JPH07260008A - 非接触メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非接触メカニカルシールにおいて、プライマ
リーリングとリテーナースリーブ間の密封を、耐熱性に
優れたカーボンピストンリングで行うにあたって、リテ
ーナースリーブに対する摺動摩擦抵抗を少なくしてメー
ティングリングに対するプライマリーリングの追従性を
確保しつつ、プロセス流体の漏れを少なくすることが可
能な高温用及び超低温用の非接触メカニカルシールを提
供する。 【構成】 押圧手段１０のディスク１３とプライマリー
リング７の軸方向と直交する端面間に、リテーナースリ
ーブ６に摺動可能に密嵌したカーボンピストンリング１
５を介在させ、当該カーボンピストンリングは一ヶ所に
スプリットを形成した複数の構成リング３６，３７，３
８を互いに密嵌し、外周をガータースプリング４０で緊
迫するとともに、リテーナースリーブに接触する軸方向
内外縁に環状凹部４２，４２を形成してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接触メカニカルシー
ルに係わり、更に詳しくはガスタービンやブロアー、遠
心コンプレッサ等の流体機器の軸封装置として高周速且
つ高温条件下若しくは超低温条件下で使用する非接触メ
カニカルシールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンプレッサ等における回転軸と
ケーシング間を密封する非接触メカニカルシールは既に
提供されている。例えば、本出願人の先願に係る特開平
５−１６４２４９号公報には、回転軸に密封固定したメ
ーティングリングとシールハウジングに密封装着し且つ
押圧手段にて軸方向へ付勢したプライマリーリングとの
対面する各シール面の何れか一方のシール面に、相対的
回転方向に対して前進角を有する複数の螺旋溝を円周方
向に一定間隔で設けて封入流体をシール面間に圧送して
なる非接触メカニカルシールが提供されている。

【０００３】そして、この非接触メカニカルシールは、
プライマリーリングとメーティングリングのシール面間
に中心に向かう動圧が発生し、この動圧により両シール
面間にミクロン単位のギャップを生じさせて非接触状態
を保持して高周速回転を可能にしたものである。

【０００４】ここで、前記プライマリーリングは、回転
軸の軸振れや軸方向の変移に起因するメーティングリン
グの微少変移に追従し、またシール面間の動圧によるギ
ャップ形成のために、リテーナースリーブに対して軸方
向に変移可能となすとともに、その間を密封する必要が
ある。そのため、前述の公報記載のものは、リテーナー
スリーブの外周面とプライマリーリングの内周面間にＯ
リングを介在させているのである。また、流体機器のケ
ーシング若しくはシールハウジングとリテーナー、メー
ティングリングと固定スリーブ、回転軸と固定スリーブ
の各部材間の密封にもＯリングを使用している。

【０００５】しかし、各部材間の密封にＯリングを使用
しているので、高温での連続運転には不向きであり、Ｐ
ＴＦＥ製の耐熱性Ｏリングを使用したとしても連続運転
に耐えられる温度は高々３００℃である。特に、プライ
マリーリングとリテーナースリーブ間に用いるＯリング
は、プロセス側の高圧、高温流体が直接接触し、しかも
リテーナースリーブの軸方向に絶えず摺動しながら密封
するといった最も過酷な使用環境に曝されており、機械
的強度を十分に維持する必要があることから、Ｏリング
が軟化しない程度の温度で使用しなければならず、その
上耐久性における安全性を考慮すれば連続運転できる上
限は２００℃程度である。同様に、−１００℃以下の超
低温で使用する場合には、通常のＯリングでは脆くなっ
て使用に耐えられない。

