JP6479023B2

JP6479023B2 - メカニカルシール

Info

Publication number: JP6479023B2
Application number: JP2016546695A
Authority: JP
Inventors: 一光香取; 啓一千葉; 壮敏板谷
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2035-09-03
Also published as: US10054230B2; WO2016035860A1; EP3190317A1; EP3190317A4; US20170234431A1; CN106574725B; JPWO2016035860A1; CN106574725A; EP3190317B1

Description

本発明は、自動車、一般産業機械、あるいはその他のシール分野で用いられるメカニカルシールに関し、特に、圧縮機、ポンプなどで使用される液体にガスが混在する流体をシールする接触型のメカニカルシールに関する。

従来のメカニカルシール装置は、ケミカル流体、特に冷凍機油、冷媒などを使用する装置の回転部品間をシールするときに、被密封流体によって種々の問題が惹起する。例えば、カーエアコン、冷凍機用圧縮機などで冷凍機油、アンモニア冷媒を供給する供給装置（ポンプ）や化学装置などの回転軸の周りに介在する被密封流体（作動流体）をシールするときに、被密封流体によってメカニカルシールのシール面に潤滑作用を欠如させるなどの種々の問題が判明してきた。特に、メカニカルシールは、ケミカル液のような被密封流体をシールするときに、相対摺動する一対の密封環の摺動シール面にケミカル液の反応物または揮発したガスが介在して摺動発熱する場合がある。そして、メカニカルシールのシール面の鳴き現象によって周囲に対して不快な騒音となる。更には、摺動シール面の発熱によるシール面のシール能力が低下して被密封流体を漏洩させる問題が惹起する、或いは、被密封流体によって密封環が摩耗して損傷する問題も存する。これらの問題の改善が急務となっている。

このような状況において、従来、相対摺動する一対の密封環の摺動シール面の、いずれか一方の平面に、内径側又は外径側の一方に開口し、かつその開口部と径方向逆方向の端部が平面内に存在して、開口側からの潤滑性の被密封流体を相対摺動する密封環の摺動シール面に導入する流体導入溝を備え、摺動面の潤滑性を向上させるようにしたものが知られている（以下、「従来技術」という。例えば、特許文献１〜３参照。）。

特開２０１２−２２９５号公報特開２００２−３３３０６９号公報特開２００５−１１３９８３号公報

上記の従来技術においては、例えば、密封環の一方側は潤滑性の被密封流体が存在する高圧側となり、他方側に気体が存在する低圧側となっており、内径側と外径側とをシールするものであって、潤滑性の被密封流体としては、水、油、スラリー液などの液体あでる。
しかし、潤滑性の被密封流体が、例えば、気体中に油がミストの状態で存在するような流体においては、単に、深さが数ミクロン程度の流体導入溝を設けただけでは摺動シール面に油が十分に廻らず、摺動シール面の潤滑が不十分であるという問題があった。

