特開 2025-29418 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】P2025029418

(43)【公開日】2025-03-06

(54)【発明の名称】メカニカルシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20250227BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023134048

(22)【出願日】2023-08-21

(71)【出願人】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】株式会社ＰＩＬＬＡＲ

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】弁理士法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三浦 直人

(72)【発明者】

【氏名】奥村 淳矢

【テーマコード（参考）】

3J041

【Ｆターム（参考）】

3J041AA01

3J041BB01

3J041BB02

3J041BC03

(57)【要約】

【課題】メカニカルシールのシール面に、安価なコストで凹部を形成できるようにする。
【解決手段】本開示のメカニカルシールは、回転軸側に一体回転可能に設けられ、シール面を有する回転密封環と、前記回転軸を包囲しているケーシング側に設けられ、前記回転密封環の前記シール面に対向するシール面を有する静止密封環と、前記回転密封環及び前記静止密封環のうちの一方を他方側へ押圧する弾性部材と、を備えるメカニカルシールであって、前記回転密封環及び前記静止密封環のうち少なくとも一つの密封環における前記シール面とは反対側の端面の一部が当接する第１当接部と、前記一つの密封環における前記端面の他の一部が当接する第２当接部と、を備え、前記第１当接部と前記第２当接部との間には、前記一つの密封環の前記反対側への変形を許容する空間が形成されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸側に一体回転可能に設けられ、シール面を有する回転密封環と、
前記回転軸を包囲しているケーシング側に設けられ、前記回転密封環の前記シール面に対向するシール面を有する静止密封環と、
前記回転密封環及び前記静止密封環のうちの一方を他方側へ押圧する弾性部材と、を備え、前記回転密封環及び前記静止密封環により被密封流体を機内領域に密封するメカニカルシールであって、
前記回転密封環及び前記静止密封環のうち少なくとも一つの密封環における前記シール面とは反対側の端面の一部が当接する第１当接部と、
前記一つの密封環における前記端面の他の一部が当接する第２当接部と、を備え、
前記第１当接部と前記第２当接部との間には、前記一つの密封環の前記反対側への変形を許容する空間が形成されている、メカニカルシール。

【請求項2】

前記一つの密封環の前記反対側に配置された押し当て部材を備え、
前記押し当て部材は、前記第１当接部及び前記第２当接部を有する、請求項１に記載のメカニカルシール。

【請求項3】

前記押し当て部材は、前記一つの密封環と同心の円環状に形成されている、請求項２に記載のメカニカルシール。

【請求項4】

前記一つの密封環は、硬質材料からなる、請求項１から請求項３のいずれか一項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する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載されたメカニカルシールは、ハウジング側に設けられた静止密封環（固定環）と、回転軸側に設けられて静止密封環に対して摺動する回転密封環（回転環）と、静止密封環を回転密封環側に押圧する弾性部材（ベローズ）と、を備えている。静止密封環及び回転密封環は、弾性部材の付勢力により、互いに密着しながら摺動するシール面（摺動面）を有する。これら両シール面のうち、いずれか一方のシール面には、周方向に複数の凹部（収容ブロック）が形成されている。前記凹部に被密封流体が入り込むことで、両シール面間に潤滑膜が形成され、両シール面の潤滑性が確保される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－０２８２１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記メカニカルシールでは、静止密封環及び回転密封環は、耐摩耗性に優れた硬質材料の炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなるので、汎用の工作機械によってシール面に凹部を切削加工するのは困難である。このため、シール面に凹部を形成するには、特殊な加工方法を採用せざるを得ず、製造コストが高くなってしまう。

【0005】

本開示は、メカニカルシールのシール面に、安価なコストで凹部を形成できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本開示は、回転軸側に一体回転可能に設けられ、シール面を有する回転密封環と、前記回転軸を包囲しているケーシング側に設けられ、前記回転密封環の前記シール面に対向するシール面を有する静止密封環と、前記回転密封環及び前記静止密封環のうちの一方を他方側へ押圧する弾性部材と、を備え、前記回転密封環及び前記静止密封環により被密封流体を機内領域に密封するメカニカルシールであって、前記回転密封環及び前記静止密封環のうち少なくとも一つの密封環における前記シール面とは反対側の端面の一部が当接する第１当接部と、前記一つの密封環における前記端面の他の一部が当接する第２当接部と、を備え、前記第１当接部と前記第２当接部との間には、前記一つの密封環の前記反対側への変形を許容する空間が形成されている、メカニカルシールである。

