特許 6140179 メカニカルシール装置

(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】6140179

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】メカニカルシール装置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20170522BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/34 H

   F16J15/34 G

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-544367(P2014-544367)

(86)(22)【出願日】2013年9月4日

(86)【国際出願番号】JP2013073824

(87)【国際公開番号】WO2014069098

(87)【国際公開日】20140508

【審査請求日】2016年3月22日

(31)【優先権主張番号】特願2012-242767(P2012-242767)

(32)【優先日】2012年11月2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】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】柳澤 隆

(72)【発明者】

【氏名】高橋 秀和

【審査官】 山田 康孝

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５９６７５２５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０６９３６６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−２１６４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１５３４６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６１−１４１８６４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０５−１０６７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／００１６８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−２６０００９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スタッフィングボックスと回転軸との間隙で機内部の流体をシールするメカニカルシール装置であって、
前記スタッフィングボックスに取り付けられるシールカバーと、
前記シールカバーに取り付けられ、第１シール面を備える固定用密封環と、
前記回転軸に取り付けられ、前記第１シール面に摺動可能な第２シール面を備える回転用密封環と、
前記回転軸と一体に回転するカラーとを有し、
前記固定用密封環および前記回転用密封環は、同じ硬度のＳｉＣで構成されており、
前記回転用密封環には、前記カラー側の内周面に形成された溝に、前記カラー側から軸方向に沿って、スペーサと、弾性を有し前記溝、前記回転軸および前記スペーサに密着するＯリングとが配置されており、
該スペーサは前記カラーに当接し、前記第２シール面に対向する背面と前記カラーとの間には０．４〜３．０ｍｍの隙間（ｂ）が形成されており、前記回転用密封環が前記回転軸の軸方向に弾性に保持されて前記カラーと一体に回転し、
前記固定用密封環の前記第１シール面は、断面形状が矩形のノーズ部に形成されており、当該ノーズ部の前記第１シール面の面幅（ａ）は、前記回転用密封環の前記第２シール面よりも半径方向の面幅が狭く１．１〜２．０ｍｍに形成され、当該ノーズ部の軸方向長さは１．０〜２．０ｍｍに形成されており、
前記固定用密封環の前記第１シール面の面幅（ａ）と前記回転用密封環の前記隙間（ｂ）との比（ａ／ｂ）は０．３５〜５である
ことを特徴とするメカニカルシール装置。

【請求項2】

前記固定用密封環の外周面には、軸方向に沿って段差となった階段部が形成されており、
前記シールカバーの内周面には、前記固定用密封環の前記階段部と対向するように軸方向に沿って段差となった階段部が形成されており、
前記固定用密封環の前記階段部および前記シールカバーの前記階段部により形成される断面矩形の環状空間にＯリングが配置されており、
数式２で定義される前記固定用密封環のバランス比ＢＶが、０．８〜１.２０に形成されてい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装置。
ＢＶ＝（ｒｂ^２−ｒｉ^２ ）／（ｒｏ^２−ｒｉ^２ ） ・・・（数２）
ただし、ＢＶは、バランス比、
ｒｉは、前記第１シール面の内径、
ｒｏは、前記第１シール面の外径、
ｒｂは、前記シールカバーの前記階段部の軸周面に平行な面の径（内径）である。

【請求項3】

数式１で定義される前記固定用密封環の最内径比Ｋが、１.０９〜１.３０に形成されてい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装置。
Ｋ＝ｒｓ／ｒａ ・・・（数１）
ただし、Ｋは、最内径比、
ｒａは、前記回転軸の半径、
ｒｓは、前記固定用密封環の内径である。

【請求項4】

前記固定用密封環の内周面が、前記第１シール面に向かって外周側に傾斜するようにテーパ状に形成されてい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装置。

