JP2627945B2 - 非接触メカニカルシール - Google Patents
非接触メカニカルシールInfo
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- JP2627945B2 JP2627945B2 JP63300220A JP30022088A JP2627945B2 JP 2627945 B2 JP2627945 B2 JP 2627945B2 JP 63300220 A JP63300220 A JP 63300220A JP 30022088 A JP30022088 A JP 30022088A JP 2627945 B2 JP2627945 B2 JP 2627945B2
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- Japan
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- seal ring
- seal
- stationary
- sealing surface
- ring
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- Sealing Of Bearings (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空装置等の軸シールに使用される外部加圧
方式の非接触メカニカルシールに係り、特に、シールガ
ス遮断時の密封面接触事故防止に配慮した非接触メカニ
カルシールに関する。
方式の非接触メカニカルシールに係り、特に、シールガ
ス遮断時の密封面接触事故防止に配慮した非接触メカニ
カルシールに関する。
従来の装置は特開昭61-104187号公報に記載のよう
に、停止時及び低速回転時には接触式メカニカルシー
ル、高速時には非接触メカニカルシールになるように自
動的に切換える機構になっていた。なお、この種のシー
ルとして関連するものには、例えば、1981年発行の「機
械の研究」第33巻第７号に「最近のメカニカルシールと
その応用」と題して記載されている。
に、停止時及び低速回転時には接触式メカニカルシー
ル、高速時には非接触メカニカルシールになるように自
動的に切換える機構になっていた。なお、この種のシー
ルとして関連するものには、例えば、1981年発行の「機
械の研究」第33巻第７号に「最近のメカニカルシールと
その応用」と題して記載されている。
上記従来技術は低速回転時にもシール面が非接触にな
るという点について配慮がされておらず、シール面が接
触し、異常摩耗あるいは焼付きを起こすなどの危険性が
十分考えられ、最終的には真空ポンプそのもののトラブ
ルにつながるおそれがあった。
るという点について配慮がされておらず、シール面が接
触し、異常摩耗あるいは焼付きを起こすなどの危険性が
十分考えられ、最終的には真空ポンプそのもののトラブ
ルにつながるおそれがあった。
本発明の課題は低速回転時から非接触とするためのシ
ールガスの導入が遮断されても回転シールリングと静止
シールリングに非接触を維持させるにある。
ールガスの導入が遮断されても回転シールリングと静止
シールリングに非接触を維持させるにある。
上記の課題は、回転軸に該回転軸と同心状に固定され
た回転シールリングと、これに前面を対向させて密封面
を形成する、前記回転軸と独立の保持手段に保持された
静止シールリングと、該密封面にシールガスを供給する
手段と、前記密封面と真空室を連通する通路と、前記静
止シールリングの背面と前記保持手段の間に形成された
背面室と、を備えた非接触メカニカルシールにおいて、
前記静止シールリングの背面と前記保持手段の間を内部
空間を有し前記回転軸長手方向に伸縮可能なベローシー
ルで接続し、前記内部空間と前記密封面と連通し、前記
ベローシールの外部の背面室をすくなくとも大気圧に保
持することにより達成される。
た回転シールリングと、これに前面を対向させて密封面
を形成する、前記回転軸と独立の保持手段に保持された
静止シールリングと、該密封面にシールガスを供給する
手段と、前記密封面と真空室を連通する通路と、前記静
止シールリングの背面と前記保持手段の間に形成された
背面室と、を備えた非接触メカニカルシールにおいて、
前記静止シールリングの背面と前記保持手段の間を内部
空間を有し前記回転軸長手方向に伸縮可能なベローシー
ルで接続し、前記内部空間と前記密封面と連通し、前記
ベローシールの外部の背面室をすくなくとも大気圧に保
持することにより達成される。
また、回転軸に該回転軸と同心状に固定された回転シ
ールリングと、これに前面を対向させて密封面を形成す
る、前記回転軸から独立した保持手段に保持された静止
シールリングと、該密封面にシールガスを供給する手段
と、前記密封面と真空室を連通する通路と、前記静止シ
ールリングの背面と前記保持手段の間に形成された背面
室と、を備えた非接触メカニカルシールにおいて、前記
背面室を前記密封面と連通してもよい。
ールリングと、これに前面を対向させて密封面を形成す
る、前記回転軸から独立した保持手段に保持された静止
シールリングと、該密封面にシールガスを供給する手段
と、前記密封面と真空室を連通する通路と、前記静止シ
ールリングの背面と前記保持手段の間に形成された背面
室と、を備えた非接触メカニカルシールにおいて、前記
背面室を前記密封面と連通してもよい。
また、回転軸に該回転軸と同心状に固定された回転シ
ールリングと、これに前面を対向させて密封面を形成す
る、前記回転軸から独立した保持手段に保持された静止
シールリングと、該密封面にシールガスを供給する手段
と、前記密封面と真空室を連通する通路と、前記静止シ
ールリングの背面と前記保持手段の間に形成された背面
室と、を備えた非接触メカニカルシールにおいて、前記
静止シールリング背面と前記保持手段とを前記回転軸長
手方向に伸縮するスプリングで接続し、前記背面室と外
部の大気圧の空間とを弁を介して接続し、前記背面室と
前記真空室とを弁を介して接続し、前記各弁の開閉をシ
ールガスの圧力の大きさにもとずいて制御する制御手段
を備えてもよい。
ールリングと、これに前面を対向させて密封面を形成す
る、前記回転軸から独立した保持手段に保持された静止
