JPH081255B2 - 軸封装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は軸封装置に関し、特
に、わずかに離間した状態で回転軸をハウジングに挿通
し、その回転軸の回転時に得られる動圧効果により回転
軸とハウジングとの間を非接触状態でシールするフロー
ティングシール機構を具えた軸封装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】従来、この種の軸封装
置としては、図１０および図１１に示すようなものが知
られている。すなわち、図１０および図１１に示す軸封
装置は所謂メカニカルシール構造をなしてハウジング３
１と回転軸３２との間をシールしているもので、フロー
ティングシール機構３９を具えている。フローティング
シール機構３９は、ハウジング３１に装着されるケーシ
ング３３と、このケーシング３３内に径方向へ移動可能
な状態で保持されるフローティングリング３５とからな
る。

【０００３】図１０および図１１において、静止側とな
るハウジング３１は挿通孔３１ｂを有していて、この挿
通孔３１ｂ内に回転軸３２が挿通される。これにより、
ハウジング３１は、回転軸３２を回転可能な状態で支持
するようにしてある。

【０００４】そして、このハウジング３１と回転軸３２
との間に、ケーシング３３とフローティングリング３５
とからなるフローティングシール機構３９が設けられ
る。ケーシング３３は、一方端が内方に起立して断面が
Ｌ字状をなす環状のケーシング本体３４と、このケーシ
ング本体３４の他方端に設けられる環状のスプリングリ
テーナ３６と、このスプリングリテーナ３６をケーシン
グ本体３４に固定するスナップリング３７とで形成され
る。これにより、ケーシング３３は、全体として内方に
開口する空所を有するとともに、回転軸３２を挿通可能
な内径を有した環状をなしている。

【０００５】このケーシング３３は、ハウジング３１の
挿通孔３１ｂ内においてその内周面に開口するように形
成された環状の装着溝３１ａ内に密着状態で装着・固定
される。そして、このケーシング３３の内部空所に、シ
ールリング３５ａとリテーナ３５ｂとからなるフローテ
ィングリング３５を収納する。

【０００６】フローティングリング３５は、シールリン
グ３５ａの外側に環状のリテーナ３５ｂを嵌合状態で一
体に設けて形成してある。リテーナ３５ｂの外周面に
は、図１１にも示すように、外方に突出する突起３５ｄ
が形成されている。そして、ケーシング本体３４内の空
所の内周面には、リテーナ３５ｂの突起３５ｄを受け入
れる形状の凹部３４ｂが形成されていて、この凹部３４
ｂと突起３５ｄとで回転止め部４９を形成してある。つ
まり、リテーナ３５ｂの突起３５ｄとケーシング本体３
４の凹部３４ｂとを遊嵌状態で係合することで、フロー
ティングリング３５の回転を阻止するようにしてある。

【０００７】そして、フローティングリング３５は、そ
の軸線をケーシング３３の軸線と一致させ、かつ、ケー
シング本体３４の内周面との間に一定の隙間４８を形成
した状態で、ケーシング３３内に収納される。このた
め、フローティングリング３５は、環状の隙間４８の範
囲で径方向に移動可能となっている。このとき、シール
リング３５ａの一方の端面には、ケーシング本体３４の
内側端面に対して摺動可能な状態で当接する環状のシー
ル部３５ｃを形成してある。

【０００８】フローティングリング３５とスプリングリ
テーナ３６との間には付勢部材であるスプリング３８を
少なくとも１か所に設ける。このスプリング３８は所謂
圧縮スプリングであって、フローティングリング３５の
他方の端面とスプリングリテーナ３６との間に配設され
る。この場合、スプリング３８は、小さなコイル状スプ
リングを使用して円周方向に必要本数だけ等配に配置し
たり、ウエーブスプリング（波形スプリング）を環状に
配置したりする。このとき、スプリングリテーナ３６
は、その外周縁部がケーシング本体３４の内部空所に形
成された環状の段部に係止し、その状態でスナップリン
グ３７で押圧・保持されている。これにより、スプリン
グ３８は、フローティングリング３５を軸線方向一方側
へ付勢し、フローティングリング３５のシール部３５ｃ
をケーシング本体３４の内面に押圧するようになってい
る。

【０００９】回転軸３２は、フローティングリング３５
に挿通される。このとき、回転軸３２は、その外周面が
フローティングリング３５からわずかに離間した状態で
配置され、フローティングリング３５の内周面に接触し
ないようにしてある。これにより、回転軸３２とフロー
ティングリング３５との間には環状のシール隙間４６
が、また、回転軸３２とケーシング３３との間には環状
の隙間４７がそれぞれ形成されるようにしてある。

【００１０】そして、フローティングリング３５は、ケ
ーシング３３との間に形成された隙間４８の距離か、ま
たは、ケーシング３３と回転軸３２との間に形成された
隙間４７の距離のいずれか短い方の隙間４７（４８）の
範囲で、径方向に変位可能となっている。一般的には、
隙間４７が隙間４８よりも小さく設計してあって（隙間
４７＜隙間４８）、回転軸３２が回転中にフローティン
グリング３５に接触しても、フローティングリング３５
が隙間４７の範囲で径方向に移動して逃げるようになる
ので、摩擦等によってフローティングリング３５が損傷
するのを防止することができることとなる。

