JP2002122243A

JP2002122243A - 分割型シール

Info

Publication number: JP2002122243A
Application number: JP2000316186A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Muraki; 良次村木
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2002-04-26

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な密封性を保ちつつ、内周材との摩擦を
小さく抑えることのできる圧力条件の上限を上昇させ
る。【解決手段】内周材８０が挿通された環状の端壁部１
２の高圧空間Ｈ側に非回転状態で配置された第一及び第
二シールリング２０，３０を備える。第一シールリング
２０は、第一セグメント２１が円周方向に隙間のある状
態で環状に組み合わされガータスプリング２２で弾性的
に結束されて内周材８０の外周面に密接され、第二シー
ルリング３０は第一シールリング２０を介してコンプレ
ッションスプリング４０により軸方向付勢されて一端面
３１ｃが端壁部１２に密接されると共に内周面と内周材
８０の外周面との間に隙間Ｇ_２を有する。第一セグメン
ト２１の内周面に、高圧空間Ｈ側に開放された圧力バラ
ンス溝２１ｃ，２１ｄが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円弧状の複数のセ
グメントを環状に組み合わせて結束した構造のシールリ
ングを有する分割型シールに関し、特に、高圧条件での
特性の改善を図ったものである。

【０００２】

【従来の技術】分割型シールは、比較的低圧（但し大気
圧よりも高圧）のガスを、回転軸が比較的高速で回転す
るような条件において、液体による摺動部の潤滑や冷却
を行うことなく、直接シールすることができる密封装置
として、例えばブロワやコンプレッサ等に使用されてい
る。また、合成ゴムやパーフロロエラストマ等からなる
パッキングが使用できないような高温又は極低温等の条
件において、メカニカルシールの固定環を、シールハウ
ジング側に気密的かつ軸方向移動可能な状態に保持する
手段として適用されることもある。いずれの場合も、分
割型シールは、内周において良好な密封性を保ちつつ、
内周材の外周面との摩擦を小さく抑える必要がある。

【０００３】従来の技術による分割型シールとしては、
例えば図１１及び図１２に示されるようなものがある。
まず図１１は、従来の分割型シール１００をその軸心を
通る平面で切断して示す断面図である。すなわちこの種
の分割型シール１００は、内周に回転軸２００が挿通さ
れた環状の端壁部１１０と、その高圧空間Ｈ側に形成さ
れたシールリング収容室１１１に非回転状態で配置され
た第一及び第二シールリング１２０，１３０と、第一シ
ールリング１２０を介して第二シールリング１３０を軸
方向に付勢し端壁部１１０に密接させるコンプレッショ
ンスプリング１４０とを備える。

【０００４】第一シールリング１２０は、図１２（ａ）
に示されるように、円弧状の複数のセグメント１２１を
円周方向に適当な円周方向隙間Ｇａのある状態で環状に
組み合わせてガータスプリング１２２で弾性的に結束し
たものであって、内周面１２０ａが回転軸２００の外周
面に密接されている。円周方向隙間Ｇａは、内周面１２
０ａが回転軸２００との摺接によって摩耗されるのに追
随して各セグメント１２１が内径方向へ変位し、回転軸
２００との密接状態を保つことを可能とするためのもの
である。

【０００５】第二シールリング１３０は、図１２（ｂ）
に示されるように、円弧状の複数のセグメント１３１を
円周方向両端が互いに密接した状態で環状に組み合わせ
てガータスプリング１３２で弾性的に結束したものであ
って、その内周面１３０ａと回転軸２００の外周面との
間には径方向隙間Ｇｂが存在し、コンプレッションスプ
リング１４０の軸方向付勢力が第一シールリング１２０
を介して与えられることにより、一端面が端壁部１１０
に密接されている。

