JPH0875009A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 攪拌機等の機器本体の内部における流体の圧
力と機器本体の外部における大気圧との差圧が極めて小
さい場合でも、機器本体に回転自在に保持された回転軸
の軸ずれ等に追随することができ、シール性が低下しな
いメカニカルシールを提供することを目的とする。 【構成】 攪拌機等の機器本体１に回転自在に保持され
た回転軸２の低圧側（大気圧側）に密封環４を固定する
とともに、該回転軸２の高圧側（流体圧側）に筒状環３
を間隙をおいて摺動自在に取付け、これら密封環４と筒
状環３とを当接自在に配置し、ゴム製ダイアフラム１１
の内周縁部１１ａを筒状環３に固定するとともに外周縁
部１１ｂを機器本体１に固定し、さらにこのダイアフラ
ム１１の高圧側の全表面にフッ素樹脂被膜１６を被覆し
かつ外周縁部１１ｂと内周縁部１１ａとの間の可動部１
１ｃとフッ素樹脂被膜１６とを非接着領域にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は攪拌機等の回転軸を封止
するために使用されるゴム製ダイアフラムを用いたメカ
ニカルシールに関する。

【０００２】

【従来の技術】回転軸の封止には種々のタイプのメカニ
カルシールが使用されている。その中でもゴム製のダイ
アフラムを使用したメカニカルシールは、ゴム製ダイア
フラムの柔軟性により、回転軸のぶれや芯ずれや軸方向
の動きに追随し易くかつ振動吸収性にもすぐれているた
め、広く使用されている。

【０００３】このようなゴム製ダイアフラム使用のメカ
ニカルシールは、例えば実公昭５７−２３７３７号公報
に開示されているように、回転軸の低圧側部分に密封環
を固着し、回転軸の高圧側部分には間隙をもって筒状環
を挿通し、ゴム製ダイアフラムはその外周縁部が機器本
体に、内周縁部が筒状環にそれぞれ固着される。密封環
は回転軸と一体に回転され、ゴム製ダイアフラムは高圧
流体によって変形し、筒状環を回転中の密封環に押圧密
着させる。この筒状環及び密着環の密着とゴム製ダイア
フラムとによって回転軸の封止が行われる。

【０００４】しかし、上述した従来のメカニカルシール
は、耐薬品性及び耐熱性に比較的優れたフッ素ゴムやシ
リコンゴム等のゴム材質が使用されているが、シールす
べき高圧流体によっては耐薬品性が必ずしも充分ではな
く、ゴム製ダイアフラムが比較的早期に劣化し頻繁に交
換しなければならないといった問題や、さらにはシール
すべき高圧流体の種類によってはゴム製ダイアフラムを
使用できず使用範囲が制限されてしまうといった問題が
ある。

【０００５】そこで、実開平３−１２４０７８号公報に
開示されているように、上記ダイアフラムのほぼ全表面
をフッ素樹脂によって被覆することが提案されている。
このフッ素樹脂は耐薬品性に優れているため、これに被
覆されたゴム製ダイアフラムは劣化が防止され長期間の
使用に耐えることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように上記従来例
では、ゴム製ダイアフラムの劣化を防止すべく、その全
表面をフッ素樹脂で被覆しているが、このフッ素樹脂被
膜は硬度が高いため、ダイアフラム自体の剛性を増大さ
せる結果となり、その結果次のような問題点が生じてい
た。

【０００７】すなわち、ゴム製ダイアフラムの柔軟性が
低下しているため、高圧側の流体の圧力が比較的高い場
合には別段の不都合は生じないのであるが、流体の圧力
が比較的低い場合、例えば、低圧側が大気圧で、高圧側
と低圧側との差が、例えば、僅か０．５ｋｇｆ／ｃｍ²
程度の場合、図３に示すように、回転軸ａのぶれや芯ず
れが生ずると、ダイアフラムｂはこれに追随し得ず、そ
の結果同図に極端に示すように、シール面ｃすなわち筒
状環ｄと密封環ｅとの間の当接面間に開きｆが生じ、シ
ール性が低下することになる。

【０００８】ゴム製ダイアフラムはその本来有するとこ
ろの柔軟性に特徴を有するのであるが、上記従来例で
は、高圧側の圧力が極めて小さい場合、その特徴を発揮
しえないという欠点を有する。

【０００９】本発明は上記欠点を解消すべくなされたも
ので、攪拌機等の機器本体の高圧側と低圧側との圧力差
が極めて小さい場合でも軸ぶれ等に充分追随することが
でき、シール性が低下しないメカニカルシールを提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段・作用】上記目的を達成す
るため、請求項１に記載の発明は、機器本体と、該機器
本体に回転自在に保持された回転軸と、該回転軸の低圧
側部分に固着された密封環と、該回転軸の高圧側部分に
間隙をもって挿通された筒状環と、外周縁部が前記機器
本体に固着され内周縁部が前記筒状環に固着され高圧側
と低圧側との圧力差に応じて変形して前記筒状環を前記
密封環に押圧し密着させるリング状のゴム製ダイアフラ
ムとを有し、該ダイアフラムの少なくとも高圧側の全表
面をフッ素樹脂被膜によって被覆するとともに前記ダイ
アフラム外周縁部と内周縁部の間の可動部を前記フッ素
樹脂被膜に対して非接着にしたことを特徴とするもので
ある。

