(54)【考案の名称】メカニカルシール装置

(73)【実用新案権者】イーグル工業株式会社

(72)【考案者】【考案者】

[fig000002]
【選択図】図2

【概要説明】

【分野】

【0001】
本考案は、一般産業機器(GI)分野で使用されるメカニカルシール装置に関し、特に水中ポンプや陸上汎用ポンプなどのポンプ装置に適用されるメカニカルシール装置に関する。

【従来の技術】

【0002】
従来、メカニカルシール装置に要求される省エネルギー化の観点から、メインティングリングとシールリングとの摺動面を小さくした構成が採用されている。具体的には、図5(a)及び(b)に示すように、軸部材200に取り付けられたメカニカルシール装置100において、シールリング110のメインティングリング側端部に、径方向に関して狭幅化した凸部110Aを設けることにより、凸部110Aの軸方向シールリング側端面110aとメインティングリング20のメインティングシール側端面120aとの摺動面積を小さくしている。この結果、シールリング110のメインティングリング側端部において、メインティングリング120と摺動しない非摺動面積を増大させることができ、メカニカルシール装置が本来有するシール性を確保しつつ、摺動面積の縮小による省エネルギー化を実現することが可能となっている。
【考案が解決しようとする課題】
【0003】
上記のように構成されるメカニカルシール装置において、更なる省エネルギー化の観点から、近年、低摩擦係数を有するアルミナセラミックス、SiC等の硬質材料で形成されたメインティングリングがある。しかしながら、従来の表面加工方法では、メインティングリングの軸方向シールリング側端面においてシールリングと摺動しない非摺動面が存在する場合であっても、メインティングリングのシールリング側端面全体に対して、面粗度・平坦度などの精度が高い加工を行う必要があり、また、摺動面の加工費がメカニカルシール装置の加工費全体の大きな割合を占めている。このため、加工作業が煩雑であると共にコストデメリットが生じ、特に、メインティングリングが上記のような硬質材料で量産される場合にはこのような問題点が顕著となる。また、メインティングリングの外径を小さくして、軸方向シールリング側端面の面積を上記加工前に予め小さくすることは可能であるが、メインティングリングを成形するための金型を変更し、更に、メインティングリングをハウジングに固定するガスケットを成形するための金型を変更する必要があり、製造コストの増大を伴う。
【0004】
本考案の目的は、良好なシール性を維持しつつ省エネルギー化を実現することができると共に、簡便な作業で製造することができ、製造コストを低減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にある。

【効果】

【0010】
本考案によれば、固定環が、回転環との対向面に設けられ且つ径方向寸法が当該固定環の径方向寸法よりも狭幅化された第2凸部を有している。そして、固定環における第2凸部の軸方向端面が、回転環における第1凸部の軸方向端面と摺動する。すなわち、第2凸部が挟幅化されているので、第2凸部の軸方向端面の面積が従来よりも小さくなり、第2凸部の軸方向端面において、第1凸部の軸方向端面との摺動面の面積を十分に確保しつつ、第1凸部と摺動しない非摺動面の面積を極力小さくすることができる。また、第2凸部の軸方向端面の面積が小さいため、面粗度・平坦度などの高精度の加工を施す被加工面の面積を小さくすることができる。したがって、良好なシール性を維持しつつ省エネルギー化を実現し、更には製造コストを大幅に低減することができる。
【0011】
また、固定環の軸部材の軸方向に関して回転環側の端面であって且つその外周縁部に面取り部を設けることにより、当該面取り部の径方向内方に第2凸部が形成される。これら面取り部及び第2凸部を設ける際には、固定環成形用金型の一部のみを変更するだけでよいため、固定環に第2凸部を簡単に形成することができる。また、固定環の径方向寸法を変更しないため、ガスケット成形用の金型を変更する必要もない。よって、メカニカルシール装置を簡便な作業で製造することができ、また、製造コストの増大を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本考案の実施形態に係るメカニカルシール装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図2】図1のメカニカルシール装置が軸部材に取り付けられた状態を示す断面図であり、(a)は全体図、(b)は摺動面の拡大図である。
【図3】(a)及び(b)は、図2における固定環の変形例を示す断面図である。
【図4】2つのメカニカルシール装置を軸部材に並設して配置した状態を示す図である。
【図5】従来のメカニカルシール装置の構成を示す断面図である。