本発明は、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在するような流体であっても、摺動面の潤滑状態を良好にすることのできるメカニカルシールを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明のメカニカルシールは、第１に、固定側に固定される円環状の固定側密封環と、回転軸とともに回転する円環状の回転側密封環とが対向して各摺動面を相対回転させることにより、当該相対回転摺動する前記各摺動面の径方向の一方側に存在する被密封流体を密封するメカニカルシールにおいて、前記固定側密封環の摺動面側に、前記被密封流体側に開口し、開口側と反対側の端部が前記各摺動面の間に位置して、前記開口側から前記被密封流体を前記各摺動面の間に導入する流体導入溝を設け、前記流体導入溝は、前記固定側密封環の摺動面に対して前記端部から前記開口側に向けて鋭角をなすように傾斜して設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、ミスト状の潤滑性液体は流体導入溝の開口側に付着あるいは凝縮し、潤滑性液体の重力及び開口側と端部との圧力差により、潤滑性液体は回転側密封環と固定側密封環とが対向する各摺動面の間に供給され、各摺動面の潤滑状態を良好にすることができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第２に、第１の特徴において、一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面には、高圧流体側から入る入口部、高圧流体側に抜ける出口部、及び、前記入口部及び前記出口部とを連通する連通部から構成される流体循環溝が設けられ、前記流体循環溝は低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記入口部及び前記出口部のうち、少なくとも前記入口部には前記流体導入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、摺動面には流体循環溝が設けられ、流体循環溝の少なくとも入口部に流体導入溝が設けられるため、摺動面に対する被密封流体の導入量が多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面Ｓの潤滑状態を良好にすることができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第３に、第１の特徴において、前記固定側密封環の摺動面の被密封流体側には前記固定側密封環と前記回転側密封環との相対回転摺動により正圧を発生する正圧発生機構が設けられ、前記正圧発生機構より低圧側には環状の圧力開放溝が設けられ、前記圧力開放溝は前記正圧発生機構とは径方向においてランド部により離間され、前記圧力開放溝と高圧流体側とを連通するように半径方向溝が設けられ、前記半径方向溝は、正圧発生機構の上流側の端部に接する位置に設けられ、前記半径方向溝に前記流体導入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、正圧発生機構により潤滑性を向上させると共に、圧力開放溝により密封作用を向上させるようにしたメカニカルシールにおいて、半径方向溝に流体導入溝が設けられるため、摺動面に被密封流体の導入量が多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面の潤滑状態を良好にすることができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第４に、第３の特徴において、前記圧力開放溝の環状部より低圧側には前記固定側密封環と前記回転側密封環との相対回転摺動により前記被密封流体を高圧側に戻すポンピング作用を発生するポンピング部が設けられ、前記ポンピング部の排出側端部は前記圧力開放溝と連結されることを特徴としている。
この特徴によれば、高圧側の正圧発生機構で発生した正圧（動圧）により低圧側に漏洩しようとする流体を高圧側に排出し、摺動面における密封作用を向上させることができる。

また、本発明のメカニカルシールは、第５に、第３または第４の特徴において、前記半径方向溝は、周方向に偶数配置され、隣接する半径方向溝は相互に傾斜方向が異なり、一方のグループの半径方向溝は入口が上流側に向けて傾斜され、他方のグループの半径方向溝は、出口が下流側に向けて傾斜するように設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、正圧発生機構により潤滑性を向上させると共に、スパイラル溝又は圧力開放溝により密封作用を向上させるようにしたメカニカルシールにおいて、被密封流体の出入がしやすいように傾斜された半径方向溝に流体導入溝が設けられるため、摺動面に導入される被密封流体の量が、より一層、多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面の潤滑状態を良好にすることができる。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、ミスト状の潤滑性液体は流体導入溝の開口側に付着あるいは凝縮し、潤滑性液体の重力及び開口側と端部との圧力差により、潤滑性液体は回転側密封環と固定側密封環とが対向する各摺動面の間に供給され、各摺動面の潤滑状態を良好にすることができる。

（２）摺動面には流体循環溝が設けられ、流体循環溝の少なくとも入口部に流体導入溝が設けられるため、摺動面に対する被密封流体の導入量が多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面Ｓの潤滑状態を良好にすることができる。

（３）正圧発生機構により潤滑性を向上させると共に、圧力開放溝により密封作用を向上させるようにしたメカニカルシールにおいて、半径方向溝に流体導入溝が設けられるため、摺動面に被密封流体の導入量が多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面の潤滑状態を良好にすることができる。

（４）高圧側の正圧発生機構で発生した正圧（動圧）により低圧側に漏洩しようとする流体を高圧側に排出し、摺動面における密封作用を向上させることができる。

（５）正圧発生機構により潤滑性を向上させると共に、スパイラル溝又は圧力開放溝により密封作用を向上させるようにしたメカニカルシールにおいて、被密封流体の出入がしやすいように傾斜された半径方向溝に流体導入溝が設けられるため、摺動面に導入される被密封流体の量が、より一層、多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面の潤滑状態を良好にすることができる。

本発明の実施例１に係るメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。本発明の実施例１に係るメカニカルシールの固定側密封環を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）及び（ｄ）は流体導入溝の種々の例を示す図である。本発明の実施例２に係るメカニカルシールの固定側密封環の正面図である。本発明の実施例３に係るメカニカルシールの固定側密封環の正面図である。図４のＢ−Ｂ断面図である。本発明の実施例４に係るメカニカルシールの固定側密封環の正面図である。レイリーステップ機構などからなる正圧発生機構を説明する図である。

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。

図１及び図２を参照して、本発明の実施例１に係るメカニカルシールについて説明する。
なお、本実施例においては、メカニカルシールを構成する密封環の外周側を高圧流体側（被密封流体側）、内周側を低圧流体側（大気側）として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。

