JPH06105105B2 - 端面非接触形メカニカルシール - Google Patents
端面非接触形メカニカルシールInfo
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- JPH06105105B2 JPH06105105B2 JP1052499A JP5249989A JPH06105105B2 JP H06105105 B2 JPH06105105 B2 JP H06105105B2 JP 1052499 A JP1052499 A JP 1052499A JP 5249989 A JP5249989 A JP 5249989A JP H06105105 B2 JPH06105105 B2 JP H06105105B2
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- sealing
- groove
- spiral
- mechanical seal
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主に、タービン，ブロワ，コンプレッサー等
の気体用回転機器の軸封装置として用いられるもので、
密封環の密封端面間に微少間隙を形成してこの間に高圧
流体を導入するようにした端面非接触形メカニカルシー
ルに関する。
の気体用回転機器の軸封装置として用いられるもので、
密封環の密封端面間に微少間隙を形成してこの間に高圧
流体を導入するようにした端面非接触形メカニカルシー
ルに関する。
［従来の技術］ 密封流体の圧力がきわめて高い場合や、密封端面を形成
する密封環の寿命を向上させたい場合には、密封端面の
摩耗を抑えるために、静止及び回転密封環の密封端面間
を非接触にすることが行われている。この種の端面非接
触形メカニカルシールは、密封端面にその外周縁もしく
は内周縁に接する凹部を形成するようにしている。従来
より、この凹部の形状には例えば特開昭63-190975号公
報に開示されるように種々のものが提案されており、そ
の中にはスパイラル状グルーブを周方向に複数個配設す
るようにしたものもある。
する密封環の寿命を向上させたい場合には、密封端面の
摩耗を抑えるために、静止及び回転密封環の密封端面間
を非接触にすることが行われている。この種の端面非接
触形メカニカルシールは、密封端面にその外周縁もしく
は内周縁に接する凹部を形成するようにしている。従来
より、この凹部の形状には例えば特開昭63-190975号公
報に開示されるように種々のものが提案されており、そ
の中にはスパイラル状グルーブを周方向に複数個配設す
るようにしたものもある。
ところで、こうした端面の非接触は、回転密封環の回転
に関係なく密封端面間に生じる静圧効果もしくは回転密
封環が回転しているときに生じる動圧効果によって実現
されるのであるが、上記のように、密封端面にスパイラ
ル状グルーブを形設すると、主に回転密封環の回転に伴
ってグルーブ内に密封流体が導入されることによる動圧
効果により端面の非接触が実現される。
に関係なく密封端面間に生じる静圧効果もしくは回転密
封環が回転しているときに生じる動圧効果によって実現
されるのであるが、上記のように、密封端面にスパイラ
ル状グルーブを形設すると、主に回転密封環の回転に伴
ってグルーブ内に密封流体が導入されることによる動圧
効果により端面の非接触が実現される。
［発明が解決しようとする課題］ しかしこのようなものにおいても、静圧効果が小さいと
低回転時におけるように動圧効果が小さい時点において
は密封端面が非接触とならず、密封機能が阻害されてし
まう虞がある。このため、静圧効果を働かせるようにす
る必要があるが、そのためには、幅狭なスパイラルグル
ーブを密封端面の高圧側から７〜９割の位置まで設ける
必要がある。しかしながらこのようにしていると、密封
端面が外高に歪んだ場合、密封端面外周側においては動
圧が発生せず、密封端面が接触してしまって密封機能が
阻害されてしまうという問題がある。
低回転時におけるように動圧効果が小さい時点において
は密封端面が非接触とならず、密封機能が阻害されてし
まう虞がある。このため、静圧効果を働かせるようにす
る必要があるが、そのためには、幅狭なスパイラルグル
ーブを密封端面の高圧側から７〜９割の位置まで設ける
必要がある。しかしながらこのようにしていると、密封
端面が外高に歪んだ場合、密封端面外周側においては動
圧が発生せず、密封端面が接触してしまって密封機能が
阻害されてしまうという問題がある。
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、低
回転時のように動圧効果が小さい時には静圧効果の補足
によって密封端面の非接触状態を保持しつつ、回転時に
は密封端面に外高歪みが発生時しようとも動圧効果によ