【０００６】上記構成を備える分割型シール１００は、
図１２（ｃ）に示されるような円周方向複数の漏れ経路
１００ａを有する。この漏れ経路１００ａは、第一シー
ルリング１２０における各セグメント１２１間の円周方
向隙間Ｇａと、第二シールリング１３０の内周の径方向
隙間Ｇｂとが重なり合うことによって限定的に形成され
たものである。このため、ある程度の漏れを許容するよ
うな部分の密封手段、例えばメカニカルシールを冷却す
るクエンチング液が機外へ大量に流出するのを防止する
ために設けられる補助シールとして使用されることが多
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の分割型シール１００においては、一般に、回転軸２０
０の外周面に対する第一シールリング１２０の摩擦力
は、このシールリング１２０に作用する密封対象流体の
圧力に比例するため、所定の圧力を超える高圧条件で
は、摩擦力の増大によって摩耗や発熱が著しく大きくな
ったり、回転軸２００の軸方向変位等に対する第一シー
ルリング１２０の作動性が低下して第一シールリング１
２０と第二シールリング１３０及び第二シールリング１
３０と端壁部１１０との密接状態が損なわれ、大量の漏
れを発生するおそれがある。したがって、使用可能な圧
力の上限が比較的低いものであった。

【０００８】また、一般に摺動面の摩擦負荷を軽減する
ための方法としては、摺動面に動圧発生溝を設けて流体
の動圧による軸受力を発生させることが知られている
が、分割型シール１００を、例えばメカニカルシールに
おける固定環とシールハウジングとの間のように、相対
回転しない部材間の密封手段として採用した場合には、
第一シールリング１２０の内周面に動圧発生溝を設けて
も動圧を得られず、したがって高圧条件での摩擦力の増
大を抑えることが困難であった。

【０００９】本発明は、以上のような問題に鑑みてなさ
れたもので、その主な技術的課題とするところは、内周
において良好な密封性を保ちつつ、内周材との摩擦を小
さく抑えることのできる圧力条件の上限を上昇させるこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわち
請求項１の発明に係る分割型シールは、内周材が挿通さ
れた環状の静止シール部の高圧空間側に非回転状態で配
置された第一及び第二シールリングを備え、前記第一シ
ールリングは、円弧状の複数のセグメントを円周方向に
隙間のある状態で環状に組み合わせて弾性的に結束した
ものであって内周面が前記内周材の外周面に密接され、
前記第二シールリングは、前記第一シールリングを介し
て付勢手段により軸方向付勢されて一端面が前記静止シ
ール部に密接されると共に内周面と前記内周材の外周面
との間に隙間を有し、前記第一シールリングの内周面に
高圧空間側に開放された圧力バランス溝が形成されたも
のである。なお、前記内周材は、回転軸のような回転体
である場合や、非回転の円筒体である場合等がある。

【００１１】また、請求項２の発明に係る分割型シール
は、請求項１の構成において、第二シールリングの内周
面に、前記第一シールリング側に開放された圧力バラン
ス溝が形成されたものである。

【００１２】また、請求項３の発明に係る分割型シール
は、請求項１の構成において、第二シールリングが、円
弧状の複数のセグメントを円周方向に互いに密接衝合状
態で環状に組み合わせて弾性的に結束したものである。

【００１３】また、請求項４の発明に係る分割型シール
は、請求項１の構成において、第二シールリングが、自
己潤滑材料からなるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る分割型シール
の好適な実施の形態を図面を参照しながら説明する。ま
ず図１は、第一の実施の形態としての分割型シール１
を、その軸心を通る平面で切断して示す断面図で、図中
左側が密封対象となる機内の高圧空間Ｈ、右側が機外の
低圧空間Ｌとなっている。

【００１５】参照符号８０は内周材としての回転体であ
り、機器のシールハウジング（図示省略）に非回転状態
かつ気密的に配置されるハウジング側密封要素１０の内
周を貫通するように延びている。なお、ここでいう回転
体８０は、例えば回転軸であり、外周に金属スリーブが
装着されている場合は、この金属スリーブも含むもので
ある。

【００１６】ハウジング側密封要素１０の内周部には、
内周及び高圧空間Ｈ側に開放されたシールリング収容部
１１が形成され、低圧空間Ｌ側の端部には、円周方向に
連続した端壁部１２が形成され、シールリング収容部１
１には、第一及び第二シールリング２０，３０が配置さ
れている。また、ハウジング側密封要素１０の高圧空間
Ｈ側の端部には、環状のプレート１３がボルト１４によ
って固定されており、このプレート１３には、第一及び
第二シールリング２０，３０を静止シール部である端壁
部１２側へ軸方向に付勢する付勢手段としての複数のコ
ンプレッションスプリング４０が、軸方向に適宜圧縮さ
れた状態で配置されている。

