JPH08312790A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ケーシング外への潤滑油の漏れ出し量を低減
させることができ、かつ、固定リングと回転リングとの
間の摺動端面における焼付きやブリスタの発生を防止す
ることができるメカニカルシールを提供する。 【構成】 ケーシング１に固定されて回転軸２が挿通さ
れると共にこの回転軸２の外周面が回転自在に摺接され
る固定リング８と、ケーシング１内に位置して回転軸２
の外周面に固定された回転リング９とを有し、回転リン
グ９の一方の端面９ａを固定リング８の一方の端面８ａ
に摺動自在に押圧させたメカニカルシールにおいて、摺
動自在に押圧された回転リング９の端面９ａと固定リン
グ８の端面８ａとのいずれか一方に略同心円上に位置す
る複数の溝１０を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ケーシングを貫通する
回転軸を有する装置において、そのケーシング内の潤滑
油がケーシング外に漏れ出すことを防止するメカニカル
シールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例のメカニカルシールの構造を図３
に基づいて説明する。まず、ケーシング１を貫通する回
転軸２が設けられている。このケーシング１にはシート
リング３の外周面側が嵌合固定され、回転軸２がこのシ
ートリング３に挿通されると共に回転軸２の外周面がシ
ートリング３の内周面に回転自在に摺接されている。な
お、シートリング３の外周面とケーシング１との間には
Ｏリング４が介装されている。

【０００３】つぎに、前記回転軸２の外周面における前
記ケーシング１内に位置する部分にはカーボンリング５
が嵌合固定され、カーボンリング５の内周面と回転軸２
の外周面との間にはＯリング６が介装されている。さら
に、前記回転軸２の外周部には、前記カーボンリング５
の一方の端面５ａを前記シートリング３の一方の端面３
ａに押圧させるようにカーボンリング５を付勢するスプ
リング７が配置されている。

【０００４】ここで、回転軸２はカーボンリング５と一
体に回転すると共に回転軸２の外周面がシートリング３
の内周面に回転自在に摺接し、及び、スプリング７の付
勢力によってカーボンリング５の端面５ａとシートリン
グ３の端面３ａとが摺動自在に押圧されている。これに
より、ケーシング１内の潤滑油が端面３ａ，５ａ同士の
間、及び、回転軸２の外周面とシートリング３の内周面
との間を通過してケーシング１外に漏れ出すことを防止
している。

【０００５】ケーシング１外への潤滑油の漏れ出しを効
果的に防止するためには、端面３ａ，５ａ間の押圧力を
強くして端面３ａ，５ａ間の隙間を小さくする必要があ
る。しかし、端面３ａ，５ａ間の押圧力が強過ぎるため
に端面３ａ，５ａ間の隙間が狭くなり過ぎると、端面３
ａ，５ａ間における潤滑油の油膜が切れてしまい、端面
３ａ，５ａ間で焼付きが発生し易くなる。一方、端面３
ａ，５ａ間の押圧力が弱過ぎるために端面３ａ，５ａ間
の隙間が広くなり過ぎると、潤滑油がこの隙間を通過し
易くなるためにケーシング１外へ漏れ出す潤滑油の量が
多くなる。従って、端面３ａ，５ａ間の隙間が最適値と
なるようにスプリング７の付勢力を調節する必要があ
る。

【０００６】また、端面３ａ，５ａ同士を押圧させるシ
ートリング３とカーボンリング５とは、同一材料で形成
すると焼付きを生じ易くなるため、シートリング３をス
テンレス材で形成し、カーボンリング５をカーボン材で
形成している。さらに、端面３ａ，５ａ間のシール効果
を高めるために、端面３ａ，５ａをそれぞれ鏡面仕上げ
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スクリューコ
ンプレッサ等のようにケーシング１内の圧力が変動する
装置においては、変動するケーシング１内の圧力も端面
３ａ，５ａ間の隙間に影響を与える。即ち、変動するケ
ーシング１内の圧力は、スプリング７の付勢力と共にカ
ーボンリング５の端面５ａをシートリング３の端面３ａ
に押圧させる力として作用する。このため、ケーシング
１内の圧力が最大となった時にも端面３ａ，５ａ間の圧
力が強過ぎる状態とならないようにスプリング７の付勢
力を弱くしている。従って、端面３ａ，５ａ間の隙間が
最適値よりも広くなる傾向となり、ケーシング１外への
潤滑油の漏れ出し量が多くなっている。

