WO2023228943A1 - メカニカルシール - Google Patents

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WO2023228943A1
WO2023228943A1 PCT/JP2023/019171 JP2023019171W WO2023228943A1 WO 2023228943 A1 WO2023228943 A1 WO 2023228943A1 JP 2023019171 W JP2023019171 W JP 2023019171W WO 2023228943 A1 WO2023228943 A1 WO 2023228943A1
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WO
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sealing ring
case
radial
axial
mechanical seal
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/019171
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English (en)
French (fr)
Inventor
一光 香取
貴雄 菱川
大樹 兼澤
Original Assignee
イーグル工業株式会社
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Publication date
Application filed by イーグル工業株式会社 filed Critical イーグル工業株式会社
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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
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • 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
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/38—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member sealed by a packing

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical seal, for example, a mechanical seal that seals a rotating shaft.
  • a mechanical seal is used by being installed between the housing of a fluid device and a rotating shaft that is arranged to pass through the housing.
  • a mechanical seal is a stationary seal ring that is fixed to a stationary side case that is attached to the housing.
  • the sliding surface and the sliding surface of the rotating seal ring fixed to the rotating side case attached to the rotating shaft and rotating are brought into sliding contact in the circumferential direction to reduce friction generated on the sliding surface and prevent leakage of the sealed fluid. It has the function of preventing
  • a sealing member is arranged between a stationary sealing ring and a stationary side case, and a sealing member is arranged between a stationary sealing ring and a stationary side case. gender is ensured.
  • the stationary seal ring is arranged to be movable in the axial direction with respect to the stationary case, and is biased toward the rotary seal ring by a biasing means.
  • the rotary sealing ring is press-fitted into the rotary side case via a cup gasket.
  • the rotating case includes an axial wall that extends in a cylindrical shape in the axial direction, a radial wall that extends annularly in the inner radial direction from the back end of the axial wall, and A fixed wall extending in the axial direction and fixed to the rotating shaft.
  • the cup gasket has an axial portion held between the outer circumferential surface of the rotary sealing ring and the inner circumferential surface of the axial wall of the rotary side case, and a rear surface of the rotary sealing ring and a front surface of the radial wall of the rotary side case. and a radial portion held between. This ensures the sealing performance and fixing force between the rotating side case and the rotating sealing ring.
  • the axial portion and the radial portion of the cup gasket are arranged in a compressed state between the rotating side case and the rotating sealing ring, so that excellent sealing performance and fixing performance are achieved.
  • the axial portion of the elastic body is connected to the outer circumferential surface of the rotary seal ring and the inner circumference of the axial wall of the case.
  • the present invention was made with attention to such problems, and an object of the present invention is to provide a mechanical seal that can appropriately maintain surface pressure between sliding surfaces.
  • the mechanical seal of the present invention has the following features: A mechanical seal having a sealing ring held against a case via an elastic body,
  • the case includes an axial wall extending axially along a circumferential surface of the sealing ring, and a radial wall extending radially along a back surface of the sealing ring,
  • the elastic body has an axial portion held between the peripheral surface of the sealing ring and the axial wall of the case, and an axial portion held between the back surface of the sealing ring and the radial wall of the case.
  • the elastic body has a tapered shape extending from the circumferential surface of the axial portion to the rear surface of the radial portion to the rear surface of the sealing ring.
  • the elastic body escapes into the gap between the tapered shape and the case, so the back surface of the radial portion is properly placed in contact with the radial wall. This allows for appropriate surface pressure between sliding surfaces.
  • the tapered shape may be a flat surface. According to this, the tapered shape can easily come into smooth contact with the radial wall of the case.
  • the tapered shape may include two tapered surfaces. According to this, while reducing the gap between the case and the elastic body, the elastic body is efficiently elastically deformed within the gap.
  • the tapered shape may extend to a rear position on the axial side of the sealing ring from the radial center thereof. According to this, the gap between the case and the elastic body can be reduced.
  • a corner portion of the sealing ring surrounded by the elastic body may be chamfered. According to this, a part of the elastic body that is elastically deformed is arranged in the gap between the corner of the sealing ring and the elastic body.
  • the corner portion may be chamfered to a greater extent than other corner portions of the sealing ring. According to this, it is possible to secure a large gap in which a part of the elastic body that has been elastically deformed is arranged.
  • a notch portion may be formed at a distal end portion of the circumferential surface of the axial portion. According to this, a part of the elastic body that is elastically deformed is arranged in the gap between the notch and the case.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a mechanical seal of Example 1 according to the present invention. It is a sectional view showing a cup gasket before assembling a mechanical seal.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a cup gasket is fitted to a rotating case, and is a diagram illustrating the dimensions of the rotating case and the cup gasket.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the rotary sealing ring with the cup gasket fitted thereon is press-fitted into the rotary-side case in the middle of being press-fitted.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the rotary sealing ring with the cup gasket fitted thereon is press-fitted into the rotary-side case;
  • FIG. 3 is a sectional view showing a cup gasket of Example 2 according to the present invention.
  • Example 1 A mechanical seal according to Example 1 will be explained with reference to FIGS. 1 to 5.
  • the left side of the paper in FIG. 1 will be described as the left side
  • the right side of the paper will be referred to as the right side.
  • the mechanical seal 1 is an inside type mechanical seal that seals the sealed fluid F that tends to leak from the outer diameter side toward the inner diameter side.
  • the space on the inner diameter side of the stationary sealing ring 11 and the rotating sealing ring 21 will be described as the atmosphere A side, and the space on the outer diameter side of the stationary sealing ring 11 and the rotating sealing ring 21 will be described as the sealed fluid F side.
