JP3552032B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相対回転摺接する二つ密封環の少なくとも一方が径方向に分割されているメカニカルシールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からも、図７に示す如く、回転軸１０２に設けた第一密封環１０４とシールケース１０１に設けた第二密封環１０６との対向端面たる密封端面１０４ａ，１０６ａの相対回転摺接作用によりシール機能を発揮させるように構成されたメカニカルシールであって、少なくとも一方の密封環、例えば第一密封環１０４を径方向に二分割して環状のリテーナ１０３に嵌合保持させておくように構成されたメカニカルシール（以下「従来シール」という）が提案されている。
【０００３】
かかる従来シールにあっては、図７に示す如く、リテーナ１０３を回転軸１０２に軸線方向に移動可能に且つ相対回転不能に嵌挿保持すると共にスプリング部材１０８により第二密封環１０６へと附勢させることにより、リテーナ１０３に嵌合保持させた第一密封環１０４を第二密封環１０６へと押圧接触させるようになっており、第一密封環１０４を、つぎのような手段により、適正な円環状形態に保持すると共にリテーナ１０３に対する軸線方向の相対変位及び相対回転を阻止した状態で、リテーナ１０３の先端に形成した凹部１０３ａに嵌合保持させてある。
【０００４】
すなわち、第一密封環１０４は、その外周部と凹部１０３ａの内周部との間に適度の圧縮状態で充填されたＯリング１１０による緊縛力により、当該密封環１０４の分割面が衝合した適正な円環状形態に保持されている。また、両密封環１０２，１０４がスプリング部材１０８の附勢力（及び密封環に作用する流体による背圧）により相互に押圧されることから、その反作用として第一密封環１０４には軸線方向荷重が作用するが、かかる軸線方向荷重による第一密封環１０４のリテーナ１０３に対する軸線方向の相対変位は、第一密封環１０４の背面部１０４ｂを凹部１０３ａの底面部１０３ｂに衝合させることにより、阻止されている。すなわち、第一密封環１０４に作用する軸線方向荷重を、凹部１０３ａの底面部１０３ｂで受けるようにしている。さらに、第一密封環１０４は半円弧状をなす二つ密封環部分に分割されているが、一方の密封環部分に形成した凹部１０４ｃに凹部１０３ａの底面部１０３ｂに突設したドライブピン１１１を係合させることにより、第一密封環１０４のリテーナ１０３に対する相対回転が阻止されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような第一密封環１０４の保持構造を採用する従来シールにあっては、密封環１０４の分割面間が開いたり、軸線方向に齟齬したりする虞れがあり、良好なシール機能を期待できないといった問題があった。
【０００６】
すなわち、密封端面１０４ａ，１０６ａの相対回転摺接作用が良好に行われるためには、密封環１０４のリテーナ１０３に対する相対回転が阻止されること必要であるが、上記した如く、両者１０３，１０４の相対回転を一方の密封環部分とドライブピン１１１との係合作用により阻止するようにしていると、当該一方の密封環部分はドライブピン１１１によりこれと同一方向に強制回転されるものの、他方の密封環部分については相手密封環（第二密封環）１０６との接触による摩擦力により当該方向への回転が阻止されることになる。したがって、両密封環部分は相対的に逆方向に回転されることになり、一方の密封環部分におけるドライブピン回転方向と反対側の端面である分離面とこれに対向する他方の密封環部分の分離面との間が開くことになる。かかる分離面間の開きは、それが微小であっても、シール機能を大幅に低下させることになる。このような分割面の開き現象は、両密封環部分にドライブピン１１１を係合させるようにした場合においても、各密封環部分に設けられる凹部１０４ｃとドライプピン１１１とが回転方向に遊びを有した状態で係合されることから、同様に生じる。
【０００７】
ところで、密封環１０４のリテーナ１０３に対する相対回転阻止を、ドライブピン１１１によらず、密封環１０４を緊縛しているＯリング１１０による摩擦係合力により行うようにしておけば、上記した分割面の開き現象を回避することができる。すなわち、密封環１０４の外周部と凹部１０３ａの内周部とをその間に充填したＯリング１１０により摩擦係合させておくことにより、密封環１０４のリテーナ１０３に対する相対回転を阻止させるのである。しかし、従来シールにおける如く、密封環１０４を緊縛するＯリング１１０が一本である場合には、当該相対回転を阻止するに十分な摩擦係合力を得ることは困難であり、密封端面１０４ａ，１０６ａの良好な相対回転摺接作用は期待できない。
【０００８】
また、従来シールにあっては、密封環１０４に作用する軸線方向荷重を凹部１０３ａの底面部１０３ｂで受けるようにしているため、密封端面１０４ａがその分割部分において軸線方向に齟齬し易い。
【０００９】
