特開 2024-72547 メカニカルシール

(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】P2024072547

(43)【公開日】2024-05-28

(54)【発明の名称】メカニカルシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20240521BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022183421

(22)【出願日】2022-11-16

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100206911

【弁理士】

【氏名又は名称】大久保 岳彦

(72)【発明者】

【氏名】穴沢 貴光

【テーマコード（参考）】

3J041

【Ｆターム（参考）】

3J041AA02

3J041AA07

3J041BA04

3J041BA06

3J041BA08

3J041BA09

3J041BC02

3J041DA10

3J041DA12

(57)【要約】

【課題】摺動面間における被密封流体の漏れを安定して防ぐことができるメカニカルシールを提供する。
【解決手段】ハウジング３とハウジング３に対して相対回転する回転軸２との間に配置され、ハウジング３側に配置された静止側被取付部材１０に取付けられる静止密封環１１と、回転軸２側に配置された回転側被取付部材２０に取付けられる回転密封環２１と、が摺動するメカニカルシール１であって、静止密封環１１および静止側被取付部材１０に当接する静止側二次シール１３と、回転密封環２１および回転側被取付部材２０に当接する回転側二次シール２３と、を備え、静止密封環１１と静止側被取付部材１０との間に設けられ静止密封環１１を回転密封環２１側に付勢する静止側スプリング１２と、回転密封環２１と回転側被取付部材２０との間に設けられ回転密封環２１を静止密封環１１側に付勢する回転側スプリング２２と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングと前記ハウジングに対して相対回転する回転軸との間に配置され、前記ハウジング側に配置された静止側被取付部材に取付けられる静止密封環と、前記回転軸側に配置された回転側被取付部材に取付けられる回転密封環と、が摺動するメカニカルシールであって、
前記静止密封環および前記静止側被取付部材に当接する静止側二次シールと、前記回転密封環および前記回転側被取付部材に当接する回転側二次シールと、を備え、
前記静止密封環と前記静止側被取付部材との間に設けられ前記静止密封環を前記回転密封環側に付勢する静止側スプリングと、前記回転密封環と前記回転側被取付部材との間に設けられ前記回転密封環を前記静止密封環側に付勢する回転側スプリングと、を備えているメカニカルシール。

【請求項2】

前記静止側スプリングと前記回転側スプリングがそれぞれ自然長よりも短い状態で前記静止密封環と前記回転密封環を圧接させている請求項１に記載のメカニカルシール。

【請求項3】

前記静止密封環に対する前記静止側スプリングの作用径と、前記回転密封環に対する前記回転側スプリングの作用径が同一である請求項１に記載のメカニカルシール。

【請求項4】

前記静止側二次シールは、前記静止密封環における前記静止密封環の摺動面と延伸方向において直交する周面に径方向に当接し、前記回転側二次シールは、前記回転密封環における前記回転密封環の摺動面と延伸方向において直交する周面に径方向に当接している請求項１に記載のメカニカルシール。

【請求項5】

前記静止側被取付部材には、前記静止密封環の倒れを規制する静止側移動規制部が形成されており、前記回転側被取付部材には、前記回転密封環の倒れを規制する回転側移動規制部が形成されている請求項１に記載のメカニカルシール。

【請求項6】

前記静止側スプリングと前記回転側スプリングは、同じバネ定数のスプリングである請求項１乃至５のいずれかに記載のメカニカルシール。

【請求項7】

一方の密封環が該密封環が取付けられる被取付部材に軸方向に当接している請求項１または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、回転軸を軸封するメカニカルシールに関する。

【背景技術】

【0002】

メカニカルシールは、流体機器のハウジングと該ハウジングを貫通するように配置される回転軸との間に装着して使用されるものである。詳しくは、メカニカルシールは、ハウジング側に取付けられる静止密封環の摺動面と、回転軸側に取付けられ回転する回転密封環の摺動面とを周方向に摺接させて、被密封流体の漏れを防ぐ機能を有している。

【0003】

一般的なメカニカルシールは、例えば特許文献１に示されるように、静止密封環がシールカバーに対して軸方向に移動可能に配置されており、スプリングにより回転密封環に向けて付勢されている。回転密封環は、回転軸に固定されたスリーブに対して軸方向に移動しないように取り付けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－６００７９号公報（第４頁～第６頁、第１図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のメカニカルシールにあっては、スプリングにより静止密封環が回転密封環側に付勢されることにより、摺動面間における摺接状態が維持され被密封流体の漏れが防止されている。しかしながら、特許文献１においては、外乱や振動によって回転軸に軸方向の力が作用し軸移動が生じることにより、摺動面間における摺接状態が維持されず面開きが生じ被密封流体の漏れが発生してしまう虞や、摺動面間における荷重が大きくなって過大面圧が生じることで摺動面が損傷し被密封流体の漏れが発生してしまう虞があった。

