WO2018123617A1 - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

製造コストが安価であり構造が簡単な冷却ジャケットを備えるメカニカルシールを提供する。　ハウジング２及び該ハウジング２に固定されたシールカバー４と回転軸３との間を静止密封環６ａ，６ｂと回転密封環９によりシールするとともにハウジング及びシールカバー４と静止密封環６ａ，６ｂ及び回転密封環９との間に第１空間Ｍが形成されたメカニカルシール１であって、静止密封環６ａ，６ｂ及び回転密封環９よりも内径が大きい筒状部材１０と、筒状部材１０と少なくともハウジング２又はシールカバー４との間に介在する二次シール１０１ｂ，１０２ｂと、外部に連通する連通路２８ａ，２８ｂとを備え、第１空間Ｍは、筒状部材１１の外径側に位置する第２空間Ｃと、該筒状部材１０の内径側に位置する第３空間Ｒと、に区画され、かつ連通路２８ａ，２８ｂは、第２空間Ｃに連通されている。

Description

メカニカルシール

　本発明は、冷却ジャケットを備えるメカニカルシールに関する。

　従来のメカニカルシールは、ハウジング及びシールカバーを貫通する回転軸と供回りする回転密封環と、ハウジングに固定された静止密封環とを摺動させ、ハウジングと回転軸との間に形成した軸封部をシールするものである。また、ハウジングと軸封部との間に形成される空間に液体を導入し回転密封環と静止密封環との摺動を円滑にしている。回転密封環と静止密封環との摺動発熱によって当該空間の液体の温度が上昇するため、当該空間の液体を流入・循環させ当該空間の液体を冷却する方式（以降、「循環型」という）や、特許文献１に示される当該空間に配置した冷却ジャケットの冷却空間に冷却流体を循環させ当該空間の液体を冷却する方式（以降、「封入型」という）が採用されている。

　特許文献１に示されるメカニカルシールは、シールカバーを側断面Ｌ字状に形成した上で、シールカバーの軸方向に延びる環状筒部に環状の別部材を溶接して冷却ジャケットを形成している。この冷却ジャケットの冷却室に冷却流体を流入・循環させてハウジングと軸封部との間に形成される空間の被密封流体（液体）を冷却している。

特開２０１０－２１６４９１号公報（第１２頁、第１図）

　しかしながら、特許文献１にあっては、冷却ジャケットを形成するにあたり、シールカバーに環状筒部を形成する必要があり構造が複雑であった。また、当該環状筒部にＯリングを介装して環状の別部材を溶接していたことから、製造が複雑であり、製造コストが高くなるという問題がある。

　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、製造コストが安価であり構造が簡単な冷却ジャケットを備えるメカニカルシールを提供することを目的とする。

　前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシールは、
　ハウジング及び該ハウジングに固定されたシールカバーと回転軸との間を静止密封環と回転密封環によりシールするとともに前記ハウジング及び前記シールカバーと前記静止密封環及び前記回転密封環との間に第１空間が形成されたメカニカルシールであって、
　前記静止密封環及び前記回転密封環よりも内径の大きい筒状部材と、前記筒状部材の一端と前記ハウジング又は前記シールカバーとの間に介在する二次シールと、外部と連通する連通路とを備え、
　前記第１空間は、前記筒状部材の外径側に位置する第２空間と、該筒状部材の内径側とに位置する第３空間と、に区画され、かつ
　前記連通路は、前記第２空間に連通されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、二次シール材を介在させた筒状部材により第１空間を区画することで形成された第２空間を冷却室とすることができることから、製造コストが安価であり構造が簡単な冷却ジャケットを備えることができる。また、静止密封環及び回転密封環の外径側に冷却ジャケットが構成されるため、冷却効率及び省スペース化が図られる。

　前記筒状部材は、前記ハウジングに前記シールカバーが固定されたときに、前記ハウジングと前記シールカバーにより軸方向に挟持されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、ハウジングにシールカバーを固定することで、筒状部材はハウジングとシールカバーとにより挟持されることから、組み立てが簡単である。

　前記二次シールは前記筒状部材の両端に配置されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、前記ハウジングと前記シールカバーとを着脱させることで、前記筒状部材を脱着させることができるため、筒状部材の脱着が容易である。

