特許 5904377 メカニカルシール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5904377

(24)【登録日】2016年3月25日

(45)【発行日】2016年4月13日

(54)【発明の名称】メカニカルシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20160331BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/34 Z

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-536380(P2013-536380)

(86)(22)【出願日】2012年9月27日

(86)【国際出願番号】JP2012074884

(87)【国際公開番号】WO2013047658

(87)【国際公開日】20130404

【審査請求日】2015年3月20日

(31)【優先権主張番号】特願2011-218797(P2011-218797)

(32)【優先日】2011年10月1日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000101879

【氏名又は名称】イーグル工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】503227553

【氏名又は名称】イーグルブルグマンジャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【識別番号】100116506

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻井 義宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116757

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 英雄

(74)【代理人】

【識別番号】100123216

【弁理士】

【氏名又は名称】高木 祐一

(74)【代理人】

【識別番号】100163212

【弁理士】

【氏名又は名称】溝渕 良一

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100156535

【弁理士】

【氏名又は名称】堅田 多恵子

(72)【発明者】

【氏名】高橋 秀和

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 猛史

【審査官】 杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭４９−１４７４６４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実公昭４８−０２８９８７（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 実開平０３−０５５９６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１１−１４９４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１３８９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０４８８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０６６６６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実公昭６３−０３２４６１（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 実開平０７−０２５３６８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／００ − １５／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸とハウジングとの間に装着されて密封摺動面の外周から内周方向への被密封流体の漏れを防止するインサイド形のメカニカルシールであって、前記回転軸側に装着された回転密封環とシールカバー側に装着された固定密封環とを備え、前記固定密封環側にコイルスプリングを内蔵した静止形のものにおいて、
前記固定密封環と前記シールカバーとの間に２次シールとしてのＯリングを設け、前記回転密封環と固定密封環との密封摺動面の外周側の被密封流体側に連通した空間に円筒状の攪拌部材を前記回転密封環側から立設し、
前記円筒状の攪拌部材の円周上に複数の攪拌孔を設けるとともに、前記攪拌部材の攪拌孔に外周側から清浄なフラッシング液を供給するフラッシング孔を前記シールカバー側に設けることを特徴とするメカニカルシール。

【請求項2】

前記フラッシング孔、前記攪拌孔及び前記回転密封環と固定密封環との密封摺動面が半径方向に重複するように配置され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。

【請求項3】

前記回転密封環と固定密封環との密封摺動面の外周側の空間と被密封流体側とを連通する通路に面する回転軸のスリーブの外周面に、円周方向に複数の攪拌溝を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメカニカルシール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スラリーを含む液（以下「スラリー流体」という。）を処理する装置又はポンプに用いられて有用なメカニカルシールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、スラリー流体をシールするためのメカニカルシールにおいて、固定環と回転環との密封摺動面の近傍からスラリー流体を排出するようにしたものとして実公昭６３−３２４６１号公報（特許文献１）に記載のメカニカルシールが知られている（以下、「従来技術」という。）。
図４は、従来技術のメカニカルシールを示す縦断面図であって、固定環７２は、機器本体７０に装着された環状カバー７１にＯリング７３を介して嵌挿されており、回転環７４はＯリング７５を介して回転軸７６に嵌挿され、ワンコイルタイプのコイルスプリング７７により固定環７２側に押圧されており、固定環７２と回転環７４とが密封摺動しながら相対回転することにより、機内側のスラリー流体をシールするようになっている。そして、被密封流体であるスラリー流体とは異なる清浄なフラッシング液を密封摺動面７８の近傍にフラッシング孔７９から供給するとともに、回転環７４の外周面に螺条部又は羽根８０を形成し、密封摺動面７８から遠ざかる方向の力を被密封流体に作用させるようにしている。

【0003】

図４に示した従来技術のメカニカルシールは、密封摺動面７８の外周から内周に向かう被密封流体をシールする形式のインサイド形といわれるものであって、回転環７４と回転軸７６との間をシールする作動用のＯリング７５及び回転環７４を押圧するコイルスプリング７７が被密封流体であるスラリー流体にさらされる構造となっている。
このため、従来技術では次のような問題が起きる。
（１）作動用のＯリング７５は、スラリー流体をシールするための２次シールとして設けられているが、この作動用のＯリング７５にはスラリー流体が堆積し、回転環７４が軸方向に移動できなくなる。その結果、密封摺動面７８において正常な密封作用が機能しなくなり、漏れや異常摩耗などが発生する。
（２）コイルスプリング７７にもスラリー流体が堆積し、スプリングの機能が失われるため、回転環７４を固定環７２に押圧することができなくなる。その結果、密封摺動面７８において正常な密封作用が機能しなくなり、漏れや異常摩耗などが発生する。
（３）回転環７４の外周に螺条部又は羽根８０を形成するため、作業が煩雑になる。
（４）回転環７４の外周に形成される螺条部又は羽根８０は回転軸の回転方向に応じた右ねじまたは左ねじとする必要があり、両方の回転方向に対応することができない。

