JPWO2018181228A1 - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フローティングリングが回転軸の動きに追従してシール作用を発揮でき、回転軸の振動を低減できるシール装置を提供する。【解決手段】ハウジング１１と該ハウジング１１を貫通する回転軸２０との間を封止するシール装置１０であって、回転軸２０に対して間隙ｈを介して配設されるフローティングリング１５と、フローティングリング１５の一方の端面がハウジング１１と接触してなるシール部と、フローティングリング１５とハウジング１１との間に空隙部ｊと、を具備し、空隙部ｊを介して非接触でフローティングリング１５をシール部へ付勢する付勢手段を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジングと該ハウジングを貫通する回転軸との間を封止するシール装置に関し、特に、ポンプ等の流体機械の回転軸に使用されるフローティングリングを備えたシール装置に関する。

従来、ポンプ等の回転流体機械においては、流体をシールするため、フローティングリングを備えたシール装置が使用され、例えば、図１２に示すものが知られている（以下、「従来技術」という。例えば、特許文献１参照。）。この従来技術は、回転軸６２が貫通する部材６１のリング溝６３内に高圧流体側と低圧流体側を仕切るシールリング６４（フローティングリング）を備えたシール装置において、該シールリング６４の低圧側端面に外周側から内周側へ向かって設けられた切欠き６６と、シールリング６４の高圧側端面を押圧する予圧バネ６７と、を備え、シールリング６４の高圧側端面と低圧側端面に作用する流体の圧力差により発生する流体圧と予圧バネ６７の押圧力によって、シールリング６４は部材６１に押し付けられ流体をシールしている。この従来技術においては、シールリング６４の低圧側端面に設けられた切欠き６６の大きさを調整することによって、シールリング６４に作用する流体圧を低減し、シールリング６４とリング溝６３との摩擦力を低減している。このように摩擦力を調整することでシールリング６４はリング溝６３内を容易に移動できるようになり、回転軸６２の回転によるシールリング６４と回転軸６２との間に発生するくさび効果（くさび部に発生する動圧の効果）と、ロマキン効果（シール差圧が生じた際、シールリングと軸との表面間の流入損失による調心効果）によって、回転軸６２の回転中においても、シールリング６４は回転軸６２との接触を防止でき、径方向隙間ｈを保ちながら流体をシールすることができる。

特開平１１−３２５２６０号公報

しかしながら、従来技術にあっては、予圧バネ６７はシールリング６４の高圧側端面と相対変位しながら押圧しているので、長時間運転するとシールリング６４は摩耗してへこみが生じてしまい、シールリング６４はへこみにはまり込んだ予圧バネ６７に拘束され、シールリング６４はリング溝６３内を自由に移動できなくなる虞がある。この結果、回転軸６２が大きく振れ回ると、シールリング６４は回転軸６２の動きに追従することができず、シールリング６４は回転軸６２と頻繁に接触して摩耗し、径方向隙間ｈが最適値より大きくなって適正なシール作用が得られない虞があった。

また、シールリング６４がリング溝６３内を正常に移動できる状態であっても、従来技術のシール装置おいては振動低減効果が小さいため、回転軸６２が大きく振れ回ると、それに追随してシールリング６４も大きく振れ回り、シールリング６４は回転軸６２と接触して摩耗し、径方向隙間ｈが最適値より大きくなって適正なシール作用が得られないという問題もあった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、フローティングリングが回転軸の動きに追従してシール作用を発揮でき、回転軸の振動を低減できるシール装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のシール装置は、
ハウジングと該ハウジングを貫通する回転軸との間を封止するシール装置であって、
前記回転軸に対して間隙を介して配設されるフローティングリングと、
前記フローティングリングの一方の端面が前記ハウジングと接触してなるシール部と、
前記フローティングリングと前記ハウジングとの間に空隙部と、を具備し、
前記空隙部を介して非接触で前記フローティングリングを前記シール部へ付勢する付勢手段を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、フローティングリングは非接触で付勢されるので、フローティングリングは付勢手段によってその動きを拘束されることなく、回転軸の動きに追従でき、付勢手段の付勢力と流体の圧力を利用して流体の漏れを制限することができる。

前記付勢手段は、前記フローティングリングまたは前記ハウジングの少なくとも一方に設けられた磁石を備え、前記フローティングリングは前記磁石の吸引力によりシール部側へ付勢されることを特徴としている。
この特徴によれば、フローティングリングは、磁石の磁気吸引力によって非接触で軸方向へ付勢されるので、フローティングリングは付勢手段によって動きを拘束されることがない。