図１は、メカニカルシールの一例を示す縦断面図であって、摺動面Ｓ（本明細書においては、一対の摺動面からなる摺動面の各々を指すことに意味がある場合は「各摺動面Ｓ」といい、単に、一対の摺動面をまとめて指す場合は「摺動面Ｓ」という。）の外周から内周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、高圧流体側の回転部材（図示省略）を駆動させる回転軸１側にスリーブ２及びカップガスケット８を介してこの回転軸１と一体的に回転可能な状態に設けられた一方の密封環である円環状の回転側密封環３と、ハウジング４に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた他方の密封環である円環状の固定側密封環５とが設けられ、固定環５を軸方向に付勢する付勢部材６によって、ラッピング等によって鏡面仕上げされた各摺動面Ｓ同士で密接摺動するようになっている。すなわち、このメカニカルシールは、回転側密封環３と固定側密封環５との互いの各摺動面Ｓにおいて、被密封流体が密封環３、５の高圧流体側（外周側）から低圧流体側（内周側）へ流出するのを防止するものである。

本発明のメカニカルシールは、例えば、気体中に油等の潤滑性液体がミストの状態で存在するような被密封流体の密封に特に適したものであり、図１において、回転側密封環３及び固定側密封環５の各摺動面Ｓは、気体中に油がミストの状態で存在する雰囲気内に位置している。このため、単に、深さが数ミクロン程度の流体導入溝を設けただけでは摺動面Ｓに油が十分に廻らず、摺動面Ｓの潤滑が不十分である。
なお、高圧流体側の底部には液状の潤滑性液体、例えば、油が滞留している。

図２（ａ）は、本発明の実施例１に係るメカニカルシールの固定側密封環５の摺動面Ｓ側を示す正面図であり、該摺動面Ｓには、被密封流体側に開口し、この開口側１０ａと反対側の端部１０ｂが各摺動面Ｓの間に位置するようにして、開口側１０ａから被密封流体を各摺動面Ｓの間に導入するところの流体導入溝１０が設けられている。この流体導入溝１０は、図２（ｂ）に示すように、固定側密封環５の摺動面Ｓに対して端部１０ｂから開口側１０ａに向けて角度θ（鋭角）をなして反摺動面側に傾斜するように設けられる。

メカニカルシールの装着された機器が作動すると、回転側密封環３は回転され、この回転に伴い、油等の潤滑性液体がミストの状態で存在する被密封流体も旋回される。この際、油等の潤滑性液体は、固定側密封環５の流体導入溝１０の開口側１０ａ及びその周囲にも付着する。これら付着した油等の潤滑性液体は、流体導入溝１０の開口側１０ａと端部１０ｂとの圧力差及び重力により流体導入溝１０を介して回転側密封環３と固定側密封環５との摺動面Ｓに導かれ、摺動面Ｓを潤滑する。

図１では、固定側密封環５の外径が回転側密封環３の外径より大きい場合が示されているが、逆の場合であっても、本発明は適用できる。すなわち、回転側密封環３の外径が固定側密封環５の外径より大きい場合であっても、端部１０ｂが各摺動面Ｓの間に位置している限り、開口側１０ａと端部１０ｂとの圧力差及び流体の重力により、開口側１０ａから被密封流体を各摺動面Ｓの間に導入することができるものである。
図１に示すような固定側密封環５の外径が回転側密封環３の外径より大きい場合、流体導入溝１０の設けられた固定側密封環５の外径側が被密封流体にさらされる面積が大きくなり、開口側１０ａも被密封流体にさらされるため、ミスト状の潤滑性液体が流体導入溝１０の開口側１０ａに付着あるいは凝縮できる割合が大きくなり、より一層、潤滑性の向上が期待できる。

流体導入溝１０の数は、摺動面Ｓに形成しようとする液膜の厚さによって決まるものであり、また、液膜の厚さはメカニカルシールの使用条件、例えば、回転数、被密封流体の種類等によって変動する。摺動面Ｓの液膜の厚さを厚くする場合には、例えば、流体導入溝１０の数を４等配あるいは６等配等と多く設ければよい。
なお、流体導入溝１０の位置は、摺動面Ｓに対して上方に設けられる方が潤滑性液体の重力を利用できるので有利である。

