JPH09329247A - 非接触端面シール - Google Patents
非接触端面シールInfo
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- JPH09329247A JPH09329247A JP17173696A JP17173696A JPH09329247A JP H09329247 A JPH09329247 A JP H09329247A JP 17173696 A JP17173696 A JP 17173696A JP 17173696 A JP17173696 A JP 17173696A JP H09329247 A JPH09329247 A JP H09329247A
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- sealing
- groove
- sealing surface
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- ring
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転環と固定環との相対的な回転方向が異な
る場合においても、密封面に高い剛性を有する流体膜を
形成できるようにする。 【解決手段】 回転軸１とともに回転する回転環３Ａ，
３Ｂの端面の密封面と、回転環３Ａ，３Ｂに相対する固
定環４Ａ，４Ｂの端面の密封面とから密封部を形成し、
密封圧力が加わった状態あるいは回転軸１が回転した状
態で両密封面が非接触となる非接触端面シールにおい
て、一方の密封面の高圧側周縁と低圧側の所定径との間
の環状領域を円周方向に沿って複数の溝形成領域３１に
区分し、各溝形成領域３１内に、円周方向の中央に位置
して溝形成領域３１の径方向に延びる密封流体導入溝３
３と、この密封流体導入溝３３を挟んで左右対称で密封
流体導入溝３３または高圧側周縁から内側にスパイラル
状に延びるスパイラル溝３４ａ，３４ｂとを設けた。
る場合においても、密封面に高い剛性を有する流体膜を
形成できるようにする。 【解決手段】 回転軸１とともに回転する回転環３Ａ，
３Ｂの端面の密封面と、回転環３Ａ，３Ｂに相対する固
定環４Ａ，４Ｂの端面の密封面とから密封部を形成し、
密封圧力が加わった状態あるいは回転軸１が回転した状
態で両密封面が非接触となる非接触端面シールにおい
て、一方の密封面の高圧側周縁と低圧側の所定径との間
の環状領域を円周方向に沿って複数の溝形成領域３１に
区分し、各溝形成領域３１内に、円周方向の中央に位置
して溝形成領域３１の径方向に延びる密封流体導入溝３
３と、この密封流体導入溝３３を挟んで左右対称で密封
流体導入溝３３または高圧側周縁から内側にスパイラル
状に延びるスパイラル溝３４ａ，３４ｂとを設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばターボ型コ
ンプレッサの軸シールとして使用される非接触端面シー
ルに係り、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。
ンプレッサの軸シールとして使用される非接触端面シー
ルに係り、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。
【０００２】
【従来の技術】一般に、非接触端面シールはハウジング
と回転軸間の空間をシールするために用いられており、
この非接触端面シールは、たとえば、高圧を発生するガ
スタービンやコンプレッサに組み込まれる。上記のタイ
プの非接触端面シールは特公平１−２２５０９号（対応
する米国特許第４,２１２,４７５号）に開示されてい
る。この特公平１−２２５０９号では、図４乃至図６に
示されるように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。
と回転軸間の空間をシールするために用いられており、
この非接触端面シールは、たとえば、高圧を発生するガ
スタービンやコンプレッサに組み込まれる。上記のタイ
プの非接触端面シールは特公平１−２２５０９号（対応
する米国特許第４,２１２,４７５号）に開示されてい
る。この特公平１−２２５０９号では、図４乃至図６に
示されるように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。
【０００３】図４乃至図６において、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。軸スリーブ２はキーを介して回転環３に接続され
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。
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。軸スリーブ２はキーを介して回転環３に接続され