前記付勢手段は、前記フローティングリング及び前記ハウジングに設けられた磁石を備え、前記フローティングリングは前記磁石の反発力により前記シール部側へ付勢されることを特徴としている。
この特徴によれば、フローティングリングは、磁石の反発力によって非接触で軸方向へ付勢されるので、フローティングリングは付勢手段によって動きを拘束されることがない。

前記磁石は、少なくとも一方の磁極面を覆う磁性部材を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、磁石の磁束をフローティングリングまたはハウジングへ効率よく伝達することができる。

前記空隙部は前記シール部反対側よりも前記シール部側が狭いことを特徴としている。
この特徴によれば、付勢手段の磁石の吸引力を利用してフローティングリングを安定してシール部へ付勢することができる。

前記ハウジングのシール部側内壁部には少なくとも一つの溝部を備え、前記溝部は前記フローティングリングに設けられた前記磁石の径方向外側または径方向内側の少なくとも一方に配設されることを特徴としている。
この特徴によれば、磁束は隙間の小さいところに多く、隙間の大きい溝部にはほとんど流れないので、回転軸の振れ回り伴いフローティングリングが振れ回ったときにフローティングリングに取り付けられた磁石の磁力は隙間の狭い第２軸方向隙間にとどまるように作用するので、フローティングリングの触れ回りが低減し、延いては回転軸の振動を低減することができる。

前記フローティングリングまたは前記ハウジングの少なくとも一方は、磁性材料からなることを特徴とする。
この特徴によれば、付勢手段は高圧流体側から低圧流体側へフローティングリングを安定して付勢することができる。

本発明のシール装置の第１実施例の正面断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視において、フローティングリングに取り付けられた磁石の周方向の配列を示す図で、（ａ）は磁極面が軸方向に向くように配列するとともに周方向に隣接する磁石の磁極が同極となるように配列した場合、（ｂ）は磁極面が軸方向に向くように配列するとともに周方向に隣接する磁石の磁極が異極となるように配列した場合、（ｃ）は磁極面が周方向に向くように配列した場合を示す図である。 フローティングに作用する磁力による径方向復元力を説明する図で、（ａ）は磁石の低圧側端面とハウジングの内壁部との径方向位置がほぼ一致している場合、（ｂ）は低圧側端面とハウジングの内壁部との径方向位置にずれが生じた場合を示す図である。 図１のＢ−Ｂ矢視図でシール装置の振動低減作用を説明する図である。 本発明のシール装置の第２実施例の正面断面図である。 磁石に取り付けられたヨークの作用を説明する図である。 フローティングに作用する磁力による復帰効果を説明する図で、（ａ）は磁石の低圧側端面とハウジングの内壁部との径方向位置がほぼ一致している場合、（ｂ）は低圧側端面とハウジングの内壁部との径方向位置にずれが生じた場合を示す図である。 本発明のシール装置の第３実施例の正面断面図である。 図８のＣ−Ｃ矢視において、ハウジングに取り付けられた磁石の周方向の配列を示す図で、（ａ）は磁極面が軸方向に向くように配列するとともに周方向に隣接する磁石の磁極が同極となるように配列した場合、（ｂ）は磁極面が周方向に向くように配列し、周方向に隣接する磁石の磁極が同極となるように配列した場合、（ｃ）は磁極面にヨークを取り付けるとともに磁極面が周方向に向くように配列した場合を示す図である。ある。 本発明のシール装置の第４実施例の正面断面図である。 図１０のＤ−Ｄ矢視において、フローティングリングとハウジングに取り付けられた磁石の周方向配列を示す図である。 従来のシール装置を示す図である。

本発明に係るシール装置を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

本発明の実施の形態に係るシール装置１０を図１から図４を参照して説明する。ケーシング２１を貫通するようにして流体機械の回転軸２０が配設されており、左側が高圧流体側、右側が低圧流体側である。シール装置１０は、回転軸の外周に対し径方向隙間ｈをもって配設されたフローティングリング１５とフローティングリング１５を収容するハウジング１１とから主に構成され、高圧流体側から低圧流体側への流体の漏れを制限するものである。