【0004】

上記従来技術の他に、スラリー流体をシールするためのメカニカルシールとしては、スプリングに加えてゴム材製からなるリング状のパッキンにより固定環を押圧するタイプのもの（たとえば、特許文献２参照。）が知られているが、パッキンにスプリング及び二次シール機能をもたせる必要がある。しかし、このような構成にすると適切なスプリング面圧（スプリング荷重）にすることが難しく、漏れや摺動面の異常摩耗を起こす原因になることから、コイルスプリングのみで摺動環を押圧できればそれが望ましいことはいうまでもない。また、コイルスプリングに代えてベローズを用いるタイプのもの（たとえば、特許文献３参照。）も知られている。ベローズを用いると作動用のＯリングが不要になるが、ベローズはスラリー流体と接するため、ベローズの内側溶接個所にスラリー流体が堆積し易く、それが原因でベローズが破損したり、適切なスプリング面圧（スプリング荷重）を失うことから漏れなどが起きる。そのため、スラリー流体が接しない個所にコイルスプリングを使用して摺動環を押圧するタイプのものが望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実公昭６３−３２４６１号公報

【特許文献2】再公表２００９−００８２８９号公報

【特許文献3】実開平７−２５３６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、従来技術の問題を解決するためになされたもので、密封摺動面の外周から内周に向かう被密封流体をシールする形式のインサイド形のメカニカルシールであって、固定密封環側にコイルスプリングを内蔵した静止形のものにおいて、密封摺動面から２次シールにかけてスラリー流体の堆積を防止するようにしたメカニカルシールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため本発明のメカニカルシールは、第１に、回転軸とハウジングとの間に装着されて密封摺動面の外周から内周方向への被密封流体の漏れを防止するインサイド形のメカニカルシールであって、前記回転軸側に装着された回転密封環とシールカバー側に装着された固定密封環とを備え、前記固定密封環側にコイルスプリングを内蔵した静止形のものにおいて、
前記固定密封環と前記シールカバーとの間に２次シールとしてのＯリングを設け、前記回転密封環と固定密封環との密封摺動面の外周側の被密封流体側に連通した空間に円筒状の攪拌部材を前記回転密封環側から立設してなることを特徴としている。
この特徴によれば、回転密封環と固定密封環との密封摺動面の外周側の空間からリテーナの外周面とシールカバーの内周面との間のＯリング付近にかけて活発な攪拌現象及び流れが生じるため、被密封流体がスラリー流体のような滞留しやすい流体であっても、密封摺動面からＯリング付近にかけてスラリー流体が滞留することはない。このため、密封摺動面、スラリー流体をシールするための２次シールとして設けられている作動用のＯリング及びコイルスプリングにスラリー流体が堆積することが防止され、その結果、密封摺動面における正常な密封作用を長期間にわたって維持することができる。

【0008】

また、本発明のメカニカルシールは、第２に、第１の特徴において、前記円筒状の攪拌部材の円周上に複数の攪拌孔を設けることを特徴としている。
この特徴によれば、被密封流体の攪拌部材の内側から外側に向かう環流現象が生起され、被密封流体の攪拌作用を一層増大することができる。

【0009】

また、本発明のメカニカルシールは、第３に、第２の特徴において、前記攪拌部材の攪拌孔に外周側から清浄なフラッシング液を供給するフラッシング孔を前記シールカバー側に設けることを特徴としている。
この特徴によれば、回転密封環と固定密封環との密封摺動面の外周側の空間に清浄なフラッシング液が供給されるため、スラリー流体は希釈され、滞留現象を減殺することができる。

【0010】

また、本発明のメカニカルシール装置は、第４に、第３の特徴において、前記フラッシング孔、前記攪拌孔及び前記回転密封環と固定密封環との密封摺動面が半径方向に重複するように配置されることを特徴としている。
この特徴によれば、清浄なフラッシング液が攪拌部材の攪拌孔に向けて供給されるため、攪拌作用の大きな攪拌孔の近傍にフラッシング液が供給されることになり、希釈された被密封流体が攪拌されることにより、密封摺動面の外周側からリテーナの外周面とシールカバーの内周面に設けられたＯリングにかけてのスラリー流体の滞留が一層防止される。また、攪拌孔を通して直接密封摺動面に供給されたフラッシング液が密封摺動面を洗浄する作用を奏する。

