特許 7372831 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】2023-10-24

(45)【発行日】2023-11-01

(54)【発明の名称】メカニカルシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20231025BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019234947

(22)【出願日】2019-12-25

(65)【公開番号】P2021102990

(43)【公開日】2021-07-15

【審査請求日】2022-07-08

(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】三浦 直人

(72)【発明者】

【氏名】福本 崇人

【審査官】大山 広人

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５２－０４１７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２２５０６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－２０８２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０２９３５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－１９７９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２６６１８９（ＪＰ，Ａ）

(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】

円環状の第１ケース部と当該第1ケース部から同心状に延び、前記第1ケース部より小さい径をなす円筒状の第２ケース部とを有するシールケースと、
前記第２ケース部に嵌合する貫通孔を有する取付板と、を備え、
前記取付板が、前記貫通孔を第２ケース部に嵌合させると共に前記第１ケース部が回転機器の軸封部ケーシングの端面に当接する状態で、当該軸封部ケーシングに取り付けられ、
前記第２ケース部には、静止密封環の回転を阻止する係合ボルトがその頭部を第２ケース部上に位置させた状態で嵌挿されており、前記取付板の貫通孔には当該係合ボルトの頭部が係止される切欠部が形成されているメカニカルシール。

【請求項2】

前記第１ケース部と前記軸封部ケーシングとの間にはＯリングが介在する、請求項１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、メカニカルシールであって、特に回転機器への組み込み及び回転機器からの取り外しを極めて容易に行うことができるカートリッジ型のメカニカルシールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来のカートリッジ型のメカニカルシールでは、特許文献１に開示される如く、シールケース及びこれに取り付けた静止密封環等からなる静止側密封要素と、スリーブ及びこれに取り付けた回転密封環等からなる回転側密封要素と、両密封要素を使用形態と同一形態に一時的に連結しておく連結手段とからなり、連結手段により両密封要素を使用形態と同一形態に連結したままで回転機器への組み込みや回転機器からの取外しを行うようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－０４８８１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、シールケースを回転機器の軸封部ケーシングに直接取り付けているため、仮に回転軸の軸径が同一であっても、機種やメーカが異なると、軸封部ケーシングにシールケースを取り付け得ない事態が発生する。したがって、両密封要素を連結手段により使用形態と同一形態に連結した状態で準備しておいても、そのまま軸径が同一である回転機器すべてに適用することが困難である。

【0005】

すなわち、回転機器への組み込みや回転機器からの取外しが容易なカートリッジ型のメカニカルシールを準備していたとしても、シールケースを交換する必要がある。この場合、再度の組み立てを必要とし、その都度組み立て誤差を生ずる虞れがある。

【0006】

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、機種やメーカが異なっても回転軸の軸径が同一の回転機器に適用する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】

この課題を解決したメカニカルシールは、円環状の第１ケース部と当該第1ケース部から同心状に延び、前記第1ケース部より小さい径をなす円筒状の第２ケース部とを有するシールケースと、前記第２ケース部に嵌合する貫通孔を有する取付板と、を備え、前記取付板が、前記貫通孔を第２ケース部に嵌合させると共に前記第１ケース部が回転機器の軸封部ケーシングの端面に当接する状態で、当該軸封部ケーシングに取り付けられる。

【0008】

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、前記第１ケース部と前記軸封部ケーシングとの間にはＯリングが介在する。また、前記第２ケース部には、静止密封環の回転を阻止する係合ボルトがその頭部を第２ケース部上に位置させた状態で嵌挿されており、前記取付板の貫通孔には当該係合ボルトの頭部が係止される切欠部が形成されている。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係るメカニカルシールにおいては、機種やメーカが異なる場合であっても、取付板を交換するのみで、回転軸の軸径が同一の回転機器に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【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である。