ハウジング１１は、ホルダ１１ａとフランジ１１ｂとから主に形成される。ホルダ１１ａは締結手段２２によってケーシング２１に固定される。ホルダ１１ａは、円筒状に形成された内周壁１１ｄ、内周壁１１ｄの低圧流体側の端部から径方向内側に向かって延設される低圧側内壁部１１ｅ（シール部側内壁部）、低圧側内壁部１１ｅから径方向内側に向かって連接されるホルダシール面１１ｃによって囲まれる内部空間を有する。そして、内部空間の高圧流体側をフランジ１１ｂによって囲むことにより収納部Ｐが形成される。なお、低圧側内壁部１１ｅは回転軸２０に対し略垂直に仕上げられている。ホルダシール面１１ｃは低圧側内壁部１１ｅに対し高圧流体側に向かって軸方向にわずかに飛び出し、回転軸２０に対し略垂直に仕上げられている。また、低圧側内壁部１１ｅの外周部には低圧流体側に向かって軸方向にへこんだ外側環状溝部１１ｆ（本発明に係る溝部）が磁石１２の外周に略沿って形成され、低圧側内壁部１１ｅの内周部には低圧流体側に向かって軸方向にへこんだ内側環状溝部１１ｇ（本発明に係る溝部）が磁石１２の内周に略沿って形成されている。低圧側内壁部１１ｅの径方向幅は磁石１２の磁極面１２ｂの径方向幅とほぼ同じである。

フローティングリング１５は、シールリング１３、シールリング１３の外周に設けられた磁石１２から主に構成され、フローティングリング１５はハウジング１１の収納部Ｐに収納される。フローティングリング１５はハウジング１１の収納部Ｐに収納された状態で、回転軸２０に対し径方向隙間ｈ、ハウジングの内周壁１１ｄに対し外側径方向隙間ｇを有している。なお、図示されていないが、フローティングリング１５は周方向規制部材によってハウジング１１に対し周方向の移動を規制されている。周方向規制部材はハウジング１１に設けられたピンでもよいし、磁石の磁気反発力を利用したものであってもよい。

シールリング１３は、断面略矩形の円環状の部材で、カーボンなどの摺動性の良い材料から構成される。シールリング１３の内周面１３ａは、回転軸２０の外周面２０ａに対し微小な径方向隙間ｈを有する円筒面に構成され、シールリング１３の内周面１３ａと回転軸２０の外周面２０ａとによりクリアランスシール部が構成される。また、シールリング１３の低圧流体側の端面にはシールリングシール面１３ｃが形成されている。

磁石１２（本発明に係る付勢手段）は軸方向に着磁され、シールリング１３の外周に取付けられている。磁石１２の外周面はハウジング１１の内周壁１１ｄに対し径方向隙間ｇを有する円筒面に構成されている。フローティングリング１５の磁石１２はハウジング１１の低圧側内壁部１１ｅとの間に第２軸方向空隙ｊ（シール部側空隙ｊ）を有し、磁石１２の磁力によってフローティングリング１５は第２軸方向空隙ｊを介して非接触でシールリングシール面１３ｃ（シール部１４）へ向かって付勢され、シールリングシール面１３ｃとホルダシール面１１ｃとが密着してシールリング１３とハウジング１１間はシールされる。シールリングシール面１３ｃとホルダシール面１１ｃによりシール部１４が構成される。

磁石１２は永久磁石であり、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、プラセオジム磁石等からなり、使用される温度条件、要求される磁力によって選択される。また、図２に示すように、磁石１２の配列は種々のパターンで構成することができる。

図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ矢視にてフローティングリング１５に取り付けられた磁石１２の周方向の配列を示す図である。図２（ａ）の磁石配列は、フローティングリング１５の外周に磁石１２の磁極面１２ａ、１２ｂが軸方向に向くように複数個、配設され、周方向に隣接する磁石１２はすべて同じ磁極となるように配列される。具体的には、フランジ１１ｂ側はすべてＮ磁極面１２ａ、ホルダ１１ａ側はすべてＳ磁極面１２ｂが配列される。なお、フランジ１１ｂ側にすべてＳ磁極面１２ｂ、ホルダ１１ａ側にすべてＮ磁極面１２ａを配列してもよい。なお、磁極面１２ａ、１２ｂは、磁石１２の着磁方向に垂直な磁石表面である。

図２（ａ）において、複数の磁石１２の間には中間部材１５ａが配設され、磁石１２の間隔は一定に保たれ、磁石１２の外径と中間部材１５ａの外径は同一寸法を有し、フローティングリング１５は磁石１２、中間部材１５ａ、シールリング１３とともに軸方向視、環状の部材に一体に形成されている。

また、中間部材１５ａは、非磁性体、磁性体のいずれから構成してもよい。非磁性体としては、オーステナイトステンレスの非磁性鋼、アルミニウム、銅、黄銅、チタン等の非鉄金属、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等のプラスチック、ガラス繊維等で補強したＦＲＰ等を使用することができる。また、磁性体としては、軟鋼、硬鋼、鋳鋼、鋳鉄、電磁鋼板等の鉄鋼材料を使用することができる。

