メカニカルシール，メカニカルシールの仕上げ方法，遠心分離機用のギアボックス
【課題】例えば遠心分離機のギアボックスに組み込まれるメカニカルシールのように、第１封止環と第２封止環の双方が相対的な速度差をもって回転する形態で使用されるメカニカルシールの漏れの発生を抑制する。
【解決手段】第１封止環と、環状のベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢される第２封止環と、を備えたメカニカルシールであり、前記環状のベローズの外周面が、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体と接するように配置する。
【解決手段】第１封止環と、環状のベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢される第２封止環と、を備えたメカニカルシールであり、前記環状のベローズの外周面が、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体と接するように配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばギアボックスに組み込まれるメカニカルシール，メカニカルシールの仕上げ方法，メカニカルシールが組み込まれる遠心分離機用のギアボックスに関し、特に、メイティングリングとステイショナリーリングの双方が回転する使用形態におけるメカニカルシールのシール技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１，２に開示されているギアボックスは、リングギアとシャフト間におけるボウル内部空間に露出している部分を封止するために、メカニカルシールを備えている。メカニカルシールは、例えばシール面（摺動面）同士が接するように配置されるメイティングリングとステイショナリーリング、及びステイショナリーリングをメイティングリングに向けて付勢する弾性部材（例えば、ベローズなど）を備えている。このようなメカニカルシールの構造自体は、技術分野を問わず一般に広く使用されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
しかしながら、例えばギアボックスに組み込まれるメカニカルシールは、通常の使用形態に比べて漏れを起こす場合が多い。すなわち、通常の使用形態では、シャフト側に配置されるメイティングリングの方だけ回転し、外装体（ハウジング）側に配置されるステイショナリーリングとベローズは静止している。これに対しギアボックスに組み込まれるメカニカルシールは、前記ハウジングに相当するリングギアがボウルと一体的に回転する構造であるため、メイティングリングの方だけでなくステイショナリーリングとベローズも高速で回転することとなる。このような特殊な使用形態である結果、ギアボックスに組み込まれるメカニカルシールは摺動面に片減りが起き易く、通常の使用形態に比べて漏れが発生することが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／０７８３９６号公報
【特許文献２】特開平５−１８４９７３号公報
【特許文献３】特開２０００−９７３４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
すなわち、本発明は、一例として挙げた上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、例えばギアボックスに組み込まれるメカニカルシールのようにメイティングリングとステイショナリーリングの双方が回転する使用形態において、漏れの発生を抑制することのできる技術を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、メイティングリングとステイショナリーリングの双方が回転する形態でメカニカルシールを使用する場合に、漏れの発生を抑制することのできるメカニカルシールの仕上げ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るメカニカルシールは、第１封止環と第２封止環の双方が相対的な速度差をもって回転する形態で使用されるメカニカルシールにおいて、前記メカニカルシールが、第１封止環と、環状のベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢される第２封止環と、を備え、前記環状のベローズの外周面が、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体と接するように配置されることを特徴とする。
【０００８】
前記メカニカルシールは、例えば、回転するシャフト側に設けられ、前記シャフトと一体的に回転される第１封止環と、前記シャフトの外周を囲む環状のベローズを介してハウジング側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記ハウジングと一体的に回転される第２封止環と、を備え、前記環状のベローズの外周面が、前記ハウジング内に形成されている流体供給空間と接するように配置され、前記流体供給空間内に、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が供給される構成とすることができる。或いは、回転するハウジング側に設けられ、前記ハウジングと一体的に回転される第１封止環と、回転するシャフトの外周を囲む環状のベローズを介して前記シャフト側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記シャフトと一体的に回転される第２封止環と、を備え、前記環状のベローズの外周面が、前記ハウジング内に形成されている流体供給空間と接するように配置され、前記流体供給空間内に、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が供給される構成とすることもできる。
【０００９】
本発明に係るメカニカルシールの仕上げ方法は、第１封止環と、環状のベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢される第２封止環の双方が相対的な速度差をもって回転する形態で使用されるメカニカルシールにおける、前記第２封止環の摺動面の仕上げ方法であって、使用時における回転速度よりも大きい回転速度で第２封止環及びベローズを回転させて前記ベローズに遠心力を付与した後、第２封止環の摺動面を研磨処理して平滑にすることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る遠心分離機用のギアボックスは、駆動装置の駆動力によってボウルと一体的に回転されるリングギアと、ギアユニットを介して前記リングギアに連結され、スクリューコンベアと一体的に回転されるシャフトと、前記ボウルの内部空間に露出しているリングギアとシャフト間に配置されるメカニカルシールと、を含む遠心分離機用のギアボックスであって、メカニカルシールが、前記シャフト側に設けられ、前記シャフトと一体的に回転される第１封止環と、前記シャフトの外周を囲む環状のベローズを介して前記リングギア側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記リングギアと一体的に回転される第２封止環と、を備え、ギアボックスが、前記ベローズの外周面側に形成され、遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が加圧供給される流体供給空間を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シャフトと一体的に回転される第１封止環と、ハウジングと一体的に回転される第２封止環を備えたメカニカルシールにおいて、第２封止環をハウジングに配置するベローズの外周面側に流体を加圧供給することにより、この液圧によってベローズに作用する遠心力を相殺することができる。従って、例えばギアボックスのように、シャフト側に配置される第１封止環と、ハウジング側に配置される第２封止環の双方が回転する使用形態であってもベローズの変形が抑制できるので、摺動面の片減りを防止することが可能となる。
