JPH1113894A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転密封環２との摺接によって静止密封環１に
負荷される回転トルクが、ベローズシール６に作用する
のを防止して、当該ベローズシール６が疲労破壊するの
を防止することができるメカニカルシールを提供する。 【解決手段】静止密封環１の内周を、バッフル７に係合
させて、当該静止密封環１に作用する回転トルクを、バ
ッフル７によって受け止める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ベローズシール
を用いたメカニカルシールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、メカニカルシールとして、ベロー
ズシールの付勢力によって、静止密封環を弾性的に押圧
して回転密封環に密着させるタイプのものが提供されて
いる（例えば特開平４−１５１０７６号公報参照）。図
２は、この種のメカニカルシールの一例を示す断面図で
ある。このメカニカルシールは、ハウジングＨ側に固定
された静止密封環９１と、回転軸Ｓに一体回転可能に取
付けられた回転密封環９２とを備えている。

【０００３】上記静止密封環９１は、取付けフランジ９
３、ベローズシール９４及び静止リテーナ９５等を介し
てハウジングＨ側に固定されている。また、上記回転密
封環９２は、回転リテーナ９７を介して回転軸Ｓ側に一
体回転可能に取付けられている。上記ベローズシール９
４は、波形断面に成形された金属円盤の内外周を互いに
溶接したものであり、静止リテーナ９５と取付けフラン
ジ９３との間に、軸方向に弾性収縮された状態で介在さ
れている。このベローズシール９４の一端部は、密封性
を確保した状態で、静止リテーナ９５に溶接されてお
り、他端部は、密封性を確保した状態で、取付けフラン
ジ９３に一体化されたアダプタ９８に溶接されている。

【０００４】各密封環９１，９２は、各リテーナ９５，
９７に対してそれぞれ焼嵌めされており、当該リテーナ
９５，９７による締め付け力により、両者間の密封性が
確保されている。但し、上記焼嵌めによる場合には、各
密封環９１，９２の密封端面（摺接面）に歪みが生じ
て、その密封性能が低下する虞れがある。そこで、各密
封環９１，９２を各リテーナ９５，９７にそれぞれすき
ま嵌めするとともに、両者間の隙間をゴムＯリングによ
り封止することも行われており、この場合には、各密封
環９１，９２をリテーナ９５，９７に設けたピンに係止
させることにより、両者の相対回転を規制している。

【０００５】上記メカニカルシールの内部には、取付け
フランジ９３を通して当該内部に注入されたクエンチン
グ流体を、静止密封環９１と回転密封環９２との摺接部
Ｘに導くためのバッフル９６が設けられている。このバ
ッフル９６の基端部は、取付けフランジ９３に固定され
ており、先端部は静止密封環９１の内周に導入されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成のメカニカ
ルシールは、静止密封環９１と回転密封環９２との摺接
に伴って、静止密封環９１に回転トルクが作用するが、
この回転トルクは、静止リテーナ９５を介してベローズ
シール９４により受け止められて、静止密封環９１の回
転が規制される。このため、ベローズシール９４には、
回転軸Ｓの回転中において常に回転トルクが負荷される
ことになり、長期間の使用によってその溶接部に疲労破
壊を生じて密封性が損なわれるという問題があった。ま
た、静止密封環９１が静止リテーナ９５にすきま嵌めさ
れ、両者間の隙間がＯリングにより封止されているもの
については、回り止め用のピンを静止リテーナ９５の周
方向に沿って均等間隔に配置したとしても、当該静止リ
テーナ９５のピンの部分とそれ以外の部分とにおいて重
量差が生じるので、静止密封環９１の周方向の重量バラ
ンスを確保し難い。また静止密封環９１と回転密封環９
２との間の摩擦抵抗が周方向において一様でないので、
静止密封環９１に作用する上記回転トルクが常に変動す
る。この結果、静止密封環９１及び静止リテーナ９５が
周方向に振動し易く、この振動に起因してベローズシー
ル９４の溶接部の疲労破壊が促進されるという問題があ
った。

【０００７】さらに、上記ベローズシール９４を使用し
たメカニカルシールは、静止リテーナ９５と回転軸Ｓと
の間を封止するためのゴム製の軸パッキングが不要であ
るので、高温用シールとして特に好適であるが、各密封
環９１．９２とリテーナ９５，９７との隙間をＯリング
によって封止したものについては、当該Ｏリングが耐熱
性に劣るので、高温の密封流体には使用し難いという問
題があった。