って密封端面の非接触状態を保持して常に確実な密封機
能を発揮させることができる端面非接触形メカニカルシ
ールを提供することを目的としている。
回転時のように動圧効果が小さい時には静圧効果の補足
によって密封端面の非接触状態を保持しつつ、回転時に
は密封端面に外高歪みが発生時しようとも動圧効果によ
って密封端面の非接触状態を保持して常に確実な密封機
能を発揮させることができる端面非接触形メカニカルシ
ールを提供することを目的としている。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る端面
非接触形メカニカルシールは、密封環の密封端面に形設
されるグルーブが、共に密封端面における密封流体側の
外周縁の開口部を起点として内周側に螺旋状に延び、か
つ互いに深さが異なる二種類のスパイラル状グルーブか
らなり、そのうち一方のスパイラル状グルーブは前記起
点から径内方に向けて密封端面幅の７〜９割の位置まで
延びて形成されており、他方のスパイラル状グルーブよ
りも長寸幅狭であり、且つ前記二種類のグルーブが密封
端面上において周方向に交互もしくは周期的に配設され
ているものである。
非接触形メカニカルシールは、密封環の密封端面に形設
されるグルーブが、共に密封端面における密封流体側の
外周縁の開口部を起点として内周側に螺旋状に延び、か
つ互いに深さが異なる二種類のスパイラル状グルーブか
らなり、そのうち一方のスパイラル状グルーブは前記起
点から径内方に向けて密封端面幅の７〜９割の位置まで
延びて形成されており、他方のスパイラル状グルーブよ
りも長寸幅狭であり、且つ前記二種類のグルーブが密封
端面上において周方向に交互もしくは周期的に配設され
ているものである。
上記構成の端面非接触形メカニカルシールにおいて、前
記長寸幅狭のスパイラル状グルーブの先端には、請求項
２のように、周方向に延びるグルーブが連設されている
ことが好ましい。
記長寸幅狭のスパイラル状グルーブの先端には、請求項
２のように、周方向に延びるグルーブが連設されている
ことが好ましい。
また、請求項３の発明に係る端面非接触形メカニカルシ
ールは、密封環の密封端面に形設されるグルーブが、密
封端面における密封流体側の外周縁の開口部を起点とし
て内周側に螺旋状に延びる複数のスパイラル状グルーブ
であって、これらスパイラル状グルーブの全部もしくは
一部が径方向の途中に、そのグルーブの幅を狭くする段
部を備え、この段部により幅狭となった幅狭部分の先端
が前記起点から径内方に向けて密封端面幅の７〜９割の
位置まで延びて形成されており、かつ、この幅狭部分及
び前記起点から幅狭部分の入口に至るまでの幅広部分に
おいて前記幅狭部分の両側壁に連続する曲線で囲まれる
導入部分が他の部分とは異なる深さに形成されているも
のである。
ールは、密封環の密封端面に形設されるグルーブが、密
封端面における密封流体側の外周縁の開口部を起点とし
て内周側に螺旋状に延びる複数のスパイラル状グルーブ
であって、これらスパイラル状グルーブの全部もしくは
一部が径方向の途中に、そのグルーブの幅を狭くする段
部を備え、この段部により幅狭となった幅狭部分の先端
が前記起点から径内方に向けて密封端面幅の７〜９割の
位置まで延びて形成されており、かつ、この幅狭部分及
び前記起点から幅狭部分の入口に至るまでの幅広部分に
おいて前記幅狭部分の両側壁に連続する曲線で囲まれる
導入部分が他の部分とは異なる深さに形成されているも
のである。
上記構成の端面非接触形メカニカルシールにおいても、
前記幅狭部分の先端には、請求項４のように、周方向に
延びるグルーブが連設されていることが好ましい。
前記幅狭部分の先端には、請求項４のように、周方向に
延びるグルーブが連設されていることが好ましい。
［作用］ 上記のような構成の請求項１の発明によれば、密封端面
に形設されている二種類のスパイラル状グルーブのう
ち、長寸幅狭な一方のスパイラル状グルーブが密封端面
における密封流体側の外周縁の開口部を起点として径内
方に向けて密封端面幅の７〜９割の位置まで延びて形成
されているので、回転停止時および動圧効果の小さい低
回転時においては、その長寸幅狭なスパイラル状グルー
ブに高圧流体が侵入することにともない十分な静圧効果
が発揮され、この静圧効果によって密封端面の非接触状
態が保たれる。また、密封環が回転した時は前記二種類
のスパイラル状グルーブに密封流体がスムースに流れ込
み、特に、短寸幅広の他方のスパイラル状グルーブに侵
入した密封流体がポンピング作用により、そのグルーブ
の末端に押し込まれせき止められることによって動圧が
発生し、その動圧効果によって密封端面が非接触状態と
なる。ここで、密封端面が外高に歪んだ場合でも、動圧
は確実に発揮されて密封端面の非接触状態が確実に維持
される。
に形設されている二種類のスパイラル状グルーブのう
ち、長寸幅狭な一方のスパイラル状グルーブが密封端面
