end surface 44a of the flange portion 44 of the machine inner fixed ring 41, and as described above, on the machine outer end surface 111b of the machine inner fixed ring installation unit 111.
  • a coil spring 48 is held between the formed spring seat.
  • a relatively large gap is formed between the inner peripheral surface of the inner fixed ring 41 and the outer peripheral surface of the rotary shaft 70, and the sealed fluid contained in the inner space A contains slurry. Even if it is, it is formed so that the to-be-sealed fluid can be distributed without solidifying and clogging.
  • the machine-side fixed ring (machine-side seal ring) 51 is a seal ring that constitutes one seal surface of the machine-side seal part 50, and is axially directed toward the inner peripheral side of the machine-side fixed ring installation part 121 as described above. It is fitted and installed movably.
  • the machine-side fixed ring 51 has a seal surface 53 formed on the machine-side end surface, and the seal surface 53 is slidably in close contact with an machine-side seal surface 33 of a rotating ring (a mating ring) 31 described later.
  • the outer seal portion 50 is configured.
  • a stepped portion 51 a having a step in the axial direction is formed on the outer peripheral surface of the outer stationary ring 51.
  • the O-ring 59 is disposed in the annular space between the staircase portion 51a and the staircase portion 121c formed on the inner peripheral surface of the outboard fixed ring installation portion 121, whereby the cover portion The ten outboard fixed ring installation part 121 and the outboard fixed ring 51 are fitted and sealed between them.
  • the outer peripheral side of the machine-side stationary ring 51 is formed in a flange portion 54, and a guide groove 55 is formed in the machine-side end surface 54a of the flange portion 54 in the axial direction.
  • the fixing pin 56 formed on the inner end surface 121a of the outer fixing ring installation portion 121 is inserted into the guide groove 55.
  • the fixing pin 56 and the guide groove 55 are in a state in which they can move relative to each other in the axial direction and are locked in the circumferential direction.
  • the cover 10 is installed so as to be movable in the axial direction and not rotatable in the circumferential direction.
  • a plurality of spring seats 57 are provided in the circumferential direction on the outer end surface 54a of the flange portion 54 of the outer fixed ring 51, and as described above, on the inner end surface 121a of the outer fixed ring installation portion 121.
  • a coil spring 58 is held between the formed spring seat. As a result, the machine-side stationary ring 51 is pressed inward in the axial machine direction, that is, in the direction of the rotary ring 31.
  • the rotating ring (mate ring) 31 is a seal ring that constitutes the other sealing surface of each of the in-machine seal 40 and the out-of-machine seal 50, and is fitted and installed on the rotating shaft 70 by the rotating ring fixing unit 20. ing.
  • the rotary ring 31 is formed with an inner side seal surface 32 whose inner end surface is slidably in close contact with the seal surface 42 of the inner fixed ring 41, and the outer end surface is a seal of the outer fixed ring 51. is formed outboard side seal surface 33 which closely can the surface 53 and sliding.
  • a knock pin 23 is inserted into the inner peripheral portion of the machine inner end face (machine inner seal surface) 32 to lock the rotary ring 31 so as not to move relative to the rotary ring fixing part 20 in the rotational direction.
  • notches 34 are a predetermined number formed equidistantly in the circumferential direction.
  • the rotary ring fixing portion 20 includes a sleeve 21, a rotary ring fixing collar 22, knock pins 23 and 28, O-rings 24 and 27, a sleeve collar 25 and a set screw 26, and the rotary ring 31 is rotated around the rotary shaft 70. It is installed so as to be rotatable integrally with the shaft 70.
  • the sleeve 20 is a cylindrical member that is closely fitted to the peripheral surface of the rotating shaft 70 with the O-ring 24 interposed therebetween.
  • the sleeve 20 sandwiches the rotary ring 31 together with the rotary ring fixing collar 22 at the machine inner end, and is fixed to the rotary shaft 70 by the sleeve collar 25 at the machine outer end.
  • FIG. Figure 3 is an enlarged sectional view of the sleeve 21.
  • two step surfaces 211 and 213 that are parallel to the peripheral surface of the rotating shaft 70 are formed on the outer peripheral surface of the inner end portion of the sleeve 21.
  • the first step surface 211 on the innermost side has a smaller diameter
  • the second step surface 213 formed on the outer side of the first step surface 211 has a predetermined length larger than the first step surface. It is formed in the diameter.
  • a flange-shaped ridge 215 is formed on which a rotating ring locking surface 214 for locking the rotating ring 31 from the outside of the machine is formed.
  • the rotary ring 31 is installed on the sleeve 21 so that the inner peripheral surface 31c thereof is fitted to the second stepped surface 213 of the sleeve 21.
  • the inner surface 31 c of the rotary ring 31 is fitted to the second stepped surface 213 of the sleeve 21, and the inner peripheral portion of the outer end surface of the machine, that is, the inner peripheral portion of the outer seal surface 33 is protruded from the sleeve 21.
  • the strip 215 is placed on the sleeve 21 in such a manner that it is brought into contact with a radial surface (rotating ring locking surface) 214 on the inner side of the machine and the movement of the rotating ring 31 to the outer side of the axial machine is prevented.
  • an O-ring 27 and a cylindrical portion 222 of the rotating ring fixing collar 22 are arranged in the annular gap formed between the first step surface 211 of the sleeve 21 and the inner peripheral surface 31c of the rotating ring 31, an O-ring 27 and a cylindrical portion 222 of the rotating ring fixing collar 22 are arranged. Is done. That is, in the sleeve 21, the step between the first step surface 211 and the second step surface has an effect that the O-ring 27 is disposed and the sleeve 21 and the rotary ring 31 are sealed in the axial direction.
  • the height to be realized is a predetermined height corresponding to the height of the cylindrical portion 222 where the cylindrical portion 222 of the rotary ring fixing collar 22 is disposed.
  • a predetermined number of knock pin holes 216 are formed along the circumferential direction in the end cylindrical portion on the machine inner side where the first step surface 211 of the sleeve 21 is formed.
  • a similar knock pin hole 226 is also formed in the cylindrical portion 222 of the rotary ring fixing collar 22, and a knock pin notch 34 is formed on the inner peripheral portion of the inner surface of the rotary ring 31.