すなわち、密封端面１０４ａは、その機能上、極めて高精度の平滑面に仕上げられているが、凹部１０３ａの底面部１０３ｂについては、機能上及び切削加工上、仕上げ精度は極めて低くなっている。一般に、仕上げ精度は、密封端面１０４ａについては０．６μｍ以下であるのに対し、底面部１０３ｂについては２〜３μｍ程度である。したがって、密封環１０４が凹部１０３ａの底面部１０３ｂに押し付けられることにより、底面部１０３ｂの表面精度が密封端面１０４ａの表面精度に影響して、密封端面１０４ａの分割部分においてズレが生じる。かかるズレは、それが極く僅かなものであっても、相手密封端面１０６ａとの相対回転摺接作用に悪影響を及ぼし、シール機能が大幅に低下することになる。
【００１０】
しかも、一般に、リテーナ１０３と密封環１０４とは、両者１０３，１０４に要求される機能が異なることから、異なる材料で構成されている。したがって、密封端面１０４ａ，１０６ａ間の摩擦熱や流体熱により両者１０３，１０４には異なる熱歪が生じることなる。そして、これらの熱歪が、密封環１０４の背面部１０４ｂと凹部１０３ａの底面部１０３ｂとの押圧接触部で相互に干渉して、上記した精度差が増幅される等により、密封端面１０４ａの分割部分におけるズレの増大や表面精度の低下を招いて、シール機能が更に低下する虞れがある。このような問題は、両者１０３，１０４の構成材料における熱膨張率の差が大きくなるに従って、より顕著となる。
【００１１】
本発明は、従来シールにおける上記した問題をすべて解決して、常に良好なシール機能を発揮しうるメカニカルシールを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転軸に軸線方向移動可能に保持された環状の第一リテーナに、径方向に分割された第一密封環を軸線方向に抜き出しうる状態で内嵌保持させてあり、この第一密封環をスプリング部材により第一リテーナを介してシールケースに設けた第二密封環へと押圧接触させることによって、両密封環の対向端面である密封端面の相対回転摺接部分において、その外周側領域である機内領域とその内周側領域である機外領域とをシールするように構成されたメカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、第一密封環を、内周部又は外周部にその軸線方向における全幅に亘って形成した微細な切欠溝に径方向の剪断力を作用させて、切欠溝を起点として径方向への亀裂を進行させることにより、二分割して、その分割面が微細且つ不規則な凹凸面となるように構成し、リテーナは、先端部とこれより内径の小さな中間部とこれより内径の小さな基端部とからなり、第一密封環は、第一リテーナの先端部に内嵌保持されており、第一リテーナと回転軸との間は、第一リテーナの基端部と第一密封環の基端部との間に配して第一リテーナの中間部と回転軸との対向周面間に介装したＯリングにより二次シールされており、第一リテーナの先端部と第一密封環の基端部との対向周面間に第一Ｏリングを配設すると共に第一リテーナの先端部と第一密封環の基端側中間部との対向周面間に第二Ｏリングを配設して、第一及び第二Ｏリングにより、第一密封環を環状に緊縛すると共に第一密封環の第一リテーナに対する回転を阻止し、第一密封環の基端部と基端側中間部との間に、第一Ｏリングを第一密封環に対するその密封端面方向への軸線方向移動を阻止すべく係止する第一係止部を設けると共に、第一リテーナの先端部と中間部との間に、第一Ｏリングを第一リテーナに対する上記と逆方向への軸線方向移動を阻止すべく係止する第二係止部を設けてあり、第二Ｏリングを、第一リテーナの先端部の内周部に形成した環状溝に係合保持させておくことを提案するものである。なお、本発明において、軸線とは回転軸及び密封環の軸線並びにＯリングの曲率中心を通過する軸線をいう。
【００１３】
かかるメカニカルシールにあっては、第一密封環における、第一リテーナから軸線方向に突出する密封端面側部分の外周部に、密封環抜出用の環状凹部を設けておくことが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を、図１及び図２に示す実施の形態により具体的に説明する。なお、以下の説明において、左右とは図２を除く各図における左右を意味するものとする。また、軸線の意義は上述した通りであり、左右方向と軸線方向とは同義語である。
【００１５】
図１及び図２は第一の実施の形態を示したもので、この実施の形態における本発明に係るメカニカルシール（以下「第一メカニカルシール」という）は、円形の内周部を有するシールケース１とこれを左右方向に同心状に洞貫する回転軸２との間に組み込まれた分割形のものであり、回転軸２に保持された第一リテーナ３と、第一リテーナ３に保持された第一密封環４と、シールケース１の内周部に保持された第二リテーナ５と、第二リテーナ５に第一密封環４と同心対向状に保持された第二密封環６とを具備して、スプリング部材８により第一リテーナ３を介して第一密封環４を第二密封環６へと押圧接触させることによって、両密封環４，６の対向端面である密封端面４ａ，６ａの相対回転摺接部分において、その外周側領域である機内領域Ｈとその内周側領域である機外領域（大気領域）Ｌとをシールするように構成されている。