　前記ハウジングは、前記筒状部材の端部に対応する位置に軸方向に凹む環状凹部が形成されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、環状凹部に筒状部材が挿嵌されるため、筒状部材の振動や径方向への移動が規制される。

　前記筒状部材の端部には、軸方向に凹む環状溝が形成されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、筒状部材に二次シールを装着すればよいから組み立てが簡単である。また、ハウジングに二次シールを装着するための溝が形成されないことから、ハウジングの構造をシンプルにできる。

　前記筒状部材は、軸方向中央部が両端部よりも肉薄に形成されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、筒状部材が第１空間を占有する体積を小さくすることができるとともに冷却ジャケットの熱伝導性に優れる。

　前記筒状部材は、径方向に凹む凹部が形成されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、筒状部材を着脱する際に、手指や器具等を凹部に引っかけることができるため、取付けや取外し作業が容易となる。

　前記筒状部材は金属材料により形成されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、熱伝導性かつ強度に優れる。

実施例１におけるメカニカルシールの側断面図である。 （ａ）は、回転密封環の側面の部分図であり、（ｂ）は、回転密封環の正面図である。 筒状部材の正面図である。 筒状部材の側断面図である。 （ａ）は、図１上部におけるメカニカルシールの液室及び冷却室の部分拡大図であり、（ｂ）は、図１下部におけるメカニカルシールの液室及び冷却室の部分拡大図である。 密封型として使用されるメカニカルシールの側断面図である。 循環型として使用されるメカニカルシールの側断面図である。 実施例２におけるメカニカルシールの側断面図である。 実施例３におけるメカニカルシールの側断面図である。 実施例４におけるメカニカルシールの側断面図である。

　本発明に係るメカニカルシールを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

　実施例１に係るメカニカルシールにつき、図１～７を参照して説明する。以下、図１の紙面左側をメカニカルシールの機外Ｂ側（大気側）とし、図１の紙面右側をメカニカルシールの機内Ａ側（被密封流体側）として説明する。

　図１に示されるように、本実施例１に係るメカニカルシール１は、自動車、一般産業機械等における回転機器の軸封分野において、被密封流体をシールするために用いられる。メカニカルシール１は、スタッフィングボックス２（ハウジング）と、該スタッフィングボックス２に設けられる軸孔２０に挿通される回転軸３との間の軸封部をシールするために取り付けられる。尚、回転軸３は、一般にステンレス鋼製等の金属製であり、回転機器がポンプの場合には、機内Ａ側に図示しない羽根車が取り付けられている。

　メカニカルシール１は、冷却ジャケット付きであり、ケース４（シールカバー）と、スリーブ５と、静止密封環６ａ，６ｂと、カラー７と、スプリング８ａ，８ｂと、回転密封環９と、パイプ１０（筒状部材）と、から主に構成されており、詳しくは後述するが、スタッフィングボックス２、静止密封環６ａ，６ｂ、回転密封環９及びケース４により形成される中間室Ｍ（第１空間）がパイプ１０に区画されることにより、パイプ１０の外径側に冷却室Ｃ（第２空間）が、パイプ１０の内径側に液室Ｒ（第３空間）が形成されている。

　スタッフィングボックス２は、軸に略平行に形成された外周面２１ａが形成された本体部２１と、本体部２１から機内Ａ側に設けられ外径方向に拡開し軸に略平行に形成された外周面２２ａと径方向に延び機内Ａ側に面する側端面２３が形成された略フランジ形状の突出部２２とを有している。また、スタッフィングボックス２には、機内Ａ側から機外Ｂ側に凹む開口部２５が形成されており、開口部２５の内径は軸孔２０の内周面２０ｃの内径よりも大径である。

　また、スタッフィングボックス２は、詳しくは図５（ａ），（ｂ）に示されるように、受口段部２４の内径側の端部から機外Ｂ側に向かって略軸方向に延設される内周面２５ａと、内周面２５ａの機外Ｂ側の端部から略垂直に婉曲する婉曲面２５ｂと、婉曲面２５ｂの内径側の端部から機外Ｂ側に向かって略軸方向に延設される内周面２６ａと、内周面２６ａの機外Ｂ側の端部から略垂直に延設された奥端面２６ｂと、奥端面２６ｂの内径側の端部から機外Ｂ側に向かって略軸方向に延設される内周面２０ｃが形成されている。軸孔２０は内周面２０ｃにより画成された空間である。また、開口部２５は、内周面２５ａと婉曲面２５ｂと内周面２６ａと奥端面２６ｂとにより画成された空間である。さらに、内周面２６ａと奥端面２６ｂにより軸方向機外Ｂ側に凹む環状の奥端部２６（環状凹部）が画成されている。

