KR102203051B1

KR102203051B1 - 밀봉 장치

Info

Publication number: KR102203051B1
Application number: KR1020197005672A
Authority: KR
Inventors: 유이치로 토쿠나가; 마사토시 이타다니; 아키라 요시노
Original assignee: 이구루코교 가부시기가이샤
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2021-01-14
Also published as: CN109563774B; EP3495638B1; CN109563774A; US20190169988A1; EP3495638A4; US10954790B2; EP3495638A1; WO2018025629A1; KR20190034599A; JPWO2018025629A1; JP6796135B2

Abstract

오일의 전단 누설 및 훨링 운동을 행하는 부재의 회전에 수반하는 오일의 원심력에 의한 압력 누설의 양자(兩者)를, 오일 시일 부재의 슬라이딩면에 실시한 표면 텍스처에 의해 저감한다.
로터리 엔진용 로터 등과 같이 훨링 운동을 행하는 부재(5)의 외측면에는 오일 시일 부재(15)가 설치되고, 오일 시일 부재(15)의 정지측 부재(3)와 상대 슬라이딩하는 부분의 슬라이딩면(15b)에는 둘레 방향으로 단차(15c)가 형성되고, 단차(15c)를 기준으로 하여 지름 방향의 한쪽 측에 상대적으로 높은 면이, 다른 한쪽 측에 상대적으로 낮은 면이 형성되고, 높은 면에는, 높은 면의 측으로부터 낮은 면의 측으로 누설되려고 하는 오일을 정지측 부재(3)와의 상대 슬라이딩에 의해 높은 면의 측으로 펌핑하는 펌핑 그루브(20)가 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

밀봉 장치

본 발명은, 예를 들면 로터리 엔진용 로터 등과 같이 훨링(whirling) 운동을 행하는 부재의 측면을 시일하는 밀봉 장치에 관한 것이다.

로터리 엔진에서는, 통상, 로터와 사이드 하우징의 사이에 오일 시일이 설치된다.

이 오일 시일은, 로터의 냉각에 사용된 오일이 연소실로 누설되는 것을 방지함과 동시에, 에이펙스 시일, 사이드 시일 및 코너 시일 등의 가스 시일부에 윤활을 위해 공급된 오일의 과잉분을 오일 시일 내주측에 회수하기 위한 기능을 구비하고 있다.

종래, 도 9에 나타내는 바와 같이, 로터(50)의 측면에 환상(環狀)의 내주측 오일 시일 홈(51)과 외주측 오일 시일 홈(52)을 형성하고, 이들의 오일 시일 홈(51, 52)의 각각에 외측면(53a, 54a)이 테이퍼 형상의 오일 시일(53, 54)을 삽입하고, 각 오일 시일 홈(51, 52)의 저부(底部)와 각 오일 시일(53, 54)의 내측면의 사이에 삽입된 스프링(55, 56)에 의해 각 오일 시일(53, 54)을 사이드 하우징(57)을 향하여 부세(付勢)함과 동시에, 각각의 오일 시일(53, 54)에 O링(58, 59)을 감입하고, 일주(一周)에 걸친 각 오일 시일(53, 54) 중, 회전축의 중심에 대하여 안쪽을 향하여 이동하는 부분에서는 오일 시일(53, 54)의 내주측에 존재하는 오일(로터의 냉각에 사용한 오일 및 윤활에 사용한 오일)을 내주측 에지(53b, 54b)로 끌어모아, 오일이 오일 시일의 외주측(연소실측)으로 누설되는 것을 방지하고, 일주에 걸친 각 오일 시일(53, 54) 중, 회전축의 중심에 대하여 바깥쪽을 향하여 이동하는 부분에서는 오일 시일(53, 54)의 외주측에 존재하는 오일을 테이퍼 형상의 외측면(53a, 54a)의 간극으로 유도하여, 오일 시일(53, 54)을 근소하게 사이드 하우징(57)으로부터 유리(遊離)하게 하고, 오일 시일(53, 54)의 내주측으로 끌어들이는 작용을 행하게 함으로써 오일 시일로서의 기능을 수행하도록 한 오일 시일이 알려져 있다(이하, 「종래 기술 1」이라고 한다. 예를 들면 특허문헌 1의 도 1 참조.).

또한 종래, 시일 부재를 보지(保持)하는 로터의 시일 홈에, 로터의 내부 공간에 연통하는 연통 구멍을 형성하고, 로터의 외측면과 사이드 하우징의 극간으로 침입한 오일이, 연통 구멍에 의해 로터의 내부 공간으로 흐르도록 하여, 오일의 작동실(연소실) 내로의 유입을 방지하도록 한 오일 시일 장치가 알려져 있다(이하, 「종래 기술 2」라고 한다. 예를 들면 특허문헌 2의 도 3, 6 참조.).

