JPS5912902B2 - メカニカルシ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１回転軸部からの流体の漏洩を防止するメカニ
カルシールの改良に関する。

通常、メカニカルシールは、回転軸を挿通させた固定側
のシートリングに対し、上記回転軸とともに回転する従
動り／グを摺接させて、摺接面外周側から内周側への流
体の漏れを阻止する構成を有している。

このため、摺接面の密封効果を挙げるには、従来、シー
トリングに対する従動リングの押圧力を犬にして摺接面
の単位面積当たりの圧力を増大させるようにすること、
あるいは摺接する両リングの材料を選んで堅牢な封塞面
を形成させるようにするなどの対策が講じられて来た。

しかしながら、摺接部に生ずる面の粗さ、経時的変形時
は所詮回避し得す、特に例えば自動車用クーラのコンプ
レッサ等に適用されるメカニカルシールの如く、振動や
温度変化等が加わる過酷な条件下で使用された場合には
、流体の漏れが著しく密封手段の根本的改善が望まれて
いた。

しかして本発明者等は、この密封手段の根本的改善策と
して、既にシートリングと従動リングの摺接面の少なく
とも一方に、外端部を閉止した行き止まり糸条溝を形成
したメカニカルシールを発明し、これを特許出願（特願
昭５２−４１８３８号〜特開昭５３−１２６４６２号公
報参照〜など）している。

上記特許出願に係る発明は、摺接面間の微小な間隙に介
在する流体に対し、摺接面の相対回動を利用して、漏洩
流に対抗しうる半径方向圧力を付与できることに着目し
、上記摺接面の少なくとも一方に外端部の閉止された所
要形状の糸条溝を設けたことを特徴とするもので、従動
リングの回転に伴う糸条溝のポンプ作用または従動リン
グ側に溝を形成した場合は糸条溝内に浸入する流体に作
用する遠心力により、漏れの防止作用が得られると考え
られている。

との糸条溝を形成したメカニカルシールは、従動リング
の一定回転数以上の回転域において極めて優れたシール
効果を示すことが確認されているが、さらに研究を進め
たところ、特に塵埃の多い条件下におけるシール性能に
ついては問題のあることが判明して来た。

この原因については、当初系条溝存在部で摺接部有効シ
ール長が減少するためと考えられたが、この他糸条溝に
原因する摺接面間への異物の侵入や、これに起因する摺
接面の粗れ、あるいは糸条溝の存在による従動リング熱
変形の不均一性などもその原因の一つであると解明され
るに至った。

つまり糸条溝は相手材との摺接によって発生した摩耗粉
を引き込み、あるいは回転に伴って粉塵を引き込むため
、これらの微粉が摺接面を粗らして隙間を生じさせる。

また従動リングが摺接により熱変形する際には、糸条溝
部分と平坦部分とで変形量に差が生じて凹凸が発生し、
この凹凸が従動リングの摺接面全体に波及する結果、特
に従動リングの停止直後のシール性能が悪化する。

本発明は、上記知見に基きなされたもので、特に塵埃の
多い条件下でのシール効果を高めるため、摺接面の糸条
溝を形成した内周溝部と平坦な外周ランド部との間に、
両者を画成する環状溝を設けたことを特徴としており、
この環状溝に摩耗粉、粉塵等の微粉を入り込ませて摺接
面の摩耗や隙間をなくし、かつこの環状溝により内周溝
部の不均一な熱変形が外周ランド部に及ばないようにし
て塵埃の多い条件下でのシール効果を向上させている。

以下、図示具体例について本発明の詳細な説明する。

第１図は、このようなメカニカルシールを有スる回転軸
の一例として、自動車用クーラのコンプレッサを示すも
ので、１はコンプレッサの回転軸、２は回転軸１にキー
８により回転を拘束して結合された電磁クラッチの連結
体、４はケーシング５に対し回転自在な回転体であり、
回転体４内の空間に挿入された励磁コイル６に通電され
たとき、回転体４と連結体２が一体となり、回転体４と
共に回転軸１が回転する。

しかして、７はコンプレッサ部８の流体が回転軸１側へ
洩れるのを防止するメカニカルシール部であり、回転軸
１を挿通させたシートリング９′に対し、回転軸１と共
に回転する従動リング１０を摺接させ、との摺接により
シートリング９と回転軸１との間の空隙からの油やガス
の漏洩を防止している。

