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JP4295487B2 - Sealing device - Google Patents
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JP4295487B2 - Sealing device - Google Patents

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  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
  • Sealing Of Bearings (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密封流体の漏洩を防止する密封装置に係り、特に、回転体の回転により密封流体の漏洩を非接触で防止することのできる密封装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、密封流体の漏洩を防止する密封装置として、回転体と静止部との間にシール隙間を設け、回転体の回転により密封流体の漏洩を非接触で防止することのできるラビリンスシールが知られている。このラビリンスシールは、特に低トルクを要求される部位での油漏れ防止に適しており、例えばターボチャージャなどに用いられている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−1559号公報。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来のラビリンスシールにおいて、回転体の回転時における油漏れを防止(実質的に無視できるほど少なく)するためには、シール隙間を狭くかつばらつきを小さく、すなわち精密に管理する必要がある。また、回転時の油漏れを防止するためには、回転速度が高速になればなるほど、シール隙間を狭くする必要がある。例えば、回転体の回転速度を8000rpmとした場合、回転体と静止部との間に設けられているシール隙間を0.1mm程度に形成する必要がある。
【0005】
しかしながら、従来のラビリンスシールにおいて、0.1mmのシール隙間を形成するには、ラビリンスシール自身の加工精度およびラビリンスシールの取付精度を極めて高くする必要がある。そして、ラビリンスシールの加工精度を高くするには、高精度の装置を必要とするとともに、このような装置により製せられるラビリンスシールを大量に製造するには、極めて多量の装置と場所が必要となり、生産効率が悪く、経済的負担が増加するという問題点があった。さらに、ラビリンスシールの取付精度を高くするには、やはり高精度の取付装置を必要とし、生産効率が悪く、経済的負担が増加するという問題点があった。
【0006】
そこで、シール隙間を狭くせずに、低速から高速までの広い範囲に亘って密封流体の漏洩を防止することのできる密封装置が求められている。
【0007】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、シール隙間を狭くせずに、低速から高速までの広い範囲に亘って密封流体の漏洩を防止することのできる密封装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため特許請求の範囲の請求項1に係る本発明の密封装置の特徴は、回転体と静止部との間にシール隙間を設け、前記回転体の回転により密封流体の漏洩を非接触で防止することのできる密封装置において、前記シール隙間に、径方向および軸方向に移動可能な浮動リングが設けられており、前記浮動リングは、前記シール隙間において前記回転体の回転にともなって前記シール隙間を通って大気側に流出しようとする密封流体との接触により、前記回転体の回転速度より遅い速度で回転して前記回転体と同軸上に保持されるとともに、前記浮動リングの左右に形成される隙間に存在する密封流体のそれぞれの圧力が均衡を保つように軸方向に移動して前記浮動リングの左右に形成される隙間が保持されるように自動調心されるように形成されており、前記回転体側の前記浮動リングより大気側にはゴム様弾性体により形成されたリップシールが設けられており、前記静止部側には前記リップシールのリップ先端が接離するシール当接面が設けられており、前記リップシールは、前記回転体の少なくとも回転停止時において自身の弾性復元力によってリップ先端が前記シール当接面に弾接して前記シール隙間からの密封流体の漏洩を防止するとともに、前記回転体の回転にともなって自身が遠心力を受けて弾性変形することによりリップ先端が前記シール当接面から離れるように動作する点にある。そして、このような構成を採用したことにより、浮動リングの効果によってシール隙間を狭くせずに、低速から高速までの広い範囲に亘って密封流体の漏洩を確実かつ容易に防止することができる。また、リップシールは、前記回転体側の前記浮動リングより大気側に配置されているので、前記浮動リングによるシール機能が発揮されない回転体の回転停止時および低速時における密封流体の漏洩を確実かつ容易に防止することができる。
【0009】
また、請求項2に係る本発明の密封装置の特徴は、請求項1において、前記回転体側に回転部材、前記静止部側に固定部材をそれぞれ有し、前記固定部材の内部に前記回転部材と前記浮動リングが収納されるように構成されており、さらに、前記回転部材と前記浮動リングが前記固定部材から分離するのを防止するための分離防止壁を前記固定部材に一体に形成した点にある。そして、このような構成を採用したことにより、回転部材、固定部材および浮動リングが分離しないので、取り扱い性、および密封装置を回転体および静止部に取り付ける際の作業性をともに向上することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。
【0011】
図1は本発明に係る密封装置としてのラビリンスシールの第1実施形態の要部を示す断面図である。
【0012】
図1に示すように、本実施形態の密封装置としてのラビリンスシール1は、回転体としての回転軸2に装着される回転部材3と、静止部としてのハウジング4に回転部材3と対向するように装着される固定部材5と、浮動リング6とを有している。そして、ラビリンスシール1の図1左側が密封流体としての潤滑油が存在する密封側OSとされ、ラビリンスシール1の図1右側が大気側ASとされている。
【0013】
前記回転部材3は、金属あるいは樹脂などにより形成された環状の回転部材用環体7に、ゴム様弾性体で形成された回転部材用弾性シール8が焼き付けられて一体に形成されている。
【0014】
前記回転部材用環体7は、内側円筒部9を備えている。この内側円筒部9は、回転軸2より若干大径に形成されるとともに、図1の左右方向に示す軸方向に沿った長さ寸法が回転軸2の長さ寸法より短い所定の寸法に形成されている。そして、内側円筒部9の密封側OSに位置する左端縁には、ハウジング4の内周面に向かって径方向外側にほぼ直角に折曲された側面ほぼ環状の内側直立壁部10が延出形成されている。この内側直立壁部10の外周縁は、回転軸2の外周面とハウジング4の内周面とのほぼ中間部分に位置するように形成されている。そして、内側直立壁部10の外周縁には、大気側ASに向かってほぼ直角に折曲された中間円筒部11が軸方向に沿って延出形成されている。この中間円筒部11の長さ寸法は、内側円筒部9の長さ寸法より短く形成されており、その右端縁には、ハウジング4の内周面に向かって径方向外側にほぼ直角に折曲された側面ほぼ環状の回転側シール隙間形成用壁部12が延出形成されている。さらに、回転側シール隙間形成用壁部12の外周縁には、密封側OSに向かってほぼ直角に折曲された外側円筒部13が軸方向に沿って延出形成されている。