  • the mechanical seal 1 of this embodiment is composed of a stationary element S and a rotating element R.
  • the stationary side element S includes a stationary side case 10 fixed to the housing 3, an annular stationary sealing ring 11 provided in the case 10 in a non-rotating state and movable in the axial direction, and the case 10. It mainly consists of a bellows 12 that seals between the stationary seal ring 11 and a spring 13 that biases the stationary seal ring 11 toward a rotating seal ring 21 to be described later.
  • the stationary side case 10 is an annular member with a substantially U-shaped cross section that opens toward the left, and is formed by pressing and bending a thin metal plate. Note that the material and processing method of the stationary side case 10 are not limited, and may be a resin molded product, for example.
  • the stationary case 10 includes a cylindrical first portion 10a that extends in the axial direction along the inner peripheral surface of the housing 3, and an annular second portion 10b that extends in the inner radial direction from the right end of the first portion 10a. It mainly includes a cylindrical third part 10c extending leftward from the inner diameter end of the second part 10b.
  • the stationary sealing ring 11 includes a base portion 11a, an annular convex portion 11b that projects in the axial direction from the inner diameter side and the left side of the base portion 11a, and an annular convex portion 11c that projects in the axial direction from the inner diameter side and the right side of the base portion 11a. It is equipped with.
  • the left surface of the convex portion 11b, which faces the rotary sealing ring 21, is a sliding surface 11d.
  • the bellows 12 includes a cylindrical portion 12a that is expandable and retractable in the axial direction, a flange portion 12b extending in the outer radial direction from the left end of the cylindrical portion 12a, and a flange portion 12b extending in the outer radial direction from the right end of the cylindrical portion 12a.
  • a portion 12c is provided.
  • the flange portion 12b is arranged at a stepped portion of the stationary sealing ring 11 formed by the base portion 11a and the convex portion 11c. Further, the flange portion 12c is arranged at a corner portion of the stationary case 10 formed by the second portion 10b and the third portion 10c.
  • the spring 13 is a compression spring, and is arranged on the outer diameter side of the cylindrical portion 12a of the bellows 12.
  • the left end of the spring 13 presses the right side of the base 11a of the stationary sealing ring 11 through the flange 12b of the bellows 12, and the right end of the spring 13 presses against the second side of the case 10 through the flange 12c of the bellows 12.
  • the part 10b is pressed.
  • the rotating element R includes a rotating case 20 fixed to the rotating shaft 2, a rotating sealing ring 21 disposed inside the case 20, and an elastic member disposed in a compressed state between the case 20 and the rotating sealing ring 21. It mainly consists of a cup gasket 22 as a body.
  • the rotating case 20 is an annular member with a substantially J-shaped cross section that opens toward the right side, and is formed by pressing and bending a thin metal plate. Note that the material and processing method of the rotating side case 20 are not limited, and may be a resin molded product, for example.
  • the rotating case 20 includes a first portion 20a as a cylindrical axial wall extending in the axial direction, and a second portion 20b as an annular radial wall extending in the inner radial direction from the left end of the first portion 20a. , and a cylindrical third portion 20c extending to the right along the rotation axis 2 from the inner diameter end of the second portion 20b.
  • the first portion 20a and the second portion 20b form an angle of approximately 90 degrees.
  • the rotary sealing ring 21 has a rectangular cross section, and its right side, that is, the front of the rotary sealing ring 21, is a flat sliding surface 21a.
  • the right side of the rotary sealing ring 21 may be referred to as the front side
  • the left side may be referred to as the rear side.
  • the rotary sealing ring 21 has a left surface, that is, a corner 21b on the outer diameter side of the rear surface of the rotary sealing ring 21, a corner portion 21c on the outer diameter side of the front surface, a corner portion 21d on the inner diameter side of the front surface, and a corner portion 21d on the rear inner diameter side.
  • the corner portion 21e of is chamfered.
  • the corner 21b on the outer diameter side of the back surface is chamfered to a larger extent than the other corners 21c to 21e.
  • the rear surface 21f of the rotary sealing ring 21 is a flat surface in this embodiment, excluding the corners 21b and 21e.
  • the cup gasket 22 is an annular member made of elastically deformable synthetic resin, and includes a cylindrical axial portion 221 extending in the axial direction, and a rear side end portion of the axial portion 221. It has an L-shaped cross section and an annular radial portion 222 extending in the inner radial direction.
  • a tapered portion 223 is formed at a corner portion on the outer diameter side of the back surface of the cup gasket 22 so as to taper toward the back surface side.
  • This tapered portion 223 includes a first inclined surface 223a as a flat tapered surface that tapers toward the back side from the outer circumferential surface 221a of the axial portion 221, and a radial portion from the back side end of the first inclined surface 223a. 222, and a second inclined surface 223b, which is a flat tapered surface that further tapers toward the back surface 222a of the second inclined surface 222.
  • the boundary portion 225 between the second inclined surface 223b and the back surface 222a of the radial portion 222 is arranged on the inner diameter side of the inner circumferential surface 221b of the axial portion 221.
  • the second inclined surface 223b extends to a position on the back surface of the back surface 21f of the rotary sealing ring 21, that is, to a position where it overlaps with the back surface 21f of the rotary sealing ring 21 in the axial direction.
  • the boundary portion 225 is disposed on the outer diameter side (that is, on the axial portion 221 side) of the radial center 21g of the rotary seal ring 21 at the rear surface position of the rear surface 21f of the rotary seal ring 21.
  • the portion of the back surface 21f of the rotary sealing ring 21 located on the axis passing through the radial center 21g of the rotary sealing ring 21 will be simply referred to as "the radial center of the back surface 21f of the rotary sealing ring 21.”
