特許 7165042 メカニカルシール及びその使用方法

(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】2022-10-25

(45)【発行日】2022-11-02

(54)【発明の名称】メカニカルシール及びその使用方法

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20221026BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018233762

(22)【出願日】2018-12-13

(65)【公開番号】P2020094650

(43)【公開日】2020-06-18

【審査請求日】2021-06-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】日本ピラー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100084342

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 久巳

(74)【代理人】

【識別番号】100213883

【弁理士】

【氏名又は名称】大上 雅史

(72)【発明者】

【氏名】奥西 泰之

(72)【発明者】

【氏名】清水 孝行

(72)【発明者】

【氏名】石島 政直

【審査官】羽鳥 公一

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５９－１１５１６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２００９／０６６６６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭４７－００２９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４９－０３８７７７（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １５／３４－１５／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールケースに設けられたケース側密封環及びシールケースを貫通する回転軸に設けられた軸側密封環であって、当該両密封環の一方であってシールケース又は回転軸に軸線方向移動可能に保持された可動密封環及び当該両密封環の他方であってシールケース又は回転軸に固定された固定密封環と、
可動密封環に作用する軸線方向推力であって当該両密封環の対向端面である密封端面間を閉じる方向に作用する閉力を発生させる閉力発生手段と、
ケース側密封環の密封端面における径方向中央部に形成された当該密封端面と同心をなす円環状の凹溝であって、当該密封端面を外周側密封端面部分と内周側密封端面部分とに分割する圧力発生溝と、ケース側密封環及びシールケースに形成されて前記圧力発生溝内に各別に連通する給圧路及び排圧路と、を具備して、給圧路から圧力発生溝内へ供給され圧力発生溝内から排圧路へ排出されるエクスターナル流体により圧力発生溝内に生じる圧力によって、可動密封環に作用する軸線方向推力であって前記両密封環の密封端面間を開く方向に作用する開力を発生させる開力発生手段と、
前記エクスターナル流体の供給量及び前記エクスターナル流体の排出量の両方又は一方を制御することにより前記圧力発生溝内に生じる圧力を調整する圧力調整手段と、
を具備して、前記両密封環の相対回転作用によりケース側密封環の外周側密封端面部分の外周側領域及び当該ケース側密封環の内周側密封端面部分の内周側領域の一方である被密封流体領域とその他方である非密封流体領域とを区画して、被密封流体の流体をシールするように構成されているメカニカルシールを使用する方法であって、
シール条件に応じて前記エクスターナル流体の性状を選択すると共に前記圧力調整手段 により前記圧力発生溝内に生じる圧力を調整するようにすることを特徴とするメカニカル シールの使用方法。

【請求項3】

ケース側密封環がシールケースに固定された固定密封環であり、軸側密封環が回転軸に 軸線方向移動可能に保持された可動密封環であるメカニカルシールを使用することを特徴とする、請求項１又は２に記載するメカニカルシールの使用方法。

【請求項4】

ケース側密封環がシールケースに軸線方向移動可能に保持された可動密封環であり、軸 側密封環が回転軸に固定された固定密封環であるメカニカルシールを使用することを特徴 とする、請求項１又は２に記載するメカニカルシールの使用方法。

【請求項5】

ケース側密封環の内外周側密封端面部分が径方向幅を０．１～０．８ｍｍとするナイフ エッジに構成されているメカニカルシールを使用することを特徴とする、請求項１～４の 何れかに記載するメカニカルシールの使用方法。

【請求項7】

エクスターナル流体として気体を使用し、圧力調整手段により圧力発生溝内に生じる圧力を調整して、開力を閉力より大きくすることにより、ケース側密封環の内外周密封端面部分と軸側密封環の密封端面とが非接触状態で相対回転するノンコンタクトシール機能を 発揮させるようにすることを特徴とする、請求項１～５の何れかに記載するメカニカルシールの使用方法。

【請求項8】

エクスターナル流体として液体又は気体を使用し、圧力調整手段により圧力発生溝内に生じる圧力を調整して、当該圧力を被密封流体領域の流体圧力より低く且つ非密封流体領 域の流体圧力より高くすると共に開力の大きさを閉力以下とすることにより、ケース側密封環の内外周密封端面部分と軸側密封環の密封端面とが接触状態で相対回転して被密封流体領域と非密封流体領域とを圧力発生溝内のエクスターナル流体領域を介して区画、シールするタンデムシール機能を発揮させるようにすることを特徴とする、請求項１～５の何 れかに記載するメカニカルシールの使用方法。

【請求項9】

エクスターナル流体として液体又は気体を使用し、圧力調整手段により圧力発生溝内に 生じる圧力を調整して、当該圧力を被密封流体領域及び非密封流体領域の流体圧力より高 くすると共に開力の大きさを閉力以下とすることにより、ケース側密封環の内外周密封端 面部分と軸側密封環の密封端面とが接触状態で相対回転して被密封流体領域と非密封流体 領域とを圧力発生溝内のエクスターナル流体領域を介して区画、シールするダブルシール 機能を発揮させるようにすることを特徴とする、請求項１～５の何れかに記載するメカニ カルシールの使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばビーズミルや攪拌機等の各種回転機器に装備されるメカニカルシール及びその使用方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来のメカニカルシールは、その機能及び構造上、一般に、１個のメカニカルシールで構成されるシングルシールと２個のメカニカルシールで構成されるデュアルシールとに大別され、シングルシールとしては、両密封環が接触状態で相対回転するコンタクトシール（例えば、特許文献１）と両密封環間に被密封流体領域より高圧のシールガスを供給することによって両密封環を非接触状態で相対回転させるノンコンタクトシール（例えば、特許文献２）とが周知であり、デュアルシールとしては、２個のメカニカルシールを同じ向きに縦列させて、両メカニカルシール間に形成される中間室に被密封流体領域より低圧で且つ非密封流体領域より高圧のエクスターナル流体を供給するようにしたタンデムシール（例えば、特許文献３）と、２個のメカニカルシールを逆向きに縦列させて、両メカニカルシール間に形成される中間室に被密封流体領域及び非密封流体領域より高圧のエクスターナル流体を供給するようにしたダブルシール（例えば、特許文献４）とが周知である。

【0003】

而して、これらのメカニカルシールは、被密封流体領域の流体（被密封流体）の性状や圧力等のシール条件に適した機能、構造のものが選定され、使用される。

【0004】

【文献】特開２０１６－０５６８７３号公報

【文献】特開２０１４－２１９０４２号公報

【文献】特開２００２－１４７６１８号公報

【文献】特開２０１８－０４４５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ユーザの業種や回転機器の用途によっては同一の回転機器において処理すべき運転条件や被密封流体の性状等のシール条件が変更される場合があり、かかる場合、変更されたシール条件によってはこれに適した機能、構造のメカニカルシールに交換する必要が生じる場合がある。

【0006】

このようにメカニカルシールを交換する場合、メカニカルシールの交換作業、つまり既存のメカニカルシールの取外し作業及び新たなメカニカルシールの取り付け作業に膨大な時間、労力及び費用を要することになり、甚だ不便且つ不経済であった。

