JPH10299905A - フローティングリングシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フローティングリングシールと軸体との接触
が起こりにくく、しいては高圧流体の低圧側への漏洩量
の増加や、機器の運転停止を防止できるようにする。 【解決手段】 フローティングリングシールにおける係
止リングと接触する低圧側面部１ｄに、高圧流体を導く
圧力バランス溝１２を設け、その圧力バランス溝１２
を、低圧側側面部１ｄに設けられた少なくとも１本の円
周溝１ｈと、その円周溝１ｈから外周面方向に延びて円
周溝１ｈに高圧流体を導く複数本の直線溝１ｇとから構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超大型震動台等に
用いられる各種流体機器において水や油などの高圧流体
が機外へ流出することを防ぐための漏洩防止装置として
用いて好適なフローティングリングシール構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のフローティングリングシー
ル構造を第１従来例として模式的に示す断面図である。
この図４において、ケーシング０５内には高圧流体０１
０（圧力Ｐ１）が存在しており、このケーシング０５
と、ケーシング０５を貫通するように配設され軸方向に
沿って回転または往復運動をする軸０４との間に、ケー
シング０５側と一体となるように係止リング０３が配設
され、この係止リング０３によって、高圧側流体０１０
（圧力Ｐ１）と機外０１１（圧力Ｐ０、機外が大気の場
合にはＰ０＝０）とが区画されている。又、係止リング
０３と軸０４との間には、フローティングリングシール
０１が、その低圧側側面０１ｄを係止リング０３の高圧
側側面０３ａに当接させた状態で、その内周面０１ａと
軸０４との間に僅かな隙間Ｃを有するようにして遊嵌さ
れている。

【０００３】なお、図４中の符号０１ｂはフローティン
グリングシール０１の高圧側側面を示す。このような構
成により、フローティングリングシール０１の、内周面
０１ａと、運動する軸０４との間に形成される隙間Ｃを
小さく設定することにより、高圧流体０１０の、機外０
１１への漏洩量を低減させることができる。なお、通常
隙間Ｃの大きさは、例えば、軸の直径が５００ｍｍ程度
のとき約０．２ｍｍ程度に設定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のフローティングリングシール構造には、高圧
流体０１０がフローティングリングシール０１を係止リ
ング０３に押しつける力が大きくなり過ぎた場合に、フ
ローティングリングシール０１が変形し易く、そのため
フローティングリングシール０１が軸０４に接触して損
傷を起こし、この損傷が軽微な場合には高圧流体０１０
の漏洩量が増加し、更に、この損傷が大きな場合には機
器の運転が停止に至るおそれもあり、以下にその詳細を
示す。

【０００５】図５は上述の第１従来例で示したフローテ
ィングリングシールの端面に作用する圧力を説明するた
めの断面図であるが、図５（ａ）に示すように、側面の
半径方向の厚さｔのフローティングリングシール０１で
は、高圧側側面０１ｂには全面に均等に高圧側流体圧力
Ｐ１が作用し、低圧側側面０１ｄには外周側では圧力Ｐ
１、内周側では圧力ゼロとなる圧力勾配が発生する。従
って、両者を合成すると、フローティングリングシール
０１は、図５（ｂ）に示すような圧力で係止リング０３
に押し付けられていることになる。

【０００６】さて、フローティングリングシール０１の
内周面０１ａと、運動する軸０４との間に形成される隙
間Ｃが周方向で不均一となった場合は、隙間の小さい部
分に高い圧力が発生して隙間を大きくしようとする自動
調心作用が働き、隙間Ｃは均一に保持されるのである
が、高圧流体０１０の圧力が高く、フローティングリン
グシール０１を係止リング０３に押し付けられる力が大
き過ぎる場合には、低圧側側面０１ｄと係止リング０３
との間に作用する摩擦力が大きくなるために、この摩擦
力によって自動調心作用は妨げられ、隙間Ｃの狭い部分
は回復されず、フローティングリングシール０１の内周
面０１ａと、運動する軸０４とが接触して、損傷を起こ
すことになる。この損傷が軽微な場合には高圧流体０１
０の漏洩量が増加し、更に、この損傷が大きな場合には
機器の運転が停止に至ることも考えられる。