  • a notch 224 is formed at the front end of the axial portion 221.
  • This notch 224 is formed in an annular shape so as to open toward the outer diameter side and the front side.
  • the cutout portion 224 is not limited to an annular shape, and may be provided at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • the dimensional relationship between the rotating side case 20 and the cup gasket 22 will be described.
  • the inner diameter of the rotating side case 20 and the outer diameter of the cup gasket 22 are approximately the same.
  • the outer circumferential surface 221a of the axial portion 221 is in surface contact with the inner circumferential surface of the first portion 20a of the rotating case 20
  • a back surface 222a of the radial portion 222 is in surface contact with the front surface of the second portion 20b of the rotation side case 20.
  • a gap S1 is formed between the tapered portion 223 and the inner corner of the rotating case 20. Further, a gap S2 is formed between the notch portion 224 and the first portion 20a.
  • the outer diameter of the rotary sealing ring 21 is slightly larger than the inner diameter of the cup gasket 22.
  • the cup gasket 22 is fitted onto the rotary sealing ring 21 and then press-fitted into the rotary side case 20 from the front side toward the back side.
  • the axial portion 221 is compressed in the radial direction between the rotary sealing ring 21 and the first portion 20a of the rotary case 20, so that it is elastically deformed so as to bulge in the axial direction.
  • the tapered portion 223 of the axial portion 221 bulges toward the back side.
  • the second inclined surface 223b is located closer to the front side than the back surface 222a and the boundary portion 225 of the radial portion 222.
  • the first inclined surface 223a of the tapered portion 223 bulges in the outer radial direction, but is located radially inner than the inner circumferential surface of the first portion 20a of the rotating case 20.
  • a gap S3 is formed between the inner diameter side corner of the axial portion 221 and the radial portion 222, which form an angle of approximately 90 degrees, and the corner 21b of the rotary sealing ring 21. A part of the elastically deformed cup gasket 22 can escape into this gap S3, and this gap S3 is smaller than before being press-fitted into the rotation side case 20.
  • the boundary portion 225 is arranged at a rear surface position closer to the axial portion 221 than the radial center of the rear surface 21f of the rotary sealing ring 21.
  • the outer diameter side of the second inclined surface 223b of the tapered portion 223 is slightly spaced from the second portion 20b of the rotating case 20 toward the front side.
  • first inclined surface 223a of the tapered portion 223 is slightly spaced apart from the inner diameter side of the first portion 20a of the rotating case 20.
  • the axial portion 221 is elastically deformed to bulge in the axial direction, so the gap S1 is smaller than in the state shown in FIG. Further, the vicinity of the notch 224 of the axial portion 221 bulges toward the outer diameter side so as to fill the gap S2.
  • the cup gasket 22 has a tapered portion 223 formed from the outer circumferential surface 221a of the axial portion 221 to the back surface 222a of the radial portion 222 to the back surface position of the rotary sealing ring 21.
  • the tapered portion 223 can escape into the gap S1 between the tapered portion 223 and the rotary side case 20, so that the back surface 222a of the radial portion 222 can be appropriately installed in a state where it is in contact with the second portion 20b. Therefore, the elastic force of the cup gasket 22 does not act on the surface pressure between the sliding surfaces 11d and 21a, and the urging force of the spring 13 can provide an appropriate surface pressure.
  • the second inclined surface 223b of the tapered portion 223 is a flat surface, it easily contacts the second portion 20b of the rotating case 20 smoothly.
  • the tapered portion 223 consists of two first inclined surfaces 223a and a second inclined surface 223b. According to this, since the tapered portion 223 can be elastically deformed so as to bulge in the axial direction and the radial direction, the cup can be efficiently cupped with the small gap S1 compared to the case where only the second inclined surface 223b is provided.
  • the gasket 22 is designed to be elastically deformable.
  • the cup gasket 22 is tapered toward the back side by the first inclined surface 223a, it is easy to press fit the cup gasket 22 into the rotation side case 20.
  • the boundary portion 225 is disposed at a rear position closer to the axial portion 221 than the radial center of the rear surface 21f of the rotary sealing ring 21, the boundary portion 225 is a radial portion that abuts the second portion 20b of the rotary side case 20. A large rear surface 222a of 222 can be secured. That is, the gap S1 can be made smaller.
  • the cup elastically deforms in the gap S3 formed between the cup gasket 22 and the corner 21b of the rotary sealing ring 21. A portion of the gasket 22 can be released.
  • corner 21b of the rotary sealing ring 21 is chamfered to a larger extent than the other corners 21c to 21e, it is possible to secure a large gap S3 in which a part of the elastically deformable cup gasket 22 is disposed.
  • a notch 224 is formed at the front end of the axial portion 221, a portion of the cup gasket 22 that is elastically deformed is inserted into the gap S2 between the notch 224 and the rotating case 20. You can escape.
  • the rotary sealing ring 21 with the cup gasket 22 fitted thereon is press-fitted into the rotary side case 20.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in FIG.
  • the rotary seal ring 21 may be press-fitted into the cup gasket 22 with the cup gasket 22 attached to the rotary side case 20. Even in this case, since the tapered portion 223 does not protrude beyond the back surface 222a and the boundary portion 225 of the radial portion 222, the elastic force of the cup gasket 22 is suppressed from acting on the rotary sealing ring 21. can.
  • the second inclined surface 223b of the cup gasket 22 is inclined at approximately 10 degrees with respect to the back surface 222a of the radial portion 222, the gap S1 can be reduced, and the space between the rotary sealing ring 21 and the rotary side case 20 can be reduced. Excellent sealing and fixing properties.
