JPH04145267A - 非接触端面シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は非接触端面シールに関する。

［従来の技術］ 従来の非接触端面シールを第７図について説明する。回
転軸１０には、軸スリーブ１が回転軸１０に螺合するナ
ツト７により固設され、その軸スリーブ１には、回転環
２が固設されている。

他方、ケーシング８には、スプリングリテーナ６が固設
され、そのリテーナ６には、シールリングリテーナ５が
軸方向に摺動自在に設けられている。このシールリング
リテーナ５には、回転環２に対向する固定環４が固設さ
れ、その固定環４は、両リテーナ５．６間に介装された
ばね９により回転環２に圧接され、密封面Ａが形成され
ている。

そして、密封面Ａを形成する回転環２及σ固定環４の端
面の一方（図示の例では回転環２の端面）には、第２図
に示すようなスパイラル溝３１ａとスパイラルリッジ（
溝でない部分）３１ｂとが交互に並んでいるスパイラル
溝部３１が形成されている。

この構成において、回転軸１０が回転して回転環２が固
定環４に対し第２図に矢印Ｂで示す方向に相対的に回転
すると、スパイラル溝３１ａがボンピング作用により高
圧シール流体を高圧側Ｈから低圧側りに巻き込み、密封
面Ａに流体膜を形成し、密封面を非接触状態とする。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のスパイラル溝３１ａを持った非接触端面シールは
、スパイラル溝３１ａのボンピング作用を有効とする回
転方向が一方向に限定されているので、回転軸１０の正
逆両方向の回転は不可能であった。

本発明は、回転軸の正逆両方向の回転を可能にする非接
触端面シールを提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、回転軸と共に回転する回転環と回転機
械のケーシングに軸方向の動きが自由である状態に取付
けられた固定環との端面の間に浮動する中間リングを介
装し、該中間リングの両端面とそれに対向する前記回転
環及び固定環の端面とで密封面を形成し、その一方の密
封面を形成する端面の一方に滑り合うことによって高圧
シール流体を低圧側に巻き込む方向のスパライル溝を形
成し、他方の密封面を形成する端面の一方に前記中間リ
ングが回転しようとするのに対し前記高圧シール流体を
高圧側に押し戻す方向のスパライル溝を形成している。

上記中間リングの内周と回転軸又は軸スリーブとが滑り
合う面のいずれか一方にヘリングボーン溝又はスパイラ
ル溝等を形成し、中間リングが回転軸又は軸スリーブに
対し、相対回転する場合に、その内周が非接触状態とな
るように効果的に軸受作用をさせるのが好ましい。

また、密封面のスパイラル溝を形成した部分を、他の部
分より僅かに窪ませ、シール流体が密封面に充分に入り
込むようにして、起動時のすべり抵抗を低減するのが好
ましい。

また、一方の密封面の高圧側（外側）に通じているスパ
イラル溝の半径方向内方に低圧側（内側）着固定作用と
を強化するのが好ましい。

［作用］ 上記のように構成された非接触端面シールにおいては、
回転軸と共に回転環が回転すると、中間リングの回転環
側における密封面のスパイラル溝がボンピング作用でシ
ール流体を高圧側から低圧側に巻き込み、密封面に流体
膜を形成し、密封面は非接触状態となる。他方、固定環
側の密封面のスパイラル溝がボンピング作用でシール流
体を低圧側から高圧側に押し戻し、中間リングを固定環
に吸着固定する。

また、回転軸が逆方向に回転すると、前述とは逆に中間
リングは回転環に吸着固定され、中間リングと固定環と
に流体膜が形成され、密封面は非接触状態となる。

［実施例コ 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

なお、第１図において第７図に対応する部分については
、同じ符号を付して重複説明を省略する。

第１図において、回転環２と固定環４との間には、中間
リング３が回転自在に設けられ、ばね９と固定環４とに
より回転環２に圧接されており、中間リング３の両端面
と回転環２及び固定環４との間に、それぞれ密封面Ａｌ
、Ａ２が形成されている。

その一方の密封面Ａ１を形成する中間リング３及び回転
環２の端面の一方（図示の例では中間リング３の左端面
）には、スパイラル溝３１ａとスパイラルリッジ３１ｂ
とが交互に並んでいるスパイラル溝部３１と、リッジ３
１ｂと面一なシーリングダム部３２とが形成されている
。

また、他方の密封面Ａ２を形成する中間リング３及び固
定環４の端面の一方（図示の例では中間リング３の右端
面）には、第２ａ図に示す通り、回転環２の方向に見て
第２図と逆方向の、すなわち軸方向投影面上において密
封面Ａ１側とは同一方向のスパイラル溝部３１と、シー
リングダム部３２とが形成されている。

これらのスパイラル溝部３１．３１のスパイラル溝３１
ａ、３１ａの形状及び本数は、全く同じでもよいし、異
なっていてもよい。また、スパイラル溝部３１．３１は
、回転環２と固定環４とに設けてもよい。また、スパイ
ラル溝部３１を形成する側（図示の例では中間リング３
）の材料は、硬質材料、例えば超硬合金、セラミックス
（ＳｉＣ，Ｓ　ｉ３Ｎ４、Ａｊ！　２０３　）あるいは
特に表面を硬化した金属などであり、相手側（図示の例
では回転環２、固定環４）の材料は、カーボンを代表と
する軟質材料標準とするが、硬質材料でもよい。なお、
回転する回転環あるいは中間リングがセラミックス、カ
ーボンで作られた場合は、外周に金属製補強リングを焼
き嵌めし、遠心力に対する強度を増加する必要がある。

