特許 6991943 分割型メカニカルシール

(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】

(24)【登録日】2021-12-10

(45)【発行日】2022-01-13

(54)【発明の名称】分割型メカニカルシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20220105BHJP

   F16J 15/10 20060101ALI20220105BHJP

   F04D 29/12 20060101ALI20220105BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 E

F16J15/10 C

F16J15/10 T

F04D29/12 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018145902

(22)【出願日】2018-08-02

(65)【公開番号】P2020020424

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-02-18

(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

(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】100163212

【氏名又は名称】溝渕 良一

(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】100156535

【弁理士】

【氏名又は名称】堅田 多恵子

(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】田中 昭雄

【審査官】長清 吉範

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４４８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１４８２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公平０８－００３７６５（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】特開２０１８－０８０７９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １５／３４

Ｆ１６Ｊ １５／１０

Ｆ０４Ｄ ２９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一方が周方向に分割された静止密封環及び回転密封環と、
前記分割型の密封環を被密封流体側において径方向から保持するリテーナと、を備え、
前記静止密封環、前記回転密封環及び前記リテーナがセットボルトにより一体化されて機器に装着される分割型メカニカルシールにおいて、
前記分割型の密封環と前記リテーナとを周方向に亘り接するシール面と、前記被密封流体に向けて露出する受圧面とを有し弾性を備えた二次シールを備え、
前記分割型の密封環と前記リテーナとにより、前記被密封流体に向けて軸方向に開口し、前記二次シールが嵌合される嵌合凹部が形成され、
前記二次シールの前記シール面は、前記嵌合凹部の内底面を構成する前記密封環または前記リテーナと接し、
前記メカニカルシールは、前記静止密封環及び前記回転密封環よりも内周側の前記被密封流体をシールするアウトサイド型メカニカルシールであり、
前記嵌合凹部は、前記受圧面と逆側に形成され前記密封環及び前記リテーナの少なくとも一方から構成される前記内底面と、該内底面と接続し軸方向受圧面側に延びるリテーナ側軸方向面と、前記内底面と接続し軸方向受圧面側に延びる密封環側軸方向面と、から形成され、前記内底面の反対側で軸方向に開口し、
前記二次シールは、前記リテーナ側軸方向面、前記密封環側軸方向面及び前記内底面と周方向全周に亘って接することを特徴とする分割型メカニカルシール。

【請求項2】

前記嵌合凹部は、前記密封環に形成された段差部と、前記リテーナに形成された段差部とを接合することで構成される請求項１に記載の分割型メカニカルシール。

【請求項3】

前記二次シールは、断面視Ｏ型のＯリングから構成されている請求項１または２に記載の分割型メカニカルシール。

【請求項4】

前記静止密封環及び前記回転密封環のいずれもが、周方向に分割された分割型の密封環であり、前記二次シールは、前記静止密封環及び前記回転密封環のいずれにも設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の分割型メカニカルシール。

【請求項5】

前記静止密封環に設けられた前記二次シールの前記受圧面と、前記回転密封環に設けられた前記二次シールの前記受圧面とは、前記回転軸の軸方向に対向している請求項１ないし４のいずれかに記載の分割型メカニカルシール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばポンプ、コンプレッサーなどの各種回転機械の軸封に適用されるものであって、静止密封環と回転密封環との摺動面により被密封流体をシールするように構成されたメカニカルシールに関し、特に、メンテナンス時の分解が困難な大型ポンプ等の機器の軸封部に装着され、静止密封環及び回転密封環の少なくとも一方が周方向に分割された分割型メカニカルシールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の分割型メカニカルシールの周方向に分割された密封環は、円環状の密封環を周方向に複数の分割片に破断して形成されている。このように分割された密封環は、分割片同士の分割面を突き合わせ、破断面同士の不規則且つ微細な凹凸面同士を密接させ円環状にした状態で、外径側から締結バンドやテーパ付きのホルダーによって締め付けることで分割面の隙間を小さくして軸の外周に装着されている。