【0011】

また、本発明のメカニカルシールは、第５に、第１ないし第４の何れかの特徴において、前記回転密封環と固定密封環との密封摺動面の外周側の空間と被密封流体側とを連通する通路に面する回転軸のスリーブの外周面に、円周方向に複数の攪拌溝を設けることを特徴としている。
この特徴によれば、回転密封環と固定密封環との密封摺動面の外周側の空間と被密封流体側とを連通する通路を流れる被密封流体に対して攪拌作用を与え、スラリーの滞留を防止することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）上記第１の特徴によれば、回転密封環と固定密封環との密封摺動面の外周側の空間からリテーナの外周面とシールカバーの内周面との間のＯリング付近にかけて活発な攪拌現象及び流れが生じるため、被密封流体がスラリー流体のような滞留しやすい流体であっても、密封摺動面からＯリング付近にかけてスラリー流体が滞留することはない。このため、密封摺動面、スラリー流体をシールするための２次シールとして設けられている作動用のＯリング及びコイルスプリングにスラリー流体が堆積することが防止され、その結果、密封摺動面における正常な密封作用を長期間にわたって維持することができる。

【0013】

（２）上記第２の特徴によれば、被密封流体の攪拌部材の内側から外側に向かう環流現象が生起され、被密封流体の攪拌作用を一層増大することができる。
（３）上記第３の特徴によれば、回転密封環と固定密封環との密封摺動面の外周側の空間に清浄なフラッシング液が供給されるため、スラリー流体は希釈され、滞留現象を減殺することができる。
（４）上記第４の特徴によれば、清浄なフラッシング液が攪拌部材の攪拌孔に向けて供給されるため、攪拌作用の大きな攪拌孔の近傍にフラッシング液が供給されることになり、希釈された被密封流体が攪拌されることにより、密封摺動面の外周側からリテーナの外周面とシールカバーの内周面に設けられたＯリングにかけてのスラリー流体の滞留が一層防止される。また、攪拌孔を通して直接密封摺動面に供給されたフラッシング液が密封摺動面を洗浄する作用を奏する。
（５）上記第５の特徴によれば、回転密封環と固定密封環との密封摺動面の外周側の空間と被密封流体側とを連通する通路を流れる被密封流体に対して攪拌作用を与え、スラリーの滞留を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態に係るメカニカルシールの全体を示す縦断面図である。

【図2】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図3】図１のＢ部拡大図である。

【図4】従来技術を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

【0016】

図１は、本発明の実施の形態に係るメカニカルシールの全体を示す縦断面図であり、左側が機内側（被密封流体側）であり、右側が機外側（大気側）である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は、図１のＢ部拡大図である。
装置本体（ケーシング）５０の軸孔５１には回転軸６０が貫通している。メカニカルシール１は、装置本体５０の外面５２の軸孔５１の周りに設けられたシールカバー２を介して取り付けられる。シールカバー２はＯリング５３を介して植え込みボルト３によりに装置本体５０に固定されている。また、回転軸６０は軸孔５１に装着されて図示省略の軸受けにより回転可能に支持されている。

【0017】

シールカバー２の内周面４と回転軸６０に嵌合されたスリーブ６１の外周面との間の空間には、機内側寄りに、密封摺動面の外周から内周方向への被密封流体の漏れを防止するインサイド形のメカニカルシールＳ１が配置され、機外側寄りに、密封摺動面の内周から外周方向への被密封流体の漏れを防止するアウトサイド形のメカニカルシールＳ２が配置されている。
本発明においては、機内側寄りに配置されたインサイド形のメカニカルシールＳ１に特徴を有するものであり、機外側寄りに配置されたアウトサイド形のメカニカルシールＳ２は必要に応じて配置されるもので、必須ではない。

【0018】

インサイド形のメカニカルシールＳ１において、固定密封環５はノックピン７によりリテーナ６に回転不能に支持されており、固定密封環５とリテーナ６との間にはＯリング８が設けられている。また、リテーナ６は、その外周面とシールカバー２の内周面４に設けられた２次シールの役割を有するＯリング９を介してシールカバー２に気密に支持されている。リテーナ６の後部には、シールカバー２に一端が支持された複数のコイルスプリング１０の他端が接合され、リテーナ６を軸方向に付勢するようになっている。
一方、回転密封環１１は、回転軸６０のスリーブ６１にノックピン１３を介して一体的に回動されるように支持されており、回転密封環１１とスリーブ６１との間にはＯリング１２が設けられている。

