JPH1054464A - 非接触形メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静止側密封端面の平滑性及び回転側密封端面
に対する同心性，平行性，追従性を適正に維持し得て、
良好且つ安定したシール機能を発揮しうる非接触形メカ
ニカルシールを提供する。 【解決手段】 静止密封環４と保持環５とを、二次シー
ル部材６を介して、径方向において相対位置不変に保持
させると共に軸線方向において非接触のシール状態に保
持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばタービン，
ブロワ，遠心圧縮機等の主として気体（窒素，アルゴ
ン，水素，天然ガス，空気等）を扱う回転機器において
好適に使用される非接触形メカニカルシールに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の非接触形メカニカルシー
ルとしては、図６に示す如く、シールケース１を貫通す
る回転軸２に固定された回転密封環３と、シールケース
１にＯリング８を介して軸線方向移動可能に且つ径方向
変位不能に保持された保持環４と、保持環４に接触した
状態で、シールケース１に軸線方向移動可能に嵌合保持
された静止密封環５と、静止密封環５を保持環４を介し
て回転密封環方向へと押圧附勢するスプリング７と、保
持環４に形成した環状溝１４´に係合保持されて、静止
密封環５と保持環４との接触面間を二次シールする合成
ゴム製のＯリング６´と、を具備し、両密封環３，５の
対向端面たる密封端面（以下、回転密封環３の密封端面
を「回転側密封端面」といい、静止密封環５の密封端面
を「静止側密封端面」という）３ａ，５ａ間を、回転側
密封端面３ａに形成した動圧発生溝３ｂにより動圧を発
生させることによって、流体膜を介在させた非接触状態
に保持して、その流体膜形成部分において高圧流体領域
Ｈと低圧流体領域（大気領域）Ｌとをシールしうるよう
に構成されたもの（以下「従来シール」という）がよく
知られている。

【０００３】ところで、非接触形メカニカルシールで
は、シール機能上、静止密封環５の回転密封環３に対す
る追従性及び同心性を確保しておく必要がある。つま
り、静止密封環５を、軸線方向に移動可能で且つ径方向
に変位不能に保持させておく必要がある。一方、従来シ
ールにあって、静止密封環５は、回転密封環３や保持環
４のように回転軸２やシールケース１に保持されておら
ず、軸線方向において保持環４に押圧接触されているに
すぎない。したがって、静止密封環５の径方向変位を阻
止するための何らかの手段が必要である。

【０００４】そこで、従来シールでは、図６に示す如
く、静止密封環５を、シールケース１の円形内周面１ａ
に、これと静止密封環５の外周面５ｂとの間に流体の通
過を許容する極く微小な環状の流体通路１０´が形成さ
れるスキマばめ程度の寸法公差をもって、Ｏリング等を
介することなく直接的に嵌合保持させている。すなわ
ち、静止密封環５をスキマばめ程度の寸法公差をもって
シールケース１に嵌合保持させておくことにより、静止
密封環５の軸線方向移動を妨げることなく、その径方向
変位を確実に阻止することができ、追従性及び同心性を
確保するようにしているのである。また、静止密封環５
の同心性確保（径方向変位阻止）及び追従性確保の点か
らは、シールケース１の内周面１ａと静止密封環５の外
周面５ｂとの間に流体通路１０´が全く形成されないよ
うにすることも可能であるが、このようにすると、静止
密封環５の背面側空間（保持環４及び静止密封環５とシ
ールケース１とで囲繞された空間）１２が、保持環４と
静止密封環５との間がＯリング６´で二次シールされて
いること等とも相俟って、密閉空間となり、当然に静止
密封環５の追従機能が阻害されることになる。このた
め、静止密封環５の径方向変位を阻止しつつ、静止密封
環５の背面側空間１２の密閉化を回避すべく、シールケ
ース１と静止密封環５とをスキマばめ程度の寸法公差を
もって嵌合させ、両者１，５間に静止密封環５の径方向
変位を阻止するも流体の通過はこれを許容する微小な流
体通路１０´が形成されるようにしているのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来シールで
は、保持環４がスプリング７及び流体圧力（保持環４の
背面に作用する背圧）によって静止密封環５に強く押圧
されていること、及び静止密封環５がシールケース１に
径方向変位不能に嵌合保持されていることから、熱歪み
や圧力歪みの影響等により、静止側密封端面５ａの平滑
性や回転側密封端面３ａに対する同心性，追従性，平行
性が損なわれ易く、密封端面３ａ，５ａ間に発生する動
圧が不均一となったり、極端な場合には、動圧発生不良
や密封端面３ａ，５ａの局部的接触といった不測の事態
を生じて、長期に亘って良好なシール機能を発揮し得な
いといった問題があった。