シールリングと、該密封面にシールガスを供給する手段
と、前記密封面と真空室を連通する通路と、前記静止シ
ールリングの背面と前記保持手段の間に形成された背面
室と、を備えた非接触メカニカルシールにおいて、前記
静止シールリング背面と前記保持手段とを前記回転軸長
手方向に伸縮するスプリングで接続し、前記背面室と外
部の大気圧の空間とを弁を介して接続し、前記背面室と
前記真空室とを弁を介して接続し、前記各弁の開閉をシ
ールガスの圧力の大きさにもとずいて制御する制御手段
を備えてもよい。
さらに、回転軸に該回転軸と同心状に固定された回転
シールリングと、これに前面を対向させて密封面を形成
する、前記回転軸から独立した保持手段に保持された静
止シールリングと、該密封面にシールガスを供給する手
段と、前記静止シールリングの背面と前記保持手段の間
に形成された背面室と、を備えた非接触メカニカルシー
ルにおいて、前記背面室をすくなくとも大気圧に保持
し、前記静止シールリングの背面と前記保持手段とを前
記回転軸長手方向に伸縮するスプリングで接続し、前記
静止シールリング外周部に径が変化する段付面を設け、
該段付面を側面とする空間にシールガスを供給する手段
を設け、前記静止シールリングの前面と前記保持手段と
を前記回転軸長手方向に伸縮するスプリングで接続して
もよい。
シールリングと、これに前面を対向させて密封面を形成
する、前記回転軸から独立した保持手段に保持された静
止シールリングと、該密封面にシールガスを供給する手
段と、前記静止シールリングの背面と前記保持手段の間
に形成された背面室と、を備えた非接触メカニカルシー
ルにおいて、前記背面室をすくなくとも大気圧に保持
し、前記静止シールリングの背面と前記保持手段とを前
記回転軸長手方向に伸縮するスプリングで接続し、前記
静止シールリング外周部に径が変化する段付面を設け、
該段付面を側面とする空間にシールガスを供給する手段
を設け、前記静止シールリングの前面と前記保持手段と
を前記回転軸長手方向に伸縮するスプリングで接続して
もよい。
また、半径方向の密封面をなす前面と、ベローシール
が接続される半径方向の背面とを備え、前面と背面とを
連通する連通穴を有するほぼ円筒形の静止シールリング
と、該静止シールリングの背面に、前記連通穴の開口を
内部空間に連通させて結合されたベローシールとを含ん
でなることを特徴とする非接触メカニカルシール用静止
シールリングユニットとしてもよい。
が接続される半径方向の背面とを備え、前面と背面とを
連通する連通穴を有するほぼ円筒形の静止シールリング
と、該静止シールリングの背面に、前記連通穴の開口を
内部空間に連通させて結合されたベローシールとを含ん
でなることを特徴とする非接触メカニカルシール用静止
シールリングユニットとしてもよい。
請求項１に記載の発明によれば、シールガスが遮断さ
れると、シールリングの密封面付近が真空状態となり、
連通穴を通し、ベローシール内部空間が真空状態とな
る。背面室はすくなくとも大気圧に保持されているの
で、ベローシール外部が内部より高圧となり、ベローシ
ールは縮んで、静止シールリングは、背面側に移動し、
密封面は離れて回転シールリングと静止シールリングの
接触が防止される。
れると、シールリングの密封面付近が真空状態となり、
連通穴を通し、ベローシール内部空間が真空状態とな
る。背面室はすくなくとも大気圧に保持されているの
で、ベローシール外部が内部より高圧となり、ベローシ
ールは縮んで、静止シールリングは、背面側に移動し、
密封面は離れて回転シールリングと静止シールリングの
接触が防止される。
請求項２に記載の発明によれば、シールガスが遮断さ
れると、真空室につながる密封面が真空状態となり、次
いで密封面に連通された背面室が真空状態になって静止
シールリングを回転シールリングに押しつける力が消滅
して、逆に静止シールリングを回転シールリングから離
そうとする力が生じ、シールリングの非接触状態が保持
される。
れると、真空室につながる密封面が真空状態となり、次
いで密封面に連通された背面室が真空状態になって静止
シールリングを回転シールリングに押しつける力が消滅
して、逆に静止シールリングを回転シールリングから離
そうとする力が生じ、シールリングの非接触状態が保持
される。
請求項３に記載の発明によれば、シールガス圧力が正
常の場合は背面室が大気に連通され、真空室とは遮断さ
れて、静止シールリングに加わる軸方向の力がつり合
い、密封面が適切なすき間に保持される。シールガス圧
力が低下すると大気と背面室を連通する弁が閉じられ、
真空室と背面室を連通する弁が開かれて背面室圧力が真
空状態となる。このため、静止シールリングを背面室側
に吸引する力が優勢となり、静止シールリングが背面室
側に動き、シールリングの接触は防止される。
常の場合は背面室が大気に連通され、真空室とは遮断さ
れて、静止シールリングに加わる軸方向の力がつり合
い、密封面が適切なすき間に保持される。シールガス圧
力が低下すると大気と背面室を連通する弁が閉じられ、
真空室と背面室を連通する弁が開かれて背面室圧力が真
空状態となる。このため、静止シールリングを背面室側
に吸引する力が優勢となり、静止シールリングが背面室
側に動き、シールリングの接触は防止される。
請求項４に記載の発明によれば、通常運転時は段付面
に加わるシールガス圧力と、静止シールリング背面に加
わるスプリングの力が密封面に供給されるシールガスの
静圧力と静止シールリング前面と保持手段の間に設けら
れたスプリングの力とつり合って、密封面のすきまが適
切な値に保持されている。シールガスが遮断されると、
段付面に加わる圧力と密封面に供給されるシールガスに
よる静圧力とがなくなり静止シールリングの前面、背面
のスプリングの力のつり合いにより、密封面すき間が定
まる。よって背面側のスプリング力と前面側のスプリン
グ力を選定してシールガス遮断時の密封面すき間を定め
ることができる。
に加わるシールガス圧力と、静止シールリング背面に加
わるスプリングの力が密封面に供給されるシールガスの
静圧力と静止シールリング前面と保持手段の間に設けら
れたスプリングの力とつり合って、密封面のすきまが適
切な値に保持されている。シールガスが遮断されると、
段付面に加わる圧力と密封面に供給されるシールガスに
よる静圧力とがなくなり静止シールリングの前面、背面
