(57)【要約】  シールガスの摺動面における径方向の流れを制御することにより、シールガスの低圧流体側へ流れる流量を低減させ、密封性を向上させる。  互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環２であり、他方の摺動部品は回転側密封環３であり、これらの密封環２、３は半径方向に形成された摺動面Ｓ２、Ｓ３をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、一対の摺動部品２、３の摺動面Ｓ２、Ｓ３には、シールガス供給通路に連通する静圧溝２２、及び、両摺動面の相対摺動によりシールガスの径方向の流れを低圧流体側から高圧流体側に向けた流れに制御可能のポンピング溝５が設けられることを特徴としている。
2017002774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の摺動面には、シールガス供給通路に連通する静圧溝、及び、両摺動面の相対摺動によりシールガスの径方向の流れを低圧流体側から高圧流体側に向けた流れに制御可能のポンピング溝が設けられることを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記ポンピング溝は、前記静圧溝よりも前記低圧流体側に位置し、上流側の端部が低圧流体側に連通するとともに下流側の端部が前記静圧溝とはランド部により隔離されるように配設されたスパイラル溝であることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記ポンピング溝は、前記静圧溝よりも前記低圧流体側に位置し、上流側の端部が低圧流体側とはランド部により隔離されるとともに下流側の端部が前記静圧溝と連通するように配設されたスパイラル溝であることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項４】
前記ポンピング溝は、前記静圧溝よりも前記高圧流体側に位置し、上流側の端部が前記静圧溝とはランド部により隔離されるとともに下流側の端部が前記高圧流体側と連通するように配設されたスパイラル溝であることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項５】
前記ポンピング溝は、前記静圧溝よりも前記高圧流体側に位置し、上流側の端部が前記静圧溝に連通するとともに下流側の端部が前記高圧流体側とはランド部により隔離されるように配設されたスパイラル溝であることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項６】
前記ポンピング溝は、前記静圧溝の前記低圧流体側に位置する低圧流体側ポンピング溝と前記静圧溝の前記高圧流体側に位置する高圧流体側ポンピング溝から構成され、前記低圧流体側ポンピング溝は上流側の端部が前記低圧流体側とはランド部により隔離されるとともに下流側の端部が前記静圧溝と連通するように配設されたスパイラル溝であり、前記高圧流体側ポンピング溝は上流側の端部が前記静圧溝に連通するとともに下流側の端部が前記高圧流体側とはランド部により隔離されるように配設されたスパイラル溝であることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機器の軸封等に用いられるシール装置に関し、詳しくは、摺動部品の摺動面にシールガスを供給するようにした非接触型の静圧シール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触型の静圧シール装置として、例えば、一対の摺動部品の相対摺動面間にシールガスを供給し、相対摺動面間が非接触状態でシールされるシール装置であって、高圧流体側と低圧流体側との間に配置されて一方の第１摺動面内に動圧発生溝を有する第１密封環と、第１摺動面と相対摺動する他方の第２摺動面を有する第２密封環と、第１密封環の第１摺動面又は第２密封環の第２摺動面に貫通するとともに流体供給源に連通可能なシールガス供給通路とを具備し、第１摺動面の動圧発生溝に高圧側の被密封流体が導入可能な導入通路を設けた発明が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。【０００３】
上記の特許文献１及び２に記載のシール装置の発明は、流体供給源よりシールガス供給通路を介して第１摺動面と第２摺動面との間にシールガスが供給されると、摺動面間に発生する静圧により１０数μｍの浮上隙間が形成されると共に、該隙間にシールガスのバリアが形成されることにより機内ガスを密封し、万一、事故等により流体供給源からのシールガスが摺動面間に供給されなくなった場合、高圧側の被密封流体を導入通路を介して第１摺動面の動圧発生溝に導き、該動圧発生溝により動圧を発生させ、摺動面間に隙間を生じさせ、摺動面間を非接触状態に保持するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２８３４号公報
【特許文献２】特開２００６−７７８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１及び２に記載の従来技術においては、摺動面にシールガス供給通路と動圧発生溝が設けられているのみなので、高圧流体側の圧力よりも高圧のシールガスは高圧流体側及び低圧流体側の双方に流れる。その際、低圧流体側にはより多くのシールガスが流れるため、高圧流体側の被密封流体が低圧流体側に漏洩しやすく、シール性が低下するという問題があった。【０００６】