【0013】
以下、本考案の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本考案の実施形態に係るメカニカルシール装置の構成を概略的に示す斜視図であり、図2(a)は、図1のメカニカルシール装置が軸部材に取り付けられた状態を示す全体断面図である。図1のこのメカニカルシール装置は、各種産業機器、特にポンプ装置に使用され、ハウジングと軸部材との間で内部の流体等(以下、密封対象という)をシールすることを目的として軸に装着される。なお、図1のメカニカルシール装置は、その一例を示すものであり、本考案に係るメカニカルシール装置の構成は、図1のものに限られないものとする。
【0014】
メカニカルシール装置1は、ハウジング60側に設けられるメインティングリング20(固定環)と、軸部材50と共に回転し、後述するスプリングにより軸方向に付勢されてメインティングリング20の端面に対して摺動する摺動面を有するシールリング10(回転環)とを備える。シールリング10とメインティングリング20は、同軸で配置された一対の環状部材であり、シールリング10とメインティングリング20が協働して両部材間で密封対象をシールしている。
【0015】
シールリング10の外周縁部には、該シールリングと嵌合する略漏斗型のケース11が取り付けられている。ケース11には、樹脂或いはエラストマー製のベローズ12が内包されており、このベローズ12は、筒状部12Aと、該筒状部の端部から径方向外方に延出し、シールリング10と当接又は圧接するフランジ部12Bとを有している。筒状部12Aの外周部にはドライブリング13が配置されており、該ドライブリングの嵌合力によって筒状部12Aが軸部材50に密着し、これにより筒状部12Aの内周面12aと軸部材50の外周面50aとの間で密封対象がシールされる。また、フランジ部12Bは、機外側Aの面に突起部12B’を有しており、その突出方向端面12bが、シールリング10における機内側Bの端面10aと圧接する。
【0016】
また、ケース11の機内側Bには、回転軸50に嵌着された断面略L字型のスプリングホルダ14が配設され、該スプリングホルダとケース11との間にはケースを機外側Aに付勢するスプリング15が配設されている。スプリング15は、コイルスプリングであるが、円錐状のスプリングであってもよいし、本実施形態のようなシングルスプリング形に代えて、複数のコイルスプリングを軸部材の周りに並設したマルチスプリング形が採用されてもよい。
【0017】
上記のシールリング10、ケース11及びベローズ12は、スプリング15の付勢力によって連結された状態で、軸部材50と共に回動する。また、ベローズ12が軸部材50の軸方向に弾性変形することによってシールリング10が機外側Aに付勢される。このように、スプリング15及びベローズ12の付勢力により、シールリング10がメインティングリング20に摺動し、シールリング10とメインティングリング20との摺動面で密封対象が遮断される。これにより、シールリング10とメインティングリング20との摺接面で摩耗が生じた場合でも、これら部材間で良好なシール性を発揮することが可能となっている。
【0018】
シールリング10は、図2(b)に示すように、機外側Aの端面に環状突起が一体成形された、断面略凸型の円環部材である。具体的には、シールリング10は、メインティングリング20との対向面に設けられ且つ径方向寸法W1が当該シールリングの径方向寸法W2よりも狭幅化された凸部10A(第1凸部)を有している。
【0019】
このシールリング10は、無機物、無機化合物、又はこれらの焼結体(セラミックス)からなり、用途に応じて、カーボン、炭化ケイ素、或いは炭化ケイ素に他の潤滑性材料が添加された複合材料などが選択されるが、例えば、潤滑性を重視する場合にはカーボン、強度を重視する場合には炭化ケイ素が使用される。
【0020】
メインティングリング20は、ガスケット61を介してハウジング60に固着されており(図1)、ハウジング60の内周面60aがガスケット61の外周面61bと当接し、ガスケット61の内周面61aがメインティングリング20の外周面20bと当接している。そして、メインティングリング20の内周面20aは、軸部材50の外周面50aと一定の間隔で離間している。メインティングリング20及びハウジング60は、軸部材50と相対回転可能に設けられており、本実施形態では、メインティングリング20及びハウジング60が固定され、軸部材50が回転可能に構成されている。但し、軸部材50が固定され、メインティングリング20及びハウジング60が回転可能に構成されてもよい。