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。
【０００４】回転環３は図５及び図６に詳細に示されて
おり、符号３５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３６は巻き込まれたシール流
体に絞り作用を与えるダム領域を示している。
おり、符号３５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３６は巻き込まれたシール流
体に絞り作用を与えるダム領域を示している。
【０００５】しかして、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に形成したスパイラル溝３５（図６参照）
が高圧流体を巻き込んで、密封面に流体膜を形成する。
このことにより密封面は非接触状態となるが、密封面間
の隙間が極力小さくなるようにして高圧流体の漏れを制
限している。
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に形成したスパイラル溝３５（図６参照）
が高圧流体を巻き込んで、密封面に流体膜を形成する。
このことにより密封面は非接触状態となるが、密封面間
の隙間が極力小さくなるようにして高圧流体の漏れを制
限している。
【０００６】また、特公昭４９−３３６１４号（対応す
る米国特許第３，４９９，６５３号）に他のタイプの非
接触端面シールが開示されている。この非接触端面シー
ルは、図４乃至図６に示すものと同様に回転環と固定環
とを備え、又、これら両環の一方にスパイラル溝を備え
ている。そして、一方の環にはシール流体が存在する外
側に向かって隙間の広がるテーパ面が形成されている。
る米国特許第３，４９９，６５３号）に他のタイプの非
接触端面シールが開示されている。この非接触端面シー
ルは、図４乃至図６に示すものと同様に回転環と固定環
とを備え、又、これら両環の一方にスパイラル溝を備え
ている。そして、一方の環にはシール流体が存在する外
側に向かって隙間の広がるテーパ面が形成されている。
【０００７】本非接触端面シールにおいては、流体がテ
ーパ面より両環の間に侵入すると、シール流体の作動圧
力によって密封面は非接触状態となる。シール流体が低
圧の場合には、シール流体の静圧効果だけでは非接触に
ならないが、スパイラル溝の動圧効果により、密封面が
非接触状態となる。
ーパ面より両環の間に侵入すると、シール流体の作動圧
力によって密封面は非接触状態となる。シール流体が低
圧の場合には、シール流体の静圧効果だけでは非接触に
ならないが、スパイラル溝の動圧効果により、密封面が
非接触状態となる。
【０００８】ここに、この種の非接触端面シールにあっ
ては、前記スパイラル溝３５が一方向に向いたスパイラ
ル状に設けられており、回転軸１、ひいては回転環３を
正転方向（図６のＡ方向）に回転させた場合にのみスパ
イラル溝３５内にシール流体を巻き込んで密封面に流体
膜を形成できるが、回転軸１を逆転方向（同図Ｂ方向）
に回転させた場合には、かかる流体膜を形成することが
できない。このため、回転軸１を正逆回転させる必要の
ある回転機器には適用できない。
ては、前記スパイラル溝３５が一方向に向いたスパイラ
ル状に設けられており、回転軸１、ひいては回転環３を
正転方向（図６のＡ方向）に回転させた場合にのみスパ
イラル溝３５内にシール流体を巻き込んで密封面に流体
膜を形成できるが、回転軸１を逆転方向（同図Ｂ方向）
に回転させた場合には、かかる流体膜を形成することが
できない。このため、回転軸１を正逆回転させる必要の
ある回転機器には適用できない。
【０００９】このため、例えば特開平７−２６００９号
として、回転軸が正逆何れの方向に回転する場合におい
ても、密封面に流体膜を形成できるようにしたものが提
案されている。
として、回転軸が正逆何れの方向に回転する場合におい
ても、密封面に流体膜を形成できるようにしたものが提
案されている。
【００１０】この特開平７−２６００９号公報に記載さ
れたものは、図７に示すように、回転環３の密封端面３
ａと固定環４の密封端面４ａとを対向して配置し、密封
端面３ａに、その周方向に並列する偶数個の動圧発生溝
７1・・・，７2・・・を形成してある。各動圧発生溝７
1，７2は、密封端面３ａの外周端から径方向に延びる導
入部８ａとその先端部から周方向に延びる動圧発生部８
ｂとからなる３本のＬ字形溝８・・・で構成されてお
り、隣接する動圧発生溝７1，７2は、それらの境界線Ｘ
1，Ｘ2に対して対称形状をなす。従って、回転軸が正転
されたときには、第１動圧発生溝７1・・・に導入され
た高圧側密封流体により密封端面３ａ，４ａ間に動圧が
発生する。また、回転軸が逆転されたときには、第２動
圧発生溝７2・・・に導入された高圧側密封流体によ
り、正転時と全く同一の条件で、密封端面３ａ，４ａ間
に動圧が発生する。