【０００８】また、シール効果を高めるために端面３
ａ，５ａを鏡面仕上げした場合には、ケーシング１内の
圧力増大や潤滑油の粘度上昇によって端面３ａ，５ａ間
の油膜の粘性抵抗が大幅に増大し、カーボンリング５の
端面５ａの表面に火ぶくれ状に盛り上がるブリスタが発
生する場合がある。このようなブリスタが発生すると、
端面３ａ，５ａ間の隙間が大きくなって潤滑油が漏れ出
し易くなり、また、このブリスタが破壊されたときに潤
滑油の漏れ出し量が急激に増大する。そして、このよう
なブリスタの発生、破壊の繰返しによってメカニカルシ
ールとしての寿命が大幅に低下する。このため、ブリス
タが発生しにくいカーボンリング５の材料の研究が進め
られている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ケーシングに
固定されて回転軸が挿通されると共にこの回転軸の外周
面が回転自在に摺接される固定リングと、前記ケーシン
グ内に位置して前記回転軸の外周面に固定された回転リ
ングとを有し、前記回転リングの一方の端面を前記固定
リングの一方の端面に摺動自在に押圧させたメカニカル
シールにおいて、摺動自在に押圧された前記回転リング
の端面と前記固定リングの端面とのいずれか一方に略同
心円上に位置する複数の溝を形成した。

【００１０】

【作用】本発明では、回転リングの端面と固定リングの
端面との一方に形成した溝内には潤滑油が入り込んでい
るため、回転リングの端面を固定リングの端面に押圧さ
せる押圧力を大きい値に設定しても、これらの端面間で
は潤滑油の油膜切れが起こらず、潤滑油の油膜切れによ
る焼付きの発生が防止される。また、端面に溝を形成し
たことにより、端面間の油膜の粘性抵抗が大幅に増大す
るということが起こらず、端面間の油膜の粘性抵抗が大
幅に増大することによるブリスタの発生が防止される。
また、端面間の押圧力を大きい値に設定できることによ
り、潤滑油の漏れ出し量が減少する。さらに、溝を端面
の略同心円上に形成しているため、この溝内に入り込ん
だ潤滑油はラビリンス効果によって軸心方向への移動が
抑えられ、潤滑油の漏れ出しがより一層低減される。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例を図１及び図２に基づいて
説明する。なお、図３において説明した部分と同一部分
は同一符号で示し、説明も省略する。回転軸２が貫通さ
れるケーシング１には固定リングであるシートリング８
の外周面側が嵌合固定され、回転軸２はこのシートリン
グ８に挿通されると共に回転軸２の外周面がシートリン
グ８の内周面に回転自在に摺接されている。なお、シー
トリング８の外周面とケーシング１との間にはＯリング
４が介装されている。また、シートリング８はステンレ
ス材で形成されている。

【００１２】つぎに、前記回転軸２の外周面における前
記ケーシング１内に位置する部分には、カーボン材で形
成した回転リングであるカーボンリング９が嵌合固定さ
れ、カーボンリング９の内周面と回転軸２の外周面との
間にはＯリング６が介装されている。さらに、前記回転
軸２の外周部には、前記カーボンリング９の一方の端面
９ａを前記シートリング８の一方の端面８ａに押圧させ
るようにカーボンリング９を付勢するスプリング７が配
置されている。さらに、前記シートリング８の端面に
は、同心円上に位置する複数のリング状の溝１０が形成
されている。

【００１３】このような構成において、回転軸２の回転
駆動時には、カーボンリング９が回転軸２と一体に回転
すると共に回転軸２の外周面がシートリング８の内周面
に回転自在に摺接する。さらに、スプリング７の付勢力
によってカーボンリング９の端面９ａがシートリング８
の端面８ａに押圧され、これらの端面８ａ，９ａ同士は
摺動自在に押圧されている。