【００１２】
さらに本発明に係るメカニカルの仕上げ方法は、予め使用時における回転速度よりも大きい回転速度で第２封止環及びベローズを回転させて前記ベローズに遠心力を付与した後、第２封止環の摺動面を研磨処理して平滑にする。このように、遠心力が付与された状態を予め経験させることによってベローズに塑性変形を起こさせ、この塑性変形した後のベローズによって付勢させる第２封止環の摺動面を研磨処理することにより、第１封止環に対して均等な力が加わる摺動面に仕上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に従うギアボックスを備えたデカンタである。
【図２】上記ギアボックスの縦断面図である。
【図３】上記ギアボックスに組み込まれるベローズ式のメカニカルシールである。
【図４】上記ギアボックスに組み込まれたメカニカルシールの部分拡大図である。
【図５】上記ギアボックスの作用図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態によるメカニカルシールについて、例えば遠心分離機用のギアボックスに組み込んだメカニカルシールを一例に挙げ、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態によるメカニカルシールを組み込んだギアボックスを有する遠心分離機の全体構成を示す。図１には、遠心分離機の一例として竪型のデカンタ１を示している。デカンタ１は、被処理液に遠心力を付与するための回転筒状体をなすボウル２を備えている。ボウル２は、外装体であるケーシング３内に配置されており、ケーシング３の外部に配置された駆動モーター３１によって、ケーシング３内において鉛直軸回りに回転自在である。ボウル２の上部側は、フロントハブと称する円盤部材２１が配置されており、この円盤部材２１に分離液が排出される排出口（分離液排出口）２１ａが形成されている。一方、ボウル２の下部側には、固形物が排出される排出口（固形物排出口）２２が形成されている。また、駆動モーター３１の駆動力は、例えばプーリー３２に架け渡された無端の回転ベルト３３を通じてボウル２側のプーリー３４に伝達される。
【００１６】
ボウル２の内部には、固形物を排出口２２に向けて搬送するスクリューコンベア４が配置されている。スクリューコンベア４は、ボウル２の回転速度に対して差速をもって鉛直軸回りに回転されることで、螺旋状に形成されたスクリュー羽根４１によって固形物を搬送する。そのため、ボウル２とスクリューコンベア４は、差動装置であるギアボックス５によって連結されている。そして、駆動モーター３１によってボウル２が回転されると、ギアボックス５を通じて回転速度が変速され、ボウル２の回転速度に対して差速をもってスクリューコンベア５が回転されるように構成されている。一方、ボウル２内には、供給ノズル２３を通じて被処理液が連続的に供給されており、これにより固形物が分離された分離液が排出口２１ａから排出（いわゆるオーバーフロー）される。
【００１７】
ボウル２とスクリューコンベア４の下端側は開口しており、回転するボウル２とスクリューコンベア４と接触しないようにして供給ノズル２３の先端２３ａが挿入されている。そして、スクリューコンベア４の内部に形成されている空洞（バッファー）に被処理液を供給すると、スクリューコンベア４の胴部に形成されている液吐出孔４２を通じて被処理液がボウル２内に供給される。また、供給ノズル２３の先端２３ａは二重管で形成されており、外側の管がリンス液供給ノズル２４に連通している。リンス液は、例えば分離された固形物を洗浄するためにボウル２内に供給することができる。但し、必ずしもリンス液は必要でない。
【００１８】
前述のように、スクリューコンベア４は、ボウル２の回転速度に対して相対的な差速をもって回転する。この「相対的な差速をもって回転する」とは、ボウル２の回転速度よりも遅い速度で回転する場合だけでなく、ボウル２の回転速度よりも速い速度で回転する場合も含まれる。このような差速を形成する方法としては、所望の差速が形成されるギア比に設計したり、特許文献１や特許文献２のようにバック駆動モーターを配置してスクリューコンベア４にブレーキトルクをかけたりする方法がある。なお、図１は、バック駆動モーターも用いずに、ギアボックスのギア比のみで差速を形成するタイプのデカンタ１を示している。
【００１９】
続いて、図２を参照しながらギアボックス５について詳しく説明する。ギアボックス５は、ボウル２の円盤部材２１と接続されたリングギア５１を備えている。リングギア５１は、ギアボックス５の外装体（ハウジング）を兼ねており、下部側が開口すると共に上部側にシャフト５１ａが設けられている。このシャフト５１ａは、ケーシング３の上部を貫通して外部に突出しており、その延長線上にプーリー３４が接続される。さらに、ケーシング３外に突出したシャフト５１ａの部分は、アンギュラベアリングなどの軸受機構（不図示）によって軸支されている。従って、駆動モーター３１の駆動力でシャフト５１ａを回転させることにより、リングギア５１とボウル２が一体となって同速度で回転する。なお、シャフト５１ａとケーシング３の貫通部分は、例えばメカニカルシール（不図示）によって封止されている。
【００２０】
リングギア５１の内部領域には、太陽ギア５２Ａ，遊星ギア５２Ｂ及びキャリア５２Ｃによって構成される第１のギアユニット５２と、同様に太陽ギア５３Ａ，遊星ギア５３Ｂ及びキャリア５３Ｃによって構成される第２のギアユニット５３が配置されている。遊星ギア５２Ｂ（５３Ｂ）の歯車は、太陽ギア５２Ａ（５３Ａ）の歯車と歯合している。さらに、遊星ギア５２Ｂ（５３Ｂ）の歯車は、リングギア５１の内表面に周方向に形成されている歯車とも歯合している。従って、遊星ギア５２Ｂ（５３Ｂ）は、自転しながら太陽ギア５２Ｂ（５３Ｂ）の回りを公転することができる。また、キャリア５２Ｃ（５３Ｃ）は、遊星ギア５２Ｂ（５３Ｂ）が太陽ギア５２Ａ（５３Ａ）の回りを公転回転することと連動して回転されるシャフトを含む。なお、太陽ギア５２Ａ（５３Ａ）の回りに配置する遊星ギア５２Ｂ（５３Ｂ）の数が特に限定されることはないが、例えば４個の遊星ギアを太陽ギアの回りに配置することができる。
【００２１】
このような第１及び第２ステージからなる２段構造のギアボックス５は、駆動モーター３１の駆動力によってリングギア５１が回転（例えば、１５００ｒｐｍ）されると、このリングギア５１の駆動力によって第１ステージの遊星ギア５２Ｂが自転しながら太陽ギア５２Ａの回りを公転し、これにより第１ステージのキャリア５２Ｃが回転される。そして、この第１ステージのキャリア５２Ｃが、第２ステージの太陽ギア５３Ａを自転させる。一方、リングギア５１は、その駆動力によって第２ステージの遊星ギア５３Ｂも公転させている。しかし、前述したように第１ステージのキャリア５２Ｃが第２ステージの太陽ギア５３Ａを回転させることによって第２ステージの遊星ギア５３Ｂの公転速度が変速されるので、結果として第２ステージのキャリア５３Ｃの回転速度が変速される。このキャリア５３Ｃのシャフト５４がスクリューコンベア４と一体的に回転するので、結果的にボウル２とスクリューコンベア４との間に差速が形成されることとなる。ボウル２とスクリューコンベア４の差速は、例えば１〜５０ｒｐｍ程度に設定される。
【００２２】
