JP6456966B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

本発明は、例えば、水中ポンプおよび陸上汎用ポンプなどの回転機器のシールに用いられるメカニカルシールに関し、詳細には、固定側密封環と回転側密封環の摺動面における密封面圧を付与するスプリングが回転側に存在するメカニカルシールに関する。

従来から、密封面圧を付与するスプリングが回転側に存在するメカニカルシールの一種として、図８に示すように、固定側密封環３２が、ハウジング３０の軸孔５１の開口部に形成した嵌合凹部５２内にカップガスケット３１を介して気密的に嵌着される一方、回転軸５０の外周に軸方向移動自在に配置された回転側密封環３３が、カラー４０でバックアップされたコイルスプリング４１の軸方向付勢力によって固定側密封環３２に押し付けられて密封摺動面Ｓを形成し、回転軸５０の外周面と回転側密封環３３の背面３３ａの間に作動用の軸パッキンとしてベローズ４５を介在させ、回転側密封環３３と回転軸５０の間をベローズ４５で密封してなる構造のものが知られている（以下、「従来技術」という。例えば、特許文献１及び２参照。）。

上記従来技術に係るメカニカルシールは、断面が鎌首状を呈するベローズ４５の先端頚部４５ａは、回転側密封環３３の外周に嵌着した金属製のケース４６の背面部４６ａの内側に固定されて、回転側密封環３３の背面３３ａと密着しており、また、ベローズ４５の内径筒状部４５ｂは、その外周面に嵌着された金属製のドライブリング４７によって締め付けられ、回転軸５０の外周面に適当な締め代をもって圧着されている。

ケース４６の背面部４６ａの内径側には軸方向に延びる突起４６ｃが突設され、この突起４６ｃがドライブリング４７の外周面に形成された軸方向に延びる切欠溝４７ａと遊嵌する一方、ケース４６の外径筒状部４６ｄに形成された陥没部４６ｅが、回転側密封環３３の外周面に形成された凹部３３ｂと嵌合している。すなわち、回転側密封環３３はベローズ４５の内径筒状部４５ｂ、ドライブリング４７の切欠溝４７ａ、ケース４６の突起４６ｃ、ケース４６の陥没部４６ｅを介して回転軸５０からの駆動力が伝達され、回転軸５０と一体に回転する。

このようなメカニカルシールにおいて、回転側密封環３３をベローズ４５などの回転側部材に一体化する手段としては、次の２つの方法が知られている。
第１の手段：図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ケース４６の外径筒状部４６ｄの回転側密封環３３の先端を内径側にカシメて折曲部４６ｆを形成し、該折曲部４６ｆでもって回転側密封環３３の表面３３ｃを包み込む。
第２の手段：回転側密封環３３の背面３３ａとベローズ４５の密封面４５ｃとの間に不乾性接着剤等を塗布し、回転側密封環３３をベローズ４５に係止する。

しかしながら、上記の第１の手段では、本来、折曲部４６ｆが回転側密封環３３の表面３３ｃに接触しない構造になっているが、カシメ治具、カシメ条件及び回転側の構成部材（回転側密封環３３、ベローズ４５、ドライブリング４７及びケース４６）の仕上がり寸法等により、図８（ｂ）のようなカシメ過ぎ、あるいは、図８（ｃ）のようにカシメは正常であるが折曲部４６ｆが回転側密封環３３の表面３３ｃに強く接触することにより、回転側密封環３３に歪み及びクラックが発生するという問題があった。
また、上記の第２の手段では、不乾性接着剤を回転側密封間３３の背面３３ａとベローズ４５の密封面４５ｃとの間に塗布し、両者を接着するが、接着剤を均一に塗布することが難しく、塗布ムラが発生し、密封流体が回転側密封環３３の背面３３ａとベローズ４５の密封面４５ｃとの間から漏れ出たり、不乾性接着剤が密封摺動面Ｓに付着・浸入し、トルクアップが発生し起動不良に至るという問題があった。