【０００６】そのため、高温用又は超低温用のメカニカ
ルシールでは、プライマリーリングとリテーナースリー
ブ間の密封をカーボンピストンリングで行っている。こ
のカーボンピストンリング１００は、図８及び図９に示
すように、プライマリーリング１０１の軸方向と直交す
る端面１０２と、複数のコイルばねからなる押圧手段１
０３のディスク１０４との間に位置し、該端面１０２に
一側面を圧接するとともに、リテーナースリーブ１０５
の外周面に密嵌してプライマリーリング１０１とリテー
ナースリーブ１０５間を密封するものである。その構造
は、略同形の一対の内構成リング１０６ａ，１０６ｂを
軸方向に密接し、それぞれの外周に略同形の一対の外構
成リング１０７ａ，１０７ｂを密嵌するとともに、各外
構成リング１０７ａ，１０７ｂの外周に設けた環状溝に
それぞれガータースプリング１０８ａ，１０８ｂを嵌着
して緊迫したものである。ここで、各構成リング１０
６，１０７は、それぞれ三ヶ所に形成したスプリット１
０９，…で三分割されたものであり、全てのスプリット
１０９が軸方向及び半径方向に重ならないように互いに
位置をずらせて組立てられている。それにより、ガータ
ースプリング１０８ａ，１０８ｂによって、内構成リン
グ１０６ａ，１０６ｂの内周摺接面１１０ａ，１１０ｂ
がリテーナースリーブ１０５の外周面１１１に密接する
のである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の構造の
カーボンピストンリングは、内構成リングの摺接面とリ
テーナースリーブの外周面との間の摺動摩擦抵抗が大き
いので、メーティングリングに対するプライマリーリン
グの素早い追従性が損なわれる。また、実際にプライマ
リーリングとリテーナースリーブとの間の密封に寄与す
るのは、プライマリーリング側の内構成リング１０６ａ
であり、他のリングは該内構成リング１０６ａの三つの
スプリット１０９，…からの漏れを防止する目地材の作
用をなすのであるが、図９の断面における十字状の接合
部での目地作用が不十分であるためＯリングと比較して
漏れが多いのである。

【０００８】そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決
しようとするところは、非接触メカニカルシールにおい
て、プライマリーリングとリテーナースリーブ間の密封
を、耐熱性に優れたカーボンピストンリングで行うにあ
たって、リテーナースリーブに対する摺動摩擦抵抗を少
なくしてメーティングリングに対するプライマリーリン
グの追従性を確保しつつ、プロセス流体の漏れを少なく
することが可能な非接触メカニカルシールを提供する点
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、回転軸に密封固定したメーティングリング
と、シールハウジングに軸方向可動となして密封装着し
且つリテーナーに設けた押圧手段にて前記メーティング
リング側へ付勢したプライマリーリングとの両シール面
の少なくとも一方のシール面に、相対的回転方向に対し
て前進角を有する多数の螺旋溝を円周方向に形成してな
る非接触メカニカルシールであって、前記押圧手段のデ
ィスクとプライマリーリングの軸方向と直交する端面間
に、リテーナースリーブに摺動可能に密嵌したカーボン
ピストンリングを介在させ、当該カーボンピストンリン
グは一ヶ所にスプリットを形成した複数の構成リングを
互いに密嵌し、外周をガータースプリングで緊迫すると
ともに、リテーナースリーブに接触する軸方向内外縁に
環状凹部を形成してなる非接触メカニカルシールを構成
した。

【００１０】ここで、前記カーボンピストンリングとし
て、リテーナースリーブに密嵌する一対の内構成リング
を軸方向に密接し、両内構成リングの外周にわたって一
つの外構成リングを密嵌するとともに、該外構成リング
の外周をガータースプリングで緊迫してなる構造のも
の、あるいはリテーナースリーブに密嵌する内構成リン
グの外周に外構成リングを密嵌するとともに、内外構成
リング一側の両側端面であって押圧手段のディスク側に
リテーナースリーブに密嵌する側構成リングを密接し、
前記外構成リングと側構成リングをそれぞれガータース
プリングで緊迫してなる構造のものがより好ましい実施
例である。

【００１１】更に、前記カーボンピストンリングの端面
と前記押圧手段のディスクとの間に、膨張グラファイト
シートを介在させてなることが好ましい。

【００１２】また、前記リテーナースリーブとして、カ
ーボンピストンリングに近似した熱膨張率を有するタン
グステンカーバイド、シリコンカーバイド又はそれと同
等の硬度及び熱膨張率を有するセラミックスで形成した
リテーナースリーブを用いてなることがより好ましい。