図２（ａ）において、フローティングリング１５のシール部側端面（フローティングリングの低圧流体側端面）と対向するハウジング１１の低圧側内壁部１１ｅとの第２軸方向空隙ｊは、フローティングリング１５のシール部反対側端面（フローティングリングの高圧流体側端面）と対向するフランジ内壁部１１ｈとの間の第１軸方向空隙ｋ（シール部反対側空隙ｋ）よりも小さく形成されている。これにより、磁石１２のＳ極磁束ｍｇによる磁気吸引力は隙間の狭い低圧側内壁部１１ｅ側に強く作用し、フローティングリング１５は低圧側内壁部１１ｅへ効率良く押し付けられる。なお、ホルダ１１ａ及びフランジ１１ｂを磁性材料で構成してもよいが、低圧流体側のホルダ１１ａを磁性材料で構成し、高圧流体側のフランジ１１ｂを非磁性材料で構成することで、高圧流体側への磁気吸引力をさらに弱めることができるので、フローティングリング１５を低圧側内壁部１１ｅへ押し付けることができる。また、ホルダ１１ａ及びフランジ１１ｂを非磁性材料で構成し、軟鋼等の強磁性体からなる低圧側内壁部１１ｅを別体で形成したものをホルダ１１ａに取り付け、フローティングリング１５を低圧側内壁部１１ｅ側へ吸引させてもよい。

つぎに図２（ｂ）の磁石配列について説明する。図２（ｂ）の磁石配列は、フローティングリング１５の外周に磁石１２の磁極面１２ａ、１２ｂが軸方向に向くように複数個、配設される点は、図２（ａ）の磁石配列と同じであるが、周方向に隣接する磁石１２はすべて異なる磁極となる点で図２（ａ）の磁石配列と異なる。具体的には、フランジ１１ｂ側には複数の磁石１２のＮ磁極面１２ａ側と、Ｓ磁極面１２ｂ側が交互に配列される。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）と磁石配列が異なるのみで、他の構成は図２（ａ）と同じであり、付勢手段としての機能も同じである。

つぎに図２（ｃ）の磁石配列について説明する。図２（ｃ）の磁石配列は、フローティングリング１５の外周に磁石１２の磁極面が周方向に向くように複数個、配設される点で、図２（ａ）、（ｂ）の磁石配列と異なる。また、Ｎ極からＳ極への磁束ｍｇの短絡を防止するため、周方向に隣接する磁石１２は同じ磁極となるように配列される。隣接する磁石１２は同じ磁極が配列されることで、たとえば、Ｎ磁極同志は反発してのＮ極磁束ｍｇは軸方向に流れるので軸方向に磁気吸引力が作用する。逆に、隣接する磁石１２の磁極を異なる磁極となるように配列すると、隣接するＮ極、Ｓ極間で磁束ｍｇが短絡してしまい、軸方向に磁気吸引力はほとんど発生しない。また、図２（ｃ）は、図２（ａ）、（ｂ）と磁石配列が異なるのみで、他の構成は図２（ａ）、（ｂ）と同じであり、付勢手段としての機能も同じである。

つぎに、磁石１２の径方向位置復元力について説明する。図３に示すように、磁石１２の磁極面１２ｂと第２軸方向空隙ｊを介して対向する低圧側内壁部１１ｅには、磁石１２の外周面に対向して外側環状溝部１１ｆ及び磁石１２の内周面に対向して内側環状溝部１１ｇが設けられている。これにより、フローティングリング１５と低圧側内壁部１１ｅとの間には非接触で径方向位置を保とうとする磁石１２の磁気吸引力を高めることができる。磁石１２の磁極面１２ｂと低圧側内壁部１１ｅとの間の第２軸方向空隙ｊに対し、磁石１２の磁極面１２ｂと外側環状溝部１１ｆの底部及び内側環状溝部１１ｇの底部との間の第３軸方向間隙ｑは大きくなるので、隙間の小さい第２軸方向空隙ｊは磁気抵抗が小さく、隙間の大きい第３軸方向間隙ｑは磁気抵抗が大きくなる。そして、図３（ａ）に示すように、磁石１２の磁束ｍｇのほとんどは磁気抵抗の小さい第２軸方向空隙ｊを流れ、磁気抵抗の大きい外側環状溝部１１ｆ及び内側環状溝部１１ｇに流れることがないため、磁石１２の磁気吸引力は低圧側内壁部１１ｅと対向した位置を保つように働く。そして、図３（ｂ）のように磁石１２の径方向位置がずれても、磁石１２の磁束ｍｇは磁気抵抗の小さい第２軸方向空隙ｊを流れるので、磁石１２と低圧側内壁部１１ｅとの間に磁気吸引力により磁石１２は低圧側内壁部１１ｅと対向する位置に引き戻される。このように低圧側内壁部１１ｅに設けられた外側環状溝部１１ｆ及び内側環状溝部１１ｇは大きな磁気抵抗を有するため、磁石１２に対し非接触のストッパーとして作用する。

