JPH0814322B2 - 非接触メカニカルシール - Google Patents

非接触メカニカルシール

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JPH0814322B2
JPH0814322B2 JP1318177A JP31817789A JPH0814322B2 JP H0814322 B2 JPH0814322 B2 JP H0814322B2 JP 1318177 A JP1318177 A JP 1318177A JP 31817789 A JP31817789 A JP 31817789A JP H0814322 B2 JPH0814322 B2 JP H0814322B2
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seal
rotating ring
ring
mechanical seal
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Tanken Seal Seiko Co Ltd
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    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は非接触式のメカニカルシールに関する。
<従来の技術> シール対象物が気体等の場合には、シール端面の焼き
付きを防止するために、シール端面に高圧の気体を導入
して、非接触にしてシールを行う非接触メカニカルシー
ルが用いられる。
この非接触メカニカルシールは従来は密封環のシール
端面に微小なテーパや極めて浅いリング状の溝や細い通
気孔あるいはスパイラル状の条溝等を形成することによ
り高圧の気体をシール端面に導入するように構成されて
いた。
<本発明が解決しようとする課題> しかし、上記した従来の非接触メカニカルシールは通
気孔や溝を高い精度で工作するのが難しく、またコスト
が高くなる欠点があった。また非接触シールは、完全に
非接触ではなく、機械精度不良や振動によってわずかに
接触し、その結果シール端面がわずかに摩耗しただけで
溝の形状が変わり、そのシール性能が大きく変化する場
合が多く、シールの安定性の面で問題が多くあった。
また、従来のものでは加工が難しいことや機械の振動
による微小の接触による微小の摩耗を見込む必要がある
ため溝や孔が必要以上に大きくなり過ぎ、そのため通気
性が大きくなり、シール端面が離れすぎる等、シール端
面の間隔の微調整が難しい問題があった。
<発明の概要> 本発明は上記した従来の欠点を改善するためになされ
たもので、非接触メカニカルシールであって、通気性多
孔質材で形成されたシール端面部を有する密封環と、該
シール端面部の後側から、該シール端面部に高圧側の気
体を通気させる通気部とを備えたことを基本的な特徴と
するものである。
<作用> 高圧側の気体は通気部からシール端面部に通気され、
これにより非接触シールが形成される。シール端面部は
通気性の多孔質材で形成されており、またこのシール端
面部の後側から高圧側の気体を通気させる通気部を形成
するだけであり、従来のように高精度の通気孔や溝をを
形成する必要がなく、製作が容易である。また多孔質材
であるため通気量を微小にすることができ、シール隙間
を小さくすることが可能になる。更に摩耗が進行して
も、シール端面に加工された溝と違って通気量が大きく
変化することがなく安定した非接触を保つことが出来
る。
<実施例> 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図において、高圧側Xの非回転環1はバックメタ
ル16を介してケーシング51側にスプリング4により従動
可能に装着されている。この非回転環1はバックメタル
16に装着された不浸透材5とこの不浸透材5の外周に装
着された円環状の多孔質材6とから形成されている。不
浸透材5は不浸透材から形成され通気性を有していな
い。
一方回転環2は回転軸50にバックメタル16を介して回
転可能に装着されている。
非回転環1の多孔質材6は前記したように全体がカー
ボン材、即ち焼結カーボンや焼結銅合金等の金属の焼結
材、更には多孔質樹脂等の通気性を有する多孔質材等か
ら構成されており、不浸透材5に形成された肉薄の径小
部76の外周に接着剤により固着されている。又は接着剤
にかえて、焼嵌めにより固着しても良い。これにより非