また、高圧側Ｈ及び低圧側りが図示の例と逆の場合は、
スパイラル溝部３１の開放端を高圧側とするために溝を
内側に形成する。

次に作用について説明する。

回転軸１０と共に回転環２が矢印ａ方向に回転し、中間
リング３の密封面Ａ１の端面に対して、第２図において
矢印Ｃ方向に回転環２が回転すると、密封面Ａ１のスパ
イラル溝３１ａがボンピング作用で高圧シール流体を高
圧側Ｈから低圧側りに巻き込み、密封面に流体膜を形成
する。これにより密封面Ａ１は非接触状態となる。この
際、密封面Ａ１間の隙間は、可及的に小さくして漏れを
制限するようにするのが好ましい。

他方、密封面Ａ２において、中間リング３が回転環２に
追従して第２ａ図において矢印Ｂ方向に回転しようとす
ると、スパイラル溝３１ａがボンピング作用でシール流
体を低圧側りから高圧側Ｈに押し戻し、中間リング３を
固定環４に吸着して固定する。

また、回転軸１０が逆方向に回転すると、中間リング３
は、前述とは逆に回転環２に吸着固定され、中間リング
３と固定環４との間に流体膜が形成される。

第３図は本発明の別の実施例を示し、中間リング３又は
軸スリーブ１の一方、図示の例では軸スリーブ１の外周
に、ヘリングボーン溝３３又はスパイラル溝を形成し、
他を第１図と同様に構成した例である。前実施例では、
回転軸１０が正方向に回転する場合には軸スリーブ１に
対し、中間リング３が相対回転し、中間リング３の内周
と軸スリーブ１とが滑り合うことになるので、両者１．
３の間の隙間を少なくして軸受作用をさせるが、本実施
例ではへリングボーン溝３３又はスパイラル溝により軸
受作用をより効果的にすることができる。

第４図は本発明の別の実施例を示し、中間リング３Ａの
スパイラル溝部３１を形成した部分を、シーリングダム
部３２より量ｈｔ（例えば３ミクロン以下）だけで僅か
に窪ませ、他を第１図と同様に構成した例である。この
実施例では、シール流体を密封面Ａ１、Ａ２間に充分に
入り込むようにし、始動時のすべり抵抗を極力小さくす
ることができる。

第５図及び第６図は本発明の別の実施例を示し、中間リ
ング３Ｂの密封面Ａｌ側の端面に、スパイラル溝部３１
を設け、更に、シーリングダム部３２の半径方向内側の
部分に、スパイラル溝部３１と逆向きでかつ低圧側りに
開放したスパイラル溝部３１Ａを形成し、密封面Ａ２側
の端面に軸方向投影面上に４見て同様な方向のスパイラ
ル溝部３１．３１Ａを形成した例である。なお、半径方
向内側のスパイラル溝部３１Ａの内方の直径２ｒ１′は
、第１図において、固定環４の内径と２ｒｌと等しいか
小さくとられており、外側のスパイラル溝部３１は、シ
ーリングダム部３２より量ｈｔだけ僅かに窪ませである
。この実施例では、回転環２側の外側のスパイラル溝部
３１は、高圧側Ｈのシール流体をボンピング作用で巻き
込んで流体膜を形成し内側のスパイラル溝部３１Ａは、
高圧側から漏れるシール流体を押し戻す。他方、固定環
４側の外側及び内側のスパイラル溝部３１．３１Ａは、
密封面Ａ２にある流体を、それぞれ高圧側Ｈ及び低圧側
りに排除し、中間リング３Ｂを固定速４に吸着固定する
。また、回転軸１ｏが逆方向に回転すると、中間リング
３Ｂは、逆に回転環２に吸着固定され、中間リング３Ｂ
と固定環との間に流体膜が形成される。

［発明の効果コ 本発明は、以上説明したように構成されているので、回
転環と固定環との間に設けた中間リングと、中間リング
の両側に形成された密封面のい、ずれかの端面に形成し
たスパイラル溝とにより、回転軸の正逆方向の回転に対
し、非接触な密封面を形成し、漏れの少ないシールを提
供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側断面図、第２図はス
パイラル溝部を示す中間リングの正面図、第２ａｌｌは
中間リングの他の端面の正面図、第３図は本発明の別の
実施例の要部を示す側面図、第４図及び第５図は本発明
のそれぞれ異なる別の実施例の要部を示す中間リングの
側断面図、第６図は第５図の正面図、第７図は従来シー
ルを示す側断面図である。 Ａ１、Ａ２・・・密封面　　２・・・回転環３．３Ａ、
３Ｂ・・・中間リング　　４０１．固定環　　８・・・
ケーシング　　１ｏ・・・回転軸　３１．３１Ａ・・・
スパイラル溝部　　３１φスパイラル溝 ３１ｂ　・ ・スパイラ ルリッジ 第 図 第 図 第２２Ｉ！１ 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸と共に回転する回転環と回転機械のケーシングに
   軸方向の動きが自由である状態に取付けられた固定環と
   の端面の間に浮動する中間リングを介装し、該中間リン
   グの両端面とそれに対向する前記回転環及び固定環の端
   面とで密封面を形成し、その一方の密封面を形成する端
   面の一方に滑り合うことによって高圧シール流体を低圧
   側に巻き込む方向のスパライル溝を形成し、他方の密封
   面を形成する端面の一方に前記中間リングが回転しよう
   とするのに対し前記高圧シール流体を高圧側に押し戻す
   方向のスパライル溝を形成したことを特徴とする非接触
   端面シール。