さらに、上記した磁石１２の径方向位置復元力に加え、フローティングリング１５は、流体の圧力及び磁石１２の磁力によってホルダシール面１１ｃに押し付けられることによって発生する摩擦力による位置決め効果も作用するので、フローティングリング１５の位置決め効果はさらに高くなる。従来技術のように予圧バネの押圧力によってフローティングリング１５の位置決め効果を得る場合には、位置決め効果を高めるために押圧力を高める必要がある。押圧力を高めすぎると長期運転により２次シール面の面荒れにより摩擦力が変化してフローティングリング１５の動きが拘束され、フローティングリング１５が回転軸２０と頻繁に接触しシールリング１３が摩耗してしまう虞がある。これに対し、磁石１２の径方向位置復元力はシール面の接触面圧を高めることなく位置決め効果を得られるので、シール面の面荒れによる摩擦力が変化を低減でき、延いてはリーク量の増加を抑えることができる。さらに、本発明に係るシール装置は、バネを使用しないでフローティングリング１５をホルダシール面１１ｃに押し付けることができるので、バネとフローティングリングの質量からなる共振を防ぐこともできる。

つぎに、フローティングリング１５による回転軸２０の振動低減効果を説明する。図４に示すように、回転軸２０が振れ回ると、回転軸２０とフローティングリング１５との間にはくさび効果による正圧が発生し、この正圧によりフローティングリング１５は径方向外側へ移動する。しかし、フローティングリング１５には流体の圧力及び磁石１２の磁力によって発生するシール面の摩擦力による位置決め効果に加え、磁石１２による径方向位置復元力も作用するので、フローティングリング１５は回転軸２０の動きに対して抵抗を加えることができ、回転軸２０の振動を減衰させることができる。

つぎに、実施例２に係るシール装置３０につき、図５から図７を参照して説明する。実施例２のシール装置３０はフローティングリング３５がヨーク３４（本発明に係る磁性部材）を備える点で実施例１のシール装置と相違する。なお、前記実施例と同一構成については同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図５に示すように、実施例２のシール装置３０のフローティングリング３５は、シールリング１３、シールリング１３の外周に設けられた磁石３２及び磁石３２に設けられたヨーク３４から主に構成される。たとえば、実施例１の図２（ａ）において、磁石１２のＳ極磁束ｍｇはホルダ１１ａの低圧流体側へ、Ｎ極磁束ｍｇは高圧流体側のフランジ１１ｂ側へ流れるため、磁石１２のＮ極磁束ｍｇを有効に低圧流体側のホルダ１１ａ側へ作用させることができず、必要な磁力を得るために磁石量が増加してしまう場合がある。そこで、磁石３２にヨーク３４を設けることによって、所望の場所へ磁束を導き少ない磁石でも大きな磁力を得るものである。

ヨーク３４は、不純物の少ない鉄、低炭素鋼、電磁鋼板、マルテンサイト系のステンレス等の強磁性体からなる。強磁性体で構成されたヨークは磁石３２から出る磁束をよく通す性質を有する。磁束の通りやすさを示す指標としての透磁率が用いられるが、空気の透磁率を１とすると、前述の強磁性体の透磁率は１００から１０００程度の値を有する。すなわち、強磁性体は空気の１００から１０００倍磁束を通しやすく、磁束を通しやすいヨークを利用することで、磁束を所望の場所へ導くことができる。

図６に示すように、ヨーク３４の一方の端面３４ａは磁石３２のＮ磁極面３２ａを覆い、端面３４ａの端部から軸方向に延設される周壁部３４ｂはＮ磁極とＳ磁極が隣接する磁極隣接面３２ｃを覆うように配設され、周壁部３４ｂの端部３４ｃはＳ磁極面３２ｂとともに低圧側内壁部１１ｅに対向配置される。これにより、低圧側内壁部１１ｅには、磁気抵抗の小さいヨーク３４内を流れるＮ磁極の磁束ｍｇとＳ磁極の磁束ｍｇとが作用するので、フローティングリング１５は強力に低圧側内壁部１１ｅに向かって軸方向に非接触で吸引される。

なお、ヨーク３４は、周方向に複数、分割して配置された磁石３２を周方向に一体に覆う環状部材でもよいし、分割配置された複数の磁石３２部のみを覆う複数のヨーク片であってもよい。また、環状部材からなるヨーク３４により覆われた磁石３２を温度変化が大きい環境使用する場合には、熱膨張差による磁石３２の破損を防ぐため、ヨーク３４にスリットを設けたＣ字状に形成することもできる。

