JP3224469U - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構成でありながら、回転軸に対して摺動面の直角度が維持されながら軸線方向への移動に対応が可能であり、回転軸の軸線方向への移動が生じてもスプリング荷重が変動し難いダブルシール形のメカニカルシールを提供する。【解決手段】２組の摺動面を有するメカニカルシール１であって、軸線方向に移動可能な回転軸に固定され軸線方向両端のそれぞれに回転側摺動面２ａ、２ｂを備えた回転環２と、回転軸が貫通する機体側部材に連結された２つの静止環４であって、それぞれが、回転側摺動面の一方と摺動接触する静止側摺動面４ａ、を有する２つの静止環と、機体側部材に連結され２つの静止環を回転環に向けて押圧する押圧機構１２、２６、２８、Ｐと、を備え、押圧機構が、押圧機構の押圧による静止環の回転環に対する荷重が、常時、一定となるように構成されている。【選択図】図１

Description

本考案はメカニカルシールに関し、詳細には、回転軸の軸線方向への移動に対応可能なダブルシール形のメカニカルシールに関する。

回転軸の周りを封止し流体洩れを防止するため装置であるメカニカルシールが知られている。メカニカルシールでは、回転軸に固定された回転環と、静止側部材に固定された静止環とが接触する摺動面で、回転軸の回転を許容しながら、回転軸の周りにおける流体の洩れを防止している。

多くのメカニカルシールは、一組の摺動面を用いて流体のシールを行うシングル形のメカニカルシールであるが、使用条件によっては、二組の摺動面を用いて流体のシールを行なうダブルシール形のメカニカルシールが採用されている。

また、使用条件によっては、回転軸が、熱膨張等によって軸線方向に移動することがある。このような使用条件では、メカニカルシールにも回転軸の軸線方向への移動に対応する機能が求められる。

この結果、回転軸の軸線方向への移動に対応することができるダブルシール形のメカニカルシールが求められる場合がある。

このような回転軸の軸線方向への移動に対応することができるダブルシール形のメカニカルシールとして、回転軸に取付けられた中間リング内にスプリングを配置し、このスプリングの両端に回転環を連結するとともに、各回転環と対向するように静止環を取付けたダブルシール形のメカニカルシールが知られている（特許文献１）。

また、機体側に取り付けられた２つの静止環を、ベアリングを内蔵した機構を介して連結することにより、回転軸の軸線方向への移動に対応することができるように構成したダブルシール形のメカニカルシールも知られている（特許文献２）。

特開２０１８−４４５９３号公報 実願昭５６−１５７７００号明細書

しかしながら、引用文献１のメカニカルシールは、回転環を付勢するスプリングが回転軸に取付けられている回転形のメカニカルシールであるため、静止環の摺動面の軸芯に対する直角度が確保できなくなった場合には、静止環の摺動面に摺接する回転環が、回転軸が１回転する毎に軸線方向に往復動する。この結果、ドライブピンや２次シールが擦れ合って摩耗が生じ、作動性が低下して漏洩が発生することがある。

したがって、引用文献１のメカニカルシールには、摺動面の軸心に対する直角度を確保しにくい機器には適さないという問題があった。

また、引用文献２のメカニカルシールは、回転軸の軸線方向への移動を吸収することは可能であるが、回転軸が軸線方向に移動すると、回転軸上のベアリング外輪も軸と共に移動し、外輪と同時に移動するスプリングホルダーが汚れやかじりの接触不良により動かなくなった場合、２つのスプリングによるスプリング荷重の間に差が発生し、２つの回転環の静止環に対する面圧に差が生じてしまうという問題があった。

さらに、ベアリングと可動形スプリングホルダーが内蔵される構成であるため、機構が複雑化し、メカニカルシールが大型になるという問題もあった。

本考案はこのような点に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成でありながら、回転軸に対して摺動面の直角度が維持されながら軸線方向への移動に対応が可能であり、回転軸の軸線方向への移動が生じてもスプリング荷重が変動し難いダブルシール形のメカニカルシールを提供することを目的としている。