【0007】

また、運転中において被密封流体の圧力や回転軸の回転速度等のシール条件が変動、変化する場合があるが、従来のメカニカルシールではかかる場合に対応できず、良好なメカニカルシール機能が発揮できなくなったり、メカニカルシールを交換する必要がないとしても、メカニカルシール構成部品の交換、修理を余儀なくされるといった問題もあった。

【0008】

本発明は、このような問題を解決すべくなされたもので、シール条件が変更、変動、変化された場合にも、メカニカルシールの交換やメカニカルシール構成部品の交換、修理を必要とすることなく、シール条件に最適するメカニカルシール機能を発揮させることができるメカニカルシール及びその使用方法を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記の目的を達成すべく、以下のように構成されたメカニカルシール及び当該メカニカルシールの使用方法を提案する。

【0010】

すなわち、本発明のメカニカルシールは、シールケースに設けられたケース側密封環及びシールケースを貫通する回転軸に設けられた軸側密封環であって、当該両密封環の一方であってシールケース又は回転軸に軸線方向移動可能に保持された可動密封環及び当該両密封環の他方であってシールケース又は回転軸に固定された固定密封環と、
可動密封環に作用する軸線方向推力であって当該両密封環の対向端面である密封端面間を閉じる方向に作用する閉力を発生させる閉力発生手段と、
ケース側密封環の密封端面における径方向中央部に形成された当該密封端面と同心をなす円環状の凹溝であって、当該密封端面を外周側密封端面部分と内周側密封端面部分とに分割する圧力発生溝と、ケース側密封環及びシールケースに形成されて前記圧力発生溝内に各別に連通する給圧路及び排圧路と、を具備して、給圧路から圧力発生溝内へ供給され圧力発生溝内から排圧路へ排出されるエクスターナル流体により圧力発生溝内に生じる圧力によって、可動密封環に作用する軸線方向推力であって前記両密封環の密封端面間を開く方向に作用する開力を発生させる開力発生手段と、
前記エクスターナル流体の供給量及び前記エクスターナル流体の排出量の両方又は一方を制御することにより前記圧力発生溝内に生じる圧力を調整する圧力調整手段と、
を具備して、前記両密封環の相対回転作用により当該両密封環の外周側領域及びその内周側領域の一方である被密封流体領域とその他方である非密封流体領域とを区画して被密封流体領域の流体をシールするように構成されていることを特徴とするものである。

【0011】

かかるメカニカルシールの好ましい実施の形態にあっては、閉力発生手段がスプリングで構成されている。また、ケース側密封環がシールケースに固定された固定密封環であり、軸側密封環が回転軸に軸線方向移動可能に保持された可動密封環であるか、或はケース側密封環がシールケースに軸線方向移動可能に保持された可動密封環であり、軸側密封環が回転軸に固定された固定密封環である。また、ケース側密封環の内外周側密封端面部分は径方向幅の微小な尖端形状に構成しておくことが好ましい。

【0012】

また、本発明のメカニカルシールの使用方法は、上記した本発明のメカニカルシールを使用する方法であって、シール条件に応じて前記エクスターナル流体の性状を選択すると共に前記圧力調整手段により前記圧力発生溝内に生じる圧力を調整するようにすることを特徴とするものである。

【0013】

かかるメカニカルシールの使用方法の好ましい実施の形態にあっては、例えば、（１）（２）のようなシングルシールとして又は（３）（４）のようなデュアルシールとして、シール条件に最適するメカニカルシール機能を発揮させる。

【0014】

（１）エクスターナル流体として液体又は気体を使用し、圧力調整手段により圧力発生溝内に生じる圧力を調整して、開力の大きさを閉力以下とすることにより、ケース側密封環の内外周密封端面部分と軸側密封環の密封端面とが接触状態で相対回転するコンタクトシール機能を発揮させるようにする。

【0015】

（２）エクスターナル流体として気体を使用し、圧力調整手段により圧力発生溝内に生じる圧力を調整して、開力を閉力より大きくすることにより、ケース側密封環の内外周密封端面部分と軸側密封環の密封端面とが非接触状態で相対回転するノンコンタクトシール機能を発揮させるようにする。

【0016】

（３）エクスターナル流体として液体又は気体を使用し、圧力調整手段により圧力発生溝内に生じる圧力を調整して、当該圧力を被密封流体領域の流体圧力より低く且つ非密封流体領域の流体圧力より高くすると共に開力の大きさを閉力以下とすることにより、ケース側密封環の内外周密封端面部分と軸側密封環の密封端面とが接触状態で相対回転して被密封流体領域と非密封流体領域とを圧力発生溝内のエクスターナル流体領域を介して区画、シールするタンデムシール機能を発揮させるようにする。

【0017】

（４）エクスターナル流体として液体又は気体を使用し、圧力調整手段により圧力発生溝内に生じる圧力を調整して、当該圧力を被密封流体領域及び非密封流体領域の流体圧力より高くすると共に開力の大きさを閉力以下とすることにより、ケース側密封環の内外周密封端面部分と軸側密封環の密封端面とが接触状態で相対回転して被密封流体領域と非密封流体領域とを圧力発生溝内のエクスターナル流体領域を介して区画、シールするダブルシール機能を発揮させるようにする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、圧力調整手段により圧力発生溝内に生じるエクスターナル流体の圧力を調整し、必要に応じてエクスターナル流体の性状を変更することにより、シール条件が変更、変動、変化する場合にも、メカニカルシールの交換やメカニカルシール構成部品の交換、修理を必要とすることなく、シール条件に最適するメカニカルシール機能（コンタクシール機能、ノンコンタクトシール機能、タンデムシール機能又はダブルシール機能）を発揮させることができる。また、本発明のメカニカルシールは、１個のメカニカルシールで構成されるものでありながら、２個のメカニカルシールを軸線方向に縦列させてなるデュアルシールと同等のシール機能（タンデムシール機能又はダブルシール機能）を発揮させうるものであるから、デュアルシールを使用する必要があるシール条件であるにも拘わらず、十分な設置スペースを確保できないためにデュアルシールを使用できないときにも、当該シール条件に最適するメカニカルシール機能を発揮させることができるものであり、その実用的価値、極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係るメカニカルシールの一例を示す断面図（断面は図３の Ｉ－Ｉ線に沿う）である。

【図2】図１と異なる断面を示す図１相当の断面図（断面は図３のII－II線に沿う）である。

【図3】図１のIII －III 線に沿う断面図である。

【図4】図１の要部を拡大して示す断面図である。

【図5】本発明に係るメカニカルシールの変形例を示す断面図（断面は図７のＶ－Ｖ線に沿う）である。

【図6】図５と異なる断面を示す図５相当の断面図（断面は図７のＶＩ－ＶＩ線に沿う）である。

【図7】図５のVII － VII線に沿う断面図である。

【図8】図５の要部を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。

【0021】

図１は本発明に係るメカニカルシールの一例を示す断面図（断面は図３のＩ－Ｉ線に沿う）であり、図２は図１と異なる断面を示す図１相当の断面図（断面は図３のII－II線に沿う）であり、図３は図１のIII －III 線に沿う断面図であり、図４は図１の要部を拡大して示す断面図である。