【0015】
前記回転部材用弾性シール8は、回転軸装着部14と回転軸2の少なくとも回転停止時における後述するシール隙間25からの油漏れを防止するシール部材としてのリップシール15とを有している。
【0016】
一方の回転軸装着部14は、前記回転部材用環体7の内側円筒部9の内周面に配置されており、回転軸2に対して適宜な締代を備えている。
【0017】
他方のリップシール15は、回転部材用環体7の内側直立壁部10の大気側ASに位置する側面に基部が配置されており、大気側ASにリップ先端16が配置されている。このリップシール15は、内側直立壁部10の大気側ASの側面から大気側ASに向かって徐々に拡径するように形成されている。また、リップシール15は、回転軸2の回転停止時においては図1の破線にて示すように固定部材5の後述するシール当接面21に対してリップ先端16が適宜な締代をもって弾接し、回転軸2の回転時においては図1の実線にて示すように回転軸2の回転にともなう遠心力によってリップ先端16がシール当接面21から離間するように形成されている。
【0018】
すなわち、リップシール15のリップ先端16は、シール当接面21に対して接離可能に形成されている。
【0019】
なお、本実施形態のリップシール15は、軸方向に対して直交する方向に形成されているシール当接面21に対してリップ先端16が軸方向から当接する構成とされているが、シール当接面21を軸方向に沿って形成し、このシール当接面21に対してリップ先端16を径方向外側から当接させる構成としてもよい。
【0020】
前記固定部材5は、金属あるいは樹脂などにより形成された環状の固定部材用環体17に、ゴム様弾性体で形成された固定部材用弾性シール18が焼き付けられて一体に形成されている。
【0021】
前記固定部材用環体17は、外周面がハウジング4の内周面と対向する軸方向に平行な水平筒状部19と、この水平筒状部19の大気側ASに位置する右端縁から径方向中心に向かってほぼ直角に折曲された内向きフランジ状の固定側シール隙間形成用壁部20とを有する断面ほぼL字状に形成されている。そして、水平筒状部19の内周面は、取付状態において前記回転部材用環体7の外側円筒部13の外周面と適宜な間隔をおいて対向するように配置されている。さらに、固定側シール隙間形成用壁部20の密封側OSの側面は、回転側シール隙間形成用壁部12の大気側ASの側面と所定の間隔をおいて対向するように配置されている。すなわち、固定側シール隙間形成用壁部20と回転側シール隙間形成用壁部12とは、ほぼ平行に配置されている。また、固定側シール隙間形成用壁部20の密封側OSの側面の内周側近傍は、回転軸2の停止時においてリップシール15のリップ先端16が当接されるシール当接面21とされている。
【0022】
前記固定部材用弾性シール18は、固定部材用環体17の水平筒状部19の外周と、固定部材用環体17の固定側シール隙間形成用壁部20の大気側ASの側面とを被覆するように形成されており、水平筒状部19の外周を覆う部分は、ハウジング4の内周面に対して適宜な締代を備えたハウジング装着部22とされている。
【0023】
前記回転側シール隙間形成用壁部12と固定側シール隙間形成用壁部20との相互間には、樹脂や金属などにより形成された浮動リング6が配置されている。この浮動リング6は、回転側シール隙間形成用壁部12と固定側シール隙間形成用壁部20との相互間において、径方向および軸方向に移動可能に配置されている。
【0024】
すなわち、回転側シール隙間形成用壁部12と固定側シール隙間形成用壁部20との相互間の間隔Gは、浮動リング6の軸方向に示す厚さTより大きく形成されている。そして、回転側シール隙間形成用壁部12と浮動リング6との対向面間の隙間23と、固定側シール隙間形成用壁部20と浮動リング6との対向面間の隙間24との両者によりシール隙間25が形成されている。
【0025】
すなわち、回転側シール隙間形成用壁部12と浮動リング6との対向面間の隙間23のサイズと、固定側シール隙間形成用壁部20と浮動リング6との対向面間の隙間24のサイズとを加算した値、言い換えると、回転側シール隙間形成用壁部12と固定側シール隙間形成用壁部20との相互間の間隔Gから浮動リング6の厚さTを減算した値が、シール隙間25のサイズとなっている。
【0026】
なお、浮動リング6の内外径のサイズとしては、回転軸2が停止している回転停止状態および回転軸2が回転している回転状態において、リップシール15と接触しないサイズとすることが好ましい。
【0027】
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。
【0028】
本実施形態のラビリンスシール1によれば、回転軸2の回転停止時および低速時においては、リップシール15のリップ先端16が自身の弾性復元力により、図1の破線で示すように、固定部材5のシール当接面21に弾接しているので、密封側OSから大気側ASへの油漏れを確実かつ容易に防止することができる。
【0029】
そして、回転軸2が回転を開始すると、回転が上がるにつれてリップシール15のリップ先端16は、回転軸2の回転にともなう遠心力によって径方向外側に向かって弾性変形する。この弾性変形により、リップシール15のリップ先端16が拡開し、図1の実線で示すように、リップシール15のリップ先端16がシール当接面21から離間する。その結果、回転軸2の回転時において、リップシール15のリップ先端16とシール当接面21を非接触状態に保持することができる。なお、回転軸2の回転にともなう遠心力によってシール当接面21から離間したリップシール15のリップ先端16は、回転軸2の回転が低速になるとあるいは停止すると、自身の弾性復元力によってシール当接面21に当接したもとの状態に容易に復帰する。
【0030】
したがって、本実施形態のラビリンスシール1によれば、回転軸2の回転が低速あるいは停止時における油漏れを確実かつ容易に防止することができる。
【0031】
また、本実施形態のラビリンスシール1によれば、回転軸2が回転を開始すると回転が上がるにつれて、密封側OSに存在する油は、回転軸2に装着されている回転部材3の回転にともなう遠心力によって、固定部材5の内周面側に張り付くように流動するとともに、その一部がシール隙間25を通って密封側OSから大気側ASに流出しようとする。しかし、シール隙間25を通って大気側ASに流出しようとする油は、シール隙間25に配設されている浮動リング6によって層流状態で回転して捕捉されて大気側ASへの流出が阻止され、油の大気側ASへの漏洩が防止される。
【0032】
この時、浮動リング6がシール隙間25において移動可能に配設されているので、浮動リング6は、油との接触によって回転軸2の回転速度より遅い速度で回転するとともに、回転側シール隙間形成用壁部12と浮動リング6との対向面間の隙間23に存在する油の圧力と、固定側シール隙間形成用壁部20と浮動リング6との対向面間の隙間24に存在する油の圧力とが均衡を保つように軸方向に移動する。すなわち、浮動リング6は、回転軸2と同軸上に保持されるとともに、浮動リング6の左右に形成される隙間23,24が保持されるように自動調心されることになる。
【0033】
