JP7423434B2 - セグメントシール - Google Patents

Description

本開示は、セグメントシールに関する。

特許文献１には、セグメントシールの一例が開示されている。詳しくは、特許文献１に開示されているセグメントシールは、回転軸（スリーブ）の周囲に区画される第１シール室及び第２シール室と、各シール室に収容されるセグメントリングと、を備えてなる。ここで、第１シール室と第２シール室は軸方向に並んだ状態で互いに連通しており、第１シール室は軸方向一側の空間（例えば大気）に開放される一方、第２シール室は軸方向他側の空間（例えば機内の空間）に開放される。

前記特許文献１によれば、第１シール室と第２シール室にパージガスを封入することで、第１シール室と軸方向一側の空間との間の連通、及び、第２シール室と軸方向他側の空間との間の連通をそれぞれ閉塞し、回転軸とケーシングとの隙間を軸方向両側で封止した、いわゆるダブルシール構造を実現することができる。

特開平７－１１９８４０号公報

ところが、前記特許文献１に係る構成を利用する場合、シール室とセグメントリングを少なくとも２つずつ用意する必要がある。そのため、前記特許文献１に係る構成には、軸方向の寸法が長くなるという問題があった。このことは、セグメントシールのコンパクト化を図るには不都合である。

本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パージガスを封入することでダブルシール構造をなすセグメントシールにおいて、そのコンパクト化を実現することにある。

本開示の一態様は、回転軸の周囲に区画されるシール室にガスを封入することで、前記回転軸と、該回転軸が挿通されるケーシングと、の隙間をシールするセグメントシールに係る。このセグメントシールは、前記シール室に収容され、単数または複数のセグメントリングからなるリング体と、前記シール室における軸方向一側の第１内壁部と前記リング体との間に配置され、該リング体の端面に接触した状態で軸方向にスライド可能なリテーナと、前記軸方向一側から軸方向他側に向かって前記リテーナを付勢することで、前記シール室において前記第１内壁部に対向する第２内壁部に向けて前記リング体を押圧する付勢部材と、を備える。

この構成によれば、付勢部材がリテーナを付勢することで、軸方向一側においてはリテーナとリング体との間にシール面が形成されるとともに、軸方向他側においてはリング体と第２内壁部との間にもシール面が形成される。これにより、シール室を軸方向両側で封止することができ、ダブルシール構造を実現することが可能となる。

ここで、前記構成を利用するためには、１つのシール室と、そのシール室に収容されるべき１組のリング体のみを用意すればよい。これにより、軸方向における寸法を抑制し、ひいては、セグメントシールのコンパクト化を実現することができる。

以上説明したように、本開示によれば、セグメントシールのコンパクト化を実現することができる。

図１は、セグメントシールの構成を例示する縦断面図である。 図２は、第１セグメントリングの構成を例示する平面図である。 図３は、第２セグメントリングの構成を例示する平面図である。 図４は、第３セグメントリングの構成を例示する平面図である。 図５は、リテーナの構成を例示する２面図である。 図６は、パージガスの封入について例示する部分拡大図である。 図７は、セグメントシールの変形例を示す図１対応図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。

図１に例示されるセグメントシール１は、ポンプ、ブロワー、粉体機器等の回転軸１００と、その回転軸１００が挿通されるケーシング２００と、の隙間Ｇをシールすることで、機内から大気への流体漏出を防止するものである。

特に、本実施形態に係るセグメントシール１は、いわゆるダブルシール構造を実現するように構成されている。すなわち、このセグメントシール１は、回転軸１００の周囲に形成されるシール室１０にパージガスを封入することで、回転軸１００とケーシング２００との隙間Ｇのうち、シール室１０から見て軸方向一側（大気側）に位置する第１隙間部Ｇ１と、シール室１０から見て軸方向他側（機内側）に位置する第２隙間部Ｇ２と、を同時にシールするように構成されている。

なお、ここでいう「軸方向」とは、回転軸１００の軸心Ｃに沿う方向を指す。同様に、以下の記載における「径方向」とは、軸心Ｃに直交する方向を指し、「周方向」とは、軸心Ｃを包み込む方向を指す。

また、図１等に示す例では、回転軸１００はスリーブ１０１を有しており、このスリーブ１０１を介してセグメントシール１と回転軸１００とが接触するように構成されているが、以下の記載では、スリーブ１０１に係る説明は、適宜省略する。

図１に示すように、セグメントシール１は、シール室１０に収容されるリング体２と、ガータスプリング３と、位置決めピン４と、リテーナ５と、シール部材６と、付勢部材７と、を備える。