【０００６】すなわち、回転密封環３，保持環４，静止
密封環５は、その機能の違いから、夫々、熱膨張係数，
ヤング率の異なる異質材で構成されている。例えば、回
転密封環３はＷＣ，ＳｉＣ等の超硬質材で、静止密封環
５はカーボン等の比較的軟質材やＳｉＣ等のセラミック
ス材で、保持環４はＳＵＳ３０４，Ｔｉ等の金属材で構
成されている。一方、回転密封環３，保持環４，静止密
封環５には運転に伴う発熱や機器のシステム圧によって
熱歪みや圧力歪みが生じるが、これらの歪み量や歪み状
態は、構成材質の違いから顕著に異なることになる。特
に、構成材質上、保持環４の歪み量は密封環３，５に比
して極めて大きい。

【０００７】したがって、このように歪み量や歪み状態
が大きく異なる静止密封環５と保持環４との接触部分に
おいては、上記した如くスプリング７及び流体圧力によ
って強く接触されていることから、それらの歪みが相互
に干渉することになる。このため、静止密封環５につい
ては、保持環４の歪みの影響を強く受けて、それ自身の
歪みとは全く異なる歪み状態を呈することなる。その結
果、静止側密封端面５ａの平滑性が損なわれたり、静止
密封環５が歪みにより傾いて、回転側密封端面３ａに対
する同心性や平行性が損なわれる虞れがあり、良好なシ
ール機能を発揮し得ない。かかる問題は、高負荷条件下
ではより顕著となる。特に、密封環径が大きなもので
は、同心性の確保はシール性能上重要であり、密封端面
３ａ，５ａの同心性が僅かでも損なわれると、つまり静
止側密封端面５ａが回転側密封端面３ａに対して僅かで
も芯ずれを生じると、シール性能が大幅に低下する虞れ
がある。すなわち、密封端面３ａ，５ａの径方向幅（密
封端面３ａ，５ａが重合する環状領域の径方向幅である
シール面幅）は、密封環径に比例して大きくならず、密
封環径に拘わらず略一定であり、密封環径が大きくなる
に従い密封環径に対するシール面幅の比率は小さくな
る。けだし、シール面幅を密封環径に比例して大きくす
ると、密封環径の大きなものでは、静止密封環５ａの傾
きが極く僅かであっても密封端面３ａ，５ａが接触する
ことになるからである。したがって、密封環径が大きな
場合には、芯ずれが極く僅かであっても、つまり密封環
径が小さな場合には許容できる程度の芯ずれであって
も、シール性能に与える影響が極めて大きくなり、シー
ル性能が大幅に低下する虞れがある。

【０００８】しかも、従来シールにあっては、静止密封
環５がシールケース１に嵌合されていて、静止密封環５
の外周面５ｂとシールケース１の内周面１ａとの間には
僅かな環状隙間たる流体通路１０´が存在するにすぎな
いことから、静止密封環５が歪みにより傾くと、両面１
ａ，５ｂが接触して、その接触抵抗により静止密封環５
の追従性が損なわれる虞れがある。

【０００９】また、流体通路１０´が微小であり静止密
封環５とシールケース１とが密着状態に近い状態にある
ため、静止密封環５が傾かないときにも、静止密封環５
の下面がその自重によりシールケース１の内周面１ａに
接触することになり、その接触抵抗により静止密封環５
の追従性が損なわれる虞れがある。このことは、静止密
封環５が大径のものとなる程、つまり静止密封環５の重
量が大きくなる程、顕著となる。

【００１０】さらに、流体通路１０´が微小なものであ
ることから、流体通路１０´に塵埃等の異物が侵入して
堆積し易く、かかる異物の詰まりにより静止密封環５の
追従性が損なわれる虞れがある。

