(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステーターに対してローターが相対回転する回転機器に備えられるすきま型回転メカニカルシールにおいて、
前記ローターに設けられた回転部材が有する第１のシール面と、前記ステーターに設けられた固定側部材が有する第２のシール面と、が互いに対向する構成を有し、
前記第１のシール面と前記第２のシール面とは、それぞれ、互いが接触したときの真実接触面積を大きくする加工であるラップ加工が施されたものであり、
前記第１のシール面および前記第２のシール面には、その一方に他方の側を向いて開口した穴をなすカップ部が設けられ、
前記カップ部には、当該カップ部の穴の中に流体を供給することで、前記カップ部の穴内における流体圧をより大きくすることを実現させる流体供給路である第１の流路が接続され、
さらに、前記第１の流路内の流体をコントロールし、もって前記流体圧を調整する調整装置を備えている、
すきま型回転メカニカルシール。
【請求項２】
請求項１に記載されたすきま型回転メカニカルシールであって、
前記第１の流路に流体を供給する流体供給部と、
前記第１の流路内の流体を排出する流体排出部として機能する流量調整弁と、
を備え、
前記調整装置は、前記流量調整弁の開閉制御が可能なものであり、さらに、前記流体供給部が前記第１の流路内に供給する流体の量と、前記流量調整弁が前記第１の流路内から排出する流体の量と、の大小関係をコントロールし、もって前記第１の流路内の流体の圧力を調整する、
すきま型回転メカニカルシール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されたすきま型回転メカニカルシールであって、
前記回転機器の使用状態における、前記回転部材および前記固定側部材の実態温度が所定の温度範囲内にあり、
前記回転部材および前記固定側部材は、その実態温度が前記温度範囲内にあるときに、互いが接触したときの摩擦係数が温度上昇とともに大きくなる性質を有する物質によって構成され、
さらに、前記回転部材および前記固定側部材の実態温度を流体によって低下させる流体冷却手段を備えている、
すきま型回転メカニカルシール。
【請求項４】
請求項３に記載されたすきま型回転メカニカルシールであって、
前記流体冷却手段は、
前記ステーターと前記ローターとの間のすきまに設定される、前記第１の流路とは別の流路である第２の流路と、
前記第２の流路に付設されて、当該第２の流路内に流体の流れを発生させる流れ発生手段と、
を備え、
前記第１のシール面と前記第２のシール面とが互いに対向する対向部分は、その少なくとも一部が前記第２の流路に面している、
すきま型回転メカニカルシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステーターに対してローターが相対回転する回転機器に備えられるすきま型回転メカニカルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
「すきま型回転メカニカルシール」とは、ローター側の回転部材およびステーター側の固定側部材が有するシール面を、流体を介して互いに対向させ、この流体の圧力作用によって各シール面間の距離を所定の距離範囲内にとどめて漏れ止めをするメカニカルシールのことをいう。このすきま型回転メカニカルシールには、その作動中においてシール面同士の接触がなく、他の種類のメカニカルシールと比べて摩擦が少ないというメリットがある。ここで、すきま型回転メカニカルシールにおいては、シール面にこのシール面を横切る溝となるものがあると漏れが生じるという技術思想があり、シール面を完全に平滑な状態となるようにラップ加工されたものにする技術が公知であった（例えば下記の特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３４９９６５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示された従来の技術においては、すきま型回転メカニカルシールは、漏れ止めをするための流体の圧力作用を、回転部材と一体に回転するうずまき溝が流体を各シール面間に送り込む作用によって確保する。このため、上記従来の技術には、漏れ止めをするための流体の圧力作用を調整するために、回転部材の回転速度を変更しなければならないという問題が生じていた。