【0022】

図１及び図２に示すメカニカルシール（以下「第１メカニカルシール」という）Ｍ１は、タービン，ブロワ，コンプレッサ，攪拌機等の回転機器に装備されるものであり、筒状のシールケース１と、シールケース１に設けられたケース側密封環２と、シールケース１を洞貫する当該回転機器の回転軸３に設けられた軸側密封環４とを具備して、両密封環２，４の対向端面である密封端面２１，４１の相対回転作用により、被密封流体領域Ａと非密封流体領域Ｂとを区画して、被密封流体領域Ａの流体（被密封流体）をシールするものである。この例では、被密封流体領域Ａは両密封環２，４の外周側領域である当該回転機器の機内領域であり、非密封流体領域Ｂは両密封環２，４の内周側領域である当該回転機器の機外領域であって、大気領域である。なお、以下の説明においては、便宜上、前後とは図１及び図２における左右をいうものとする。

【0023】

シールケース１は、図１及び図２に示す如く、当該回転機器のハウジング５に取り付けられたケース体１１とこれに取り付けられた密封環保持体１２とからなる。ケース体１１は、ハウジング５に取り付けられた円環状のフランジ部１１ａと、フランジ部１１ａの内周部から前方に延びる円筒状の本体部１１ｂと、本体部１１ｂの前端部から内周方向に延びる円環状の固定部１１ｃとからなる一体構造物である。密封環保持体１２は、断面方形状の円筒状のもので、ケース体１１の固定部１１ｃに当接すると共にケース体１１の本体部１１ｂの内周部に嵌合した状態で、ケース体１１の前端側部分に取り付けられている。

【0024】

回転軸３は、図１及び図２に示す如く、シールケース１を同心状に貫通しており、軸本体３１とその外周部に嵌合されたスリーブ３２とからなる。スリーブ３２は、その先端部（後端部）に断面Ｌ字状の保持部３２ａ，３２ｂを一体形成した円筒状のものである。すなわち、スリーブ３２の先端部には外周方向に張り出す円環状の第１保持部３２ａが形成されており、第１保持部３２ａの外周部にはシールケース１の密封環保持体１２に向けて延びる円筒状の第２保持部３２ｂが形成されている。スリーブ３２は、図１に示す如く、シールケース１外において、基端部（前端部）に嵌合させた固定リング３３を適当数のセットスクリュー３４，３５により軸本体３１及びスリーブ３２の基端部に取り付けることによって、軸本体３１に固定されている。

【0025】

ケース側密封環２は、図２に示す如く、セラミックス、超硬合金等の周知の密封環構成材（この例では、炭化珪素等の硬質材）で構成された円環状体であり、断面方形状の基端部（前端部）２ａを、シールケース１の密封環保持体１２の先端部（後端部）に形成した環状凹部１２ａに嵌合させた状態で、Ｏリング２２，２３及びドライブピン２４を介して当該密封環保持体１２に固定されている。すなわち、ケース側密封環２はシールケース１に固定された固定密封環である。

【0026】

ケース側密封環２の先端面（後端面）は、回転軸３の軸線（以下、単に「軸線」という）に直交する環状平滑面である密封端面２１に構成されており、この密封端面２１は、その径方向中央部に後述する円環状の圧力発生溝７１を同心状に形成することにより、当該密封端面２１と同心をなす円環状の内周側密封端面部分２１ａと外周側密封端面部分２１ｂとに分離されている。すなわち、ケース側密封環２は、図４に示す如く、前記環状凹部１２ａに嵌合された円筒状の基端部２ａと、その先端内周縁部から内方へとテーパ状に延びる円環状の内周側突起２ｂと、当該基端部２ａの先端外周縁部から外方へとテーパ状に延びる円環状の外周側突起２ｃとからなる円環状体であり、内外周側突起２ｂ，２ｃの先端面を夫々内周側密封端面部分２１ａ及び外周側密封端面部分２１ｂに形成したものである。この例では、内外周側密封端面部分２１ａ，２１ｂを、何れも、径方向幅を微小（例えば、０．１～０．８ｍｍ（好ましくは０．４～０．７ｍｍ））とするナイフエッジに構成してある。

【0027】

軸側密封環４は、図１及び図２に示す如く、セラミックス、超硬合金等の周知の密封環構成材（この例では、炭化珪素等の硬質材）で構成された断面方形状の円環状体であり、先端面（前端面）を軸線に直交する円環状の平滑面である密封端面４１に構成してある。軸側密封環４は、その密封端面４１をケース側密封環２の密封端面２１（内外周側密封端面部分２１ａ，２１ｂ）に直対向させた状態で、外周部を回転軸３のスリーブ３２の第２保持部３２ｂにＯリング４２を介して嵌合させることにより、軸線方向に移動可能に保持されている。すなわち、軸側密封環４は、回転軸３に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環である。軸側密封環４の密封端面４１は、図４に示す如く、その内径をケース側密封環２の密封端面２１の内径つまり内周側密封端面部分２１ａの内径より小さく設定すると共に、その外径をケース側密封環２の密封端面２１の外径つまり外周側密封端面部分２１ｂの外径より大きく設定したもので、ケース側密封環２の密封端面２１と同心をなすものである。なお、図２に示す如く、軸側密封環４の内周部にはスリーブ３２の第１保持部３２ａに設けたドライブピン４３が係合されていて、軸側密封環４の回転軸３に対する相対回転を、その所定範囲での軸線方向移動を許容する状態で、阻止している。

【0028】

而して、上記した第１メカニカルシールＭ１にあっては、上記構成に加えて、次のような閉力発生手段６、開力発生手段７及び圧力調整手段８が設けられている。

【0029】

すなわち、閉力発生手段６は、可動密封環（軸側密封環）４に作用する軸線方向推力であって両密封環２，４の密封端面２１，４１間を閉じる方向に作用する閉力Ｆｃを発生させるものである。この例では、閉力発生手段６が、図２に示す如く、軸側密封環４とスリーブ３２の第１保持部３２ａとの間に介装したスプリング６１で構成されている。この例では、スプリング６１はコイルスプリングであり、図４に示す如く、コイルスプリング６１の附勢力により、軸側密封環４はケース側密封環２へと押圧、附勢され、両密封端面２１，４１を接近させる方向への軸線方向推力である閉力Ｆｃを発生させる。この閉力Ｆｃはコイルスプリング６１の附勢力によって決定されるものであり、一定である。なお、コイルスプリング６１は、周方向に等間隔を隔てて複数個（１個のみ図示）配置されている。

【0030】

また、開力発生手段７は、図１に示す如く、ケース側密封環２の密封端面２１における径方向中央部に形成された圧力発生溝７１と、ケース側密封環２及びシールケース１に形成されて圧力発生溝７１内に各別に連通する給圧路７２及び排圧路７３とを具備する。

【0031】

圧力発生溝７１は、図４に示す如く、ケース側密封環２の密封端面２１における径方向中央部に形成された当該密封端面２１と同心をなす円環状凹溝であり、当該密封端面２１を内周側密封端面部分２１ａと外周側密封端面部分２１ｂとに分離する。すなわち、圧力発生溝７１は、ケース側密封環２の基端部２ａとこれから突出する内外周側突起２ｂ，２ｃとで囲繞形成された断面台形状の円環状溝である。開力Ｆｏが発生していない状態では、可動密封環４の密封端面４１がコイルスプリング６１の附勢力（閉力Ｆｃ）によりケース側密封環２の密封端面２１（内外周側密封端面部分２１ａ，２１ｂ）に当接されて、当該密封端面４１により圧力発生溝７１が閉塞される。