【００１３】そして、前記回転軸とメーティングリン
グ、シールハウジングとリテーナー及びリテーナーとリ
テーナースリーブの各部材間をグラファイト製ガスケッ
トで密封してなるのである。

【００１４】

【作用】以上の如き内容からなる本発明の非接触メカニ
カルシールは、メーティングリングとプライマリーリン
グの両シール面のうち少なくとも一方のシール面に形成
した螺旋溝によって、封入流体をシール面間へ圧送する
動圧を発生させ、この流体輸送作用によりシール面間に
圧送された封入流体の圧力で両シール面間にギャップを
形成して密封するので、メーティングリングとプライマ
リーリングとは非接触となって高周速回転が可能とな
り、またプライマリーリングとリテーナースリーブとの
間をカーボンピストンリングで密封するので、３００〜
５００℃程度の高温での連続運転が可能である。そし
て、カーボンピストンリングの各構成リングには一ヶ所
のみスプリットが形成されているので、ガータースプリ
ングの緊迫力によって弾性的に変形する程度の構造的弾
性を備え且つ該スプリットを通しての封入流体の漏れを
最小限に抑制し、更にカーボンピストンリングのリテー
ナースリーブに接触する軸方向内外縁に環状凹部を形成
したので、該リテーナースリーブの外周面との接触面積
が少なくなって軸方向への摺動摩擦抵抗が小さくなり、
もってメーティングリングに対するプライマリーリング
の追従性を確保するのである。

【００１５】そして、前記カーボンピストンリングとし
て、リテーナースリーブに密嵌する一対の内構成リング
を軸方向に密接し、両内構成リングの外周にわたって一
つの外構成リングを密嵌するとともに、該外構成リング
の外周をガータースプリングで緊迫してなる構造のも
の、あるいはリテーナースリーブに密嵌する内構成リン
グの外周に外構成リングを密嵌するとともに、内外構成
リング一側の両側端面であって押圧手段のディスク側に
リテーナースリーブに密嵌する側構成リングを密接し、
前記外構成リングと側構成リングをそれぞれガータース
プリングで緊迫してなる構造のものを採用した場合、各
構成リングの断面における接合部がＴ字状になり、プラ
イマリーリング側に位置する内構成リングに対する他の
構成リングの目地作用が十分になって、漏れを最小限に
抑制するのである。また、前者の構造のカーボンピスト
ンリングは、ガータースプリングが一つになるので部品
点数が減少する。

【００１６】また、前記カーボンピストンリングの端面
と前記押圧手段のディスクとの間に、膨張グラファイト
シートを介在させることにより、カーボンピストンリン
グの端面の歪みを吸収するのである。

【００１７】また、前記リテーナースリーブとして、カ
ーボンピストンリングに近似した熱膨張率を有するタン
グステンカーバイド、シリコンカーバイド又はそれと同
等の硬度及び熱膨張率を有するセラミックスで形成した
リテーナースリーブを用いると、高温においてもカーボ
ンピストンリングの内径とリテーナースリーブの外径の
差が少なく、良好なシール性を確保できる。

【００１８】更に、前記回転軸とメーティングリング、
シールハウジングとリテーナー及びリテーナーとリテー
ナースリーブの各部材間をグラファイト製ガスケットで
密封することにより、高温の連続運転時にもシール性を
維持できるのである。

【００１９】

【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。本実施例においては高温のガス
シール用に用いる非接触メカニカルシールについて主に
説明するが、液体シール用でも同様である。

【００２０】図１は本発明に係る非接触メカニカルシー
ルＭの全体構造を示し、流体機器の密封容器であるケー
シング１と、該ケーシング１の開放端を貫通する回転軸
２との間に設けている。ここで、図中Ａは大気圧（低
圧）側、Ｂはプロセス（高圧）側を示している。

