特許 7429628 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】2024-01-31

(45)【発行日】2024-02-08

(54)【発明の名称】メカニカルシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20240201BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020177281

(22)【出願日】2020-10-22

(65)【公開番号】P2022068539

(43)【公開日】2022-05-10

【審査請求日】2023-05-02

(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】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】中嶋 徹

(72)【発明者】

【氏名】中塚 孝太朗

【審査官】山田 康孝

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－０３２７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５０－０６１２５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１８－１９４１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４０２５８（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】

回転軸に一体回転可能に設けられ、回転密封環を有する回転側ユニットと、
前記回転軸を包囲しているケーシングに設けられ、前記回転密封環が摺動することでスラリ流体を機内領域に密封する静止密封環を有する静止側ユニットと、を備え、
前記静止側ユニットには、前記機内領域にフラッシング流体を導入する導入路が形成され、前記機内領域における前記回転密封環と前記静止密封環との摺動部付近を前記フラッシング流体の雰囲気とするメカニカルシールであって、
前記機内領域において前記ケーシング側に設けられ、ラビリンス隙間である第１隙間が前記回転軸との間に形成される第１円筒部と、
前記第１円筒部の軸方向奥側に連続して配置されるように前記ケーシング側に設けられ、前記第１隙間よりも大きい第２隙間が前記回転軸との間に形成される第２円筒部と、
前記第２円筒部の軸方向奥側に連続して配置されるように前記ケーシング側に設けられ、前記回転軸の回転によって前記フラッシング流体を前記第２隙間から前記機内領域の軸方向奥側へ送り出す流れを発生させる第３隙間が前記回転軸との間に形成される第３円筒部と、を備えるメカニカルシール。

【請求項2】

前記第３円筒部は、前記第３隙間を形成するために、前記回転軸を軸方向手前側から見た場合の前記回転軸の回転方向が締め付け方向となる雌ねじが内周に形成されている、請求項１に記載のメカニカルシール。

【請求項3】

前記第１円筒部、前記第２円筒部、及び前記第３円筒部は、単一の部材で構成されている、請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール。

【請求項4】

前記単一の部材は、前記静止側ユニットの一部として構成されている、請求項３に記載のメカニカルシール。

【請求項5】

前記静止側ユニットは、
前記静止密封環を前記回転密封環側へ押圧する軸方向に伸縮自在なベローズと、
前記回転軸の径外側において前記ケーシング側に設けられ、前記ベローズの伸縮をガイドするガイド部材と、をさらに有し、
前記ガイド部材が、前記単一の部材とされている、請求項４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】

回転機器の内部において、鉄屑、砂、石等の固形粒子を多量に含むスラリ流体を密封するものとして、図４に示すメカニカルシール１００が知られている。かかるメカニカルシール１００は、回転軸１０１側に一体回転可能に設けられた回転密封環１０２と、ケーシング１０３側に設けられて回転密封環１０２が摺動する静止密封環１０４と、静止密封環１０４を回転密封環１０２側に押圧するベローズ１０５と、を備えている（特許文献１参照）。

【0003】

このようなメカニカルシール１００には、スラリ流体が密封されている機内領域１０６に、スラリ流体とは別の清浄な流体であるフラッシング流体（エキスターナルフラッシング）を常に導入するための導入路１０７が形成されている。導入路１０７から機内領域１０６に導入されたフラッシング流体は、ケーシング１０３に設けられた環状のネックブッシュ１０８と回転軸１０１との間の環状隙間１０９を通過して機内領域１０６の軸方向奥側へ排出される。その際、環状隙間１０９におけるフラッシング流体の流速が高くなることで、ネックブッシュ１０８よりも軸方向奥側にあるスラリ流体が、環状隙間１０９を通過して回転密封環１０２と静止密封環１０４との摺動部付近に流れ込むのを抑制している。これにより、機内領域１０６における回転密封環１０２と静止密封環１０４との摺動部付近は、フラッシング流体の雰囲気とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－１４６０７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のメカニカルシール１００では、ネックブッシュ１０８と回転軸１０１との環状隙間１０９におけるフラッシング流体の流速が低くなると、図５に示すように、ネックブッシュ１０８よりも軸方向奥側のスラリ流体が、環状隙間１０９を通過して回転密封環１０２と静止密封環１０４との摺動部付近へ流れ込み易くなる。そうすると、前記摺動部にスラリ流体中の固形粒子が噛み込み易くなり、スラリ流体が漏洩するおそれがある。また、スラリ流体中の固形粒子がベローズ１０５に堆積し易くなるので、ベローズ１０５の押圧力が不足して静止密封環１０４の追従不良が生じるおそれがある。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転密封環と静止密封環との摺動部付近にスラリ流体が流れ込むのを抑制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】

