JPS6199774A - 密封装置 - Google Patents

密封装置

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JPS6199774A
JPS6199774A JP21827884A JP21827884A JPS6199774A JP S6199774 A JPS6199774 A JP S6199774A JP 21827884 A JP21827884 A JP 21827884A JP 21827884 A JP21827884 A JP 21827884A JP S6199774 A JPS6199774 A JP S6199774A
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JP
Japan
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fluid
ring
rotating
pressure
sliding
Prior art date
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Pending
Application number
JP21827884A
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English (en)
Inventor
Shotaro Mizobuchi
庄太郎 溝渕
Yoshiichi Kimura
芳一 木村
Katsumi Sasaki
勝美 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
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Publication of JPS6199774A publication Critical patent/JPS6199774A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
    • F16J15/406Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid by at least one pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • 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
    • F16J15/3408Sealings 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 at least one ring having an uneven slipping surface
    • F16J15/3412Sealings 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 at least one ring having an uneven slipping surface with cavities

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Sealing (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、端面(フェース)によって密封作用を行なう
端面シールに関し、非接触でかつ完全密封を可能にした
密封装置であって、ポンプ等で従来使用しているグラン
ドパッΦン、メカニカルクール等に替わ゛るものである
@ (従来の技術) 従来の回転軸部の密封装置には、グランドパツキンシー
ルが広く一般に用いられているが、この温式のものは、
完全シールが不可能で、軸スリーブの摩耗を犬きくシ、
信頼性、耐久性がないという欠点があった。
上記のグランドパツキンシールに替わるものとして、相
対回転して対向する両端面によって密封作用を行なう端
面シールがある@この端面クールは、通常、対向する両
端面を接触摺動させる一般ハメカニカルシールと称され
ているものであって。
第6図に示すように1回転軸1に固定して設けられた回
転リング2と、該回転リング2に対してIS動する静止
部材3との対向する両91面で密封作用を行なうもので
ある0上記静止部材6は、ケーシング4に一端を支持さ
nたばね5によって回転リング2の端面に常時押圧され
ており、またケーシング4の内側には、密封流体(密封
されるべき流体)が充満されている。なお図中、6は静
止部材6とケーシング4との摺動面に設けられたO I
Jソング示す・ 上記のよった構成により1回転軸1が静止しているとき
は、たとえ、密封流体に圧力が生じていないときでも、