【００２１】本実施例の非接触メカニカルシールＭは、
前記ケーシング１にシールハウジング３、リテーナー４
を順次ボルト締めして形成したシール空間内に、前記回
転軸２に密封固定したメーティングリング５と、前記リ
テーナー４に固定しシール空間内に突出させたリテーナ
ースリーブ６に密封装着したプライマリーリング７を配
し、該メーティングリング５とプライマリーリング７の
互いのシール面８，９を対接させ、そしてプライマリー
リング７はリテーナー４とリテーナースリーブ６間に非
回転且つ軸方向可動となしてリテーナースリーブ６に密
封するとともに、リテーナー４で保持された押圧手段１
０にて各シール面８，９が接近する方向に付勢してい
る。ここで、前記押圧手段１０は、リテーナー４とリテ
ーナースリーブ６間に配したホルダー１１で支持された
複数のコイルばね１２，…とその軸方向内方に配したリ
ング状のディスク１３とから構成されている。そして、
前記ディスク１３とプライマリーリング７の軸方向と直
交する端面１４間に、リテーナースリーブ６に摺動可能
に密嵌したカーボンピストンリング１５を介在させて、
プライマリーリング７とリテーナースリーブ６間を密封
している。

【００２２】そして、図２に示す如く、前記メーティン
グリング５のシール面８には、その外周縁を始端として
内方へ延び、回転方向Ｒに対して前進角を有する螺旋溝
１６を円周方向に一定間隔毎に多数設けている。それに
より、プロセスガスの存在下でメーティングリング５が
プライマリーリング７に対して回転（回転方向Ｒ）する
ことにより、螺旋溝１６によってシール面８，９間に半
径方向中心へ向かう動圧を発生させてプロセスガスを圧
送し、両シール面８，９間に微少ギャップを形成すると
ともに、プロセス側の圧力よりも高いシール圧を形成し
て密封するのである。一方、図示しないが、前記プライ
マリーリング７のシール面９にも同様な螺旋溝１７を形
成し、この螺旋溝１７は相対的回転方向に対して前進角
を有するものであっても、後進角を有するものであって
も良く、前進角を有する場合には前記螺旋溝１６と同じ
作用をなし、後進角を有する場合には前記螺旋溝１６に
よって圧送されたプロセスガスを一部逆流させて、漏れ
を少なくする作用をなすのである。尚、本実施例では、
メーティングリング５の素材はタングステンカーバイド
であり、プライマリーリング７の素材はカーボンであ
る。

【００２３】前記メーティングリング５の回転軸２への
固定については、先ず回転軸２に外挿固定したアセンブ
リスリーブ１８に密嵌したドライブカラー１９をボルト
締めし、該ドライブカラー１９にその内方側、即ちシー
ル空間内に位置し、アセンブリスリーブ１８に外嵌した
シャフトスリーブ２０をボルトで軸方向に締付けて固定
し、更にシャフトスリーブ２０にその内方側に位置し、
アセンブリスリーブ１８に外嵌したロッキングスリーブ
２１をボルトで軸方向に締付けて固定すると同時に、前
記シャフトスリーブ２０に設けた環状段部２２にトレラ
ンスリング２３を介在させて外嵌したメーティングリン
グ５を、該環状段部２２の半径方向壁面とロッキングス
リーブ２１のフランジ２４とで挾持して固定するのであ
る。尚、前記アセンブリスリーブ１８は、複数の非接触
メカニカルシールＭを軸方向にタンデムに配列するため
に使用するものであり、単数の場合にはアセンブリスリ
ーブ１８を省略して前述の各部材を直接回転軸２に取付
けるのである。

【００２４】そして、アセンブリスリーブ１８とシャフ
トスリーブ２０との密封は、前記ドライブカラー１９の
内方側にシャフトスリーブ２０に沿って延設した筒状の
押圧部２５に、シャフトスリーブ２０の外方側であって
アセンブリスリーブ１８に沿って形成した環状空間部２
６を外嵌し、押圧部２５の先端で環状空間部２６内に密
嵌したグラファイト製の台形状ガスケット２７を圧縮
し、該ガスケット２７をシャフトスリーブ２０の環状空
間部２６の壁面とアセンブリスリーブ１８の外周面に密
着させて行っている。また、メーティングリング５とシ
ャフトスリーブ２０との密封は、前記シャフトスリーブ
２０の環状段部２２の半径方向壁面に形成した環状のシ
ール溝にグラファイト製のガスケット２８を嵌着してお
き、ロッキングスリーブ２１をシャフトスリーブ２０に
固定する締結力を利用して該ガスケット２８をメーティ
ングリング５に圧接することにより行っている。また、
前記ロッキングスリーブ２１とメーティングリング５を
回転に対して一体化するために、ロッキングスリーブ２
１のフランジ２４に突設したピン２９をメーティングリ
ング５に埋設している。