【請求項5】

前記回転用密封環と前記固定用密封環が摺動することによって形成される密封面に対して、前記回転軸に近接する側に被密封流体が存在するアウトサイド型であ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装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、メカニカルシール装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、メカニカルシール装置において、シール面を摺動させると自己潤滑性が乏しいために、摺動面が摩耗したり、摩擦係数が変動し急激な温度上昇が起こることにより熱応力割れが発生するなどの問題があった。

【0003】

したがって、従来では、摺動面温度を下げて、摺動面に介在する密封流体の蒸発を抑制することにより、潤滑膜を摺動面に保持させることが経験的に行われていた。しかしながら、沸点に近い流体を密封する際には、潤滑膜の蒸発を抑えることが困難であった。

【0004】

従来では、摺動面幅を狭くすることにより、摩擦係数が減少し、摺動発熱が低減すると考えられていた。しかしながら、摺動面幅を狭くすることにより、摺動面の摩耗量が増加して摺動面の損傷を引き起こしたり、密封性能が悪くなるなど、技術的メリットが少ないと考えられており、実用化が困難であった。すなわち、摺動面幅が狭いと、摺動面の間に液膜が形成されず、固体接触してしまうために摩耗量が増加してしまうため、摺動面幅を狭くすることは、好ましくないと考えられていた。

【0005】

特許文献１には、その図１および２に示すように、密封端面の径方向幅が０．２〜１．０ｍｍのメカニカルシールが開示されている。しかしながら、特許文献１では、密封端面の径方向幅を小さくすることにより、接触圧を高くしてシールを行っているため、シール面の摩耗が激しく、シール摺動面が損傷してしまう問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００１−１７３８００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、密封性能を有しながら、摺動発熱を大幅に低減するとともに、摺動面の摩耗を抑制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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明に係るメカニカルシールは、
スタッフィングボックスと回転軸との間隙で機内部の流体をシールするメカニカルシール装置であって、
前記スタッフィングボックスに取り付けられるシールカバーと、
前記シールカバーに取り付けられ、第１シール面を備える固定用密封環と、
前記回転軸に取り付けられ、前記第１シール面に摺動可能な第２シール面を備える回転用密封環と、
前記回転軸と一体に回転するカラーとを有し、
前記固定用密封環または前記回転用密封環の何れか一方のシール面は、他の一方のシール面よりも半径方向の面幅が狭くなるように形成されており、
前記回転用密封環の前記第２シール面に対向する背面と前記カラーとの間には隙間が形成されており、前記回転用密封環が前記回転軸の軸方向に弾性に保持されて前記カラーと一体に回転することを特徴とする。

【0009】

このような構成のメカニカルシール装置によれば、面幅が狭いシール面は、剛性が低いので、シール面が変形しやすい。このため、回転用密封環が回転したときに、面幅が狭いシール面が、対向するシール面にフレキシブルに追従する。その結果、摺動面に適正なうねりが生じ、摺動面に好適に流体潤滑膜を形成することができる。

【0010】

また、回転用密封環の背面とカラーとの間に隙間が形成されているので、回転用密封環が回転軸の軸方向に弾性に保持されてカラーと一体に回転する。このため、回転用密封環が回転する際の振動等を吸収することができるので、摺動面に発生するうねりを好適に保持することができる。さらに、摺動面幅が狭い、即ち、摺動面積が小さくても密封環の損傷を防止できる。

【0011】

さらに、シール面の面幅を狭く形成してあるので、面幅が狭いシール面を挟んで、密封流体が有る機内側と密封流体が無い機外側とで、シール面の温度差を小さくすることができる。その結果、シール面の機内側と機外側との熱による変形量を小さくすることができる。

【0012】

好適には、前記回転用密封環の前記カラー側内周には、弾性部材およびスペーサを収容する溝が形成してあり、前記スペーサが前記カラーに当接して、前記回転用密封環の背面と前記カラーとの間に隙間が形成される。

【0013】

また、好適には、前記他の一方のシール面よりも半径方向の面幅が狭くなるように形成されたシール面が、断面形状が矩形のノーズ部に形成されている。

【0014】

このような構成のメカニカルシール装置によれば、ノーズ部が矩形なので、仮に摺動面が磨耗してもシール面の面幅が変化することなく、適正な接触圧を保持し続けることが可能になる。

