特許 7449840 メカニカルシール装置

(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】2024-03-06

(45)【発行日】2024-03-14

(54)【発明の名称】メカニカルシール装置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20240307BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020183665

(22)【出願日】2020-11-02

(65)【公開番号】P2022073589

(43)【公開日】2022-05-17

【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】三浦 直人

(72)【発明者】

【氏名】上田 誠

(72)【発明者】

【氏名】大賀 光治

(72)【発明者】

【氏名】太田 雅博

【審査官】久慈 純平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２４１７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４７－２８３７９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特公昭３５－３７０６（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】実開昭６３－４０６６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１－２８５８３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １５／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機器の機内領域と機外領域とを区画する区画領域に設けられるシールケースと、
前記回転機器の回転軸と前記シールケースとの間において、前記回転軸の軸線方向に並列して配置された一対のメカニカルシールと、を備え、
前記一対のメカニカルシール同士の間に封液が供給される環状の封液室が形成されているメカニカルシール装置であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内において、当該ハウジングの軸方向一方側の第１位置と軸方向他方側の第２位置との間で移動可能に配置されたピストンと、
前記ハウジング内において前記ピストンの軸方向一方側に区画形成され、前記封液室の封液が導入される第１室と、
前記ハウジング内において前記ピストンの軸方向他方側に区画形成され、前記機内領域の被密封流体が導入される第２室と、
前記ハウジングの周壁に形成され、当該ハウジングの内周側で開口する開口部を有する第３室と、
前記第１室と前記第３室との間をシールする第１シール部材と、
前記ピストンが前記第２位置にあるときに前記第２室と前記第３室との間をシールし、前記ピストンが前記第２位置から前記第１位置側へ移動することで前記第２室と前記第３室との間のシールを解除する第２シール部材と、
前記第３室において、前記ハウジングに対して出没自在に設けられた感知部材と、を備え、
前記感知部材は、前記第２シール部材が前記第２室と前記第３室との間をシールしているときは前記第３室内に没入しており、前記第２シール部材によるシールが解除されたときに前記第２室から前記第３室に導入される前記被密封流体の圧力により前記ハウジングの外部に突出する、メカニカルシール装置。

【請求項2】

前記第２シール部材は、前記ピストンの外周に設けられたＯリングであり、
前記Ｏリングは、前記ピストンが前記第２位置にあるときは前記開口部よりも軸方向他方側において前記ハウジングの内周面に接触し、前記ピストンが前記第２位置から前記第１位置側へ移動することで、前記開口部に対向する位置、又は当該対向する位置よりも軸方向一方側の位置に配置される、請求項１に記載のメカニカルシール装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、メカニカルシール装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ポンプ等の回転機器の軸封装置として、一対のメカニカルシールが回転機器の回転軸の軸方向に並列して配置されたダブル型のメカニカルシール装置を用いる場合がある。このメカニカルシール装置の両メカニカルシール間には、封液を供給する封液室が形成されている。封液室内の封液の圧力（封液圧）は、機内側の被密封流体の圧力（機内圧）よりも高くすることで、機内側の被密封流体が封液室を介して機外側（大気側）へ漏洩するのを防止している（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－２４１７８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のメカニカルシール装置では、封液圧が機内圧よりも低くなる逆圧状態になると、機外側へ被密封流体が漏洩したり、メカニカルシールが破損したりするリスクが高まる。このような逆圧状態を把握するために、封液圧と機内圧をそれぞれ検知する圧力スイッチを設けることが考えられる。しかし、圧力スイッチは、予め設定された圧力で作動するため、その設定圧力と実際の封液圧（又は機内圧）との間に誤差が生じると、実際に逆圧状態になっているのか否かを把握することができない。

【0005】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧力スイッチ等の計装器を用いずに、実際に逆圧状態になったことを把握することができるメカニカルシール装置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】

（１）本発明のメカニカルシール装置は、回転機器の機内領域と機外領域とを区画する区画領域に設けられるシールケースと、前記回転機器の回転軸と前記シールケースとの間において、前記回転軸の軸線方向に並列して配置された一対のメカニカルシールと、を備え、前記一対のメカニカルシール同士の間に封液が供給される環状の封液室が形成されているメカニカルシール装置であって、ハウジングと、前記ハウジング内において、当該ハウジングの軸方向一方側の第１位置と軸方向他方側の第２位置との間で移動可能に配置されたピストンと、前記ハウジング内において前記ピストンの軸方向一方側に区画形成され、前記封液室の封液が導入される第１室と、前記ハウジング内において前記ピストンの軸方向他方側に区画形成され、前記機内領域の被密封流体が導入される第２室と、前記ハウジングの周壁に形成され、当該ハウジングの内周側で開口する開口部を有する第３室と、前記第１室と前記第３室との間をシールする第１シール部材と、前記ピストンが前記第２位置にあるときに前記第２室と前記第３室との間をシールし、前記ピストンが前記第２位置から前記第１位置側へ移動することで前記第２室と前記第３室との間のシールを解除する第２シール部材と、前記第３室において、前記ハウジングに対して出没自在に設けられた感知部材と、を備え、前記感知部材は、前記第２シール部材が前記第２室と前記第３室との間をシールしているときは前記第３室内に没入しており、前記第２シール部材によるシールが解除されたときに前記第２室から前記第３室に導入される前記被密封流体の圧力により前記ハウジングの外部に突出する。