における密封流体側の外周縁の開口部を起点として径内
方に向けて密封端面幅の７〜９割の位置まで延びて形成
されているので、回転停止時および動圧効果の小さい低
回転時においては、その長寸幅狭なスパイラル状グルー
ブに高圧流体が侵入することにともない十分な静圧効果
が発揮され、この静圧効果によって密封端面の非接触状
態が保たれる。また、密封環が回転した時は前記二種類
のスパイラル状グルーブに密封流体がスムースに流れ込
み、特に、短寸幅広の他方のスパイラル状グルーブに侵
入した密封流体がポンピング作用により、そのグルーブ
の末端に押し込まれせき止められることによって動圧が
発生し、その動圧効果によって密封端面が非接触状態と
なる。ここで、密封端面が外高に歪んだ場合でも、動圧
は確実に発揮されて密封端面の非接触状態が確実に維持
される。
このような端面非接触形メカニカルシールにおいて、前
記長寸幅狭なスパイラル状グルーブの先端に周方向に延
びるグルーブを連設すると、静圧効果がより安定したも
のとなり、密封端面間の微少隙間を安定よく保持するこ
とが可能である。
記長寸幅狭なスパイラル状グルーブの先端に周方向に延
びるグルーブを連設すると、静圧効果がより安定したも
のとなり、密封端面間の微少隙間を安定よく保持するこ
とが可能である。
また、請求項３の発明によれば、密封端面に形設されて
いる複数のスパイラル状グルーブの全部もしくは一部が
段部により幅狭に形成され、この幅狭部分の先端が前記
起点から径内方に向けて密封端面幅の７〜９割の位置ま
で延びているので、回転停止時および動圧効果の小さい
低回転時において、その幅狭部分に侵入する高圧流体に
よって十分な静圧効果が発揮され、この静圧効果によっ
て密封端面の非接触状態が保たれるとともに、密封環の
回転時には幅狭部分の入口に至るまでの幅広部分への密
封流体の侵入、ポンピング作用によって確実に動圧を発
生させて、密封端面が外高に歪んだ場合でも、密封端面
の非接触状態が確実に維持される。
いる複数のスパイラル状グルーブの全部もしくは一部が
段部により幅狭に形成され、この幅狭部分の先端が前記
起点から径内方に向けて密封端面幅の７〜９割の位置ま
で延びているので、回転停止時および動圧効果の小さい
低回転時において、その幅狭部分に侵入する高圧流体に
よって十分な静圧効果が発揮され、この静圧効果によっ
て密封端面の非接触状態が保たれるとともに、密封環の
回転時には幅狭部分の入口に至るまでの幅広部分への密
封流体の侵入、ポンピング作用によって確実に動圧を発
生させて、密封端面が外高に歪んだ場合でも、密封端面
の非接触状態が確実に維持される。
［実施例］ 以下、本発明を図を参照しながら説明する。
第１図において、１はタングステンカーバイドWC,チタ
ンカーバイドTiC,シリコンカーバイドSiC等の硬質体に
よって形成される回転密封環であって、この回転密封環
１は回転軸Ａに固定されたスリーブ２とこのスリーブ２
に外嵌された回転環押さえ３とによって前記回転軸Ａと
一体的に回転するようになされている。そして、この回
転密封環１は、機器ケーシングＨに対して回転不能且つ
軸方向に付勢された状態で支持された静止密封環４との
間に密封面を形成し、高圧の密封流体側Ｘと大気側Ｙ間
を密封するようになっている。尚、第１図において、５
は機器ケーシングＨに固定されたスプリングリテーナ、
６はこのスプリングリテーナ５に回り止め係合され且つ
スプリング７によって軸方向に付勢される静止環で、こ
の静止環６に前記静止密封環４が一体的に固定されてい
る。
ンカーバイドTiC,シリコンカーバイドSiC等の硬質体に
よって形成される回転密封環であって、この回転密封環
１は回転軸Ａに固定されたスリーブ２とこのスリーブ２
に外嵌された回転環押さえ３とによって前記回転軸Ａと
一体的に回転するようになされている。そして、この回
転密封環１は、機器ケーシングＨに対して回転不能且つ
軸方向に付勢された状態で支持された静止密封環４との
間に密封面を形成し、高圧の密封流体側Ｘと大気側Ｙ間
を密封するようになっている。尚、第１図において、５
は機器ケーシングＨに固定されたスプリングリテーナ、
６はこのスプリングリテーナ５に回り止め係合され且つ
スプリング７によって軸方向に付勢される静止環で、こ
の静止環６に前記静止密封環４が一体的に固定されてい
る。
第２図は前記回転密封環１の密封端面10を示している。
この第２図において、11…は密封端面10上において周方
向に等間隔で形成された第一スパイラル状グルーブで、
それぞれ密封端面10の高圧側となる外周縁を起点とし内
周側へ向かって螺旋状に延びている。この第一スパイラ
ル状グルーブ11の外周側から内周側への螺旋の旋回方向
は、回転密封環１の回転方向（矢符Ｐ方向）と逆方向側
で且つ法線から60〜75°傾いた対数螺旋曲線もしくはこ
れに近似した曲線に沿っている。また、この第一スパイ