【0003】

例えば、特許文献１の分割型メカニカルシールは、静止密封環が周方向に二分割されており、静止密封環の内径側にはリテーナが配置され、静止密封環の外径側に配置されたテーパ付きのホルダーをリテーナに固定することで、分割片同士は周方向に締め付けられ環状に保持されている。リテーナの外周に形成され内径側に凹む環状凹部にＯリング等の二次シールを嵌入し、二次シールを静止密封環の内周面に当接させることで、被密封流体の漏れを防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平４－１８５９７６号公報（第２頁、第１図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、このような分割型メカニカルシールに用いられる二次シールにあっては、リテーナの環状凹部に嵌入した状態でその外周部分を静止密封環の内周面に当接させるものであり、回転機械の運転時の振動や被密封流体の圧力変動、温度変化等により当該二次シールの外周部と静止密封環の内周面との間を通って被密封流体が漏洩する虞が生じていた。特に特許文献１で示されるように、被密封流体の密封環の内径側から外径側への漏れを防止するアウトサイド型のメカニカルシールの場合、高圧側である被密封流体の圧力が密封環の内周部に作用し、すなわち分割面を開放させようとする外径方向に加わるため、被密封流体側に配置される二次シールがそのシール機能を十分に発揮できないという問題が生じる虞があった。

【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、周方向に分割された密封環のシール性を向上させることができる分割型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、本発明の分割型メカニカルシールは、
静止密封環及び回転密封環を備え、前記密封環の少なくともいずれか一方は周方向に分割された分割型メカニカルシールにおいて、
前記分割型の密封環を被密封流体側において径方向から保持するリテーナと、
前記分割型の密封環と前記リテーナとを周方向に亘り接するシール面と、前記被密封流体に向けて露出する受圧面とを有し弾性を備えた二次シールとを備えていることを特徴としている。
この特徴によれば、分割型メカニカルシールの被密封流体側に配置された二次シールは、弾性を備えており、この被密封流体に向けて露出する受圧面に当該被密封流体の高い圧力を受けて二次シールが弾性変形し、密封環及びリテーナに接するシール面の接触圧力を高め、シール性を向上させることができる。

【0008】

好適には、前記分割型の密封環と前記リテーナとにより、前記被密封流体に向けて軸方向に開口し、前記二次シールが嵌合される嵌合凹部が形成されている。
これによれば、嵌合凹部内に嵌合された二次シールの径方向の両端部分をそれぞれシール面とするとともに、嵌合凹部の開口部に位置する二次シールの側面部分を受圧面として構成できる。また、二次シールを嵌合凹部に軸方向から簡便に取り付けることができる。

【0009】

好適には、前記嵌合凹部は、前記密封環に形成された段差部と、前記リテーナに形成された段差部とを接合することで構成される。
これによれば、密封環とリテーナとの接合面よりも二次シール側に段差部が形成されているので、二次シールから漏洩した被密封流体が直接接合面に流入し難い。

【0010】

好適には、前記二次シールは、断面視Ｏ型のＯリングから構成されており、該二次シールの前記シール面は、前記嵌合凹部の内底面を構成する前記密封環または前記リテーナと接している。
これによれば、Ｏリングから構成された二次シールのシール面が、密封環とリテーナとの接合部に接することを回避できるため、二次シールがその変形に伴い接合部に入り込む等の不具合を未然に防止することができる。

【0011】

好適には、前記メカニカルシールは、前記静止密封環及び前記回転密封環よりも内周側の前記被密封流体をシールするアウトサイド型メカニカルシールである。
これによれば、静止密封環及び回転密封環よりも内周側にて密封された被密封流体により、二次シールが弾性変形し、シール性を確保することができる。

【0012】

好適には、前記静止密封環及び前記回転密封環のいずれもが、周方向に分割された分割型の密封環であり、前記二次シールは、前記静止密封環及び前記回転密封環のいずれにも設けられている。
これによれば、周方向に分割された静止密封環及び回転密封環のいずれもシール性を高めることができる。

【0013】

好適には、前記静止密封環に設けられた前記二次シールの前記受圧面と、前記回転密封環に設けられた前記二次シールの前記受圧面とは、前記回転軸の軸方向に対向している。
これによれば、静止密封環側の二次シールの受圧面と回転密封環側の二次シールの受圧面とが、被密封流体を介し対向しているため、これらの受圧面間に介在する被密封流体の圧力を均等に受けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例１における分割型メカニカルシールを示す断面図である。

【図2】図１における静止密封環を機外側から軸方向に見た図である。

【図3】図１における静止密封環及び回転密封環の要部拡大図である。

【図4】Ｏリング及び嵌合凹部を示す要部拡大図である。

【図5】図４の状態から分割体がリテーナに対して傾くような外力が生じた状態を示す概略図である。

【図6】本発明の嵌合凹部の変形例１を示す概略図である。

【図7】本発明の嵌合凹部の変形例２を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明に係る分割型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1】