【００１１】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、上記した問題を生じることなく、静止側密封端面の
平滑性及び回転側密封端面に対する同心性，平行性，追
従性を適正に確保，維持し得て、良好且つ安定したシー
ル機能を発揮しうる非接触形メカニカルシールを提供す
ることを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸に固定
された回転密封環と、シールケースに軸線方向移動可能
に且つ径方向変位不能に保持された保持環と、シールケ
ースと保持環との間に介装されたスプリングと、このス
プリングにより保持環を介して回転密封環へと押圧附勢
された静止密封環とを具備して、両密封環の対向端面間
に動圧を発生させるように構成された非接触形メカニカ
ルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、静
止密封環と保持環との間に、該両環を軸線方向において
シールされた非接触状態に保持する環状の二次シール部
材を介在させ、且つ保持環にこの二次シール部材を径方
向の少なくとも一方に変位不能に係止する環状の第１係
止部を形成すると共に静止密封環に該二次シール部材を
径方向の少なくとも他方に変位不能に係止する環状の第
２係止部を形成して、静止密封環と保持環との径方向に
おける相対位置を、二次シール部材を介して、一定に保
持させるようにすることを提案するものである。

【００１３】かかる構成の非接触形メカニカルシールに
あっては、静止密封環と保持環とが軸線方向において直
接的には接触しておらず、二次シール部材を介して相互
に押圧し合う状態に保持されているから、その押圧部分
においては両環の熱歪み，圧力歪みが相互に干渉するこ
とがなく、静止密封環の歪み分布が保持環の歪みによる
影響を受けるようなことがない。

【００１４】また、二次シール部材が、第１係止部によ
り保持環に対して少なくとも径方向の一方（例えば内径
方向）に変位不能に係止されていると共に、第２係止部
により静止密封環に対して少なくとも径方向の他方（例
えば外径方向）に変位不能に係止されていることから、
静止密封環と保持環とは、二次シール部材を介して、径
方向において相対変位不能の関係に保持されることにな
る。したがって、保持環がシールケースに径方向変位不
能に保持されていることから、静止密封環は回転密封環
に対して芯ずれを生じることがない。しかも、静止密封
環が、二次シール部材及び保持環を介して、シールケー
スに間接的に径方向変位不能に保持されているから、従
来シールにおける如く、静止密封環をシールケースの内
周面に直接的に嵌合保持させた場合と異なって、シール
ケースの内周面と静止密封環の外周面との間に十分な大
きさの流体通路を形成しておくことができる。したがっ
て、仮に、静止密封環が歪みにより傾くようなことがあ
ったとしても、静止密封環がシールケースに干渉したり
することがなく、また、流体通路に塵埃等の異物が詰ま
ったりすることもない。

【００１５】したがって、静止側密封端面の平滑性及び
回転側密封端面に対する同心性，平行性，追従性が損な
われたりすることがなく、長期に亘って良好且つ安定し
たシール機能が発揮される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図５に基づいて具体的に説明する。

【００１７】本発明に係る非接触形メカニカルシール
は、図１及び図２に示す如く、シールケース１を貫通す
る回転軸２に固定された回転密封環３と、シールケース
１に軸線方向移動可能に且つ径方向変位不能に保持され
た保持環４と、回転密封環３と保持環４との間に配し
て、回転軸２に遊嵌された静止密封環５と、保持環４と
静止密封環５との間に介装された円環状の二次シール部
材６と、静止密封環５を保持環４及び二次シール部材６
を介して回転密封環方向へと押圧附勢するスプリング７
と、を具備する。

【００１８】シールケース１は、図１及び図２に示す如
く、円形の内周面１ａを有すると共に、高圧流体領域
（例えば、タービン等の機内である高圧ガス領域）Ｈと
低圧流体領域（例えば、タービン等の機外である大気領
域）Ｌとを区画する円環状のリテーナ壁１ｂを有するも
のである。回転軸２は、リテーナ壁１ｂを同心状に貫通
している。

【００１９】回転密封環３はＷＣ，ＳｉＣ等の超硬質材
で構成されたもので、図１及び図２に示す如く、回転軸
２に固定されており、その密封端面３ａにはＬ字状，ス
パイラル状等の適宜形状をなす動圧発生溝３ｂが形成さ
れている。この動圧発生溝３ｂの作用により、両密封環
３，５の相対回転に伴い動圧を発生せしめて、密封端面
３ａ，５ａ間を流体膜を介在形成させた非接触状態に保
持する。この流体膜の形成部分において、高圧流体領域
Ｈと低圧流体領域Ｌとの間をシールする。