【0032】

給圧路７２は、図１に示す如く、シールケース１の密封環保持体１２の外周部に形成された凹溝をシールケース１のケース体１１の本体部１１ｂの内周面で閉塞してなる円環状のヘッダ室７２ａと、当該本体部１１ｂを径方向に貫通してヘッダ室７２ａに連通する入口通路７２ｂと、ケース側密封環２の基端部２ａを軸線方向に貫通して圧力発生溝７１に連通する複数個の圧力供給通路７２ｃと、各圧力供給通路７２ｃとヘッダ室７２ａとを連通する複数個の連通路７２ｄとからなり、エクスターナル流体Ｅを入口通路７２ｂからヘッダ室７２ａ、各連通路７２ｄ及び各圧力供給通路７２ｃを経て圧力発生溝７１に供給する。この例では、図３に示す如く、ケース側密封環２の基端部２ａにその円周方向に等間隔を隔てて３個の圧力供給通路７２ｃを形成してある。これらの圧力供給通路７２ｃは同一径の円形孔とされている。

【0033】

排圧路７３は、図１に示す如く、シールケース１の密封環保持体１２の外周部に形成された凹溝をシールケース１のケース体１１の本体部１１ｂの内周面で閉塞してなる円環状のヘッダ室７３ａと、当該本体部１１ｂを径方向に貫通してヘッダ室７３ａに連通する出口通路７３ｂと、ケース側密封環２の基端部２ａを軸線方向に貫通して圧力発生溝７１に連通する複数個の圧力排出通路７３ｃと、各圧力排出通路７３ｃとヘッダ室７３ａとを連通する複数個の連通路７３ｄとからなり、エクスターナル流体Ｅを圧力発生溝７１から各圧力排出通路７３ｃ、各連通路７３ｄ及びヘッダ室７３ａを経て出口通路７３ｂへと排出する。この例では、図３に示す如く、ケース側密封環２の基端部２ａにその円周方向に等間隔を隔てて３個の圧力排出通路７３を形成してあり、各圧力排出通路７３ｃは、ケース側密封環２の基端部２ａの円周方向において隣接する圧力供給通路７２ｃ，７２ｃの中間に位置されており、圧力供給通路７２ｃと同一径の円形孔とされている。エクスターナル流体Ｅとしては、第１メカニカルシールＭ１が必要とするメカニカルシール機能やシール条件（被密封流体の性状等）に応じて選択した水、油等の液体や窒素ガス等の気体が使用されるが、一般には、ほとんどの被密封流体に対して不活性であり且つ大気領域Ｂに放出しても無害な常温の水又は窒素ガスが使用される。

【0034】

而して、圧力発生溝７１内には、圧力発生溝７１内から排圧路７３へのエクスターナル流体Ｅの排出量を給圧路７２から圧力発生溝７１内へのエクスターナル流体Ｅの供給量より少なくすることにより、その給排量差に応じてエクスターナル流体Ｅの圧力Ｐが作用する。すなわち、給圧路７２から圧力発生溝７１に供給されるエクスターナル流体Ｅの圧力と圧力発生溝７１から排圧路７３へと排出されるエクスターナル流体Ｅの圧力との圧力差によって、圧力発生溝７１内には当該圧力Ｐが生じる。そして、図４に示す如く、当該圧力Ｐが固定密封環２の内周側密封端面部分２１ａの外周縁とその外周側密封端面部分２１ｂの内周縁との間に位置する可動密封環４の密封端面４１の部分Ｓに作用することによって、可動密封環４に作用する軸線方向推力であって両密封端面２１，４１間を開く方向に作用する開力Ｆｏが発生する。

【0035】

圧力調整手段８は、給圧路７２から圧力発生溝７１内へのエクスターナル流体Ｅの供給量及び圧力発生溝７１内から排圧路７３へのエクスターナル流体Ｅの排出量の両方又は一方を制御することにより前記圧力発生溝７１内に生じる圧力Ｐを調整するものである。

【0036】

この例では、圧力調整手段８が、図１に示す如く、エクスターナル流体Ｅの供給源８１から給圧路７２の入口通路７２ｂに導いた供給ライン８２と、供給ライン８２にその上流側から順次設けた圧力レギュレータ８３ａ、圧力計８３ｂ及び流量計８３ｃと、排圧路７３の出口通路７３ｂから導いた排出ライン８４と、排出ライン８４にその上流側から順次設けた圧力計８５ａ、流量計８５ｂ及び流量調整弁（ニードル弁等）８５ｃとを具備して、圧力レギュレータ８３ａにより調圧された一定圧、一定流量のエクスターナル流体Ｅを供給ライン８２から給圧路７２の入口通路７２ｂ、ヘッダ室７２ａ、各連通路７２ｄ及び各圧力供給通路７２ｃを経て圧力発生溝７１に供給すると共に、圧力発生溝７１に供給されたエクスターナル流体Ｅを排圧路７３の各圧力排出通路７３ｃ、各連通路７３ｄ、ヘッダ室７３ａ及び出口通路７３ｂを経て排出ライン８４に排出させるように構成されている。而して、圧力調整手段８によれば、流量調整弁８５ｃにより排出ライン８４へのエクスターナル流体Ｅの排出量を調整して、当該排出量が供給ライン８２からのエクスターナル流体Ｅの供給量より少なくなるようにすることにより、圧力発生溝７１内において当該エクスターナル流体Ｅの給排量差によって圧力Ｐを発生させる。そして、当該圧力Ｐにより可動密封環４には上記した開力Ｆｏが作用することになり、当該圧力Ｐの大きさつまり開力Ｆｏの大きさは、流量調整弁８５ｃにより排圧路７３からの排出量つまり圧力発生溝７１におけるエクスターナル流体Ｅの給排量差を制御することにより、任意に調整することができる。圧力発生溝７１内における圧力Ｐは、給排ライン８２，８４に設けた圧力計８３ｂ，８５ａによって検知、確認される。

【0037】

なお、シールケース１の密封環保持体１２の内周部には、図２に示す如く、円筒状のパージ通路構成体９１が取り付けられていて、両体１２，９１の対向周面間に、密封環保持体１２の前端部側から後方へと延びて、ケース側密封環２の内周側密封端面部分２１ａと軸側密封環４の密封端面４１との接触部分に向けて開口する円環状のパージ流体路９２を形成してある。そして、シールケース１には、図２に示す如く、円環状のヘッダ室９３ａとヘッダ室９３ａに連通する供給通路９３ｂとヘッダ室９３ａに連通してパージ流体路９２の前端部に開口する注入通路９３ｃとからなるパージ流体供給路９３が形成されていて、適宜のパージ流体Ｇ１をパージ流体供給路９３からパージ流体路９２に供給するようになっている。したがって、パージ流体Ｇ１はパージ流体路９２を流動して、ケース側密封環２の内周側密封端面部分２１ａと軸側密封環４の密封端面４１との接触部分に向けて噴出される。また、シールケース１のケース体１１の本体部１１ｂには、図２に示す如く、ケース側密封環２の内周側密封端面部分２１ａと軸側密封環４の密封端面４１との接触部分に向けて開口するパージ流体噴出路９４が形成されていて、適宜のパージ流体Ｇ２を当該接触部分に向けて噴出させるようになっている。パージ流体Ｇ１，Ｇ２としては、機外領域Ｂに漏洩しても支障のない気体又は液体が使用されるが、この例では常温の窒素ガスが使用されている。