のスプリングの力のつり合いにより、密封面すき間が定
まる。よって背面側のスプリング力と前面側のスプリン
グ力を選定してシールガス遮断時の密封面すき間を定め
ることができる。
請求項５に記載の発明によれば、静止シールリングと
ベローシールとが一体のユニットとされているので、保
持手段への静止シールリングの組みこみが容易である。
ベローシールとが一体のユニットとされているので、保
持手段への静止シールリングの組みこみが容易である。
第５図は本発明の適用対象であるスクリュー真空ポン
プの構造断面図の一例である。スクリュー形のオスロー
タ21とメスロータ22は駆動軸23により駆動されるタイミ
ングギヤ24を介して非接触で同期回転する。これらロー
タが回転すると両ロータ21,22のかみあい部は図の右方
向へ移動する。この時吸気口25から吸込まれた気体は両
ロータにより圧縮移送され、排気口26から大気圧まで昇
圧され排気される。両ロータ21,22は玉軸受27a,27bで支
持されており、玉軸受27aへの潤滑油供給は油タンク室2
8の油をロータ軸端に取り付けられた油はねかけ板29に
よりかきあげて行ない、一方軸受27bにはタイミングギ
ヤ24へのジェット給油の１部が飛沫として給油される。
この潤滑油がオイルフリーなロータ機内側へ漏洩するの
を防止するため、吸気側、排気側それぞれに軸封装置30
a,30bが設けられる。その中でとくに、軸封30bの場合、
軸受側の圧力は真空ポンプ定常運転中、大気圧である
が、機内ロータ側は回転するロータ端面が低圧となる関
係上、軸封30b前後に差圧が生じる。本考案の非接触メ
カニカルシールは圧力差の大きい排気側軸封30bにおい
てより有効に作用するものである。
プの構造断面図の一例である。スクリュー形のオスロー
タ21とメスロータ22は駆動軸23により駆動されるタイミ
ングギヤ24を介して非接触で同期回転する。これらロー
タが回転すると両ロータ21,22のかみあい部は図の右方
向へ移動する。この時吸気口25から吸込まれた気体は両
ロータにより圧縮移送され、排気口26から大気圧まで昇
圧され排気される。両ロータ21,22は玉軸受27a,27bで支
持されており、玉軸受27aへの潤滑油供給は油タンク室2
8の油をロータ軸端に取り付けられた油はねかけ板29に
よりかきあげて行ない、一方軸受27bにはタイミングギ
ヤ24へのジェット給油の１部が飛沫として給油される。
この潤滑油がオイルフリーなロータ機内側へ漏洩するの
を防止するため、吸気側、排気側それぞれに軸封装置30
a,30bが設けられる。その中でとくに、軸封30bの場合、
軸受側の圧力は真空ポンプ定常運転中、大気圧である
が、機内ロータ側は回転するロータ端面が低圧となる関
係上、軸封30b前後に差圧が生じる。本考案の非接触メ
カニカルシールは圧力差の大きい排気側軸封30bにおい
てより有効に作用するものである。
第６図も本発明の適用対象であるターボ真空ポンプの
構造断面図の一例である。ハウジング31内に順次配設さ
れた遠心圧縮ポンプ段32及び内周流圧縮ポンプ段33とを
備え、回転軸34はこれに連結したモータ35により駆動さ
れ、吸気口36から吸込まれた気体は排気口37から大気圧
まで昇圧され排気される。回転軸34は軸受38a,38bで支
持される。軸受38a,38bの潤滑はポンプ下部内の潤滑油3
9を外部ポンプにより、強制給油して行われる。この潤
滑油がポンプ段を有する機内側へ漏洩するのを防止する
ため軸封装置40が設けられる。本考案の非接触メカニカ
ルシールは軸封装置40に適用されるものである。
構造断面図の一例である。ハウジング31内に順次配設さ
れた遠心圧縮ポンプ段32及び内周流圧縮ポンプ段33とを
備え、回転軸34はこれに連結したモータ35により駆動さ
れ、吸気口36から吸込まれた気体は排気口37から大気圧
まで昇圧され排気される。回転軸34は軸受38a,38bで支
持される。軸受38a,38bの潤滑はポンプ下部内の潤滑油3
9を外部ポンプにより、強制給油して行われる。この潤
滑油がポンプ段を有する機内側へ漏洩するのを防止する
ため軸封装置40が設けられる。本考案の非接触メカニカ
ルシールは軸封装置40に適用されるものである。
以下、本発明の一実施例を第１図により、説明する。
円板型の回転シールリング３は回転軸１に同心状に固定
され、回転軸１は回転シールリング３より軸受室11側で
油潤滑軸受２により支持されている。回転軸１と回転シ
ールリング３の間はＯリング3aによりシールされてい
る。回転シールリング３の軸受２が設けられているのと
反対側に、該回転シールリング３をおおう円筒状のハウ
ジング８が回転軸１と同心状に設けられ、該ハウジング
８の内径側には断面Ｌ字形の突出部8cが、Ｌ字の水平部
8dの先端を回転シールリング３側に対向させて回転軸１
と同心環状に形成されている。前記突出部8cの水平部8d
の内径面は、回転軸１に嵌装・固定されて回転軸１、回
転シールリング３と共に回転する円筒形のスリーブ3bの
外径面に間隔S2をへだてて対向している。前記ハウジン
グ８の内径面と、回転シールリング３の突出部8cに対向
する面と、突出部8cとで囲まれた区画に、円環状の静止
シールリング４が配設されている。該静止シールリング
４の外周とハウジング８の内径面と間は、回転軸１と同
心状に、かつ、前記回転軸の長手方向に間隔をおいて該
静止シールリング４の周囲に嵌装された２個のＯリング
５により、シールされるとともに相互に軸方向に滑動可
能となっている。さらに該静止シールリング４の内周面
と前記突出部の水平部8dの外周面の間も、前記Ｏリング
５同様、回転軸１と同心状に配設されたＯリング６によ
り、相互に滑動可能にシールされている。水平部8dの端
部と回転シールリング３の間では、静止シールリング４
の内周面は、前記スリーブ3bの外周面に間隔S2をへだて
て対向している。静止シールリング４の回転シールリン
グ３の側面と対向する面（以下、前面という）4dには、
回転軸１と同心状に回転シールリング３の側面と対向す
る複数（図上では１個のみ図示した）の環状溝4aが形成
されている。環状溝4aが形成された部分が密封面であ
る。静止シールリング４の突出部8cの半径方向の面と対
向する面（以下背面という）4cと、前記突出部8cとはた
がいにはなれて配置され、その間が背面室９となってい
る。また、突出部8cと背面4cとは背面室９内に設けられ
