(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023181150
(43)【公開日】2023-12-21
(54)【発明の名称】メカニカルシール
(51)【国際特許分類】
F16J 15/34 20060101AFI20231214BHJP
G01M 13/005 20190101ALI20231214BHJP
G01N 29/14 20060101ALI20231214BHJP
【ＦＩ】
F16J15/34 Z
G01M13/005
G01N29/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023095706
(22)【出願日】2023-06-09
(31)【優先権主張番号】P 2022094316
(32)【優先日】2022-06-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000209599
【氏名又は名称】株式会社タンケンシールセーコウ
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(72)【発明者】
【氏名】森 穣
【テーマコード（参考）】
2G024
2G047
3J041
【Ｆターム（参考）】
2G024AA13
2G024BA27
2G024CA13
2G024DA09
2G047AA05
2G047AC08
2G047BA05
3J041AA02
3J041BC10
3J041BD01
3J041DA20
(57)【要約】
【課題】摺動接触部等で発生した弾性波を効率的に検知できるメカニカルシールを提供すること。
【解決手段】本発明によれば、回転軸Ｓに固定された回転環16、20と回転軸が貫通する本体Ｂに連結された静止環18、22との間の摺動接触によって、回転軸の周囲をシールするメカニカルシール10であって、静止環に一端部が接続されたウェーブガイド36、48と、ウェーブガイドの他端部が連結されたアコースティックエミッション(AE)センサ38、50とを備えているメカニカルシールが提供される。
【選択図】図１
【解決手段】本発明によれば、回転軸Ｓに固定された回転環16、20と回転軸が貫通する本体Ｂに連結された静止環18、22との間の摺動接触によって、回転軸の周囲をシールするメカニカルシール10であって、静止環に一端部が接続されたウェーブガイド36、48と、ウェーブガイドの他端部が連結されたアコースティックエミッション(AE)センサ38、50とを備えているメカニカルシールが提供される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸に固定された回転環と該回転軸が貫通する本体に連結された静止環との間の摺動接触によって、前記回転軸の周囲をシールするメカニカルシールであって、
前記静止環に一端部が接続されたウェーブガイドと、
前記ウェーブガイドの他端部が連結されたアコースティックエミッション(AE)センサと、を備えている、
ことを特徴とするメカニカルシール。
前記静止環に一端部が接続されたウェーブガイドと、
前記ウェーブガイドの他端部が連結されたアコースティックエミッション(AE)センサと、を備えている、
ことを特徴とするメカニカルシール。
【請求項2】
前記ウェーブガイドの一端部が、前記静止環を保持するインサートバックメタルを介して前記静止環に連結されている、
請求項１に記載のメカニカルシール。
請求項１に記載のメカニカルシール。
【請求項3】
前記ウェーブガイドの一端部に雄ねじ部が形成され、前記インサートバックメタルに雌ねじ部が形成され、
前記ウェーブガイドは、前記雄ねじ部が前記インサートバックメタルの雌ねじ部にねじ込まれ、前記インサートバックメタルに連結されている、
請求項２に記載のメカニカルシール。
前記ウェーブガイドは、前記雄ねじ部が前記インサートバックメタルの雌ねじ部にねじ込まれ、前記インサートバックメタルに連結されている、
請求項２に記載のメカニカルシール。
【請求項4】
前記ウェーブガイドの一端部が、前記静止環に取付けられたブッシュを介して前記静止環に連結されている、
請求項１に記載のメカニカルシール。
請求項１に記載のメカニカルシール。
【請求項5】
前記ウェーブガイドの一端部に雄ねじ部が形成され、
前記ブッシュが、内周面に雌ねじ部が形成された筒形状を有し、前記静止環に形成された凹部内に固定され、
前記ウェーブガイドは、前記雄ねじ部が前記ブッシュを介して前記静止環に連結されている、
請求項４に記載のメカニカルシール。
前記ブッシュが、内周面に雌ねじ部が形成された筒形状を有し、前記静止環に形成された凹部内に固定され、
前記ウェーブガイドは、前記雄ねじ部が前記ブッシュを介して前記静止環に連結されている、
請求項４に記載のメカニカルシール。
【請求項6】
前記ウェーブガイドが、前記回転軸と平行に延びるように配置されている、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項7】
前記ウェーブガイドが、前記回転軸と鉛直方向に延びるように配置されかる、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項8】
前記ウェーブガイドが、第１のウェーブガイドと第２のウェーブガイドとを含み、前記第１および第２のウェーブガイドが、方向転換用台座によって角度をつけた状態で連結されている、
請求項１に記載のメカニカルシール。
請求項１に記載のメカニカルシール。
【請求項9】
第２のウェーブガイドが延びる方向は、第１のウェーブガイドの軸線を中心に、360度回転可能である、
請求項８に記載のメカニカルシール。
請求項８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、メカニカルシールに関し、詳細には、弾性波を利用してメカニカルシールの作動状態を監視することができるメカニカルシールに関する。
【背景技術】
【0002】
容器壁を貫通して配置される回転軸等の周囲をシールするメカニカルシールは、摺動接触部材である静止環と回転環との間に摺動面を有している。このような構成を有しているメカニカルシールでは、摺動接触の状態を監視することによって、作動状態を検出することができる。