  • the second inclined surface 223b has an angle of 1 to 30 degrees, preferably 2 to 30 degrees, in the axial direction with respect to the back surface 222a of the radial portion 222. It should be tilted 10 degrees.
  • the inner diameter of the rotating side case 20 and the outer diameter of the cup gasket 22 are approximately the same, and the outer diameter of the rotating sealing ring 21 is slightly larger than the inner diameter of the cup gasket 22.
  • the outer diameter of the cup gasket 22 may be slightly larger than the inner diameter of the rotating case 20, and the outer diameter of the rotating sealing ring 21 and the inner diameter of the cup gasket 22 may be substantially the same.
  • the cup gasket 122 of the second embodiment includes an axial portion 122A and a radial portion 122B, and a tapered portion 122C is formed at a corner portion on the outer diameter side of the back surface of the cup gasket 122.
  • This tapered portion 122C is formed in a step-like shape so as to taper from the outer circumferential surface 123 of the axial portion 122A toward the back surface 124 of the radial portion 122B.
  • a boundary portion 125 between the tapered portion 122C and the back surface 124 of the radial portion 122B is arranged radially inward from the inner circumferential surface 126 of the axial portion 122A.
  • the tapered portion 122C can escape to the back side in the axial direction, so that the rear surface 124 of the radial portion 122B is connected to the second portion of the rotary side case 20. It can be appropriately installed in a state in which it is in contact with 20b (see FIG. 5).
  • the rotary sealing ring 21 is press-fitted into the rotating side case 20 via a cup gasket, but the stationary sealing ring 11 is press-fitted into the stationary side case 10 via a cup gasket. May be installed.
  • the sealing ring with the cup gasket fitted on the outside is installed, that is, the sealing ring is installed on the inner diameter side of the cup gasket.
  • a sealing ring may be installed on the outer diameter side of the cup gasket.
  • the tapered portion 223 is configured with the two first sloped surfaces 223a and the second sloped surface 223b, but it may be configured with only the second sloped surface.
  • the tapered shape is a flat surface in the first embodiment, and the stepped shape in the second embodiment, but the tapered shape may be a curved surface.
  • the tapered portion extends from the radial center of the back surface 21f of the rotary sealing ring 21 to a position on the axial side of the back surface. It may extend to the radial center of the back surface 21f or to a back surface position beyond the radial center.