【0015】

また、好適には、前記他の一方のシール面よりも半径方向の面幅が狭くなるように形成されたシール面の面幅が、１．１〜２．０ｍｍに形成されている。

【0016】

また、好適には、前記固定用密封環のバランス比が、０．８〜１.２０に形成されている。

【0017】

このような構成のメカニカルシール装置によれば、内部流体の圧力に対応した押圧力が固定用密封環に作用する。このため、摺動面には、内部流体の圧力に対応した接触圧が発生するので、内部流体の圧力に対応して適正なうねりが生じる。したがって、摺動面に好適な流体潤滑膜を形成することができる。

【0018】

また、好適には、前記固定用密封環の最内径比が、１.０９〜１.３０に形成されている。

【0019】

このような構成のメカニカルシール装置によれば、固定用密封環の内周面側には、回転軸の外周面との間に比較的大きな間隙が形成される。その結果、被密封流体を、摺動面に向かって効率よく循環させることができるので、摺動発熱を効率よく除去することができる。

【0020】

また、好適には、前記固定用密封環の内周面が、前記第１シール面に向かって外周側に傾斜するようにテーパ状に形成されている。

【0021】

このような構成のメカニカルシール装置によれば、被密封流体を摺動面に向かって効率よく循環させることができるので、摺動発熱を効率よく除去することができる。

【0022】

また、好適には、メカニカルシール装置は、前記回転用密封環と前記固定用密封環が摺動することによって形成される密封面に対して、前記回転軸に近接する側に被密封流体が存在するアウトサイド型である。

【0023】

このような構成のアウトサイド型メカニカルシール装置によれば、摺動発熱を機外側に効率よく放熱させることができる。

【0024】

また、好適には、前記固定用密封環および前記回転用密封環の少なくとも何れか一方が、ＳｉＣで構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るメカニカルシール装置の断面図である。

【図2】図２は、図１に示す断面図の部分拡大図である。

【図3】図３は、図１および図２に示す回転用密封環の正面図である。

【図4】図４は、摺動面幅と比摩耗量との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

第１実施形態
本実施形態に係るメカニカルシール装置１は、一般産業用ポンプ等に装着されるシール装置である。メカニカルシール装置１は、図１および図２に示すように、密封面に対して回転軸に近接する側に被密封流体が存在するアウトサイド型に構成されており、回転軸７０とスタッフィングボックス８０との間隙で、機内部Ａ側の流体をシールする。なお、図１および図２においては、スタッフィングボックス８０の軸孔８１側（図示左側）が機内部Ａであり、その軸方向反対側（図示右側）が機外部Ｂである。

【0027】

本実施形態のメカニカルシール装置１は、好ましくは、被密封流体の圧力が１ＭＰａ以下の使用環境で使用されるが、これに限定されず、２ＭＰａよりも大きな圧力環境下でも使用可能である。

【0028】

スタッフィングボックス８０には軸孔８１が形成されており、この軸孔８１に、不図示の軸受けにより回転可能に支持された回転軸７０が貫通している。メカニカルシール装置１は、ガスケット６０を介して、スタッフィングボックス８０の軸孔８１の周囲の外面８２に取り付けられる。すなわち、スタッフィングボックス８０の外面８２に設置されている埋め込みボルト８３に、シールカバー１０の設置用溝（不図示）を通過させて、ナット８４を締め付けることより、メカニカルシール装置１がスタッフィングボックス８０に取り付けられる。なお、ガスケット６０は、樹脂製又は金属製であり、シールカバー１０とスタッフィングボックス８０との間から機内側空間Ａの被密封流体が漏洩するのを防止する。

