(57)【要約】  フローティングリングが回転軸の動きに追従してシール作用を発揮でき、回転軸の周方向及び径方向の振動を低減できるシール装置を提供する。  ハウジング（１１）と該ハウジング（１１）を貫通する回転軸（２０）との間を封止するシール装置であって、回転軸（２０）に対し第１間隙ｈを介して配設されるフローティングリング（１５）を具備し、フローティングリング（１５）は、ハウジング（１１）との第２間隙ｇが狭く形成されたスクイズフィルムダンパ（１４）とを備える。
2018155463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと該ハウジングを貫通する回転軸との間を封止するシール装置であって、  前記回転軸に対して第１間隙を介して配設されるフローティングリングを具備し、  前記フローティングリングは、前記ハウジングとの第２間隙が狭く形成されたスクイズフィルムダンパと備えることを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記第２間隙は０．１から０．３ｍｍ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、ハウジングと該ハウジングを貫通する回転軸との間を封止するシール装置に関し、特に、ポンプ等の流体機械の回転軸に使用されるフローティングリングを備えたシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、ポンプ等の回転流体機械においては、流体をシールするため、フローティングシールが使用され、例えば、図３に示すものが知られている（以下、「従来技術１」という。例えば、特許文献１参照。）。この従来技術は、流体機械の回転軸４５と、該回転軸４５の外周に取付けられ回転軸と一体に回転するスリーブ４４と、スリーブ４４とクリアランスを有して遊嵌されたシールリング４１と、該シールリング４１の外周の４箇所に設けられた板バネ４６と、シールリング４１を収納するリテーナ４２と、を備え、板バネ４６の突起４６Ａがリテーナ４２に設けた溝４２Ａに係合された状態でシールリング４１は板バネ４６によって支持されている。そして、シールリング４１の内周面と回転軸４５のスリーブ４４との間に発生するくさび効果（くさび部に発生する動圧の効果）と、ロマキン効果（シール差圧が生じた際、シールリングと軸との表面間の流体の流動損失による調心効果）とにより、シールリング４１の内周面と回転軸４５との間の隙間を一定に保つとともに、シールリング４１は高圧流体側からリテーナ４２側へ軸方向に押し付けられ、シールリング４１とリテーナ４２は密封されている。また、回転軸４５とシールリング４１との間には粘性摩擦が生じるので、回転軸４５が回転するとシールリング４１には回転力が作用する。このため、シールリング４１に取付けられた回り止めピン４３がリテーナの穴４９に挿入され、回り止めピン４３はリテーナの穴４９に接触してシールリング４１はリテーナ４２に対して回転方向の移動が規制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−１５４５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  特許文献１にあっては、シールリング４１は板バネ４６を介してリテーナ４２に対して弾性支持される。しかし、板バネ４６のみでは減衰力を十分に得ることができない。このため、回転軸４５が大きく振れ回った場合、シールリング４１に取付けられた回り止めピン４３はリテーナの穴の壁面に衝撃的に接触し、長時間運転すると、回り止めピン４３の表面やリテーナ穴の壁面に面荒れが生じ、回り止めピン４３がリテーナ穴に対して滑らかに動くことができない虞がある。この結果、シールリング４１がリテーナ４２に拘束され、シールリング４１は回転軸２０の動きに追従することができず、回転軸とシールリングとが接触して損傷したり、径方向間隙が最適値より大きくなって適正なシール作用が得られない虞があった。【０００５】  また、径方向用の弾性支持手段及び周方向用の弾性支持手段を設けることによって、シールリング４１を両方向に支持することも考えられるが、シール装置が複雑化、大形化し、相手方の回転流体機械に組み込むのが困難になってしまう問題もある。