【実施例】
【0016】
実施例に係るメカニカルシールにつき、
図1から
図4を参照して説明する。以下、
図1の紙面左側を大気領域である機外側、紙面右側を機内側として説明する。
【0017】
図1に示されるように、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Oリング15とともに取り付けられスクリュ12によってハウジング3に固定される環状の取付金具10と、取付金具10と後述する静止環保持具7の間にかけて配設されるコイルスプリング8と、該コイルスプリング8から背面側を押圧される静止環保持具7と、該静止環保持具7に保持されている静止密封環6と、から主に構成されている。
【0018】
回転側要素Rは、回転軸2に取り付けられる被回転部材9と、該被回転部材9に対して背面側が支持されOリング14とともに回転軸2に取り付けられる回転環保持具5と、該回転環保持具5に保持される回転密封環4と、から主に構成されている。
【0019】
本実施例のメカニカルシール1は、回転密封環4が備える摺動面F1と、静止密封環6が備える摺動面F2と、が摺動することで形成される摺動部Tの外周側から内周側に向けて漏れようとする被密封流体Lを密封するインサイド型かつ静止型のメカニカルシール1である。
【0020】
回転密封環4は回転環保持具5に保持され、静止密封環6は静止環保持具7に保持されている。尚、後述するが、回転密封環4は回転環保持具5と一体的に成型され、静止密封環6は静止環保持具7と一体的に成型されている。
【0021】
図2は、回転密封環4の斜視図である。尚、回転密封環4と静止密封環6とは略同一形状であり、同一素材から構成されており、ここでは回転密封環4のみ説明する。回転密封環4は、無機物の焼結体であるセラミックスにより形成されており、略円環状に成型されている。後述するが、大凹部P1や小凹部群P2は、回転密封環4と静止密封環6を焼結・成型時に表面上に形成されたものである。
【0022】
回転密封環4は、静止密封環6と対向して配置され平坦に形成された摺動面F1と、摺動面F1の背面側に位置し平坦に形成された背面42と、外周面41、内周面43とを有しており、各面の間は面取りが施されている。外周面41と摺動面F1との間には環状の面取り部4aが形成されている。同様に、外周面41と背面42の間、内周面43と摺動面F1の間、内周面43と背面42の間には、それぞれ環状の面取り部4b,4c,4dが形成されている。
【0023】
また、摺動面F1は研磨加工により、外周面41,背面42,内周面43よりも平滑に形成されている。これにより、外周面41,背面42,内周面43は摺動面F1よりも表面粗さが大きくなっている。
【0024】
次いで、
図3(a)〜(c)を用いて、回転密封環4と回転環保持具5とを一体的に成型する態様について説明する。尚、静止密封環6と静止環保持具7とを一体的に成型する態様については、回転密封環4と回転環保持具5とを一体的に成型する工程と略同一のため説明を省略する。
【0025】
金型20,30には、所望の成型品を得るために環状の凹部21、31がそれぞれ形成されている。
【0026】
図3(a)に示されるように、回転密封環4を、回転密封環4の内径(すなわち中心から内周面43までの距離)と外径が略同径、もしくは僅かに小さい径に形成された環状の支持部30Bに沿って移動させて底面30Cに載置する。その後、金型20の前面20Aと金型30の前面30Aとを当接させる。
【0027】
次に、
図3(b)に示されるように、金型20の凹部21と金型30の凹部31とから構成される空間50内に図示しない注入口からPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を主成分とする粉末状の樹脂材を流し込み、圧縮成形させた後、加熱等によって固化させる。
【0028】
本実施例における樹脂材は、PTFEを主成分とする樹脂材を例に説明したが、これに限られず耐熱性、強度、耐薬品性を有する樹脂材を適宜選択すればよい。また、樹脂材は、導電助剤、例えばカーボン粉末を含有することが好ましく、このようにすることで回転密封環4、静止密封環6に静電気の蓄積することを抑制できる。
【0029】
図3(c)に示されるように、樹脂材が固化した後、金型20と金型30とをお互いに離間する方向に移動させ取り外す。これにより、金型20の凹部21と金型30の凹部31とから構成される空間50の形状に固化された回転環保持具5が回転密封環4と一体成型される。尚、回転密封環4の外周面41と背面42とが回転環保持具5に接合されている。
【0030】
尚、本実施例においては、金型20と金型30との2つ金型から回転密封環4と回転環保持具5とを一体成型させることとしたが、これに限られず、3分割以上の金型から回転密封環4と回転環保持具5とを一体成型させることとしてもよい。
【0031】
図4は、