ばね5によって静止部材3が回転リング2の端面に押圧
されているので、摺動面外側に充満された密封流体は、
軸を伝って1出することはな(密封作用が行われる0ま
た回転軸1が回転しているときは、′8!!封流体が加
圧されているので、静止部材3は、ばね5と該密封流体
の圧力とによって必要な抑圧荷重が与えられ、軸1と共
に回転する回転リング3の端面に向って押圧され。
密封作用が行われる〇 (発明が等失しょうとする問題点) 上記した従来の端面シール(メカニカルクール装置)に
おいては、対向する両端面の摺動によって形成される密
封面が、油膜の形成が完全に行われないため接触状態に
ある場合が多くて損傷を受は易く、非接触シールに比べ
て寿命が短く、またv1洩愈は他のシールに比べて比較
的少ないが、完全密封は不可能であるという問題点があ
った。
他方、従来技術では、非接触シールは通常密封が不可能
であり漏洩量は比較的大きい傾向があったO 本発明は、上記した従来技術の問題点を解決し。
密封面の損傷を無(シ、かつ完全密封を可能とすること
を技術的課題としている◎ (問題点を解決するための手段) 本発明は、上記の技術的課題を解決するために。
両側に回転滑り面を形成するように回転又は回転方向に
静止したリングと対向して、その両側に。
摺?;b閣隙を隔って静止体又は回転体をそれぞれ設け
・これら両側に形成される相対回転するすべり面におい
て、対向してすべり会っている一方の面のそれぞれに1
作動時流体を何れも牛径方回外同き又は内向きの同じ向
きに導くようにしたスパイラル溝を形成し、上記両側す
べり面に形成される摺動間隙を、流体の集合する側の一
端で互いに連通させると共に、他端部を密封流体等の高
圧流体源と、グリース封入流体室等の低圧流体源(域)
にそれぞれ連通させ、前記両摺動間隙部を外側からばね
等の押圧手段と流体圧力によって押圧させたことを特徴
としている・ (作 用) 本発明は、上記のように構成したことにより。
高圧流体源に連通された環状通路から高圧流体h’s導
入され、該高圧流体は、この導入された高圧側において
回転摺動するすべり面の一方に形成されたスフ4イラル
溝によって動圧効果、即ちポンピング圧力を発生し、次
いで、この高圧流体は、連通路を経て、反対側の低圧側
慴動密封面に入り込むが、この低圧側密封面の回転49
面の一方に形成されたス・fイラル溝は、流体を導く半
径方向の向きが前記高圧側密封面のスパイラル溝と同じ
であるため、上記入り込んだ高圧流体は、入り込む距1
′、Jが西びるにつれて次第に圧力降下する・一方、低
圧流体域に連通された環状通路から導入された低圧流体
は、この低圧側密封面の一方に形成されたスパイラル溝
によって動圧効果を生じて次第に昇圧されるが、この低
圧側密封面には。
上記のように高圧密封流体が圧力降下しながら入り込ん
でいるので、これら二つの流体は、圧力的VCバランス
した位置で平衡状態を呈する。この際。
上記高圧側及び低圧側の摺動間隙部は、スプリング荷2
i等及び流体圧力によって押圧されているので1作動中
は圧力が変動しても平衡状態を維持し。
また停止時には、スプリング圧等によって密封面が閉鎖
される。
従って、完全密封が可能になる■ ・′(実施例) 次に1本発明の実施例を図面と共に説明する・第1図は
1本発明の密封装置の第1実施例を示す軸心を含む断面
図であって1図において取シ付伊部が完全に密封された
状態で回転軸+1に一体に取り付けられた回転リング1
20両面に、ス・!イラル溝が加工されている。その一
方の面、例えば図の右側の面21には、第2図に示すよ
うなの13が、また他方の面22(図の左側のrrU)
には。
正面からみて第2図と向きが反対(従って透過してみた
ときは同じ向きに見える。)の溝14がそれぞれ設けら
れている・回転リング12は1図示しない滑りキー等を
用いて回転はしないが軸方向に動くことのできる。二つ
に分割された内ハウジング15と16によって囲まれて
おり、これら内ハウジング15.16の内面と摺動間隙
を保ってすベリ合っている0内ハウジング16は、内ハ
ウジング15とケーシング17の内方部17 aK。
リング18を介して取付けられており、上記のように軸
方向に動くことができるようになっている◎また。内ハ
ウジング15.16の両側面とケーシング17との間に
はそれぞればね19.19が設ゆられており、内ハウジ
ング15と16を回転リング12に両側から押し付ける
ようにされている〇同ハウジング15.16の外周部と
ケーシング17とで形成される空間には、その一端に形
成された環状通路20より圧力P の高圧密封流体が6
人され、その圧力によって内ハウジング15と16を回
転リング12に押し付けている。本実施例では、内ハウ
ジング15と16の内径が何れも2r で等しく、また
内ハウジング15の内径2r より外側部分は、左右両
面で圧力が相殺されるので、0リング18による微少な
