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WO2014192761A1 - メカニカルシール装置 - Google Patents

メカニカルシール装置 Download PDF

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WO2014192761A1
WO2014192761A1 PCT/JP2014/064005 JP2014064005W WO2014192761A1 WO 2014192761 A1 WO2014192761 A1 WO 2014192761A1 JP 2014064005 W JP2014064005 W JP 2014064005W WO 2014192761 A1 WO2014192761 A1 WO 2014192761A1
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WO
WIPO (PCT)
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bellows
housing
ring
annular member
mechanical seal
Prior art date
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Ceased
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PCT/JP2014/064005
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English (en)
French (fr)
Inventor
嘉博 末藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eagle Industry Co Ltd
Original Assignee
Eagle Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to JP2015519878A priority patent/JPWO2014192761A1/ja
Priority to CN201480008670.6A priority patent/CN104995440A/zh
Priority to US14/770,535 priority patent/US9400054B2/en
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    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/36—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member connected by a diaphragm or bellow to the other member
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    • F16J15/363—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member connected by a diaphragm or bellow to the other member the diaphragm or bellow being made of metal

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical seal device.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a mechanical seal device according to a conventional example.
  • a mechanical seal device 100 shown in FIG. 5 is provided between a housing 200 such as a pump casing and a rotary shaft 300, and seals the inside A of the housing 200 against the outside (atmosphere side) B.
  • the mechanical seal device 100 includes a seal cover 102 attached to the housing 200 and a sleeve 103 fitted to the rotation shaft 300.
  • the seal cover 102 is provided with a fixed ring 104, which is an annular member, a bellows 105, and a spring 106.
  • the sleeve 103 is provided with a rotating ring 107 that is an annular member.
  • the seal cover 102 and the sleeve 103 are attached to the housing 200 and the rotating shaft 300 so that the fixed ring 104 and the rotating ring 107 are in contact with each other.
  • the fixed ring 104 and the rotating ring 107 are slidably brought into contact with each other to form an annular sealing surface S, whereby the above-described sealed state is formed.
  • the bellows 105 and the spring 106 are provided so as to be expandable and contractable in the axial direction, and urge the fixed ring 104 toward the rotating ring 107 to enhance the adhesion of the seal surface S.
  • the number of peaks of the metal bellows 105 which is expensive to manufacture, is reduced to reduce the cost and make it compact. It is a configuration to compensate. Further, the spring 106 is disposed on the outer peripheral side of the bellows 105 in order to avoid exposure to the fluid.
  • the bellows 105 and the spring 106 are arranged in the radial direction as described above, there is a limit to the reduction in the size in the radial direction. Will be. Further, the high-density slurry contained in the fluid to be sealed is pushed outward by the centrifugal force generated by the rotation of the rotary shaft 300 and pushed into the valley between the peaks on the inner peripheral side of the bellows 105. If used for a long time, the slurry deposited in the valley may affect the stretchability of the bellows 105.
  • An object of the present invention is to provide a mechanical seal device capable of expanding the application range and maintaining performance in long-term use.
  • the mechanical seal device comprises: A mechanical seal device for sealing a fluid in the housing by sealing between a shaft hole provided in the housing and a rotating shaft inserted through the shaft hole, A first annular member fixed to the rotating shaft; A second annular member that slidably contacts the first annular member to form an annular sealing surface; A bellows for supporting the second annular member so as to urge the first annular member; A biasing member that biases the second annular member against the first annular member; The bellows is attached to the housing and supports the outer peripheral surface of the bellows on the inner side of the housing with respect to the seal surface. And a seal cover that supports the bellows in a position aligned in the axial direction; It is characterized by providing.
  • the bellows and the urging member are not arranged in the radial direction, the size of the apparatus in the radial direction can be reduced.
  • the fluid to be sealed is sealed on the outer peripheral side of the bellows, the slurry or the like in the fluid to be sealed does not accumulate in the valleys of the bellows.
  • a cylindrical portion that is fixed to the second annular member and extends axially from the fixed end on the inner peripheral side of the bellows, and an outer diameter direction from an end portion of the cylindrical portion opposite to the fixed end It is good to provide the retainer which has a flange part extended in the direction which receives the biasing force of the said biasing member.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a mechanical seal device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic view of the seal cover in the mechanical seal device according to the present embodiment viewed from the axial direction.