【0007】

本発明によれば、ハウジング内において、第１室に導入される封液の圧力（封液圧）が、第２室に導入される被密封流体の圧力（機内圧）よりも高い通常の圧力状態では、ピストンは封液圧によって第２位置に保持されている。ピストンが第２位置にあるときは、第２シール部材が第２室と第３室との間をシールしており、感知部材はハウジングの第３室内に没入している。その状態から封液圧が機内圧よりも低くなる逆圧状態になると、ピストンが機内圧により第２位置から第１位置側へ移動する。ピストンが第１位置側へ移動すると、第２シール部材によるシールが解除されることで、第２室から第３室に導入される被密封流体の圧力により感知部材はハウジングの外部に突出する。このように、感知部材は、実際に逆圧状態になったときの機内圧によってハウジングの外部に突出するので、作業者は突出した感知部材により実際に逆圧状態になったことを把握することができる。

【0008】

（２）前記第２シール部材は、前記ピストンの外周に設けられたＯリングであり、前記Ｏリングは、前記ピストンが前記第２位置にあるときは前記開口部よりも軸方向他方側において前記ハウジングの内周面に接触し、前記ピストンが前記第２位置から前記第１位置側へ移動することで、前記開口部に対向する位置、又は当該対向する位置よりも軸方向一方側の位置に配置されるのが好ましい。

【0009】

この場合、ピストンが第２位置にあるときは、ピストンの外周に設けられたＯリングが第３室の開口部よりも軸方向他方側でハウジングの内周面に接触するので、第２室と第３室との間をＯリングによりシールすることができる。その状態からピストンが第１位置側へ移動すると、Ｏリングが第３室の開口部に対向する位置、又は当該対向する位置よりも軸方向一方側に配置されることで、Ｏリングによる第２室と第３室との間のシールが解除される。したがって、第２シール部材としてＯリングを用いるだけで、第２室と第３室との間のシールと、そのシールの解除とを行うことができるので、第２シール部材の構成を簡素化することができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、圧力スイッチ等の計装器を用いずに、実際に逆圧状態になったことを把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係るメカニカルシール装置の全体構成図（一部断面図）である。

【図2】逆圧検知機構の断面図であり、ピストンが第２位置にある状態を示している。

【図3】逆圧検知機構の断面図であり、ピストンが第１位置にある状態を示している。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。
［メカニカルシール装置］
図１は、本発明の実施形態に係るメカニカルシール装置の断面図である。メカニカルシール装置１は、被密封流体を取り扱うポンプや撹拌機等の回転機器５０に設けられている。メカニカルシール装置１は、シールケース２と、第１メカニカルシール７と、第２メカニカルシール８と、逆圧検知機構３０と、を備えている。

【0013】

シールケース２は、回転機器５０のケーシング（図示省略）に固定されており、回転機器５０の機内領域Ａと機外領域Ｂとを区画している。本実施形態のシールケース２は、機内領域Ａ側から機外領域Ｂ側へ向かって順に、第１ケース体３、第２ケース体４、第３ケース体５、及び第４ケース体６を有している。第１ケース体３、第２ケース体４、第３ケース体５、及び第４ケース体６は、それぞれ環状に形成されており、回転機器５０の回転軸５１を包囲している。以下、本明細書において、機内領域Ａ側を機内側といい、機外領域Ｂ側を機外側という。

【0014】

第１メカニカルシール７及び第２メカニカルシール８は、ダブル型メカニカルシールを構成している。第１メカニカルシール７及び第２メカニカルシール８は、シールケース２と回転軸５１との間において、回転軸５１の軸線方向（以下、単に「軸線方向」という）に並列して配置されている。第１メカニカルシール７は機内側に配置され、機内領域Ａと封液室Ｄとの間をシールしている。第２メカニカルシール８は機外側に配置され、機外領域Ｂと封液室Ｄとの間をシールしている。