【００１６】
シールケース１は、図１に示す如く、回転機器のハウジングに取り付けられたケース本体１ａと、その先端部（左端部）に取り付けられた端部壁１ｂとからなる。
【００１７】
第一リテーナ３は、図１に示す如く、内周部を基端方向（右端方向）に順次縮径する階段状に形成した円環状体である。すなわち、第一リテーナ３の内径は、先端部（左端部）３ａにおいて中間部３ｂより大きく、基端部（左端部）３ｃにおいて中間部３ｂより小さく設定されており、基端部３ｃの内径は、第一リテーナ３を回転軸２の外径よりやや大きく設定されている。また、先端部３ａの内周部と中間部３ｂの内周部との連繋部分は、端面（左端面）を軸線に直交する環状平面となす第二係止部３ｄとされている。而して、第一リテーナ３は、回転軸２と中間部３ｂとの対向周面間にＯリング９を介装させることにより、回転軸２に、これと同心をなし且つＯリング９により二次シールされた状態で、軸線方向つまり左右方向に移動可能に嵌合保持されている。
【００１８】
而して、第一リテーナ３は、その回転を回転軸２との間に設けた回転阻止手段により阻止されている。すなわち、回転阻止手段は、図１に示す如く、第一リテーナ３の基端部に対向して回転軸２に嵌合固定された環状体７ａと、環状体７ａを貫通して第一リテーナ３の基端部に固着されたドライブピン７ｂとからなり、リテーナ３及びドライブピン７ｂの頭部７ｃが環状体７ａに衝合する範囲内において、第一リテーナ３の軸線方向移動を許容しつつ、その回転軸２に対する相対回転を阻止する。
【００１９】
また、第一リテーナ３と環状体７ａとの間には、回転軸２の周囲に適当間隔を隔てて配置した複数個のスプリング部材（圧縮コイルスプリング）８が介装されていて、第一リテーナ３を第二密封環方向（左方向）に附勢して、第一密封環４を第二密封環６に押圧接触させるようになっている。
【００２０】
第一密封環４は、図１及び図２に示す如く、先端部（左端部）４ｂ及び基端部（右端部）４ｃの外径を先端側中間部４ｄの外径及基端側中間部４ｅの外径（両中間部４ｄ，４ｅは外径同一）より小さくした円環状体であり、径方向に二分割されている。すなわち、第一密封環４は、一対の半円形状の密封環部分４ｆ，４ｆに二分割されている。また、先端部４ｂの端面は、軸線に直交する平滑な環状平面をなす密封端面４ａに形成されており、先端側中間部４ｄの外周部には、密封環抜出用の環状凹部４ｇが形成されている。また、基端側中間部４ｅの外周部と基端部４ｃの外周部との連繋部分は、端面（左端面）を軸線に直交する環状平面となす第一係止部４ｈとされている。
【００２１】
ところで、この例では、第一密封環４の内周部又は外周部にその軸線方向における全幅に亘って微細な切欠溝を形成した上、この切欠溝に径方向の剪断力を作用させて、切欠溝を起点として径方向への亀裂を進行させることにより、当該密封環４を二分割するようにしている（以下、この分割加工を「自然割」という）。したがって、密封環部分４ｆ，４ｆの衝合面である分割面４ｉ，４ｉは微細且つ不規則な凹凸面となることから、分割面４ｉ，４ｉの適正な衝合を容易に行うことができ、且つ分割面４ｉ，４ｉが離間せず衝合状態を維持する限り、分割面４ｉ，４ｉの凹凸係合により密封環部分４ｆ，４ｆの軸線方向への相対変位（ズレ）が阻止されて、密封環４を適正な円環状体に保持させておくことができる。
【００２２】
而して、第一密封環４は、図１に示す如く、回転軸２に同心状に遊嵌され且つ先端部４ｂ及び先端側中間部４ｄを第一リテーナ３の先端面（左端面）から突出させた状態で、第一リテーナ３の先端部３ａの内周部に内嵌保持されている。そして、第一リテーナ３の先端部３ａの内周部とこれに対向する第一密封環４の基端側中間部４ｅ及び基端部４ｃの外周部との間には、第一及び第二Ｏリング１０，１１が適度に圧縮された状態で充填されている。第一リテーナ３の先端部３ａと第一密封環４の基端部４ｃとの対向周面部間に配設された第一Ｏリング１０は、左右方向において、第一密封環４に設けられた第一係止部４ｈと第一リテーナ３に設けられた第二係止部３ｄとの対向端面間に挟圧されている。すなわち、第一Ｏリング１０は、第一密封環４に対する密封端面方向（左方向）への相対移動を第一係止部４ｈにより阻止されると共に、第一リテーナ３に対する上記と逆方向（右方向）への相対移動を第二係止部３ｄにより阻止されている。第一リテーナ３の先端部３ａと第一密封環４の基端側中間部４ｅとの対向周面部間に配設された第二Ｏリング１１は、第一リテーナ３の先端部３ａの内周部に形成した環状溝３ｅに係合保持されている。なお、第一リテーナ３の先端部３ａの内周部（環状溝３ｅが形成されていない部分の内周部）と第一密封環４の基端部４ｃの外周部との径方向間隔（第一Ｏリング１０の締代）及び第一リテーナ３の先端部３ａの内周部（環状溝３ｅの底面部）と第一密封環４の基端側中間部４ｅの外周部との径方向間隔（第二Ｏリング１１の締代）は、両Ｏリング１０，１１により、第一密封環４をその分離面４ｉ，４ｉが適正に衝合する円環状体に保持するに充分な緊縛力と第一密封環４の第一リテーナ３に対する相対回転を阻止するに充分な摩擦係合力とが確保されることを条件として、適宜に設定される。