【００１７】図２は第一シールリング２０の正面図、図
３はこの第一シールリング２０を構成する第一セグメン
ト２１を単体で示す斜視図である。すなわち、第一シー
ルリング２０は、図３に示されるような円弧状に形成さ
れた複数（図示の例では３個）の第一セグメント２１
を、図２に示されるように環状に組み合わせ、その外周
面に円周方向に形成された溝２１ａに装着したガータス
プリング２２によって弾性的に結束したもので、このガ
ータスプリング２２の張力によって、各セグメント２１
の内周面２１ｂが回転体８０の外周面に密接されるよう
になっている。

【００１８】各第一セグメント２１は適当な円周方向隙
間Ｇ_１をもって配置されている。この隙間Ｇ_１は、各第
一セグメント２１が、その内周面２１ｂが回転体８０と
の摺接によって経時的に摩耗するのに追随して、ガータ
スプリング２２の張力によって内径方向に変位可能とす
るものであり、これによって回転体８０との密接状態を
保つことができるようになっている。

【００１９】各第一セグメント２１の内周面２１ｂに
は、それぞれ円周方向に延びる圧力バランス溝２１ｃ
と、この圧力バランス溝２１ｃから軸方向に延びて高圧
空間Ｈ側の端面２１ｅの内周部に達する圧力バランス溝
２１ｄが形成されている。このため、第一セグメント２
１の内周を低圧側へ通過しようとする高圧空間Ｈ側の密
封対象ガスに対する堰き止めは、圧力バランス溝２１ｃ
より低圧側の面であるシールダム部２１Ｓにおいてなさ
れる。

【００２０】図４は第二シールリング３０の正面図、図
５はこの第二シールリング３０を構成する第二セグメン
ト３１を単体で示す斜視図である。すなわち第二シール
リング３０は、図５に示されるような円弧状に形成され
た複数（図示の例では３個）の第二セグメント３１を、
図４に示されるように円周方向両端が互いに密接した状
態で環状に組み合わせ、その外周面に円周方向に形成さ
れた溝３１ａに装着したガータスプリング３２によって
弾性的に結束したもので、各第二セグメント３１の内周
面３１ｂの曲率半径が回転体８０の外周面の半径よりも
僅かに大径に形成され、このため第二セグメント３１の
内周面３１ｂと回転体８０の外周面との間には、径方向
隙間Ｇ_２が存在する。

【００２１】第二セグメント３１の内周の径方向隙間Ｇ
_２は、極力小さく設定されている。このため、回転体８
０の偏心等によって、第二セグメント３１の内周面３１
ｂが、回転体８０の外周面と接触しても問題がないよう
に、第二セグメント３１は、例えばカーボン等のよう
な、自己潤滑性に富む材料で形成されている。

【００２２】コンプレッションスプリング４０は、プレ
ート１３と、第一シールリング２０における各第一セグ
メント２１との間で軸方向に適宜圧縮された状態に配置
されており、前記プレート１３に形成された保持穴１３
ａにそれぞれ半収容状態に保持されている。そして、こ
のコンプレッションスプリング４０の軸方向付勢力によ
って、第一及び第二シールリング２０，３０が互いに軸
方向に密接状態に衝合されると共に、第二シールリング
３０の各第二セグメント３１の端面３１ｃがハウジング
側密封要素１０の端壁部１２に密接されている。

【００２３】各第一セグメント２１及び各第二セグメン
ト３１には、それぞれ互いに対応する位置に、軸方向に
貫通した係合孔２１ｆ，３１ｄが形成されており、ハウ
ジング側密封要素１０の端壁部１２に軸方向に打ち込ま
れた回り止めピン１５が、双方の係合孔２１ｆ，３１ｄ
に跨って遊嵌係合している。これによって、第一及び第
二セグメント２１，３１が、径方向へ変位可能な状態で
回り止めされている。