【0006】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、摺動面間における被密封流体の漏れを安定して防ぐ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】

【0007】

前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシールは、
ハウジングと前記ハウジングに対して相対回転する回転軸との間に配置され、前記ハウジング側に配置された静止側被取付部材に取付けられる静止密封環と、前記回転軸側に配置された回転側被取付部材に取付けられる回転密封環と、が摺動するメカニカルシールであって、
前記静止密封環および前記静止側被取付部材に当接する静止側二次シールと、前記回転密封環および前記回転側被取付部材に当接する回転側二次シールと、を備え、
前記静止密封環と前記静止側被取付部材との間に設けられ前記静止密封環を前記回転密封環側に付勢する静止側スプリングと、前記回転密封環と前記回転側被取付部材との間に設けられ前記回転密封環を前記静止密封環側に付勢する回転側スプリングと、を備えている。
これによれば、静止密封環と回転密封環がそれぞれ静止側スプリングと回転側スプリングにより互いに近接する方向に付勢されることにより、静止密封環と回転密封環に両側から作用する軸方向の力を均一化させやすくなり、摺動面位置を軸方向に変化させにくくすることができるとともに、外乱や振動によって回転軸が軸方向に移動しても摺動面間における摺接状態を維持しつつ、摺動面間における荷重変化を小さくすることができる。このようにして、摺動面間における被密封流体の漏れを安定して防ぐことができる。

【0008】

前記静止側スプリングと前記回転側スプリングがそれぞれ自然長よりも短い状態で前記静止密封環と前記回転密封環を圧接させていてもよい。
これによれば、摺動面間における荷重変化を抑制しつつ、静止密封環および回転密封環を軸方向に移動させることができる。

【0009】

前記静止密封環に対する前記静止側スプリングの作用径と、前記回転密封環に対する前記回転側スプリングの作用径が同一であってもよい。
これによれば、静止密封環と回転密封環に両側から作用する軸方向の力をより均一化させやすくなり、摺動面位置を軸方向に変化させにくくすることができる。

【0010】

前記静止側二次シールは、前記静止密封環における前記静止密封環の摺動面と延伸方向において直交する周面に径方向に当接し、前記回転側二次シールは、前記回転密封環における前記回転密封環の摺動面と延伸方向において直交する周面に径方向に当接していてもよい。
これによれば、静止側二次シールと回転側二次シールが静止密封環と回転密封環にそれぞれ軸方向の力を作用させることが無くなり、静止側スプリングと回転側スプリングの付勢力により静止密封環と回転密封環の摺動面間における荷重を精度よく設定することができる。

【0011】

前記静止側被取付部材には、前記静止密封環の倒れを規制する静止側移動規制部が形成されており、前記回転側被取付部材には、前記回転密封環の倒れを規制する回転側移動規制部が形成されていてもよい。
これによれば、静止密封環および回転密封環の倒れを防ぎ、静止密封環と回転密封環の摺動面間における当接状態が不適切になることを抑制できる。

【0012】

前記静止側スプリングと前記回転側スプリングは、同じバネ定数のスプリングであってもよい。
これによれば、静止密封環および回転密封環の軸方向の動きを制御しやすくなり、摺動面間における荷重変化を小さくしやすい。

【0013】

一方の密封環が該密封環が取付けられる被取付部材に軸方向に当接していてもよい。
これによれば、静止密封環と回転密封環の初期位置が維持されやすい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る実施例１のメカニカルシールを示す断面図である。

【図2】実施例１のメカニカルシールにおいて、静止密封環および回転密封環の初期位置を示す拡大断面図である。

【図3】実施例１のメカニカルシールにおいて、初期位置から回転軸が右側に軸移動した状態を示す拡大断面図である。

【図4】実施例１のメカニカルシールにおいて、初期位置から回転軸が左側に軸移動した状態を示す拡大断面図である。

【図5】実施例１のメカニカルシールの変形例１において、静止密封環および回転密封環の初期位置を示す拡大断面図である。

【図6】実施例１のメカニカルシールの変形例２において、静止密封環および回転密封環の初期位置を示す拡大断面図である。

【図7】本発明に係る実施例２のメカニカルシールにおいて、静止密封環および回転密封環の初期位置を示す拡大断面図である。

【図8】本発明に係る実施例３のメカニカルシールにおいて、初期位置から回転軸が右側に軸移動した状態を示す拡大断面図である。

【図9】実施例３のメカニカルシールにおいて、初期位置から回転軸が左側に軸移動した状態を示す拡大断面図である。

【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実施例に基づいて以下に説明する。

【実施例0016】

実施例１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の紙面左側を左側、紙面右側を右側として説明する。

【0017】

図１に示されるように、メカニカルシール１は、外径側から内径側に向けて漏れようとする被密封流体Ｆを密封するインサイド型のメカニカルシールである。尚、静止密封環１１と回転密封環２１の内径側の空間を大気Ａ側、静止密封環１１と回転密封環２１の外径側の空間を被密封流体Ｆ側として説明する。