【００１１】上記のように構成した軸封装置は、フロー
ティングシール機構３９の存在によって、ハウジング３
１の挿通孔３１ｂ内がＰ側とＱ側との２室に区画され
る。このとき、Ｐ側には高圧流体が、また、Ｑ側には低
圧流体がそれぞれ存在していて、フローティングリング
３５よりもＰ側寄りにスプリング３８が位置するように
しておく。

【００１２】そして、フローティングリング３５と回転
軸３２との間に形成されてシール部分を構成するシール
隙間４６が、両者３２、３５間のシール性を確保するよ
うになっている。すなわち、回転軸３２がフローティン
グリング３５に対してわずかに離間した状態で挿通され
ることでシール隙間４６を形成してあるので、このシー
ル隙間４６は、その部分において、Ｐ側の流体とＱ側の
流体との間の圧力差が原因となって生じる軸線方向の流
体の流通を制限して所定のシール性が得られることとな
る。

【００１３】また、スプリング３８の付勢力によって、
フローティングリング３５のシール部３５ｃがケーシン
グ３３の内側端面に圧接されているので、フローティン
グリング３５とケーシング３３との間のシール性が確保
されている。上記のようになっているので、ハウジング
３１と回転軸３２との間がシールされ、ハウジング３１
内のＰ側の流体がＱ側に漏れるのを制限するようになっ
ている。

【００１４】ここで、回転軸３２がフローティングリン
グ３５に対して偏心状態となったときでも、回転軸３２
とフローティングリング３５との接触が回避されるよう
になっている。

【００１５】すなわち、回転軸３２の取付状態がずれた
り、あるいは回転軸３２が回転中に振れ回ったりするこ
とが原因となって、回転軸３２が、図１２に示すよう
に、フローティングリング３５に対して偏心すると、こ
れに伴ってフローティングリング３５が径方向へ移動し
て逃げるようになっている。

【００１６】回転軸３２とフローティングリング３５と
の間に形成されているシール隙間４６の部分において
は、回転軸３２の回転に伴って円周方向の旋回流が発生
している。このため、回転軸３２の偏心によって、回転
軸３２とフローティングリング３５との間に近接する部
位が生じると、そのシール隙間４６における回転軸３２
とフローティングリング３５との近接部位に動圧力が発
生するようになる。したがって、この動圧力の作用によ
って、回転軸３２が偏心状態にあるときでも、フローテ
ィングリング３５が径方向外方へ移動して逃げるように
なるので、フローティングリング３５と回転軸３２との
接触が回避されることとなる。

【００１７】このように、上記のフローティングシール
機構３９は、回転軸３２の回転に伴って発生するシール
流体の動圧効果を利用することにより、回転軸３２とフ
ローティングリング３５との接触を回避している。とこ
ろが、例えば、シール作動条件下でシール隙間４６がゼ
ロとなると、フローティングリング３５が回転軸３２と
強く摺接して摩擦し、異常摩耗することがある。また、
フローティングリング３５が回転軸３２と摩擦するよう
になると、両者３２、３５間に摩擦熱が発生し、その熱
の作用で熱膨張変形が生じる恐れがあり、フローティン
グリング３５の破壊につながることもある。

【００１８】したがって、これらの不具合を防止するた
めには、シール隙間４６（回転軸３２とフローティング
リング３５との間の距離）は所定量となるように設計さ
れる。一般的には、シール隙間４６は数十ミクロンから
数百ミクロン程度に設定してあって、このような小さな
隙間でシール流体のリーク量を制限し、また、シール圧
力を減圧するようにしているのがフローティングシール
機構３９の機能である。

【００１９】このフローティングシール機構３９にあっ
ては、シール隙間４６の大きさがシール流体のリーク量
に大きく影響するので、可能な限りシール隙間４６を小
さくするように設計することが重要である。しかしなが
ら、シール隙間４６を小さくすると、フローティングシ
ール機構３９を使用する過渡条件下（特に急激にシール
環境温度が変化する状況下）においては、回転軸３２と
フローティングリング３５の線膨張係数や熱容量の差異
により、フローティングリング３５が内径を小さくして
シール隙間４６を無くし、フローティングリング３５が
回転軸３２と強く接触して摩擦することがある。

【００２０】フローティングリング３５が回転軸３２と
摩擦すると、フローティングリング３５の内周面の全域
にわたって摩耗が生じ、場合によっては摩耗粉が回転軸
３２とフローティングリング３５との間に介在して大き
なアブレッシブ摩耗を生じ、これにより、シール性能の
大きな低下を招くことになる。さらに顕著な場合には、
両者３２、３５間の摩擦発熱により一時的に摩擦部分が
大きく膨張し、回転軸３２とフローティングリング３５
とが強いしまりばめ状態となって一体に回転しようとす
ることもある。この場合、フローティングリング３５の
回転止め部４９に剪断作用が及ぶことになるので、フロ
ーティングリング３５の破壊に至る恐れがある。

【００２１】そこで、回転軸３２とフローティングリン
グ３５との接触時の摩擦発熱を最少にし、フローティン
グリング３５の損傷を最少にするための方法としては、
図１３および図１４に示すように、前記フローティング
シール機構３９にラビリンスシール機構４０を付加した
ものが考えられている。

【００２２】すなわち、図１３および図１４に示すラビ
リンスシール機構４０は、前記フローティングシール機
構３９のシール隙間４６に対応する回転軸３２の部位
に、仕切刃４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅを
設けたものである。この仕切刃４１ａ、４１ｂ、４１
ｃ、４１ｄ、４１ｅは、回転軸３２の外周面から径方向
外方へ環状に突出して先端部が前記フローティングリン
グ３５の内周面に近接するようにしてあって、各仕切刃
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅは、軸線方向
へＰ側からＱ側へ向かって所定間隔で配設して複数段構
成としてある。

