特許 7007110 メカニカルシールの回り止め機構

(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】2022-01-11

(45)【発行日】2022-01-24

(54)【発明の名称】メカニカルシールの回り止め機構

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/36 20060101AFI20220117BHJP

【ＦＩ】

F16J15/36 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2017103594

(22)【出願日】2017-05-25

(65)【公開番号】P2018200057

(43)【公開日】2018-12-20

【審査請求日】2019-11-20

【審判番号】

【審判請求日】2021-02-25

(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

(73)【特許権者】

【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

(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】喜藤 雅和

(72)【発明者】

【氏名】穴沢 貴光

【合議体】

【審判長】一ノ瀬 覚

【審判官】八木 誠

【審判官】畔津 圭介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１２５６６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】実開昭６１－６７４７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１３－１６０１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－５１１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－３２９２４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F16J15/34-15/38

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機械の回転軸が挿通される静止側の被取付部材と、前記被取付部材に固定された静止側のシールケースと、該シールケースに保持され、静止密封環及び該静止密封環との相対回転が規制されたリテーナから構成された静止密封側部材と、前記回転軸に保持され前記回転軸とともに回転し前記静止密封環と摺接する回転密封環と、前記静止密封環と前記回転密封環とを軸方向に圧接状態に付勢するスプリングと、を備えるメカニカルシールにおける前記リテーナに形成された凹部に前記シールケースに固定されたピン部材を係止させることで前記リテーナを前記シールケースに対して回り止めするメカニカルシールの回り止め機構であって、
前記ピン部材は、前記シールケースを径方向に貫通して形成される孔部に挿通される胴部と、前記孔部の内径よりも太径である頭部とを有し、
前記ピン部材の前記頭部の裏面は平面形状であり、かつ、前記孔部の外径側開口の周囲表面は平面形状であり、
前記ピン部材の前記胴部を、前記シールケースの外径側から該シールケースの外径方向に開放された前記孔部に挿通して、互いに平面形状同士の前記頭部の裏面を前記孔部の周囲表面に当接させることにより、前記胴部の先端部が前記リテーナの前記凹部に係止されることを特徴とするメカニカルシールの回り止め機構。

【請求項2】

前記ピン部材には雄ねじ部が形成され、前記孔部には前記ピン部材の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシールの回り止め機構。

【請求項3】

前記雄ねじ部は、前記胴部の前記先端部よりも前記頭部側に形成され、前記胴部の前記先端部には形成されていないことを特徴とする請求項２に記載のメカニカルシールの回り止め機構。

【請求項4】

前記シールケースに前記ピン部材の前記頭部の外径より大径に形成された大径孔部に、前記ピン部材の前記頭部が挿入されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のメカニカルシールの回り止め機構。

【請求項5】

前記大径孔部は、前記ピン部材の頭部が挿入される第１大径部と、該第１大径部よりも外径側に前記第１大径部より大径に形成された第２大径部とを備えていることを特徴とする請求項４に記載のメカニカルシールの回り止め機構。

【請求項6】

前記ピン部材よりも外径側に抜け止め部材が係合していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のメカニカルシールの回り止め機構。

【請求項7】

前記ピン部材よりも外径側に抜け止め部材が係合し、
前記抜け止め部材には雄ねじ部が形成され、前記大径孔部には前記抜け止め部材の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のメカニカルシールの回り止め機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被密封流体の漏れを制限するメカニカルシールにおける密封環の回り止め機構に関するものである。

【背景技術】

【0002】

メカニカルシールは、回転密封環（回転密封側部材）と、静止密封環（静止密封側部材）と、回転密封環と静止密封環を回転軸の軸方向に付勢するスプリングとからなり、回転密封環の摺動面と静止密封環の摺動面との間において被密封流体の漏れを制限するものである。例えば、特許文献１に記載されたメカニカルシールは、回転密封環は回転軸に取り付けられて回転軸と同期回転するようになっており、静止密封環は、ハウジングに固定されたシールケースに螺合された回り止め機構であるピン部材の頭部が静止密封環に形成された穴に嵌合することで、ハウジング側に対して回転が規制された状態となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－２５７７２３号公報（第３頁、第１図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１のようなメカニカルシールにおける静止密封環の回り止め機構に用いられるピン部材は、シールケースに内径側から径方向に向けて螺合により固定されているため、回転軸の回転に伴う振動等によりピン部材の螺合が緩むと、ピン部材の頭部が回転軸に接触する可能性があり、回転軸の回転性能の低下やメカニカルシールの破損等を引き起こす虞があった。

