机械密封件的制作方法

本发明涉及被用作流体设备的驱动轴等的轴封部件的机械密封件。

背景技术：

机械密封件被安装于流体设备的外壳与以贯穿外壳的方式配置的旋转轴之间来使用，其通过被施力成可沿轴向移动的固定用密封环与被阻止向轴向移动的旋转用密封环的滑动接触来防止流体从流体设备的内部向外部的泄漏或从流体设备的外部向内部的泄漏。

作为以往的机械密封件，例如专利文献1公开了如下内容：具有滑动端面的旋转用密封环(旋转侧部件)被固定于旋转轴，同样具有滑动端面的固定用密封环(固定侧部件)在经由施力单元(固定侧部件)而以可在轴向上移动的方式被保持于套筒(固定侧部件)的状态下被固定于流体设备的外壳，通过旋转用密封环的滑动端面与固定用密封环的滑动端面滑动接触，从而确保密封性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-265075号公报(图1)

考虑向流体设备的安装的作业性，这些机械密封件以将旋转侧部件和固定侧部件单元化地组装为一组部件的状态被使用。这里，为了防止在搬运时或向流体设备安装时异物向滑动端面之间侵入，将树脂等中间部件压入到旋转侧部件与固定侧部件之间，并使由此产生的中间部件与固定侧部件之间的摩擦力和中间部件与固定侧部件之间的摩擦力与固定侧部件的施力单元的作用力对抗，从而将旋转侧部件定位固定于固定侧部件以维持彼此的滑动端面的接触状态。

但是，为了使用这样的中间部件进行定位固定以维持旋转侧部件与固定侧部件的接触状态，需要在将旋转侧部件与固定侧部件组装后插入中间部件，并且需要在将该机械密封件安装于流体设备上之后去除中间部件，机械密封件的定位固定的作业和向流体设备的安装作业花费的工时数增加。

技术实现要素：

发明要解决的课题

本发明正是着眼于这样的问题而完成的，其目的在于，提供能够简易地实现对机械密封件进行定位固定的作业和向流体设备的安装的机械密封件。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的机械密封件是如下的机械密封件，该机械密封件具有：

旋转侧部件，其具备滑动端面和被固定于流体设备的旋转轴上的圆筒部，并与所述旋转轴一同旋转；和

固定侧部件，其具备：具有弹性的密封壳，该密封壳被固定于所述流体设备的外壳上；静止环，其具有滑动端面并与所述旋转侧部件的滑动端面滑动接触；和施力单元，其被保持于所述密封壳，对所述静止环施力以使其能够在所述旋转轴的轴向上移动，所述机械密封件的特征在于，

所述密封壳具备沿所述旋转轴延伸设置的内周部，

所述内周部具有卡合部，所述圆筒部具有被卡合部，在所述圆筒部上的相对于所述被卡合部而与所述固定侧部件在轴向上相反的一侧，在比所述被卡合部的外周面靠径向内侧的位置设置有凹陷面，所述圆筒部的所述被卡合部外侧的直径尺寸形成得大于所述内周部的所述卡合部内侧的直径，在所述圆筒部上整周连续地形成了所述被卡合部，所述卡合部与所述被卡合部接触，使得所述旋转侧部件与所述固定侧部件卡合。

根据该特征，在固定侧部件上设置卡合部，在旋转侧部件上设置被卡合部，圆筒部的被卡合部在整周上连续地形成，通过使旋转侧部件与密封壳接近，从而密封壳弹性变形而与圆筒部卡合并被定位，因此，能够在各个滑动端面的接触状态被维持的状态下进行搬运，并且通过从该状态起使二者进一步接近，从而能够将机械密封件用于通常的使用状态。并且，在将机械密封件组装并进行定位固定的作业中，由于无需对内周部相对于圆筒部的周向位置进行管理就能够使旋转侧部件与固定侧部件彼此接近，因此，能够简单地进行定位固定的作业。