【０００５】
本発明は、すきま型回転メカニカルシールにおいて、シール面間の漏れ止めをするための流体の圧力作用の調整を、回転部材の回転速度の変更によらず行うことを可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における１つの特徴によると、ステーターに対してローターが相対回転する回転機器に備えられるすきま型回転メカニカルシールが提供される。このすきま型回転メカニカルシールは、ローターに設けられた回転部材が有する第１のシール面と、ステーターに設けられた固定側部材が有する第２のシール面と、が互いに対向する構成を有する。第１のシール面と第２のシール面とは、それぞれ、互いが接触したときの真実接触面積を大きくする加工であるラップ加工が施されたものである。また、第１のシール面および第２のシール面には、その一方に他方の側を向いて開口した穴をなすカップ部が設けられている。このカップ部には、このカップ部の穴の中に流体を供給することで、カップ部の穴内における流体圧をより大きくすることを実現させる流体供給路である第１の流路が接続されている。さらに、すきま型回転メカニカルシールは、第１の流路内の流体をコントロールし、もって上記流体圧を調整する調整装置を備えている。
【０００７】
上記のすきま型回転メカニカルシールによれば、カップ部の穴内の流体は、第１のシール面と第２のシール面との間に広がろうとする。これにより、カップ部の穴内における流体圧を調整することで、第１のシール面と第２のシール面との間にある、漏れ止めをするための流体の圧力作用を調整することが可能となる。
【０００８】
上記のすきま型回転メカニカルシールにおいては、第１の流路に流体を供給する流体供給部と、第１の流路内の流体を排出する流体排出部とを備えているものが好ましい。この場合において、調整装置は、流体供給部が第１の流路内に供給する流体の量と、流体排出部が第１の流路内から排出する流体の量と、の大小関係をコントロールし、もって第１の流路内の流体の圧力を調整する。
【０００９】
上記のすきま型回転メカニカルシールによれば、調整装置が第１の流路における流体の流出入をコントロールすることで、カップ部の穴内における流体圧を調整することができる。
【００１０】
上記のすきま型回転メカニカルシールにおいては、回転機器の使用状態における、回転部材および固定側部材の実態温度が所定の温度範囲内にあり、さらに、回転部材および固定側部材の実態温度を流体によって低下させる流体冷却手段を備えているものが好ましい。ここで、回転部材および固定側部材は、その実態温度が上記温度範囲内にあるときに、互いが接触したときの摩擦係数が温度上昇とともに大きくなる性質を有する物質によって構成されている。
【００１１】
上記のすきま型回転メカニカルシールによれば、回転部材および固定側部材を流体によって冷却してその実態温度を低下させることで、回転機器の使用時に第１のシール面と第２のシール面とが接触した場合でも、この接触にともなう摩擦によるエネルギーのロスを減らすことができる。
【００１２】
この場合においては、流体冷却手段は、ステーターとローターとの間のすきまに設定される、第１の流路とは別の流路である第２の流路と、この第２の流路に付設されて、この第２の流路内に流体の流れを発生させる流れ発生手段とを有するものが好ましい。ここで、第１のシール面と第２のシール面とが互いに対向する対向部分は、その少なくとも一部が第２の流路に面している。
【００１３】
上記のすきま型回転メカニカルシールによれば、カップ部の穴内に供給された流体が第１のシール面と第２のシール面とが互いに対向する対向部分を通って漏れ出したときに、この流体を第２の流路内を流れるものとし、もってこの流体が第２の流路外にある他の構成に作用するおそれを減らすことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のすきま型回転メカニカルシールは、シール面間の漏れ止めをするための流体の圧力作用の調整を、回転部材の回転速度の変更によらず行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態にかかるすきま型回転メカニカルシール１０が据え付けられた設備９０の概略構成を表した説明図である。
【図２】図１のＩＩ部を拡大して表した説明図である。