【００２３】
第二リテーナ５は、図１に示す如く、筒状の本体部５ａとその基端部（左端部）に内方へと突出する環状の第二係止部５ｂとからなる円環状体であり、第一リテーナ３の先端部に対向し且つ回転軸２と同心をなす状態で、シールケース１の端部壁１ｂの内周部にＯリング１２を介して内嵌固定されている。なお、第二係止部５ｂの端面（右端面）は、軸線に直交する環状平面に形成されている。
【００２４】
第二密封環６は、図１に示す如く、基端部（左端部）６ｂの外径を中間部６ｃ及び先端部（右端部）６ｄの外径より小さくした円環状体であり、第一密封環４と同様にして、径方向に二分割されている。すなわち、第二密封環６は、上記した自然割により、一対の半円形状の密封環部分６ｆ，６ｆに二分割されており、密封環部分６ｆ，６ｆの衝合面である分割面６ｉ，６ｉは微細且つ不規則な凹凸面となっている。また、先端部６ｄの端面は、軸線に直交する平滑な環状平面をなす密封端面６ａに形成されており、先端部６ｄの外周部には、密封環抜出用の環状凹部６ｇが形成されている。また、基端部６ｂの外周部と中間部６ｃの外周面との連繋部分は、端面（左端面）を軸線に直交する環状平面となす第一係止部６ｈとされている。
【００２５】
而して、第二密封環６は、図１に示す如く、回転軸２に同心状に遊嵌され且つ先端部６ｄを第二リテーナ５の先端面（右端面）から突出させた状態で、第二リテーナ５の本体部５ａの内周部に内嵌保持されている。そして、第二リテーナ５の本体部５ａの内周部とこれに対向する第二密封環６の基端部６ｂ及び中間部６ｃの外周部との間には、第一及び第二Ｏリング１３，１４が適度に圧縮された状態で充填されている。第二リテーナ５の本体部５ａと第二密封環６の基端部６ｂとの対向周面部間に配設された第一Ｏリング１３は、左右方向において、第二密封環６に設けられた第一係止部６ｈと第二リテーナ５に設けられた第二係止部５ｂとの対向端面間に挟圧されている。すなわち、第一Ｏリング１３は、第二密封環６に対する密封端面方向（右方向）への相対移動を第一係止部６ｈにより阻止されると共に、第二リテーナ５に対する上記と逆方向（左方向）への相対移動を第二係止部５ｂにより阻止されている。第二リテーナ５の本体部５ａと第二密封環６の中間部６ｃとの対向周面部間に配設された第二Ｏリング１４は、第二リテーナ５の本体部５ａの内周部に形成した環状溝５ｃに係合保持されている。なお、第二リテーナ５の本体部５ａの内周部（環状溝５ｃが形成されていない部分の内周部）と第二密封環６の基端部６ｂの外周部との径方向間隔（第一Ｏリング１３の締代）及び第二リテーナ５の本体部５ａの内周部（環状溝５ｃの底面部）と第二密封環６の中間部６ｃの外周部との径方向間隔（第二Ｏリング１４の締代）は、上記したＯリング１０，１１と同様に、両Ｏリング１３，１４により第二密封環６をその分離面６ｉ，６ｉが適正に衝合する円環状体に保持するに充分な緊縛力と第二密封環６の第二リテーナ５に対する相対回転を阻止するに充分な摩擦係合力とが確保されることを条件として、適宜に設定される。
【００２６】
以上のように構成された第一メカニカルシールにあっては、密封環４，６を軸線方向に所定間隔を隔てた二本のＯリング１０，１１又は１３，１４で緊縛するようにしたことから、密封環４，６とリテーナ３，５との間にＯリング１０，１１又は１３，１４による十分な摩擦係合力が生じて、従来シールにおける如きドライブピン１１１を使用せずとも、密封環４，６のリテーナ３，５に対する相対回転が確実に阻止される。しかも、一本のＯリングにより緊縛した場合に比して、両密封環部分４ｆ，４ｆ又は６ｆ，６ｆが強力に衝合一体化されることになる。 したがって、密封端面４ａ，６ａの分割部分が開くようなことがなく、密封端面４ａ，６ａの相対回転も適正に行われる。
【００２７】
また、密封環４，６には、スプリング部材８による附勢力（及び機内領域Ｈの流体圧による押圧力）によって軸線方向荷重が作用するが、かかる軸線方向荷重は、第一Ｏリング１０，１３を介してリテーナ３，５で受け止められる。すなわち、軸線方向荷重は密封環側の第一係止部４ｈ，６ｈから第一Ｏリング１０，１３に伝えられ、リテーナ側の第二係止部３ｄ，５ｂで受け止められる。したがって、軸線方向荷重を受け止めるリテーナ側部分（第二係止部３ｄ，５ｂ）と密封端面４ａ，６ａとの表面加工精度差や密封環４，６とリテーナ３，５との材質による熱膨張係数差が如何に大きくとも、これらによる密封端面４ａ，６ａへの影響は第一Ｏリング１０，１３による弾性変形によって吸収され、密封端面４ａ，６ａが分割部分において軸線方向に齟齬（ズレ）するようなことがなく、密封端面４ａ，６ａの表面精度が適正に保持される。なお、対向する分割面４ｉ，４ｉ又は６ｉ，６ｉが上述した如く不規則な凹凸面をなして軸線方向に相対変位しない状態に凹凸係合するように工夫しておくことによって、二本のＯリング１０，１１又は１３，１４により緊縛力が増大されることとも相俟って、軸線方向のズレが更に効果的に防止されることになる。
