JP4262656B2 - 非接触型シール装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触型シール装置に係り、詳しくは、可燃性ガス、爆発性ガス、洗浄流体等の各種流体を扱う産業機器、半導体装置、食品、医薬等の分野における回転機器の軸封等に用いられる非接触型シール装置（非接触型メカニカルシール）に関するものである。

非接触型シール装置として、被軸封機器の回転部材と一体に回転する回転密封リングと、被軸封機器のケーシング側に回転部材の軸方向への移動が可能に支持され、かつ、弾性機構によって軸方向において回転密封リングに常時付勢される固定密封リングと、回転密封リングと固定密封リングとが対向するシール面に周方向で間隔をあけた状態で固定密封リングに配置形成され、かつ、外部からシール流体が供給自在とされる複数の円弧状静圧溝とを有して成る非接触メカニカルシールが知られている。このような非接触メカニカルシールは、例えば特許文献１において開示されたものがある。

上述の非接触メカニカルシールは、外部から固定密封リングに送り込まれたシールガスが、固定密封リングのシール面に形成された静圧溝に供給されることにより、バネ部材で回転密封リングに向けて押圧付勢される固定密封リングと回転密封リングとの間の隙間が自動調整されてシールガスがシール潤滑膜となって軸封（シール）されるようになる。即ち、シールガスが供給されている限りはその静圧によって非接触状態でシールされる構造である。
特開平４−１７１３７０号公報

しかしながら、シールガスの供給ホースを足で引掛けるとか、ポンプ関係が故障するといった具合に、何らかの原因によってシールガスの供給が停止されたような場合には、固定密封リングを押圧付勢するばね部材とのバランスが崩れ、固定密封リングと回転密封リングとのシール面どうしが接触してしまう不都合がある。従って、静圧による非接触構造を採るシール装置においては、シールガス等のシール流体の不測の供給停止の事態に対応できるようにしておく必要がある

以上のことから、本発明の目的は、静圧によって非接触とする構造の非接触型シール装置において、不測のシール流体の供給停止が生じても、少なくとも回転密封リングが回転停止するまでの間は非接触シール状態が維持可能となる非接触型シール装置を提供する点にある。

請求項１の構成は、非接触型シール装置において、
被軸封機器Ａの回転部材２と一体に回転する回転密封リング３と、
回転部材２の軸方向への移動が可能に前記被軸封機器Ａのケーシング１側に支持され、かつ、前記軸方向において前記回転密封リング３に弾性機構９によって付勢される固定密封リング５と、
前記回転密封リング３と前記固定密封リング５とが対向するシール面Ｓに周方向で間隔をあけた状態で前記回転密封リング３又は前記固定密封リング５に配置形成され、かつ、外部からシール流体が供給自在とされる複数の円弧状静圧溝１２と、
前記回転密封リング３の回転によって前記固定密封リング５を前記弾性機構９による付勢力に抗して押し戻し可能な動圧を生じさせるべく前記回転密封リング３又は前記固定密封リング５のシール面Ｓに形成される動圧溝Ｄと、を有するとともに、前記動圧溝Ｄは、周方向に沿う内外一対の円弧溝２１ａ，２１ｃと、これら内外の円弧溝２１ａ，２１ｃどうしを連結する径方向溝２１ｂとから成る形状の溝に形成され、この動圧溝Ｄには、前記径方向溝２１ｂの外径側端部を前記シール面Ｓの領域外に延出することで成る吸気部Ｋが形成されていることを特徴とする。

請求項２の構成は、非接触型シール装置において、
被軸封機器Ａの回転部材２と一体に回転する回転密封リング３と、
回転部材２の軸方向への移動が可能に前記被軸封機器Ａのケーシング１側に支持され、かつ、前記軸方向において前記回転密封リング３に弾性機構９によって付勢される固定密封リング５と、
前記回転密封リング３と前記固定密封リング５とが対向するシール面Ｓに周方向で間隔をあけた状態で前記回転密封リング３又は前記固定密封リング５に配置形成され、かつ、外部からシール流体が供給自在とされる複数の円弧状静圧溝１２と、
前記回転密封リング３の回転によって前記固定密封リング５を前記弾性機構９による付勢力に抗して押し戻し可能な動圧を生じさせるべく前記回転密封リング３又は前記固定密封リング５のシール面Ｓに形成される動圧溝Ｄと、を有するとともに、前記動圧溝Ｄは、周方向に沿う内外一対の円弧溝２２ａ，２２ｃと、これら内外の円弧溝２２ａ，２２ｃどうしを連結する径方向溝２２ｂとから成る形状の溝に形成され、この動圧溝Ｄには、前記径方向溝２２ｂの内径側端部を前記シール面Ｓの領域外に延出することで成る吸気部Ｋが形成されていることを特徴とする。