  • the mechanical seal device is used as a shaft seal device in pumps, agitators, joints, mills and the like used in industrial fields such as petroleum refining, chemicals, steel, chemicals, and papermaking.
  • the fluid to be sealed is often a special liquid such as a fluid having a high temperature (200 ° C. or higher) and containing a large amount of solids, particularly when used in petroleum refining, petrochemical plants, chemicals and the like.
  • Specific examples include asphalt, tar, pitch (resin) and the like. However, it may be used even for fluids that are not hot and do not have a high solid content.
  • the mechanical seal device 1 is attached between a housing 200 that is a casing of a pump or the like and a rotary shaft 300 that is inserted into a shaft hole 201 of the housing 200.
  • the mechanical seal device seals the inside A of the housing 200 inside the machine against the outside (atmosphere side) B outside the machine.
  • the mechanical seal device 1 is a cartridge-type mechanical seal device, and generally includes a seal cover 2 attached to the housing 200 and a sleeve 3 fitted to the rotary shaft 300.
  • the seal cover 2 is provided with a stationary ring 4, a bellows 5, a spring 6, a retainer 8, and the like, which are second annular members.
  • the sleeve 3 is provided with a rotary ring 7 that is a first annular member.
  • the seal cover 2 and the sleeve 3 are positioned by the set plate 10 attached to the outer peripheral surface of the sleeve 3 and attached to the housing 200.
  • the set plate 10 is fixed to the outer peripheral surface of the sleeve 3 by socket bolts 11. The set plate 10 is removed when the assembly of the seal cover 2 and the sleeve 3 is completed.
  • the sleeve 3 has a sleeve collar 30 attached to the outer peripheral surface of the end on the side B outside the machine.
  • the sleeve 3 is fixed to the rotating shaft 300 by the set screw 31 together with the sleeve collar 30, and rotates together with the rotating shaft 300.
  • the sleeve collar 30 is prevented from rotating with respect to the sleeve 3 by a knock pin 32 and rotates together with the rotating shaft 300.
  • An O-ring 33 is provided between the inner peripheral surface of the sleeve 3 and the outer peripheral surface of the rotary shaft 300, and the gap between the two is sealed by the O-ring 33.
  • the sleeve 3 has a rotating ring 7 fitted on the outer peripheral surface of the end portion on the side A in the machine.
  • the rotary ring 7 has a recess 70 in a part on the inner peripheral side, and a knock pin 34 attached to the sleeve 3 is fitted therein.
  • the rotating ring 7 is prevented from rotating with respect to the sleeve 3 by the knock pin 34 and rotates together with the rotating shaft 300.
  • An O-ring 35 is provided between the inner peripheral surface of the rotating ring 7 and the outer peripheral surface of the sleeve 3, and a gap between the two is sealed by the O-ring 35.
  • the side surface of the rotating ring 7 on the outside B side is a sliding surface 71 that is in close contact with the sliding surface 41 of the stationary ring 4 and slides with respect to the sliding surface 41 by the rotation of the rotating shaft 300.
  • An ultra-hard material is used for the rotating ring 7, and examples thereof include silicon carbide, tungsten carbide, carbon, and other ceramics. However, it is not limited to these.
  • the seal cover 2 is provided with a plurality of flushing passages 20 and drain holes 21 at equal intervals along the outer peripheral surface.
  • the required number of flushing passages 20 is used, and unused passages are plugged.
  • the seal cover 2 is provided with a plurality of fixing grooves 22 at equal intervals in the circumferential direction. By fitting bolts (not shown) into these fixing grooves 22, the seal cover 2 is attached to the outer surface of the housing 200 (the end surface of the outer periphery of the shaft hole opening).
  • a gasket 29 made of a material such as resin or metal is provided between the seal cover 2 and the housing 200 to seal a gap between them.
  • the seal cover 2 has an inward flange-shaped support portion 23 extending in the inner diameter direction from the end portion on the outside B side.
  • the support portion 23 is provided with an annular recess 25 for holding one end of the bellows 5 and a recess 26 for holding the spring 6.
  • a plurality of recesses 26 are provided in accordance with the number of springs 6 and are arranged at equal intervals in the circumferential direction inside the recesses 25. Further, a knock pin 27 for preventing the retainer 8 from rotating is attached between the plurality of recesses 26.
  • the bellows 5 is a metal bellows having a bellows-shaped bellows main body 50 and annular (tubular) holding portions 51 and 52 provided at both ends thereof.