  • an inside type mechanical seal was explained as an example, but the present invention is not limited to this, and an outside type mechanical seal may be used.
  • the fluid F to be sealed may be a gas, a liquid, or a mixture of gas and liquid.
  • the fluid on the leaking side is not limited to the atmosphere A, but may be gas, liquid, or a mixture of gas and liquid.

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Abstract

摺動面間の面圧を適正にできるメカニカルシールを提供する。　ケース２０に対して弾性体２２を介して保持される密封環２１を有するメカニカルシール１であって、ケース２０は、密封環２１の周面に沿って軸方向に延びる軸方向壁２０ａと、密封環２１の背面２１ｆに沿って径方向に延びる径方向壁２０ｂと、を備え、弾性体２２は、密封環２１の周面とケース２０の軸方向壁２０ａとの間で狭持される軸方向部位２２１と、密封環２１の背面２１ｆとケース２０の径方向壁２０ｂとの間で狭持される径方向部位２２２と、を備え、弾性体２２には、軸方向部位２２１の周面から径方向部位２２２の背面２２２ａにかけて密封環２１の背面位置までテーパ形状２２３が形成されている。

Description

メカニカルシール
　本発明は、メカニカルシール、例えば回転軸を軸封するメカニカルシールに関する。
　メカニカルシールは、流体機器のハウジングと該ハウジングを貫通するように配置される回転軸との間に装着して使用されるものであり、ハウジングに取付けられる静止側ケースに固定される静止密封環の摺動面と、回転軸に取付けられる回転側ケースに固定され回転する回転密封環の摺動面とを周方向に摺接させて、摺動面に生じる摩擦を低減するとともに被密封流体の漏れを防ぐ機能を有している。
　一般的なメカニカルシールは、例えば特許文献１に示されるように、静止密封環と静止側ケースとの間には、シール部材が配置されており、静止密封環と静止側ケースとの間の密封性が確保されている。静止密封環は、静止側ケースに対して軸方向に移動可能に配置されており、付勢手段により回転密封環側に付勢されている。
　また、回転密封環は、回転側ケースに対してカップガスケットを介して圧入されている。具体的には、回転側ケースは、軸方向に筒状に延びる軸方向壁と、軸方向壁の背面側端部から内径方向に環状に延びる径方向壁と、径方向壁の内径端部から軸方向に延び回転軸に固定される固定壁と、を備えている。カップガスケットは、回転密封環の外周面と回転側ケースの軸方向壁の内周面との間で狭持される軸方向部位と、回転密封環の背面と回転側ケースの径方向壁の正面との間で狭持される径方向部位と、を備えている。これにより、回転側ケースと回転密封環との密封性と固定力が確保されている。
国際公開第２０１９／１６３７２６号（第５頁、第１図）
　特許文献１のメカニカルシールにあっては、カップガスケットの軸方向部位と径方向部とが回転側ケースと回転密封環との間に圧縮状態で配置されているため、密封性・固定性に優れる。しかしながら、例えば一層高い密封性・固定性を確保する際に、回転側ケースに回転密封環を圧入するときには、弾性体の軸方向部位が回転密封環の外周面とケースの軸方向壁の内周面との間で径方向に圧縮され、軸方向部位が弾性体の径方向部位よりも背面側に向けて膨出し、膨出した軸方向部位がケースの径方向壁に先に当接し、径方向部位が径方向壁から軸方向に離間する虞があった。これにより、メカニカルシールを組み立てたときに、静止密封環側の付勢手段の付勢力に対抗してカップガスケットの弾性力が作用し、静止密封環と回転密封環の摺動面間の面圧を適正に設定することが難しいといった問題があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、摺動面間の面圧を適正にでき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、
　ケースに対して弾性体を介して保持される密封環を有するメカニカルシールであって、
　前記ケースは、前記密封環の周面に沿って軸方向に延びる軸方向壁と、前記密封環の背面に沿って径方向に延びる径方向壁と、を備え、
　前記弾性体は、前記密封環の周面と前記ケースの前記軸方向壁との間で狭持される軸方向部位と、前記密封環の背面と前記ケースの前記径方向壁との間で狭持される径方向部位と、を備え、
　前記弾性体には、前記軸方向部位の周面から前記径方向部位の背面にかけて前記密封環の背面位置までテーパ形状が形成されている。
　これによれば、密封環がケースに圧入されたときに、テーパ形状とケースとの隙間に弾性体が逃げているので、径方向部位の背面は径方向壁に当接させた状態で適切に設置され、摺動面間の面圧を適正にできる。
　前記テーパ形状は平坦面であってもよい。
　これによれば、ケースの径方向壁に対してテーパ形状が平滑に当接しやすい。
　前記テーパ形状は２つのテーパ面からなっていてもよい。
　これによれば、ケースと弾性体との隙間を小さくしつつ、該隙間内で弾性体が効率的に弾性変形される。
　前記テーパ形状は前記密封環の径方向中央よりも前記軸方向部位側の背面位置まで延びていてもよい。
　これによれば、ケースと弾性体との隙間を小さくできる。
　前記密封環における前記弾性体で囲われた角部は面取りされていてもよい。
　これによれば、密封環の角部と弾性体との隙間に弾性変形した弾性体の一部が配置される。
　前記角部は前記密封環における他の角部よりも大きく面取りされていてもよい。
　これによれば、弾性変形した弾性体の一部が配置される隙間を大きく確保できる。
　前記軸方向部の周面における先端部には切欠き部が形成されていてもよい。
　これによれば、切欠き部とケースとの隙間に弾性変形した弾性体の一部が配置される。