請求項３の構成は、請求項１又は２に記載の非接触型シール装置において、前記吸気部Ｋは、回転部材の軸心Ｘを通る直線に関して線対象となる形状に設定されていることを特徴とする。

請求項４の構成は、請求項１〜３の何れか一項に記載の非接触型シール装置において、前記径方向溝２１ｂ，２２ｂの深さが前記円弧溝２１ａ，２１ｃ，２２ａ，２２ｃの深さよりも深いものに設定されていることを特徴とする。

請求項５の構成は、請求項４に記載の非接触型シール装置において、前記静圧溝１２の深さが前記径方向溝２１ｂ，２２ｂの深さよりも深いものに設定されていることを特徴とする。

請求項６の構成は、請求項１〜５の何れか一項に記載の非接触型シール装置において、前記動圧溝Ｄが前記固定密封リング５のシール面Ｓに形成されていることを特徴とする。

請求項７の構成は、請求項１〜５の何れか一項に記載の非接触型シール装置において、前記動圧溝Ｄが前記回転密封リング３のシール面Ｓに形成されていることを特徴とする。

請求項８の構成は、請求項１〜７の何れか一項に記載の非接触型シール装置において、前記静圧溝１２が前記固定密封リング５のシール面Ｓに形成されていることを特徴とする。

請求項９の構成は、請求項１〜７の何れか一項に記載の非接触型シール装置において、前記静圧溝１２が前記回転密封リング３のシール面Ｓに形成されていることを特徴とする。

一般的な回転機器においては、その軸封に用いられるシール流体の供給が停止された場合には、駆動源を止める等、自動的に回転機器の回転が停止されるようになっているので、前述の不都合（シール面どうしの接触）を回避するには、少なくとも、慣性によって回転部材の回転が停止するまので間は、回転密封リングと固定密封リングとの非接触状態が維持できるようにすれば良いと考えられる。

そこで、請求項１の構成によれば、回転密封リング又は固定密封リングのシール面に動圧溝が形成されているので、回転密封リングの回転によって弾性機構による付勢力に抗して固定密封リングを押し戻し可能な動圧が生じるようになり、回転密封リングと固定密封リングとの間のシール隙間を保持すること、即ち非接触シール状態を維持することが可能になる。

従って、何らかの原因によって静圧溝にシール流体が供給され無くなる不測の事態が生じても、そのときには動圧溝による前記作用によって非接触シール状態が維持され、回転密封リングと固定密封リングとが接触する不都合を回避することができる。それによって回転部材の回転が止まるまでの間は非接触シール状態を維持可能となる。

しかも、シール面の領域外に延出された吸気部が動圧溝に形成されており、回転密封リングの回転に伴って周囲の流体を吸気部から吸込んで動圧溝内に取込めるので、流体切れが起こり難くなって動圧発生が、即ち非接触シール状態が安定維持され、信頼性の高い複合型の非接触型シール装置を提供することができる。

因みに、動圧溝に吸気部が無い場合には、静圧溝への供給シール流体が供給系配管内に残っている量だけの流体補給しかできず、非接触シール状態の維持が不確実となるおそれがあるが、本請求項１及び本請求項２による非接触型シール装置ではそのようなおそれが回避される利点がある。

この場合、吸気部を動圧溝の外径側端部又は内径側端部に形成すれば、被軸封機器の内部又は外部に存在する流体が補給流体として吸気部を通して動圧溝に取込まれるようになるから、別途に補給流体を動圧溝に供給する手段を設ける必要がなく、経済的である。

被軸封機器の種類や構造によっては、正方向（一方向）にしか回転しないものや、その反対の逆方向（他方向）にしか回転しないもの、或いは両方向に回転可能であるが、機能的には正逆いずれか一方への回転で使用されるもの、さらには、正逆いずれの方向の回転でも機能するものが考えられる。

従って、このような場合には、請求項３のように吸気部が回転部材の軸心を通る直線に関して線対象となる形状とされる、という具合に、回転方向によって吸気部の流体取込み作用が改善される構成をマッチングさせ、動圧による非接触シール状態を、より効率が良く安定的に得ることが可能となる非接触型シール装置とすることができる。

請求項１や２のように、内外一対の円弧溝と、これらを連結する径方向溝とから成る形状（例えば、「コ」字状、「エ」字状、「キ」字状等）とし、径方向溝の外径側端部や内径側端部に吸気部を設ける構成とすれば、径方向溝は周囲から流体を取込み、内外の円弧溝は動圧を発生させるという具合に機能分担され、周囲流体を取込んでの動圧発生作用をより明確化させることが可能になる。