所述机械密封件的特征在于，在所述圆筒部的轴向上的靠所述固定部件侧，形成有从所述圆筒部的外周面朝向内侧倾斜的倾斜面。

根据该特征，在使旋转侧部件与密封壳接近时，密封壳的内周部的前端从倾斜面上升，然后内周部的前端被前端渐细形状的部分引导而在径向上移动，从而能够促进内周部的弹性变形，能够顺畅地转移到卡合状态。

所述机械密封件的特征在于，在所述内周部的前端设置有缝隙。

根据该特征，由于因内周部的前端的缝隙而使内周部的前端的周向约束力变弱，因此能够促进内周部的扩径方向的弹性变形。

所述机械密封件的特征在于，所述卡合部与所述被卡合部在径向上接触而卡合。

根据该特征，通过由卡合部与被卡合部的接触产生的摩擦来固定轴向的定位，并且圆筒部的被卡合部与内周部的卡合部在径向上接触而卡合，因此，能够抑制圆筒部与密封壳的径向松动，在安装于流体设备时，能够在保持固定侧部件与旋转侧部件的同轴度的状态下进行安装。

所述机械密封件的特征在于，所述卡合部与所述被卡合部在轴向上接触而卡合。

根据该特征，能够将固定侧部件与旋转侧部件可靠地保持。

所述机械密封件的特征在于，所述旋转侧部件由一体的烧制件形成。

根据该特征，能够确保旋转侧部件的圆筒部的刚性，因此，能够在圆筒部不发生变形的情况下可靠地产生垂直阻力，卡合部能够牢固地摩擦卡合。

所述机械密封件的特征在于，所述圆筒部的卡合部由从所述圆筒部的外周面朝向所述凹陷面倾斜的倾斜面形成。

根据该特征，通过圆筒部的卡合部与倾斜面卡合，从而能够牢固地进行定位固定，并且能够可靠且简单地进行定位固定。

附图说明

图1是实施例1的本发明的机械密封件的卡合状态下的正面剖视图。

图2是实施例1的机械密封件的固定侧部件与旋转侧部件的组装前的状态下的正面剖视图。

图3是说明实施例1的机械密封件的向各状态的转移的卡合部周边的正面放大图。

图4是示出实施例1的密封壳的前端部周边的形状的侧视图。

图5的(a)是将实施例1的机械密封件的固定侧部件安装于外壳的状态的正面剖视图，(b)是将旋转轴安装到旋转侧部件上之后的使用状态的正面剖视图。

图6是实施例1的机械密封件的变形例，(a)是卡合状态的正面剖视图，(b)是说明向各状态的转移的卡合部周边的正面放大图。

图7中，(a)是实施例2的本发明的机械密封件的卡合状态下的正面剖视图，(b)是说明向各状态的转移的卡合部周边的正面放大图。

图8是实施例3的本发明的机械密封件的卡合状态下的正面剖视图。

具体实施方式

下面，根据实施例对用于实施本发明的机械密封件的方式进行说明。另外，在下面的说明中，将图1中的左右方向定义为机械密封件的轴向，将上下方向定义为机械密封件的径向。

此外，在下面的说明中，组装作业是指将旋转侧部件和固定侧部件组合起来的作业，卡合状态是指被组装起来的旋转侧部件和固定侧部件通过作为本发明的结构的卡合部与被卡合部的卡合而彼此被定位固定起来的状态，安装作业是指将被定位固定起来的旋转侧部件和固定侧部件作为机械密封件安装于流体设备的作业。

实施例1

参照图1至图6对实施例1的高速旋转用机械密封件进行说明。

如图1所示，本发明的机械密封件1主要由固定侧部件3和作为旋转侧部件的旋转环2构成，该固定侧部件3由静止环4、多弹簧5、密封壳6、O形环7和拉伸板8构成。通过形成于旋转环2的一个轴向端面上的滑动端面2s和静止环4的与该滑动端面2s对置地配置的滑动端面4s滑动接触，从而确保安装有机械密封件1的流体设备的外壳9(参照图5)与旋转轴10(参照图5)周围的密封性，在机械密封件1的使用前的卡合状态(图1)下，滑动端面2s与滑动端面4s紧贴，但在使用时(图5(b))隔着密封流体而形成有微小间隙。