  • Examples of the material of the bellows 5 include, but are not limited to, alloys such as stainless steel, inconel, hastelloy, carpenter, and titanium.
  • the number of peaks of the bellows body 50 can be about 3 to 5 (preferably 4).
  • the bellows 5 is attached between the support portion 23 of the seal cover 2 and the stationary ring 4. Specifically, the bellows 5 is assembled so that the first holding portion 51 is fitted in the annular recess 25 of the support portion 23 of the seal cover 2 and the second holding portion 52 is in contact with the fixed ring 4 in the axial direction. It is done. The bellows 5 is assembled so that the bellows main body 50 can be expanded and contracted along the axial direction of the rotary shaft 300 and an elastic force that biases the stationary ring 4 in the axial direction with respect to the rotary ring 7 works.
  • An O-ring 24 is radially compressed between the outer peripheral surface of the holding portion 51 and the outer peripheral surface of the concave portion 25, and an O-ring is provided between the distal end surface of the holding portion 52 and the end surface of the stationary ring 4.
  • a ring 54 is provided compressed in the axial direction.
  • the spring 6 is disposed at a position radially inward of the first end portion 51 of the bellows 5 and substantially aligned with the bellows body 50 in the axial direction.
  • a plurality of springs 6 are arranged in the circumferential direction. The number is not particularly limited, but may be 4 to 24.
  • the spring 6 is assembled between the concave portion 26 of the support portion 23 of the seal cover 2 and the retainer 8 so as to be extendable in the axial direction.
  • the spring 6 is assembled via the retainer 8 and the second end portion 52 of the bellows 5 so that an elastic force that urges the fixed ring 4 against the rotating ring 7 in the axial direction works.
  • the retainer 8 includes a cylindrical portion 80 and a flange portion 81 that extends in the outer diameter direction from the end of the cylindrical portion 80 on the machine outside B side.
  • the retainer 8 is assembled to the inside of the bellows 5, and the outer peripheral surface of the cylindrical portion 80 comes into contact with the inner peripheral surface of the second end portion 52 of the bellows 5 and the inner peripheral surface of the stationary ring 7.
  • the flange portion 81 compresses and holds the spring 6 in the axial direction between the flange portion 81 and the concave portion 26 of the support portion 23 of the seal cover 2, and receives an urging force in the axial direction from the spring 6.
  • the retainer 8 is provided so that the knock pin 82 protrudes on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 80 in the outer diameter direction.
  • the knock pin 82 is fitted in a concave portion 53 provided on the inner peripheral side of the second end portion 52 of the bellows 5, thereby preventing the bellows 5 from rotating with respect to the retainer 8.
  • the hole portion 28 is provided in the flange portion 81, and the knock pin 27 provided in the support portion 23 of the seal cover 2 is fitted. Thereby, the retainer 8 is prevented from rotating with respect to the seal cover 2.
  • the retainer 8 is provided with a convex portion 83 projecting in the radial direction on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 80.
  • the convex portion 83 restricts relative movement in the axial direction between the retainer 8, the second end portion 52 of the bellows 5, and the stationary ring 4, and enables these three members to move integrally in the axial direction.
  • ⁇ Fixed ring 4 The fixed ring 4 is fitted on the outer periphery of the end of the cylindrical portion 80 of the retainer 8 (the end portion on the machine A side as a fixed end). Further, the stationary ring 4 is assembled so as to come into contact with the front end surface (side surface on the in-machine A side) of the second end portion 52 of the bellows 5.
  • An ultra-hard material is used for the stationary ring 4, and examples thereof include, but are not limited to, silicon carbide, tungsten carbide, carbon, and other ceramics.
  • the stationary ring 4 has an annular convex portion 40 that protrudes from the surface facing the rotating ring 7 toward the rotating ring 7.
  • annular sliding surface 41 at the tip of the convex portion 40 comes into contact with the sliding surface 71 of the rotating ring 7, an annular sealing surface S is formed.
  • the stationary ring 4 has a recess 42 in a part on the inner peripheral side, and a knock pin 55 attached to the second end 52 of the bellows 5 is fitted and is prevented from rotating with respect to the end 52. .
  • the sliding surface 40a rotates and slides with respect to the sliding surface 71 rotated by the rotation of the rotating shaft 300.
