JPS5828467B2 - メカニカルシ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転軸部からの流体の漏洩を防止するメカニ
カルシール、特に封入圧力流体が液体または液体と気体
の混合物であり、外部流体が気体、一般的には空気であ
る場合において密封流体の漏洩を防止するメカニカルシ
ールの改良に関する。

通常、上記種類のメカニカルシールは、回転軸を挿通さ
せた固定側のシートリングに対し、上記回転軸とともに
回転する従動リングを摺接させて、摺接面外周側から内
周側への流体の漏れを阻止する構成を有している。

このため、摺接面の密封効果を挙げるには、従来、シー
トリングに対する従動リングの押圧力を犬にして摺接面
の単位面積当たりの圧力を増大させるようにすること、
あるいは摺接する両リングの材料を選んで堅牢な封塞面
を形成させるようにするなどの対策が講じられて来た。

しかしながら、摺接部に生ずる面の粗さ、経時的変形等
は新設回避し得す、特に例えば自動車用クーラのコンプ
レッサ等に適用されるメカニカルシールの如く、振動や
温度変化等が加わる過酷な条件下で使用された場合には
、流体の漏れが著しく密封手段の根本的改善が望まれて
いた。

しかして本発明者等は、この密封手段の根本的改善策と
して、既にシートリングと従動リングの摺接面の少なく
とも一方に、外端部を閉止した行き止まり糸条溝を形成
したメカニカルシールを発明し、これを特許出願（特願
昭５２−４１８３８号、特願昭５３−２４１３７号）し
ている。

上記特許出願に係る発明は、摺接面間の微小な間隙に介
在する流体に対し、摺接面の相対回動を利用して、漏洩
流に対抗し５る半径方向圧力を付与できることに着目し
、上記摺接面の少なくとも一方に外端部の閉止された所
要形状の糸条溝を設けたことを特徴とするもので、従動
リングの回転に伴う糸条溝のポンプ作用または従動リン
グ側に溝を形成した場合は糸条溝内に浸入する流体に作
用する遠心力により、漏れの防止作用が得られると考え
られている。

ところが、さらに研究を重ねた結果、上記摺接面の少な
くとも一方の糸条溝は、これを特別に形成せずども単に
摺接面内周部の表面粗さを粗くすることによって一定の
シール効果−系条溝によるものより劣るとしても他の従
来品よりは優れたシール効果−の得られることが判明し
た。

これは表面粗さが無数の加工時の傷、つまり微細な溝の
集合によって構成されるものと考えられ、これらの溝の
うち特定のものが上記特許出願における糸条溝と同様の
作用を営むことによると考えられる。

したがって本発明は、上記のような使用条件のメカニカ
ルシールにおいて、上記摺接面の少なくとも一方の外周
部をランド部とし、内周部の表面粗さを粗くしたことを
特徴とするものである。

以下、図示具体例について本発明の詳細な説明する。

第１図は、このようなメカニカルシールを有スる回転軸
の一例として、自動車用クーラのコンプレッサを示すも
ので、１はコンプレッサの回転軸。

２は回転軸１にキー３により軸方向に摺動可能に結合さ
れた電磁クラッチの連結体、４はケーシング５に対し回
転自在な回転体であり、回転体４内の空間に挿入された
励磁コイル６に通電されたとき、回転体４と連結体２が
一体となり、回転体４と共に回転軸１が回転する。

しかして、７はコンプレッサ部８の流体が回転軸１側へ
洩れるのを防止するメカニカルシール部であり、回転軸
１を挿通させたシートリング９に対し、回転軸１と共に
回転する従動リング１０を摺接させ、この摺接によりシ
ートリング９と回転軸１との間の空隙からの油やガスの
漏洩を防止している。

１１は回転軸１に密着するパツキン、１２はその受金、
１３はノックリング、１４は従動リング１０にシートリ
ング９側への押圧力を与えるばねである。

第２図は上記メカニカルシール部７の拡大図であり、こ
の図のノックリング１３は厚内の成形品として構成され
ているが、第３図に示すものはノックリング１３をプレ
ス加工により曲成し、１３ａ部をスポット溶接して製品
全体としての軽量化簡素化を図ったものである。