抵抗を除けば。
回?=+1ング12に対し側内ハウジングは同等な荷重
で押し付ゆていることになる。
一方1回転リング12における図の左側の密封面22に
は、他端に設けられた環状通路24を経て、封入流体等
の低圧流体が導入されるようになっている。
上記のように構成されでいるので、軸11が回転してい
るときは1回転リング12の両側面と内ハウジング15
.16の内面間に形成される密封面が互いにすべり合う
ことによシ、高圧側の密封流体が、スパイラル溝13に
よって高圧側密封面21に巻き込まれて動圧を発生し1
次いで通路26を経て低圧側密封面22に入り込む・こ
のように密封流体は、高圧側密封面21ではス・母イラ
ル溝1Sによって流体圧力とスプリング圧による負荷と
密封圧力の大きさに応じて昇圧されるが。
低圧側密封面22に入り込むことにより、スパイラル溝
14の向きの影響で逆に減圧される0この減圧された圧
力と、低圧側密封面22に通路24よシ導入され、スパ
イラル溝14のボンピング作用で負荷に応じて圧力上昇
された低圧側流体の圧力とが、この低圧側密封面22に
おいて圧力的にバランスする。図の25は、このバラン
スした椀界面を示す−この原理により、完全密封が可能
となる◎ 完全密封可能な圧力範囲は、速度には無関係で。
荷重(負荷)により第3図に示すように広がる〇しかし
、負荷を上昇させることは密封面の隙間り、、 h2 
 を小さくすることになるので、必要以上の負荷を加え
るべきではない。
また、ス・ぐイラル溝は、第2図に示すように。
そヅ)外周部又は内周部に、各溝13間の隆起部13a
と同じ高さのランド部+3bが設けられており、これに
より内、外周に貫通していないので、静止時において、
ばね19により内ハウジング15.16が回転リング1
2に押付けられて、完全密封を行なう。なお第2図にお
いて・r+・r2は密封面の内径と外径をそれぞれ示し
、セしてαは、すべり方向と溝の接線方向との角度を示
し。
ス・やイラル溝の形状は、極座標表示(r・θ)でr−
aLanCEと表示される(第2a図参照)Or、e また1回転リング12をセラミックス材で、また同ケー
シングを超硬合金、又は鋳鉄で構成すれば、耐摩耗性が
一段と向上する0 この場合セラミックス材へのスパイラル状の溝加工は、
所定形状のス・ぐイラル状の樹脂マスクでセラミック材
の表面を遮蔽した上、微粉のアルミナ賞研削材を上記樹
脂マスク上に噴射するショツトブラスト加工法により、
極めて短時間にス/ぞイラル溝を形成する。なお、スパ
イラル状溝の形成方法シζついては、先願に係る特願昭
58−121567号明細書に記載さ几ている。
第4図は1本発明の第2実施例を示す断面口である。こ
の実施例では、ケーシング31とOリング62を介して
、また軸方向の動きを可能にするように設けた図示して
いない滑りキー等の回り止めによって取付けられた静止
リング330両面には、第5図に示すようなスフ9イラ
ル溝64.65(両スパイラル溝の向きは、正面からみ
て逆向きになっている。)が設けである0該静止リング
33とすべり合う相手面の一つは、回転軸36ンこ一体
に取付けられた回EIJング37であり、池の面は回転
軸66とばね681回り止めろ9.017ング32を介
して取り付げられた回転リング40である0該回転リン
グ40は、回転軸66と共に回転しかつ軸方向に動(こ
とが可能であり1回転軸56と共に形成された、ばね6
8を収容した空間38a内に、環状通路41を経て圧力
P2  の高圧密封流体が導入され、この流体圧とばね
68によって回転リング40を、軸方向にm 5IjJ
可能な9止リング36を介して回転リング37に押し付
りている。なお、静止りング63及び回転リング40の
外周部分には、摺動間隙が形成されており。
こ几らの摺動間隙に圧力流体が導入される0この実施例
においても、環状通路41から導入された圧力P2  
の高圧密封流体の一部は、静止リング63のスパイラル
溝34が形成された高圧密封面42に半径方向外方より
内方に導入され・ここで昇圧され1間隙通路43を経て
、低圧密封面44に入り込んで逆に減圧される。一方圧
力P。
の低圧流体は、環状通路45から低圧密封面44に4人
され、第5図において破線矢印方向に回転fる回iリン
グ57によって外方から内方へ向ってスパイラル溝35
内で昇圧され、前記高圧密封流体と46で示す位置で圧
力的にバランスして平衡状態を推持し、完全密封作用を
行なうことは。
亡I記第1実施例の場合の同様である。
なお、前記両実施例において、スパイラル溝が、回転リ
ング12側のすべり面に(第1図)、或いはr+>止リ
ング63側のすべり面に(第4図)それぞれ形成された
例について説明し念が、これらのスパイラル溝を、内ノ
〜ウジング15.16d(第11&)に或いは回転リン
グ57.40側(第4図)にそれぞれ設けても同様の作