【0019】

機外側寄りに配置されたアウトサイド形のメカニカルシールＳ２は、固定密封環２５がノックピン２７によりリテーナ２６に回転不能に支持されており、固定密封環２５とリテーナ２６との間ははＯリング２８が設けられている。また、リテーナ２６は、その外周面とシールカバー２の内周面４に設けられた２次シールの役割を有するＯリング２９を介して気密に支持されている。リテーナ２６の後側には、シールカバー２に一端が支持された複数のコイルスプリング３０の他端が接合され、リテーナ２６を軸方向に付勢するようになっている。
一方、回転密封環３１は、ノックピン３３によりリテーナ３２に回転不能に支持されており、回転密封環３１とリテーナ３２との間にはＯリング３４が設けられている。リテーナ３２は回転軸６０のスリーブ６１にセットスクリュー３５により固定されたカラー３６に支持されており、リテーナ３２とスリーブ６１との間にはＯリング３７が設けられている。

【0020】

機内側寄りに配置されたインサイド形のメカニカルシールＳ１の密封摺動面Ｓの内周側空間から機外側寄りに配置されたアウトサイド形のメカニカルシールＳ２の密封摺動面Ｓの内周側空間にかけて形成された中間室４０には、中間液が充填されている。この中間液は、シールカバー２に設けられたサーキュレーション注入孔４１及びサーキュレーション排出孔４２を通じて、外部に設置されたリザーバタンク（図示省略）との間で循環され、機外側寄りのメカニカルシールＳ２の密封摺動面Ｓを潤滑・冷却するものである。

【0021】

回転軸６０が回転されると、インサイド形のメカニカルシールＳ１においては、回転密封環１１に対して固定密封環５がコイルスプリング１０により押圧され、両者の密封摺動面Ｓが相対摺動しながら機内側の被密封流体が外周側から内周側への漏れるのを防止するものであるが、被密封流体がスラリー流体などである場合、密封摺動面Ｓの外周側からリテーナ６の外周面とシールカバー２の内周面４に設けられたＯリング９にかけてスラリー流体が滞留して密封摺動面Ｓにおけるシール機能を損なう恐れがある。

【0022】

そこで、本発明は、インサイド形のメカニカルシールＳ１における回転密封環１１と固定密封環５との密封摺動面Ｓの外周側の被密封流体側に連通した空間に円筒状の攪拌部材１５を回転密封環１１側から立設し、シールカバー２の内周面４と固定密封環５及び回転密封環１１の外周面との間の空間の被密封流体を回転軸６０の回転に伴い攪拌するようにしたものである。
円筒状の攪拌部材１５は、縦断面が略Ｌ字状をなしており、小径部である基部１６において回転密封環１１を支持しているスリーブ６１にボルト１７により固定され、大径部である円筒部１８が回転密封環１１の外周側から固定密封環５の外周側に向かって延設され、密封摺動面Ｓの外周側を覆うようになっている。密封摺動面Ｓの半径方向外方に位置する円筒部１８の部位には、円周方向に複数の攪拌孔１９が設けられている。図２に示すように、攪拌孔１９は、円周方向に１２等配に設けられている。攪拌孔１９の数及び位置は、必要に応じて設定されるもので、１２等配に限るものではなく、被密封流体を効率よく攪拌できるものであればよい。

【0023】

また、回転密封環１１と固定密封環５との密封摺動面Ｓの外周側の空間と被密封流体側とを連通する通路３８に面する回転軸６０のスリーブ６１の外周面には、円周方向に複数の攪拌溝３９が設けられている。攪拌溝３９は、通路３８に沿った軸方向には図１及び図３に示すように円弧状をなし、軸直交断面では図２に示すように略矩形状をなしている。
攪拌溝３９は、図２に示すように、攪拌孔１９の円周方向の位置と略同じくして円周方向に１２等配に設けられている。攪拌溝３９の数及び位置は、１２等配に限るものではなく、また、その位置も攪拌孔１９の円周方向の位置と同じでなくてもよい。要は、回転密封環１１と固定密封環５との密封摺動面Ｓの外周側の空間と被密封流体側とを連通する通路３８に流れる被密封流体に対して攪拌作用を与え、スラリーの滞留を防止することができればよい。