れたものは、図７に示すように、回転環３の密封端面３
ａと固定環４の密封端面４ａとを対向して配置し、密封
端面３ａに、その周方向に並列する偶数個の動圧発生溝
７1・・・，７2・・・を形成してある。各動圧発生溝７
1，７2は、密封端面３ａの外周端から径方向に延びる導
入部８ａとその先端部から周方向に延びる動圧発生部８
ｂとからなる３本のＬ字形溝８・・・で構成されてお
り、隣接する動圧発生溝７1，７2は、それらの境界線Ｘ
1，Ｘ2に対して対称形状をなす。従って、回転軸が正転
されたときには、第１動圧発生溝７1・・・に導入され
た高圧側密封流体により密封端面３ａ，４ａ間に動圧が
発生する。また、回転軸が逆転されたときには、第２動
圧発生溝７2・・・に導入された高圧側密封流体によ
り、正転時と全く同一の条件で、密封端面３ａ，４ａ間
に動圧が発生する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示す特開平７−２６００９号に記載の非接触端面シール
にあっては、動圧発生溝がＬ字形溝で構成されているた
め、密封面に形成される流体膜の剛性をそれ程高めるこ
とができないといった問題点がある。そして、流体膜の
剛性の低下は、密封面の固体接触を防止し、流体シール
を正常に作動させるためのマイナス要因となってしま
う。
示す特開平７−２６００９号に記載の非接触端面シール
にあっては、動圧発生溝がＬ字形溝で構成されているた
め、密封面に形成される流体膜の剛性をそれ程高めるこ
とができないといった問題点がある。そして、流体膜の
剛性の低下は、密封面の固体接触を防止し、流体シール
を正常に作動させるためのマイナス要因となってしま
う。
【００１２】本発明は上述した点に鑑みてなされたもの
で、回転軸が正逆両方向に回転する場合においても密封
面において望ましい動圧を発生させることができ、密封
面に剛性の高い流体膜を形成することができる非接触端
面シールを提供することを目的とする。
で、回転軸が正逆両方向に回転する場合においても密封
面において望ましい動圧を発生させることができ、密封
面に剛性の高い流体膜を形成することができる非接触端
面シールを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、回転軸とともに回転する回転環の端面の
密封面と、該回転環に相対する固定環の端面の密封面と
から密封部を形成し、密封圧力が加わった状態あるいは
前記回転軸が回転した状態で前記両密封面が非接触とな
る非接触端面シールにおいて、前記一方の密封面の高圧
側周縁と低圧側の所定径との間の環状領域を円周方向に
沿って複数の溝形成領域に区分し、前記各溝形成領域内
に、円周方向の中央に位置して該溝形成領域の径方向に
延びる密封流体導入溝と、この密封流体導入溝を挟んで
左右対称で該密封流体導入溝または高圧側周縁から内側
にスパイラル状に延びるスパイラル溝とを設けたことを
特徴とする。
め、本発明は、回転軸とともに回転する回転環の端面の
密封面と、該回転環に相対する固定環の端面の密封面と
から密封部を形成し、密封圧力が加わった状態あるいは
前記回転軸が回転した状態で前記両密封面が非接触とな
る非接触端面シールにおいて、前記一方の密封面の高圧
側周縁と低圧側の所定径との間の環状領域を円周方向に
沿って複数の溝形成領域に区分し、前記各溝形成領域内
に、円周方向の中央に位置して該溝形成領域の径方向に
延びる密封流体導入溝と、この密封流体導入溝を挟んで
左右対称で該密封流体導入溝または高圧側周縁から内側
にスパイラル状に延びるスパイラル溝とを設けたことを
特徴とする。
【００１４】上記したような構成を有する本発明によれ
ば、一方の密封面に設けられた各溝形成領域には、密封
流体導入溝と、該密封流体導入溝を挟んで左右対称なス
パイラル溝とが形成されており、この密封面の他方の密
封面に対する相対的な回転によって、左右のスパイラル
溝の一方で密封流体導入溝及び高圧側周縁からシール流
体を密封面内に巻き込み、これによって、互いに相対す
る密封面の相対的な回転方向が異なっても、密封面にシ
ール流体による流体膜を形成することができる。しか
も、シール流体をスパイラル状に延びるスパイラル溝に
沿って密封面内に巻き込むことによって、ここに形成さ
れる流体膜の剛性を高くすることができる。
ば、一方の密封面に設けられた各溝形成領域には、密封
流体導入溝と、該密封流体導入溝を挟んで左右対称なス
パイラル溝とが形成されており、この密封面の他方の密
封面に対する相対的な回転によって、左右のスパイラル
溝の一方で密封流体導入溝及び高圧側周縁からシール流
体を密封面内に巻き込み、これによって、互いに相対す
る密封面の相対的な回転方向が異なっても、密封面にシ
ール流体による流体膜を形成することができる。しか
も、シール流体をスパイラル状に延びるスパイラル溝に
沿って密封面内に巻き込むことによって、ここに形成さ
れる流体膜の剛性を高くすることができる。