【0018】

本実施例のメカニカルシール１は、静止密封環１１と、回転軸２と共に回転する回転密封環２１と、静止密封環１１が取付けられる静止側被取付部材としてのシールカバー１０と、静止密封環１１をシールカバー１０に対して支持し回転密封環２１側に付勢する静止側スプリング１２と、回転密封環２１が取付けられる回転側被取付部材としてのスリーブ２０と、回転密封環２１をスリーブ２０に対して支持し静止密封環１１側に付勢する回転側スプリング２２と、から主に構成されている。

【0019】

また、本実施例のメカニカルシール１においては、シールカバー１０と静止密封環１１との間に静止側二次シールとしての静止側Ｏリング１３が配置され、スリーブ２０と回転密封環２１との間に回転側二次シールとしての回転側Ｏリング２３が配置されている。尚、静止側Ｏリング１３と回転側Ｏリング２３は、合成ゴム等の弾性材料により形成されており、シールカバー１０と静止密封環１１との間、スリーブ２０と回転密封環２１との間における被密封流体Ｆの漏れを防止するための二次シールである。

【0020】

図２に示されるように、静止密封環１１は、環状の基部１１ａと、基部１１ａの左面すなわち正面側から軸方向に突出する環状の凸部１１ｂと、基部１１ａの背面側かつ外径側から軸方向に突出する環状の凸部１１ｃと、を主に備えている。尚、本実施例において、静止密封環１１は、セラミックスまたはカーボンから形成されている。

【0021】

また、静止密封環１１は、凸部１１ｂにおける回転密封環２１との対向面が摺動面１１ｄとなっている。

【0022】

凸部１１ｃの内周には、凸部１１ｃの背面から軸方向に凹む環状の凹部１１ｅが形成されている。

【0023】

シールカバー１０は、流体機器のハウジング３に固定され、左側に向けて開口する断面横向き略Ｕ字状の環状部材である。シールカバー１０は、ハウジング３の右面に当接する環状の基部１０ａと、基部１０ａの右側端部から内径方向に延びる環状のフランジ部１０ｂと、フランジ部１０ｂの内径側端部から左側に突出する環状の凸部１０ｃと、を主に備えている。

【0024】

凸部１０ｃの左面には、左側に開口する挿入穴１０ｄが形成されている。挿入穴１０ｄは、凸部１０ｃの周方向に複数等配されている。

【0025】

複数の挿入穴１０ｄ内には、静止側スプリング１２がそれぞれ配置されている。静止側スプリング１２は、金属製の圧縮バネであり、静止側スプリング１２の左側端部は、静止密封環１１における基部１１ａの背面１１ｇを押圧し、静止側スプリング１２の右側端部は、挿入穴１０ｄの底部を押圧している。尚、静止密封環１１における基部１１ａの背面１１ｇは、静止密封環１１の摺動面１１ｄと並行な面である。詳しくは、本実施例においては、静止密封環１１の摺動面１１ｄと背面１１ｇは平行な面である。

【0026】

また、図１に示されるように、凸部１０ｃの左面には、上述した挿入穴１０ｄとは周方向に位相を異ならせた位置にノックピン１４が固定されている。ノックピン１４は、静止密封環１１における基部１１ａの内周に形成される挿入溝１１ｆに挿入されている。これにより、シールカバー１０に対する静止密封環１１の回転を規制しつつ、軸方向の移動を許容することができる。尚、シールカバー１０に対する静止密封環１１の回転を規制しつつ、軸方向の移動を許容する構成は、ノックピン１４と挿入溝１１ｆによるものに限らず、シールカバー１０から静止密封環１１に向かって延びる延出部位が静止密封環１１の切り欠きに周方向で係合可能なクラッチ機構であってもよい。

【0027】

また、凸部１０ｃの外周には、凸部１０ｃの左面から軸方向に凹む環状の凹部１０ｅが形成されている。凹部１０ｅには、静止側Ｏリング１３が外嵌されている。詳しくは、静止側Ｏリング１３は、凹部１０ｅに外嵌され、当該凹部１０ｅと静止密封環１１における凸部１１ｃの内周に形成される凹部１１ｅとにより画成される空間に配置されている。尚、凹部１０ｅと凹部１１ｅとにより画成される空間の軸方向の寸法は、静止側Ｏリング１３の断面の径よりも大きく形成されており、後述するように、右側に向けて回転軸２が移動した場合（図３参照）であっても、静止密封環１１がシールカバー１０に当接することで静止側Ｏリング１３が軸方向に押し潰されないようになっている。

【0028】

また、静止側Ｏリング１３は、凹部１０ｅにおいて軸方向に延びる外周面と凹部１１ｅにおいて軸方向に延びる内周面にそれぞれ線接触した状態で保持されている。すなわち、静止側Ｏリング１３は、静止密封環１１の摺動面１１ｄと延伸方向において直交する周面である凹部１１ｅの内周面に径方向に当接している。