【０００８】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、ベローズシールに回転トルクが作用するの
を防止し、その溶接部に疲労破壊が生じるのを防止する
ことができるメカニカルシールを提供することを目的と
する。またこの発明は、静止密封環が静止リテーナにす
きま嵌めされている場合でも、これらが振動するのを防
止し、ベローズシールの溶接部の疲労破壊が促進される
のを防止することができるメカニカルシールを提供する
ことを目的とする。さらにこの発明は、密封性能を低下
させることなく高温の密封流体にも使用することができ
るメカニカルシールを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
の、この発明のメカニカルシールは、ハウジングに取付
けられる取付けフランジと、回転軸に対して相対回転可
能に設けられる静止密封環と、この静止密封環を嵌合保
持する静止リテーナと、回転軸に一体回転可能に取付け
られ、上記静止密封環に摺接する回転密封環と、この回
転密封環を嵌合保持する回転リテーナと、上記静止リテ
ーナと取付けフランジとの間に介在され、静止密封環を
回転密封環に押し付けるベローズシールと、基端部が上
記取付けフランジに固定され、先端部が上記静止密封環
の内周に導入されたバッフルとを備えるメカニカルシー
ルにおいて、上記静止密封環を上記バッフルに係合させ
て、当該静止密封環の回転を規制していることを特徴と
するものである。上記の構成のメカニカルシールによれ
ば、上記バッフルによって、静止密封環の回転を規制し
て、当該静止密封環に作用する回転トルクがベローズシ
ールに負荷されるのを防止することができる。

【００１０】上記メカニカルシールにおいては、静止密
封環及び回転密封環が、静止リテーナ及び回転リテーナ
に対してそれぞれすきま嵌めされているとともに、各密
封環とリテーナとの間の隙間が、Ｏリング又は膨張黒鉛
ガスケットで封止されているものであってもよく、この
場合には、上記バッフルによって、静止密封環の回転が
規制されるので、各密封環がリテーナに対してすきま嵌
めされているにもかかわらず、静止リテーナ及び静止密
封環が周方向に振動するのを防止することができる。

【００１１】特に、上記静止密封環と回転密封環との間
の隙間が、膨張黒鉛ガスケットで封止されている場合に
は、当該膨張黒鉛ガスケットが耐熱性を有するので、密
封環をリテーナに対してすきま嵌めしたタイプのメカニ
カルシールであるにもかかわらず、高温の密封流体にも
使用することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら詳述する。図１は、この発
明のメカニカルシールの一つの実施の形態を示す断面図
である。このメカニカルシールは、ポンプ等のハウジン
グＨに固定された静止密封環１と、回転軸Ｓに一体回転
可能に取付けられた回転密封環２と、上記ハウジングＨ
に取付けられた取付けフランジ３と、上記静止密封環１
を嵌合保持する環状の静止リテーナ４と、上記回転密封
環２を嵌合保持する環状の回転リテーナ５と、上記静止
密封環１を回転密封環２に押し付けるベローズシール６
と、上記取付けフランジ３を通して注入されたクエンチ
ング流体を静止密封環１と回転密封環２との摺接部Ｘに
導くバッフル７とによって主要部が構成されている。

【００１３】静止密封環１は、静止リテーナ４、ベロー
ズシール６及びアダプタ３０を介して取付けフランジ３
に取付けられている。この静止密封環１は、カーボン、
炭化珪素、炭化タングステン等によって形成されてお
り、回転密封環２に対向する面が密封端面１ａとして構
成されている。上記静止密封環１は、静止リテーナ４の
内部にすきま嵌めされており、この静止密封環１と静止
リテーナ４との間の隙間は、環状の膨張黒鉛ガスケット
８によって密封されている。この膨張黒鉛ガスケット８
は、膨張黒鉛テープをリング状に成形したパッキンであ
り、３５０〜６００°Ｃの雰囲気温度における常用に充
分耐えることができる。

【００１４】上記回転軸Ｓには、スリーブＳ１が一体回
転可能に嵌合されている。このスリーブＳ１の密封流体
側の端部（図の右端部）には、鍔部Ｓ２が突設されてお
り、この鍔部Ｓ２の側面に対して、上記回転リテーナ５
がボルト止めされている。この回転密封環２は、例えば
炭化珪素や炭化タングステンによって形成されており、
その密封端面２ａが、静止密封環１の密封端面１ａに対
して摺接可能に接触している。