（１）本発明は、回転軸に一体回転可能に設けられ、回転密封環を有する回転側ユニットと、前記回転軸を包囲しているケーシングに設けられ、前記回転密封環が摺動することでスラリ流体を機内領域に密封する静止密封環を有する静止側ユニットと、を備え、前記静止側ユニットには、前記機内領域にフラッシング流体を導入する導入路が形成され、前記機内領域における前記回転密封環と前記静止密封環との摺動部付近を前記フラッシング流体の雰囲気とするメカニカルシールであって、前記機内領域において前記ケーシング側に設けられ、ラビリンス隙間である第１隙間が前記回転軸との間に形成される第１円筒部と、前記第１円筒部の前記機内領域の軸方向奥側に連続して配置されるように前記ケーシング側に設けられ、前記第１隙間よりも大きい第２隙間が前記回転軸との間に形成される第２円筒部と、前記第２円筒部の前記軸方向奥側に連続して配置されるように前記ケーシング側に設けられ、前記回転軸の回転によって前記フラッシング流体を前記第２隙間から前記機内領域の軸方向奥側へ送り出す流れを発生させる第３隙間が前記回転軸との間に形成される第３円筒部と、を備えるメカニカルシールである。

【0008】

本発明によれば、静止側ユニットの導入路から機内領域に導入されたフラッシング流体は、第１隙間（ラビリンス隙間）により、回転密封環と静止密封環との摺動部付近から軸方向奥側へ流れにくくなる。これにより、前記摺動部付近をフラッシング流体の雰囲気に維持することができる。また、前記摺動部付近から第１隙間内に流れ込んだフラッシング流体が第１隙間よりも大きい第２隙間に流れ込むことで、第２隙間内ではフラッシング流体の乱流が発生する。さらに、第３隙間内では、回転軸の回転により第２隙間から軸方向奥側へフラッシング流体を送り出す流れが発生する。したがって、第３隙間よりも軸方向奥側のスラリ流体は、第３隙間内でのフラッシング流体を軸方向奥側へ送り出す流れ、第２隙間内でのフラッシング流体の乱流、及び第１隙間のラビリンス隙間によって、これらの隙間を通過して前記摺動部付近に流れ込むのを抑制することができる。

【0009】

（２）前記第３円筒部は、前記第３隙間を形成するために、前記回転軸を軸方向手前側から見た場合の前記回転軸の回転方向が締め付け方向となる雌ねじが内周に形成されているのが好ましい。
この場合、回転軸が回転することで、第３円筒部と回転軸との間においてフラッシング流体が雌ねじの溝に沿って軸方向奥側へ送り出される。これにより、フラッシング流体を軸方向奥側へ送り出す流れを発生させる第３隙間Ｓ３を容易に形成することができる。

【0010】

（３）前記第１円筒部、前記第２円筒部、及び前記第３円筒部は、単一の部材で構成されているのが好ましい。
この場合、メカニカルシールの構成を簡素化することができる。

【0011】

（４）前記単一の部材は、前記静止側ユニットの一部として構成されているのが好ましい。
この場合、ケーシングに静止側ユニットを設けることで第１～第３隙間をそれぞれ形成することができるので、メカニカルシールの組み付けを容易に行うことができる。