本考案によれば、
２組の摺動面を有するメカニカルシールであって、
軸線方向に移動可能な回転軸に固定され軸線方向両端のそれぞれに回転側摺動面を備えた回転環と、
前記回転軸が貫通する機体側部材に連結された２つの静止環であって、それぞれが前記回転側摺動面の一方と摺動接触する静止側摺動面を有する２つの静止環と、
前記機体側部材に連結され前記２つの静止環を前記回転環に向けて押圧する押圧機構と、を備え、
前記押圧機構が、該押圧機構の押圧による前記静止環の前記回転環に対する荷重が、常時、一定となるように構成されている、
ことを特徴とするメカニカルシール。

このような構成を有しているメカニカルシールは、スプリングが静止側に設けられた静止形メカニカルシールであるので、軸芯に対して摺動面の直角度が良好でない回転軸周りの封止を行なった際にも漏洩の問題が生じ難い。
さらに、スプリング荷重等の静止環の回転環に対する荷重が、常時、一定となるように押圧機構が構成されているので、付加的な要素を追加することなくコンパクトな構成で、回転軸の軸線方向への移動にも対応できる。

本考案の他の好ましい態様によれば、
前記押圧機構が、前記２つの静止環のそれぞれを前記機体側部材に連結する２つの連結部材を、更に、備え、
前記２つの連結部材は、一体に、軸線方向に移動可能に構成されている。

このような構成によれば、２つの静止環が一体的に軸線方向に移動可能となるので、簡便な構成で、２つの静止環の回転環に対する荷重を等しくすることができる。

本考案の他の好ましい態様によれば、
前記押圧機構が、前記連結部材を前記回転環に向けて付勢する付勢手段を備えている。

本考案の他の好ましい態様によれば、
前記付勢手段が、前記各連結部材を貫通して延びるシャフトと、該シャフトに外装されたコイルスプリングと、を備えている。

本考案の他の好ましい態様によれば、
前記シャフトは、前記各連結部材のフランジ部に形成された孔部を貫通して延びるように配置され、
前記スプリングは、前記フランジ部と、前記シャフトの端部に取付けられた留め部材との間に圧縮状態に挟持され、前記フランジ部を介して前記静止環を前記回転環に向けて付勢するように構成されている。

本考案の他の好ましい態様によれば、
前記留め部材が、前記シャフトの端部に螺合されたナットである。

本考案の他の好ましい態様によれば、
前記各連結部材が、円筒形状を有している。

本考案によれば、コンパクトな構成でありながら、回転軸に対する摺動面の直角度の狂い及び軸線方向への移動に対応が可能であり、回転軸の軸線方向への移動が生じてもスプリング荷重が変動し難いダブルシール形のメカニカルシールが提供される。

本考案の第１の実施形態のメカニカルシールの要部を示す概略的な断面図である。 本考案の第２の実施形態のメカニカルシールの要部を示す概略的な断面図である。

以下、図面に沿って、本考案の第１の実施形態のメカニカルシールの構成を説明する。図１は、本考案の第１の実施形態のメカニカルシール１の要部を示す概略的な断面図である。

本実施形態のメカニカルシール１は、回転軸Ｓに固定された回転環２の軸線方向両側に、それぞれ、静止環４、４が配置され、静止環４、４を回転環２に向けて付勢する圧縮バネＰが静止（機体）側に設けられている静止形のダブルシール形メカニカルシールである。