【００２３】これにより、シール隙間４６には、各仕切
刃４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅで区画され
た環状空所ｂ、ｂ、……が形成される。そして、仕切刃
４１ａと仕切刃４１ｂとの間には第１シール部４２が、
また、仕切刃４１ｂと仕切刃４１ｃとの間には第２シー
ル部４３が、また、仕切刃４１ｃと仕切刃４１ｄとの間
には第３シール部４４が、また、仕切刃４１ｄと仕切刃
４１ｅとの間には第４シール部４５がそれぞれ形成され
ることになる。

【００２４】この場合、仕切刃４１ａ、４１ｂ、４１
ｃ、４１ｄ、４１ｅが所謂絞りとして作用し、また、環
状空所ｂ、ｂ、……が所謂膨張室として作用する。この
ため、Ｐ側からＱ側に向かってシール隙間４６を流通し
ようとする流体は、各仕切刃４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、
４１ｄ、４１ｅとフローティングリング３５との間の隙
間を介して環状空所ｂ内に入った時に急激に膨張し、そ
の圧力が低下してエネルギが失われることになる。した
がって第１乃至第４の各シール部４２、４３、４４、４
５では、流体の流通抵抗が高まることになるので、所定
のシール性を得ることができるようになっている。

【００２５】このように、回転軸３２に仕切刃４１ａ、
４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅを設けてラビリンスシ
ール機構４０を構成したものでは、回転軸３２が偏心等
して仕切刃４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅが
フローティングリング３５の内周面に接触しても、フロ
ーティングリング３５に接触する部分は各仕切刃４１
ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅの先端部分だけで
あるので、その接触面積は非常に小さい。このため、回
転する回転軸３２とフローティングリング３５との間の
接触時の摩擦（負荷）も小さくできるので、摩擦発熱を
小さくでき、また、摩耗損傷を部分的に抑えることがで
きる。

【００２６】しかしながら、このようにラビリンスシー
ル機構４０を設けたものにあっては、フローティングシ
ール機構３９を効果的に作動させることができないこと
があった。

【００２７】すなわち、ラビリンスシール機構４０とし
て機能するためには、膨張室となる環状空所ｂ、ｂ、…
…をシール隙間４６に確保しなければならないので、動
圧効果を充分に得ることができない恐れがある。

【００２８】上記の場合では、環状空所ｂ、ｂ、……を
確保するために、回転軸３２とフローティングリング３
５との間は、ある程度の距離が必要となる。このため、
フローティングリング３５の内周面に対して最も近接す
る部位は幅の小さい仕切刃４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４
１ｄ、４１ｅの先端部だけであるので、回転軸３２の回
転によるシール流体の周方向の旋回流を効果的に発生さ
せることができなくなる。この結果、所定の動圧力が得
られなくなるので、回転軸３２の振れ回りや振動、ある
いはフローティングリング３５の自重による偏心等によ
って回転軸３２とフローティングリング３５とが容易に
接触して摩擦してしまうという問題があった。したがっ
て、前述したようなフローティングシール機構３９を具
えた軸封装置にあっては、回転軸３２とフローティング
リング３５との間の摩擦を軽減する目的でラビリンスシ
ール機構４０を設けるのは非現実的であった。

【００２９】この発明は、回転軸の振れ回りや振動等が
原因となって回転軸とフローティングリングとが相対的
に偏心した状態となっても、回転軸とフローティングリ
ングとの間の摩擦を確実に低減することができる軸封装
置を提供することを目的とする。

【００３０】

【問題点を解決するための手段】この発明は上記の目的
を達成するために、第１の発明として、ハウジングと、
これに挿通される回転軸との間をシールする軸封装置で
あって、径方向へ移動可能な状態で前記ハウジングに保
持されるとともに、内側にわずかに離間した状態で前記
回転軸が挿通されるフローティングリングを有するフロ
ーティングシール機構と、前記回転軸に、先端部が前記
フローティングリングに近接する環状の仕切刃を所定間
隔で複数設けて構成されるラビリンスシール機構とを具
え、前記各仕切刃間に形成される底面の少なくとも１か
所に、前記フローティングリングに近接する部位を設け
たという手段を採用したものである。

【００３１】第１の発明を含む第２、第３の発明とし
て、前記各仕切刃間の底面において形成される前記フロ
ーティングリングに近接する部位を、前記各仕切刃の高
さと一致する最大径部で形成し、また、前記各仕切刃間
の底面に、前記フローティングリングに近接する部位を
等配に形成してあるという手段を採用したものである。

【００３２】また、第３の発明を含む第４、第５、第６
の発明として、前記フローティングリングに近接する各
部位間に位置する前記底面の部位を滑らかな曲率面に形
成し、また、前記フローティングリングに近接する各部
位間に位置する前記底面の部位を、前記回転軸の回転方
向後方へ向かうに従って漸次フローティングリングに近
接する階段状に形成し、また、前記フローティングリン
グに近接する各部位に隣接する前記底面の部位に、段部
を形成してあるという手段を採用したものである。