【0024】

図１及び図２に示すように、シールカバー２には、被密封流体とは別の清浄なフラッシング液を供給するためのフラッシング孔２０が設けられている。図２では、円周方向に１個のフラッシング孔２０が設けられているがこれに限るものではなく、攪拌孔１９と同じく１２等配に設けられてもよく、要は、回転密封環１１と固定密封環５との密封摺動面Ｓの外周側の空間の被密封流体を希釈できればよい。また、図１及び図２では、フラッシング孔２０は、攪拌作用の大きな攪拌孔１９の近傍にフラッシング液が供給されるように攪拌部材１５の攪拌孔１９に半径方向に重複するように設けられている。

【0025】

回転軸６０の回転に伴い、スリーブ６１並びに回転密封環１１及び攪拌部材１５が回転すると、回転密封環１１と固定密封環５との密封摺動面Ｓの外周側の空間と被密封流体側とを連通する通路３８の被密封流体は、攪拌溝３９により攪拌されながらスリーブ６１の回転方向に回転される。また、シールカバー２の内周面４と回転密封環１１の外周面との間の空間の被密封流体は攪拌部材１５及び攪拌孔１９により攪拌されながら回転密封環１１及び攪拌部材１５に回転に引きずられるようにして回転し、遠心力により半径方向外側へ向かうように流れるとともに、回転密封環１１側から固定密封環５側へ向かうようにも流れる。その際、攪拌部材１５に攪拌孔１９が設けられているため、図３のＲで示すような攪拌部材１５の円筒部１８を内側から外側へ貫通する環流Ｒが生じる。攪拌溝３９、攪拌部材１５及び攪拌孔１９の攪拌作用及び環流Ｒにより、回転密封環１１と固定密封環５との密封摺動面Ｓの外周側の空間からリテーナ６の外周面とシールカバー２の内周面４との間のＯリング９付近にかけて活発な攪拌現象及び流れが生じるため、被密封流体がスラリー流体のような滞留しやすい流体であっても、密封摺動面ＳからＯリング９付近にかけてスラリー流体が滞留することはない。

【0026】

さらに、フラッシング孔２０は攪拌孔１９と半径方向に重複するように設けられているため、シールカバー２に設けたフラッシング孔２０から、清浄なフラッシング液が攪拌部材１５の攪拌孔１９に向けて供給されるため、攪拌作用の大きな攪拌孔１９の近傍にフラッシング液が供給されることになり、希釈された被密封流体が攪拌されることにより、密封摺動面Ｓの外周側からリテーナ６の外周面とシールカバー２の内周面４に設けられたＯリング９にかけてのスラリー流体の滞留が一層防止される。また、攪拌部材１５が静止している状態では、攪拌孔１９を通して直接密封摺動面Ｓに供給されたフラッシング液が、密封摺動面Ｓを洗浄する。

【0027】

本発明のメカニカルシールは、インサイド形のメカニカルシールが少なくとも１つ配置されるものであればよく、シングル形、タンデム形またはダブル形のいずれにも適用できる。また、摺動環を付勢するコイルスプリングは円周方向に複数配置されるマルチ形に限らず回転軸を中心として１つ配置されるワンコイル形でもよい。さらに、コイルスプリングの位置は固定密封環を内蔵される形式の静止形であって、固定密封環をシールするための２次シールがＯリングである形式のメカニカルシールに適用されるのが好ましい。

【符号の説明】

【0028】

１ メカニカルシール
２ シールカバー
３ 植え込みボルト
４ シールカバーの内周面
５ 固定密封環
６ リテーナ
７ ノックピン
８ Ｏリング
９ Ｏリング
１０ コイルスプリング
１１ 回転密封環
１２ Ｏリング
１３ ノックピン
１５ 攪拌部材
１６ 基部
１７ ボルト
１８ 円筒部
１９ 攪拌孔
２０ フラッシング孔
２５ 固定密封環
２６ リテーナ
２７ ノックピン
２８ Ｏリング
２９ Ｏリング
３０ コイルスプリング
３１ 回転密封環
３２ リテーナ
３３ ノックピン
３４ Ｏリング
３５ セットスクリュー
３６ カラー
３７ Ｏリング
３８ 通路
３９ 攪拌溝
４０ 中間室
４１ サーキュレーション注入孔
４２ サーキュレーション排出孔
５０ 装置本体（ケーシング）
５１ 軸孔
５２ 外面
５３ Ｏリング
６０ 回転軸
６１ スリーブ
Ｓ 密封摺動面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】