JPH06101766A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸封面に流体移送用のらせん溝を形成し固定
リングにこのらせん溝に通ずる連通孔を設けたメカニカ
ルシールにおいて、連通孔を流れる流体の温度の影響と
ダストの問題を解消すること。 【構成】 回転軸５に軸スリーブ６を介して回転リング
１が装着されている。回転リング１にはバネ１０で支持
リング７を介して固定リング２が軸方向に押しつけられ
軸封面３Ａを形成し、高圧室３と低圧室４との間をシー
ルしている。固定リング２には軸封面３Ａに開口した環
状溝１１と、これから軸方向に伸びた複数個の連通孔１
２が設けられている。連通孔１２は、支持リング７の側
面に導入開口７Ｂとして開口している。このように、連
通孔１２は軸封面３Ａの近くを通らず、そこから固定リ
ング２内を軸方向に伸びているので、ここを冷いガスが
通ってもシール面に不均一な熱影響を与えることがな
く、かつ、導入開口７Ｂは環状溝１１と反対側の端面に
設けられているので高圧室を浮遊してくるダストが連通
孔へ進入しにくい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス圧縮機やポンプな
どの軸封に適用されるメカニカルシールに関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に従来のメカニカルシールの１例
（実開平３−１２７８０９号）を示す。図２において、
回転軸５と静止されたケーシング８の間に形成される高
圧室３と低圧室４との間で軸封を行うためにメカニカル
シールが用いられている。

【０００３】回転軸５には、スリーブ６と７が取り付け
られ、このスリーブ６，７によって回転リング１が回転
軸５上に支持されている。回転リング１には、後述する
ように軸封面に沿って高圧室３側へ流体を移送するため
のらせん溝３１が設けられている。

【０００４】一方、ケーシング８には、シールハウジン
グ９が取付けられ、シールハウジング９は、バネ１０を
介して固定リング２を回転リング１に向けて押圧して軸
封面３Ａを形成し高圧室３と低圧室４の間をシールして
いる。固定リング２には、回転リング１と接触する面に
環状溝１１が設けられ、この環状溝１１を高圧室側へ連
絡する複数個の連通孔１２が設けられている。

【０００５】前述の回転リング１に複数段設けられたら
せん溝３１は、回転リング１の回転により連通孔１２と
環状溝１１を経由して高圧室３の流体を軸封面３Ａに沿
って外径方向へ移送し、回転リング１と固定リング２の
軸封面３Ａの間に回転を許容しつゝ、圧力差を維持す
る。なお、らせん溝３１は、固定リング２側に設けてあ
ってもよい。

【０００６】図２のように、従来は連通孔１２が固定リ
ング２の内部を軸封面３Ａに平行に環状溝１１から外径
方向に向い最外周で高圧室３に開口していた。すなわ
ち、高圧室３からの連通孔１２の入口半径位置は、らせ
ん溝３１の外径位置より大きく、また連通孔１２はらせ
ん溝３１に平行に設けられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
メカニカルシールにおいては連通孔１２がらせん溝３１
に平行に設けられているため、高圧室３から連通孔１２
に入ったガスの熱影響を軸受部３Ｂの周辺は直接受け
る。

【０００８】本来、軸受部３Ｂとシール部３Ｃとで成る
軸封面３Ａは、均一平面であることによりシール機能が
発揮されるものであるが、連通孔１２は、そこを流れる
高圧室３からのガスの温度によって影響を受け、これら
軸受部３Ｂ、シール部３Ｃに段差が生じ、シール機能が
劣化することのあることが本発明者の実験等によって明
らかとなった。

【０００９】ちなみに、軸封面３Ａのギャップ、すなわ
ち回転リング１と固定リング２とのギャップは、正常状
態では回転リング１が停止中には全面接触（除、環状溝
１１）し、回転中にはらせん溝３１の作用でわずか数ミ
クロンメートルの均一値を保つ。本発明者の実験により
わかった代表的な不具合点を図３により説明する。

【００１０】図３（ａ）は、回転リング１が回転中で軸
封面３Ａのギャップが均一、すなわち軸受部３Ｂとシー
ル部３Ｃに段差がなく固定リング２とギャップを保った
正常状態を示す。回転リング１が停止中には、図２に示
したように軸封面３Ａは上記のように全面接触している
が、回転リング１が回転しはじめると、最初のうちは回
転リング１と固定リング２とが接触して図２のように回
転するため摩擦により回転リング１，固定リング２共に
熱膨張する。

【００１１】回転リング１の回転数が上昇すると、らせ
ん溝３１の作用で軸封面３Ａのギャップが開きはじめ図
３（ａ）に移行しようとする。ところが、ギャップが開
きはじめると同時に連通孔１２に固定リング２の温度よ
りも低い高圧室３のガスが送り込まれるため、軸受部３
Ｂ近傍が急冷されて軸方向に収縮し、図３（ｂ）に示す
ようにシール部３Ｃのみが接触して回転する。

【００１２】一般に、回転リング１には超硬等の硬い材
料を使い、固定リング２にはカーボン等の軟い材料を用
いるので固定リング２側のシール部３Ｃが磨耗して軸封
面３Ａが均一平面でなくなり、シール機能が劣化するこ
とがあった。

【００１３】一方、連通孔１２の外周側が高圧室３にさ
らされているため、ダスト３Ｄが連通孔１２の中に進入
して軸封面３Ａを傷つけ、シール機能を劣化させる可能
性があった。