なお、図２に示すギアユニット５２，５３は、例えば特許文献１にも例示されている第１ステージと第２ステージからなる２段構成であるが、同じく特許文献１に示されるような第１〜第３ステージからなる３段構成であってもよい。
【００２３】
本実施形態によるギアボックス５は、リングギア５１とシャフト５４間におけるボウル２の内部空間に露出している部分を封止するために、メカニカルシール６をさらに備えている。メカニカルシール６は、図３及び図４に示されるように、シール面（摺動面）同士が接するように配置されるメイティングリング６１とステイショナリーリング６２を備えており、さらにステイショナリーリング６２の他端側にベローズ６３が接続されている。さらにベローズ６３の他端側には、ベローズ６３の基台となる支持リング６４が接続されている。このような構成のメカニカルシール６は、ベローズ式と称されることが多い。
【００２４】
ベローズ６３は、ステイショナリーリング６２と概ね同径の環状であって、その胴部がいわゆる蛇腹に形成されている。従って、ベローズ６３は、その蛇腹の部分の弾性力により発揮されるバネ特性によって、ステイショナリーリング６２をメイティングリング６１に向けて付勢することができる。メイティングリング６１，ステイショナリーリング６２，ベローズ６３及び支持リング６４は、例えばステンレスなどの金属で形成することができる。また、メイティングリング６１，ステイショナリーリング６２の摺動面は、例えばカーボンや硬質プラスチックなどによって環状に形成された部材（シール部材）６１ａ，６２ａを各リング６１，６２の一面に装着することによって形成している。
【００２５】
図４は、図２のギアボックス５のおけるメカニカルシール６の部分（拡大部分）を示す図である。メイティングリング６１は、スクリューコンベア４と一体的に回転するシャフト５４側に、第１の封止環として配置されている。より具体的には、メイティングリング６１は、シャフト５４の外周面に固着されたフランジ５５の一面に接続されている。接続方法は、特に限定されることはなく、溶接等によって固着してもよく、ボルト等の固定手段によって脱着自在なように接続してもよい。従って、前述したギアボックス５の作用を通じてシャフト５４が高速回転されると、メイティングリング６１もシャフト５４と共に高速回転する。
【００２６】
一方、ステイショナリーリング６２は、ボウル２と一体的に回転するリングギア５１側に、第２の封止環として配置されている。より具体的には、ステイショナリーリング６２は、支持リング６４をリングギア５１に接続することによって、ベローズ６３を介してリングギア５１に弾性的に接続されている。図４の例では、リングギア５１の内周面に凹部５１ａを形成し、この凹部５１ａの底面に支持リング６４を接続している。支持リング６４と凹部５１ａとの接続方法は、溶接等によって固着してもよく、ボルト等の固定手段によって脱着自在なように接続してもよい。従って、駆動モーター３１の駆動力によってリングギア５１が高速回転されると、ステイショナリーリング６２とベローズ６３もリングギア５１と一体となって高速回転する。このとき、メイティングリング６１とステイショナリーリング６２のシール面（摺動面）６１ａ，６２ａ同士は、ベローズ６３のバネ特性（バネ作用）を利用して摺動自在に圧接されているので、これによりリングギア５１とシャフト５４の間が封止される。
【００２７】
さらに本実施形態によるギアボックス５は、ステイショナリーリング６２及びベローズ６３の外周面と、リングギア５１の表面（図４の場合は凹部５１ａの内周面）との隙間に流体が加圧供給される構造である。すなわち、図４に示される隙間（６５）は、流体が加圧供給される流体供給空間６５を形成している。流体としては、太陽及び遊星ギア及びキャリアのための潤滑液を利用することが好ましい。潤滑液としては、例えばギアオイルを用いることができる。この場合、潤滑液の供給は、例えば潤滑液をギアボックス内で強制循環させるための流路６６と流体供給空間６５とを連通させることによって行うことができる。潤滑液は、例えば、二重管で構成された供給路６７を通じてギアボックス５内に供給され、ギアボックス内の流路６６等を流れ、供給路６７を通じてギアボックス５から排出される。
【００２８】
流体は、流体供給空間６５内の流体圧Ｐの値が、好ましくは数式：Ｆ＝ｍｒω２＝ｍｖ２／ｒで算出される遠心力Ｆ以上（Ｐ≧Ｆ）となるように加圧供給される。遠心分離の実行時に発生する遠心力とのバランスを保つためであるが、詳しい作用については後述する。なお、前記数式において、ｍはベローズ６３の質量であり、ｒはベローズ６３の半径であり、ωは角速度であり、ｖは速度である。一例として、数式Ｆ＝ｍｒω２で遠心力［単位kgf・m/sec2］を算出し、算出された値を重力加速度ｇ［m/sec2］で除して［kgf］とし、さらに算出された値をベローズ６３の外表面積で除することによって圧力Ｐとすることができる。あるいは、数式Ｆ＝ｍｖ２／ｒで遠心力［単位；Ｎ（ニュートン）］を算出し、算出された値をベローズ６３の外表面積で除することによって圧力Ｐとすることができる。さらに、単位換算によって［ＭＰａ］とすることができる。
【００２９】
さらに好ましくは、流体圧Ｐが、数式：Ｆ＝ｍｒω２＝ｍｖ２／ｒで算出される遠心力Ｆと、ボウル２内のプロセス圧Ｐ１の和（＝Ｆ＋Ｐ１）と同じか或いは±０．２ＭＰａの範囲内となるように加圧供給する。被処理液の種類や処理条件によって適宜決められることであるが、ボウル２内のプロセス圧Ｐ１は、例えば０．７ＭＰａである。
【００３０】
（作用）
上記構成のデカンタ１で遠心分離を行う場合、駆動モーター３１によってボウル２を回転させ、供給ノズル２３を通じてボウル２内に被処理液を供給する。これにより、被処理液に遠心力が付与され、液と固形物との比重差によって、ボウル２の内周面側に固形物が移動する。スクリューコンベア４も駆動モーター３１の駆動力によって回転されるが、上述したギアボックス５の作用によってスクリューコンベア４には差速が生じている。スクリューコンベア４がボウル２に対して差速をもって回転することにより、回転するボウル２内において固形物を搬送することができ、排出口２２を介して固形物をボウル２外に排出することができる。一方、分離液は、排出口２１ａを介してボウル２外に排出され、ケーシング３の内周面に形成された液受部３５に供給される。そして、ケーシング３の側面に形成されている排出ノズル３６を介して装置外に排出される。
【００３１】
デカンタ１が前述の動作をするとき、ギアボックス５のメカニカルシール６は、以下のように作用する。すなわち、図５に模式的に示すように、ステイショナリーリング６２とベローズ６３がリングギア５１と共に高速回転するため、ステイショナリーリング６２とベローズ６３には遠心力Ｆが作用する。特にベローズ６３は、バネ特性を発揮するために蛇腹に形成されているため、この蛇腹の部分が遠心力Ｆの作用によって外側に膨らもうとする。ベローズ６３の蛇腹の部分が外側に膨らんで湾曲してしまうと、ステイショナリーリング６２の付勢方向にズレが生じ、付勢力が面内で均一でなくなる。そのため、シール面を形成しているカーボン等の部材６２ａが片減りを起こし、ついには液漏れを誘発する。従来のメカニカルシールは遠心力によるベローズの変形を許してしまっていたが、本実施形態によるメカニカルシール６は、流体供給空間６５に潤滑液を加圧供給することによって、ベローズ６３の外周面を回転軸に向けて付勢している。従って、その液圧Ｐの分だけベローズ６３に作用する遠心力が相殺され、ベローズ６３の変形が抑制される。液圧Ｐを遠心力Ｆと等しくすれば作用する遠心力を略相殺することも可能である。
【００３２】
以上のように、本実施形態のギアボックス５によれば、メイティングリング６１とステイショナリーリング６２の双方が回転するというメカニカルシール６の特殊な使用形態において、ベローズ６３に作用する遠心力Ｆを潤滑液の液圧Ｐによって相殺可能にした構成である。これにより、本実施形態のギアボックス５は、遠心力Ｆの作用によってベローズ６３が変形することが抑制される。その結果、メイティングリング６１とステイショナリーリング６２の双方が回転する特殊な使用形態であっても、シール面（特に６２ａ）の片減りが発生するのを抑制することができ、液漏れの発生を防止することが可能となる。