【０００７】上記の課題に対する対策として従来用いら
れている方法を、図６と図７にフローティングリングシ
ール構造の第２従来例として模式的に示す。図６はフロ
ーティングリングシールの端面に作用する力を説明する
ための断面図であり、図７はフローティングリングシー
ルの内周面及び外周面に作用する力を説明するための模
式的な断面図である。

【０００８】フローティングリングシール０２は、図６
（ａ），（ｂ）及び図７に示すように、側面の半径方向
の厚さｔのうち低圧側側面０２ｄを外周面０２ｃから半
径方向に向かって長さｔ′の範囲で全周にわたって切り
欠いてあり（符号０２ｅ参照）、高圧流体０１０が、フ
ローティングリングシール０２の低圧側側面０２ｄと係
止リング０３の高圧側側面０３ａとの間隙に入り込める
ようにしたものである。この種のフローティングリング
シール０２の使用により、フローティングリングシール
０２を係止リング０３へ押し付ける、押付力Ｐ１は、周
方向単位幅当り１／２×Ｐ１×（ｔ−ｔ′）となり、こ
れによりフローティングリングシール０２を係止リング
０３に押し付ける力の低減が可能となる。

【０００９】ところが、図７に示すように、フローティ
ングリングシール０２の外周面０２ｃに作用する油圧
（圧力）分布と内周面０２ａに作用する油圧（圧力）分
布との不均衡状態により、フローティングリングシール
０２の形状が、内周面０２ａと軸０４との間に形成され
る隙間Ｃにおいて、低圧側の方の隙間が小さくなるよう
な姿勢に変形する。更に、このように切り欠きを設けた
フローティングリングシール０２は、本来ならばフロー
ティングリングシール０２の変形時に係止リング０３に
接して支点となるべき外周面の低圧側の辺０２ｅが切り
欠かれているため、係止リング０３を支持できない。従
って、フローティングリングシール０２の変形は更に進
行し、隙間Ｃにおいて低圧側の隙間がさらに小さくなる
ため、遂には、フローティングリングシール０２の内周
面０２ａと運動する軸０４とが接触して損傷を起こす可
能性があり、前述のように、この損傷が軽微な場合には
高圧流体０１０の漏洩量が増加し、更に、この損傷が大
きな場合には機器の運転が停止に至ることも考られるの
である。

【００１０】なお、図６，図７において、図４，図５と
同じ符号はほぼ同様の部分を示している。本発明は、こ
のような課題に鑑み創案されたもので、フローティング
リングシールを係止リングに押し付ける力の低減をはか
りつつ、且つ、フローティングリングシールの変形を助
長することのないような工夫を施すことにより、高圧流
体がフローティングリングシールを係止リングへ押し付
ける力が強くなり過ぎた場合でも、フローティングリン
グシールが変形しにくく、それによってフローティング
リングシールと軸体との接触が起こりにくく、しいては
高圧流体の低圧側への漏洩量の増加や、機器の運転停止
を防止できるようにした、フローティングリングシール
構造を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明のフローティングリングシール構造は、ケーシ
ングを貫通するように配設された軸体にわずかな隙間を
有して遊嵌されたフローティングリングシールと、該ケ
ーシング側と一体となり該フローティングリングシール
の低圧側側面と接して該フローティングリングシールを
係止する係止リングとからなり、該フローティングリン
グシールの外周面に高圧側雰囲気の高圧がかかって上記
のフローティングリングシールと軸体との隙間から高圧
流体が機外へ漏洩するのを防ぐフローティングリングシ
ール構造において、該フローティングリングシールにお
ける該係止リングと接触する低圧側面部に、高圧流体を
導く圧力バランス溝が設けられ、該圧力バランス溝が、
低圧側側面部に設けられた少なくとも１本の円周溝と、
該円周溝から外周面方向に延びて円周溝に高圧流体を導
く複数本の直線溝とから構成されていることを特徴とし
ている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施形態としてのフローティングリングシール構造に
ついて説明すると、図１〜図３は本発明の一実施形態と
してのフローティングリングシール構造を示すもので、
図１はその模式的断面図、図２はそのフローティングリ
ングシールの低圧側端面を部分的に示す図、図３はその
フローティングリングシールの端面に作用する力を説明
する断面図である。