この場合、請求項４のように、径方向溝を円弧溝よりも深いものとすれば、動圧発生に必要な流体の取込みが十分行えるようになり、請求項１や２による前記効果を強化させることが可能になる。また、請求項５のように、外部からの供給流体を導いて静圧を発生させるための静圧溝の深さは、動圧溝の最も深い部分（径方向溝）よりも深く設定することにより、回転密封リングと固定密封リングとの非接触シール状態を必要十分なものとして得ることができる。

動圧溝や静圧溝は、請求項６〜９にように、夫々を固定密封リングや回転密封リングの何れにも形成することができるので、回転部材の回転数や各密封リングの材質、大きさ、形状、或いは被軸封機器の内部流体や外部流体の種類といった種々の緒元に応じて適宜に設定することができ、設計の自由度が高いという利点がある。なかでも、回転密封リングに動圧溝を形成すれば、動圧溝での動圧発生を積極的に行わせることが可能であり、動圧による安定した非接触シール状態が得られ易い利点がある。

以下、本発明による非接触型シール装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１，７，１３は複合型の非接触型シール装置の断面図、図２，８は固定密封リングのシール面側を示す上半分の正面図、図３，４，６，９，１０，１２は回転密封リングのシール面側を示す上半分の正面図、図５は図４の、図１１は図１０の夫々の動圧溝の深さ関係等を示す断面図である。

〔参考例１〕
図１には、ポンプ等の被軸封機器Ａに採用されている複合型の非接触型シール装置Ｂの構造が示されている。図１において、１はケーシングであり、このケーシング１を貫通して設けられた軸心Ｘを有する回転軸（回転部材の一例）２には、回転密封環３が嵌装されている。４はＯリングである。５はケーシング１と回転軸２との間に配設された固定密封環であり、回転密封環３の一側面３ａとの対向面５ａがシール面Ｓとして構成されている。この固定密封環５の他側面５ｂに形成された凹部６とケーシング１にボルト７等で固定されたばね受部材８との間には、固定密封環５に対して回転密封環３側への弾性力（ばね力）を常時付与するコイルバネ（弾性機構の一例）９が介装されている。１０，１１は、ケーシング１の内周面と固定密封環５の外周面との間に介在されたＯリングである。

カーボン材等の軟質材で成る固定密封リング５のシール面５ａ（Ｓ）は、固定密封リング５の内外径側が径方向に若干カットされたような段付き形状の端面そのもので構成されており、酸化クロムのコーティングが施されたＳＵＳ材や、ＳｉＣ材等の硬質材で成る回転密封リング３のシール面３ａ（Ｓ）は、回転密封リング３の平面状端面３Ａにおける固定密封リング５のシール面５ａに対応する部分（図に示す内外の破線で囲まれる部分）で構成されている。尚、後述するが、これら固定及び回転密封リング５，３の端部形状が互いに逆となる形状の場合（図１３参照）も考えられる。

固定密封環５のシール面５ａには、図１、図２に示すように、断面形状が矩形（凹形）の複数、例えば４箇所の長溝で円弧状の静圧溝１２が周方向へ均等長さで等間隔に配置して形成されている。１３はケーシング１に形成されて外部からのシールガスＧを取り込む入力ポート、１４は固定密封環５に形成されて入力ポート１３に取り込まれたシールガスＧをオリフィス１５を介して静圧溝１２に導く導入路である。入力ポート１３には、シールガスＧを圧送するポンプＰ等が接続される。シールガス（シール流体の一例）Ｇとしては、窒素ガス等の不活性ガスが挙げられる。

このような構成においては、入力ポート１３に取り込まれたシールガスＧは、オリフィス１５で絞り込まれた後、導入路１４を経て各静圧溝１２に供給され、回転密封環３と静止密封環５との間の隙間を静圧溝１２から内周側および外周側へ向って流出するとともに、コイルバネ９の弾性力により、固定密封リング５が回転密封リング３に向けて押圧付勢される状態で回転軸２が回転する。その結果、コイルバネ９による付勢力とシールガス噴出による押し退け圧力とがバランスし、両密封リング５，３間の隙間が自動調整され、かつ、シールガスＧがシール潤滑膜となる軸封、即ち静圧型の非接触シール機能が発揮される。