【００２０】保持環４はＳＵＳ３０４，Ｔｉ等の金属材
で構成されたもので、図１及び図２に示す如く、円筒状
の被保持部４ａと円環状の押圧部４ｂとを備えた断面Ｌ
字形状に成形されている。この保持環４は、被保持部４
ａをリテーナ壁１ｂの内周部にＯリング８を介して嵌挿
保持させることによって、シールケース１に、これとの
間を二次シールさせた状態で、軸線方向移動可能に且つ
径方向変位不能に保持されている。また、保持環４は、
これに植設せる回り止めピン９をリテーナ壁１ｂに係合
させておくことにより、シールケース１に対して相対回
転不能とされている。なお、Ｏリング８の材質は、温度
条件等に応じたものを適宜に選定しておくことが好まし
く、この例では合成ゴム製のＯリング８を使用してい
る。

【００２１】スプリング７は、図１及び図２に示す如
く、シールケース１のリテーナ壁１ｂと保持環４の押圧
部４ｂとの間に介装されており、直接的には保持環４を
軸線方向において回転密封環方向へと押圧附勢する。

【００２２】静止密封環５はカーボン等の硬質材やＳｉ
Ｃ等のセラミックス材で構成されたもので、図１及び図
２に示す如く、その外周面５ｂとシールケース１の内周
面１ａとの間に十分な大きさの環状の流体通路１０を有
した状態で、回転軸２に遊嵌されている。この流体通路
１０の大きさは任意であるが、必要以上に大きくする必
要はなく、一般には、冒頭で述べた如く、静止密封環５
が傾いたときにその外周面５ｂがシールケース１の内周
面１ａに接触したり、両面１ａ，５ｂ間に塵埃等の異物
が詰まったりする等の問題が生じたりすることがない程
度に、設定される。この例では、流体通路１０の径方向
幅つまり両面１ａ，５ｂ間の径方向間隔が０．５〜１．
０ｍｍ程度となるように設定されている。また、静止密
封環５の後面部には、保持環４の前面部に突設した回り
止めピン１１が係合されていて、両環４，５を相対回転
不能に且つ軸線方向に相対変位可能に連結してある。こ
のように、静止密封環５は、保持環４を介して、シール
ケース１に軸線方向移動可能に且つ回転不能に保持され
ている。なお、回り止めピン９，１１は共通のものとす
ることもできる。例えば、回り止めピン９を延長して、
その延長端を静止密封環５に係合させておく。

【００２３】二次シール部材６は、図１及び図２に示す
如く、保持環４に形成した第１係止部１４に径方向の少
なくとも一方（つまり、内径方向又は外径方向）に相対
変位不能に係止されると共に静止密封環５に形成した第
２係止部１５に径方向の少なくとも他方（第１係止部１
４による係止方向とは逆の外径方向又は内径方向）に係
止された状態で、両環４，５間に介装されている。この
例では、二次シール部材６として、断面中実円形の合成
ゴム製リングつまり合成ゴム製のＯリングを使用してい
る。そして、第１及び第２係止部１４，１５を断面矩形
状の環状溝に構成して、二次シール部材６の両側端部
を、図２に示す如く、夫々、環状溝たる第１及び第２係
止部１４，１５に嵌合保持させることにより、二次シー
ル部材６が保持環４及び静止密封環５の何れに対しても
内径方向及び外径方向の両方向に相対変位不能に係止さ
れるように工夫してある。第１及び第２係止部１４，１
５は、保持環４及び静止密封環５と同心状をなす環状溝
であり、その溝深さ，溝幅，溝径を同一としたものであ
る。各係止部１４，１５の溝深さ，溝幅は、二次シール
部材６が適度に圧縮された状態で係合保持され且つ保持
環４と静止密封環５とが二次シール部材６により軸線方
向において適当なクリアランス１３を有する非接触状態
で二次シールされることを条件として、Ｏリングである
二次シール部材６の断面径寸法に応じて適宜に設定され
ている。

【００２４】以上のように構成された非接触形メカニカ
ルシールにあっては、静止密封環５と保持環４とが直接
的には接触しておらず、合成ゴム製のＯリングである二
次シール部材６を介して相互に押圧し合う状態に保持さ
れているから、その押圧部分においては各環４，５の熱
歪み，圧力歪みが二次シール部材６により吸収されて相
互に干渉することがなく、静止密封環５の歪み分布が保
持環４の歪みによる影響を受けるようなことがない。な
お、静止密封環５と保持環４との間は二次シール部材６
により良好に二次シールされることになり、またスプリ
ング７による押圧力は保持環４から二次シール部材６を
介して静止密封環５に与えられることから、静止密封環
５の回転密封環方向への押圧力は適正に維持され、両環
４，５間を非接触としておくことによってはシール機能
に何らの悪影響も及ぼさない。