【0029】

メカニカルシール装置１は、シールカバー１０、固定用密封環４０、回転用密封環３０およびカラー２０を有する。

【0030】

シールカバー１０の内周側には、固定用密封環４０が軸方向に移動可能に嵌合設置されている。シールカバー１０は、軸方向機外側に突出する固定ピン４８を備える。固定ピン４８は、固定用密封環４０のフランジ部４２に形成された案内溝４７に挿入される。シールカバー１０には、周方向に複数のバネ座が設けられており、固定用密封環４０のフランジ部４２の対向面との間に周方向に複数のコイルスプリング４９を保持する。

【0031】

シールカバー１０には、外周面から内部孔１１につながる径方向のクエンチング液注入路１３が形成されている。クエンチング液注入路１３には、不図示の配管と接続可能な管用ねじ穴が形成されている。配管を介して注入されたクエンチング液は、クエンチング液注入路１３から固定用密封環４０および回転用密封環３０の外周側に注入される。注入されたクエンチング液により、固定用密封環４０および回転用密封環３０の摺動面の摺動時の発熱が冷却されると共に、各シール部に付着している不純物が洗浄される。尚、このクエンチング機能は本発明に対し、必要不可欠な機能ではないため、その有無は限定されない。

【0032】

固定用密封環４０は、シールカバー１０の内周側に軸方向移動自在に嵌合設置されている。固定用密封環４０には、機外側端面に、断面形状が矩形のノーズ部４６が形成されている。ノーズ部４６の機外側端面は、シール面４３に形成されており、このシール面４３が、回転用密封環３０のシール面３２に摺動可能に密接する。固定用密封環４０のシール面４３の面幅（径方向の長さ）は、回転用密封環３０のシール面３２の面幅よりも狭く形成されている。図３に示す固定用密封環４０のシール面４３の面幅ａは、好適には、１．１〜２．０ｍｍである。さらに好適には、固定用密封環４０のシール面４３の面幅ａは、１．４〜１．８ｍｍである。なお、ノーズ部４６の軸方向長さは、好適には、１．０〜２．０ｍｍである。

【0033】

図２に示すように、固定用密封環４０の外周面には、軸方向に沿って段差となった階段部４１ａが形成されている。一方、シールカバー１０の内周面には、固定用密封環４０の階段部４１ａと対向するように同じく軸方向に沿って段差となった階段部４４ａが形成されている。これらの階段部４１ａ及び階段部４４ａにより断面矩形の環状空間が形成されており、この環状空間にＯリング４５が配置されている。Ｏリング４５は、シールカバー１０と固定用密封環４０との間を密封する。なお、Ｏリング４５の材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどが用いられる。

【0034】

図１に示すように、固定用密封環４０の外周側はフランジ部４２に形成されており、フランジ部４２には軸方向に案内溝４７が形成されている。案内溝４７には、シールカバー１０の機外側端面に形成された固定ピン４８が挿入される。固定ピン４８と案内溝４７とは、軸方向へ相対移動可能な状態、周方向へは係止された状態となっており、これにより固定用密封環４０は、シールカバー１０に対して、軸方向には移動自在であり、周方向（回転軸７０の回転方向）には回転不能に設置されている。

【0035】

固定用密封環４０のフランジ部４２のシールカバー１０との対向面には、周方向へ複数のバネ座が設けられており、シールカバー１０の機外側端面に形成されたバネ座との間にコイルスプリング４９を保持している。これにより、固定用密封環４０は軸方向機外側に、すなわち回転用密封環３０の方向に押圧される。

【0036】

固定用密封環４０の内周面側は、回転軸７０の外周面との間に比較的大きな間隙が形成されている。すなわち、本実施形態では、以下の数式１で定義される最内径比Ｋが、１.０９〜１.３０の範囲になるように、固定用密封環４０が形成される。このように、固定用密封環４０を形成することで、機内側空間Ａに収容される被密封流体を、摺動面に向かって効率よく循環させることができるので、摺動面の摺動発熱を効率よく除去することができる。