回転密封リング３の端面３Ａのシール面３ａには、図１、図３（Ａ）に示すように、回転密封リング３の回転によって固定密封リング５をコイルバネ９による付勢力に抗して押し戻し可能な動圧を生じさせるための動圧溝１７（Ｄ）が多数形成されているとともに、それら動圧溝１７の外径側の端部がシール面３ａの領域外に延出された吸気部１７ｋ（Ｋ）に形成されている。つまり、シールガスＧの供給が無い状態においても、回転軸２が、即ち回転密封リング３が回転しておれば、動圧溝１７に取込まれているシールガスＧが回転慣性によって動圧溝１７の回転方向下手側端部分に動圧を生じさせて、固定密封リング５のシール面５ａと回転密封リング３のシール面３ａとの間にシール隙間を形成する動圧型の非接触シール機能が発揮される。

動圧溝１７は、図３（Ａ）に示すように、回転密封リング３の矢印イ方向への回転を正回転、矢印ロ方向への回転を逆回転とすると、外径側が正方向に傾いた内進角傾斜溝１７ａと外進角傾斜溝１７ｃ、及びこれら内外の進角傾斜溝１７ａ，１７ｃの間に介装されて、大径側が逆方向に傾いた遅角傾斜溝１７ｂとから成るクランク状の溝に形成されている。内進角傾斜溝１７ａと遅角傾斜溝１７ｂとはシール面３ａの領域内に設定されているが、外進角傾斜溝１７ｃの外径側端部はシール面３ａの領域外に食み出しており、その食み出し部分が前述した吸気部１７ｋである。つまり、動圧溝１７は、回転密封リング３の正方向の回転に伴って外気導入が活発化されるよう、吸気部Ｋは、その径方向で動圧溝１７から遠ざかる部分ほど（外径側ほど）、径方向で回転密封リング３の正回転方向（矢印イ方向）の下手側に寄る状態の前進角αが付けられた傾斜溝に形成されている。より具体的には、吸気部１７ｋの中心線ＫＣと、軸心Ｘを通る直線（法線）Ｌとの間に前進角αが付けられている。

この場合、回転密封リング３が逆方向（矢印ロ方向）に回転すると、予め動圧溝１７に取込まれているシールガスによる動圧が、主に内進角傾斜溝１７ａと遅角傾斜溝１７ｂとの連結部位において作用し、回転密封リング３と固定密封リング５との非接触シール状態を維持可能となる。また、回転密封リング３が正方向に回転すると、予め動圧溝１７に取込まれているシールガスによる動圧発生に加えて、吸気部１７ｋから吸込まれた周囲のガス、即ち非軸封機器Ａの内部空間１６のガスを用いての動圧が発生し、これら二系統の要因によって生じる動圧が、主に遅角傾斜溝１７ｂと外進角傾斜溝１７ｃとの連結部位において作用し、回転密封リング３と固定密封リング５との非接触シール状態をより良好に維持可能となる。被軸封機器Ａの内部のガスが外部に流出しても良い場合に、本構造を好適に使用することができる。

つまり、参考例１による複合型非接触型シール装置Ｂは、通常の回転動作時にはシールガスＧによる静圧によって非接触シール状態が維持されており、停止操作や故障等によって回転軸２の駆動力が断たれてから完全停止するまでの間の静圧が機能しない慣性回転時には、動圧溝１７による動圧によって非接触シール状態の維持が可能となるのである。また、シールガスＧの供給が止ったり、或いはシールガスＧの圧力が減圧された場合でも、非接触シール状態が維持される。但し、この場合は前述のように、回転密封リング３が正方向に回転している状態のときのほうが、逆方向に回転しているときよりも、より確実に動圧による非接触シール状態が得られるという信頼性に優れる利点がある。

図３（Ｂ）に示す動圧溝１８（Ｄ）は、前述の動圧溝１７［図３（Ａ）参照］とは向きが正逆反対にされたものを示すものであり、内遅角傾斜溝１８ａ、進角傾斜溝１８ｂ、外遅角傾斜溝１８ｃとから成るクランク状の溝である。つまり、動圧溝１８は、回転密封リング３の逆方向の回転に伴って外気導入が可能となる形状に設定されている。外遅角傾斜溝１８ｃの外径側端部が吸気部１８ｋ（Ｋ）に形成される。この吸気部１８ｋは、その径方向で動圧溝１８から遠ざかる部分ほど（外径側ほど）、径方向で回転密封リング３の逆回転方向（矢印ロ方向）の下手側に寄る状態の前進角βが付けられた傾斜溝に形成されており、具体的には、吸気部１８ｋの中心線ＫＣと、軸心Ｘを通る直線Ｌとの間に前進角βが付けられている。この場合は、回転密封リング３が逆方向に回転している状態のときのほうが、正方向に回転しているときよりも、より確実に動圧による非接触シール状態が得られる、という以外は、前記参考例１による場合と同じ作用効果が得られる。