  • the stationary ring 4 has a surface (side surface on the outside of the machine B) opposite to the surface facing the rotating ring 7 abuts on the second end 52 of the bellows 5, and the bellows 5 is attached via the end 52.
  • the urging force of the spring 6 is received in the axial direction via the urging force, the retainer 8 and the end portion 52.
  • FIG. 3 and 4 are schematic cross-sectional views showing the configuration of a mechanical seal device according to a modification of the present embodiment.
  • the integral structure of the stationary ring 4, the bellows 5, and the retainer 8 is not limited to the structure shown in the above embodiment, and various structures can be used.
  • a recess 43 is provided on the inner peripheral side of the stationary ring 4, and a part of the knock pin 82 of the retainer 8 is fitted into the recess 43. A part of the knock pin 82 is also fitted in the recess 53 of the second end 52 of the bellows 5, whereby the retainer 8 is configured to prevent both the bellows 5 and the stationary ring 4 from rotating.
  • the structure for preventing the rotation of the bellows 5 is eliminated.
  • the concave portion 53 provided in the second end portion 52 of the bellows 5 in the above example is excluded in this example.
  • a knock pin 82 of the retainer 8 is fitted into a recess 43 provided on the inner peripheral side of the fixed ring 4, and the fixed ring 4 is prevented from rotating with respect to the retainer 8. If rotation of the stationary ring 4 can be prevented with respect to the rotation of the rotating shaft 300, the propagation of rotation to the bellows 5 is unlikely to occur. Therefore, even if the bellows 5 is not provided with a detent structure, the bellows 5 is hardly rotated. Absent. Therefore, the configuration of the metal bellows 5 having a high production cost can be simplified, and the cost can be reduced.
  • the mechanical seal device 1 has an arrangement configuration in which the bellows 5 and the spring 6 are substantially aligned in the axial direction of the rotary shaft 300. That is, the bellows 5 and the spring 6 are arranged so as not to be arranged in the radial direction as in the conventional example. As a result, the overall size of the apparatus in the radial direction can be made smaller than in the conventional example. Therefore, in the cartridge-type mechanical seal device, it is possible to reduce the restriction on the mounting space, and it is possible to expand the range of counterpart devices that can be mounted.