【図３】図２のＩＩＩ部を拡大して表した説明図である。
【図４】図３と同様の説明図であり、第２のシール面１２Ａにラップ加工が施されていないと仮定した場合の状態を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための一実施形態にかかるすきま型回転メカニカルシール１０について、図面を用いて説明する。このすきま型回転メカニカルシール１０は、図１に示すように、回転運動の動力を発生させる回転機器８０と、この動力を消費する負荷９０Ｃとを有する設備９０に据え付けられる。本実施形態においては、設備９０は、この設備内の空間を仕切る壁９０Ａと、負荷９０Ｃ側（図１では左側）がより小径となるように壁９０Ａを貫通して開けられたざぐり穴９０Ｂとを備えている。また、設備９０は、外気に開放されて、その全体が常温雰囲気におかれる。
【００１７】
回転機器８０は、一端部が負荷９０Ｃに連結されたシャフト８２Ａを軸として有するローター８２を備えている。また、回転機器８０は、ローター８２を取り巻く筒をなし、かつ設備９０に固着されたステーター８１を備えている。また、回転機器８０は、設備９０に固着されて、シャフト８２Ａおよびローター８２をステーター８１に対して相対回転させる駆動力源８０Ａを備えている。本実施形態においては、駆動力源８０Ａは、シャフト８２Ａにおいて負荷９０Ｃとは反対側となる他端部に連結される。
【００１８】
シャフト８２Ａは、設備９０に備えられたざぐり穴９０Ｂに挿通された状態に配置される。また、ステーター８１は、シャフト８２Ａが挿通されるざぐり穴９０Ｂに、このざぐり穴９０Ｂが大径となる側（図１では右側）からはめ込まれた状態に配置される。本実施形態においては、ステーター８１は、その負荷９０Ｃ側（図１では左側）の端部がざぐり穴９０Ｂよりも大径の環をなす固定環部８１Ａとされて、この固定環部８１Ａがざぐり穴９０Ｂの縁部にかぶさることで、このざぐり穴９０Ｂにはめ込まれた状態とされる。
【００１９】
また、ローター８２は、このローター８２において固定環部８１Ａに対向する部分が、この固定環部８１Ａに向かって張り出した環をなす回転環８２Ｂとして形成されている。この回転環８２Ｂには、駆動力源８０Ａ側（図１では右側）に開口された円形の溝８２Ｃが形成されている。本実施形態においては、溝８２Ｃは、その外側の壁にガスケット８２Ｄを備えた構成とされている。
【００２０】
すきま型回転メカニカルシール１０は、図２に示すように、回転機器８０のローター８２に設けられた回転部材１１と、同じくステーター８１に設けられた固定側部材１２とを互いに対向した状態に有し、もって回転機器８０に備えられた状態とされている。
【００２１】
回転部材１１は、炭化ケイ素製の円環であり、ローター８２の溝８２Ｃに内側から嵌合される。ここで、回転部材１１の円環の幅は溝８２Ｃの幅よりも狭いため、この溝８２Ｃにおける内側（図２では上側）の部分は、流体の流路として機能することが可能な円環路８２Ｅを構成する。本実施形態においては、円環路８２Ｅは、ローター８２とステーター８１との間のすきまを介して、外気に開放されている。
【００２２】
また、回転部材１１は、その固定側部材１２側（図２では右側）の端面が、ラップ加工により平坦な鏡面とされた第１のシール面１１Ａとなっている。本実施形態においては、第１のシール面１１Ａは、シャフト８２Ａが延びる方向（図２では左右方向）に対して垂直となるように配設される。
【００２３】
固定側部材１２は、炭化ケイ素製の円環であり、ステーター８１に設けられた円形の溝８１Ｂに遊嵌されることで、回転部材１１に突き合わせることが可能な位置に配設される。ここで、溝８１Ｂは、その外側の壁に開口８１Ｃとパッキン８１Ｄとを、同じく内側の壁にパッキン８１Ｅを、同じく底に円筒形の穴８１Ｆを、それぞれ備えている。この穴８１Ｆには、固定側部材１２を回転部材１１側（図２では左側）に付勢する圧縮ばねであるばね１２Ｃが入れられている。
【００２４】
また、固定側部材１２は、その回転部材１１側（図２では左側）の端面が、ラップ加工により平坦な鏡面とされた第２のシール面１２Ａとなっている。本実施形態においては、第２のシール面１２Ａは、シャフト８２Ａが延びる方向（図２では左右方向）に対して垂直となるように配設されて、第１のシール面１１Ａと互いに対向する。
【００２５】