以下に、別参考例１による複合型非接触型シール装置Ｂの回転密封リング３に形成される動圧溝Ｄを図３（Ｃ），（Ｄ）を参照して説明し、実施例１〜４による複合型非接触型シール装置Ｂの回転密封リング３に形成される動圧溝Ｄを図４〜図６を参照して説明する。これら図３（Ｃ）〜図６に示すものは、動圧溝Ｄが異なる以外は、原則として参考例１による複合型非接触型シール装置Ｂと同じ構造を採るものとする。

〔別参考例１〕
別参考例１による動圧溝１９（Ｄ）は、図３（Ｃ）に示すように、回転密封リング３の矢印イ方向への回転を正回転、矢印ロ方向への回転を逆回転とすると、内径側が正方向に傾いた内進角傾斜溝１９ａと外進角傾斜溝１９ｃ、及びこれら内外の進角傾斜溝１９ａ，１９ｃの間に介装されて、内径側が逆方向に傾いた遅角傾斜溝１９ｂとから成るクランク状の溝に形成されている。つまり、動圧溝１９は、回転密封リング３の正方向の回転に伴って外気導入が可能となる形状に設定されている。そして、シール面３ａの領域外に食み出す吸気部１９ｋ（Ｋ）は、内進角傾斜溝１９ａの内径側端部に、即ち動圧溝１９の内径側端部に形成されている。

別参考例１による動圧溝１９では、吸気部１９ｋは、その径方向で動圧溝１９から遠ざかる部分ほど（内径側ほど）、径方向で回転密封リング３の正回転方向（矢印イ方向）の下手側に寄る状態の前進角βが付けられた傾斜溝に形成されている。より具体的には、吸気部１９ｋの中心線ＫＣと、軸心Ｘを通る直線Ｌとの間に前進角αが付けられている。従って、回転密封リング３が正方向に回転している状態のときのほうが、逆方向に回転しているときよりも、より確実に動圧による非接触シール状態が得られるようになる。この場合は、非軸封機器Ａの外部に存在する周囲ガスが吸気部１９ｋから吸込まれることとなるので、外部のガスが被軸封機器Ａの内部に入り込んでも良い場合に好適に使用することができる。

図３（Ｄ）に仮想線で示す動圧溝２０（Ｄ）は、前述の動圧溝１９［図３（Ｃ）参照］とは向きが正逆反対にされたものを示すものであり、内遅角傾斜溝２０ａ、進角傾斜溝２０ｂ、外遅角傾斜溝２０ｃとから成るクランク状の溝である。吸気部２０ｋは、その径方向で動圧溝２０から遠ざかる部分ほど（内径側ほど）、径方向で回転密封リング３の逆回転方向（矢印ロ方向）の下手側に寄る状態の前進角αが付けられた傾斜溝に形成されており、具体的には、吸気部１８ｋの中心線ＫＣと、軸心Ｘを通る直線Ｌとの間に前進角αが付けられている。つまり、動圧溝２０は、回転密封リング３の逆方向の回転に伴って外気導入が可能となる形状に設定されている。外遅角傾斜溝２０ｃの外径側端部が吸気部２０ｋ（Ｋ）に形成される。この場合は、回転密封リング３が逆方向に回転している状態のときのほうが、正方向に回転しているときよりも、より確実に動圧による非接触シール状態が得られる、という以外は、別参考１の動圧溝１９による場合と同じ作用効果が得られる。

〔実施例１〕
実施例１による動圧溝２１（Ｄ）は、図４（Ａ）に示すように、周方向に沿う内外一対の円弧溝２１ａ，２１ｃと、これら内外の円弧溝２１ａ，２１ｃどうしを連結する径方向溝２１ｂとから成る略逆「ヒ」字形状の正向き動圧溝２１Ａ、又は略「ヒ」字形状の逆向き動圧溝２１Ｂに形成され、径方向溝２１ｂの外径側端部に吸気部２１ｋ（Ｋ）が設けられている。正向き動圧溝２１Ａ溝においては、内外の円弧溝２１ａ，２１ｃの逆方向端部どうしが径方向溝２１ｂで連結され、逆向き動圧溝２１Ｂにおいては、内外の円弧溝２１ａ，２１ｃの正方向端部どうしが径方向溝２１ｂで連結されている。そして、これら正逆向き動圧溝２１Ａ，２１Ｂは、互いの径方向溝２１ｂが周方向に背中合わせ状態で近接配置されており、この正逆向き動圧溝２１Ａ，２１Ｂの対が周方向に均等角度毎に多数形成されている。