【0029】

また、シールカバー１０には、静止側Ｏリング１３の軸方向両側において、静止密封環１１に当接可能であり、静止密封環１１に過剰な力が加わったときに、静止密封環１１の倒れを規制する静止側移動規制部１０ｆ，１０ｇが形成されている。

【0030】

図２に示されるように、回転密封環２１は、環状の基部２１ａと、基部２１ａの左面すなわち背面側かつ外径側から軸方向に突出する環状の凸部２１ｂと、を主に備えている。尚、本実施例において、回転密封環２１は、セラミックスまたはカーボンから形成されている。

【0031】

また、回転密封環２１は、基部２１ａにおける静止密封環１１の摺動面１１ｄとの対向面が摺動面２１ｄとなっている。

【0032】

凸部２１ｂの内周には、凸部２１ｂの背面から軸方向に凹む環状の凹部２１ｅが形成されている。

【0033】

スリーブ２０は、回転軸２に固定される断面略Ｌ字状の筒状部材である。スリーブ２０は、回転軸２の外周面を被覆し軸方向に延びる基部２０ａと、基部２０ａの左側端部から外径方向に延びる環状のフランジ部２０ｂと、を主に備えている。

【0034】

フランジ部２０ｂの右面には、右側に開口する挿入穴２０ｄが形成されている。挿入穴２０ｄは、フランジ部２０ｂの周方向に複数等配されている。尚、挿入穴２０ｄは、シールカバー１０に形成される挿入穴１０ｄと同じ数、同じ間隔で周方向に等配されていることが好ましい。

【0035】

複数の挿入穴２０ｄ内には、回転側スプリング２２がそれぞれ配置されている。回転側スプリング２２は、金属製の圧縮バネであり、回転側スプリング２２の右側端部は、回転密封環２１における基部２１ａの背面２１ｇを押圧し、回転側スプリング２２の左側端部は、挿入穴２０ｄの底部を押圧している。尚、回転密封環２１における基部２１ａの背面２１ｇは、回転密封環２１の摺動面２１ｄと並行な面である。詳しくは、本実施例においては、回転密封環２１の摺動面２１ｄと背面２１ｇは平行な面である。

【0036】

尚、本実施例において、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、同じ緒元である。そのため、組み立て時の静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の取り付け誤りが生じない。

【0037】

また、同じ緒元でなくとも、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、バネ定数が同じであることが好ましく、外径、線径、自由高さ（自然長）等は異なっていてもよい。

【0038】

また、本実施例において、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、図２、図３、図４に示す使用域において線形な特性を有している。

【0039】

また、図１に示されるように、フランジ部２０ｂの右面には、上述した挿入穴２０ｄとは周方向に位相を異ならせた位置にドライブピン２４が固定されている。ドライブピン２４は、回転密封環２１における基部２１ａの内周に形成される挿入溝２１ｆに挿入されている。これにより、スリーブ２０に対する回転密封環２１の回転を規制しつつ、軸方向の移動を許容することができる。尚、スリーブ２０に対する回転密封環２１の回転を規制しつつ、軸方向の移動を許容する構成は、ドライブピン２４と挿入溝２１ｆによるものに限らず、スリーブ２０から回転密封環２１に向かって延びる延出部位が回転密封環２１の切り欠きに周方向で係合可能なクラッチ機構であってもよい。

【0040】

また、フランジ部２０ｂの外周には、フランジ部２０ｂの右面から軸方向に凹む環状の凹部２０ｅが形成されている。凹部２０ｅには、回転側Ｏリング２３が外嵌されている。詳しくは、回転側Ｏリング２３は、凹部２０ｅに外嵌され、当該凹部２０ｅと回転密封環２１における凸部２１ｂの内周に形成される凹部２１ｅとにより画成される空間に配置されている。尚、凹部２０ｅと凹部２１ｅとにより画成される空間の軸方向の寸法は、回転側Ｏリング２３の断面の径よりも大きく形成されており、右側に向けて回転軸２が移動した場合（図３参照）であっても、回転密封環２１がスリーブ２０に当接することで回転側Ｏリング２３が軸方向に押し潰されないようになっている。

【0041】

また、回転側Ｏリング２３は、凹部２０ｅにおいて軸方向に延びる外周面と凹部２１ｅにおいて軸方向に延びる内周面にそれぞれ線接触した状態で保持されている。すなわち、回転側Ｏリング２３は、回転密封環２１の摺動面２１ｄと延伸方向において直交する周面である凹部２１ｅの内周面に径方向に当接している。

【0042】

また、スリーブ２０には、回転側Ｏリング２３の軸方向両側において、回転密封環２１に当接可能であり、回転密封環２１に過剰な力が加わったときに、回転密封環２１の倒れを規制する回転側移動規制部２０ｆ，２０ｇが形成されている。