ラル状グルーブ11は、外周縁部における幅w1が3.0mmに
設定された比較的幅狭のグルーブであって、外周縁から
径内方向に向けて密封端面幅ｂの７〜９割の位置まで延
びている。また、この第一スパイラル状グルーブ11の深
さは10〜12μｍとされている。
この第２図において、11…は密封端面10上において周方
向に等間隔で形成された第一スパイラル状グルーブで、
それぞれ密封端面10の高圧側となる外周縁を起点とし内
周側へ向かって螺旋状に延びている。この第一スパイラ
ル状グルーブ11の外周側から内周側への螺旋の旋回方向
は、回転密封環１の回転方向（矢符Ｐ方向）と逆方向側
で且つ法線から60〜75°傾いた対数螺旋曲線もしくはこ
れに近似した曲線に沿っている。また、この第一スパイ
ラル状グルーブ11は、外周縁部における幅w1が3.0mmに
設定された比較的幅狭のグルーブであって、外周縁から
径内方向に向けて密封端面幅ｂの７〜９割の位置まで延
びている。また、この第一スパイラル状グルーブ11の深
さは10〜12μｍとされている。
一方、21…は第二スパイラル状グルーブであって、前記
各第一スパイラル状グルーブ11…と周方向に交互に、且
つそれぞれが等間隔に配設されており、第一スパイラル
状グルーブ11…と同様に密封端面10の外周縁を起点と
し、また同一方向に旋回して延びている。この第二スパ
イラル状グルーブ21は、外周縁部の幅w2が10mmで、且つ
外周縁から径内方向に向けて密封短面幅ｂの４割の位置
まで延びており、前記第一スパイラル状グルーブ11より
も短寸幅広に形成されている。すなわち、逆にいうと第
一スパイラル状グルーブ11は第二スパイラル状グルーブ
21に対し長寸幅狭に形成されている。また、第二スパイ
ラル状グルーブ21の深さは６〜８μｍで、第一スパイラ
ル状グルーブ11より浅く設定されている。
各第一スパイラル状グルーブ11…と周方向に交互に、且
つそれぞれが等間隔に配設されており、第一スパイラル
状グルーブ11…と同様に密封端面10の外周縁を起点と
し、また同一方向に旋回して延びている。この第二スパ
イラル状グルーブ21は、外周縁部の幅w2が10mmで、且つ
外周縁から径内方向に向けて密封短面幅ｂの４割の位置
まで延びており、前記第一スパイラル状グルーブ11より
も短寸幅広に形成されている。すなわち、逆にいうと第
一スパイラル状グルーブ11は第二スパイラル状グルーブ
21に対し長寸幅狭に形成されている。また、第二スパイ
ラル状グルーブ21の深さは６〜８μｍで、第一スパイラ
ル状グルーブ11より浅く設定されている。
前記第一スパイラル状グルーブ11…の各先端には、この
回転密封環１の回転方向（矢符Ｐ方向）と逆方向に延び
る周方向グルーブ12…が連設されている。この周方向グ
ルーブ12…の幅w3は2mmで、深さは第一スパイラル状グ
ルーブ11…と同一である。また、各周方向グルーブ12は
隣接する他の周方向ブルーブ12と2mm程度の間隔をおい
て設けられている。
回転密封環１の回転方向（矢符Ｐ方向）と逆方向に延び
る周方向グルーブ12…が連設されている。この周方向グ
ルーブ12…の幅w3は2mmで、深さは第一スパイラル状グ
ルーブ11…と同一である。また、各周方向グルーブ12は
隣接する他の周方向ブルーブ12と2mm程度の間隔をおい
て設けられている。
このような回転密封環１を用いた第１図に示すような密
封機構において以下のようにして密封端面間の非接触が
保持される。
封機構において以下のようにして密封端面間の非接触が
保持される。
まず、回転軸Ａを回転させていない状態では、回転密封
環１の密封端面10に形成した第一スパイラル状グルーブ
11…及び周方向ブルーブ12…に高圧の密封流体が侵入
し、これによる静圧効果で回転密封環１と静止密封環４
の間に微少隙間が形成され、これらの密封端面は非接触
となる。このとき、第一スパイラル状グルーブ11…が密
封面幅ｂの７〜９割に達する位置まで延びていることに
より、十分な静圧効果が得られる。また、これら第一ス
パイラル状グルーブ11…の先端に略全周に亘る周方向グ
ルーブ12…が設けられているため、この周方向グルーブ
12…による静圧効果により、端面間の隙間を維持しよう
とする力が強く作用して安定する。
環１の密封端面10に形成した第一スパイラル状グルーブ
11…及び周方向ブルーブ12…に高圧の密封流体が侵入
し、これによる静圧効果で回転密封環１と静止密封環４
の間に微少隙間が形成され、これらの密封端面は非接触
となる。このとき、第一スパイラル状グルーブ11…が密
封面幅ｂの７〜９割に達する位置まで延びていることに
より、十分な静圧効果が得られる。また、これら第一ス
パイラル状グルーブ11…の先端に略全周に亘る周方向グ
ルーブ12…が設けられているため、この周方向グルーブ
12…による静圧効果により、端面間の隙間を維持しよう
とする力が強く作用して安定する。
