JPH0478379A

JPH0478379A - 非接触端面シール

Info

Publication number: JPH0478379A
Application number: JP18802890A
Authority: JP
Inventors: Yoshiichi Kimura; 芳一木村; Hideo Tsuboi; 壼井　日出雄
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1992-03-12
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPH0743038B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は非接触端面シールに関し、特に、回転軸ととも
に回転する回転環の密封面と、該回転環に相対する固定
環の密封面とから密封部を形成する非接触端面シールに
関するものである。

［従来の技術］第３図及び第４図に従来の非接触端面シールが示されて
おり、回転環側にスパイラル溝を形成したタイプのもの
が示されている。

ケーシング９の内部に収容された回転軸１には軸スリー
ブ２が設けられている。そして、スプリングリテーナ６
との間に介在するバネ１０によって、固定環４がシール
リングリテーナ５を介して回転環３に対して押しつけら
れている。

回転環３はその端面が第４図に示されており、符号３１
はシール流体をそのポンピング作用で巻き込むスパイラ
ル溝、符号３４は巻き込まれたシール流体に絞り作用を
与えるダム部を形成する平面部を示している。

第３図及び第４図において、符号Ｈは高圧側、符号りは
低圧側をそれぞれ示しており、第４図において高圧側は
半径方向外側であり、低圧側は半径方向内側となってい
る。そして、前記スパイラル溝３１は半径方向の高圧側
に形成されている。

回転軸１の回転に際しては、スパイラル溝３１に密封流
体を巻き込んで密封面に薄い流体膜を形成している。こ
れに加えて各部分の寸法を適宜選定することにより、固
定環４と回転環３との密封面の隙間を極力小さくしてい
た。

［発明が解決しようとする課題］第３図及び第４図の従来技術では、スパイラル溝３１の
諸寸法を適宜設定し、回転環３及び固定環４の密封面の
隙間を極力少なくして、以て該密封面に形成される流体
膜の剛性を大きくしている。

しかし、この様な従来技術で密封面からのシール流体の
漏出を積極的に低減するためには密封面の隙間を少なく
する必要があったが、当然限界があった。そのため、上
述した様なタイプの非接触端面シールにおいて、密封面
からのシール流体の漏出をより低減する技術が要望され
ていたが、構成を煩雑にすることな（密封面からのシー
ル流体の漏出を低減することは困難であった。

また、スパイラル溝３１を形成した部分と平面部３４と
面一となっている。そのため起動時には、スパイラル溝
３１の形成部分におけるリッジ部（溝でない部分であり
、平面部３４と同じ高さを持つ部分）及び平面部３４が
、密封部（第３図中の符号３６で示す部分）において、
固定環４の密封面４Ｓと固体接触している。

しかし、この様に密封部において固体接触をしていると
、密封流体が密封部の接触面内に入り込めなくなってし
まう。そして、密封流体が圧力を持っている状態で起動
しようとすると、非常に大きなすべり抵抗が存在し、起
動に必要な動力も非常に大きなものになるという問題が
あった。固定環側にスパイラル溝が形成されているタイ
プの場合も同様である。

本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みて提案された
もので、構成を煩雑にすることなくシール流体の漏出を
低減でき、かつすべり抵抗を減少せしめて起動に必要な
動力も小さくすることが出来る非接触端面シールの提供
を目的としている。

［課題を解決するための手段］本発明の非接触端面シールは、回転軸とともに回転する
回転環の密封面と、該回転環に相対する固定環の密封面
とから密封部を形成する非接触端面シールにおいて、一
方の密封面の半径方向外側及び半径方向内側にそれぞれ
スパイラル溝を形成し、外側のスパイラル溝は回転環の
回転と共に密封面外周にある流体を巻き込む方向に、ま
た内側のスパイラ溝は内周にある流体を巻き込む方向に
形成されている。

また本発明の非接触端面シールは、高圧側のスパイラル
溝を形成した部分が、シールリング密封面の平面部に比
べて僅かに窪んでいる。この窪み寸法は３μｍ以下の寸
法だけ窪んでいるのが好ましい。

また本発明は、回転環側にスパイラル溝が形成されてい
るタイプ、固定環側にスパイラル溝が形成されているタ
イプ、スパイラル溝の半径方向外側が高圧で内側が低圧
である場合、スパイラル溝の半径方向外側が低圧で内側
が高圧である場合、のいずれにおいても適用可能である
。

［作用］上記したような構成を有する本発明によれば、半径方向
外側及び半径方向内側にスパイラル溝を形成することに
より、高圧側及び低圧側の双方にスパイラル溝が設けら
れる。そして、低圧側のスパイラル溝はそのポンピング
作用により高圧側から低圧側へ向う密封流体の漏出流れ
に抵抗を与える。これにより、密封面からの圧力流体の
漏出量が激減する。また、密封流体の流れに抵抗を与え
る結果、密封面に形成される流体膜の剛性が高められる
。

また、高圧側及び低圧側の双方にスパイラル溝が設けら
れたため、平面部の面積すなわち起動時において固体接
触している部分の面積が減少し、起動の際のすべり抵抗
が減少する。

さらに本発明によれば、高圧側スパイラル溝を形成した
部分をシールリング密封面の平面部に比べて僅かに窪ま
せたことにより、密封流体が密封面内に充分に入り込む
ようになっている。これにより起動時の抵抗がより一層
小さくなり、起動に必要な動力も小さくて済むので、省
エネルギの要請にも良く合致する。

ここで、高圧側のスパイラル溝を形成した部分（のリッ
ジ部）がシールリング密封面と比較して窪んでいる寸法
が大きすぎると、スパイラル溝部にポンピング作用を減
少することになり非接触機能に支障を来す恐れがある。