た内部空間7aを備えたベローシール７により結合されて
いる。該ベローシール７は回転軸１の長手方向に伸縮可
能に形成されている。第７図および第８図は、このベロ
ーシール７の取付状態を第１図のA-A矢視で示してい
る。第７図はそれぞれが独立した内部空間7aを備える３
個のベローシール７が設けられた場合を示し、第８図は
回転軸１と同心状の環状の内部空間7aを備えた１個のベ
ローシール７が設けられた場合を示している。
円板型の回転シールリング３は回転軸１に同心状に固定
され、回転軸１は回転シールリング３より軸受室11側で
油潤滑軸受２により支持されている。回転軸１と回転シ
ールリング３の間はＯリング3aによりシールされてい
る。回転シールリング３の軸受２が設けられているのと
反対側に、該回転シールリング３をおおう円筒状のハウ
ジング８が回転軸１と同心状に設けられ、該ハウジング
８の内径側には断面Ｌ字形の突出部8cが、Ｌ字の水平部
8dの先端を回転シールリング３側に対向させて回転軸１
と同心環状に形成されている。前記突出部8cの水平部8d
の内径面は、回転軸１に嵌装・固定されて回転軸１、回
転シールリング３と共に回転する円筒形のスリーブ3bの
外径面に間隔S2をへだてて対向している。前記ハウジン
グ８の内径面と、回転シールリング３の突出部8cに対向
する面と、突出部8cとで囲まれた区画に、円環状の静止
シールリング４が配設されている。該静止シールリング
４の外周とハウジング８の内径面と間は、回転軸１と同
心状に、かつ、前記回転軸の長手方向に間隔をおいて該
静止シールリング４の周囲に嵌装された２個のＯリング
５により、シールされるとともに相互に軸方向に滑動可
能となっている。さらに該静止シールリング４の内周面
と前記突出部の水平部8dの外周面の間も、前記Ｏリング
５同様、回転軸１と同心状に配設されたＯリング６によ
り、相互に滑動可能にシールされている。水平部8dの端
部と回転シールリング３の間では、静止シールリング４
の内周面は、前記スリーブ3bの外周面に間隔S2をへだて
て対向している。静止シールリング４の回転シールリン
グ３の側面と対向する面（以下、前面という）4dには、
回転軸１と同心状に回転シールリング３の側面と対向す
る複数（図上では１個のみ図示した）の環状溝4aが形成
されている。環状溝4aが形成された部分が密封面であ
る。静止シールリング４の突出部8cの半径方向の面と対
向する面（以下背面という）4cと、前記突出部8cとはた
がいにはなれて配置され、その間が背面室９となってい
る。また、突出部8cと背面4cとは背面室９内に設けられ
た内部空間7aを備えたベローシール７により結合されて
いる。該ベローシール７は回転軸１の長手方向に伸縮可
能に形成されている。第７図および第８図は、このベロ
ーシール７の取付状態を第１図のA-A矢視で示してい
る。第７図はそれぞれが独立した内部空間7aを備える３
個のベローシール７が設けられた場合を示し、第８図は
回転軸１と同心状の環状の内部空間7aを備えた１個のベ
ローシール７が設けられた場合を示している。
前記背面室９はハウジング８に設けられた連通穴8aに
より外部の大気と連通されており、前記ベローシール７
の内部空間7aは、静止シールリング４の内部に設けられ
た連通穴4bにより密封面の環状溝4aに連通されている。
また、前記連通穴4bは、前記２個のＯリング５の中間で
静止シールリング４の外周面に開口する分岐を有し、該
開口には、オリフィス4eが設けられている。オリフィス
4eと環状溝4aを接続する連通穴4bが、密封面にシールガ
スを供給する手段をなしている。ハウジング８は、ま
た、前記オリフィス4eに対向する位置のハウジング内径
面とハウジング外周面を連通するガス供給孔8bを備えて
いる。また、ハウジング８の内周面が回転シールリング
３の外周面に対向する部分は、回転シールリング側に膨
出して前記回転軸１と同心の環状部8eとなり、前記回転
シールリング３の外周面との間に間隔S1を形成してい
る。突出部8cの背面室９と反対の側は真空室10となって
いる。
より外部の大気と連通されており、前記ベローシール７
の内部空間7aは、静止シールリング４の内部に設けられ
た連通穴4bにより密封面の環状溝4aに連通されている。
また、前記連通穴4bは、前記２個のＯリング５の中間で
静止シールリング４の外周面に開口する分岐を有し、該
開口には、オリフィス4eが設けられている。オリフィス
4eと環状溝4aを接続する連通穴4bが、密封面にシールガ
スを供給する手段をなしている。ハウジング８は、ま
た、前記オリフィス4eに対向する位置のハウジング内径
面とハウジング外周面を連通するガス供給孔8bを備えて
いる。また、ハウジング８の内周面が回転シールリング
３の外周面に対向する部分は、回転シールリング側に膨
出して前記回転軸１と同心の環状部8eとなり、前記回転
シールリング３の外周面との間に間隔S1を形成してい
る。突出部8cの背面室９と反対の側は真空室10となって
いる。
本実施例において、通常の運転状態では、回転軸１は
油潤滑軸受２により支持され、回転シールリング３、ス
リーブ3bとともに高速で回転する。一方固定側軸封要素
である静止シールリング４は、Ｏリング5,6およびベロ
ーシール７に支持され、シールガスがガス供給孔8bから
オリフィス4e、連通穴4bを経て、環状溝4aに供給され、
このガスの静圧効果により、静止シールリング４は、静
止シールリング４と回転シールリング３の間の密封面
（以下シール面という）すき間ｈが大きくなるように図
上左向きの力を受ける。また、連通穴4bに供給されたシ
ールガスはベローシールの内部空間7aにも供給される
が、背面室９の内圧力は連通穴8aにより、大気圧に保持
されているので、内部空間7aが背面室９より高圧となっ
てベローシール７は、伸びようとし、静止シールリング
４に図上右向きの力が加わる。この左向き、右向きの力
がバランスする位置で静止シールリング４は安定し、回
転シールリング３と静止シールリング４の間のシール面
すき間ｈが数十μｍに維持され、シールリングの非接触
状態で油潤滑軸受２からのオイルミストが真空室10内へ
浸入するのが阻止される。
油潤滑軸受２により支持され、回転シールリング３、ス
リーブ3bとともに高速で回転する。一方固定側軸封要素