本発明は、相対摺動する一対の摺動部品の摺動面に供給するシールガスの摺動面における径方向の流れを制御することにより、シールガスの低圧流体側へ流れる流量を低減させ、密封性を向上させることのできるシール装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明のシール装置は、第１に、互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の摺動面には、シールガス供給通路に連通する静圧溝、及び、両摺動面の相対摺動によりシールガスの径方向の流れを低圧流体側から高圧流体側に向けた流れに制御可能のポンピング溝が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。【０００８】
また、本発明のシール装置は、第２に、第１の特徴において、前記ポンピング溝は、前記静圧溝よりも前記低圧流体側に位置し、上流側の端部が低圧流体側に連通するとともに下流側の端部が前記静圧溝とはランド部により隔離されるように配設されたスパイラル溝であることを特徴としている。
この特徴によれば、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができるに加えて、スパイラル溝の下流側の端部のレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環の摺動面と回転側密封環の摺動面との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。【０００９】
また、本発明のシール装置は、第３に、第１の特徴において、ポンピング溝は、前記静圧溝よりも前記低圧流体側に位置し、上流側の端部が低圧流体側とはランド部により隔離されるとともに下流側の端部が前記静圧溝と連通するように配設されたスパイラル溝であることを特徴としている。
この特徴によれば、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。また、摺動面の内径近傍においてランド部が連続して存在するため、より一層、密封性を高めることができる。【００１０】
また、本発明のシール装置は、第４に、第１の特徴において、前記ポンピング溝は、前記静圧溝よりも前記高圧流体側に位置し、上流側の端部が前記静圧溝とはランド部により隔離されるとともに下流側の端部が前記高圧流体側と連通するように配設されたスパイラル溝であることを特徴としている。
この特徴によれば、静圧溝から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。【００１１】
また、本発明のシール装置は、第５に、第１の特徴において、前記ポンピング溝は、前記静圧溝よりも前記高圧流体側に位置し、上流側の端部が前記静圧溝に連通するとともに下流側の端部が前記高圧流体側とはランド部により隔離されるように配設されたスパイラル溝であることを特徴としている。
この特徴によれば、静圧溝から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
また、スパイラル溝の下流側の端部のレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環の摺動面と回転側密封環の摺動面との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。【００１２】
また、本発明のシール装置は、第６に、第１の特徴において、前記ポンピング溝は、前記静圧溝の前記低圧流体側に位置する低圧流体側ポンピング溝と前記静圧溝の前記高圧流体側に位置する高圧流体側ポンピング溝から構成され、前記低圧流体側ポンピング溝は上流側の端部が前記低圧流体側とはランド部により隔離されるとともに下流側の端部が前記静圧溝と連通するように配設されたスパイラル溝であり、前記高圧流体側ポンピング溝は上流側の端部が前記静圧溝に連通するとともに下流側の端部が前記高圧流体側とはランド部により隔離されるように配設されたスパイラル溝であることを特徴としている。
この特徴によれば、低圧流体側ポンピング溝を構成するスパイラル溝により静圧溝から供給されて低圧流体側に流れて漏れようとするシールガスを高圧流体側に押し戻すとともに、高圧流体側ポンピング溝を構成するスパイラル溝により摺動面の外周側の圧力が低下して静圧溝から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減されるため、被密封流体の漏れを、より一層、低減でき、密封性をさらに向上させることができる。
また、高圧流体側ポンピング溝を構成するスパイラル溝の下流側の端部のレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環の摺動面と回転側密封環の摺動面との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）一対の摺動部品の摺動面には、シールガス供給通路に連通する静圧溝、及び、両摺動面の相対摺動によりシールガスの径方向の流れを低圧流体側から高圧流体側に向けた流れに制御可能のポンピング溝が設けられることにより、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。【００１４】