【0012】

（５）前記静止側ユニットは、前記静止密封環を前記回転密封環側へ押圧する軸方向に伸縮自在なベローズと、前記回転軸の径外側において前記ケーシング側に設けられ、前記ベローズの伸縮をガイドするガイド部材と、をさらに有し、前記ガイド部材が、前記単一の部材とされているのが好ましい。
この場合、ベローズの伸縮をガイドするガイド部材が、第１～第３隙間を形成する単一の部材を兼ねるので、メカニカルシールの構成をさらに簡素化することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、回転密封環と静止密封環との摺動部付近にスラリ流体が流れ込むのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係るメカニカルシールを示す断面図である。

【図2】前記メカニカルシールにおいてネックブッシュよりも軸方向奥側のスラリ流体が環状隙間を通過して機内領域の軸方向手前側へ流れ込んでいる状態を示す断面図である。

【図3】第１ガイド部材を示す拡大断面図である。

【図4】従来のメカニカルシールを示す断面図である。

【図5】従来のメカニカルシールにおいてネックブッシュよりも軸方向奥側のスラリ流体が環状隙間を通過して機内領域の軸方向手前側へ流れ込んでいる状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、本発明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。
［全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るメカニカルシールの断面図である。図１において、メカニカルシール１は、鉄屑、砂、石等の固形粒子が多量に含まれたスラリ流体（被密封流体）を取り扱うポンプ等の回転機器に用いられる。メカニカルシール１は、回転機器の回転軸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（以下、単に「軸方向」という）に沿って配置されている。

【0016】

本実施形態のメカニカルシール１は、ダブルメカニカルシールであり、回転軸７１に一体回転可能に設けられた回転側ユニット２と、ケーシング７２に設けられた静止側ユニット３とを備えている。なお、本明細書において、図１の左側を軸方向手前側といい、図１の右側を軸方向奥側という（図２、図３についても同様）。

【0017】

［回転側ユニット］
回転側ユニット２は、主な構成要素として、スリーブ１１、第１ドライブリング１２、第１回転密封環（回転密封環）１３、第２ドライブリング１４、及び第２回転密封環１５を備えている。スリーブ１１は、回転軸７１の軸方向手前側の端部の外周に嵌合して固定された円筒状のスリーブ本体１１ａと、スリーブ本体１１ａの軸方向途中部から径外側に延びる環状のフランジ部１１ｂと、を有している。スリーブ本体１１ａの内周面と回転軸７１の外周面７１ａとの間は、Ｏリング１６によりシール（二次シール）されている。

【0018】

第１ドライブリング１２は、フランジ部１１ｂの軸方向奥側に隣接してスリーブ本体１１ａの外周に嵌合されている。第１ドライブリング１２は、ボルト１７によりフランジ部１１ｂに固定されている。第１回転密封環１３は、第１ドライブリング１２の軸方向奥側の内周に嵌合して固定されている。第１回転密封環１３の軸方向奥側の端面にはシール面１３ａが形成されている。

【0019】

第１回転密封環１３の軸方向手前側には、ピン溝１３ｂが周方向に所定間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）形成されている。各ピン溝１３ｂには、第１ドライブリング１２に突設されたピン１８が挿入されている。これにより、第１回転密封環１３は、第１ドライブリング１２に対する相対回転が規制されている。スリーブ本体１１ａの軸方向奥側の外周面と第１回転密封環１３の内周面との間は、Ｏリング１９によりシール（二次シール）されている。

【0020】

第２ドライブリング１４は、フランジ部１１ｂよりも軸方向手前においてスリーブ本体１１ａの外周に嵌合されている。第２ドライブリング１４の軸方向奥側には、セットスクリュー２０が周方向に所定間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）螺合されている。これらのセットスクリュー２０を締め付けることで、第２ドライブリング１４はスリーブ本体１１ａに固定されている。スリーブ本体１１ａの軸方向手前側の外周面と第２ドライブリング１４の内周面との間は、Ｏリング２１によりシール（二次シール）されている。