  • the sleeve 21, the rotary ring fixing collar 22, the knock pin holes 216 and 226 and the knock pin notch 34 of the rotary ring 31 are arranged in the radial direction when the sleeve 21, the rotary ring fixing collar 22 and the rotary ring 31 are assembled.
  • the knock pin insertion hole 231 is formed so as to communicate coaxially and open inward in the radial direction.
  • the thickness of the head is larger than the thickness (thickness) of the end tubular portion inside the machine in which the knock pin hole 216 of the sleeve 21 is formed. Thin knock pins are used. Thereby, the head of the knock pin 23 is accommodated in the knock pin hole 216 of the sleeve, and does not protrude from the sleeve 21 toward the inner diameter side. Further, the inner peripheral side of the knock pin hole 216 of the sleeve 21, that is, the vicinity of the opening of the knock pin insertion hole 231 on the inner periphery of the inner end portion of the sleeve 21 is required to have processing accuracy to be fitted to the rotary shaft 70. In order to make the surface to be as small as possible, and to prevent distortion or the like when drilling or screwing the sleeve 21 from affecting the fitting surface, the step 21 is formed as a relief portion.
  • the collar 22 for fixing the rotating ring is an annular member that fits with the sleeve 21 at the end of the sleeve 21 and locks the rotating ring 31 from the inside of the machine to sandwich the rotating ring 31 with the sleeve 21. .
  • FIG. Figure 4 is an enlarged sectional view of the rotary ring fixing collar 22.
  • the rotary ring fixing collar 22 has a cylindrical portion 222, and on the inner peripheral side of the cylindrical portion 222, there is a strip-shaped cutout portion that is open to the outside of the machine.
  • a sleeve-engaging step portion 221 is formed to be fitted to the first step surface 211 at the end portion 21 on the machine inner side.
  • the outer peripheral surface of the cylindrical part 222 is formed in the rotary ring fitting surface 223 fitted to the inner peripheral surface 31c of the rotary ring 31, and the rotary ring 31 is connected to the inner side of the machine inner end part on the machine inner side.
  • a flange-shaped protruding portion 224 having a rotary ring locking surface 225 that locks from the flange 224 is formed.
  • the tubular portion 222 is formed with a knock pin insertion hole 231 into which a knock pin 23 for integrating the sleeve 21, the rotary ring fixing collar 22 and the rotary ring 31 so as not to move relative to each other in the rotational direction is inserted. 226, the equidistantly in the circumferential direction are disposed a predetermined number.
  • the sleeve collar 25 is a member fixed to the rotating shaft 70 so as to be rotatable integrally with the rotating shaft 70 by the set screw 26 and the knock pin 28, and is fitted to the outer peripheral surface of the outer end portion of the sleeve 21. These are fixed to the rotary shaft 70. As a result, the assembly structure in which the rotary ring 31 is sandwiched between the sleeve 21 and the rotary ring fixing collar 22 is fixedly installed on the rotary shaft 70.
  • the O-ring 27 is inserted into the first step surface 211 of the sleeve 21 (procedure S1).
  • fitting the rotary ring 31 to the sleeve 21 O-ring 27 is mounted.
  • the rotary ring 31 has its inner peripheral surface 31 c fitted to the outer peripheral side of the O-ring 27 and the second step surface 213 of the sleeve 21, and the machine outer end surface 33 is the rotary ring locking surface of the convex portion 214 of the sleeve 21.
  • the rotary ring 31 is installed in the sleeve 21 so that the knock pin engaging notch 34 of the rotary ring 31 is located at the same position in the circumferential direction as the knock pin hole 216 of the sleeve 21 and coaxial with the radial direction (procedure). S2).
  • the rotary ring fixing collar 22 is fitted to the sleeve 21 on which the rotary ring 31 is installed.
  • the rotating ring fixing collar 22 has the cylindrical portion 222 inserted into the gap between the inner peripheral surface 31 c of the rotating ring 31 and the first step surface 211 of the sleeve 21, and the rotating ring locking surface of the ridge 224.
  • the 225 is moved toward the sleeve 21 until it abuts on the in-machine seal surface 32 of the rotary ring 31 to be installed on the sleeve 21 (step S3).
  • the knock pin hole 226 of the rotary ring fixing collar 22 is located at the same position in the circumferential direction as the knock pin engagement notch 34 of the rotary ring 31 and the knock pin hole 216 of the sleeve 21, and is coaxial in the radial direction.
  • the rotary ring fixing collar 22 is installed on the rotary ring 31 and the sleeve 21 so that the knock pin insertion hole 231 is formed.
  • the rotating ring fixing collar 22 is moved to the sleeve 21 side until the rotating ring locking surface 225 of the ridge 224 contacts the in-machine seal surface 32 of the rotating ring 31.
  • the knock pin holes 226 of the 22 and the knock pin holes 216 of the sleeve 21 are formed so that the axial positions thereof coincide with each other.
  • step S4 When the sleeve 21, the rotary ring fixing collar 22 and the rotary ring 31 are assembled so that the knock pin insertion hole 231 is formed in this way, the knock pin 23 is inserted into the knock pin insertion hole 231 from the inner periphery of the assembly structure. Insert (step S4).
  • the assembly structure of the rotary ring 31, the sleeve 21, and the rotary ring fixing collar 22 is assembled.
  • the assembly structure of the rotary ring 31, the sleeve 21 and the rotary ring fixing collar 22 assembled in this way is fixedly installed on the rotary shaft 70 by the sleeve collar 25.
  • the assembly structure having the rotary ring 31, the sleeve 21 and the rotary ring fixing collar 22 is positioned by the set plate 63 and attached to the rotary shaft 70.
  • the positioning groove 126 is formed on the outer peripheral portion of the cover 10 on the outside of the machine.
  • the plurality of set plates 63 are formed in the positioning groove 126.
  • the protrusions 64 of the set plate 63 are arranged so as to be evenly distributed along the positioning grooves 126.
  • Each set plate 63 is fixedly installed by a socket bolt 65.
  • the set plate 63 and the sleeve collar 21 are brought into a predetermined positional relationship, and the cover portion 10 to which the set plate 63 is mounted, the sleeve collar 21,
  • the relative positional relationship between the sleeve 20 and the rotary ring fixing collar 22 that are integrally fitted is set to a desired positional relationship.