（２）ポンピング溝は、静圧溝よりも低圧流体側に位置し、上流側の端部が低圧流体側に連通するとともに下流側の端部が静圧溝とはランド部により隔離されるように配設されたスパイラル溝であることにより、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができるに加えて、スパイラル溝の下流側の端部のレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環の摺動面と回転側密封環の摺動面との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。【００１５】
（３）ポンピング溝は、静圧溝よりも低圧流体側に位置し、上流側の端部が低圧流体側とはランド部により隔離されるとともに下流側の端部が静圧溝と連通するように配設されたスパイラル溝であることにより、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。また、摺動面の内径近傍においてランド部が連続して存在するため、より一層、密封性を高めることができる。【００１６】
（４）ポンピング溝は、静圧溝よりも高圧流体側に位置し、上流側の端部が静圧溝とはランド部により隔離されるとともに下流側の端部が高圧流体側と連通するように配設されたスパイラル溝であることにより、静圧溝から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。【００１７】
（５）ポンピング溝は、静圧溝よりも高圧流体側に位置し、上流側の端部が静圧溝に連通するとともに下流側の端部が高圧流体側とはランド部により隔離されるように配設されたスパイラル溝であることにより、静圧溝から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
また、スパイラル溝の下流側の端部のレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環の摺動面と回転側密封環の摺動面との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。【００１８】
（６）ポンピング溝は、静圧溝の低圧流体側に位置する低圧流体側ポンピング溝と静圧溝の高圧流体側に位置する高圧流体側ポンピング溝から構成され、低圧流体側ポンピング溝は上流側の端部が低圧流体側とはランド部により隔離されるとともに下流側の端部が静圧溝と連通するように配設されたスパイラル溝であり、高圧流体側ポンピング溝は上流側の端部が静圧溝に連通するとともに下流側の端部が高圧流体側とはランド部により隔離されるように配設されたスパイラル溝であることにより、低圧流体側ポンピング溝を構成するスパイラル溝により静圧溝から供給されて低圧流体側に流れて漏れようとするシールガスを高圧流体側に押し戻すとともに、高圧流体側ポンピング溝を構成するスパイラル溝により摺動面の外周側の圧力が低下して静圧溝から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減されるため、被密封流体の漏れを、より一層、低減でき、密封性をさらに向上させることができる。
また、高圧流体側ポンピング溝を構成するスパイラル溝の下流側の端部のレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環の摺動面と回転側密封環の摺動面との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１に係るシール装置の一例を示す上半分の縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るシール装置の回転側密封環の摺動面を示したものであって、固定側密封環の内径及び外径並びに摺動面に形成された静圧溝が２点鎖線で示されている。
【図３】（ａ）は本発明の実施例２に係るシール装置の回転側密封環の摺動面を示したものであって、固定側密封環の内径及び外径並びに摺動面に形成された静圧溝が２点鎖線で示されている。また、（ｂ）は摺動部分を示す縦断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施例３に係るシール装置の回転側密封環の摺動面を示したものであって、固定側密封環の内径及び外径並びに摺動面に形成された静圧溝が２点鎖線で示されている。また、（ｂ）は摺動部分を示す縦断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施例４に係るシール装置の回転側密封環の摺動面を示したものであって、固定側密封環の内径及び外径並びに摺動面に形成された静圧溝が２点鎖線で示されている。また、（ｂ）は摺動部分を示す縦断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の実施例５に係るシール装置の回転側密封環の摺動面を示したものであって、固定側密封環の内径及び外径並びに摺動面に形成された静圧溝が２点鎖線で示されている。また、（ｂ）は摺動部分を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。  