【0016】

実施例１に係る分割型メカニカルシールにつき、図１から図５を参照して説明する。先ず図１の符号１に示す分割型メカニカルシールは、静止密封環１０と回転密封環２０の両方が周方向に分割された構造を有するものである。

【0017】

分割型メカニカルシール１は、これら密封環１０，２０の摺動面Ｓをシール面として、高圧の被密封流体側Ｈである内周側から、低圧流体側Ｌ（例えば大気側）である外周側へ向かって漏れようとする流体をシールするアウトサイド形式、かつ静止密封環１０を軸方向に付勢するスプリング８がハウジング２側に設けられた静止形式であるアウトサイド・静止形のメカニカルシールに適したものであるが、摺動面の外周から内周方向へ向かって漏れようとする流体をシールする形式であるインサイド形のメカニカルシールにも適用可能であるし、またスプリングが回転軸側に設けられた回転形のメカニカルシールにも適用可能である。

【0018】

以下においては、アウトサイド・静止形のメカニカルシールの場合について説明する。

【0019】

図１に示されるように、分割型メカニカルシール１（以下、単に「メカニカルシール１」ともいう）は、ハウジング２の内周面２ａと回転軸３との間の被密封流体側Ｈの被密封流体をシールするために装着される。

【0020】

分割型メカニカルシール１は、ケース４と、リテーナ５Ａ，５Ｂと、スプリング８と、静止密封環１０と、回転密封環２０と、カラー６と、から主に構成されており、その使用前においてはセットボルト２５により一体に構成されるものである。このメカニカルシール１は、後述するように、セットボルト２５を取り外した状態で使用するものである。尚、図１では、セットボルト２５を取り外す前の状態を示している。

【0021】

ハウジング２は、機内側が回転軸３を挿入可能な内周面２ａが形成されるとともに、機外側が開放されており、機外側の端面には、固定ボルト９を接続するための雌ネジ部２ｂが螺設されている。

【0022】

ケース４は、固定ボルト９の軸部が挿通される挿通孔４ａを備えた環状を成し、ハウジング２の内周面２ａに沿って延出する延出部４ｂを備えている。これによれば、ケース４の挿通孔４ａに固定ボルト９を挿入してハウジング２の雌ネジ部２ｂにねじ込むことにより、ケース４をハウジング２に固定することができる。このときケース４の延出部４ｂがハウジング２の内周面２ａに沿って挿入されるに伴い、ケース４とハウジング２の位置合わせが行われ、また固定ボルト９による固定状態では、延出部４ｂの外周面の凹部に設けられたＯリング３１が、ハウジング２の内周面２ａに密接して被密封流体をシールする。

【0023】

またリテーナ５Ａの外周面には、メカニカルシール１を保護するためにカラー６の外径側まで延設された筒状の保護カバー２３が被覆されている。この保護カバー２３は、その外周に巻回されるバンド２１により、リテーナ５Ａと後述するホルダー１４との外周面に対し固着されている。

【0024】

リテーナ５Ａは、回転軸３が挿通される筒状をなし、該筒状部は、ケース４内に挿入される延出部５１と、静止密封環１０が外周面に取り付けられる延出部５２と、を備える。また、筒状部の軸方向中央部には、外径方向に張り出す鍔部５３が形成されており、鍔部５３とケース４との間にスプリング８が介装されている。詳しくは、スプリング８は、ケース４の機外側に軸方向に開口した凹部４ｃと、リテーナ５Ａの鍔部５３との間に、圧縮された状態で軸方向に配置されている。よって静止密封環１０の機内側の側端面は、リテーナ５Ａを介しスプリング８から軸方向の付勢力が負荷されることにより、静止密封環１０の機外側の側端面（摺動面Ｓ）は、回転密封環２０の側端面（摺動面Ｓ）に対して密着している。これによれば、回転密封環２０の側端面に対する静止密封環１０の側端面の軸方向の追従性を高めることができる。そのため、メカニカルシール１の摺動面Ｓにおけるシール性を高めることができる。

【0025】

延出部５１の外周面の凹部に設けられたＯリング３２が、ケース４の内周面に密接してシールする。また延出部５２は、静止密封環１０と回転密封環２０との摺動面Ｓに近接する位置（後述する凸部１０ｄの基端部である静止密封環１０の機外側端部の位置）まで軸方向に延設されており、延出部５２の外周面における先端側（機外側）には、延出部５２と静止密封環１０との隙間をシールするＯリング３３（二次シール）が配置されている。尚、Ｏリング３３によるリテーナ５Ａと静止密封環１０との隙間のシール態様については、後に詳述する。