ここで、互いに対向する第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとをそれぞれラップ加工が施されたものにする構成は、これら第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとが互いに接触したときの真実接触面積を大きくし、もってこれらシール面間のすきま１０Ｃ（図３参照）をより流体が通りにくいものにする作用を奏する。
【００２６】
すなわち、第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとを互いに接触させる場合、これらは、見かけ上は第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとが互いに対向する対向部分１０Ａにて接触される（図２参照）。しかしながら、第２のシール面１２Ａは、図３および図４に示すように、ミクロなスケールで見ると凹凸を有するものであり、本当に第１のシール面１１Ａと接触している部分は、対向部分１０Ａのうち第１のシール面１１Ａ側に突出した真実接触部１０Ｂのみである。
【００２７】
ここで、第２のシール面１２Ａに施されるラップ加工は、図３に示すように、第２のシール面１２Ａにラップ加工が施されていない状態（図４参照）と比して真実接触部１０Ｂをより平坦かつ接触面積の広いものとする加工である。これにより、第２のシール面１２Ａに施されるラップ加工は、第２のシール面１２Ａが第１のシール面１１Ａと接触したときの真実接触面積（すなわち、各真実接触部１０Ｂにおける各接触面積の合計）を大きくし、もってすきま１０Ｃをより流体（例えば図３に示す空気９１）が通りにくいものとする。
【００２８】
同様に、第１のシール面１１Ａは、ミクロなスケールで見ると凹凸を有するものであり、本当に第２のシール面１２Ａと接触している部分は、対向部分１０Ａのうち第２のシール面１２Ａ側に突出した真実接触部のみである（図示省略）。
【００２９】
ここで、第１のシール面１１Ａに施されるラップ加工は、第１のシール面１１Ａにラップ加工が施されていない状態と比して真実接触部をより平坦かつ接触面積の広いものとする加工である。これにより、第１のシール面１１Ａに施されるラップ加工は、第１のシール面１１Ａが第２のシール面１２Ａと接触したときの真実接触面積（すなわち、各真実接触部における接触面積の合計）を大きくし、もってすきま１０Ｃよりを流体が通りにくいものとする。
【００３０】
また、第２のシール面１２Ａには、図２に示すように、第１のシール面１１Ａ側（図２では左側）を向いて開口したＶ溝状の穴をなすカップ部１２Ｂが設けられている。このカップ部１２Ｂには、このカップ部１２Ｂの穴の中に流体である空気９１を供給することで、カップ部１２Ｂの穴内における空気圧（空気９１の流体圧）をより大きくすることを実現させる流体供給路である第１の流路１３が接続されている。
【００３１】
第１の流路１３は、図１に示すように、その一端に設けられた空圧源１３Ａから、同じく他端に設けられた流量調整弁１３Ｆに向けて空気９１を流すように構成されている。空圧源１３Ａは流体としての空気９１を第１の流路１３に供給する流体供給部として機能する構成であり、供給する空気９１の量を調整する流量調整弁１３Ｃと、この空気９１の流量を測定する流量計１３Ｂとが付設された構成となっている。流量調整弁１３Ｆは流体としての空気９１を第１の流路１３内から排出する流体排出部として機能する構成であり、排出する空気９１の流量を測定する流量計１３Ｅが付設された構成となっている。
【００３２】
また、第１の流路１３は、図１および図２に示すように、その一部がステーター８１を貫通した状態に設けられている。本実施形態においては、第１の流路１３は、ローター８２を取り巻く円環をなすように設けられた円環流路１３Ｄをステーター８１内に備えて、この円環流路１３Ｄによりローター８２を迂回するようになっている。
【００３３】
また、第１の流路１３は、図２に示すように、その円環流路１３Ｄが溝８１Ｂの穴８１Ｆに連通され、さらに溝８１Ｂの開口８１Ｃから延びだされることで、溝８１Ｂを第１の流路１３の一部として包含している。また、第１の流路１３は、その一部が固定側部材１２を貫通した状態に設けられて、溝８１Ｂの穴８１Ｆと開口８１Ｃとカップ部１２Ｂとを連通させること、および、このカップ部１２Ｂの穴に空気９１を供給することを実現させる。