【0037】

Ｋ＝ｒ_ｓ／ｒ_ａ・・・（数１）
Ｋは、最内径比
ｒ_ａは、回転軸７０の半径
ｒ_ｓは、固定用密封環４０の内径

【0038】

固定用密封環４０の内周面は、シール面４３に向かって外周側に傾斜するようにテーパ状に形成されている。固定用密封環４０にテーパ部４１を形成することにより、被密封流体を、摺動面に向かって効率よく循環させることができるので、摺動面の摺動発熱を効率よく除去することができる。

【0039】

また、本実施形態では、図２に示すように、以下の数式２で定義されるバランス比ＢＶが、０．８〜１.２０の範囲になるように、固定用密封環４０が形成される。バランス比を０．８〜１.２０の範囲にすることで、内部流体の圧力に対応した押圧力が固定用密封環４０に作用する。このため、摺動面には、内部流体の圧力に対応した接触圧が発生するので、内部流体の圧力に対応して摺動面に適正なうねりが生じる。したがって、摺動面に好適な流体潤滑膜を形成することができる。

【0040】

ＢＶ＝（ｒ_ｂ^２−ｒ_ｉ^２ ）／（ｒ_ｏ^２−ｒ_ｉ^２ ） …（数２）
ＢＶは、バランス比
ｒ_ｉは、シール面４３の内径
ｒ_ｏは、シール面４３の外径
ｒ_ｂは、シールカバー１０の階段部４４ａの軸周面に平行な面の径（内径）

【0041】

図１に示すように、カラー２０は、セットプレート５５により位置決めされた状態で、セットスクリュー２２により回転軸７０に対して固定される。なお、セットプレート５５は、メカニカルシール装置１の組立後に取り外される。

【0042】

回転用密封環３０の機内側の端面は、固定用密封環４０のシール面４３と密接に摺動する機内側シール面３２に形成されている。回転用密封環３０のカラー２０側の内周面には、溝３５が形成されている。

【0043】

回転用密封環３０の溝３５には、カラー２０側から軸方向に沿って順に、スペーサ３７およびＯリング３６が配置されている。スペーサ３７は、カラー２０に当接し、回転用密封環３０のシール面３２に対向する背面３１とカラー２０との間に隙間ｂを形成する。スペーサ３７は、ＳＵＳやエンジニアリングプラスチック等の強度に優れる材質で構成される。なお、背面３１とカラー２０との間に形成される隙間ｂは、好ましくは、０．４ｍｍ〜３ｍｍである。隙間ｂが小さい場合には、部品の組み合わせによる累積公差のため、本実施形態の効果が小さくなる傾向にあり、また、隙間Ｂが大きい場合には、メカニカルシール装置が軸方向に大きくなり、メカニカルシール装置をポンプ等に装着することが困難になる傾向にある。また、固定用密封環４０のシール面４３の面幅ａと隙間ｂとの比（ａ／ｂ）は、好適には、０．３５〜５である。

【0044】

Ｏリング３６は、回転用密封環３０の溝３５と回転軸７０とスペーサ３７とに密接して、回転用密封環３０と回転軸７０との間を密封する。さらに、Ｏリング３６は、弾性を有する材質で構成されているので、回転用密封環３０が軸方向および径方向に弾性に保持される。Ｏリング３６の材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどが用いられる。

【0045】

回転用密封環３０は、軸方向に沿って、Ｏリング３６およびスペーサ３７を介して、回転軸７０に嵌合設置されたカラー２０により係止されている。回転用密封環３０には、軸方向に案内溝３３が形成されている。案内溝３３には、カラー２０の機内側端面に設置された固定ピン２１が挿入される。固定ピン２１と案内溝３３は、軸方向へ相対移動可能な状態、周方向へは係止された状態となっており、回転用密封環３０は、カラー２０と一体に回転する。

【0046】

本実施形態では、回転用密封環３０および固定用密封環４０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、カーボン、超硬合金等の材質で構成される。好適には、固定用密封環４０および回転用密封環３０は、ＳｉＣで構成される。固定用密封環４０および回転用密封環３０をＳｉＣで構成することにより、これらが同じ硬度であるため、摩耗を抑制することができる。