【0005】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、回転軸の回転性能の低下やメカニカルシールの破損を防止できるメカニカルシールの回り止め機構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】

【0006】

前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシールの回り止め機構は、
回転機械の回転軸が挿通される被取付部材と、前記被取付部材に固定されたシールケースと、該シールケースに保持された少なくとも静止密封環を含む静止密封側部材と、前記回転軸に保持され前記回転軸とともに回転し前記静止密封環と摺接する回転密封環と、前記静止密封環と前記回転密封環とを軸方向に圧接状態に付勢するスプリングと、を備えるメカニカルシールにおける前記静止密封側部材に形成された凹部に前記シールケースに固定されたピン部材を係止させることで前記静止密封側部材を前記シールケースに対して回り止めするメカニカルシールの回り止め機構であって、
前記ピン部材は、前記シールケースを径方向に貫通して形成される孔部に挿通される胴部と、前記孔部の内径よりも太径である頭部とを有し、前記シールケースの外径側から前記孔部を挿通する前記胴部の先端部が前記静止密封側部材の前記凹部に係止されることを特徴としている。
この特徴によれば、シールケースに固定されるピン部材は、シールケースに形成された孔部に外径側から挿通されて胴部の先端部が静止密封側部材の凹部に係止されるとともに、頭部が孔部の内径より太径であるためシールケースの内径方向への移動を規制されていることから、回転軸の回転に伴う振動等によってピン部材の先端部が内径方向に移動して回転軸に接触する虞がなく、回転軸の回転性能の低下やメカニカルシールの破損等を防止することができる。

【0007】

前記ピン部材には雄ねじ部が形成され、前記孔部には前記ピン部材の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、螺合によりピン部材の頭部が孔部の周囲に押圧されることから、シールケースに対してピン部材を強固に固定することができる。

【0008】

前記雄ねじ部は、前記胴部の前記先端部よりも前記頭部側に形成され、前記胴部の前記先端部には形成されていないことを特徴としている。
この特徴によれば、ピン部材の胴部の先端部が静止密封側部材を損傷させ難い。

【0009】

前記シールケースに前記ピン部材の前記頭部の外径より大径に形成された大径孔部に、前記ピン部材の前記頭部が挿入されることを特徴としている。
この特徴によれば、ピン部材の頭部の全部または一部が大径孔部内に埋設されるため、ピン部材の長さ寸法を短くすることができる。

【0010】

前記大径孔部は、前記ピン部材の頭部が挿入される第１大径部と、該第１大径部よりも外径側に前記第１大径部より大径に形成された第２大径部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、外径側から第２大径部内を覗いた際に、ピン部材の状態、即ち適切な螺合状態であるか等を確認し易い。

【0011】

前記ピン部材よりも外径側に抜け止め部材が係合していることを特徴としている。
この特徴によれば、抜け止め部材によりピン部材の外径方向への移動を規制できる。

【0012】

前記抜け止め部材には雄ねじ部が形成され、前記大径孔部には前記抜け止め部材の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、抜け止め部材がピン部材の頭部を押圧してピン部材の径方向の位置を保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例１におけるメカニカルシールの回り止め機構を備えたメカニカルシール示す断面図である。

【図2】静止密封側部材に形成された孔部とピン部材との関係を示す断面図である。

【図3】実施例２におけるメカニカルシールの回り止め機構の静止密封側部材とシールケース及びハウジングとを示す断面図である。

【図4】ピン部材により静止密封側部材がシールケースに回り止めされた状態を示す断面図である。

【図5】セットスクリューをシールケースにおけるピン部材より外径側に螺合させた状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明に係るメカニカルシールの回り止め機構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。尚、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

【実施例1】

【0015】

実施例１に係るメカニカルシールの回り止め機構につき、図１と図２を参照して説明する。

【0016】

図１に示すように、メカニカルシール１は、静止密封側部材１０と回転密封側部材２０と、シールケース３０とから主に構成されている。メカニカルシール１は、回転機械のハウジング（被取付部材）２と、ハウジング２の軸孔３を貫通して回転機械の機外Ａ側に連通するように配置される回転軸４との間に装着されている。機外Ａ側は、海水、水、空気等の雰囲気であり、機内Ｍ側は被密封流体が封入されている。

【0017】

静止密封側部材１０は、メイティングリング６（静止密封環）と図示しない回り止め手段により該メイティングリング６との相対回転が規制されたリテーナ７とから構成され、ハウジング２の軸方向端部に固定手段である固定ボルト５で固定されたシールケース３０内に配置されている。