また、図７に示すように、ヨーク３４を取り付けたフローティングリング３５は、径方向位置復元力も大きくすることができる。すなわち、図３のようにヨークを有しない磁石１２の場合には、低圧側内壁部１１ｅにＳ磁極の磁束ｍｇが作用するのに対し、図７に示すようにヨークを有する磁石３２の場合には、低圧側内壁部１１ｅに対しＮ極及びＳ磁極の両極から磁束ｍｇが作用するので磁力を大きくすることができる。これにより、図７（ａ）に示すように、磁石３２と低圧側内壁部１１ｅとの距離が一番短くなる安定状態から、図７（ｂ）のように磁石１２の径方向位置がずれても、磁石３２はＮ極とＳ極の両方の磁束ｍｇによって安定状態に引き戻すための径方向位置の復元力が作用し、フローティングリング３５は低圧側内壁部１１ｅと対向する位置に引き戻される。

このように磁石３２にヨーク３４を設けることで、磁石３２のＮ磁極面３２ａから出る磁束ｍｇを低圧側内壁部１１ｅ側へ導くことができるので、フローティングリング３５を低圧側内壁部１１ｅ側へ強く付勢することができるとともに、径方向位置復元力も大きくすることができる。これにより、フローティングリング３５は、流体の圧力及び磁石３２の磁力によって発生する摩擦力及び径方向位置復元力はさらに大きくなるので、フローティングリング３５は回転軸２０の振れ回りに対して大きな抵抗を与えることができ、回転軸２０の振動を減衰させる効果を高めることができる。また、回転軸２０の振動が低減する結果、フローティングリング３５と回転軸２０の接触も減少するので、フローティングリング３５と回転軸２０との径方向隙間ｈを適正に保つことができ、流体の漏れを低減することができる。さらに、磁石３２から出る磁束ｍｇを有効に利用することができるので、磁石量を低減することができる。

つぎに、実施例３に係るシール装置４０につき、図８及び図９を参照して説明する。実施例１及び２のシール装置１０、３０は、フローティングリング１５，３５が磁石１２、３２を備えていたのに対し、実施例３のシール装置４０はホルダ４１ａに磁石４２が設けられている点で相違する。なお、前記実施例と同一構成については同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図８に示すように、実施例３のシール装置４０のフローティングリング４５は、シールリング１３、シールリング１３の外周に設けられたリテーナ４４から主に構成される。また、ハウジング４１は、ホルダ４１ａとフランジ１１ｂから構成され、ホルダ４１ａの低圧側内壁部４１ｅに磁石４２が埋め込まれている。

フローティングリング４５の外周に設けられるリテーナ４４は環状の部材で、磁石４２によって吸引されるように磁性材料から構成される。磁性材料として、不純物の少ない鉄、低炭素鋼、電磁鋼板、マルテンサイト系のステンレス等が使用される。

磁石４２はホルダ４１ａの低圧側内壁部４１ｅにおいて、リテーナ４４の低圧流体側端面４４ａに対向する位置に取り付けられる。フローティングリング１５のリテーナ４４は、磁石４２の磁力によって非接触で低圧流体側（シール部１４）に向かって軸方向に付勢されるとともに、高圧流体側から低圧流体側へ向かって作用する流体の圧力によって、シールリングシール面１３ｃとホルダシール面４１ｃとが密着してシールリング１３とホルダ４１ａ間はシールされる。シールリングシール面１３ｃとホルダシール面４１ｃによりシール部１４が構成される。なお、後述するようにホルダ４１ａは磁性体であっても、非磁性体であってもよい。

磁石４２は永久磁石であり、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、プラセオジム磁石等からなり、使用される温度条件、要求される磁力によって選択される。磁石４２はホルダ４１ａに取り付けられるので、フローティングリング４５が交換部品の対象となってもコスト高とならない。また、図９に示すように、磁石４２の配列は種々のパターンで構成することができる。

図９（ａ）は、図８のＣ−Ｃ矢視にてフローティングリング４５に取り付けられた磁石の周方向の配列を示す図である。図９（ａ）の磁石配列は、磁性体のホルダ４１ａに磁石４２の磁極面４２ａ、４２ｂが軸方向に向くように複数個、配設され、周方向に隣接する磁石１２はすべて同じ磁極となるように配列される。具体的には、ホルダ４１ａの低圧側内壁部４１ｅ側にはすべてＳ磁極面４２ｂが配列される。なお、ホルダ４１ａの低圧側内壁部４１ｅ側にはすべてＮ磁極面４２ａが配列されてもよい。このように隣接する磁石４２は同じ磁極となるように配列することで、隣接するＮ極、Ｓ極の磁束はたがいに反発して軸方向に流れ、リテーナ４４に作用させることができる。なお、ホルダ４１ａは磁性材料から構成することで、ホルダ４１ａをヨークとして機能させることができ、磁気吸引力を高めることができる。また、磁気吸引力は弱まるが、ホルダ４１ａは非磁性材料から構成してもよい。