そして、本実施形態のラビリンスシール1によれば、回転側シール隙間形成用壁部12と固定側シール隙間形成用壁部20との間に浮動リング6が配設されているから、シール隙間25のサイズを狭くせずに、低速から高速までの広い範囲に亘って油の大気側ASへの漏洩を確実かつ容易に防止することができる。
【0034】
このことは、性能評価試験により確認することができた。この性能評価試験には、図2(a)に示すように、外径80mmの回転軸の外周面に回転部材3の代用として断面ほぼL字状の環体により軸方向に対して垂直な金属製の回転側垂直壁31を設けるとともに、内径100mmのハウジング4の内周面に固定部材5の代用として断面ほぼL字状の環体により軸方向に対して垂直な大気側ASより観察できる透明な樹脂製の固定側垂直壁32を設け、回転側垂直壁31と固定側垂直壁32との相互間に浮動リング6を配設し、かつ0.5mm(回転側垂直壁31と固定側垂直壁32との相互間の間隔Gから浮動リング6の厚さTを減算した値)のシール隙間25を設けたものを本発明品とし、図2(b)に示すように、回転側垂直壁31と固定側垂直壁32との相互間に浮動リング6を配設せずにシール隙間25を設けたものを従来品として用いた。また、従来品のシール隙間25のサイズとしては、0.1mm(従来品1)、0.2mm(従来品2)、0.3mm(従来品3)および0.4mm(従来品4)の4種類を用いた。
【0035】
そして、本発明品および従来品について、密封流体としての潤滑油、すなわちキャッスルSL 5W−20(トヨタ製商品名)を用いて、潤滑油の油温を150℃とし、回転軸2の回転数を750、2000、3000、4500、6000、7000、9000rpmの7段階で回転させた場合の油漏れ量をそれぞれ評価した。なお、潤滑油は、回転軸2を回転させた状態で密封側OSに供給した。また、油漏れ量は、密封側OSに潤滑油を供給した後、30分経過したときに大気側ASに漏洩した潤滑油の量を計測したものである。
【0036】
この性能評価試験の評価結果を図3に示す。
【0037】
図3に示すように、本発明品は、シール隙間25を0.5mmとした場合であっても全回転領域(750〜9000rpm)において油漏れがなく良好な密封性能を有することが判明した。
【0038】
これに対して、従来品は、本発明品よりシール隙間25が狭いにもかかわらず、本発明品より性能が劣るものであった。すなわち、従来品1から4は、すべて油漏れが生じ、油漏れを防止することができないものであった。さらに説明すると、図3に示すように、従来品1および2は、シール隙間25が0.1mmおよび0.2mmと極めて少ないにもかかわらず、回転軸2の回転数が4500rpmを超えると油漏れが生じるものであった。また、従来品3および4は、シール隙間25が0.3mmおよび0.4mmと本発明品より狭いにもかかわらず、回転軸2の回転数が2000rpmを超えると油漏れが生じるとともに、油漏れ量が多いものであった。なお、従来品の9000rpmにおける油漏れ量は、従来品1が0.3cc/min、従来品2が0.5cc/min、従来品3が5.4cc/min、従来品4が8.4cc/minであった。
【0039】
前記性能評価試験において、油漏れがない状態では、シール隙間25に油の大気との境界部分である油面が環状に保持されているとともに、この油面が層流の状態で回転することが判明した。また、油漏れの状態は、油面が波打つように乱れて、油面の一部が剥離して大気側ASに飛散することにより生じることが判明した。
【0040】
本発明品のラビリンスシールにおいてシール隙間が従来品より広いにもかかわらず良好な密封性能を有するのは、シール隙間に配置された浮動リングが回転軸の回転にともなって回転軸の回転速度より遅い速度で回転することにより、シール隙間における油面が乱れることなく層流状態で環状に保持されるためである。
【0041】
なお、本実施形態のラビリンスシール1を製造して実際の製品による性能評価試験を行ったところ、全回転領域(0〜9000rpm)において油漏れがなく良好な密封性能を有することが確認できた。
【0042】
したがって、本実施形態のラビリンスシール1によれば、従来に比べてシール隙間25を広く設定できるので、シール隙間25のサイズを狭くせずに、低速から高速までの広い範囲に亘って密封流体の漏洩を確実かつ容易に防止することができる。その結果、ラビリンスシール1の製作時の許容差およびラビリンスシール1の取付精度を緩和することができ、しかも回転軸2の軸方向のガタを吸収することもできるので、生産性の向上および低コスト化を容易に図ることができる。
【0043】
図4は本発明に係るラビリンスシールの第2実施形態を示すものである。本実施形態のラビリンスシール41は、回転部材3、固定部材5および浮動リング6が分離しないように一体化したものである。
【0044】
すなわち、本実施形態のラビリンスシール41は、取り扱い時などに、固定部材5の内部に配置される回転部材3および浮動リング6が軸方向に移動して固定部材5から分離するのを防止するため、固定部材5を構成する固定部材用環体17の水平筒状部19の左端縁に、径方向中心に向かってほぼ直角に折曲された内向きフランジ状の分離防止壁42を設けることにより構成されている。この分離防止壁42は、固定部材5の内部に浮動リング6および回転部材3を収納した後で、予め分離防止壁42を形成するのに必要な分だけ軸方向に長くかつ薄く形成された水平筒状部19の左端部を径方向中心に向かって折曲げ加工することにより形成されている。その他の構成は前述した第1実施形態のラビリンスシール1と同様とされており、その詳しい説明は省略する。
【0045】
このような構成により、本実施形態のラビリンスシール41は、前述した第1実施形態のラビリンスシール1と同様の効果を奏することができるとともに、回転部材3、固定部材5および浮動リング6が分離しないので、取り扱い性、およびラビリンスシール41を回転軸2およびハウジング4に取り付ける際の作業性をともに向上することができる。
【0046】
図5は本発明に係るラビリンスシールの第3実施形態を示すものである。本実施形態のラビリンスシール51は、静止部としてのハウジング4の一部に固定側シール隙間形成用壁部20を設けたものである。
【0047】
すなわち、本実施形態のラビリンスシール51は、ハウジング4自身の一部に固定側シール隙間形成用壁部20が設けられており、この固定側シール隙間形成用壁部20の内周縁には、密封側OSに向かって軸方向にほぼ直角に折曲された筒状部52が延出形成されている。そして、回転軸2の回転停止時および低速時において、回転部材3に設けられたリップシール15のリップ先端16が、径方向外側から筒状部52の外周面に当接するように形成されており(同図破線参照)、このリップ先端16が当接する筒状部52の外周面がシール当接面21とされている。なお、筒状部52を設けずに、リップシール15のリップ先端16を、固定側シール隙間形成用壁部20の密封側OSに位置する側面に当接させる構成としてもよい。
【0048】
その他の構成は前述した第1実施形態のラビリンスシール1と同様とされており、その詳しい説明は省略する。
【0049】
このような構成により、本実施形態のラビリンスシール51は、前述した第1実施形態のラビリンスシール1と同様の効果を奏することができる。
【0050】
なお、本発明の密封装置は、低トルクを要求されるエンジンあるいはポンプ軸などにおいて液体あるいは液体と固体との混合体からなる密封流体の漏洩防止に用いることができる。
【0051】