【0026】

リテーナ５Ａとケース４との間にはノックピン７が配置され、リテーナ５Ａとケース４との相対回転を規制するようになっている。ノックピン７は、ケース４から機外側に突出するように固定されており、リテーナ５Ａの周方向に複数設けられた孔１２に挿入されている。

【0027】

静止密封環１０は、リテーナ５Ａの鍔部５３に接して延出部５２の外周面に取り付けられている。リテーナ５Ａの鍔部５３には、静止密封環１０を外径側から押さえるホルダー１４がソケットボルト１６により周方向の複数個所で固定されている。また、ホルダー１４と静止密封環１０との間には、Ｏリング３４が配置されている。

【0028】

静止密封環１０は、後述するように周方向に２分割される分割体１０ａ，１０ｂ（図２参照）とからなる分割構造であって、例えば、炭化珪素又はカーボン材により形成されている。この静止密封環１０の機外側端部には、機外側に突出する凸部１０ｄが形成されており、凸部１０ｄの機外側端面が摺動面Ｓとなっている。また、静止密封環１０とリテーナ５Ａとの間にはドライブピン１３が配置され、静止密封環１０とリテーナ５Ａとの相対回転を規制するようになっている。ドライブピン１３は、リテーナ５Ａの鍔部５３から静止密封環１０側に突出するように固定されており、静止密封環１０の周方向に複数形成されたドライブピン用切欠き１５に挿入されている。なお、静止密封環１０の分割数は、２分割に限定されることなく、３分割以上でもよい。

【0029】

カラー６は、回転軸３が挿通されるように筒状を成しており、回転軸３から外径方向に張り出して配置されている。カラー６には、径方向に貫通するとともに内周面に雌ネジ部を有する貫通孔６ｃが形成されている。この貫通孔６ｃの雌ネジ部に押圧ネジ２８を螺挿して、押圧ネジ２８の先端が回転軸３の外周面を押圧することで、カラー６を回転軸３に対し固定可能となっている。

【0030】

また、カラー６の機内側には、リテーナ５Ｂが配置されている。リテーナ５Ｂは、回転軸３が挿通される筒状部５４と、筒状部５４の機外側端部から外径方向に張り出す鍔部５５と、を備えている。筒状部５４の機外側内周縁には、機外側に開口する環状切欠部５４ａが形成されており、環状切欠部５４ａには、Ｏリング３５が配置されており、Ｏリング３５の機外側には、カラー６により機内側に押圧される環状のスペーサ１７が配置されている。すなわち、Ｏリング３５は、環状切欠部５４ａとスペーサ１７とで軸方向に挟圧されており、回転軸３とリテーナ５Ｂとの間をシールしている。

【0031】

また、リテーナ５Ｂとカラー６との間にはノックピン１８が配置され、リテーナ５Ｂとカラー６との相対回転を規制するようになっている。ノックピン１８は、カラー６から機内側に突出するように固定されており、リテーナ５Ｂの周方向に複数設けられた孔２７に挿入されている。

【0032】

また、リテーナ５Ｂの筒状部５４の外周面には、回転密封環２０が取り付けられている。また、筒状部５４の機内側端部の外周面には、Ｏリング３６（二次シール）が配置され、リテーナ５Ｂの筒状部５４と回転密封環２０との隙間をシールする。尚、Ｏリング３６によるリテーナ５Ｂと回転密封環２０との隙間のシール態様については、後に詳述する。

【0033】

また、リテーナ５Ｂの鍔部５５には、回転密封環２０を外径側から押さえるホルダー２２がソケットボルト２４により周方向の複数個所で固定されている。また、ホルダー２２と回転密封環２０との間には、Ｏリング３７が配置されている。

【0034】

回転密封環２０は、静止密封環１０と同様に周方向に２分割される分割構造であって、例えば炭化珪素またはカーボンなどの材料で製作される。この回転密封環２０の機内側端面は、平坦に形成されており、凸部１０ｄと摺接する摺動面Ｓとして機能している。また、回転密封環２０とリテーナ５Ｂとの間にはドライブピン１９が配置され、回転密封環２０とリテーナ５Ｂとの相対回転を規制するようになっている。ドライブピン１３は、リテーナ５Ｂの鍔部５５から回転密封環２０側に突出するように固定されており、回転密封環２０の周方向に複数形成されたドライブピン用切欠き２６に挿入されている。なお、回転密封環２０の分割数は、２分割に限定されることなく、３分割以上でもよい。