【0007】

本開示のメカニカルシールによれば、前記一つの密封環におけるシール面とは反対側の端面は、弾性部材の弾性力および被密封流体の圧力により、第１当接部及び第２当接部に強く押し当てられる。これにより、前記一つの密封環の一部分が、両当接部の間に形成された空間に向かって突出するように前記反対側に変形する。この変形により、前記一つの密封環のシール面における前記一部分に対応する領域が前記反対側に向かって窪むので、その領域内に凹部が形成される。したがって、弾性部材の弾性力および被密封流体の圧力を利用することで、メカニカルシールのシール面に凹部が形成されるので、安価なコストで凹部を形成することができる。

【0008】

（２）前記（１）のメカニカルシールは、前記一つの密封環の前記反対側に配置された押し当て部材を備え、前記押し当て部材は、前記第１当接部及び前記第２当接部を有するのが好ましい。
この場合、第１当接部及び第２当接部は、押し当て部材にユニット化されるので、メカニカルシールを容易に組み立てることができる。

【0009】

（３）前記（２）のメカニカルシールにおいて、前記押し当て部材は、前記一つの密封環と同心の円環状に形成されているのが好ましい。
この場合、円環状の押し当て部材における周方向の任意の位置に、第１当接部及び第２当接部を配置できるので、前記一つの密封環のシール面における周方向の任意の位置に凹部を形成することができる。

【0010】

（４）前記（１）から（３）のいずれかのメカニカルシールにおいて、前記一つの密封環は、硬質材料からなるのが好ましい。
この場合、加工が困難である硬質材料からなる前記一つの密封環のシール面にも、安価なコストで凹部を形成することができる。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、メカニカルシールのシール面に、安価なコストで凹部を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態に係るメカニカルシールの断面図である。

【図2】第１実施形態の押し当て部材及び静止密封環を示す斜視図である。

【図3】第２実施形態に係るメカニカルシールの断面図である。

【図4】第２実施形態の押し当て部材及び回転密封環を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、本開示の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
［第１実施形態］
＜全体構成＞
図１は、第１実施形態に係るメカニカルシール１の断面図である。図１において、メカニカルシール１は、ポンプ等の回転機器７０に用いられ、回転機器７０の内部において被密封流体を密封するものである。メカニカルシール１は、回転機器７０の回転軸７１と、回転軸７１を包囲しているケーシング７２との間において、回転軸７１の軸方向に沿って配置されている。

【0014】

以下、本明細書において、「軸方向」とは、回転軸７１の軸線Ｘに沿った方向である。また、本明細書において「径方向」とは、回転軸７１の軸線Ｘに対して直交する方向であり、「周方向」とは、回転軸７１の軸線Ｘ回りの方向である。また、本明細書では、便宜上、図１の右側を軸方向一方側といい、図１の左側を軸方向他方側という（図３も同様）。

【0015】

本実施形態のメカニカルシール１は、いわゆる回転型のメカニカルシールである。メカニカルシール１は、回転軸７１に一体回転可能に設けられた回転ユニット２と、ケーシング７２に設けられた静止ユニット３と、を備える。

【0016】

＜回転ユニット＞
回転ユニット２は、第１リテーナ１１、セットスクリュー１２、ドライブカラー１３、スプリング（弾性部材）１４、第２リテーナ１５、及び回転密封環１６を備える。第１リテーナ１１は、円環状に形成され、回転軸７１の軸方向一方側の外周面に嵌合されている。第１リテーナ１１には、周方向に配置された複数（図１では１つのみ図示）のセットスクリュー１２が径方向に締め込まれている。これにより、第１リテーナ１１は、回転軸７１に固定されている。