【００３４】
ここで、すきま型回転メカニカルシール１０は、図１に示すように、カップ部１２Ｂ（図２参照）の穴内における空気圧を、第１の流路１３内の空気９１のコントロールによって行う調整装置として機能するコンピューター１４を備えている。このコンピューター１４は、流量計１３Ｂ、１３Ｅが計測する空気９１の流量を、それぞれ入力信号１４Ａ、１４Ｂとして取得する。また、コンピューター１４は、入力信号１４Ａ、１４Ｂに基づいて演算処理を行い、その演算結果に基づいて、流量調整弁１３Ｃ、１３Ｆに出力信号１４Ｆ、１４Ｇを出力する。これにより、コンピューター１４は、空圧源１３Ａが第１の流路１３内に供給する空気９１の量と、流量調整弁１３Ｆが第１の流路１３内から排出する空気９１の量と、の大小関係をコントロールし、もって第１の流路１３内およびカップ部１２Ｂの穴内における空気圧を調整する。本実施形態においては、コンピューター１４は、流量調整弁１３Ｃ、１３Ｆのそれぞれを全開状態にすることも全閉状態にすることもできるようにプログラミングされている。
【００３５】
ところで、回転機器８０は、その使用状態における、回転部材１１および固定側部材１２の実態温度が所定の温度範囲内となるように設定されている。この温度範囲内においては、回転部材１１および固定側部材１２を構成する物質（本実施形態では炭化ケイ素）は、互いが接触したときの摩擦係数が、温度上昇とともに大きくなり、温度低下とともに小さくなる性質を有する。
【００３６】
しかるに、すきま型回転メカニカルシール１０は、回転部材１１および固定側部材１２の実態温度を空気９１によって低下させる流体冷却手段２０を備えている。この流体冷却手段２０は、第１の流路１３とは別の流路である第２の流路２１および第３の流路２２を有して構成される。本実施形態においては、流体冷却手段２０は、第２の流路２１および第３の流路２２に加え、第１の流路１３およびコンピューター１４を包含して構成される。
【００３７】
第２の流路２１は、その一端に付設された空圧源２０Ａから、同じく他端に設けられた流量調整弁２１Ｅに向けて空気９１を流すように構成されている。空圧源２０Ａは流体としての空気９１の流れを第２の流路２１内に発生させる流れ発生手段として機能する構成であり、供給する空気９１の量を調整する流量調整弁２１Ｂと、この空気９１の流量を測定する流量計２１Ａとが付設された構成となっている。流量調整弁２１Ｅは流体としての空気９１を第２の流路２１内から排出する構成であり、排出する空気９１の流量を測定する流量計２１Ｄが付設された構成となっている。
【００３８】
また、第２の流路２１は、図１および図２に示すように、その一部がローター８２の回転環８２Ｂとステーター８１との間のすきまに設定されている。本実施形態においては、第２の流路２１は、ローター８２を取り巻く円環をなすように設けられた円環流路２１Ｃを回転環８２Ｂとステーター８１との間のすきまに備えて、この円環流路２１Ｃによりローター８２を迂回するようになっている。
【００３９】
また、第２の流路２１は、図２に示すように、ステーター８１の固定環部８１Ａとローター８２の回転環８２Ｂとの間のすきまに連通されて、このすきまから第２の流路２１を流れる空気９１の一部を漏れ出させるように構成されている。この構成は、ステーター８１の固定環部８１Ａとローター８２の回転環８２Ｂとに、メカニカルシールとしての機能を発揮させる。
【００４０】
ここで、すきま型回転メカニカルシール１０は、図１に示すように、第２の流路２１内における空気９１の流れを、コンピューター１４によってコントロールする。すなわち、コンピューター１４は、流量計２１Ａ、２１Ｄが計測する空気９１の流量を、それぞれ入力信号１４Ｃ、１４Ｄとして取得する。また、コンピューター１４は、入力信号１４Ｃ、１４Ｄに基づいて演算処理を行い、その演算結果に基づいて、流量調整弁２１Ｂ、２１Ｅに出力信号１４Ｈ、１４Ｉを出力する。これにより、コンピューター１４は、空圧源２０Ａが第２の流路２１内に供給する空気９１の量と、流量調整弁２１Ｅが第２の流路２１内から排出する空気９１の量と、の大小関係をコントロールし、もって第２の流路２１内における空気９１の流れをコントロールする。
【００４１】