【0043】

尚、図２は、本実施例のメカニカルシール１が適用される流体機器の停止時や通常の稼働状態における静止密封環１１と回転密封環２１の初期位置を示している。本実施例のメカニカルシール１においては、対向する静止側スプリング１２と回転側スプリング２２がそれぞれ自然長よりも短い圧縮状態で静止密封環１１と回転密封環２１を圧接させており、静止密封環１１と回転密封環２１は初期位置から軸方向両側に移動可能となっている。尚、本実施例では静止側スプリング１２と回転側スプリング２２が略同一線上に配置されて対向しているが、これに限らず、両者は異なる位相に配置されて対向していてもよい。

【0044】

また、静止密封環１１と回転密封環２１の初期位置において、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２から静止密封環１１と回転密封環２１にそれぞれ付与される荷重は均衡している。以下、静止密封環１１と回転密封環２１の初期位置において、摺動面１１ｄ，２１ｄ間、すなわちシール部に掛かる荷重を基準シール荷重という。

【0045】

また、本実施例において、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、シール部よりも内径側に位置している。また、静止密封環１１と回転密封環２１に対して静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の付勢力が作用する作用径は、同じになっている。

【0046】

また、静止密封環１１と回転密封環２１の背面の全面は、被密封流体Ｆからの圧力を受けており、摺動面１１ｄ，２１ｄ間の面圧付勢に寄与している。

【0047】

さらに、本実施例のメカニカルシール１においては、静止側Ｏリング１３と回転側Ｏリング２３により規定される静止密封環１１と回転密封環２１の圧力作用径が同一となっている。加えて、本実施例のメカニカルシール１は、静止密封環１１および回転密封環２１の圧力作用径よりもシール部が内径側の位置まで形成されたバランス型のメカニカルシールである。これにより、本実施例のメカニカルシール１においては、静止密封環１１と回転密封環２１に対して軸方向に作用する被密封流体Ｆの圧力の影響が小さくなる。加えて、静止側Ｏリング１３は、静止密封環１１の凹部１１ｅの内周面に径方向に当接し、かつ回転側Ｏリング２３は、回転密封環２１の凹部２１ｅの内周面に径方向に当接している。さらに、静止側Ｏリング１３が収容される凹部１０ｅと凹部１１ｅとにより画成される空間の軸方向の寸法が、静止側Ｏリング１３の断面の径よりも大きく形成され、かつ回転側Ｏリング２３が収容される凹部２０ｅと凹部２１ｅとにより画成される空間の軸方向の寸法が、回転側Ｏリング２３の断面の径よりも大きく形成されている。これにより、本実施例のメカニカルシール１においては、常に静止側Ｏリング１３と回転側Ｏリング２３が静止密封環１１と回転密封環２１の背面に当接してシールカバー１０やスリーブ２０との間で押し潰されることがなく、静止側Ｏリング１３と回転側Ｏリング２３が自身の復元力により静止密封環１１と回転密封環２１にそれぞれ軸方向の力を作用させることがない。そのため、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の付勢力により摺動面１１ｄ，２１ｄ間における荷重を精度よく設定することができる。

【0048】

次いで、本実施例のメカニカルシール１において、回転軸２の軸移動が発生したときの静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の動作について図３および図４を用いて説明する。尚、図２に示される静止密封環１１と回転密封環２１の初期位置において、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の長さは同じものとして説明する。

【0049】

図３に示されるように、右側に向けて回転軸２が移動すると、対向する静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の両方が圧縮状態からさらに縮むように動作する。

【0050】

このように、本実施例のメカニカルシール１においては、右側に向けて回転軸２が移動すると、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２が同一寸法ずつ縮むように動作する。このとき、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の圧縮量、すなわち静止密封環１１の移動量（Ｌ１１）と回転密封環２１の移動量（Ｌ２１）は、回転軸２の移動量（Ｌ２）の半分となる。尚、図３におけるＬ１１、Ｌ２１の矢印の向きは、静止側被取付部材であるシールカバー１０、回転側被取付部材であるスリーブ２０に対する移動方向を表しており、以下の実施例においても同様である。

【0051】

静止密封環１１の移動量（Ｌ１１）と回転密封環２１の移動量（Ｌ２１）は、従って、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の荷重変化量が、従来のスプリングが片側のみ設けられたメカニカルシールと比較して、半分にまで抑えられる。そのため、摺動面１１ｄ，２１ｄ間におけるシール荷重の変化量が、従来のスプリングが片側のみ設けられたメカニカルシールと比較して半分になり、シール性が安定する。このように、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の付勢力が初期位置からそれぞれ略同じだけ増加するため、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の付勢力の均衡は保たれやすくなっている。

