JPH01206165A - 円筒面シール - Google Patents

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、軸封装置の一種として用いられる円筒面シー
ルに関する。

〔従来の技術〕

従来からこの種シールの一例として第８図ないし第１０
図に示すセグメントシール（１）を軸（１１）側のラン
ナー（１４）に摺接させる構造のものが公知である。

すなわちこのセグメントシール（１）は、ハウジング（
２）のなかにシールリング（４）、カバーリンク（５）
、キー（８）　、エキステンションスプリング（ガータ
スプリング、７）およびコンプレッションスプリング（
コイルスプリング、８）を組み合わせたシールエレメン
ト（シールリングキット、３）を入れ、スプリングリテ
ーナ（スプリングアダプタ、８）で蓋をしてスナップリ
ング（ｌＯ）で止めである。シールリング（４）および
カバーリング（５）は主にカーボン材料によって成形さ
れ１両リング（４）（５）を軸（１１）のサイズに応じ
て２等分以上に分割して１円周方向に分割位相をずらし
て組み合わせている。シールリング（４）の分割部分は
軸方向のリークパスを止めるためにステップジヨイント
（１２）になっている、シールエレメント（３）はハウ
ジング（２）に立設したローテーションロックピン（１
３）によりキー（８）を介して回転止めされ、また軸（
＋１）の半径方向の動きに追随できるようにエキステン
シ盲ンスプリング（７）により軸（１１）に抱き付くよ
うに保持される。シールリング（４）の内径面は軸（１
１）に外挿嵌着したランナー（１４）の外径面と摺動し
、核部に１次シール部分たる摺動シール部（動的シール
部、１５）が構成される。シールエレメント（３）はコ
ンプレッションスプリング（８）によって軸方向に押圧
され、その軸直角端面をハウジング（２）の端壁に圧接
させて核部に２次シール部分たる静的シール部（１Ｂ）
を構成している０両シール部（１５）（１Ｂ）を形成す
る前記内径面と軸直角端面にはそれぞれ流体圧力による
負荷を軽減するための圧力バランス溝（１７）（＋８）
が形成されている。第１１図は内径面に形成した圧力バ
ランス溝（１７）の−例を示している。シールリング（
４）の内径面と摺接するランナー（１４）は一般に焼入
鋼によって成形され、またその外径面はフラットな面に
仕上げられている。

上記構成のセグメントシール（１）は各種の流体をシー
ルするために用いられるが、このセグメントシール（１
）によって気体（Ｇ）をシールする場合には摺動シール
部（１５）がドライ条件となることから効率よく摺動発
熱を除去できないことがある。

当該セグメントシール（１）はこの事態に対処するため
あらかじめシールリング（４）の内径面に圧力　・バラ
ンス溝（１７）を形成し、該圧力バランス溝（１７）内
に気体圧力を積極的に導入して摺動発熱が限界以上に高
くなることがないようにシール面圧を低く抑えている。

しかしながらこの圧力バランス溝（１７）による面圧低
下の機能限界を越えるレベルまでシールの差圧が大きく
なったり軸回転数が高速になってくると、摺動材料の熱
限界を越えるような摺動発熱が生じてしまう、このよう
な熱限界を越える条件においては、低圧側で、摺動シー
ル部（１５）近傍の軸部にオイルや水などの液体（冷却
液）をジェットなどにより吹き付けて該摺動シール部０
５）を冷却している。

また航空用ジェットエンジンやガスコンプレッサあるい
はガスタービン等においては、圧縮空気や燃焼ガスなど
の高圧気体がベアリング部分に流入してベアリングのオ
イル潤滑が適切にできなくなることがある。このためベ
アリング室と高圧の気体部分を仕切るようにシールが必
要となり、該仕切り部分にセグメントシール（１）が用
いられる。第１２図はこのような理由からセグメントシ
ール（＋）を装着したジェットエンジンのベアリング室
（１９）周辺の構造を示し、該ベアリング室（１９）を
隔離するよう軸方向の両側にセグメントシール（１）が
装着されている。ベアリング室（１９）内はベアリング
（２０）の潤滑と冷却のためのオイルがジエン）　（２
＋）（２２）で供給されており、またこのオイルはセグ
メントシール（１）を冷却するためにも機能する。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようにセグメントシール（１）は気体をシールする
ために様々な装置に組み込まれるが、作動雰囲気につい
て上記したように正面に高圧の気体を受けるとともに背
面に低圧の液体を受けるような状況で使われることがあ
り、このような状況において気体と液体の圧力差が小さ
いと、液体が摺動シール部（１５）に浸入しさらに気体
側に漏れ込むことがある。