シール室１０は、ケーシング２００における回転軸１００の周囲の部位に形成される。具体的に、本実施形態に係るシール室１０は、回転軸１００とケーシング２００との隙間Ｇを径方向の外方に向かって膨出させてなる。

詳しくは、図１及び図６に示すように、シール室１０は、軸方向一側に位置する第１内壁部１１と、軸方向他側に位置する第２内壁部１２と、径方向外側に位置する第３内壁部１３と、径方向内側に位置する回転軸１００の外周面１００ａと、によって区画された略環状の空間として構成されている。なお、図１及び図６に示す例では、回転軸１００の外周面１００ａは、スリーブ１０１の外周面に等しい。

ここで、第１内壁部１１と第２内壁部１２は、双方とも径方向に沿って延びており、互いに向かい合うように配置される。第１内壁部１１と外周面１００ａとの間には、大気に通じる第１隙間部Ｇ１が設けられる。シール室１０は、この第１隙間部Ｇ１を介して大気に連通する。同様に、第２内壁部１２と外周面１００ａとの間には、機内に通じる第２隙間部Ｇ２が設けられる。シール室１０は、この第２隙間部Ｇ２を介して機内に連通する。

また、第３内壁部１３は、軸方向に沿って延びており、回転軸１００の外周面１００ａと向かい合うように配置される。第３内壁部１３は、導入口２０１を介して外部と連通する。この導入口２０１は、ケーシング２００を径方向に貫通しており、外部からシール室１０にパージガスを導入するために用いられる。

リング体２は、単数又は複数のセグメントリングからなる。具体的に、本実施形態に係るリング体２は、軸方向一側から軸方向他側に向かって順に、リテーナ５に密着する第１セグメントリング２１と、第１セグメントリング２１に隣接する第２セグメントリング２２と、第２セグメントリング２２に隣接し、かつ第２内壁部１２に密着する第３セグメントリング２３と、を有する。

ここで、第１セグメントリング２１、第２セグメントリング２２及び第３セグメントリング２３は、図２～図４に示すように、それぞれ、周方向に分割された複数のセグメント片２１ａ，２２ａ，２３ａからなる。

図２に示すように、第１セグメントリング２１は、略円弧状に形成された３つのセグメント片２１ａに分割される。本実施形態に係る第１セグメントリング２１は、軸方向における一側の端面２１ｂがリテーナ５と密着することで、このリテーナ５との間でシール面を形成させることができる。なお、ここでいう「端面」とは、図２に示すように、軸方向に沿って第１セグメントリング２１を正面視したときの表裏いずれか一方の面を指す。第１セグメントリング２１はまた、その内周面２１ｃが回転軸１００の外周面１００ａに摺接し、この外周面１００ａとの間でシール面を形成する。

また、各セグメント片２１ａの外周面には、第１セグメントリング２１を回転軸１００の軸心Ｃに沿って平面視したときに、周方向に沿って延びる溝２１ｄが設けられる。この溝２１ｄにガータスプリング３を巻き付けることで、３つのセグメント片２１ａが外周側から拘束される。この拘束によって、３つのセグメント片２１ａは、第１セグメントリング２１としての一体的なリング形状を構成する。

また、各セグメント片２１ａの外周面には、第１セグメントリング２１を回転軸１００の軸心Ｃに沿って平面視したときに、径方向の内側に向かって窪んだ凹部２１ｅが設けられる。図１の紙面下側に示すように、この凹部２１ｅに位置決めピン４を挿入することで、第１セグメントリング２１の回転を防ぐことができる。

さらに、第１セグメントリング２１の各分割面（第１セグメントリング２１を３つのセグメント片２１ａに分割する平面）は、径方向に対して傾斜した方向に沿って延びる（図２の傾斜角θを参照）。

図３に示すように、第２セグメントリング２２は、略円弧状に形成された３つのセグメント片２２ａに分割される。本実施形態に係る第２セグメントリング２２は、軸方向一側の端面（例えば、図３において符号２２ｂが付された面）を第１セグメントリング２１と密着させ、他側の端面が第３セグメントリング２３と密着させることができる。第２セグメントリング２２はまた、その内周面２２ｃが回転軸１００の外周面１００ａに摺接し、この外周面１００ａとの間でシール面を形成する。

また、各セグメント片２２ａの外周面には、周方向に沿って延びる溝２２ｄと、凹部２２ｅと、が設けられる。第２セグメントリング２２における溝２２ｄ及び凹部２２ｅは、第１セグメントリング２１における溝２１ｄ及び凹部２１ｅと同様の機能を有するように構成される。