특허문헌 1: 일본공개특허공보 소50-72008호 특허문헌 2: 일본공개특허공보 2013-72425호

그러나, 상기의 종래 기술 1 및 종래 기술 2에 있어서는, 엔진 회전수가 상승한 경우 등, 사이드 하우징과 오일 시일 부재의 상대 운동에 의해 발생하는 오일의 전단 누설, 및, 오일에 큰 원심력이 작용하여 발생하는 압력 누설을 완전하게 방지할 수 없어, 더 한층의 누설량 저감 기술이 필요해지고 있다.

본 발명은, 로터리 엔진용 로터 등과 같이 훨링 운동을 행하는 부재의 외측면에 설치된 오일 시일 부재와 사이드 하우징(정지측 부재)의 상대 운동에 수반되는 오일의 전단 누설 및 훨링 운동을 행하는 부재의 회전에 수반되는 오일의 원심력에 의한 압력 누설의 양자를, 오일 시일 부재의 슬라이딩면에 실시한 표면 텍스처에 의해 저감하고, 밀봉 성능을 향상시킨 밀봉 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 밀봉 장치는, 첫 번째, 로터리 엔진용 로터 등과 같이 훨링 운동을 행하는 부재의 외측면과 정지측 부재의 극간을 시일하는 밀봉 장치로서,

상기 훨링 운동을 행하는 부재의 외측면에는 오일 시일 부재가 설치되고, 상기 오일 시일 부재의 상기 정지측 부재와 상대 슬라이딩하는 부분의 슬라이딩면에는 둘레 방향으로 단차가 형성되고, 상기 단차를 기준으로 하여 지름 방향의 한쪽 측에 상대적으로 높은 면이, 다른 한쪽 측에 상대적으로 낮은 면이 형성되고, 상기 높은 면에는, 상기 높은 면의 측으로부터 상기 낮은 면의 측으로 누설되려고 하는 오일을 상기 정지측 부재와의 상대 슬라이딩에 의해 상기 높은 면의 측으로 펌핑하는 펌핑 그루브가 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 오일의 전단시에 있어서의 전단 누설을 방지할 수 있음과 동시에, 오일에 작용하는 원심력에 의한 압력 누설도 방지할 수 있어, 밀봉 성능을 향상시킨 밀봉 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 밀봉 장치는, 두 번째, 제1 특징에 있어서, 상기 단차는, 둘레 방향으로 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 확실하게, 전단 누설 및 압력 누설을 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 밀봉 장치는, 세 번째, 제1 특징에 있어서, 상기 단차는, 둘레 방향으로 단속적으로 형성되고, 상기 단차가 형성되지 않은 부분에서는 상기 높은 면이 상기 낮은 면의 측으로 돌출되어 형성된 둑이 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 유체의 원주 방향의 빠져나옴을 방지하고, 유체를 고압 유체측에 거두어들일 수 있어, 한층 더, 밀봉성 향상을 도모할 수 있다.

또한 본 발명의 밀봉 장치는, 네 번째, 제3 특징에 있어서, 상기 둑은, 상기 낮은 면의 측으로부터 상기 높은 면의 측을 향하여 상기 높은 면의 측이 하류측에 위치하도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 유체의 원주 방향의 빠져나옴을, 보다 한층, 방지하고, 유체를 고압 유체측에 거두어들일 수 있어, 보다 한층, 밀봉성 향상을 도모할 수 있다.

또한 본 발명의 밀봉 장치는, 다섯 번째, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 펌핑 그루브는, 둘레 방향으로 복수 독립하여 설치되고, 각 펌핑 그루브의 상류측의 캐비테이션 형성 영역은 지름 방향에 있어서 상기 낮은 면의 측에 가깝게 배치됨과 동시에 하류측의 정압 발생 영역은 상기 낮은 면의 측과 반대측에 가깝게 배치되고, 상기 각 펌핑 그루브의 상기 캐비테이션 형성 영역에 있어서 상기 낮은 면의 측으로부터 흡입된 유체는 당해 펌핑 그루브 내를 통하여 상기 정압 발생 영역으로부터 상기 낮은 면의 측과 반대측으로 되돌아오는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 압력 누설에 있어서의 펌핑량을 많게 할 수 있어, 압력 누설의 방지 효과를 높일 수 있다.

본 발명은, 이하와 같은 우수한 효과를 나타낸다.

(1) 오일 시일 부재의 정지측 부재와 상대 슬라이딩하는 부분의 슬라이딩면에는 둘레 방향으로 단차가 형성되고, 단차를 기준으로 하여 지름 방향의 한쪽 측에 상대적으로 높은 면이, 다른 한쪽 측에 상대적으로 낮은 면이 형성되고, 높은 면에는, 높은 면의 측으로부터 낮은 면의 측으로 누설되려고 하는 오일을 상기 정지측 부재와의 상대 슬라이딩에 의해 높은 면의 측으로 펌핑하는 펌핑 그루브가 설치됨으로써, 오일의 전단시에 있어서의 전단 누설을 방지할 수 있는 동시에, 오일에 작용하는 원심력에 의한 압력 누설도 방지할 수 있어, 밀봉 성능을 향상시킨 밀봉 장치를 제공할 수 있다.