【0047】

本実施形態では、シール面４３の面幅を通常よりも狭く形成している。このため、固定用密封環４０を回転用密封環３０方向に押圧するコイルスプリング４９の圧力が同一の場合には、シール面４３と機内側シール面３２との面圧を高めることができる。換言すれば、同じ面圧（シール面圧）を得る場合には、シール面幅を狭くすることにより、コイルスプリング４９の押圧力を少なくすることが可能となり、小型のスプリングを用いることが可能となる。その結果、メカニカルシール装置１を小型化することが可能となる。

【0048】

また、本実施形態では、シール面４３の面幅が狭いので、シール面４３の剛性が低く変形しやすい。このため、回転用密封環３０が回転したときに、シール面４３が、対向するシール面３２にフレキシブルに追従する。その結果、摺動面に適正なうねりが生じ、摺動面に好適に流体潤滑膜を形成することができる。

【0049】

また、本実施形態では、回転用密封環３０の背面３１とカラー２０との間に隙間ｂが形成されているので、回転用密封環３０が回転軸７０の軸方向に弾性に保持されてカラー２０と一体に回転する。このため、回転用密封環３０が回転する際の振動等を吸収することができるので、摺動面に発生するうねりを好適に保持することができる。

【0050】

さらに、シール面４３の面幅を狭く形成してあるので、シール面４３を挟んで、密封流体が有る機内部Ａ側と密封流体が無い機外部Ｂ側とで、温度差を小さくすることができる。その結果、シール面４３の機内部Ａ側と機外部Ｂ側とで、熱による変形量を小さくすることができる。

【0051】

また、本実施形態では、ノーズ部４６が矩形なので、仮に摺動面が磨耗してもシール面４３の面幅が変化することなく、適正な接触圧を保持し続けることが可能となる。

【0052】

また、本実施形態では、固定用密封環４０のバランス比ＢＶが０．８〜１.２０の範囲であり、内部流体の圧力に対応した押圧力が固定用密封環４０に作用する。このため、摺動面には、内部流体の圧力に対応した接触圧が発生するので、内部流体の圧力に対応して摺動面に適正なうねりが生じる。したがって、摺動面に好適な流体潤滑膜を形成することができる。

【0053】

また、本実施形態では、固定用密封環４０の内周面側には、回転軸７０の外周面との間に比較的大きな間隙が形成される。その結果、被密封流体を、摺動面に向かって効率よく循環させることができるので、摺動発熱を効率よく除去することができる。

【0054】

また、本実施形態では、固定用密封環４０の内周面が、シール面に向かってテーパ状に形成されているので、被密封流体を、摺動面に向かって効率よく循環させることができるので、摺動発熱を効率よく除去することができる。

【0055】

また、本実施形態では、アウトサイド型のメカニカルシール装置なので、摺動発熱を機外側に効率よく放熱させることができる。

【0056】

なお、従来では、特許文献１に開示されているように、摺動面幅が狭いシール装置では、密封性能を確保するために、非常に高い接触圧でシールを行わなければならないと考えられていた。また、従来では、摺動面幅が狭いと、摺動面の間に液膜が形成されず、固体接触してしまうために摩耗量が増加してしまうため、摺動面幅を狭くすることは、好ましくないと考えられていた。本発明は、摺動面幅を最適な面幅にすると、摺動発熱を大幅に低減できることを発見し、それを取り入れた設計を試行錯誤で行い、従来技術における問題点を解決した新しいタイプのメカニカルシール装置を実現した。

【0057】

なお、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

【0058】

たとえば、固定用密封環４０および回転用密封環３０の形状や設置構成等は任意に変更してよい。たとえば、上記の実施形態では、固定用密封環４０にノーズ部を形成したが、回転用密封環３０にノーズ部４０を形成しても良い。