【００３３】
このように本実施形態は、遠心力Ｆがベローズ６３に及ぼす影響を抑制することができるので、ステイショナリーリング６２とベローズ６３を第１封止環としてシャフト５４側に配置し、メイティングリング６１を第２封止環としてリングギア５１側に配置することも可能である。
【００３４】
さらに上述の実施形態は、流体供給空間６５に加圧供給する流体として潤滑液を用いているが、潤滑液に限定されることはなく、例えば水などを用いることもできる。さらには、必ずしも液体でなくともよく、例えば窒素などの不活性ガスであってもよい。
【００３５】
なお、本実施形態によるギアボックス５が組み込まれる遠心分離機は、竪型のデカンタ１に限られず、ボウル２とスクリューコンベア４が水平軸周りに回転する横型のデカンタであってもよい。
【００３６】
（メカニカルシールの仕上げ方法）
続いて、上述の実施形態に好適なメカニカルシール６の仕上げ方法について説明する。すなわち、以下に説明するメカニカルシール６の仕上げ方法は、メイティングリング６１とステイショナリーリング６２の双方が回転される特殊な使用形態のメカニカルシール６に適用することができる。
【００３７】
具体的には、図３に示したメカニカルシール６をギアボックス５に組み込む前に、ギアボックス５の使用時における回転速度よりも大きい回転速度でステイショナリーリング６２とベローズ６３を回転させる（説明の便宜上、「予備回転」と呼ぶ）。例えば使用時の回転速度が１５００ｒｐｍである場合、例えば２０００ｒｐｍで予備回転させることができる。そして予備回転を停止させた後、ステイショナリーリング６２の摺動面６２ａを研磨処理して平滑にする加工処理を行う。研磨処理は、ステイショナリーリング６２の摺動面６２ａが、メイティングリング６１の摺動面６１ａに対して平行となるようにする（すなわち、面同士が均一に接するようにする）。かかる加工処理を行った後、メカニカルシール６をギアボックス５に組み込むようにする。なお、前記処理が行われるメカニカルシール６自体は、例えば市販のものであってもよい。
【００３８】
なお、予備回転は、ステイショナリーリング６２とベローズ６３を回転させることのできる専用の装置を製作して行ってもよく、或いはギアボックス５にメカニカルシール６を仮組して実行してもよい。
【００３９】
上述したメカニカルシール６の仕上げ方法によれば、メカニカルシール６をギアボックス５に組み込む前に、ステイショナリーリング６２とベローズ６３を予備回転させてベローズ６３を塑性変形させ、塑性変形させた後のベローズ６３によって付勢させるステイショナリーリング６２の摺動面６２ａを研磨処理して平滑にすることにより、シール面の片減りが発生するのを抑制することが可能となる。すなわち、予めベローズ６３の塑性変形分を取り除いておくことにより、遠心力Ｆの作用でベローズ６３が変形して元に戻らなくなるのを防止する。加えて、装置停止時に遠心力がなくなった際に、液圧Ｐでベローズ６３が内側に膨らんで元に戻らなくなるのを防止する。従って、あとは復元可能な弾性変形の分を液圧Ｐで抑制すればよく、より確実にシール面（特に６２ａ）の片減りが発生するのを抑制することが可能となる。
【００４０】
ここで、上述の実施形態は、メカニカルシールを遠心分離機用のギアボックスに組み込んだ構成を一例に挙げている。しかしながら、第１封止環と第２封止環の双方が相対的な速度差をもって回転する形態で使用されるメカニカルシールであればよく、組み込まれる装置がギアボックスに限定されることはない。他の例としては、スクリューコンプレッサーに組み込むことが一例として挙げられる。
【００４１】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００４２】
１ デカンタ
２ ボウル
４ スクリューコンベア
５ ギアボックス
６ メカニカルシール
６１ メイティングリング
６２ ステイショナリーリング
６３ ベローズ
６５ 流体供給空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばギアボックスに組み込まれるメカニカルシール，メカニカルシールの仕上げ方法，メカニカルシールが組み込まれる遠心分離機用のギアボックスに関し、特に、メイティングリングとステイショナリーリングの双方が回転する使用形態におけるメカニカルシールのシール技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１，２に開示されているギアボックスは、リングギアとシャフト間におけるボウル内部空間に露出している部分を封止するために、メカニカルシールを備えている。メカニカルシールは、例えばシール面（摺動面）同士が接するように配置されるメイティングリングとステイショナリーリング、及びステイショナリーリングをメイティングリングに向けて付勢する弾性部材（例えば、ベローズなど）を備えている。このようなメカニカルシールの構造自体は、技術分野を問わず一般に広く使用されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
しかしながら、例えばギアボックスに組み込まれるメカニカルシールは、通常の使用形態に比べて漏れを起こす場合が多い。すなわち、通常の使用形態では、シャフト側に配置されるメイティングリングの方だけ回転し、外装体（ハウジング）側に配置されるステイショナリーリングとベローズは静止している。これに対しギアボックスに組み込まれるメカニカルシールは、前記ハウジングに相当するリングギアがボウルと一体的に回転する構造であるため、メイティングリングの方だけでなくステイショナリーリングとベローズも高速で回転することとなる。このような特殊な使用形態である結果、ギアボックスに組み込まれるメカニカルシールは摺動面に片減りが起き易く、通常の使用形態に比べて漏れが発生することが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／０７８３９６号公報
【特許文献２】特開平５−１８４９７３号公報
【特許文献３】特開２０００−９７３４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
すなわち、本発明は、一例として挙げた上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、例えばギアボックスに組み込まれるメカニカルシールのようにメイティングリングとステイショナリーリングの双方が回転する使用形態において、漏れの発生を抑制することのできる技術を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、メイティングリングとステイショナリーリングの双方が回転する形態でメカニカルシールを使用する場合に、漏れの発生を抑制することのできるメカニカルシールの仕上げ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るメカニカルシールは、第１封止環と第２封止環の双方が相対的な速度差をもって回転する形態で使用されるメカニカルシールにおいて、前記メカニカルシールが、第１封止環と、環状のベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢される第２封止環と、を備え、前記環状のベローズの外周面が、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体と接するように配置されることを特徴とする。
【０００８】
