特開 2023-48822 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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023048822

(43)【公開日】2023-04-07

(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 20060101AFI20230331BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 L

F16J15/34 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021158354

(22)【出願日】2021-09-28

(71)【出願人】

【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

(71)【出願人】

【識別番号】000101879

【氏名又は名称】イーグル工業株式会社

(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】100204467

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 好文

(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】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 和也

(72)【発明者】

【氏名】秋山 浩二

【テーマコード（参考）】

3J041

【Ｆターム（参考）】

3J041AA01

3J041BD01

3J041DA12

3J041DA16

(57)【要約】

【課題】密封性能に優れるメカニカルシール装置を提供する。
【解決手段】回転軸６に取付けられる回転密封要素１と、ハウジング５に取付けられ、回転密封要素１と共に一次シールを構成する静止密封要素２と、ハウジング５における内周面５４と静止密封要素２における外周面２３との間に軸方向に圧縮されて配置される二次シール３とを備えたメカニカルシール装置Ｍであって、静止密封要素２における外周面２３はハウジング５における内周面５４に対して少なくとも一部が傾斜しており、静止密封要素２における外周面２３およびハウジング５における内周面５４により形成される空間７に断面楔形の二次シール３が配置されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸に取付けられる回転密封要素と、
ハウジングに取付けられ、前記回転密封要素と共に一次シールを構成する静止密封要素と、
前記ハウジングにおける内周面と前記静止密封要素における外周面との間に軸方向に圧縮されて配置される二次シールとを備えたメカニカルシール装置であって、
前記静止密封要素における外周面は前記ハウジングにおける内周面に対して少なくとも一部が傾斜しており、前記外周面および前記内周面により形成される空間に断面楔形の前記二次シールが配置されているメカニカルシール装置。

【請求項2】

前記空間を区画している前記ハウジングにおける内周面と前記二次シールにおける外周面は面接触しており、
前記空間を区画している前記ハウジングにおける軸方向側内側面と前記二次シールにおける軸方向側側面は面接触しており、
前記空間を区画している前記静止密封要素における外周面と前記二次シールにおける内周面は面接触している請求項１に記載のメカニカルシール装置。

【請求項3】

前記空間を区画している前記ハウジングにおける内周面と前記二次シールにおける外周面は面接触しており、
前記空間を区画している前記静止密封要素における軸方向側外側面と前記二次シールにおける軸方向側側面は面接触しており、
前記空間を区画している前記静止密封要素における外周面と前記二次シールにおける内周面は面接触している請求項１に記載のメカニカルシール装置。

【請求項4】

前記空間を区画している前記静止密封要素における外周面は、前記静止密封要素の軸方向端側より軸方向中央側かつ外径側に向かって傾斜する傾斜面であり、
前記空間を区画している前記ハウジングにおける内周面は、前記軸方向に平行な平行面である請求項１ないし３のいずれかに記載のメカニカルシール装置。

【請求項5】

前記二次シールにおける幅広部は、前記空間を区画している前記ハウジングにおける内周面および前記空間を区画している前記静止密封要素における外周面の一方に接触し、他方に接触していない請求項１ないし４のいずれかに記載のメカニカルシール装置。

【請求項6】

前記ハウジングにおける内周面と前記静止密封要素における外周面とは平行に延び、前記二次シールが圧入される前記空間を区画している前記ハウジングにおける内周面と前記空間を区画している前記静止密封要素における外周面との間に連なる平行箇所を形成している請求項１ないし５のいずれかに記載のメカニカルシール装置。

【請求項7】

前記二次シールは、前記静止密封要素における軸方向両側に配置されている請求項１ないし６のいずれかに記載のメカニカルシール装置。

【請求項8】

前記空間および前記二次シールはそれぞれ軸方向両側で面対称形状である請求項７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、回転機械の回転軸とハウジングとの間を軸封するメカニカルシール装置に関する。

【背景技術】

【0002】

回転機械において回転軸周辺の被密封流体の漏れを防止するメカニカルシール装置として、例えば、ハウジングに保持された静止密封要素と、ハウジングに挿通された回転軸に固定された回転密封要素と、を備え、一対の密封要素が相対摺動するメカニカルシール装置が知られている。

【0003】

このようなメカニカルシール装置にあっては、静止密封要素がハウジングに対して回転しないように回転規制ピンや他の規制部材を設けたものがある。回転規制ピンを設けることで静止密封要素に不均一な応力が作用し歪が生じることがある。