　図１に示されるように、スタッフィングボックス２は、本体部２１の外周面２１ａより径方向に延び奥端面２６ｂまで貫通された側断面視略Ｌ字状の連通路２７ａと、本体部２１の外周面２１ａより径方向に延び軸孔２０に貫通された略直線状の連通路２７ｂと、突出部２２の外周面２２ａより径方向に延び開口部２５に径方向に貫通される略直線状の連通路２８ａ，２８ｂと、が形成されている。

　連通路２７ａ，２７ｂは、それぞれ一端が本体部２１の外周面２１ａの周方向に交互に配置されている。これら連通路２７ａ，２７ｂは、互いに独立した連通路である。

　連通路２８ａ，２８ｂは、それぞれ一端が突出部２２の外周面２２ａの周方向に交互に配置されている。これら連通路２８ａ，２８ｂは、互いに独立した連通路である。

　図５（ａ），（ｂ）に示されるように、スタッフィングボックス２は、内周面２０ｃに形成され外径側に凹む環状溝２０ａと、受口段部２４に形成され軸方向機外Ｂ側に凹む環状溝２４ａとが形成されており、環状溝２０ａにはＯリング２０ｂが、環状溝２４ａにはＯリング２４ｂがそれぞれ挿嵌される。尚、Ｏリング２０ｂ，２４ｂの材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、Ｈ－ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマ等である。また、Ｏリングは、パッキン材等、他の二次シールであってもよい。さらに尚、後述するＯリングについても同様である。

　また、スタッフィングボックス２には、静止密封環６ａがＯリング２０ｂにシールされることで機外Ｂ側の内周面２０ｃに固定されている。図１に示されるように、静止密封環６ａには、スリーブ５が挿通される軸孔６０ａが設けられている。また、静止密封環６ａには、機内Ａ側において径方向に延出するフランジ６１ａが形成されており、フランジ６１ａの機内Ａ側には、機内Ａ側に向かって軸方向に突出する環状の突出環６２ａが形成されている。

　また、静止密封環６ａのフランジ６１ａには、図５（ａ）に示されるように、径方向外側が切り欠かれたガイド用凹部６３ａが複数形成されており、回止ピン６５ａが挿嵌されている。この回止ピン６５ａは、奥端部２６の奥端面２６ｂに固定されているため、静止密封環６ａは回転を規制されている。

　また、周知のように、スタッフィングボックス２の奥端部２６の奥端面２６ｂには、図５（ｂ）に示されるように、スプリング収容凹部２６ｃが複数穿設されており、静止密封環６ａのフランジ６１ａとスプリング収容凹部２６ｃとの間には、圧縮された状態でスプリング８ａが配置されている。スプリング８ａは、周方向に所定間隔を置いて小径のスプリングを複数使用する形式、すなわちマルチスプリング型で配置されている。尚、スプリング８ａは、コイルスプリングの他に、ウェーブコイルスプリング等を使用してもよい。

　尚、静止密封環６ａは、特殊転換法（カーボン表面を部分的にＳｉＣ化し、表面強度を補強し、ＳｉＣの耐摩耗性とカーボンの自己潤滑性の両方を兼ね備えるようにすること）によるＳｉＣから製作されている。また、ダイヤモンドコーティングしたＳｉＣや反応焼結ＳｉＣ（ＳｉＣ＋Ｓｉの組成にしたもの）等、他のＳｉＣにより製作されてもよい。さらに尚、静止密封環６ｂも同様である。

　図１に示されるように、ケース４には、回転軸３が挿通される軸孔４０が設けられている。また、ケース４は、軸に略平行に形成された外周面４２ａを備える本体部４２を備える略リング形状に形成されており、本体部４２は、機外Ｂ側に面する側端面４３の下端と軸孔４０との間に軸方向機内Ａ側に凹む環状の凹部４４が形成されている。

　また、ケース４は、本体部４２の外周面４２ａより径方向に延び側端面４３を軸方向に貫通する側断面視略逆Ｌ字状の連通路４７ａと、本体部４２の外周面４２ａより凹部４４まで貫通された略直線状の連通路４７ｂと、が形成されている。