【0017】

ドライブカラー１３は、第１リテーナ１１の軸方向他方側に間隔をあけて配置されている。ドライブカラー１３は、円環状に形成され、回転軸７１の外周面に対して軸方向に移動可能に嵌合されている。ドライブカラー１３は、ドライブピン（図示省略）を介して第１リテーナ１１に対して軸方向に移動可能に保持され、かつ第１リテーナ１１に対する相対回転が規制されている。

【0018】

第１リテーナ１１とドライブカラー１３との間には、スプリング１４が周方向に間隔をあけて複数（図１では１つのみ図示）設けられている。スプリング１４は、例えば圧縮コイルスプリングである。スプリング１４は、その弾性力により、ドライブカラー１３を第１リテーナ１１に対して軸方向他方側へ押圧している。

【0019】

第２リテーナ１５は、ドライブカラー１３の軸方向他方側に隣接して配置されている。第２リテーナ１５は、円環状に形成され、回転軸７１の外周面に対して軸方向に移動可能に嵌合されている。第２リテーナ１５の軸方向一方側の端部は、ドライブカラー１３に固定されている。これにより、第２リテーナ１５は、ドライブカラー１３と共に回転軸７１に対して軸方向に移動可能に保持され、かつドライブカラー１３に対する相対回転が規制されている。第２リテーナ１５の内周面と回転軸７１の外周面との間は、Ｏリング１７によりシール（二次シール）されている。

【0020】

回転密封環１６は、円環状に形成され、第２リテーナ１５の軸方向他方側の端部に固定されている。回転密封環１６は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、超硬合金等の耐摩耗性に優れた硬質材料からなる。回転密封環１６の軸方向他方側には、シール面１６ａが形成されている。シール面１６ａは、径方向に延びる平坦な面である。回転密封環１６は、スプリング１４の弾性力により、ドライブカラー１３及び第２リテーナ１５を介して軸方向他方側へ押圧されている。

【0021】

＜静止ユニット＞
静止ユニット３は、シールケース３１、押し当て部材３２、及び静止密封環３３を備える。シールケース３１は、円筒状に形成されている。シールケース３１は、回転機器７０の機内領域Ａと機外領域Ｂとを区画するために、回転軸７１を包囲してケーシング７２に固定されている。具体的には、シールケース３１の軸方向一方側の側面は、ケーシング７２の軸方向他方側の側面に当接した状態で、ボルト３４及びナット３５によりケーシング７２に固定されている。シールケース３１の軸方向一方側の側面とケーシング７２の軸方向他方側の側面との間は、Ｏリング３６によりシール（二次シール）されている。

【0022】

シールケース３１の内周側には、径方向内方に延びる段差面３１ａが形成されている。段差面３１ａは、軸方向一方側（回転ユニット２側）に面している。シールケース３１の内周面には、押し当て部材３２が嵌合して固定されている。押し当て部材３２は、段差面３１ａの軸方向一方側に隣接して配置され、かつ静止密封環３３の軸方向他方側に隣接して配置されている。押し当て部材３２の詳細については後述する。

【0023】

静止密封環３３は、円環状に形成され、押し当て部材３２の軸方向一方側においてシールケース３１の内周面に嵌合して固定されている。静止密封環３３は、回転密封環１６と同様に、ＳｉＣ、超硬合金等の耐摩耗性に優れた硬質材料からなる。静止密封環３３の外周面とシールケース３１の内周面との間は、Ｏリング３７によりシール（二次シール）されている。

【0024】

静止密封環３３の軸方向一方側には、回転密封環１６のシール面１６ａに対向するシール面３３ａが形成されている。このシール面３３ａは、径方向に延びる平坦な面である。静止密封環３３のシール面３３ａには、スプリング１４により軸方向他方側に押圧される回転密封環１６のシール面１６ａが密着した状態で摺動する。これにより、回転密封環１６及び静止密封環３３の両シール面１６ａ，３３ａよりも径方向外側に、被密封流体が密封される機内領域Ａが形成される。静止密封環３３の軸方向他方側（シール面３３ａの反対側）には、シール面３３ａと平行な端面３３ｂが形成されている。端面３３ｂは、径方向全体にわたって平坦に形成されている。