【0038】

また、第１メカニカルシールＭ１は、図１に示す如く、シールケース１及びこれに設けられるケース側密封環２等で構成される静止側要素とスリーブ３２及びこれに設けられる軸側密封環４等で構成される回転側要素とを、ケース体１１の固定部１１ｃに取り付けた複数個のセット爪（１個のみ鎖線図示）９５をスリーブ３２に形成した環状溝３２ｃに係合させることにより、メカニカルシール組み立て状態に一体連結しうるように構成されたカートリッジ型のものである。したがって、第１メカニカルシールＭ１は、静止側要素と回転側要素とをセット爪９５により一体連結した組み立て状態で、ハウジング５及び軸本体３１に脱着させることができ、当該メカニカルシールＭ１の回転機器への組み込み作業、取外し作業及びこれらを含むメンテナンス作業を容易に行いうる。

【0039】

また、図５は本発明に係るメカニカルシールの変形例を示す断面図（断面は図７のＶ－Ｖ線に沿う）であり、図６は図５と異なる断面を示す図５相当の断面図（断面は図７のVI－VI線に沿う）であり、図７は図５のVII － VII線に沿う断面図であり、図８は図５の要部を拡大して示す断面図である。

【0040】

図５及び図６に示すメカニカルシール（以下「第２メカニカルシール」という）Ｍ２は、タービン，ブロワ，コンプレッサ，攪拌機等の回転機器に装備されるものであり、筒状のシールケース１と、シールケース１に設けられたケース側密封環１０２と、シールケース１を洞貫する当該回転機器の回転軸３に設けられた軸側密封環１０４と、閉力発生手段１０６、開力発生手段１０７及び圧力調整手段１０８とを具備して、両密封環１０２，１０４の対向端面である密封端面２１，４１の相対回転作用により、被密封流体領域Ａと非密封流体領域Ｂとを区画して、被密封流体領域Ａの流体（被密封流体）をシールするものであり、以下に述べる点を除いて、第１メカニカルシールＭ１と同一構造をなすものである。なお、第２メカニカルシールＭ２において、第１メカニカルシールＭ１と同一の構成部材については、図５～図８において図１～図４で示した符号と同一の符号を使用することにより、その詳細な説明は省略することとする。

【0041】

第２メカニカルシールＭ２にあって、ケース側密封環１０２は、図６に示す如く、内外径を一定とする円筒状の基端部２ａと、その先端内周縁部から内方へとテーパ状に延びる円環状の内周側突起２ｂと、当該基端部２ａの先端外周縁部から外方へとテーパ状に延びる円環状の外周側突起２ｃとからなる円環状体であり、基端部２ａをシールケース１の密封環保持体１２に形成した円環状の凹溝１２ｂに嵌合させた状態で、当該基端部２ａの内外周面と凹溝１２ｂの内外周面との間に装填したＯリング２５，２６を介して軸線方向に移動可能に保持されている。すなわち、ケース側密封環１０２は、第１メカニカルシールＭ１のケース側密封環２と異なり、シールケース１に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環である。なお、ケース側密封環１０２は、図６に示す如く、基端部２ａに形成した凹部にシールケース１の密封環保持体１２に設けたドライブピン２７を係合させることにより、所定範囲での軸線方向移動を許容された状態でシールケース１に対する相対回転を阻止されている。

【0042】

ケース側密封環１０２は、図５に示す如く、第１メカニカルシールＭ１のケース側密封環２と同様に、断面台形状の圧力発生溝７１、３個の圧力供給通路７２ｃ及びこれと同数の圧力排出通路７３ｃ（圧力供給通路７２ｃと同一径の円形孔）が形成された炭化珪素等の硬質材製のものであり、且つ内外周側密封端面部分２１ａ，２１ｂをナイフエッジに構成したしたものであるが、圧力発生溝７１の開口面積を、上記ケース側密封環２に比して、大きく設定してある。すなわち、図８に示す如く、ケース側密封環２の内周側突起２ｂの先端面（内周側密封端面部分２１ａ）の外径を、ケース側密封環２の基端部２ａの内径つまり当該基端部２ａの背面（前端面）２ｄの内径より小さく設定すると共に、ケース側密封環１０２の外周側突起２ｃの先端面（外周側密封端面部分２１ｂ）の内径を、当該基端部２ａの背面２ｄの外径（当該基端部２ａの外径）より大きく設定して、圧力発生溝７１の開口面積（内側密封端面部分２１ａの外周縁と外周側密封端面部分２１ｂの内周縁とで囲繞される部分の面積）Ｓ１をケース側密封環１０２の背面２ｄの面積Ｓ２より大きくなるようにしている。

【0043】

軸側密封環１０４は、図６に示す如く、第１メカニカルシールＭ１の軸側密封環４と同様に、断面方形状の円環状体であり、先端面（前端面）を軸線に直交する円環状の平滑面である密封端面４１に構成した炭化珪素等の硬質材製のものである。軸側密封環１０４は、その密封端面４１をケース側密封環１０２の密封端面２１（内外周側密封端面部分２１ａ，２１ｂ）に直対向させた状態で、外周部を回転軸３のスリーブ３２の第２保持部３２ｂにＯリング４３を介して嵌合させると共に基端部にスリーブ３２の第１保持部３２ａに設けたドライプピン４４を係合させることにより、スリーブ３２に固定されている。すなわち、軸側密封環１０４は、第１メカニカルシールＭ１の軸側密封環４と異なり、回転軸３に固定された固定密封環である。軸側密封環４の密封端面４１は、図８に示す如く、その内径をケース側密封環１０２の密封端面２１の内径つまり内周側密封端面部分２１ａの内径より小さく設定すると共に、その外径をケース側密封環２の密封端面２１の外径つまり外周側密封端面部分２１ｂの外径より大きく設定したもので、ケース側密封環１０２の内外周密封端面部分２１ａ，２１ｂと同心をなすものである。

【0044】

閉力発生手段１０６は、可動密封環（ケース側密封環）１０２に作用する軸線方向推力であって両密封環１０２，１０４の密封端面２１，４１間を閉じる方向に作用する閉力Ｆｃを発生させるものである。この例では、第１メカニカルシールＭ１と同様に、閉力発生手段１０６が、図６に示す如く、ケース側密封環１０２とシールケース１の密封環保持体１２との介装した複数個（１個のみ図示）のコイルスプリング６１で構成されていて、このコイルスプリング６１の附勢力によりケース側密封環１０２は軸密封環１０４へと押圧、附勢され、両密封端面２１，４１を接近させる方向への軸線方向推力である一定の閉力Ｆｃを発生させる。