【0003】
そして、摺動接触の状態を監視する方法として、アコースティックエミッション(AE)センサによる方法が知られている。アコースティックエミッション(AE)は、メカニカルシールの摺動接触部材のような固体が変形あるいは破壊される際に、それまで蓄えられていたひずみエネルギが開放され、その一部が弾性波として放出される現象であり、アコースティックエミッション(AE)は、超音波の振動として観測される。
【0004】
このようなアコースティックエミッション(AE)センサを用いて摺動接触の状態を検出する構成として、メカニカルシールが設けられている回転軸を有する回転機械の容器(ケース)にAEセンサを取り付けメカニカルシールの状態を検知する構成が知られている(特許文献１)。
【0005】
また、AEセンサを用いて摺動接触の状態を検出する他の構成として、固定環に高感度圧電素子を装着してアコースティックエミッションを検出するメカニカルシールも知られている(特許文献２)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２１－３２２８７号公報
【特許文献2】実願昭５９－５９３６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１の構成は、AEセンサは、回転機械の金属容器に取付けられる構成であるので、弾性波の発生源となるメカニカルシールとAEセンサとの間には、金属製の容器本体や、弾性体が介在することになる。この結果、メカニカルシールの摺動接触部で発生した弾性波は、AEセンサに到達するまでに減衰してしまうという問題があった。
【0008】
また、特許文献２の構成では、AEセンサとして機能する高感度圧電素子が固定環を後方から支持する支持環の固定環側の軸線方向に延びる凹部内に配置されている。このような配置は、メカニカルシールを回転軸と容器との間の径方向の狭い領域に配置するために採用されたものであるが、狭い領域に配置するためにセンサ感度が低い小型のセンサを使用せざるを得ないという問題があった。
さらに、このような構成には、容器の温度が高温になる等の高温環境下では採用できない、或いは耐熱性が高いセンサを使用しなければならない等の制約もあった。
さらに、このような構成には、容器の温度が高温になる等の高温環境下では採用できない、或いは耐熱性が高いセンサを使用しなければならない等の制約もあった。
【0009】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、摺動接触部等で発生した弾性波を効率的に検知できるメカニカルシールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明によれば、
回転軸に固定された回転環と該回転軸が貫通する本体に連結された静止環との間の摺動接触によって、前記回転軸の周囲をシールするメカニカルシールであって、
前記静止環に一端部が連結されたウェーブガイドと、
前記ウェーブガイドの他端部が連結されたアコースティックエミッション(AE)センサと、を備えている、
ことを特徴とするメカニカルシールが提供される。
回転軸に固定された回転環と該回転軸が貫通する本体に連結された静止環との間の摺動接触によって、前記回転軸の周囲をシールするメカニカルシールであって、
前記静止環に一端部が連結されたウェーブガイドと、
前記ウェーブガイドの他端部が連結されたアコースティックエミッション(AE)センサと、を備えている、
ことを特徴とするメカニカルシールが提供される。
【0011】
このような構成によれば、静止環に接続されたウェーブガイドによって摺動接触部材において発生した弾性波を効率よくAEセンサに導いて検出することができる。
また、ウェーブガイドの長さ、配向を適宜、選択することによりAEセンサを配置する場所の選択の自由度が高まるので、AEセンサに求められる寸法、耐熱性等の要件が緩和される。
また、ウェーブガイドの長さ、配向を適宜、選択することによりAEセンサを配置する場所の選択の自由度が高まるので、AEセンサに求められる寸法、耐熱性等の要件が緩和される。
【0012】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記ウェーブガイドの一端部が、前記静止環を保持するインサートバックメタルを介して前記静止環に連結されている。
前記ウェーブガイドの一端部が、前記静止環を保持するインサートバックメタルを介して前記静止環に連結されている。
【0013】
このような構成によれば、静止環に直接、ウェーブガイドを接続できない構造においても、静止環を支持する金属製の部材であるインサートバックメタルを介して弾性波を効率よくウェーブガイドに導くことができる。
【0014】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記ウェーブガイドの一端部に雄ねじ部が形成され、前記インサートバックメタルに雌ねじ部が形成され、
前記ウェーブガイドは、前記雄ねじ部が前記インサートバックメタルの雌ねじ部にねじ込まれ、前記インサートバックメタルに連結されている。
前記ウェーブガイドの一端部に雄ねじ部が形成され、前記インサートバックメタルに雌ねじ部が形成され、
前記ウェーブガイドは、前記雄ねじ部が前記インサートバックメタルの雌ねじ部にねじ込まれ、前記インサートバックメタルに連結されている。
【0015】
このような構成によれば、簡便な構成で、ウェーブガイドと静止環との確実な連結を確保できる。
【0016】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記ウェーブガイドの一端部が、前記静止環に取付けられたブッシュを介して前記静止環に連結されている。
前記ウェーブガイドの一端部が、前記静止環に取付けられたブッシュを介して前記静止環に連結されている。
【0017】
このような構成によれば、静止環にウェーブガイドの一端部をねじ込むための雌ねじ部を設ける必要がなくなるので、ねじ加工をすることが難しい材料で静止環が形成されているメカニカルシールでも容易にウェーブガイドを取付ることができる。
【0018】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記ウェーブガイドの一端部に雄ねじ部が形成され、
