JPH1030730A - 非接触軸封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転軸とシールリングとの間の効率の良いシ
ールを低コストで行なうことができる非接触軸封装置を
提供する。 【解決手段】 回転軸２０の周囲の空間に、回転軸と微
少な隙間をもってシールリング１０〜１８を装着した非
接触軸封装置において、回転軸とシールリングの互いに
対向する面の少なくとも一方に、回転軸の回転により流
体の高圧側から低圧側への流れに対して抵抗を与えるよ
うな溝７２を、少なくとも高圧側に対向する面７４，７
６を残すように形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ポンプ、
ブロワ、コンプレッサなどの流体機械において、機械内
部の流体を軸部で密封したり、流体の漏れを少なくする
ために使用する非接触軸封装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の軸封装置の一例を、図３に示す。
これは、気体を圧送するブロワの軸封構造であり、回転
軸の周囲に軸封装置を収容する空間を形成し、この空間
に、対称な形状を持つ一対のシールリングを軸方向に対
向して配置し、これらの２つのシールリングの中央に、
圧送される流体とは別のより粘性が高い流体（通常は液
体）を密封流体として該被圧送流体より高圧で供給し、
この軸封装置の両側空間での気体の流通を阻止しようと
するものである。

【０００３】シールリングは、低圧側の側端部の一部が
突起状になっており、これがケーシング側に形成された
側壁に当接し、シールリングの間に配置されたばね及び
流体圧によって軽く押しつけられて、浮動性を維持しつ
つ流体の流通を阻止するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
に密封流体は被圧送流体より高い圧力で供給されるの
で、密封流体と外部との圧力差は大きくなり、浮動性を
維持しつつ流体の漏れを阻止するには、軸とシールリン
グとの間の隙間や各部分の寸法を厳密に管理したり、シ
ールリングを多段に設けるなどの必要があり、コスト上
昇を招いていた。この発明は、前記課題に鑑み、回転軸
とシールリングとの間の効率の良いシールを低コストで
行なうことができる非接触軸封装置を提供することを目
的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転軸の周囲の空間に、該回転軸と微少な隙間をも
ってシールリングを装着した非接触軸封装置において、
前記回転軸と前記シールリングの互いに対向する面の少
なくとも一方に、前記回転軸の回転により流体の高圧側
から低圧側への流れに対して抵抗を与えるような溝を、
少なくとも高圧側に前記対向する面を残すように形成し
たことを特徴とする非接触軸封装置である。

【０００６】このような溝は、これらの対向面において
軸線に平行な線に対していずれかに傾斜して形成され、
代表的には螺旋状あるいは近似的な直線溝となる。この
溝は、高圧側に対向面（リッジ）を残して形成されてい
るので、回転軸が回転すると高圧側から低圧側への流れ
に対して抵抗を与え、結果としてこのシール部に強固な
流体膜を形成し、シールリングの浮動性を維持する作用
を行なう。このような作用は、回転軸が高速で回転する
に従い大きくなる。回転軸及びシールリングの対向面間
の隙間寸法は、慣性流れが問題にならない程度の寸法で
あるので、これらのいずれに形成してもほぼ同等の効果
を得ることができる。なお、溝の深さ、傾斜角度、ピッ
チ、寸法等は、使用する状況に応じて適宜に選択され
る。

【０００７】請求項２に記載の発明は、前記シールリン
グはケーシングに固定されていることを特徴とする請求
項１に記載の非接触軸封装置である。請求項３に記載の
発明は、前記シールリングは前記回転軸に対して軸に交
差する方向に微少の移動を許容するように装着されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の非接触軸封装置で
あり、これにより、回転軸の変位に応じてシールリング
も追従して移動し、周方向位置での隙間の偏りを防止す
るが、溝のポンプ作用がこの追従動作を促進する。