(2) 단차는, 둘레 방향으로 연속적으로 형성됨으로써, 확실하게, 전단 누설 및 압력 누설을 방지할 수 있다.

(3) 단차는, 둘레 방향으로 단속적으로 형성되고, 단차가 형성되지 않은 부분에서는 높은 면이 낮은 면의 측으로 돌출되어 형성된 둑이 형성됨으로써, 유체의 원주 방향의 빠져나옴을 방지하고, 유체를 고압 유체측에 거두어들일 수 있어, 한층 더, 밀봉성 향상을 도모할 수 있다.

(4) 둑은, 낮은 면의 측으로부터 높은 면의 측을 향하여 높은 면의 측이 하류측에 위치하도록 경사지게 형성됨으로써, 유체의 원주 방향의 빠져나옴을, 보다 한층, 방지하고, 유체를 고압 유체측에 거두어들일 수 있어, 보다 한층, 밀봉성 향상을 도모할 수 있다.

(5) 펌핑 그루브는, 둘레 방향으로 복수 독립하여 설치되고, 각 펌핑 그루브의 상류측의 캐비테이션 형성 영역은 지름 방향에 있어서 상기 낮은 면의 측에 가깝게 배치됨과 동시에 하류측의 정압 발생 영역은 상기 낮은 면의 측과 반대측에 가깝게 배치되고, 상기 각 펌핑 그루브의 상기 캐비테이션 형성 영역에 있어서 상기 낮은 면의 측으로부터 흡입된 유체는 당해 펌핑 그루브 내를 통하여 상기 정압 발생 영역으로부터 상기 낮은 면의 측과 반대측으로 되돌아옴으로써, 압력 누설에 있어서의 펌핑량을 많게 할 수 있어, 압력 누설의 방지 효과를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉 장치를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉 장치의 오일 시일 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이며, (a)는 전체도, (b)는 요부(要部)의 확대 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉 장치의 오일 시일 부재의 작용을 설명하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉 장치의 오일 시일 부재에 의한 전단 누설의 회수 상황을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉 장치의 오일 시일 부재에 의한 압력 누설의 방지 상황을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 밀봉 장치의 오일 시일 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이며, (a)는 전체도, (b)는 요부의 확대도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 밀봉 장치의 오일 시일 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이며, (a)는 전체도, (b)는 요부의 확대도이다.
도 9은 종래 기술 1을 나타내는 도면이다.

이하에 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 기초하여 예시적으로 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그의 상대적 배치 등은, 특별히 명시적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그들에만 한정하는 취지의 것은 아니다.

실시예 1

도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉 장치에 대해서 설명한다.

또한, 본 실시예에서는, 훨링 운동을 행하는 부재의 외측면을 시일하는 밀봉 장치로서 로터리 엔진용 로터의 외측면과 사이드 하우징의 사이를 시일하는 오일 시일을 예로 들어 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉 장치를 나타내는 종단면도이다.

도 1에 있어서, 로터리 엔진(1)은, 트로코이드 내주면(2a)을 갖는 고치형의 로터 하우징(2)과, 사이드 하우징(3)과, 로터 수용실(4)과, 로터 수용실에 수용된 거의 삼각 형상의 로터(5)와, 로터(5)의 외주측에 형성되는 3개의 작동실(6)을 갖는다.

각 사이드 하우징(3)의 거의 중앙을 관통하여 편심축(7)이 설치되어 있고, 로터(5)는, 이 편심축(7)의 편심륜(7a)에 대하여 회전이 자유롭게 지지되고, 또한 로터(5)의 내측에 설치된 내치 기어(8)가 사이드 하우징(3)측에 설치된 고정 기어(9)와 맞물려, 편심륜(7a)의 주위를 자전하고, 또한, 편심축(7)의 축선의 주위를 공전하면서 유성 기어 운동을 행한다.

로터(5)의 유성 기어 운동시에, 3개의 정부(頂部)에 설치된 에이펙스 시일(10)이, 각각 트로코이드 내주면(2a)에 접하고, 또한, 슬라이딩하면서 3개의 작동실(6)의 사이를 시일한다.

또한 로터(5)의 양 외측면에는, 서로 이웃하는 정부 사이를 연결하도록, 궁상(弓狀)의 사이드 시일(11)이 설치되어 있다. 사이드 시일(11)은, 로터(5)의 외측면과 사이드 하우징(3)의 극간을 시일하는 것이며, 또한, 로터(5)의 정부에는, 각 사이드 시일(11)을 결합하는 코너 시일(12)이 설치되어 있다.

로터(5)의 내부 공간에는, 로터(5)를 내부로부터 냉각하기 위한 냉각용 오일이 공급되게 되어 있고, 또한 에이펙스 시일(10), 사이드 시일(11) 및 코너 시일(12)에는, 윤활유가 공급되게 되어 있다.