前記メカニカルシールは、例えば、回転するシャフト側に設けられ、前記シャフトと一体的に回転される第１封止環と、前記シャフトの外周を囲む環状のベローズを介してハウジング側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記ハウジングと一体的に回転される第２封止環と、を備え、前記環状のベローズの外周面が、前記ハウジング内に形成されている流体供給空間と接するように配置され、前記流体供給空間内に、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が供給される構成とすることができる。或いは、回転するハウジング側に設けられ、前記ハウジングと一体的に回転される第１封止環と、回転するシャフトの外周を囲む環状のベローズを介して前記シャフト側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記シャフトと一体的に回転される第２封止環と、を備え、前記環状のベローズの外周面が、前記ハウジング内に形成されている流体供給空間と接するように配置され、前記流体供給空間内に、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が供給される構成とすることもできる。
【０００９】
本発明に係るメカニカルシールの仕上げ方法は、第１封止環と、環状のベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢される第２封止環の双方が相対的な速度差をもって回転する形態で使用されるメカニカルシールにおける、前記第２封止環の摺動面の仕上げ方法であって、使用時における回転速度よりも大きい回転速度で第２封止環及びベローズを回転させて前記ベローズに遠心力を付与した後、第２封止環の摺動面を研磨処理して平滑にすることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る遠心分離機用のギアボックスは、駆動装置の駆動力によってボウルと一体的に回転されるリングギアと、ギアユニットを介して前記リングギアに連結され、スクリューコンベアと一体的に回転されるシャフトと、前記ボウルの内部空間に露出しているリングギアとシャフト間に配置されるメカニカルシールと、を含む遠心分離機用のギアボックスであって、メカニカルシールが、前記シャフト側に設けられ、前記シャフトと一体的に回転される第１封止環と、前記シャフトの外周を囲む環状のベローズを介して前記リングギア側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記リングギアと一体的に回転される第２封止環と、を備え、ギアボックスが、前記ベローズの外周面側に形成され、遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が加圧供給される流体供給空間を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シャフトと一体的に回転される第１封止環と、ハウジングと一体的に回転される第２封止環を備えたメカニカルシールにおいて、第２封止環をハウジングに配置するベローズの外周面側に流体を加圧供給することにより、この液圧によってベローズに作用する遠心力を相殺することができる。従って、例えばギアボックスのように、シャフト側に配置される第１封止環と、ハウジング側に配置される第２封止環の双方が回転する使用形態であってもベローズの変形が抑制できるので、摺動面の片減りを防止することが可能となる。
【００１２】
さらに本発明に係るメカニカルの仕上げ方法は、予め使用時における回転速度よりも大きい回転速度で第２封止環及びベローズを回転させて前記ベローズに遠心力を付与した後、第２封止環の摺動面を研磨処理して平滑にする。このように、遠心力が付与された状態を予め経験させることによってベローズに塑性変形を起こさせ、この塑性変形した後のベローズによって付勢させる第２封止環の摺動面を研磨処理することにより、第１封止環に対して均等な力が加わる摺動面に仕上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に従うギアボックスを備えたデカンタである。
【図２】上記ギアボックスの縦断面図である。
【図３】上記ギアボックスに組み込まれるベローズ式のメカニカルシールである。
【図４】上記ギアボックスに組み込まれたメカニカルシールの部分拡大図である。
【図５】上記ギアボックスの作用図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態によるメカニカルシールについて、例えば遠心分離機用のギアボックスに組み込んだメカニカルシールを一例に挙げ、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態によるメカニカルシールを組み込んだギアボックスを有する遠心分離機の全体構成を示す。図１には、遠心分離機の一例として竪型のデカンタ１を示している。デカンタ１は、被処理液に遠心力を付与するための回転筒状体をなすボウル２を備えている。ボウル２は、外装体であるケーシング３内に配置されており、ケーシング３の外部に配置された駆動モーター３１によって、ケーシング３内において鉛直軸回りに回転自在である。ボウル２の上部側は、フロントハブと称する円盤部材２１が配置されており、この円盤部材２１に分離液が排出される排出口（分離液排出口）２１ａが形成されている。一方、ボウル２の下部側には、固形物が排出される排出口（固形物排出口）２２が形成されている。また、駆動モーター３１の駆動力は、例えばプーリー３２に架け渡された無端の回転ベルト３３を通じてボウル２側のプーリー３４に伝達される。
【００１６】
ボウル２の内部には、固形物を排出口２２に向けて搬送するスクリューコンベア４が配置されている。スクリューコンベア４は、ボウル２の回転速度に対して差速をもって鉛直軸回りに回転されることで、螺旋状に形成されたスクリュー羽根４１によって固形物を搬送する。そのため、ボウル２とスクリューコンベア４は、差動装置であるギアボックス５によって連結されている。そして、駆動モーター３１によってボウル２が回転されると、ギアボックス５を通じて回転速度が変速され、ボウル２の回転速度に対して差速をもってスクリューコンベア５が回転されるように構成されている。一方、ボウル２内には、供給ノズル２３を通じて被処理液が連続的に供給されており、これにより固形物が分離された分離液が排出口２１ａから排出（いわゆるオーバーフロー）される。
【００１７】
ボウル２とスクリューコンベア４の下端側は開口しており、回転するボウル２とスクリューコンベア４と接触しないようにして供給ノズル２３の先端２３ａが挿入されている。そして、スクリューコンベア４の内部に形成されている空洞（バッファー）に被処理液を供給すると、スクリューコンベア４の胴部に形成されている液吐出孔４２を通じて被処理液がボウル２内に供給される。また、供給ノズル２３の先端２３ａは二重管で形成されており、外側の管がリンス液供給ノズル２４に連通している。リンス液は、例えば分離された固形物を洗浄するためにボウル２内に供給することができる。但し、必ずしもリンス液は必要でない。
【００１８】
前述のように、スクリューコンベア４は、ボウル２の回転速度に対して相対的な差速をもって回転する。この「相対的な差速をもって回転する」とは、ボウル２の回転速度よりも遅い速度で回転する場合だけでなく、ボウル２の回転速度よりも速い速度で回転する場合も含まれる。このような差速を形成する方法としては、所望の差速が形成されるギア比に設計したり、特許文献１や特許文献２のようにバック駆動モーターを配置してスクリューコンベア４にブレーキトルクをかけたりする方法がある。なお、図１は、バック駆動モーターも用いずに、ギアボックスのギア比のみで差速を形成するタイプのデカンタ１を示している。