一方、回転軸Ａを回転させると、第一及び第二スパイラ
ル状グルーブ11…,21…が回転密封環１の外周側から内
周側へ向かってこの回転軸Ａの回転方向（矢符Ｐ方向）
と逆方向側へ旋回する螺旋状であることにより、これら
第一及び第二スパイラル状グルーブ11…,21…にスムー
スに密封流体が流れ込む。そして、この回転に伴って主
に幅広の第二スパイラル状グルーブ21…内に侵入する密
封流体により動圧効果が発生する。すなわち、これらグ
ルーブ21…に侵入した密封流体が、ポンピング作用によ
りグルーブ21…の末端に押し込まれせき止められること
により圧力を生じ、回転密封環１と静止密封環４を押し
拡げようとする結果、これらの密封端面は非接触とな
る。この場合、第二スパイラル状グルーブ21…は幅広で
しかも密封面幅ｂの４割の位置まで延びるに過ぎないも
のであるので、密封端面10が外高に歪んだ場合でも、前
記動圧効果は確実に発生する。また、低回転時において
は、前記第一スパイラル状グルーブ11…及び周方向グル
ーブ12…に導入されている密封流体による静圧効果が、
第二スパイラル状グルーブ21に密封流体が侵入すること
による動圧効果を補助するため、動圧効果が小さいこう
した低回転時にも密封端面の非接触状態は確実に保持さ
れている。
ル状グルーブ11…,21…が回転密封環１の外周側から内
周側へ向かってこの回転軸Ａの回転方向（矢符Ｐ方向）
と逆方向側へ旋回する螺旋状であることにより、これら
第一及び第二スパイラル状グルーブ11…,21…にスムー
スに密封流体が流れ込む。そして、この回転に伴って主
に幅広の第二スパイラル状グルーブ21…内に侵入する密
封流体により動圧効果が発生する。すなわち、これらグ
ルーブ21…に侵入した密封流体が、ポンピング作用によ
りグルーブ21…の末端に押し込まれせき止められること
により圧力を生じ、回転密封環１と静止密封環４を押し
拡げようとする結果、これらの密封端面は非接触とな
る。この場合、第二スパイラル状グルーブ21…は幅広で
しかも密封面幅ｂの４割の位置まで延びるに過ぎないも
のであるので、密封端面10が外高に歪んだ場合でも、前
記動圧効果は確実に発生する。また、低回転時において
は、前記第一スパイラル状グルーブ11…及び周方向グル
ーブ12…に導入されている密封流体による静圧効果が、
第二スパイラル状グルーブ21に密封流体が侵入すること
による動圧効果を補助するため、動圧効果が小さいこう
した低回転時にも密封端面の非接触状態は確実に保持さ
れている。
尚、上記実施例では、第一スパイラル状グルーブ11の幅
を3mm、これに連設される周方向グルーブ12の幅を2mmと
したが、発明においては密封環の径等に応じて変更する
ことが可能であり、例えば0.3〜4.0mmの範囲から適宜選
択することが好ましい。また、この第一スパイラル状グ
ルーブ11の深さも上記実施例では10〜12μｍとしたが、
同様に５〜20μｍの範囲から適宜選択することが好まし
い。一方、第二スパイラル状グルーブ21の幅及び深さ
も、全く同様にして幅は４〜20mmの範囲、深さは４〜８
μｍの範囲から適宜選択することが好ましい。また、第
二スパイラル状グルーブ21の長さは、密封面幅ｂの３〜
５割とすることが好ましい。
を3mm、これに連設される周方向グルーブ12の幅を2mmと
したが、発明においては密封環の径等に応じて変更する
ことが可能であり、例えば0.3〜4.0mmの範囲から適宜選
択することが好ましい。また、この第一スパイラル状グ
ルーブ11の深さも上記実施例では10〜12μｍとしたが、
同様に５〜20μｍの範囲から適宜選択することが好まし
い。一方、第二スパイラル状グルーブ21の幅及び深さ
も、全く同様にして幅は４〜20mmの範囲、深さは４〜８
μｍの範囲から適宜選択することが好ましい。また、第
二スパイラル状グルーブ21の長さは、密封面幅ｂの３〜
５割とすることが好ましい。
第３図は発明の他の実施例を示している。この実施例の
回転密封環1aの密封端面10aに形成されるグルーブは概
ね第１図の実施例に示したものと同一である。但し、こ
の実施例における周方向グルーブ12a…は、前実施例に
おける第一スパイラル状グルーブ11…と全く同様の第一
スパイラル状グルーブ11a…の先端において両周方向に
延びており、この点においてのみ、この実施例は前実施
例と異なる。図において、21a…は第二スパイラル状グ
ルーブである。この回転密封環1aは、第１図においてそ
のまま回転密封環１と置換することができ、これによっ
てほぼ同一の作用を示すことができる。
回転密封環1aの密封端面10aに形成されるグルーブは概
ね第１図の実施例に示したものと同一である。但し、こ
の実施例における周方向グルーブ12a…は、前実施例に
おける第一スパイラル状グルーブ11…と全く同様の第一
スパイラル状グルーブ11a…の先端において両周方向に
延びており、この点においてのみ、この実施例は前実施