つぎに図９（ｂ）の磁石配列について説明する。図９（ｂ）の磁石配列は、磁性体のホルダ４１ａの低圧側内壁部４１ｅに対し磁石４２の磁極面が周方向に向くように複数個、配設される点で、図９（ａ）の磁石配列と異なる。また、Ｎ極からＳ極への磁束の短絡を防止するため、周方向に隣接する磁石１２は同じ磁極となるように配列される。隣接する磁石１２は同じ磁極が配列されることで、たとえば、同じ極同志の磁束は反発して軸方向に流れるので、リテーナ４４に対し磁気吸引力が作用する。逆に、隣接する磁石４２の磁極を異なる磁極となるように配列すると、隣接するＮ極、Ｓ極間で磁束が短絡してしまい、リテーナ４４を吸引する力はほとんど発生しない。なお、ホルダ４１ａは磁性材料から構成することで、ホルダ４１ａをヨークとして機能させることができ、磁気吸引力を高めることができる。また、ホルダ４１ａは非磁性材料から構成してもよい。

つぎに図９（ｃ）の磁石配列について説明する。図９（ｃ）の磁石配列は、非磁性体のホルダ４１ａの低圧側内壁部４１ｅに対し磁石４２の磁極面が周方向に向くように複数個、配設し、Ｎ磁極面、Ｓ磁極面にヨーク４６を配設した点で、図９（ａ）、（ｂ）の磁石配列と異なる。Ｎ磁極面、Ｓ磁極面に配置してヨーク４６によって、Ｎ磁極の磁束ｍｇとＳ磁極の磁束ｍｇとをリテーナ４４の低圧流体側端面４４ａに作用させることができるので、ホルダ４１ａを非磁性体で構成してもリテーナ４４を吸引する力は低下しない。また、図９（ｂ）と異なり、隣接する磁石４２の磁極を異なる磁極としても、Ｎ磁極面及びＳ磁極面を覆うヨーク４６によって、隣接するＮ極、Ｓ極間で磁束が短絡することを防ぐことができる。

つぎに、実施例４に係るシール装置５０につき、図１０及び図１１を参照して説明する。実施例１から実施例３のシール装置１０、３０、４０は、磁石１２、３２、４２の磁気吸引力を利用して、フローティングリング１５、３５、４５をホルダ１１ａの低圧流体側へ付勢していたのに対し、実施例４のシール装置５０はフローティングリング５５の外周に設けられた磁石５２とフランジ５１ｂに設けられた磁石５６の磁気反発力によって、フローティングリング５５をホルダ１１ａの低圧流体側へ付勢する点で相違する。なお、前記実施例と同一構成については同一符号を付し、重複する説明は省略する。

フローティングリング５５は、シールリング１３、シールリング１３の外周に設けられたリテーナ５４、リテーナ５４に埋め込まれた磁石５２から主に構成される。

リテーナ５４は環状の部材で、シールリング１３の外周に嵌合される。また、リテーナはヨークとして機能するように磁性材料から構成される。磁性材料として、不純物の少ない鉄、低炭素鋼、電磁鋼板、マルテンサイト系のステンレス等が使用される。

磁石５２は同じ極がフランジ５１ｂに対向するように複数埋め込まれる。一方、磁石５６は、磁石５２の同極性の磁極が対向するようにフランジ内壁部５１ｃに複数埋め込まれる。そして磁石５２と磁石５６の磁気反発力によりフローティングリング５５は低圧流体側（シール部１４）に向かって軸方向に付勢される。そして、フローティングリング５５は、流体の圧力及び磁石５２の磁力によって付勢され、シールリングシール面１３ｃとホルダシール面１１ｃとが密着してシールリング１３とホルダ１１ａ間はシールされる。シールリングシール面１３ｃとホルダシール面１１ｃによりシール部１４が構成される。