로터(5)의 양 외측면에는, 상술한 사이드 시일(11) 및 코너 시일(12) 외에, 로터(5)와 사이드 하우징(3)의 극간에 존재하는 오일, 즉, 로터(5)의 냉각에 사용한 냉각용 오일 그리고 에이펙스 시일(10), 사이드 시일(11) 및 코너 시일(12)을 윤활한 오일의 과잉분을 로터(5)의 지름 방향 안쪽측에 거두어들임과 동시에 오일의 유막을 유지하면서, 로터(5)의 지름 방향의 안쪽측으로부터 지름 방향의 바깥쪽측(작동실(6))으로 침입하는 것을 방지하기 위한 오일 시일 부재(15)가 설치되어 있다.

오일 시일 부재(15)는, 로터(5)의 유성 기어 운동에 수반하여 사이드 하우징(3)에 대하여 지름 방향 바깥쪽으로 이동하는 부분, 즉, 화살표 X로 나타내는 바와 같이, 일주에 걸친 오일 시일 부재(15) 중, 편심축(7)의 중심에 대하여 바깥쪽을 향하여 이동하는 부분에서는, 지름 방향 바깥쪽의 오일에 올라앉게 하여, 오일을 지름 방향의 안쪽에 거두어들임과 동시에, 소정의 압압 하중에 의해 소정량의 유막을 유지하고, 또한, 로터(5)의 유성 기어 운동에 수반하여 사이드 하우징(3)에 대하여 지름 방향 안쪽으로 이동하는 부분, 즉, 화살표 Y로 나타내는 바와 같이, 일주에 걸친 오일 시일 부재(15) 중, 편심축(7)의 중심에 대하여 안쪽을 향하여 이동하는 부분에서는, 오일이 로터(5)의 지름 방향의 안쪽측으로부터 지름 방향의 바깥쪽측(작동실(6))으로 침입하는 것(본 명세서에 있어서 「전단 누설」이라고 하는 경우가 있다.)을 방지하는 기능을 갖는 것이다.

또한 동시에, 오일 시일 부재(15)는, 로터(5)의 유성 기어 운동에 수반하여 로터(5)의 외측면에 부착된 오일에 원심력이 작용하여, 오일이 로터(5)의 지름 방향의 안쪽측으로부터 지름 방향의 바깥쪽측(작동실(6))으로 누출되는 것(본 명세서에 있어서 「압력 누설」이라고 하는 경우가 있다.)을 방지하는 기능을 갖는 것이다.

도 2는, 도 1의 A-A 단면도이며, 도 2를 참조하면서 오일 시일 부재(15)에 대해서 설명한다.

로터(5)의 외측면측에는, 단면이 거의 직사각 형상의 오일 시일 홈(16)이 형성되어 있고, 당해 오일 시일 홈(16)에는, 오일 시일 부재(15) 및 그것을 탄성 지지하는 탄성 부재(17)가 감입되어 있다.

또한 오일 시일 부재(15)에는, 오일 시일 홈(16) 내의 오일이 로터(5)의 지름 방향 바깥쪽(도 2의 지면(紙面) 위쪽. 이하, 「누설측 또는 저압 유체측」이라고 하는 경우가 있다.)으로 누설되는 것을 방지하기 위한 O링(18)이 O링 홈(15a)에 감입되어 있다.

오일 시일 부재(15)의 사이드 하우징(3)에 대한 슬라이딩면(15b)에는, 로터(5)의 지름 방향 안쪽(도 2의 지면 아래쪽. 이하, 「피밀봉 유체측 또는 고압 유체측」이라고 하는 경우가 있다.)에 대하여 저압 유체측이 낮은 지름 방향의 단차(15c)가 형성되어 있다. 단차(15c)로부터 고압 유체측의 랜드부(15d)는 사이드 하우징(3)에 직접 접촉하여 슬라이딩하지만, 단차(15c)로부터 저압 유체측의 홈부(15e)는 사이드 하우징(3)과의 사이에 근소한 극간을 갖는다.

또한, 본 발명에 있어서는, 단차(15c)를 기준으로 하여 로터(5)의 「지름 방향 바깥쪽(저압 유체측) 또는 지름 방향 안쪽(고압 유체측)」을, 「지름 방향의 한쪽 측 또는 다른 한쪽 측」이라고 하는 경우가 있고, 또한 「랜드부(15d)」를 「상대적으로 높은 면」, 「홈부(15e)」를 「상대적으로 낮은 면」이라고 하는 경우가 있다.

랜드부(15d)의 폭(b)과 슬라이딩면(15b)의 폭(B)의 비 b/B는, 예를 들면 0.5 전후로 설정된다.