【００２４】図６は第一及び第二シールリング２０，３
０の組み込み状態を示す正面図である。この図６に示さ
れるように、第一シールリング２０における各第一セグ
メント２１間の隙間Ｇ_１と、第二シールリング３０の分
割部（各第二セグメント３１の衝合部）３０ａが、互い
に異なる位相上に位置するように、ハウジング側密封要
素１０に組み込まれる。

【００２５】上記構成を備える分割形シール１は、図１
における左側の高圧空間Ｈから右側の低圧空間（機外の
大気）Ｌへの機内ガスの漏洩を抑止するもので、第一シ
ールリング２０における第一セグメント２１間の円周方
向隙間Ｇ_１と、第二シールリング３０の内周の径方向隙
間Ｇ_２とが重なり合った部分が、図６に示されるような
オリフィス状漏洩経路１ａとなる。

【００２６】図７は上記構成の分割型シール１に作用す
るガス圧力の分布を示す説明図である。すなわち上述の
構成によると、第一セグメント２１の外周面に作用する
密封対象ガスの圧力Ｐ_Ｈが、この第一のセグメント２１
を回転体８０の外周面に押し付ける方向に作用する。一
方、この第一セグメント２１の内周面２１ｂに形成され
た圧力バランス溝２１ｃ，２１ｄに導入されたガス圧力
Ｐ_Ｈは、回転体８０の外周面への第一セグメント２１の
押し付け力を相殺するように作用する。そして、圧力バ
ランス溝２１ｃ，２１ｄに導入されたガス圧力Ｐ_Ｈは、
シールダム部２１Ｓより高圧側では殆ど圧力損失を生じ
ないため、この部分ではガス圧力Ｐ_Ｈが径方向にほぼバ
ランスする。

【００２７】高圧空間Ｈの密封対象ガスの圧力Ｐ_Ｈは、
第一セグメント２１の内周面２１ｂにおけるシールダム
部２１Ｓを通過する際に圧力損失ΔＰ_１を生じてＰ_１と
なり、また、第二シールリング３０の内周の径方向隙間
Ｇ_２における第一シールリング２０側の端部の圧力は、
図６に示されるオリフィス状漏洩経路１ａの出口付近で
はＰ_２となり、その円周方向両側はＰ_２より低圧のＰ_３
となる。更に、前記径方向隙間Ｇ_２を通過する際の圧力
損失によって、低圧空間Ｌ側の出口では、この低圧空間
Ｌの圧力Ｐ_Ｌ（大気圧）まで低下する。

【００２８】ここで、高圧空間Ｈのガス圧力Ｐ_Ｈがある
程度の高圧になって、オリフィス状漏洩経路１ａでの流
速が音速になった状況（チョーク流れという）では、オ
リフィス状漏洩経路１ａにおける圧力損失ΔＰ_２が一定
となるので、Ｐ_Ｈが高圧であるほど、オリフィス状漏洩
経路１ａの出口付近の圧力Ｐ_２も高圧になる。しかも、
第二シールリング３０の内周の径方向隙間Ｇ_２は、極力
小さく設定されているため、圧力Ｐ_２は容易に逃げず、
その結果、径方向隙間Ｇ_２における第一シールリング２
０側の端部の圧力が高く維持される。そして、この圧力
と、高圧空間Ｈの圧力Ｐ_Ｈとの差圧は、第一セグメント
２１に回転体８０の外周面への押し付け荷重として作用
するが、この差圧が小さくなるため、回転体８０の外周
面と第一セグメント２１との摩擦が軽減される。

【００２９】また、第二シールリング３０の内周の径方
向隙間Ｇ_２が小さく設定されているため、回転体８０の
振動や偏心、あるいは回転体８０と第二シールリング３
０の熱膨張差等によって、第二セグメント３１の内周面
３１ｂが回転体８０の外周面に接触するおそれがある
が、第二セグメント３１は自己潤滑性に優れたカーボン
等の材料からなり、しかもガータスプリング３２の弾性
によって円周方向へ互いに分離可能であるため、回転体
８０との接触による負荷の増大が抑えられる。