【0004】

例えば、特許文献１に示されるメカニカルシール装置においては、静止密封要素は静止密封環と保持環とから構成されており、保持環は静止密封環を回転規制した状態で保持している。回転密封環の摺動面と静止密封環の摺動面は一次シールを構成している。また、ハウジングと保持環との間に二次シールとしてＯリングが配置されている。このＯリングは、被密封流体の漏れを防止しているとともに、保持環がハウジングに対して回転することを規制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３－５７３５３号公報（第６頁、第１図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の軸封装置にあっては、Ｏリングが回転規制機能を兼ねることで装置全体が簡素に構成されているとともに、保持環に均一な応力が作用し歪が生じにくくなっている。Ｏリングはハウジングの内径側段部と保持環の外径側段部によって形成された断面矩形状の環状空間に軸方向に圧縮された状態で配置されている。Ｏリングはハウジングの内周面と静止密封の外周面に略線接触していることから、Ｏリングの有効摩擦面が狭く、回転密封環から大きなトルクを受けると静止密封環と共に保持環が回転することがあった。また、Ｏリングは、軸方向への圧縮時に、上下方向に変形するとともにＯリング自身も変形するため、回転トルクに対する摩擦力を十分に高めることが難しく、このことからも保持環が回転することがあった。これらにより、回転密封環と静止密封環の相対回転速度が断続的になって、一次シールの密封性能が低下する恐れがあった。

【0007】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、密封性能に優れるメカニカルシール装置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】

前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシール装置は、
回転軸に取付けられる回転密封要素と、
ハウジングに取付けられ、前記回転密封要素と共に一次シールを構成する静止密封要素と、
前記ハウジングにおける内周面と前記静止密封要素における外周面との間に軸方向に圧縮されて配置される二次シールとを備えたメカニカルシール装置であって、
前記静止密封要素における外周面は前記ハウジングにおける内周面に対して少なくとも一部が傾斜しており、前記外周面および前記内周面により形成される空間に断面楔形の前記二次シールが配置されている。
これによれば、断面楔形の二次シールが軸方向に圧縮されることで、二次シールにおける幅狭部が楔作用によって空間を区画している静止密封要素における外周面とハウジングにおける内周面との間に食い込み、これら外周面と内周面とに広い有効摩擦面が形成されている。この構造により、ハウジングに対して静止密封要素は高い固定力で固定される。このように、静止密封要素はハウジングに対して回転し難く、メカニカルシール装置は密封性に優れる。

【0009】

前記空間を区画している前記ハウジングにおける内周面と前記二次シールにおける外周面は面接触しており、
前記空間を区画している前記ハウジングにおける軸方向側内側面と前記二次シールにおける軸方向側側面は面接触しており、
前記空間を区画している前記静止密封要素における外周面と前記二次シールにおける内周面は面接触していてもよい。
これによれば、二次シールが軸方向の圧縮力を受けることで、ハウジングに対して静止密封要素は高い固定力で固定される。

【0010】

前記空間を区画している前記ハウジングにおける内周面と前記二次シールにおける外周面は面接触しており、
前記空間を区画している前記静止密封要素における軸方向側外側面と前記二次シールにおける軸方向側側面は面接触しており、
前記空間を区画している前記静止密封要素における外周面と前記二次シールにおける内周面は面接触していてもよい。
これによれば、二次シールが軸方向の圧縮力を受けることで、ハウジングに対して静止密封要素は高い固定力で固定される。

【0011】

前記空間を区画している前記静止密封要素における外周面は、前記静止密封要素の軸方向端側より軸方向中央側かつ外径側に向かって傾斜する傾斜面であり、
前記空間を区画している前記ハウジングにおける内周面は、前記軸方向に平行な平行面であってもよい。
これによれば、二次シールは軸方向への圧縮により、楔作用によって外径側において傾斜面と平行面の間に食い込む。これにより、有効摩擦面は周長が長く、ハウジングに対して静止密封要素は高い固定力で固定される。

【0012】

前記二次シールにおける幅広部は、前記空間を区画している前記ハウジングにおける内周面および前記空間を区画している前記静止密封要素における外周面の一方に接触し、他方に接触していなくてもよい。
これによれば、二次シールが熱膨張しても幅広部が主な膨張代となることから、静止密封要素は歪むことがない。

【0013】

前記ハウジングにおける内周面と前記静止密封要素における外周面とは平行に延び、前記二次シールが圧入される前記空間を区画している前記ハウジングにおける内周面と前記空間を区画している前記静止密封要素における外周面との間に連なる平行箇所を形成していてもよい。
これによれば、二次シールにおける幅狭部は空間を区画しているハウジングにおける内周面と空間を区画している静止密封要素における外周面との間に一層食い込みやすい。

【0014】

前記二次シールは、前記静止密封要素における軸方向両側に配置されていてもよい。
これによれば、ハウジングに対して静止密封要素は高い固定力で固定される。また、静止密封要素をハウジングに軸方向に離間して配置できる。