【００３３】さらに、第１の発明を含む第７の発明とし
て、前記仕切刃を少なくとも２つ設け、各仕切刃間でシ
ール部を形成し、これにより、シール部を複数段に形成
したという手段を採用し、また、第１の発明を含む第８
の発明として、前記各仕切刃間の底面に、前記フローテ
ィングリングに近接する部位を等配に形成し、前記フロ
ーティングリングに近接する当該部位を、隣接するシー
ル部における前記フローティングリングに近接する部位
に対して周方向にずれた状態で設けてあるという手段を
採用したものである。

【００３４】

【作用】この発明は上記の手段を採用したことにより、
ラビリンスシール機構およびフローティングシール機構
の両方の機能が得られるようになっている。すなわち、
ラビリンスシール機構は、回転軸に設けられた複数の仕
切刃間の底面に、フローティングリングに近接する部位
を設けてあるので、動圧力を効果的に発生させることが
できる。このラビリンスシール機構による場合、回転軸
の振れ回りや振動等が原因となって回転軸とフローティ
ングリングとが相対的に偏心しても、仕切刃の先端部が
フローティングリングに接触するだけであるので、回転
軸とフローティングリングとの間の摩擦を確実に低減す
ることができる。

【００３５】しかも、仕切刃間の底面にはフローティン
グリングに近接する部位を設けたことにより、仕切刃間
の空所に、回転軸の回転に伴う動圧力の発生を効果的に
することができる。したがって、回転軸とフローティン
グリングとが相対的に偏心しても、発生する動圧力の作
用によってフローティングリングが径方向に移動するの
で、回転軸とフローティングリングとの間の摩擦は確実
に回避されることとなる。

【００３６】上記の結果、回転軸とフローティングリン
グとの間の距離を小さくしても、両者間に摩擦が発生す
るのを回避することができるので、シール性および耐久
性の向上を同時に実現することができることとなる。

【００３７】

【実施例】以下、図面に示すこの発明の実施例を説明す
る。図１は、この発明による軸封装置の一実施例を示す
図である。すなわち、図１に示す軸封装置は所謂メカニ
カルシール構造をなしてハウジング１と回転軸２との間
をシールしているもので、フローティングシール機構９
とラビリンスシール機構１０とを具えている。フローテ
ィングシール機構９は、ハウジング１に装着されるケー
シング３と、回転軸２が挿通され、かつ、ケーシング３
内に径方向へ移動可能な状態で保持されるフローティン
グリング５とからなる。また、ラビリンスシール機構１
０は、回転軸２に環状の仕切刃１１ａ、１１ｂ、１１
ｃ、１１ｄ、１１ｅを設け、各仕切刃１１ａ、１１ｂ、
１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ間に形成される底面ｃと、フロ
ーティングリング５との間の距離を順次変化させて形成
したものである。

【００３８】図１において、静止側となるハウジング１
は挿通孔１ｂを有していて、この挿通孔１ｂ内に回転軸
２が挿通される。これにより、ハウジング１は、回転軸
２を回転可能な状態で支持するようにしてある。

【００３９】そして、このハウジング１と回転軸２との
間に、ケーシング３とフローティングリング５とからな
るフローティングシール機構９が設けられる。ケーシン
グ３は、一方端が内方に起立して断面がＬ字状をなす環
状のケーシング本体４と、このケーシング本体４の他方
端に設けられる環状のスプリングリテーナ６と、このス
プリングリテーナ６をケーシング本体４に固定するスナ
ップリング７とで形成される。これにより、ケーシング
３は、全体として内方に開口する空所を有するととも
に、回転軸２を挿通可能な内径を有した環状をなしてい
る。

【００４０】このケーシング３は、ハウジング１の挿通
孔１ｂ内においてその内周面に開口するように形成され
た環状の装着溝１ａ内に密着状態で装着・固定される。
そして、このケーシング３の内部空所に、シールリング
５ａとリテーナ５ｂとからなるフローティングリング５
を収納する。

【００４１】シールリング５ａは、回転軸２を挿通可能
な内径を有しているもので、回転軸２と接触しても大き
な損傷を与えないように、回転軸２よりも軟質の材料に
表面処理を施して形成したり、あるいは、回転軸２に接
触したときに焼き付かないような固体潤滑材料で形成し
たりする。

【００４２】このシールリング５ａの外側には環状のリ
テーナ５ｂを嵌合状態で一体に設ける。リテーナ５ｂの
外周面には、外方に突出する突起５ｄが形成されてい
る。そして、ケーシング本体４の内周面には、リテーナ
５ｂの突起５ｄを受け入れる形状の凹部４ｂが形成され
ていて、この凹部４ｂと突起５ｄとで回転止め部１９を
形成してある。つまり、リテーナ５ｂの突起５ｄとケー
シング本体４の凹部４ｂとを遊嵌状態で係合すること
で、フローティングリング５の回転を阻止するようにし
てある。

【００４３】そして、フローティングリング５は、その
軸線をケーシング３の軸線と一致させ、かつ、ケーシン
グ本体４の内周面との間に一定の隙間１８を形成した状
態で、ケーシング３内に収納される。このため、フロー
ティングリング５は、環状の隙間１８の範囲で径方向に
移動可能となっている。このとき、シールリング５ａの
一方の端面には、ケーシング本体４の内側端面に対して
摺動可能な状態で当接する環状のシール部５ｃを形成し
てある。このシール部５ｃがケーシング本体４に当接す
ることで、その当接面に、フローティングリング５のケ
ーシング３に対する静的なシール面が形成されることと
なる。