本発明に係る実施例１のメカニカルシールを示す断面図である。 メカニカルシールを組み立てる前のカップガスケットを示す断面図である。 回転側ケースにカップガスケットを嵌合させた状態を示す断面図であって、回転側ケースとカップガスケットの寸法等を説明する図である。 カップガスケットを外嵌させた回転密封環が回転側ケースに圧入された圧入途中状態を示す断面図である。 カップガスケットを外嵌させた回転密封環が回転側ケースに圧入された圧入完了状態を示す断面図である。 本発明に係る実施例２のカップガスケットを示す断面図である。
　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から図５を参照して説明する。以下、図１の紙面左側を左側、紙面右側を右側として説明する。
　図１に示されるように、メカニカルシール１は、外径側から内径側に向けて漏れようとする被密封流体Ｆを密封するインサイド型のメカニカルシールである。尚、静止密封環１１と回転密封環２１の内径側の空間を大気Ａ側、静止密封環１１と回転密封環２１の外径側の空間を被密封流体Ｆ側として説明する。
　本実施例のメカニカルシール１は、静止側要素Ｓと、回転側要素Ｒと、から構成されている。
　静止側要素Ｓは、ハウジング３に固定される静止側ケース１０と、該ケース１０内にて非回転状態かつ軸方向に移動可能な状態で設けられた環状の静止密封環１１と、ケース１０と静止密封環１１との間を密封するベローズ１２と、静止密封環１１を後述する回転密封環２１に向けて付勢するスプリング１３と、から主に構成されている。
　静止側ケース１０は、左側に向けて開口する断面略Ｕ字状の環状部材であり、金属薄板をプレス・曲げ加工によって形成されている。尚、静止側ケース１０は素材や加工法は限定されることなく、例えば樹脂成型品であってもよい。
　静止側ケース１０は、ハウジング３の内周面に沿って軸方向に延びる筒状の第１部位１０ａと、第１部位１０ａの右側端部から内径方向に延びる円環状の第２部位１０ｂと、第２部位１０ｂの内径端部から左側に延びる筒状の第３部位１０ｃと、を主に備えている。
　静止密封環１１は、基部１１ａと、基部１１ａの内径側かつ左面側から軸方向に突出する環状の凸部１１ｂと、基部１１ａの内径側かつ右面側から軸方向に突出する環状の凸部１１ｃと、を備えている。凸部１１ｂにおける左面である回転密封環２１との対向面が摺動面１１ｄとなっている。
　ベローズ１２は、軸方向に伸縮可能な筒状部１２ａと、筒状部１２ａの左側端部から外径方向に延びるフランジ部１２ｂと、筒状部１２ａの右側端部から外径方向に延びるフランジ部１２ｃと、を備えている。フランジ部１２ｂは、静止密封環１１における基部１１ａと凸部１１ｃとで形成される段部に配置されている。また、フランジ部１２ｃは静止側ケース１０における第２部位１０ｂと第３部位１０ｃとで形成される角部に配置されている。
　スプリング１３は圧縮バネであり、ベローズ１２の筒状部１２ａの外径側に配置されている。スプリング１３の左側端部はベローズ１２のフランジ部１２ｂを介して静止密封環１１の基部１１ａの右面を押圧し、スプリング１３の右側端部はベローズ１２のフランジ部１２ｃを介してケース１０の第２部位１０ｂを押圧している。
　回転側要素Ｒは、回転軸２に固定される回転側ケース２０と、ケース２０内に配置される回転密封環２１と、ケース２０と回転密封環２１との間に圧縮状態で配置される弾性体としてのカップガスケット２２と、から主に構成されている。
　回転側ケース２０は、右面側に向けて開口する断面略Ｊ字状の環状部材であり、金属薄板をプレス・曲げ加工によって形成されている。尚、回転側ケース２０は素材や加工法は限定されることなく、例えば樹脂成型品であってもよい。
　回転側ケース２０は、軸方向に延びる円筒状の軸方向壁としての第１部位２０ａと、第１部位２０ａの左側端部から内径方向に延びる円環状の径方向壁としての第２部位２０ｂと、第２部位２０ｂの内径端部から回転軸２に沿って右側に延びる円筒状の第３部位２０ｃと、を備えている。尚、本実施例では第１部位２０ａと第２部位２０ｂとは略９０度を成している。
　回転密封環２１は、断面矩形状をなしており、その右面、すなわち回転密封環２１の正面が平坦な摺動面２１ａとなっている。尚、以下、回転密封環２１の右側を正面側、左側を背面側ということもある。
　図５を参照して、回転密封環２１は、左面、すなわち回転密封環２１の背面外径側の角部２１ｂ、正面外径側の角部２１ｃ、正面内径側の角部２１ｄ、背面内径側の角部２１ｅが面取りされている。背面外径側の角部２１ｂは、他の角部２１ｃ～２１ｅよりも大きく面取りされている。尚、回転密封環２１の背面２１ｆは、角部２１ｂ，２１ｅを除く背面側の面、本実施例では平坦面である。
　図２に示されるように、カップガスケット２２は、弾性変形可能な合成樹脂から構成された環状部材であり、軸方向に延びる筒状の軸方向部位２２１と、軸方向部位２２１の背面側端部から内径方向に延びる円環状の径方向部位２２２と、を備えた断面Ｌ字状をなしている。
　カップガスケット２２の背面外径側の角部には、背面側に向けて先細りするようにテーパ形状部２２３が形成されている。
　このテーパ形状部２２３は、軸方向部位２２１の外周面２２１ａから背面側に向けて先細りする平坦なテーパ面としての第１傾斜面２２３ａと、第１傾斜面２２３ａの背面側端部から径方向部位２２２の背面２２２ａに向けてさらに先細りする平坦なテーパ面としての第２傾斜面２２３ｂと、から構成されている。
　第２傾斜面２２３ｂと径方向部位２２２の背面２２２ａとの境界部２２５は、軸方向部位２２１の内周面２２１ｂよりも内径側に配置されている。
　また、図５に示されるように、第２傾斜面２２３ｂは、回転密封環２１の背面２１ｆの背面位置、すなわち回転密封環２１の背面２１ｆと軸方向に重畳する位置まで延びている。また、境界部２２５は、回転密封環２１の背面２１ｆの背面位置において回転密封環２１の径方向中央２１ｇよりも外径側（すなわち軸方向部位２２１側）に配置されている。尚、以下、回転密封環２１の背面２１ｆにおいて回転密封環２１の径方向中央２１ｇを通る軸線上に位置する部分のことを、単に「回転密封環２１の背面２１ｆの径方向中央」と記載することもある。
　また、軸方向部位２２１の正面側の先端部には、切欠き部２２４が形成されている。この切欠き部２２４は、外径側および正面側に開口するように環状に形成されている。尚、切欠き部２２４は、環状に限られず、周方向に複数箇所設けられていてもよい。
　図３を参照して、回転側ケース２０とカップガスケット２２との寸法関係等について説明する。ここで、回転側ケース２０の内径とカップガスケット２２の外径は略同じである。