【0015】

前記空間および前記二次シールはそれぞれ軸方向両側で面対称形状であってもよい。
これによれば、ハウジングに対して静止密封要素は高い固定力で固定される。また、２つの二次シールは軸方向への圧縮時に面対称で変形するため、静止密封要素における両側で固定力がバランスよく与えられている。

【0016】

非取り付け状態の前記二次シールは、断面楔形、好ましくは相対的に傾斜する面がそれぞれ直線をなす断面楔形をなしていてもよい。
これによれば、二次シールの潰し代を設定しやすく、かつハウジング、静止密封要素の構造が簡単である。

【0017】

前記ハウジングにおける内周面と前記静止密封要素における外周面との空間は、断面楔形、好ましくは相対的に傾斜する面がそれぞれ直線をなす断面楔形をなしていてもよい。
これによれば、二次シールの潰し代を設定しやすく、かつハウジング、静止密封要素の構造が簡単である。

【0018】

前記二次シールは樹脂製であってもよい。
これによれば、二次シールはハウジングに対して静止密封要素を高い固定力で固定できるとともに、耐化学変化等への機能付加の選択幅が広い。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る実施例１のメカニカルシール装置の断面図である。

【図2】実施例１のメカニカルシール装置における要部の断面図である。

【図3】二次シールの圧入について説明するための断面図である。

【図4】本発明に係る実施例２のメカニカルシール装置における要部の断面図である。

【図5】本発明に係る実施例３のメカニカルシール装置における要部の断面図である。

【図6】本発明に係る実施例４のメカニカルシール装置における要部の断面図である。

【図7】本発明に係る実施例５のメカニカルシール装置における要部の断面図である。

【図8】本発明に係る実施例６のメカニカルシール装置における要部の断面図である。

【図9】本発明に係る実施例７のメカニカルシール装置における要部の断面図である。

【図10】変形例１の二次シールについて説明するための図である。

【図11】変形例２の二次シールについて説明するための図である。

【図12】変形例３の二次シールについて説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明に係るメカニカルシール装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

【実施例0021】

実施例１に係るメカニカルシール装置につき、図１～図３を参照して説明する。以下、図１の正面から見て左右をメカニカルシール装置の左右として説明する。詳しくは、紙面左側をメカニカルシール装置の左側、紙面右側をメカニカルシール装置の右側として説明する。

【0022】

図１に示されるように、メカニカルシール装置Ｍは、回転機械におけるハウジング５と回転軸６との間に設けられて、周辺の被密封流体の漏れを防止するためのものである。

【0023】

メカニカルシール装置Ｍは、回転密封要素１と、静止密封要素２と、から主に構成されている。回転密封要素１は、回転軸６と共に回転可能な状態で取付けられている。静止密封要素２は、二次シール３，４を介在させた状態でハウジング５に取付けられている。これら回転密封要素１および静止密封要素２は一次シールを構成している。また、二次シール３，４は、ハウジング５における内周面と静止密封要素２における外周面との間に軸方向に圧縮されて配置されている。

【0024】

回転密封要素１は、回転密封環１０と、カラー１１と、セットスクリュ１３と、コイルスプリング１５と、ドライブピン１６と、Ｏリング１７，１８から主に構成されている。

【0025】

回転密封環１０は、カーボン製であり、円環状に形成されている。その右端面は、摺動面１０ａである。

【0026】

また、回転密封環１０は、左端における内周面に、内径方向に開放され、外径方向に凹設されている環状溝１０ｂが形成されている。環状溝１０ｂ内に配置されたＯリング１７が環状溝１０ｂにおける内周面およびカラー１１における外周面に圧着されており、回転密封環１０とカラー１１との間は密封されている。

【0027】

カラー１１は、円筒状に形成されている。カラー１１は、セットスクリュ１３により回転軸６に固定されている。

【0028】

また、カラー１１には、右端における内周面に、内径方向に開放され、外径方向に凹設されている環状溝１１ｂが形成されている。環状溝１１ｂ内に配置されたＯリング１８が環状溝１１ｂにおける内周面および回転軸６における外周面に圧着されており、カラー１１と回転軸６との間は密封されている。

【0029】

また、カラー１１には、軸方向中央にて外径側に延出している環状凸部における右端面に、右方向に開放され、左方向に凹設されている凹部１１ｃが等配されている。各凹部１１ｃには、コイルスプリング１５が挿入されている。コイルスプリング１５は、回転密封環１０を静止密封環２０に向かって押圧している。

【0030】

また、カラー１１には、環状凸部における側端面に、ドライブピン１６が固定されている。ドライブピン１６は、左方向に開放されている回転密封環１０における溝１０ｃに挿通されている。これにより、回転密封環１０は、カラー１１に対する相対的な回動が規制されている。回転密封環１０は、回転軸６と共に回転可能となっている。