実開平５−１０７５号公報 特開２００７−３２６５２号公報

本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたもので、カシメ手段及び接着剤による接着手段を用いることなく、回転側密封環を、該回転側密封環以外のベローズなどの回転側の構成部材と一体化することのできるメカニカルシールを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明のメカニカルシールは、第１に、ハウジングと回転軸との間に形成した軸封部に装着されて、ハウジングと回転軸との間をシールするメカニカルシールであって、付勢部材で軸方向に付勢された回転側密封環と回転軸の外周面の間を密封するベローズと、前記回転側密封環及び前記ベローズの外周に嵌着されたケースと、前記ベローズを回転軸に締め付けるドライブリングとを有するメカニカルシールにおいて、前記回転側密封環の外周部には軸方向に貫通する複数の切欠溝が設けられ、前記回転側密封環の密封摺動面側の側面には前記切欠溝から周方向に延びるように廻り止め切欠部が設けられ、前記ケースの前記回転側密封環側の端部には、前記切欠溝に対向して前記切欠溝を通過可能な内径方向に膨出する廻り止め凸部が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、カシメ手段又は不乾性接着剤による接着手段を用いることがないので、カシメ手段による回転側密封環５の歪み及びクラックの発生並びに不乾性接着剤の塗布ムラに起因する不乾性接着剤の漏れ、不乾性接着剤の密封摺動面への付着を排除でき、回転側密封環の寿命を向上させ、回転側の構成部材の一体化の信頼性を増大させ、密封摺動面の密封性を維持することができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第２に、第１の特徴において、前記ベローズの前記回転側密封環の背面と当接する側にはベローズ密封面が形成され、前記ベローズ密封面またはこの近傍には、前記ベローズ密封面より前記回転側密封環側に突出する突起が周方向に複数設けられ、前記突起は、前記回転側密封環と前記ベローズが一体化される際には突起が前記回転側密封環を軸方向に押すことにより、回転側密封環の背面とベローズ密封面とを非接触状態にさせると共に、メカニカルシールが前記ハウジングと回転軸との間に装着された際には弾性変形して前記回転側密封環の背面とベローズ密封面とが当接するように設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、突起のスプリング力により、回転側密封環を常に押した状態にあるため、輸送、取扱いにおいても回転側密封環が周方向にずれて他の回転側の構成部材から離脱することが防止でき、回転側密封環を他の回転側の構成部材に確実に係止することができる。
また、ケースの背面部の内側から廻り止め凸部の背面までの軸方向長さと、ケースの背面部の内側から回転側密封環の廻り止め切欠部の側面までの軸方向長さとの寸法関係を厳密に求める必要がないので、製造が容易になる。
さらに、組立が容易になると共に、無理に嵌入することによる廻り止め切欠部の側面の欠け、回転側密封環にクラック、密封摺動面の歪み発生を防止することができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第３に、第１または第２の特徴において、前記廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、回転軸と直交する面に平行に形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、廻り止め切欠部の加工を容易にすることができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第４に、第１または第２の特徴において、廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、周端に向かって深くなるように傾斜していることを特徴としている。
この特徴によれば、廻り止め凸部が廻り止め切欠部から離脱しにくい。

また、本発明のメカニカルシールは、第５に、第１または第２の特徴において、廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、周端に向かって浅くなるように傾斜していることを特徴としている。
この特徴によれば、廻り止め凸部を廻り止め切欠部に嵌入しやすく、また、両者の周方向の相対回転に伴い両者を密接に係止させることができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第６に、第１または第２の特徴において、廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、回転軸と直交する面に平行に形成され、周端付近において軸方向に凹んだ凹部が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、廻り止め凸部が廻り止め切欠部から、一層、離脱しにくい。

また、本発明のメカニカルシールは、第７に、第１または第２の特徴において、廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、回転軸と直交する面に平行に形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、回転軸が両方向のいずれかに回転する場合にも、廻り止め凸部が廻り止め切欠部から離脱しにくい。