本実施形態のメカニカルシール１では、回転環２は環形状を有し、一端側にスペーサ６が配置された状態で、回転軸である回転軸Ｓに固定されている。

また、回転環２の内周面が当接する回転軸Ｓの外周面の部位には、環状溝８が形成され、環状溝８内にシール用のＯリング１０が収容されている。

回転環２の軸線方向外方側には、それぞれ、静止環４、４が設けられている。本実施形態のメカニカルシール１は、静止環４、４の軸線方向の端面（静止側摺動面）４ａが、回転環２の軸線方向の一端面（回転側摺動面）２ａおよび他端面（回転側摺動面）２ｂで回転環２と摺動接触し、２組の摺動面を形成するように構成されている。即ち、１つの回転環２の軸線方向両端面に、それぞれ、摺動面(シール面)が形成される。

本明細書では、回転軸Ｓの延びる方向に沿って静止環４からみて回転環２側を軸線方向内方と称し、回転環２からみて静止環４側を軸線方向外方と称する。

また、回転環２、および静止環４は、従来技術のメカニカルシール同様に、カーボン等の耐摩耗性が高い材料で形成されている。

本実施形態のメカニカルシール１では、各静止環４、４は、略環形状を有し、バックメタル１２、１２を介して機体側（静止側）に取付けられている。バックメタル１２は、一端(軸線方向外方)側の小径部１２ａと、他端(軸線方向内方)側の大径部１２ｂと、小径部１２ａと大径部１２ｂとを連結するように径方向に延びる立ち上がり部１２ｃとを備え、略クランク状の断面形状を有している。

図１に示されているように、各バックメタル１２は、軸線方向外方側の小径部１２ａが、機体側（静止側）の部材であるケース１４に連結されることにより、機体側に取付けられている。詳細には、小径部１２ａが、ケース１４に形成され回転軸Ｓが挿通される貫通穴１４ａに、軸線方向に摺動可能に巌合されている。また、各バックメタル１２は、廻り止めピンによって、回転しないように設けられている。

ケース１４の小径部１２ａが当接する部分には、環状溝１６が形成され、この環状溝１６の中に、ケース１４と小径部１２ａとの間をシールするＯリング１８が配置されている。

一方、各バックメタル１２の軸線方向内方側では、各バックメタル１２の大径部１２ｂの内周面と立ち上がり部１２ｃの内方面とによって画定される角部が、静止環４の外周面４ｂと外方面４ｃに当接し、静止環４を径方向外方並びに軸線方向外方から支持している。この結果、バックメタル１２は、静止環４を機体側に連結する連結部材となる。

２つのケース１４、１４は、径方向外方に配置された筒状部材１９によって連結されている。ケース１４の筒状部材１９との連結部には環状溝２０が形成され、この環状溝２０にＯリング２２が収容されている。

また、本実施形態のメカニカルシール１では、各バックメタル１２、１２、各ケース１４、１４、筒状部材１９、回転環２、および２つの静止環４、４によって内部空間Ｉが画定され、この内部空間Ｉ内にバリア液が収容されている。

さらに、本実施形態のメカニカルシール１では、各バックメタル１２の大径部１２ｂの径方向内端に径方向外方に向かつて延びるフランジ部１２ｄが形成されている。対向するバックメタル１２のフランジ部１２ｄには、軸線方向に整列した位置に、貫通孔２４が形成され、この貫通孔２４に圧縮バネＰが外装されたシャフト２６が挿通されている。

本実施形態のメカニカルシール１では、フランジ部１２ｄに９０度の角度間隔で、４つの貫通孔２４(１つのみを図示)が形成され、各貫通孔２４に圧縮バネＰが外装されたシャフト２６が挿通されている。しかしながら、貫通孔２４を設ける角度間隔は、９０度に限定されるものではなく、メカニカルシール１の使用状態に応じて、適宜、決定されるものである。例えば、１８０度間隔で２つの貫通孔を設けてもよく、１２０度間隔で３つの貫通孔を設けてもよく、６０度間隔で６つの貫通孔を設けてもよい。