前記ブッシュが、内周面に雌ねじ部が形成された筒形状を有し、前記静止環に形成された凹部内に固定され、
前記ウェーブガイドは、前記雄ねじ部が前記ブッシュを介して前記静止環に連結されている。
前記ウェーブガイドの一端部に雄ねじ部が形成され、
前記ブッシュが、内周面に雌ねじ部が形成された筒形状を有し、前記静止環に形成された凹部内に固定され、
前記ウェーブガイドは、前記雄ねじ部が前記ブッシュを介して前記静止環に連結されている。
【0019】
このような構成によれば、簡便な構成で、ウェーブガイドとブッシュとの確実な連結を確保できる。
【0020】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記ウェーブガイドが、前記回転軸と平行に延びるように配置されている。
前記ウェーブガイドが、前記回転軸と平行に延びるように配置されている。
【0021】
このような構成によれば、回転軸の径方向外方位置に構成要素を配置するための領域を確保することが難しい構成においても、ウェーブガイドを配置することが容易になる。
【0022】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記ウェーブガイドが、前記回転軸と鉛直方向に延びるように配置される。
前記ウェーブガイドが、前記回転軸と鉛直方向に延びるように配置される。
【0023】
このような構成によれば、
回転軸の径方向外方位置に構成要素を配置するための領域を確保できる構成において、ウェーブガイドを適切に配置することが容易になる。
回転軸の径方向外方位置に構成要素を配置するための領域を確保できる構成において、ウェーブガイドを適切に配置することが容易になる。
【0024】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記ウェーブガイドが、第１のウェーブガイドと第２のウェーブガイドとを含み、前記第１および第２のウェーブガイドが、方向転換用台座によって角度をつけた状態で連結されている。
前記ウェーブガイドが、第１のウェーブガイドと第２のウェーブガイドとを含み、前記第１および第２のウェーブガイドが、方向転換用台座によって角度をつけた状態で連結されている。
【0025】
本発明の他の好ましい態様によれば、
第２のウェーブガイドが延びる方向は、第１のウェーブガイドの軸線を中心に、360度回転可能である。
第２のウェーブガイドが延びる方向は、第１のウェーブガイドの軸線を中心に、360度回転可能である。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、摺動接触部等で発生した弾性波を効率的に検知できるメカニカルシールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の第１の実施形態のメカニカルシールの構成を示す一部分を断面とした概略的な図面である。
【図2】本発明の第２の実施形態のメカニカルシールの構成を示す一部分を断面とした概略的な図面である。
【図3】本発明の第３の実施形態のメカニカルシールの構成を示す一部分を断面とした概略的な図面である。
【図4】本発明の第３の実施形態のメカニカルシールの変形例の要部を示す図面である。
【図5】上記実施形態のメカニカルシールにおけるウェーブガイドとアコースティックエミッション(AE)センサとの連結構造の変形例を示す図面である。
【図6】変形例の連結構造で用いられるセンサ押え具の側面図である。
【図7】変形例の連結構造で用いられるセンサ押え具の正面図である。
【図8】上記実施形態のメカニカルシールにおけるウェーブガイドとアコースティックエミッション(AE)センサとの連結構造の他の変形例を示す図面である。
【図9】上記実施形態のメカニカルシールにおけるウェーブガイドとアコースティックエミッション(AE)センサとの連結構造の他の変形例を示す図面である。
【図10】上記実施形態のメカニカルシールにおけるウェーブガイドとアコースティックエミッション(AE)センサとの連結構造の他の変形例を示す図面である。
【図12】上記実施形態のメカニカルシールにおけるウェーブガイドとアコースティックエミッション(AE)センサとの連結構造の他の変形例を示す図面である。
【図13】上記変形例の連結構造が組み込まれたメカニカルシールの構成を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明の第１の実施形態のメカニカルシールについて図面に沿って説明する。図１は、第１の実施形態のメカニカルシールの構成を示す断面図である。
【0029】
本実施形態のメカニカルシール１０は、回転機械のハウジングの壁を貫通して延びる回転軸Ｓの周囲をシールするために設けられている。回転機械の例としては、ポンプ、攪拌機等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、ハウジングの壁としては、ハウジングの側壁、底壁等が挙げられる。
【0030】
本実施態様のメカニカルシール１０では、攪拌機の底壁(本体)Ｂを上下方向に貫通する回転軸Ｓに取付けられるメカニカルシールであるが、本発明は、この用途に限定されるものではなく、他の回転機械の他の壁を貫通する回転軸にも適用可能である。
【0031】
本実施態様のメカニカルシール１０は、機内側摺動接触部１２と、機外側摺動接触部１４の２ヶ所の摺動接触部を備えている。
【0032】
機内側摺動接触部１２は、回転軸Ｓに連結された回転環(ロータリリング)１６と、攪拌機の底壁Ｂに連結された静止環(インサート)１８とによって構成されている。
また、機外側摺動接触部１４は、回転軸Ｓに連結された回転環２０と静止環２２とによって構成されている。機外側摺動接触部１４の静止環２２は、攪拌機の底壁Ｂに連結されたメカニカルシール１０のケーシング４４に図示しないボルトで固定されたインサートバックメタル２４に連結されている。
また、機外側摺動接触部１４は、回転軸Ｓに連結された回転環２０と静止環２２とによって構成されている。機外側摺動接触部１４の静止環２２は、攪拌機の底壁Ｂに連結されたメカニカルシール１０のケーシング４４に図示しないボルトで固定されたインサートバックメタル２４に連結されている。
【0033】