差圧が小さいときに低圧の液体が高圧の気体側へ漏れ込
むこの現象はつぎのように考えられる。

すなわち上記したジェットエンジンの場合を例にとると
、セグメントシール（１）の低圧側はベアリング（２０
）の潤滑、冷却および摺動シール部（１５）の冷却のた
めのオイル（０）がミスト状にあって当該シール（１）
はオイル（０）で漏れる雰囲気にあり、シールエレメン
ト（３）にもオイル（０）が浸入してくる。気体（Ｇ）
とオイル（０）の差圧が大きいときは気体圧力がシール
エレメント（３）の隙間に浸入したオイル（０）の表面
張力に打ち勝ってオイル（０）の更なる浸入を防止して
いるが、差圧が小さくなりとくに０．３ｋｇｆ／ｃ−以
下になるとオイル（０）の表面張力のほうが強くなって
オイル（０）がシールエレメント（３）の内部まで浸入
してくることが実験的に判っている。とくにセグメント
シール（＋）はシールエレメント（３）の分割構造の関
係で気体（（ｉ）のリークはシールエレメント（３）の
分割部に集中し、このため分割部以外の円周シール部分
（摺動シール部（１５）および静的シール部（１Ｂ））
においては気体（Ｇ）のリーク流れが非常に少ない状態
となってこの部分にオイル（０）が浸入し易い、さらに
ランナー（１４）と摺動する摺動シール部（１５）にお
いては軸（１１）の回転に伴なう振れが生じるため、シ
ールエレメント（３）の軸振れに対する追随作動の関係
から鎖部（１５）に面圧変動を生じ、浸入したオイル（
０）の油膜の状態が度化し易くなる。またこの摺動シー
ル部（１５）では鎖部（１５）に形成された油膜により
シールリング（４）がランナー（１４）から浮上するよ
うな状態（たとえとしてサーフボードが波の上に乗って
いる状態を想起されたい）になって、更なるオイル（０
）の浸入や油膜の形成を助長する。摺動シール部（１５
）に形成された油膜は軸（１１）の回転に伴なってシー
ルリング（４）の分割部でｉき落とされ気体（Ｇ）側に
漏入する。

従来技術において、このような低差圧の条件下でセグメ
ントシール（１）を有効に作動させるには、第１３図に
示すように、シールエレメント（３）を向かい合わせに
２個用い、中間の室（２３）内に高圧の気体（空気など
が適している）を送給して意図的に高差圧条件をつくり
出すことが考えられるが、ある程度のスペースを必要と
し、構造が複雑であって適切な対応策とは言えない、ま
たジェットエンジンにこの対策を講じた場合、高圧の気
体はエンジンのコンプレッサ部分から抽気することにな
ってエンジンの構造が複雑とな・す、油気による効率の
低下を招くことになる。

本発明は以上の点に鑑み、気体と液体の差圧が小さいと
きおよび差圧がない条件下でも気体側への液体の浸入を
極力抑えるように工夫したものであって、セグメントシ
ールに限らず広く円筒面シールに適用可能な構造を提供
することを目的とする。

帽１を解決するための手段〕 上記の目的を達成するため、本発明のシールは、固定側
シール部材と直接接触する回転側シール部材の外径シー
ル面に、傾斜した多数の筋または溝を付けたことを特徴
とする。セグメントシールとランナーとの関係において
前記回転側シール部材は軸側のランナーがこれに該当す
る。

〔作　用〕

本発明のシールは１回転側シール部材と固定側シール部
材の間に構成される摺動シール部に浸入する液体を、該
液体の粘性と回転側シール部材に形成した多数の筋また
は溝のポンピング作用によって液体側へ排出する。

〔実　施　例〕

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図は上記従来技術に係る第９図に対応してセグメン
トシール（１）の装着状態を描いており、該セグメント
シール（１）のシールリング（４）の内径面（２４）と
摺接するランナー（１４）の外径面（２５）に多数の筋
（２８）が形成されている。この筋（２８）はランナー
（１４）の外径面（２５）を表面仕上げする際に加工す
ることができ、旋削仕上げの場合は同図に示すように各
節（２Ｂ）が１本の連続的なものに、また研削仕上げの
場合は第２図に示すように非連続的なものになる。また
この筋（２８）は、第３図に示すように、より広い幅を
もつ溝（２７）に代えることができるが、溝（２７）と
する場合は反対にその深さを筋（２Ｂ）より浅くする必
要がある。