【実施例１】
【００２１】
図１及び図２を参照して、本発明の実施例１に係るシール装置について説明する。
なお、以下の実施例においては、シール装置を構成する摺動部品の外周側を被密封流体側（高圧流体側）、内周側を低圧流体側とするインサイド形シールについて説明するが、本発明はこれに限定されることなく、外周側が低圧流体側、内周側が被密封流体側（高圧流体側）とするアウトサイド形シールである場合も適用可能である。また、固定側密封環の摺動面に静圧溝が形成され、回転側密封環の摺動面にポンピング溝が形成される場合について説明するが、本発明はこれに限定されることなく、静圧溝及びポンピング溝は固定側密封環及び回転側密封環の少なくともいずれか一方に形成されればよい。【００２２】
図１において、シール装置１は回転軸５０とハウジング６０との間に取り付けられる。  ハウジング６０の段部状孔に断面Ｌ形のリング状の保持部４０が嵌着され、並列状の２個のＯリング６２によりシールされる。更に、この保持部４０の内周孔の周面には固定側密封環２が軸方向に移動自在に配設され、２個のＯリング３２によりシ−ルされる。また、固定側密封環２が内周孔から抜け出さないようにスナップリング４５が設けられる。
また、保持部４０の内周孔側に沿って等配に複数の穴４１が設けられ、この各穴４１には、ばね４２が配設される。そして、ばね４２により固定側密封環２を回転側密封環３側へ弾発的に押圧する。尚、図示は省略するが、固定側密封環２は保持環４０に回り止めピンにより係止されている。【００２３】
回転軸５０にはスリーブ４６がＯリング３３を介して固着されている。このスリーブ４６の段部に回転側密封環３が嵌着され、側周面に設けられるＯリング３１によりシールされる。また、回転側密封環３は、第１抑え部４７によりスリーブ４６の段部に固定される。さらに、スリーブ４６と第１抑え部４７は回転軸５０に第２抑え部４８を介して固定される。この第２抑え部４８は回転軸５０と互いに螺合してスリーブ４６と第１抑え部４７とを締め付け固定する。【００２４】
固定側密封環２及び回転側密封環３の材質は、耐摩耗性に優れた炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び自己潤滑性に優れたカーボンなどから選定されるが、例えば、両者がＳｉＣ、あるいは、いずれか一方がＳｉＣであって他方がカーボンの組合せが可能である。【００２５】
また、本例では、固定側密封環２の外径より回転側密封環３の外径が大きく、また、固定側密封環２の内径より回転側密封環３の内径が小さく設定されており、固定側密封環２の摺動面Ｓ２の幅より回転側密封環３の摺動面Ｓ３の幅が大きい。このため、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３とが実際に相対摺動する摺動面の幅は固定側密封環２の摺動面Ｓ２の幅となる。
以下において、実際に相対摺動する摺動面を「摺動面Ｓ」と呼ぶ。
なお、密封環２及び３の外径及び内径の相対的な大きさは上記と逆でもよい。【００２６】
ハウジング６０及び保持部４０には、それぞれ、互いに連通した連通路６１及び４３が設けられ、この連通路６１、４３は、固定側密封環２に設けられる略直角に曲げられたシールガス供給通路２１に連通される。また、ハウジング６０の連通路６１には図示省略のシールガス供給源に接続するシールガス供給配管が接続される。さらに、シールガス供給通路２１は、固定側密封環２の摺動面Ｓ２に形成される静圧溝２２に連通される。静圧溝２２は、断面形状が矩形で、摺動面Ｓの径方向の略中心に位置するようにして全周に連続して設けられる。
なお、静圧溝２２は、全周に連続的設けられる場合に限らず、複数の円弧状溝が均等長さで周方向に等間隔で配設されるものでもよい。
また、静圧溝２２の形成される位置は、摺動面Ｓの径方向の略中心の他、低圧流体側あるいは高圧流体側のいずれかに片寄って配置されてもよい。【００２７】
機内の被密封流体の圧力、すなわち、高圧流体側の圧力をＰ１、シール装置１より機外の低圧流体側の圧力をＰ２、シールガスの圧力をＰ３とすると、シールガスの圧力Ｐ３は、高圧流体側の圧力Ｐ１と同等か、それより高くされ、また、低圧流体側の圧力Ｐ２より高く設定される。
シールガスとしては、例えば、窒素ガスが採用される。【００２８】
このような構成においては、連通路６１、４３から供給されたシールガスは、シールガス供給通路２１を経て静圧溝２２に供給され、固定側密封環２と回転側密封環３との間の隙間を通り静圧溝２２から内周側および外周側へ向って流出するとともに、ばね４２の弾発力により、固定側密封環２が回転側密封環３に向けて押圧付勢される状態で回転軸５０が回転する。その結果、ばね４２による付勢力とシールガス噴出による押し退け圧力とがバランスし、両密封環２、３間の隙間が自動調整され、かつ、シールガスがシール潤滑膜となり、非接触型の静圧シール機能が発揮される。【００２９】
図２は、図１のシール装置の回転側密封環３の摺動面Ｓ３を実線で示したものであって、固定側密封環２の摺動面Ｓ２に形成された静圧溝２２、シールガス供給通路２１の開口部２１ａ、固定側密封環２の内径２ａ及び外径２ｂが２点鎖線で示されている。