第３の流路２２は、その一端に付設された空圧源２０Ｂから、同じく他端に設定された流体排出部２２Ｃに向けて空気９１を流すように構成されている。空圧源２０Ｂは流体としての空気９１の流れを第３の流路２２内に発生させる流れ発生手段として機能する構成であり、供給する空気９１の量を調整する流量調整弁２２Ｂと、この空気９１の流量を測定する流量計２２Ａとが付設された構成となっている。
【００４２】
また、第３の流路２２は、図２に示すように、その一部がステーター８１を貫通して円環路８２Ｅと連通されることで、この円環路８２Ｅを第３の流路２２の一部として包含している。ここで、円環路８２Ｅは、ローター８２とステーター８１との間のすきまを介して外気に開放される構成であるため、第３の流路２２は、上記すきまを流体排出部２２Ｃとして包含する。すなわち、第３の流路２２は、ローター８２とステーター８１との間のすきまを流体排出部２２Ｃとして有して、この流体排出部２２Ｃから第３の流路２２内の空気９１を排出する。
【００４３】
ここで、すきま型回転メカニカルシール１０は、図１に示すように、第３の流路２２内における空気９１の流れを、コンピューター１４によってコントロールする。すなわち、コンピューター１４は、流量計２２Ａが計測する空気９１の流量を入力信号１４Ｅとして取得する。また、コンピューター１４は、入力信号１４Ｅに基づいて演算処理を行い、その演算結果に基づいて、流量調整弁２２Ｂに出力信号１４Ｊを出力する。これにより、コンピューター１４は、空圧源２０Ｂが第３の流路２２内に供給する空気９１の量をコントロールし、もって第３の流路２２内における空気９１の流れをコントロールする。
【００４４】
上述した各コントロールにより、すきま型回転メカニカルシール１０は、その回転部材１１および固定側部材１２を冷却する。すなわち、第３の流路２２の円環路８２Ｅは、図２に示すように、その外側の壁が回転部材１１によって構成されるため、この壁の温度が第３の流路２２を流れる空気９１の温度よりも高いときに、この空気９１によって冷却される。ここで、回転部材１１を構成する物質（本実施形態では炭化ケイ素）は、熱の良導体であるため、回転部材１１において円環路８２Ｅの壁をなす部分が空気９１によって冷却されると、この冷却の効果が回転部材１１の全体におよぶ。
【００４５】
また、第１の流路１３は、その一部が固定側部材１２を貫通した状態に設けられるため、固定側部材１２の温度が第１の流路１３を流れる空気９１の温度よりも高いときに、この空気９１によって冷却される。ここで、固定側部材１２を構成する物質（本実施形態では炭化ケイ素）は、熱の良導体であるため、第１の流路１３を流れる空気９１による冷却の効果は、固定側部材１２の全体におよぶ。
【００４６】
また、コンピューター１４は、カップ部１２Ｂの穴内における空気圧を調節して、第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとが互いに対向する対向部分１０Ａからカップ部１２Ｂ内の空気９１を漏れ出させることが可能とされている。このカップ部１２Ｂから漏れ出る空気９１は、その温度が対向部分１０Ａの温度よりも低いときに、この対向部分１０Ａの温度を下げる。ここで、回転部材１１および固定側部材１２を構成する物質（本実施形態では炭化ケイ素）は、熱の良導体であるため、回転部材１１および固定側部材１２は、その両方が冷却される。
【００４７】
また、第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとが互いに対向する対向部分１０Ａにおいてローター８２側（図２では上側）となる部分は、図２に示すように、第３の流路２２に面している。これにより、第３の流路２２を流れる空気９１は、その温度が対向部分１０Ａの温度よりも低いときに、この対向部分１０Ａの温度を下げ、もって回転部材１１および固定側部材１２の両方を冷却する。なお、対向部分１０Ａにおけるローター８２側の部分は、カップ部１２Ｂ内から空気９１が漏れ出るときに、この空気９１を第３の流路２２に排出する。
【００４８】
また、第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとが互いに対向する対向部分１０Ａにおいてローター８２とは反対側（図２では下側）となる部分は、図２に示すように、第２の流路２１に面している。これにより、第２の流路２１を流れる空気９１は、その温度が対向部分１０Ａの温度よりも低いときに、この対向部分１０Ａの温度を下げ、もって回転部材１１および固定側部材１２の両方を冷却する。なお、対向部分１０Ａにおけるローター８２とは反対側の部分は、カップ部１２Ｂ内から空気９１が漏れ出るときに、この空気９１を第２の流路２１に排出する。