また、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することができる。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に係る本発明の密封装置によれば、シール隙間を狭くせずに、低速から高速までの広い範囲に亘って密封流体の漏洩を確実かつ容易に防止することができるなどの極めて優れた効果を奏する。また、請求項1に係る本発明の密封装置によれば、リップシールが前記回転体側の前記浮動リングより大気側に配置されているので、前記浮動リングによるシール機能が発揮されない回転体の回転停止時および低速時における密封流体の漏洩を確実かつ容易に防止することができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【0053】
また、請求項2に係る本発明の密封装置によれば、回転部材、固定部材および浮動リングが分離しないので、取り扱い性、および密封装置を回転体および静止部に取り付ける際の作業性をともに向上することができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る密封装置としてのラビリンスシールの第1実施形態の要部を示す断面図
【図2】 性能評価試験に用いたラビリンスシールの構成を示す断面図であり、(a)は本発明品、(b)は従来品を示す
【図3】 回転軸の回転数と油漏れ量の関係を示す線図
【図4】 本発明の密封装置としてのラビリンスシールの第2実施形態の要部を示す図1と同様の図
【図5】 本発明の密封装置としてのラビリンスシールの第3実施形態の要部を示す図1と同様の図
【符号の説明】
1、41、51 ラビリンスシール
2 回転軸
3 回転部材
4 ハウジング
5 固定部材
6 浮動リング
12 回転側シール隙間形成用壁部
15 リップシール
16 リップ先端
20 固定側シール隙間形成用壁部
21 シール当接面
23、24 隙間
25 シール隙間
42 分離防止壁
52 筒状部
G (回転側シール隙間形成用壁部と固定側シール隙間形成用壁部との)間隔
T (浮動リングの)厚さ
AS 大気側
OS 密封側
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sealing device that prevents leakage of sealing fluid, and more particularly to a sealing device that can prevent leakage of sealing fluid in a non-contact manner by rotation of a rotating body.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a sealing device for preventing leakage of a sealing fluid, a labyrinth seal has been known in which a sealing gap is provided between a rotating body and a stationary part, and leakage of the sealing fluid can be prevented without contact by rotation of the rotating body. It has been. This labyrinth seal is particularly suitable for preventing oil leakage at a site where low torque is required, and is used in, for example, a turbocharger (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-1559.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional labyrinth seal described above, in order to prevent oil leakage during rotation of the rotating body (substantially negligible), it is necessary to narrow the seal gap and reduce the variation, that is, to manage precisely. is there. Further, in order to prevent oil leakage during rotation, it is necessary to narrow the seal gap as the rotational speed increases. For example, when the rotational speed of the rotator is 8000 rpm, it is necessary to form a seal gap provided between the rotator and the stationary part to about 0.1 mm.
[0005]
However, in order to form a seal gap of 0.1 mm in the conventional labyrinth seal, it is necessary to extremely increase the processing accuracy of the labyrinth seal itself and the mounting accuracy of the labyrinth seal. In order to increase the processing accuracy of the labyrinth seal, a high-precision device is required, and in order to manufacture a large amount of the labyrinth seal produced by such a device, an extremely large amount of device and space are required. The production efficiency is poor and the economic burden increases. Furthermore, in order to increase the mounting accuracy of the labyrinth seal, a high-accuracy mounting device is required, which has the problem that the production efficiency is poor and the economic burden increases.
[0006]
Therefore, there is a need for a sealing device that can prevent leakage of the sealing fluid over a wide range from low speed to high speed without narrowing the seal gap.