【0021】

第２回転密封環１５は、第２ドライブリング１４の軸方向手前側の内周に嵌合して固定されている。第２回転密封環１５の軸方向手前側の端面にはシール面１５ａが形成されている。第２回転密封環１５の軸方向奥側には、ピン溝１５ｂが周方向に所定間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）形成されている。各ピン溝１５ｂには、第２ドライブリング１４に突設されたピン２２が挿入されている。これにより、第２回転密封環１５は、第２ドライブリング１４に対する相対回転が規制されている。

【0022】

［静止側ユニット］
静止側ユニット３は、主な構成要素として、第１シールケース３０、第１ベローズ（ベローズ）３１、第１静止密封環（静止密封環）３２、第１ガイド部材（ガイド部材）３３、第２シールケース３４、第２ベローズ３５、第２静止密封環３６、及び第２ガイド部材３７、備えている。第１シールケース３０及び第２シールケース３４は、それぞれ円筒状に形成されており、機外領域Ａと機内領域Ｂとを区画する区画領域に配置されている。

【0023】

具体的には、第１シールケース３０は、ケーシング７２の軸方向手前側の端部に配置されている。第２シールケース３４は、第１シールケース３０の軸方向手前側に配置されている。第１シールケース３０及び第２シールケース３４は、図示しないボルトによりケーシング７２に固定されている。第１シールケース３０と第２シールケース３４との間は、Ｏリング３８によりシール（二次シール）されている。

【0024】

第１シールケース３０は、ケーシング７２の軸方向手前側の側面に配置された外ケース部３０ａと、ケーシング７２の軸方向手前側の内周面に嵌合された内ケース部３０ｂと、内ケース部３０ｂの軸方向奥側の端部から径内側へ突出する環状の突出部３０ｃと、を有している。内ケース部３０ｂとケーシング７２との間は、Ｏリング３９によりシール（二次シール）されている。

【0025】

第１ベローズ３１は、インコネルやステンレス等の金属で作製された円筒状の部材である。第１ベローズ３１は、固定部３１ａと、伸縮部３１ｂと、連結部３１ｃと、を有している。固定部３１ａは、突出部３０ｃの軸方向手前側に隣接して内ケース部３０ｂの内周に嵌合して固定されている。伸縮部３１ｂは、蛇腹状に形成されており、軸方向に伸縮自在である。伸縮部３１ｂの軸方向奥側の端部は、固定部３１ａに連結されている。伸縮部３１ｂの軸方向手前側の端部は、連結部３１ｃに連結されている。連結部３１ｃは、伸縮部３１ｂが伸縮することで固定部３１ａに対して軸方向へ移動するようになっている。

【0026】

第１静止密封環３２は、第１ベローズ３１の連結部３１ｃの軸方向手前側の内周に嵌合して固定されている。第１静止密封環３２は、第１ベローズ３１の付勢力により軸方向手前側に付勢されている。第１静止密封環３２の軸方向手前側の端面にはシール面３２ａが形成されている。第１静止密封環３２のシール面３２ａは、第１ベローズ３１の付勢力により第１回転密封環１３のシール面１３ａに押圧されている。これにより、第１回転密封環１３のシール面１３ａは、第１静止密封環３２のシール面３２ａに押圧されながら摺動する。

【0027】

第１ガイド部材３３は、第１ベローズ３１の伸縮をガイドするものであり、第１ベローズ３１と回転軸７１との間に配置されている。第１ガイド部材３３は、第１シールケース３０の突出部３０ｃに固定された環状のフランジ部３３ａと、フランジ部３３ａの内周端において軸方向に延びる円筒部３３ｂと、を有している。円筒部３３ｂは、内ケース部３０ｂにおける軸方向奥側の端部の径内側から、第１静止密封環３２の径内側まで延びて形成されている。

【0028】

円筒部３３ｂの外周面３３ｂ１には、第１ベローズ３１の連結部３１ｃの内周側に突出して形成された被ガイド部３１ｄが、軸方向にスライド自在に当接している。被ガイド部３１ｄは、連結部３１ｃの周方向に間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）形成されている。これにより、第１ガイド部材３３は、円筒部３３ｂの外周面３３ｂ１に被ガイド部３１ｄが当接しながらスライドすることで、第１ベローズ３１の伸縮をガイドする。