【０００８】請求項４に記載の発明は、前記シールリン
グは軸方向に少なくとも２つが設けられ、これらのシー
ルリングの間の空間には前記流体とは別の密封流体が封
入されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触
軸封装置である。この密封流体は、シールすべき流体が
気体である場合に、より粘性の高い液体を用いて密封性
とリングの浮動性を向上させる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１は、本発明の非接触軸封装置をブロワに
用いた例を示しており、図において左側に羽根車Ａが、
右側に軸受Ｂが配置された間に非接触軸封装置が配置さ
れている。この例では、シールリング１０〜１８が回転
軸２０に交差する方向に微少移動できるフローティング
シール構造であり、シールリングは軸方向に５段が配置
されている。

【００１０】この非接触軸封装置は、ケーシング２２に
回転軸２０を取り囲むように形成されたシール部収容空
間Ｃに収容されている。すなわち、この収容空間Ｃに
は、ボルト２４により結合された２つの固定部材２６，
２８がケーシング２２にボルト固定され、これらの固定
部材２６，２８の内側の空間に複数のリテーナ３０，３
２，３４が装着され、さらに、これらのリテーナ３０，
３２，３４により区画された空間にシールリング１０〜
１８が収容されている。これらの固定部材２６，２８と
ケーシング２２及び固定部材２６，２８とリテーナ３０
〜３４の間には必要箇所にシール用のＯリング３６が設
けられている。

【００１１】５つのシールリング１０〜１８は、この例
ではカーボン製の内側リング３８の外周に金属製補強リ
ング４０を焼き嵌めしたものである。このように二重構
造とすることで、内周側では摩擦の低減効果を得、その
結果隙間を小さくしてシール性も向上させながら機械的
強度を確保している。これらのシールリング１０〜１８
にはその一部に径方向に延びる凹所４２が形成されてお
り、一方、リテーナ３０〜３４の側にはこの凹所４２に
摺動可能に挿入されるガイドピン４４が設けられてい
る。これにより、シールリング１０〜１８は周方向に回
り止めされ、径方向に微少移動可能となっている。

【００１２】羽根車側から２番目及び３番目のシールリ
ング１２，１４は、同じリテーナ３２内の空間に、間に
所定の空間４６をもって対向して収容されている。これ
らのシールリングの間の空間４６には両者を軸方向に案
内するガイド溝４８及びピン５０と、両者を互いに離間
する方向に付勢するバネ５２が設けられている。

【００１３】このリテーナ３２には、前記シールリング
１２，１４間の空間４６に連通する径方向流路５４が、
周方向所定位置に１又は複数設けられている。この流路
５４は第１の固定部材２６の内周面に形成された周方向
に延びる内周溝５６に連通し、この内周溝５６は第１の
固定部材２６に形成された流路５８及び外周溝６０を介
してケーシング２２に形成された密封流体供給路６２に
連通している。この密封流体供給路６２は、圧送される
流体より高い圧力を持つ水や油のような密封流体源に接
続されている。また、軸封装置と羽根車側及び軸受側と
の境界部には、回転軸２０の表面に連通するドレン空間
６４，６６が形成され、ケーシング２２にはこれらのド
レン空間６４，６６に連通するドレン流路６８，７０が
形成されている。

【００１４】各シールリング１０〜１８の内周面には、
図２に示すように軸線に対して所定角度θだけ傾斜した
複数の溝７２（螺旋溝）が形成されている。この溝７２
の軸方向長さはシールリング１０〜１８よりも小さく設
定され、溝７２の両端には所定長さのリッジ７４，７６
が形成されている。この溝７２の傾斜の向きは、回転軸
２０が回転した時に、密封流体の高圧側から低圧側への
圧力流れに対して抵抗を与えるような向きになってい
る。

【００１５】前記のような配置により、５段のシールリ
ング１０〜１８のうち、差圧が少ない機内側が２段、差
圧が大きい機外側に３段が設けられている。溝７２は、
第１番目のシールリング１０では第２番目のシールリン
グ１２と同じ向きに、第４番目及び第５番目のシールリ
ング１６，１８では第３番目のシールリング１４と同じ
向きに形成され、いずれも、回転軸２２が回転した時
に、密封流体の高圧側から低圧側への圧力流れに対して
抵抗を与えるような向きになっている。