【０００６】  本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、フローティングリングが回転軸の動きに追従してシール作用を発揮でき、回転軸の周方向及び径方向の振動を低減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】  前記課題を解決するために、本発明のシール装置は、  ハウジングと該ハウジングを貫通する回転軸との間を封止するシール装置であって、  前記回転軸に対して第１間隙を介して配設されるフローティングリングを具備し、  前記フローティングリングは、前記ハウジングとの第２間隙が狭く形成されたスクイズフィルムダンパと備えることを特徴としている。  この特徴によれば、回転軸が振れ回ってもスクイズフィルムダンパによってハウジングの内周面に垂直に中心方向に向かってフローティングリングは付勢されるとともに減衰力が付加されるので、フローティングリングの径方向及び周方向の振動を低減できるとともに、回転軸に対して適正な隙間を保ってシール性を発揮することができる。【０００８】  本発明のシール装置は、  前記第２間隙は０．１から０．３ｍｍであることを特徴としている。  この特徴によれば、フローティングリングは回転軸に対して効率よく振動減衰機能を発揮でき、シール装置の組み立ても容易となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係るシール装置の正面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図（側断面図）を模式的に示した図で、スクイズフィルムダンパの原理を説明する図である。
【図３】従来のシール装置の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  本発明に係るシール装置を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。
【００１１】  本発明の実施の形態に係るシール装置１０を図１及び図２を参照して説明する。ケーシング２１を貫通するようにして流体機械の回転軸２０が配設されており、左側が高圧側、右側が低圧側である。シール装置１０は、第１間隙ｈを有して回転軸２０の外周に配置されるフローティングリング１５と、第２間隙ｇを有してフローティングリング１５を収容するハウジングから主に構成される。
【００１２】  ハウジング１１は、ホルダ１１ａとフランジ１１ｂとから主に形成され、ホルダ１１ａは締結手段２２によってケーシング２１に固定される。ホルダ１１ａ及びフランジ１１ｂは、それぞれ回転軸２０と所定の隙間を有し、回転軸２０が貫通する孔を有する。ホルダ１１ａの内径側には、円筒状の内周壁１１ｄと径方向壁１１ｅとによって囲まれる収納部１１ｆを有する。そして、ハウジング１１の内周壁１１ｄ、内周壁１１ｄの軸方向をそれぞれ区画する径方向壁１１ｅ及びフランジ１１ｂ、並びに、ハウジング１１を貫通する回転軸２０によって囲まれる空間Ｓにフローティングリング１５が収納される。さらに、径方向壁１１ｅは、その内径側に径方向壁１１ｅよりわずかに軸方向に飛び出たホルダ側２次シール面１１ｃを有し、ホルダ側２次シール面１１ｃと後述するシールリング側２次シール面１３ｃとが密着して密封手段としての二次シールを形成する。
【００１３】  フローティングリング１５は断面略矩形の環状部材で、シールリング１３と、シールリング１３の外周に嵌合されるリテーナ１２とから主に構成される。
【００１４】  シールリング１３は、断面略矩形の円環状の部材で、カーボンなどの摺動性の良い材料から構成される。シールリング１３の内周面１３ａは、回転軸２０の外周面２０ａに対し微小な第１間隙ｈを有する円筒面に形成されている。
【００１５】  リテーナ１２は、ステンレス、鋼、銅、アルミニウム等の金属だけでなく、プラスチック、合成樹脂、又はカーボンファイバー、ガラス繊維で補強されたＦＲＰ等の摺動性の良い材料からなり、断面略矩形の円環状の部材である。アルミニウム、プラスチック、合成樹脂、ＦＲＰで構成したほうが軽量化の観点から有利である。リテーナ１２の外周は同一径に形成された円筒面で、ハウジング１１の内周壁１１ｄに対し微小な第２間隙ｇを有する。また、リテーナ１２はカーボン等からなるシールリング１３の外周にしまり嵌めされることによって、シールリング１３に圧縮力を付加している。これにより、シールリング１３をカーボンのような脆い材料から構成しても、回転軸２０と接触等によるシールリング１３の破損を防止することができる。