【0045】

開力発生手段１０７は、図８に示す如く、ケース側密封環１０２の密封端面２１における径方向中央部に形成された圧力発生溝７１と、ケース側密封環１０２及びシールケース１に形成されて圧力発生溝７１内に各別に連通する給圧路７２及び排圧路７３とを具備して、給圧路７２から圧力発生溝７１内へのエクスターナル流体Ｅの供給量と圧力発生溝７１内から排圧路７３へのエクスターナル流体Ｅの排出量との給排量差により圧力発生溝７１内に生じるエクスターナル流体Ｅの圧力Ｐによって、可動密封環１０２に軸線方向推力であって両密封端面２１，４１間を開く方向に作用する開力Ｆｏを発生させるものである。

【0046】

なお、エクスターナル流体Ｅとしては、第１メカニカルシールＭ１と同様に、第２メカニカルシールＭ２が必要とするメカニカルシール機能やシール条件（被密封流体の性状等）に応じて選択した水、油等の液体や窒素ガス等の気体が使用され、一般には、ほとんどの被密封流体に対して不活性であり且つ大気領域Ｂに放出しても無害な常温の水又は窒素ガスが使用される。

【0047】

給圧路７２及び排圧路７３は、第１メカニカルシールＭ１の開力発生手段７と同様に、シールケース１と密封環保持体１２との間に形成されたヘッダ室７２ａ，７３ａと、シールケース１の本体部１１ｂに形成されてヘッダ室７２ａ，７３ａに連通する出入口通路７２ｂ，７３ｂと、ケース側密封環２に形成されて圧力発生溝７１に連通する圧力給排通路７２ｃ，７３ｃと、圧力給排通路７２ｃ，７３ｃとヘッダ室７２ａ，７３ａとを連通する連通路７２ｄ，７３ｄとを具備するものであるが、上記開力発生手段７と異なって、圧力給排通路７２ｃ，７３ｃと連通路７２ｄ，７３ｄとが、図８に示す如く、密封環保持体１２に形成された凹溝１２ｂ内の空間であってケース側密封環１０２の背面２ｄで閉塞された背圧室１２ｅを介して連通されている。すなわち、エクスターナル流体Ｅは、入口通路７２ｂからヘッダ室７２ａ、連通路７２ｄ、背圧室１２ｅ及び圧力供給通路７２ｃを経て圧力発生溝７１に供給され、圧力発生溝７１から圧力排出通路７３ｃ、背圧室１２ｅ、連通路７３ｄ及びヘッダ室７３ａを経て出口通路７３ｂに排出される。

【0048】

したがって、圧力発生溝７１内にはエクスターナル流体Ｅの給排量の差つまり給排圧の差によって圧力Ｐが生じ、この圧力Ｐによって可動密封環１０２にはこれを固定密封環１０４から離間させる方向の軸線方向推力が作用する。同時に、背圧室１２ｅ内には当該圧力Ｐと同圧の背圧ｐが生じ、この背圧ｐによって可動密封環１０２の背面２ｄには可動密封環１０２を固定密封環１０４に接近させる方向の軸方向推力が作用する。その結果、可動密封環１０２における上記圧力Ｐの受圧面積Ｓ１が上記背圧ｐの受圧面積Ｓ２より大きいことから、上記圧力Ｐによる軸方向推力は上記背圧ｐによる軸方向推力より大きく、当該両軸方向推力の差により可動密封環１０２には開力Ｆｏが作用することになる。

【0049】

圧力調整手段１０８は、図５に示す如く、第１メカニカルシールＭ１の圧力調整手段８と同様に、エクスターナル流体Ｅの供給源８１から給圧路７２の入口通路７２ｂに導いた供給ライン８２と、供給ライン８２にその上流側から順次設けた圧力レギュレータ８３ａ、圧力計８３ｂ及び流量計８３ｃと、排圧路７３の出口通路７３ｂから導いた排出ライン８４と、排出ライン８４にその上流側から順次設けた圧力計８５ａ、流量計８５ｂ及び流量調整弁（ニードル弁等）８５ｃとを具備して、圧力レギュレータ８３ａにより調圧された一定圧、一定流量のエクスターナル流体Ｅを供給ライン８２から給圧路７２の入口通路７２ｂ、ヘッダ室７２ａ、各連通路７２ｄ、背圧室１２ｅ及び各圧力供給通路７２ｃを経て圧力発生溝７１に供給すると共に、圧力発生溝７１に供給されたエクスターナル流体Ｅを排圧路７３の各圧力排出通路７３ｃ、背圧室１２ｅ、各連通路７３ｄ、ヘッダ室７３ａ及び出口通路７３ｂを経て排出ライン８４に排出させるように構成されており、流量調整弁８５ｃにより排出ライン８４へのエクスターナル流体Ｅの排出量を当該排出量が供給ライン８２からのエクスターナル流体Ｅの供給量より少なくなるように調整することによって、圧力発生溝７１内において当該エクスターナル流体Ｅの給排量差によって圧力Ｐ（及び背圧ｐ）を発生させるように構成されている。そして、流量調整弁８５ｃにより排圧路７３からの排出量を制御することにより、当該圧力Ｐつまり開力Ｆｏを任意に調整することができるようになっている。

【0050】

以上のように構成された第１及び第２メカニカルシールＭ１，Ｍ２は、本発明のメカニカルシールの使用方法によりシール条件に応じたメカニカルシール機能を発揮することができる。

【0051】

すなわち、第１又は第２メカニカルシールＭ１，Ｍ２を使用して、シール条件（被密封流体の性状、圧力条件等）に応じてエクスターナル流体Ｅの性状を選択すると共に圧力調整手段８，１０８により圧力発生溝７１内に生じる圧力Ｐを調整することによって、例えば、（１）（２）のようなシングルシールとして又は（３）（４）のようなデュアルシールとして当該シール条件に最適するメカニカルシール機能を発揮させることができる。

【0052】

（１）コンタクトシール
エクスターナル流体Ｅとして、好ましくは、機外領域Ｂに漏洩しても支障のない液体又は気体（例えば、常温の水又は窒素ガス等）を使用し、圧力調整手段８，１０８により圧力発生溝７１内に生じる圧力Ｐを調整して、開力Ｆｏを閉力Ｆｃ以下とすることにより、ケース側密封環２，１０２の密封端面２１つまり内外周密封端面部分２１ａ，２１ｂと軸側密封環４，１０４の密封端面４１とが接触状態で相対回転するコンタクトシール機能を発揮させることができる。

【0053】

なお、圧力Ｐを被密封流体領域Ａの流体圧力より低く且つ非密封流体領域Ｂの流体圧力より高くする場合は、後述する「（３）タンデムシール」の機能が発揮され、圧力Ｐを被密封流体領域Ａ及び非密封流体領域Ｂの流体圧力より高くする場合は、後述する「（４）ダブルシール」の機能が発揮される。また、圧力Ｐを被密封流体領域Ａ及び非密封流体領域Ｂの何れかの領域の流体圧力と同一とする場合は、シングルシールの状態にあると捉えることができる。