【0031】

静止密封要素２は、静止密封環２０と、保持環２１から構成されている。

【0032】

静止密封環２０は、充填材入ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）製であり、円環状に形成されている。その左端面は、摺動面２０ａである。

【0033】

静止密封環２０における摺動面２０ａには、回転密封環１０における摺動面１０ａが圧接されている。これにより、摺動面１０ａ，２０ａは回転軸６の回転時に相対摺動可能となっている。

【0034】

なお、回転密封環１０および静止密封環２０は軟質材料と軟質材料とを組み合わせて用いられるものに限られない。また、摺動部材の材料はメカニカルシール用摺動材料として使用されているものであれば前述したもの以外であっても適用可能であり、例えばセラミックス、金属材料、樹脂材料、複合材料等を適用可能である。

【0035】

図２に示されるように、保持環２１は、断面下向きＬ字状の円環状に形成されている。

【0036】

保持環２１は、左端部における内径側に、内径方向かつ左方向に開放され、右方向に段状に凹む円環状の開口２１ａが形成されている。開口２１ａには、焼き嵌めにより静止密封環２０が固定されている。なお、保持環２１への静止密封環２０の固定は焼き嵌め以外であってもよい。

【0037】

また、保持環２１における外周面は、左側から順に、内径側平行面２２と、傾斜面２３と、外径側平行面２４と、傾斜面２５と、内径側平行面２６から構成されている。なお、本実施例において、傾斜面２３，２５は空間を区画している静止密封要素における外周面である。

【0038】

内径側平行面２２は、その左縁から右方向に向かって軸心に沿って直線状に延びている。傾斜面２３は、内径側平行面２２における右縁から右方向かつ外径方向に向かって傾斜して直線状に延びている。外径側平行面２４は、傾斜面２３における右縁から右方向に向かって軸心に沿って直線状に延びている。傾斜面２５は、外径側平行面２４における右縁から右方向かつ内径方向に向かって傾斜して直線状に延びている。内径側平行面２６は、傾斜面２５における右縁から右方向に向かって軸心に沿って直線状に延びている。

【0039】

内径側平行面２２と傾斜面２３とのなす外角θ１は、傾斜面２５および内径側平行面２６とのなす外角θ２と略同一である。また、傾斜面２３と外径側平行面２４とのなす内角θ３は、外径側平行面２４と傾斜面２５とのなす内角θ４と略同一である。また、内径側平行面２２，２６は、略同一直線上に配置されている。

【0040】

また、保持環２１は、内径側平行面２６における右縁に略直交して内径側に延びる側端面２７を有している。

【0041】

次に、二次シール３，４について説明する。組み付け前において、二次シール３，４は、非取り付け状態、すなわち弾性変形していない状態である。二次シール３は回転密封環１０側に配置され、二次シール４は本体５０側に配置されている。また、二次シール３，４は互いに面対称形状であるため、二次シール３を例に説明し、特に断らない限り二次シール４の説明については省略する。

【0042】

二次シール３は、ＰＴＦＥ製であり、断面楔形、概略で言うならば断面略三角形状、より詳しくは断面略直角台形の右先端が切断された形状である断面楔形の円環状に形成されている。なお、組み付け時、組み付け後の二次シール３の形状等については後述する。

【0043】

図３（ａ）に示されるように、二次シール３は、左側における外径縁から反時計回り順に、長寸側端面３０と、内周面を構成する平行面３１および傾斜面３２と、短寸側端面３３と、外周面３４を有している。なお、本実施例において、長寸側端面３０は二次シールにおける軸方向側側面であり、傾斜面３２は二次シールにおける内周面であり、外周面３４は二次シールにおける外周面である。

【0044】

長寸側端面３０は、その外径縁から内径方向に向かって直線状に延びている。平行面３１は、長寸側端面３０における内径縁から略直交して右方向に向かって軸心に沿って直線状に延びている。傾斜面３２は、平行面３１における右縁から右方向かつ外径方向に向かって傾斜して直線状に延びている。短寸側端面３３は、傾斜面３２における右縁から外径方向に向かって直線状に延びている。外周面３４は、短寸側端面３３における外径縁から略直交して左方向に向かって軸心に沿って直線状に延びている。また、長寸側端面３０は、短寸側端面３３よりも径方向寸法が長寸となっている。

【0045】

平行面３１と傾斜面３２とのなす内角θ５は、保持環２１における内径側平行面２２と傾斜面２３とのなす外角θ１（図２参照）と略同一である。

【0046】

また、二次シール３における傾斜面３２と外周面３４の間の部分は、径方向幅が狭い幅狭部３Ａであり、平行面３１と外周面３４の間の部分は、径方向幅が広く、後述する角８に食い込む傾斜面３２と外周面３４の間の部分に対向している長寸側端面３０を含んでいる幅広部３Ｂである。