本実施態様のメカニカルシール１０では、機内側摺動接触部１２の回転環１６および静止環１８は、超硬合金で構成されている。
【0034】
また、機内側摺動接触部１２の静止環１８は、ステンレス鋼(例えばSUS316L)等の金属で形成されたインサートバックメタル２４によって回転環１６と反対側(機外側)から直接、支持されている。
【0035】
また、機内側摺動接触部１２の回転環１６は、回転軸Ｓに固定されたスリーブ２６に取付けられた環状のカラー２８によって静止環１８と反対側(機内側)から支持されている。回転環１６とカラー２８の間には、スプリング３０が介装され、回転環１６を静止環１８に向けて付勢している。このような構成によって、静止環１８は、回転環１６に当接し、当接面にシール面が形成されている。
【0036】
一方、本実施態様のメカニカルシール１０では、機外側摺動接触部１４の回転環２０および静止環(インサート)２２は、カーボンまたは超硬合金で構成されている。具体的には、回転環２０には硬質材(例えば、超硬合金、SiC)を用い、静止環２２にカーボンを用いることが好ましい。しかしながら、静止環２２に硬質材(例えば、超硬合金、SiC)を用いることもできる。
【0037】
機外側摺動接触部１４の静止環２２は、ステンレス鋼(例えばSUS316L)等の金属で形成され攪拌機の底壁Ｂに連結されたインサートバックメタル３２によって回転環２０と反対側(機外側)から直接、支持されている。
【0038】
また、機外側摺動接触部１４の回転環２０は、回転軸Ｓに固定されたスリーブ２６に取付けられた環状のカラー３４によって静止環２２と反対側(機内側)から支持されている。回転環２０とカラー３４の間には、スプリング３５が介装され、回転環２０を静止環２２に向けて付勢している。このような構成によって、回転環２０は、静止環２２に当接し、当接面にシール面が形成されている。
【0039】
本実施形態のメカニカルシール１０の機内側摺動接触部１２には、更に、ウェーブガイド３６と、アコースティックエミッション(AE)センサ３８が設けられている。
【0040】
機内側摺動接触部１２のウェーブガイド３６は、ステンレス鋼等の振動を伝えやすい金属で形成された棒状体である。ウェーブガイド３６の材料は、静止環２２等の連結されている部材と同系統の材料で形成されているのが好ましい。
【0041】
ウェーブガイド３６の一端(機内側端)には、雄ねじ部４０が形成されている。ウェーブガイド３６は、この雄ねじ部４０が、インサートバックメタル２４の機外側面に形成され、内周面に雌ねじが設けられ機外側に向かって開口する孔部４２にねじ込まれることにより、インサートバックメタル２４に固定されている。
【0042】
機内側摺動接触部１２のインサートバックメタル２４は、機内側摺動接触部１２の静止環１８を直接、機外側から支持しているので、インサートバックメタル２４にねじ込まれたウェーブガイド３６は、静止環２２にインサートバックメタル２４を介して連結(接続)されていることになる。
【0043】
機内側摺動接触部１２のウェーブガイド３６の他端(機外側端)は、アコースティックエミッション(AE) センサ３８に接続されている。
【0044】
機内側摺動接触部１２のウェーブガイド３６の中間部分は、メカニカルシール１０のケーシング４４に設けられた貫通孔４６内に貫通孔４６の内周面に接触しないように挿通されている。貫通孔４６は、回転軸Ｓと平行に配置されているので、ウェーブガイド３６は回転軸Ｓと平行に延びるように配置されていることになる。
【0045】
機内側摺動接触部１２のアコースティックエミッション(AE)センサ３８は、ウェーブガイド３６以外の構成要素と接触しない状態で、インサートバックメタル２４からウェーブガイド３６で吊り下げられている状態とされている。
このような構成によって、アコースティックエミッション(AE)センサ３８は、インサートバックメタル２４、ウェーブガイド３６を介して、静止環２２が発生させた弾性波を検出することができる。
このような構成によって、アコースティックエミッション(AE)センサ３８は、インサートバックメタル２４、ウェーブガイド３６を介して、静止環２２が発生させた弾性波を検出することができる。
【0046】
本実施形態のメカニカルシール１０の機外側摺動接触部１４にも、機外側のウェーブガイド４８と、機外側のアコースティックエミッション(AE)センサ５０が設けられている。
【0047】
機外側のウェーブガイド４８は、機内側のウェーブガイドと同様に振動を伝えやすい金属で形成された棒状体である。ウェーブガイド４８の一端にも、雄ねじ部５２が形成されている。ウェーブガイド４８は、この雄ねじ部５２が、機外側摺動接触部１４のインサートバックメタル３２の径方向外方面に形成され、内周面に雌ねじが設けられ径方向外方側に向かって開口する孔部５４にねじ込まれることにより、機外側摺動接触部１４のインサートバックメタル３２に固定されている。
ウェーブガイド４８の材料は、接続されている部材と同一あるいは同系統の(例えば、密度が近似している)材料であることが好ましい。インサートバックメタル３２が２相ステンレス(密度7.8)で構成されているとき、ウェーブガイド４８を、インサートバックメタル３２と同種の２相ステンレスではなく、密度が近いSUS304(密度7.98)で構成してもよい。
ウェーブガイド４８の材料は、接続されている部材と同一あるいは同系統の(例えば、密度が近似している)材料であることが好ましい。インサートバックメタル３２が２相ステンレス(密度7.8)で構成されているとき、ウェーブガイド４８を、インサートバックメタル３２と同種の２相ステンレスではなく、密度が近いSUS304(密度7.98)で構成してもよい。
【0048】
機外側摺動接触部１４のインサートバックメタル３２は、機外側摺動接触部１４の静止環２２を直接、機外側から支持しているので、インサートバックメタル３２にねじ込まれたウェーブガイド４８は、機外側摺動接触部１４の静止環２２にインサートバックメタル３２を介して静止環２２に連結(接続)されていることになる。
【0049】
機外側のウェーブガイド４８の他端(径方向外方端)も、機外側摺動接触部１４のアコースティックエミッション(AE) センサ５０に接続されている。
【0050】