【0015】

第１メカニカルシール７は、スプリングリテーナ１１、ドライブピン１２、ドライブカラー１３、スプリング１４、リテーナ１５、回転密封環１６、静止密封環１７、Ｏリング１８、及びＯリング１９を備えている。

【0016】

スプリングリテーナ１１は、環状に形成されており、回転軸５１の外周側においてスリーブ９を介して固定されている。スプリングリテーナ１１には、周方向に所定間隔をあけて複数のドライブピン１２（図１では１つのみ図示）が軸線方向に貫通して設けられている。各ドライブピン１２は、スプリングリテーナ１１に対して軸線方向の所定範囲で移動自在に保持されている。

【0017】

ドライブピン１２の機内側の端部は、スプリングリテーナ１１よりも機内側において、スリーブ９の外周面に対して軸線方向に移動可能に取り付けられた環状のドライブカラー１３に固定されている。これにより、ドライブカラー１３は、ドライブピン１２を介してスプリングリテーナ１１に対して軸線方向に移動可能に保持されるとともに、スプリングリテーナ１１に対する相対回転が規制されている。

【0018】

スプリングリテーナ１１は、周方向に所定間隔をあけて複数のスプリング１４（図１では１つのみ図示）の一端部を保持している。スプリング１４の他端部は、ドライブカラー１３の機外側の端面に当接している。これにより、ドライブカラー１３は、スプリング１４の付勢力によってスプリングリテーナ１１に対して機内側に付勢されている。

【0019】

ドライブカラー１３の機内側には、環状のリテーナ１５が固定されている。リテーナ１５は、ドライブカラー１３と共に回転軸５１に対して軸線方向に移動可能である。リテーナ１５の内周には、スリーブ９の外周面との間をシール（二次シール）するゴム製のＯリング１８が設けられている。

【0020】

リテーナ１５の機内側には、環状の回転密封環１６が嵌合して固定されている。回転密封環１６の機内側の端面は、シール面１６ａとされている。回転密封環１６よりも機内側には、静止密封環１７が隣接して配置されている。静止密封環１７は、第２ケース体４の内周側に嵌合して固定されている。静止密封環１７の機外側の端面は、回転密封環１６のシール面１６ａが摺動するシール面１７ａとされている。静止密封環１７の外周には、第２ケース体４の内周面との間をシール（二次シール）するゴム製のＯリング１９が設けられている。

【0021】

第２メカニカルシール８は、スプリングリテーナ２１、ドライブピン２２、ドライブカラー２３、スプリング２４、回転密封環２５、静止密封環２６、及びＯリング２７を備えている。

【0022】

スプリングリテーナ２１は、環状に形成されており、回転軸５１の外周側においてスリーブ９を介して固定されている。スプリングリテーナ２１には、周方向に所定間隔をあけて複数のドライブピン２２（図１では１つのみ図示）が軸線方向に貫通して設けられている。各ドライブピン２２は、スプリングリテーナ２１に対して軸線方向の所定範囲で移動自在に保持されている。

【0023】

ドライブピン２２の機外側の端部は、スプリングリテーナ２１よりも機外側において、スリーブ９の外周面に対して軸線方向に移動可能に取り付けられた環状のドライブカラー２３に固定されている。これにより、ドライブカラー２３は、ドライブピン２２を介してスプリングリテーナ２１に対して軸線方向に移動可能に保持されるとともに、スプリングリテーナ２１に対する相対回転が規制されている。

【0024】

スプリングリテーナ２１は、周方向に所定間隔をあけて複数のスプリング２４（図１では１つのみ図示）の一端部を保持している。スプリング２４の他端部は、ドライブカラー２３の機内側の端面に当接している。これにより、ドライブカラー２３は、スプリング２４の付勢力によってスプリングリテーナ２１に対して機外側に付勢されている。

【0025】

ドライブカラー２３の機外側には、環状の回転密封環２５が固定されている。回転密封環２５は、ドライブカラー２３と共に回転軸５１に対して軸線方向に移動可能である。回転密封環２５の内周には、スリーブ９の外周面との間をシール（二次シール）するゴム製のＯリング２７が設けられている。

【0026】

回転密封環２５の機外側の端面は、シール面２５ａとされている。回転密封環２５よりも機外側には、静止密封環２６が隣接して配置されている。静止密封環２６は、第４ケース体６の内周側に嵌合して固定されている。静止密封環２６の機内側の端面は、回転密封環２５のシール面２５ａが摺動するシール面２６ａとされている。