これに対して本発明では該窪んでいる寸法が僅かである
様に構成されているため、スパイラル溝部のポンピング
作用に悪影響を及ぼす恐れが少ない。特に３μｍ以下の
寸法だけ窪んでいる様に構成すれば、加工時の表面あら
さ或いはうねりを考慮する点からも好適である。

［実施例］以下、主として第１図及び第２図を参照して本発明の一
実施例について説明する。なお、第３図及び第４図と同
一の部材には同一の符号が付されている。

第１図において、ケーシング９に収容された回転軸１に
は軸スリーブ２が設けられている。そして軸スリーブ２
はキー２０を介して回転環３に接続しており、回転環３
は固定環４と向かい合って且つ密封面３２により面接触
している。

ここで固定環４はシールリングリテーナ５に接触してお
り、シールリングリテーナ５とケーシング９に取り付け
られたスプリングリテーナ６との間にはバネ１０が介在
している。そして、バネ１０及びシールリングリテーナ
５を介して、固定環４は回転環３に押しつけられている
。

回転環３の端面（密封面）については、第２図で詳細に
示されており、符号３１は高圧側のスパイラル溝、符号
３２は低圧側のスパイラル溝を示している。ここで第３
図及び第４図と同様に、第１図及び第２図においても高
圧側は半径方向外側であり、低圧側は半径方向内側とな
っている。そして、高圧側スパイラル溝３１と低圧側ス
パイラル溝３２との間は平面部３３となっている。

また、高圧側スパイラル溝３１の表面（スパイラル溝３
１のリッジ部）は、平面部３３に比べてｈｌだけ窪んで
いる（低い）。ここで、ｈｌは３μｍ以下の寸法に設定
されている。

なお、第１図で符号４２はシール部材を示している。こ
のような構成により１．高圧側Ｈにある高い圧力を持つ
流体は低圧側空間りに漏出しない様になっている。

次にこの実施例の作用を説明する。

回転軸１が回転することにより、回転環３と固定環４と
が相対運動する。これにより、回転環３に形成した高圧
側スパイラル溝３１が高圧流体を巻き込んで、回転環３
の密封面に流体膜を形成する。この流体膜により、該密
封面３２は固定環４の密封面５０に対して非接触状態と
なる。

ここで、回転環３の密封面に低圧側スパイラル溝３２を
設けてあり、″該スパイラル溝３２はそのポンピング作
用により高圧側Ｈから低圧側りへの密封流体の漏出流れ
に対してｉ杭、を与えるので、密封流体の漏出量が減少
する。

この結果、回転環３の密封面と固定環４の密封面５０と
を非接触状態に維持されるが、密封流体の漏れは極力制
限されるのである。

これに加えて、高圧側スパイラル７／Ｉｔ３１を平面部
３３に比較してｈｌだけ窪ませたことにより、その窪み
に高圧側Ｈの密封流体が流入する。その結果、密封面の
負荷を低減することができ、その分だけ起動時のすべり
抵抗を緩和できる。

ここで、ｈｌを大きくすることはスパイラル溝３１のポ
ンピング作用を減少することになり、非接触機能に支障
を来す恐れがある。すなわち、ｈは極力小さいことが望
ましい。加工時の表面あらさやうねりをも考慮すればｈ
１＝３μｍ以下が好適である。

図示の実施例では回転環の端面に高圧側及び低圧側のス
パイラル溝を設けているが、固定環の端面に設けても構
わない。また図示の実施例では、シールリングの半径方
向外側が高圧で半径方向内側が低圧であるが、半径方向
外側を低圧にして半径方向内側を高圧にしても良い。

［発明の効果］本発明の効果を以下に列挙する。

（１）　低圧側スパイラル溝のポンピング作用により、
高圧側から低圧側への密封流体の漏出流れに対して抵抗
が付与されるので、密封流体の漏出量が減少する。

（２）　高圧側スパイラル溝部か密封面の他の部分と比
較して窪んているため、シール流体か密封面内の高圧側
スパイラル溝部に充分に入り込むようになっているので
、起動時のすべり抵抗が極力小さくなり、起動に必要な
動力も小さくて済む。

そのため、省エネルギの要請に良く合致する。

（３）　前記窪みの深さ寸法を非常に小さく（例えば３
μｍ以下）すれば、スパイラル溝部におけるポンピング
作用が減少することは少ない。

そして、非接触機能に支障を来す恐れも少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を一部破断して示す断面正面
図、第２図は回転環端面に形成されたスパイラル溝を示
す端面図、第３図は従来技術を一部破断して示す断面正
面図、第４図は従来技術における回転環端面に形成され
たスパイラル溝を示す端面図である。１・・・回転軸　　３・・・回転環　　４・・・固定環
３１・・・高圧側スパイラル溝　　３２・・・低圧側ス
パイラル溝　　３３・・・平面部　　５０・・・密封面
ｈ　・・スパイラル溝を形成した部分の窪み寸法Ｈ・・
・高圧側　　Ｌ・・・低圧側７２侶第１回第４１！′

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転軸とともに回転する回転環の密封面と、該回
転環に相対する固定環の密封面とから密封部を形成する
非接触端面シールにおいて、一方の密封面の半径方向外
側及び半径方向内側にそれぞれスパイラル溝を形成し、
回転環の回転と共に外側のスパイラル溝は密封面外周に
ある流体をそのポンピング作用で巻き込む方向に、また
内側のスパイラル溝は内周にある流体を巻き込む方向に
形成されていることを特徴とする非接触端面シール。
（２）高圧側のスパイラル溝を形成した部分はシールリ
ング密封面の平面部に比べて僅かに窪んでいる請求項（
１）に記載の非接触端面シール。