【００１３】さて、本実施形態にかかるフローティング
リングシール構造では、図１に示すように、高圧流体１
０（圧力Ｐ１）を内蔵するケーシング５と、このケーシ
ング５を貫通するように配設され軸方向に沿って回転ま
たは往復運動をする軸（軸体）４との間に、ケーシング
５側と一体となるように係止リング３が配設されてお
り、この係止リング３によって、高圧流体１０（圧力Ｐ
１）と機外１１（圧力Ｐ０、機外が大気の場合にはＰ０
＝０）とが区画されている。又、係止リング３と軸４と
の間には、フローティングリングシール１が、その低圧
側側面１ｄと係止リング３の高圧側側面３ａとを当接さ
せながら、その内周面１ａと軸４との間に僅かな隙間Ｃ
を有するようにして遊嵌されている。なお、これらの構
成は図４に示す従来例とほぼ同様である。

【００１４】ところで、このフローティングリングシー
ル１の、係止リング３と接触する低圧側側面１ｄには、
図２に示すように、係止リング３の高圧側側面３ａとフ
ローティングリングシール１の低圧側側面１ｄとの間に
高圧流体１０を導くために、圧力バランス溝１２が形成
されており、この圧力バランス溝１２は、円周溝１ｈ
と、この円周溝１ｈとフローティングリングシール１の
外周面１ｃとを連結する複数本の直線溝１ｇとによって
構成されている。そして、フローティングリングシール
１は、低圧側側面１ｄからこれらの圧力バランス溝１２
を除いた部分であるランド部１ｋにおいて係止リング３
の高圧側側面３ａに当接するようになっている。なお、
これらの圧力バランス溝１２の深さは、深過ぎるとシー
ルの強度が低下し、又、浅過ぎると流体の浸透が悪くな
るため、適度の深さに設定されるが、例えば軸の直径が
５００ｍｍ程度の場合では、溝の深さは０．５〜１．０
ｍｍ程度が適当である。又、直線溝１ｇの本数は、シー
ルサイズにより異なるが、周方向３００ｍｍ毎に１本程
度が適当である。

【００１５】なお、図２中においてｔ″は、フローティ
ングリングシール１の外周面１ｃから円周溝１ｈの円周
側端部までの長さであり、従来例に示した切欠き部の長
さｔ′とほぼ等しい値であるが、このｔ″は、これに限
定されるものではなく、ｔ′の値と違ってもよい。上述
の構成により、図３（ａ）に示すように、半径方向の厚
さがｔの側面において、フローティングリングシール１
の高圧側側面１ｂには全面に均等に高圧側流体１０の圧
力Ｐ１が作用する一方、フローティングリングシール１
の低圧側側面１ｄには、フローティングリングシール１
の外周面１ｃから半径方向に向かってｔ″までの区間に
は均等に高圧流体１０の圧力Ｐ１が作用し、残りのｔ″
からｔまでの区間には、係止リング３の高圧側側面３ａ
からの反力が発生するのであるが、その係止リング３の
高圧側側面３ａからの反力は、フローティングリングシ
ール１の外周面１ｃから半径方向に向かってｔ″の位置
では圧力Ｐ１で、フローティングリングシール１の内周
面１ａ側では圧力ゼロとなるような圧力勾配となる。従
って、フローティングリングシール１の両側面に作用す
る圧力を合成すると、図３（ｂ）に示すように、フロー
ティングリングシール１の高圧側側面１ｂに対して、内
周面１ａから（ｔ−ｔ″）の区間に対してのみ、フロー
ティングリングシール１の内周面１ａ側で圧力Ｐ１であ
り内周面１ａから（ｔ−ｔ″）の位置で圧力ゼロとなる
ような圧力勾配を持った力が作用することになる。