【００１４】ここで、シートリング８の端面８ａには複
数のリング状の溝１０が形成されているため、ケーシン
グ１内の潤滑油はこれらの溝１０内に入り込んだ状態と
なっている。従って、端面８ａ，９ａ間の押圧力が大き
な値となるようにスプリング７の付勢力を設定しても、
これらの端面８ａ，９ａ間では、潤滑油の油膜切れが起
こらず、油膜切れによる焼付きの発生が防止される。ま
た、この溝１０が存在することにより、端面８ａ，９ａ
間の潤滑油の油膜の粘性抵抗が大幅に増大するというこ
とが防止され、これにより、カーボンリング９の端面９
ａにおけるブリスタの発生が防止される。

【００１５】そして、カーボンリング９の端面９ａにお
けるブリスタの発生が防止されることにより、カーボン
リング９をブリスタが発生しにくい材料で形成するとい
う制約がなくなり、カーボンリング９の材料の選択幅が
広くなると共に製造コストの低減化を図ることができ
る。

【００１６】また、端面８ａ，９ａ間の押圧力を大きく
しても端面８ａ，９ａ間における潤滑油の油膜切れや端
面９ａにおけるブリスタの発生を防止できるため、スプ
リング７の付勢力を大きくすると共に端面８ａ，９ａ間
の押圧力を大きくすることによってケーシング１外への
潤滑油の漏れ出し量を低減させることができる。特に、
スクリューコンプレッサ等のようにケーシング１内の圧
力が変化する装置では、ケーシング１内の圧力変化を考
慮することなく端面８ａ，９ａ間の押圧力を大きく設定
することが可能となり、ケーシング１外への潤滑油の漏
れ出し量の低減に大きく寄与することになる。さらに、
溝１０を端面８ａの略同心円上に形成しているため、こ
の溝１０内に入り込んだ潤滑油はラビリンス効果によっ
て軸心方向への移動が抑えられ、潤滑油の漏れ出しがよ
り一層低減される。

【００１７】なお、本実施例においては、シートリング
８の端面８ａに溝１０を形成したものを例に挙げて説明
したが、このような溝１０をシートリング８の端面８ａ
ではなくカーボンリング９の端面９ａに形成してもよ
い。

【００１８】また、溝１０の形状としては始端と終端と
が連続したリング状のものを例に挙げて説明したが、始
端と終端とが連続していない弧状の溝を略同心円上に形
成してもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、ケーシング内からの潤
滑油の漏れ出しを防止するメカニカルシールにおいて、
摺動自在に押圧される固定リングの端面と回転リングの
端面とのいずれか一方に略同心円上に位置する複数の溝
を形成したので、これらの溝内にはケーシング内の潤滑
油が入り込んだ状態となるため、回転リングの端面を固
定リングの端面に押圧させる押圧力を大きい値に設定し
てもこれらの端面間では潤滑油の油膜切れが起こらず、
潤滑油の油膜切れによる焼付きの発生を防止することが
でき、また、端面に溝を形成したために端面間の油膜の
粘性抵抗が大幅に増大するということが起こらず、端面
間の油膜の粘性抵抗が大幅に増大することによるブリス
タの発生を防止することができ、そして、ブリスタの発
生を防止できることにより固定リングや回転リングの材
料の選択幅を広げることができると共に製造コストの低
減を図ることができ、さらに、端面間の押圧力を大きい
値に設定できるために潤滑油の漏れ出し量を減少させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断正面図である。

【図２】シートリングを拡大して示すもので、（ａ）は
縦断正面図、（ｂ）は側面図である。

【図３】従来例を示す縦断正面図である。

【符号の説明】 １ ケーシング ２ 回転軸 ８ 固定リング ８ａ 端面 ９ 回転リング ９ａ 端面 １０ 溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングに固定されて回転軸が挿通さ
   れると共にこの回転軸の外周面が回転自在に摺接される
   固定リングと、前記ケーシング内に位置して前記回転軸
   の外周面に固定された回転リングとを有し、前記回転リ
   ングの一方の端面を前記固定リングの一方の端面に摺動
   自在に押圧させたメカニカルシールにおいて、摺動自在
   に押圧された前記回転リングの端面と前記固定リングの
   端面とのいずれか一方に略同心円上に位置する複数の溝
   を形成したことを特徴とするメカニカルシール。