回転環1のシール端面10は多孔質材6による多孔端面11
と不浸透材5による不浸透端面12から構成されている。
この多孔質材6の後側は隙間を空けており、通気部7
が形成されている。この通気部7は高圧側Xの高圧気体
を多孔質材6に導くためのもので、この第1図に示す実
施例では非回転環1に周方向に円環状に形成された溝形
状の通気溝70になっている。該通気溝70は非回転環1の
高圧側Xの外側周から中心方向に向かって多孔質材6に
沿った形状になっており、高圧側Xの高圧気体を多孔質
材6に導入するように構成されている。
前記した径小部76により、不浸透材5と多孔質材6全
体の弾性が高まる効果がある。即ち、多孔質材6の外周
端部62は高圧側Xの高圧気体による圧力による変形で外
周凸になり、そのため外周端部62が回転環2に異常接触
する傾向があるが、該不浸透材5と多孔質材6の弾性全
体を増すことにより回転環2への当りが柔らかくなり、
異常な接触を抑制することが出来る。
多孔質材6の多孔端面11には内径側から上側に所定幅
の逃げ溝60が円周方向に形成されている。この逃げ溝60
により通気溝70と多孔質材6から通気してきた高圧側X
の高圧気体のガス溜りが形成され、シール面におけるガ
ス圧の均圧化が図られる。その結果、安定した非接触を
保つことが可能になる。またこの逃げ溝60により多孔質
材6の基部が薄くなり肉薄部61を形成し、これにより多
孔質材6の外周端部62部分の弾性を更に向上させること
が可能になる。
なお上記例では多孔質材6を非回転環1にのみ形成し
ているが、回転環2にのみ形成することも又非回転環1
と回転環2の両方に形成することも可能である。
なお、非回転環1はバックメタル16にOリング3を介
して装着しているが、Oリング3を用いずに、焼嵌めと
してもよい。
以上の構成において、高圧側Xの高圧気体は通気溝70
から多孔質材6を通って多孔端面11から回転環2に向け
て流出する。そして、逃げ溝60部分に溜り、所定の圧力
を維持する。この時のシール面の圧力分布を第2図に
a、b、cの線で示す。dは非回転環1の後端面が受け
る圧力分布である。非回転環1と回転環2が密着してい
るときは、シール面の圧力はc線で示すように高くな
る。一方非回転環1と回転環2が離れると、ノズルの原
理によりギャップgの圧力はa線で示すように低くな
り、吸引力が生じる。そのため、結局b線の近傍で、ギ
ャップgの圧力と非回転環1に対する押し付け力がバラ
ンスし、この状態で安定して運転が行われる。
多孔質材6の通気は従来の溝や孔による通気より十分
に小さくすることが出来るため、非回転環1と回転環2
のギャップは十分に小さくすることが出来る。また、非
回転環1のバランスファクタや多孔質材6の多孔質の通
気性を調整することにより、ギャップgの調整が可能で
ある。即ち、多孔質材6の多孔質の孔の大きさや孔数を
小さくすれば、通気性が更に小さくなり非回転環1と回
転環2のギャップgを小さくすることができ、逆に孔の
大きさや孔数を大きくすれば、ギャップgを大きくする
ことが可能になる。また多孔質端面部6の軸線方向の厚
みで調節することも可能である。
また多孔質材6を不浸透材5に装着するのは従来の孔
を形成するのに比べてきわめて容易であり、しかもこの
不浸透材5には径小部76が形成されシール端面10側の外
周端部62に弾力性が与えられる。その結果外周端部62の
回転環2との外周接触による異常トルクの発生が防止さ
れる。また、逃げ溝60により多孔質材6に肉薄部61が形
成され、外周端部62の弾性が更に向上し、外周端部62の
外周接触は更に効果的に防止される。
第3図に本発明による非接触メカニカルシールと従来
の孔を形成した非接触メカニカルシールのトルクと漏れ
量を比較したグラフを示す。本発明のものは白丸と白三
角で、白丸が非回転環1の回転トルクを表わし、白三角
が漏れ量を表わしている。また、従来のもので弾性効果
のないものは黒丸と黒三角で示してあり、黒丸が回転環
の回転トルク、黒三角が漏れ量を表わしている。また横
軸は高圧側Xの封ガスのガス圧力である。
本発明の場合外周端部62に弾性が与えられることか
ら、異常接触がなくトルクが小さくなっている。また多
孔質材6によりシール隙間を小さくでき、その結果漏れ
量も従来のものより少なくなっていることが明かであ
る。これに対し、従来のものは黒丸で分かるように高圧
側Xの圧力が高くなるにつれて回転トルクが大きくな
る。これは高圧側Xの圧力により密封環の外周端部62に
相当する部分が回転環2方向に曲げられるためである。