用を行なうことは勿論であり、なおこの場合も、流体の
流れの方向が変らないようにスパイラル溝が形成される
0また、低圧流体域としてグリース等の封入液室につい
て例示したが、大気のような気体室であっても可能であ
り、また両摺動間隙部を常時押圧する手段として、ばね
を用いた例について説明したが、ばねに限らないことは
勿論であり1例えば磁石等による吸引又は反撥力を利用
することも可能である0 (発明の効果) 以上説明したように1本発明によれば・高圧側及び低圧
側の両流体を、両側に回転すべり面を形成した摺動間隙
部にその両端部より導入し、該摺動間隙部の密封面形成
されたスパイラル溝部において、負荷に応じたボンピン
グ作用(動圧効果)により共に昇圧させ・両流体の境界
を摺動間隙部のどこかに存在するようにさせているので
、密封面の損傷がなく、従って長期間の使用に酎え、か
つ完全密封が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る密封装置の第1実施例を示す要部
縦断面図、第2図は第1図におけるスパイラル溝を具え
た密封面の要部平面図、第2a図はスパイラル溝曲線の
説明図、第3図は性能に関する曲線図、第4図は第2実
施例を示す縦断面図、第5図は第4図におけるス・ぐイ
ラル溝を具えた密封面の要部平面図、第6図は従来の端
面シール装置の要部断面図であるQ 11.56−−−回転軸、12−−−回転リング。 15.14,34.55−−−スパイラル溝。 15.16−−−内ケーシング(静止体)、13b、5
5b−−−ランド、   17.31−−−ケーシング
、  19.58−m−ばね、 20゜41−m−高圧
流体導入通路、  23.45−−一連通路、  24
.45−−一低圧流体導入通路・63−m−静止リング
、 67.40−−一回転リング(回転体)0 第1図 第2図        第2α図 0伺 第4図 手続補正書(自発) 昭和60年1月28日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、両側に回転すべり面を形成した回転又は静止したリ
    ング状体と対向して、その両側に、摺動間隙を隔てて静
    止体又は回転体をそれぞれ設け、これら両側の回転すべ
    り面において、対向してすべり合つている一方の面のそ
    れぞれに、作動時流体を何れも半径方向外向き又は内向
    きの同じ向きに導くようにしたスパイラル溝を形成し、
    上記両側すべり面の摺動間隙を、流体の集合する側の一
    端部で互いに連通させると共に、他端部を高圧流体源と
    低圧流体源にそれぞれ連通させ、前記両摺動間隙部を外
    側からばね等の常時押圧手段及び流体圧力によつて押圧
    するようにしたことを特徴とする密封装置。 2、前記リング状体を、回転軸に一体に取付けて構成し
    、該リング状体の両側に対向して設けられる静止体を、
    スプリング荷重と流体圧力によつて押圧されて軸方向に
    のみ摺動し回転方向に静止したハウジングによつて構成
    し、上記リング状体の両側はすべり面に、軸の回転によ
    つて流体を何れも半径方向外向きに導く向きをしたスパ
    イラル溝を形成した特許請求の範囲第1項記載の密封装
    置。 3、前記リング状体を、ケーシングに対し軸方向にのみ
    摺動し回転方向には静止するように取付けて構成し、該
    リング状体の両側に対向して設けられる回転体を、回転
    軸に一体に取付けられた回転リングと、回転軸と、共に
    回転しスプリング荷重と流体圧力によつて軸方向にのみ
    摺動する回転リングとによつて構成し、上記リング状体
    の両側すべり面に、軸の回転によつて流体を共に半径方
    向内向きに導く向きをしたスパイラル溝を形成した特許
    請求の範囲第1項記載の密封装置。 4、回転すべり面の一方に形成される前記スパイラル溝
    の内側又は外側にランド部を設け、各スパイラル溝がす
    べり面の内周から外周へ貫通しないようにした特許請求
    の範囲第1項記載の密封装置。
JP21827884A 1984-10-19 1984-10-19 密封装置 Pending JPS6199774A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63173568U (ja) * 1987-04-30 1988-11-10

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4933614A (ja) * 1972-07-24 1974-03-28
JPS5257348U (ja) * 1975-10-23 1977-04-25

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