【００１６】  ハウジング１１を貫通する回転軸２０の外周に遊嵌されたフローティングリング１５は、ハウジング１１の空間Ｓに配置される。フローティングリング１５は空間Ｓ内に収容された状態で、回転軸２０の外周面２０ａとフローティングリング１５の内周面１３ａは第１間隙ｈを有し、及び、フローティングリング１５の外周面１２ａとハウジング１１の内周壁１１ｄとの間には第２間隙ｇを有する。また、空間Ｓとフローティングリング１５との間に空隙は被密封流体で満たされ、回転軸２０の外周面２０ａとフローティングリング１５の内周面１３ａとの間隙部はシール部を形成し、また、フローティングリング１５の外周面１２ａとハウジング１１の内周壁１１ｄとの間隙部はスクイズフィルムダンパ１４を構成する。
【００１７】  ここで、回転軸２０の外周面２０ａとフローティングリング１５の内周面１３ａとの第１間隙ｈは、フローティングリング１５の内径と回転軸２０の外径との差の１／２から定められる。一方、フローティングリング１５の外周面とハウジング１１の内周壁１１ｄとの第２間隙ｇは、フローティングリング１５の外径とハウジング１１の内周壁１１ｄの内径との差の１／２から定められる。第１間隙ｈ、第２間隙ｇは、被密封流体の温度、粘度、回転軸２０の周速等により決定されるが、第１間隙ｈと第２間隙ｇは０．５≦ｇ／ｈ≦２の範囲に形成される。これにより、第１間隙ｈ及び第２間隙ｇを出入りする流体によって大きな制振力と減衰力が発生する。具体的には第２間隙ｇは０．１ｍｍから０．３ｍｍの範囲にあり、好ましくは０．２ｍｍとするのがよい。
【００１８】  また、フローティングリング１５のシールリング１３はバネなど付勢手段１９によって、シールリング側２次シール面１３ｃはホルダ側２次シール面１１ｃに押し付けられて、密着し、シールリング１３とホルダ１１ａ間はシールされている。フローティングリング１５は、摺動性の良い材料からなるシールリング１３が付勢手段１９及びホルダ側２次シール面１１ｃと接触しているので、フローティングリング１５は付勢手段１９及びホルダ１１ａとの固着を防止でき、フローティングリング１５の動きが拘束されることがない。以下、シールリング側２次シール面１３ｃとホルダ側２次シール面１１ｃとの密着による密封手段を二次シールと記す。
【００１９】  このように構成されたシール装置１０の作用を説明する。
【００２０】  回転軸２０が停止中は、たとえば、フローティングリング１５の自重の影響によって、第１間隙ｈは上側が小さく、下側が大きくなっている。しかし、回転軸２０が回転すると、間隙が小さくなった上側の先細り部分に流体の粘性によって流体が引き込まれ、くさび効果による動圧が発生するので、フローティングリング１５は回転軸２０から浮き上がり、第１間隙ｈを均等になるように調心される。
【００２１】  つぎに、回転軸２０が振動によって大きく振れ回ったときのシール装置１０の作用について図２を参照して説明する。図２において、回転軸２０はハウジング１１に対し回転し、図示しない回り止めによりフローティングリング１５はハウジング１１に対して静止している。また、回転軸２０の外周面２０ａとフローティングリングの内周面１３ａとの第１間隙ｈ及びフローティングリング１５の外周面１３ｂとハウジング１１の内周壁１１ｄとの第２間隙ｇは流体で満たされている。回転軸２０がフローティングリング１５の内周面１３ａに最も接近した部分を第１間隙ｈ１、フローティングリング１５の外周面１３ｂがハウジング１１の内周壁１１ｄに最も接近した部分の間隙を第２間隙ｇ１と記す。