【0018】

シールケース３０の内周面３０ａに対向するリテーナ７の外周面１０ｂには環状凹部１０ｄが形成されており、環状凹部１０ｄ内に配置されるＯリング１２により静止密封側部材１０とシールケース３０との間がシールされている。また、リテーナ７のメイティングリング６とは反対側の端部には、リテーナ７を径方向に貫通し、かつ軸方向にも開口する凹部１１（回り止め機構）が形成されている。尚、凹部１１は、リテーナ７を径方向に貫通せず、外径側から内径方向に凹む構成であってもよいし、軸方向に開口しない構成であってもよい。

【0019】

回転密封側部材２０は、シールリング８（回転密封環）と、図示しない回り止め手段によりシールリング８に対して相対回転が規制されたリテーナ９と、カラー６０と、スリーブ５０と、スプリング４０とから構成され、回転軸４側に装着されてこの回転軸４と一体的に回転する。静止密封側部材１０と回転密封側部材２０とは、回転軸４の軸方向に沿って互いに対向するように配置されており、それらの対向した端面である摺動面１０ａ，２０ａ同士が密接することにより、被密封流体をシールする。すなわち、メカニカルシール１は外径側から内径側への被密封流体の漏れを制限するインサイド形である。

【0020】

スリーブ５０は、径方向に形成されたネジ孔４９にセットスクリュー４８を螺合させることにより回転軸４に対し非回転状態に固定されており、その内周において外径側に凹む環状凹部５３にはＯリング５４が装着されている。カラー６０は、径方向に形成されたネジ孔５２にセットスクリュー５１を螺合させることによりスリーブ５０に対し非回転状態に固定されている。カラー６０とスリーブ５０との間にはスプリング４０が圧縮状態で配置され、その両端部４１，４２がそれぞれカラー６０とスリーブ５０とに当接している。

【0021】

図２に示されるように、シールケース３０には、径方向にシールケース３０を貫通する貫通孔部１５が形成されている。貫通孔部１５は、内径側に位置する孔部１６（回り止め機構）と、孔部１６の外径側端部に連通する大径孔部１７と、から主に構成されている。

【0022】

大径孔部１７は孔部１６に比べて内径が大径となっており、孔部１６と連通する第１大径部１８と、シールケース３０の外周面側で外部に連通する第２大径部１９とを有している。第２大径部１９は第１大径部１８に比べて内径が大径となっている。また、孔部１６の内周面には後述するピン部材２１（図１参照）に形成された雄ねじ部２２ｂが螺合する雌ねじ部１６ａが形成されている。

【0023】

図２に示されるように、ピン部材２１（メカニカルシールの回り止め機構）は、外周面に雄ねじ部２２ｂを有する胴部２２と、胴部２２に比べて太径に形成された頭部２３とを有している。また、ここでは図示しないが、頭部２３の端部にはスクリュードライバー等が係合する溝が形成されている。ピン部材２１の胴部２２に形成された雄ねじ部２２ｂは、頭部２３側に形成されており、胴部２２の先端部２２ａには形成されていない。

【0024】

また、図１に示されるように、ピン部材２１の頭部２３の外径は、シールケース３０に形成された第１大径部１８の内径より若干小径に形成されているとともに、頭部２３の高さ寸法は、第１大径部１８の深さ寸法と略同寸となっている。

【0025】

ピン部材２１により静止密封側部材１０の回り止めを行う際には、図２に示されるように、ピン部材２１をシールケース３０の貫通孔部１５に挿入し、胴部２２を孔部１６に螺合させる。この螺合により、胴部２２の先端部２２ａがシールケース３０の内側に突出してリテーナ７に形成された凹部１１内に配置される。このように、ピン部材２１の先端部２２ａにリテーナ７が係止されることで、静止密封側部材１０がシールケース３０を介してハウジング２に対して回り止めされる。

【0026】

また、孔部１６の内径より太径であるピン部材２１の頭部２３はその裏面（図２における下面）がシールケース３０の孔部１６の周囲に当接し、ピン部材２１がシールケース３０の内径方向へ抜け止めされる構成となっている。そのため、ピン部材２１の先端部２２ａが内径方向に移動して回転軸４に接触する虞がなく、回転軸４の回転性能の低下やメカニカルシール１の破損等を防止することができる。

【0027】

また、上記したように、ピン部材２１の胴部２２の先端部２２ａには雄ねじ部２２ｂが形成されていないため、リテーナ７に形成された凹部１１内に配置されたピン部材２１の先端部２２ａがリテーナ７を損傷させ難い。