  • the rotary ring 31 sandwiched between the sleeve 21 and the rotary ring fixing collar 22 and the machine-side fixed ring 41 and the machine-side fixed ring 51 attached to the cover unit 10 have a desired positional relationship
  • the seal surface 42 of the fixed ring 41 and the machine-side seal surface 32 of the rotary ring 31, and the seal surface 53 of the machine-side fixed ring 51 and the machine-side seal surface 33 of the rotary ring 31 are respectively in a predetermined positional relationship and predetermined.
  • An in-machine seal 40 and an out-of-machine seal 50 are configured to slide closely with each other.
  • the rotary ring 31, the machine inner stationary ring 41, and the machine outer stationary ring 51 are each made of a material such as silicon carbide (silicon carbide, SiC), carbon, cemented carbide or the like.
  • the combination of the in-machine stationary ring 41 or the out-of-machine stationary ring 51 and the rotating ring 31 is a combination of silicon carbide (SiC) and silicon carbide (SiC), a combination of carbon and silicon carbide (SiC), respectively.
  • a combination of cemented carbide and cemented carbide or a combination of carbon and cemented carbide is preferred.
  • Fluorine rubber, nitrile rubber, EPDM, perfluoroelastomer, etc. are used as the material of each O-ring of the mechanical seal device 1.
  • the rotary ring 31 is fixed to the rotary shaft 70 by using the rotary ring fixing collar 22 and the knock pin 23 in addition to the sleeve 21.
  • the rotating ring 31 is fixed with a simple configuration.
  • the rotary ring 31 is fixed by the knock pin 23 without using a screw processing configuration such as a bolt hole or a seal nut. Therefore, the rotary ring 31 can be fixedly installed on the rotary shaft 70 with a compact structure that does not require a wide space in the axial direction and the radial direction.
  • the rotating ring 31 is sandwiched between the rotating ring locking surface 214 of the sleeve 21 and the rotating ring locking surface 225 of the rotating ring fixing collar 22, so
  • the rotary ring 31 is supported by the surface both in the direction toward the outside of the machine, in other words, in both the positive pressure direction and the negative pressure direction. Therefore, even if a negative pressure is applied, the sealing surface of the rotating ring 31 is not distorted, and stable sealing characteristics can be obtained.
  • the rotary ring 31 moves in the axial direction regardless of whether the pressure in the in-machine direction or the pressure in the out-of-machine direction is applied, in other words, whether the positive pressure is applied or the negative pressure is applied.
  • the position of the rotary ring 31 can be held stably, and stable sealing characteristics can be obtained in this respect as well.
  • the rotation ring fixing collar 22 is also integrated by using a conventionally used knock pin 23 for preventing rotation of the rotation ring 31. Therefore, it can be manufactured at a very low cost and is effective.
  • construction details of the rotary ring fixed portion 20 may be arbitrarily changed.