である静止シールリング４は、Ｏリング5,6およびベロ
ーシール７に支持され、シールガスがガス供給孔8bから
オリフィス4e、連通穴4bを経て、環状溝4aに供給され、
このガスの静圧効果により、静止シールリング４は、静
止シールリング４と回転シールリング３の間の密封面
（以下シール面という）すき間ｈが大きくなるように図
上左向きの力を受ける。また、連通穴4bに供給されたシ
ールガスはベローシールの内部空間7aにも供給される
が、背面室９の内圧力は連通穴8aにより、大気圧に保持
されているので、内部空間7aが背面室９より高圧となっ
てベローシール７は、伸びようとし、静止シールリング
４に図上右向きの力が加わる。この左向き、右向きの力
がバランスする位置で静止シールリング４は安定し、回
転シールリング３と静止シールリング４の間のシール面
すき間ｈが数十μｍに維持され、シールリングの非接触
状態で油潤滑軸受２からのオイルミストが真空室10内へ
浸入するのが阻止される。
次に、上述の状態で、シールガスが遮断されると、静
止シールリング４の環状溝4a及びベローシール７の内部
空間7aの圧力が低下し、環状溝4aの静圧による図上左向
きの力および、ベローシール７の伸びようとする図上右
向きの力が消失する。これと同時に、真空室10が真空状
態（大気圧より低い状態）にあり、かつ、真空室10と環
状溝4aを備えた密封面は、密封面と真空室を連通する通
路であるすき間S2を介して連通されているので、環状溝
4aの部分は真空状態となる。また、環状溝4aとベローシ
ールの内部空間7aも、連通穴4bにより連通されているの
でベローシール７の内部空間7aも真空状態となり、大気
圧である背面室９よりも低圧となって、ベローシール７
は縮もうとする力、図上左向きの力を生ずる。このた
め、シール面すき間ｈは広がり、回転シールリング３と
静止シールリング４の非接触状態が維持される。尚、環
状溝4aの静圧効果によるスラスト力が小さい場合は、第
７図に示すように、複数個の独立したベローシールが適
し、スラスト力が大きい場合は第８図に示す円環状のベ
ローシールとすることができる。
止シールリング４の環状溝4a及びベローシール７の内部
空間7aの圧力が低下し、環状溝4aの静圧による図上左向
きの力および、ベローシール７の伸びようとする図上右
向きの力が消失する。これと同時に、真空室10が真空状
態（大気圧より低い状態）にあり、かつ、真空室10と環
状溝4aを備えた密封面は、密封面と真空室を連通する通
路であるすき間S2を介して連通されているので、環状溝
4aの部分は真空状態となる。また、環状溝4aとベローシ
ールの内部空間7aも、連通穴4bにより連通されているの
でベローシール７の内部空間7aも真空状態となり、大気
圧である背面室９よりも低圧となって、ベローシール７
は縮もうとする力、図上左向きの力を生ずる。このた
め、シール面すき間ｈは広がり、回転シールリング３と
静止シールリング４の非接触状態が維持される。尚、環
状溝4aの静圧効果によるスラスト力が小さい場合は、第
７図に示すように、複数個の独立したベローシールが適
し、スラスト力が大きい場合は第８図に示す円環状のベ
ローシールとすることができる。
第２図は、本発明の第２の実施例を示し、連通穴8aが
なくて背面室９は密閉室となっていること、および、背
面室９内のベローシール７がなくて、背面室９は連通穴
4bに接続されていることが、前記第１の実施例と異な
る。他は同一であるので、同一の符号を付し説明は省略
する。
なくて背面室９は密閉室となっていること、および、背
面室９内のベローシール７がなくて、背面室９は連通穴
4bに接続されていることが、前記第１の実施例と異な
る。他は同一であるので、同一の符号を付し説明は省略
する。
本実施例によれば、通常運転時はガス供給孔8bから導
入されたガス圧により、環状溝4aに静圧（図上左向きの
力）が発生する。一方、背面室９は密閉室となっている
ので、連通穴4bからガス圧が印加されるとエアシリンダ
となりシール面押し付け力（図上右向きの力）が発生す
る。上記２つの相反する力のつりあいにより、シール面
すきまｈが一定に保たれる。
入されたガス圧により、環状溝4aに静圧（図上左向きの
力）が発生する。一方、背面室９は密閉室となっている
ので、連通穴4bからガス圧が印加されるとエアシリンダ
となりシール面押し付け力（図上右向きの力）が発生す
る。上記２つの相反する力のつりあいにより、シール面
すきまｈが一定に保たれる。
つぎに、シールガスが遮断されると静圧による力及
び、シール面押し付け力がなくなる。同時に真空室10が
真空状態であるので、環状溝4a及び連通穴4bを通し背面
室９が真空状態となる。軸受室11は大気圧であり、静止
シールリング４の前面4dと軸受室11とは、すき間S1によ
り連通されているので、静止シールリング４の周辺の圧
力分布は、前面4dの方が背面4cより高い圧力分布を示
す。従って静止シールリング４は大気圧側（前面側）か
ら真空側（背面側）へ移動することになり、シール面す
きまｈは広がる。従ってシールガスが途切れてもシール
面は非接触状態を維持する効果がある。
び、シール面押し付け力がなくなる。同時に真空室10が
真空状態であるので、環状溝4a及び連通穴4bを通し背面
室９が真空状態となる。軸受室11は大気圧であり、静止
シールリング４の前面4dと軸受室11とは、すき間S1によ
り連通されているので、静止シールリング４の周辺の圧
力分布は、前面4dの方が背面4cより高い圧力分布を示
す。従って静止シールリング４は大気圧側（前面側）か
ら真空側（背面側）へ移動することになり、シール面す
きまｈは広がる。従ってシールガスが途切れてもシール
面は非接触状態を維持する効果がある。
第３図は本発明の第３の実施例を示し、前記第１の実
施例と異なる点は、背面4cと突出部8cがベローシール７
の代りに回転軸１の長手方向に伸縮するスプリング12で
接続されていることと、環状溝4a、ベローシールの内部
空間7aとオリフィス4eを連通する連通穴4bの代りに、環
状溝4aとオリフィス4eを連通する連通穴4fが設けられて
いることと、真空室10と背面室９が弁14を介して連通さ
れ、背面室９と外部の大気が弁13を介して連通されてい
ることと、シールガスの圧力を検知して前記弁13,14の
開閉を制御する弁制御手段16が設けられたことである。