【0047】

なお、本明細書における幅狭部とは、断面楔形の二次シールにおいて、後述する角８に食い込む端部を含む部分のことであり、幅広部とは、角８に食い込む端部に対向する端面を含む部分のことである。また、本明細書における楔形とは、本実施例およびそれ以外の他の全ての実施例で例示されるように少なくとも一部が徐々に狭くなっている箇所を有していればよい。

【0048】

次に、ハウジング５について図２を参照して説明する。ハウジング５は、本体５０にカバー体５１が図示しないボルトによって連結されることで構成されている。

【0049】

本体５０は、円筒状に形成されている。また、本体５０における左端には、左方向に突出している環状の環状リブ５０ａが形成されている。環状リブ５０ａは、側端面５０ｂと、内周面５０ｃと、外周面５０ｄと、を有している。なお、本実施例において、側端面５０ｂは空間を区画しているハウジングにおける軸方向側内側面である。

【0050】

側端面５０ｂは、その外径縁から内径方向に向かって直線状に延びている。内周面５０ｃは、側端面５０ｂにおける内径縁に略直交して右方向に向かって軸心に沿って直線状に延びている。外周面５０ｄは、側端面５０ｂにおける外径縁に略直交して右方向に向かって軸心に沿って直線状に延びている。

【0051】

環状リブ５０ａの内径Ｄ１は、保持環２１における内径側平行面２２，２６の外径Ｄ２よりもわずかに大径となっている（Ｄ１＞Ｄ２）。また、環状リブ５０ａの外径Ｄ３は、保持環２１における外径側平行面２４の外径Ｄ４と略同径となっている（Ｄ３≒Ｄ４）。なお、図２では、図示の都合上、各内径・外径を半径で示している。

【0052】

また、本体５０は、内径側側端面５０ｅと、外径側側端面５０ｆを有している。内径側側端面５０ｅは、環状リブ５０ａにおける内周面５０ｃに略直交して内径方向に延びている。外径側側端面５０ｆは、環状リブ５０ａにおける外周面５０ｄに略直交して外径方向に延びている。また、外径側側端面５０ｆは、内径側側端面５０ｅよりも左側に配置されている。

【0053】

カバー体５１は、円筒状に形成されている。カバー体５１における内周面は、左側から順に、内径側平行面５２と、直交面５３と、外径側平行面５４から構成されている。なお、本実施例において、直交面５３は空間を区画しているハウジングにおける軸方向側内側面であり、外径側平行面５４は空間を区画しているハウジングにおける内周面である。

【0054】

内径側平行面５２は、その左縁から右方向に向かって軸心に沿って直線状に延びている。直交面５３は、内径側平行面５２における右縁から略直交して外径方向に向かって直線状に延びている。外径側平行面５４は、直交面５３における外径縁から略直交して右方向に向かって軸心に沿って直線状に延びている。これら直交面５３および外径側平行面５４が直角に交わることで角５５は形成されている。

【0055】

内径側平行面５２の内径Ｄ５は、本体５０における環状リブ５０ａの内径Ｄ１と略同径かつ保持環２１における内径側平行面２２，２６の外径Ｄ２よりもわずかに大径となっている（Ｄ５≒Ｄ１＞Ｄ２）。外径側平行面５４の内径Ｄ６は、本体５０における環状リブ５０ａの外径Ｄ３、および保持環２１における外径側平行面２４の外径Ｄ４よりもごくわずかに大径となっている（Ｄ６＞Ｄ３≒Ｄ４）。

【0056】

これにより、本体５０にカバー体５１が連結されている状態において、内径側平行面５２は、本体５０における内周面５０ｃと略同一直線状に配置される。また、同状態において、直交面５３は、本体５０における側端面５０ｂと対向配置される。

【0057】

また、カバー体５１は、外径側平行面５４における右縁に略直交して外径方向に延びる側端面５１ａを有している。

【0058】

次に、ハウジング５に静止密封要素２を組付ける手順について説明する。

【0059】

最初に、二次シール３，４を静止密封環２０が圧入固定されている保持環２１に装着する。非取り付け状態における二次シール３，４の外径Ｄ７（図２参照）は、カバー体５１における外径側平行面５４の内径Ｄ６ばかりでなく、内径Ｄ６よりごくわずかに小径である保持環２１における外径側平行面２４の外径Ｄ４よりもわずかに短くなっている（Ｄ６＞Ｄ４＞Ｄ７）。

【0060】

次いで、保持環２１を、カバー体５１の内径側に右側から二次シール３がカバー体５１における直交面５３に当接する位置まで挿入する。このとき、保持環２１における外径側平行面２４はカバー体５１における外径側平行面５４によって案内される。