【0052】

尚、本実施例のメカニカルシール１においては、静止密封環１１と回転密封環２１に作用する軸方向の力の全てが対向する静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の圧縮により吸収されるため、摺動面１１ｄ，２１ｄ間には静止側スプリング１２と回転側スプリング２２が圧縮されたことによる荷重増加分しか作用しなくなり、結果として荷重の高まりを緩やかにすることができる。

【0053】

さらに、本実施例のメカニカルシール１においては、対向する静止側スプリング１２と回転側スプリング２２が同じバネ定数の圧縮バネであることにより、静止密封環１１および回転密封環２１がシールカバー１０とスリーブ２０の間における中央の位置に保持されやすくなる。そのため、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における過大面圧の発生を抑制しやすくなっている。

【0054】

図４に示されるように、左側に向けて回転軸２が移動すると、対向する静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の両方が圧縮状態から伸びるように動作する。尚、図４は、左側に向けて回転軸２の軸移動量が最大となった状態を示している。

【0055】

このように、本実施例のメカニカルシール１においては、左側に向けて回転軸２が移動すると、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２が同一寸法ずつ伸びるように動作する。このとき、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の伸長量、すなわち静止密封環１１の移動量（Ｌ１１’）と回転密封環２１の移動量（Ｌ２１’）は、回転軸２の移動量（Ｌ２’）の半分となる。従って、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の付勢力が初期位置からそれぞれ略同じだけ減少するため、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における荷重は基準シール荷重から低下するものの、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は圧縮状態で摺動面１１ｄ，２１ｄが圧接された状態が維持されることから、摺動面１１ｄ，２１ｄ間の面開きを確実に防ぐことができる。すなわち、本実施例において、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の初期セット量は、左方への軸移動量の半分よりも十分に大きい量としてある。

【0056】

以上説明したように、メカニカルシール１は、静止密封環１１の摺動面１１ｄと延伸方向において直交する周面である凹部１１ｅの内周面に径方向に当接する静止側Ｏリング１３と、回転密封環２１の摺動面２１ｄと延伸方向において直交する周面である凹部２１ｅの内周面に径方向に当接する回転側Ｏリング２３、静止密封環１１を回転密封環２１側に付勢する静止側スプリング１２と、回転密封環２１を静止密封環１１側に付勢する回転側スプリング２２と、を備えている。これにより、静止密封環１１と回転密封環２１がそれぞれ静止側スプリング１２と回転側スプリング２２により互いに近接する方向、すなわち軸方向に付勢されることにより、静止密封環１１と回転密封環２１に両側から作用する軸方向の力を均一化させやすくなり、摺動面１１ｄ，２１ｄ位置を軸方向に変化させにくくすることができるとともに、外乱や振動によって回転軸２が軸方向に移動しても摺動面１１ｄ，２１ｄ間における摺接状態を維持しつつ、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における荷重変化を小さくすることができる。このようにして、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における被密封流体Ｆの漏れを安定して防ぐことができる。

【0057】

また、静止側スプリング１２は、シールカバー１０から静止密封環１１の摺動面１１ｄと並行な背面１１ｇに当接し、回転側スプリング２２は、スリーブ２０から回転密封環２１の摺動面２１ｄと並行な背面２１ｇに当接しており、摺動面１１ｄ，２１ｄに並行な背面１１ｇ，２１ｇのみに荷重を与える構造であるため、静止側スプリング１２および回転側スプリング２２の荷重設計のみで静止密封環１１および回転密封環２１の位置、例えば初期位置を決めることができる。そのため、例えば静止密封環と回転密封環の形状が異なる場合であっても、より詳しくは、静止密封環の摺動面と回転密封環の摺動面の形状が異なる場合であっても、静止密封環と回転密封環を目的の位置に設定することができる。

【0058】

また、メカニカルシール１は、静止密封環１１とシールカバー１０との間に静止側スプリング１２が設けられ、回転密封環２１とスリーブ２０との間に回転側スプリング２２が設けられている。これにより、簡素な構造で摺動面１１ｄ，２１ｄ間における荷重を安定させることができる。また、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、ゴムベローズ等の他の付勢部材と比べて熱の影響を受けて形状やバネ定数が変化しにくいため、使用温度に係らず摺動面１１ｄ，２１ｄ間における荷重を安定させることができる。

【0059】

また、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、ゴムベローズ等の他の付勢部材と比べて、圧力が掛かった状態でも静止密封環１１と回転密封環２１に対する荷重や作用径を変化させることがないため、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における荷重を安定させることができる。

【0060】

また、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、シールカバー１０に形成される挿入穴１０ｄと、スリーブ２０に形成される挿入穴２０ｄにそれぞれ配置されている。これにより、静止側被取付部材および回転側被取付部材に形成される挿入穴１０ｄ，２０ｄの内周により静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の伸縮がそれぞれガイドされ、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の座屈や傾きが防止されるため、静止密封環１１および回転密封環２１の軸方向の移動を安定させることができ、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における荷重を安定させることができる。