【0035】

セットボルト２５は、メカニカルシール１のセット状態の軸長を設定するとともに、メカニカルシール１を一体化するものであり、機器への装着の完了後に取り外されるものである。

【0036】

次に、図２を参照しながら、本実施例の静止密封環１０及び回転密封環２０（以下、静止密封環及び回転密封環をまとめて総称する場合には単に「密封環」ということがある）の周方向の分割面について説明する。なお、本発明は、静止密封環１０及び回転密封環２０のいずれにも同様に適用できるものであるが、以下においては、静止密封環１０を例にして説明する。さらに尚、図２では、静止密封環１０を機外側から軸方向に見た状態を図示している。

【0037】

図２に示されるように、静止密封環１０は、一体環状に形成した環状体に外力を付与することで分割された分割体１０ａ，１０ｂとから構成されている。すなわち、分割体１０ａ，１０ｂの分割面１１，１１は、機械加工することなく自然破断された自然破断面であり、複雑且つ微小な多数の凹凸面（図２の拡大部）からなり、破断により生じた分割面１１同士は互いの凹凸面を精緻に補完して符合するため、高いシール機能を得ることができる。

【0038】

次に、図３ないし図５を参照しながら、本実施例の密封環の取付態様について説明する。尚、静止密封環１０の取付態様は、回転密封環２０の取付態様とほぼ同一であるため、静止密封環１０のリテーナ５Ａ及びホルダー１４への取付態様を例にして説明する。

【0039】

図３に示されるように、静止密封環１０は、軸方向機内側に向けて漸次拡径するように傾斜するテーパ面１０ｃを外周面の軸方向略中央部に有している。また、ホルダー１４は、リテーナ５Ａの鍔部５３に固定される基部１４ａと、基部１４ａの内径側から軸方向に延び且つその先端が内径方向に屈曲して延びる鉤状部１４ｂと、を備えている。前述したＯリング３４は、静止密封環１０のテーパ面１０ｃと、ホルダー１４の鉤状部１４ｂとの間に配置されている。

【0040】

静止密封環１０をリテーナ５Ａ及びホルダー１４に取り付ける際には、リテーナ５Ａの延出部５２の外周面に静止密封環１０を配置した後、ホルダー１４と静止密封環１０のテーパ面１０ｃとの間にＯリング３４を配置した状態で、ホルダー１４をソケットボルト１６によりリテーナ５Ａの鍔部５３に固定する。尚、静止密封環１０は、前述のように、分割体１０ａ，１０ｂから構成されるので、延出部５２の外周面に外径側から取付けることができ、取付作業が簡便となっている。

【0041】

ソケットボルト１６を緊締すると、ホルダー１４がリテーナ５Ａの鍔部５３に向けて軸方向に近接し、Ｏリング３４が静止密封環１０のテーパ面１０ｃを軸方向機内側に押圧するようになる。ホルダー１４がリテーナ５Ａの鍔部５３に当接すると、静止密封環１０がリテーナ５Ａの鍔部５３に当接するとともに、テーパ面１０ｃは、軸方向機内側に向けて漸次拡径するように傾斜しているため、Ｏリング３４を介して静止密封環１０に伝わる軸方向機内側への押圧力がテーパ面１０ｃにより内径方向への押圧力に変換され（図２の黒破線矢印参照）、静止密封環１０を構成する分割体１０ａ，１０ｂの分割面１１，１１同士が互いに突き合わせられた状態で周方向に押圧されることで、分割面１１，１１間のシール性が向上する（図２拡大部の白矢印参照）。これにより、被密封流体が分割面１１，１１間から漏洩することが防止されている。また、Ｏリング３３によりリテーナ５Ａの延出部５２と静止密封環１０との隙間から被密封流体が漏洩することが防止されている。

【0042】

このＯリング３３は、静止密封環１０と延出部５２との間に形成された嵌合凹部４０に嵌合されている。図４に示されるように、嵌合凹部４０は、静止密封環１０の機外側内周縁に設けられた段差部４１と、リテーナ５Ａの延出部５２の機外側外周縁に設けられた段差部４２と、から構成されており、軸方向機外側に向けて開口する断面矩形状に形成されている。

【0043】

段差部４１は、静止密封環１０の機外側の端面１０ｅから機内側に向けて軸方向に延びる水平面１０ｆと、水平面１０ｆの機内側端部から内径方向に延びる垂直面１０ｇと、垂直面１０ｇの内径側端部から機内側へ軸方向に延び延出部５２に当接する当接面１０ｈと、から構成されており、軸方向機外側及び内径方向に開放するように形成されている。