　連通路４７ａ，４７ｂは、それぞれ一端が本体部４２の外周面４２ａの周方向に交互に配置されている。これら連通路４７ａ，４７ｂは、互いに独立した連通路である。

　図５（ａ），（ｂ）に示されるように、本体部４２の内周かつ機外Ｂ側には、径方向外側に凹む環状溝４４ａが形成されている。この環状溝４４ａには、Ｏリング４４ｂが挿嵌される。

　また、ケース４には、静止密封環６ｂがＯリング４４ｂにシールされることで機内Ａ側の内周に固定されている。図１に示されるように、静止密封環６ｂは、静止密封環６ａと略同一の構造をしており、軸孔６０ｂと、フランジ６１ｂと、突出環６２ｂが形成されており、フランジ６１ｂには、ガイド用凹部６３ｂ（図５（ｂ）参照）が複数形成され、ガイド用凹部６３ｂに回止ピン６５ｂ（図５（ｂ）参照）が挿嵌されることで回転を規制されている。

　また、ケース４の側端面４３には、図５（ａ）に示されるように、スプリング収容凹部４６ｂが複数穿設されており、静止密封環６ｂのフランジ６１ｂの機外Ｂ側の側面とスプリング収容凹部４６ｂとの間には、圧縮された状態でスプリング８ｂが配置されている。

　図１に示されるように、スリーブ５は、ステンレス鋼製等の金属製であり環状を成し、Ｏリング５０ｂを介して回転軸３に固定されている。尚、回転軸３とスリーブ５の固定構造は問わないが、例えば図示しないセットスクリュを用いて固定されている。

　また、スリーブ５は、外周面が機外Ｂ側から機内Ａ側へ向けて段階的に縮径しており、機外Ｂ側から順に第１外周面５１、第２外周面５２、第３外周面５３及び第４外周面５４が形成されている。さらに、第２外周面５２はテーパ状に形成されており、第３外周面５３と第４外周面５４との境界部分には環状段部５５が形成されている。

　また、スリーブ５には、環状段部５５近傍の周方向に所定間隔を置いて内径側に凹み雌ネジが形成されたガイド用凹部５６ａ（図１の上側を参照）が形成されており、これら複数のガイド用凹部５６ａには、回止ピン５６が螺合されている。この回止ピン５６は、回転密封環９の複数のガイド用凹部９１に挿嵌されている。尚、回止ピン５６は、ガイド用凹部５６ａにキーやピン接着等、螺合以外の他の取付方法により取り付けられてもよい。

　また、スリーブ５には、機内Ａ側に位置する端部５９に軸方向に延びる雌ネジ５９ａが形成されており、回転密封環９及びカラー７を第４外周面５４に挿嵌させた状態で、ソケットボルト５７により、カラー７をスリーブ５に固定している。

　カラー７は、環状を成し、筒状部７１と、筒状部７１の内周面７１ｂより内径方向に突出する突出部７２とからなり、側断面視略Ｔ字状に形成されている。

　図２（ａ），（ｂ）に示されるように、回転密封環９は、環状を成し、内周において周方向に所定間隔を置いて配置され外径側に凹む複数のガイド用凹部９１を備え、外周において対向して内径側に凹む一対の撹拌溝９２ａ，９２ｂから構成される撹拌溝部９２が周方向に所定間隔を置いて２等配されている。

　撹拌溝９２ａは、図２（ａ）に示されるように、側面視において略長方形状の一短辺の内撹拌溝９２ｂに対向する先端部が半円弧状とされた形状に形成され、図２（ｂ）に示されるように、正面視において撹拌溝９２ｂに対向する側に略直角部分が位置する略直角三角形状に形成されている。また、撹拌溝９２ｂは撹拌溝９２ａと略同一形状であるためその説明を省略する。すなわち、撹拌溝９２ａ，９２ｂは、対向する側が内径側に深く凹んだ溝となっている。

　尚、図２（ｂ）において、ガイド用凹部９１は４等配に形成されているが、これに限らず、２等配や８等配であってもよく、４等配に限定するものではない。さらに尚、撹拌溝部９２は２等配に形成されているが、これに限らず、１か所のみの配置でもよく、４等配や８等配であってもよく、２等配に限定するものではない。