旋转环2主要由环部2a和圆筒部2b构成，该环部2a在一个轴向端面上具备滑动端面2s，该圆筒部2b在环部2a的径向内侧沿轴向延伸设置，并且以不能相对旋转的方式固定于流体设备的旋转轴10。在圆筒部2b上，从前端起设置有前端渐细面2p(倾斜面)、平坦面2q(被卡合部)、立设面2r和凹陷面2g(参照图3)。

并且，在圆筒部2b上由立设面2r和凹陷面2g形成有周向槽2h。

此外，考虑高速旋转时的质量平衡，旋转环2的包括旋转轴线的径向截面形状在整周上均一地形成。

接着，固定侧部件3主要由如下部件构成：具备滑动端面4s的静止环4；作为施力单元的多弹簧5，其在周向上均等地配置有多个，并隔着拉伸板8而使静止环4对旋转环2施力；密封壳6，其形成为截面大致U字状，隔着多弹簧5而保持静止环4并被固定于流体设备的外壳9；和作为二次密封件而被插入到密封壳6的内周部6b与静止环4之间的O形环7。

这里，旋转环2和静止环4由一般的机械密封件的密封环所使用的材质形成，例如由SiC这样的陶瓷或碳的烧制材料形成。此外，在静止环4的与旋转环2对置的端面上具备滑动端面4s。多弹簧5被密封壳6的端面部6c保持，多弹簧5隔着拉伸板8在轴向上对静止环4施力，成为能够对朝向旋转环2的轴向的抵碰量自动地进行调整的结构。另外，关于静止环4的材质，也可以采用陶瓷或超硬合金。

此外，密封壳6主要由如下部分构成：向流体设备安装时被固定于外壳的外周部6a；在内周侧沿轴向延伸设置的内周部6b；和将外周部6a和内周部6b连接起来并形成端面的端面部6c。在内周部6b的前端设置有向径向内侧弯曲的钩状的前端部6d(卡合部)。密封壳6采用了金属板。

接着，如图2所示，旋转环2与固定侧部件3在组装前作为分体的部件使用，为了防止向流体设备安装时的作业性及搬送时异物向滑动端面之间的侵入，能够通过使它们沿轴向彼此接近而组合成为被单元化的一组部件。

下面，对将旋转环2和固定侧部件3组装后进行定位固定的作业进行说明。

当从图2中的旋转环2与固定侧部件3分离的状态起使旋转环2与固定侧部件3沿轴向接近时，如图3所示，旋转环2的圆筒部2b与设置于密封壳6的内周部6b的前端的前端部6d接触并向卡合状态转移。更具体而言，通过使旋转环2与固定侧部件3从图3中的(i)组装前的状态起接近，从而成为(ii)内周部6b的前端部6d与圆筒部2b的前端渐细面2p接触的状态。

并且，当使旋转环2与固定侧部件3从该状态起接近时，由于内周部6b在径向上具有弹性，因此，前端部6d与内周部6b一同向径向外侧挠曲，从而弹性变形，被前端渐细面2p引导着逐渐上升，在上升到相当于圆筒部2b的外周面的平坦面2q的状态下，成为(iii)前端部6d与平坦面2q的卡合状态。另外，在该状态下，在密封壳6的内周部6b的外周面与位于其径向外侧的静止环4之间确保足够的尺寸，由于内周部6b的向径向外侧的挠曲，前端部6d与静止环4不发生干涉。

此时，由于前端部6d朝径向外侧具有尺寸为δ1的移位，因此，产生朝径向内侧的复原力，借助于该复原力而成为按压平坦面2q的状态。即，平坦面2q为本发明的旋转环2的被卡合部，前端部6d为本发明的固定侧部件3的卡合部，卡合部与被卡合部彼此摩擦卡合(过盈配合)。此外，由于内周部6b的朝径向外侧的挠曲，被插入到内周部6b与静止环4之间的O形环7变形，但伴随该变形的复原力也作为前端部6d按压平坦面2q的力而起作用。