本発明の場合、径小部76とこれに加えて逃げ溝60によ
り外周端部62には弾性が与えられるため、回転環2との
異常接触が抑制され回転トルクが増大することがない。
次ぎに第4図に通気部7として通気切欠71を形成した
実施例を示す。
この実施例では多孔質材6の背面側を完全に切り落と
して通気切欠71とし、多孔質材6の背面側を高圧側Xに
露出させてある。このように通気切欠71を形成する場
合、径小部76の範囲が大きくなり、高圧側Xの高圧気体
の圧力を受ける受厚部77の面積が大きくなるから、外周
端部62の反回転環2方向への反りが一層大きくなる利点
がある。
以上説明した上記構成によれば、多孔質材6の多孔端
面11から流出する高圧側Xの気体により非回転環1と回
転環2のシール面の間には所定のギャップgが生じ、安
定した非接触のシールが行われる。また、多孔質材6の
多孔質材は通気性を小さくできるため、従来よりもギャ
ップgを小さくすることが可能になる。また、シール端
面10に複雑な加工を施す必要がなく、更に摩耗によって
も多孔端面11の通気性などの状態が変わることがないか
ら、シール性が変わることがなく、安定したシールを行
える。
更に多孔質材6を不浸透材5に装着するのは製造が容
易であり、また多孔質材6の外周端部62に弾性が付与さ
れ、外周端部62と回転環2との異常接触が抑制され異常
トルクの発生が防止できる等の効果がある。
<発明の効果> 以上説明したように本発明の非接触メカニカルシール
は、通気性多孔質材で形成されたシール端面部を有する
密封環と、該シール端面部の後側から該シール端面部に
高圧側の気体を通気させる通気部とを備えているため、
安定した非接触のシールが可能になる。また、多孔質材
のシール端面部により、シール面のギャップを小さくで
きる上、従来のように高精度の通気孔や溝などを形成す
る必要がないから、製造が極めて容易であり、使用によ
る摩耗によってもシール性が劣化しない等の効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す半断面図、第2図は動
作説明図、第3図はトルクと漏れ量を示すグラフ、第4
図は他の実施例を示す半断面図である。 1:非回転環、2:回転環、3:Oリング、4:スプリング、5:
不浸透材、6:多孔質材、7:通気部、10:シール端面、11:
多孔端面、12:不浸透端面、16:バックメタル、50:回転
軸、51:ケーシング、60:逃げ溝、61:肉薄部、62:外周端
部、70:通気溝、71:通気切欠、76:径小部、77:受圧部。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】通気性多孔質材で形成されたシール端面部
    を有する密封環と、 該シール端面部の後側から、該シール端面部に高圧側の
    気体を通気させる通気部と、 を備えたことを特徴とする非接触メカニカルシール。
  2. 【請求項2】シール端面部が密封環と別体に形成され、
    密封環に固着されている請求項1に記載の非接触メカニ
    カルシール。
  3. 【請求項3】通気部が前記密封環の外周の周方向に形成
    された通気溝である、 請求項1に記載の非接触メカニカルシール。
  4. 【請求項4】通気部が前記密封環の外周から内周に向か
    って形成された切欠部である、 請求項1に記載の非接触メカニカルシール。
  5. 【請求項5】前記密封環が回転環か非回転環のどちらか
    一方である請求項1に記載の非接触メカニカルシール。
  6. 【請求項6】前記密封環が回転環と非回転環の両方であ
    る請求項1に記載の非接触メカニカルシール。
JP1318177A 1989-12-07 1989-12-07 非接触メカニカルシール Expired - Lifetime JPH0814322B2 (ja)

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US07/610,351 US5121931A (en) 1989-12-07 1990-11-07 Noncontact mechanical seal

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JPH03177661A JPH03177661A (ja) 1991-08-01
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