【0025】

＜押し当て部材＞
図２は、押し当て部材３２及び静止密封環３３を示す斜視図である。図２では、便宜上、押し当て部材３２及び静止密封環３３は、互いに軸方向に離れた状態で示されている。図１及び図２において、押し当て部材３２は、その軸方向一方側から静止密封環３３が押し当てられる部材である。

【0026】

押し当て部材３２は、静止密封環３３と同心の円環状に形成された板部材からなる。押し当て部材３２は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム、チタン等の加工が容易な材料からなる。押し当て部材３２の軸方向他方側の側面３２０は、その全体がシールケース３１の段差面３１ａに面接触するように、径方向に平坦に形成されている。

【0027】

押し当て部材３２の軸方向一方側の側面３２１には、軸方向他方側に窪む凹溝３２２が周方向に間隔（図２では等間隔）をあけて複数形成されている。これら複数の凹溝３２２は、汎用の工作機械により、押し当て部材３２の基材を切削加工することによって形成される。各凹溝３２２は、押し当て部材３２の径方向の幅全体にわたって形成されている。各凹溝３２２は、軸方向一方側から見て、略台形状に形成されている。各凹溝３２２は、押し当て部材３２の径方向内端から径方向外端へ向かうに従って周方向の溝幅が徐々に大きくなるように形成されている。

【0028】

押し当て部材３２は、複数の凹溝３２２が形成されることで、軸方向一方側に突出する複数の当接部３２３を有する。すなわち、押し当て部材３２は、凹溝３２２を挟んで周方向に間隔をあけて一体に形成された複数の当接部３２３を有する。複数の当接部３２３は、所定数の第１当接部３２４と、所定数の第２当接部３２５と、を含む。

【0029】

第１当接部３２４及び第２当接部３２５は、同数であり、押し当て部材３２の周方向に交互に配置されている。本実施形態の押し当て部材３２は、８個の当接部３２３を有し、４個の第１当接部３２４及び４個の第２当接部３２５が、押し当て部材３２の周方向に交互に配置されている。

【0030】

第１当接部３２４は、押し当て部材３２の側面３２１の一部である突出端面３２４ａを有する。同様に、第２当接部３２５は、押し当て部材３２の側面３２１の他の一部である突出端面３２５ａを有する。

【0031】

押し当て部材３２の側面３２１には、スプリング１４により押圧される静止密封環３３の端面３３ｂが当接する。第１当接部３２４の突出端面３２４ａには、静止密封環３３の端面３３ｂにおける周方向の一部が当接する。この第１当接部３２４と周方向に隣接する第２当接部３２５の突出端面３２５ａには、静止密封環３３の端面３３ｂにおける周方向の他の一部が当接する。

【0032】

周方向に隣り合う第１当接部３２４と第２当接部３２５との間における凹溝３２２内には、空間Ｓ１が形成されている。つまり、押し当て部材３２には、凹溝３２２と同数（ここでは８個）の空間Ｓ１が、周方向に間隔をあけて形成されている。空間Ｓ１は、静止密封環３３における空間Ｓ１に対応する周方向の一部分が、軸方向他方側へ向かって突出するように変形するのを許容している。

【0033】

静止密封環３３のシール面３３ａには、被密封流体の圧力が作用するため、静止密封環３３は、シール面３３ａから端面３３ｂに向かって軸方向他方側に押圧される。静止密封環３３が、スプリング１４の弾性力および被密封流体の圧力により軸方向他方側へ押圧されると、静止密封環３３の端面３３ｂが、押し当て部材３２の周方向に隣り合う第１当接部３２４及び第２当接部３２５の各突出端面３２４ａ，３２５ａに強く押し当てられる。そうすると、静止密封環３３における空間Ｓ１に対応する一部分が、空間Ｓ１内の軸方向他方側へ向かって突出するように変形する。