【００１６】フローティングリングシール１は、上述の
ような圧力により係止リング３に押し付けられており、
圧力バランス溝１２を形成しない場合に作用する周方向
単位幅当り圧力１／２×Ｐ１×ｔと比較すると、圧力１
／２×Ｐ１×ｔ″だけ低減でき、この圧力はｔ″の値を
変えることにより調整が可能である。従って、ｔ″の値
を大きくすることにより、フローティングリングシール
１を係止リング３に押しつける力を小さくすることがで
き、その結果フローティングリングシール１の低圧側側
面１ｄと係止リング３との間に作用する摩擦力を小さく
することができる。

【００１７】このように、本発明の一実施形態としての
フローティングリングシール構造によれば、従来と同様
にフローティングリングシール１の低圧側側面１ｄと係
止リング３の高圧側側面３ａとの間に、圧力バランス溝
１２により高圧流体１０が導かれるため、フローティン
グリングシール１の高圧側側面１ｄに作用する力に対し
て、フローティングリングシール１の低圧側側面１ｄに
これを押し返す力が作用する。この力により、フローテ
ィングリングシール１の低圧側側面１ｄが係止リング３
の高圧側側面３ａに押し付けられる力が小さくなるた
め、フローティングリングシール１の低圧側側面１ｄと
係止リング３の高圧側側面３ａとの間に作用する摩擦力
は小さくなる。これにより、フローティングリングシー
ル１の内周面１ａと軸４との間に形成される隙間が周方
向で不均一となった場合に作用する、隙間が小さい部分
に高い圧力を付加して隙間を大きくしようとする自動調
心作用が、この摩擦力によって妨げられることなく十分
に発揮されるので、フローティングリングシール１の内
周面１ａと、運動する軸４との間隙が均一に保たれる。
その結果、フローティングリングシール１の内周面１ａ
と、運動する軸４との接触により発生するフローティン
グリングシール１の損傷が防止でき、高圧流体の低圧側
への漏洩量の増加や機器の運転停止を防止することがで
きるほか、更に、フローティングリングシール１の外周
面１ｃに作用する圧力分布と、フローティングリングシ
ール１の内周面１ａに作用する圧力分布との不均衡状態
により、フローティングリングシール１の形状が、フロ
ーティングリングシール１の内周面１ａと軸４との間に
形成される隙間Ｃにおいて、その隙間Ｃの低圧側が小さ
くなるような姿勢に変形しようとする場合にも、フロー
ティングリングシール１の低圧側側面のランド部１ｋが
係止リング３と当接してフローティングリングシール１
を支持することにより、フローティングリングシール１
の姿勢の変形を抑止する。この結果、フローティングリ
ングシール１の内周面１ａと、運動する軸４との間に形
成される隙間Ｃは一定の間隙を維持することができ、こ
の観点からも、フローティングリングシール１の内周面
１ａと、運動する軸４との接触により発生するフローテ
ィングリングシールの損傷を防止し、高圧流体１０の低
圧側への漏洩量の増加や機器の運転停止を防止すること
ができるのである。

【００１８】なお、上記実施形態では、圧力バランス溝
１２の形状は、１本の円周溝１ｈと、複数本の直線溝１
ｇとによって構成されているが、本発明は、これに限定
されるものではなく、本発明とその趣旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施することが可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のフローテ
ィングリングシール構造によれば、フローティングリン
グシールと軸体との間に形成される隙間を小さく設定す
ることにより、高圧側流体の、低圧側への漏洩量を低減
させることができるほか、フローティングリングシール
における、係止リングと接触する低圧側面に、少なくと
も一本の円周溝とこの円周溝から外周面方向に延びる複
数本の直線溝とで構成され、高圧流体を導く圧力バラン
ス溝を設けることにより、フローティングリングシール
の内周面と軸体との間に形成される隙間を均一に保とう
とする自動調心作用を十分に発揮させ、更に、フローテ
ィングリングシールの変形をも抑止するので、フローテ
ィングリングシールの内周面と軸体との間隙を一定に保
ち、フローティングリングシールの内周面と運動する軸
とが接触することによって発生するフローティングリン
グシールの損傷を防止し、高圧流体の低圧側への漏洩量
の増加や機器の運転停止を防止できるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのフローティングリ
ングシール構造の模式的断面図である。