【0061】

なお、二次シール３、保持環２１、二次シール４の順にカバー体５１に挿入する組み立て順であってもよい。

【0062】

その後、カバー体５１に挿通された図示しないボルトを、本体５０における図示しない雌ネジ孔に螺合させることに応じて、カバー体５１は図３（ａ）に示される位置から本体５０に向かって移動する。

【0063】

その際、本体５０における環状リブ５０ａは、カバー体５１の内径側に挿入される。このとき、環状リブ５０ａにおける外周面５０ｄはカバー体５１における外径側平行面５４によって案内される。

【0064】

その後、カバー体５１における側端面５１ａが本体５０における外径側側端面５０ｆに当接することで、本体５０に対するカバー体５１の位置決めがなされて、カバー体５１は本体５０に連結される。

【0065】

また、カバー体５１が本体５０に連結されることに伴って膨出した二次シール３，４によって、図３（ｂ）に示されるように、ハウジング５と静止密封要素２との間は密封される。以降、この二次シール３，４の弾性変形について詳しく説明する。

【0066】

図３（ａ）に示されるように、本体５０とカバー体５１との連結において、二次シール３が非取り付け状態では、二次シール３における長寸側端面３０は、カバー体５１における直交面５３に面当接している。また、二次シール３における傾斜面３２は、保持環２１における傾斜面２３に面当接している。また、二次シール３における外周面３４は、カバー体５１における外径側平行面５４からわずかに離間して略平行に対向配置されている。

【0067】

図３（ａ）の状態からカバー体５１が本体５０に向かって移動されると、二次シール３は、その長寸側端面３０がカバー体５１における直交面５３によって右方に押し込まれる。

【0068】

ここで、図３（ａ）に示されるように、保持環２１における傾斜面２３は、カバー体５１における外径側平行面５４に対して傾斜しており、傾斜面２３は、軸方向左縁より軸方向右側に向かうほどに外径側平行面５４に近づくように配置されている。

【0069】

これにより、カバー体５１と保持環２１との間には、断面楔形、詳しくは断面直角台形の環状の圧縮前空間７０が形成される。保持環２１における内径側平行面２２，傾斜面２３、カバー体５１における外径側平行面５４、およびカバー体５１における直交面５３によって、圧縮前空間７０は画成されている。

【0070】

また、保持環２１における外径側平行面２４は、外径側平行面５４に略平行に配置されている。外径側平行面２４および外径側平行面５４は本明細書における平行箇所９を形成している。外径側平行面２４および外径側平行面５４が軸心に沿って形成されているため、平行箇所９は軸心に対して略平行である。

【0071】

また、平行箇所９において、外径側平行面２４は、外径側平行面５４に面当接しているため、互いの離間距離はほぼゼロである。また、傾斜面２３が外径側平行面２４に連続しており、平行箇所９に連なっている圧縮前空間７０における右端は、傾斜面２３と外径側平行面５４とが成す鋭角状の角８となっている。

【0072】

二次シール３における幅狭部３Ａおよび圧縮前空間７０はそれぞれ楔形であることから、二次シール３は角８に食い込みやすい。二次シール３における短寸側端面３３は、弾性変形されながら保持環２１とカバー体５１との角８に圧入される（図３（ｂ）参照）。また、本実施例では、幅狭部３Ａにおける傾斜面３２と外周面３４とのなす内角と、圧縮前空間７０を区画する傾斜面２３と外径側平行面５４とのなす内角は略同じである。

【0073】

また、二次シール３は、保持環２１における傾斜面２３と、カバー体５１における直交面５３とに挟圧されて、軸方向に圧縮されるとともに径方向へ膨出する。これにより、二次シール３における傾斜面３２が保持環２１における傾斜面２３に圧着される力と、二次シール３における外周面３４がカバー体５１における外径側平行面５４に圧着される力、二次シール３における長寸側端面３０がカバー体５１における直交面５３に圧着される力は増加する。

【0074】

図３（ｂ）に示されるように、ハウジング５への静止密封要素２の組付けが完了した状態において、カバー体５１における直交面５３は、保持環２１における内径側平行面２２と同傾斜面２３とが成す角における頂点２１ｂと径方向に重なった位置となる。これにより、カバー体５１と保持環２１との間には、断面楔形、詳しくは断面直角三角形の環状の圧縮後空間７が形成される。圧縮後空間７は、傾斜面２３、外径側平行面５４、およびカバー体５１における直交面５３によって画成されている。なお、圧縮後空間７は本発明における空間である。

【0075】

また、圧縮後空間７内には二次シール３全体が圧入されている。そのため、二次シール３は、弾性変形し、断面楔形、詳しくは直角三角形の内径端が一部切り欠かれた断面形状となっている。このように、二次シール３は組み付け前後において断面楔形であるがその形状は弾性変形によって僅かに変化している。