径方向溝２１ｂは、回転方向、即ち周方向に対して直交する方向（回転軸２の軸心Ｘに対して放射状に伸びる方向）に向いているので、その外径端部に形成される吸気部２１ｋは、回転密封リング３の正逆いずれの方向（矢印イ及びロ方向）の回転にも伴って外気導入が可能となる形状に、即ち、吸気部２１ｋは、軸心Ｘを通る直線に関して線対象となる形状に設定されている。従って、回転密封リング３が正逆のいずれの方向に回転している場合でも、より確実に動圧による非接触シール状態が得られる利点がある。吸気部２１ｋからは被軸封機器内部のガスが吸込まれる。

〔実施例２〕
実施例２による動圧溝２２（Ｄ）は、図４（Ｂ）に示すように、吸気部２２ｋ（Ｋ）が径方向溝２２ｂの内径側端部に設定されている以外は、実施例１による動圧溝２１と同じ構成であり、対応する箇所には対応する符号を付すものとする。つまり、実施例１による動圧溝２１とは径方向で互いに反対向きとなる形状の動圧溝２２であり、被軸封機器外部のガスが吸気部２２ｋから吸込まれるようになる。

図５（Ａ）、（Ｂ）に、実施例１と２による動圧溝２１，２２夫々の径方向溝２１ｂ，２２ｂにおける断面図を示す。これら各動圧溝２１，２２においては、内外の円弧溝２１ａ，２１ｃ，２２ａ，２２ｃの深さｄ１よりも、径方向溝２１ｂ，２２ｂの深さｄ２の方が深いものに設定されている。吸気部２１ｋ、２２ｋを有する径方向溝２１ｂ，２２ｂを深くすることにより、回転密封リング３回転に伴う吸気部２１ｋ、２２ｋからのガスの吸込みが促進されるとともに、各円弧溝２１ａ，２１ｃ，２２ａ，２２ｃにおけるガスの圧縮による圧力（動圧）を効率良く得ることができる。これにより、動圧溝Ｄの深さが一定のものに比べて同じ回転速度では動圧が大きくなり、非接触シール状態の確実化が可能となる利点がある。尚、固定密封リング５に形成された静圧溝１２の深さｄ３は、動圧溝２１，２２の深さｄ２よりもさらに深い溝に設定されている。つまり、溝深さはｄ１＜ｄ２＜ｄ３である。

〔実施例３〕
実施例３による動圧溝２３（Ｄ）は、図６（Ａ）に示すように、周方向に沿う内外一対の円弧溝２３ａ，２３ｃと、これら内外の円弧溝２３ａ，２３ｃどうしの周方向中央部を連結する径方向溝２３ｂとから成る「土」字形状の溝である。これは、図４（Ａ）に示す実施例１による一対の動圧溝２１Ａ，２１Ｂを合体させたような動圧溝２３であり、対応する箇所には対応する符号を付すものとする。この場合も吸気部２３ｋ（Ｋ）は径方向溝２３ｂの外径端部に形成されており、回転密封リング３の正方向（矢印イ方向）及び逆方向（矢印ロ方向）いずれの方向の回転でも、被軸封機器内部のガスを吸入しての動圧発生が可能になる。即ち、吸気部２３ｋは、軸心Ｘを通る直線に関して線対象となる形状に設定されている。

〔実施例４〕
実施例４による動圧溝２４（Ｄ）は、図６（Ｂ）に示すように、吸気部２４ｋ（Ｋ）が径方向溝２４ｂの内径側端部に設定されている以外は、実施例３による動圧溝２３と同じ構成であり、対応する箇所には対応する符号を付すものとする。つまり、実施例３による動圧溝２３とは径方向で互いに反対向きとなる形状の動圧溝２４であり、被軸封機器外部のガスが吸気部２４ｋ（Ｋ）から吸込まれるようになる。

〔参考例２〕
参考例２による複合型の非接触型シール装置Ｂは、図７に示すように、静圧溝１２が回転密封リング３に形成されている以外は、図１に示す参考例１による複合型の被接触シール装置と同じであり、対応する箇所には対応する符号を付すものとする。即ち、固定密封リング５のシール面５ａ（Ｓ）には、図８に示すように、導入路１４の開口部が形成されるだけであり、回転密封リング３のシール面３ａ（Ｓ）には、図９（Ａ）に示すように、静圧溝１２と動圧溝１７（Ｄ）との双方による複合溝Ｍが形成される構造である。

この場合、図９（Ａ）に示すように、回転密封リング３の端面３Ａに形成される溝は、図３（Ａ）に示される動圧溝１７に、図２に示される静圧溝１２が追加されたもの、即ち複合溝Ｍになり、対応する箇所には対応する符号を付すものとする。静圧溝１２の深さは、動圧溝１７よりも深いので、静圧溝１２の輪郭形状が実線として表されている。溝が形成されない固定密封リング５をＳｉＣ材やＳＵＳ材等の硬質材から形成し、溝が形成される回転密封リング３をカーボン材等の軟質材から形成しても良い。