【００１９】
続いて、図２を参照しながらギアボックス５について詳しく説明する。ギアボックス５は、ボウル２の円盤部材２１と接続されたリングギア５１を備えている。リングギア５１は、ギアボックス５の外装体（ハウジング）を兼ねており、下部側が開口すると共に上部側にシャフト５１ａが設けられている。このシャフト５１ａは、ケーシング３の上部を貫通して外部に突出しており、その延長線上にプーリー３４が接続される。さらに、ケーシング３外に突出したシャフト５１ａの部分は、アンギュラベアリングなどの軸受機構（不図示）によって軸支されている。従って、駆動モーター３１の駆動力でシャフト５１ａを回転させることにより、リングギア５１とボウル２が一体となって同速度で回転する。なお、シャフト５１ａとケーシング３の貫通部分は、例えばメカニカルシール（不図示）によって封止されている。
【００２０】
リングギア５１の内部領域には、太陽ギア５２Ａ，遊星ギア５２Ｂ及びキャリア５２Ｃによって構成される第１のギアユニット５２と、同様に太陽ギア５３Ａ，遊星ギア５３Ｂ及びキャリア５３Ｃによって構成される第２のギアユニット５３が配置されている。遊星ギア５２Ｂ（５３Ｂ）の歯車は、太陽ギア５２Ａ（５３Ａ）の歯車と歯合している。さらに、遊星ギア５２Ｂ（５３Ｂ）の歯車は、リングギア５１の内表面に周方向に形成されている歯車とも歯合している。従って、遊星ギア５２Ｂ（５３Ｂ）は、自転しながら太陽ギア５２Ｂ（５３Ｂ）の回りを公転することができる。また、キャリア５２Ｃ（５３Ｃ）は、遊星ギア５２Ｂ（５３Ｂ）が太陽ギア５２Ａ（５３Ａ）の回りを公転回転することと連動して回転されるシャフトを含む。なお、太陽ギア５２Ａ（５３Ａ）の回りに配置する遊星ギア５２Ｂ（５３Ｂ）の数が特に限定されることはないが、例えば４個の遊星ギアを太陽ギアの回りに配置することができる。
【００２１】
このような第１及び第２ステージからなる２段構造のギアボックス５は、駆動モーター３１の駆動力によってリングギア５１が回転（例えば、１５００ｒｐｍ）されると、このリングギア５１の駆動力によって第１ステージの遊星ギア５２Ｂが自転しながら太陽ギア５２Ａの回りを公転し、これにより第１ステージのキャリア５２Ｃが回転される。そして、この第１ステージのキャリア５２Ｃが、第２ステージの太陽ギア５３Ａを自転させる。一方、リングギア５１は、その駆動力によって第２ステージの遊星ギア５３Ｂも公転させている。しかし、前述したように第１ステージのキャリア５２Ｃが第２ステージの太陽ギア５３Ａを回転させることによって第２ステージの遊星ギア５３Ｂの公転速度が変速されるので、結果として第２ステージのキャリア５３Ｃの回転速度が変速される。このキャリア５３Ｃのシャフト５４がスクリューコンベア４と一体的に回転するので、結果的にボウル２とスクリューコンベア４との間に差速が形成されることとなる。ボウル２とスクリューコンベア４の差速は、例えば１〜５０ｒｐｍ程度に設定される。
【００２２】
なお、図２に示すギアユニット５２，５３は、例えば特許文献１にも例示されている第１ステージと第２ステージからなる２段構成であるが、同じく特許文献１に示されるような第１〜第３ステージからなる３段構成であってもよい。
【００２３】
本実施形態によるギアボックス５は、リングギア５１とシャフト５４間におけるボウル２の内部空間に露出している部分を封止するために、メカニカルシール６をさらに備えている。メカニカルシール６は、図３及び図４に示されるように、シール面（摺動面）同士が接するように配置されるメイティングリング６１とステイショナリーリング６２を備えており、さらにステイショナリーリング６２の他端側にベローズ６３が接続されている。さらにベローズ６３の他端側には、ベローズ６３の基台となる支持リング６４が接続されている。このような構成のメカニカルシール６は、ベローズ式と称されることが多い。
【００２４】
ベローズ６３は、ステイショナリーリング６２と概ね同径の環状であって、その胴部がいわゆる蛇腹に形成されている。従って、ベローズ６３は、その蛇腹の部分の弾性力により発揮されるバネ特性によって、ステイショナリーリング６２をメイティングリング６１に向けて付勢することができる。メイティングリング６１，ステイショナリーリング６２，ベローズ６３及び支持リング６４は、例えばステンレスなどの金属で形成することができる。また、メイティングリング６１，ステイショナリーリング６２の摺動面は、例えばカーボンや硬質プラスチックなどによって環状に形成された部材（シール部材）６１ａ，６２ａを各リング６１，６２の一面に装着することによって形成している。
【００２５】
図４は、図２のギアボックス５のおけるメカニカルシール６の部分（拡大部分）を示す図である。メイティングリング６１は、スクリューコンベア４と一体的に回転するシャフト５４側に、第１の封止環として配置されている。より具体的には、メイティングリング６１は、シャフト５４の外周面に固着されたフランジ５５の一面に接続されている。接続方法は、特に限定されることはなく、溶接等によって固着してもよく、ボルト等の固定手段によって脱着自在なように接続してもよい。従って、前述したギアボックス５の作用を通じてシャフト５４が高速回転されると、メイティングリング６１もシャフト５４と共に高速回転する。
【００２６】
一方、ステイショナリーリング６２は、ボウル２と一体的に回転するリングギア５１側に、第２の封止環として配置されている。より具体的には、ステイショナリーリング６２は、支持リング６４をリングギア５１に接続することによって、ベローズ６３を介してリングギア５１に弾性的に接続されている。図４の例では、リングギア５１の内周面に凹部５１ａを形成し、この凹部５１ａの底面に支持リング６４を接続している。支持リング６４と凹部５１ａとの接続方法は、溶接等によって固着してもよく、ボルト等の固定手段によって脱着自在なように接続してもよい。従って、駆動モーター３１の駆動力によってリングギア５１が高速回転されると、ステイショナリーリング６２とベローズ６３もリングギア５１と一体となって高速回転する。このとき、メイティングリング６１とステイショナリーリング６２のシール面（摺動面）６１ａ，６２ａ同士は、ベローズ６３のバネ特性（バネ作用）を利用して摺動自在に圧接されているので、これによりリングギア５１とシャフト５４の間が封止される。
【００２７】
さらに本実施形態によるギアボックス５は、ステイショナリーリング６２及びベローズ６３の外周面と、リングギア５１の表面（図４の場合は凹部５１ａの内周面）との隙間に流体が加圧供給される構造である。すなわち、図４に示される隙間（６５）は、流体が加圧供給される流体供給空間６５を形成している。流体としては、太陽及び遊星ギア及びキャリアのための潤滑液を利用することが好ましい。潤滑液としては、例えばギアオイルを用いることができる。この場合、潤滑液の供給は、例えば潤滑液をギアボックス内で強制循環させるための流路６６と流体供給空間６５とを連通させることによって行うことができる。潤滑液は、例えば、二重管で構成された供給路６７を通じてギアボックス５内に供給され、ギアボックス内の流路６６等を流れ、供給路６７を通じてギアボックス５から排出される。
【００２８】
流体は、流体供給空間６５内の流体圧Ｐの値が、好ましくは数式：Ｆ＝ｍｒω２＝ｍｖ２／ｒで算出される遠心力Ｆ以上（Ｐ≧Ｆ）となるように加圧供給される。遠心分離の実行時に発生する遠心力とのバランスを保つためであるが、詳しい作用については後述する。なお、前記数式において、ｍはベローズ６３の質量であり、ｒはベローズ６３の半径であり、ωは角速度であり、ｖは速度である。一例として、数式Ｆ＝ｍｒω２で遠心力［単位kgf・m/sec2］を算出し、算出された値を重力加速度ｇ［m/sec2］で除して［kgf］とし、さらに算出された値をベローズ６３の外表面積で除することによって圧力Ｐとすることができる。あるいは、数式Ｆ＝ｍｖ２／ｒで遠心力［単位；Ｎ（ニュートン）］を算出し、算出された値をベローズ６３の外表面積で除することによって圧力Ｐとすることができる。さらに、単位換算によって［ＭＰａ］とすることができる。