【００４４】フローティングリング５とスプリングリテ
ーナ６との間には付勢部材であるスプリング８を少なく
とも１か所に設ける。このスプリング８は所謂圧縮スプ
リングであって、フローティングリング５の他方の端面
とスプリングリテーナ６との間に配設される。この場
合、スプリング８は、小さなコイル状スプリングを使用
して円周方向に必要本数だけ等配に配置したり、ウエー
ブスプリング（波形スプリング）を環状に配置したりす
る。このとき、スプリングリテーナ６は、その外周縁部
がケーシング本体４の内周面に形成された環状の段部に
係止し、スナップリング７でその状態に押圧・保持され
ている。これにより、スプリング８は、フローティング
リング５を軸線方向一方側へ付勢し、フローティングリ
ング５のシール部５ｃをケーシング本体４の内側端面に
押圧するようになっている。

【００４５】回転軸２は、フローティングリング５の内
側に挿通される。このとき、回転軸２は、その外周面が
フローティングリング５からわずかに離間した状態で配
置され、フローティングリング５の内周面に接触しない
ようにしてある。これにより、回転軸２とフローティン
グリング５との間には環状のシール隙間１６が、また、
回転軸２とケーシング３との間には環状の隙間１７がそ
れぞれ形成されるようにしてある。

【００４６】したがって、フローティングリング５は、
ケーシング３との間に形成された隙間１８の距離か、ま
たは、ケーシング３と回転軸２との間に形成された隙間
１７の距離のいずれか短い方の隙間１７（１８）の範囲
で、径方向に変位可能となっている。一般的には、隙間
１７が隙間１８よりも小さく設計してあって（隙間１７
＜隙間１８）、回転軸２が回転中にフローティングリン
グ５に接触しても、フローティングリング５が隙間１７
の範囲で径方向に移動して逃げるようになるので、摩擦
等によってフローティングリング５が損傷するのを防止
することができることとなる。

【００４７】そして、上記フローティングシール機構９
の存在により、ハウジング１内は、流体の存在するＰ側
と、このＰ側の流体よりも低圧の流体が存在するＱ側と
に区画されることとなる。なお、図においては、フロー
ティングリング５は、シールリング５ａとリテーナ５ｂ
とを別部材で構成したものを示したが、一体成形で形成
しても良いものである。

【００４８】上記フローティングシール機構９にはラビ
リンスシール機構１０が付帯される。ラビリンスシール
機構１０は、前記シール隙間１６に対応する回転軸２の
部位に、仕切刃１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１
ｅを設けて形成してあるものである。この仕切刃１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅは、回転軸２の外
周面から径方向外方へ環状に突出して先端部が前記フロ
ーティングリング５の内周面に近接するように形成して
あって、各仕切刃１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１
１ｅは、軸線方向へＰ側からＱ側へ向かって所定間隔で
配設され、これにより複数段構成となっている。

【００４９】この構成によって、シール隙間１６には、
各仕切刃１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅで区
画された環状空所ｂ、ｂ、……が形成される。そして、
仕切刃１１ａと仕切刃１１ｂとの間には第１シール部１
２が、また、仕切刃１１ｂと仕切刃１１ｃとの間には第
２シール部１３が、また、仕切刃１１ｃと仕切刃１１ｄ
との間には第３シール部１４が、また、仕切刃１１ｄと
仕切刃１１ｅとの間には第４シール部１５がそれぞれ形
成されることになる。

【００５０】このとき、各仕切刃１１ａ、１１ｂ、１１
ｃ、１１ｄ、１１ｅ間に形成される底面ｃと、フローテ
ィングリング５の内周面との対向面間の距離は、図２乃
至図５に示すように、周方向に連続的に変化させてあ
る。

【００５１】図示したものにあっては、各シール部１
２、１３、１４、１５の底面ｃは、最もフローティング
リング５に近接する位置（最大径部ｄ）が仕切刃１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅの高さと同じにな
るようにしてある。ここでは、各底面ｃは、その最大径
部ｄを周方向に３等配に位置させるとともに、その各最
大径部ｄ間を滑らかな曲率面でつないで形成してある。

【００５２】そして、各シール部１２、１３、１４、１
５の底面ｃは、相互に位相をずらして配置される。この
とき、図２に示す第１シール部１２の底面ｃ（最大径部
ｄ）の位置を基準にすると、第２シール部１３の底面ｃ
（最大径部ｄ）は基準から左方向へ３０°角変位した位
置に、また、第３シール部１４の底面ｃ（最大径部ｄ）
は基準から左方向へ６０°角変位した位置に、第４シー
ル部１５の底面ｃ（最大径部ｄ）は基準から左方向へ９
０°角変位した位置にそれぞれ配置する。これにより、
各シール部１２、１３、１４、１５の底面ｃは、図６に
示すように、その最大径部ｄが周方向に連続することに
なるので、見掛け上、底面ｃは、その位置が連続的に仕
切刃１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅの高さと
ほぼ同一となり、底面ｃとフローティングリング５の内
周面との間の距離を平均的にするようにしてある。

【００５３】次に、上記のものの作用を説明する。この
軸封装置は上記のように構成したことにより、フローテ
ィングシール機構９およびラビリンスシール機構１０の
存在によって、ハウジング１の挿通孔１ｂ内がＰ側とＱ
側との２室に区画される。このとき、Ｐ側には流体が、
また、Ｑ側にはＰ側の流体よりも低圧の流体がそれぞれ
存在していて、フローティングリング５よりもＰ側寄り
にスプリング８が位置するようにしておく。