図２に示すように、本例では、静圧溝２２は全周にわたって連続して形成された全周溝であり、静圧溝２２の任意の１個所にシールガス供給通路２１の開口部２１ａが連通され、開口部２１ａから供給されたシールガスは、静圧溝２２を介して相対摺動する摺動面Ｓの全周に供給され、内周側（低圧流体側）および外周側（高圧流体側）へ向って流出しようとする。【００３０】
回転側密封環３の摺動面Ｓ３には、両摺動面Ｓ２及びＳ３の相対摺動により静圧溝２２から供給されたシールガスの径方向の流れを低圧流体側から高圧流体側に向けた流れに制御するためのポンピング溝５が設けられている。【００３１】
図２において、相手側摺動面は矢印で示すように、反時計方向に回転するものとする。  ポンピング溝５は、静圧溝２２よりも径方向において低圧流体側に位置し、上流側の端部５ａが低圧流体側に連通するとともに下流側の端部５ｂが静圧溝２２とはランド部（摺動面の平滑部）Ｒにより隔離されるように配設され、相対摺動により、摺動面に存在するシールガスを低圧流体側から高圧流体側に押し戻すように傾斜されたスパイラル形状の溝である（以下、「スパイラル溝」という。）。【００３２】
図２では、ポンピング溝５を構成するスパイラル溝５１は、周方向に３６等配で設けられているが、これに限定されることなく、１以上であればよい。
また、スパイラル溝５１の幅、深さ、スパイラル角度及び長さは、摺動面の径、幅、相対摺動速度及びシールガスの性状を考慮して設計的に決められる。【００３３】
今、静圧溝２２からシールガスが供給され、回転軸５０が回転駆動されると、回転側密封環３が回転し、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３とが相対摺動する。この相対摺動により、スパイラル溝５１はスパイラル溝５１内に流入する流体を高圧流体側に運搬するように作用するため、静圧溝２２から供給されて低圧流体側に流れて漏れようとするシールガスを高圧流体側に押し戻す。このため、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
また、その際、スパイラル溝５１の下流側の端部５１ｂのレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３との間の隙間が広げられる。このため、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Ｓの静圧溝２２よりも高圧流体側には連続したランド部Ｒが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。【００３４】
以上説明した実施例１の構成によれば、以下のような効果を奏する。
（１）  互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環２であり、他方の摺動部品は回転側密封環３であり、これらの密封環２、３は半径方向に形成された摺動面Ｓ２、Ｓ３をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、一対の摺動部品２、３の摺動面Ｓ２、Ｓ３には、シールガス供給通路に連通する静圧溝２２、及び、両摺動面Ｓ２、Ｓ３の相対摺動によりシールガスの径方向の流れを低圧流体側から高圧流体側に向けた流れに制御可能のポンピング溝５が設けられることにより、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
（２）ポンピング溝５は、静圧溝２２よりも低圧流体側に位置し、上流側の端部５１ａが低圧流体側に連通するとともに下流側の端部５１ｂが静圧溝２２とはランド部Ｒにより隔離されるように配設されたスパイラル溝５１であることにより、スパイラル溝５１の下流側の端部５１ｂのレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
【実施例２】
【００３５】
図３を参照して、本発明の実施例２に係るシール装置について説明する。
実施例２に係るシール装置は、ポンピング溝５を構成するスパイラル溝の配設される位置が実施例１のシール装置と相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。【００３６】
図３において、ポンピング溝５を構成するスパイラル溝５２は、静圧溝２２よりも低圧流体側に位置し、上流側の端部５２ａが低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されるとともに下流側の端部５２ｂが静圧溝２２と連通するように配設されている。【００３７】
図３では、ポンピング溝５を構成するスパイラル溝５２は、周方向に３６等配で設けられているが、これに限定されることなく、１以上であればよい。
また、スパイラル溝５２の幅、深さ、スパイラル角度及び長さは、摺動面の径、幅、相対摺動速度及びシールガスの性状を考慮して設計的に決められる。【００３８】
今、静圧溝２２からシールガスが供給され、回転軸５０が回転駆動されると、回転側密封環３が回転し、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３とが相対摺動する。この相対摺動により、スパイラル溝５２はスパイラル溝５２内に流入する流体を高圧流体側に運搬するように作用するため、静圧溝２２から供給されて低圧流体側に流れて漏れようとするシールガスを高圧流体側に押し戻す。このため、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