【0054】

かかるコンタクトシールＭ１，Ｍ２によれば、周知のコンタクトシール（例えば特許文献１に開示されるコンタクトシールであり、以下「従来コンタクトシール」という）と同様に、被密封流体はケース側密封環２，１０２の外周側密封端面部分２１ｂと軸側密封環４，１０４の密封端面４１との相対回転摺接作用によりシールされるが、ケース側密封環２，１０２の内外周側密封端面部分２１ａ，２１ｂと軸側密封環４，１０４との接触部分の潤滑及び冷却が圧力発生溝７１内を圧力供給通路７２ｃから圧力排出通路７３ｃへと流動するエクスターナル流体Ｅにより、従来コンタクトシールに比してより効果的に行われる。また、上記した如く、ケース側密封環２，１０２及び軸側密封環４，１０４を炭化珪素等の硬質材で構成し、内外周側密封端面２１ａ，２１ｂをナイフエッジとしているため、両密封端面２１，４１の接触面圧が高くなり、摩擦による発生熱量も少なくなる。したがって、被密封流体が微粒の固形成分や凝固成分を含むスラリー流体である場合にも、当該固形成分や凝固成分の密封端面２，４１間への侵入を可及的に防止し、上記した如くエクスターナル流体Ｅにより潤滑、冷却が効果的に行われることとも相俟って、密封端面２１，４１の熱歪やその接触部分における焼き付きや摩耗粉の発生を可及的に防止して良好なメカニカルシールを発揮させることができる。さらに、圧力調整手段８，１０８により開力Ｆｏを調整することによって、両密封端面２１，４１の接触面圧を任意に調整することができるから、シール条件の変更、変動、変化に応じた最適の接触面圧を確保することができる。例えば、回転軸３が低速回転するような場合には、開力Ｆｏを閉力Ｆｃと同等若しくは略同等となるように調整して、両密封端面２１，４１を微接触状態とすることにより焼き付きや摩耗粉の発生を可及的に防止することができる。

【0055】

また、上記した如く、パージ流体Ｇ１がパージ流体路９２を流動してケース側密封環２，１０２の内周側密封端面部分２１ａと軸側密封環４，１０４の密封端面４１との接触部分に向けて噴出するようにしておくことにより、当該接触部分並びにシールケース１の密封環保持体１２及びこれに設けたケース側密封環２，１０２を効果的に冷却することができる。さらに、パージ流体Ｇ２がパージ流体噴出路９４から上記接触部分に向けて噴出するようにしておくことによって、当該接触部分の冷却が更に効果的に行われると共に、当該接触部分で発生する摩耗粉等の粉塵を効果的に排除する（吹き飛ばす）ことができ、より良好なメカニカルシール機能が発揮される。

【0056】

（２）ノンコンタクトシール
エクスターナル流体Ｅとして気体を使用し、圧力調整手段８，１０８により圧力発生溝７１内に生じる圧力Ｐを調整して、開力Ｆｏを閉力Ｆｃより大きくする（この場合、通常、当該圧力Ｐは、被密封流体領域Ａ及び非密封流体領域Ｂの流体圧力より高くなる）ことにより、ケース側密封環２，１０２の密封端面２１つまり内外周密封端面部分２１ａ，２１ｂと軸側密封環４，１０４の密封端面４１とが非接触状態で相対回転するノンコンタクトシール機能を発揮させるようにすることができる。エクスターナル流体Ｅとしては、周知の静圧形のノンコンタクトシール（例えば特許文献２に開示されるノンコンタクトシールであり、以下「従来ノンコンタクトシール」という）と同様に、被密封流体の性状に影響を与えず且つ機外領域Ｂに漏洩しても支承のない窒素ガス等が使用される。

【0057】

かかるノンコンタクトシールＭ１，Ｍ２によれば、従来ノンコンタクトシールと同様のメカニカルシール機能を発揮させることができ、被密封流体が漏れを許容しないものである場合にもこれを良好にシールすることができる。

【0058】

（３）タンデムシール
周知のタンデムシール（例えば特許文献３に開示されるタンデムシールであり、以下「従来タンデムシール」という）を使用することが最適であるシール条件においては、エクスターナル流体Ｅとして液体又は気体（例えば、常温の水又は窒素ガス）を使用し、圧力調整手段８，１０８により圧力発生溝７１内に生じる圧力Ｐを調整して、当該圧力Ｐを被密封流体領域Ａの流体圧力より低く且つ非密封流体領域Ｂの流体圧力より高くすると共に開力Ｆｏの大きさを閉力Ｆｃ以下とすることにより、ケース側密封環２，１０２の内外周密封端面部分２１ａ，２１ｂと軸側密封環４，１０４の密封端面４１とが接触状態で相対回転して被密封流体領域Ａと非密封流体領域Ｂとを圧力発生溝７１内のエクスターナル流体領域Ｃを介して区画、シールするタンデムシール機能を発揮させるようにすることができる。

【0059】

すなわち、ケース側密封環２，１０２の外周側密封端面部分２１ｂと軸側密封環４，１０４の密封端面４１との相対回転摺接作用により被密封流体領域Ａとエクスターナル流体領域Ｃとが区画されて、被密封流体をシールする。このシール作用は、従来タンデムシールにおける一次シール（機内領域側メカニカルシール）によるシール作用に相当するものであり、これと同一である。なお、ケース側密封環２，１０２の外周側密封端面部分２１ｂと軸側密封環４，１０４の密封端面４１との接触部分における潤滑は主として液体である被密封流体によって行われる。

【0060】

また、ケース側密封環２，１０２の内周側密封端面部分２１ａと軸側密封環４，１０４の密封端面４１との相対回転摺接作用によりエクスターナル流体Ｃと大気領域Ｂとが区画、シールされる。このシール作用は、従来タンデムシールにおける二次シール（大気領域側メカニカルシール）によるシール作用に相当するものであり、これと同一である。

【0061】

タンデムシールＭ１，Ｍ２にあっても、上記したコンタクトシールＭ１，Ｍ２と同様に、ケース側密封環２，１０２の内外周側密封端面部分２１ａ，２１ｂと軸側密封環４，１０４の密封端面４１との接触部分における冷却は、圧力発生溝７１内を流動するエクスターナル流体Ｅにより効果的に行われる。また、ケース側密封環２，１０２の内外周側密封端面部分２１ａ，２１ｂによるナイフエッジ効果及びパージガスＧ１，Ｇ２による冷却効果等も、上記したコンタクトシールＭ１，Ｍ２と同様に発揮される。

【0062】

ところで、従来タンデムシールは２個のメカニカルシールを軸線方向に縦列させたものであるから、１個のメカニカルシールで構成されるシングルシールに比して、軸線方向長さが長く（シングルシールの約２倍）、大きな設置スペースを必要とする。したがって、シール条件を考慮すればタンデムシールを設置することが最適な場合にも、設置スペースが小さいためタンデムシールを設置できず、十分なメカニカルシール機能を発揮できないといった問題が生じていた。

【0063】

しかし、このような場合にも、タンデムシールＭ１，Ｍ２は１個のメカニカルシールで構成されるものであり、シングルシールと同一の小さな設置スペースに設置することができるものであるから、上記した問題を生じることなく、シール条件に応じたタンデムシール機能を発揮させることができる。