【００５４】まず、ラビリンスシール機構１０を具えて
いることにより、ハウジング１と回転軸２との間がシー
ルされるようになっている。

【００５５】この場合、回転軸２に設けられた仕切刃１
１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅが所謂絞りとし
て作用し、また、環状空所ｂ、ｂ、……が所謂膨張室と
して作用することになる。このため、回転軸２とフロー
ティングリング５との間に形成されたシール隙間１６を
Ｐ側からＱ側に向かって流通しようとするシール流体
は、各仕切刃１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ
とフローティングリング５との間の隙間を介して環状空
所ｂ内に入った時に急激に膨張し、その圧力が低下して
エネルギが失われることになる。したがって、第１乃至
第４の各シール部１２、１３、１４、１５では、シール
流体の流通抵抗が高まることになるので、所定のシール
性を得ることができるようになっている。

【００５６】また、このように、回転軸２に仕切刃１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅを設けてラビリン
スシール機構１０を構成したものでは、回転軸２が偏心
等して仕切刃１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ
がフローティングリング５の内周面に接触しても、フロ
ーティングリング５に接触する部分は幅の小さい先端部
分だけであるので、その接触面積は非常に小さい。この
ため、回転する回転軸２とフローティングリング５との
間の接触時の摩擦も小さくできるので、摩擦発熱を小さ
くでき、また、摩耗損傷を部分的に抑えることができ
る。

【００５７】しかも、上記の軸封装置はフローティング
シール機構９を具えているので、シール性を確保した状
態で、回転軸２とフローティングリング５との接触が回
避されるようになっている。

【００５８】すなわち、フローティングリング５と回転
軸２との間に形成されてシール部分を構成するシール隙
間１６が、両者２、５間のシール性を確保するようにな
っている。上記の場合、回転軸２がフローティングリン
グ５に対してわずかに離間した状態で挿通されることで
シール隙間１６を形成してあるので、このシール隙間１
６は、その部分において、Ｐ側の流体とＱ側の流体との
間の圧力差が原因となって生じる軸線方向の流体の流通
を制限している。このため、シール隙間１６に、所定の
シール性が確保されることとなる。

【００５９】このとき、スプリング８の付勢力によっ
て、フローティングリング５のシール部５ｃがケーシン
グ３の内側端面に圧接されているので、フローティング
リング５とケーシング３との間のシール性は確保されて
いる。上記のように、シール隙間１６およびシール部５
ｃが存在する結果、ハウジング１と回転軸２との間がシ
ールされ、ハウジング１内のＰ側の流体がＱ側に漏れる
のを制限するようにしてある。

【００６０】ここで、回転軸２がフローティングリング
５に対して偏心状態となったときでも、回転軸２とフロ
ーティングリング５との接触が回避されるようになって
いる。

【００６１】すなわち、回転軸２の取付状態がずれた
り、あるいは回転軸２が回転中に振れ回ったりすること
が原因となって、回転軸２が、図２乃至図６に示すよう
に、フローティングリング５に対して偏心すると、これ
に伴ってフローティングリング５が径方向へ移動して逃
げるようになっている。

【００６２】回転軸２とフローティングリング５との間
に形成されているシール隙間１６の部分においては、回
転軸２の回転に伴って、円周方向に向かう流体の旋回流
が発生している。このため、回転軸２の偏心によって、
回転軸２とフローティングリング５との間に互いに近接
する部位が生じると、そのシール隙間１６における回転
軸２とフローティングリング５との近接部位で動圧力が
発生するようになる。

【００６３】特に、各シール部１２、１３、１４、１５
の底面ｃには、仕切刃１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１
ｄ、１１ｅと同一高さの最大径部ｄが存在するので、回
転軸２の回転により効果的な動圧力を発生させることが
できる。上記の場合では、底面ｃの最大径部ｄが回転軸
２の回転に伴って回転軸２とフローティングリング５と
の近接部位に近づくと、その部位で各環状空所ｂ、ｂ、
……内の旋回流が圧縮されるので、図７に示すような分
布で動圧力が発生するようになっている。

【００６４】したがって、回転軸２が偏心状態にあると
きでも、この動圧力の作用によって、フローティングリ
ング５が径方向外方へ移動して逃げるようになるので、
フローティングリング５と回転軸２との接触が回避され
ることとなる。

【００６５】このように、上記のフローティングシール
機構９は、回転軸２の回転に伴って発生するシール流体
の動圧効果を利用することにより、回転軸２とフローテ
ィングリング５との接触を回避している。このとき、フ
ローティングシール機構９のシール性を良好にするに
は、シール隙間１６におけるシール流体の流通路をでき
る限り小さくする必要がある。このため、シール隙間１
６を例えば数十ミクロンから数百ミクロン程度に設定す
ることで、シール流体のリーク量を制限し、また、シー
ル圧力を減圧するようにしてある。

【００６６】この場合、従来では、シール隙間４６を小
さくすると、例えば、シール条件下で急激な温度変化等
が原因となってフローティングリング３５が回転軸３２
と強く摺接して摩擦し、異常摩耗することがあった。ま
た、その両者３２、３５の摩擦により熱が発生し、その
熱の作用で熱膨張変形が生じてフローティングリング３
５を破壊してしまう恐れもあった。したがって、従来の
軸封装置にあっては、シール隙間４６を小さくすること
ができなかった。