【0027】

シールケース２内における第１メカニカルシール７と第２メカニカルシール８との間には、環状の封液室Ｄが形成されている。封液室Ｄには、第１メカニカルシール７のシール面１６ａ，１７ａ同士の摺動部、及び第２メカニカルシール８のシール面２５ａ，２６ａ同士の摺動部を、潤滑及び冷却する封液が導入される。封液としては、被密封流体に応じて、被密封流体内に混入しても支障のない水，油，溶剤等が使用される。

【0028】

第２ケース体４及び第３ケース体５には、封液室Ｄに封液を供給する供給路２ａが形成されている。第２ケース体４には、封液室Ｄの封液を外部へ排出する排出路２ｂが形成されている。これにより、回転機器５０の運転中に供給路２ａから封液室Ｄに供給された封液は、第１及び第２メカニカルシール７，８の各摺動部を潤滑及び冷却し、排出路２ｂから外部へ排出される。

【0029】

第２ケース体４には、封液室Ｄと連通する第１流路２ｃが形成されている。第１ケース体３には、機内領域Ａと連通する第２流路２ｄが形成されている。
封液室Ｄの封液の圧力（封液圧）は、機内領域Ａの被密封流体の圧力（機内圧）よりも高くしている。このような圧力関係にすることで、機内領域Ａの被密封流体が封液室Ｄを介して機外領域Ｂへ漏洩するのを防いでいる。

【0030】

［逆圧検知機構の構成］
＜全体構成＞
シールケース２の外部には逆圧検知機構３０が配置されている。逆圧検知機構３０は、封液圧が機内圧よりも低くなった状態（逆圧状態）を機械的に検知する機構である。逆圧検知機構３０は、第１配管６１及び第２配管６２を介してシールケース２に接続されている。

【0031】

第１配管６１のシールケース２側の端部は、シールケース２の第１流路２ｃに接続されている。封液室Ｄの封液は、第１流路２ｃ及び第１配管６１を介して逆圧検知機構３０に導入される。第２配管６２のシールケース２側の端部は、シールケース２の第２流路２ｄに接続されている。機内領域Ａの被密封流体は、第２流路２ｄ及び第２配管６２を介して逆圧検知機構３０に導入される。

【0032】

図２は、逆圧検知機構３０の断面図である。逆圧検知機構３０は、主な構成部材として、ハウジング３１、ピストン３２、第１室３３、第２室３４、第３室３５、第１シール部材３６、第２シール部材３７、及び感知部材３８を備えている。

【0033】

＜ハウジング＞
ハウジング３１は、互いに隣接して配置された第１筒体３１１及び第２筒体３１２と、第１筒体３１１の外周部に固定された第３筒体３１３と、を有している。第１筒体３１１及び第２筒体３１２は、軸線Ｃ１を中心として円筒状に形成されている。
以下、軸線Ｃ１に沿う方向を「軸方向」といい、軸線Ｃ１に対して垂直な方向を「径方向」という。また、便宜上、図２における軸線Ｃ１の上側を「軸方向一方側」といい、図２における軸線Ｃ１の下側を「軸方向他方側」という。

【0034】

第１筒体３１１は、第１大筒部３１１ａと、第１大筒部３１１ａの軸方向一方側に一体に形成された第１小筒部３１１ｂと、を有している。第１大筒部３１１ａの外径は、第１小筒部３１１ｂの外径よりも大きい。第１大筒部３１１ａの軸方向の長さは、第１小筒部３１１ｂの軸方向の長さよりも長い。

【0035】

第１筒体３１１の内部には、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって順に、接続孔部３１１ｃ、収容孔部３１１ｄ、及び嵌合孔部３１１ｅが連続して形成されている。接続孔部３１１ｃは、第１小筒部３１１ｂの内部における軸方向一端から軸方向他方側の途中部までの間に形成されている。

【0036】

収容孔部３１１ｄの大部分は、第１大筒部３１１ａの内部に形成されており、収容孔部３１１ｄの残りの一部分（軸方向一端部）は、第１小筒部３１１ｂの内部の軸方向他端部に形成されている。収容孔部３１１ｄの孔径は、接続孔部３１１ｃの孔径よりも大きい。収容孔部３１１ｄと接続孔部３１１ｃとの境界には第１段差面３１１ｆが形成されている。

【0037】

嵌合孔部３１１ｅは、第１大筒部３１１ａの内部の軸方向他端部に形成されている。嵌合孔部３１１ｅの孔径は、収容孔部３１１ｄの孔径よりも大きい。収容孔部３１１ｄと嵌合孔部３１１ｅとの境界には第２段差面３１１ｇが形成されている。

【0038】

第１筒体３１１の第１小筒部３１１ｂには、図示を省略するが、第１配管６１（図１参照）の逆圧検知機構３０側の端部が接続されている。これにより、第１筒体３１１の接続孔部３１１ｃは、第１配管６１を介して封液室Ｄに接続されている。