【0034】

静止密封環３３の前記一部分が変形すると、静止密封環３３のシール面３３ａでは、前記一部分に対応する領域Ｃ（図２の二点鎖線で示す領域）が、軸方向他方側へ向かって僅かに窪み、領域Ｃ内に凹部３３ｃが形成される。これにより、静止密封環３３のシール面３３ａには、周方向に複数（図２では８個）の凹部３３ｃが形成される。各凹部３３ｃの軸方向の深さは、数μｍである。なお、図１及び図２の静止密封環３３は、変形前の状態を示している。

【0035】

静止密封環３３のシール面３３ａに形成された各凹部３３ｃには、機内領域Ａの被密封流体が入り込む。これにより、回転密封環１６及び静止密封環３３の両シール面１６ａ，３３ａ間には、被密封流体により潤滑膜が形成され、両シール面１６ａ，３３ａの潤滑性が確保される。

【0036】

＜作用効果＞
本実施形態のメカニカルシール１によれば、静止密封環３３の軸方向他方側の端面３３ｂは、スプリング１４の弾性力および被密封流体の圧力により、押し当て部材３２の第１当接部３２４及び第２当接部３２５に強く押し当てられる。これにより、静止密封環３３の周方向の一部分が、周方向に隣り合う両当接部３２４，３２５の間に形成された空間Ｓ１内に向かって突出するように変形する。この変形により、静止密封環３３のシール面３３ａにおける前記一部分に対応する領域Ｃが軸方向他方側に向かって窪むので、領域Ｃ内に凹部３３ｃが形成される。したがって、スプリング１４の弾性力および被密封流体の圧力を利用することで、静止密封環３３のシール面３３ａに凹部３３ｃが形成されるので、安価なコストで凹部３３ｃを形成することができる。特に、静止密封環３３が硬質材料からなる場合、静止密封環３３のシール面３３ａに凹部を加工するのが困難であるため、本実施形態の構成を採用することがより有効となる。

【0037】

第１当接部３２４及び第２当接部３２５は、押し当て部材３２に一体に形成されてユニット化されている。このため、押し当て部材３２をシールケース３１の内周に配置するだけで、第１当接部３２４及び第２当接部３２５をケーシング７２側に取り付けることができる。したがって、メカニカルシール１を容易に組み立てることができる。

【0038】

押し当て部材３２は、静止密封環３３と同心の円環状に形成されている。これにより、円環状の押し当て部材３２における周方向の任意の位置に、第１当接部３２４及び第２当接部３２５を形成できるので、静止密封環３３のシール面３３ａにおける周方向の任意の位置に凹部３３ｃを形成することができる。

【0039】

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態に係るメカニカルシール１の断面図である。本実施形態のメカニカルシール１は、いわゆる静止型のメカニカルシールである点と、押し当て部材の凹溝の形状が異なる点で、第１実施形態と相違する。本実施形態のメカニカルシール１は、第１実施形態と同様に、回転軸７１に一体回転可能に設けられた回転ユニット２と、ケーシング７２に設けられた静止ユニット３と、を備える。

【0040】

＜回転ユニット＞
回転ユニット２は、スリーブ２１、押し当て部材２２、及び回転密封環２３を備える。スリーブ２１は、回転軸７１の外周に嵌合して固定された円筒状のスリーブ本体２１ａと、スリーブ本体２１ａの軸方向一方側の端部から径方向外側に延びる円環部２１ｂと、円環部２１ｂの径方向外端から軸方向他方側に延びる円筒部２１ｃと、を有する。

【0041】

スリーブ２１の円筒部２１ｃの内周面における軸方向一方側には、押し当て部材２２が嵌合して固定されている。押し当て部材２２は、スリーブ２１の円環部２１ｂの軸方向他方側に隣接して配置され、かつ回転密封環２３の軸方向一方側に隣接して配置されている。押し当て部材２２の詳細については後述する。

【0042】

回転密封環２３は、円環状に形成され、押し当て部材２２の軸方向他方側においてスリーブ２１の円筒部２１ｃの内周面に嵌合して固定されている。回転密封環２３は、第１実施形態の回転密封環１６と同様に、硬質材料からなる。回転密封環２３の軸方向他方側には、シール面２３ａが形成されている。シール面２３ａは、径方向に延びる平坦な面である。