【図2】図１と異なる断面（断面は図３のII－II線に沿う）を示す当該メカニカルシールの断面図である。

【図3】図１のIII－III線に沿う断面図である。

【図4】当該メカニカルシールの回転機器への組み込み状態を示す図１相当の断面図である。

【図5】本発明に係るメカニカルシールの変形例を示す図１対応の断面図である。

【図6】図５と異なる断面を示す当該メカニカルシールの図２対応の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

図１及び図２に示すように、メカニカルシールの一例としてのカートリッジ型のメカニカルシールは、回転機器（プロセスポンプ、ブロワ、圧縮機、タービン、攪拌機等）の軸封部ケーシング１とこれを貫通して当該機器外に突出する回転軸２との間に組み込まれる。メカニカルシールは、回転機器の内部領域である機内流体領域Ａと当該回転機器の外部領域である機外大気領域Ｂとの間を区画するように構成された端面接触形である。

【0013】

このカートリッジ型のメカニカルシールは、回転軸２に取り付けられる回転側密封要素３と、軸封部ケーシング１に取付板４により取り付けられる静止側密封要素５と、両密封要素３，５をメカニカルシールの使用形態（図１及び図２に示す運転状態における形態）と同一の形態に一時的に連結させておくための連結手段６とを備える。この例では、機内流体領域Ａの流体（被密封流体）は正圧の液体である。

【0014】

図１及び図２に示す如く、軸封部ケーシング１は円形の貫通孔１ａを有しており、貫通孔１ａにはこれと同心状に回転軸２が貫通している。軸封部ケーシング１からは、機外大気領域Ｂ側の端面１ｂからボルト（２本の寸切ボルト）７，７が回転軸２と平行に突出している。ボルト７，７は、貫通孔１ａを挟んで対称に設けられている。

【0015】

図１及び図２に示す如く、回転側密封要素３は、回転軸２に嵌合されたスリーブ８、これに取り付けた回転密封環９及びストッパリング１０等からなる。

【0016】

スリーブ８は、薄肉円筒状の基端部８１を機外大気領域Ｂ側に位置させると共に厚肉円筒状の先端部８２を軸封部ケーシング１の貫通孔１ａに位置させた状態で回転軸２に嵌合されている。スリーブ８は、基端部８１に嵌合されたストッパリング１０に、スリーブ８に締め付けられる複数（一個のみ図示）の第１スクリュー１０ａを螺合し、スリーブ８の基端部８１に形成された貫通孔８３を通して回転軸２に締め付けられる複数（一個のみ図示）の第２スクリュー１０ｂを螺合することにより、回転軸２に固定される。

【0017】

回転密封環９は、スリーブ８の先端部８２に嵌合されており、Ｏリング１１ａ、ドライブピン１１ｂ及びシート材１１ｃを介してスリーブ８の先端部８２に固定されている。

【0018】

図１及び図２に示す如く、静止側密封要素５は、シールケース１３、シールケース１３に保持される静止密封環１４及びスプリング１５等を具備する。

【0019】

シールケース１３は、静止側密封要素５における最大径の円環板状の第１ケース部１３１と、第１ケース部１３１の中間部から機外大気領域Ｂ方向に同心状に延びる２番目の大きさの径をなす円筒状の第２ケース部１３２と、第１ケース１３１の内周部に設けられた断面Ｌ字形のＯリング保持部１３４とを具備する。シールケース１３における第２ケース部１３２の内周部には、スプリングリテーナ１３３が嵌合される。

【0020】

第１ケース部１３１の端面は、軸封部ケーシング１の端面１ｂに密着しうる環状面１３１ａとされており、この環状面１３１ａにはＯリング１６が装填されている。第２ケース部１３２は、第1ケース部１３１に一体成形されている。第２ケース部１３２の外径は、２番目の大きさの径であって、第１ケース部１３１の外径より小さいが、シールケース１３を構成する他の部材やスプリングリテーナ１３３の外径に比しては大きい。