另外，后面对进一步使旋转环2与固定侧部件3接近的(iv)使用状态进行说明。

这里，密封壳6借助于多弹簧5按压静止环4的反作用力而经由端面部6c承受旋转环2与固定侧部件3在轴向上离开的方向的力。另一方面，在前端部6d的前端面6ds与平坦面2q的接触部位产生朝径向外侧的垂直阻力。这里，由于圆筒部2b由具有固定的刚性的烧制材料形成，因此，能够可靠地产生朝径向外侧的垂直阻力而不朝径向内侧发生变形。

由此，由于在前端部6d的前端面6ds与平坦面2q的接触部位产生与多弹簧5的反作用力对抗的方向的摩擦力，因此，在(iii)前端部6d与平坦面2q的卡合状态下旋转环2与固定侧部件3被定位固定而不彼此分离，能够维持旋转环2的滑动端面2s与静止环4的滑动端面4s彼此接触的状态。这样，能够防止异物侵入到滑动端面2s、4s之间。此外，在由于检查等作业而需要分解时，通过使前端部6d扩径，从而也能够将旋转环2与固定侧部件3简单地分离。

此外，如图4所示，密封壳6的内周部6b的前端部6d在整周上沿周向隔着规定间隔的缝隙6e而设置有多个。由于圆筒部2b的与内周部6b的前端部6d卡合的平坦面2q在整周上形成，因此，能够在周向上均匀地按压，能够实现牢固的定位固定。并且，由于多个前端部6d可在周向上对圆筒部2b均匀地按压，因此，能够抑制在密封壳6与圆筒部2b之间发生径向的松动，因此，能够有效地防止由于搬送时的振动等使滑动端面2s、4s之间打开。

此外，由于多个前端部6d从径向与平坦面2q抵接，因此，密封壳6与圆筒部2b的轴心得以被调整。因此，在机械密封件1向流体设备的安装作业中，在将固定侧部件3固定于外壳9的状态下将旋转环2和旋转轴10固定时，不发生由圆筒部2b相对于旋转轴10的轴心偏离导致的干涉，能够将圆筒部2b高精度地安装于旋转轴10。

此外，由于缝隙6e沿周向在整周上设置在内周部6b的前端，因此，前端部6d的径向的约束力弱，在与旋转环2的圆筒部2b接触时，容易促进前端部6d与内周部6b一同朝扩径方向弹性变形。关于该缝隙6e的数量和深度，不限于本实施例的方式，考虑多弹簧5的作用力及圆筒部2b和内周部6b的厚度等而能够任意地选择。

另外，在本实施例中，对在图3中固定侧部件3的密封壳6的内周部6b以向朝径向外侧扩径的方式变形的示例进行了说明，但不限于该方式，也可以这样：旋转环2的圆筒部2b以向径向内侧缩径的方式变形，此外，也可以这样：这些变形同时发生。

此外，在本实施例中，由于如图3所示地前端部6d的前端面6ds的边缘与平坦面2q线接触，因此，能够通过钩挂将前端部6d牢固地定位固定于平坦面2q，但也可以是前端面6ds一样地与平坦面2q面接触那样的方式。

并且，在本实施例中，由于在圆筒部2b的轴向前端具有前端渐细面2p，因此，在组装前(图2)，内周部6b的前端部6d即使位于比圆筒部2b的平坦面2q靠径向内侧，在密封壳6与旋转环2的圆筒部2b接触后，前端部6d也不会与圆筒部2b的前端面2u碰撞，而是被前端渐细面2q引导着逐渐上升，从而能够与圆筒部2b接近，但不限于该方式，也可以这样：前端部6d具有向与前端渐细面2p同样的方向倾斜的面，圆筒部2b不具有前端渐细形状。此外，前端渐细面2p不限于平面，只要是能够将前端部6d引导到平坦面2q的形状，则也可以是例如具有圆弧形状的曲面或凸面。