【図２】本発明の一実施形態としてのフローティングリ
ングシール構造におけるフローティングリングシールの
低圧側端面を部分的に示す図である。

【図３】（ａ），（ｂ）はいずれも、本発明の一実施形
態としてのフローティングリングシール構造におけるフ
ローティングリングシールの端面に作用する力を説明す
るための断面図である。

【図４】第１従来例としてのフローティングリングシー
ル構造におけるフローティングリングシールの端面に作
用する力を説明するための模式的な断面図である。

【図５】（ａ），（ｂ）はいずれも、第１従来例として
のフローティングリングシール構造におけるフローティ
ングリングシールの端面に作用する力を説明するための
断面図である。

【図６】（ａ），（ｂ）はいずれも、第２従来例として
のフローティングリングシール構造におけるフローティ
ングリングシールの端面に作用する力を説明するための
断面図である。

【図７】第２従来例としてのフローティングリングシー
ル構造におけるフローティングリングシールの内周面及
び外周面に作用する力を説明するための模式的な断面図
である。

【符号の説明】

１ フローティングリングシール １ａ フローティングリングシール内周面 １ｂ フローティングリングシール高圧側端面 １ｃ フローティングリングシール外周面 １ｄ フローティングリングシール低圧側端面のランド
部 １ｇ 直線溝 １ｈ 円周溝 １ｋ ランド部 ３ 係止リング ４ 軸 ５ ケーシング １０ 高圧流体 １１ 大気 １２ 圧力バランス溝

【手続補正書】

【提出日】平成９年９月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】ところが、図７に示すように、フローティ
ングリングシール０２の外周面０２ｃに作用する油圧
（圧力）分布と内周面０２ａに作用する油圧（圧力）分
布との不均衡状態により、フローティングリングシール
０２の形状が、内周面０２ａと軸０４との間に形成され
る隙間Ｃにおいて、低圧側の方の隙間が小さくなるよう
な姿勢に変形する。更に、本来ならばフローティングリ
ングシール０２の変形時に係止リング０３に接して支点
となるべき外周面の低圧側の辺０２ｅが切り欠かれてい
るため、このように切り欠きを設けたフローティングリ
ングシール０２を、係止リング０３により支持すること
ができない。従って、フローティングリングシール０２
の変形は更に進行し、隙間Ｃにおいて低圧側の隙間がさ
らに小さくなるため、遂には、フローティングリングシ
ール０２の内周面０２ａと運動する軸０４とが接触して
損傷を起こす可能性があり、前述のように、この損傷が
軽微な場合には高圧流体０１０の漏洩量が増加し、更
に、この損傷が大きな場合には機器の運転が停止に至る
ことも考られるのである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシングを貫通するように配設された軸
   体にわずかな隙間を有して遊嵌されたフローティングリ
   ングシールと、該ケーシング側と一体となり該フローテ
   ィングリングシールの低圧側側面と接して該フローティ
   ングリングシールを係止する係止リングとからなり、該
   フローティングリングシールの外周面に高圧側雰囲気の
   高圧がかかって上記のフローティングリングシールと軸
   体との隙間から高圧流体が機外へ漏洩するのを防ぐフロ
   ーティングリングシール構造において、 該フローティングリングシールにおける該係止リングと
   接触する低圧側面部に、高圧流体を導く圧力バランス溝
   が設けられ、該圧力バランス溝が、低圧側側面部に設け
   られた少なくとも１本の円周溝と、該円周溝から外周面
   方向に延びて円周溝に高圧流体を導く複数本の直線溝と
   から構成されていることを特徴とする、フローティング
   リングシール構造。