【0021】

Ｏリング保持部１３４は、第1ケース部１３１の内周面に沿って延び、第２ケース部１３２の内径より小径である。Ｏリング保持部１３４は、第１ケース部１３１の環状面１３１ａから若干飛び出す受け面１３４ａと、その基端部から内方へと延びる移動阻止面１３４ｂとからなり、第１ケース部１３１に一体形成されている。受け面１３４ａは、軸封部ケーシング１の貫通孔１ａに接触している。スプリングリテーナ１３３の端部には、ストッパリング１０から若干離れて位置しており、環状凸部１３３ａが一体形成されている。

【0022】

静止密封環１４は、先端部（機内流体領域Ａ側の端部）を大径とする密封環保持体１４１と、密封環保持体１４１の先端部に装着された密封環本体１４２とを備える。

【0023】

密封環保持体１４１の中間部は、シールケース１３のＯリング保持部１３４にＯリング１７を介して軸線方向に移動可能に保持されている。密封環保持体１４１の基端部には切欠部１４１ａが形成されている。この切欠部１４１ａには、係合ボルト１８が第１ケース体１３１を径方向に通過して第２ケース体１３２に螺合される。係合ボルト１８の基端ピン部１８１は、切欠部１４１ａに螺合することで、静止密封環１４のシールケース１３に対する相対回転を阻止する。係合ボルト１８の頭部（先端部）１８２は、第２ケース部１３２の外周面に接触する状態で締め付けられている。すなわち、係合ボルト１８の頭部１８２は、第２ケース部１３２の外周面よりも径方向外方に飛び出している。

【0024】

スプリング１５は、密封環保持体１４１に保持されるスプリング受板１９とスプリングリテーナ１３３との間に装填されていて、静止密封環１４の密封環本体１４２を回転密封環９に接触させるべく軸方向に附勢している。なお、スプリング受板１９は、密封環保持体１４１に形成された段部に位置し、スプリング１５の附勢力により係止されている。

【0025】

図２及び図３に示す如く、連結手段６は、保管時、運搬時、回転機器の組み込み時には両密封要素３，５を使用状態と同一状態に連結しておくものである。

【0026】

すなわち、連結手段６は、スプリングリテーナ１３３に形成された環状凸部１３３ａと係合する凹部及びスプリングリテーナ１３３とストッパリング１０との隙間に係合する凸部を有する係合体６１と、係合体６１をストッパーリング１０に上面から固定するボルト６２とからなる。連結手段６は、ストッパーリング１０とスプリングリテーナ１３３（シールケース１３）とを連結する。
また、図３に示す如く、連結手段６は、周方向に等間隔を隔てた３ケ所に設けられる。

【0027】

ストッパリング１０に取りけられたボルト６２の頭部６２ａは、シールケース１３の第２ケース部１３２の外径よりやや高くなるように設定されている。また、ストッパリング１０の外径はシールケース１３の第２ケース部１３２の内径より小さく、ボルト６２の頭部６２ａはシールケース１３の第１ケース部１３１の外径より小さく設定されている。

【0028】

而して、図１及び図２に示す如く、カートリッジ型のメカニカルシールは、静止側密封要素５のシールケース１３が取付板４により軸封部ケーシング１に取り付けられている。

【0029】

取付板４は、中央部に円形の貫通孔４１が形成された板状のものであり、各端部にボルト７を通すための長孔４２が形成される。貫通孔４１は、シールケース１３の第２ケース部１３２の外径に合わせて形成されており、第２ケース部１３２に嵌合しうる径に設定されている。取付板４の貫通孔４１には、切欠部４３，４４が形成されている。切欠部４３，４４は、シールケース１３の第２ケース部１３２の外周部に飛び出す係合ボルト１８の頭部１８２、及び第２ケース部１３２の外径より外周側に飛び出す連結手段６の各ボルト６２の頭部６２ａが通過する。

【0030】

したがって、取付板４によれば、両密封要素３，５を連結手段６により連結された状態で保管場所から取り出し、回転機器まで運搬し、図４に示す如く、回転機器の回転軸２に挿通させることにより、回転機器の軸封部ケーシング１に取り付けることができる。