　回転側ケース２０にカップガスケット２２を単独で内嵌させた状態にあっては、軸方向部位２２１の外周面２２１ａが回転側ケース２０における第１部位２０ａの内周面に面当接しており、径方向部位２２２の背面２２２ａが回転側ケース２０における第２部位２０ｂの正面に面当接している。
　また、テーパ形状部２２３と回転側ケース２０の内径側角部との間には隙間Ｓ１が形成されている。また、切欠き部２２４と第１部位２０ａとの間には隙間Ｓ２が形成されている。
　次いで、実際に回転側要素Ｒの組み立てについて図４および図５を用いて説明する。ここで、回転密封環２１の外径はカップガスケット２２の内径よりも僅かに大きい。
　図４に示されるように、先ず、カップガスケット２２を回転密封環２１に外嵌させた状態で、回転側ケース２０の正面側から背面側に向けて圧入する。軸方向部位２２１は、回転密封環２１と回転側ケース２０の第１部位２０ａとの間で径方向に挟圧されるため、軸方向に膨出するように弾性変形する。
　詳しくは、軸方向部位２２１のテーパ形状部２２３が背面側に膨出する。このとき、第２傾斜面２２３ｂは径方向部位２２２の背面２２２ａおよび境界部２２５よりも正面側に位置している。また、テーパ形状部２２３の第１傾斜面２２３ａは外径方向に膨出するが、回転側ケース２０の第１部位２０ａの内周面よりも内径側に位置している。
　また、カップガスケット２２で囲われる回転密封環２１の角部２１ｂは、面取りされているので、カップガスケット２２を回転密封環２１に外嵌させかつ回転側ケース２０に圧入する前の図示しない状態において、略９０度をなす軸方向部位２２１と径方向部位２２２との内径側の角部と、回転密封環２１の角部２１ｂとの間に隙間Ｓ３が形成されている。この隙間Ｓ３には、弾性変形するカップガスケット２２の一部を逃がすことができるようになっており、この隙間Ｓ３は回転側ケース２０に圧入する前よりも小さくなっている。
　また、図４に示される状態において、境界部２２５は、回転密封環２１の背面２１ｆの径方向中央よりも軸方向部位２２１側の背面位置に配置されている。
　図５に示されるように、カップガスケット２２および回転密封環２１を回転側ケース２０にさらに圧入すると、径方向部位２２２の背面２２２ａ、境界部２２５、およびテーパ形状部２２３の第２傾斜面２２３ｂの内径側の一部が回転側ケース２０の第２部位２０ｂに当接する。
　一方、テーパ形状部２２３の第２傾斜面２２３ｂの外径側は、回転側ケース２０の第２部位２０ｂから正面側に僅かに離間している。
　また、テーパ形状部２２３の第１傾斜面２２３ａは回転側ケース２０の第１部位２０ａの内径側に僅かに離間している。
　尚、図５の状態にあっては、軸方向部位２２１は軸方向に膨出するように弾性変形しているため、図３の状態に比べ、隙間Ｓ１が小さくなっている。また、軸方向部位２２１の切欠き部２２４近傍が隙間Ｓ２を埋めるように外径側に膨出している。
　次いで、メカニカルシール１の組み立てについて説明する。静止側要素Ｓをハウジング３に組み付けた後、図５に示される回転側要素Ｒを軸方向の所定の位置に回転軸２に対し固定して組み立てが完了し、図１に示される状態となる。
　以上説明したように、カップガスケット２２には、軸方向部位２２１の外周面２２１ａから径方向部位２２２の背面２２２ａにかけて回転密封環２１の背面位置までテーパ形状部２２３が形成されている。これにより、回転密封環２１を回転側ケース２０に圧入したときに、テーパ形状部２２３と回転側ケース２０との隙間Ｓ１にテーパ形状部２２３を逃がすことができるので、径方向部位２２２の背面２２２ａを第２部位２０ｂに当接させた状態で適切に設置することができる。したがって、摺動面１１ｄ，２１ａ間の面圧には、カップガスケット２２の弾性力が作用せず、スプリング１３の付勢力によって適正な面圧とすることができる。
　また、テーパ形状部２２３の第２傾斜面２２３ｂは平坦面であるため、回転側ケース２０の第２部位２０ｂに対して平滑に当接しやすい。
　また、テーパ形状部２２３は２つの第１傾斜面２２３ａと第２傾斜面２２３ｂからなっている。これによれば、テーパ形状部２２３は軸方向と径方向に膨出するように弾性変形できるため、第２傾斜面２２３ｂのみが設けられている場合に比べて、小さい隙間Ｓ１で効率的にカップガスケット２２が弾性変形できるようになっている。
　また、カップガスケット２２は第１傾斜面２２３ａにより背面側に先細りしているため、カップガスケット２２を回転側ケース２０に圧入しやすい。
　また、境界部２２５は、回転密封環２１の背面２１ｆの径方向中央よりも軸方向部位２２１側の背面位置に配置されているので、回転側ケース２０の第２部位２０ｂに当接する径方向部位２２２の背面２２２ａを大きく確保できる。すなわち、隙間Ｓ１を小さくすることができる。
　また、カップガスケット２２で囲われる回転密封環２１の角部２１ｂは、面取りされているので、カップガスケット２２と回転密封環２１の角部２１ｂとの間に形成された隙間Ｓ３に弾性変形するカップガスケット２２の一部を逃がすことができる。
　また、回転密封環２１の角部２１ｂは、他の角部２１ｃ～２１ｅよりも大きく面取りされているため、弾性変形可能なカップガスケット２２の一部が配置される隙間Ｓ３を大きく確保できる。
　また、軸方向部位２２１の正面側の先端部には、切欠き部２２４が形成されているため、切欠き部２２４と回転側ケース２０との隙間Ｓ２に弾性変形するカップガスケット２２の一部を逃がすことができる。
　尚、本実施例では、図４に示すように、カップガスケット２２を外嵌させた回転密封環２１を回転側ケース２０に圧入する形態を例示したが、これに限られず、図３に示すように、回転側ケース２０にカップガスケット２２を取付けた状態で、カップガスケット２２に回転密封環２１を圧入してもよい。この場合であっても、テーパ形状部２２３が径方向部位２２２の背面２２２ａおよび境界部２２５よりも背面側に張り出さないため、カップガスケット２２の弾性力が回転密封環２１に作用することを抑制できる。
　また、カップガスケット２２は、第２傾斜面２２３ｂが径方向部位２２２の背面２２２ａに対して略１０度傾斜しているため、隙間Ｓ１を小さくでき、回転密封環２１と回転側ケース２０との間の密封性・固定性に優れる。尚、隙間Ｓ１を残しつつ優れた密封性・固定性を確保するという観点から、第２傾斜面２２３ｂは、径方向部位２２２の背面２２２ａに対して軸方向に１～３０度、好ましくは２～１０度傾斜しているとよい。