【００１６】次に、このように構成された非接触軸封装
置の作用を説明する。この例では、密封流体として水を
用い、密封流体供給路６２に外部から高圧水を供給して
ブロワ機内側（羽根車側）の気体を封じ込めるものであ
る。密封流体の圧力は、ブロワ内の圧力よりやや高い値
になるように調整する。すなわち、ブロワが稼働してい
ない間は、密封流体の圧力は低く調整され、これが作動
して高圧になると、これに応じて密封流体側の圧力も高
くする。

【００１７】これにより、密封流体は、密封流体供給路
６２、外周溝６０、流路５８、内周溝５６、径方向流路
５４を通って空間４６に供給され、さらに、回転軸２０
とシールリング１０〜１８間の隙間を通ってドレン空間
６４，６６からドレン流路６８，７０に流れる。ここに
おいて、シールリング１０〜１８の内面には溝７２が形
成され、これが回転軸２０の回転に伴って、密封流体の
高圧側から低圧側への圧力流れに対して抵抗を与える。
このために、漏れを低減することに大きな効果がある。

【００１８】また、シールリングの高圧側リッジ７４あ
るいは７６においては、溝のポンピング作用により、対
向面の間に強固な流体膜が形成される。この実施例で
は、シールリング１０〜１８が軸に直交する方向に微動
するフローティングシール構造であるので、この密封流
体膜によりシールリングの浮動性が高まる。このような
作用は、回転軸２０が高速で回転するに従い大きくなる
ので、シール部のすきまを小さくでき、漏れの防止が効
率的に行われる。

【００１９】さらに、この実施例では、シールリングの
低圧側にもリッジ７４あるいは７６が設けられており、
回転軸２０が逆転した場合においても圧力が発生するの
で、流体膜が形成され、対向面どうしの接触による損傷
を防止する。従って、正逆の両方向への回転が可能とな
っている。

【００２０】なお、本発明の実施は前記に限られること
なく、前記ではシールリングが軸に直交する方向に微動
するフローティングシール構造としたが、勿論ケーシン
グに固定した構造としてもよい。また、前記例ではシー
ルリングを多段に設けたが、単段でもよく、密封流体を
用いなくてもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、回転軸が回転すると高圧側から低圧側への流れに対
して抵抗を与え、また回転軸とシールリングの対向面に
強固な流体膜を形成して、浮動性を高めるので、回転軸
とシールリングとの間の効率の良いシールを低コストで
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非接触軸封装置の一実施例を示す
縦断面図である。

【図２】本発明に係る非接触軸封装置のシールリングの
詳細を示す（ａ）断面図、（ｂ）側面図である。

【図３】従来の非接触軸封装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１０〜１８ シールリング ２０ 回転軸 ２２ ケーシング ４６ 密封流体空間 ７２ 溝 ７４，７６ リッジ（対向面）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸の周囲の空間に、該回転軸と微少
   な隙間をもってシールリングを装着した非接触軸封装置
   において、 前記回転軸と前記シールリングの互いに対向する面の少
   なくとも一方に、前記回転軸の回転により流体の高圧側
   から低圧側への流れに対して抵抗を与えるような溝を、
   少なくとも高圧側に前記対向する面を残すように形成し
   たことを特徴とする非接触軸封装置。
2. 【請求項２】 前記シールリングはケーシングに固定さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の非接触軸封
   装置。
3. 【請求項３】 前記シールリングは前記回転軸に対して
   軸に交差する方向に微少の移動を許容するように装着さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の非接触軸封
   装置。
4. 【請求項４】 前記シールリングは軸方向に少なくとも
   ２つが設けられ、これらのシールリングの間の空間には
   前記流体とは別の密封流体が封入されていることを特徴
   とする請求項１に記載の非接触軸封装置。