また、その際、下流側の端部５２ｂではレイリーステップが形成されないことから動圧（正圧）が発生しない。このため、シールガスの供給量を実施例１の場合より多くする必要があるが、シールガスの存在に加えて、相対摺動する摺動面の内径近傍においてランド部Ｒが周方向に連続して存在するため、実施例１の場合よりも密封性は高い。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Ｓの静圧溝２２よりも高圧流体側には連続したランド部Ｒが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。【００３９】
以上説明した実施例２の構成によれば、以下のような効果を奏する。
ポンピング溝５は、静圧溝２２よりも低圧流体側に位置し、上流側の端部５２ａが低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されるとともに下流側の端部５２ｂが静圧溝２２と連通するように配設されたスパイラル溝５２であることにより、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。また、摺動面の内径近傍においてランド部Ｒが連続して存在するため、より一層、密封性を高めることができる。
【実施例３】
【００４０】
図４を参照して、本発明の実施例２に係るシール装置について説明する。
実施例３に係るシール装置は、ポンピング溝５を構成するスパイラル溝の配設される位置が実施例１のシール装置と相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。【００４１】
図４において、ポンピング溝５を構成するスパイラル溝５３は、静圧溝２２よりも高圧流体側に位置し、上流側の端部５３ａが静圧溝２２とはランド部Ｒにより隔離されるとともに下流側の端部５３ｂが高圧流体側と連通するように配設されている。【００４２】
図４では、ポンピング溝５を構成するスパイラル溝５３は、周方向に３６等配で設けられているが、これに限定されることなく、１以上であればよい。
スパイラル溝５３の幅、深さ、スパイラル角度及び長さは、摺動面の径、幅、相対摺動速度及びシールガスの性状を考慮して設計的に決められる。【００４３】
今、静圧溝２２からシールガスが供給され、回転軸５０が回転駆動されると、回転側密封環３が回転し、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３とが相対摺動する。この相対摺動により、スパイラル溝５３はスパイラル溝５３内に流入する流体を高圧流体側に運搬するように作用するため、スパイラル溝５３の配設された摺動面Ｓ２，Ｓ３の外周側の圧力は低下する。このため、静圧溝２２から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
また、その際、スパイラル溝５３の下流側の端部５３ｂにおいてはレイリーステップが形成されないことから動圧（正圧）が発生しない。このため、シールガスの供給量を実施例１の場合より多くする必要があるが、シールガスの存在に加えて、相対摺動する摺動面の内径側においてランド部Ｒが周方向に連続して存在するため、実施例１の場合よりも密封性は高い。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Ｓの静圧溝２２よりも低圧流体側には連続したランド部Ｒが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。【００４４】
以上説明した実施例３の構成によれば、以下のような効果を奏する。
ポンピング溝５は、静圧溝２２よりも高圧流体側に位置し、上流側の端部５３ａが静圧溝２２とはランド部Ｒにより隔離されるとともに下流側の端部５３ｂが高圧流体側と連通するように配設されたスパイラル溝５２であることにより、静圧溝２２から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Ｓの静圧溝２２よりも低圧流体側には連続したランド部Ｒが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。
【実施例４】
【００４５】
図５を参照して、本発明の実施例４に係るシール装置について説明する。
実施例４に係るシール装置は、ポンピング溝５を構成するスパイラル溝の配設される位置が実施例１のシール装置と相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。【００４６】
図５において、ポンピング溝５を構成するスパイラル溝５４は、静圧溝２２よりも高圧流体側に位置し、上流側の端部５４ａが静圧溝２２に連通するとともに下流側の端部５４ｂが高圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されるように配設されている。【００４７】
図５では、ポンピング溝５を構成するスパイラル溝５４は、周方向に３６等配で設けられているが、これに限定されることなく、１以上であればよい。
また、スパイラル溝５４の幅、深さ、スパイラル角度及び長さは、摺動面の径、幅、相対摺動速度及びシールガスの性状を考慮して設計的に決められる。【００４８】