また、第２セグメントリング２２を構成する各セグメント片２２ａは、周方向において間隔を空けて相対する。詳しくは、３つのセグメント片２２ａのうちのいずれか１つの端部（特に、周方向における端部）は、そのセグメント片２２ａに隣接する別のセグメント片２２ａの端部に対し、周方向において間隔を空けて相対する（図３の間隔Ｄを参照）。

さらに、第２セグメントリング２２の各分割面（第２セグメントリング２２を３つのセグメント片２２ａに分割する平面）は、径方向に沿って延びる。ここで、図２と図３との比較から理解されるように、第１セグメントリング２１の各分割面は、第２セグメントリング２２の各分割面に対して周方向にオフセットさせてなる。換言すれば、第１セグメントリング２１の各分割面の角度位置と、第２セグメントリング２２の各分割面の角度位置と、は互いに相違するようになっている。

図４に示すように、第３セグメントリング２３は、略円弧状に形成された３つのセグメント片２３ａに分割される。本実施形態に係る第３セグメントリング２３は、軸方向一側の端面２３ｂを第２セグメントリング２２と密着させ、他側の端面を第２内壁部１２と密着させることができる。後者の密着によって、第３セグメントリング２３は、第２内壁部１２との間でシール面を形成する。

また、第３セグメントリング２３の内周面２３ｃは、回転軸１００の外周面１００ａに摺接しない。換言すれば、第３セグメントリング２３の内周面２３ｃと、回転軸１００の外周面１００ａとは、径方向に間隔を空けて向かい合う。

また、各セグメント片２３ａの外周面には、周方向に沿って延びる溝２３ｄと、凹部２３ｅと、が設けられる。第３セグメントリング２３における溝２３ｄ及び凹部２３ｅは、第１セグメントリング２１における溝２１ｄ及び凹部２１ｅと同様の機能を有するように構成される。

さらに、第３セグメントリング２３の各分割面（第３セグメントリング２３を３つのセグメント片２３ａに分割する平面）は、径方向に沿って延びる。ここで、図３と図４との比較から理解されるように、第２セグメントリング２２の各分割面は、第３セグメントリング２３の各分割面に対して周方向にオフセットさせてなる。換言すれば、第２セグメントリング２２の各分割面の角度位置と、第３セグメントリング２３の各分割面の角度位置と、は互いに相違するようになっている。

位置決めピン４は、図１に示すようにケーシング２００に固定される。この位置決めピン４は、各セグメントリング２１，２２，２３の凹部２１ｅ，２２ｅ，２３ｅに挿通され、各セグメントリング２１，２２，２３を周方向に位置決めする。

リテーナ５は、第１内壁部１１と、リング体２を構成する第１セグメントリング２１の端面２１ｂと、の間に配置される。このリテーナ５は、第１セグメントリング２１の端面２１ｂに接触した状態で軸方向にスライド可能に構成される。リテーナ５は、筒形状を有しており、回転軸１００に挿入される。

具体的に、本実施形態に係るリテーナ５は、図１及び図５に示すように、第１内壁部１１とリング体２との間に配置される鍔状部５１と、この鍔状部５１から軸方向他側に向かって延び、かつ径方向において回転軸１００とケーシング２００との間に配置される筒状部５２と、鍔状部５１から軸方向他側に向かって突出する回り止め部５３と、を有する。

鍔状部５１は、径方向に沿って延びる鍔形状を有する。この鍔状部５１は、軸方向一側の端面５１ａが第１内壁部１１に対して間隔を空けて相対し、軸方向他側の端面５１ｂを第１セグメントリング２１の端面２１ｂと密着させることができる。後者の密着によって、リテーナ５は、前述のように第１セグメントリング２１との間でシール面を形成する。

また、鍔状部５１の外径は、リング体２を構成する各セグメントリング２１，２２，２３の外径に比して大きい。対して、鍔状部５１の内径は、回転軸１００の外周面１００ａの外径に比して大きい。すなわち、鍔状部５１の内周面５１ｃは、回転軸１００の外周面１００ａに摺接しない。

なお、鍔状部５１の外径は、リング体２を構成する各セグメントリング２１，２２，２３の外径と同一にしてもよいし、各セグメントリング２１，２２，２３の外径に比して小さくしてもよい。

筒状部５２は、軸方向に沿って延びる筒形状を有する。筒状部５２は、その軸方向他側の端部において鍔状部５１と一体化されている。鍔状部５１の内周面５１ｃは、筒状部５２の内周面と面一に繋がっている。この内周面５１ｃは、回転軸１００の外周面１００ａに対して間隔を空けて相対する。すなわち、リテーナ５の内周面５１ｃは、回転軸１００とは摺接しない。