【0043】

回転密封環２３の軸方向一方側（シール面２３ａの反対側）には、シール面２３ａと平行な端面２３ｂが形成されている。端面２３ｂは、径方向全体にわたって平坦に形成されている。円筒部２１ｃの内周面と回転密封環２３の外周面との間は、Ｏリング２４によりシール（二次シール）されている。

【0044】

＜静止ユニット＞
静止ユニット３は、シールケース４１、リテーナ４２、スプリング（弾性部材）４３、及び静止密封環４４を備える。シールケース４１の軸方向一方側の側面は、ケーシング７２の軸方向他方側の側面に当接した状態で、ボルト４５及びナット４６によりケーシング７２に固定されている。シールケース４１の軸方向一方側の側面とケーシング７２の軸方向他方側の側面との間は、Ｏリング４７によりシール（二次シール）されている。

【0045】

シールケース４１は、ケーシング７２よりも径方向内側に延びる壁部４１ａと、壁部４１ａの径方向内端から軸方向一方側に延びる円筒部４１ｂと、を有する。シールケース４１の他の構成は、第１実施形態のシールケース３１（段差面３１ａを除く）と同様であるため、説明を省略する。

【0046】

リテーナ４２は、円環状に形成され、シールケース４１の円筒部４１ｂの外周面に対して軸方向に移動可能に嵌合されている。リテーナ４２の内周面と円筒部４１ｂの外周面との間は、Ｏリング４８によりシール（二次シール）されている。

【0047】

リテーナ４２とシールケース４１の壁部４１ａとの間には、スプリング４３が周方向に間隔をあけて複数（図３では１つのみ図示）設けられている。スプリング４３は、例えば圧縮コイルスプリングである。スプリング４３は、その弾性力により、リテーナ４２をシールケース４１に対して軸方向一方側へ押圧している。

【0048】

静止密封環４４は、円環状に形成され、リテーナ４２の軸方向一方側の端部に固定されている。静止密封環４４は、第１実施形態の静止密封環３３と同様に、硬質材料からなる。静止密封環４４の軸方向一方側には、回転密封環２３のシール面２３ａに対向するシール面４４ａが形成されている。このシール面４４ａは、径方向に延びる平坦な面である。静止密封環４４は、スプリング４３の弾性力により、リテーナ４２を介して軸方向一方側へ押圧されている。これにより、回転密封環２３は、スプリング４３の弾性力により、リテーナ４２及び静止密封環４４を介して軸方向一方側へ押圧されている。

【0049】

静止密封環４４のシール面４４ａは、スプリング４３により軸方向一方側に押圧されることで、回転密封環２３のシール面２３ａに密着している。回転密封環２３のシール面２３ａは、静止密封環４４のシール面４４ａに密着した状態で摺動する。これにより、回転密封環２３及び静止密封環４４の両シール面２３ａ，４４ａよりも径方向外側に、被密封流体が密封される機内領域Ａが形成される。

【0050】

＜押し当て部材＞
図４は、押し当て部材２２及び回転密封環２３を示す斜視図である。図４では、便宜上、押し当て部材２２及び回転密封環２３は、互いに軸方向に離れた状態で示されている。図３及び図４において、押し当て部材２２は、その軸方向他方側から回転密封環２３が押し当てられる部材である。

【0051】

押し当て部材２２は、回転密封環２３と同心の円環状に形成された板部材からなる。押し当て部材２２は、第１実施形態の押し当て部材３２と同様に、加工が容易な材料からなる。押し当て部材２２の軸方向一方側の側面２２０は、その全体がスリーブ２１の円環部２１ｂにおける軸方向他方側の側面２１ｂ１に面接触するように、径方向に平坦に形成されている。

【0052】

押し当て部材２２の軸方向他方側の側面２２１には、軸方向一方側に窪む凹溝２２２が周方向に間隔（図４では等間隔）をあけて複数形成されている。これら複数の凹溝２２２は、汎用の工作機械により、押し当て部材２２の基材を切削加工することによって形成される。各凹溝２２２は、押し当て部材２２の径方向途中部から径方向外端まで形成されている。各凹溝２２２は、軸方向他方側から見て、略Ｕ字状に形成されている。各凹溝２２２は、押し当て部材２２の径方向途中部から径方向外端へ向かうに従って周方向の溝幅が徐々に大きくなるように形成されている。