機外側のウェーブガイド４８の中間部分は、回転軸Ｓに対して直交する方向に延びるように配置され、機外側のアコースティックエミッション(AE)センサ５０は、ウェーブガイド４８によって、「片持ち梁」状態で支持されることになる。
このような構成によって、機外側摺動接触部１４の静止環２２が発生させた弾性波は、インサートバックメタル３２、ウェーブガイド４８を介して、アコースティックエミッション(AE) センサ５０によって検出される。
このような構成によって、機外側摺動接触部１４の静止環２２が発生させた弾性波は、インサートバックメタル３２、ウェーブガイド４８を介して、アコースティックエミッション(AE) センサ５０によって検出される。
【0051】
このような構成のメカニカルシール１０によれば、機内側摺動接触部１２が、機外側から遠い位置に配置されているメカニカルシールにおいて、機内側摺動接触部１２からのアコースティックエミッション(AE)を確実に得ることができる。
また、アコースティックエミッション(AE)センサを機内から離して配置できるので、機内側の温度が高い用途に対しても適用可能である。
また、アコースティックエミッション(AE)センサを機内から離して配置できるので、機内側の温度が高い用途に対しても適用可能である。
【0052】
次に、本発明の第２の実施形態のメカニカルシールについて図面に沿って説明する。図２は、第２の実施形態のメカニカルシール１１０の構成を示す一部分を破断した概略図である。
【0053】
本実施態様のメカニカルシール１１０も、攪拌機の底壁Ｂを上下方向に貫通する回転軸Ｓに取付けられるメカニカルシールであるが、本発明は、この用途に限定されるものではなく、他の回転機械の他の壁を貫通する回転軸にも適用可能である。
【0054】
本実施態様のメカニカルシール１１０は、機内側摺動接触部１１２と、機外側摺動接触部１１４の２ヶ所の摺動接触部を備えている。
【0055】
機内側摺動接触部１１２は、回転軸Ｓに連結された回転環(ロータリリング)１１６と、攪拌機の底壁Ｂに連結された静止環(インサート)１１８とによって構成されている。また、機外側摺動接触部１１４は、回転軸Ｓに連結された回転環１２０と、静止環１２２とによって構成されている。機内側摺動接触部１１２の静止環１２２は、攪拌機の底壁Ｂに連結されたメカニカルシール１１０のケーシング１４４に図示しないボルトで固定されたインサートバックメタル１２４に連結されている。
【0056】
本実施態様のメカニカルシール１１０では、機内側摺動接触部１１２の回転環１１６および静止環１１８は、超硬合金で構成されている。
【0057】
機内側摺動接触部１１２の静止環１１８は、ステンレス鋼(例えばSUS316L)等の金属で形成され攪拌機の底壁Ｂに連結されたインサートバックメタル１２４によって回転環１１６と反対側(機外側)から直接、支持されている。
【0058】
また、機内側摺動接触部１１２の回転環１１６は、回転軸Ｓに固定されたスリーブ１２６に取付けられた環状のカラー１２８によって静止環１１８と反対側(機内側)から支持されている。
回転環１１６とカラー１２８の間には、スプリング１３０が介装され、回転環１１６を静止環１１８に向けて付勢している。このような構成によって、静止環１１８は、回転環１１６に当接し、当接面にシール面が形成されている。
回転環１１６とカラー１２８の間には、スプリング１３０が介装され、回転環１１６を静止環１１８に向けて付勢している。このような構成によって、静止環１１８は、回転環１１６に当接し、当接面にシール面が形成されている。
【0059】
一方、本実施態様のメカニカルシール１１０では、機外側摺動接触部１１４の回転環１２０および静止環(インサート)１２２は、カーボンまたは超硬合金で構成されている。具体的には、回転環１２０にはカーボンまたは超硬合金を用い、静止環１２２にはカーボンを用いることが好ましい。しかしながら、静止環１２２に硬質材(例えば、超硬合金、SiC)を用いることもできる。
【0060】
機外側摺動接触部１１４の静止環１２２は、ステンレス鋼(例えばSUS316L)等の金属で形成され攪拌機の底壁Ｂに連結されたインサートバックメタル１３２によって回転環１２０と反対側(機外側)から直接、支持されている。
【0061】
また、機外側摺動接触部１１４の回転環１２０は、回転軸Ｓに固定されたスリーブ１２６に取付けられた環状のカラー１３４によって静止環１２２と反対側(機内側)から支持されている。回転環１２０とカラー１３４の間には、スプリング(図示せず)が介装され、回転環１２０を静止環１２２に向けて付勢している。このような構成によって、回転環１２０は、静止環１２２に当接し、当接面にシール面が形成されている。
【0062】
本実施形態のメカニカルシール１１０の機内側摺動接触部１１２には、更に、ウェーブガイド１３６と、アコースティックエミッション(AE) センサ１３８が設けられている。
【0063】
機内側摺動接触部１１２のウェーブガイド１３６は、本発明の他の実施態様のウェーブガイドと同様、ステンレス鋼等の振動を伝えやすい金属で形成された棒状体である。ウェーブガイド１３６の一端(機内側端)には、雄ねじ部１４０が形成されている。ウェーブガイド１３６は、この雄ねじ部１４０が、インサートバックメタル１２４の機外側面に形成され、内周面に雌ねじが設けられ機外側に向かって開口する孔部１４２にねじ込まれることにより、インサートバックメタル１２４に固定されている。
ウェーブガイド１３６の材料も、接続されている部材と同系統の(例えば、密度が近似している)材料であることが好ましい。
ウェーブガイド１３６の材料も、接続されている部材と同系統の(例えば、密度が近似している)材料であることが好ましい。
【0064】
機内側摺動接触部１１２のインサートバックメタル１２４は、機内側摺動接触部１１２の静止環１１８を直接、機外側から支持しているので、インサートバックメタル１２４にねじ込まれたウェーブガイド１３６は、インサートバックメタル１２４を介して静止環１１８に連結(接続)されていることになる。
【0065】
機内側摺動接触部１１２のウェーブガイド１３６の他端(機外側端)は、アコースティックエミッション(AE)センサ１３８に接続されている。
【0066】
機内側摺動接触部１１２のウェーブガイド１３６の中間部分は、メカニカルシール１１０のケーシング１４４に設けられた貫通孔１４６内に貫通孔１４６の内周面に接触しないように挿通されている。貫通孔１４６は、回転軸Ｓと平行に配置されているので、ウェーブガイド１３６は回転軸Ｓと平行に延びるように配置されていることになる。