【００１５】上記回転密封環２は、回転リテーナ５の内
部にすきま嵌めされており、この回転密封環２と回転リ
テーナ５との間の隙間は、前記と同じ環状の膨張黒鉛ガ
スケット８によって密封されている。上記スリーブＳ１
と回転軸Ｓとの間の隙間は、ゴム製のＯリングＳ３によ
って密封されており、スリーブＳ１の鍔部Ｓ２と回転リ
テーナ５との間は膨張黒鉛ガスケット５１によって密封
されている。また、上記回転リテーナ５の内側面には、
回り止めピン５２が突設されている。この回り止めピン
５２は、回転密封環２の密封端面２ａの背面に設けられ
た係合穴２２に係合されており、これにより、回転密封
環２と回転リテーナ５との相対回転が規制されている。
なお、密封流体が３５０°Ｃを超える高温流体である場
合には、上記ＯリングＳ３に代えて膨張黒鉛ガスケット
を使用するのが、より安定したシール性能が得られるこ
とから好ましい。

【００１６】取付けフランジ３は、第１のフランジ片３
１と第２のフランジ片３２とを組み合わせたものであ
り、両フランジ片３１，３２は、ボルトＢ１によって一
体化された状態で、ボルトＢ２によりハウジングＨに固
定されている。上記第１のフランジ片３１には、ベロー
ズシール６、静止リテーナ４、静止密封環１、回転密封
環２、及び回転リテーナ５等とハウジングＨとの間の隙
間にフラッシング流体を循環させるための第１の開口３
１ａと、ベローズシール６、静止リテーナ４、静止密封
環１、回転密封環２、及び回転リテーナ５等と回転軸Ｓ
との間の隙間にクエンチング流体を循環させるための第
２の開口３１ｂがそれぞれ一対ずつ設けられている。上
記第２のフランジ片３２の内周には、軸周シール９が複
列設けられており、この軸周シール９は、上記スリーブ
Ｓ１の外周に対して摺動自在に嵌合されている。この軸
周シール９は、カーボン製のものであり、その外周には
ガータースプリング９１が巻回されている。この軸周シ
ール９は、通常運転時におけるクエンチング流体の飛散
防止用シールとして、また、静止密封環１と回転密封環
２との摺接部Ｘから万一密封流体が漏洩した場合に、当
該密封流体が大気中に漏洩するのを防止する非常用シー
ルとして機能する。

【００１７】ベローズシール６は、取付けフランジ３に
一体化されたアダプタ３０と静止リテーナ４との間に、
軸方向へ弾性収縮された状態で介在されている。このベ
ローズシール６は、波形断面に成形された金属円盤の内
外周を互いに溶接したものであり、その一端部は、密封
性を確保した状態で静止リテーナ４に溶接されており、
他端部は、同じく密封性を確保した状態でアダプタ３０
に溶接されている。このアダプタ３０と取付けフランジ
３との間は、円環状の膨張黒鉛製のガスケット３２によ
って密封されている。

【００１８】バッフル７は、基端部に鍔部７１を突設し
た筒状のものであり、当該鍔部７１が取付けフランジ３
にボルト止めされており、その先端部が静止密封環１の
内周に隙間を有して導入されている。このバッフル７
は、ベローズシール６、静止リテーナ４、及び静止密封
環１等とスリーブＳ１との間の隙間を区画しており、取
付けフランジ３の第２の開口３１ｂの一つを通して内部
に注入されたクエンチング流体を、当該バッフル７の外
周と、ベローズシール６、静止リテーナ４、及び静止密
封環１等との間の隙間を通して静止密封環１と回転密封
環２との摺接部Ｘに導いて、当該摺接部Ｘの清掃及び冷
却を行い、その処理液をバッフル７の内周面とスリーブ
Ｓ１との間の隙間を通して、取付けフランジ３の第２の
開口３１ｂの他の一つを通して装置外へ排出することが
できる。上記バッフル７の先端部外周の、軸芯を挟んで
相対向する二箇所には、キー溝７２が形成されており、
各キー溝７２にはキー７３が溶接固定されている。一
方、静止密封環１の内周の、軸芯を挟んで相対向する二
箇所には、キー溝１１が形成されており、各キー溝１１
には、軸方向への相対移動が許容された状態で上記キー
７３が嵌合されている。すなわち、上記静止密封環１
は、キー７３を介してバッフル７に係合されて、その回
転が規制されている。