  • the mechanical seal device 1 is configured such that the radially outer side of the bellows 5 is the in-machine A side that is the sealing target region side. That is, the fluid to be sealed is sealed outside the bellows 5.
  • the radially outer side of the bellows 5 is the in-machine A side that is the sealing target region side. That is, the fluid to be sealed is sealed outside the bellows 5.
  • the spring 6 is disposed on the outside B side. Therefore, there is no influence on performance due to corrosion by the fluid to be sealed, accumulation of slurry or the like, and clogging as in the case of the bellows 5, and it is possible to maintain performance in long-term use.

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Abstract

回転軸（３００）に固定される回転環（７）と、回転環（７）に摺動自在に接触して環状のシール面（Ｓ）を形成する固定環（４）と、固定環（４）を回転環（７）に対して付勢するように支持するベローズ（５）と、固定環（４）を回転環（７）に対して付勢するスプリング（６）と、ハウジング（２００）に取り付けられ、ベローズ（５）を、その外周面がシール面（Ｓ）に対してハウジング（２００）の内部Ａ側となるように支持するとともに、スプリング（６）を、シール面（Ｓ）に対してハウジング（２００）の外部Ｂ側かつベローズ（５）に対して軸方向に並んだ位置で支持するシールカバー（２）と、を備える。

Description

メカニカルシール装置
　本発明は、メカニカルシール装置に関する。
　従来、特殊な高温ポンプやＯリングが使えない化学薬品等の特殊な液体をシールするためのメカニカルシール装置として、金属ベローズを備えたものが知られている。そして、組み付け性の向上やコンパクト化等を図るためにカートリッジ式に構成したものが知られている（特許文献１、２）。
　図５を参照して、従来のカートリッジ式メカニカルシール装置について説明する。図５は、従来例に係るメカニカルシール装置の構成を説明する模式的断面図である。
　図５に示すメカニカルシール装置１００は、ポンプのケーシング等のハウジング２００と回転軸３００と間に設けられ、ハウジング２００の内部Ａを外部（大気側）Ｂに対して密封する。メカニカルシール装置１００は、ハウジング２００に取り付けられるシールカバー１０２と、回転軸３００に嵌着されるスリーブ１０３と、を有する。シールカバー１０２には、環状部材である固定環１０４と、ベローズ１０５と、スプリング１０６が設けられている。スリーブ１０３には、環状部材である回転環１０７が設けられている。
　シールカバー１０２とスリーブ１０３は、固定環１０４と回転環１０７とが接触するように、ハウジング２００と回転軸３００にそれぞれ取り付けられる。固定環１０４と回転環１０７とが互いに摺動自在に接触して環状のシール面Ｓを形成することにより、上記密封状態が形成される。ベローズ１０５とスプリング１０６は、軸方向に伸縮自在に設けられており、固定環１０４を回転環１０７に向けて付勢し、上記シール面Ｓの密着性を高めている。
　ここで、上述のようなカートリッジ式のメカニカルシール装置１００においては、製造コストの高い金属製のベローズ１０５の山数を減らすことでコスト削減及びコンパクト化を図る一方、不足する付勢力をスプリング１０６で補う構成となっている。また、スプリング１０６は、流体にさらされるのを避けるために、ベローズ１０５の外周側に配置される。
　しかしながら、上述のようなベローズ１０５とスプリング１０６を径方向に並べたカートリッジ構成では、径方向寸法のコンパクト化に限界があるため、装着スペースに制約が生じ、適用可能な装着相手装置の範囲が限定されてしまう。また、密封対象流体に含まれる密度の高いスラリーは、回転軸３００の回転による遠心力によって外側に押し出され、ベローズ１０５の内周側の山と山との間の谷間に押し込められる。使用が長期にわたると、谷間に堆積したスラリーがベローズ１０５の伸縮性に影響を与える可能性がある。