[0007]
The present invention has been made in view of this point, and an object thereof is to provide a sealing device capable of preventing leakage of a sealing fluid over a wide range from a low speed to a high speed without narrowing a seal gap. And
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the sealing device according to claim 1 of the present invention is characterized in that a sealing gap is provided between the rotating body and the stationary part, and leakage of the sealing fluid is caused by the rotation of the rotating body. In the sealing device that can prevent contactless contact, a floating ring that is movable in a radial direction and an axial direction is provided in the seal gap, and the floating ring can rotate the rotating body in the seal gap. Along with the contact with the sealing fluid that is about to flow out to the atmosphere through the seal gap, the rotating ring rotates at a speed slower than the rotating speed of the rotating body and is held coaxially with the rotating body. The gaps formed on the left and right sides of the floating ring are automatically adjusted to move in the axial direction so that the respective pressures of the sealing fluid existing in the gaps formed on the left and right sides are balanced. Is formed so as to be, the atmospheric side of the floating ring of the rotary body side is provided with a lip seal formed of a rubber-like elastic body, wherein the stationary portion side lip end of the lip seal A seal abutting surface that contacts and separates is provided, and the lip seal is elastically contacted by the elastic abutment force at least when the rotation of the rotating body is stopped so that the lip tip comes into contact with the seal abutting surface from In addition to preventing leakage of the sealing fluid, the lip end is moved away from the seal contact surface by elastic deformation due to centrifugal force as the rotating body rotates. By adopting such a configuration, it is possible to reliably and easily prevent leakage of the sealing fluid over a wide range from low speed to high speed without narrowing the seal gap due to the effect of the floating ring. Further, since the lip seal is disposed closer to the atmosphere than the floating ring on the rotating body side, the sealing fluid is reliably and easily leaked when the rotating body is stopped and at a low speed when the sealing function of the floating ring is not exhibited. Can be prevented.
[0009]
The feature of the sealing device of the present invention according to claim 2, in claim 1, comprising pre-Symbol rotary section to the rotating member, a fixing member on the stationary side, respectively, said rotary member inside the fixing member And the floating ring is housed, and a separation preventing wall for preventing the rotating member and the floating ring from being separated from the fixing member is formed integrally with the fixing member. It is in. By adopting such a configuration, the rotating member, the fixing member, and the floating ring are not separated, so that the handling property and the workability when the sealing device is attached to the rotating body and the stationary part can be improved. .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a first embodiment of a labyrinth seal as a sealing device according to the present invention.
[0012]
As shown in FIG. 1, a labyrinth seal 1 as a sealing device of the present embodiment is opposed to a rotating member 3 mounted on a rotating shaft 2 as a rotating body and a rotating member 3 on a housing 4 as a stationary part. And a floating ring 6. The left side of the labyrinth seal 1 in FIG. 1 is a sealing side OS in which lubricating oil as a sealing fluid exists, and the right side of the labyrinth seal 1 in FIG. 1 is an atmospheric side AS.
[0013]
The rotating member 3 is integrally formed by baking a rotating member elastic seal 8 formed of a rubber-like elastic body on an annular rotating member ring 7 formed of metal or resin.
[0014]
The rotating member ring 7 includes an inner cylindrical portion 9. The inner cylindrical portion 9 is formed to have a slightly larger diameter than the rotary shaft 2 and has a predetermined length that is shorter than the length of the rotary shaft 2 along the axial direction shown in the left-right direction in FIG. Has been. An inner upright wall portion 10 having a substantially annular side surface that is bent substantially perpendicularly outward in the radial direction toward the inner peripheral surface of the housing 4 extends to the left end edge located on the sealing side OS of the inner cylindrical portion 9. Is formed. The outer peripheral edge of the inner upright wall portion 10 is formed so as to be positioned at a substantially intermediate portion between the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 and the inner peripheral surface of the housing 4. Further, an intermediate cylindrical portion 11 that is bent at a substantially right angle toward the atmosphere side AS is formed to extend along the axial direction on the outer peripheral edge of the inner upright wall portion 10. The length of the intermediate cylindrical portion 11 is shorter than the length of the inner cylindrical portion 9, and the right end edge of the intermediate cylindrical portion 11 is bent at a substantially right angle outward in the radial direction toward the inner peripheral surface of the housing 4. A side wall 12 for forming a rotation-side seal gap that is substantially annular is formed to extend. Further, an outer cylindrical portion 13 bent at a substantially right angle toward the sealing side OS is formed on the outer peripheral edge of the rotation-side seal gap forming wall portion 12 so as to extend in the axial direction.
[0015]
The rotary member elastic seal 8 includes a rotary shaft mounting portion 14 and a lip seal 15 as a seal member for preventing oil leakage from a seal gap 25 described later at least when the rotary shaft 2 stops rotating.
[0016]
One rotating shaft mounting portion 14 is disposed on the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion 9 of the rotating member ring 7, and has an appropriate allowance for the rotating shaft 2.
[0017]
The other lip seal 15 has a base portion disposed on a side surface of the inner upright wall portion 10 of the rotating member ring 7 located on the atmosphere side AS, and a lip tip 16 is disposed on the atmosphere side AS. The lip seal 15 is formed so as to gradually increase in diameter from the side surface on the atmosphere side AS of the inner upright wall portion 10 toward the atmosphere side AS. Further, when the rotation of the rotary shaft 2 is stopped, the lip seal 15 is elastically brought into contact with a seal contact surface 21 (to be described later) of the fixing member 5 with an appropriate tightening margin, as shown by a broken line in FIG. When the rotary shaft 2 is rotated, the lip tip 16 is formed so as to be separated from the seal contact surface 21 by a centrifugal force accompanying the rotation of the rotary shaft 2 as shown by a solid line in FIG.
[0018]
That is, the lip tip 16 of the lip seal 15 is formed so as to be able to contact and separate from the seal contact surface 21.
[0019]
The lip seal 15 of this embodiment is configured such that the lip tip 16 abuts against the seal abutment surface 21 formed in a direction orthogonal to the axial direction from the axial direction. The contact surface 21 may be formed along the axial direction, and the lip tip 16 may be brought into contact with the seal contact surface 21 from the radially outer side.
[0020]
The fixing member 5 is integrally formed by baking a fixing member elastic seal 18 formed of a rubber-like elastic body on an annular fixing member ring 17 formed of metal or resin.