【0053】

押し当て部材２２は、複数の凹溝２２２が形成されることで、軸方向他方側に突出する複数の当接部２２３を有する。すなわち、押し当て部材２２は、凹溝２２２を挟んで周方向に間隔をあけて一体に形成された複数の当接部２２３を有する。複数の当接部２２３は、所定数の第１当接部２２４と、所定数の第２当接部２２５と、を含む。

【0054】

第１当接部２２４及び第２当接部２２５は、同数であり、押し当て部材２２の周方向に交互に配置されている。本実施形態の押し当て部材２２は、８個の当接部２２３を有し、４個の第１当接部２２４及び４個の第２当接部２２５が、押し当て部材２２の周方向に交互に配置されている。周方向に隣り合う第１当接部２２４及び第２当接部２２５は、押し当て部材２２における凹溝２２２よりも径方向内側において、互いに繋がっている。

【0055】

第１当接部２２４は、押し当て部材２２の側面２２１の一部である突出端面２２４ａを有する。同様に、第２当接部２２５は、押し当て部材２２の側面２２１の他の一部である突出端面２２５ａを有する。

【0056】

押し当て部材２２の側面２２１には、スプリング４３により押圧される回転密封環２３の端面２３ｂが当接する。第１当接部２２４の突出端面２２４ａには、回転密封環２３の端面２３ｂにおける周方向の一部が当接する。この第１当接部２２４と周方向に隣接する第２当接部２２５の突出端面２２５ａには、回転密封環２３の端面２３ｂにおける周方向の他の一部が当接する。

【0057】

周方向に隣り合う第１当接部２２４と第２当接部２２５との間における凹溝２２２内には、空間Ｓ２が形成されている。つまり、押し当て部材２２には、凹溝２２２と同数（ここでは８個）の空間Ｓ２が、周方向に間隔をあけて形成されている。空間Ｓ２は、回転密封環２３における空間Ｓ２に対応する周方向の一部分が、軸方向一方側へ向かって突出するように変形するのを許容している。

【0058】

回転密封環２３のシール面２３ａには、被密封流体の圧力が作用するため、回転密封環２３は、シール面２３ａから端面２３ｂに向かって軸方向一方側に押圧される。回転密封環２３が、スプリング４３の弾性力および被密封流体の圧力により軸方向一方側へ押圧されると、回転密封環２３の端面２３ｂが、押し当て部材２２の周方向に隣り合う第１当接部２２４及び第２当接部２２５の各突出端面２２４ａ，２２５ａに強く押し当てられる。そうすると、回転密封環２３における空間Ｓ２に対応する一部分が、空間Ｓ２内の軸方向一方側へ向かって突出するように変形する。

【0059】

回転密封環２３の前記一部分が変形すると、回転密封環２３のシール面２３ａでは、前記一部分に対応する領域Ｄ（図４の二点鎖線で示す領域）が、軸方向一方側へ向かって僅かに窪み、領域Ｄ内に凹部２３ｃが形成される。これにより、回転密封環２３のシール面２３ａには、周方向に複数（図４では８個）の凹部２３ｃが形成される。各凹部２３ｃの軸方向の深さは、数μｍである。なお、図３及び図４の回転密封環２３は、変形前の状態を示している。

【0060】

回転密封環２３のシール面２３ａに形成された各凹部２３ｃには、機内領域Ａの被密封流体が入り込む。これにより、回転密封環２３及び静止密封環４４の両シール面２３ａ，４４ａ間には、被密封流体により潤滑膜が形成され、両シール面２３ａ，４４ａの潤滑性が確保される。