【0044】

段差部４２は、延出部５２の機外側の端面５２ａから機内側に向けて軸方向に延びる水平面５２ｂと、水平面５２ｂの機内側端部から外径方向に延びる垂直面５２ｃと、垂直面５２ｃの外径側端部から機内側へ軸方向に延び当接面１０ｈに当接する当接面５２ｄと、から構成されており、軸方向機外側及び外径方向に開放するように形成されている。また、段差部４１の垂直面１０ｇの径方向の寸法Ｌ１は、段差部４２の垂直面５２ｃの径方向の寸法Ｌ２よりも長寸に形成されている（Ｌ１＞Ｌ２）。

【0045】

段差部４１及び段差部４２は、機械加工、成型、鋳造等により切欠き形状に形成されている。

【0046】

このＯリング３３は、断面視Ｏ型のＯリングであり、嵌合凹部４０の周面（水平面１０ｆ及び水平面５２ｂ）と、嵌合凹部４０の内底面（垂直面１０ｇ及び垂直面５２ｃ）に接触している。詳しくは、前述のように、段差部４１の垂直面１０ｇの径方向の寸法Ｌ１は、段差部４２の垂直面５２ｃの径方向の寸法Ｌ２よりも長寸に形成されているため、当接面１０ｈ及び当接面５２ｄは、嵌合凹部４０の内底面において内径側に寄せて配置されており、Ｏリング３３は、嵌合凹部４０の底面における垂直面１０ｇ（当接面１０ｈ及び当接面１０ｈの外径側）に接触している。尚、以下、説明の便宜上、Ｏリング３３と垂直面１０ｇとの接触部分を接触部ＰＴ１（シール面）、Ｏリング３３と水平面５２ｂとの接触部分を接触部ＰＴ２（シール面）、Ｏリング３３と水平面１０ｆとの接触部分を接触部ＰＴ３（シール面）として説明する。

【0047】

また、Ｏリング３３は、断面視において軸方向機外側の半面３３ａ（紙面左側半面）が嵌合凹部４０の開口（軸方向機外側）を介して被密封流体側Ｈに露出している。すなわち、Ｏリング３３の半面３３ａは、被密封流体からの圧力Ｐ１（図４の黒矢印）を受ける受圧面として機能しており、Ｏリング３３は圧力Ｐ１により圧縮される。したがって、Ｏリング３３には、嵌合凹部４０に設置時に生じる接触部ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３への弾性反発力に加え、被密封流体からの圧力Ｐ１を受けるため、接触部ＰＴ１への押圧力Ｐ２、及び接触部ＰＴ２，ＰＴ３への押圧力Ｐ３が生じ、当接面１０ｈと当接面１０ｈとの隙間のシール性が向上している。尚、Ｏリング３３の弾性とは、被密封流体の圧力により変形可能であり、静止密封環１０よりも弾性変形しやすければよい。

【0048】

図５に示されるように、運転時の回転軸３の振動、被密封流体の圧力変動、温度変化等によりリテーナ５Ａに対して静止密封環１０が傾いた場合、本実施例のＯリング３３は、その断面視軸方向機外側の半面３３ａが被密封流体からの圧力Ｐ１を受けて、接触部ＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３に押圧力Ｐ２，Ｐ３が生じているため、Ｏリング３３が変形して追従し、押圧力Ｐ２，Ｐ３によりＯリング３３と垂直面１０ｇ、水平面１０ｆ、水平面５２ｂとの接触部ＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３を維持でき、Ｏリング３３と嵌合凹部４０との間のシール性が保たれる。

【0049】

したがって、弾性反発力の高いＯリング３３を使用しなくても当接面１０ｈと当接面１０ｈとの隙間に被密封流体が入り込むことを防止できる。特に、本実施例のようにアウトサイド型のメカニカルシール１において、当接面１０ｈと当接面１０ｈとの隙間に被密封流体が入り込みにくいので、被密封流体の圧力が分割体１０ａ，１０ｂの分割面１１，１１を開放する方向に作用することを抑制でき、分割面１１，１１のシール機能を十分に発揮することができる。また、比較的弾性反発力の低い安価なＯリング３３を使用することで、メカニカルシール１の組み立て作業も簡便であるとともに、Ｏリング３３を径方向に大きく圧縮できる（径方向に嵩張らない）ので、メカニカルシール１の構造をコンパクトにすることができる。尚、図５では、わかりやすく説明するために、実際よりもリテーナ５Ａに対して静止密封環１０が大きく傾いた状態を図示している。