[0021]
The fixing member ring 17 has a horizontal cylindrical portion 19 whose outer peripheral surface is parallel to the axial direction facing the inner peripheral surface of the housing 4, and a diameter from a right edge located on the atmosphere side AS of the horizontal cylindrical portion 19. It is formed in a substantially L-shaped cross section having an inward flange-shaped fixed-side seal gap forming wall portion 20 bent at a substantially right angle toward the direction center. And the internal peripheral surface of the horizontal cylindrical part 19 is arrange | positioned so that it may oppose with a proper space | interval with the outer peripheral surface of the outer side cylindrical part 13 of the said rotary member ring 7 in an attachment state. Furthermore, the side surface of the sealing-side OS of the fixed-side seal gap forming wall portion 20 is disposed so as to face the air-side AS side surface of the rotation-side seal gap forming wall portion 12 with a predetermined interval. That is, the fixed-side seal gap forming wall portion 20 and the rotation-side seal gap forming wall portion 12 are arranged substantially in parallel. Further, the vicinity of the inner peripheral side of the side surface of the sealing-side OS of the fixed-side seal gap forming wall portion 20 is a seal contact surface 21 on which the lip tip 16 of the lip seal 15 contacts when the rotary shaft 2 is stopped. ing.
[0022]
The fixing member elastic seal 18 covers the outer periphery of the horizontal tubular portion 19 of the fixing member ring 17 and the side surface of the atmosphere side AS of the fixing side seal gap forming wall portion 20 of the fixing member ring 17. The portion that covers the outer periphery of the horizontal cylindrical portion 19 is a housing mounting portion 22 that has an appropriate tightening allowance with respect to the inner peripheral surface of the housing 4.
[0023]
A floating ring 6 made of resin, metal, or the like is disposed between the rotation-side seal gap forming wall 12 and the fixed-side seal gap forming wall 20. The floating ring 6 is disposed so as to be movable in the radial direction and the axial direction between the rotation-side seal gap forming wall portion 12 and the fixed-side seal gap forming wall portion 20.
[0024]
That is, the gap G between the rotation-side seal gap forming wall portion 12 and the fixed-side seal gap forming wall portion 20 is formed larger than the thickness T shown in the axial direction of the floating ring 6. The gap 23 between the opposing surfaces of the rotation-side seal gap forming wall 12 and the floating ring 6 and the gap 24 between the opposing surfaces of the fixed-side seal gap forming wall 20 and the floating ring 6 are both used. A seal gap 25 is formed.
[0025]
That is, the size of the gap 23 between the opposed surfaces of the rotation-side seal gap forming wall 12 and the floating ring 6 and the size of the gap 24 between the opposed surfaces of the fixed-side seal gap forming wall 20 and the floating ring 6. , In other words, a value obtained by subtracting the thickness T of the floating ring 6 from the gap G between the rotation-side seal gap forming wall portion 12 and the fixed-side seal gap forming wall portion 20. It is the size of the gap 25.
[0026]
In addition, it is preferable that the size of the inner and outer diameters of the floating ring 6 is a size that does not come into contact with the lip seal 15 in the rotation stop state in which the rotation shaft 2 is stopped and the rotation state in which the rotation shaft 2 is rotating.
[0027]
Next, the operation of the present embodiment having the above-described configuration will be described.
[0028]
According to the labyrinth seal 1 of the present embodiment, when the rotation of the rotating shaft 2 is stopped and at a low speed, the lip tip 16 of the lip seal 15 is elastically restored by its own elastic restoring force, as shown by the broken line in FIG. The oil contact from the sealing side OS to the atmosphere side AS can be reliably and easily prevented.
[0029]
When the rotating shaft 2 starts rotating, the lip tip 16 of the lip seal 15 is elastically deformed radially outward by the centrifugal force accompanying the rotation of the rotating shaft 2 as the rotation increases. Due to this elastic deformation, the lip tip 16 of the lip seal 15 is expanded, and the lip tip 16 of the lip seal 15 is separated from the seal contact surface 21 as indicated by the solid line in FIG. As a result, when the rotary shaft 2 rotates, the lip tip 16 of the lip seal 15 and the seal contact surface 21 can be held in a non-contact state. Note that the lip tip 16 of the lip seal 15 separated from the seal abutment surface 21 by the centrifugal force accompanying the rotation of the rotating shaft 2 is applied to the seal by its own elastic restoring force when the rotation of the rotating shaft 2 is slowed or stopped. The original state of contact with the contact surface 21 is easily restored.
[0030]
Therefore, according to the labyrinth seal 1 of this embodiment, it is possible to reliably and easily prevent oil leakage when the rotation of the rotary shaft 2 is slow or stopped.
[0031]
In addition, according to the labyrinth seal 1 of the present embodiment, as the rotation of the rotating shaft 2 starts, the oil present in the sealing side OS is accompanied by the rotation of the rotating member 3 attached to the rotating shaft 2 as the rotation increases. Due to the centrifugal force, the fluid flows so as to stick to the inner peripheral surface side of the fixing member 5, and a part of the fluid flows through the seal gap 25 from the sealing side OS to the atmosphere side AS. However, the oil that is about to flow out to the atmosphere side AS through the seal gap 25 is rotated and captured in a laminar flow state by the floating ring 6 disposed in the seal gap 25 and is prevented from flowing out to the atmosphere side AS. This prevents the oil from leaking to the atmosphere side AS.
[0032]
At this time, since the floating ring 6 is disposed so as to be movable in the seal gap 25, the floating ring 6 rotates at a speed slower than the rotation speed of the rotary shaft 2 by contact with oil, and a rotation-side seal gap is formed. The pressure of oil existing in the gap 23 between the facing surfaces of the wall 12 and the floating ring 6 and the oil existing in the gap 24 between the facing surfaces of the fixed-side seal gap forming wall 20 and the floating ring 6 It moves in the axial direction so that the pressure is balanced. That is, the floating ring 6 is held coaxially with the rotary shaft 2 and is automatically aligned so that the gaps 23 and 24 formed on the left and right sides of the floating ring 6 are held.
[0033]
According to the labyrinth seal 1 of the present embodiment, the floating ring 6 is disposed between the rotation-side seal gap forming wall 12 and the fixed-side seal gap forming wall 20. Without narrowing the size of the oil, it is possible to reliably and easily prevent the oil from leaking to the atmosphere side AS over a wide range from low speed to high speed.