【0067】
機内側摺動接触部１１２のアコースティックエミッション(AE) センサ１３８は、ウェーブガイド１３６以外の構成要素と接触しない状態で、インサートバックメタル１２４からウェーブガイド１３６で吊り下げられている状態とされている。
このような構成によって、アコースティックエミッション(AE) センサ１３８は、インサートバックメタル１２４、ウェーブガイド１３６を介して、静止環１１８が発生させた弾性波を検出することができる。
このような構成によって、アコースティックエミッション(AE) センサ１３８は、インサートバックメタル１２４、ウェーブガイド１３６を介して、静止環１１８が発生させた弾性波を検出することができる。
【0068】
本実施形態のメカニカルシール１１０の機外側摺動接触部１１４にも、機外側のウェーブガイド１４８と、機外側のアコースティックエミッション(AE) センサ１５０が設けられている。
【0069】
機外側のウェーブガイド１４８は、機内側のウェーブガイドと同様にステンレス鋼等の振動を伝えやすい金属で形成された棒状体である。ウェーブガイド１４８の一端にも、雄ねじ部１５２が形成されている。ウェーブガイド１４８は、この雄ねじ部１５２が、機外側摺動接触部１１４のインサートバックメタル１３２の径方向外方面にねじ込まれることにより、機外側摺動接触部１１４のインサートバックメタル１３２に固定されている。
ウェーブガイド１４８の材料も、接続されている部材と同系統の(例えば、密度が近似している)材料であることが好ましい。
ウェーブガイド１４８の材料も、接続されている部材と同系統の(例えば、密度が近似している)材料であることが好ましい。
【0070】
機外側摺動接触部１１４のインサートバックメタル１３２は、機外側摺動接触部１１４の静止環１２２を直接、機外側から支持しているので、インサートバックメタル１３２にねじ込まれたウェーブガイド１４８は、機外側摺動接触部１１４の静止環１２２にインサートバックメタル１３２を介して機外側摺動接触部１１４の静止環１２２に連結(接続)されていることになる。
【0071】
機外側のウェーブガイド１４８の他端(径方向外方端)も、機外側摺動接触部１１４のアコースティックエミッション(AE)センサ１５０に接続されている。
【0072】
機外側のウェーブガイド１４８は、回転軸Ｓに対して直交する方向に延びるように配置されている。
このような構成によって、機外側摺動接触部１１４の静止環１２２が発生させた弾性波は、インサートバックメタル１３２、ウェーブガイド１４８を介して、アコースティックエミッション(AE)センサ１５０によって検出される。
このような構成によって、機外側摺動接触部１１４の静止環１２２が発生させた弾性波は、インサートバックメタル１３２、ウェーブガイド１４８を介して、アコースティックエミッション(AE)センサ１５０によって検出される。
【0073】
次に、本発明の第３の実施形態のメカニカルシールについて図面に沿って説明する。図３は、第３の実施形態のメカニカルシール２１０の構成を示す一部分を破断した概略図である。
【0074】
本実施態様のメカニカルシール２１０は、攪拌機等の回転機械の機体Hの壁を貫通する回転軸Ｓに取付けられるメカニカルシールである。
【0075】
本実施態様のメカニカルシール２１０は、１ヶ所の摺動接触部２１２を備えている。
摺動接触部２１２は、回転軸Ｓに連結された回転環(ロータリリング)２１６と、静止側部材Hに連結された静止環(インサート)２１８とによって構成されている。
摺動接触部２１２は、回転軸Ｓに連結された回転環(ロータリリング)２１６と、静止側部材Hに連結された静止環(インサート)２１８とによって構成されている。
【0076】
本実施態様のメカニカルシール２１０では、摺動接触部２１２の回転環２１６および静止環２１８は、カーボンで構成されている。なお、回転環２１６および静止環２１８は、カーボンのみならず、超硬合金・炭化ケイ素等でも形成可能である。
【0077】
摺動接触部２１２の静止環２１８は、円形リングを介して静止側の機体Hに支持されている。
【0078】
また、摺動接触部２１２の回転環２１６は、回転軸Ｓに固定されたスリーブ２２６に取付けられた環状のカラー２２８によって静止環２１８と反対側(機内側)から支持されている。回転環２１６とカラー２２８の間には、スプリング２３０等が介装され、回転環２１６を静止環２１８に向けて付勢している。このような構成によって、静止環２１８は、回転環２１６に当接し、当接面にシール面が形成されている。
【0079】
さらに、本実施形態のメカニカルシール２１０の摺動接触部２１２には、更に、ウェーブガイド２３６と、アコースティックエミッション(AE) センサ２３８が設けられている。
【0080】
ウェーブガイド２３６は、ステンレス鋼等の振動を伝えやすい金属で形成された棒状体である。ウェーブガイド２３６の一端(機内側端)には、縮径部２４０が形成されている。ウェーブガイド２３６は、この縮径部２４０が、静止環２１８の径方向外方面に形成された開口内に固定されている円筒状のブッシュ２５０の内面に接着剤等によって固定されている。ブッシュ２５０は、本実施態様のメカニカルシール２１０では、ステンレス鋼等の金属で形成されている。
ウェーブガイド２３６の材料も、接続されている部材と同系統の(例えば、密度が近似している)材料であることが好ましい。
ウェーブガイド２３６の材料も、接続されている部材と同系統の(例えば、密度が近似している)材料であることが好ましい。
【0081】
ブッシュ２５０は、静止環２１８に接触しているので、ブッシュ２５０に固定されたウェーブガイド２３６は、ブッシュ２５０を介して静止環２１８に連結(接続)されていることになる。
【0082】
摺動接触部２１２のウェーブガイド２３６の他端(径方向外方端)は、アコースティックエミッション(AE)センサ２３８に接続されている。
【0083】
ウェーブガイド２３６の中間部分は、機体Hに設けられた貫通孔２４６内に貫通孔２４６の内周面に接触しないように挿通されている。貫通孔２４６は、回転軸Ｓと直交するように配置されているので、ウェーブガイド２３６は回転軸Ｓの軸線に直交して延びるように配置されていることになる。