今、静圧溝２２からシールガスが供給され、回転軸５０が回転駆動されると、回転側密封環３が回転し、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３とが相対摺動する。この相対摺動により、スパイラル溝５４はスパイラル溝５４内に流入する流体を高圧流体側に運搬するように作用するため、スパイラル溝５４の配設された摺動面Ｓ２，Ｓ３の外周側の圧力は低下する。このため、静圧溝２２から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
また、相対摺動する摺動面の内径側においてランド部Ｒが周方向に連続して存在するため、実施例１の場合よりも密封性は高い。
さらに、その際、スパイラル溝５４の下流側の端部５４ｂのレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３との間の隙間が広げられる。このため、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Ｓの静圧溝２２よりも低圧流体側には連続したランド部Ｒが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。【００４９】
以上説明した実施例４の構成によれば、以下のような効果を奏する。
（１）ポンピング溝５は、静圧溝２２よりも高圧流体側に位置し、上流側の端部５４ａが静圧溝２２に連通するとともに下流側の端部５４ｂが前記高圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されるように配設されたスパイラル溝５４であることにより、静圧溝２２から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。また、相対摺動する摺動面の内径側においてランド部Ｒが周方向に連続して存在するため、実施例１の場合よりも密封性は高い。
（２）スパイラル溝５４の下流側の端部５４ｂのレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
【実施例５】
【００５０】
図６を参照して、本発明の実施例５に係るシール装置について説明する。
実施例５に係るシール装置は、ポンピング溝５が低圧流体側ポンピング溝と高圧流体側ポンピング溝から構成される点で実施例１のシール装置と相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。【００５１】
図６において、ポンピング溝５は、静圧溝２２の低圧流体側に位置する低圧流体側ポンピング溝５Ａと静圧溝２２の高圧流体側に位置する高圧流体側ポンピング溝５Ｂから構成され、低圧流体側ポンピング溝５Ａを構成するスパイラル溝５５は上流側の端部５５ａが低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されるとともに下流側の端部５５ｂが静圧溝２２と連通するように配設され、高圧流体側ポンピング溝５Ｂを構成するスパイラル溝５６は上流側の端部５６ａが静圧溝２２に連通するとともに下流側の端部５６ｂが高圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されるように配設されている。【００５２】
図６では、低圧流体側ポンピング溝５Ａ及び高圧流体側ポンピング溝５Ｂをそれぞれ構成するスパイラル溝５５及び５６は、周方向に３６等配で設けられているが、これに限定されることなく、１以上であればよい。
また、スパイラル溝５５及び５６の幅、深さ、スパイラル角度及び長さは、摺動面の径、幅、相対摺動速度及びシールガスの性状を考慮して設計的に決められる。【００５３】
今、静圧溝２２からシールガスが供給され、回転軸５０が回転駆動されると、回転側密封環３が回転し、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３とが相対摺動する。この相対摺動により、低圧流体側ポンピング溝５Ａ構成するスパイラル溝５５は
スパイラル溝５５内に流入する流体を高圧流体側に運搬するように作用するため、静圧溝２２から供給されて低圧流体側に流れて漏れようとするシールガスを高圧流体側に押し戻す。このため、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
また、同時に、高圧流体側ポンピング溝５Ｂを構成するスパイラル溝５６はスパイラル溝５６内に流入する流体を高圧流体側に運搬するように作用するため、スパイラル溝５６の配設された摺動面Ｓ２，Ｓ３の外周側の圧力は低下する。このため、静圧溝２２から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
また、その際、スパイラル溝５６の下流側の端部５６ｂのレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３との間の隙間が広げられる。このため、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Ｓの内径の近傍及び外径の近傍には連続したランド部Ｒが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。【００５４】
以上説明した実施例５の構成によれば、以下のような効果を奏する。