【００２５】また、ケーシング１とシールハウジング３
との密封は、両部材の接合面にグラファイト製のガスケ
ット３０を介在させて行い、シールハウジング３とリテ
ーナー４との密封は、両部材の接合面にグラファイト製
のガスケット３１を介在させて行っている。更に、リテ
ーナー４とリテーナースリーブ６は、半径方向にトレラ
ンスリング２３ａを介して調心され、それらの熱膨張差
による同心ずれを防止するとともに、その間の密封は、
前記同様に両部材の接合面にグラファイト製のガスケッ
ト３２を介在させて行っている。

【００２６】次に、プライマリーリング７の組付構造に
ついて説明すれば、該プライマリーリング７のバランス
直径部を前記リテーナースリーブ６の外周面に軸方向移
動可能に外嵌するとともに、外周に突設した回転規制部
３３をリテーナー４の内周面に軸方向に向けて形成した
スプライン溝３４に軸方向移動可能に嵌挿して、該プラ
イマリーリング７の非回転状態を維持するのである。こ
こで、前記プライマリーリング７とリテーナースリーブ
６との間には、メーティングリング５に対するプライマ
リーリング７の素早い追従性を確保するために、微少間
隙を設けることが好ましい。

【００２７】そして、本実施例のカーボンピストンリン
グ１５は、図３〜図５に示すように、リテーナースリー
ブ６の外周面３５に密嵌する一対の内構成リング３６，
３７を軸方向に並設して互いに密接し、両内構成リング
３６，３７の外周にわたって一つの外構成リング３８を
密嵌するとともに、該外構成リング３８の外周に形成し
た環状溝３９にガータースプリング４０を緊張状態で嵌
着し、外構成リング３８を介して両内構成リング３６，
３７をリテーナースリーブ６の外周面３５に緊迫するも
のであり、各構成リング３６，３７，３８にはそれぞれ
一ヶ所にスプリット４１，…を形成して構造的な弾力性
を付与したものである。ここで、両内構成リング３６，
３７の軸方向幅の和と外構成リング３８の軸方向幅とを
一致させている。更に、一対の両内構成リング３６，３
７のリテーナースリーブ６に接触する各外縁に、即ち両
内構成リング３６，３７をリテーナースリーブ６に組付
けた状態での軸方向内外縁に、図５に示すように環状凹
部４２，４２を形成し、リテーナースリーブ６に接触す
る摺接面４３，４３の軸方向幅を狭くし、リテーナース
リーブ６に対する摺接摩擦抵抗を減少させている。ま
た、両内構成リング３６，３７は、完全に同一の形状で
良く、その一方を反転させて使用することで、コスト低
減化を図れる。

【００２８】それから、リテーナースリーブ６に、内構
成リング３６，３７及び外構成リング３８を、各スプリ
ット４１，…の位置を約１２０°の回転角度だけずらせ
て次々に嵌合し、最後にガータースプリング４０で緊迫
するのである。この組付状態において、図５に示すよう
に、断面において各構成リング３６，３７，３８の接合
部はＴ字状となり、軸方向内方に位置する内構成リング
３６と外構成リング３８の半径方向シール面４４，４４
は正確に面一となってプライマリーリング７の半径方向
端面１４に密接している。一方、軸方向外方に位置する
内構成リング３７と外構成リング３８の半径方向側面４
５，４５とは正確に面一に設定することが好ましいが、
多少の寸法誤差があっても押圧手段１０のディスク１３
との間に膨張グラファイトシート４６を介在させること
で、その寸法誤差を吸収して、コイルばね１２の押圧力
を略均等に、内構成リング３７を介して内構成リング３
６と、外構成リング３８に伝達し、前記端面１４と各シ
ール面４４，４４との面圧の均衡が図れる。勿論、内構
成リング３７と外構成リング３８の側面４５，４５が正
確に面一であれば、膨張グラファイトシート４６は省略
可能である。