図3(c)における回転密封環4の背面42と樹脂材から成る回転環保持具5との接合部Aを示す拡大図である。回転密封環4は、焼結成型されたセラミックスであることからいわゆるポーラス構造をなしており、表面上に複数の大凹部P1や小凹部群P2が形成されている。
【0032】
回転密封環4の背面42は摺動面F1よりも表面粗さが大きいことから、樹脂材が回転環保持具5の大凹部P1内及び小凹部群P2内に入り込み硬化されることとなり、回転密封環4と回転環保持具5とがアンカー効果により強い接合力が得られるようになっている。
【0033】
尚、
図3(c)に示される、回転密封環4の外周面41と回転環保持具5との接合部Bにおいても、外周面41は摺動面F1よりも表面粗さが大きいことから、樹脂材から成型される回転環保持具5が大凹部P1内及び小凹部群P2内に入り込み硬化されることとなり、回転密封環4と回転環保持具5とがアンカー効果により強い接合力が得られるようになっている。
【0034】
このように、回転環保持具5が回転密封環4の背面42に接合されていることから、静止密封環6からの相対的な押圧力を回転密封環4の背面42側で受けることができ、かつ軸方向の移動に対する剪断力を受けにくいことから、回転密封環4を強固に回り止めさせることができるようになっている。
【0035】
また、回転密封環4の外周面41と回転環保持具5との接合部B(
図3(c)参照)においても、回転密封環4の外周面41は摺動面F1よりも表面粗さが大きいことから、樹脂材から成型される回転環保持具5が外周面41に形成されている大凹部P1内及び小凹部群P2内に入り込み硬化されることとなり、アンカー効果により強い接合力が得られるようになっている。
【0036】
また、回転環保持具5が回転密封環4の外周面41に接合されていることから、回転環保持具5と一体化された回転密封環4が外周側から強固に回り止めされている。また、回転軸2の回転中心から半径距離が長い回転密封環4の外周面が回転環保持具5に接合されているので、より高い回り止め効果が得られる。
【0037】
また、回転密封環4の外周面41の全周面、すなわち面取り部4a,4c(
図2参照)の間が全周に亘って接合されているので、回り止め効果が高まるようになっている。
【0038】
また、回転密封環4の、摺動面F1側の面取り部4c(
図1参照)が回転環保持具5よりも軸方向に向けて突出し露出されていることから、メカニカルシール1を組み付ける際に、回転環保持具5と静止環保持具7とが干渉しない。また、相手方密封環との摺動により密封環が摩耗したとしても、摺動面F1側の面取り部4cが軸方向に向けて突出し露出されていることから、回転環保持具5と静止環保持具7とが干渉しにくい。
【0039】
また、回転密封環4の背面42の全面、すなわち面取り部4a,4dの間の背面42(
図1参照)が全て回転環保持具5と接合されているので、静止密封環6からの相対的な押圧力を回転密封環4の背面42側全面で受けることができ、かつ軸方向の移動に対する剪断力を受けにくいことから、回転密封環4を静止密封環6に対して強固に回り止めさせることができる。
【0040】
また、回転密封環4と静止密封環6とは、双方ともに同じ樹脂材の保持具により保持されていることから、双方の保持具が気温や機内温度など略等しい条件下のもとで収縮や膨張することとなるので、摺動面F1,F2に応力をかけにくい。
【0041】
また、回転環保持具5と、静止環保持具7とが樹脂により成型されていることから、金属材から成型された保持具よりも軽量であり、持ち運び易く組付け易い上、様々な被密封流体Lに対応できる。
【0042】
また、回転密封環4と回転環保持具5とが一体成型されていることから、ノックピン等の回り止め防止機構の構造材を組み込む必要がなく、簡素な構造でメカニカルシール1を製作することができる。
【0043】
図5は、回転密封環4の変形例1を示す回転密封環40の斜視図である。回転密封環40の外周面41には、等間隔おきに軸方向に沿った凹溝41aが形成され、背面42には放射状に延びる凹溝42aが形成されている。凹溝41aおよび凹溝42aが形成されていることで、樹脂により形成された回転環保持具5が凹溝41aと凹溝42a内へ入り込み硬化することで、より高い回り止め効果を得られる。
【0044】
このように、樹脂材から成型される回転環保持具5が回転密封環40の外周面41及び背面42に形成されている大凹部P1内及び小凹部群P2内(
図4参照)に入り込み硬化されることとなるのでアンカー効果により強い接合力が得られ、更に凹溝41a,凹溝42aと回転環保持具5とが接合されるので、アンカー効果と凹凸による接合とによって、より高い回り止め効果が得られるようになっている。
【0045】
また、上述した凹溝41aと42aのどちらか一方のみ形成させてもよいし、凹溝41aと凹溝42aを回転密封環のみならず静止密封環に形成させ静止密封環と静止環保持具とを一体的に成型させることとしてもよい。
【0046】
更に、
図5に示される回転密封環40の背面42と外周面41の間に形成された面取り部4cに凹溝を形成させてもよい、面取り部4cに凹溝を形成させることで、より高い回り止め効果を得られるようになっている。