国際公開ＷＯ２０１０／００４８０９号公報 国際公開ＷＯ２０１０／１２３０２５号公報
　本発明の目的は、適用範囲の拡大を図るとともに、長期の使用における性能の維持を図ることができるメカニカルシール装置を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明におけるメカニカルシール装置は、
　ハウジングに設けられた軸孔と該軸孔に挿通された回転軸との間を密封して前記ハウジング内の流体をシールするメカニカルシール装置であって、
　前記回転軸に固定される第１環状部材と、
　前記第１環状部材に摺動自在に接触して環状のシール面を形成する第２環状部材と、
　前記第２環状部材を前記第１環状部材に対して付勢するように支持するベローズと、
　前記第２環状部材を前記第１環状部材に対して付勢する付勢部材と、
　前記ハウジングに取り付けられ、前記ベローズを、その外周面が前記シール面に対して前記ハウジングの内部側となるように支持するとともに、前記付勢部材を、前記シール面に対して前記ハウジングの外部側かつ前記ベローズに対して軸方向に並んだ位置で支持するシールカバーと、
を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、ベローズと付勢部材が径方向に並ばない配置となるので、装置の径方向寸法のコンパクト化を図ることができる。また、密封対象流体がベローズの外周側に封止される構成なので、密封対象流体内のスラリー等がベローズの谷間に堆積することがない。
　前記第２環状部材に固定されるとともに、該固定端から前記ベローズの内周側を軸方向に延びる筒状部と、前記筒状部の前記固定端とは反対側の端部から外径方向に延びて前記付勢部材の付勢力を受けるフランジ部と、を有するリテーナを備えるとよい。
　このようなリテーナを設けることにより、密封対象流体をベローズの外周側に封止し、かつベローズと付勢部材を軸方向に並べた構成を、簡易に実現することができる。
　本発明によれば、適用範囲の拡大を図るとともに、長期の使用における性能の維持を図ることができる。
本発明の実施例に係るメカニカルシール装置の模式的断面図 シールカバーを軸方向から見た模式図 本発明の変形例１に係るメカニカルシール装置の模式的断面図 本発明の変形例２に係るメカニカルシール装置の模式的断面図 従来例に係るメカニカルシール装置の模式的断面図
　以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
　（実施例）
　図１及び図２を参照して、本発明の実施例に係るメカニカルシール装置について説明する。図１は、本実施例に係るメカニカルシール装置の構成を示す模式的断面図である。図２は、本実施例に係るメカニカルシール装置におけるシールカバーを軸方向から見た模式図である。
　本実施例に係るメカニカルシール装置は、例えば、石油精製、化学、鉄鋼、薬品、製紙等の産業分野に用いられるポンプ、攪拌機、ジョイント、ミル等における軸封装置として用いられる。密封対象流体としては、特に、石油精製、石油化学プラント、ケミカル関係等で使用される場合には、高温（２００℃以上）、固形分が多く含まれる流体等特殊液体をとなることが多い。具体例としては、アスファルト、タール、ピッチ（樹脂）等が挙げられる。ただし、高温でなく固形分が多くない流体でも使用される場合もある。
　＜全体構成＞
　図１に示すように、本実施例に係るメカニカルシール装置１は、ポンプのケーシング等であるハウジング２００と、該ハウジング２００の軸孔２０１内に挿通される回転軸３００と間に取り付けられる。メカニカルシール装置によって、機内であるハウジング２００内部Ａは、機外である外部（大気側）Ｂに対して密封される。メカニカルシール装置１は、カートリッジ式のメカニカルシール装置であり、概略、ハウジング２００に取り付けられるシールカバー２と、回転軸３００に嵌着されるスリーブ３と、で構成される。シールカバー２には、第２環状部材である固定環４、ベローズ５、スプリング６、リテーナ８などが設けられている。スリーブ３には、第１環状部材である回転環７などが設けられている。
　シールカバー２とスリーブ３は、スリーブ３の外周面に取り付けられたセットプレート１０により位置決めされてハウジング２００に取り付けられる。セットプレート１０は、ソケットボルト１１によりスリーブ３の外周面に固定されている。セットプレート１０は、シールカバー２とスリーブ３の組み付けが終了すると取り外される。
　＜スリーブ３＞
　スリーブ３は、機外Ｂ側の端部外周面にスリーブカラー３０が取り付けられている。スリーブ３は、スリーブカラー３０とともにセットスクリュー３１によって回転軸３００に固定され、回転軸３００とともに回転する。スリーブカラー３０は、スリーブ３に対してノックピン３２により回り止めされており、回転軸３００とともに回転する。スリーブ３の内周面と回転軸３００の外周面との間にはＯリング３３が設けられており、Ｏリング３３によって両者の間の隙間がシールされる。スリーブ３は、機内Ａ側の端部外周面に回転環７が嵌合されている。
　＜回転環７＞