【００２９】また、図６に示したものは、カーボンピス
トンリング１５の他の実施例であり、一ヶ所にスプリッ
ト４１，…を形成した三つの構成リングからなり、各構
成リングの断面における接合部がＴ字状となる基本構成
は同じである。本実施例のカーボンピストンリング１５
は、リテーナースリーブ６の外周面３５に密嵌する内構
成リング４７の外周に外構成リング４８を密嵌するとと
もに、内外構成リング４７，４８一側の両側端面であっ
て押圧手段１０のディスク１３側にリテーナースリーブ
６に密嵌する側構成リング４９を密接し、前記外構成リ
ング４８と側構成リング４９をそれぞれガータースプリ
ング５０，５０で緊迫してなるものである。ここで、内
構成リング４７と外構成リング４８の軸方向幅を正確に
一致させ、また内構成リング４７に外構成リング４８を
外嵌した状態の形状と、側構成リング４９の形状を反対
称となしている。更に、前記同様に内構成リング４７と
側構成リング４９のリテーナースリーブ６に接触する各
外縁に、即ち両構成リング４７，４９をリテーナースリ
ーブ６に組付た状態での軸方向内外縁に、図６に示すよ
うに環状凹部５１，５１を形成し、リテーナースリーブ
６に接触する摺接面５２，５２の軸方向幅を狭くし、リ
テーナースリーブ６に対する摺接摩擦抵抗を減少させて
いる。そして、軸方向内方に位置する内構成リング４７
と外構成リング４８の半径方向シール面５３，５３は正
確に面一となってプライマリーリング７の半径方向端面
１４に密接している。一方、軸方向外方に位置する側構
成リング４９の半径方向側面５４は、押圧手段１０のデ
ィスク１３で圧接されている。尚、前記側面５４とディ
スク１３との間に膨張グラファイトシート４６を介在さ
せて、コイルばね１２による押圧力を側面５４の全面に
均等に作用させることも可能であるが、本実施例の場合
には特に膨張グラファイトシート４６を用いる必要はな
い。

【００３０】次に、このようなカーボンピストンリング
１５を採用した場合におけるプロセスガスの密封作用に
ついて簡単に説明する。先ず、図５に示した構造のもの
は、プライマリーリング７側に位置する内構成リング３
６のスプリット４１を、内構成リング３７の半径方向接
合面と、外構成リング３８の軸方向内周接合面とで塞い
で密封し、密封作用に関しては内構成リング３７と外構
成リング３８があたかも目地の作用をなすのである。ま
た、図６に示した構造のものは、前記同様にプライマリ
ーリング７側に位置する内構成リング４７のスプリット
４１を、外構成リング４８の軸方向内周接合面と、側構
成リング４９の半径方向接合面とで塞いで密封するので
ある。

【００３１】また、本実施例の非接触メカニカルシール
Ｍは、シール面８，９間やカーボンピストンリング１５
の摺接面４３に粉塵等が侵入しないように工夫が施され
ている。その一は、前記ドライブカラー１９の外周に同
軸状にスプリットラビリンス５５を配してリテーナー４
に固定し、該スプリットラビリンス５５の内周面であっ
てその円周方向に連続し且つ軸方向に等間隔で突設した
複数の突条５６，…とドライブカラー１９の外周面間に
微少間隙を形成し、外部から粉塵がシール空間へ侵入す
るのを突条５６，…で防ぐとともに、仮に突条５６，…
に粉塵が付着しても外部へ漏出するプロセスガスが微少
間隙で流速が増して吹き飛ばすのである。その二は、前
記ロッキングスリーブ２１の円筒部外周面であってその
円周方向に連続し且つ軸方向に等間隔で複数の突条５
７，…を突設し、該突条５７，…と前記円筒部の外周に
同軸状に配してシールハウジング３に固定したブッシン
グ５８の内周面との間に微少間隙を形成し、プロセス側
から粉塵がシール空間へ侵入するのを突条５７，…で防
ぐとともに、仮に突条５７，…に粉塵が付着してもシー
ルハウジング３に設けたガス導入口５９からプロセスガ
スと同種のガス又は窒素ガスを注入し、そのガスが微少
間隙で流速が増してプロセス側へ吹き飛ばすのである。