【0039】

第２筒体３１２は、第２大筒部３１２ａと、第２大筒部３１２ａの軸方向他方側に一体に形成された第２小筒部３１２ｂと、を有している。第２大筒部３１２ａの外径は、第２小筒部３１２ｂの外径よりも大きく、第１大筒部３１１ａの外径と同一である。第２大筒部３１２ａの軸方向の長さは、第２小筒部３１２ｂの軸方向の長さよりも短い。

【0040】

第２筒体３１２の内部には、接続孔部３１２ｃが軸方向全長にわたって形成されている。接続孔部３１２ｃは、第１筒体３１１の嵌合孔部３１１ｅと連通している。接続孔部３１２ｃの孔径は、第１筒体３１１の接続孔部３１１ｃの孔径よりも大きく、収容孔部３１１ｄの孔径よりも小さい。

【0041】

第２大筒部３１２ａの軸方向一方側には、第１大筒部３１１ａの軸方向他方側の端面に当接する当接面３１２ｄが形成されている。また、第２大筒部３１２ａの軸方向一方側には、当接面３１２ｄよりも径方向内側において当接面３１２ｄよりも軸方向一方側に突出する環状の嵌合部３１２ｅが形成されている。嵌合部３１２ｅは、第１筒体３１１の嵌合孔部３１１ｅに嵌合されている。

【0042】

第２大筒部３１２ａは、周方向に間隔をあけて複数のボルト３９（図２では１つのみ図示）によって第１大筒部３１１ａに固定されている。第１大筒部３１１ａの軸方向他方側には、第２大筒部３１２ａの当接面３１２ｄとの間をシールするゴム製のＯリング４０が設けられている。

【0043】

第２小筒部３１２ｂには、図示を省略するが、第２配管６２（図１参照）の逆圧検知機構３０側の端部が接続されている。これにより、第２筒体３１２の接続孔部３１２ｃは、第２配管６２を介して機内領域Ａに接続されている。

【0044】

第３筒体３１３は、第１大筒部３１１ａに形成された取付孔３１１ｈに取り付けられている。取付孔３１１ｈは、第１大筒部３１１ａの周方向の所定箇所において径方向に貫通して形成されている。取付孔３１１ｈは、第１大筒部３１１ａの径方向外側に形成された大孔部３１１ｉと、第１大筒部３１１ａの径方向内側に形成された小孔部３１１ｊと、を有している。大孔部３１１ｉの孔径は、小孔部３１１ｊの孔径よりも大きい。取付孔３１１ｈは、大孔部３１１ｉと小孔部３１１ｊとの間に形成された縮径孔部３１１ｋをさらに有している。縮径孔部３１１ｋの孔径は、大孔部３１１ｉから小孔部３１１ｊへ向かって徐々に縮径している。

【0045】

第３筒体３１３は、軸線Ｃ１に対して垂直な方向に延びる軸線Ｃ２を中心として円筒状に形成されている。第３筒体３１３の軸線Ｃ２方向の一端部（図２の右端部）は、取付孔３１１ｈの大孔部３１１ｉに挿入して固定されている。第３筒体３１３の軸線Ｃ２方向の他端部（図２の左端部）は、第１筒体３１１の外周から径方向外側に突出している。第３筒体３１３の内部には、軸線Ｃ２方向の一端側から他端側に向かって順に、大孔部３１１ｉと連通する連通孔部３１３ａと、連通孔部３１３ａよりも小さい孔径の支持孔部３１３ｂとが連続して形成されている。連通孔部３１３ａと支持孔部３１３ｂとの境界には段差面３１３ｃが形成されている。

【0046】

＜ピストン＞
ピストン３２は、円柱状に形成されており、ハウジング３１内の主に収容孔部３１１ｄに配置されている。ピストン３２の外径は、収容孔部３１１ｄの孔径よりも僅かに小さい。ピストン３２の軸方向の長さは、収容孔部３１１ｄの軸方向の長さよりも小さい。これにより、ピストン３２は、軸方向一方側に偏った第１位置（図３に示す位置）と、軸方向他方側に偏った第２位置（図２に示す位置）との間で軸方向に移動可能である。

【0047】

図３は、ピストン３２が第１位置まで移動した状態を示す逆圧検知機構３０の断面図である。図２及び図３において、ピストン３２の軸方向の一端面３２ａには、周方向に複数の突出部３２ｃが軸方向一方側に突出して固定されている。各突出部３２ｃは、ピストン３２が第１位置まで移動したときにハウジング３１の第１段差面３１１ｆに当接する。これにより、ピストン３２の第１位置から軸方向一方側への移動を規制することができる。