【００６７】この点、上記の軸封装置にあっては、仕切
刃１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅの先端部を
フローティングリング５の内周面に近接させることで、
シール隙間１６におけるシール流体の流通路を非常に小
さくすることができる。このため、ラビリンスシール機
構１０としてのシール機能を充分に果たすことができる
こととなる。

【００６８】しかも、このようにラビリンスシール機構
１０を採用した場合、従来では、膨張室となる環状空所
ｂ、ｂ、……を確保するために、シール隙間４６を大き
くしなければならなかった。したがって、シール隙間４
６においては、回転軸３２の回転に伴うシール流体の旋
回流による動圧力を効果的に発生させることができなか
った。

【００６９】この点、上記の軸封装置にあっては、各仕
切刃１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ間に形成
された底面ｃの位置を連続的に変化させて、底面ｃに、
フローティングリング５に対して近接する部位（最大径
部ｄ）を形成したことにより、この底面ｃの最大径部ｄ
が、回転軸２の回転に伴う動圧力を効果的に発生させる
ことができるようになっている。したがって、フローテ
ィングシール機構９としての機能、すなわち、回転軸２
とフローティングリング５とが互いに偏心状態となった
ときに、発生する動圧力の作用でフローティングリング
５を逃がし、これにより、回転軸２とフローティングリ
ング５との接触を回避するという機能を確保することが
できることとなる。

【００７０】上記の結果、シール状態を確保した上で、
フローティングシール機構９による動圧力効果と、ラビ
リンスシール機構１０による部材２、５間の摩擦低減作
用とを同時に得ることができる。したがって、フローテ
ィングシール機構９の性能向上を目的とした設計の限界
域を広げることができ、さらに、装置の異常振動や環境
温度の異常な変化等に対しても、回転軸２とフローティ
ングリング５とが摩擦することでシール性能を失うほど
の損傷が発生することを防止することができる。

【００７１】次に、上記実施例の第１変形例を図８に示
す。すなわち、前記実施例におけるラビリンスシール機
構１０においては、各シール部１２、１３、１４、１５
の底面ｃの形状は滑らかな曲率面でつないで連続的に変
化したものを示したが、この図８に示した軸封装置にあ
っては、各シール部１２、１３、１４、１５の底面ｃの
形状を段階的に変化させてある。なお、他の構成は前記
実施例と同様であるので、同一の符号を付すことにより
詳細な説明は省略する。

【００７２】図８において、各シール部１２、１３、１
４、１５の底面ｃは、３等配されている最大径部ｄ間を
つなぐ部位が、回転軸２の回転方向後方に向かうに従っ
て、所定長さで所定高さずつステップアップして階段状
に形成されている。このように、各シール部１２、１
３、１４、１５の底面ｃを段階的に変化させても、図８
に示したような分布で動圧力を発生させることができる
ので、フローティングシール機構９の機能は充分に確保
され、前記実施例と同様の動圧力効果を得ることができ
るものである。

【００７３】次に、前記実施例の第２変形例を図９に示
す。すなわち、図９に示す軸封装置は、前記実施例にお
ける各シール部１２、１３、１４、１５の底面ｃを変形
したもので、最大径部ｄよりも回転方向前方側の底面ｃ
の部位に、段部ｅを形成したものである。なお、他の構
成は前記実施例と同様であるので、同一の符号を付すこ
とにより詳細な説明は省略する。

【００７４】図９において、各シール部１２、１３、１
４、１５の底面ｃに形成される段部ｅは、３等配されて
いる最大径部ｄよりも少し小さい径を有したもので、回
転軸２の回転方向前方側に隣接する最大径部ｄの部位
に、周方向に所定長さで形成されている。このように、
各シール部１２、１３、１４、１５の底面ｃに段部ｅを
設けても、図９に示したような分布で動圧力を発生させ
ることができるので、フローティングシール機構９の機
能は充分に確保され、前記実施例と同様の動圧力効果を
得ることができるものである。

【００７５】なお、上記実施例およびその変形例におい
ては、各シール部１２、１３、１４、１５の底面ｃの形
状は３等配の最大径部ｄを設けたものを示したが、これ
に限定されるものではない。各シール部１２、１３、１
４、１５の底面ｃは、少なくとも１か所にフローティン
グリング５に近接する部位を形成してあれば、その数や
形状は特に限定されない。また、上記実施例およびその
変形例においては、複数段のシール部でラビリンスシー
ル機構を形成したが、環状空所ｂを形成するシール部は
少なくとも１段あれば、その段数は制限されるものでは
ない。

【００７６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、フロー
ティングシール機構を具えた軸封装置において、回転軸
に所定の間隔で配設される仕切刃を有するラビリンスシ
ール機構を設け、その仕切刃間に形成される底面に、フ
ローティングリングに近接する部位を設けたことによ
り、フローティングシール機能とラビリンスシール機能
とを同時に、かつ、効果的に得ることができる。

【００７７】すなわち、回転軸の振れ回りや振動等が原
因となって回転軸とフローティングリングとが相対的に
偏心するようになっても、ラビリンスシール機構の作用
により、シール状態を確保した状態で、回転軸とフロー
ティングリングとの間の摩擦を確実に低減することがで
きる。しかも、仕切刃間の底面にはフローティングリン
グに近接する部位を設けてあるので、回転軸の回転に伴
う動圧力の発生を確保することができるという効果を有
している。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による軸封装置の一実施例を示す図で
ある。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線部分断面図である。