図９（Ｂ）に示す複合溝Ｍ’は、前述［図９（Ａ）参照］の動圧溝１７とは向きが正逆反対にされた動圧溝１８（Ｄ）と静圧溝１２との組合せである。

以下に、別参考例２による複合型非接触型シール装置Ｂの回転密封リング３に形成される動圧溝Ｄと静圧溝１２との組合せ、即ち複合溝Ｍを、図９（Ｃ），（Ｄ）を参照して説明し、実施例５〜８による複合型非接触型シール装置Ｂの回転密封リング３に形成される動圧溝Ｄと静圧溝１２との組合せ、即ち複合溝Ｍを、図１０〜図１２を参照して説明する。動圧溝Ｄが異なる以外は、原則として参考例２による複合型非接触型シール装置Ｂと同じ構造を採るものとする。

〔別参考例２〕
別参考例２による複合溝Ｍは、図９（Ｃ）に示すように、別参考例１による動圧溝１９（Ｄ）［図３（Ｃ）を参照］と静圧溝１２［図２又は図９（Ａ）を参照］との組合せである。

図９（Ｄ）に示す複合溝Ｍ’は、前述［図９（Ｃ）参照］の動圧溝１９とは向きが正逆反対にされた動圧溝２０（Ｄ）と静圧溝１２との組合せである。

〔実施例５〕
実施例５による複合溝Ｍは、図１０（Ａ）に示すように、実施例１による動圧溝２１（Ｄ）［図４（Ａ）を参照］と、静圧溝１２［図２又は図９を参照］との組合せである。

〔実施例６〕
実施例６による複合溝Ｍは、図１０（Ｂ）に示すように、実施例２による動圧溝２２（Ｄ）［図４（Ｂ）を参照］と、静圧溝１２［図２又は図９を参照］との組合せである。

図１１（Ａ）、（Ｂ）に、実施例５と６による複合溝Ｍ夫々の径方向溝２１ｂ，２２ｂにおける断面図を示す。これら各動圧溝２１，２２においては、内外の円弧溝２１ａ，２１ｃ，２２ａ，２２ｃの深さｄ１よりも、径方向溝２１ｂ，２２ｂの深さｄ２の方が深いものに、かつ、径方向溝２１ｂ，２２ｂの深さｄ２よりも静圧溝１２の深さｄ３の方が深いものに夫々設定されている。つまり、溝深さはｄ１＜ｄ２＜ｄ３である。

〔実施例７〕
実施例７による複合溝Ｍは、図１２（Ａ）に示すように、実施例３による動圧溝２３（Ｄ）［図６（Ａ）を参照］と、静圧溝１２［図２又は図９を参照］との組合せである。

〔実施例８〕
実施例８による複合溝Ｍは、図１２（Ｂ）に示すように、実施例４による動圧溝２４（Ｄ）［図６（Ｂ）を参照］と、静圧溝１２［図２又は図９を参照］との組合せである。

〔実施例９〕
実施例９による複合型の非接触型シール装置Ｂは、図１３に示すように、動圧溝Ｄが固定密封リング５のシール面５ａ（Ｓ）に形成された構造のものである。図１３（Ａ）に示すものは、動圧溝Ｄに加えて、静圧溝１２も固定密封リング５のシール面５ａに形成して複合溝Ｍとされた構造であり、図１３（Ｂ）に示すものは、静圧溝１２が回転密封リング３のシール面３ａ（Ｓ）に形成された構造である。図示は省略するが、この実施例９による非接触型シール装置Ｂの動圧溝Ｄの形状も、前述した種々の形状のもの（図４〜図６等を参照）を設定することが自在である。

複合型非接触型シール装置の構造を示す断面図 図１の固定密封リングのシール面を示す上半分の正面図 （Ａ）は図１の動圧溝を、（Ｂ）は（Ａ）と逆向きの動圧溝を、（Ｃ）は別実施例１による動圧溝を、（Ｄ）は（Ｃ）と逆向きの動圧溝を夫々示す回転密封リングの上半分の正面図 （Ａ）は実施例１による動圧溝、（Ｂ）は実施例２による動圧溝を夫々示す回転密封リングの上半分の正面図 （Ａ）は図４（Ａ）の径方向溝部分の断面図、（Ｂ）は図４（Ｂ）の径方向溝部分の断面図 （Ａ）は実施例３による動圧溝、（Ｂ）は実施例４による動圧溝を夫々示す回転密封リングの上半分の正面図 複合型非接触型シール装置の構造を示す断面図 図７の固定密封リングのシール面を示す上半分の正面図 （Ａ）は図７の動圧溝を、（Ｂ）は（Ａ）と逆向きの動圧溝を、（Ｃ）は別実施例６による動圧溝を、（Ｄ）は（Ｃ）と逆向きの動圧溝を夫々示す回転密封リングの上半分の正面図 （Ａ）は実施例５による動圧溝、（Ｂ）は実施例６による動圧溝を夫々示す回転密封リングの上半分の正面図 （Ａ）は図１０（Ａ）の径方向溝部分の断面図、（Ｂ）は図１０（Ｂ）の径方向溝部分の断面図 （Ａ）は実施例７による動圧溝、（Ｂ）は実施例８による動圧溝を夫々示す回転密封リングの上半分の正面図 （Ａ）は固定密封リングの静圧溝を、（Ｂ）は固定密封リングの静圧溝を夫々示す動圧溝を固定密封リングに持つ複合型非接触型シール装置の概略の断面図（実施例９）