단차(15c)의 크기(d)는, 오일의 종류, 편심축(7)의 회전수, 압력에 따라 최적인 값으로 설정되지만, 이 점에 대해서는, 나중에, 상술한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 단차(15c)는 둘레 방향으로 연속하여 형성되고, 오일 시일 부재(15)의 슬라이딩면(15b)의 전주(全周)에 걸쳐 형성되어 있다. 또한 고압 유체측의 랜드부(15d) 및 저압 유체측의 홈부(15e)도 오일 시일 부재(15)의 슬라이딩면(15b)의 전주에 걸쳐 연속하여 형성되어 있다.

또한 단차(15c)보다 고압 유체측의 슬라이딩면인 랜드부(15d)에는, 저압 유체측으로 누설되려고 하는 오일을, 사이드 하우징(3)(정지측 부재)과의 상대 슬라이딩에 의해 고압 유체측으로 펌핑하는 펌핑 그루브(20)가 설치된다.

펌핑 그루브(20)는, 둘레 방향으로 복수 독립하여 설치되고, 각 펌핑 그루브(20)의 상류측의 캐비테이션 형성 영역(20a)은 저압 유체측에 가깝게 배치됨과 동시에 하류측의 정압 발생 영역(20b)은 고압 유체측에 가깝게 배치되고, 각 펌핑 그루브(20)의 캐비테이션 형성 영역(20a)에서 저압 유체측으로부터 흡입된 오일은, 화살표로 나타내는 바와 같이, 당해 펌핑 그루브(20) 내를 통하여 정압 발생 영역(20b)으로부터 고압 유체측으로 되돌아오게 되어 있다.

도 3에 나타난 펌핑 그루브(20)는, 둘레 방향으로 50 등배(等配) 설치되고, 상류측의 캐비테이션 형성 영역(20a) 및 하류측의 정압 발생 영역(20b)이, 각각, 원호 형상을 이루도록 일정 폭을 갖고 둘레 방향으로 연장되고, 상류측의 캐비테이션 형성 영역(20a) 및 하류측의 정압 발생 영역(20b)이 지름 방향에 있어서 일체적으로 연통된 크랭크 형상의 형상을 하고 있다.

또한 둘레 방향에 있어서 인접하는 펌핑 그루브(20)는, 상류측에 위치하는 펌핑 그루브(20)의 정압 발생 영역(20b)과 하류측에 위치하는 펌핑 그루브(20)의 캐비테이션 형성 영역(20a)이 지름 방향에 있어서 중복하도록 배열 설치되어 있다.

사이드 하우징(3)과의 상대 슬라이딩에 의해 상류측에 위치하는 펌핑 그루브(20)의 정압 발생 영역(20b)에서 동압(정압)이 발생하면, 오일은 정압 발생 영역(20b)에 가까운 고압 유체측으로 주로 되돌아오지만, 일부의 유체는 저압 유체측으로 누설되려고 한다. 그러나, 당해 정압 발생 영역(20b)의 저압 유체측에는 하류측의 펌핑 그루브(20)의 캐비테이션 형성 영역(20a)이 배열 설치되어 있기 때문에, 저압 유체측으로 누설되려고 하는 오일은 당해 캐비테이션 형성 영역(20a)에 흡입되기 때문에, 저압 유체측으로의 누설은 방지된다.

펌핑 그루브(20)의 깊이는, 오일의 종류, 편심축(7)의 회전수, 압력에 따라 최적인 값으로 설정되지만, 이 점에 대해서는, 나중에, 상술한다.

도 4는, 오일 시일 부재(15)의 작용을 설명하는 모식도이며, 도 4를 참조하면서, 오일 시일 부재(15)의 작용을 설명한다.

지금, 오일 시일 부재(15)가 도 4의 지면의 위쪽으로 이동한다고 가정하면, 일주에 걸친 오일 시일 부재(15) 중, 편심축(7)의 중심에 대하여 바깥쪽(저압 유체측)을 향하여 이동하는 부분, 즉, 도 4의 지면의 위쪽의 슬라이딩면(15b)에 있어서는, 단차(15c)에 의해 동압(정압)에 의한 액막이 형성되고, 사이드 하우징(3)과 슬라이딩면(15b)의 사이의 극간이 커지기 때문에, 오일은 지름 방향의 안쪽(고압 유체측)에 적극적으로 거두어들여짐과 동시에, 소정의 압압 하중에 의해 소정량의 유막을 유지한다.

동시에, 일주에 걸친 오일 시일 부재(15) 중, 편심축(7)의 중심에 대하여 안쪽을 향하여 이동하는 부분, 즉, 도 4의 지면의 아래쪽의 슬라이딩면(15b)에 있어서는, 랜드부(15d)에 의해 오일은 그러모아져, 로터(5)의 지름 방향의 안쪽측(고압 유체측)으로부터 지름 방향의 바깥쪽측(작동실(6))으로 침입하는 것이 방지된다.

이와 같이 하여, 오일의 전단시에 있어서의 전단 누설이 방지된다.