流体導入溝１０の断面形状は、矩形状あるいは円弧状など種々の形状を採りうる。また、その幅及び深さは、摺動面の液膜の厚さを厚くする場合には大きくなる傾向にあるが、回転数、被密封流体の種類等によって変動する。流体導入溝１０の幅は摺動面Ｓの外径によっても変動し、深さは、摺動面Ｓの幅によっても変動する。さらに、流体導入溝１０の底面１０ｃの長手方向の形状は、図１及び２においては直線状の場合が示されているが、これに限らず曲線状であってもよい。

また、流体導入溝１０の摺動面Ｓに対する傾斜角度θは、鋭角であればよいが、例えば、５°〜４５°程度が望ましい。流体導入溝１０の傾斜角度θは、鋭角であれば、開口側１０ａに付着した被密封流体は傾斜面を利用してその重力により端部１０ｂに向けて落下し、各摺動面Ｓの間に浸透する。摺動面Ｓに対する傾斜角度θが小さいほど、落下速度は大きくなるが、開口側１０ａの深さが浅くなるため収容空間は小さくなる。逆に、傾斜角度θが大きいほど、落下速度は小さくなるが、開口側１０ａの深さが深くなるため収容する空間は大きくなる。

図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、流体導入溝１０の正面側から見た形状としては、種々のものが採用可能である。
図２（ｃ）においては、流体導入溝１０の両側面１０ｄ、１０ｄが開口側１０ａから端部１０ｂに向けて狭いＶ字状をなすように形成されている。このため、ミストの状態で存在する油等の潤滑性液体は効率的に集められ、摺動面Ｓに向けて供給される。
また、図２（ｄ）においては、流体導入溝１０の側面１０ｄが半円状をなすように形成されている。この場合も、ミストの状態で存在する油等の潤滑性液体は効率的に集められ、摺動面Ｓに向けて供給される。

上記した実施例１のメカニカルシールは、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、固定側密封環５の摺動面Ｓに、被密封流体側に開口し、開口側１０ａと反対側の端部１０ｂが各摺動面Ｓの間に位置するようにして、開口側１０ａから被密封流体を各摺動面Ｓの間に導入する流体導入溝１０が設けられ、流体導入溝１０は固定側密封環５の摺動面Ｓに対して端部１０ｂから開口側１０ａに向けて角度θ（鋭角）をなして反摺動面側に傾斜するように設けられているため、ミスト状の潤滑性液体が流体導入溝１０の開口側１０ａに付着あるいは凝縮し、その重力及び開口側１０と端部１０ｂとの圧力差により、回転側密封環３と固定側密封環５とが対向する各摺動面Ｓの間に供給され、各摺動面Ｓの潤滑状態を良好にすることができるという作用・効果を奏する。

図３を参照して、本発明の実施例２に係るメカニカルシールについて説明する。
なお、図３において、図１及び図２の符号と同じ符号は同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。

図３において、固定側密封環５の摺動面Ｓには、高圧流体側に連通されると共に低圧流体側とは摺動面の平滑部Ｒ（本発明においては、「ランド部」ということがある。）により隔離された流体循環溝１２が設けられている。

流体循環溝１２は、高圧流体側から入る入口部１２ａ、高圧流体側に抜ける出口部１２ｃ、及び、これら対をなす入口部１２ａ及び出口部１２ｃとを周方向に連通する連通部１２ｂから構成され、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。図３では、流体循環溝１２は周方向に等配で設けられ、連通部１２ｂは周方向に連結されている。これらの流体循環溝１２は、摺動面において腐食生成物などを含む流体が濃縮されることを防止するため、積極的に高圧流体側から被密封流体を摺動面上に導入し排出するという役割を担うものであり、相手摺動面の回転方向に合わせて摺動面上に被密封流体を取り入れ、かつ、排出しやすいように入口部１２ａ及び出口部１２ｃが形成される一方、漏れを低減するため、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。

流体循環溝１２の幅及び深さは、被密封流体の圧力、種類（粘性）などに応じて最適なものに設定される。例えば、深さは数十μｍ〜数百μｍに設定される。また、本例では、入口部１２ａ及び出口部１２ｃは、連通部１２ｂより幅広に形成されている。