【0028】

また、ピン部材２１には孔部１６に形成された雌ねじ部１６ａに螺合する雄ねじ部２２ｂを備えていることから、ピン部材２１をシールケース３０の外径側からスクリュードライバー等で回すことにより容易にシールケース３０に対して固定することができる。更に、螺合によりピン部材２１の頭部２３の裏面が孔部１６の周囲に押圧されることから、シールケース３０に対してピン部材２１を強固に固定することができる。

【0029】

従来の回り止め機構では、シールケースの内径側からピン部材を螺合させる構成であり、ピン部材の頭部が静止密封側部材に形成された凹部内に配置されるため、静止密封側部材の大型化を防ぐために、その頭部の大きさが制限される。そのため、胴部に至っては小型に形成された頭部に比べて更に細径となることから、ピン部材の強度を十分に確保できないという問題があった。更に、小型に形成された頭部は、シールケースの内周面との接触領域が小さく、ピン部材が緩みやすいという問題があった。尚、環状のシールケースの内周面に対して平面形状のピン部材の頭部の裏面とでは、そもそも接触領域が小さく、ピン部材が緩みやすいという問題があった。

【0030】

これに対して、本実施例における回り止め機構は、上記したようにシールケース３０の外径側からピン部材２１を螺合させる構成であり、ピン部材２１の胴部２２の先端部２２ａがリテーナ７に形成された凹部１１内に配置されるため、十分な強度を有する胴部２２の外径を確保しながら、確実にピン部材２１を内径方向へ抜け止めできる大きさに頭部２３を形成できる。また、頭部２３の裏面と孔部１６の周囲との接触領域を十分に確保できる大きさに頭部２３を形成することができる。更に、孔部１６の周囲が平面形状であることから、ピン部材２１の頭部２３の裏面との接触面積を大きく確保でき、シールケース３０に対してピン部材２１を強固に固定することができる。

【0031】

また、ピン部材２１の頭部２３は、シールケース３０の孔部１６の外径側に形成された第１大径部１８内に案内されるため、挿入しやすくなっている。更に、ピン部材２１の頭部２３がシールケース３０内に埋設された状態で位置するため、ピン部材２１の長さ寸法を短くすることができる。尚、第１大径部１８をシールケース３０の外周面に亘り形成し、内径の異なる第２大径部１９を省略してもよい。

【0032】

また、第２大径部１９は第１大径部１８に比べて内径が大径となっているため、外径側から貫通孔部１５内を覗いた際に、ピン部材２１の状態、即ち適切な螺合状態であるか等を確認し易くなっている。これに加えて、ピン部材２１の頭部２３の高さ寸法が第１大径部１８の深さ寸法と略同寸となっているため、ピン部材２１の頭部２３が第２大径部１９側に突出しているか否かで、ピン部材２１が緩んでいるか否かを判断することができる。

【実施例2】

【0033】

次に、実施例２に係る回り止め機構につき、図３から図５を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。

【0034】

図３に示されるように、メカニカルシール１０１のシールケース１３０には、径方向にシールケース１３０を貫通する貫通孔部１１５が形成されている。貫通孔部１１５は、内径側に位置する孔部１１６と、大径孔部１１７とを備えている。大径孔部１１７は、孔部１１６の外径側端部に連通する第１大径部１１８と、第１大径部１１８の外径端部に連通する第２大径部１１９と、第２大径部１１９の外径端部に連通する第３大径部１２０とから主に構成されている。

【0035】

第２大径部１１９は第１大径部１１８に比べて内径が大径となっており、その内周面に図４及び図５に示すピン部材２１の抜け止め部材であるセットスクリュー１２１（回り止め機構）の外周面に形成された雄ねじ部１２１ｂが螺合する雌ねじ部１１９ａが形成されている。

【0036】

図４に示されるように、ピン部材２１により静止密封側部材１０の回り止めを行う際には、ピン部材２１をシールケース１３０の貫通孔部１１５に挿入し、胴部２２を孔部１１６に螺合させる。この螺合により、胴部２２の先端部２２ａがシールケース１３０の内側に突出し、リテーナ７に形成された凹部１１内に配置される。これによれば、リテーナ７がピン部材２１の先端部２２ａに係止されることで、静止密封側部材１０がシールケース１３０を介してハウジング２に対して回り止めされる。