【0084】
このような構成によって、アコースティックエミッション(AE)センサ２３８は、ブッシュ２５０、ウェーブガイド２３６を介して、静止環２１８が発生させた弾性波を検出することができる。
【0085】
このような構成のメカニカルシール２１０によれば、インサートバックメタルを介することなくウェーブガイド２３６が静止環２１８に連結されるので、部品点数を減らすことができるとともに、感度良くアコースティックエミッション(AE)を検出することが可能となる。
【0086】
図４は、第３の実施態様のメカニカルシール２１０の変形例の要部を示す図面である。上記第３の実施態様のメカニカルシール２１０では、ウェーブガイド２３６の一端の縮径部２４０が円筒状のブッシュ２５０を介して静止環２１８に連結されている構成であった。 しかしながら、この変形例のメカニカルシールでは、図４に示されているように、ウェーブガイド３３６の先端の縮径部３４０の外周に雄ねじが形成され、この雄ねじが静止環３１８を後方側(回転環と反対側)から支持するインサートバックメタル３４２の雌ねじが内周面に形成された開口に螺合されている。
【0087】
図５は、上記実施形態のメカニカルシールにおけるウェーブガイドとアコースティックエミッション(AE)センサとの連結構造の変形例を示す図面である。また、図６は、変形例の連結構造で用いられるセンサ押え具の側面図であり、図７はその正面図である。
【0088】
第１の実施形態のメカニカルシール１０および第２に実施形態のメカニカルシール１１０では、ウェーブガイドの他端は、アコースティックエミッション(AE)センサ３８、５０、１３８、１５０に直接、連結されていた。
【0089】
一方、本変形例では、ウェーブガイド４３６の他端に、アコースティックエミッション(AE)センサ４３８を保持する金属製の台座４４０がウェーブガイド４３６と一体に設けられ、ウェーブガイド４３６は、この台座４４０を介して、アコースティックエミッション(AE)センサ４３８に連結されており、この点で、上記変形例の連結構造は、上記実施形態の連結構造と異なっている。台座は、ステンレス鋼等の振動を伝えやすい金属で構成されているのが好ましい。
【0090】
【0091】
これらの点を除き、本変形例の他の構成は、上記第１の実施形態等と同様である。
【0092】
本変形例の台座４４０は、アコースティックエミッション(AE)センサ４３８の底面より大きな面積を有する板状体である。台座４４０の上部はウェーブガイド４３６に一体的に連結されている。また、台座４４０の下面には、アコースティックエミッション(AE)センサ４３８の上部が嵌合し、これを収容できる凹部４４４が設けられている。
【0093】
また、センサ押え具４４２は、図６、図７等に示されているように、略コ字状の断面形状を有している板状部である。センサ押え具４４２の一方の側壁４５０にはウェーブガイド４３６の他端が挿通可能なＵ字型の切欠４５２が設けられ、他方の側壁４５４には、固定用ボルト４５６が挿通可能なネジ孔４５８が設けられている。このネジ孔４５８には、固定用ネジ４５６がねじ込まれる。
【0094】
この連結構造では、アコースティックエミッション(AE)センサ４３８は、側方から台座４４０の凹部４４４内に挿入され、ついで、センサ押え具４４２の固定用ネジ４５６が締め付けられることによって固定用ネジ４５６で台座側に押圧され、ネジ４５６と台座４４０で挟持されて固定される。
このような構成によれば、簡単な作業でアコースティックエミッション(AE)センサを組み付けることができる。
このような構成によれば、簡単な作業でアコースティックエミッション(AE)センサを組み付けることができる。
【0095】
図８は、上記実施形態のメカニカルシールにおけるウェーブガイドとアコースティックエミッション(AE)センサとの連結構造の他の変形例を示す図面である。
【0096】
第１の実施形態のメカニカルシール１０および第２に実施形態のメカニカルシール１１０等では、ウェーブガイド３６は、１本の真っ直ぐな棒状部材であったが、本変形例では、ウェーブガイドが屈曲部で９０度の角度をなして直交するように連結された２本の棒状部材４６０、４６２を備え、アコースティックエミッション(AE)の伝達方向が、90度、折曲げられた構成となっており、この点で、上記変形例の連結構造は、上記第１の実施形態等の連結構造と異なっている。
【0097】
図８の連結構造では、２本のウェーブガイド(第１のウェーブガイド４６０および第２のウェーブガイド４６２)が、直方体状を有する金属製の方向転換用台座４６４を介して、90度の角度をなす配置で連結されており、この点で、上記第１の実施形態等の連結構造と異なっている。この方向転換用台座４６４も他のウェーブガイドと同様にアコースティックエミッション(AE)を伝達しやすい金属材料で構成されている。
【0098】
図８の連結構造では、第１のウェーブガイド４６０の一端は、第１の実施形態のウェーブガイドと同様に、インサートバックメタルにねじ込まれている。第１のウェーブガイドの他端は、第１のウェーブガイド４６０の本体部分より小径とされた嵌合部４６６が、方向転換用台座４６４に嵌め合い寸法で加工されている貫通孔４６８に挿通され、雄ねじが形成されたさらに小径の先端部４７０にナット４７２を螺合することによって、方向転換用台座４６４に固定されている。台座４６４は、第１のウェーブガイド４６０の軸線を中心として360度回転させることができる。
【0099】
このように、図８の連結構造では、第１及び第２のウェーブガイド４６０、４６２は、方向転換用台座４６４によって角度(略９０度)をつけた状態で連結されている。さらに、第２のウェーブガイド４６２が延びる方向は、第１のウェーブガイド４６０の軸線を中心に、360度回転可能である。
【0100】
この第１のウェーブガイド４６０と方向転換用台座４６４の接合部には、アコースティックエミッション(AE)信号の伝達を向上させるためにはグリス等を塗布するのが望ましい。
【0101】
方向転換用台座の貫通孔４６８の軸線と平行な面には、第２のウェーブガイド４６２を受入れるためのネジ孔４７４が形成され、このネジ孔に第２のウェーブガイドの一端が螺合されている。また、第２のウェーブガイド４６２の他端には、図５に示された構成と同様の構成によって、アコースティックエミッション(AE)センサ４３８が取付けられている。