図１に示されているように、シャフト２６の両端には、ナット２８が取付けられ、圧縮バネＰは、留め部材であるナット２８とフランジ部１２ｄとの間に圧縮状態で配置されている。また、ナット２８は内周面に雌ねじが切られ、外周に雄ネジが切られたシャフト２６に螺合され、シャフト２６に対して回転することにより、シャフト２６上を軸線方向に移動可能とされている。尚、本実施形態では、圧縮バネＰの内端とフランジ部１２ｄとの間にワッシャ３０が配置されている。

このように構成された本実施形態のメカニカルシール１では、圧縮状態にある圧縮バネＰが、フランジ部１２ｄを介してバックメタル１２を軸線方向内方に付勢する。上述のように静止環４は、バックメタル１２の大径部１２ｂの内周面と立ち上がり部１２ｃの内方面とによって径方向外方並びに軸線方向外方から支持されているので、バックメタル１２が圧縮バネＰによる付勢（スプリング荷重）によって軸線方向内方に付勢されると、静止環４はバックメタル１２を介して回転環２に向けて軸線方向内方に付勢され、回転環２に当接することになる。この結果、静止環４と回転環２との間の摺動接触が維持される。このスプリング荷重は、シャフト２６に対してナット２８を回転させ、ナット２８をシャフト２６に沿って軸線方向に移動させることによって調整可能である。

さらに、上述したように、各バックメタル１２は、軸線方向に移動可能にケース１４に連結されている。このため、回転軸Ｓの軸線方向(図１の矢印Ｘ方向)への移動によって回転環２が軸線方向内方または外方に移動したときでも、静止環４を支持するバックメタル１２がこの移動に追従して軸線方向に移動可能であるので、各静止環４も、回転環２に摺動接触しながら回転環２の軸線方向への移動に追従する。

そして、本実施形態のメカニカルシール１では、回転軸Ｓの軸線方向への移動によって回転環２が軸線方向に移動すると、静止環４と、バックメタル１２、シャフト２６、ナット２８、圧縮バネＰ等によって構成される押圧機構とが、図１に示されている相対位置関係を維持しつつ一体となって、回転環２の軸線方向への移動に追従する。

このため、回転軸Ｓが軸線方向に移動した場合でも、圧縮バネＰが生じさせる静止環４の回転環２に対するスプリング荷重も、一定に維持される。即ち、本実施形態のメカニカルシール１では、回転軸Ｓが軸線方向に移動した場合でも、スプリング荷重が変動することなく、回転軸Ｓの軸線方向への移動に対応することが可能となる。

また、本実施形態のメカニカルシール１は、スプリング等が静止側に設けられているので、回転軸Ｓの撓み等による軸芯に対する摺動面の直角度の狂いに起因する漏洩が抑制される。
さらに、ナット２８の締め加減を調節することにより、回転環２に対するスプリング荷重を容易に調整することができる。
さらにまた、本実施形態のメカニカルシール１では、１つの回転環２の軸線方向両端面に、それぞれ、摺動面(シール面)が形成される構成であるの省スペース化ならびに部品点数の削減が実現される。

次に、本考案の第２の実施形態のメカニカルシールの構成について説明する。図２は、本考案の第２の実施形態のメカニカルシール５０の要部を示す概略的な断面図である。

第２の本実施形態のメカニカルシール５０は、第１の実施形態のメカニカルシール１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、第１の実施形態のメカニカルシール１と共通する主要な構成要素については、第１の実施形態のメカニカルシール１と同一の参照符号を付す。

第２の実施形態のメカニカルシール５０の第１の実施形態のメカニカルシール１との相違点は、静止環４を回転環２に向けて押圧する押圧機構の構成である。以下、この相違点について説明する。

第１の実施形態のメカニカルシール１では、静止環４を回転環２に向けて押圧する押圧機構が、バックメタル１２、シャフト２６、ナット２８、圧縮バネＰ等によって構成され、押圧が、圧縮バネＰの伸張方向への反力を利用しているが、第２の実施形態のメカニカルシール５０では、押圧機構が、バックメタル５２と、対向するバックメタル５２のフランジ部５２ｄ間に配置された引っ張りバネＰ’を備え、押圧には、引っ張りバネＰ’の縮み方向への反力を利用する。