【００３２】また、図７に示すように、前記プライマリ
ーリング７、押圧手段１０及びカーボンピストンリング
１５は、リテーナー４とリテーナースリーブ６に仮組立
てた状態で、シールハウジング３にボルト締めするが、
この場合、各部材がリテーナー４から抜け落ちないよう
にするため、リテーナー４のシールハウジング３への連
結面側にセットプレート６０をボルト６１で固定し、該
セットプレート６０の内縁で前記スプライン溝３４の開
放端を塞いでプライマリーリング７の回転規制部３３を
当止するのである。そして、この状態で、前記シャフト
スリーブ２０に外挿した後、前記セットプレート６０を
取り去り、プライマリーリング７のシール面９をメーテ
ィングリング５のシール面８に接合するのである。

【００３３】

【発明の効果】以上にしてなる本発明の非接触メカニカ
ルシールによれば、以下に示すような効果を奏するので
ある。

【００３４】請求項１によれば、回転軸が回転すると、
該回転軸に固定したメーティングリングが回転してプラ
イマリーリングとのシール面間に動圧が発生して非接触
状態でプロセスガスを密封することができるとともに、
この回転軸の回転の際に、軸振れや軸方向の微少変移が
発生し、メーティングリングに軸振れや軸方向の微少変
移が生じても、プライマリーリングは、メーティングリ
ングとは非接触であるので軸振れには追従しないが、リ
テーナースリーブに対する摺動摩擦抵抗の少ない環状凹
部を有する構造であって耐熱性のあるカーボンピストン
リングを介し、押圧手段でメーティングリング側へ押圧
されているので、軸方向の微少変移には素早く追従し、
それにより高周速回転においても、高温度においても常
に安定したシール性を実現できるのである。また、カー
ボンピストンリングの各構成リングの一ヶ所にのみスプ
リットを形成しているので、このスプリットを通しての
プロセス流体の漏れを少なくできるのである。

【００３５】請求項２によれば、断面における各構成リ
ングの接合部がＴ字状となって、前述の一ヶ所のスプリ
ットの効果に加えて、構造的なシール性を有するので、
プロセス流体の漏れを最小限に抑制できるとともに、ガ
ータースプリングが一つで足りるので、部品点数が減少
してコスト低減化を図れるのである。

【００３６】請求項３によれば、前記同様に断面におけ
る各構成リングの接合部がＴ字状となって、前述の一ヶ
所のスプリットの効果に加えて、構造的なシール性を有
するので、プロセス流体の漏れを最小限に抑制できる。

【００３７】請求項４によれば、カーボンピストンリン
グの軸方向外方の端面が正確に面一にならない場合で
も、膨張グラファイトシートの弾性によって押圧手段の
押圧力を均等に各構成リングに作用させることができ、
更にシール性を高めることができる。

【００３８】請求項５によれば、カーボンピストンリン
グとリテーナースリーブとの熱膨張率が近似するので、
超低温から高温まで良好なシール性を維持できる。

【００３９】請求項６によれば、各部材間に密封する全
てのガスケットをグラファイト製としたことで、耐熱性
と同時にプロセス流体に対する耐食性を備えるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非接触メカニカルシールを回転軸とケ
ーシング間に装着した状態の要部断面図である。