  • the detailed configurations of the sleeve 21 and the rotary ring fixing collar 22 may be arbitrarily changed, and the number and arrangement of the knock pins 23 integrating them may be arbitrarily changed.
  • the in-machine stationary ring 41 and the out-of-machine stationary ring 51 are configured such that seal rings having substantially the same configuration are arranged symmetrically around the rotary ring 31.
  • the configuration of the inboard fixed ring 41 and the outboard seal ring 51 may be different.
  • a seal ring having a different balance value depending on the use environment may be used for the in-machine stationary ring 41 or the out-of-machine stationary ring 51.
  • the present invention can be applied as a shaft seal device for a rotating shaft to any device having a rotating shaft.
  • it can be used for shaft seals such as centrifugal pumps and agitators.

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Abstract

　本発明は、簡単な構成で回転環を軸方向の所定位置に安定して保持でき、シール面の歪みを防止し適切なシール特性を得ることができるメカニカルシール装置を提供する。メカニカルシール装置１においては、回転環３１を、スリーブ２１の回転環係止面２１４と回転環固定用カラー２２の回転環係止面２２５とにより軸方向に挟持する。また、スリーブ２１と回転環固定用カラー２２と回転環３１とは、回転環３１の回り止め用ノックピン２３により一体化させる。これにより、正圧がかかっても負圧がかかっても、回転環３１が動くこと無く、回転環３１のシール面が歪むこと無く、また、ノックピン２３のみで簡単に組み立てができる。

Description

メカニカルシール装置
　本発明は、回転環を回転軸にコンパクトに安定して固定することができるメカニカルシール装置に関する。
　従来、この種のメカニカルシール装置において、回転環を回転軸へ固定する構造としては、種々の形態が提案されている。
　例えば、機内側でセットスクリューを用いて固定する形態（例えば、日本国実用新案出願公開平２－９２１７０号公報（特許文献１）参照）、スリーブを使用して機外側で固定する形態（例えば、ＰＣＴ国際公開ＷＯ２００６／０２２３７８号公報（特許文献２）参照）、シールナットを使用して固定する形態（例えば、日本国実用新案登録第２５３８９００号公報（特許文献３）参照）、あるいは、スリーブを２種類使用して固定する形態（例えば、日本国特許出願公開２００５－１４０２５８号公報（特許文献４）参照）等が知られている。
日本国実用新案出願公開平２－９２１７０号公報 ＰＣＴ国際公開ＷＯ２００６／０２２３７８号公報 日本国実用新案登録第２５３８９００号公報 日本国特許出願公開２００５－１４０２５８号公報
　そのような従来の回転環の固定方法は、いずれの場合においても、軸方向及び径方向にかなりのスペースを必要とするという課題がある。そこで、比較的簡単な回転環の固定形態として、例えば図６に示すようなスナップリングを用いる形態や、図７に示すようなノックピンを用いる形態が広く行われている。また、回転環に正圧（回転環を機外側に押し付ける圧力）のみが作用する条件であれば、押えが無いという形態も考えられる。
　しかしながら、図６に示すようなスナップリングを用いる形態は、スナップリングが機内側媒体に接液していることに起因するスナップリングの腐食や、スナップリングの摩耗により、スナップリングが溝部から外れる可能性がある。その場合、このような構成ではスナップリングは機内側に混入することとなり、使用条件によっては重大な問題が生じる可能性がある。
　また、図７に示すようなノックピンを用いる形態や押えが無い形態は、回転環に正圧のみが作用する条件であれば使用可能であるが、負圧がかかった場合には問題が生じる。図７に示すようなノックピンを用いる形態においては、負圧がかかった時にはノックピンで回転環を支えることになるので、シール面に歪みが生じ、シール液が漏洩する可能性がある。また、押えが無い構造では、負圧がかかれば回転環はスリーブから外れてしまい、シール装置は全く機能しない状態となってしまう。
　本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転環の回転軸への固定構造において軸方向及び径方向にも広いスペースを必要としないコンパクトな構造であり、また構成が簡単であり、腐食や摩耗の影響を低減でき、正圧でも負圧でも回転環が軸方向に安定して維持されて適切なシール性能を得ることができ、さらに、回転環のシール面が歪むことが無く安定したシール特性を得ることができるようなメカニカルシール装置を提供することにある。
　前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシール装置は、回転軸と一体に回転するように当該回転軸に設置され、軸方向の少なくとも一方の面にシール面が形成されている回転環と、前記回転環の前記シール面に密接摺動するシール面が形成されている固定環と、前記回転環を前記回転軸に固定するための回転環固定部と、前記回転環及び前記固定環を収容し、前記固定環を軸方向に移動自在で前記回転環方向に押圧されるように支持するカバー部とを有し、前記回転環固定部は、前記回転軸の周面に固定可能で、軸方向機外側又は機内側から前記回転環を係止する回転環係止面と、ノックピン挿入用の径方向の貫通孔とを有するスリーブと、前記スリーブに嵌合されて当該スリーブの軸方向機内側又は機外側に配置されるカラーであって、前記スリーブの前記回転環係止面と対向する方向から前記回転環を係止する回転環係止面と、前記スリーブに嵌合された状態において前記スリーブの前記貫通孔に連通するノックピン挿入用の径方向の貫通孔とを有する回転環固定用カラーとを有し、前記回転環は、前記スリーブ及び前記回転環固定用カラー各々の前記回転環係止面により軸方向に挟持されるとともに、前記連通された前記貫通孔に内周側から嵌挿されるノックピンが当該回転環に形成された凹部に係合されることにより前記スリーブ及び前記回転環固定用カラーに周方向固定されることを特徴とするものである。