【0059】

また、上記の実施形態では、アウトサイド型のメカニカルシール装置について説明をしたが、インサイド型のメカニカルシール装置にも適用することができる。

【実施例】

【0060】

以下では、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

【0061】

【表1】

【0062】

実施例１〜３
実施例１〜３では、上記の第１実施形態で説明したメカニカルシール装置を作成し、固定用密封環４０および回転用密封環３０をＳｉＣで構成した。なお、表１に示すように、実施例１では固定用密封環の摺動面幅を１．２０ｍｍ、実施例２では摺動面幅を１．５０ｍｍ、実施例３では摺動面幅を１．８０ｍｍとした。

【0063】

比較例１〜３
比較例１および２は、上記の実施例１〜３とは異なり、表１に示すように、比較例１では摺動面幅を１．００ｍｍ、比較例２では摺動面幅を２．２５ｍｍとした。比較例３では、摺動面幅を１．５ｍｍとしたが、上記の第１実施形態で説明したメカニカルシール装置とは異なり、回転用密封環の背面とカラーとの間に隙間が形成されていない。すなわち、比較例３では、上記の第１実施形態とは異なり、回転用密封環の背面の径方向中間位置に形成される溝にＯリングを配置して、回転用密封環とカラーとの間で密封した。

【0064】

評価
表１に示すように、摩耗および漏れ量の評価を行った。なお、摩耗の良否判定は、比摩耗量が１．００Ｅ−８（ｍｍ２／Ｎ）以下を良判定とした。

【0065】

表１に示すように、実施例１〜３では、漏れが発生していない。しかも、実施例１〜３では、被摩耗量が１．００Ｅ−１０（ｍｍ２／Ｎ）以下であり、摩耗特性が良好であった。実施例１〜３では、摺動面に流体膜が形成される流体潤滑領域であると考えられる。実施例２および３では、被摩耗量が２．００Ｅ−１４（ｍｍ２／Ｎ）以下であり、摩耗特性が特に良好であった。

【0066】

比較例１では、漏れは発生しなかったものの、被摩耗量が１．００Ｅ−７（ｍｍ２／Ｎ）であった。比較例１では、摺動面幅が狭すぎるため、摺動面に流体膜が形成されず、アブレシブ摩耗領域であると考えられる。

【0067】

比較例２では、被摩耗量は１．００Ｅ−１５（ｍｍ２／Ｎ）であったものの、漏れが発生してしまった。比較例２では、摺動面幅が広すぎるため、シール面の剛性が高くなってしまい、ノーズ部に形成されるシール面が、対向するシール面にフレキシブルに追従することができなくなってしまったと考えられる。

【0068】

比較例３では、摺動痕が局所的に見られ、固定摺動環のノーズの端にカケが発生していて、部分的に強く接触したことを示しており、漏れが発生してしまった。比較例３では、回転用密封環の背面とカラーとの間に隙間が形成されていないので、回転用密封環が回転する際の振動等を吸収することができず、摺動面に発生するうねりを保持することができなかったと考えられる。

【0069】

なお、実施例１〜３について、摺動面の温度を測定したところ、機内部側の温度が８０℃であり、機外部側の温度が７９．８℃であった。この結果からも、実施例１〜３では、摺動面の摩擦係数が非常に小さく、摺動面に流体膜が形成される流体潤滑領域であることが分かる。

【産業上の利用分野】

【0070】

本発明は、たとえば、一般産業用ポンプ等に利用することができる。その他、回転軸を有する任意の装置において、その回転軸の軸封装置として利用することができる。

【符号の説明】

【0071】

１ ・・・メカニカルシール装置
１０・・・シールカバー
２０・・・カラー
３０・・・回転用密封環
３１・・・背面
３２・・・シール面
３５・・・溝
３６・・・Ｏリング
３７・・・スペーサ
４０・・・固定用密封環
４１・・・テーパ部
４３・・・シール面
４６・・・ノーズ部
７０・・・回転軸
８０・・・スタッフィングボックス
Ａ ・・・機内部
ＢＶ・・・バランス比
Ｋ ・・・最内径比

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】