符号の説明

１ ケーシング
２ 回転部材
３ 回転密封リング
５ 固定密封リング
９ 弾性機構
１２ 静圧溝
２１ａ，２２ａ 内円弧溝
２１ｂ 径方向溝
２１ｃ，２２ｃ 外円弧溝
２２ｂ 径方向溝
Ａ 被軸封機器
Ｂ 非接触型シール装置
Ｄ 動圧溝
Ｋ 吸気部
ＫＣ 軸心Ｘを通る直線
Ｓ シール面
Ｘ 回転部材の軸心
α 正方向の前進角
β 逆方向の前進角

Claims (9)

1. 被軸封機器の回転部材と一体に回転する回転密封リングと、
   回転部材の軸方向への移動が可能に前記被軸封機器のケーシング側に支持され、かつ、前記軸方向において前記回転密封リングに弾性機構によって付勢される固定密封リングと、
   前記回転密封リングと前記固定密封リングとが対向するシール面に周方向で間隔をあけた状態で前記回転密封リング又は前記固定密封リングに配置形成され、かつ、外部からシール流体が供給自在とされる複数の円弧状静圧溝と、
   前記回転密封リングの回転によって前記固定密封リングを前記弾性機構による付勢力に抗して押し戻し可能な動圧を生じさせるべく前記回転密封リング又は前記固定密封リングのシール面に形成される動圧溝と、
   を有するとともに、前記動圧溝は、周方向に沿う内外一対の円弧溝と、これら内外の円弧溝どうしを連結する径方向溝とから成る形状の溝に形成され、この動圧溝には、前記径方向溝の外径側端部を前記シール面の領域外に延出することで成る吸気部が形成されている非接触型シール装置。
2. 被軸封機器の回転部材と一体に回転する回転密封リングと、
   回転部材の軸方向への移動が可能に前記被軸封機器のケーシング側に支持され、かつ、前記軸方向において前記回転密封リングに弾性機構によって付勢される固定密封リングと、
   前記回転密封リングと前記固定密封リングとが対向するシール面に周方向で間隔をあけた状態で前記回転密封リング又は前記固定密封リングに配置形成され、かつ、外部からシール流体が供給自在とされる複数の円弧状静圧溝と、
   前記回転密封リングの回転によって前記固定密封リングを前記弾性機構による付勢力に抗して押し戻し可能な動圧を生じさせるべく前記回転密封リング又は前記固定密封リングのシール面に形成される動圧溝と、
   を有するとともに、前記動圧溝は、周方向に沿う内外一対の円弧溝と、これら内外の円弧溝どうしを連結する径方向溝とから成る形状の溝に形成され、この動圧溝には、前記径方向溝の内径側端部を前記シール面の領域外に延出することで成る吸気部が形成されている非接触型シール装置。
3. 前記吸気部は、回転部材の軸心を通る直線に関して線対象となる形状に設定されている請求項１又は２に記載の非接触型シール装置。
4. 前記径方向溝の深さが前記円弧溝の深さよりも深いものに設定されている請求項１〜３の何れか一項に記載の非接触型シール装置。
5. 前記静圧溝の深さが前記径方向溝の深さよりも深いものに設定されている請求項４に記載の非接触型シール装置。
6. 前記動圧溝が前記固定密封リングのシール面に形成されている請求項１〜５の何れか一項に記載の非接触型シール装置。
7. 前記動圧溝が前記回転密封リングのシール面に形成されている請求項１〜５の何れか一項に記載の非接触型シール装置。
8. 前記静圧溝が前記固定密封リングのシール面に形成されている請求項１〜７の何れか一項に記載の非接触型シール装置。
9. 前記静圧溝が前記回転密封リングのシール面に形成されている請求項１〜７の何れか一項に記載の非接触型シール装置。

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