入口部１２ａ及び出口部１２ｃのうち、少なくとも入口部１２ａには、流体導入溝１０が設けられる。図３では、流体導入溝１０は入口部１２ａ及び出口部１２ｃの両方に設けられており、回転側密封間３の回転方向が変わった場合にも対応可能となっている。
回転側密封環３の回転に伴う被密封流体の旋回により、半径方向溝２６を介して被密封流体側と圧力開放溝２５との間において被密封流体の出入が行われる。

回転側密封環３の回転に伴う被密封流体の旋回により、入口部１２ａを介して被密封流体側が摺動面に供給されるが、その際、ミスト状の潤滑性液体は、流体導入溝１０の開口側１０ａに付着あるいは凝縮し、その重力及び開口側１０ａと端部１０ｂとの圧力差により、回転側密封環３と固定側密封環５とが対向する各摺動面Ｓの間に供給され、各摺動面Ｓの潤滑状態を良好にすることができるものであり、流体導入溝１０が少なくとも入口部１２ａ内に位置して設けられるため、一層、潤滑性液体が各摺動面Ｓの間に供給される。

実施例２のメカニカルシールは、流体循環溝１２に流体導入溝１０が設けられるため、摺動面Ｓに対する被密封流体の導入量が多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面Ｓの潤滑状態を良好にすることができるという作用・効果を奏する。

図４及び図５を参照して、本発明の実施例３に係るメカニカルシールについて説明する。
なお、図４及び図５において、図１及び図２の符号と同じ符号は同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。

図４において、固定側密封環５の摺動面Ｓの高圧流体側には、固定側密封環５と回転側密封環３との相対回転摺動により正圧を発生する正圧発生機構１５、例えば、グルーブ１５ａ及びレイリーステップ１５ｂを備えたレイリーステップ機構が設けられている。正圧発生機構１５は、高圧流体側及び低圧流体側とランド部Ｒ（摺動面Ｓの平滑部をいう。）により隔離され、周方向に６等配に設けられている。
なお、図４では、正圧発生機構１５は６等配に設けられているが、これに限らず、１つ以上であればよい。

また、正圧発生機構１５より低圧流体側の摺動面Ｓには、正圧発生機構１５と径方向において離間するようにして、固定側密封環５と回転側密封環３との相対回転摺動により被密封流体を高圧側に戻すポンピング作用を発生させるポンピング部２０が環状に配設されている。ポンピング部２０にはスパイラル溝２１が設けられている。

さらに、ポンピング部２０と正圧発生機構１５との間に位置するように周方向に連続して環状の圧力開放溝２５が設けられている。圧力開放溝２５は、正圧発生機構１５のグルーブ１５ａとは径方向においてランド部Ｒにより離間され、ポンピング部２０のスパイラル溝２１の排出側端部（下流側端部）とは連結されている。

圧力開放溝２５と高圧流体側とを連通するように圧力開放溝２５と接する接線にほぼ直交するように半径方向溝２６が６等配で設けられている。半径方向溝２６は、周方向において正圧発生機構１５のグルーブ１５ａの上流側の端部に接する位置に配設される。

グルーブ１５ａ及びスパイラル溝２１の深さは例えば数μｍ程度と浅く、圧力開放溝２５及び半径方向溝２６の深さはグルーブ１５ａ及びスパイラル溝２１の深さより深く、例えば、数十μｍ〜数百μｍに設定される。
また、本例では、半径方向溝２６は、圧力開放溝２５より幅広に形成されている。

上記した正圧発生機構１５は、正圧（動圧）を発生することにより相対摺動する摺動面Ｓの間隔を広げ、該摺動面Ｓに液膜を形成し、潤滑性を向上させるために設けられるものである。
また、スパイラル溝２１は、高圧側の正圧発生機構１５で発生した正圧（動圧）により低圧側に漏洩しようとする流体を高圧側に排出し、摺動面Ｓにおける密封作用を向上させるものである。
また、圧力開放溝２５は、高圧側の正圧発生機構１５で発生した正圧（動圧）を高圧側流体の圧力まで開放することで、流体が低圧側のスパイラル溝２１に流入し、スパイラル溝２１の負圧発生能力が弱まることを防止するためのものであり、高圧側の正圧発生機構１５で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を圧力開放溝２５に導き、半径方向溝２６を介して高圧流体側に逃す役割を果たすものである。