【0047】
また、回り止めを効果向上させる例として、
図5に示されるように凹溝41a,42aを回転密封環40の外周面41と背面42とに形成させることを説明したが、密封環の外周面及び背面の少なくともいずれか一方にブラスト処理を施した上で、密封環保持具と一体成型させることとしてもよい。
【0048】
図6は、回転環保持具と静止環保持具の変形例を示す回転環保持具51と静止環保持具71の一部拡大断面図である。尚、変形例2における回転環保持具51と静止環保持具71とは略同一構造のため、回転環保持具51のみ説明する。
【0049】
変形例2における回転環保持具51は、
図3にて説明した金型30の凹部31の形状を一部変更し回転密封環4とともに一体成型されたものである。金型30の凹部31の形状が一部変更されたことにより、回転環保持具51の外周前面51aは、回転密封環4の摺動面F1側の外周側の面取り部4cにおける中央部まで軸方向に延出して形成されている。
【0050】
回転環保持具51は、回転密封環4の背面42と、該背面42側の面取り部4aと、外周面41と、摺動面F1側の外周側の面取り部4cと、に亘って回転密封環4と接合されているので、より高い回り止め効果が得られるようになっており、メカニカルシール1を組み立てる際に、回転密封環4が軸方向に抜けにくくなっている。
【0051】
図7(a)は、回転密封環の変形例3を示す斜視図であり、この変形例3における回転密封環140は、背面142から摺動面F1へ向けて切り欠かれた形状の切り欠き部143が形成されている。
【0052】
切り欠き部143は、側面143a,143b、底面143c、奥端面143dにより区画され、軸方向断面視略凹状を成している。奥端面143dは外周面141に直交して連なっている。
【0053】
回転密封環140を図示しない金型により回転環保持具151と一体成型させると、切り欠き部143には、
図7(b)に示されるように、成型時に樹脂が進入して硬化する。これにより、回転環保持具151の内周面の一部には、凸部151Aが形成されることとなる。
【0054】
凸部151aは、切り欠き部143の、側面143a,143b、底面143c、奥端面143dにそれぞれ接合されている。このように、回転密封環140の切り欠き部143に、回転環保持具151の凸部151Aが接合されているので、高い回り止め効果が得られるようになっている。
【0055】
また、切り欠き部143の奥端面143dよりも摺動面F1側の外周面141は全周に亘り回転環保持具151の内周面と接合されることとなるので、回転密封環140と回転環保持具151との間の密封性が高い。
【0056】
このように、樹脂材から成型される回転環保持具151が回転密封環140の外周面141と背面142とに形成されている大凹部P1内及び小凹部群P2内(
図4参照)に入り込み硬化されることとなるのでアンカー効果により強い接合力が得られ、更に凸部151aと切り欠き部143とが接合されるので、アンカー効果と凹凸による接合とによって、より高い回り止め効果が得られるようになっている。尚、切り欠き部143は上述した凹溝41aよりも回転密封環の径方向へ深く形成されているので、より強い回り止め効果を得られる。
【0057】
また、回転密封環と回転環保持具とを備える回転側要素Rに切り欠き部と凸部とを形成させることとして説明したが、これに限られず、静止密封環と静止環保持具とを備える静止側要素Sに上述した切り欠き部と凸部とを形成させることとしてもよいし、回転側要素Rと静止側要素Sとの双方に切り欠き部と凸部とを形成させることとしてもよい。
【0058】
また、
図5に示される凹溝41a,42aと、
図7(a)に示される切り欠き部143とを単一の回転密封環に形成させてもよい。
【0059】
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。
【0060】
例えば、前記実施例では、密封環が背面と外周面とに接合されていたが接合箇所はこれに限られず、例えば、外周面のみ、背面のみ、内周面のみ、内周面と背面、内周面と外周面、内周面と外周面と背面であってもよい。
【0061】
また、回転密封環4と、静止密封環6とはセラミックスにより成型されていることとして説明したが、これに限られず、セラミックス以外の素材で成型された密封環を使用することとしてもよい。
【0062】
また、回転環保持具5と、静止環保持具7とは樹脂材により成型されていると説明したがこれに限られず、それぞれ異なる樹脂材から成型させることとしてもよい。
【0063】
また、インサイド型のメカニカルシールを例に説明がこれに限られず、アウトサイド型のメカニカルシールとしてもよい。
【0064】
また、回転密封環4と、回転環保持具5とを一体的に成型する例について説明したが、製造方法はこれに限られず、回転密封環4の表面上に形成された大凹部P1や小凹部群P2に対して回転環保持具5の一部が入り込む方法であればよい。尚、静止密封環6と静止環保持具7とも同様である。