【００１５】ここに、スパイラル溝の深さを３〜１５μ
ｍに、ダム幅比を０．２〜０．８に、バランス比を０．
８〜０．９にそれぞれ設定することにより、密封面の隙
間及び流体膜の剛性を望ましい値にすることができる。
ｍに、ダム幅比を０．２〜０．８に、バランス比を０．
８〜０．９にそれぞれ設定することにより、密封面の隙
間及び流体膜の剛性を望ましい値にすることができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明に係る非接触端面シールの一実
施例を図１乃至図３を参照して説明する。この実施例
は、互いに対をなす固定環と回転環とを回転軸の軸方向
に沿って２対配置した、いわゆるダブルシール構造を採
用した非接触端面シールに適用した例を示すもので、ま
た密封面の外周側が高圧側Ｈに内周側が低圧側Ｌになっ
ている。
施例を図１乃至図３を参照して説明する。この実施例
は、互いに対をなす固定環と回転環とを回転軸の軸方向
に沿って２対配置した、いわゆるダブルシール構造を採
用した非接触端面シールに適用した例を示すもので、ま
た密封面の外周側が高圧側Ｈに内周側が低圧側Ｌになっ
ている。
【００１７】図１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には大径部２ａが設けられ、この大径部２ａ
の両面にキーを介して２個の回転環３Ａ，３Ｂがそれぞ
れ固着されており、この各回転環３Ａ，３Ｂは固定環４
Ａ，４Ｂとそれぞれ向かい合っている。
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には大径部２ａが設けられ、この大径部２ａ
の両面にキーを介して２個の回転環３Ａ，３Ｂがそれぞ
れ固着されており、この各回転環３Ａ，３Ｂは固定環４
Ａ，４Ｂとそれぞれ向かい合っている。
【００１８】ここで各固定環４Ａ，４Ｂは各シールリン
グリテーナ５にそれぞれ接触しており、各シールリング
リテーナ５とケーシング９との間にはバネ１０がそれぞ
れ介在されている。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４Ａ，４Ｂは回転環３Ａ，
３Ｂにそれぞれ押しつけられている。
グリテーナ５にそれぞれ接触しており、各シールリング
リテーナ５とケーシング９との間にはバネ１０がそれぞ
れ介在されている。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４Ａ，４Ｂは回転環３Ａ，
３Ｂにそれぞれ押しつけられている。
【００１９】この実施例においては、回転軸１の回転に
伴って、２個の回転環３Ａ，３Ｂが一体となって回転す
るのであるが、図１において、一方の回転環３Ａにはそ
の左側に固定環４Ａが位置し、他方の回転環３Ｂにはそ
の右側に固定環４Ｂが位置するため、回転環３Ａと固定
環４Ａとの相対的な回転方向と、回転環３Ｂと固定環４
Ｂとの相対的な回転方向とが互いに逆方向になる。
伴って、２個の回転環３Ａ，３Ｂが一体となって回転す
るのであるが、図１において、一方の回転環３Ａにはそ
の左側に固定環４Ａが位置し、他方の回転環３Ｂにはそ
の右側に固定環４Ｂが位置するため、回転環３Ａと固定
環４Ａとの相対的な回転方向と、回転環３Ｂと固定環４
Ｂとの相対的な回転方向とが互いに逆方向になる。
【００２０】前記回転環３Ａ，３Ｂの前記固定環４Ａ，
４Ｂに相対する端面、即ち密封面の詳細を図２に示す。
同図において、符号３１は溝形成領域を、符号３２は密
封作用を行うダム領域を示している。
４Ｂに相対する端面、即ち密封面の詳細を図２に示す。
同図において、符号３１は溝形成領域を、符号３２は密
封作用を行うダム領域を示している。
【００２１】即ち、回転環３Ａ，３Ｂの高圧側周縁と低
圧側の所定径（２ｒg）との間の環状領域を円周方向に
沿って複数の溝形成領域３１に区分している。図示の例
では合計６個の溝形成領域３１に区分されている。前記
各溝形成領域３１には、その円周方向の中央に位置して
高圧側周縁から溝形成領域３１の径方向の全長に延びる
密封流体導入溝３３が形成されている。そして、この密
封流体導入溝３３を挟んでその両側には、スパイラル溝
３４ａ，３４ｂが左右対称に形成されている。
圧側の所定径（２ｒg）との間の環状領域を円周方向に
沿って複数の溝形成領域３１に区分している。図示の例
では合計６個の溝形成領域３１に区分されている。前記
各溝形成領域３１には、その円周方向の中央に位置して
高圧側周縁から溝形成領域３１の径方向の全長に延びる
密封流体導入溝３３が形成されている。そして、この密
封流体導入溝３３を挟んでその両側には、スパイラル溝
３４ａ，３４ｂが左右対称に形成されている。
【００２２】即ち、密封流体導入溝３３を挟んで、一側
に位置するスパイラル溝３４ａは、回転環３Ａ，３Ｂの
高圧側周縁又は密封流体導入溝３３から内側にスパイラ
ル状に延びており、このスパイラル溝３４ａは低圧側の