　図１に示されるように、回転密封環９は、スリーブ５の第４外周面５４に装着するにあたり、第４外周面５４に所定間隔を置いて配置された回止ピン５６にガイド用凹部９１を挿嵌させることで、回止ピン５６とガイド用凹部９１とが当接し、装着位置の位置合わせがなされると共に、回止ピン５６から回転密封環９に回転力を伝えることができる。

　また、回転密封環９を、スリーブ５に挿入すると、内周側の環状段部９６（図２（ｂ）参照）とスリーブ５の第４外周面５４とで形成される側断面視略逆コ字状の環状溝９０ａが形成される（図１の下部を参照。）。この環状溝９０ａにＯリング９０ｂが挿嵌されている。なお、組立時にソケットボルト５７によりカラー７をスリーブ５に固定する。このとき、カラー７の突出部７２がスリーブ５の端部５９に当接することで、挿入位置の位置合わせがなされる。

　また、カラー７の筒状部７１において機外Ｂ側の端部７３は、軸方向において環状溝９０ａにわずかに挿嵌された状態となる。スリーブ５と回転密封環９との間はＯリング９０ｂによりシールされる。

　また、回転密封環９は、スリーブ５に固定された状態であるとき、その両側面が静止密封環６ａ，６ｂの突出環６２ａ，６２ｂの端面６４ａ，６４ｂに当接することで、摺動面Ｓ１，Ｓ２が形成されている。

　尚、回転密封環９は、特殊転換法（カーボン表面を部分的にＳｉＣ化し、表面強度を補強し、ＳｉＣの耐摩耗性とカーボンの自己潤滑性の両方を兼ね備えるようにすること）によるＳｉＣから製作されている。また、ダイヤモンドコーティングしたＳｉＣや反応焼結ＳｉＣ（ＳｉＣ＋Ｓｉの組成にしたもの）等、他のＳｉＣにより製作されてもよい。

　図３，４に示されるように、パイプ１０は、ステンレス鋼により形成されており、静止密封環６ａ，６ｂ及び回転密封環９が挿通される軸孔１００が形成されており、略円筒状を成している。また、パイプ１０は、軸に略平行に形成された外周面１０ａ及び内周面１０ｂと、軸方向の側端部１０１，１０２と、を備え、内周面１０ｂには、軸方向の略中央に外径方向に凹む環状の凹部１０３が形成されている。尚、パイプ１０は、ステンレス鋼に限らず、他の金属や強化樹脂などで形成されていてもよい。金属により形成されると熱伝導性かつ強度に優れるから好ましい。

　また、凹部１０３に手指や器具を引っかけることができるため、パイプ１０の取り外しが簡単である。また、凹部１０３は、断面視略コ字状であるため、角部に嵌入した器具を確実に係合させることができ、軸方向に抜けにくくなっている。尚、凹部１０３は、環状ではなく、内周面１０ｂより略ドーム状に外径側に凹んだ形状であってもよく、また環状でなくともよい。さらに尚、凹部１０３は、外周面１０ａに形成されていてもよい。

　側端部１０１，１０２は、それぞれ外径方向に拡開している。また、側端部１０１，１０２それぞれに軸方向に凹む環状溝１０１ａ，１０２ａが形成されており、これら環状溝１０１ａ，１０２ａには、Ｏリング１０１ｂ，１０２ｂ（二次シール）がそれぞれ挿嵌される。また、パイプ１０の略中央部は、側端部１０１，１０２よりも肉薄となっている。

　図５（ａ），（ｂ）に示されるように、パイプ１０は、機外Ｂ側に位置する側端部１０１の外径はスタッフィングボックス２の奥端部２６の内周面２６ａの内径と略同一寸法に形成されている。

　また、パイプ１０を奥端部２６に挿嵌した状態で、ケース４をスタッフィングボックス２に取り付けると、Ｏリング２４ｂ，１０２ｂにケース４の側端面４３が当接する。

　次いで、ケース４の周方向に配置され軸方向に延びる複数の貫通孔４９を介して、複数のソケットボルト４５（図１参照）を挿通し、スタッフィングボックス２に形成された複数の雌ネジ部２９に螺合させる。これにより、ケース４をスタッフィングボックス２に着脱可能に固定することができる。