【図３】図１におけるＢ−Ｂ線部分断面図である。

【図４】図１におけるＣ−Ｃ線部分断面図である。

【図５】図１におけるＤ−Ｄ線部分断面図である。

【図６】図１におけるＥ−Ｅ線矢視の要部透視図であ
る。

【図７】図１に示した軸封装置の作用を説明する図であ
って、回転軸とフローティングリングとが最も近接する
部位において発生する動圧力の分布を示す図である。

【図８】図１に示した軸封装置の第１変形例を示す図で
あって、回転軸とフローティングリングとが最も近接す
る部位において発生する動圧力の分布を示す図である。

【図９】図１に示した軸封装置の第２変形例を示す図で
あって、回転軸とフローティングリングとが最も近接す
る部位において発生する動圧力の分布を示す図である。

【図１０】従来例を示す図である。

【図１１】図１０におけるＸ−Ｘ線部分断面図である。

【図１２】図１０に示した軸封装置において、回転軸と
フローティングリングとが互いに偏心した状態を示す図
であって、発生する動圧力の分布を示す図である。

【図１３】他の従来例を示す図である。

【図１４】図１３におけるＹ−Ｙ線部分断面図である。

【符号の説明】

１、３１……ハウジング １ａ、３１ａ……装着溝 １ｂ、３１ｂ……挿通孔 ２、３２……回転軸 ３、３３……ケーシング ４、３４……ケーシング本体 ４ａ、３４ａ……起立部 ４ｂ、３４ｂ……凹部 ５、３５……フローティングリング ５ａ、３５ａ……シールリング ５ｂ、３５ｂ……リテーナ ５ｃ、３５ｃ……シール部 ５ｄ、３５ｄ……突起 ６、３６……スプリングリテーナ ７、３７……スナップリング ８、３８……スプリング ９、３９……フローティングシール機構 １０、４０……ラビリンスシール機構 １１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、４１ａ、４
１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、 ４１ｅ……仕切刃 １２、１３、１４、１５、４２、４３、４４、４５……
シール部 １６、４６……シール隙間 １７、１８、４７、４８……隙間 １９、４９……回転止め部 ｂ……環状空所 ｃ……底面 ｄ……最大径部 ｅ……段部 Ｏ1 ……フローティングリングの中心 Ｏ2 ……回転軸の中心

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング（１）と、これに挿通される
   回転軸（２）との間をシールする軸封装置であって、径
   方向へ移動可能な状態で前記ハウジング（１）に保持さ
   れるとともに、内側にわずかに離間した状態で前記回転
   軸（２）が挿通されるフローティングリング（５）を有
   するフローティングシール機構（９）と、前記回転軸
   （２）に、先端部が前記フローティングリング（５）に
   近接する環状の仕切刃（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１
   ｄ、１１ｅ）を所定間隔で複数設けて構成されるラビリ
   ンスシール機構（１０）とを具え、前記各仕切刃（１１
   ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ）間に形成される
   底面（ｃ）の少なくとも１か所に、前記フローティング
   リング（５）に近接する部位（ｄ）を設けたことを特徴
   とする軸封装置。
2. 【請求項２】 前記各仕切刃（１１ａ、１１ｂ、１１
   ｃ、１１ｄ、１１ｅ）間の底面（ｃ）において形成され
   る前記フローティングリング（５）に近接する部位
   （ｄ）を、前記各仕切刃（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１
   １ｄ、１１ｅ）の高さと一致する最大径部（ｄ）で形成
   している請求項１記載の軸封装置。
3. 【請求項３】 前記各仕切刃（１１ａ、１１ｂ、１１
   ｃ、１１ｄ、１１ｅ）間の底面（ｃ）に、前記フローテ
   ィングリング（５）に近接する部位（ｄ）を等配に形成
   してある請求項１記載の軸封装置。
4. 【請求項４】 前記フローティングリング（５）に近接
   する各部位（ｄ）間に位置する前記底面（ｃ）の部位を
   滑らかな曲率面に形成している請求項３記載の軸封装
   置。
5. 【請求項５】 前記フローティングリング（５）に近接
   する各部位（ｄ）間に位置する前記底面（ｃ）の部位
   を、前記回転軸（２）の回転方向後方へ向かうに従って
   漸次フローティングリング（５）に近接する階段状に形
   成している請求項３記載の軸封装置。
6. 【請求項６】 前記フローティングリング（５）に近接
   する各部位（ｄ）に隣接する前記底面（ｃ）の部位に、
   段部（ｅ）を形成してある請求項３記載の軸封装置。
7. 【請求項７】 前記仕切刃（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、
   １１ｄ、１１ｅ）を少なくとも２つ設け、各仕切刃（１
   １ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ）間でシール部
   （１２、１３、１４、１５）を形成し、これにより、シ
   ール部（１２、１３、１４、１５）を複数段に形成して
   ある請求項１記載の軸封装置。
8. 【請求項８】 前記各仕切刃（１１ａ、１１ｂ、１１
   ｃ、１１ｄ、１１ｅ）間の底面（ｃ）に、前記フローテ
   ィングリング（５）に近接する部位（ｄ）を等配に形成
   し、前記フローティングリング（５）に近接する当該部
   位（ｄ）を、隣接するシール部（１２、１３、１４、１
   ５）における前記フローティングリング（５）に近接す
   る部位（ｄ）に対して周方向にずれた状態で設けてある
   請求項１記載の軸封装置。