【００３０】次に図８は、本発明に係る分割型シールの
他の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す断面図
である。この実施の形態による分割型シールにおいて、
上述した第一の実施の形態と異なるところは、第一シー
ルリング２０の第一セグメント２１の内周面２１ｂに形
成した圧力バランス溝２１ｃ，２１ｄに加えて、第二シ
ールリング３０の各第二セグメント３１の内周面３１ｂ
にも圧力バランス溝３１ｅ，３１ｆを形成したことにあ
る。

【００３１】詳しくは、第二セグメント３１の内周面３
１ｂには、比較的第一シールリング２０寄りに位置し
て、それぞれ円周方向に延びる圧力バランス溝３１ｅ
と、この圧力バランス溝３１ｅから軸方向に延びて第一
シールリング２０側の端面の内周部に達する圧力バラン
ス溝３１ｆが形成されている。その他の部分の構成は、
第一の実施の形態と同様である。

【００３２】図９は上記他の形態による分割型シール１
に作用するガス圧力の分布を示す説明図である。すなわ
ち上述の構成によると、第一セグメント２１に径方向に
作用する密封対象ガスの圧力Ｐ_Ｈの分布は、先に説明し
た図７と同様である。そして、圧力Ｐ_Ｈの密封対象ガス
は、第一セグメント２１の内周面におけるシールダム部
２１Ｓを通過する際に、圧力損失ΔＰ_１を生じてＰ_１に
低下し、また、図６に示されるオリフィス状漏洩経路１
ａでは圧力損失ΔＰ_２を生じてその出口付近の圧力がＰ
_２となる。

【００３３】ここで、第二シールリング３０における各
第二セグメント３１の内周面３１ｂに形成された圧力バ
ランス溝３１ｅ，３１ｆは、オリフィス状漏洩経路１ａ
でのチョーク流れにより生じた圧力Ｐ_２に近似した圧力
Ｐ_３を円周方向全域に導入し、第二シールリング３０の
内周の径方向隙間Ｇ_２を高圧に保持する作用を有するも
のである。

【００３４】具体例を示すと、今、機内の高圧空間Ｈの
ガス圧力Ｐ_Ｈが０．８ＭＰａ［ａｂｓ］、機外の低圧空
間Ｌの圧力Ｐ_Ｌが大気圧（０．１ＭＰａ［ａｂｓ］）で
ある場合、第一シールリング２０における第一セグメン
ト２１間の円周方向隙間Ｇ_１（図２参照）や、第二シー
ルリング３０の内周の径方向隙間Ｇ_２や、第一及び第二
セグメント２１，３１のシールダム部２１Ｓ，３１Ｓの
軸方向幅等を、適切に設計することによって、Ｐ_１＝
０．７５ＭＰａ、Ｐ_２＝０．４０ＭＰａ、Ｐ_３＝０．３
６ＭＰａになったとする。この場合、圧力Ｐ_２はオリフ
ィス状漏洩経路１ａでのチョーク流れによるものである
から、オリフィス状漏洩経路１ａ付近にのみ発生し、径
方向隙間Ｇ_２のうち第一シールリング２０寄りにおける
圧力は、オリフィス状漏洩経路１ａの出口を除く円周方
向大部分が、圧力バランス溝３１ｅ，３１ｆによってＰ
_３程度の圧力に保持される。このため、第一シールリン
グ２０（第一セグメント２１）に回転体８０の外周面へ
の押し付け荷重として作用する差圧ΔＰは、ΔＰ＝Ｐ_Ｈ
−Ｐ_３＝０．４４ＭＰａとなる。

【００３５】すなわちこの例では、高圧空間Ｈのガス圧
力Ｐ_Ｈと、低圧空間Ｌの圧力Ｐ_Ｌとの差圧が、０．８Ｍ
Ｐａ−０．１ＭＰａ＝０．７ＭＰａという条件でシール
を行っているにも拘らず、第一セグメント２１に押し付
け荷重として作用する差圧は、０．４４ＭＰａに過ぎな
い。

【００３６】したがって、回転体８０の外周面に対する
第一セグメント２１の摩擦が一層有効に軽減され、その
結果、第一セグメント２１の内周面２１ｂの摩耗が抑制
されると共に、ハウジング側密封要素１０と回転体８０
の軸方向相対変位に対する追随性も良好に維持されて、
ハウジング側密封要素１０の端壁部１２と第二シールリ
ング３０との密接状態及び第一シールリング２０と第二
シールリング３０との密接状態が損なわれるのを防止す
ることができる。またこのため、例えば、従来構造にお
いては０．５ＭＰａ程度とされていた高圧空間Ｈと低圧
空間Ｌとの差圧の上限を、装着スペースの増大等を来す
ことなく、１．５〜２倍程度に引き上げることが可能と
なる。