　このような構成の本発明のメカニカルシール装置によれば、回転環の固定構造において軸方向及び径方向にも広いスペースを必要とせずコンパクトな構造であり、また構成が簡単であり、腐食や摩耗の影響を低減でき、正圧でも負圧でも回転環が軸方向に安定して維持されて適切なシール性能を得ることができ、さらに回転環のシール面が歪むことが無く安定したシール特性を得ることができるメカニカルシール装置を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態のメカニカルシール装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示したメカニカルシール装置を回転軸に嵌合した状態を示す軸方向平面図である。 図３は、図１に示したメカニカルシール装置のスリーブの構成を説明するための拡大図である。 図４は、図１に示したメカニカルシール装置の回転環固定用カラーの構成を説明するための拡大図である。 図５は、図１に示したメカニカルシール装置の回転環を回転環固定部に設置する際の組み立て手順を説明するための図である。 図６は、従来の回転環の固定方法を示す図であり、スナップリングを用いて回転環を固定する構成を示す図である。 図７は、従来の回転環の固定方法を示す図であり、ノックピンを用いて回転環を固定する構成を示す図である。
　本発明の一実施形態のメカニカルシール装置について、図１～図５を参照して説明する。
　本実施形態においては、回転軸が貫通する所望の装置の本体のハウジング外面にカートリッジ形式で装着されるメカニカルシール装置であって、２つの摺動面を背面合わせに配置したダブルシール構成のメカニカルシール装置を例示して本発明を説明する。本実施形態のメカニカルシール装置は、例えば遠心ポンプの軸シールとして使用して好適なメカニカルシール装置である。
　図１は、本実施形態のメカニカルシール装置１の構成を示す断面図であり、メカニカルシール装置１をハウジング８０の外面８２に装着した状態を示す図である。
　図２は、図１に示すシール装置１を回転軸７０に嵌合した状態を示す軸方向平面図である。
　図１に示すように、ハウジング８０には回転軸７０が貫通する軸孔８１が形成されており、メカニカルシール装置１は、この軸孔８１の周囲の外面８２に設置されている。
　なお、図１においてはハウジング８０の軸孔８１側（図示左側）が機内側空間Ａであり、その軸方向反対側（図示右側）が機外側空間であって大気空間Ｂである。
　メカニカルシール装置１は、主な構成部として、カバー部１０、回転環固定部２０、回転環（メイティングリング）３１、機内側固定環（機内側シールリング）４１及び機外側固定環（機外側シールリング）５１を有する。カバー部１０は、さらにフランジカバー１１及びシールカバー１２を有し、また、回転環固定部２０は、スリーブ２１、回転環固定用カラー２２、ノックピン２３、２８、Ｏリング２４、２７、スリーブカラー２５及びセットスクリュー２６を有する。
　メカニカルシール装置１においては、回転環３１の機内側シール面３２と機内側固定環４１とにより機内側シール部４０が構成され、回転環３１の機外側シール面３３と機外側固定環５１とにより機外側（大気側）シール部５０が構成される。
　カバー部１０は、軸方向機内側に配置されるフランジカバー１１と、軸方向機外側に配置されるシールカバー１２とを有し、これらは、一体的に装置本体のハウジング８０に設置される。フランジカバー１１の機外側端面１１ｂの内周部は、後述する機内側固定環設置部１１１に相当する箇所が所定の幅で軸方向機外側に突出しており、外周部との間に段差（段差面１１ｃ）が形成されている。フランジカバー１１のこの段差面１１ｃに、シールカバー１２の内周面１２ｃの機内側端部が嵌合され、フランジカバー１１の機外側端面１１ｂとシールカバー１２の機内側端面１２ａとが密接され、フランジカバー１１とシールカバー１２とは同軸に一体化される。そしてこの状態において、カバー部１０の内部には、カバー部１０がハウジング８０に設置された場合に、ハウジング８０の軸孔８１と連続し回転軸７０が通過される内部孔１０１が形成される。
　カバー部１０は、機内側部分の軸方向平面形状が、図２に示すように、略正方形に形成されており、カバー部１０の軸方向平面における各角部には、角部外側から対角線方向内側に切り込んだ設置用溝１５が形成されている。この４箇所の設置用溝１５に機外側からボルト１６を通過させ、ハウジング８０の外面８２の対応する位置に形成されたボルト穴に各ボルト１６を締め付けることにより、メカニカルシール装置１はハウジング８０の軸孔８１の周囲の外面８２に固定設置される。
　この際、図１に示すように、フランジカバー１１の機内側端面１１ａとハウジング８０の外面８２との間にはＯリング１１５が介在される。また、フランジカバー１１とシールカバー１２との間には、これらの嵌合部の段差面１１ｃの箇所にＯリング１１６が介在される。これにより、カバー部１０の外部空間（大気空間Ｂ）とカバー部１０の内部空間である内部孔１０１との間が密封される。
　カバー部１０の内部孔１０１の機内側端部、すなわち、フランジカバー１１の内周部は、内部孔１０１の軸方向中央付近の内周面（シールカバー１２の内周面１２ａ）より内側にフランジ状に突出しており、機内側固定環設置部１１１を形成している。前述したように、フランジカバー１１の機内側固定環設置部１１１に相当する箇所は、軸方向機外側に所定の高さに突出しており、フランジカバー１１の外周部の機外側端面１１ｂとの間に段差（段差面１１ｃ）が形成されている。また、この段差面１１ｃには、Ｏリング１１６を設置する溝が形成されている。
　機内側固定環設置部１１１の内周側には、後述する機内側固定環４１が軸方向移動自在に嵌合設置されている。機内側固定環設置部１１１の内周面には、機内側固定環４１に形成されている階段部４１ａと対向するように軸方向に段差となった階段部１１１ｃが形成されており、これらの階段部４１ａ及び階段部１１１ｃの間に形成される断面矩形の環状空間にＯリング４９が配置されている。この環状空間にＯリング４９を介在させて機内側固定環４１を機内側固定環設置部１１１に嵌合させることにより、カバー部１０の内部孔１０１において、カバー部１０と機内側固定環４１との間が軸方向に密封される。
　また、機内側固定環設置部１１１の機外側端面１１１ｂには、軸方向機外側に突出し、機内側固定環４１のフランジ部４４に形成された案内溝４５に嵌入される固定ピン４６が設置されている。
　また、機内側固定環設置部１１１の同じく機外側端面１１１ｂには、周方向へ複数のバネ座４７が設けられており、機内側固定環４１のフランジ部４４の機内側端面４４ａとの間にコイルスプリング４８を保持する構成となっている。
　カバー部１０の内部孔１０１の機外側端部、すなわち、シールカバー１２の機外側端部の内周部は、内部孔１０１の軸方向中央付近の内周面（シールカバー１２の内周面１２ｃ）より内側にフランジ状に突出しており、機外側固定環５１が設置される機外側固定環設置部１２１を形成している。