【００４９】
上述したすきま型回転メカニカルシール１０によれば、カップ部１２Ｂの穴内の空気９１は、第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとの間に広がろうとする（図３参照）。これにより、カップ部１２Ｂの穴内における空気圧を調整することで、第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとの間にある、漏れ止めをするための空気９１の圧力作用を調整することが可能となる。
【００５０】
また、すきま型回転メカニカルシール１０においては、その停止状態において第２のシール面１２Ａがばね１２Ｃの弾発力によって第１のシール面１１Ａに対して押し当てられる。しかるに、すきま型回転メカニカルシール１０によれば、上記停止状態からの始動時においてカップ部１２Ｂの穴内の空気圧を大きくして第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとを互いに離間させる向きの力を作用させることで、この始動時における第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとの間の静止摩擦力を小さくすることができる。
【００５１】
また、すきま型回転メカニカルシール１０によれば、コンピューター１４が第１の流路１３における空気９１の流出入をコントロールすることで、カップ部１２Ｂの穴内における流体圧を調整することができる。
【００５２】
また、すきま型回転メカニカルシール１０によれば、回転部材１１および固定側部材１２を空気９１によって冷却してその実態温度を低下させることで、回転機器８０の使用時に第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとが接触した場合でも、この接触にともなう摩擦によるエネルギーのロスを減らすことができる。
【００５３】
また、すきま型回転メカニカルシール１０によれば、カップ部１２Ｂの穴内に供給された空気９１が第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとが互いに対向する対向部分１０Ａを通って漏れ出したときに、この空気９１を第２の流路２１内または第３の流路２２内を流れるものとし、もってこの空気９１が第２の流路２１または第３の流路２２の外にある他の構成に作用するおそれを減らすことができる。
【００５４】
本発明は、上述した一実施形態で説明した外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、以下のような各種の形態を実施することができる。
【００５５】
（１）上述したすきま型回転メカニカルシール１０においては、図２に示すように、カップ部１２Ｂは、ステーター８１に設けられた固定側部材１２が有する第２のシール面１２Ａに設けられている。しかしながら、本発明にかかるすきま型回転メカニカルシールの実施形態においては、カップ部は、ローターに設けられた回転部材が有する第１のシール面に、この第１のシール面と互いに対向する第２のシール面側を向いて設けられるものであってもよい。言いかえると、カップ部は、第１のシール面および第２のシール面のうち、その一方に他方の側を向いて開口した穴をなすものであればよい。
【００５６】
（２）上述したすきま型回転メカニカルシール１０は、外気に開放されて、その全体が常温雰囲気におかれる設備９０（図１参照）に据え付けられるものである。しかしながら、本発明にかかるすきま型回転メカニカルシールは、気密あるいは液密となるように構築された設備に据え付けられるものであってもよい。この場合においては、第１の流路、第２の流路、および、第３の流路にそれぞれ流される流体を、これらの流体が排出される場所の雰囲気にあわせて適宜選択した流体に変更することが好ましい。
【００５７】
（３）本発明にかかるすきま型回転メカニカルシールにおいて、第１の流路を流れる流体は、回転部材および固定側部材の冷却に資する温度のものである必要はない。また、本発明にかかるすきま型回転メカニカルシールにおいて、第２の流路に流体を流す構成および第３の流路に流体を流す構成は、その一方または両方を省略してもよい。また、本発明にかかるすきま型回転メカニカルシールは、回転部材および固定側部材を流体によって冷却する流体冷却手段を有さないものであってもよい。