【0064】

（４）ダブルシール
周知のダブルシール（例えば特許文献４に開示されるダブルシールであり、以下「従来ダブルシール」という）を使用することが最適であるシール条件においては、エクスターナル流体Ｅとして液体又は気体（例えば、常温の水又は窒素ガス）を使用し、圧力調整手段８，１０８により圧力発生溝７１内に生じる圧力Ｐを調整して、当該圧力Ｐを被密封流体領域Ａ及び非密封流体領域Ｂの流体圧力より高くすると共に開力Ｆｏの大きさを閉力Ｆｃ以下とすることにより、ケース側密封環２，１０２の内外周密封端面部分２１ａ，２１ｂと軸側密封環４，１０４の密封端面４１とが接触状態で相対回転して被密封流体領域Ａと非密封流体領域Ｂとを圧力発生溝７１内のエクスターナル流体領域Ｃを介して区画、シールするダブルシール機能を発揮させるようにすることができる。

【0065】

すなわち、ケース側密封環２，１０２の外周側密封端面部分２１ｂと軸側密封環４，１０４の密封端面４１との相対回転摺接作用により被密封流体領域Ａとエクスターナル流体領域Ｃとが区画されて、被密封流体をシールする。このシール作用は、従来ダブルシールにおける一次シール（機内領域側メカニカルシール）によるシール作用に相当するものであり、これと同一である。

【0066】

また、ケース側密封環２，１０２の内周側密封端面部分２１ａと軸側密封環４，１０４の密封端面４１との相対回転摺接作用によりエクスターナル流体Ｃと大気領域Ｂとが区画、シールされる。このシール作用は、従来ダブルシールにおける二次シール（大気領域側メカニカルシール）によるシール作用に相当するものであり、これと同一である。

【0067】

ダブルシールＭ１，Ｍ２にあっても、上記したコンタクトシールＭ１，Ｍ２と同様に、ケース側密封環２，１０２の内外周側密封端面部分２１ａ，２１ｂと軸側密封環４，１０４の密封端面４１との接触部分における冷却及び潤滑は、圧力発生溝７１内を流動するエクスターナル流体Ｅにより効果的に行われる。また、ケース側密封環２，１０２の内外周側密封端面部分２１ａ，２１ｂによるナイフエッジ効果及びパージガスＧ１，Ｇ２による冷却効果等も、上記したコンタクトシールＭ１，Ｍ２と同様に発揮される。

【0068】

ところで、従来ダブルシールも、従来タンデムシールと同様に、大きな設置スペースを必要とし、ダブルシールを設置することが最適するシール条件においても、ダブルシールを設置できず、十分なメカニカルシール機能を発揮できないといった問題を有する。

【0069】

しかし、このような場合にも、ダブルシールＭ１，Ｍ２は１個のメカニカルシールで構成されるものであり、シングルシールと同一のスペースに設置することができるものであるから、上記した問題を生じることなく、シール条件に応じたダブルシール機能を発揮させることができる。

【0070】

以上のように、本発明のメカニカルシールＭ１，Ｍ２を使用すれば、圧力調整手段８，１０８により圧力発生溝７１内に生じるエクスターナル流体Ｅの圧力Ｐを制御して開力Ｆｏを調整し、必要に応じてエクスターナル流体Ｅの性状を変更することにより、シール条件が変更され或いは変動、変化する場合にも、メカニカルシールの交換やメカニカルシール構成部品の交換、修理を必要することなく、当該シール条件に最適するメカニカルシール機能（コンタクシール機能、ノンコンタクトシール機能、タンデムシール機能又はダブルシール機能）を発揮させることができ、しかもデュアルシールを設置できないようなスペースにも設置してディアルシール機能（タンデムシール機能又はダブルシール機能）を発揮させることができる。

【0071】

なお、本発明は上記した各実施の形態に限定されず、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良、変更することができる。

【0072】

例えば、上記した各実施の形態では、閉力発生手段６，１０６をスプリング（コイルスプリング）６１で構成したが、スプリング６１に代えて可動密封端面４，１０２の背面をＯリング等の弾性部材により押圧保持させるように構成することも可能である。また、第１メカニカルシールＭ１にあっては、特開２００１４－１７３７００号公報に開示される如く、被密封流体の圧力を可動密封環４の背面に背圧として作用させることにより、閉力Ｆｃを発生させるように構成することも可能である。

【0073】

また、上記した各実施の形態では、開力発生手段７，１０７を構成する圧力発生溝７１を断面台形状の円環状溝としたが、当該圧力発生溝７１の断面形状は任意であり、方形状等とすることも可能である。また、内外周側密封端面２１ａ，２１ｂの一方又は両方を、径方向幅の微小なナイフエッジとせず、ある程度の径方向幅を有する円環状平面としておくことが可能である。また、圧力供給通路７２ｃ及び圧力排出通路７３ｃは同数，同一形状としておかず、各通路７２ｃ，７３ｃの個数、形状は任意に変更することができる。

【0074】

また、上記した各実施の形態では、圧力調整手段８，１０８を圧力発生溝７１への供給量を一定として、圧力発生溝７１からの排出量（排出圧力）のみを流量調整弁８５ｃで制御することにより、圧力発生溝７１内の圧力Ｐを調整するように構成したが、エクスターナル流体Ｅの供給源８１によっては、前記排出量を一定として、前記供給量のみを制御するように構成しておくこと、或いは前記供給量及び排出量を共に制御するように構成しておくこともできる。さらに、給圧路７２への供給圧力及び排圧路７３からの排出圧力の一方又は両方を圧力計８３ｂ，８５ａで検出して、その検出圧力に基づいて給圧路７２への供給量及び排圧路７３からの排出量の一方又は両方を自動制御するように構成しておくことも可能である。かかる自動制御は、特に、閉力発生手段６，１０６によって発生する閉力Ｆｃの大きさが変動する場合（例えば上記した如く被密封流体を可動密封環４，１０２に背圧として作用させることによって閉力Ｆｃを発生させる場合において、被密封流体の圧力が変動する場合）に好適する。

【0075】

また、上記した各実施の形態では、両密封環２，４又は１０２，１０４の外周側領域を被密封流体領域Ａとし、その内周側領域を非密封流体領域Ｂとしたが、本発明は両領域Ａ，Ｂが上記と逆になる場合にも適用することができる。

【符号の説明】

【0076】

１ シールケース
２ ケース側密封環（固定密封環）
３ 回転軸
４ 軸側密封環（可動密封環）
６ 閉力発生手段
７ 開力発生手段
８ 圧力調整手段
２１ ケース側密封環の密封端面
２１ａ 内周側密封端面部分
２１ｂ 外周側密封端面部分
４１ 軸側密封環の密封端面
６１ スプリング（コイルスプリング）
７１ 圧力発生溝
７２ 給圧路
７３ 背圧路
１０２ ケース側密封環（可動密封環）
１０４ 軸側密封環（固定密封環）
１０６ 閉力発生手段
１０７ 開力発生手段
１０８ 圧力調整手段
Ａ 被密封流体領域（機内領域）
Ｂ 非密封流体領域（機外大気領域）
Ｃ エクスターナル流体領域
Ｅ エクスターナル流体
Ｆｃ 閉力
Ｆｏ 開力
Ｐ 圧力発生溝内の圧力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】