　機外側固定環設置部１２１の内周側には、後述する機外側固定環５１が軸方向移動自在に嵌合設置されている。機外側固定環設置部１２１の内周面には、機外側固定環５１に形成されている階段部５１ａと対向するように軸方向に段差となった階段部１２１ｃが形成されており、これらの階段部５１ａ及び階段部１２１ｃの間に形成される断面矩形の環状空間にＯリング５９が配置されている。この環状空間にＯリング５９を介在させて機外側固定環５１を機外側固定環設置部１２１に嵌合させることにより、カバー部１０の内部孔１０１において、カバー部１０と機外側固定環５１との間が軸方向に密封される。
　また、機外側固定環設置部１２１の機内側端面１２１ａには、軸方向機内側に突出し、機外側固定環５１のフランジ部５４に形成された案内溝５５に嵌入される固定ピン５６が設置されている。
　また、機外側固定環設置部１２１の同じく機内側端面１２１ａには、周方向へ複数のバネ座５７が設けられており、機外側固定環５１のフランジ部５４の機外側端面５４ａとの間にコイルスプリング５８を保持する構成となっている。
　シールカバー１２の内周部の機外側固定環設置部１２１に相当する箇所は、軸方向機外側に所定の高さに突出しており、突出した機外側端部の外周部は位置決め部１２５に形成されている。位置決め部１２５は、外周面に位置決め用溝１２６を有する。
　回転軸７０に後述する回転環固定部２０を設置する時には、凸条部６４を有するセットプレート６３を、位置決め用溝１２６に凸条部６４を嵌合させてソケットボルト６５により固定し、セットプレート６３を介在させた状態でスリーブカラー２５を回転軸７０に設置する。これにより、スリーブ２１及び回転環固定用カラー２２を有する回転環固定部２０が、スリーブカラー２５及びセットプレート６３を介することでカバー部１０に対して所定の位置関係に規定され、その結果、回転環３１と機内側固定環４１及び機外側固定環５１とが各々所定の位置関係にセットされる。
　なお、セットプレート６３は、メカニカルシール装置１を組み付け後に除去される。
　また、カバー部１０には、図１及び図２に示すように、外周面から中間室１０２につながる径方向の流体流路が４本形成されている。４本の流体流路は、３本のクエンチング液注入路１３と、１本のクエンチング液排出路１４である。各流路１３及び１４のポートには、図示しない配管と接続可能な管用ネジ穴が形成されている。
　また、各流路１３及び１４は、カバー部１０の内部孔１０１の軸方向中央付近の相対的に内径が大きい箇所（シールカバー１２の内周面１２ａ）に形成された開口に連通しており、シールカバー１２の内周面１２ａ、回転環３１、機内側固定環４１及び機外側固定環５１等で囲まれた中間室１０２に接続されている。
　このような構成において図示せぬ配管を介して供給されるクエンチング液は、クエンチング液注入路１３から中間室１０２に注入され、直接に回転環３１、機内側固定環４１及び機外側固定環５１の外周面に流され、クエンチング液排出路１４から排出される。これにより、機内側シール部４０及び機外側シール部５０の各シール摺動面においては、摺動時の発熱が冷却されると共に、各シール部に付着している不純物が洗浄される。
　機内側固定環（機内側シールリング）４１は、機内側シール部４０の一方のシール面を構成するシールリングであって、前述したように機内側固定環設置部１１１の内周側に軸方向移動自在に嵌合設置されている。機内側固定環４１は、機外側端面にシール面４２が形成されており、このシール面４２が後述する回転環（メイティングリング）３１の機内側シール面３２に摺動可能に密接し、機内側シール部４０を構成する。
　機内側固定環４１の外周面には軸方向に段差となった階段部４１ａが形成されている。前述したように、この階段部４１ａと機内側固定環設置部１１１の内周面に形成された階段部１１１ｃとの間の環状空間にＯリング４９が配設されており、これにより、カバー部１０の機内側固定環設置部１１１と機内側固定環４１とは、その間を密封されて嵌合されている。
　機内側固定環４１の外周側はフランジ部４４に形成されており、フランジ部４４の機内側端面４４ａには軸方向に案内溝４５が形成されている。案内溝４５には、前述したように機内側固定環設置部１１１の機外側端面１１１ｂに形成された固定ピン４６が挿入される。固定ピン４６と案内溝４５は、軸方向へ相対移動可能な状態、周方向へは係止された状態となっており、これにより機内側固定環４１は、機内側固定環設置部１１１に対して、すなわちカバー部１０に対して、軸方向には移動自在であり、周方向には回転不能に設置される。
　また、機内側固定環４１のフランジ部４４の機内側端面４４ａには、周方向へ複数のバネ座４７が設けられており、前述したように機内側固定環設置部１１１の機外側端面１１１ｂに形成されたバネ座との間にコイルスプリング４８を保持している。これにより、機内側固定環４１は軸方向機外側に、すなわち回転環３１の方向に押圧される。
　また、機内側固定環４１の内周面側は、回転軸７０の外周面との間に比較的大きな間隙が形成されており、機内側空間Ａに収容される被密封流体がスラリーを含むものであったとしても、その被密封流体が固形化して目詰まりすることなく流通できるように形成されている。
　機外側固定環（機外側シールリング）５１は、機外側シール部５０の一方のシール面を構成するシールリングであって、前述したように機外側固定環設置部１２１の内周側に軸方向移動自在に嵌合設置されている。機外側固定環５１は、機外側端面にシール面５３が形成されており、このシール面５３が後述する回転環（メイティングリング）３１の機外側シール面３３に摺動可能に密接し、機外側シール部５０を構成している。
　機外側固定環５１の外周面には軸方向に段差となった階段部５１ａが形成されている。前述したように、この階段部５１ａと機外側固定環設置部１２１の内周面に形成された階段部１２１ｃとの間の環状空間にＯリング５９が配設されており、これにより、カバー部１０の機外側固定環設置部１２１と機外側固定環５１とは、その間を密封されて嵌合されている。
　機外側固定環５１の外周側はフランジ部５４に形成されており、フランジ部５４の機外側端面５４ａには軸方向に案内溝５５が形成されている。案内溝５５には、前述したように機外側固定環設置部１２１の機内側端面１２１ａに形成された固定ピン５６が挿入される。固定ピン５６と案内溝５５は、軸方向へ相対移動可能な状態、周方向へは係止された状態となっており、これにより機外側固定環５１は、機外側固定環設置部１２１、すなわちカバー部１０に対して、軸方向には移動自在であり、周方向には回転不能に設置されている。
　また、機外側固定環５１のフランジ部５４の機外側端面５４ａには、周方向へ複数のバネ座５７が設けられており、前述したように機外側固定環設置部１２１の機内側端面１２１ａに形成されたバネ座との間にコイルスプリング５８を保持している。これにより、機外側固定環５１は軸方向機内側に、すなわち回転環３１の方向に押圧される。
　回転環（メイティングリング）３１は、機内側シール部４０及び機外側シール部５０の各々他方のシール面を構成するシールリングであって、回転環固定部２０により回転軸７０に嵌合設置されている。