【0021】
メインティングリング20は、具体的には、図2(b)に示すように、シールリング10との対向面に設けられ且つ径方向寸法W3が当該メインティングリングの径方向寸法W4よりも狭幅化された凸部20A(第2凸部)を有している。この凸部20Aは、例えばメインティングリング20の周縁部にその全周に亘って面取り部を設けることによって形成することができる。本実施形態では、メインティングリング20は、軸部材50の軸方向に関してシールリング10側の端部であって且つその外周縁部21に段付き部22(面取り部)を有しており、段付き部22の径方向内方に凸部20Aが形成されている。なお、メインティングリング20には通常、破損防止の観点から4つの角隅部にそれぞれC面取り加工が施されているが、本考案における面取り部はC面取り加工によって得られるものとは目的或いは作用効果が異なる。このメインティングリング20は、無機物、無機化合物又はこれらの焼結体からなる硬質材料からなり、例えばアルミナセラミックス(Al)や炭化ケイ素(SiC)等が挙げられる。メインティングリング20を上記のような低摩擦係数を有する材料で形成することにより、シールリング10とメインティングリング20との間に生じる摩擦力が低減され、エネルギー損失を抑制することができる。
【0022】
シールリング10の凸部10A及びメインティングリング20の凸部20Aは、対向して配置されており、凸部10Aの軸方向端面10b及び凸部20Aの軸方向端面20cの双方が、軸部材50の軸方向に対して垂直に設けられている。そして、凸部20Aの軸方向端面20cと凸部10Aの軸方向端面10bによって摺動面が形成される。また、段付き部22が形成されている部分では、シールリング10とメインティングリング20が摺動せず、メインティングリング20のシールリング10側の端部で非摺動面(図2(b)の範囲X)を確保することができる。
【0023】
また、シールリング10の軸振れや偏心を考慮して、本実施形態では、凸部20Aの軸方向端面20cにおける径方向寸法W3が、凸部10Aの軸方向端面10bにおける径方向寸法W1よりも大きく(W3>W1)、凸部10Aの径方向内方及び外方にそれぞれ摺動面が形成されている。これにより、シールリング10が軸部材50の回転に伴って回転する際、軸部材50の回転軸に対して軸振れや偏心が生じた場合であっても、凸部10Aの軸方向端面10bの全体が凸部20Aの軸方向端面20cと摺動し、凸部10Aと凸部20Aとの間で一定且つ十分な摺動面を確保することができる。
【0024】
メインティングリングに設けられる面取り部は、図2(b)の形状に限らず、種々の形状を選択することができる。例えば面取り部は、図3(a)に示すように、メインティングリング30の外周縁部31に形成され、凸部30Aの軸方向端面30cに対して傾斜した傾斜面32aを有するテーパ部32(面取り部)であってもよい。また、図3(b)に示すように、メインティングリング40の軸方向シールリング10側の端部に、軸方向に突出した突出部40Aを設け、突出部40Aの外周縁部41に段付き部42を形成してもよい。このようなメインティングリングの構成によっても、メインティングリングのシールリング10側の端部で非摺動面を確保しつつ、凸部10Aと凸部20Aの間或いは凸部10Aと凸部20Aとの間で、一定且つ十分な摺動面を確保することができる。
【0025】
上述したように、本実施形態によれば、メインティングリング20が、シールリング10との対向面に設けられ且つ径方向寸法W3が当該メインティングリングの径方向寸法W4よりも狭幅化された凸部20Aを有している。そして、メインティングリング20における凸部20Aの軸方向端面20cが、シールリング10における凸部10Aの軸方向端面10bと摺動する。すなわち、凸部20Aが挟幅化されているので、凸部20Aの軸方向端面20cの面積が従来よりも小さくなり、凸部20Aの軸方向端面20cにおいて、凸部10Aの軸方向端面10bとの摺動面の面積を十分に確保しつつ、凸部10Aと摺動しない非摺動面の面積を極力小さくすることができる。また、凸部20Aにおける軸方向端面20cの面積が従来よりも小さいため、面粗度・平坦度などの高精度の加工を施す被加工面の面積を小さくすることができる。これにより、良好なシール性を維持しつつ省エネルギー化を実現し、更にメカニカルシール装置1の製造コストを大幅に低減することができる。
【0026】