【００２８】
このように、密封端面４ａ，６ａの分割部分が開いたり、軸線方向に齟齬したりすることがないから、密封端面４ａ，６ａの相対回転摺接作用が適正に行われ、良好なシール機能が発揮される。
【００２９】
また、第一メカニカルシールにあっては、密封環４，６のシールケース１又は回転軸２からの取り外しを容易に行うことができ、密封環４，６の交換，修理等の保守，点検作業を効率よく且つ容易に行うことができる。
【００３０】
すなわち、ケース本体１ａから端部壁１ｂを外して、第二リテーナ５及びこれに嵌合保持されている第二密封環６を左方向に移動させた上、第二密封環６を第二リテーナ５から右方向に抜き出すことにより、第二密封環６の取り外し及び分解を行うことができる。しかる後、第一密封環４を第一リテーナ３から左方向に抜き出すことにより、第一密封環４の取り外し及び分解を行うことができる。
【００３１】
このとき、密封環４，６及びリテーナ３，５とＯリング１０，１１，１３，１４との間に機内領域Ｈの流体に含まれている凝固成分等が侵入堆積することによって、密封環４，６やＯリング１０…のリテーナ３，５からの抜き出し，取り出しが困難となる場合があるが、かかる場合には、密封環４，６の外周部に形成した環状凹部４ｇ，６ｇに引っ掛けた適宜の抜き出し工具により、当該抜き出し，取り出し作業を容易に行うことができる。
【００３２】
また、図３及び図４は参考例を示したもので、この参考例のメカニカルシール（以下「第二メカニカルシール」という）は、第一メカニカルシールと同様に、円形の内周部を有するシールケース２１とこれを左右方向に同心状に洞貫する回転軸２２との間に組み込まれた分割形のものであり、回転軸２２に固定された第一リテーナ２３と、第一リテーナ２３に保持された第一密封環２４と、シールケース２１の内周部に保持された第二リテーナ２５と、第一リテーナ２５に第一密封環２４と同心対向状に保持された第二密封環２６とを具備して、スプリング部材２８により第二リテーナ２５を介して第二密封環２６を第一密封環２４へと押圧接触させることによって、両密封環２４，２６の対向端面である密封端面２４ａ，２６ａの相対回転摺接部分において、その外周側領域である機内領域Ｈとその内周側領域である機外領域（大気領域）Ｌとをシールするように構成されている。
【００３３】
シールケース２１は、図３に示す如く、回転機器のハウジングに取り付けられたケース本体２１ａと、その先端部（左端部）に取り付けられたリテーナ保持壁２１ｂと、その先端部に取り付けられた端部壁２１ｃとからなる。
【００３４】
第一リテーナ２３は、図３に示す如く、ケース本体２１ａ内に配置されており、回転軸２２にＯリング２９による二次シール状態で嵌合固定された円環状の本体部２３ａと、その先端部（左端部）に突設された円筒状の保持部２３ｂとからなる。保持部２３ｂの外径は本体部２３ａと同一であるが、その内径は本体部２３ａより大きく設定されている。
【００３５】
第一密封環２４は、図３及び図４に示す如く、基端部（右端部）２４ｂの外径を先端部２４ｃより小さくした円環状体であり、先端部２４ｃの端面を軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面２４ａに形成してある。第一密封環２４は、第一メカニカルシールにおける第一密封環４と同様に、前記した自然割により径方向に二分割されている。すなわち、第一密封環２４の分割面は、微細且つ不規則な凹凸面とされている。
【００３６】
而して、第一密封環２４は、図３及び図４に示す如く、その基端部２４ｂと第一リテーナ２３の保持部２３ｂとの対向周面部間に左右方向に並列する第一及び第二Ｏリング３０，３１を充填させることによって、第一リテーナ２３に嵌合保持されている。第二Ｏリング３１は、第一リテーナ２３の保持部２３ｂの内周中間部に突設した第二係止部２３ｃと本体部２３ａとの間に配置されていて、両部２３ａ，２３ｃによる係止作用により左右方向への飛び出しを阻止されている。一方、第一Ｏリング３０は、第二係止部２３ｃとこれに対向する第一密封環２４の先端部２４ｃの端面で構成される第一係止部２４ｄとの間に配置されていて、第一係止部２４ｄによる係止作用により、第一密封環２４に対するその密封端面方向（左方向）への相対移動が阻止されている。また、第一Ｏリング３０の第一リテーナ２３に対する上記と逆方向（右方向）への相対移動は、第一メカニカルシールにおける第一Ｏリング１０，１３のように第二係止部３ｄ，５ｂによる直接的な係止作用によって阻止される場合と異なって、第一Ｏリング３０と第二係止部２３ｃとの間に配置したスペーサ３３を介した間接的な第二係止部２３ｃによる係止作用によって阻止されている。すなわち、スペーサ３３は、第一リテーナ２３の保持部２３ｂの内周部に嵌合された円環状板であり、第一係止部２４ｄから離間する方向への移動を第二係止部２３ｃにより係止されている。したがって、第一Ｏリング３０の第一リテーナ２３に対する上記方向への相対移動の阻止は、直接的には、第二係止部２３ｃに係止されたスペーサ３３により行われることになる。なお、両係止部２３ｃ，２４ｄの対向端面は、軸線に直交する環状平面である。