【００２９】
さらに好ましくは、流体圧Ｐが、数式：Ｆ＝ｍｒω２＝ｍｖ２／ｒで算出される遠心力Ｆと、ボウル２内のプロセス圧Ｐ１の和（＝Ｆ＋Ｐ１）と同じか或いは±０．２ＭＰａの範囲内となるように加圧供給する。被処理液の種類や処理条件によって適宜決められることであるが、ボウル２内のプロセス圧Ｐ１は、例えば０．７ＭＰａである。
【００３０】
（作用）
上記構成のデカンタ１で遠心分離を行う場合、駆動モーター３１によってボウル２を回転させ、供給ノズル２３を通じてボウル２内に被処理液を供給する。これにより、被処理液に遠心力が付与され、液と固形物との比重差によって、ボウル２の内周面側に固形物が移動する。スクリューコンベア４も駆動モーター３１の駆動力によって回転されるが、上述したギアボックス５の作用によってスクリューコンベア４には差速が生じている。スクリューコンベア４がボウル２に対して差速をもって回転することにより、回転するボウル２内において固形物を搬送することができ、排出口２２を介して固形物をボウル２外に排出することができる。一方、分離液は、排出口２１ａを介してボウル２外に排出され、ケーシング３の内周面に形成された液受部３５に供給される。そして、ケーシング３の側面に形成されている排出ノズル３６を介して装置外に排出される。
【００３１】
デカンタ１が前述の動作をするとき、ギアボックス５のメカニカルシール６は、以下のように作用する。すなわち、図５に模式的に示すように、ステイショナリーリング６２とベローズ６３がリングギア５１と共に高速回転するため、ステイショナリーリング６２とベローズ６３には遠心力Ｆが作用する。特にベローズ６３は、バネ特性を発揮するために蛇腹に形成されているため、この蛇腹の部分が遠心力Ｆの作用によって外側に膨らもうとする。ベローズ６３の蛇腹の部分が外側に膨らんで湾曲してしまうと、ステイショナリーリング６２の付勢方向にズレが生じ、付勢力が面内で均一でなくなる。そのため、シール面を形成しているカーボン等の部材６２ａが片減りを起こし、ついには液漏れを誘発する。従来のメカニカルシールは遠心力によるベローズの変形を許してしまっていたが、本実施形態によるメカニカルシール６は、流体供給空間６５に潤滑液を加圧供給することによって、ベローズ６３の外周面を回転軸に向けて付勢している。従って、その液圧Ｐの分だけベローズ６３に作用する遠心力が相殺され、ベローズ６３の変形が抑制される。液圧Ｐを遠心力Ｆと等しくすれば作用する遠心力を略相殺することも可能である。
【００３２】
以上のように、本実施形態のギアボックス５によれば、メイティングリング６１とステイショナリーリング６２の双方が回転するというメカニカルシール６の特殊な使用形態において、ベローズ６３に作用する遠心力Ｆを潤滑液の液圧Ｐによって相殺可能にした構成である。これにより、本実施形態のギアボックス５は、遠心力Ｆの作用によってベローズ６３が変形することが抑制される。その結果、メイティングリング６１とステイショナリーリング６２の双方が回転する特殊な使用形態であっても、シール面（特に６２ａ）の片減りが発生するのを抑制することができ、液漏れの発生を防止することが可能となる。
【００３３】
このように本実施形態は、遠心力Ｆがベローズ６３に及ぼす影響を抑制することができるので、ステイショナリーリング６２とベローズ６３を第１封止環としてシャフト５４側に配置し、メイティングリング６１を第２封止環としてリングギア５１側に配置することも可能である。
【００３４】
さらに上述の実施形態は、流体供給空間６５に加圧供給する流体として潤滑液を用いているが、潤滑液に限定されることはなく、例えば水などを用いることもできる。さらには、必ずしも液体でなくともよく、例えば窒素などの不活性ガスであってもよい。
【００３５】
なお、本実施形態によるギアボックス５が組み込まれる遠心分離機は、竪型のデカンタ１に限られず、ボウル２とスクリューコンベア４が水平軸周りに回転する横型のデカンタであってもよい。
【００３６】
（メカニカルシールの仕上げ方法）
続いて、上述の実施形態に好適なメカニカルシール６の仕上げ方法について説明する。すなわち、以下に説明するメカニカルシール６の仕上げ方法は、メイティングリング６１とステイショナリーリング６２の双方が回転される特殊な使用形態のメカニカルシール６に適用することができる。
【００３７】
具体的には、図３に示したメカニカルシール６をギアボックス５に組み込む前に、ギアボックス５の使用時における回転速度よりも大きい回転速度でステイショナリーリング６２とベローズ６３を回転させる（説明の便宜上、「予備回転」と呼ぶ）。例えば使用時の回転速度が１５００ｒｐｍである場合、例えば２０００ｒｐｍで予備回転させることができる。そして予備回転を停止させた後、ステイショナリーリング６２の摺動面６２ａを研磨処理して平滑にする加工処理を行う。研磨処理は、ステイショナリーリング６２の摺動面６２ａが、メイティングリング６１の摺動面６１ａに対して平行となるようにする（すなわち、面同士が均一に接するようにする）。かかる加工処理を行った後、メカニカルシール６をギアボックス５に組み込むようにする。なお、前記処理が行われるメカニカルシール６自体は、例えば市販のものであってもよい。
【００３８】
なお、予備回転は、ステイショナリーリング６２とベローズ６３を回転させることのできる専用の装置を製作して行ってもよく、或いはギアボックス５にメカニカルシール６を仮組して実行してもよい。
【００３９】
上述したメカニカルシール６の仕上げ方法によれば、メカニカルシール６をギアボックス５に組み込む前に、ステイショナリーリング６２とベローズ６３を予備回転させてベローズ６３を塑性変形させ、塑性変形させた後のベローズ６３によって付勢させるステイショナリーリング６２の摺動面６２ａを研磨処理して平滑にすることにより、シール面の片減りが発生するのを抑制することが可能となる。すなわち、予めベローズ６３の塑性変形分を取り除いておくことにより、遠心力Ｆの作用でベローズ６３が変形して元に戻らなくなるのを防止する。加えて、装置停止時に遠心力がなくなった際に、液圧Ｐでベローズ６３が内側に膨らんで元に戻らなくなるのを防止する。従って、あとは復元可能な弾性変形の分を液圧Ｐで抑制すればよく、より確実にシール面（特に６２ａ）の片減りが発生するのを抑制することが可能となる。
【００４０】
ここで、上述の実施形態は、メカニカルシールを遠心分離機用のギアボックスに組み込んだ構成を一例に挙げている。しかしながら、第１封止環と第２封止環の双方が相対的な速度差をもって回転する形態で使用されるメカニカルシールであればよく、組み込まれる装置がギアボックスに限定されることはない。他の例としては、スクリューコンプレッサーに組み込むことが一例として挙げられる。
【００４１】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００４２】
１ デカンタ
２ ボウル
４ スクリューコンベア
５ ギアボックス
６ メカニカルシール
６１ メイティングリング
６２ ステイショナリーリング
６３ ベローズ
６５ 流体供給空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１封止環と第２封止環の双方が相対的な速度差をもって回転する形態で使用されるメカニカルシールにおいて、
前記メカニカルシールが、第１封止環と、環状のベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢される第２封止環と、を備え、