図１１は、図１０のＤ−Ｄ矢視にてフローティングリング５５及びフランジ５１ｂに取り付けられた磁石の周方向の配列を示す図である。図１１の磁石配列は、磁性体のリテーナ５４の高圧流体側端面５４ｃに対し磁石５２の磁極面５２ａが露出するように複数個、配設される。一方、フランジ内壁部５１ｃには磁石５６が複数個埋め込まれ、磁石５２の磁極面５２ａと同じ極性を有する磁極面５６ａがリテーナ５４に向かって配設される。ここで、リテーナ５４は磁性体で形成されることで、高圧流体側端面５４ｃは周方向全周にわたってＮ極に磁化し、低圧流体側端面５４ａは全周にわたってＳ極に磁化することができる。同じく、フランジ内壁部５１ｃも全周にわたってＮ極に磁化することができる。これにより、磁石５２の磁極面５２ａと磁石５６の磁極面５６ａとの位置がずれても、磁気反発力は変化することなく、安定してフローティングリング５５を低圧流体側に向かって付勢することができる。また、リテーナ５４とフランジ５１ｂを磁性体で構成することで、磁束がシール装置５０の外部に漏れるのを防ぐ効果を得ることもできる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、上記実施例において、フローティングリング１５は環状一体に構成したが、これに限らず周方向に分割して構成したものを環状に一体に組み立ててもよい。

上記実施例において、付勢手段は永久磁石によって構成されていたが、これに限らない。たとえば、ホルダ、フランジには永久磁石に換えて電磁石を取付けて構成してもよい。

また、ポンプの作動流体が液体ヘリウムのような超低温の流体の場合には永久磁石に換えて超電導磁石としてもよい。超電導磁石はピン止め効果を有するため、回転軸の振れ回りを抑える効果も得られる。

また、本発明はシール装置を主目的として用いるが、軸の振動を減衰する減衰装置として用いてもよい。

１０ シール装置
１１ ハウジング
１１ａ ホルダ
１１ｂ フランジ
１１ｅ 低圧側内壁部（シール部側内壁部）
１１ｆ 外側環状溝部（溝部）
１１ｈ フランジ内壁部
１１ｇ 内側環状溝部（溝部）
１２ 磁石（付勢手段）
１２ａ 磁極面（フローティングリングの高圧流体側端面）
１２ｂ 磁極面（フローティングリングの低圧流体側端面）
１３ シールリング
１５ フローティングリング
２０ 回転軸
２１ ケーシング
２２ 締結手段
３０ シール装置
３２ 磁石（付勢手段）
３２ｂ 磁極面（フローティングリングの低圧流体側端面）
３４ ヨーク（磁性部材）
３４ａ 端面（フローティングリングの高圧流体側端面）
３４ｃ 端部（フローティングリングの低圧流体側端面）
３５ フローティングリング
４０ シール装置
４１ａ ホルダ
４１ｅ 低圧側内壁部（ハウジングの内壁部）
４２ 磁石（付勢手段）
４４ リテーナ
４４ａ 低圧流体側端面（フローティングリングの低圧流体側端面）
４５ フローティングリング
４６ ヨーク（磁性部材）
５０ シール装置
５１ｃ フランジ内壁部
５２ 磁石（付勢手段）
５５ フローティングリング
５６ 磁石（付勢手段）
Ｐ 空間
ｈ 径方向隙間
ｋ 第１軸方向空隙（シール部反対側空隙）
ｊ 第２軸方向空隙（シール部側空隙）

Claims (7)

1. ハウジングと該ハウジングを貫通する回転軸との間を封止するシール装置であって、
   前記回転軸に対して間隙を介して配設されるフローティングリングと、
   前記フローティングリングの一方の端面が前記ハウジングと接触してなるシール部と、
   前記フローティングリングと前記ハウジングとの間に空隙部と、を具備し、
   前記空隙部を介して非接触で前記フローティングリングを前記シール部へ付勢する付勢手段を備えることを特徴とするシール装置。
2. 前記付勢手段は、前記フローティングリングまたは前記ハウジングの少なくとも一方に設けられた磁石を備え、前記フローティングリングは前記磁石の吸引力によりシール部側へ付勢されることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
3. 前記付勢手段は、前記フローティングリング及び前記ハウジングに設けられた磁石を備え、前記フローティングリングは前記磁石の反発力により前記シール部側へ付勢されることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
4. 前記磁石は、少なくとも一方の磁極面を覆う磁性部材を備えることを特徴とする請求項２または３に記載のシール装置。
5. 前記空隙部は前記シール部反対側よりも前記シール部側が狭いことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のシール装置。
6. 前記ハウジングのシール部側内壁部には少なくとも一つの溝部を備え、前記溝部は前記フローティングリングに設けられた前記磁石の径方向外側または径方向内側の少なくとも一方に配設されることを特徴とする請求項５に記載のシール装置。
7. 前記フローティングリングまたは前記ハウジングの少なくとも一方は、磁性材料からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のシール装置。

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