JP2008121891A - スライドリングシール、スライドリングシール装置及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本質的により簡単かつ少ない部品から製造することができ、そのため製造技術的及び経済的観点においてより簡単かつ低コストで好適に製造することが可能なスライドリングシールを提供する。
【解決手段】 本願発明のスライドリングシールは、１つの対向リング（２）を含む被密閉軸（０）を取り囲むスライドリングシールであって、被密閉軸（０）がスライドリングシールの１つの構成要素として形成され、被密閉軸（０）と対向リング（２）が一体的にかつ単一の材料から形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スライドリングシール、スライドリングシール装置及びその使用方法に関する。

従来の技術

スライドリングシール及びスライドリングシール装置は一般に公知である（例えば特許文献１参照）。スライドリングシールは、１つの対向リングと１つの調整リングを含み、これらのリングは、相対的に捩じれることがないように互いに連結されており、かつ相対的に捩れることがないように被密閉軸を周側から取り囲んでいる。特許文献１の構成では、調整リングが、円周方向に均一に配分された複数のねじ状の固定要素によって、相対的に捩れることがないように被密閉軸に連結され、対向リングは調整リングに対して、調整リングは被密閉軸に対して、それぞれエラストマ材料からなるＯリングによって密閉されている。捩れを防止した調整リングに対する対向リングの組込みを保証するために軸線方向に延伸するピン状の取付具が設けられている。
ドイツ連邦共和国特許公報第4415115号C1明細書

本発明は、スライドリングシール及びスライドリングシール装置が本質的により簡単かつ少ない部品からなる構造を有し、そのため製造技術的及び経済的観点においてより簡単かつ低コストで好適に製造可能であるように、上記した形式のスライドリングシール及びスライドリングシール装置を引き続き開発することを課題とする。組立時に誤る危険性は最小限に抑えられなければならない。

上記課題は、１つの対向リングを含む被密閉軸を取り囲むスライドリングシールにおいて、被密閉軸がスライドリングシールの１つの構成要素として形成され、被密閉軸と対向リングが一体的にかつ単一の材料から形成されているスライドリングシールによって解決される。すなわち、上記課題は、本発明により請求項１及び請求項８に記載の特徴によって解決される。好ましい実施態様は従属形式の請求項に記載する構成を有する。

上記課題は、１つの対向リングを含む被密閉軸を取り囲むスライドリングシールであって、被密閉軸がスライドリングシールの１つの構成要素として形成され、かつ被密閉軸と対向リングが一体的にかつ単一の材料から形成されているスライドリングシールによって解決される。この場合、対向リング及び被密閉軸が、一体として形成されて一体性を有するため、被密閉軸を密閉するために、別個の独立したシールリングを必要としないユニットを形成可能であることが利点として挙げられる。さらに、従来の技術からのスライドリングシールと異なり、調整リングから被密閉軸へ及び調整リングから対向リングへの回転を防止する部材（捩り保護）を必要とせず、これは被密閉軸及び対向リングが相互の回転が固定されて回転することのないように組み込まれていることにより取り計らわれている。

さらにスライドリングシール及びスライドリングシール装置の製造は、被密閉軸が摩擦によって係合するように及び/又は形状に基づいて嵌合するように、それぞれ別個に製造された、たとえば調整リング又は対向リングのような部材が被密閉軸に固定される従来の場合と比較して、本願の対向リングと被密閉軸とが一体のユニットをなす場合に、本質的に簡単に釣合いをとることができ、製造が簡単になることを利点として挙げることができる。

対向リング及び被密閉軸を形成するユニットは、好ましくは焼入鋼からなる。この種のユニットは、ユニットを好ましくは切削によって、特に旋削によって製造可能であるために、コストの面で有利に製造可能である。「硬質旋削」製造方法を利用する時に達成可能な対向リングのシール面の高い品質が必要とされるので、要求されたシール作用を達成するために、対向リングは小さな送りによってのみ加工される。高価値の旋盤及び硬質工具鋼との関連性において、本質的に簡素化された製造工程により、ラッピング又は研磨表面と同様の良好な使用特性を有する表面を製造することが可能となる。

対向リングは、スライドリングの第２シール面に当接して密閉する第１シール面を有し、第２シール面は軸線方向で弾性的かつ可撓性である。

少なくとも第１シール面は、表面粗さ（粗さ深さ）Raが0.1〜0.3の範囲にある。このような表面粗さは、硬質旋削によって達成することができ、この表面粗さは、良好な密閉性を備えるスライドリングシールの製造に適用することを完全に満足する。