また、第４図Ａ、Ｂはメカニカルシール部Ｉの他の変形
例を示す側面図およびその断面図であって、受金１２の
外周部を歯車状に形成しその歯部に相当する部分に孔を
設ける一方、ノックリング１３には軸方向に折曲させた
複数個の爪状片１３ｂを設けてこれを前述せる受金１２
の孔に挿通させ、爪状片１３ｂの外方への拡開防止を図
るとともに、爪状片１３ｂの先端部１３ｃを従動リング
１０の溝部分にカシメ付けて該従動リング１００回り止
めを施すようにしている。

しかしながら、上記のものいずれも、このままでは自動
車用クーラのコンプレッサとしての振動、温度変化等が
加わる過酷な使用条件下において、メカニカルシール部
からの流体漏れは完全には避は得られないところである
。

然るに、本発明者等の提案によれば、第５図に示すよう
に、従動リング１０の摺接面１０ａの外周部分を平坦な
ランド部りとし、内周部分を表面粗さを粗くした粗面部
Ｒとすることによって、良好なシール効果を得ることが
できる。

粗面部Ｒの表面粗さは、１０μｍ以上、好ましくは５０
μｍ以上に設定するのが良い。

その理由は粗面部Ｒに存在するとみなすことのできる無
数の溝のうちの特定のもの、おそらく従動リングの回転
方向後方側に傾斜した溝が従動リングの回転に伴いその
溝内に流体圧力を発生させ、この流体圧力が洩れ流に対
抗して洩れを防ぐと考えられ、このためこの溝の深さ、
幅とも小さいことが好ましいが、この溝が回転時に摩耗
し、あるいは摩耗粉で埋まっては意味がないからである
。

上記表面粗さの数値は上記要求を満たしている。

なおランド部りはできうる限り滑らかな鏡面であること
が好ましいことは勿論であり、具体的にはその表面粗さ
を数μｍ以下、好ましくは１μｍ以下とする。

なお摺接面１０ａの内周部分は、第５図Ａに模式的に示
すように一部の表面粗さを粗くして粗面部Ｒとする他、
同図Ｂに示すように全面の表面粗さを粗くして粗面部Ｒ
とすることができる。

以上のように摺接面１０ａの内周部を面粗さの粗い粗面
部Ｒとした従動リング１０は、その外周部のランド部り
の作用と相俟って、回転軸１の回転に伴うシートリング
９との摺接により良好なシール効果を発揮する。

シール効果の得られるメカニズムは必ずしも明瞭ではな
いが、一応ランド部りを通って洩れようとする流体を従
動リング１０の粗面部Ｒに存在する無数の溝、あるいは
このうちの特定の溝がかき取り（スクレープ、５ｃｒａ
ｐｅ）、さらに前述のようにこの特定の溝内の流体に作
用する遠心力によって溝内に発生する流体圧力がかき取
った流体を再びランド部りに戻す作用をするため、シー
ル効果が得られると考えられている。

なおランド部りの位置は摺接面１０ａの外周側とするこ
とが必要で、ランド部りと粗面部Ｒの位置関係を逆とし
た場合には却って後に詳述するようにシール性能を悪化
させる。

次に、本発明の効果を第６図に示す実験結果について説
明する。

本実験は下記の実験条件で、２５時間の運転時の洩れ量
とその後の２５時間の洩れ量とをそれぞれ計測し、ひき
続き同様な計測を合計４回行なってられそれ１００時間
の合計洩れ量を測定したものである。

第６図において、斜線の方が運転時の合計洩れ量を、斜
線のない方が停止時の合計洩れ量をそれぞれ示している
。

また同図において、Ａが本発明品の従動リングを、Ｂ〜
Ｄが本発明品に対する比較量としての従動リングを意味
しており、Ｂは摺接面に粗面を形成しないもの、Ｃは外
周部に粗面を形成したもの、Ｄは全面に粗面を形成した
ものである。