所定径（２ｒg）と密封流体導入溝３３から周方向の所
定角度位置（角度α）で終端している。密封流体導入溝
３３を挟んで、他側に位置するスパイラル溝３４ｂは、
回転環３Ａ，３Ｂの高圧側周縁又は密封流体導入溝３３
から内側にスパイラル状に延びており、このスパイラル
溝３４ｂは低圧側の所定径（２ｒg）と密封流体導入溝
３３から周方向の所定角度位置（α）で終端している。
に位置するスパイラル溝３４ａは、回転環３Ａ，３Ｂの
高圧側周縁又は密封流体導入溝３３から内側にスパイラ
ル状に延びており、このスパイラル溝３４ａは低圧側の
所定径（２ｒg）と密封流体導入溝３３から周方向の所
定角度位置（角度α）で終端している。密封流体導入溝
３３を挟んで、他側に位置するスパイラル溝３４ｂは、
回転環３Ａ，３Ｂの高圧側周縁又は密封流体導入溝３３
から内側にスパイラル状に延びており、このスパイラル
溝３４ｂは低圧側の所定径（２ｒg）と密封流体導入溝
３３から周方向の所定角度位置（α）で終端している。
【００２３】これにより、図２において、固定環４Ａ，
４Ｂが固定された状態で、回転環３Ａ，３Ｂが同図Ａ方
向に回転すると、高圧側周縁または密封流体導入溝３３
からスパイラル溝３４ｂ内に高圧側Ｈの密封流体を巻き
込んで、ここに剛性の高い流体膜を形成する。逆に、回
転環３Ａ，３ＢがＢ方向に回転すると、高圧側周縁また
は密封流体導入溝３３からスパイラル溝３４ａ内に高圧
側Ｈの密封流体を巻き込んで、ここに剛性の高い流体膜
を形成するようになっている。
４Ｂが固定された状態で、回転環３Ａ，３Ｂが同図Ａ方
向に回転すると、高圧側周縁または密封流体導入溝３３
からスパイラル溝３４ｂ内に高圧側Ｈの密封流体を巻き
込んで、ここに剛性の高い流体膜を形成する。逆に、回
転環３Ａ，３ＢがＢ方向に回転すると、高圧側周縁また
は密封流体導入溝３３からスパイラル溝３４ａ内に高圧
側Ｈの密封流体を巻き込んで、ここに剛性の高い流体膜
を形成するようになっている。
【００２４】なお、図１で各一対の符号４２，４４，４
６，４８はシール部材を示している。このような構成に
より、高圧側Ｈにある高い圧力を持つ流体は低圧側Ｌに
極力漏出しない様になっている。
６，４８はシール部材を示している。このような構成に
より、高圧側Ｈにある高い圧力を持つ流体は低圧側Ｌに
極力漏出しない様になっている。
【００２５】次に、上述のように構成された本実施例の
非接触端面シールの作用を説明する。回転軸１が回転す
ることにより、２個の回転環３Ａ，３Ｂも回転するので
あるが、この時、相対する回転環３Ａと固定環４Ａとの
相対的な回転方向と、回転環３Ｂと固定環４Ｂとの相対
的な回転方向が互いに逆方向になる。
非接触端面シールの作用を説明する。回転軸１が回転す
ることにより、２個の回転環３Ａ，３Ｂも回転するので
あるが、この時、相対する回転環３Ａと固定環４Ａとの
相対的な回転方向と、回転環３Ｂと固定環４Ｂとの相対
的な回転方向が互いに逆方向になる。
【００２６】すると、回転環３Ａ，３Ｂに形成された左
右のスパイラル溝３４ａ，３４ｂの一方が高圧側Ｈから
高圧流体を巻き込んで、密封面に流体膜を形成する。即
ち、前述のように、一方の回転環３Ａと固定環４Ａとの
間ではスパイラル溝３４ａ（または３４ｂ）の形成領域
に、他方の回転環３Ｂと固定環４Ｂとの間では、スパイ
ラル溝３４ｂ（または３４ａ）の形成領域に流体膜が形
成される。
右のスパイラル溝３４ａ，３４ｂの一方が高圧側Ｈから
高圧流体を巻き込んで、密封面に流体膜を形成する。即
ち、前述のように、一方の回転環３Ａと固定環４Ａとの
間ではスパイラル溝３４ａ（または３４ｂ）の形成領域
に、他方の回転環３Ｂと固定環４Ｂとの間では、スパイ
ラル溝３４ｂ（または３４ａ）の形成領域に流体膜が形
成される。
【００２７】この流体膜により密封面は非接触状態とな
り、図３（図１における右側の回転環及び固定環のみ示
す）に示されるように、回転環３Ｂと固定環４Ｂとの間
の密封面間に隙間ｈが形成される。そして、密封面間の
隙間ｈは極力小さくなるようにして漏れを制限してい
る。
り、図３（図１における右側の回転環及び固定環のみ示
す）に示されるように、回転環３Ｂと固定環４Ｂとの間
の密封面間に隙間ｈが形成される。そして、密封面間の
隙間ｈは極力小さくなるようにして漏れを制限してい
る。
【００２８】ここに、スパイラル状に延びる左右のスパ
イラル溝３４ａ，３４ｂ内に高圧密封流体を巻き込むこ
とにより、溝形成領域３１とダム領域３２との境界を示
す直径２ｒg と、密封流体導入溝３３からの所定角度α
とで決まる位置での圧力を高めて、密封面に剛性の高い
流体膜を形成することができる。
イラル溝３４ａ，３４ｂ内に高圧密封流体を巻き込むこ
とにより、溝形成領域３１とダム領域３２との境界を示
す直径２ｒg と、密封流体導入溝３３からの所定角度α
とで決まる位置での圧力を高めて、密封面に剛性の高い
流体膜を形成することができる。
【００２９】このように、本実施例によれば、２種類の