１１は回転軸１に密着するパツキン、１２はその受金、
１３はノックリング、１４は従動リング１０にシートリ
ング９側への押圧力を与えるばねである。

第２図は上記メカニカルシール部７の拡大図であり、こ
の図のノックリング１３は厚肉の成形品として構成され
ているが、第３図に示すものはノックリング１３をプレ
ス加工によシ曲成し、１３ａ部をスポット溶接して製品
全体としての軽量化簡素化を図った゛ものである。

また、第４図Ａ、Ｂはメカニカルシール部７の他の変形
例を示す側面図およびその断面図であって、受金１２の
外周部を歯車状に形成しその歯部に相当する部分に孔を
設ける一方、ノックリング１３には軸方向に折曲させた
複数個の爪状片１３ｂを設けてこれを前述せる受金１２
の孔に挿通させ、爪状片１３ｂの外方への拡開防止を図
るとともに、爪状片１３ｂの先端部１３ｃを従動リング
１０の溝部分に接触させて該従動リング１０の回り止め
を施すようにしている。

しかして、第５図は上記のようなメカニカルシールに用
いる従動リング１０を示すもので、その摺接面１０ａの
内周溝部１５には複数の糸条溝１６が穿設され、内周溝
部１５と外周の平坦なランド部１７との間には環状溝１
８が穿設されている。

環状溝１８は、外周ランド部１７の半径方向長さを確保
するため、摺接面１０ａの半径方向の中間位置より内側
に設けることが好ましい。

糸条溝１６が従動リング１０の回転時にシール効果を発
揮するメカニズムは、外周ランド部１７を通って洩れよ
うとする流体を糸条溝１６がかき取り（スクレープ、５
ｃｒａｐｅ） 、このかき増られた流体が、糸条溝１６
内の流体に作用する遠心力によって生じる流体圧力によ
り再び外周ランド部１７に戻されるため（ポンプ作用）
と考えられている。

したがって糸条溝１６内への外部流体の導入という点か
らみて、糸条溝１６の内端部は第５図Ａ、Ｂのように摺
接面内周側に開口していることが好ましい。

但し同図Ｃ，Ｄのようにこれが閉塞された行き止まり溝
であっても一定のシール効果は得られる。

次にとの糸条溝１６の傾斜角度については、上記ポンプ
作用を効率的に得るため、第５図のように摺接面の回転
移動方向後方側に傾斜させることが好ましい。

しかし実験によれば、この傾斜角度については自由度が
あり、これを放射方向とし、あるいは逆に放射方向から
回転移動方向前方側に一定角度（例えば５程度）傾斜さ
せても実用上支障のないシール効果が得られた。

これは糸条溝１６のある限界傾斜角度迄はこの溝内の流
体に作用する遠心力が摺接面からの漏洩流に対抗しうる
半径方向圧力を生ぜしめるためと考えられる。

またこれらの糸条溝１６の幅は０．２〜０．６朋程度で
ほぼ満足すべきシール効果が得られ、深さは回転時の摩
耗粉で埋らない程度で浅い方がよく、実験によればこれ
が０．０５ｍ一度になるとシール減殺傾向が見られた。

もつともこれらの数値は、設定する糸条溝の本数や摺接
面積の広狭によって変化する可能性がある。

環状溝１８は、前述のように糸条溝１６の引き込んだ粉
塵あるいは摩耗粉を保持するとともに、摺接面１０Ａの
内周溝部１５と外周ランド部１７との間の熱変形の影響
を断つ目的で穿設したものである。

すなわち粉塵あるいは摩耗粉は、糸条溝１６のポンプ作
用による流体流とともに環状溝１８に至り、ここにその
一部または全部が保持される。

この結果摺接面に存在するこれらの微粉が少なくなって
面の摩耗、粗れが少なくなり、同時に微粉の存在による
摺接面間の隙間の増大が防がれる。

また熱変形については、内周溝部１５はその糸条溝１６
の部分とこれが存在しない平坦部とで熱変形量が異なる
ため円周方向に凹凸、つまり波形変形が生じるが、環状
溝１８はこの変形の外周ランド部１７への波及を防止す
るように作用する。