【0031】

すなわち、図４に示す如く、両密封要素３，５を回転軸２に挿通させる。このとき、ストッパリング１０の第２スクリュー１０ｂは回転軸２に締め付けず、両密封要素３，５の回転軸２への挿通を容易にしておく。このとき、各ボルト７には、シールケース１３の第１ケース部１３１の厚みに相当する環状のカラー２１を通しておく。そして、シールケース１３の第１ケース部１３１の環状面１３１ａを軸封部ケーシング１の端面１ｂに接触させる。そして、端面１ｂ及び環状面１３１ａにＯリング１６を介在させた状態で、シールケース１３の第２ケース部１３２に貫通孔４１を挿入する。その後、各長孔４２にボルト７を挿通させ、各ボルト７にナット２０を螺合する。図１及び図２に示す如く、各ナット２０を締め付けることにより、取付板４を第１ケース部１３１に押し付けた状態で軸封ケーシング１に固定する。また、取付板４は、連結手段６の各ボルト６２の頭部６２ａを切欠部４４から通した後、所定角度回転させることにより、係合ボルト１８の頭部１８２に切欠部４３を係合させる。

【0032】

而して、取付板４によりシールケース１３が軸封部ケーシング１に取り付けられると、最後にストッパリング１０の第２スクリュー１０ｂを締め付けて、ストッパリング１０を回転軸２に固定する。このとき、係合ボルト８の頭部１８２は取付板４の切欠部４２に引っかかる。これにより、静止側密封要素５は、回転機器の軸封部ケーシング１に対する相対回転を阻止する。

【0033】

このように、取付板４によれば、両密封要素３，５が連結手段６により使用状態と同一状態に連結されたままで、管理から運搬、回転軸２への挿通を経て軸封部ケーシング１に取り付けられるから、シールケース１３を含めて両密封要素３，５を変更する必要がない。

【0034】

したがって、回転軸２の軸径が同一であれば、機種やメーカが異なる場合にも、取付板４を軸封部ケーシング１に適合する形状に変更するだけであらゆる回転機器に対応することができる。しかも、シールケース１３を変更する必要がないから、機種やメーカが異なっても回転軸２の軸径が同一である限り、両密封要素３，５の変更を余儀なくされることがなく、シールケース１３の変更に伴う分解，再組み立てによる組み立てミスを生じることがない。

【0035】

図５及び図６には、上記メカニカルシールの変形例を示す。図５に示す如く、本変形例のメカニカルシールは、軸封部ケーシング１への取り付け手段が寸切ボルト７ではなく、穴付ボルトや六角ボルト等の軸封ケースにねじ込むタイプのボルト７０である。また、カラー２１は必ずしも設けておく必要はない。なお、ボルト７０以外の構成は、図１～図４に示すものと同一のものを使用しているため、同一符号を付して説明を省略している。

【0036】

また、図５及び図６に示す如く、軸封部ケーシング１の貫通孔１ａが大きく、シールケース１３の受け面１３４ａが貫通孔１ａに接触しない場合にあっても、シール機能上は何ら問題が生じない。

【0037】

更に、図６に示す如く、係合ボルト１８の頭部１８２がシールケース１３の第２ケース部１３２の上面に突出せず、第２ケース部１３２に埋設されている場合には、取付部４とシールケース１３の第１ケース部１３１及び第２ケース部１３２との摩擦係合力によりシールケース１３の軸封部ケーシング１に対する相対回転が阻止される。

【0038】

このように、本発明のメカニカルシールにあっては、取付板４を種々準備してもおくことにより、回転軸２の軸径が同一である場合、両密封要素３，５を変更することなく機種やメーカが異なるあらゆる回転機器に適用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１ 軸封部ケーシング
４ 取付板
１３ シールケース
１４ 静止密封環
１６ Ｏリング
１８ 係合ボルト
４１ 貫通孔
４３ 切欠部
１３１ 第１ケース部
１３２ 第２ケーズ部
１８２ 頭部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】