[0034]
This could be confirmed by a performance evaluation test. In this performance evaluation test, as shown in FIG. 2 (a), a metal perpendicular to the axial direction by an annular body having a substantially L-shaped cross section instead of the rotating member 3 on the outer peripheral surface of a rotating shaft having an outer diameter of 80 mm. A transparent vertical wall 31 made of rotation is provided, and transparent on the inner peripheral surface of the housing 4 having an inner diameter of 100 mm can be observed from the atmosphere side AS perpendicular to the axial direction by an annular body having a substantially L-shaped cross section instead of the fixing member 5. The fixed side vertical wall 32 made of a resin is provided, the floating ring 6 is disposed between the rotary side vertical wall 31 and the fixed side vertical wall 32, and 0.5 mm (the rotary side vertical wall 31 and the fixed side vertical wall). A product provided with a seal gap 25 having a value obtained by subtracting the thickness T of the floating ring 6 from the gap G between the wall 32 and the wall 32 is a product of the present invention, and as shown in FIG. Without providing the floating ring 6 between 31 and the fixed vertical wall 32 Those provided Lumpur gap 25 is used as the conventional product. The size of the seal gap 25 of the conventional product is 4 mm of 0.1 mm (conventional product 1), 0.2 mm (conventional product 2), 0.3 mm (conventional product 3) and 0.4 mm (conventional product 4). The type was used.
[0035]
And about this invention product and a conventional product, the lubricating oil as a sealing fluid, ie, Castle SL 5W-20 (Toyota brand name) is used, the oil temperature of lubricating oil is 150 degreeC, and the rotation speed of the rotating shaft 2 is set. The amount of oil leakage when rotating in 7 stages of 750, 2000, 3000, 4500, 6000, 7000, and 9000 rpm was evaluated. The lubricating oil was supplied to the sealing side OS with the rotating shaft 2 being rotated. Further, the amount of oil leakage is obtained by measuring the amount of lubricating oil leaked to the atmosphere side AS after 30 minutes have passed since the lubricating oil was supplied to the sealing side OS.
[0036]
The evaluation results of this performance evaluation test are shown in FIG.
[0037]
As shown in FIG. 3, the product of the present invention was found to have good sealing performance with no oil leakage in the entire rotation region (750 to 9000 rpm) even when the seal gap 25 was 0.5 mm.
[0038]
In contrast, the conventional product was inferior to the product of the present invention in spite of the fact that the seal gap 25 was narrower than that of the product of the present invention. That is, all of the conventional products 1 to 4 have oil leaks and cannot prevent the oil leaks. More specifically, as shown in FIG. 3, the conventional products 1 and 2 have oil leakage when the rotational speed of the rotary shaft 2 exceeds 4500 rpm, even though the seal gap 25 is as small as 0.1 mm and 0.2 mm. Occurred. In addition, in the conventional products 3 and 4, although the seal gap 25 is 0.3 mm and 0.4 mm, which is narrower than that of the present invention, an oil leak occurs when the rotational speed of the rotary shaft 2 exceeds 2000 rpm. The amount was large. The oil leakage amount at 9000 rpm of the conventional product is 0.3 cc / min for the conventional product 1, 0.5 cc / min for the conventional product 2, 5.4 cc / min for the conventional product 3, and 8.4 cc / min for the conventional product 4. min.
[0039]
In the performance evaluation test, in a state where there is no oil leakage, the oil surface that is a boundary portion with the oil atmosphere is held in the seal gap 25 in an annular shape, and the oil surface may rotate in a laminar flow state. found. Further, it has been found that the oil leakage state occurs when the oil surface is disturbed so as to wave, and a part of the oil surface is peeled off and scattered on the atmosphere side AS.
[0040]
The labyrinth seal of the present invention has a good sealing performance even though the seal gap is wider than that of the conventional product. The floating ring arranged in the seal gap is slower than the rotation speed of the rotation shaft as the rotation shaft rotates. This is because by rotating at a speed, the oil level in the seal gap is held in an annular shape in a laminar flow state without being disturbed.
[0041]
In addition, when the labyrinth seal 1 of this embodiment was manufactured and the performance evaluation test by an actual product was conducted, it has confirmed that there was no oil leak and it had favorable sealing performance in the whole rotation area | region (0-9000 rpm).
[0042]
Therefore, according to the labyrinth seal 1 of the present embodiment, since the seal gap 25 can be set wider than in the past, the size of the seal gap 25 is not narrowed, and the sealing fluid can be applied over a wide range from low speed to high speed. Leakage can be reliably and easily prevented. As a result, tolerances in manufacturing the labyrinth seal 1 and mounting accuracy of the labyrinth seal 1 can be relaxed, and the axial play of the rotating shaft 2 can be absorbed. Can be easily achieved.
[0043]
FIG. 4 shows a second embodiment of the labyrinth seal according to the present invention. The labyrinth seal 41 according to the present embodiment is integrated so that the rotating member 3, the fixing member 5, and the floating ring 6 are not separated.
[0044]
That is, the labyrinth seal 41 of the present embodiment prevents the rotating member 3 and the floating ring 6 disposed inside the fixing member 5 from moving in the axial direction and being separated from the fixing member 5 during handling. By providing an inward flange-shaped separation preventing wall 42 bent at a substantially right angle toward the center in the radial direction at the left end edge of the horizontal tubular portion 19 of the fixing member ring 17 constituting the fixing member 5. It is configured. The separation preventing wall 42 is formed in a horizontal and thin shape in the axial direction so as to be necessary for forming the separation preventing wall 42 in advance after the floating ring 6 and the rotating member 3 are accommodated in the fixed member 5. It is formed by bending the left end portion of the cylindrical portion 19 toward the center in the radial direction. Other configurations are the same as those of the labyrinth seal 1 of the first embodiment described above, and a detailed description thereof is omitted.
[0045]
With such a configuration, the labyrinth seal 41 of the present embodiment can achieve the same effects as the labyrinth seal 1 of the first embodiment described above, and the rotating member 3, the fixing member 5, and the floating ring 6 are not separated. Therefore, it is possible to improve both handleability and workability when attaching the labyrinth seal 41 to the rotary shaft 2 and the housing 4.
[0046]
FIG. 5 shows a third embodiment of the labyrinth seal according to the present invention. The labyrinth seal 51 of this embodiment is provided with a fixed-side seal gap forming wall portion 20 in a part of the housing 4 as a stationary portion.