【００１１】本発明はこのように構成されているから、
高圧側と低圧側との圧力差によりダイアフラムの内周縁
部は低圧側方向に屈曲し、筒状環を密封環に押圧し密着
させるのであるが、この際、可動部においてフッ素樹脂
被膜は接着されていないので、該被膜の硬度が比較的高
くても該可動部における剛性は小さく、したがって高圧
側と低圧側との圧力差が極めて小さい場合でも内周縁部
は容易に屈曲して筒状環を密封環に密着させるため、回
転軸のぶれや芯ずれが生じてもこの密着性は保持され、
軸ずれ等に充分に追随することができるとともにフッ素
樹脂被膜がダイアフラムの少なくとも高圧側の全表面に
被覆されているので、ダイアフラムの劣化が防止される
ことになる。

【００１２】請求項２に記載の発明では、ダイアフラム
の可動部とフッ素樹脂被膜との間に空隙が設けられてい
るので、被膜が形成されているにもかかわらず可動部に
おける柔軟性はゴムとほぼ同様であり、このため高圧側
と低圧側との圧力差が微差であっても回転軸のぶれ等に
追随することができる。

【００１３】したがって、請求項３に記載されているよ
うに、高圧側と低圧側との圧力差が０．５ｋｇｆ／ｃｍ
² 以下であってもダイアフラムは回転軸のぶれ等に追随
することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１において、１は攪拌機等の機器の本体
で、機器本体１には回転軸２が挿入され、回転自在に保
持されている。この回転軸２にはカーボンや充填剤入り
のフッ素樹脂から形成された筒状環３が取り付けられて
いる。この筒状環３は回転軸２との間に僅かな間隙が生
ずるように内径が回転軸２の外径よりも僅かに大きく定
められている。回転軸２はさらにセラミックや硬合金や
塩化ビニル等から成形された密封環４をも挿通してい
る。この密封環４はリテーナ５に保持され、リテーナ５
はカラー６を介し止めボルト７によって回転軸２に固定
されている。回転軸２とリテーナ５との間には、機器本
体内の気密を保持するためのＯリング８が取り付けられ
ている。９ａ、９ｂは密封環４及び筒状環３のそれぞれ
の位置決め用に用いられるロックピン、１０ａ、１０ｂ
は密封環４及び筒状環３のそれぞれの外周面に設けられ
た気密保持用のＯリングである。

【００１５】密封環４と筒状環３との位置関係は、同図
に示すように、筒状環３が流体側、すなわち機器内部側
に配置され、密封環４が大気側、すなわち機器外部側に
配置され、さらにこれらは互いに当接可能に隣接配置さ
れている。気密保持の観点から筒状環３の当接面と密封
環４の当接面とはそれぞれ鏡面仕上げされている。

【００１６】１１は環状のダイアフラムであって、この
ダイアフラム１１の内周縁部１１ａはリテーナ１２を介
して筒状環３に固着され、外周縁部１１ｂは当て板１３
とボルト１４によって機器本体１に固着されている。こ
のように、通常、内周縁部１１ａはリテーナ１２を介し
て筒状環３に固定されるが、直接、筒状環３に固定して
もよい。

【００１７】ダイアフラム１１の内周部１１ａと外周部
１１ｂとの間は大気側に膨出され、可動部１１ｃを形成
している。１５はダイアフラム１１の内周縁部１１ａに
埋設された補強用の金属リングである。このダイアフラ
ム１１の材質としては、ニトリルゴム、エチレンプロピ
レンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム等を挙げることが
できる。

【００１８】ダイアフラム１１の機器本体内側の全表面
にはフッ素樹脂被膜１６が被覆されている。このフッ素
被膜樹脂１６は四フッ化エチレン樹脂フィルムの裏面に
接着剤を塗布し、これをゴム製ダイアフラム１１に接着
して形成するのであるが、本発明ではダイアフラム１１
の可動部１１ｃに相当する部分には接着剤を塗布するこ
となく形成する。すなわち、可動部１１ｃにはフッ素被
膜樹脂１６を接着させないのである。しかもこの場合、
図２にも示すように、フッ素樹脂被膜１６と可動部１１
ｃとの間には空隙Ａを形成するのが好ましい。このよう
にする理由は、フッ素樹脂被膜１６は比較的高い硬度を
有するため、ダイアフラム１１の全表面にわたって接着
するとダイアフラム１１の剛性が増大し、ゴムの特徴で
あるところの柔軟性が損なわれることになるからであ
る。このゴムの特徴であるところの柔軟性を可能な限り
発揮させるために同図にも示すように空隙Ａを設けるの
である。 このフッ素樹脂被膜１６は複数枚を重ねるよ
うにして形成してもよい。被膜を浸透する流体からゴム
製ダイアフラム１１を保護するためである。また、被膜
１６はダイアフラム１１の大気側に形成してもよい。