【００１９】以上の構成であれば、静止密封環１がバッ
フル７によって回転規制されているので、回転密封環２
との摺接によって静止密封環１に作用する回転トルク
が、ベローズシール６に負荷されるのを防止することが
できるとともに、ベローズシール９４の先端に配置され
た静止リテーナ９５や静止密封環９１等の静止密封要素
が周方向へ振動するのを防止することができる。このた
め、長期間の使用によってベローズシール６の溶接部に
疲労破壊が生じて、その密封性が損なわれるという従来
の問題点を解消することができる。

【００２０】また、静止密封環１を静止リテーナ４に対
して、回転密封環２を回転リテーナ５に対してそれぞれ
すきま嵌めして、その隙間を膨張黒鉛ガスケット８によ
り封止しているので、これらを焼嵌めした場合のように
各密封環１，２の密封端面１ａ，２ａに生じる歪みによ
って密封性能が低下する虞れがないとともに、上記隙間
を封止するのに耐熱性に優れる膨張黒鉛ガスケット８を
使用しているので、特に高温流体の密封にも適用するこ
とができる。

【００２１】なお、メカニカルシールの使用温度が３０
０°Ｃ以下である場合には、各密封環１，２と各リテー
ナ４，５との間の隙間を、上記膨張黒鉛ガスケット８に
代えて、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ等からな
るＯリングにより封止してもよく、この場合にも、ベロ
ーズシールの破壊を招くことのない長寿命のメカニカル
シールを提供できる。

【００２２】この発明のメカニカルシールは、上記実施
の形態に限定されるものでなく、例えば、回転密封環２
を回転リテーナ５に対して焼嵌めすること等、種々の設
計変更を施すことができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、この発明のメカニカルシ
ールによれば、静止密封環に作用する回転トルクをバッ
フルによって受け止めて、ベローズシールに負荷される
のを防止することができるとともに、ベローズシールの
先端に配置された静止リテーナや静止密封環が周方向へ
振動するのを抑制することができるので、各リテーナに
対する各密封環の嵌合形態にかかわらず、ベローズシー
ルの溶接部に疲労破壊を生じて、その密封性が損なわれ
るのを防止することができ、長期間に亘って安定したシ
ール性能を発揮することができる。

【００２４】特に、静止密封環及び回転密封環が、静止
リテーナ及び回転リテーナに対してそれぞれすきま嵌め
されているとともに、両者間の隙間が、膨張黒鉛ガスケ
ットで封止されている場合には、密封性能を低下させる
ことなく高温の密封流体にも使用することができるとい
う特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のメカニカルシールの一つの実施の形
態を示す断面図である。

【図２】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 静止密封環 ２ 回転密封環 ３ 取付けフランジ ４ 静止リテーナ ５ 回転リテーナ ６ ベローズシール ７ バッフル ８ 膨張黒鉛ガスケット Ｈ ハウジング Ｓ 回転軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジングに取付けられる取付けフランジ
   と、 回転軸に対して相対回転可能に設けられる静止密封環
   と、 この静止密封環を嵌合保持する静止リテーナと、 回転軸に一体回転可能に取付けられ、上記静止密封環に
   摺接する回転密封環と、 この回転密封環を嵌合保持する回転リテーナと、 上記静止リテーナと取付けフランジとの間に介在され、
   静止密封環を回転密封環に押し付けるベローズシール
   と、 基端部が上記取付けフランジに固定され、先端部が上記
   静止密封環の内周に導入されたバッフルとを備えるメカ
   ニカルシールにおいて、 上記静止密封環を上記バッフルに係合させて、当該静止
   密封環の回転を規制していることを特徴とするメカニカ
   ルシール。
2. 【請求項２】上記静止密封環及び回転密封環が、静止リ
   テーナ及び回転リテーナに対してそれぞれすきま嵌めさ
   れているとともに、両者間の隙間が、膨張黒鉛ガスケッ
   トで封止されている請求項１記載のメカニカルシール。
3. 【請求項３】上記静止密封環及び回転密封環が、静止リ
   テーナ及び回転リテーナに対してそれぞれすきま嵌めさ
   れているとともに、両者間の隙間が、Ｏリングで封止さ
   れている請求項１記載のメカニカルシール。