【0061】

さらに、静止密封環１１は、シールカバー１０の凸部１０ｃや凹部１０ｅの外周面に軸方向の移動をガイドされるとともに、回転密封環２１は、スリーブ２０のフランジ部２０ｂや凹部２０ｅの外周面に軸方向の移動をガイドされている。これにより、静止密封環１１および回転密封環２１の軸方向の移動をさらに安定させることができる。

【0062】

また、メカニカルシール１は、静止密封環１１と回転密封環２１に静止側スプリング１２と回転側スプリング２２により軸方向の荷重を与えることができるため、対向する静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の荷重設計により静止密封環１１と回転密封環２１の初期位置における摺動面１１ｄ，２１ｄ間の荷重を精度よく設定することができる。

【0063】

例えば、本実施例のメカニカルシールを従来公知のフローティングシールと対比して説明する。フローティングシールにおけるＯリングのようにシール機能と回り止め機能を兼ねるものにおいては、静止密封環および回転密封環に対して径方向に強い力が発生し、当該径方向の力を受けた静止密封環および回転密封環の変形による摺動面の歪みから摺動面間の漏れに繋がる虞がある。

【0064】

これに対し、本実施例のメカニカルシール１において、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、静止密封環１１および回転密封環２１に対して軸方向のみに力を発生させ、二次シールとして設けられる静止側Ｏリング１３と回転側Ｏリング２３は、静止密封環１１および回転密封環２１に対して径方向に線接触した状態で保持されているため、軸方向の力を発生させず、径方向の力を発生させる。

【0065】

ここで、静止側Ｏリング１３と回転側Ｏリング２３が発生させる径方向の力は、上述したフローティングシールにおいてＯリングが発生させる径方向の力と比較すると非常に小さいため、本実施例のように摺動面１１ｄ，２１ｄ間の漏れに繋がるような静止密封環１１および回転密封環２１の変形を発生させるものではない。

【0066】

また、本実施例のメカニカルシール１における静止密封環１１および回転密封環２１の回り止め機能は、ノックピン１４とドライブピン２４により与えられるものである。すなわち、メカニカルシール１において、静止側Ｏリング１３と回転側Ｏリング２３は、あくまでも二次シールとしてのシール機能のみを有するものであり、対向する静止側スプリング１２と回転側スプリング２２により摺動面１１ｄ，２１ｄ間の荷重を与える構造であることにより、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における被密封流体Ｆの漏れを安定して防ぐことができる。

【0067】

さらに、静止側Ｏリング１３と回転側Ｏリング２３に経年劣化が生じても、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２の付勢力は変わらずに作用するため、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における被密封流体Ｆの漏れを防ぐことができる。また、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、金属製の圧縮バネであるため、合成ゴム等により形成されるＯリングと比較して経年劣化が起こりにくく、摺動面１１ｄ，２１ｄ間の面開きを長期間に亘り防ぐことができる。

【0068】

また、従来公知のフローティングシールでは、仮に回転軸の軸移動等が起きた場合でも、付勢部材であるＯリングが発生させる径方向の力により静止密封環および回転密封環を保持する構造であるため、Ｏリングは転がることがなく、回転側ハウジング・固定側ハウジングと静止密封環および回転密封環との間で固定されたまま変形することとなるため、静止密封環および回転密封環が径方向に揺れやすく、静止密封環および回転密封環の摺動面間の当接状態が不適切になる虞がある。

【0069】

これに対し、本実施例のメカニカルシール１は、静止密封環１１および回転密封環２１を付勢する付勢手段は静止側スプリング１２および回転側スプリング２２のみであり、かつ密封環の倒れを規制する静止側移動規制部１０ｆ，１０ｇおよび回転側移動規制部２０ｆ，２０ｇと二次シールである静止側Ｏリング１３および回転側Ｏリング２３があるため、静止密封環１１および回転密封環２１に軸方向移動が起きた場合でも、径方向への揺れを抑制しながら静止密封環１１および回転密封環２１を軸方向に移動させることができる。詳しくは、静止密封環１１および回転密封環２１の径方向への移動を静止側移動規制部１０ｆ，１０ｇおよび回転側移動規制部２０ｆ，２０ｇが規制することにより、静止側Ｏリング１３および回転側Ｏリング２３が略変形せず、回ったり転がったりすることで静止密封環１１および回転密封環２１を軸方向に移動させることができるため、摺動面１１ｄ，２１ｄ間の当接状態が不適切になることを抑制できる。