例と異なる。図において、21a…は第二スパイラル状グ
ルーブである。この回転密封環1aは、第１図においてそ
のまま回転密封環１と置換することができ、これによっ
てほぼ同一の作用を示すことができる。
第４図は発明の第３の実施例を示している。この実施例
では、この第４図に示す回転密封環1bの密封端面10b
に、先に挙げた実施例における第一スパイラル状グルー
ブ11等と同様の螺旋曲線に沿う複数のスパイラル状グル
ーブ11b…が形成されている。これらのスパイラル状グ
ルーブ11b…には、径方向途中である密封端面幅ｂ′の
３〜５割の位置に段部12bが形成されており、これによ
ってこれらのスパイラル状グルーブ11b…は、この段部1
2bより起点側に幅広部分13bを備えるとともに、先端側
に密封端面幅ｂ′の７〜９割の位置まで延びる幅狭部分
14bを備えている。この幅狭部分14bと、幅広部分13b中
において第５図に示すような幅狭部分14bの両側壁141b,
142bが沿う螺旋曲線で囲まれる導入部分15bとは、第６
図に示すように幅広部分13bの他の部分とは異なる深さ
に設定されている。すなわち、幅狭部分14b及び導入部
分15bでは２〜20μｍ、他の部分では４〜８μｍの範囲
で設定されている。また、幅広部分13bの回転密封環1b
外周縁の幅は4.3〜24.0mmの範囲で選択され、このうち
から導入部分15bの幅が0.3〜4.0mmの範囲で選択され
る。前記幅狭部分14bの先端には、第２図及び第３図に
おける周方向グルーブ12,12aと同様、回転密封環1bの回
転方向（矢符Ｐ方向）と逆方向に延びる周方向グルーブ
16b…が連設されている。
では、この第４図に示す回転密封環1bの密封端面10b
に、先に挙げた実施例における第一スパイラル状グルー
ブ11等と同様の螺旋曲線に沿う複数のスパイラル状グル
ーブ11b…が形成されている。これらのスパイラル状グ
ルーブ11b…には、径方向途中である密封端面幅ｂ′の
３〜５割の位置に段部12bが形成されており、これによ
ってこれらのスパイラル状グルーブ11b…は、この段部1
2bより起点側に幅広部分13bを備えるとともに、先端側
に密封端面幅ｂ′の７〜９割の位置まで延びる幅狭部分
14bを備えている。この幅狭部分14bと、幅広部分13b中
において第５図に示すような幅狭部分14bの両側壁141b,
142bが沿う螺旋曲線で囲まれる導入部分15bとは、第６
図に示すように幅広部分13bの他の部分とは異なる深さ
に設定されている。すなわち、幅狭部分14b及び導入部
分15bでは２〜20μｍ、他の部分では４〜８μｍの範囲
で設定されている。また、幅広部分13bの回転密封環1b
外周縁の幅は4.3〜24.0mmの範囲で選択され、このうち
から導入部分15bの幅が0.3〜4.0mmの範囲で選択され
る。前記幅狭部分14bの先端には、第２図及び第３図に
おける周方向グルーブ12,12aと同様、回転密封環1bの回
転方向（矢符Ｐ方向）と逆方向に延びる周方向グルーブ
16b…が連設されている。
第１図に示す密封機構において、回転密封環１に代えて
第４図〜第６図に示すようなスパイラル状グルーブ1b及
び周方向グルーブ16bが形成された密封端面を持つ回転
密封環1bを用いた場合においても、回転密封環１を用い
た場合と同様の作用効果を得ることができる。すなわ
ち、回転軸Ａが回転していない状態では、主にスパイラ
ル状グルーブ11bの幅狭部分14bと導入部分15b及び周方
向グルーブ16bに侵入した密封流体による静圧効果で密
封端面間が非接触に維持され、一方、回転軸Ａが回転し
ている状態では、この回転に伴って幅広部分13bに導入
される密封流体による動圧効果で密封端面の非接触が保
持される。そして、段部12bが密封端面幅ｂ′の３〜５
割の位置に設けられていることにより、密封端面が外高
に歪んだ場合でも確実に動圧が発生し、密封端面を損傷
させることがない。また、回転軸Ａが低回転であるとき
も、導入部分15b及び周方向グルーブ16bに侵入した密封
流体による静圧効果が、幅広部分13bに導入される密封
流体による動圧効果を補助し、密封端面の非接触状態が
確実に保持される。
第４図〜第６図に示すようなスパイラル状グルーブ1b及
び周方向グルーブ16bが形成された密封端面を持つ回転
密封環1bを用いた場合においても、回転密封環１を用い
た場合と同様の作用効果を得ることができる。すなわ
ち、回転軸Ａが回転していない状態では、主にスパイラ
ル状グルーブ11bの幅狭部分14bと導入部分15b及び周方
向グルーブ16bに侵入した密封流体による静圧効果で密
封端面間が非接触に維持され、一方、回転軸Ａが回転し
ている状態では、この回転に伴って幅広部分13bに導入
される密封流体による動圧効果で密封端面の非接触が保
持される。そして、段部12bが密封端面幅ｂ′の３〜５
割の位置に設けられていることにより、密封端面が外高