　上述したソケットボルト４５の螺合により、パイプ１０の両端に配置されたＯリング１０１ｂ，１０２ｂは、ケース４の側端面４３によって押圧され、パイプ１０の両端とスタッフィングボックス２及びケース４との間は液密にシールされる。詳しくは、パイプ１０の機外Ｂ側のＯリング１０１ｂは、スタッフィングボックス２の奥端面２６ｂと環状溝１０１ａとに挟圧されて密着することで、パイプ１０とスタッフィングボックス２の間をシールする。さらに、Ｏリング１０２ｂは、ケース４の側端面４３によって押圧され、環状溝１０２ａと側端面４３に挟圧され密着することで、スタッフィングボックス２とケース４との間をシールする。

　中間室Ｍは、スタッフィングボックス２にケース４が固定された状態であるとき、スタッフィングボックス２の内周面２５ａと、婉曲面２５ｂと、内周面２６ａと、奥端面２６ｂと、ケース４の側端面４３と、静止密封環６ａ，６ｂと回転密封環９とにより画成される環状の空間である。

　冷却室Ｃは、パイプ１０がスタッフィングボックス２及びケース４に挟持されることで中間室Ｍが区画された状態であるとき、スタッフィングボックス２の内周面２５ａ及び婉曲面２５ｂと、パイプ１０の外周面１０ａと、ケース４の側端面４３とにより画成される環状の空間である。このようにして、スタッフィングボックス２と、パイプ１０と、ケース４とにより、冷却室Ｃを有する冷却ジャケットが形成されている。尚、冷却室Ｃには、連通路２８ａ，２８ｂが連通されている。一方、液室Ｒは、パイプ１０の内周面１０ｂと、スタッフィングボックス２の奥端面２６ｂと、側端面４３と、静止密封環６ａ，６ｂと回転密封環９とにより画成される環状の空間である。

　これまで、メカニカルシール１の構造・組立について説明してきたが、これより、図６，７を用いて、メカニカルシール１の使用態様について説明する。

　図６に示されるように、メカニカルシール１は、液室ＲにシーラントＦ１（液体）が封入された、封入型のメカニカルシールであり、機内Ａ側に位置する静止密封環６ｂと回転密封環９は液室Ｒ内に被密封流体Ｌが流出することを防ぎ、機外Ｂ側に位置する静止密封環６ａと回転密封環９はシーラントＦ１が機外Ｂ側に流出することを防いでいる。

　連通路２７ａ，４７ａは、栓体２７ｃ，４７ｃにより閉塞されている。

　連通路２８ａから冷却室Ｃを経由して連通路２８ｂに向かって冷却水Ｆ２（冷却流体）が循環されており、冷却水Ｆ２によりパイプ１０が冷却されることで、パイプ１０の内径側に封入されるシーラントＦ１を冷却することができる。尚、冷却流体は、スチームでもよい。

　液室Ｒ内のシーラントＦ１は、回転密封環９に形成された複数の撹拌溝部９２により撹拌されるため、シーラントＦ１の循環が促進され、除熱効率が高められている。

　また、撹拌溝部９２は、対向する一対の撹拌溝９２ａ，９２ｂから構成されているため、回転軸３の回転方向にかかわらず撹拌することができる。尚、撹拌溝９２ａ，９２ｂの形状は上述した形状に限らず、例えば周知のスパイラル形状等であってもよい。要するに、液室Ｒ内のシーラントＦ１を撹拌できる形状であればよい。

　尚、シーラントＦ１を冷却する必要が少ないのであれば冷却室Ｃに冷却水Ｆ２を流入させなくともよい。

　これまで、封入型のメカニカルシール１について説明してきたが、図７を参照して循環型のメカニカルシール１について説明する。尚、これまで説明してきた構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。

　図７に示されるように、連通路２８ａ，２８ｂをそれぞれ栓体２８ｃ，２８ｄにより閉塞した状態で、連通路４７ａから液室Ｒを経由して連通路２７ａに向かってシーラントＦ１を循環させることで、循環型のメカニカルシールとして使用することができる。

　尚、図６で説明したように、連通路２８ａ，２８ｂに冷却水Ｆ２を循環させて冷却効率を高めてもよい。

　尚、液室Ｒの冷却の必要性が低い場合には、連通路２７ａ，２８ａ，２８ｂ，４７ａを栓体により閉塞して、液室ＲにシーラントＦ１を封入して使用することもできる。

　これまで説明してきたように、実施例１におけるメカニカルシール１は、Ｏリング１０１ｂ，１０２ｂを介在させたパイプ１０により中間室Ｍを区画することで冷却室Ｃを画成することができることから、製造コストが安価であり構造が簡単な冷却ジャケットを備えることができる。また、静止密封環６ａ，６ｂ及び回転密封環９の外径側に冷却ジャケットが構成されるため、冷却効率及び省スペース化が図られる。