【００３７】なお、第二シールリング３０は、回転体８
０の外周面と密接させるものではないので、必ずしも上
述の各形態のように、複数の第二セグメント３１をガー
タスプリング３２によって弾性的に結束した構成とする
必要はなく、例えば円周方向に連続した単一の環状とし
たり、あるいは複数の第二セグメント３１を互いにボル
ト等で連結して環状としたものであっても良い。但し、
上述のように、第二セグメント３１をガータスプリング
３２によって弾性的に結束した構造とすれば、先に説明
したように、回転体８０の外周面と接触しても、これに
よる負荷の増大を緩和することができるので、回転体８
０の外周面との間の径方向隙間Ｇ_２を小さくできるとい
った利点がある。

【００３８】［実施例］図１０は、本発明に係る分割型
シール１を、ドライガスシール２の固定環７０とシール
ハウジング５０との間の密封手段として採用した実施例
を示す要部断面図で、この図において、参照符号５０は
回転体８０の軸封部を包囲するように複数の部材によっ
て組み立てられたシールハウジングである。

【００３９】ドライガスシール２は、回転軸９０の外周
に配置されて内周部がこの回転軸９０のスリーブ９１，
９２間に挟持・固定された回転環６０と、この回転環６
０の軸方向両側に対向配置されると共に外周がそれぞれ
シールハウジング５０に打ち込まれたノックピン５１に
より回り止めされた一対の固定環７０，７０とを備え、
動的シール部Ｓが回転環６０の軸方向両側に存在するダ
ブルシールの形態を有する。各固定環７０は、シールハ
ウジング５０の内周部に固定された支持筒５２の外周に
軸方向移動可能に支持されており、本発明による分割型
シール１は、各固定環７０と支持筒５２との間に配置さ
れている。なお、参照符号５３，９３，９４はパッキン
である。

【００４０】この実施例においては、固定環７０が分割
型シール１における静止シール部に相当するものであ
り、すなわち、コンプレッションスプリング４０の軸方
向付勢力によって、第一及び第二シールリング２０，３
０が互いに軸方向に密接状態に衝合されると共に、第二
シールリング３０の各第二セグメント３１の端面３１ｃ
が、固定環７０における回転環６０と反対側の端面に密
接されている。また、コンプレッションスプリング４０
は、第一及び第二シールリング２０，３０を介して固定
環７０を回転環６０側へ向けて付勢する手段を兼ねてい
る。

【００４１】また、この実施例においては、シールハウ
ジング５０の支持筒５２が、分割型シール１の内周材に
相当するものであり、この支持筒５２は非回転であるか
ら、第一シールリング２０における第一セグメント２１
の内周面が、内周材としての支持筒５２と円周方向に摺
動することはない。

【００４２】回転環６０の両端面における固定環７０，
７０との対向面には、動圧発生溝６１，６１が形成され
ており、回転環６０が回転軸９０と一体的に回転するこ
とによって、固定環７０，７０との間に、動圧発生溝６
１，６１による顕著な動圧を発生するようになってい
る。すなわちこのドライガスシール２は、回転時に動圧
発生溝６１，６１により発生する動圧によって、固定環
７０，７０を、コンプレッションスプリング４０の付勢
力に抗して、回転環６０との間に微小な隙間のある状態
に保持しつつ、軸封機能を奏するものである。

【００４３】ドライガスシール２の機外側にはラビリン
スシール３が設けられている。このラビリンスシール３
は、シールハウジング５０側に固定され、回転軸９０の
外周面に設けられたカラー９５の外周面に内周縁が近接
した複数の環状プレート３ａを有する公知の構造を有す
るもので、各環状プレート３ａとカラー９５の外周面と
の間の微小間隙で漏れ圧力を減衰させる、非接触式のシ
ールである。