또한 동시에, 로터(5)의 유성 기어 운동에 수반하여 로터(5)의 외측면에 부착된 오일에 원심력이 작용하여, 오일이 로터(5)의 지름 방향의 안쪽측(고압 유체측)으로부터 지름 방향의 바깥쪽측(작동실(6))으로 누출될 우려가 있지만, 오일 시일 부재(15)의 단차(15c)보다 고압 유체측 슬라이딩면인 랜드부(15d)에는, 사이드 하우징(3)과의 상대 슬라이딩에 의해 오일을 고압 유체측으로 펌핑하는 펌핑 그루브(20)가 설치되어 있기 때문에, 고압 유체측으로부터 저압 유체측으로 누출되는 것이 방지된다.

이와 같이 하여, 오일에 작용하는 원심력에 의한 압력 누설도 방지된다.

도 5는, 오일 시일 부재(15)에 의한 전단 누설의 회수 상황을 나타내는 도면이며, 횡축은 단차(15c)의 높이를, 종축은 누설량을 나타내고 있고, 마이너스의 수치는 거두어들임과 그러모음에 의한 회수량을 나타내고 있다.

도 5로부터, 편심축(7)의 회전수가 3000∼9000rpm의 어느 것인 경우에 있어서도 단차(15c)의 높이(d)가 2μm∼8의 범위에 있어서 회수량이 많은 것을 알 수 있다. 특히, 2㎛∼5㎛의 범위에 있어서 회수량이 많다.

이 때문에, 단차(15c)의 높이(d)는, 2㎛∼8㎛의 범위가 바람직하고, 2㎛∼5㎛의 범위가 보다 바람직하다.

또한, 단차(15c)의 높이(d)는, 오일의 종류나 회전수에 의해 설계적으로 결정되는 것이며, 2㎛∼8㎛의 범위에 한정되는 것은 아니다.

도 6은, 오일 시일 부재(15)에 의한 압력 누설의 방지 상황을 나타내는 도면이며, 횡축은 펌핑 그루브(20)의 깊이를, 종축은 누설량을 나타내고 있고, 마이너스의 수치는 펌핑 그루브(20)에 의한 펌핑량을 나타내고 있다.

도 6으로부터, 편심축(7)의 회전수가 5000rpm인 경우에 있어서, 펌핑 그루브(20)의 깊이가 5㎛∼20㎛의 범위에 있어서 펌핑 효과가 큰 것을 알 수 있다. 특히, 7㎛∼15㎛의 범위에 있어서 펌핑 효과가 크다.

이 때문에, 펌핑 그루브(20)의 깊이는, 5㎛∼20㎛의 범위가 바람직하고, 7㎛∼15㎛의 범위가 보다 바람직하다.

실시예 1에 따른 밀봉 장치에 있어서는, 이하와 같은 현저한 효과를 나타낸다.

(1) 훨링 운동을 행하는 로터(5)의 외측면에는 오일 시일 부재(15)가 설치되고, 오일 시일 부재(15)의 정지측 부재와 상대 슬라이딩하는 부분의 슬라이딩면(15b)에는 둘레 방향으로 단차(15c)가 형성되고, 단차(15c)를 기준으로 하여 지름 방향의 한쪽 측에 상대적으로 높은 면인 랜드부(15d)가, 다른 한쪽 측에 상대적으로 낮은 면인 홈부(15e)가 형성되고, 랜드부(15d)에는, 당해 랜드부(15d)의 측으로부터 홈부(15e)의 측으로 누설되려고 하는 오일을 정지측 부재와의 상대 슬라이딩에 의해 랜드부(15d)의 측으로 펌핑하는 펌핑 그루브(20)가 설치됨으로써, 오일의 전단시에 있어서의 전단 누설을 방지할 수 있음과 동시에, 오일에 작용하는 원심력에 의한 압력 누설도 방지할 수 있어, 밀봉 성능을 향상시킨 밀봉 장치를 제공할 수 있다.

(2) 펌핑 그루브(20)는, 둘레 방향으로 복수 독립하여 설치되고, 각 펌핑 그루브(20)의 상류측의 캐비테이션 형성 영역(20a)은 지름 방향에 있어서 낮은 면인 홈부(15e)측에 가깝게 배치됨과 동시에 하류측의 정압 발생 영역(20b)은 낮은 면인 홈부(15e)측과 반대측에 가깝게 배치되고, 각 펌핑 그루브(20)의 캐비테이션 형성 영역(20a)에 있어서 낮은 면인 홈부(15e)의 측으로부터 흡입된 유체는 당해 펌핑 그루브(20) 내를 통하여 정압 발생 영역(20b)으로부터 낮은 면인 홈부(15e)측과 반대측으로 되돌아옴으로써, 압력 누설에 있어서의 펌핑량을 많게 할 수 있어, 압력 누설의 방지 효과를 높일 수 있다.

실시예 2

도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예 2에 따른 밀봉 장치에 대해서 설명한다.