（１）ポンピング溝５は、静圧溝２２の低圧流体側に位置する低圧流体側ポンピング溝５Ａと静圧溝２２の高圧流体側に位置する高圧流体側ポンピング溝５Ｂから構成され、低圧流体側ポンピング溝５Ａは上流側の端部５５ａが低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されるとともに下流側の端部５５ｂが静圧溝２２と連通するように配設されたスパイラル溝５５であり記高圧流体側ポンピング溝５Ｂは上流側の端部５６ａが静圧溝２２に連通するとともに下流側の端部５６ｂが高圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されるように配設されたスパイラル溝５６であることにより、スパイラル溝５５により静圧溝２２から供給されて低圧流体側に流れて漏れようとするシールガスを高圧流体側に押し戻すとともに、スパイラル溝５６により摺動面Ｓの外周側の圧力が低下して静圧溝２２から外周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ内周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減されるため、被密封流体の漏れを、より一層、低減でき、密封性をさらに向上させることができる。
（２）スパイラル溝５６の下流側の端部５６ｂのレイリーステップにおいて動圧（正圧）が発生されるため、固定側密封環２の摺動面Ｓ２と回転側密封環３の摺動面Ｓ３との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。【００５５】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。【００５６】
例えば、前記実施例では、摺動部品の外周側が被密封流体側（高圧流体側）、内周側を低圧流体側（例えば、大気側）であるインサイド形として説明したが、本発明はこれに限定されることなく、外周側が低圧流体側（例えば、大気側）、内周側が被密封流体側（高圧流体側）であるアウトサイド形である場合も適用可能である。【００５７】
また、例えば、前記実施例では、固定側密封環２に静圧溝２２が形成され、回転側密封環３にポンピング溝５が形成される場合について説明したが、これに限定されることなく、固定側密封環２にポンピング溝５が形成され、回転側密封環３に静圧溝２２が形成されてもよく、また、いずれか一方の密封環に静圧溝２２及びポンピング溝５が形成されてもよい。【００５８】
また、例えば、前記実施例では、静圧溝２２の形成される位置は、摺動面Ｓの径方向の略中心である場合について説明したが、これに限定されることなく、静圧溝２２の径方向の位置は低圧流体側あるいは高圧流体側のいずれかに片寄って配置されてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１                     シール装置
２                     固定側密封環
２ａ                   内径
２ｂ                   外径
３                     回転側密封環
５                     ポンピング溝
５１、５２、５３、５４、５５、５６    スパイラル溝
５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａ   スパイラル溝の上流側端部
５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂ   スパイラル溝の下流側端部
２１                    シールガス供給通路
２１ａ                  開口部
２２                    静圧溝
３１、３２、３３        Ｏリング
４０                    保持部
４１                    穴
４２                    ばね
４３、６１              連通路
４５                    スナップリング
４６                    スリーブ
４７                    第１抑え部
４８                    第２抑え部
５０                    回転軸
６０                    ハウジング
６２                    Ｏリング
Ｓ２                    固定側密封環の摺動面
Ｓ３                    回転側密封環の摺動面
Ｓ                     相対摺動面
Ｒ                     ランド部（平滑部）
【図１】
2017002774.tif 000003
【図２】
2017002774.tif 000004
【図３】
2017002774.tif 000005
【図４】
2017002774.tif 000006
【図５】
2017002774.tif 000007
【図６】
2017002774.tif 000008
【国際調査報告】
2017002774.tif 000009
2017002774.tif 000010