　回転環７は、内周側の一部に凹部７０を有し、スリーブ３に取り付けられたノックピン３４が嵌め込まれている。このノックピン３４により、回転環７は、スリーブ３に対して回り止めされ、回転軸３００とともに回転する。また、回転環７の内周面とスリーブ３の外周面との間にはＯリング３５が設けられており、Ｏリング３５によって両者の間の隙間がシールされている。
　回転環７の機外Ｂ側の側面は、摺動面７１となっており、固定環４の摺動面４１と密着するとともに回転軸３００の回転により摺動面４１に対して摺動する。回転環７には超硬質材料が用いられ、例えば、シリコンカーバイド、タングステンカーバイト、カーボン、その他のセラミックスなどが挙げられる。ただし、これらに限定されない。
　＜シールカバー２＞
　図２に示すように、シールカバー２には、外周面に沿って複数のフラッシング通路２０と、ドレン孔２１と、が等間隔で設けられている。複数のフラッシング通路２０は、必要な数だけ使用され、使用されない通路はプラグ止めされる。また、シールカバー２には、複数の固定溝２２が周方向に等間隔で設けられている。これら固定溝２２に不図示のボルトが嵌め込まれることで、シールカバー２はハウジング２００の外面（軸孔開口部外周の端面）に取り付けられる。
　また、図１に示すように、シールカバー２とハウジング２００との間には、例えば、樹脂や金属等の材料からなるガスケット２９が設けられており、両者の間の隙間をシールしている。
　図１に示すように、シールカバー２は、機外Ｂ側の端部から内径方向に延びる内向きフランジ状の支持部２３を有している。支持部２３には、ベローズ５の一端を保持するための環状の凹部２５と、スプリング６を保持するための凹部２６と、が設けられている。凹部２６は、スプリング６の数に合せて複数設けられ、凹部２５の内側に周方向に等間隔で配置される。また、複数の凹部２６の間には、リテーナ８を回り止めするためのノックピン２７が取り付けられている。
　＜ベローズ５＞
　ベローズ５は、蛇腹状のベローズ本体５０と、その両端に設けられた環状（筒状）の保持部５１、５２と、を有する金属製ベローズである。ベローズ５の材料としては、例えば、ステンレス、インコネル、ハステロイ、カーペンター等の合金やチタン等が挙げられるが、これらに限定されない。本実施例では、スプリング６の付勢力（弾性力）も得られる構成となっているため、ベローズ本体５０の山数は３～５山（好適には４山）程度とすることができる。
　ベローズ５は、シールカバー２の支持部２３と固定環４との間に取り付けられる。詳細には、ベローズ５は、第１の保持部５１がシールカバー２の支持部２３の環状の凹部２５に嵌め込まれ、第２の保持部５２が固定環４に軸方向に当接するように組み付けられる。また、ベローズ５は、ベローズ本体５０が回転軸３００の軸方向に沿って伸縮自在に構成され、固定環４を回転環７に対して軸方向に付勢する弾性力が働くように組み付けられる。保持部５１の外周面と凹部２５の外側周面との間にはＯリング２４が径方向に圧縮されて設けられ、保持部５２の先端面と固定環４の端面との間には、Ｏリング５４が軸方向に圧縮して設けられている。
　＜スプリング６＞
　スプリング６は、ベローズ５の第１の端部５１の径方向内側であって、ベローズ本体５０と軸方向に略並んだ位置に配置される。スプリング６は、円周方向に複数個配置される。その個数は特に限定されないが４～２４個とすることができる。スプリング６は、シールカバー２の支持部２３の凹部２６とリテーナ８との間に軸方向に伸縮自在に組み付けられる。スプリング６は、リテーナ８及びベローズ５の第２端部５２を介して、固定環４を回転環７に対して軸方向に付勢する弾性力が働くように組み付けられる。
　＜リテーナ８＞
　リテーナ８は、筒状部８０と、筒状部８０の機外Ｂ側の端部から外径方向に延びるフランジ部８１と、を有する。リテーナ８は、ベローズ５の内側に組み付けられ、筒状部８０の外周面がベローズ５の第２の端部５２の内周面及び固定環７の内周面と当接する。また、リテーナ８は、フランジ部８１がシールカバー２の支持部２３の凹部２６との間でスプリング６を軸方向に圧縮して保持するとともに、スプリング６から軸方向に付勢力を受ける。
　リテーナ８は、ノックピン８２が筒状部８０の外周面に外径方向に突出するように設けられている。ノックピン８２は、ベローズ５の第２の端部５２の内周側に設けられた凹部５３に嵌め込まれており、これにより、ベローズ５がリテーナ８に対して回り止めされている。また、リテーナ８は、フランジ部８１に孔部２８が設けられており、シールカバー２の支持部２３に設けられたノックピン２７が嵌合している。これにより、リテーナ８は、シールカバー２に対して回り止めされている。
　また、リテーナ８は、筒状部８０の外周面に径方向に突出する凸部８３が設けられている。凸部８３はリテーナ８、ベローズ５の第２の端部５２、固定環４の間の軸方向の相対移動を規制し、これら３者の軸方向の一体的な移動を可能にしている。
　＜固定環４＞
　固定環４は、リテーナ８の筒状部８０の先端（固定端としての機内Ａ側の端部）外周に嵌め込まれている。また、固定環４は、ベローズ５の第２の端部５２の先端面（機内Ａ側の側面）と当接するように組み付けられている。固定環４には超硬質材料が用いられ、例えば、シリコンカーバイド、タングステンカーバイト、カーボン、その他のセラミックスなどが挙げられるが、これらに限定されない。