【図２】メーティングリングのシール面に形成した螺旋
溝のパターンの一例を示す側面図である。

【図３】カーボンピストンリングの分解斜視図である。

【図４】同じくカーボンピストンリングの組立てた状態
の側面図である。

【図５】同じくカーボンピストンリングを組付けた状態
の簡略断面図である。

【図６】他の実施例のカーボンピストンリングを組付け
た状態の簡略断面図である。

【図７】プライマリーリング回りの仮組立状態を示す断
面図である。

【図８】従来のカーボンピストンリングの組立てた状態
の側面図である。

【図９】同じくカーボンピストンリングを組付けた状態
の簡略断面図である。

【符号の説明】

Ｍ 非接触メカニカルシール １ ケーシング ２ 回転軸 ３ シールハウジング ４ リテーナー ５ メーティングリング ６ リテーナースリーブ ７ プライマリーリング ８，９ シール面 １０ 押圧手段 １１ ホルダー １２ コイルばね １３ ディスク １４ 端面 １５ カーボンピストンリング １６，１７ 螺旋溝 １８ アセンブリスリーブ １９ ドライブカラー ２０ シャフトスリーブ ２１ ロッキングスリーブ ２２ 環状段部 ２３，２３ａ トレランスリング ２４ フランジ ２５ 押圧部 ２６ 環状空間部 ２７，２８，３０，３１，３２ ガスケット ２９ ピン ３３ 回転規制部 ３４ スプライン溝 ３５ 外周面 ３６ 内構成リング ３７ 内構成リング ３８ 外構成リング ３９ 環状溝 ４０ ガータースプリング ４１ スプリット ４２ 環状凹部 ４３ 摺接面 ４４ シール面 ４５ 側面 ４６ 膨張グラファイトシート ４７ 内構成リング ４８ 外構成リング ４９ 側構成リング ５０ ガータースプリング ５１ 環状凹部 ５２ 摺接面 ５３ シール面 ５４ 側面 ５５ スプリットラビリンス ５６ 突条 ５７ 突条 ５８ ブッシング ５９ ガス導入口 ６０ セットプレート ６１ ボルト

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に密封固定したメーティングリン
   グと、シールハウジングに軸方向可動となして密封装着
   し且つリテーナーに設けた押圧手段にて前記メーティン
   グリング側へ付勢したプライマリーリングとの両シール
   面の少なくとも一方のシール面に、相対的回転方向に対
   して前進角を有する多数の螺旋溝を円周方向に形成して
   なる非接触メカニカルシールであって、前記押圧手段の
   ディスクとプライマリーリングの軸方向と直交する端面
   間に、リテーナースリーブに摺動可能に密嵌したカーボ
   ンピストンリングを介在させ、当該カーボンピストンリ
   ングは一ヶ所にスプリットを形成した複数の構成リング
   を互いに密嵌し、外周をガータースプリングで緊迫する
   とともに、リテーナースリーブに接触する軸方向内外縁
   に環状凹部を形成してなることを特徴とする非接触メカ
   ニカルシール。
2. 【請求項２】 前記カーボンピストンリングとして、リ
   テーナースリーブに密嵌する一対の内構成リングを軸方
   向に密接し、両内構成リングの外周にわたって一つの外
   構成リングを密嵌するとともに、該外構成リングの外周
   をガータースプリングで緊迫してなるカーボンピストン
   リングを用いてなる請求項１記載の非接触メカニカルシ
   ール。
3. 【請求項３】 前記カーボンピストンリングとして、リ
   テーナースリーブに密嵌する内構成リングの外周に外構
   成リングを密嵌するとともに、内外構成リング一側の両
   側端面であって押圧手段のディスク側にリテーナースリ
   ーブに密嵌する側構成リングを密接し、前記外構成リン
   グと側構成リングをそれぞれガータースプリングで緊迫
   してなるカーボンピストンリングを用いてなる請求項１
   記載の非接触メカニカルシール。
4. 【請求項４】 前記カーボンピストンリングの端面と前
   記押圧手段のディスクとの間に、膨張グラファイトシー
   トを介在させてなる請求項１又は２又は３記載の非接触
   メカニカルシール。
5. 【請求項５】 前記リテーナースリーブとして、カーボ
   ンピストンリングに近似した熱膨張率を有するタングス
   テンカーバイド、シリコンカーバイド又はそれと同等の
   硬度及び熱膨張率を有するセラミックスで形成したリテ
   ーナースリーブを用いてなる請求項１又は２又は３記載
   の非接触メカニカルシール。
6. 【請求項６】 前記回転軸とメーティングリング、シー
   ルハウジングとリテーナー及びリテーナーとリテーナー
   スリーブの各部材間をグラファイト製ガスケットで密封
   してなる請求項１記載の非接触メカニカルシール。