回転環を備えることなく、１種類の回転環によってダブ
ルシール構造の非接触端面シールを構成することがで
き、しかも回転軸が正逆何れの方向に回転する場合にお
いても、密封面に高い剛性の流体膜を形成することがで
きる。
回転環を備えることなく、１種類の回転環によってダブ
ルシール構造の非接触端面シールを構成することがで
き、しかも回転軸が正逆何れの方向に回転する場合にお
いても、密封面に高い剛性の流体膜を形成することがで
きる。
【００３０】前述のように、溝形成領域３１には左右対
称のスパイラル溝３４ａ，３４ｂが設けられており、密
封面の相対的回転による溝のポンピング作用によって高
圧側Ｈの密封流体を低圧側Ｌに巻き込み、また、ダム領
域３２は高圧側から低圧側への流れに対する絞り抵抗作
用を持ち、本来の密封作用を行うようになっている。言
い換えれば、回転環３Ａ，３Ｂの端面（密封面）には、
ポンピング作用を行う溝形成領域３１と密封作用を行う
ダム領域３２が存在する。
称のスパイラル溝３４ａ，３４ｂが設けられており、密
封面の相対的回転による溝のポンピング作用によって高
圧側Ｈの密封流体を低圧側Ｌに巻き込み、また、ダム領
域３２は高圧側から低圧側への流れに対する絞り抵抗作
用を持ち、本来の密封作用を行うようになっている。言
い換えれば、回転環３Ａ，３Ｂの端面（密封面）には、
ポンピング作用を行う溝形成領域３１と密封作用を行う
ダム領域３２が存在する。
【００３１】前記密封面に形成される流体膜の負荷能力
及び剛性は、スパイラル溝３４ａ，３４ｂの深さ
（ｈ0 ）、バランス比（ＢＲ＝（ｒ2 2−ｒb 2）／（ｒ2 2
−ｒ1 2））、ダム幅比（ＤＷ＝（ｒg−ｒ1）／（ｒ2−
ｒ1））を適正に選ぶことにより変化する。このため、
密封面の固体接触を生ずることなく狭い隙間ｈを維持で
きるようにする必要がある。ここに、前記２ｒ1 は密封
面の内径を、２ｒ2 は密封面の外径を、２ｒb はバラン
ス径をそれぞれ示している（図１参照）。
及び剛性は、スパイラル溝３４ａ，３４ｂの深さ
（ｈ0 ）、バランス比（ＢＲ＝（ｒ2 2−ｒb 2）／（ｒ2 2
−ｒ1 2））、ダム幅比（ＤＷ＝（ｒg−ｒ1）／（ｒ2−
ｒ1））を適正に選ぶことにより変化する。このため、
密封面の固体接触を生ずることなく狭い隙間ｈを維持で
きるようにする必要がある。ここに、前記２ｒ1 は密封
面の内径を、２ｒ2 は密封面の外径を、２ｒb はバラン
ス径をそれぞれ示している（図１参照）。
【００３２】ここに、前記スパイラル溝３４ａ，３４ｂ
の深さｈ0 を小さくすればする程、流体膜の剛性を高く
することができるが、この深さｈ0 を小さくすると、隙
間ｈが減少する。そして、この隙間ｈが小さすぎると、
密封面の固体接触を引き起こす可能性がある。このこと
からスパイラル溝３４ａ，３４ｂの深さｈ0 は極端に小
さい値を選定できず、また、溝の加工上の誤差の問題を
考慮すると、この面からも、スパイラル溝３４ａ，３４
ｂの深さｈ0 は極端に小さい値を選定することはできな
い。
の深さｈ0 を小さくすればする程、流体膜の剛性を高く
することができるが、この深さｈ0 を小さくすると、隙
間ｈが減少する。そして、この隙間ｈが小さすぎると、
密封面の固体接触を引き起こす可能性がある。このこと
からスパイラル溝３４ａ，３４ｂの深さｈ0 は極端に小
さい値を選定できず、また、溝の加工上の誤差の問題を
考慮すると、この面からも、スパイラル溝３４ａ，３４
ｂの深さｈ0 は極端に小さい値を選定することはできな
い。
【００３３】そこで、本発明の非接触端面シールでは、
スパイラル溝３４ａ，３４ｂの深さｈ0 は３μｍを下限
とすることが好ましい。一方、スパイラル溝３４ａ，３
４ｂの深さｈ0 の上限はラフなシール効果でも良い場合
を考慮すると１５μｍ程度まで広げてもさしつかえな
い。
スパイラル溝３４ａ，３４ｂの深さｈ0 は３μｍを下限
とすることが好ましい。一方、スパイラル溝３４ａ，３
４ｂの深さｈ0 の上限はラフなシール効果でも良い場合
を考慮すると１５μｍ程度まで広げてもさしつかえな
い。
【００３４】次に、ダム幅比と膜剛性の関係を検討する
と、ダム幅比が小さいほど、膜剛性が上昇する。したが
って、膜剛性に関する限りは、ダム幅比を小さくすれば
よいが、ダム幅比を小さくすると、漏れ量が増加してし
まう。また、極端にダム幅比を小さくしすぎると、ダム
領域３２に傷や欠け等の欠陥があると、そこから流体が
漏れてシールとして機能しない場合がある。
と、ダム幅比が小さいほど、膜剛性が上昇する。したが
って、膜剛性に関する限りは、ダム幅比を小さくすれば
よいが、ダム幅比を小さくすると、漏れ量が増加してし
まう。また、極端にダム幅比を小さくしすぎると、ダム
領域３２に傷や欠け等の欠陥があると、そこから流体が
漏れてシールとして機能しない場合がある。
【００３５】そこで、本発明の非接触端面シールでは、
ダム幅比は０.２を下限とすることが好ましい。一方、
ダム幅比の上限は膜剛性の値が小さすぎないことを考慮