また、メインティングリング20の軸方向シールリング10側の端面であって且つその外周縁部21に段付き部22を設けることにより、当該面取り部の径方向内方に凸部20Aが形成される。これら段付き部22及び凸部20Aを設ける際には、メインティングリング20を成形するための金型の一部のみを変更するだけでよいため、メインティングリング20に凸部20Aを簡単に形成することができる。また、メインティングリング20の径方向寸法を変更しないため、ガスケット61を成形するための金型を変更する必要もない。よって、メカニカルシール装置1を簡便な作業で製造することができ、また、製造コストの増大を抑制することが可能となる。
【0027】
特に、メカニカルシール装置1をポンプ装置の回転軸に取り付けることにより、密封対象である水、海水、溶液などの各種液体を、シールリング10とメインティングリング20との間で確実に密封することができる。
【0028】
以上、上記実施形態に係るメカニカルシール装置について述べたが、本考案は記述の実施形態に限定されるものではなく、本考案の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【0029】
また、上記実施形態のメカニカルシール装置は、摺動面における密封対象の漏出方向が遠心力方向と反対であるインサイド形であるが、これに限らず、機外側Aと機内側Bが逆になり、摺動面における密封対象の漏出方向が遠心力方向と同じであるアウトサイド形であってもよい。
【0030】
また、上記実施形態のメカニカルシール装置は、軸部材50の外径が一定であるアンバランス形であるが、これに限らず、大小の異なる外径を有する軸部材を用いたバランス形であってもよい。
【0031】
また、2つのメカニカルシール装置を軸部材50に並設配置することも可能である。例えば、図4に示すように、2つのメカニカルシール装置1A,1Bが反対向きに配置されたダブル形のメカニカルシール構造を設けることができる。この場合、軸方向において2つの摺動面L,R間に、外部流体が密封対象の圧力よりも高い圧力で供給される。本構成によれば、低圧下で使用される場合や、密封対象である液体が高粘性を有する場合に、密封対象を確実にシールすることが可能となる。また、2つのメカニカルシール装置1A,1Bが同じ向きに配置されたタンデム形のメカニカルシール構造を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0032】
本考案のメカニカルシール装置は、各種ポンプ装置の回転軸に好適に用いられ、特に水中ポンプや陸上汎用ポンプ用に適用されるメカニカルシール装置として極めて有用である。
【0033】
1 メカニカルシール装置
1A,1B メカニカルシール装置
10 シールリング
10A 凸部
10a 端面
10b 軸方向端面
11 ケース
12 ベローズ
12A 筒状部
12a 内周面
12b 突出方向端面
12B フランジ部
12B’ 突起
13 ドライブリング
14 スプリングホルダ
15 スプリング
20 メインティングリング
20A 凸部
20b 外周面
20a 内周面
20c 軸方向端面
21 外周縁部
22 段付き部
30 メインティングリング
30c 軸方向端面
31 外周縁部
32 テーパ部
32a 傾斜面
40 メインティングリング
40A 突出部
41 外周縁部
42 段付き部
50 軸部材
50a 外周面
60 ハウジング
60a 内周面
61 ガスケット
61a 内周面
61b 外周面
A 機外側
B 機内側
W1 径方向寸法
W2 径方向寸法
W3 径方向寸法
W4 径方向寸法

(57)【要約】

【課題】良好なシール性を維持しつつ省エネルギー化を実現することができると共に、簡便な作業で製造することができ、製造コストを低減することができるメカニカルシール装置を提供する。【解決手段】メカニカルシール装置1は、ハウジング60側に設けられるメインティングリング20と、軸部材50と共に回転し、スプリングにより軸方向に付勢されてメインティングリングの端面に対して摺動する摺動面を有するシールリング10とを備える。メインティングリングは、シールリングとの対向面に設けられ且つ径方向寸法W3がメインティングリングの径方向寸法W4よりも狭幅化された凸部20Aを有し、凸部20Aの軸方向端面20cが、シールリングの凸部10Aの軸方向端面10bと摺動する。


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【インターネット特許番号リンク】

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