他の部分は前記第１の実施例と同じであり、同一の符号
を付して説明を省略する。
施例と異なる点は、背面4cと突出部8cがベローシール７
の代りに回転軸１の長手方向に伸縮するスプリング12で
接続されていることと、環状溝4a、ベローシールの内部
空間7aとオリフィス4eを連通する連通穴4bの代りに、環
状溝4aとオリフィス4eを連通する連通穴4fが設けられて
いることと、真空室10と背面室９が弁14を介して連通さ
れ、背面室９と外部の大気が弁13を介して連通されてい
ることと、シールガスの圧力を検知して前記弁13,14の
開閉を制御する弁制御手段16が設けられたことである。
他の部分は前記第１の実施例と同じであり、同一の符号
を付して説明を省略する。
本実施例において、通常運転時は連通穴4fを経て供給
されるシールガスにより静止シールリング４の環状溝4a
に発生する静圧による力と、背面4cに加わるスプリング
12による力がつり合ってシール面すき間ｈが保持されて
いる。通常運転時は、設定圧力よりシールガス圧力が充
分高いので、弁制御手段16は弁13を開にし、弁14を閉と
する。この結果、背面室９は大気圧となり、さきにのべ
た力のつり合いが成立している。シールガスが遮断され
ると、弁制御手段16は、シールガス圧力が設定値より低
下したことを検知し、弁13を閉に、弁14を開とする。こ
の結果、真空状態になる真空室10と背面室９が連通され
て背面室９が真空状態となり、静止シールリング４の前
面4dはすき間S1により大気圧の軸受室11と連通されて圧
力が大気圧に近くなるので、静止シールリング４はシー
ル面すき間ｈが大きくなる方向に移動し、シール面は非
接触に保持される。図中、弁を２個としたが三方切換弁
１個としてもよい。
されるシールガスにより静止シールリング４の環状溝4a
に発生する静圧による力と、背面4cに加わるスプリング
12による力がつり合ってシール面すき間ｈが保持されて
いる。通常運転時は、設定圧力よりシールガス圧力が充
分高いので、弁制御手段16は弁13を開にし、弁14を閉と
する。この結果、背面室９は大気圧となり、さきにのべ
た力のつり合いが成立している。シールガスが遮断され
ると、弁制御手段16は、シールガス圧力が設定値より低
下したことを検知し、弁13を閉に、弁14を開とする。こ
の結果、真空状態になる真空室10と背面室９が連通され
て背面室９が真空状態となり、静止シールリング４の前
面4dはすき間S1により大気圧の軸受室11と連通されて圧
力が大気圧に近くなるので、静止シールリング４はシー
ル面すき間ｈが大きくなる方向に移動し、シール面は非
接触に保持される。図中、弁を２個としたが三方切換弁
１個としてもよい。
第４図は本発明の第４の実施例を示し、前記第１乃至
第３の実施例は、真空ポンプ等の真空機器の回転軸を対
象にしたが本実施例は真空を期待できない、例えば送風
機、圧縮機などの軸シールを対象にしている。本実施例
は真空ポンプにも適用可能である。
第３の実施例は、真空ポンプ等の真空機器の回転軸を対
象にしたが本実施例は真空を期待できない、例えば送風
機、圧縮機などの軸シールを対象にしている。本実施例
は真空ポンプにも適用可能である。
本実施例が前記第１の実施例と異なる点は、ベローシ
ール７の代りに背面4cと突出部8cが回転軸１の長手方向
に伸縮するスプリング12で接続されていることと、オリ
フィス4e、ベローシールの内部空間、および環状溝4aを
連通する連通穴4bの代りに、オリフィス4eと環状溝4aを
連通する連通穴4fが設けられていることと、静止シール
リング４の前面4dとハウジング８の環状部8eの半径方向
側面が回転軸１の長手方向に伸縮するスプリング17で接
続されていることと、回転シールリング３に近い側のＯ
リング５が装着された部分の静止シールリング４の外径
が増加されて該静止シールリングに２個のＯリング５の
間で半径方向の段付面18が設けられ、静止シールリング
４の部分的外径増加に合わせて、ハウジング８に凹みが
設けられていることである。前記段付面18とこの段付面
に対向するハウジング８の面とで囲まれた円環状空間19
は、ハウジング８の内周面と静止シールリング４の外周
面の間のすき間を通してガス供給孔8bと連通している。
また、スプリング12の力はスプリング17の力より弱くし
てある。その他の部分は前記第１の実施例と同じである
ので同一の符号を付して説明は省略する。第４の実施例
において、通常運転時は、供給されるシールガスにより
静止シールリング４の環状溝4aに発生する静圧による力
およびスプリング17により静止シールリング４に対し前
面から背面に向って（図上左向き）加わる力が、静止シ
ールリング４の背面4cに加わるスプリング12の力および
供給されるシールガスにより前記段付面18に加わる圧力
とバランスし、シール面すき間ｈが維持される。シール
ガスが遮断されると、環状溝4aに発生する静圧力、段付
面18に加わるシールガス圧力が倶に消滅するので、静止
シールリング４に加わる回転軸長手方向の力は、スプリ
ング12,17の力のみとなる。スプリング12の力はスプリ
ング17の力より弱いから、静止シールリング４は背面方
向に動いた位置で両者の力がバランスし、シール面の非
接触状態が維持される。
ール７の代りに背面4cと突出部8cが回転軸１の長手方向
に伸縮するスプリング12で接続されていることと、オリ
フィス4e、ベローシールの内部空間、および環状溝4aを
連通する連通穴4bの代りに、オリフィス4eと環状溝4aを
連通する連通穴4fが設けられていることと、静止シール
リング４の前面4dとハウジング８の環状部8eの半径方向
側面が回転軸１の長手方向に伸縮するスプリング17で接
続されていることと、回転シールリング３に近い側のＯ
リング５が装着された部分の静止シールリング４の外径
が増加されて該静止シールリングに２個のＯリング５の
間で半径方向の段付面18が設けられ、静止シールリング
４の部分的外径増加に合わせて、ハウジング８に凹みが
設けられていることである。前記段付面18とこの段付面
に対向するハウジング８の面とで囲まれた円環状空間19
は、ハウジング８の内周面と静止シールリング４の外周
面の間のすき間を通してガス供給孔8bと連通している。
また、スプリング12の力はスプリング17の力より弱くし
てある。その他の部分は前記第１の実施例と同じである