【００２５】また、二次シール部材６は、第１及び第２
係止部１４，１５により、保持環４及び静止密封環５の
何れに対しても内径方向及び外径方向に相対変位不能に
係止されているから、径方向における両環４，５の相対
位置は、二次シール部材６を介して、一定に保持される
ことになる。すなわち、径方向において、静止密封環５
は、二次シール部材６を介して、保持環４に相対変位不
能に保持されることになり、保持環４と同心状に保持さ
れることになる。一方、保持環５は、Ｏリング８を介し
て、シールケース１に径方向変位不能に保持されてい
る。

【００２６】したがって、保持環４が回転密封環３と同
心状にシールケース１に保持されている限り、静止密封
環５は回転密封環３に対して芯ずれを生じることがな
く、静止側密封端面５ａの回転側密封端面３ａに対する
同心性，平行性が圧力変化等によって損なわれることが
ない。

【００２７】しかも、静止密封環５が、二次シール部材
６及び保持環４を介して、シールケース１に間接的に径
方向変位不能に保持されているから、従来シールにおけ
る如く、静止密封環５をシールケース１の内周面１ａに
直接的に嵌合保持させた場合と異なって、シールケース
１の内周面１ａと静止密封環５の外周面５ｂとの間に十
分な大きさの流体通路１０を形成しておくことができ
る。このため、仮に、静止密封環５が歪みにより傾いた
場合にも、静止密封環４がシールケース１に干渉するよ
うなことがなく、また流体通路１０に異物が詰まったり
するようなこともなく、静止密封環５の追従性を損なう
ような事態を招来することがない。

【００２８】したがって、高負荷条件下（例えば、高
圧，高速，高温の条件下）においても、従来シールの如
く、静止側密封端面５ａの平滑性及び回転側密封端面３
ａに対する同心性，平行性，追従性が損なわれたりする
ことがなく、長期に亘って良好且つ安定したシール機能
が発揮される。

【００２９】なお、本発明に係る非接触形メカニカルシ
ールは上記した実施の形態に限定されるものではなく、
本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改
良，変更することができる。

【００３０】例えば、第１及び第２係止部１４，１５
は、二次シール部材６を保持環４及び静止密封環５の一
方に対して少なくとも内径方向に相対変位不能に係止す
ることができ且つその他方に対して少なくとも外径方向
に相対変位不能に係止することができる限りにおいて、
その形状は任意であり、図３〜図５に例示する如く構成
することもできる。勿論、第１及び第２係止部１４，１
５の形状は、二次シール部材７の形状、特に断面形状に
応じたものとしておくことが好ましい。

【００３１】すなわち、図３（Ａ）〜（Ｅ）に示すもの
では、各係止部１４，１５を、図２に示すものと同様
に、二次シール部材６を内径方向及び外径方向の何れに
も相対変位不能に係止する形状としてある。図３（Ａ）
に示すものでは、第１係止部１４を環状のアリ溝に構成
すると共に、第２係止部１５を断面矩形状の環状溝とし
てある。このように、第１係止部１４をアリ溝構造のも
のとしておくと、二次シール部材６を第１係止部１４に
強力に保持させておくことができ、二次シール部材６が
第１係止部１４から不測に脱落（飛び出し）するような
ことがない。したがって、第２係止部１５については、
二次シール部材６の径方向変位を阻止する形状のものと
しておけばよく、二次シール部材６をさほど強力に保持
させる形状のものとしておく必要がない。このため、第
２係止部１５の溝深さは、図２に示す各係止部１４，１
５の溝深さよりも浅く設定してある。同様に、同図
（Ｂ）〜（Ｄ）に示すものでは、第１係止部１４を環状
アリ溝に構成して、二次シール部材６を脱落不能に強力
に嵌合保持させると共に、第２係止部１５を、二次シー
ル部材６をさほど強力に保持しないが、その径方向変位
は阻止しうる形状のものとしている。すなわち、第２係
止部１５は、同図（Ｂ）に示すものでは、二次シール部
材６の断面径に略一致する円弧状の溝底を有する浅い環
状溝とされており、同図（Ｃ）のものでは、二次シール
部材６の断面径よりやや大きな円弧状の溝底を有する浅
い環状溝とされており、同図（Ｄ）のものでは、断面三
角状の浅い環状溝とされている。なお、上記した第１係
止部１４のアリ溝構造にあっては、図３に示す如く、外
径側のみをテーパ面とする他、内径側のみをテーパ面と
しても、内径側及び外径側の双方をテーパ面としても何
れでもよい。また、同図（Ｅ）に示すものでは、第１係
止部１４を深い断面略円弧状の環状溝として、二次シー
ル部材６を脱落不能に強力に嵌合保持させると共に、第
２係止部１５を同図（Ｂ）に示すものと同様の浅い断面
略円弧状の環状溝としている。