【0037】

次いで、図４及び図５に示されるように、第２大径部１１９にセットスクリュー１２１を螺合させ、セットスクリュー１２１の先端部１２１ａでピン部材２１の頭部２３をシールケース１３０の内径方向に押圧する。これによれば、ピン部材２１の頭部２３がシールケース１３０における孔部１１６の周囲とセットスクリュー１２１の先端部１２１ａとにより挟まれることになり、ピン部材２１の内径方向と外径方向との両方向への移動が効果的に規制され、ピン部材２１の径方向の位置を保持することができる。

【0038】

また、セットスクリュー１２１の先端部１２１ａは、先細りした形状となっており、仮に頭部の高さ寸法が第１大径部１１８の深さ寸法より短く形成されているピン部材を利用する際にも、先端部１２１ａを第１大径部１１８内に侵入させることができ、先端部１２１ａでピン部材の頭部を押圧することができる。

【0039】

尚、上記したように、セットスクリュー１２１によりピン部材２１のシールケース１３０における外径方向への移動を規制することができるため、セットスクリュー１２１を用いる場合には、ピン部材２１の胴部２２の外周面に形成された雄ねじ部２２ｂ及び、対応するシールケース１３０の孔部１１６の内周面に形成された雌ねじ部１１６ａを省略してもよい。

【0040】

更に尚、大径孔部１１７に固定されてピン部材２１のシールケース１３０における外径方向への移動を規制する抜け止め部材としては、前述のセットスクリュー１２１を用いる態様に限らず、例えば大径孔部１１７の内周面に環状溝を形成し、この環状溝に係合するスナップリングにより抜け止めしてもよいし、樹脂製の栓部材を大径孔部１１７内に圧入して抜け止めしてもよい。

【0041】

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。

【0042】

例えば、実施例１及び実施例２において、ピン部材２１をシールケース３０（３００）の外径方向に移動規制する手段は、上記した螺合によるものに限らず、例えば圧入により移動規制してもよいし、孔部１６（１１６）の内周面に環状溝を設け、この環状溝に係合するスナップリングにより移動規制してもよい。

【0043】

また、ピン部材２１に形成される雄ねじ部について、ピン部材２１の胴部２２の先端部２２ａまで雄ねじ部が形成されていてもよい。更に、ピン部材２１に形成される雄ねじ部について、ピン部材２１の胴部２２の頭部２３側に代えて、例えばピン部材２１の頭部２３の外周に形成し、第１大径部１８の内周に形成した雌ねじ部と螺合させる構成としてもよい。

【0044】

また、実施例１及び実施例２において静止密封側部材１０は、メイティングリング６とリテーナ７とから構成されており、ピン部材２１はリテーナ７に形成された凹部１１に係止されることで、静止密封側部材１０をハウジング２に対して回り止めしているが、静止密封側部材の構造によってはこの態様に限らない。例えば、静止密封側部材がリテーナを備えず、メイティングリングのみから構成されている場合には、メイティングリングの径方向に凹部を形成し、この凹部にピン部材２１の先端部２２ａを係止させる。

【0045】

また、メカニカルシール１（１０１）は内径側から外径側への被密封流体の漏れを制限するアウトサイド形であってもよい。

【0046】

また、メカニカルシール１（１０１）は静止形を例に説明したが、回転形であってもよい。

【符号の説明】

【0047】

１ メカニカルシール
２ ハウジング（被取付部材）
３ 軸孔
４ 回転軸
５ 固定ボルト
６ メイティングリング（静止密封環）
７ リテーナ
８ シールリング（回転密封環）
９ リテーナ
１０ 静止密封側部材
１０ａ 摺動面
１１ 凹部（回り止め機構）
１５ 貫通孔部
１６ 孔部（回り止め機構）
１６ａ 雌ねじ部
１７ 大径孔部
１８ 第１大径部
１９ 第２大径部
２０ 回転密封側部材
２１ ピン部材（回り止め機構）
２２ 胴部
２２ａ 先端部
２２ｂ 雄ねじ部
２３ 頭部
３０ シールケース
３０ａ 内周面
４０ スプリング
５０ スリーブ
６０ カラー
１０１ メカニカルシール
１１５ 貫通孔部
１１６ 孔部
１１６ａ 雌ねじ部
１１７ 大径孔部
１１８ 第１大径部
１１９ 第２大径部
１１９ａ 雌ねじ部
１２０ 第３大径部
１２１ セットスクリュー（抜け止め部材）
１２１ａ 先端部
１２１ｂ 雄ねじ部
１３０ シールケース
Ａ 機外
Ｍ 機内

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】