　回転環３１は、その機内側端面が、機内側固定環４１のシール面４２と摺動可能に密接する機内側シール面３２に形成されており、機外側端面が、機外側固定環５１のシール面５３と摺動可能に密接する機外側シール面３３形成されている。
　また、機内側端面（機内側シール面）３２の内周部には、回転環３１を回転環固定部２０に対して回転方向に相対移動不能に係止するノックピン２３が挿入されるノックピン係合用切り欠き３４が、周方向に等配に所定数形成されている。
　回転環固定部２０は、スリーブ２１、回転環固定用カラー２２、ノックピン２３、２８、Ｏリング２４、２７、スリーブカラー２５及びセットスクリュー２６を有し、回転環３１を、回転軸７０に、回転軸７０と一体的に回転可能に設置される。
　スリーブ２０は、Ｏリング２４を介在させて回転軸７０の周面に密接に嵌合される筒状部材である。スリーブ２０は、機内側端部において回転環固定用カラー２２とともに回転環３１を挟持し、機外側端部においてはスリーブカラー２５により回転軸７０に固定される。
　スリーブ２１の構成について、図３を参照して説明する。
　図３は、スリーブ２１の拡大断面図である。
　図３に示すように、スリーブ２１の機内側端部の外周面には、各々回転軸７０の周面に平行な２段の段差面２１１及び２１３が形成されている。最も機内側の第１の段差面２１１の方が細径であり、第１の段差面２１１の機外側に形成される第２の段差面２１３は第１の段差面よりも所定の長さ太径に形成されている。第２の段差面２１３のさらに機外側には、回転環３１を機外側から係止する回転環係止面２１４が形成されるフランジ状の凸条部２１５が形成されている。
　回転環３１は、その内周面３１ｃがスリーブ２１の第２の段差面２１３に嵌合するようにスリーブ２１に設置される。回転環３１は、内周面３１ｃがスリーブ２１の第２の段差面２１３に嵌合し、さらに、機外側端面の内周部、すなわち機外側シール面３３の内周部が、スリーブ２１の凸条部２１５の機内側の径方向面（回転環係止面）２１４に当接され、回転環３１の軸方向機外側への移動が阻止された形態で、スリーブ２１に設置される。
　スリーブ２１の第１の段差面２１１と回転環３１の内周面３１ｃとの間に形成される環状の間隙には、Ｏリング２７、及び、回転環固定用カラー２２の筒状部２２２が配置される。すなわち、スリーブ２１において、第１の段差面２１１と第２の段差面との間の段差は、Ｏリング２７が配置されてスリーブ２１と回転環３１との間が軸方向に密封される作用を実現する高さであり、また、回転環固定用カラー２２の筒状部２２２が配置される当該筒状部２２２の高さに相当する所定の高さとされる。
　スリーブ２１の第１の段差面２１１が形成されている機内側の端部筒状部には、周方向に沿って所定数のノックピン用孔２１６が形成されている。後述するように、回転環固定用カラー２２の筒状部２２２にも同様のノックピン用孔２２６が形成されており、回転環３１の機内側端面の内周部にはノックピン用切り欠き３４が形成されている。これらスリーブ２１、回転環固定用カラー２２及び回転環３１のノックピン用孔２１６，２２６及びノックピン用切り欠き３４は、スリーブ２１、回転環固定用カラー２２及び回転環３１を組み立てた時に、径方向に同軸に連通するように配置され、径方向に内側に開口したノックピン挿入用孔２３１を形成するように形成されている。
　なお、ノックピン挿入用孔２３１に挿入するノックピン２３としては、その頭部の厚みが、スリーブ２１のノックピン用孔２１６が形成されている機内側の端部筒状部の厚み（肉厚）よりも薄く形成されたノックピンを用いる。これにより、ノックピン２３の頭部はスリーブのノックピン用孔２１６内に収容されることとなり、スリーブ２１から内径側に出っ張ることが無い。
　また、スリーブ２１のノックピン用孔２１６の内周側、すなわち、スリーブ２１の機内側端部の内周のノックピン挿入用孔２３１の開口付近は、回転軸７０と嵌合される加工精度の要求される面をできるだけ小さくするとともに、スリーブ２１に孔加工やネジ加工をする際の歪等が嵌合面に影響しないようにするために、逃げ部としての段差２１７に形成されている。
　回転環固定用カラー２２は、スリーブ２１の機内側端部においてスリーブ２１と嵌合し、回転環３１を機内側から係止してスリーブ２１との間で回転環３１を挟持する環状部材である。
　回転環固定用カラー２２の構成について、図４を参照して説明する。
　図４は、回転環固定用カラー２２の拡大断面図である。
　図４に示すように、回転環固定用カラー２２は、筒状部２２２を有し、筒状部２２２の内周側には、機外側に開放された帯状の切り欠き部であって、スリーブ２１の機内側端部の第１の段差面２１１に嵌合するスリーブ係合用段差部２２１が形成されている。
　また、筒状部２２２の外周面は、回転環３１の内周面３１ｃに嵌合する回転環嵌合面２２３に形成されており、機内側端部外周部には、回転環３１を機内側から係止する回転環係止面２２５が形成されたフランジ状の凸条部２２４が形成されている。
　また、筒状部２２２には、スリーブ２１、回転環固定用カラー２２及び回転環３１を回転方向に相対移動不能に一体化するノックピン２３が挿入されるノックピン挿入用孔２３１を形成するノックピン用孔２２６が、周方向に等配に所定数配置されている。
　スリーブカラー２５は、セットスクリュー２６及びノックピン２８により、回転軸７０と一体的に回転可能に回転軸７０に固定される部材であり、スリーブ２１の機外側端部の外周面に嵌合した状態で、回転軸７０に固定されるものである。これにより、回転環３１がスリーブ２１及び回転環固定用カラー２２に挟持された組み立て構造体が、回転軸７０に固定設置される。
　このような構成の回転環固定部２０により、回転環３１が回転軸７０に設置される方法について、換言すれば、回転環３１がスリーブ２１及び回転環固定用カラー２２に挟持された組み立て構造体を組み立てるとともに、組み立てられた構造体を回転軸７０に設置する方法について、図５を参照して説明する。
　まず、スリーブ２１の第１の段差面２１１にＯリング２７を挿入する（手順Ｓ１）。
　次に、回転環３１をＯリング２７が装着されたスリーブ２１に嵌合する。回転環３１は、その内周面３１ｃをＯリング２７の外周側及びスリーブ２１の第２の段差面２１３に嵌合させ、機外側端面３３がスリーブ２１の凸条部２１４の回転環係止面２１４に当接するまでスリーブ２１に挿入することにより、スリーブ２１に対して設置する。この際、回転環３１のノックピン係合用切り欠き３４が、スリーブ２１のノックピン用孔２１６と周方向に同じ位置となり、径方向に同軸となるように、回転環３１をスリーブ２１に設置する（手順Ｓ２）。
　次に、回転環固定用カラー２２を、回転環３１が設置されたスリーブ２１に嵌合させる。回転環固定用カラー２２は、筒状部２２２を回転環３１の内周面３１ｃとスリーブ２１の第１の段差面２１１との間の間隙に挿入し、凸条部２２４の回転環係止面２２５が回転環３１の機内側シール面３２に当接するまでスリーブ２１側に移動させることにより、スリーブ２１に対して設置する（手順Ｓ３）。この際、回転環固定用カラー２２のノックピン用孔２２６が、回転環３１のノックピン係合用切り欠き３４及びスリーブ２１のノックピン用孔２１６と周方向に同じ位置となり、径方向に同軸となり、これによりノックピン挿入用孔２３１が形成されるように、回転環固定用カラー２２を、回転環３１及びスリーブ２１に対して設置する。なお、回転環固定用カラー２２は、凸条部２２４の回転環係止面２２５が回転環３１の機内側シール面３２に当接するまでスリーブ２１側に移動させた状態において、回転環固定用カラー２２のノックピン用孔２２６とスリーブ２１のノックピン用孔２１６との軸方向の位置が一致するように形成しておく。