【００５８】
（４）本発明にかかるすきま型回転メカニカルシールにおいて、回転部材および固定側部材を構成する物質は、例えばアルミナセラミックス、シリカセラミックス、タングステン、または、特殊金属（ドーパントのドーピングによって所定の物性が与えられた合金）などの、適宜選択した物質に変更することができる。この場合において、回転部材および固定側部材を構成する物質は、同じ物質であっても違う物質であってもよい。
【００５９】
（５）上述したすきま型回転メカニカルシール１０は、その回転部材１１および固定側部材１２の実態温度が、炭化ケイ素が互いに接触したときの摩擦係数が、温度上昇とともに大きくなり、温度低下とともに小さくなる性質が見られる温度範囲内となる環境下で使用されるものである。しかしながら、本発明にかかるすきま型回転メカニカルシールの使用環境は、その回転部材および固定側部材の実態温度が上記温度範囲とは異なる別の温度範囲内となるものであってもよい。
【００６０】
ここで、上記別の温度範囲においては、回転部材および固定側部材を構成する物質が、互いが接触したときの摩擦係数を、温度上昇とともに大きくし、温度低下とともに小さくする性質を呈する場合がある。この場合においては、すきま型回転メカニカルシールに流体冷却手段を備えさせて回転部材および固定側部材を冷却し、もって回転部材および固定側部材が互いに接触したときの摩擦係数を小さくすることが好ましい。
【符号の説明】
【００６１】
１０    すきま型回転メカニカルシール
１０Ａ  対向部分
１０Ｂ  真実接触部
１０Ｃ  すきま
１１    回転部材
１１Ａ  第１のシール面
１２    固定側部材
１２Ａ  第２のシール面
１２Ｂ  カップ部
１２Ｃ  ばね
１３    第１の流路
１３Ａ  空圧源（流体供給部）
１３Ｂ  流量計
１３Ｃ  流量調整弁
１３Ｄ  円環流路
１３Ｅ  流量計
１３Ｆ  流量調整弁（流体排出部）
１４    コンピューター（調整装置）
１４Ａ  入力信号
１４Ｂ  入力信号
１４Ｃ  入力信号
１４Ｄ  入力信号
１４Ｅ  入力信号
１４Ｆ  出力信号
１４Ｇ  出力信号
１４Ｈ  出力信号
１４Ｉ  出力信号
１４Ｊ  出力信号
２０    流体冷却手段
２０Ａ  空圧源（流れ発生手段）
２０Ｂ  空圧源（流れ発生手段）
２１    第２の流路
２１Ａ  流量計
２１Ｂ  流量調整弁
２１Ｃ  円環流路
２１Ｄ  流量計
２１Ｅ  流量調整弁
２２    第３の流路
２２Ａ  流量計
２２Ｂ  流量調整弁
２２Ｃ  流体排出部
８０    回転機器
８０Ａ  駆動力源
８１    ステーター
８１Ａ  固定環部
８１Ｂ  溝
８１Ｃ  開口
８１Ｄ  パッキン
８１Ｅ  パッキン
８１Ｆ  穴
８２    ローター
８２Ａ  シャフト
８２Ｂ  回転環
８２Ｃ  溝
８２Ｄ  ガスケット
８２Ｅ  円環路
９０    設備
９０Ａ  壁
９０Ｂ  ざぐり穴
９０Ｃ  負荷
９１    空気（流体）
【要約】
【課題】漏れ止めをする流体の圧力作用の調整を、回転部材の回転速度の変更によらず行うすきま型回転メカニカルシールの提供。
【解決手段】すきま型回転メカニカルシールにおいては、ローター８２に設けられた回転部材１１の第１のシール面１１Ａと、ステーター８１に設けられた固定側部材１２の第２のシール面１２Ａとが互いに対向する。第１のシール面１１Ａと第２のシール面１２Ａとには、互いが接触したときの真実接触面積を大きくするラップ加工が施される。第１のシール面１１Ａおよび第２のシール面１２Ａには、その一方に他方の側を向いて開口したカップ部１２Ｂが設けられる。このカップ部１２Ｂには、その中に空気９１（流体）を供給することでカップ部１２Ｂ内における流体圧を大きくする第１の流路１３が接続される。さらに、すきま型回転メカニカルシールは、第１の流路１３内の空気９１をコントロールして上記流体圧を調整する調整装置を備える。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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