各粗面の表面粗さは１０−１００μｍの範囲とし、また
ＡとＣでは摺接面の半径方向約半分の位置まで粗面を形
成している。

実験条件 ○試験機二カークーラーコンプレッサ実機ベンチ○コン
プレッサ容量：１４８ＣＣ ○油種、油量：冷凍機油２３００Ｃ ○回転数：２０００ｒｐｍ（運転時） ○吐出圧カニ１５Ｋｇ／ｃｒＩｉ（運転時）： ４
Ｋｇ／ｃｒＡ （停止時） ○吸入圧カニ ２に４／ｃｒ／１（運転時）： ４
Ｋｇ／ｃｒｔｉ （停止時） 第６図の実験結果に示すように、本発明品Ａは他の比較
量Ｂ−Ｄに対して、運転時、停止時ともに良好な結果が
得られている。

上述したように、本発明品Ａにおいて良好なシール効果
が得られる理由は必ずしも明瞭ではないが、一応次のよ
うに考えられる。

まず回転中のシール効果については、本発明品Ａでは内
周の粗面部による上述した作用によって洩れてきた流体
を良好に押戻していると考えられる。

これに対し粗面部のない比較量Ａでは摺接面が流体潤滑
状態となり、従動リングの内外の圧力差によってこの流
体潤滑膜を介して流体が洩れるようになる。

次に、外周部に粗面部を有する比較量Ｃではその粗面部
の作用によって内周の平面部へ洩れようとする流体が押
戻されるので、運転開始後比較的初期にその内周部の平
面が潤滑不足から面アレを生じさせる。

そしてこの面アレは、粗面というよりはうねりに近いも
のでその内周部に良好に流体潤滑膜を発生させるように
なり、良好な流体潤滑膜が形成されると粗面部の作用を
低下させて洩れを増大させるようになるものと考えられ
る。

さらに全面に粗面を形成した比較量りでは、Ａ、Ｃのよ
うに平坦なランド部が存在しないので従動リング内外の
圧力差が粗面部に直接作用するようになり、そのような
大きな圧力差では粗面による上記作用と粗面が流体を流
通させようとする作用とが相殺して、結局粗面の７よい
ものと同様な洩れ量となる。

他方、停止時には、本発明品Ａは比較量Ｂに対して平坦
なランド部の面積が小さいので接触面圧が高くなり、こ
れが停止時の洩れを減少させているものと考えられる。

そして比較材Ｃは上述した面アレのために比較材Ｂより
も悪い結果が、また比較材りは粗面が流体の流通を許容
するように作用するので、著しく悪い結果となっている
。

なお、上述せる実施例においては、粗面を従動リング側
の摺接面にのみ穿設することについて述べたが、上記作
用は従動リングとシートリングとの相対回転によって得
られるものであるから、前述の糸条溝の場合と同様に、
粗面をシートリング側に設けても良いことは明らかであ
り、また両横接面に設定することも可能である。

以上のように本発明に係るメカニカルシールによれば、
従動リングの外周部をランド部とし、内周部を表面粗さ
の粗い粗面とするという簡易な構成により、液体または
液体と気体との混合物からなる密封流体の外部気体側へ
洩れを良好に防止し５るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はメカニカルシールを有する回転軸の一例を示す
縦断面図、第２図は第１図のメカニカルシール部の拡大
図、第３図および第４図はそれぞれ第２図の変形例を示
す図、第５図は本発明に係るメカニカルシールに用いる
従動リングの実施例を示す平面図、第６図は洩れ量を測
定した実験結果を示すグラフである。 １・・・・・・回転軸、９・・・・・・シートリング、
１０・・・・・・従動リング、１０ａ・・・・・・摺接
面、Ｌ・・・・・・ランド部、Ｒ・・・・・・粗面部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転軸を挿通させ固定側部材を形成するシートリン
   グと、上記回転軸とともに回転してこのシートリングに
   摺接される従動リングとを備え、この従動リングの外周
   側に液体または液体と気体との混合物からなる密封圧力
   流体を封入し、内周側を外部気体とするメカニカルシー
   ルにおいて、上記シートリングと従動リングとの少なく
   とも一方の摺接面の外周部をランド部とし、内周部をＩ
   Ｏ，４ｍ以上の表面粗さを有する粗面としたことを特徴
   とするメカニカルシール。