下面，对机械密封件1向流体设备的安装作业进行说明。

首先，如图5(a)所示，将固定侧部件3的外周部6a嵌装并固定于流体设备的外壳9。这里，由于旋转环2与固定侧部件3已经被组装好，因此，旋转环2也同时被安装到流体设备上。

接着，如图5(b)所示，当将旋转轴10相对于外壳9固定于规定位置时，旋转环2与固定侧部件3进一步接近，成为图3中的(iv)使用状态。

此时，如图3和图5(b)所示，密封壳6的内周部6b的前端部6d位于圆筒部2b的周向槽2h的上部。这里，由于圆筒部2b的形成周向槽2h的底面的凹陷面2g被设置在不与前端部6d接触的深度，因此，前端部6d与平坦面2q的卡合状态被解除，在机械密封件1的安装前的卡合状态下前端部6d所具有的δ1的移位消失，前端部6d与圆筒部2b之间产生的垂直阻力消失，因此，在使用机械密封件1时，在旋转环2相对于固定侧部件3进行相对旋转的情况下，能够将机械密封件1用于通常的使用状态而不产生阻碍旋转的摩擦力。

这样，由于仅使旋转环2与固定侧部件3在轴向上彼此接近就可使平坦面2q和前端部6d卡合并被定位固定，因此，能够维持旋转环2的滑动端面2s与静止环4的滑动端面4s彼此接触的状态，并且，仅进一步地使旋转环2与固定侧部件3在轴向上彼此接近就能够将平坦面2q和前端部6d的卡合状态解除而将机械密封件1用于通常的使用状态。因此，无需进行将以往使用的那样的中间部件插入到旋转环2与固定侧部件3之间的作业、以及在向流体设备安装后将该中间部件去除的作业，能够减少组装及安装作业花费的工时数。

下面，对实施例1的机械密封件1的变形例进行说明。

如图6(a)所示，本变形例的机械密封件1’作为构成部件而与机械密封件1同样，但在旋转环2与固定侧部件3组装时圆筒部2b与内周部6b卡合的部位不同。在本变形例中，如图6(b)所示，通过(iii’)前端部6d与立设面2r的卡合状态，前端部6d的前端侧面6dw(卡合部)与立设面2r面卡合，在该变形例中，立设面2r成为本发明的旋转环2的被卡合部。这样，通过形成面卡合(钩挂)，从而能够利用强力与轴向的拉拔力对抗，在向流体设备的安装作业时等，即使是在施加拉拔方向的力的情况下也能够防止旋转环2与固定侧部件3脱离。另外，在向流体设备的安装和图6(b)中的(i)、(ii)、(iv)各个状态下，与前述的实施例同样。

另外，在本变形例的机械密封件1’中，作为向卡合状态的转移的顺序，也可以这样：在(ii)内周部6b的前端部6d与圆筒部2b的前端渐细面2p接触的状态后一度使它们接近(iv)使用状态，然后转移到(iii’)前端部6d与立设面2r的卡合状态。通过形成该顺序，从而能够使它们接近而无需对旋转环2与固定侧部件3的轴向接近距离进行管理，因此，能够使组装和定位固定的作业简单。

实施例2

参照图7对实施例2的机械密封件11进行说明。另外，对与实施例1同样的结构省略说明。

如图7所示，实施例2的机械密封件11从设置于旋转环12的圆筒部12b上的平坦面12q朝向凹陷面12g而具有倾斜面12t，内周部6b的前端部6d与该倾斜面12t卡合。即，如图7(b)所示，在(iii”)前端部6d与倾斜面12t的卡合状态下，越过了平坦面12q的前端部6d与圆筒部2b的倾斜面12t的一部分接触并卡合，但此时前端部6d具有的朝径向外侧的移位量从前端部6d位于平坦面12q的上部的δ1复原少许而变化成δ2。