【００３２】また、図４（Ａ）（Ｂ）に示すものでは、
第１係止部１４を、図３に示すものと同様に環状アリ溝
として、二次シール部材６を脱落不能に強力に嵌合保持
させると共に、第２係止部１５を、二次シール部材６を
内径方向（図４（Ａ））又は外径方向（同図（Ｂ））に
のみ変位不能に係止する環状段部としてある。このよう
に第２係止部１５を環状溝ではなく環状段部として、静
止密封環５の背面部において第２係止部１５より内径側
又は外径側の部分５ｃ，５ｄを切欠しておくと、圧力歪
又は熱歪による静止密封環５の傾き中心の位置を変更し
て、静止側密封環５の断面に作用する圧力歪又は熱歪に
よるねじりモーメントを小さくすることができ、静止側
密封端面５ａの歪量を可及的に小さくすることができ
る。なお、静止側密封端面５ａの歪量を可及的に小さく
する上で、何れの部分５ｃ，５ｄを切欠すればよいか
は、静止密封環径の大きさ等の条件に応じて決定され
る。

【００３３】また、図５に示すものでは、第１係止部１
４を、二次シール部材６を内径方向にのみ変位不能に係
止する環状段部とすると共に、第２係止部１５を、二次
シール部材６を外径方向にのみ変位不能に係止する環状
段部としている。この場合、二次シール６は、径方向及
び軸線方向の何れにも適度に挟圧された状態で、保持環
４と静止密封環５との間に介在される。勿論、第１係止
部１４を、二次シール部材６を外径方向にのみ変位不能
に係止する環状段部とし、第２係止部１５を、二次シー
ル部材６を内径方向にのみ変位不能に係止する環状段部
としておくことも可能である。このように、二次シール
部材６を一方の係止部で内径方向変位不能に係止させ且
つ他方の係止部で外径方向変位不能に係止させておくだ
けでも、保持環４と静止密封環５との径方向相対位置は
二次シール部材６を介して一定に保持されることにな
り、静止密封環５の回転密封環３に対する同心性は、図
２〜図４に示すものと同様に、適正に確保，維持される
ことになる。

【００３４】また、第１及び第２係止部１４，１５の何
れか一方については、二次シール部材７の材質やシール
条件等にもよるが、二次シール部材６を離脱不能に固着
（例えば、接着剤による固着や焼嵌めによる固着）する
ようなものとしてもよい。

【００３５】また、上記した例においては、二次シール
部材７として合成ゴム製のＯリングを使用したが、この
二次シール部材７の材質はシール条件等に応じて適宜に
選定することができる。例えば、二次シール部材７の構
成材としては、一般に、耐熱性を考慮して、１８０℃以
下の温度条件下では合成ゴム材を、２００℃以下の温度
条件下では弗素系ゴム材やポリテトラフルオロエチレン
等の樹脂と金属との複合材（例えば、断面凹形の樹脂リ
ングの内周をこれに嵌合させたスプリング（帯板を螺旋
状に巻いて環状としたもの）により補強した二次シール
部材）を、４００℃以下の温度条件下では可撓性膨張黒
鉛を主成分とする材料を、８００℃以下の温度条件下で
は硬質カーボン材を、８００℃以上の温度条件下ではス
テンレス鋼，アルミニウム，銅等の金属材等を選定する
ことができる。また、二次シール部材７の形状も、Ｏリ
ングのような断面が中実円形のものに限定されず、断面
中空円形，断面中空方形，断面中実方形，断面凹形（上
記した如く内周をスプリングで補強したもの）のもの
等、任意に設定することができる。但し、二次シール部
材７は、保持環４と静止密封環５との間を良好に二次シ
ールしうるものであることは勿論、両環４，５間におけ
る歪み干渉を回避するに十分な弾性（保持環歪みを吸収
しうるに十分な弾性）を有するものに構成しておくこと
が好ましい。かかる二次シール部材７に必要とされる弾
性は、構成材自身の弾性による他、シール部材７の形状
を工夫する（例えば、断面形状を弾性変形し易い中空形
状とする）ことによっても確保することができる。