半径方向溝２６内には、被密封流体側に開口し、開口側１０ａと反対側の端部１０ｂが各摺動面Ｓの間に位置するようにして流体導入溝１０が設けられる。
上記したように、半径方向溝２６は、被密封流体側と圧力開放溝２５とを連通して正圧発生機構１５で発生した圧力を高圧流体側に逃す役割を果たすものであるが、同時に、回転側密封環３の回転に伴う被密封流体の旋回により、半径方向溝２６を介して被密封流体側と圧力開放溝２５との間において被密封流体の出入が行われる。

本例でも、ミスト状の潤滑性液体は、流体導入溝１０の開口側１０ａに付着あるいは凝縮し、その重力及び開口側１０ａと端部１０ｂとの圧力差により、回転側密封環３と固定側密封環５とが対向する各摺動面Ｓの間に供給され、各摺動面Ｓの潤滑状態を良好にすることができるものであり、流体導入溝１０が半径方向溝２６内に位置して設けられるため、一層、潤滑性液体が各摺動面Ｓの間に供給される。また、その際、正圧発生機構１５には半径方向溝２６を介して被密封流体が供給されるものであり、この半径方向溝２６に流体導入溝１０が設けられることにより半径方向溝２６には、より一層、被密封流体が供給され、その結果、正圧発生機構１５にも被密封流体がより多く供給されるものである。

実施例３のメカニカルシールは、正圧発生機構１５により潤滑性を向上させると共に、スパイラル溝２１及び圧力開放溝２５により密封作用を向上させるようにしたメカニカルシールにおいて、半径方向溝２６に流体導入溝１０が設けられるため、摺動面Ｓに対する被密封流体の導入量が多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面Ｓの潤滑状態を良好にすることができるという作用・効果を奏する。

図６を参照して、本発明の実施例４に係るメカニカルシールについて説明する。
なお、図６において、図４及び図５の符号と同じ符号は同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。

本例では、６つの半径方向溝を３対に分け、それぞれの対の半径方向溝２６ａと２６ｂ、２６ｃと２６ｄ、及び、２６ｅと２６ｆにおいて、上流側に位置する半径方向溝２６ａ、２６ｃ、及び２６eは被密封流体が入り込みやすいように外径側が上流側に向けて傾斜され、また、下流側に位置する半径方向溝２６ｂ、２６ｄ、及び２６ｆは被密封流体が排出されやすいように外径側が下流側に向けて傾斜するように設けられている。

すなわち、半径方向溝２６は周方向に偶数配置され、隣接する半径方向溝２７は相互に傾斜方向が異なり、一方のグループの半径方向溝２６ａ、２６ｃ、２６ｅは入口が上流側に向けて傾斜され、他方のグループの半径方向溝２６ｂ、２６ｄ、２６ｈは、出口が下流側に向けて傾斜するように設けられるものである。

このように半径方向溝２６が傾斜して設けられると、圧力開放溝２５及び半径方向溝２６で構成される深溝内において破線で示す矢印のように緩やかな流体の流れが生成される。このため、深溝内に気泡あるいは不純物などが滞留することが防止され、高圧側の正圧発生機構１５で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を確実に高圧流体側に逃すことができるため、密封性を向上することができる。

流体導入溝１０は、傾斜して設けられた半径方向溝２６内に設けられる。
傾斜して設けられた半径方向溝２６の有する緩やかな流体の流れの中に流体導入溝１０が位置しているため、より一層、各摺動面Ｓに対して被密封流体を供給することができる。また、その際、正圧発生機構１５には半径方向溝２６を介して被密封流体が供給されるものであり、この半径方向溝２６に流体導入溝１０が設けられることにより半径方向溝２６には、より一層、被密封流体が供給され、その結果、正圧発生機構１５にも被密封流体がより多く供給されるものである。

実施例４のメカニカルシールは、正圧発生機構１５により潤滑性を向上させると共に、スパイラル溝２１及び圧力開放溝２５により密封作用を向上させるようにしたメカニカルシールにおいて、被密封流体の出入がしやすいように傾斜された半径方向溝２６に流体導入溝１０が設けられるため、摺動面Ｓに被密封流体の導入量が、より一層、多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面Ｓの潤滑状態を良好にすることができるという作用・効果を奏する。