【００３７】
第二リテーナ２５は、図３に示す如く、リテーナ保持壁２１ｂの内周部にＯリング３４による二次シール状態で軸線方向移動可能に嵌合保持された円筒状の本体部２５ａと、本体部２５ａの先端部（右端部）から外方に突出する円環状の鍔部２５ｂと、鍔部２５ｂの外周端部に第一密封環方向へと突設された円筒状の保持部２５ｃとからなる。
【００３８】
而して、第二リテーナ２５は、その回転をシールケース２１との間に設けた回転阻止手段により阻止されている。すなわち、回転阻止手段は、図３に示す如く、第二リテーナ２５の本体部２５ａに嵌合固定された固定環２７ａと、端部壁２１ｃに取り付けられた環状板２７ｂと、環状板２７ｂを貫通して固定環２７ａに固着されたドライブピン２７ｃとからなり、第二リテーナ２５の軸線方向移動を許容しつつ、そのシールケース２１に対する相対回転を阻止する。
【００３９】
また、固定環２７ａと環状板２７ｂとの間には、回転軸２２の周囲に適当間隔を隔てて配置した複数個のスプリング部材（圧縮コイルスプリング）２８が介装されていて、第二リテーナ２５を第一密封環方向（左方向）に附勢して、第二密封環２６を第一密封環２４に押圧接触させるようになっている。
第二密封環２６は、図３及び図４に示す如く、基端部（左端部）２６ｂの外径を先端部２６ｃより小さくした円環状体であり、先端部２６ｃの端面を軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面２６ａに形成してある。第二密封環２６は、第一密封環２４と同様に、前記した自然割により径方向に二分割されている。すなわち、第二密封環２６の分割面は、微細且つ不規則な凹凸面とされている。
【００４０】
而して、第二密封環２６は、図３及び図４に示す如く、その基端部２６ｂと第二リーナ２５の保持部２５ｃとの対向周面部間に左右方向に並列する第一及び第二Ｏリング３５，３６を充填させることによって、第二リテーナ２５に嵌合保持されている。第二Ｏリング３６は、第二リテーナ２５の保持部２５ｃの内周中間部に突設した第二係止部２５ｄと鍔部２５ｂとの間に配置されていて、両部２５ｂ，２５ｄによる係止作用により左右方向への飛び出しを阻止されている。一方、第一Ｏリング３５は、第二係止部２５ｄとこれに対向する第二密封環２６の先部２６ｃの端面で構成される第一係止部２６ｄとの間に配置されていて、第一係止部２６ｄによる係止作用により、第二密封環２６に対するその密封端面方向（右方向）への相対移動が阻止されている。また、第一Ｏリング３５の第二リテーナ２５に対する上記と逆方向（左方向）への相対移動は、上記した第一Ｏリング３０と同様に、第一Ｏリング３５と第二係止部２５ｄとの間に配置したスペーサ３７を介した間接的な第二係止部２５ｄによる係止作用によって阻止されている。スペーサ３７は、上記したスペーサ３３と同様に、第二リテーナ２５の保持部２５ｃの内周部に嵌合された円環状板であり、第一係止部２６ｄから離間する方向への移動を第二係止部２５ｄにより係止されている。また、両係止部２５ｄ，２６ｄの対向端面は、軸線に直交する環状平面である。
【００４１】
なお、リテーナ２３，２５の保持部２３ｂ，２５ｃの内周部と密封環２４，２６の基端部２４ｂ，２６ｂの外周部との径方向間隔つまり第一Ｏリング３０，３５及び第二Ｏリング３１，３６の締代は、第一及び第二Ｏリング３０，３１又は３５，３６により密封環２４，２６をその分離面が適正に衝合する円環状体に保持するに充分な緊縛力と密封環２４，２６のリテーナ２３，２５に対する相対回転を阻止するに充分な摩擦係合力とが確保されることを条件として、適宜に設定される。
【００４２】
以上のように構成された第二メカニカルシールにあっては、第一メカニカルシールと同様に、冒頭で述べた従来シールのような問題を生じることなく、良好なシール機能が発揮される。
【００４３】
すなわち、密封環２４，２６を軸線方向に並列する二本のＯリング３０，３１又は３５，３６で緊縛するようにしたことから、密封環２４，２６とリテーナ２３，２５との間にＯリング３０，３１又は３５，３６による十分な摩擦係合力が生じて、従来シールにおける如きドライブピン１１１を使用せずとも、密封環２４，２６のリテーナ２３，２５に対する相対回転が確実に阻止される。しかも、一本のＯリングにより緊縛した場合に比して、密封環２４，２６の分割部分が強力に衝合一体化されることになる。したがって、密封端面２４ａ，２６ａの分割部分が開くようなことがなく、密封端面２４ａ，２６ａの相対回転も適正に行われる。
【００４４】