【0050】

また、リテーナ５Ａの延出部５２は、静止密封環１０と回転密封環２０との摺動面Ｓに近接する位置（凸部１０ｄの基端部である静止密封環１０の機外側端部の位置）まで延びており、該延出部５２の外周面における先端側（機外側）にＯリング３３が配置されているので、分割面１１，１１の軸方向の大部分を密封することができ、被密封流体が分割面１１，１１に流入し難い。

【0051】

尚、リテーナの先端側とは、一方のリテーナにおける軸方向に延びる部分（延出部）の軸方向中心よりも対向する他方のリテーナ側を指し、二次シールが取り付けられる位置は、リテーナの先端側（摺動面Ｓに近い位置）であるほど分割面のシール性が向上するので好ましい。

【0052】

さらに、Ｏリング３３の軸方向機内側には、嵌合凹部４０の垂直面１０ｇに接触する接触部ＰＴ１が設けられているので、Ｏリング３３の半面３３ａが被密封流体の圧力を受けたときにＯリング３３を径方向に膨出するように変形させやすく、接触部ＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３のシール性を向上させることができる。また、Ｏリング３３の受圧面は、Ｏリング３３における断面視軸方向機外側の半面３３ａであるため、被密封流体の圧力を広く受けることができる。

【0053】

また、静止密封環１０とリテーナ５Ａとで形成された嵌合凹部４０にＯリング３３が配置されているので、Ｏリング３３の設置位置を安定させることができる（外れにくい）。また、嵌合凹部４０の開口部から軸方向にＯリング３３を設置することができるため、従来のように、Ｏリング３３を拡径させて外径方向から取り付ける態様に比べて、嵌合凹部４０に対するＯリング３３の取付作業が簡便である。また、嵌合凹部４０内に嵌合されたＯリング３３の嵌合部分（接触部ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３）をシール面とするとともに、嵌合凹部４０の開口部に位置するＯリング３３の半面３３ａを受圧面として構成できる。

【0054】

また、嵌合凹部４０は、静止密封環１０の段差部４１とリテーナ５Ａの段差部４２とを接合することで構成されているので、嵌合凹部４０を簡便に構成できるとともに、密封したい静止密封環１０とリテーナ５Ａとの間の接合面（当接面１０ｈと当接面１０ｈ）を、嵌合凹部４０の内底面（垂直面１０ｇ，５２ｃ）の径方向中央寄りに配置することができる。これによれば、被密封流体が経年などによりＯリング３３から微量に漏洩しても、段差部４１（垂直面１０ｇ）及び段差部４２（垂直面５２ｃ）により堰き止められるので、漏洩した被密封流体が当接面１０ｈと当接面１０ｈ間に被密封流体が直接入り込むことを防止できる。

【0055】

また、Ｏリング３３は、断面視Ｏ型を成しているので、いずれの部位に外力を受けても均一な力で変形することができるようになっている。また、段差部４１の垂直面１０ｇの径方向の寸法Ｌ１は、段差部４２の垂直面５２ｃの径方向の寸法Ｌ２よりも長寸に形成されているため、当接面１０ｈ及び当接面１０ｈは、嵌合凹部４０の底面において内径側に寄せて配置されており、Ｏリング３３は、嵌合凹部４０の底面における垂直面１０ｇ（当接面１０ｈ及び当接面１０ｈの外径側）に接触している。これによれば、Ｏリング３３のシール面（接触部ＰＴ１）が、静止密封環１０とリテーナ５Ａとの接合部（当接面１０ｈと当接面１０ｈの間）に接することを回避できる。すなわち、Ｏリング３３がその変形に伴い当接面１０ｈと当接面１０ｈの間に入り込む等の不具合を未然に防止することができる。

【0056】

尚、段差部４１の垂直面１０ｇの径方向の寸法を段差部４２の垂直面５２ｃの径方向の寸法よりも短寸に形成し、Ｏリング３３が嵌合凹部４０の底面における垂直面５２ｃに接触するようになっていてもよく、この場合であっても上記と同様の効果を発揮することができる。

【0057】

また、静止密封環１０及び回転密封環２０のいずれもが、周方向に分割された分割型の密封環であり、静止密封環１０及び回転密封環２０のいずれにもＯリング３３及びＯリング３６が設けられている。これによれば、静止密封環１０及び回転密封環２０をいずれも周方向に分割したので、静止密封環１０及び回転密封環２０の設置作業が簡便であるとともに、Ｏリング３３及びＯリング３６により静止密封環１０及び回転密封環２０のいずれもシール性を高めることができる。