【００２２】  回転軸２０がフローティングリング１５の内周面１３ａに接近すると、第１間隙ｈ１にはくさび効果による動圧が発生してフローティングリング１５は径方向外側へ移動する。フローティングリング１５がハウジング１１の内周壁１１ｄに接近すると、第２間隙ｇ１から流体が急速に押し出され、第２間隙ｇ１にはスクイズ効果により圧力及び減衰力が発生する。このスクイズ効果による圧力は内周壁１１ｄに沿って、内周壁１１ｄに垂直にハウジング１１の中心Ｏに向くように発生するので、径方向と周方向の成分を有する付勢力Ｆ１が発生する。このように、本発明のスクイズフィルムダンパ１４は、簡単な構成でフローティングリング１５を径方向及び周方向に付勢するので、フローティングリング１５を介して回転軸２０の径方向及び周方向の振動も低減できる。
【００２３】  本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
【００２４】  回転軸２０の外周面２０ａとフローティングリングの内周面１３ａとの第１間隙ｈが不均一になっていても、回転軸２０が回転すれば、間隙が狭い部分のくさび部に流体の粘性によって流体が引き込まれ、くさび効果による動圧が発生するので、フローティングリング１５は回転軸２０から浮き上がり、第１間隙ｈは略等しくなるように調心される。また、シールリング１３は摺動性の良いカーボン等の材料からなるのでシールリング１３の摩耗を防ぐことができ、第１間隙ｈを保つことができるので、良好なシール状態が得ることができる。
【００２５】  フローティングリング１５と内周壁１１ｄとの間の第２間隙ｇに発生するスクイズフィルムダンパ１４による圧力は、内周壁１１ｄに沿って、内周壁１１ｄに垂直にハウジング１１の中心Ｏに向くように発生する。すなわち、簡単な構成でフローティングリング１５に対し径方向の付勢力を発生させることができる。
【００２６】  回転軸２０が振れ回ったとしても、スクイズフィルムダンパ１４によりフローティングリング１５は径方向及び周方向に付勢力及び減衰力が付加されるので、回転軸２０はフローティングリング１５を介して、径方向及び周方向の振動を低減することができる。
【００２７】  シールリング１３は、カーボン等の自己潤滑性、摺動性に優れた材料から構成されるので、運転中にホルダ側２次シール面１１ｃと常に相対変位しても、摩耗、面荒れ等を防止でき、長期間に亘って二次シールの機能を維持することができる。また、フローティングリング１５は、摺動性の材料からなるシールリング１３が付勢手段１９及びホルダ１１ａに接触しているので、フローティングリング１５が付勢手段１９に対して相対変位してもフローティングリング１５は付勢手段１９及びホルダ１１ａと固着することなく、フローティングリング１５の動きが拘束されることがない。
【００２８】  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。
【００２９】  例えば、上記実施例において、フローティングリング１５は環状一体に構成したが、これに限らず周方向に分割して構成したものを環状に一体に組み立ててもよい。
【００３０】  上記実施例において、フローティングリング１５は付勢手段１９によって付勢されていたが、付勢手段１９を使用しないで、高圧流体側から低圧流体側への圧力によって、シールリング側２次シール面１３ｃとホルダ側２次シール面１１ｃとがさらに密着させて、二次シールを構成してもよい。
【００３１】  また、本発明はシール装置を主目的として用いるが、軸の振動を減衰する減衰装置として用いてもよい。
【符号の説明】
【００３２】１０              シール装置１１              ハウジング１１ａ            ホルダ１１ｂ            フランジ１２              リテーナ１３              シールリング１４              スクイズフィルムダンパ１５              フローティングリング１９              付勢手段２０              回転軸２１              ケーシング２２              締結手段Ｓ                空間ｈ                第１間隙ｇ                第２間隙
【図１】
2018155463.tif 000003
【図２】
2018155463.tif 000004
【図３】
2018155463.tif 000005
【国際調査報告】
2018155463.tif 000006
2018155463.tif 000007