第１シール面には、円周方向で互いに隣接して、均一に配設されたガス供給作用を有する凹所が設けられ、凹所は実質上半径方向に延伸し、凹所は弓形形状に形成されていることが好ましい。この構成は、特に、本願のスライドリングシール又はスライドリングシール装置をガスタービンに使用する場合に有意義である。対向リングのシール面内にガス供給作用を有する凹所を設けることは、たとえば欧州特許出願公開第1054196号A2明細書から公知である。このガス供給作用を有する凹所によって、密閉されるガス状の媒体が広範囲に、たとえば油粒子のような非ガス状の成分を含まない状態にとどまることが保証される。ガス供給作用を有する凹所によって、スライドリングシールのあらゆる運転状態において対向リングとスライドリングのシール面の間に充分に安定したガスクッションが形成され、存在し、ガス供給作用を有する凹所を備える構成によって、漏れ損失が最小限になり、被密閉空間から環境方向への漏れ流が、非気体状の成分がスライド面の、シール面間へ到達することを阻止する。ガス供給作用を有する凹所をガス潤滑スライドリングシールに適用することができる。

本願発明は、１つの対向リング（２）を含む被密閉軸（０）を取り囲むスライドリングシールに関し、被密閉軸（０）がスライドリングシールの１つの構成要素として形成され、被密閉軸（０）と対向リング（２）が一体的にかつ単一の材料から形成されているスライドリングシールである。本願構成によれば、スライドリングシール及びスライドリングシール装置を本質的により簡単かつ少ない部品から製造することができ、そのため製造技術的及び経済的観点においてより簡単かつ低コストで好適に製造することが可能となる。

一実施例を以下において模式的に示す図１及び２を利用してより詳しく説明する。図３から６に本発明の応用実施形態を示す。

図１は、本発明に係るスライドリングシールを含む本発明に係るスライドリングシール装置の一実施例を示す。被密閉軸０及び対向リング２は、一体的にかつ単一の材料から、互いの材料が相互に移行し合うように形成され、ともにユニット11を形成する。対向リング２及び被密閉軸０は焼入鋼から形成され、硬質材料を機械加工により切削すること又は硬質旋削によって製造される。

ユニット11を切削して製造する際に、対向リング２の第１シール面12の表面粗さ（粗さ深さ）Raが0.1〜0.3の範囲となるよう製造するために小さな送りでのみ回転される。このような小さな表面粗さRaは、コストの面で有利な製造方法「硬質旋削」によって製造可能であり、スライドリングシールの良好な使用性質を保証するために充分平滑である。

スライドリング１は第２シール面13を有し、この第２シール面は対向リング２の第１シール面12に対して軸線方向で弾性的かつ可撓性であり、密閉性をもって当接している。第１及び第２シール面12、13はスライド面７において互いに当接している。スライドリング１は、ここに図示した実施例において、被密閉軸０が貫通するハウジング３の中に配設されている。スライドリング１はＯリング４によってハウジング３に対して密閉されている。ハウジング３及びスライドリング１は、被密閉軸０を取り囲む対向リング２に対して固定されている。

スライドリング１の第２シール面13に対する対向リング２の第１シール面12の弾性的な押圧は、ハウジング３の内部に支持されている圧縮バネ５によってもたらされる。スライドリング１は、ハウジング３に対してピン６により回転しないように固定されている。

対向リング２を構成する領域がユニット11として被密閉軸０と一体的にかつ単一の材料から形成されている実施形態によって、対向リング２に対して被密閉軸０を密閉するための別個に製造されて組み立てられるシールを設ける必要がなくなり、この点を優れた利点として挙げることができる。ユニット11は、簡単かつコスト面で有利に製造可能、組立可能であり、特に軸線方向の寸法を全体的に小さくすることが可能となる。

図２は、図１のA-A線における断面を示し、図２はより見易くするために対向リング２及び被密閉軸０からなるユニット11のみを図示する。第１シール面12には、円周方向14で均一にかつ互いに隣接して配設されているガス供給作用を有する凹所８が形成されており、この凹所は実質上弓形形状に形成されて半径方向に延伸している。ガス供給作用を有する凹所８は、被密閉軸０の回転時に、第１及び第２シール面12、13の間にガスをポンプ作用で供給し、それによって第１及び第２シール面12、13の間にそれらのシール面12、13の間を分離させるようにする圧力が発生し、それによって第１及び第２シール面12、13の間にガスクッションが形成される。