【0076】

詳しくは、カバー体５１における直交面５３および二次シール３における長寸側端面３０は面当接している。また、カバー体５１における外径側平行面５４および二次シール３における外周面３４は面当接している。さらに、保持環２１における傾斜面２３および二次シール３における傾斜面３２は面当接している。これにより、二次シール３が軸方向の圧縮力を受けることで、ハウジング５に対して静止密封要素２は高い固定力で固定される。

【0077】

なお、二次シール３における長寸側端面３０，外周面３４との間の角がカバー体５１における角５５に隙間なく圧入されており、二次シール３における短寸側端面３３が角８に隙間なく圧入されているが、これらの間には隙間があってもよい。

【0078】

また、ハウジング５への静止密封要素２の組付けが完了した状態において、二次シール３における幅狭部３ａは非取り付け状態における幅狭部３Ａ（図３（ａ）参照）よりも角８に食い込んでいる。そのため、幅狭部３ａは、カバー体５１における外径側平行面５４および保持環２１における傾斜面２３に対して径方向に圧接している領域が増加している。

【0079】

言い換えると、二次シール３は、その幅狭部３ａ、特に先端側の領域においてハウジング５と保持環２１と強い圧力で押圧され回転に対する摩擦抵抗が強くなっている。このように、二次シール３がハウジング５と保持環２１に所定以上の強い摩擦抵抗で接する有効摩擦面が広い範囲で形成されている。

【0080】

なお、鋭角状、すなわち断面楔形の角８が形成されていることにより、楔効果による有効摩擦面を広く確保することや、二次シール３，４の食い込みやすさを考慮すると、ハウジングの内周面が軸心に対して平行な外径側平行面５４である場合において、内角θ３，θ４は、１１０度以上１７０度以下の範囲で形成されていることが好ましい。

【0081】

また、図２を参照して、二次シール４の圧入については二次シール３の圧入のメカニズムと左右対称であるので詳細な説明を省略する。例えば本体５０の環状リブ５０ａにおける側端面５０ｂはカバー体５１における直交面５３と同様に機能する。また、保持環２１における内径側平行面２６は同内径側平行面２２と同様に機能する。また、保持環２１における傾斜面２５は同傾斜面２３と同様に機能する。そのため、二次シール４を圧入する相対的な方向が二次シール３とは反対方向である以外は、二次シール４は、二次シール３と同様に圧入される。

【0082】

以上説明したように、ハウジング５への静止密封要素２の組付けが完了した状態では、上述したように広い有効摩擦面が形成される構造により、ハウジング５に対して静止密封要素２は高い固定力で固定されている。このように、静止密封要素２はハウジング５に対して回転しにくく、メカニカルシール装置Ｍは密封性に優れる。

【0083】

また、保持環２１における傾斜面２３と、カバー体５１における外径側平行面５４は、楔形に角８を区画している。そのため、二次シール３は、軸方向への圧縮により、楔作用によって保持環２１における傾斜面２３とカバー体５１における外径側平行面５４の間に食い込む。これにより、有効摩擦面は周長が長く、ハウジング５に対して静止密封要素２は高い固定力で固定される。

【0084】

また、図３（ｂ）に示されるように、二次シール３が軸方向に圧縮された状態において、二次シール３における幅広部３ｂよりも、保持環２１における傾斜面２３側には断面三角形の空間としての隙間Ｓ１が形成されている。言い換えれば、二次シール３における幅広部３ｂは、保持環２１における傾斜面２３と非接触状態にある。そのため、二次シール３が熱膨張しても、幅広部３ｂが主な膨張代となることから、静止密封要素２は歪むことがない。なお、図３（ｂ）に示される圧縮前には、図３（ａ）に示されるように、隙間Ｓ１よりも大きな断面台形の隙間が形成されている。

【0085】

さらに、カバー体５１における内径側平行面５２と、保持環２１における内径側平行面２２とは、寸法差分離間している。これにより、熱膨張した二次シール３をより確実に逃がすことができるため、静止密封要素２は歪むことがない。

【0086】

また、カバー体５１における内径側平行面５２と、保持環２１における内径側平行面２２と間には隙間が形成されている。この隙間に向かって、カバー体５１における直交面５３と、保持環２１における傾斜面２３とは、窄まっているとともに、二次シール３における長寸側端面３０は、カバー体５１における直交面５３に当接している。これらのことから、該空間に相対的な負圧が生じても、二次シール３は吸引されて該隙間に抜け出しにくくなっている。

【0087】

また、例えば図４に示されるように、直交面２８によって傾斜面２３と外径側平行面２４とが連続しておらず、傾斜面２３が平行箇所９に連なっていない構成と比較して、平行箇所９に連なっている傾斜面２３は、平行箇所９に近付くほどに外径側平行面５４までの径方向寸法が狭くなっている。これにより、二次シール３における幅狭部３Ａは、角８に一層食い込みやすい。