また、本発明のメカニカルシールは、第８に、第１または第２の特徴において、廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、周端に向かって深くなるように傾斜していることを特徴としている。
この特徴によれば、回転軸が両方向のいずれかに回転する場合にも、廻り止め凸部が廻り止め切欠部から、一層、離脱しにくい。

また、本発明のメカニカルシールは、第９に、第１または第２の特徴において、廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、周端に向かって浅くなるように傾斜していることを特徴としている。
この特徴によれば、回転軸が両方向のいずれかに回転するタイプにおいても、廻り止め凸部を廻り止め切欠部に嵌入しやすく、また、両者の周方向の相対回転に伴い両者が密接に係止される。

また、本発明のメカニカルシールは、第１０に、第３ないし第９のいずれかの特徴において、廻り止め切欠部の底面は、回転側密封環の外周面と平行に形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、廻り止め切欠部の加工を容易に行うことができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第１１に、第３ないし第９のいずれかの特徴において、廻り止め切欠部の底面は、周方向の端部に向けて深さが浅くなるように形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、廻り止め凸部と廻り止め切欠部の周方向の相対回転に伴い両者が密接に係止される。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）カシメ手段又は不乾性接着剤による接着手段を用いることがないので、カシメ手段による回転側密封環５の歪み及びクラックの発生並びに不乾性接着剤の塗布ムラに起因する密封流体の漏れ、不乾性接着剤の密封摺動面への付着を排除でき、回転側密封環の寿命を向上させ、回転側の構成部材の一体化の信頼性を増大させ、密封摺動面の密封性を維持することができる。

（２）突起が周方向に複数設けられることにより、突起のスプリング力により、回転側密封環を常に押した状態にあるため、輸送、取扱いにおいても回転側密封環が周方向にずれて他の回転側の構成部材から離脱することが防止でき、回転側密封環を他の回転側の構成部材に確実に係止することができる。
また、ケースの背面部の内側から廻り止め凸部の背面までの軸方向長さと、ケースの背面部の内側から回転側密封環の廻り止め切欠部の側面までの軸方向長さとの寸法関係を厳密に求める必要がないので、製造が容易になる。
さらに、組立が容易になると共に、無理に嵌入することによる廻り止め切欠部の側面の欠け、回転側密封環にクラック、密封摺動面の歪み発生を防止することができる。

（３）廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、回転軸と直交する面に平行に形成されていることにより、廻り止め切欠部の加工を容易にすることができる。
（４）廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、周端に向かって深くなるように傾斜していることにより、廻り止め凸部が廻り止め切欠部から離脱しにくい。
（５）廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、周端に向かって浅くなるように傾斜していることにより、廻り止め凸部を廻り止め切欠部に嵌入しやすく、また、両者の周方向の相対回転に伴い両者を密接に係止させることができる。
（６）廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、回転軸と直交する面に平行に形成され、周端付近において軸方向に凹んだ凹部が形成されていることにより、廻り止め凸部が廻り止め切欠部から、一層、離脱しにくい。

（７）廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、回転軸と直交する面に平行に形成されていることにより、回転軸が両方向のいずれかに回転する場合にも、廻り止め凸部が廻り止め切欠部から離脱しにくい。
（８）廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、周端に向かって深くなるように傾斜していることにより、回転軸が両方向のいずれかに回転する場合にも、廻り止め凸部が廻り止め切欠部から、一層、離脱しにくい。
（９）廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の側面は、周端に向かって浅くなるように傾斜していることにより、回転軸が両方向のいずれかに回転するタイプにおいても、廻り止め凸部を廻り止め切欠部に嵌入しやすく、また、両者の周方向の相対回転に伴い両者が密接に係止される。

（１０）廻り止め切欠部の底面は、回転側密封環の外周面と平行に形成されていることにより、廻り止め切欠部の加工を容易に行うことができる。
（１１）廻り止め切欠部の底面は、周方向の端部に向けて深さが浅くなるように形成されていることにより、廻り止め凸部と廻り止め切欠部の周方向の相対回転に伴い両者が密接に係止される。