ので同一の符号を付して説明は省略する。第４の実施例
において、通常運転時は、供給されるシールガスにより
静止シールリング４の環状溝4aに発生する静圧による力
およびスプリング17により静止シールリング４に対し前
面から背面に向って（図上左向き）加わる力が、静止シ
ールリング４の背面4cに加わるスプリング12の力および
供給されるシールガスにより前記段付面18に加わる圧力
とバランスし、シール面すき間ｈが維持される。シール
ガスが遮断されると、環状溝4aに発生する静圧力、段付
面18に加わるシールガス圧力が倶に消滅するので、静止
シールリング４に加わる回転軸長手方向の力は、スプリ
ング12,17の力のみとなる。スプリング12の力はスプリ
ング17の力より弱いから、静止シールリング４は背面方
向に動いた位置で両者の力がバランスし、シール面の非
接触状態が維持される。
本発明によれば、シールガスが遮断されても、密封面
が接触するのを回避することが可能となり、メカニカル
シールの寿命延長の効果がある。
が接触するのを回避することが可能となり、メカニカル
シールの寿命延長の効果がある。
第１図は本発明の第１実施例を示す非接触メカニカルシ
ール部の縦断面図、第２図、第３図及び第４図はそれぞ
れ第２、３、４の実施例を示す非接触メカニカルシール
部の縦断面図、第５図及び第６図は本発明を実施するス
クリュー真空ポンプ及びターボ真空ポンプの構造断面
図、第７図及び第８図は第１図のA-A断面図である。 １……回転軸、３……回転シールリング、４……静止シ
ールリング、4a……密封面（環状溝）、4b……密封面に
シールガスを供給する手段（連通穴）、4c……静止シー
ルリングの背面、4d……静止シールリングの前面、７…
…ベローシール、7a……ベローシールの内部空間、８…
…保持手段（ハウジング）、９……背面室、10……真空
室、12,17……スプリング、13,14……弁、16……制御手
段、18……段付面、S2……密封面と真空室を連通する通
路（すき間）。
ール部の縦断面図、第２図、第３図及び第４図はそれぞ
れ第２、３、４の実施例を示す非接触メカニカルシール
部の縦断面図、第５図及び第６図は本発明を実施するス
クリュー真空ポンプ及びターボ真空ポンプの構造断面
図、第７図及び第８図は第１図のA-A断面図である。 １……回転軸、３……回転シールリング、４……静止シ
ールリング、4a……密封面（環状溝）、4b……密封面に
シールガスを供給する手段（連通穴）、4c……静止シー
ルリングの背面、4d……静止シールリングの前面、７…
…ベローシール、7a……ベローシールの内部空間、８…
…保持手段（ハウジング）、９……背面室、10……真空
室、12,17……スプリング、13,14……弁、16……制御手
段、18……段付面、S2……密封面と真空室を連通する通
路（すき間）。
フロントページの続き (72)発明者 真瀬 正弘 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 実開 昭50−26268（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭47−28819（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭48−38105（ＪＰ，Ｙ１)
Claims (5)
- 【請求項１】回転軸に該回転軸と同心状に固定された回
転シールリングと、これに前面を対向させて密封面を形
成する、前記回転軸と独立の保持手段に保持された静止
シールリングと、該密封面にシールガスを供給する手段
と、前記密封面と真空室を連通する通路と、前記静止シ
ールリングの背面と前記保持手段の間に形成された背面
室と、を備えた非接触メカニカルシールにおいて、前記
静止シールリングの背面と前記保持手段の間が内部空間
を有し前記回転軸長手方向に伸縮可能なベローシールで
接続されていることと、前記内部空間と前記密封面とが
連通されていることと、前記ベローシールの外部の背面
室がすくなくとも大気圧に保持されていることと、を特
徴とする非接触メカニカルシール。 - 【請求項２】回転軸に該回転軸と同心状に固定された回
転シールリングと、これに前面を対向させて密封面を形
成する、前記回転軸から独立した保持手段に保持された
静止シールリングと、該密封面にシールガスを供給する
手段と、前記密封面と真空室を連通する通路と、前記静
止シールリングの背面と前記保持手段の間に形成された
背面室と、を備えた非接触メカニカルシールにおいて、
前記背面室が前記密封面と連通されていることを特徴と
する非接触メカニカルシール。 - 【請求項３】回転軸に該回転軸と同心状に固定された回
転シールリングと、これに前面を対向させて密封面を形
成する、前記回転軸から独立した保持手段に保持された
静止シールリングと、該密封面にシールガスを供給する
手段と、前記密封面と真空室を連通する通路と、前記静
止シールリングの背面と前記保持手段の間に形成された
背面室と、を備えた非接触メカニカルシールにおいて、
前記静止シールリング背面と前記保持手段とが前記回転
軸長手方向に伸縮するスプリングで接続されていること
と、前記背面室と外部の大気圧の空間とが弁を介して接
続されていることと、前記背面室と前記真空室とが弁を
介して接続されていることと、前記各弁の開閉をシール
ガスの圧力の大きさにもとずいて制御する制御手段を備
えていることと、を特徴とする非接触メカニカルシー
ル。 - 【請求項４】回転軸に該回転軸と同心状に固定された回
転シールリングと、これに前面を対向させて密封面を形
成する、前記回転軸から独立した保持手段に保持された
静止シールリングと、該密封面にシールガスを供給する
手段と、前記静止シールリングの背面と前記保持手段の
間に形成された背面室と、を備えた非接触メカニカルシ
ールにおいて、前記背面室がすくなくとも大気圧に保持
されていることと、前記静止シールリングの背面と前記
保持手段とが前記回転軸長手方向に伸縮するスプリング
で接続されていることと、前記静止シールリング外周部
に径が変化する段付面が設けられ、該段付面を側面とす
る空間にシールガスを供給する手段が設けられているこ
とと、前記静止シールリングの前面と前記保持手段とが
前記回転軸長手方向に伸縮するスプリングで接続されて