【0088】

また、カバー体５１における直交面５３によって押圧される二次シール３における長寸側端面３０の径方向の寸法と、保持環２１における傾斜面２３に押圧される二次シール３における傾斜面３２の径方向の寸法とは略同一である。そのため、二次シール３における幅狭部３Ａは、角８に一層食い込みやすい。

【0089】

また、カバー体５１における内径側平行面５２と、保持環２１における内径側平行面２２とは、寸法差分離間している。また、本体５０の環状リブ５０ａにおける内周面５０ｃと、保持環２１における内径側平行面２６とは、寸法差分離間している。これらにより、保持環２１と本体５０との接触が防止されていることから、静止密封要素２は歪むことがない。

【0090】

また、保持環２１の軸方向両側には二次シール３，４が配置されている。これにより、ハウジング５に対して静止密封要素２は高い固定力で固定されている。

【0091】

さらに、図２に示されるように、保持環２１における右側の側端面２７と、本体５０における左側の内径側側端面５０ｅは、軸方向に離間して配置される。これにより、側端面２７と内径側側端面５０ｅの間には隙間Ｓ２が形成される。この隙間Ｓ２によって保持環２１と本体５０との接触は防止されている。そのため、静止密封要素２は歪むことがない。

【0092】

また、保持環２１の軸方向右側には、圧縮後空間７Ａが配置されている。圧縮後空間７Ａは、保持環２１における傾斜面２５、カバー体５１における外径側平行面５４、および本体５０における側端面５０ｂによって形成されている。さらに、二次シール３，４も軸方向両側に配置されている。これらにより、ハウジング５に対して静止密封要素２は高い固定力で固定されている。

【0093】

また、圧縮後空間７および圧縮後空間７Ａは面対称形状である。さらに、二次シール３，４も非取り付け状態において面対称形状である。これらにより、２つの二次シール３，４は、軸方向への圧縮時に面対称で変形する。そのため、静止密封要素２の両側に固定力はバランスよく与えられている。

【0094】

また、非取り付け状態における二次シール３は断面楔形である。そのため、二次シール３の潰し代を設定しやすく、かつハウジング５、静止密封要素２の構造が簡単である。

【0095】

また、傾斜面２３と外径側平行面５４とに区画される圧縮後空間７は断面楔形である。そのため、二次シール３の潰し代を設定しやすく、かつハウジング５、静止密封要素２の構造が簡単である。

【0096】

また、二次シール３は、ＰＴＦＥ製である。そのため、二次シール３は、ハウジング５に対して静止密封要素２を高い固定力で固定できるとともに、対化学変化等への機能付加の選択幅が広い。

【0097】

また、円環状である二次シール３において、内周面を構成している平行面３１および傾斜面３２よりも、相対的に周方向長さが長く、表面積の大きい外周面３４は保持環２１における傾斜面２３によってカバー体５１における外径側平行面５４に押圧されている。

【0098】

そのため、例えば図９に示されるように、カバー体６５１における傾斜面６５３によって二次シール３における内周面６３１が、保持環６２１における内径側平行面２２に押圧されている構成と比較して、有効摩擦面は広くなっている。本実施例における静止密封要素２は、ハウジング５に対して高い固定力で固定される。

【0099】

また、二次シール３を押圧するカバー体５１における直交面５３は、押し込み方向に対して略直交している。そのため、直交面５３は、二次シール３を軸方向に圧縮する効率がよい。

【実施例0100】

次に、実施例２に係るメカニカルシール装置につき、図４を参照して説明する。なお、前記実施例１に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

【0101】

図４に示されるように、静止密封要素１０２における保持環１２１には、傾斜面２３と外径側平行面２４との間に、径方向に延びる直交面２８が形成されている。また、外径側平行面２４と傾斜面２５との間に、径方向に延びる直交面２９が形成されている。これにより、断面楔形、より詳しくは断面略直角台形状の圧縮後空間１０７が形成されている。

【0102】

二次シール３が軸方向に圧縮されるにあたって、二次シール３における短寸側端面３３は保持環１２１における直交面２８に圧接される。これにより、その径方向寸法が小さくなるように圧縮されることが規制されるため、より狭い箇所に圧入される構成と比較して、直交面２８は二次シール３の破損を防ぐことができる。

【0103】

このように、本明細書における空間は、二次シールの相対的な押し込み方向に向かって先細りしている断面形状であればよく、断面形状は適宜変更されてもよい。言い換えれば、本発明における「静止密封要素における外周面およびハウジングにおける内周面により形成される空間」とは、少なくとも空間を形成する静止密封要素における外周面およびハウジングにおける内周面のうち、少なくとも一部が対向する相手面に対して相対的に傾斜していればよい。