【００１９】次に作用について説明する。回転軸２の回
転にともなって密封環４も回転するが、この密封環４に
は筒状環３が当接しているため、密封環４は筒状環３に
当接した状態で回転する。この密封環４に対する筒状環
３の押圧力は、機器本体内の流体圧と大気圧との差圧に
より、ダイアフラム１１が機器本体１の外部方向に屈曲
することにより得られる。流体圧が比較的高い場合、こ
の押圧力は大きく、したがって回転軸２のぶれ等が生じ
ても密封環４に対する筒状環３の密着性は保持されるこ
とになり、このためダイアフラム１１によるシール性の
低下はみられない。

【００２０】このことは流体圧が低い場合についてもい
えることである。例えば、流体の圧力と大気圧との差圧
が０．５ｋｇｆ／ｃｍ² 程度の場合であっても、密封環
４に対する筒状環３の密着力は充分であり、シール性の
低下はみられない。その理由は、ダイアフラム１１の可
動部１１Ｃにおいてはフッ素樹脂被膜１６が接着剤によ
り接着されていないことにある。すなわち、非接着であ
ることから可動部１１Ｃは被膜１６の拘束を受けず、換
言すれば、ゴムに特有の柔軟性をそのまま保有すること
から、流体の圧力が上記の如く低い場合であっても可動
部１１Ｃは充分に屈曲可能であり、このため、回転軸の
ぶれや芯ずれがあっても密封環４に対する筒状環３の追
随性がよく、充分な密着力が得られるのである。

【００２１】図面に示す実施例は、フッ素樹脂被膜１６
と可動部１１Ｃとの間に空隙Ａを積極的に設けたもので
あり、このようにすることにより、可動部１１Ｃの柔軟
性はより一層向上することになる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ダイア
フラムの可動部をフッ素樹脂被膜に対して非接着にした
ので、フッ素樹脂被膜の硬度が比較的高いにもかかわら
ず可動部の剛性は低く、したがって、高圧側の圧力と低
圧側の圧力との差圧が極めて小さい場合において回転軸
のぶれ等が生じても密封環と筒状環との接面状態に変化
がなく、このためシール性が低下するといったことがな
い。

【００２３】また、フッ素樹脂被膜と可動部との間に空
隙を設けることにより、可動部はゴムと同様の柔軟性を
有することになり、シール性が一層向上し、高圧側と低
圧側との差圧が０．５ｋｇｆ／ｃｍ² 以下であっも軸ぶ
れ等に充分に追随することができる。さらに、本発明で
はフッ素樹脂被膜を備えているので、ゴム製ダイアフラ
ムの劣化が防止されることになる。

【００２４】このように、本発明では、ゴム製ダイアフ
ラムの本来有する柔軟性の低下をきたすことなく同時に
ゴム製ダイアフラムの劣化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るメカニカルシールの一実施例を示
す断面図。

【図２】本発明に係るメカニカルシールの他の実施例を
示すもので、ゴム製ダイアフラムの断面図である。

【図３】従来例のシール面の開きの状態を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 機器本体 ２ 回転軸 ３ 筒状環 ４ 密封環 １１ ゴム製ダイアフラム １１ａ 内周縁部 １１ｂ 外周縁部 １６ フッ素樹脂被膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機器本体と、 前記機器本体に回転自在に保持された回転軸と、 前記回転軸の低圧側部分に固着された密封環と、 前記回転軸の高圧側部分に間隙をもって挿通された筒状
   環と、 外周縁部が前記機器本体に固着され内周縁部が前記筒状
   環に固定され高圧側と低圧側との圧力差に応じて変形し
   て前記筒状環を前記密封環に押圧し密着させるリング状
   のゴム製ダイアフラムとを有し、 前記ダイアフラムの少なくとも高圧側の全表面をフッ素
   樹脂被膜によって被覆するとともに前記ダイアフラムの
   外周縁部と内周縁部との間の可動部を前記フッ素樹脂被
   膜に対する非接着領域にしたことを特徴とするメカニカ
   ルシール。
2. 【請求項２】前記ダイヤフラムの可動部を屈曲して低圧
   側に膨出させ、該可動部と前記フッ素樹脂被膜との間に
   空隙を設けたことを特徴とする請求項１記載のメカニカ
   ルシール。
3. 【請求項３】高圧側と低圧側との圧力差が０．５ｋｇｆ
   ／ｃｍ² 以下であることを特徴とする請求項１又は２記
   載のメカニカルシール。