【0048】

ピストン３２の軸方向の他端面３２ｂには、周方向に複数の突出部３２ｄが軸方向他方側に突出して固定されている。各突出部３２ｄは、ピストン３２が第２位置まで移動したときに嵌合部３１２ｄｅの端面３１２ｆに当接する。これにより、ピストン３２の第２位置から軸方向他方側への移動を規制することができる。

【0049】

＜第１室＞
ハウジング３１の内部におけるピストン３２の軸方向一方側には、第１室３３が形成されている。第１室３３の大きさは、ピストン３２の軸方向の位置によって変化する。具体的には、第１室３３は、ピストン３２が第１位置（図３）にあるときに最小の大きさとなり、ピストン３２が第２位置（図２）にあるときに最大の大きさとなる。

【0050】

図２に示す状態において、第１室３３は、ピストン３２の一端面３２ａ、収容孔部３１１ｄの軸方向一方側の周面、第１段差面３１１ｆ、及び接続孔部３１１ｃの周面によって区画形成される。第１室３３には、第１配管６１を介して封液室Ｄの封液が常に導入される（図１参照）。

【0051】

＜第２室＞
ハウジング３１の内部におけるピストン３２の軸方向他方側には、第２室３４が形成されている。第２室３４の大きさは、ピストン３２の軸方向の位置によって変化する。具体的には、第２室３４は、ピストン３２が第２位置（図２）にあるときに最小の大きさとなり、ピストン３２が第１位置（図３）にあるときに最大の大きさとなる。

【0052】

図３に示す状態において、第２室３４は、ピストン３２の他端面３２ｂ、収容孔部３１１ｄの軸方向他方側の周面、第２段差面３１１ｇ、嵌合孔部３１１ｅの周面、嵌合部３１２ｅの端面３１２ｆ、及び接続孔部３１２ｃの周面によって区画形成される。第２室３４には、第２配管６２を介して機内領域Ａの被密封流体が常に導入される（図１参照）。

【0053】

＜第３室＞
ハウジング３１の周壁である第１筒体３１１及び第３筒体３１３には、第３室３５が形成されている。第３室３５は、支持孔部３１３ｂの周面、段差面３１３ｃ、連通孔部３１３ａの周面、大孔部３１１ｉの周面、縮径孔部３１１ｋの周面、及び小孔部３１１ｊの周面によって区画形成されている。第３室３５は、第１大筒部３１１ａの内周側で開口する開口部３５ａを有する。開口部３５ａは、収容孔部３１１ｄの周面に形成された環状溝３１１ｍの底面で開口している。

【0054】

＜第１シール部材＞
第１シール部材３６は、第１室３３と第３室３５との間をシールするものである。本実施形態では、第１シール部材３６として、例えばＯリングが用いられている。第１シール部材３６は、ピストン３２の外周の軸方向一方側に形成された第１環状溝３２ｅに嵌め込まれている。第１シール部材３６は、収容孔部３１１ｄの周面に接触しながら、ピストン３２と共に軸方向に移動する。

【0055】

第１シール部材３６は、ピストン３２が第１位置（図３）及び第２位置（図２）のいずれの位置にあるときも、第１大筒部３１１ａの環状溝３１１ｍよりも軸方向一方側において、収容孔部３１１ｄの周面に接触している。これにより、第１シール部材３６は、ピストン３２の軸方向の位置に関わらず、第３室３５の開口部３５ａよりも軸方向一方側において、収容孔部３１１ｄの周面に接触している。したがって、第１シール部材３６は、ピストン３２の軸方向の位置に関わらず、第１室３３と第３室３５との間を常にシールしている。

【0056】

＜第２シール部材＞
第２シール部材３７は、第２室３４と第３室３５との間をシールするものである。本実施形態では、第２シール部材３７として、例えばＯリングが用いられている。第２シール部材３７は、ピストン３２の外周の軸方向他方側に形成された第２環状溝３２ｆに嵌め込まれている。第２シール部材３７は、ピストン３２と共に軸方向に移動する。

【0057】

第２シール部材３７は、ピストン３２が第２位置（図２）にあるとき、第１大筒部３１１ａの環状溝３１１ｍよりも軸方向他方側において、収容孔部３１１ｄの周面に接触している。これにより、第２シール部材３７は、第３室３５の開口部３５ａよりも軸方向他方側において、収容孔部３１１ｄの周面に接触している。したがって、第２シール部材３７は、ピストン３２が第２位置にあるとき、第２室３４と第３室３５との間をシールしている。