【００１４】本発明は、従来のメカニカルシールに見ら
れたこれらの欠点のないメカニカルシールを提供するこ
とを課題としている。また、本発明は、連通孔に対しダ
スト等が入ってシール性能を劣化させることのないメカ
ニカルシールを提供することも課題としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記した課
題を解決するため、前記した連通孔を環状溝から固定リ
ング内を軸方向に伸びて形成されている構成を採用す
る。具体的には、らせん溝の外径よりも小さい固定リン
グの位置に、連通孔の高圧室からの入口（連通孔入口）
を設ける。

【００１６】また、本発明では、前記した構成に加え、
固定リング内に設けた連通孔の入口を環状溝と反対側の
軸方向端面に開口させた構造をも採用する。

【００１７】

【作用】本発明によるメカニカルシールでは前記したよ
うに連通孔が環状溝から固定リング内を軸方向に伸びて
形成されていて、従来のもののように軸封面に沿ってそ
の近くに連通孔が設けられていないので高圧室から連通
孔に入ったガスの熱影響が軸受部周辺に集中せず、極力
固定リング全体へ均一となるようにされる。

【００１８】すなわち、本発明によれば、連通孔の高圧
室からの入口を、固定リングにおいてらせん溝の外径よ
りも小さい位置に設けているので、連通孔へのガスの流
入量変化や温度変化に対し固定リング内の温度分布は均
一化される。これにより軸受部とシール部との温度差に
よる軸方向の変位差、すなわち段差が生じなくなる。

【００１９】また、本発明によって固定リング内に設け
た前記連通孔の入口を環状溝と反対側の軸方向端面に開
口させた構造を採用すると、高圧室を浮遊してくるダス
トは固定リング等とシールハウジングとの小さなすきま
を通って来るため、シールハウジングの内面上部に付着
したダストが落下して直接連通孔へ進入し軸封面を傷つ
ける確率は極めて小さいものとなる。

【００２０】

【実施例】以下本発明によるメカニカルシールを図１に
示した実施例に基いて具体的に説明する。なお、図１に
おいて、図２及び図３に示す従来の装置と同一部分には
同じ符号を付してありそれらの説明は省略する。

【００２１】回転リング１は、軸スリーブ６を介して回
転軸５に装着されている。固定リング２は、ばね１０で
支持リング７を介して回転リング１へ軸方向に押し付け
られ、軸封面３Ａを形成して高圧室３と低圧室４との間
をシールし、ばね１０を保持するシールハウジング９を
介してケーシング８に装着されている。

【００２２】固定リング２には軸封面３Ａに向けて環状
溝１１を形成すると共に、また軸方向に伸びた複数個の
連通孔１２を設けている。支持リング７には、一方が上
記連通孔１２に、他方が高圧室３に連通する導入孔７Ａ
が設けられ、この導入孔７Ａの高圧室３への開口部、す
なわち導入孔入口７Ｂは支持リング７の側面に設けてい
る。

【００２３】環状溝１１内のガスを高圧室３側の方向へ
移送するらせん溝３１が、回転リング１側の軸封面３Ａ
に円周方向に複数設けられている。以上、本発明を図示
した本実施例について具体的に説明したが、本発明はこ
れに限定されず本発明の範囲内において種々変更を加え
てよいことはいうまでもない。

【００２４】例えば、らせん溝３１は固定リング２側の
軸封面３Ａに設けてあってもよいし、また、固定リング
２と支持リング７とを一体物とし、上記の技術的思想が
織り込まれるものであってもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるメカ
ニカルシールでは高圧室の冷ガスをらせん溝に導く連通
孔を軸封面近傍に通さずに環状溝から前記固定リング内
を軸方向に伸びて形成されているので固定リングへのガ
スの熱影響を均一化するため、高圧室から連通孔に入っ
たガスの熱影響によって、軸受部とシール部に段差が生
じシール機能が劣化することがない。

【００２６】また、本発明によって前記したように、固
定リング内に設けた連通孔の入口を環状溝と反対側の軸
方向端面に開口させたものでは、高圧室を浮遊してくる
ダストが連通孔へ進入し軸封面を傷つける確率は極めて
小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係るメカニカルシールの構
成図。

【図２】従来のメカニカルシールを示す構成図。

【図３】従来のメカニカルシールの軸封面の挙動を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 回転リング ２ 固定リング ３ 高圧室 ３Ａ 軸封面 ４ 低圧室 ５ 回転軸 ７ 支持リング ７Ａ 導入孔 ８ ケーシング ９ シールハウジング １０ ばね １１ 環状溝 １２ 連通孔 ３１ らせん溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に装着した回転リングと、該回転
   軸を囲むケーシングに取付けらればねにより前記回転リ
   ングに向って押付けられる固定リングとで軸封面を形成
   して高圧室と低圧室との間をシールし、前記固定リング
   の軸封面には環状溝を設けると共にこの環状溝を前記高
   圧室に連通する連通孔を固定リングに複数個設け、前記
   固定リングの軸封面における環状溝で区画された半径方
   向外側の高圧側部分、あるいはこの部分に相対する前記
   回転リングの軸封面部分に、回転軸の回転により前記固
   定リングの環状溝内の流体を前記高圧室側方向へ移送す
   るらせん溝を円周方向に複数個設けてなるメカニカルシ
   ールにおいて、前記連通孔が前記環状溝から前記固定リ
   ング内を軸方向に伸びて形成されていることを特徴とす
   るメカニカルシール。
2. 【請求項２】前記固定リング内に設けた前記連通孔の入
   口を前記環状溝と反対側の軸方向端面に開口させたこと
   を特徴とする請求項１記載のメカニカルシール。