【００４４】ドライガスシール２の機内側の空間（以
下、機内空間という）Ａには圧力Ｐ_Ａの密封対象ガス
（例えば水蒸気）が存在しており、シールハウジング５
０とドライガスシール２との間の中間室Ｂには、シール
ハウジング５０に設けられた給排気孔５４を介して、機
内空間Ａより高圧Ｐ_Ｂのバッファガス（例えば水蒸気）
が供給されている。ドライガスシール２とラビリンスシ
ール３との間は、シールハウジング５０に設けられた漏
洩ガス排出孔５５が開口した漏洩空間Ｃとなっており、
この漏洩空間Ｃの圧力Ｐ_Ｃは、機外Ｄと同じ大気圧
（０．１ＭＰａ）となっている。したがって、分割型シ
ール１及びドライガスシール２の周囲の圧力関係は、Ｐ
_Ｃ＜Ｐ_Ａ＜Ｐ_Ｂとなっている。

【００４５】以上の構成において、ドライガスシール２
は、機内空間Ａ及び漏洩空間Ｃよりも高圧のバッファガ
スを中間室Ｂに供給して機内空間Ａ及び漏洩空間Ｃ側へ
僅かずつ流出させ、これによって、機内空間Ａの密封対
象ガスを機外Ｄへ漏らさないようにしているものであ
る。中間室Ｂから漏洩空間Ｃへ流出したバッファガス
は、漏洩ガス排出孔５５を介して排出される。

【００４６】非接触式メカニカルシールであるドライガ
スシール２にあっては、回転環６０と固定環７０，７０
とのシール隙間を、常に最良の状態に維持するために、
固定環７０，７０の軸方向作動性を良好にすることが重
要である。すなわち、固定環７０，７０の軸方向作動性
が不良であると、回転軸９０の軸方向変位等に伴って回
転環６０が軸方向変位した時に、この変位に対して固定
環７０，７０が応答性良く追随することができないの
で、回転環６０が一方の固定環７０に接触して摩耗や異
常発熱を来したり、他方の固定環７０との隙間が増大し
て漏れが著しく増大するからである。

【００４７】しかしながら、この実施例では、ドライガ
スシール２における固定環７０とシールハウジング５０
（支持筒５２）との間の密封手段として、本発明の分割
型シール１を採用しており、その周囲の圧力関係がＰ_Ｂ
＞Ｐ_Ａ及びＰ_Ｂ＞Ｐ_Ｃにあるため、この分割型シール１
は、先に説明した作用によって、支持筒５２の外周面に
対する第一セグメント２１の摩擦が小さなものとなり、
固定環７０，７０の軸方向作動性を良好にすることがで
きる。

【００４８】

【発明の効果】請求項１の発明に係る分割型シールによ
れば、第一シールリングの内周面に高圧空間側に開放さ
れた圧力バランス溝を有することによって、内周材に対
する第一シールリングの押し付け荷重が小さくなり、内
周材との摩擦が軽減される。したがって、内周において
良好な密封性を保ちつつ内周材との摩擦を小さく抑える
ことのできる圧力条件の上限を、上昇させることができ
る。

【００４９】しかも、動圧を利用するものではないの
で、例えばメカニカルシールにおける固定環とシールハ
ウジングとの間のように、相対回転しない部材間の密封
手段として採用した場合でも、内周材との摩擦力を有効
に軽減することができる。

【００５０】請求項２の発明に係る分割型シールによれ
ば、第二シールリングの内周面にも、第一シールリング
側に開放された圧力バランス溝が形成されているので、
第一シールリングの第一セグメントの間の円周方向隙間
と第二シールリングの内周の径方向隙間とによって形成
されるオリフィス状漏洩経路に発生するチョーク流れに
よる圧力が全周に導入され、その結果、第一シールリン
グに作用する差圧が軽減されて、内周材との摩擦が一層
軽減される。

【００５１】請求項３の発明に係る分割型シールによれ
ば、第二シールリングが、円弧状の複数のセグメントを
円周方向に互いに密接衝合状態で環状に組み合わせて弾
性的に結束した構成を備えるため、第二シールリングの
内周面が、内周材の偏心や、内周材と第二シールリング
の熱膨張差等によって、内周材の外周面と接触しても、
これによる負荷の増大を緩和することができ、したがっ
て、内周材の外周面との間の径方向隙間を小さくして、
密封性能を向上させることができる。