ガス供給作用を有する凹所８は、回転運動と同期して往復運動を行う切削工具を使用して形成することができる。この往復運動は、円周線上の凹所８の深さ方向の拡がりに相当する。切削工具の回転は工作物中の凹所８の数に相当する。回転運動と同期する往復運動を、面削り中にさらに所定の位相でシフトすることによって、直線状ではなく弓形形状の凹所８を製造することができる。しかし、原理的に、工具の運動を好適に制御することによって、それぞれ任意の三次元（3D）形状を有する凹所８を製造することができる。このような制御は、高速のコンピュータ数値制御（CNC）軸を介して実現することができる。調整は高速の中央処理装置（CPU）により行うことができる。

凹所８と対向リング２の第１シール面12は、そのようにしてのみ必要な精度が達成されるため、１箇所で締め付けて製造することが望ましい。凹所８は、対向リング２の周縁部にシールダム９が形成されるように構成されている。

図３には、軸線方向で対称にスライドリングが配置されている二重シールの実施態様を示すが、この場合には、２つのスライドリング1.1、1.2がそれぞれ、共通の対向リング２に軸線方向で対向するように当接し、対向リング２は、図１の場合と同様に、被密閉軸０と互いに一体的に形成され、かつ均一の材料から形成されている。

図４は、それぞれ図１のスライドリングシールに相当する２つのスライドリングシールが相前後して配設され、機能技術的に直列回路を構成するスライドリング二重シールを示す。

図５は、直径の異なる２つのスライドリングシールが同心状に配列されている実施形態を示す。図１に示したスライドリングシールに加えて、第１スライドリング1.1によって半径方向で間隔をもって外周側から取り囲まれている第２スライドリング1.2が設けられている。両方のスライドリング1.1、1.2は互いに同心状に配設されており、両方のスライドリング1.1、1.2のそれぞれの第２シール面13.1、13.2が対向リング２の第１シール面12に当接して、密閉をもたらす。

図６は、図１に示すスライドリングシールをアキシャル軸受10とともに利用する実施形態を示す。アキシャル軸受10は従来公知の形式のものとすることができる。

スライドリングシール装置の縦断面図である。 図１に示すスライドリング及び軸を含むユニットであり、A-A線に沿った断面図を示す。 軸線方向で対称な構成を有するスライドリング二重シールの一実施例である。 スライドリングシールが相前後して配設されているスライドリング二重シールである。 スライドリングシールが同心状に配列されているスライドリングシールである。 アキシャル軸受に対して配置されているスライドリングシールである。

符号の説明

０ 被密閉軸
１ スライドリング
２ 対向リング
３ ハウジング
４ Oリング
５ 圧縮バネ
６ ピン
７ スライド面
８ 凹所
９ シールダム
１０ アキシャル軸受
１１ ユニット
１２ 第１シール面
１３ 第２シール面

Claims (9)

1. １つの対向リング（２）を含む被密閉軸（０）を取り囲むスライドリングシールにおいて、前記被密閉軸（０）が前記スライドリングシールの１つの構成要素として形成され、前記被密閉軸（０）と前記対向リング（２）が一体的にかつ単一の材料から形成されているスライドリングシール。
2. 前記対向リング（２）及び前記被密閉軸（０）が焼入鋼からなるユニット（11）を形成していることを特徴とする請求項１に記載のスライドリングシール。
3. 前記ユニット（11）が切削により製造されていることを特徴とする請求項２に記載のスライドリングシール。
4. 前記ユニット（11）が旋削により製造されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のスライドリングシール。
5. 前記対向リング（２）が、スライドリング（１）の第２シール面（13）と当接して密閉する第１シール面（12）を有し、該第２シール面（13）が軸線方向で弾性的かつ可撓性であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のスライドリングシール。
6. 前記第１シール面（12）の表面粗さRaが0.1〜0.3の範囲にあることを特徴とする請求項５に記載のスライドリングシール。
7. 前記第１シール面（12）が、円周方向（14）で互いに隣接して均一に配設されているガス供給作用を有する凹所（８）を備え、該凹所が実質上半径方向に延伸していることを特徴とする請求項５又は６に記載のスライドリングシール。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のスライドリングシールを含むスライドリングシール装置。
9. ユニット（３）が被密閉軸（１）及びスライドリング（２）を含み、ガス供給作用を有する凹所（８）が、１箇所で締め付けて回転させることによって、前記スライドリング（２）内に製造されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のスライドリングシール又はスライドリングシール装置の製造方法。

Images