【0029】

第２ベローズ３５は、第１ベローズ３１と同様に、インコネルやステンレス等の金属で作製された円筒状の部材である。第２ベローズ３５は、固定部３５ａと、伸縮部３５ｂと、連結部３５ｃと、を有している。固定部３５ａは、第２シールケース３４の軸方向手前側の内周に固定されている。伸縮部３５ｂは、蛇腹状に形成されており、軸方向に伸縮自在である。伸縮部３５ｂの軸方向手前側の端部は、固定部３５ａに連結されている。伸縮部３５ｂの軸方向奥側の端部は、連結部３５ｃに連結されている。連結部３５ｃは、伸縮部３５ｂが伸縮することで固定部３５ａに対して軸方向へ移動するようになっている。

【0030】

第２静止密封環３６は、第２ベローズ３５の連結部３５ｃの軸方向奥側の内周に嵌合して固定されている。第２静止密封環３６は、第２ベローズ３５の付勢力により軸方向奥側に付勢されている。第２静止密封環３６の軸方向奥側の端面にはシール面３６ａが形成されている。第２静止密封環３６のシール面３６ａは、第２ベローズ３５の付勢力により第２回転密封環１５のシール面１５ａに押圧されている。これにより、第２回転密封環１５のシール面１５ａは、第２静止密封環３６のシール面３６ａに押圧されながら摺動する。

【0031】

第２ガイド部材３７は、第２ベローズ３５の伸縮をガイドするものであり、第２ベローズ３５とスリーブ本体１１ａとの間に配置されている。第２ガイド部材３７は、第２シールケース３４に固定されている（図示省略）。第２ガイド部材３７は、軸方向に延びる円筒部３７ｂを有している。円筒部３７ｂは、第２シールケース３４における軸方向手前側の端部の径内側から、第２静止密封環３６の径内側まで延びて形成されている。

【0032】

円筒部３７ｂの外周面３７ｂ１には、第２ベローズ３５の連結部３５ｃの内周側に突出して形成された被ガイド部３５ｄが、軸方向にスライド自在に当接している。これにより、第２ガイド部材３７は、円筒部３７ｂの外周面３７ｂ１に被ガイド部３５ｄが当接しながらスライドすることで、第２ベローズ３５の伸縮をガイドする。

【0033】

［封液］
機外領域Ａと機内領域Ｂとの間には、密封及び冷却用の封液（水又は油等）が導入される環状の封液領域Ｃが形成されている。封液領域Ｃは、第１ベローズ３１の径外側から第２ベローズ３５の径外側まで形成されている。第１回転密封環１３及び第１静止密封環３２は、これらの両シール面１３ａ，３２ａが摺動することで、機内領域Ｂと封液領域Ｃとの間をシールしている。これにより、スラリ流体は、機内領域Ｂに密封されている。第２回転密封環１５及び第２静止密封環３６は、これらの両シール面１５ａ，３６ａが摺動することで、機外領域Ａと封液領域Ｃとの間をシールしている。

【0034】

第２シールケース３４には、封液領域Ｃに封液を供給する供給路３４ａが形成されている。第１シールケース３０には、封液領域Ｃ内の封液を外部に排出する排出路３０ｄが形成されている。回転機器の運転中に供給路３４ａから封液領域Ｃに供給された封液は、第２回転密封環１５と第２静止密封環３６との摺動部である両シール面１５ａ，３６ａを冷却する。また、封液領域Ｃに供給された封液は、第１回転密封環１３と第１静止密封環３２との摺動部である両シール面１３ａ，３２ａを冷却する。前記各摺動部分を冷却した封液は、排出路３０ｄから外部に排出される。以下、第１回転密封環１３と第１静止密封環３２との摺動部を、摺動部１３ａ，３２ａともいう。

【0035】

［フラッシング流体］
第１シールケース３０には、機内領域Ｂにフラッシング流体を常に導入する導入路４０が形成されている。フラッシング流体としては、封液とは異なる種類の流体であり、かつ、機内領域Ｂ内のスラリ流体と混ざっても支承がない清浄な流体（水又は油等）が用いられる。導入路４０は、封液の排出路３０ｄよりも軸方向奥側において径方向に延びる第１路部４０ａと、第１路部４０ａの径内端から軸方向奥側に向かって延びる第２路部４０ｂと、第２路部４０ｂの軸方向奥側の端部から径内側に向かって延びる第３路部４０ｃと、を有している。