また、図６に示すように、筒状部５２は、前述の第１隙間部Ｇ１に挿入される。そうして挿入される筒状部５２と、ケーシング２００との間にはシール部材６が配置される。このシール部材６は、いわゆるＯリングとして構成されており、第１隙間部Ｇ１のうち、リテーナ５とケーシング２００との隙間（具体的には、筒状部５２の外周面と、ケーシング２００における回転軸１００の挿通孔との隙間）をシールする。

回り止め部５３は、鍔状部５１から軸方向他側に向かって突出した円柱形状を有する。回り止め部５３は、第１内壁部１１の壁面に挿入される。この挿入によって、径方向におけるリテーナ５の回転が抑制される。

付勢部材７は、軸方向一側から軸方向他側に向かってリテーナ５を付勢することで、リング体２を第２内壁部１２に向けて押圧する。この押圧によって、該リテーナ５とリング体２とが密着するとともに、該リング体２とシール室１０の第２内壁部１２とが密着する。

具体的に、本実施形態に係る付勢部材７は、軸方向に伸縮しかつ鍔状部５１を付勢するコイルバネとして構成される。付勢部材７は、鍔状部５１のうち、特に回転軸１００の軸心Ｃを中心に回り止め部５３と重ならない位置に複数配置される。

また、図１に示すように、シール部材６は、回り止め部５３と付勢部材７との間のスペースに配置される。このように配置することは、軸方向におけるセグメントシール１のコンパクト化に資する。

（パージガスの封入について）
図６の矢印Ａ１に示すように、導入口２０１からパージガスを封入すると、そのガスは、第２セグメントリング２２におけるセグメント片２２ａ間の隙間Ｄに入り込む。第２セグメントリング２２の隙間Ｄに入り込んだパージガスは、第１セグメントリング２１を軸方向一側に向けて押圧するとともに、第３セグメントリング２３を軸方向他側に向けて押圧する。

一方、図６の矢印Ａ２に示すように、付勢部材７は、軸方向一側から軸方向他側に向かってリテーナ５を付勢する。この付勢によって、軸方向一側においてはリテーナ５と第１セグメントリング２１とが密着し、両部材の間にシール面が形成される。それと同時に、軸方向他側においては第３セグメントリング２３と第２内壁部１２とが密着し、その間にシール面が形成される。これにより、シール室１０を軸方向両側で封止することができ、ダブルシール構造を実現することが可能となる。

また、付勢部材７によって形成される両シール面は、リテーナ５を介したリング体２の押圧と、パージガスの封入による押圧と、が相まって、より堅固なものとなる。これにより、セグメントシール１のシール性能をさらに高めることが可能となる。特に、パージガスの封入と付勢部材７による押圧とを組み合わせることで、第３セグメントリング２３とリテーナ５とを、軸方向の両側から挟み込むように押し付け合わせることができる。このことは、シール性能の向上に資する。

さらに、本実施形態に係る構成は、複数のシール室を用いるものではなく、１つのシール室１０と、そのシール室１０に収容されるべき１組のリング体２のみを用いてなる。これにより、軸方向における寸法を抑制し、ひいては、セグメントシール１のコンパクト化を実現することができる。

さらに、本実施形態に係る構成は、１組のセグメントリング（リング体２）のみで十分なシール性能を発揮するため、摺動部品、消耗品等の部品点数を抑制することができる。このことは、セグメントシール１の低コスト化に資する。さらに、１組のセグメントリング（リング体２）のみで十分なシール性能を発揮するため、メンテナンスを従来よりも容易に行うことができるようになる。

また、図１及び図５に示すように、筒状部５２とケーシング２００との間をシール部材６によって封止することで、リテーナ５とケーシング２００との隙間からの流体漏出を防止することができる。このことは、シール性能の向上に資する。

また、図１に示すように、コイルバネとして構成される付勢部材７は、軸方向において第１内壁部１１とリテーナ５との間に配置される。このように配置することで、リテーナ５とリング体２との接触状態を保持しつつ、リテーナ５を介してリング体２を押圧することが可能となる。

また、図１に示すように、リテーナ５に回り止め部５３を設けることで、リテーナ５の回転を抑制することができる。これにより、リング体２に対するリテーナ５の摺動を抑制し、セグメントシール１の高寿命化に有利になる。