　また、パイプ１０は、スタッフィングボックス２にケース４を固定することで、スタッフィングボックス２とケース４とにより挟持されることから、組立が簡単である。

　また、パイプ１０は、スタッフィングボックス２及びケース４との間に介在するＯリング１０１ｂ，１０２ｂを備えるため、スタッフィングボックス２とケース４とを着脱させることで、パイプ１０を脱着させることができるため、パイプ１０の脱着が容易である。

　また、メカニカルシール１は、従前から使用されているスタッフィングボックス２及びケース４に、パイプ１０を装着することで冷却ジャケットを構成できるため、汎用性に優れる。

　また、スタッフィングボックス２は、奥端部２６にパイプ１０の側端部１０１が挿嵌されているため、パイプ１０の振動や径方向の移動が防止されることからメカニカルシール１の構造が安定する。

　また、スタッフィングボックス２よりも小型であるパイプ１０にＯリング１０１ｂ，１１２ｂを装着すればよいから組み立てが簡単である。さらに、スタッフィングボックス２には、パイプ１０をシールするためのＯリングを装着するための環状溝が形成されないことから、ハウジングの構造をシンプルにできる。さらに、パイプ１０を組み付けることなくメカニカルシールを使用する場合に、スタッフィングボックス２及びケース４にゴミ等が沈着することを防ぐことができる。尚、ケース４についても同様である。

　また、パイプ１０は、軸方向中央部が側端部１０１，１０２よりも肉薄に形成されているため、中間室Ｍを占有する体積を小さくすることができるとともに冷却ジャケットの熱伝導性に優れる。

　また、パイプ１０は、側断面視において一つの略板状に形成されているため、先行文献１のように二つの環状の部材を溶接することで形成された冷却ジャケットと比較すると、冷却ジャケットが中間室Ｍに占める体積が小さい。

　次に、実施例２に係るメカニカルシール２００につき、図８を参照して説明する。尚、前記実施例１に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。

　図８に示されるように、実施例２におけるメカニカルシール２００のパイプ２１０は、ケース４側に位置する側端部２１２が外径方向に拡開するフランジ状に形成されており、側端部２１２には、軸方向に貫通孔２１２ａが形成されている。ボルト２１２ｂをパイプ２１０の貫通孔２１２ａを介してケース４の雌ネジ部２４３ａに螺合させることでパイプ２１０をケース４の端面４３に固定し、パイプ２１０とケース４とを一体にすることができる。

　パイプ２１０とケース４とが一体となったものをスタッフィングボックス２に固定することで、中間室Ｍを冷却室Ｃと液室Ｒとに画成することができる。尚、パイプ２１０は、ボルト２１２ｂではなく、溶接によりケース４に固定される態様であってもよい。さらに尚、パイプ２１０は、スタッフィングボックス２に対して一体に固定されてもよく、この場合、パイプ２１０とケース４との間は実施例１と同様にＯリング１０２ｂによりシールされる。

　次に、実施例３に係るメカニカルシール３００につき、図９を参照して説明する。尚、前記実施例１，２に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。

　図９に示されるように、実施例３におけるメカニカルシール３００のパイプ３１０は、スタッフィングボックス２側に位置する側端部３１１が外径方向に拡開するフランジ状に形成されており、パイプ３１０の外径側の外周部３１１ｃには、内径方向に凹む環状溝３１１ａが形成されており、Ｏリング３１１ｂが挿嵌されている。また、スタッフィングボックス２の奥端部３２６は、端部３１１が挿嵌可能に形成されている。

　スタッフィングボックス２にケース４を固定することで、パイプ３１０の端部３１１が奥端部３２６に挿嵌される。これにより、スタッフィングボックス２の奥端面３２６ｂに端部３１１が当接し、内周面３２６ａと外周部３１１ｃとの間がＯリング３１１ｂによってシールされることから、中間室Ｍを冷却室Ｃと液室Ｒとに画成することができる。