실시예 2에 있어서는, 단차가 둘레 방향으로 단속적으로 형성되어 있는 점에서 실시예 1과 상위하지만, 그 외의 구성은 실시예 1과 동일하며, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 단차(15c)는 오일 시일 부재(15)의 슬라이딩면(15b)에 있어서 둘레 방향으로 단속적으로 형성되어 있다. 단차(15c)가 형성되지 않은 부분에서는 고압 유체측의 랜드부(15d)가 소정의 폭으로 저압 유체측의 홈부(15e)의 측(지름 방향 바깥쪽)으로 돌출되고, 돌출부에 의해 둑(15f)이 형성되어 있다. 이 때문에, 고압 유체측의 랜드부(15d)는 스프로킷의 치형을 측면으로부터 보았을 때와 같은 치형 형상을 하고 있다. 또한 저압 유체측의 홈부(15e)는 둘레 방향에 있어서 둑(15f)에 의해 복수로 분단되고, 개개의 홈부(15e)는 거의 직사각 형상을 하고 있다.

또한, 둑(15f)의 수는 설계적으로 결정되는 것이며, 적어도 1개이면 된다.

둑(15f)은, 유체의 원주 방향의 흐름을 막는 역할을 담당하는 것이며, 둑(15f)에 의해 막힌 유체는 고압 유체측의 랜드부(15d)에 거두어들여지고, 펌핑 그루브(20) 내를 통하여 정압 발생 영역(20b)으로부터 내주측에 거두어들여진다. 이와 같이, 유체의 원주 방향의 빠져나옴을 방지할 수 있어, 밀봉성 향상을 도모할 수 있다.

상기한 바와 같이, 실시예 2에 따른 밀봉 장치에 있어서는, 실시예 1의 효과에 더하여, 유체의 원주 방향의 빠져나옴을 방지하고, 유체를 고압 유체측에 거두어들일 수 있어, 한층 더, 밀봉성 향상을 도모할 수 있다.

실시예 3

도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예 3에 따른 밀봉 장치에 대해서 설명한다.

실시예 3에 있어서는, 단차가 둘레 방향으로 단속적으로 형성되어 있는 점에서 실시예 2와 공통되지만, 둑이 경사지게 형성되는 점에서 실시예 2와 상위하다. 실시예 2와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.

도 8에 있어서, 단차(15c)는 오일 시일 부재(15)의 슬라이딩면(15b)에 있어서 둘레 방향으로 단속적으로 형성되어 있다. 단차(15c)가 형성되지 않은 부분에서는 고압 유체측의 랜드부(15d)가 소정의 폭으로 저압 유체측의 홈부(15e)의 측(지름 방향 바깥쪽)으로 돌출되고, 돌출부에 의해 둑(15f)이 형성되어 있다. 둑(15f)은, 홈부(15e)의 측(지름 방향 바깥쪽)으로부터 랜드부(15d)(지름 방향 안쪽)의 측을 향하여 랜드부(15d)(지름 방향 안쪽)의 측이 하류측에 위치하도록 경사지게 형성된다.

이 때문에, 고압 유체측의 랜드부(15d)는 스프로킷의 치형을 측면으로부터 보았을 때와 같은 형상에 가까운 형상(이의 부분이 둘레 방향으로 경사진 형상.)을 하고 있다. 또한 저압 유체측의 홈부(15e)는 둘레 방향에 있어서 둑(15f)에 의해 복수로 분단되고, 개개의 홈부(15e)는 거의 평행 사변형의 형상을 하고 있다.

둑(15f)은, 유체의 원주 방향의 흐름을 막는 역할을 담당하는 것이며, 둑(15f)에 의해 막힌 유체는 고압 유체측의 랜드부(15d)에 거두어들여지고, 펌핑 그루브(20) 내를 통하여 정압 발생 영역(20b)으로부터 내주측에 거두어들여진다. 이때, 둑(15f)이, 홈부(15e)의 측(지름 방향 바깥쪽)으로부터 랜드부(15d)(지름 방향 안쪽)의 측을 향하여 랜드부(15d)(지름 방향 안쪽)의 측이 하류측에 위치하도록 경사지게 형성되어 있기 때문에, 보다 한층, 유체를 내주측에 거두어들일 수 있다.

이와 같이, 유체의 원주 방향의 빠져나옴을 방지할 수 있어, 밀봉성 향상을 도모할 수 있다.

상기한 바와 같이, 실시예 3에 따른 밀봉 장치에 있어서는, 실시예 1의 효과에 더하여, 유체의 원주 방향의 빠져나옴을, 보다 한층, 방지하고, 유체를 고압 유체측에 거두어들일 수 있어, 보다 한층, 밀봉성 향상을 도모할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 설명해 왔지만, 구체적인 구성은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함된다.

예를 들면 상기 실시예에서는, 슬라이딩 부품을 메커니컬 시일 장치에 있어서의 한 쌍의 회전용 밀봉환 및 고정용 밀봉환 중 어느 것에 사용하는 예 에 대해서 설명했지만, 원통 형상 슬라이딩면의 축방향 한쪽 측에 윤활유를 밀봉하면서 회전축과 슬라이딩하는 베어링의 슬라이딩 부품으로서 이용하는 것도 가능하다.