また、密封環２４，２６には、スプリング部材２８による附勢力（及び機内領域Ｈの流体圧による押圧力）によって軸線方向荷重が作用するが、かかる軸線方向荷重は、第一Ｏリング３０，３５を介してリテーナ２３，２５で受け止められる。すなわち、軸線方向荷重は密封環側の第一係止部２４ｄ，２６ｄから第一Ｏリング３０，３５に伝えられ、スペーサ３３，３７を介してリテーナ側の第二係止部２３ｃ，２５ｄで受け止められる。したがって、軸線方向荷重を受け止める部分（スペーサ３３，３７ないし第二係止部２３ｃ，２５ｄ）と密封端面２４ａ，２６ａとの表面加工精度差や密封環２４，２６とリテーナ２３，２５との材質による熱膨張係数差が如何に大きくとも、これらによる密封端面２４ａ，２６ａへの影響は第一Ｏリング３０，３５による弾性変形によって吸収され、密封端面２４ａ，２６ａが分割部分において軸線方向に齟齬（ズレ）するようなことがなく、密封端面２４ａ，２６ａの表面精度が適正に保持される。なお、密封環２４，２５の分割面を、これらが上述した如く不規則な凹凸面をなして軸線方向に相対変位しない状態に凹凸係合するように工夫しておくことによって、二本のＯリング３０，３１又は３５，３６により緊縛力が増大されることとも相俟って、軸線方向のズレが更に効果的に防止されることになる。
【００４５】
このように、密封端面２４ａ，２６ａの分割部分が開いたり、軸線方向に齟齬したりすることがないから、密封端面２４ａ，２６ａの相対回転摺接作用が適正に行われ、良好なシール機能が発揮される。
【００４６】
また、第二メカニカルシールにあっては、密封環２４，２６のシールケース２１又は回転軸２２からの取り外しを容易に行うことができ、密封環２４，２６の交換，修理等の保守，点検作業を効率よく且つ容易に行うことができる。
【００４７】
すなわち、ケース本体２１ａからリテーナ保持壁２１ｂ及び端部壁２１ｃを外して、第二リテーナ２５及びこれに嵌合保持されている第二密封環２６を左方向に移動させた上、第二密封環２６を第二リテーナ２５から右方向に抜き出すことにより、第二密封環２６の取り外し及び分解を行うことができる。しかる後、第一密封環２４を第一リテーナ２３から左方向に抜き出すことにより、第一密封環２４の取り外し及び分解を行うことができる。
【００４８】
このとき、第二メカニカルシールでは、平行対向面間である密封環２４，２６とリテーナ２３，２５との対向周面部間（密封環基端部２４ｂ，２６ｂの外周部とリテーナ保持部２３ｂ，２５ｃの内周部との間）に並列状に配置された二本のＯリング３０，３１又は３５，３６がスペーサ３３，３７（及び第二係止部２３ｃ，２５ｄ）により相互接触しないように工夫されているから、Ｏリング３０，３１又は３５，３６による摩擦係合力によって密封環２４，２６のリテーナ２３，２５からの抜き出しが困難となるような虞れがなく、当該抜き出し作業を容易に行うことができる。
【００４９】
例えば、図８に示す如く、平行対向面をなす第一密封環２４の基端部２４ｂの外周部と第一リテーナ２３の保持部２３ｂの内周部との間に第一及び第二ＯリングＯリング３０，３１が並列配置されている場合、密封環抜き出しに伴ってリテーナ保持部２３ｂと密封環基端部２４ｂとが矢印方向に相対移動すると、各Ｏリング３０，３１の断面部分においては、リテーナ保持部２３ｂへの摩擦係合点Ａ，ａと密封環基端部２４ｂへの摩擦係合点Ｂ，ｂとが両部２３ｂ，２４ｂの相対移動に追従変位するため、図８に矢印で示す同一方向（矢印方向）への回転が生じる。しかし、両Ｏリング３０，３１が、図８に示す如く、相互に接触していると、その接触点Ｃにおける両Ｏリング３０，３１の回転方向が異なるため、各Ｏリング３０，３１の回転が接触点Ｃにおいて相互干渉して妨げられることになる。したがって、両部２３ｂ，２４ｂ間におけるＯリング３０，３１を介しての動摩擦力が大きくなり、両部２３ｂ，２４ｂの相対移動つまり密封環２４の抜き出しが極めて困難となる。
【００５０】
しかし、第一及び第二Ｏリング３０，３１又は３５，３６の相互接触をスペーサ３３，３７（及び第二係止部２３ｃ，２５ｄ）により回避しておくと、上記した各Ｏリングの断面部分における同一方向への回転が円滑に行われる。すなわち、リテーナ保持部２３ｂ，２５ｃと密封環基端部２４ｂ，２６ｂとの軸線方向への相対移動が、その相対移動方向に第一Ｏリング３０，３５及び第二Ｏリング３１，３６が夫々転動しつつ、行われることになる。したがって、リテーナ保持部２３ｂ，２５ｃと密封環基端部２４ｂ，２６ｂとの間におけるＯリング３０，３１又は３５，３６を介しての動摩擦力が小さくなり、密封環２４，２６のリテーナ２３，２５からの抜き出しを極めて容易に行うことができる。
【００５１】
なお、本発明は上記した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。
【００５２】