本発明の実施例１に係るメカニカルシールを示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図３（ａ）は図２の回転側密封環の外周部を拡大して示した正面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施例１に係るメカニカルシールの回転側密封環に設けられた廻り止め切欠部の種々の形状を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係るメカニカルシールにおける廻り止め切欠部の種々の底面形状を示す正面図である。 本発明の実施例２に係るメカニカルシールの回転側の構成部材を示す縦断面図である。 図６のベローズの要部を拡大して示した図である。 従来技術のメカニカルシールを説明する図である。

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、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本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。

図１ないし図５を参照しながら、本発明の実施形態１に係るメカニカルシールを説明する。
図１において、紙面の左側は機外側であり、右側は機内側である。

図１に示すメカニカルシールは、ハウジング１と回転軸２との間に形成した軸封部３に固定側密封環４及び回転側密封環５などのシール部材が装着されて、ハウジング１と回転軸２との間をシールするメカニカルシールであって、固定側密封環４と回転側密封環５との密封面圧を付与する付勢部材（コイルスプリング９）が回転側に存在するものである。

図１において、固定側密封環４は、ハウジング１の軸封部３の開口部に形成された嵌合凹部６内にカップガスケット７を介して気密的に嵌着される。一方、回転軸２の外周に軸方向移動自在に配置された回転側密封環５は、回転軸２に固定されたカラー８でバックアップされたコイルスプリング９の軸方向付勢力によって固定側密封環４に押し付けられて密封摺動面Ｓを形成する。また、回転軸２の外周面と回転側密封環５の背面５ａの間に作動用の軸パッキンとしてベローズ１０が介在され、回転側密封環５と回転軸２の間をベローズ１０で密封する構造となっている。

ベローズ１０は、例えば、ゴム材などの弾性に富む材料から形成され、断面が鎌首状を呈し、その先端頚部１０ａは、回転側密封環５の外周に嵌着した金属製のケース１１の背面部１１ａの内側に固定される。また、先端頚部１０ａは回転側密封環５の背面５ａと密着している。さらに、ベローズ１０の内径筒状部１０ｂは、その外周面に嵌着された金属製のドライブリング１２によって締め付けられ、回転軸２の外周面に適当な締め代をもって圧着されている。

ケース１１の背面部１１ａの内径側にはカラー８側に向かって軸方向に延びる突起１１ｃが突設され、この突起１１ｃがドライブリング１２の外周面に形成された軸方向に延びる切欠溝１２ａと遊嵌するようになっている。

図２及び図３に示すように、回転側密封環５の外周部には軸方向に貫通する複数の切欠溝５ｂが設けられている。本例の場合、切欠溝５ｂは６等配で設けられているが、これに限定されることはなく、２以上であればよい。また、切欠溝５ｂの正面から見た形状（図２及び図３（ａ）参照。）は半円状をなしているが、これに限定されることはなく、例えば、矩形状でもよい。
また、回転側密封環５の密封摺動面Ｓ側の側面５ｃ（特に、図３（ｃ）参照。）には、切欠溝５ｂから周方向に延びるように廻り止め切欠部５ｄが設けられている。廻り止め切欠部５ｄの役割及び形状等については後に詳細に説明する。

一方、図１に示されるケース１１の回転側密封環５側の端部１１ｄには、切欠溝５ｂに対応する位置に、切欠溝５ｂを通過可能な形状であって内径方向に膨出する廻り止め凸部１１ｅが設けられる（特に、図２参照。）。例えば、切欠溝５ｂが半円状をなして６等配で設けられる場合、廻り止め凸部１１ｅも、切欠溝５ｂの径方向及び周方向の位置に対応して、切欠溝５ｂを通過可能なように切欠溝５ｂより少し小さい半円状をなして６等配で設けられる。この廻り止め凸部１１ｅは、回転軸２の回転力がベローズ１０及びケース１１を介して回転側密封環５に伝達される際に、ケース１１と回転側密封環５とが相対的に空転することを防止してケース１１の回転力が確実に回転側密封環５に伝達されるためのものである。