　固定環４は、回転環７との対向面から回転環７に向かって突出する環状の凸部４０を有する。この凸部４０の先端の環状の摺動面４１が回転環７の摺動面７１と接触することにより、環状のシール面Ｓが形成される。また、固定環４は、内周側の一部に凹部４２を有し、ベローズ５の第２の端部５２に取り付けられたノックピン５５が嵌め込まれ、端部５２に対して回り止めされている。これにより、回転軸３００の回転によって回転する摺動面７１に対し、摺動面４０ａが回転摺動することになる。
　固定環４は、回転環７との対向面とは反対側の面（機外Ｂ側の側面）がベローズ５の第２の端部５２と当接し、端部５２を介してベローズ５の付勢力、リテーナ８及び端部５２を介してスプリング６の付勢力をそれぞれ軸方向に受ける。これにより、固定環４と回転環７との間の軸方向の相対的な位置変動に対するシール面Ｓの密着性が高められている。
　＜その他＞
　Ｏリング２４、３３、３５、５４の材料としては、例えば、二トリルゴム、ＥＰＤＭ、ＦＫＭ、ＦＦＫＭが挙げられる。また、耐食性が要求される場合には、ＦＦＫＭ(カルレッツ（登録商標）等)が挙げられる。ただし、これらに限定されるわけではない。
　図３及び図４は、本実施例の変形例に係るメカニカルシール装置の構成を示す模式的断面図である。固定環４とベローズ５とリテーナ８の一体構成は、上記実施例に示した構成に限られず、種々の構成を作用することができる。
　図３に示す変形例１では、固定環４の内周側に凹部４３が設けられており、リテーナ８のノックピン８２の一部が、上記凹部４３に嵌め込まれる構成となっている。ノックピン８２は、ベローズ５の第２の端部５２の凹部５３にも一部が嵌め込まれており、これにより、リテーナ８はベローズ５と固定環４の両方を回り止めする構成となっている。
　図４に示す変形例２では、ベローズ５に対する回り止め構成を廃した構成となっている。すなわち、上記例においてベローズ５の第２の端部５２に設けられていた凹部５３が本例では排除されている。そして、固定環４の内周側に設けられた凹部４３に、リテーナ８のノックピン８２が嵌め込まれ、固定環４がリテーナ８に対して回り止めされた構成となっている。回転軸３００の回転に対し、固定環４の回転が防止できれば、ベローズ５への回転の伝播は生じにくいため、ベローズ５に回り止め構成を設けなくても、ベローズ５に回転が生じることはほとんどない。したがって、生産コストの高い金属ベローズ５の構成をシンプルにすることができ、コスト低減を図ることができる。
　＜本実施例の優れた点＞
　本実施例に係るメカニカルシール装置１は、ベローズ５とスプリング６が、回転軸３００の軸方向に略並んだ配置構成となっている。すなわち、ベローズ５とスプリング６が、従来例のように径方向に並ばない配置構成となっている。これにより、従来例よりも装置全体の径方向寸法のコンパクト化を図ることができる。したがって、カートリッジ式のメカニカルシール装置において、装着スペースの制約を少なくすることができ、装着可能な相手装置の範囲を拡大することができる。
　また、本実施例に係るメカニカルシール装置１は、ベローズ５の径方向外側が密封対象領域側である機内Ａ側となるように構成されている。すなわち、密封対象流体がベローズ５の外側で封止される構成となっている。これにより、密封対象流体に含まれるスラリー等が回転軸３００の回転による遠心力によって外側に移動しても、従来例のようにベローズ５の谷間に堆積することがない。したがって、従来例のようなスラリー等の堆積によるベローズ５の伸縮性への影響が生じることはなく、長期の使用における性能の維持を図ることができる。
　さらに、本実施例に係るメカニカルシール装置１は、スプリング６が、機外Ｂ側に配置されている。したがって、密封対象流体による腐食や、ベローズ５と同様にスラリー等の堆積、詰まり等による性能への影響が生じることはなく、長期の使用における性能の維持を図ることができる。
　１　メカニカルシール装置
　２００　ハウジング
　３００　回転軸
　２　シールカバー
　３　スリーブ
　４　固定環
　５　ベローズ
　６　スプリング
　７　回転環
　８　リテーナ

Claims (2)

  1. 　ハウジングに設けられた軸孔と該軸孔に挿通された回転軸との間を密封して前記ハウジング内の流体をシールするメカニカルシール装置であって、
    　前記回転軸に固定される第１環状部材と、
    　前記第１環状部材に摺動自在に接触して環状のシール面を形成する第２環状部材と、
    　前記第２環状部材を前記第１環状部材に対して付勢するように支持するベローズと、
    　前記第２環状部材を前記第１環状部材に対して付勢する付勢部材と、
    　前記ハウジングに取り付けられ、前記ベローズを、その外周面が前記シール面に対して前記ハウジングの内部側となるように支持するとともに、前記付勢部材を、前記シール面に対して前記ハウジングの外部側かつ前記ベローズに対して軸方向に並んだ位置で支持するシールカバーと、
    を備えることを特徴とするメカニカルシール装置。
  2. 　前記第２環状部材に固定されるとともに、該固定端から前記ベローズの内周側を軸方向に延びる筒状部と、前記筒状部の前記固定端とは反対側の端部から外径方向に延びて前記付勢部材の付勢力を受けるフランジ部と、を有するリテーナを備え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装置。
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