また、上記した実施の形態にあっては、相対回転摺接する両密封環を分割構造としたが、当該メカニカルシールの各構成部材の寸法や使用条件等によっては何れか一方の密封環のみを分離構造としておいてもよい。また、必要に応じて、各Ｏリングとして、周方向の一箇所を切離したものを使用してもよい。さらに、密封環やＯリング以外のメカニカルシール構成部材についても、必要に応じて、径方向に分割した構造となしておいてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解されるように、本発明のメカニカルシールは、分割構造とされた密封環の密封端面をこれを保持するリテーナの加工精度や熱歪等の影響を受けることなく適正な表面形態に維持させておくことができ、常に良好なシール機能を発揮させることができるものである。しかも、密封環の抜き出し，分解等の保守，点検作業を効率良く容易に行うことができ、極めて実用的な価値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一メカニカルシールを示す縦断側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う縦断正面図である。
【図３】第二メカニカルシールを示す縦断側面図である。
【図４】図３の要部の拡大図である。
【図５】第二メカニカルシール変形例を示す図４相当の縦断側面図である。
【図６】第二メカニカルシールの他の変形例を示す図４相当の縦断側面図である。
【図７】従来シールを示す縦断側面図である。
【図８】密封環抜き出し作用の説明図である。
【符号の説明】
１…シールケース、２…回転軸、３…第一リテーナ、３ａ…第一リテーナの先端部、３ｂ…第一リテーナの中間部、３ｃ…第一リテーナの基端部、３ｄ，５ｂ…第２係止部、３ｅ…環状溝、４…第一密封環、４ａ，６ａ…密封端面、４ｃ…第一密封環の基端部、４ｅ…第一密封環の基端側中間部、４ｈ，６ｈ…第一係止部、４ｇ，６ｇ…環状凹部、４ｉ，６ｉ…分割面、５…第二リテーナ、６…第二密封環、８…スプリング部材、９…Ｏリング、１０，１３…第一Ｏリング、１１，１４…第二Ｏリング、Ｈ…密封端面の相対回転摺接部分の外周側領域（機内領域）、Ｌ…密封端面の相対回転摺接部分の内周側領域（機外領域）。

Claims (2)

1. 回転軸（２）に軸線方向移動可能に保持された環状の第一リテーナ（３）に、径方向に分割された第一密封環（４）を軸線方向に抜き出しうる状態で内嵌保持させてあり、この第一密封環（４）をスプリング部材（８）により第一リテーナ（３）を介してシールケース（１）に設けた第二密封環（６）へと押圧接触させることによって、両密封環（４，６）の対向端面である密封端面（４ａ，６ａ）の相対回転摺接部分において、その外周側領域である機内領域（Ｈ）とその内周側領域である機外領域（Ｌ）とをシールするように構成されたメカニカルシールにおいて、
   第一密封環（４）を、内周部又は外周部にその軸線方向における全幅に亘って形成した微細な切欠溝に径方向の剪断力を作用させて、切欠溝を起点として径方向への亀裂を進行させることにより、二分割して、その分割面（４ｉ）が微細且つ不規則な凹凸面となるように構成し、
   第一リテーナ（３）は、先端部（３ａ）とこれより内径の小さな中間部（３ｂ）とこれより内径の小さな基端部（３ｃ）とからなり、
   第一密封環（４）は、第一リテーナ（３）の先端部（３ａ）に内嵌保持されており、
   第一リテーナ（３）と回転軸（２）との間は、第一リテーナ（３）の基端部（３ｃ）と第一密封環（４）の基端部（４ｃ）との間に配して第一リテーナ（３）の中間部（３ｂ）と回転軸（２）との対向周面間に介装したＯリング（９）により二次シールされており、
   第一リテーナ（３）の先端部（３ａ）と第一密封環（４）の基端部（４ｃ）との対向周面間に第一Ｏリング（１０）を配設すると共に第一リテーナ（３）の先端部（３ａ）と第一密封環（４）の基端側中間部（４ｅ）との対向周面間に第二Ｏリング（１１）を配設して、第一及び第二Ｏリング（１０，１１）により、第一密封環（４）を環状に緊縛すると共に第一密封環（４）の第一リテーナ（３）に対する回転を阻止し、
   第一密封環（４）の基端部（４ｃ）と基端側中間部（４ｅ）との間に、第一Ｏリング（１０）を第一密封環（４）に対するその密封端面方向への軸線方向移動を阻止すべく係止する第一係止部（４ｈ）を設けると共に、第一リテーナ（３）の先端部（３ａ）と中間部（３ｂ）との間に、第一Ｏリング（１０）を第一リテーナ（３）に対する上記と逆方向への軸線方向移動を阻止すべく係止する第二係止部（３ｄ）を設けてあり、
   第二Ｏリング（１１）を、第一リテーナ（３）の先端部（３ａ）の内周部に形成した環状溝（３ｅ）に係合保持させてあることを特徴とするメカニカルシール。
2. 第一密封環（４）における、第一リテーナ（３）から軸線方向に突出する密封端面側部分の外周部に、密封環抜出用の環状凹部（４ｇ）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載するメカニカルシール。

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