【0061】

＜作用効果＞
本実施形態のメカニカルシール１によれば、回転密封環２３の軸方向一方側の端面２３ｂは、スプリング４３の弾性力および被密封流体の圧力により、押し当て部材２２の第１当接部２２４及び第２当接部２２５に強く押し当てられる。これにより、回転密封環２３の周方向の一部分が、周方向に隣り合う両当接部２２４，２２５の間に形成された空間Ｓ２内に向かって突出するように変形する。この変形により、回転密封環２３のシール面２３ａにおける前記一部分に対応する領域Ｄが軸方向一方側に向かって窪むので、領域Ｄ内に凹部２３ｃが形成される。したがって、スプリング４３の弾性力および被密封流体の圧力を利用することで、回転密封環２３のシール面２３ａに凹部２３ｃが形成されるので、安価なコストで凹部２３ｃを形成することができる。特に、回転密封環２３が硬質材料からなる場合、回転密封環２３のシール面２３ａに凹部を加工するのが困難であるため、本実施形態の構成を採用することがより有効となる。

【0062】

第１当接部２２４及び第２当接部２２５は、押し当て部材２２に一体に形成されてユニット化されている。このため、押し当て部材２２をシールケース４１の内周に配置するだけで、第１当接部２２４及び第２当接部２２５をケーシング７２側に取り付けることができる。したがって、メカニカルシール１を容易に組み立てることができる。

【0063】

押し当て部材２２は、回転密封環２３と同心の円環状に形成されている。これにより、円環状の押し当て部材２２における周方向の任意の位置に、第１当接部２２４及び第２当接部２２５を形成できるので、回転密封環２３のシール面２３ａにおける周方向の任意の位置に凹部２３ｃを形成することができる。

【0064】

［その他］
上記各実施形態において、凹部３３ｃ，２３ｃが形成される密封環３３，２３は、硬質材料以外の他の材料により構成されてもよい。上記各実施形態の押し当て部材３２，２２の形状は、円環状に限定されず、円弧状等の任意の形状であればよい。押し当て部材３２，２２の凹溝３２２，２２２の形状は、上記各実施形態に限定されず、任意の形状であればよい。押し当て部材３２，２２は、第１当接部３２４，２２４及び第２当接部３２５，２２５を少なくとも１個ずつ有していればよい。

【0065】

第１実施形態の押し当て部材３２を、第２実施形態の押し当て部材２２として用いてもよい。その場合、第２実施形態において、回転密封環２３の軸方向一方側に押し当て部材３２を配置する際に、当接部３２３が軸方向他方側に突出するように押し当て部材３２を配置すればよい。

【0066】

同様に、第２実施形態の押し当て部材２２を、第１実施形態の押し当て部材３２として用いてもよい。その場合、第１実施形態において、静止密封環３３の軸方向他方側に押し当て部材２２を配置する際に、当接部２２３が軸方向一方側に突出するように押し当て部材２２を配置すればよい。

【0067】

第１実施形態では、静止密封環３３の軸方向他方側に押し当て部材３２を配置しているが、押し当て部材３２の凹溝３２２部分をカットし、第１当接部３２４及び第２当接部３２５だけを周方向に間隔をあけて配置してもよい。同様に、第２実施形態では、回転密封環２３の軸方向一方側に押し当て部材２２を配置しているが、押し当て部材２２の凹溝２２２部分をカットし、第１当接部２２４及び第２当接部２２５だけを周方向に間隔をあけて配置してもよい。

【0068】

当接部３２４，２２４の「第１」という記載と、当接部３２５，２２５の「第２」という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いたものである。したがって、前記「第１」及び前記「第２」を逆に用いてもよい。

【0069】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0070】

１ メカニカルシール
１４ スプリング（弾性部材）
１６ 回転密封環
１６ａ シール面
２２ 押し当て部材
２３ 回転密封環
２３ａ シール面
２３ｂ 端面
２３ｃ 凹部
３２ 押し当て部材
３３ 静止密封環
３３ａ シール面
３３ｂ 端面
３３ｃ 凹部
４３ スプリング（弾性部材）
４４ 静止密封環
４４ａ シール面
７１ 回転軸
７２ ケーシング
２２４ 第１当接部
２２５ 第２当接部
３２４ 第１当接部
３２５ 第２当接部
Ａ 機内領域
Ｓ１ 空間
Ｓ２ 空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】