　このように、ノックピン挿入用孔２３１が形成されるようにスリーブ２１、回転環固定用カラー２２及び回転環３１を組み立てたら、その組み立て構造体の内周部よりノックピン挿入用孔２３１にノックピン２３を挿入する（手順Ｓ４）。
　このような手順により、回転環３１、スリーブ２１及び回転環固定用カラー２２の組み立て構造体が組み立てられる。
　このようにして組み立てられた回転環３１、スリーブ２１及び回転環固定用カラー２２の組み立て構造体は、スリーブカラー２５により回転軸７０に固定設置される。
　回転環３１、スリーブ２１及び回転環固定用カラー２２を有する組み立て構造体は、セットプレート６３により位置決めして回転軸７０に取り付けられる。前述したように、カバー部１０の機外側外周部には位置決め用溝１２６が形成されており、回転環３１を回転軸に設置する際には、複数のセットプレート６３が、位置決め用溝１２６に沿って等配に、位置決め用溝１２６にセットプレート６３の凸条部６４が嵌合させるように配置される。各セットプレート６３は、ソケットボルト６５により固定設置される。
　このセットプレート６３に対して、スリーブカラー２１の位置を決めることにより、セットプレート６３とスリーブカラー２１とが所定の位置関係とされ、セットプレート６３が装着されるカバー部１０と、スリーブカラー２１と一体的に嵌合されるスリーブ２０及び回転環固定用カラー２２との相対的な位置関係が所望の位置関係に設定される。その結果、スリーブ２１及び回転環固定用カラー２２に挟持される回転環３１と、カバー部１０に装着される機内側固定環４１及び機外側固定環５１とが所望の位置関係とされ、機内側固定環４１のシール面４２と回転環３１の機内側シール面３２、及び、機外側固定環５１のシール面５３と回転環３１の機外側シール面３３とが各々所定の位置関係で、また所定の圧力で密接摺動する機内側シール部４０及び機外側シール部５０が構成される。
　なお、メカニカルシール装置１において、回転環３１、機内側固定環４１及び機外側固定環５１は、各々、炭化ケイ素（シリコンカーバイト、ＳｉＣ）、カーボン、超硬合金等の材質で製作される。好適には、機内側固定環４１あるいは機外側固定環５１と回転環３１との組み合わせは、各々、炭化ケイ素（ＳｉＣ）と炭化ケイ素（ＳｉＣ）の組み合わせ、カーボンと炭化ケイ素（ＳｉＣ）の組み合わせ、超硬合金と超硬合金の組み合わせ、あるいは、カーボンと超硬合金の組み合わせが好適である。
　また、メカニカルシール装置１の各Ｏリングの材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどが用いられる。
　このように、本実施形態のメカニカルシール装置１においては、スリーブ２１に加えて、回転環固定用カラー２２とノックピン２３とを用いることにより回転環３１を回転軸７０に固定しており、非常に簡単な構成で回転環３１を固定している。すなわち、ボルト穴やシールナットのようなネジ加工の必要な構成は使用せずにノックピン２３により回転環３１を固定している。従って、軸方向及び径方向にも広いスペースを必要としないコンパクトな構造で、回転環３１を回転軸７０に固定設置することができる。
　また、本実施形態のメカニカルシール装置１においては、スリーブ２１の回転環係止面２１４と回転環固定用カラー２２の回転環係止面２２５とにより回転環３１を挟持しており、機内側方向にも機外側方向にも、換言すれば正圧方向にも負圧方向にも、回転環３１を面で支持している。従って、仮に負圧が作用したとしても、回転環３１のシール面が歪むことは無く、安定したシール特性を得ることができる。
　また、機内側方向の圧力が作用しても機外側方向の圧力が作用しても、換言すれば正圧が作用しても負圧が作用しても、回転環３１が軸方向に動くことは無く、回転環３１の位置を安定して保持することができ、その点においても安定したシール特性を得ることができる。
　また、本実施形態のメカニカルシール装置１においては、従来より使用している回転環３１の回り止め用のノックピン２３を使用して、回転環固定用カラー２２をも一体化している。従って、非常に安価に製造することができ有効である。
　なお、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
　例えば、回転環固定部２０の構成の細部は、任意に変更してよい。
　例えば、スリーブ２１及び回転環固定用カラー２２の細部の構成は任意に変更してよいし、これらを一体化するノックピン２３の数や配置も任意に変更してよい。
　また、回転環３１、機内側固定環４１及び機外側固定環５１等の形状や設置構成等は任意に変更してよい。
　例えば、前述した実施形態においては、機内側固定環４１と機外側固定環５１は、実質的に同一の構成のシールリングを回転環３１を中心に対称に配置したものであった。しかしながら、機内側固定環４１と機外側シールリング５１との構成は異なるものであってよい。例えば、メカニカルシール装置１を大気中で使用する場合等、使用環境に応じてバランス値の異なるシールリングを機内側固定環４１あるいは機外側固定環５１に使用してよい。
　本発明は、回転軸を有する任意の装置に回転軸の軸封装置として適用可能である。例えば、遠心ポンプ、攪拌機等の軸シール等に利用することができる。

Claims (1)

  1. 　回転軸と一体に回転するように当該回転軸に設置され、軸方向の少なくとも一方の面にシール面が形成されている回転環と、
    　前記回転環の前記シール面に密接摺動するシール面が形成されている固定環と、
    　前記回転環を前記回転軸に固定するための回転環固定部と、
    　前記回転環及び前記固定環を収容し、前記固定環を軸方向に移動自在で前記回転環方向に押圧されるように支持するカバー部とを有し、
    　前記回転環固定部は、
    　　前記回転軸の周面に固定可能で、軸方向機外側又は機内側から前記回転環を係止する回転環係止面と、ノックピン挿入用の径方向の貫通孔とを有するスリーブと、
    　　前記スリーブに嵌合されて当該スリーブの軸方向機内側又は機外側に配置されるカラーであって、前記スリーブの前記回転環係止面と対向する方向から前記回転環を係止する回転環係止面と、前記スリーブに嵌合された状態において前記スリーブの前記貫通孔に連通するノックピン挿入用の径方向の貫通孔とを有する回転環固定用カラーとを有し、
    　前記回転環は、前記スリーブ及び前記回転環固定用カラー各々の前記回転環係止面により軸方向に挟持されるとともに、前記連通された前記貫通孔に内周側から嵌挿されるノックピンが当該回転環に形成された凹部に係合されることにより前記スリーブ及び前記回転環固定用カラーに周方向固定されることを特徴とするメカニカルシール装置。
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