또한 예를 들면 상기 실시예에서는, 훨링 운동을 행하는 부재로서 로터리 엔진용 로터에 대해서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 동일한 움직임을 행하는 편심 회전형 압축기에도 적용할 수 있다.

또한 예를 들면 상기 실시예에서는, 오일 시일 부재가 지름 방향으로 1개 배열 설치되는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정되는 일 없이, 예를 들면 2개 이상 복수 설치되어도 좋다. 또한, 오일 시일 부재의 지름 방향의 바깥쪽에 작동실(6)의 가스가 로터(5)의 안쪽으로 침입하는 것을 방지하는 가스 시일이 설치되어도 좋다.

또한 예를 들면 상기 실시예에서는, 단차(15c)의 고압 유체측, 저압 유체측이라고 설명했지만, 이에 한정되는 일 없이, 단차(15c)의 고압 유체측을 한쪽 측, 저압 유체측을 다른 한쪽 측으로 해도 좋다.

또한 마찬가지로, 상기 실시예에서는, 랜드부(15d), 홈부(15e)라고 설명했지만, 이에 한정되는 일 없이, 랜드부(15d)를 상대적으로 높은 면으로 하고, 또한 홈부(15e)를 상대적으로 낮은 면으로 해도 좋다.

또한 예를 들면 상기 실시예에서는, 랜드부(15d)의 폭(b)과 슬라이딩면(15b)의 폭(B)의 비 b/B는, 예를 들면 0.5 전후로 설정되는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정되는 일 없이, 예를 들면 0.3<b/B<0.7의 범위로 설정해도 좋다.

또한 예를 들면 상기 실시예에서는, 둘레 방향에 있어서 인접하는 펌핑 그루브(20)는, 상류측에 위치하는 펌핑 그루브(20)의 정압 발생 영역(20b)과 하류측에 위치하는 펌핑 그루브(20)의 캐비테이션 형성 영역(20a)이 지름 방향에 있어서 중복하도록 배열 설치되어 있는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정되는 일 없이, 예를 들면 인접하는 펌핑 그루브(20)가 둘레 방향으로 이간되어 있어도 좋다.

1 로터리 엔진 2 로터 하우징
2a 트로코이드 내주면 3 사이드 하우징
4 로터 수용실 5 로터
6 작동실 7 편심축
7a 편심륜 8 내치 기어
9 고정 기어 10 에이펙스 시일
11 사이드 시일 12 코너 시일
15 오일 시일 부재 15a O링 홈
15b 슬라이딩면 15c 단차
15d 랜드부 15e 홈부
15f 둑 16 오일 시일 홈
17 탄성 부재 18 O링
20 펌핑 그루브 20a 캐비테이션 형성 영역
20b 정압 발생 영역 B 슬라이딩면의 폭
b 랜드부의 폭

Claims

훨링(whirling) 운동을 행하는 부재의 외측면과 정지측 부재의 극간을 시일하는 밀봉 장치로서,
상기 훨링 운동을 행하는 부재의 외측면에는 오일 시일 부재가 설치되고,
상기 오일 시일 부재의 상기 정지측 부재와 상대 슬라이딩하는 부분의 슬라이딩면에는 둘레 방향으로 단차가 형성되고, 상기 단차를 기준으로 하여 지름 방향의 한쪽 측에 상대적으로 높은 면이, 다른 한쪽 측에 상대적으로 낮은 면이 형성되고, 상기 높은 면에는, 상기 높은 면의 측으로부터 상기 낮은 면의 측으로 누설되려고 하는 오일을 상기 정지측 부재와의 상대 슬라이딩에 의해 상기 높은 면의 측으로 펌핑하는 펌핑 그루브가 설치되고,
상기 단차는, 둘레 방향으로 단속적으로 형성되고, 상기 단차가 형성되지 않은 부분에서는 상기 높은 면이 상기 낮은 면의 측으로 돌출되어 형성된 둑이 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
제1 항에 있어서,
상기 둑은, 상기 낮은 면의 측으로부터 상기 높은 면의 측을 향하여 상기 높은 면의 측이 하류측에 위치하도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 펌핑 그루브는, 둘레 방향으로 복수 독립하여 설치되고, 각 펌핑 그루브의 상류측의 캐비테이션 형성 영역은 지름 방향에 있어서 상기 낮은 면의 측에 가깝게 배치됨과 동시에 하류측의 정압 발생 영역은 상기 낮은 면의 측과 반대측에 가깝게 배치되고, 상기 각 펌핑 그루브의 상기 캐비테이션 형성 영역에 있어서 상기 낮은 면의 측으로부터 흡입된 유체는 당해 펌핑 그루브 내를 통하여 상기 정압 발생 영역으로부터 상기 낮은 면의 측과 반대측으로 되돌아오는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
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