【0102】
図９は、上記実施形態のメカニカルシールにおけるウェーブガイドとアコースティックエミッション(AE)センサとの連結構造の他の変形例を示す図面である。
【0103】
図９の変形例は、第１及び第２のウェーブガイドの方向転換用台座への連結方法が図８の変形例と異なっている。他の構成は、図８の変形例と同様である。
図９の変形例では、第１のウェーブガイド４７６の他端４７８は、方向転換用台座４８０に形成された孔４８２に嵌合するように嵌め合い加工がなされている。さらに、方向転換用台座の孔４８２の内周面には、孔の軸線に直交して延びるネジ孔４８４の内端が開口している。
図９の変形例では、第１のウェーブガイド４７６の他端４７８は、方向転換用台座４８０に形成された孔４８２に嵌合するように嵌め合い加工がなされている。さらに、方向転換用台座の孔４８２の内周面には、孔の軸線に直交して延びるネジ孔４８４の内端が開口している。
【0104】
図９の変形例では、方向転換用台座４８０の孔４８２に挿入された第１のウェーブガイド４７６の先端４７８は、ネジ孔４８４に外部から螺合されるボルト４８６の先端によって、外周面が押圧されることによって、方向転換用台座４８０に固定される。
【0105】
図１０は、上記実施形態のメカニカルシールにおけるウェーブガイドとアコースティックエミッション(AE)センサとの連結構造の他の変形例を示す図面である。図１１は図１０の連結構造に用いられる方向転換用台座の平面図である。
【0106】
【0107】
図１０の変形例では、図１１に示されているように、方向転換用台座４９０の第１のウェーブガイド４８８との接続部にすり割り加工が施されている。すり割り部の最奥部には、第１のウェーブガイド４８８の他端４９２が挿通可能な貫通孔４９４が形成されている。
【0108】
この変形例では、図１０に示すように貫通孔４９４に、第１のウェーブガイド４８８の他端４９２を挿通した状態で、すり割り部に設けられたネジ孔４９６にネジ４９８を螺合してすり割り部を狭めることによって、第１のウェーブガイド４８８の他端４９２が方向転換用台座４９０に固定される。
【0109】
図１２は、上記実施形態のメカニカルシールにおけるウェーブガイドとアコースティックエミッション(AE)センサとの連結構造の他の変形例を示す図面である。
図１２の変形例は、図９の変形例と同様に、方向転換用台座５００の孔５０２に挿入された第１のウェーブガイド５０４の先端５０６の外周面が、方向転換用台座５００のネジ孔５０８に外部から螺合されたボルト５１０の先端によって押圧されることによって、第１のウェーブガイド５０４が方向転換用台座５００に固定されるが、ボルト５１０を挿通するためのネジ孔５０８の形成位置が、図９の変形例と異なっている。
図１２の変形例は、図９の変形例と同様に、方向転換用台座５００の孔５０２に挿入された第１のウェーブガイド５０４の先端５０６の外周面が、方向転換用台座５００のネジ孔５０８に外部から螺合されたボルト５１０の先端によって押圧されることによって、第１のウェーブガイド５０４が方向転換用台座５００に固定されるが、ボルト５１０を挿通するためのネジ孔５０８の形成位置が、図９の変形例と異なっている。
【0110】
図１３は、図８の連結構造が組み込まれたメカニカルシールを示す図面である。図８の連結構造は、例えば、図１３に示されるような回転機械のハウジングの壁を貫通して延びる回転軸Ｓの周囲をシールするために設けられるメカニカルシールに組み込まれる。
【0111】
図１３の構成では、図８に示されているウェーブガイド４６０は、静止環５１２を支持するインサートバックメタル５１４に連結されている。また、静止環５１４は、回転軸Ｓに取付けられている、機内側の回転環５１６に摺動接触する。
【0112】
【0113】
本発明の前記実施形態に限定されることなく、特許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。
【0114】
例えば、上記図８の変形例では、２本の棒状のウェーブガイド(第１のウェーブガイド４６０および第２のウェーブガイド４６２)が直交するように方向転換用台座で連結された構成であったが、２本のウェーブガイドがなす角度は、90度に限定されるものではない。
【0115】
２本のウェーブガイド４６０、４６２がなす角度は、方向転換用台座に設けられる第２のウェーブガイド４６２を受入れる孔の方向を変更することにより、図14に示されているように90度を挟んた±80度の範囲(すなわち170度)の範囲内で、メカニカルシールの具体的構成、あるいはメカニカルシールが設けられる装置或いはその周囲の構造に適合するように変更可能である。
【0116】
図１５は、２本のウェーブガイド４６０、４６２がなす角度が５０度の例を、図１６は、２本のウェーブガイド４６０、４６２がなす角度が１０度の例を、図１７は、２本のウェーブガイド４６０、４６２がなす角度が１３０度の例を、図１５は、２本のウェーブガイド４６０、４６２がなす角度が１７０度の例を示し、それぞれ、示している。
【0117】
このように２本のウェーブガイド４６０、４６２がなす角度を、使用状況に合わせて適宜、設定できるので、メカニカルシールの設計の自由度が高まる。
【符号の説明】
【0118】
１０:メカニカルシール
１２:機内側摺動接触部
１４:機外側摺動接触部
１６:回転環
１８:静止環
２０:回転環
２２:静止環
２４:インサートバックメタル
２６:スリーブ
２８:カラー
３０:スプリング
３２:インサートバックメタル
３４:カラー
３６:ウェーブガイド
３８:アコースティックエミッション(AE) センサ
４４:ケーシング
４６:貫通孔
４８:ウェーブガイド
５０:アコースティックエミッション(AE)センサ
１２:機内側摺動接触部
１４:機外側摺動接触部
１６:回転環
１８:静止環
２０:回転環
２２:静止環
２４:インサートバックメタル
２６:スリーブ
２８:カラー
３０:スプリング
３２:インサートバックメタル
３４:カラー
３６:ウェーブガイド
３８:アコースティックエミッション(AE) センサ
４４:ケーシング
４６:貫通孔
４８:ウェーブガイド
５０:アコースティックエミッション(AE)センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】