次に、図７を参照しながら、レイリーステップ機構などからなる正圧発生機構を説明する。
図７において、相対する摺動部品である回転環３、及び、固定環５が矢印で示すように相対摺動する。例えば、固定環５の摺動面には、相対的移動方向と垂直かつ上流側に面してレイリーステップ１５ｂが形成され、該レイリーステップ１５ｂの上流側には正圧発生溝であるグルーブ部１５ａが形成されている。相対する回転環３及び固定環５の摺動面は平坦である。
回転環３及び固定環５が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環３及び固定環５の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環３または固定環５の移動方向に追随移動しようとするため、その際、レイリーステップ１５ｂの存在によって破線で示すような正圧（動圧）を発生する。
なお、Ｒはランド部を、２６は半径方向溝を示す。

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。

例えば、前記実施例では、外周側に高圧の被密封流体が存在する場合について説明したが、内周側が高圧流体の場合にも適用できる。

また、例えば、前記実施例では、被密封流体として、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体について説明したが、本発明はこれに限らず、被密封流体が液体のみの場合であっても効果を奏することができる。

また、例えば、前記実施例では、固定側密封環５の外径が回転側密封環３の外径より大きい場合を図示しているが、これに限らず、逆の場合であっても、本発明は適用できる。

また、例えば、前記実施例では、流体排出手段がスパイラル溝２１の場合について説明したが、これらに限らず、ディンプルであってもよい。

また、例えば、前記実施例２及び３では、正圧発生機構１５及び半径方向溝２６が６等配に設けられる場合について説明したが、これに限らず、少なくと１個あればよい。

１回転軸
２スリーブ
３回転側密封環
４ハウジング
５固定側密封環
６付勢部材
１０流体導入溝
１０ａ流体導入溝の開口側
１０ｂ流体導入溝の端部
１０ｃ流体導入溝の底面
１０ｄ流体導入溝の側面
１５正圧発生機構
１５ａグルーブ
１５ｂレイリーステップ
２０ポンピング部
２０ａスパイラル溝
２５圧力開放溝
２６半径方向溝
Ｓ摺動面
Ｒランド部

Claims

固定側に固定される円環状の固定側密封環と、回転軸とともに回転する円環状の回転側密封環とが対向して各摺動面を相対回転させることにより、当該相対回転摺動する前記各摺動面の径方向の一方側に存在する被密封流体を密封するメカニカルシールにおいて、前記固定側密封環の摺動面側に、前記被密封流体側に開口し、開口側と反対側の端部が前記各摺動面の間に位置して、前記開口側から前記被密封流体を前記各摺動面の間に導入する流体導入溝を設け、前記流体導入溝は、前記固定側密封環の摺動面に対して前記端部から前記開口側に向けて鋭角をなすように傾斜して設けられることを特徴とするメカニカルシール。
一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面には、高圧流体側から入る入口部、高圧流体側に抜ける出口部、及び、前記入口部及び前記出口部とを連通する連通部から構成される流体循環溝が設けられ、前記流体循環溝は低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記入口部及び前記出口部のうち、少なくとも前記入口部には前記流体導入溝が設けられることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール。
前記固定側密封環の摺動面の被密封流体側には前記固定側密封環と前記回転側密封環との相対回転摺動により正圧を発生する正圧発生機構が設けられ、前記正圧発生機構より低圧側には環状の圧力開放溝が設けられ、前記圧力開放溝は前記正圧発生機構とは径方向においてランド部により離間され、前記圧力開放溝と高圧流体側とを連通するように半径方向溝が設けられ、前記半径方向溝は、正圧発生機構の上流側の端部に接する位置に設けられ、前記半径方向溝に前記流体導入溝が設けられることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール。
前記圧力開放溝の環状部より低圧側には前記固定側密封環と前記回転側密封環との相対回転摺動により前記被密封流体を高圧側に戻すポンピング作用を発生するポンピング部が設けられ、前記ポンピング部の排出側端部は前記圧力開放溝と連結されることを特徴とする請求項３に記載のメカニカルシール。
前記半径方向溝は、周方向に偶数配置され、隣接する半径方向溝は相互に傾斜方向が異なり、一方のグループの半径方向溝は入口が上流側に向けて傾斜され、他方のグループの半径方向溝は、出口が下流側に向けて傾斜するように設けられることを特徴とする請求項３又は４に記載のメカニカルシール。