【0058】

また、図３に示されるように、Ｏリング３３の受圧面（半面３３ａ）と、Ｏリング３６の受圧面とは、回転軸３の軸方向に対向している。これによれば、静止密封環１０側のＯリング３３の受圧面と回転密封環２０側のＯリング３６の受圧面とが、被密封流体を介し対向しているため、これらの受圧面間（所定領域）に介在する被密封流体の圧力を均等に受けることができる。

【0059】

また、嵌合凹部の変形例１として次のようなものもある。図６に示されるように、変形例１の嵌合凹部４０１は、静止密封環１０の段差部４１とリテーナ５０Ａの延出部５２１とから構成されている。延出部５２１は、段差部が設けられていない平坦な環形状を成している。このような形状であっても、Ｏリング３３の半面３３ａは、被密封流体側Ｈに露出しているので、被密封流体の圧力を利用してＯリング３３と嵌合凹部４０１との間のシール性が保たれる。

【0060】

また、嵌合凹部の変形例２として次のようなものもある。図７に示されるように、本変形例２の静止密封環１００は、凸部１００ｄが機外側端面１００ａの内径側に寄せて配置されている。また、リテーナ５００Ａの延出部５２２の機外側端面５２２ａは、静止密封環１００の機外側端面１００ａよりも軸方向機外側に配置され、且つ静止密封環１００（凸部１００ｄ）の摺動面Ｓよりも若干軸方向機内側に配置されている。嵌合凹部４０２は、凸部１００ｄの機外側内周縁と、延出部５２２の機外側外周縁とを周方向に切り欠いて形成されている。また、Ｏリング３３の軸方向左端はリテーナ５００Ａの機外側端面５２２ａと径方向視重なる位置に配置されている。すなわち、実施例１に比べ、嵌合凹部４０２及びＯリング３３を軸方向及び径方向に摺動面Ｓに近い位置に配置することができるため、静止密封環１００の分割面のシール性が向上する。なお、軸方向または径方向に近い位置に配置する形態であってもよい。

【0061】

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

【0062】

例えば、前記実施例では、少なくとも３面が囲まれた嵌合凹部について説明したが、これに限られず、密封環とリテーナとで直交する２面から成る段差部を構成し、該段差部に二次シールの弾性保持力により保持されるようになっていてもよい。

【0063】

また、前記実施例では、アウトサイド型のメカニカルシールについて説明したが、これに限られず、外周側から内周側に向かって漏れようとする被密封流体をシールするインサイド型のメカニカルシールであってもよい。

【0064】

また、前記実施例では、断面視Ｏ型のＯリングを二次シールとして利用する形態を例示したが、これに限られず、断面視矩形状や断面視多角形、断面視Ｘ型等の二次シールを利用してもよい。

【0065】

また、二次シールは、自然状態で環状を成すことに限られず、密封環とリテーナとの間に取り付けられた状態において周方向に連続していれば、自然状態において周方向に分割されていてもよい。二次シールが自然状態において周方向に分割されていても、被密封流体の圧力により二次シールを構成する分割部材同士が密着してシール性を保持することができる。また嵌合凹部は、軸方向に開口しているので、分割構造の二次シールを嵌合凹部に対して取り付ける作業が簡便である。

【0066】

また、前記実施例では、静止密封環１０と回転密封環２０の両方が周方向に分割する構造を有するものについて説明したが、少なくともいずれか一方の密封環が分割構造を有していればよい。

【符号の説明】

【0067】

１ 分割型メカニカルシール
２ ハウジング
３ 回転軸
５Ａ，５Ｂ リテーナ
１０ 静止密封環
１０ａ，１０ｂ 分割体
１１ 分割面
２０ 回転密封環
３３ Ｏリング（二次シール）
３３ａ 半面（受圧面）
３６ Ｏリング（二次シール）
４０ 嵌合凹部
４１，４２ 段差部
５０Ａ リテーナ
１００ 静止密封環
４０１，４０２ 嵌合凹部
５００Ａ リテーナ
Ｈ 被密封流体側
Ｌ 低圧流体側
Ｐ１ 圧力
Ｐ２，Ｐ３ 押圧力
ＰＴ１，ＰＴ１’ 接触部
ＰＴ２，ＰＴ２’ 接触部
ＰＴ３，ＰＴ３’ 接触部
ＰＴ４ 接触部
Ｓ 摺動面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】