図２において、回転軸２が矢印方向（反時計方向）に回転される場合、ケース１１も同方向に回転され、廻り止め凸部１１ｅの回転方向側の側部１１ｇが廻り止め切欠部５ｄの当接部５ｆと当接し、ケース１１の回転力が回転側密封環５に伝達される。
なお、回転軸２が時計方向に回転される場合、廻り止め凸部１１ｅは当接部５ｇと当接する。

回転側密封環５とベローズ１０とをケース１１により一体化する際には、ケース１１の廻り止め凸部１１ｅが回転側密封環５の切欠溝５ｂを通過させるようにして回転側密封環５とケース１１とを嵌合させ、その後、回転側密封環５とベローズ１０とを周方向に相対回転させることにより、ケース１１の廻り止め凸部１１ｅが回転側密封環５の廻り止め切欠部５ｄに嵌入され、両者が一体的に係止され組立される。

図１において、ケース１１の背面部１１ａの内側から廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆまでの軸方向長さをＬ１、ベローズの先端頚部１０ａの軸方向における自由長（押し付け加重を受けていない状態での軸方向長さ）と回転側密封環５の背面５ａから廻り止め切欠部の側面５ｅまでの軸方向長さを足した長さをＬ２とした場合、Ｌ１＞Ｌ２となるように設定され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと廻り止め切欠部５ｄの側面５ｅとの間には僅かな間隙が形成されるようになっている。

回転側密封環５はベローズ１０の内径筒状部１０ｂ、ドライブリング１２の切欠溝１２ａ、ケース１１の突起１１ｃ、ケース１１の廻り止め凸部１１ｅを介して回転軸２からの駆動力が伝達され、回転軸２と一体に回転する。
なお、本発明において、回転側密封環５、ベローズ１０、ケース１１及びドライブリング１２からなる組立体を回転側の構成部材ということがある。

次に、図４及び図５を参照しながら、廻り止め切欠部５ｄについて説明する。
図４は、回転側密封環５の外周面を見た平面図であり、廻り止め切欠部５ｄの種々の平面形状が示されている。
図４（ａ）では、廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に平行に形成されている。この例は、加工が容易であり、オーソドックスな形状である。
また、廻り止め切欠部５ｄの周方向の長さＲは、少なくとも廻り止め凸部１１ｅの周方向の長さと同じであればよいが、廻り止め凸部１１ｅが廻り止め切欠部５ｄから離脱する危険性を回避する意味で、切欠溝５ｂの周方向の最大幅ｂの１倍〜５倍に設定されることが望ましい。

図４（ｂ）では、廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に非平行、すなわち、周端に向かって廻り止め切欠部５ｄが深くなるように（廻り止め切欠部５ｄの当接部５ｆに向けて廻り止め切欠部５ｄの側面５ｅが側面５ｃから離れるように）傾斜している。この例は、廻り止め凸部１１ｅが廻り止め切欠部５ｄから離脱しにくいという効果がある。

図４（ｃ）では、廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に非平行、すなわち、周端に向かって廻り止め切欠部５ｂが浅くなるように（廻り止め切欠部の当接部５ｆに向けて廻り止め切欠部の側面５ｅが側面５ｃに近づくように）傾斜している。この例は、廻り止め凸部１１ｅを廻り止め切欠部５ｄに嵌入しやすく、また、両者の周方向の相対回転に伴い両者が密接に係止されるという効果がある。

図４（ｄ）では、廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に平行に形成され、周端付近において軸方向に凹んだ凹部が形成されている。この例は、廻り止め凸部１１ｅが廻り止め切欠部５ｄから、一層、離脱しにくいという効果がある。

図４（ｅ）では、廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に平行に形成されている。この例は、回転軸２が両方向のいずれかに回転する場合にも、廻り止め凸部１１ｅが廻り止め切欠部５ｄから離脱しにくいという効果がある。

図４（ｆ）では、廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に非平行、すなわち、周端に向かって深くなるように傾斜している。この例は、回転軸２が両方向のいずれかに回転する場合にも、廻り止め凸部１１ｅが廻り止め切欠部５ｄから、一層、離脱しにくいという効果がある。