【0036】

第１路部４０ａは、外ケース部３０ａに形成されている。第２路部４０ｂは、外ケース部３０ａの径内側から、内ケース部３０ｂの外周側においてケーシング７２の内周面に沿って軸方向奥側に延びて形成されている。第３路部４０ｃは、内ケース部３０ｂの軸方向奥側の端部から突出部３０ｃの内部を貫通して形成されている。

【0037】

これにより、フラッシング流体は、第１路部４０ａ、第２路部４０ｂ、及び第３路部４０ｃを順に通過する。第３路部４０ｃを通過したフラッシング流体は、第１ベローズ３１と第１ガイド部材３３の円筒部３３ｂとの間を通過し、機内領域Ｂの摺動部１３ａ，３２ａ付近に導入される。摺動部１３ａ，３２ａ付近に導入されたフラッシング流体は、第１ガイド部材３３の円筒部３３ｂと回転軸７１との間を通過した後、ネックブッシュ７３と回転軸７１との間を通過して、機内領域Ｂの軸方向奥側へ排出される。

【0038】

ネックブッシュ７３は、ケーシング７２の内周面に取り付けられた環状の部材である。ネックブッシュ７３と回転軸７１との間には、ネックブッシュ７３の軸方向両側におけるケーシング７２と回転軸７１との間よりも狭い環状隙間７４が形成されている。この環状隙間７４を通過するフラッシング流体の流速を高くすることで、ネックブッシュ７３よりも軸方向奥側にあるスラリ流体が、環状隙間７４を通過して摺動部１３ａ，３２ａ付近に流れ込むのを抑制している。これにより、機内領域Ｂの摺動部１３ａ，３２ａ付近を、フラッシング流体の雰囲気とすることができる。

【0039】

機内領域Ｂ内において、スラリ流体の圧力は、フラッシング流体の圧力よりも高く設定されている。これにより、機内領域Ｂの軸方向奥側にあるスラリ流体が、機内領域Ｂの軸方向手前側へ流れ込むのを抑制している。また、封液領域Ｃ内の封液の圧力は、機内領域Ｂ内のスラリ流体の圧力よりも高く設定されている。これにより、機内領域Ｂのスラリ流体及びフラッシング流体が封液領域Ｃに漏洩するのを抑制している。

【0040】

ところで、ネックブッシュ７３と回転軸７１との間の環状隙間７４におけるフラッシング流体の流速が低くなると、図２に示すように、ネックブッシュ７３よりも軸方向奥側のスラリ流体が、環状隙間７４を通過して機内領域Ｂの軸方向手前側へ流れ込む場合がある。そうすると、摺動部１３ａ，３２ａにスラリ流体中の固形粒子が噛み込み易くなり、スラリ流体が漏洩するおそれがある。また、スラリ流体中の固形粒子が第１ベローズ３１の伸縮部３１ｂに堆積し易くなるので、第１ベローズ３１の押圧力が不足して第１静止密封環３２の追従不良が生じるおそれがある。

【0041】

本実施形態のメカニカルシール１では、環状隙間７４におけるフラッシング流体の流速が低くなり、ネックブッシュ７３よりも軸方向奥側のスラリ流体が環状隙間７４を通過しても、スラリ流体が摺動部１３ａ，３２ａ付近へ流れ込むのを抑制する対策が施されている。具体的には、機内領域Ｂにおいて環状隙間７４と摺動部１３ａ，３２ａとの間に配置されている第１ガイド部材３３の内周側に、スラリ流体が軸方向奥側から軸方向手前側へ流れ込みにくくする対策が施されている。以下、その詳細について説明する。