[0047]
That is, the labyrinth seal 51 of the present embodiment is provided with a fixed-side seal gap forming wall portion 20 in a part of the housing 4 itself. A cylindrical portion 52 that is bent substantially perpendicularly in the axial direction toward the side OS is formed to extend. The lip tip 16 of the lip seal 15 provided on the rotary member 3 is formed so as to come into contact with the outer peripheral surface of the cylindrical portion 52 from the outside in the radial direction when the rotation of the rotary shaft 2 is stopped and at a low speed. (See the broken line in the figure) The outer peripheral surface of the cylindrical portion 52 with which the lip tip 16 abuts is the seal abutment surface 21. In addition, it is good also as a structure which abuts the lip tip 16 of the lip seal 15 against the side surface located on the sealing side OS of the fixed side seal gap forming wall portion 20 without providing the cylindrical portion 52.
[0048]
Other configurations are the same as those of the labyrinth seal 1 of the first embodiment described above, and a detailed description thereof is omitted.
[0049]
With such a configuration, the labyrinth seal 51 of this embodiment can achieve the same effects as the labyrinth seal 1 of the first embodiment described above.
[0050]
The sealing device of the present invention can be used for preventing leakage of a sealing fluid made of a liquid or a mixture of a liquid and a solid in an engine or a pump shaft that requires low torque.
[0051]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as necessary.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the sealing device of the present invention according to claim 1, it is possible to reliably and easily prevent leakage of the sealing fluid over a wide range from low speed to high speed without narrowing the seal gap. It has an extremely excellent effect. According to the sealing device of the present invention according to claim 1, since the lip seal is disposed on the atmosphere side from the floating ring on the rotating body side, the rotation of the rotating body that does not perform the sealing function by the floating ring is stopped. There are excellent effects such as the ability to reliably and easily prevent leakage of the sealing fluid at the time and at low speed.
[0053]
Further, according to the sealing device of the present invention according to claim 2, rotating member, since the fixing member and the floating ring is not separated, handleability, and workability in mounting the rotating member and the stationary portion of the sealing device together It has extremely excellent effects such as being able to improve.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a first embodiment of a labyrinth seal as a sealing device according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a labyrinth seal used in a performance evaluation test. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the number of rotations of the rotating shaft and the amount of oil leakage. FIG. 4 is a second embodiment of a labyrinth seal as a sealing device of the present invention. The same figure as FIG. 1 which shows the principal part of FIG. 5 is a figure similar to FIG. 1 which shows the principal part of 3rd Embodiment of the labyrinth seal as a sealing device of this invention.
1, 41, 51 Labyrinth seal 2 Rotating shaft 3 Rotating member 4 Housing 5 Fixed member 6 Floating ring 12 Rotating side seal clearance forming wall 15 Lip seal 16 Lip tip 20 Fixed side sealing clearance forming wall 21 Seal contact surface 23, 24 Gap 25 Seal gap 42 Separation preventing wall 52 Cylindrical part G Distance T between rotation side seal gap forming wall part and fixed side seal gap forming wall part Thickness AS (floating ring) AS Air side OS Sealed side

Claims (2)

回転体と静止部との間にシール隙間を設け、前記回転体の回転により密封流体の漏洩を非接触で防止することのできる密封装置において、
前記シール隙間に、径方向および軸方向に移動可能な浮動リングが設けられており、前記浮動リングは、前記シール隙間において前記回転体の回転にともなって前記シール隙間を通って大気側に流出しようとする密封流体との接触により、前記回転体の回転速度より遅い速度で回転して前記回転体と同軸上に保持されるとともに、前記浮動リングの左右に形成される隙間に存在する密封流体のそれぞれの圧力が均衡を保つように軸方向に移動して前記浮動リングの左右に形成される隙間が保持されるように自動調心されるように形成されており、
前記回転体側の前記浮動リングより大気側にはゴム様弾性体により形成されたリップシールが設けられており、前記静止部側には前記リップシールのリップ先端が接離するシール当接面が設けられており、前記リップシールは、前記回転体の少なくとも回転停止時において自身の弾性復元力によってリップ先端が前記シール当接面に弾接して前記シール隙間からの密封流体の漏洩を防止するとともに、前記回転体の回転にともなって自身が遠心力を受けて弾性変形することによりリップ先端が前記シール当接面から離れるように動作することを特徴とする密封装置。
In a sealing device that provides a seal gap between the rotating body and the stationary part, and prevents leakage of sealing fluid in a non-contact manner by rotation of the rotating body,
A floating ring that is movable in the radial direction and the axial direction is provided in the seal gap, and the floating ring flows out to the atmosphere side through the seal gap as the rotating body rotates in the seal gap. Of the sealing fluid that rotates at a speed slower than the rotational speed of the rotating body and is held coaxially with the rotating body and that exists in the gap formed on the left and right of the floating ring. It is formed so that each pressure moves in an axial direction so as to maintain a balance and is automatically aligned so that a gap formed on the left and right of the floating ring is maintained.
A lip seal formed of a rubber-like elastic body is provided on the atmosphere side of the floating ring on the rotating body side , and a seal contact surface on which the lip tip of the lip seal contacts and separates is provided on the stationary part side. The lip seal prevents the leakage of the sealing fluid from the seal gap by elastically contacting the seal contact surface by the elastic restoring force of the lip body at least when the rotating body is stopped. A sealing device, wherein the lip tip moves away from the seal contact surface by elastically deforming by receiving centrifugal force as the rotating body rotates.
前記回転体側に回転部材、前記静止部側に固定部材をそれぞれ有し、前記固定部材の内部に前記回転部材と前記浮動リングが収納されるように構成されており、さらに、前記回転部材と前記浮動リングが前記固定部材から分離するのを防止するための分離防止壁を前記固定部材に一体に形成したことを特徴とする請求項1に記載の密封装置。  The rotating member side has a rotating member, the stationary part side has a fixing member, and the rotating member and the floating ring are accommodated inside the fixing member. The sealing device according to claim 1, wherein a separation preventing wall for preventing the floating ring from separating from the fixing member is formed integrally with the fixing member.
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