に歪んだ場合でも確実に動圧が発生し、密封端面を損傷
させることがない。また、回転軸Ａが低回転であるとき
も、導入部分15b及び周方向グルーブ16bに侵入した密封
流体による静圧効果が、幅広部分13bに導入される密封
流体による動圧効果を補助し、密封端面の非接触状態が
確実に保持される。
尚、上述の各端面非接触メカニカルシールは、全て回転
密封環の外周側が高圧密封流体であるものとして説明し
たが、内周側が高圧密封流体である場合でも、各スパイ
ラル状グルーブの起点を密封環の内周縁側としたものと
することで、それぞれ同様の作用効果を備える端面非接
触メカニカルシールとなる。また、回転密封環に代えて
静止密封環の密封端面にグルーブを形成することもでき
る。
密封環の外周側が高圧密封流体であるものとして説明し
たが、内周側が高圧密封流体である場合でも、各スパイ
ラル状グルーブの起点を密封環の内周縁側としたものと
することで、それぞれ同様の作用効果を備える端面非接
触メカニカルシールとなる。また、回転密封環に代えて
静止密封環の密封端面にグルーブを形成することもでき
る。
［発明の効果］ 以上のように、請求項1,3の発明によれば、動圧効果を
期待することのできない回転停止時や動圧効果が小さい
低回転時においては、幅狭でその先端が密封端面幅の７
〜９割の位置まで延びているスパイラル状グルーブへの
高圧流体の侵入にともなう静圧効果によって密封端面の
非接触状態を確実に保持することができるものでありな
がら、高回転時には幅広なグルーブ部分への密封流体の
侵入およびポンピング作用により、たとえ密封端面が外
高に歪んでいても、確実に動圧を発生させて、その動圧
効果によって密封端面の非接触状態を確実に保持するこ
とができる。したがって、いかなる状態においても常に
密封機能を確実良好に発揮させることができるという効
果を奏する。
期待することのできない回転停止時や動圧効果が小さい
低回転時においては、幅狭でその先端が密封端面幅の７
〜９割の位置まで延びているスパイラル状グルーブへの
高圧流体の侵入にともなう静圧効果によって密封端面の
非接触状態を確実に保持することができるものでありな
がら、高回転時には幅広なグルーブ部分への密封流体の
侵入およびポンピング作用により、たとえ密封端面が外
高に歪んでいても、確実に動圧を発生させて、その動圧
効果によって密封端面の非接触状態を確実に保持するこ
とができる。したがって、いかなる状態においても常に
密封機能を確実良好に発揮させることができるという効
果を奏する。
特に、請求項2,4のような構成を付加する場合は、静圧
効果を高めて密封端面の非接触状態の保持を安定よく行
なわせることができる。
効果を高めて密封端面の非接触状態の保持を安定よく行
なわせることができる。
第１図は密封機構の概略縦断面図、第２図は回転密封環
の密封端面を示す正面図、第３図は他の回転密封環の密
封端面を示す正面図、第４図はさらに他の回転密封環の
密封端面を示す正面図、第５図は第４図の一部拡大図、
第６図は第５図のVI-VI断面図である。 10,10a……密封端面 11,11a……第一スパイラル状グルーブ 12,12a……周方向グルーブ 21,21a……第二スパイラル状グルーブ 11b……スパイラル状グルーブ 12b……段部 14b……幅狭部分 16b……周方向グルーブ
の密封端面を示す正面図、第３図は他の回転密封環の密
封端面を示す正面図、第４図はさらに他の回転密封環の
密封端面を示す正面図、第５図は第４図の一部拡大図、
第６図は第５図のVI-VI断面図である。 10,10a……密封端面 11,11a……第一スパイラル状グルーブ 12,12a……周方向グルーブ 21,21a……第二スパイラル状グルーブ 11b……スパイラル状グルーブ 12b……段部 14b……幅狭部分 16b……周方向グルーブ
Claims (4)
- 【請求項１】密封環の密封端面にグルーブを形設し、こ
のグルーブに密封流体を導入することにより密封端面間
に微少隙間を形成するようにしている端面非接触形メカ
ニカルシールにおいて、 前記グルーブは、共に密封端面における密封流体側の外
周縁の開口部を起点として内周側に螺旋状に延び、かつ
互いに深さが異なる二種類のスパイラル状グルーブから
なり、そのうち一方のスパイラル状グルーブは前記起点
から径内方に向けて密封端面幅の７〜９割の位置まで延
びて形成されており、他方のスパイラル状グルーブより
も長寸幅狭であり、且つ前記二種類のグルーブが密封端
面上において周方向に交互もしくは周期的に配設されて
いることを特徴とする端面非接触形メカニカルシール。 - 【請求項２】前記長寸幅狭のスパイラル状グルーブの先
端には、周方向に延びるグルーブが連設されていること
を特徴とする請求項１の端面非接触形メカニカルシー
ル。 - 【請求項３】密封環の密封端面にグルーブを形設し、こ
のグルーブに密封流体を導入することにより密封端面間