図４（ｇ）では、廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に非平行、すなわち、周端に向かって浅くなるように傾斜している。この例は、回転軸２が両方向のいずれかに回転するタイプにおいても、廻り止め凸部１１ｅを廻り止め切欠部５ｄに嵌入しやすく、また、両者の周方向の相対回転に伴い両者が密接に係止されるという効果がある。

図５は、回転側密封環５の外周面を見た正面図であり、廻り止め切欠部の種々の底面形状を示している。
図５（ａ）では、廻り止め切欠部５ｄの底面５ｈは、回転側密封環５の外周面と平行に形成されている。この例は、加工が容易であり、オーソドックスな形状である。

図５（ｂ）では、廻り止め切欠部５ｄの底面５ｈは、周方向の端部に向けて深さが浅くなるように形成されている。この例は、廻り止め凸部１１ｅと廻り止め切欠部５ｄの周方向の相対回転に伴い両者が密接に係止されるという効果がある。

本発明の実施例１に係るメカニカルシールは以下の効果を奏する。
（１）回転側密封環５、ベローズ１０、ケース１１及びドライブリング１２の組立体である回転側の構成部材の一体化における回転側密封環５の固定においては、ケース１１の廻り止め凸部１１ｅと回転側密封環５の廻り止め切欠部５ｄとの嵌合により一体的に係止されるものであり、カシメ手段又は不乾性接着剤による接着手段を用いることがないので、カシメ手段による回転側密封環５の歪み及びクラックの発生並びに不乾性接着剤の塗布ムラに起因する密封流体の漏れ、不乾性接着剤の密封摺動面Ｓへの付着を排除できる。その結果、回転側密封環５の寿命を向上させることができ、回転側の構成部材の一体化の信頼性を増大させ、密封摺動面Ｓの密封性を維持することができる。
（２）廻り止め切欠部５ｄの形状を工夫することにより、回転側密封環５とケース１１との離脱を防止することができると共に嵌合を容易にすることができる。さらに、両者の嵌合状態を密接にすることができる。
具体的には、次のとおりである。
（ａ）廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に非平行、すなわち、周端に向かって深くなるように傾斜していることにより、廻り止め凸部１１ｅが廻り止め切欠部５ｄから離脱しにくい。
（ｂ）廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に非平行、すなわち、周端に向かって浅くなるように傾斜していることにより、廻り止め凸部１１ｅを廻り止め切欠部５ｄに嵌入しやすく、また、両者の周方向の相対回転に伴い両者が密接に係止される。
（ｃ）廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に平行に形成され、周端付近において軸方向に凹んだ凹部が形成されていることにより、廻り止め凸部１１ｅが廻り止め切欠部５ｄから、一層、離脱しにくい。
（ｄ）廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する側面５ｅは、回転軸と直交する面に平行に形成されていることにより、回転軸２が両方向に回転する場合にも、廻り止め凸部１１ｅが廻り止め切欠部５ｄから離脱しにくい。
（ｅ）廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に非平行、すなわち、周端に向かって深くなるように傾斜していることにより、回転軸２が両方向に回転する場合にも、廻り止め凸部１１ｅが廻り止め切欠部５ｄから、一層、離脱しにくい。
（ｆ）廻り止め切欠部５ｄは切欠溝５ｂから周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと当接する廻り止め切欠部の側面５ｅは、回転軸と直交する面に非平行、すなわち、周端に向かって浅くなるように傾斜していることにより、回転軸２が両方向に回転するタイプにおいても、廻り止め凸部１１ｅを廻り止め切欠部５ｄに嵌入しやすく、また、両者の周方向の相対回転に伴い両者が密接に係止される。
（ｇ）廻り止め切欠部５ｄの底面５ｈは、周方向の端部に向けて深さが浅くなるように形成されていることにより、廻り止め凸部１１ｅと廻り止め切欠部５ｄの周方向の相対回転に伴い両者が密接に係止される。