【0042】

［第１ガイド部材］
図３は、第１ガイド部材３３を示す拡大断面図である。図２及び図３において、第１ガイド部材３３の円筒部３３ｂは、軸方向手前側から軸方向奥側へ向かって順に、第１円筒部３３１と、第２円筒部３３２と、第３円筒部３３３と、を有している。

【0043】

第１円筒部３３１の内周には、環状凹部３３１ａ及び環状凸部３３１ｂが軸方向全体にわたって交互に複数形成されている。そして環状凸部３３１ｂの内径は、回転軸７１の外径よりも少しだけ大きい。これにより、第１円筒部３３１の内周には、回転軸７１の外周面７１ａとの間にラビリンス隙間からなる第１隙間Ｓ１が環状に形成されている。

【0044】

第１隙間Ｓ１により、導入路４０から機内領域Ｂに導入されたフラッシング流体が、摺動部１３ａ，３２ａ付近から軸方向奥側へ流れ込むのを抑制することができる。その結果、摺動部１３ａ，３２ａ付近をフラッシング流体の雰囲気に維持することができる。また、第１隙間Ｓ１により、スラリ流体が第１隙間Ｓ１の軸方向奥側から軸方向手前側へ流れるのも抑制することができる。

【0045】

第２円筒部３３２は、第１円筒部３３１の軸方向奥側に連続して配置されている。第２円筒部３３２は、断面視において平坦に形成された内周面３３２ａを有している。内周面３３２ａの直径Ｄ２は、第１円筒部３３１の環状凹部３３１ａの直径Ｄ１よりも大きい。これにより、第２円筒部３３２の内周面３３２ａと回転軸７１の外周面７１ａとの間には、第１隙間Ｓ１よりも大きい第２隙間Ｓ２が環状に形成されている。その結果、摺動部１３ａ，３２ａ付近から第１隙間Ｓ１に流れ込んだフラッシング流体が第１隙間Ｓ１よりも大きい第２隙間Ｓ２に流れ込むことで、第２隙間Ｓ２内ではフラッシング流体の乱流が発生する。このような乱流が発生することで、軸方向奥側から第２隙間Ｓ２に流れ込んだスラリ流体が第１隙間Ｓ１へ流れ込むのを抑制することができる。

【0046】

第３円筒部３３３は、第２円筒部３３２の軸方向奥側に連続して配置されている。第３円筒部３３３の内周には、回転軸７１の外周面７１ａとの間に第３隙間Ｓ３が環状に形成されている。第３隙間Ｓ３は、回転軸７１の回転によってフラッシング流体を第２隙間Ｓ２から機内領域Ｂの軸方向奥側へ送り出す流れを発生させるように形成されている。

【0047】

本実施形態では、このような第３隙間Ｓ３を形成するために、第３円筒部３３３の内周に雌ねじ３３３ａが形成されている。雌ねじ３３３ａの締め付け方向は、回転軸７１を軸方向手前側から見た場合の回転軸７１の回転方向となっている。雌ねじ３３３ａの直径Ｄ３は、第２円筒部３３２の内周面３３２ａの直径Ｄ２よりも小さい。これにより、第３円筒部３３３の雌ねじ３３３ａと回転軸７１の外周面７１ａとの間には、第２隙間Ｓ２よりも小さい第３隙間Ｓ３が環状に形成されている。

【0048】

第３隙間Ｓ３により、回転軸７１の回転に伴って、フラッシング流体を第２隙間Ｓ２から雌ねじ３３３ａの溝に沿って軸方向奥側へ送り出す流れが発生する。このようなフラッシング流体の流れが発生することで、第３隙間Ｓ３よりも軸方向奥側のスラリ流体が第３隙間Ｓ３へ流れ込むのを抑制することができる。

【0049】

なお、本実施形態では、第１隙間Ｓ１の軸方向の長さよりも、第２隙間Ｓ２の軸方向の長さが長い。また、第２隙間Ｓ２の軸方向の長さよりも第３隙間Ｓ３の軸方向の長さが長い。

【0050】

以上により、回転軸７１との間に第１～第３隙間Ｓ１～Ｓ３をそれぞれ形成する第１円筒部３３１、第２円筒部３３２、及び第３円筒部３３３は、単一の部材である第１ガイド部材３３で構成されている。これにより、第１円筒部３３１、第２円筒部３３２、及び第３円筒部３３３は、静止側ユニット３の一部として構成されている。