に微少隙間を形成するようにしている端面非接触形メカ
ニカルシールにおいて、 前記グルーブは、密封端面における密封流体側の外周縁
の開口部を起点として内周側に螺旋状に延びる複数のス
パイラル状グルーブであって、これらスパイラル状グル
ーブの全部もしくは一部が径方向の途中に、そのグルー
ブの幅を狭くする段部を備え、この段部により幅狭とな
った幅狭部分の先端が前記起点から径内方に向けて密封
端面幅の７〜９割の位置まで延びて形成されており、か
つ、この幅狭部分及び前記起点から幅狭部分の入口に至
るまでの幅広部分において前記幅狭部分の両側壁に連続
する曲線で囲まれる導入部分が他の部分とは異なる深さ
に形成されていることを特徴とする端面非接触形メカニ
カルシール。 - 【請求項４】前記幅狭部分の先端には、周方向に延びる
グルーブが連設されていることを特徴とする請求項３の
端面非接触形メカニカルシール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1052499A JPH06105105B2 (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 端面非接触形メカニカルシール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1052499A JPH06105105B2 (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 端面非接触形メカニカルシール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02236067A JPH02236067A (ja) | 1990-09-18 |
| JPH06105105B2 true JPH06105105B2 (ja) | 1994-12-21 |
Family
ID=12916416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1052499A Expired - Lifetime JPH06105105B2 (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 端面非接触形メカニカルシール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06105105B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9772037B2 (en) | 2012-08-04 | 2017-09-26 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
| US11852244B2 (en) | 2019-02-04 | 2023-12-26 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component and method of manufacturing sliding member |
| US11852241B2 (en) | 2019-02-04 | 2023-12-26 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
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| JPH04101077U (ja) * | 1991-02-01 | 1992-09-01 | 三菱重工業株式会社 | シール装置 |
| JPH07117167B2 (ja) * | 1991-05-09 | 1995-12-18 | 日本ピラー工業株式会社 | 非接触形メカニカルシール装置 |
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| CN105793628B (zh) | 2013-12-09 | 2018-02-02 | 伊格尔工业股份有限公司 | 滑动部件 |
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| KR102407098B1 (ko) | 2018-01-12 | 2022-06-10 | 이구루코교 가부시기가이샤 | 슬라이딩 부품 |
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- 1989-03-03 JP JP1052499A patent/JPH06105105B2/ja not_active Expired - Lifetime
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