して、０.８程度が好ましい。
ダム幅比は０.２を下限とすることが好ましい。一方、
ダム幅比の上限は膜剛性の値が小さすぎないことを考慮
して、０.８程度が好ましい。
【００３６】バランス比については、高圧側Ｈから低圧
側Ｌへの流体の漏れを最小限に抑えることができること
を考慮すると、０.８〜０.９の範囲が好ましい。
側Ｌへの流体の漏れを最小限に抑えることができること
を考慮すると、０.８〜０.９の範囲が好ましい。
【００３７】上記実施例においては、密封面の外周側が
高圧で内周側が低圧であるため、高圧側にある回転環の
外周縁から所定径内側に入った環状領域を溝形成領域と
しているが、密封面の内周側が高圧で外周側が低圧であ
る時には、高圧側にある回転環の内周縁から所定径内側
に入った環状領域を溝形成領域とすることにより、上記
実施例と同様の作用効果を得ることができる。
高圧で内周側が低圧であるため、高圧側にある回転環の
外周縁から所定径内側に入った環状領域を溝形成領域と
しているが、密封面の内周側が高圧で外周側が低圧であ
る時には、高圧側にある回転環の内周縁から所定径内側
に入った環状領域を溝形成領域とすることにより、上記
実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００３８】更に、上記実施例においては、回転環の固
定環に対面する端面、即ち回転環の密封面にスパイラル
溝を形成した例を示しているが、これとは逆に、固定環
の回転環に対面する端面、即ち固定環の密封面に前記実
施例と同様なスパイラル溝を形成することもできる。
定環に対面する端面、即ち回転環の密封面にスパイラル
溝を形成した例を示しているが、これとは逆に、固定環
の回転環に対面する端面、即ち固定環の密封面に前記実
施例と同様なスパイラル溝を形成することもできる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転軸が正逆両方向に回転する場合においても回転環お
よび固定環の密封面において望ましい動圧を発生させる
ことができる。しかも、シール流体をスパイラル状に延
びるスパイラル溝に沿って密封面内に巻き込むことによ
って、密封面に剛性の高い流体膜を形成することができ
る。更に、スパイラル溝の深さ（ｈ0 ）、ダム幅比（Ｄ
Ｗ）及びバランス比（ＢＲ）を適宜選択することによ
り、密封面の隙間及び流体膜の剛性を望ましい値にする
ことができる。
回転軸が正逆両方向に回転する場合においても回転環お
よび固定環の密封面において望ましい動圧を発生させる
ことができる。しかも、シール流体をスパイラル状に延
びるスパイラル溝に沿って密封面内に巻き込むことによ
って、密封面に剛性の高い流体膜を形成することができ
る。更に、スパイラル溝の深さ（ｈ0 ）、ダム幅比（Ｄ
Ｗ）及びバランス比（ＢＲ）を適宜選択することによ
り、密封面の隙間及び流体膜の剛性を望ましい値にする
ことができる。
【図１】本発明に係る非接触端面シールの一実施例を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【図２】本発明に係る非接触端面シールにおける回転環
の密封面の詳細を示す端面図である。
の密封面の詳細を示す端面図である。
【図３】本発明に係る非接触端面シールにおける回転環
と固定環の要部拡大断面図である。
と固定環の要部拡大断面図である。
【図４】従来の非接触端面シールにおける縦断面図であ
る。
る。
【図５】従来の非接触端面シールにおける回転環の断面
図である。
図である。
【図６】従来の非接触端面シールにおける回転環の密封
面を詳細に示す端面図である。
面を詳細に示す端面図である。
【図７】従来の他の非接触端面シールにおける回転環の
密封面の詳細を示す端面図である。
密封面の詳細を示す端面図である。
１ 回転軸 ３Ａ，３Ｂ 回転環 ４Ａ，４Ｂ 固定環 ３１ 溝形成領域 ３２ ダム領域 ３３ 密封流体導入溝 ３４ａ，３４ｂ スパイラル溝 ｈ0 スパイラル溝の深さ ｈ 密封面隙間
Claims (2)
- 【請求項１】 回転軸とともに回転する回転環の端面の
密封面と、該回転環に相対する固定環の端面の密封面と
から密封部を形成し、密封圧力が加わった状態あるいは
前記回転軸が回転した状態で前記両密封面が非接触とな
る非接触端面シールにおいて、 前記一方の密封面の高圧側周縁と低圧側の所定径との間
の環状領域を円周方向に沿って複数の溝形成領域に区分
し、 前記各溝形成領域内に、円周方向の中央に位置して該溝
形成領域の径方向に延びる密封流体導入溝と、この密封
流体導入溝を挟んで左右対称で該密封流体導入溝または
高圧側周縁から内側にスパイラル状に延びるスパイラル
溝とを設けたことを特徴とする非接触端面シール。 - 【請求項２】 前記スパイラル溝の深さを３〜１５μｍ
に、密封面におけるダム幅比を０．２〜０．８に、バラ
ンス比を０．８〜０．９にそれぞれ設定したことを特徴