第１図ないし第３図に共通して、軸（１１）と該軸（１
１）に外挿嵌着したランナー（１４）はＡ方向からみて
左廻りに回転するものとし、筋（２Ｂ）や溝（２７）は
そのポンピング作用によって液体（Ｌ）を押し戻すよう
図示方向に傾斜し、軸心に対する傾斜角度（θ）を３０
°≦θ＜９０°に設定され、またその深さを０．２５ｍ
ｍ　（０，０１１ｎｃｈ）に以下に設定される。

第１図ないし第３図において、筋（２８）や溝（２７）
はランナー（１４）の全外径面に形成され、すなわち摺
動シール部（１５）を軸方向に貫通形成されているが、
筋（２８）や溝（２７）はごく微細に成形されるもので
あることから、この筋（２Ｂ）や溝（２７）を通って液
体（Ｌ）側へ気体（（ｉ）が漏洩することは量的に無視
することができる。この気体（Ｇ）の漏洩を止めるため
には、第４図に示すように摺動シール部（１５）の気体
側縁辺に筋（２Ｂ）や溝（２７）の未加工帯（２８）を
設けることが考えられる。未加工帯部分（２８）の幅（
Ｗ）は０．５■■以上にするのが好ましい。

また第１図ないし第３図において、筋（２８）や溝（２
７）を形成したランナー（１４）の外径面（２５）と摺
接するシールリング（４）の内径面（２４）には第１１
因に例示したような圧力バランス溝（１７）が形成され
ている。したがってランナー（１４）の外径面（２５）
はシールリング（４）の内径面（２０のうち圧力バラン
スＩＪ　（１７）を形成したところ以外のシールダム部
分だけと摺接するようになるが、このような構造であっ
ても筋（２Ｂ）や溝（２７）は十分・にその機能を果た
すことができる。但し第４図に示すように、シールリン
グ（４）の内径面（２４）に圧力バランス溝（１７）を
形成せず、該内径面（２４）をフラットに成形してラン
ナー（１４）の外径面（２５）に全面接触させた方が筋
（２８）や溝（２７）の機能が高まることは間違いない
ことから、シールリング（４）の内径面（２４）に圧力
バランス溝（１７）を形成するのはこれを必要とする場
合だけにすることが望ましい、また第５図に示すように
、シールリング（４）の内径面（２４）をフラットにし
、ランナー（！４）の外径面（２５）に筋（２６）や溝
（２７）と合わせて圧力バランス溝（２９）を形成する
ことも考えられる。

第１３図に示したジェットエンジンのベアリング（２０
）部分に当該シールを装着すると第６図のようになる０
両図の比較から明らかなように当該シールによれば構造
を簡素化するとともに占有スペースを大幅に縮少するこ
とが可能となり１図の左側に配置−されるファン（図示
せず）の取付位置をベアリング（２０）に近づけること
ができ、全体的な軽量化が計れると同時に、コンプレッ
サ部分からの油気が不要となることからエンジンの効率
向上となる。

気体（Ｇ）の圧力が高まって気体（Ｇ）と液体（Ｌ）の
差圧がさらに大きくなる機器に用いる場合には、第７図
に示すように、外径面（２５）に液体排出用の筋（２Ｂ
）または溝（２７）を付けたランナー（１４）と内径面
（２４）をフラットに成形したシールリング（４）の組
み合わせになる本発明のシール構造と従来タイプのセグ
メントシール構造を並設することが考えられる。この構
造はとくに運転時に液体（Ｌ）がシール部（＋５）を濡
らしたり、停止時または始動時に液体（Ｌ）がシール部
（１５）に浸入したりする場合に有効である。すなわち
例えばコンプレッサにおいて、高速回転で気体（Ｌ）圧
力が大きい場合にはシール部（１５）の摺動発熱はこれ
に伴なって大きくなる。このためシール部（１５）が液
体（Ｌ）に濡れた状態にあると、高速時の発熱で該液体
（Ｌ）、とくにオイル（０）は熱分解しスラッジを生成
するとともにオイル（０）が炭化したリコーキングした
りしてシールの作動性を著しく低下させてしまい状況に
よってはシール機能を失うことになる。これに対し第７
図の構造は、液体（Ｌ）側に本発明のシール構造を配置
して気体（Ｇ）側の従来タイプのセグメントシール構造
をドライ条件下で作動させるものであって、これに伴な
い後者シールの液体漏れをなくすことができる。第７図
において、符号（３０）は両セグメントシール（１）（
１）の間の室（３１）に開口したベントホールを示して
いる。すなわちこのベントホール（３０）は高圧側のセ
グメントシール（１）からリークした気体（Ｇ）をベン
トするために設けられ、液体（Ｌ）が流入しにくい向き
に加工される。このベントホール（３０）は円周方向に
いくつ設けてもよく、室（３りの下部側に設けるホール
（３０）についてはとくに液体（Ｌ）用のドレンホール
としての働きを兼ねさせることができる。