前記環状のベローズの外周面が、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体と接するように配置されることを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】
前記メカニカルシールが、回転するシャフト側に設けられ、前記シャフトと一体的に回転される第１封止環と、前記シャフトの外周を囲む環状のベローズを介してハウジング側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記ハウジングと一体的に回転される第２封止環と、を備え、
前記環状のベローズの外周面が、前記ハウジング内に形成されている流体供給空間と接するように配置され、
前記流体供給空間内に、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が供給され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。
【請求項３】
前記メカニカルシールが、回転するハウジング側に設けられ、前記ハウジングと一体的に回転される第１封止環と、回転するシャフトの外周を囲む環状のベローズを介して前記シャフト側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記シャフトと一体的に回転される第２封止環と、を備え、
前記環状のベローズの外周面が、前記ハウジング内に形成されている流体供給空間と接するように配置され、
前記流体供給空間内に、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が供給され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。
【請求項４】
第１封止環と、環状のベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢される第２封止環の双方が相対的な速度差をもって回転する形態で使用されるメカニカルシールにおける、前記第２封止環の摺動面の仕上げ方法であって、
使用時における回転速度よりも大きい回転速度で第２封止環及びベローズを回転させて前記ベローズに遠心力を付与した後、第２封止環の摺動面を研磨処理して平滑にすることを特徴とするメカニカルシールの仕上げ方法。
【請求項５】
駆動装置の駆動力によってボウルと一体的に回転されるリングギアと、ギアユニットを介して前記リングギアに連結され、スクリューコンベアと一体的に回転されるシャフトと、前記ボウルの内部空間に露出しているリングギアとシャフト間に配置されるメカニカルシールと、を含む遠心分離機用のギアボックスであって、
メカニカルシールが、前記シャフト側に設けられ、前記シャフトと一体的に回転される第１封止環と、前記シャフトの外周を囲む環状のベローズを介して前記リングギア側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記リングギアと一体的に回転される第２封止環と、を備え、
ギアボックスが、前記ベローズの外周面側に形成され、遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が加圧供給される流体供給空間を備えていることを特徴とする遠心分離機用のギアボックス。
【請求項１】
第１封止環と第２封止環の双方が相対的な速度差をもって回転する形態で使用されるメカニカルシールにおいて、
前記メカニカルシールが、第１封止環と、環状のベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢される第２封止環と、を備え、
前記環状のベローズの外周面が、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体と接するように配置されることを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】
前記メカニカルシールが、回転するシャフト側に設けられ、前記シャフトと一体的に回転される第１封止環と、前記シャフトの外周を囲む環状のベローズを介してハウジング側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記ハウジングと一体的に回転される第２封止環と、を備え、
前記環状のベローズの外周面が、前記ハウジング内に形成されている流体供給空間と接するように配置され、
前記流体供給空間内に、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が供給され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。
【請求項３】
前記メカニカルシールが、回転するハウジング側に設けられ、前記ハウジングと一体的に回転される第１封止環と、回転するシャフトの外周を囲む環状のベローズを介して前記シャフト側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記シャフトと一体的に回転される第２封止環と、を備え、
前記環状のベローズの外周面が、前記ハウジング内に形成されている流体供給空間と接するように配置され、
前記流体供給空間内に、前記第２封止環が回転することによって発生する遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が供給され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。
【請求項４】
第１封止環と、環状のベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢される第２封止環の双方が相対的な速度差をもって回転する形態で使用されるメカニカルシールにおける、前記第２封止環の摺動面の仕上げ方法であって、
使用時における回転速度よりも大きい回転速度で第２封止環及びベローズを回転させて前記ベローズに遠心力を付与した後、第２封止環の摺動面を研磨処理して平滑にすることを特徴とするメカニカルシールの仕上げ方法。
【請求項５】
駆動装置の駆動力によってボウルと一体的に回転されるリングギアと、ギアユニットを介して前記リングギアに連結され、スクリューコンベアと一体的に回転されるシャフトと、前記ボウルの内部空間に露出しているリングギアとシャフト間に配置されるメカニカルシールと、を含む遠心分離機用のギアボックスであって、
メカニカルシールが、前記シャフト側に設けられ、前記シャフトと一体的に回転される第１封止環と、前記シャフトの外周を囲む環状のベローズを介して前記リングギア側に設けられ、前記ベローズのバネ特性によって第１封止環に対して摺動自在に付勢されると共に、前記リングギアと一体的に回転される第２封止環と、を備え、
ギアボックスが、前記ベローズの外周面側に形成され、遠心力に抗して前記ベローズの外周面を押圧する流体が加圧供給される流体供給空間を備えていることを特徴とする遠心分離機用のギアボックス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−７６３４（Ｐ２０１２−７６３４Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４１７６２（Ｐ２０１０−１４１７６２）
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（５９１１６２０２２）巴工業株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（５９１１６２０２２）巴工業株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]