【００５２】請求項４の発明に係る分割型シールによれ
ば、第二シールリングが、自己潤滑材料からなるため、
第二シールリングの内周面が、内周材の偏心や、内周材
と第二シールリングの熱膨張差等によって、内周材の外
周面と接触しても、これによる負荷の増大を緩和するこ
とができ、したがって、内周材の外周面との間の径方向
隙間を小さくして、密封性能を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分割型シールの実施の形態を、軸
心を通る平面で切断して示す半断面である。

【図２】上記実施の形態における第一シールリングを示
す正面図である。

【図３】上記実施の形態における第一シールリングを構
成するセグメントを単体で示す斜視図である。

【図４】上記実施の形態における第二シールリングを示
す正面図である。

【図５】上記実施の形態における第二シールリングを構
成するセグメントを単体で示す斜視図である。

【図６】上記実施の形態における第一及び第二シールリ
ングの組み込み状態を示す正面図である。

【図７】上記実施の形態におけるガス圧力の分布を示す
説明図である。

【図８】本発明に係る分割型シールの他の形態を、軸心
を通る平面で切断して示す半断面である。

【図９】上記他の形態におけるガス圧力の分布を示す説
明図である。

【図１０】本発明に係る分割型シールを、ドライガスシ
ールの固定環とハウジングとの間の密封手段として採用
した実施例を示す説明図である。

【図１１】従来の技術に係る分割型シールを、軸心を通
る平面で切断して示す半断面である。

【図１２】従来の技術に係る分割型シールを示すもので
（ａ）は第一シールリングを軸方向から見た正面図であ
り、（ｂ）は第二シールリングを軸方向から見た正面図
であり、（ｃ）は第一及び第二シールリングの組み込み
状態を示す正面図である。

【符号の説明】

１分割型シール２ドライガスシール３ラビリンスシール１０密封要素１１シールリング収容部１２端壁部（静止シール部）１３プレート１５回り止めピン２０第一シールリング２１第一セグメント２１ｃ，２１ｄ，３１ｅ，３１ｆ圧力バランス溝２２，３２ガータスプリング３０第二シールリング３１第二セグメント４０コンプレッションスプリング（付勢手段）５０シールハウジング５２支持筒（内周材）６０回転環６１動圧発生溝７０固定環（静止シール部）８０回転体（内周材）９０回転軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒面状の内周材（８０，５２）が挿通
された環状の静止シール部（１２，７０）の高圧空間
（Ｈ）側に非回転状態で配置された第一及び第二シール
リング（２０，３０）を備え、前記第一シールリング（２０）は、円弧状の複数のセグ
メント（２１）を円周方向に隙間（Ｇ_１）のある状態で
環状に組み合わせて弾性的に結束したものであって内周
面（２１ｂ）が前記内周材（８０，５２）の外周面に密
接され、前記第二シールリング（３０）は、前記第一シールリン
グ（２０）を介して付勢手段（４０）により軸方向付勢
されて一端面（３１ｃ）が前記静止シール部（１２，７
０）に密接されると共に内周面（３１ｂ）と前記内周材
（８０，５２）の外周面との間に隙間（Ｇ_２）を有し、前記第一シールリング（２０）の内周面（２１ｂ）に、
前記高圧空間（Ｈ）側に開放された圧力バランス溝（２
１ｃ，２１ｄ）が形成されたことを特徴とする分割型シ
ール。
【請求項２】前記第二シールリング（３０）の内周面
（３１ｂ）に、前記第一シールリング（２０）側に開放
された圧力バランス溝（３１ｅ，３１ｆ）が形成された
ことを特徴とする請求項１に記載の分割型シール。
【請求項３】前記第二シールリング（３０）が、円弧
状の複数のセグメント（３１）を円周方向に互いに密接
衝合状態で環状に組み合わせて弾性的に結束したもので
あることを特徴とする請求項１に記載の分割型シール。
【請求項４】前記第二シールリング（３０）が、自己
潤滑材料からなることを特徴とする請求項１に記載の分
割型シール。