とする請求項１記載の非接触端面シール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17173696A JPH09329247A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 非接触端面シール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17173696A JPH09329247A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 非接触端面シール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09329247A true JPH09329247A (ja) | 1997-12-22 |
Family
ID=15928736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17173696A Pending JPH09329247A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 非接触端面シール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09329247A (ja) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009014183A (ja) * | 2007-07-09 | 2009-01-22 | Canon Machinery Inc | 摺動面構造 |
| KR100965978B1 (ko) * | 2004-08-27 | 2010-06-24 | 한국씰마스타주식회사 | 미케니컬 페이스 씰의 그루브패턴구조 |
| JP2012002295A (ja) * | 2010-06-17 | 2012-01-05 | Canon Machinery Inc | 平面摺動機構 |
| WO2012046749A1 (ja) * | 2010-10-06 | 2012-04-12 | イーグル工業株式会社 | 摺動部品 |
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| CN105793628A (zh) * | 2013-12-09 | 2016-07-20 | 伊格尔工业股份有限公司 | 滑动部件 |
| CN105814346A (zh) * | 2013-12-09 | 2016-07-27 | 伊格尔工业股份有限公司 | 滑动部件 |
| CN107366748A (zh) * | 2017-07-24 | 2017-11-21 | 浙江工业大学 | 一种vw机械密封端面结构 |
| CN109237039A (zh) * | 2015-06-15 | 2019-01-18 | 浙江工业大学 | 似叠罗汉复合槽深型槽气体润滑端面机械密封结构 |
| US10612666B2 (en) | 2012-09-11 | 2020-04-07 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
| WO2020130087A1 (ja) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | イーグル工業株式会社 | 摺動部品 |
| US11608897B2 (en) | 2018-08-01 | 2023-03-21 | Eagle Industry Co., Ltd. | Slide component |
| US11815184B2 (en) | 2018-11-30 | 2023-11-14 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
| US11821462B2 (en) | 2018-08-24 | 2023-11-21 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding member |
| US11892081B2 (en) | 2019-07-26 | 2024-02-06 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
| US11933405B2 (en) | 2019-02-14 | 2024-03-19 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
-
1996
- 1996-06-11 JP JP17173696A patent/JPH09329247A/ja active Pending
Cited By (34)
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