　次に、実施例４に係るメカニカルシール４００につき、図１０を参照して説明する。尚、前記実施例１に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。

　図１０に示されるように、実施例４におけるメカニカルシール４００は、一つの静止密封環４０６と、一つの回転密封環４０９とを用いたシングル型の態様となっている。スタッフィングボックス２と回転軸３との間から液室Ｒ１にかけて被密封流体Ｌ１（液体）が封入され、被密封流体Ｌ１が、静止密封環４０６と回転密封環４０９との摺動部を内径側に漏れることを防止するインサイド型の態様となっている。なお、連通路２７ａ，４７ａは、図示しない栓体により閉塞されている。また、冷却室Ｃには冷却水Ｆ２が循環されている。

　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

　前記実施例１，４では、パイプ１０の側端部１０１，１０２に形成された環状溝１０１ａ，１０２ａにＯリング１０１ｂ，１０２ｂを装着する態様として説明したが、これに限らず、スタッフィングボックス２及びケース４にＯリング等の二次シールが装着される態様であってもよく、この態様であればパイプ１０の形状を単純なものとすることができる。

　前記実施例１～３ではダブル型のメカニカルシールについて説明し、前記実施例４ではシングル型のメカニカルシールについて説明したが、メカニカルシールの型式はこれらに限られず、例えばタンデム型のメカニカルシールであってもよい。

　前記実施例１～４では、第２空間が冷却室Ｃでありかつ第３空間が液室Ｒ、Ｒ１である例について説明したが、第２空間及び第３空間に導入又は封入される流体は問わない。要するに、パイプによって回転密封環と静止密封環の外径側の第１空間を第２空間と第３空間に仕切るものであればよい。

１，１’　　　　　メカニカルシール
２　　　　　　　　スタッフィングボックス（ハウジング）
３　　　　　　　　回転軸
４　　　　　　　　ケース（シールカバー）
６ａ，６ｂ　　　　静止密封環
９　　　　　　　　回転密封環
１０　　　　　　　パイプ（筒状部材）
２６　　　　　　　奥端部（環状凹部）
２８ａ　　　　　　連通路
２８ｂ　　　　　　連通路
１０１ａ　　　　　環状溝
１０１ｂ　　　　　Ｏリング（二次シール）
１０２ａ　　　　　環状溝
１０２ｂ　　　　　Ｏリング（二次シール）
１０３　　　　　　凹部
Ａ　　　　　　　　機内
Ｂ　　　　　　　　機外
Ｍ　　　　　　　　中間室（第１空間）
Ｃ　　　　　　　　冷却室（第２空間）
Ｒ　　　　　　　　液室（第３空間）
Ｆ１　　　　　　　シーラント（液体）
Ｆ２　　　　　　　冷却水（冷却流体）
Ｌ１　　　　　　　被密封流体（液体）

Claims (8)

1. 　ハウジング及び該ハウジングに固定されたシールカバーと回転軸との間を静止密封環と回転密封環によりシールするとともに前記ハウジング及び前記シールカバーと前記静止密封環及び前記回転密封環との間に第１空間が形成されたメカニカルシールであって、
   　前記静止密封環及び前記回転密封環よりも内径が大きい筒状部材と、前記筒状部材と少なくとも前記ハウジング又は前記シールカバーとの間に介在する二次シールと、外部に連通する連通路とを備え、
   　前記第１空間は、前記筒状部材の外径側に位置する第２空間と、該筒状部材の内径側に位置する第３空間と、に区画され、かつ
   　前記連通路は、前記第２空間に連通されていることを特徴とするメカニカルシール。
2. 　前記筒状部材は、前記ハウジングに前記シールカバーが固定されたときに、前記ハウジングと前記シールカバーにより軸方向に挟持されてい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。
3. 　前記二次シールは前記筒状部材の両端に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のメカニカルシール。
4. 　前記ハウジングは、前記筒状部材の端部に対応する位置に軸方向に凹む環状凹部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のメカニカルシール。
5. 　前記筒状部材の端部には、軸方向に凹む環状溝が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のメカニカルシール。
6. 　前記筒状部材は、軸方向中央部が両端部よりも肉薄に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のメカニカルシール。
7. 　前記筒状部材は、径方向に凹む凹部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のメカニカルシール。
8. 　前記筒状部材は金属材料により形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のメカニカルシール。

Images