図６及び図７を参照して、本発明の実施例２に係るメカニカルシールについて説明する。
実施例２に係るメカニカルシールは、ベローズの回転側密封環の背面と当接する側に回転側密封環側に突出する複数の突起が設けられ構成されている点で、実施例１と相違するが、その他の点は実施例１と基本的に同じであり、実施例１と同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図６において、ベローズ２０はゴム材で形成され、ベローズ２０の回転側密封環５の背面５ａと当接する側にはベローズ密封面２０ｃが形成され、ベローズ密封面２０ｃの外径側には、ベローズ密封面２０ｃより回転側密封環５側に突出する突起２０ｄが周方向に複数設けられる。

突起２０ｄは、回転側密封環５とベローズ２０が一体化される際には突起２０ｄが回転側密封環５を軸方向に押すことにより、回転側密封環５の背面５ａとベローズ密封面２０ｃとを非接触状態にさせると共に回転側密封環５の廻り止め切欠部５ｄの側面５ｅとケース１１の廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆとを確実に当接させることのできるスプリング機能を有し、メカニカルシールがハウジング１と回転軸２との間に装着された際には弾性変形して回転側密封環５の背面５ａとベローズ密封面２０ｃとが当接するように設定されるものである。

突起２０ｄの形状は特に限定されるものではない。また、突起２０ｄの設けられる場所もベローズ密封面２０ｃの外径側に限定されるものではなく、ベローズ密封面２０ｃあるいはこの近傍であればよい。

上記したように、突起２０ｄのスプリング力により、回転側密封環５を常に押した状態にあるため、輸送、取扱いにおいても回転側密封環５が周方向にずれて他の回転側の構成部材から離脱することが防止でき、回転側密封環５を他の回転側の構成部材に確実に係止することができる。

実施例１の場合は、回転側の構成部材の部品寸法の出来上がり状態により、ケース１１の背面部１１ａの内側から廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆまでの軸方向長さをＬ１、ベローズの先端頚部１０ａの軸方向における自由長（押し付け加重を受けていない状態での軸方向長さ）と回転側密封環５の背面５ａから廻り止め切欠部の側面５ｅまでの軸方向長さを足した長さをＬ２とした場合、Ｌ２＞Ｌ１、あるいは、Ｌ２＜Ｌ１になることがある。
Ｌ２＞Ｌ１の場合、ベローズ１０がケース１１内部に設置される際の力により先端頚部１０ａが変形し、ケース１１の廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと回転側密封環５の廻り止め切欠部５ｄの廻り止め切欠部の側面５ｅとは接触し、Ｌ２＜Ｌ１の場合、ケース１１の廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと回転側密封環５の廻り止め切欠部５ｄの廻り止め切欠部の側面５ｅとは接触しない。
ケース１１の廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと回転側密封環５の廻り止め切欠部５ｄの廻り止め切欠部の側面５ｅとが接触した場合は、回転側密封環５の他の回転側の構成部材との組立が難しくなると共に、無理に嵌入すると廻り止め切欠部５ｄの廻り止め切欠部の側面５ｅが欠けたり、回転側密封環５にクラック、密封摺動面Ｓに歪みが発生し、漏れにつながる可能性がある。
一方、ケース１１の廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆと回転側密封環５の廻り止め切欠部５ｄの側面５ｅとが接触しない場合は、両者の間に隙間が生じるため、回転側密封環５は不確実な係止状態となり、輸送、取扱いにおいて、回転側密封環５が脱落する可能性がある。
実施例２においては、突起２０ｄのスプリング力により、回転側密封環５を常に押した状態にあるため、実施例１において懸念される点を払拭することができる。

本発明の実施例２に係るメカニカルシールは、実施例１の効果に加えて以下の効果を奏する。
（１）突起２０ｄのスプリング力により、回転側密封環５を常に押した状態にあるため、輸送、取扱いにおいても回転側密封環５が周方向にずれて他の回転側の構成部材から離脱することが防止でき、回転側密封環５を他の回転側の構成部材に確実に係止することができる。
（２）ケース１１の背面部１１ａの内側から廻り止め凸部１１ｅの背面１１ｆまでの軸方向長さＬ１と、ケース１１の背面部１１ａの内側から回転側密封環５の廻り止め切欠部５ｄの側面５ｅまでの軸方向長さＬ２との寸法関係を厳密に求める必要がないので、製造が容易になる。
（３）組立が容易になると共に、無理に嵌入することによる廻り止め切欠部５ｄの側面５ｅの欠け、回転側密封環５にクラック、密封摺動面Ｓの歪み発生を防止することができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