いることと、を特徴とする非接触メカニカルシール。 - 【請求項５】半径方向の密封面をなす前面と、ベローシ
ールが接続される半径方向の背面とを備え、前面と背面
とを連通する連通穴を有するほぼ円筒形の静止シールリ
ングと、該静止シールリングの背面に、前記連通穴の開
口を内部空間に連通させて結合されたベローシールとを
含んでなることを特徴とする非接触メカニカルシール用
静止シールリングユニット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63300220A JP2627945B2 (ja) | 1988-11-28 | 1988-11-28 | 非接触メカニカルシール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63300220A JP2627945B2 (ja) | 1988-11-28 | 1988-11-28 | 非接触メカニカルシール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02146374A JPH02146374A (ja) | 1990-06-05 |
| JP2627945B2 true JP2627945B2 (ja) | 1997-07-09 |
Family
ID=17882166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63300220A Expired - Lifetime JP2627945B2 (ja) | 1988-11-28 | 1988-11-28 | 非接触メカニカルシール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2627945B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1133834C (zh) * | 1997-11-21 | 2004-01-07 | 日本皮拉工业株式会社 | 静压型非接触气封 |
| BR9714210A (pt) * | 1997-11-21 | 2000-03-28 | Nippon Pillar Packing | Vedaçào por gás sem-contato tipo pressão estática |
| US6325378B1 (en) * | 1998-04-01 | 2001-12-04 | Nippon Pillar Packing Co., Ltd. | Shaft seal apparatus |
| JP3016766B1 (ja) * | 1998-11-11 | 2000-03-06 | 日本ピラー工業株式会社 | 軸封装置 |
| EP1103745B1 (en) * | 1999-06-07 | 2010-09-15 | Nippon Pillar Packing Co., Ltd. | Non-contact type shaft sealing device |
| KR100358519B1 (ko) * | 1999-07-21 | 2002-10-31 | 니폰 필라고교 가부시키가이샤 | 정압형 비접촉 가스시일 |
| US7044470B2 (en) | 2000-07-12 | 2006-05-16 | Perkinelmer, Inc. | Rotary face seal assembly |
| JP4336286B2 (ja) | 2004-10-08 | 2009-09-30 | 日本ピラー工業株式会社 | 静圧形ノンコンタクトガスシール |
| US10563509B2 (en) * | 2012-04-04 | 2020-02-18 | Dimitrios Dardalis | Method and apparatus for rotating sleeve engine hydrodynamic seal |
| US9790863B2 (en) | 2013-04-05 | 2017-10-17 | Honeywell International Inc. | Fluid transfer seal assemblies, fluid transfer systems, and methods for transferring process fluid between stationary and rotating components using the same |
| JP6266376B2 (ja) * | 2014-02-19 | 2018-01-24 | 日本ピラー工業株式会社 | 静圧形の非接触形メカニカルシール |
| JP6198636B2 (ja) * | 2014-02-28 | 2017-09-20 | 日本ピラー工業株式会社 | 静圧形の非接触形メカニカルシール |
| CN107289134B (zh) * | 2017-07-18 | 2018-08-31 | 北京航空航天大学 | 一种机械密封预紧力调整装置 |
| NO345443B1 (en) * | 2017-12-28 | 2021-02-01 | Tocircle Ind As | A sealing arrangement and method of sealing |
| CN108757945B (zh) * | 2018-06-20 | 2019-12-24 | 西安交通大学 | 一种动静压混合润滑端面密封结构 |
| CN110985433B (zh) * | 2019-12-30 | 2023-06-16 | 蓝箭航天空间科技股份有限公司 | 用于涡轮泵的可调控动密封装置和涡轮泵组 |
| CN117514796B (zh) * | 2023-10-31 | 2024-05-17 | 南京真空泵厂有限公司 | 一种螺杆真空泵动密封系统及密封方法 |
-
1988
- 1988-11-28 JP JP63300220A patent/JP2627945B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02146374A (ja) | 1990-06-05 |
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