具体的には、図２に示されているように、第２の実施形態のメカニカルシール５０では、バックメタル５２のフランジ部５２ｄ間に引っ張りバネＰ’が配置されている。この引っ張りバネＰ’は、２つのフランジ部５２ｄを、互いに接近する方向、即ち軸線方向内方に、回転環２に向けて付勢(押圧)するようにメカニカルシール５０内で配置されている。

このような構成により、第２の実施形態のメカニカルシール５０においても、回転軸Ｓの軸線方向への移動によって回転環２が軸線方向に移動すると、静止環４と、バックメタル５２のフランジ部５２ｄ、引っ張りバネＰ’等によって構成される押圧機構とが、図２に示されている相対位置関係を維持しつつ、回転環２の軸線方向への移動に追従して軸線方向に移動する。

このため、回転軸Ｓが軸線方向に移動した場合でも、圧縮バネＰ’が生じさせる２つの静止環４から回転環２へのスプリング荷重も、一定に維持される。即ち、本実施形態のメカニカルシール５０でも、回転軸Ｓが軸線方向に移動した場合でも、スプリング荷重が変動することなく、回転軸Ｓの軸線方向への移動に対応することが可能となる。

本考案は上記実施形態に限定されることなく、実用新案登録請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。

１、５０：メカニカルシール
２：回転環
４：静止環
８：環状溝
１０：Ｏリング
１２：バックメタル
１２ａ：バックメタルの小径部
１２ｂ：バックメタルの大径部
１２ｃ：バックメタルの立ち上がり部
１２ｄ：バックメタルのフランジ部
１４：ケース
１６：環状溝
１８：Ｏリング
２４：貫通孔
２６：シャフト
２８：ナット
３０：ワッシャ
Ｓ：回転軸
Ｐ：スプリング
Ｉ：内部空間

Claims (7)

1. ２組の摺動面を有するメカニカルシールであって、
   軸線方向に移動可能な回転軸に固定され軸線方向両端のそれぞれに回転側摺動面を備えた回転環と、
   前記回転軸が貫通する機体側部材に連結された２つの静止環であって、それぞれが、前記回転側摺動面の一方と摺動接触する静止側摺動面を有する２つの静止環と、
   前記機体側部材に連結され前記２つの静止環を前記回転環に向けて押圧する押圧機構と、を備え、
   前記押圧機構が、該押圧機構の押圧による前記静止環の前記回転環に対する荷重が、常時、一定となるように構成されている、
   ことを特徴とするメカニカルシール。
2. 前記押圧機構が、前記２つの静止環のそれぞれを前記機体側部材に連結する２つの連結部材を、更に、備え、
   前記２つの連結部材は、一体に、軸線方向に移動可能に構成されている、
   請求項１に記載のメカニカルシール。
3. 前記押圧機構が、前記連結部材を前記回転環に向けて付勢する付勢手段を備えている、
   請求項２に記載のメカニカルシール。
4. 前記付勢手段が、前記各連結部材を貫通して延びるシャフトと、該シャフトに外装されたコイルスプリングと、を備えている、
   請求項３に記載のメカニカルシール。
5. 前記シャフトは、前記各連結部材のフランジ部に形成された孔部を貫通して延びるように配置され、
   前記スプリングは、前記フランジ部と、前記シャフトの端部に取付けられた留め部材との間に圧縮状態に挟持され、前記フランジ部を介して前記静止環を前記回転環に向けて付勢するように構成されている、
   請求項４に記載のメカニカルシール。
6. 前記留め部材が、前記シャフトの端部に螺合されたナットである、
   請求項５に記載のメカニカルシール。
7. 前記各連結部材が、円筒形状を有している、
   請求項２ないし６のいずれか１項に記載のメカニカルシール。

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