１ ハウジング
２ 回転軸
３ 軸封部
４ 固定側密封環
５ 回転側密封環
５ａ 背面
５ｂ 切欠溝
５ｃ 側面
５ｄ 廻り止め切欠部
５ｅ 廻り止め切欠部の側面
５ｆ 廻り止め切欠部の当接部
５ｇ 当接部
５ｈ 廻り止め切欠部の底面
６ 嵌合凹部
７ カップガスケット
８ カラー
９ 付勢部材（コイルスプリング）
１０ ベローズ
１０ａ 先端頚部
１０ｂ 内径筒状部
１１ ケース
１１ａ 背面部
１１ｃ 突起
１１ｄ 端部
１１ｅ 廻り止め凸部
１１ｆ 廻り止め凸部の背面
１１ｇ 廻り止め凸部の側部
１２ ドライブリング
１２ａ 切欠溝
２０ ベローズ
２０ｃ ベローズ密封面
２０ｄ 突起

Claims (11)

1. ハウジングと回転軸との間に形成した軸封部に装着されて、ハウジングと回転軸との間をシールするメカニカルシールであって、付勢部材で軸方向に付勢された回転側密封環と回転軸の外周面の間を密封するベローズと、前記回転側密封環及び前記ベローズの外周に嵌着されたケースと、前記ベローズを回転軸に締め付けるドライブリングとを有するメカニカルシールにおいて、前記回転側密封環の外周部には軸方向に貫通する複数の切欠溝が設けられ、前記回転側密封環の密封摺動面側の側面には前記切欠溝から周方向に延びるように廻り止め切欠部が設けられ、前記ケースの前記回転側密封環側の端部には、前記切欠溝に対向して前記切欠溝を通過可能であるとともに、前記廻り止め切欠部の側面に軸方向に係止可能に、内径方向に膨出する廻り止め凸部が設けられることを特徴とするメカニカルシール。
2. 前記ベローズの前記回転側密封環の背面と当接する側にはベローズ密封面が形成され、前記ベローズ密封面またはこの近傍には、前記ベローズ密封面より前記回転側密封環側に突出する突起が周方向に複数設けられ、前記突起は、前記回転側密封環と前記ベローズが一体化される際には突起が前記回転側密封環を軸方向に押すことにより、回転側密封環の背面とベローズ密封面とを非接触状態にさせると共に、メカニカルシールが前記ハウジングと回転軸との間に装着された際には弾性変形して前記回転側密封環の背面とベローズ密封面とが当接するように設定されることを特徴とする請求項１記載のメカニカルシール。
3. 前記廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の前記側面は、回転軸と直交する面に平行に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のメカニカルシール。
4. 廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の前記側面は、周端に向かって深くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載のメカニカルシール。
5. 廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の前記側面は、周端に向かって浅くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載のメカニカルシール。
6. 廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の一方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の前記側面は、回転軸と直交する面に平行に形成され、周端付近において軸方向に凹んだ凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のメカニカルシール。
7. 廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の前記側面は、回転軸と直交する面に平行に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のメカニカルシール。
8. 廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の前記側面は、周端に向かって深くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載のメカニカルシール。
9. 廻り止め切欠部は、切欠溝から周方向の双方に延びるように形成され、廻り止め凸部の背面と当接する廻り止め切欠部の前記側面は、周端に向かって浅くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載のメカニカルシール。
10. 廻り止め切欠部の底面は、回転側密封環の外周面と平行に形成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項９のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
11. 廻り止め切欠部の底面は、周方向の端部に向けて深さが浅くなるように形成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項９のいずれか１項に記載のメカニカルシール。

Images