　尚、上述の説明では、図５に示す圧入完了状態おいて、径方向部位２２２の背面２２２ａ、境界部２２５、およびテーパ形状部２２３の第２傾斜面２２３ｂの内径側の一部が回転側ケース２０の第２部位２０ｂに当接する例について説明したが、境界部２２５およびその径方向近傍のみが回転側ケース２０の第２部位２０ｂに当接し、径方向部位２２２の背面２２２ａの大部分が回転側ケース２０の第２部位２０ｂから極僅かに離間していてもよい。この場合には、極僅かな隙間が生じているのみであるから、回転側要素Ｒを軸方向の所定の位置に回転軸２に対し固定して組み立てることで、静止側要素Ｓのスプリング１３の付勢力に大きな影響を与えることは無い。
　また、本実施例では、回転側ケース２０の内径とカップガスケット２２の外径が略同じであり、回転密封環２１の外径がカップガスケット２２の内径よりも僅かに大きい形態を例示したが、カップガスケット２２の外径が回転側ケース２０の内径よりも僅かに大きく、かつ回転密封環２１の外径とカップガスケット２２の内径が略同じであってもよい。
　次に、実施例２に係るメカニカルシールにつき、図６を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　本実施例２のカップガスケット１２２は、軸方向部位１２２Ａと径方向部位１２２Ｂとを備え、カップガスケット１２２の背面外径側の角部にはテーパ形状部１２２Ｃが形成されている。
　このテーパ形状部１２２Ｃは、軸方向部位１２２Ａの外周面１２３から径方向部位１２２Ｂの背面１２４に向けて先細りするように階段状に形成されている。テーパ形状部１２２Ｃと径方向部位１２２Ｂの背面１２４との境界部１２５は、軸方向部位１２２Ａの内周面１２６よりも内径側に配置されている。
　これにより、回転密封環２１を回転側ケース２０に圧入したときに、テーパ形状部１２２Ｃを軸方向背面側に逃がすことができるので、径方向部位１２２Ｂの背面１２４を回転側ケース２０の第２部位２０ｂに当接させた状態で適切に設置することができる（図５参照）。
　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。
　例えば、前記実施例１，２では、回転側ケース２０にカップガスケットを介して回転密封環２１を圧入設置する形態を例示したが、静止側ケース１０にカップガスケットを介して静止密封環１１を圧入設置してもよい。
　また、前記実施例１，２では、カップガスケットを外嵌した密封環を設置する形態、つまり、カップガスケットの内径側に密封環を設置する形態を例示したが、カップガスケットを内嵌した密封環を設置、つまり、カップガスケットの外径側に密封環を設置してもよい。
　また、前記実施例１では、テーパ形状部２２３が２つの第１傾斜面２２３ａおよび第２傾斜面２２３ｂにより構成されている形態を例示したが、第２傾斜面のみで構成されていてもよい。
　またテーパ形状は、前記実施例１では平坦面、前記実施例２では階段状をなす形態を例示したが、テーパ形状は曲面であってもよい。
　前記実施例１，２では、テーパ形状部は回転密封環２１の背面２１ｆにおける径方向中央よりも軸方向部位側の背面位置まで延びている形態を例示したが、テーパ形状部は回転密封環２１の背面２１ｆの径方向中央または径方向中央を越えた背面位置まで延びていてもよい。
　また、前記実施例１，２では、インサイド型のメカニカルシールを例に説明したがこれに限られず、アウトサイド型のメカニカルシールとしてもよい。
　また、被密封流体Ｆは、気体、液体または気体と液体の混合状態のいずれであってもよい。また、漏れ側の流体は大気Ａに限られず、気体、液体または気体と液体の混合状態のいずれであってもよい。
１　　　　　　　　メカニカルシール
２　　　　　　　　回転軸
３　　　　　　　　ハウジング
１０　　　　　　　静止側ケース
１１　　　　　　　静止密封環
１１ｄ　　　　　　摺動面
１３　　　　　　　スプリング
２０　　　　　　　回転側ケース
２０ａ　　　　　　第１部位（軸方向壁）
２０ｂ　　　　　　第２部位（径方向壁）
２１　　　　　　　回転密封環
２１ａ　　　　　　摺動面
２１ｂ～２１ｅ　　角部
２１ｆ　　　　　　背面
２２　　　　　　　カップガスケット（弾性体）
１２２　　　　　　カップガスケット（弾性体）
１２２Ａ　　　　　軸方向部位
１２２Ｂ　　　　　径方向部位
１２２Ｃ　　　　　テーパ形状部
１２５　　　　　　境界部
２２１　　　　　　軸方向部位
２２２　　　　　　径方向部位
２２３　　　　　　テーパ形状部
２２３ａ　　　　　第１傾斜面
２２３ｂ　　　　　第２傾斜面
２２４　　　　　　切欠き部
２２５　　　　　　境界部
Ｒ　　　　　　　　回転側要素
Ｓ　　　　　　　　静止側要素
Ｓ１～Ｓ３　　　　隙間

Claims (7)

  1. 　ケースに対して弾性体を介して保持される密封環を有するメカニカルシールであって、
    　前記ケースは、前記密封環の周面に沿って軸方向に延びる軸方向壁と、前記密封環の背面に沿って径方向に延びる径方向壁と、を備え、
    　前記弾性体は、前記密封環の周面と前記ケースの前記軸方向壁との間で狭持される軸方向部位と、前記密封環の背面と前記ケースの前記径方向壁との間で狭持される径方向部位と、を備え、
    　前記弾性体には、前記軸方向部位の周面から前記径方向部位の背面にかけて前記密封環の背面位置までテーパ形状が形成されているメカニカルシール。
  2. 　前記テーパ形状は平坦面である請求項１に記載のメカニカルシール。
  3. 　前記テーパ形状は２つのテーパ面からなっている請求項１に記載のメカニカルシール。
  4. 　前記テーパ形状は前記密封環の径方向中央よりも前記軸方向部位側の背面位置まで延びている請求項１ないし３のいずれかに記載のメカニカルシール。
  5. 　前記密封環における前記弾性体で囲われた角部は面取りされている請求項１に記載のメカニカルシール。
  6. 　前記角部は前記密封環における他の角部よりも大きく面取りされている請求項５に記載のメカニカルシール。
  7. 　前記軸方向部の周面における先端部には切欠き部が形成されている請求項１に記載のメカニカルシール。
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