因此，作为在前端部6d的前端面6ds与倾斜面12t之间产生的垂直阻力，是将由该内周部6b的挠曲量δ2所产生的复原力分解成垂直分量的力与将多弹簧5的反作用力分解成垂直分量的力之和，因此，与实施例1比较，能够得到较大的摩擦力。此外，由于具有倾斜面12t，因此，在由于检查等作业而需要分解时，通过将前端部6d扩径，从而也能够将旋转环2与固定侧部件3简单地分离。

另外，在实施例2的机械密封件11中，作为卡合状态，除了前述的前端部6d与倾斜面12t的卡合状态以外，也可以是实施例1中说明的前端部6d与平坦面12q的卡合状态，这样，由于可以使用倾斜面12t和平坦面12q的较宽范围作为圆筒部12b的被卡合部，因此，能够使它们接近而不对旋转环2与固定侧部件3的轴向接近距离进行管理，能够使组装和定位固定的作业简单。

此外，在本变形例的机械密封件11中，作为向卡合状态的转移的顺序，也可以这样：在(ii)内周部6b的前端部6d与圆筒部12b的前端渐细面12p接触的状态后，一度使它们接近到(iv)使用状态，然后，转移到(iii”)前端部6d与倾斜面12t的卡合状态。通过形成该顺序，能够使它们接近而无需对旋转环12与固定侧部件3的轴向接近距离进行管理，因此，能够使组装和定位固定的作业简单。

实施例3

参照图8对实施例3的机械密封件21进行说明。另外，对与上述实施例同样的结构省略说明。

如图8所示，机械密封件21的旋转侧部件22主要由环部件22a、圆筒部件22b、缓冲件22c这样的多个部件构成，环部件22a隔着缓冲材料22c而被圆筒部件22b保持。另外，环部件22a采用作为烧制材料的SiC，圆筒部件22b采用金属板等金属，缓冲件22c采用橡胶等具有弹性的原材料。

此外，在圆筒部件22b的轴向端部，从前端起设置有倾斜面22p、平坦面22q、立设面22r、槽部22g。

下面，对旋转侧部件22与固定侧部件3的卡合状态进行说明。当使旋转侧部件22与固定侧部件3接近时，密封壳6的内周部6b与前端部6d一同朝径向外侧向扩径方向弹性变形，与此同时，圆筒部件22b朝径向内侧向缩径方向弹性变形，当内周部6b的前端部6d上升到圆筒部件22b的平坦面22q上时，前端部6b与平坦面2q彼此在上下方向上按压而成为摩擦卡合的状态。即，在本实施例的情况下，旋转侧部件22的圆筒部件22b与固定侧部件3的内周部6b分别变形，从而分别产生复原力。通过形成这样的结构，从而能够使构成旋转侧部件22的部件的形状简易，能够抑制制造成本。

以上借助附图对本发明的实施例进行了说明，但具体的结构不限于这些实施例，不脱离本发明主旨的范围内的变更及追加也包括在本发明中。

例如，在上述实施例中，内周部6b的前端部6d作为本发明的卡合部而被设置成钩状，但卡合部的位置不限于前端，也可以将作为卡合部的凸部设置在内周部6b的轴向的中央附近。

此外，被设置在内周部6b的前端的缝隙6e不仅是上述实施例的多个的情况，也可以仅设置一处，优选的是至少三处以上，通过周向等配置，从而能够确保卡合时的稳定性。

标号说明

1、11 机械密封件

2、12 旋转环(旋转侧部件)

2a、12a 环部

2b、12b 圆筒部

2s、12s、22s 滑动端面

2p、12p、22p 前端渐细部(前端渐细形状：倾斜面)

2q、12q、22q 平坦面(被卡合部)

2r、22r 立设面(被卡合部)

3 固定侧部件

4 静止环

5 多弹簧(施力单元)

6 密封壳

6b 内周部

6e 缝隙

6d 前端部(卡合部)

6dw 前端侧面(卡合部)

9 外壳

10 旋转轴

12t 倾斜面(被卡合部)

22 旋转侧部件

22a 环部件

22b 圆筒部件