【００３６】また、二次シール部材６の径方向設置位置
や保持環４と静止密封環５との間のクリアランス１３
は、各密封要素の形状や流体圧力等の条件に応じて適宜
に設定される。特に、二次シール部材６の径によって決
定される径方向設置位置は、静止密封環５についての保
持環歪みの吸収機能や保持環４を介しての回転密封環３
への押圧機能を考慮して、適宜に設定される。また、密
封端面３ａ，５ａ間に動圧を発生させるための手段も任
意であり、例えば、動圧発生溝３ｂを静止側密封端面５
ａに形成するようにしてもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、本発明の非接触形メカニカルシールにあっては、シ
ールケースに軸線方向移動可能に且つ径方向変位不能に
保持された保持環と静止密封環との径方向における相対
位置を、両環間を二次シールする二次シール部材を介し
て、一定に保持させるようにしているから、従来シール
における如く静止密封環をシールケースに直接的に保持
させずとも、静止密封環の固定密封環に対する同心性を
確保し得て、静止密封環の芯ずれを確実に防止すること
ができる。しかも、従来シールと異なって、静止密封環
をシールケースに直接的に保持させておらず、静止密封
環の外周側に十分な大きさの流体通路を形成，確保する
ことができるから、流体通路が小さいことに起因する追
従不良の問題はこれが全く生じず、静止密封環の適正な
追従性を確保，維持することができる。また、静止密封
環と保持環とが二次シール部材を介して非接触状態に保
持されているから、両環の歪みが相互に干渉することが
なく、静止側密封端面の平滑性や回転側密封端面に対す
る平行性が損なわれるようなことがない。

【００３８】したがって、本発明の非接触形メカニカル
シールによれば、静止側密封端面の平滑性及び回転側密
封端面に対する同心性，平行性，追従性を適正に確保，
維持することができ、高負荷条件下においても、長期に
亘って良好且つ安定したシール機能を発揮させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非接触形メカニカルシールを示す
半截の縦断側面図である。

【図２】図１の要部を拡大して示す詳細図である。

【図３】第１及び第２係止部の変形例を示す要部の縦断
側面図である。

【図４】第１及び第２係止部の他の変形例を示す要部の
縦断側面図である。

【図５】第１及び第２係止部の更に他の変形例を示す要
部の縦断側面図である。

【図６】従来シールを示す半截の縦断側面図である。

【符号の説明】

１…シールケース、１ａ…シールケースの内周面、１ｂ
…リテーナ壁、２…回転軸、３…回転密封環、３ａ…回
転側密封端面（回転密封環の密封端面）、４…保持環、
５…静止密封環、５ａ…静止側密封端面（静止密封環の
密封端面）、５ｂ…静止密封環の外周面、６…二次シー
ル部材、７…スプリング、８…Ｏリング、１０…流体通
路、１３…保持環と静止密封環との間のクリアランス、
１４…第１係止部、１５…第２係止部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に固定された回転密封環と、シー
   ルケースに軸線方向移動可能に且つ径方向変位不能に保
   持された保持環と、シールケースと保持環との間に介装
   されたスプリングと、このスプリングにより保持環を介
   して回転密封環へと押圧附勢された静止密封環とを具備
   して、両密封環の対向端面間に動圧を発生させるように
   構成された非接触形メカニカルシールにおいて、 静止密封環と保持環との間に、該両環を軸線方向におい
   てシールされた非接触状態に保持する環状の二次シール
   部材を介在させ、且つ保持環にこの二次シール部材を径
   方向の少なくとも一方に変位不能に係止する環状の第１
   係止部を形成すると共に静止密封環に該二次シール部材
   を径方向の少なくとも他方に変位不能に係止する環状の
   第２係止部を形成して、静止密封環と保持環との径方向
   における相対位置を、二次シール部材を介して、一定に
   保持させるように構成したことを特徴とする非接触形メ
   カニカルシール。