【0058】

第２シール部材３７は、ピストン３２が第１位置（図３）にあるとき、第１大筒部３１１ａの環状溝３１１ｍ及び開口部３５ａに対向する位置に配置され、環状溝３１１ｍの底面との間に隙間が形成された状態、つまり収容孔部３１１ｄの周面に接触しない状態となる。これにより、第２シール部材３７は、ピストン３２が第２位置から第１位置へ移動することで、第２室３４と第３室３５との間のシールを解除する。

【0059】

＜感知部材＞
ハウジング３１の第３室３５には、感知部材３８がハウジング３１に対して出没自在に設けられている。感知部材３８は、軸線Ｃ２に沿って延びる円柱状のピン部材からなる。感知部材３８は、摺動部３８ａと、芯部３８ｂと、出没部３８ｃと、を有している。

【0060】

摺動部３８ａは、第３筒体３１３の連通孔部３１３ａに配置されている。摺動部３８ａの外径は、連通孔部３１３ａの孔径よりも僅かに小さい。これにより、摺動部３８ａは、連通孔部３１３ａの周面に沿って軸線Ｃ２方向に摺動するようになっている。摺動部３８ａの外周には、環状溝３８ｄが形成されている。環状溝３８ｄにはＯリング４１が嵌め込まれている。Ｏリング４１は、連通孔部３１３ａの周面に接触しながら、摺動部３８ａと共に軸線Ｃ２方向に移動するようになっている。

【0061】

第３室３５におけるＯリング４１よりも開口部３５ａ側には、流体導入空間３５ｂが形成されている。流体導入空間３５ｂには、ピストン３２が第２位置から第１位置（図３）へ移動するときに、第２室３４の被密封流体が導入されるようになっている。Ｏリング４１は、流体導入空間３５ｂに導入された被密封流体が支持孔部３１３ｂから第３筒体３１３の外部へ漏洩するのを防いでいる。

【0062】

芯部３８ｂは、摺動部３８ａから第３室３５の開口部３５ａに向かって延びている。芯部３８ｂは、本体部３８ｂ１と、本体部３８ｂ１の開口部３５ａ側に形成された先端部３８ｂ２と、を有している。本体部３８ｂ１の外径は、摺動部３８ａの外径よりも小さく、かつ第１筒体３１１の小孔部３１１ｊの孔径よりも大きい。先端部３８ｂ２は、本体部３８ｂ１から開口部３５ａ側へ向かって徐々に先細るように円錐状に形成されている。図２に示す状態において、先端部３８ｂ２は小孔部３１１ｊに挿入されている。

【0063】

出没部３８ｃは、摺動部３８ａから支持孔部３１３ｂに向かって延びている。出没部３８ｃの外径は、摺動部３８ａの外径よりも小さい。また、出没部３８ｃの外径は、支持孔部３１３ｂの孔径よりも僅かに小さい。出没部３８ｃは、支持孔部３１３ｂに挿入されて第３筒体３１３に支持されている。

【0064】

出没部３８ｃは、図２に示す没入位置と、図３に示す突出位置との間で、摺動部３８ａと共に軸線Ｃ２方向に移動するようになっている。図２に示すように、出没部３８ｃが没入位置にあるとき、出没部３８ｃの全体は、第３室３５内に没入している。図３に示すように、出没部３８ｃが突出位置にあるとき、出没部３８ｃの一部３８ｃ１が、第３筒体３１３よりも径方向外側（図３の左側）の外部に突出する。また、出没部３８ｃが突出位置にあるとき、摺動部３８ｂが段差面３１３ｃに当接することで、出没部３８ｃが必要以上に第３筒体３１３から突出するのを規制している。逆圧検知機構３０の初期設定時において、感知部材３８は、出没部３８ｃが没入位置となるように第３室３５に配置される。

【0065】

［逆圧検知機構の動作］
ハウジング３１の第１室３３には、シールケース２内の封液室Ｄから封液が導入されるので、ピストン３２の一端面３２ａには封液圧が作用する。また、ハウジング３１の第２室３４には、シールケース２側の機内領域Ａから被密封流体が導入されるので、ピストン３２の他端面３２ｂには機内圧が作用する。このため、封液圧が機内圧よりも高い通常の圧力状態では、図２に示すように、ピストン３２は、第１室３３の封液圧によって軸方向他方側に押圧され、第２位置で保持されている。

【0066】

ピストン３２が第２位置で保持されているとき、第２シール部材３７は、第３室３５の開口部３５ａよりも軸方向他方側において、収容孔部３１１ｄの周面に接触している。これにより、第２シール部材３７は第２室３４と第３室３５との間をシールしているので、第３室３５の流体導入空間３５ｂには第２室３４の被密封流体が流れ込むことはない。このため、感知部材３８は、初期設定時の状態、つまり出没部３８ｃが没入位置にある状態で保持されている。