【0070】

尚、静止側Ｏリング１３および回転側Ｏリング２３は、常に静止密封環１１および回転密封環２１の背面に当接してシールカバー１０やスリーブ２０との間で押し潰されることがなく、静止側Ｏリング１３と回転側Ｏリング２３が自身の復元力により軸方向の力を発生させないように設けられるものであればよく、例えば図５の変形例１に示されるように、静止側Ｏリング１３がシールカバー１１０における凸部１１０ｃの外周面から内径方向に凹む環状の凹溝１１０ｅ内に配置され、静止密封環１１１の凹部１１１ｅの内周面に径方向に当接し、かつ回転側Ｏリング２３がスリーブ１２０におけるフランジ部１２０ｂの外周面から内径方向に凹む環状の凹溝１２０ｅ内に配置され、回転密封環１２１の凹部１２１ｅの内周面に径方向に当接するように構成されてもよい。尚、変形例１のシールカバー１１０およびスリーブ１２０にも、静止側移動規制部１１０ｆ，１１０ｇおよび回転側移動規制部１２０ｆ，１２０ｇが形成されている。

【0071】

また、図６の変形例２に示されるように、静止側Ｏリング１３が静止密封環１１１における凹部１１１ｅの内周面から外径方向に凹む環状の凹溝１１１ｈ内に配置され、シールカバー１１０における凸部１１０ｃの外周面に径方向に当接し、かつ回転側Ｏリング２３が回転密封環１２１における凹部１２１ｅの内周面から外径方向に凹む環状の凹溝１２１ｈ内に配置され、スリーブ１２０におけるフランジ部１２０ｂの外周面に径方向に当接するように構成されてもよい。尚、変形例２のシールカバー１１０およびスリーブ１２０にも、静止側移動規制部１１０ｆ，１１０ｇおよび回転側移動規制部１２０ｆ，１２０ｇが形成されている。

【0072】

また、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、それぞれ自然長よりも短い圧縮状態で静止密封環１１と回転密封環２１を圧接させている。これにより、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における荷重変化を抑制しつつ、静止密封環１１および回転密封環２１を軸方向に移動させることができる。

【0073】

さらに、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、静止密封環１１と回転密封環２１の軸方向の移動範囲において、それぞれ圧縮状態で静止密封環１１と回転密封環２１を圧接させている。すなわち、一方のスプリングの伸び長が、他方のスプリングの縮み長以上となっている。これにより、一方のスプリングが他方のスプリングの伸縮に対して常に追従できるため、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における荷重変化を抑制しつつ、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における面開きや摺動面１１ｄ，２１ｄの傾きを確実に防ぐことができる。

【0074】

また、静止密封環１１に対する静止側スプリング１２の付勢力が作用する作用径と、回転密封環２１に対する回転側スプリング２２の付勢力が作用する作用径が同一であることにより、静止密封環１１と回転密封環２１に両側から作用する軸方向の力をより均一化させやすくなり、摺動面１１ｄ，２１ｄ位置を軸方向に変化させにくくすることができる。

【0075】

また、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２は、同じバネ定数のスプリングであることにより、静止密封環１１および回転密封環２１の軸方向の動きを制御しやすくなる。すなわち、静止密封環１１および回転密封環２１がシールカバー１０とスリーブ２０の間における中央の位置に保持されやすくなり、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における荷重変化を小さくしやすい。

【実施例0076】

次に、実施例２に係るメカニカルシールにつき、図７を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0077】

本実施例２のメカニカルシール２０１は、図７に示されるように、スリーブ２２０におけるフランジ部２２０ｂが前記実施例１のフランジ部２０ｂよりも軸方向に長く、フランジ部２２０ｂの右面に形成される挿入穴２２０ｄが前記実施例１の挿入穴２０ｄよりも深く形成されている点で前記実施例１と異なる。そのため、静止密封環１１と回転密封環２１の初期位置において回転密封環２１がスリーブ２２０に当接している。

【0078】

詳しくは、対向する静止側スプリング１２と回転側スプリング２２が圧縮状態で静止密封環１１と回転密封環２１を圧接させており、静止密封環１１は初期位置から軸方向両側に移動可能となっているが、回転密封環２１は初期位置から軸方向右側にのみ移動可能となっている。尚、静止密封環１１と回転密封環２１の初期位置において、静止側スプリング１２と回転側スプリング２２から静止密封環１１と回転密封環２１に付与される荷重は均衡している。

【0079】

これにより、対向する静止側スプリング１２と回転側スプリング２２により圧接される静止密封環１１と回転密封環２１の振動が抑制され、静止密封環１１と回転密封環２１の初期位置が維持されやすい。

【0080】

また、回転密封環２１は、初期位置から軸方向右側、すなわち静止密封環１１側にのみ移動可能となっているため、摺動面１１ｄ，２１ｄ間における面開きを確実に防ぐことができる。

【0081】

尚、説明の便宜上、図示を省略するが、静止密封環１１と回転密封環２１の初期位置において静止密封環１１がシールカバーに当接するようにメカニカルシールが構成されてもよく、詳しくは、静止密封環１１は、初期位置から軸方向左側にのみ移動可能となっており、回転密封環２１は、初期位置から軸方向両側に移動可能となっていてもよい。