また、図３に示すように、第２セグメントリング２２を構成するセグメント片２２ａの端部間に隙間Ｄを設けることで、パージガスをその隙間Ｄに誘導し、ひいてはパージガスによる押圧を効果的に行うことができるようになる。

また、図２及び図３に示すように、第１セグメントリング２１の各分割面と、第２セグメントリング２２の各分割面と、を周方向にオフセットさせることで、第１セグメントリング２１の各分割面へのパージガスの流入を抑制することができる。これにより、シール性能の向上に有利になる。

また、図２に示すように、第１セグメントリング２１の各分割面を斜めに傾斜させることで、各分割面の面積をより広く確保することができる。これにより、第１セグメントリング２１からのパージガスの流出を抑制し、シール性能の向上に有利になる。

《他の実施形態》
前記実施形態では、３つのセグメントリングからなるリング体を例示したが、本開示は、そうした構成には限定されない。図７に示すセグメントシール１’のように、第１セグメントリング２１及び第２セグメントリング２２からなるリング体２’を用いてもよいし、第２セグメントリング２２単体からなるリング体（不図示）を用いてもよい。なお、図７における上記以外の構成は、図１～図６を用いて説明した構成と同一であることから、同一の符号を付し、その説明を省略している。

１ セグメントシール
２ リング体
２１ 第１セグメントリング
２１ａ セグメント片
２２ 第２セグメントリング
２２ａ セグメント片
２３ 第３セグメントリング
２３ａ セグメント片
３ ガータスプリング
４ 位置決めピン
５ リテーナ
５１ 鍔状部
５２ 筒状部
５３ 回り止め部
６ シール部材
７ 付勢部材
１０ シール室
１１ 第１内壁部
１２ 第２内壁部
１００ 回転軸
１００ａ 外周面
２００ ケーシング
Ｇ 隙間
Ｇ１ 第１隙間部
Ｇ２ 第２隙間部

Claims (6)

1. 回転軸の周囲に区画されるシール室にガスを封入することで、前記回転軸と、該回転軸が挿通されるケーシングと、の隙間をシールするセグメントシールであって、
   前記シール室に収容され、単数または複数のセグメントリングからなるリング体と、
   前記シール室における軸方向一側の第１内壁部と前記リング体との間に配置され、該リング体の端面に接触した状態で軸方向にスライド可能なリテーナと、
   前記軸方向一側から軸方向他側に向かって前記リテーナを付勢することで、前記シール室において前記第１内壁部に対向する第２内壁部に向けて前記リング体を押圧する付勢部材と、を備え、
   前記リング体は、前記軸方向一側から前記軸方向他側に向かって順に、
   前記リテーナに密着する第１セグメントリングと、
   前記第１セグメントリングに隣接する第２セグメントリングと、
   前記第２セグメントリングに隣接し、かつ前記第２内壁部に密着する第３セグメントリングと、を有し
   前記第２セグメントリングは、周方向に分割されかつ前記回転軸の外周面に摺接する複数のセグメント片からなり、
   前記第２セグメントリングを構成する各セグメント片は、周方向において間隔を空けて相対する
   ことを特徴とするセグメントシール。
2. 請求項１に記載されたセグメントシールにおいて、
   前記リテーナは、
   前記第１内壁部と前記リング体との間に配置される鍔状部と、
   前記鍔状部から前記軸方向一側に向かって延び、かつ径方向において前記回転軸と前記ケーシングとの間に配置される筒状部と、を有し、
   前記筒状部と前記ケーシングとの間には、前記筒状部と前記ケーシングとの隙間をシールするシール部材が配置される
   ことを特徴とするセグメントシール。
3. 請求項１又は２に記載されたセグメントシールにおいて、
   前記付勢部材は、軸方向において前記第１内壁部と前記リテーナとの間に配置され、軸方向に伸縮するコイルバネとして構成される
   ことを特徴とするセグメントシール。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載されたセグメントシールにおいて、
   前記リテーナは、前記軸方向一側に向かって突出しかつ前記第１内壁部に挿入される回り止め部を有する
   ことを特徴とするセグメントシール。
5. 請求項１に記載されたセグメントシールにおいて、
   前記第１セグメントリングは、周方向に分割されかつ前記回転軸の外周面に摺接する複数のセグメント片からなり、
   前記第１セグメントリングの各分割面は、前記第２セグメントリングの各分割面に対して周方向にオフセットさせてなる
   ことを特徴とするセグメントシール。
6. 請求項５に記載されたセグメントシールにおいて、
   前記第１セグメントリングの各分割面は、径方向に対して傾斜した方向に沿って延びる
   ことを特徴とするセグメントシール。

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