【0067】

図２に示す通常の圧力状態から、封液圧が機内圧よりも低くなる逆圧状態になると、ピストン３２は、第２室３４の機内圧によって軸方向一方側に押圧される。これにより、ピストン３２は、第２位置から、図３に示す第１位置まで移動する。ピストン３２が第１位置へ移動すると、第２シール部材３７は、第１筒体３１１の環状溝３１１ｍ及び第３室３５の開口部３５ａに対向する位置に配置され、収容孔部３１１ｄの周面に接触しない状態となる。これにより、第２シール部材３７は、第２室３４と第３室３５との間のシールを解除する。

【0068】

第２シール部材３７による第２室３４と第３室３５との間のシールが解除されると、第２室３４の被密封流体は、開口部３５ａから第３室３５の流体導入空間３５ｂに導入される。その導入初期において、感知部材３８は図２に示す状態にあるため、第３室３５の小孔部３１１ｊに位置する感知部材３８の先端部３８ｂ２は、小孔部３１１ｊに導入された被密封流体の圧力により径方向外側（図２の左側）へ押圧される。このように先端部３８ｂ２が押圧されると、図３に示すように、感知部材３８の出没部３８ｃは、没入位置から突出位置へ移動する。出没部３８ｃが突出位置へ移動すると、出没部３８ｃの一部３８ｃ１が第３筒体３１３の外部に突出する。

【0069】

［実施形態の作用効果］
以上、本実施形態のメカニカルシール装置１によれば、逆圧検知機構３０のハウジング３１内において、第１室３３の封液圧が第２室３４の機内圧よりも低くなる逆圧状態になると、ピストン３２が機内圧により第２位置から第１位置へ移動する。ピストン３２が第１位置へ移動すると、第２シール部材３７によるシールが解除されることで、第２室３４から第３室３５に導入される被密封流体の圧力により、感知部材３８（出没部３８ｃ）がハウジング３１（第３筒体３１３）の外部に突出する。このように、感知部材３８は、実際に逆圧状態になったときの機内圧によってハウジング３１の外部に突出するので、作業者は、突出した感知部材３８を視認することで、実際に逆圧状態になったことを把握することができる。その結果、逆圧状態となったメカニカルシール装置１のメンテナンス作業を早期に行うことができるので、機外領域Ｂに被密封流体が漏洩したり、第１及び第２メカニカルシール７，８が破損したりするリスクを低減することができる。

【0070】

また、ピストン３２が第２位置にあるときは、ピストン３２の外周に設けられた第２シール部材３７であるＯリングが、第３室３５の開口部３５ａよりも軸方向他方側でハウジング３１の内周面（収容孔部３１１ｄの周面）に接触するので、第２室３４と第３室３５との間を前記Ｏリングによりシールすることができる。その状態からピストン３２が第１位置へ移動すると、前記Ｏリングが第３室３５の開口部３５ａに対向する位置に配置されることで、前記Ｏリングによる第２室３４と第３室３５との間のシールが解除される。したがって、第２シール部材３７としてＯリングを用いるだけで、第２室３４と第３室３５との間のシールと、そのシールの解除とを行うことができるので、第２シール部材３７の構成を簡素化することができる。

【0071】

［その他］
上記実施形態では、ピストン３２が第１位置へ移動したときに、第２シール部材３７のシールを解除しているが、ピストン３２が第２位置から第１位置へ移動する途中で第２シール部材３７のシールを解除してもよい。その場合、ピストン３２が第１位置まで移動したときに、第２シール部材３７のＯリングは、第３室３５の開口部３５ａに対向する位置よりも軸方向一方側の位置に配置される。

【0072】

上記実施形態では、感知部材３８がハウジング３１の外部に突出したことを視認することによって逆圧状態を把握できるようになっているが、感知部材３８がハウジング３１の外部に突出したことを位置センサで電気的に検知することによって逆圧状態を把握できるようにしてもよい。その場合、封液圧と機内圧をそれぞれ検知する一対の圧力スイッチを使用する場合と比較して、センサの個数を減らすことができる。

【0073】

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】

【0074】

１ メカニカルシール装置
２ シールケース
６ 第１メカニカルシール（メカニカルシール）
７ 第２メカニカルシール（メカニカルシール）
３１ ハウジング
３２ ピストン
３３ 第１室
３４ 第２室
３５ 第３室
３５ａ 開口部
３６ 第１シール部材
３７ 第２シール部材（Ｏリング）
３８ 感知部材
５０ 回転機器
５１ 回転軸
Ａ 機内領域
Ｂ 機外領域
Ｄ 封液室

【図1】

【図2】

【図3】