【0051】

［本実施形態の作用効果］
本実施形態のメカニカルシール１によれば、第１シールケース３０の導入路４０から機内領域Ｂに導入されたフラッシング流体は、第１隙間Ｓ１（ラビリンス隙間）により、第１回転密封環１３と第１静止密封環３２との摺動部１３ａ，３２ａ付近から軸方向奥側へ流れにくくなる。これにより、摺動部１３ａ，３２ａ付近をフラッシング流体の雰囲気に維持することができる。また、第３隙間Ｓ３よりも軸方向奥側のスラリ流体は、第３隙間Ｓ３内でのフラッシング流体を軸方向奥側へ送り出す流れ、第２隙間Ｓ２内でのフラッシング流体の乱流、及び第１隙間Ｓ１のラビリンス隙間によって、これらの隙間Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１を通過して摺動部１３ａ，３２ａ付近に流れ込むのを抑制することができる。

【0052】

また、第３円筒部３３３の内周に、回転軸７１を軸方向手前側から見た場合の回転軸７１の回転方向が締め付け方向となる雌ねじ３３３ａを形成することで、回転軸７１の回転により第３円筒部３３３と回転軸７１との間においてフラッシング流体が雌ねじ３３３ａの溝に沿って軸方向奥側へ送り出される。これにより、フラッシング流体を軸方向奥側へ送り出す流れを発生させる第３隙間Ｓ３を容易に形成することができる。

【0053】

また、第１～第３円筒部３３１～３３３は、単一の部材で構成されているので、メカニカルシール１の構成を簡素化することができる。
また、第１～第３円筒部３３１～３３３は、静止側ユニット３の一部として構成されているので、ケーシング７２に静止側ユニット３を設けることで第１～第３隙間Ｓ１～Ｓ３をそれぞれ形成することができる。これにより、メカニカルシール１の組み付けを容易に行うことができる。

【0054】

また、第１ベローズ３１の伸縮をガイドする第１ガイド部材３３が、第１～第３隙間Ｓ１～Ｓ３を形成する第１～第３円筒部３３１～３３３を兼ねるので、メカニカルシール１の構成をさらに簡素化することができる。

【0055】

［その他］
本実施形態では、第３円筒部３３３よりも軸方向手前側に、第１円筒部３３１と第２円筒部３３２を１つずつ設けているが、第１円筒部３３１と第２円筒部３３２を交互に複数設けてもよい。また、第３円筒部３３３の内周には、フラッシング流体を第２隙間Ｓ２から軸方向奥側へ送り出す流れを発生させる第３隙間Ｓ３を形成することができれば、雌ねじ３３３ａ以外に、螺旋溝等の他の形状が形成されていてもよい。

【0056】

上記実施形態の第１～第３円筒部３３３は、単一の部材（第１ガイド部材３３）で構成されているが、それぞれ別部材で構成されていてもよい。また、上記実施形態の第１～第３円筒部３３３は、静止側ユニット３の第１ガイド部材３３に設けられているが、静止側ユニット３の他の部材、ケーシング７２、又はネックブッシュ７３に設けられていてもよい。また、本発明のメカニカルシールは、ダブルメカニカルシールに限定されるものではなく、シングルメカニカルシールにも適用することができる。

【0057】

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】

【0058】

１ メカニカルシール
２ 回転側ユニット
３ 静止側ユニット
１３ 第１回転密封環（回転密封環）
１３ａ，３２ａ 摺動部
３１ 第１ベローズ（ベローズ）
３２ 第１静止密封環（静止密封環）
３３ 第１ガイド部材（ガイド部材）
４０ 導入路
７１ 回転軸
７２ ケーシング
３３１ 第１円筒部
３３２ 第２円筒部
３３３ 第３円筒部
３３３ａ 雌ねじ
Ｂ 機内領域
Ｓ１ 第１隙間
Ｓ２ 第２隙間
Ｓ３ 第３隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】