本発明のシール構造は、これまで述べてきた２リングタ
イプのセグメントシールのほかに、カバーリング（５）
を有しない１リングタイプのセグメントシールやバック
リングを併備した３リングタイプのセグメントシールに
対しても適用可能である。第１４図は従来例に係る３リ
ングタイプのセグメントシール（１）の１例を示し、シ
ールリング（４）とバックリング（３２）のそれぞれの
内径面に圧力バランス溝（１７）（３３）を形成してい
る。

（発明の効果〕 本発明は以上説明したようにセグメントシールに代表さ
れる円筒面シールの回転側シール部材の外径シール面に
傾斜した多数の筋や溝を付けたことを特徴とするもので
あって、この筋や溝の働きにより液体漏洩を積極的に抑
えることができる。

また一般に焼入鋼によって製されるランナーの外径面に
筋や溝を形成することはカーボン製のシールリングの内
径面にこれらを形成する場合に比べて極めて容易に加工
することができ、また特に筋および仕上げ加工台の加工
については１部品の機械加工時に機械加工の送り（ネジ
加工の送りと同様）によって容易に高精度で得ることが
でき、実用上非常に利用度の高い特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はそれぞれ本発明に係るシールの装
着状態を示す断面図とランナーの外径面の要部展開図、
第６図および第７図はそれぞれ本発明に係るシールの装
着状態を示す断面図、第８図は従来例に係るセグメント
シールの一部切欠した分解斜視図、第９図、第１０図、
第１２図、第１３図および第１４図はそれぞれ従来例に
係るシールの装着状態を示す断面図、第１１図は従来例
に係るシールリングの内径面の要部展開図である。 （１）セグメントシール　　（２）ハウジング（３）シ
ールエレメント　　（４）シールリング（５）カバーリ
ング　　（８）キー （７）エキステンシ、ンスプリング （８）コンプレッションスプリング （９）スプリングリテーナ　　（１０）スナップリング
（１１）軸　　（１２）ステップジヨイント（１３）ロ
ーテーションロックピン　　（１４）ランナー（１５）
摺動シール部　　（１８）静的シール部（１７）（１８
）（２９）（３３）圧力バランス溝（１９）ベアリング
室　　（２０）ベアリング（２１）（２２）ジェット　
　　（２３）（３１）室（２４）内径面　　（２５）外
径面　　（２６）筋　　（２７）溝（２８）未加工帯　
　（３０）へントホール（３２）バックリング　　（Ｇ
）気体　　（Ｌ）液体（０）オイル 特許出願人　　イーグル工業株式会社 ｊ７ｊ 第１図 ２６−−筋 第３図 第４図 Ｌ（０）　　　１１　　　　２０ 第９図 第１２図 第１３図 Ｌ（０）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定側シール部材と直接接触する回転側シール部材
   の外径シール面に、傾斜した多数の筋または溝を付けた
   ことを特徴とする円筒面シール。 ２、前記筋を仕上げ加工目により構成したことを特徴と
   する第１項記載の円筒面シール。 ３、前記固定側シール部材を高圧の気体と低圧の液体を
   仕切るべく配置されるセグメントシールのシールリング
   によって構成し、円周方向に複数個に分割形成した該シ
   ールリングの内径シール面と摺接するランナーの外径シ
   ール面に液体を排出する前記筋または溝を形成したこと
   を特徴とする第１項または第２項記載の円筒面シール。