すなわち内周溝部１５が円周方向に波形に変形したとし
ても、外周ランド部１７は平面状態が維持されるわけで
ある。

したがってこれらの理由から特に塵埃の多い条件下での
シール効果が向上する。

この環状溝１８０幅および深さは、摩耗粉等の微粉によ
って埋まらない程度以上の適当な大きさに定めればよい
。

なお第５図Ｂ、Ｄのように環状溝１８と糸条溝１６とが
連通する場合は、糸条溝１６によるポンプ作用を確保す
るため、つまり糸条溝１６内の圧力低下が生じないよう
に、環状溝１８の容積を可及的に小さくするのがよい。

具体的には環状溝１８の幅および（または）深さを糸条
溝１６のそれより小さくする。

糸条溝１６、環状溝１８の溝形状は、Ｖ型、Ｕ型、角型
等を問わないのは勿論である。

次に実験結果によって本発明の詳細な説明する。

この実験は、従動リングとして、その摺接面に、（Ａ）
：第５図Ａのように糸条溝１６および環状溝１８を備え
るもの （Ｂ）：糸条溝だけ備えるもの Ｃ）二環状溝だけ備えるもの （Ｄ）：溝を備えない平坦のもの を用意し、これらの各々を次の条件のコンプレッサに装
着して封入潤滑オイルの洩れ量を測定したものである。

但し上記上記従動リングＡ、Ｂ、Ｃ。Ｄはカーボンを主
体とした材料を表面粗さ０．４ｓ以下として用い、溝の
深さは０．２〜０．３朋、幅は０．３〜０．４ ｍｍと
した （実験条件） コンプレッサ：斜板式コンプレッサ コンプレッサ容量： １４８ ｃｃ 油種、油量：冷凍機油２３０ ｃｃ 回転数：４０００ｒｐｍ（運転時） 吐出圧カニ １５ｋｇ／ｉ（運転時） ４ｋｇ／ｃＩｉｔ（停止時） 吸入圧カニ ２ ｋｇ／ｃｒ？ｔ （運転時）４ｋｇ／
ｆｆ１（停止時） 相手材：鋳鉄（Ｆｃ２０相当、表面粗さくシートリング
）０．７３以下 すべり速度：４ｍ／ｓ （４０００ｒｐｍ）従動リング
のシー：５ｋｇ／ｆｆｌ トリングへの押圧力 潤滑方法：封入した潤滑オイルとガスがミスト状態とな
って摺接面に供給される。

クリーン状態：普通の環響状態 ダスト状態：セメント粉を１００ ｇ ／ ｈの量で２
ｋｇ／ｆｆｌの圧力によりコンプレッ サ前面に吹付け。

実験結果を次表に示す。

洩れ量は、クリーン放態とダスト状態との各場合におい
て、コンプレッサの２５時間の運転時の洩れ量とその後
の停止時の２５時間の洩れ量とをそれぞれ計測し、ひき
続き同様な計測を合計４回行なってそれぞれ１００時間
の合計洩れ量を測定したものである。

上記実験結果に示されるように、本発明品Ａは周囲の環
境がクリーン状態からダスト状態となった場合において
、回転時、停止時とも他の従動リングＢ、Ｃ，Ｄより洩
れ量の増加率が少なく、またその絶対量も少ない。

これは、上述のように回転中に糸条溝１６が巻込んだ塵
埃を環状溝１８が保持して摺接面の摩耗や粗れを少なく
するとともに微粉の存在による摺接面間の隙間の増大を
良好に防ぎ、さらに糸条溝１６部の波形の熱変形が外周
ランド部に波及するのを良好に防いでいるからと考えら
れる。

これに対し、糸条溝１６又は環状溝１８を形成してもそ
れらを単独で形成しただけでは、特にダスト状態におけ
る洩れ量は本発明品Ａに比較して大幅に増大する結果と
なっており、本発明のように糸条溝１６と環状溝１８と
を組合せることによって初めて上述の優れた作用効果が
得られるようになることが理解される。

なお、上述せる実施例においては、糸条溝１６と環状溝
１８とを従動リング側の摺接面にのみ穿設することにつ
いて述べたが、上記作用は従動リングとシートリングと
の相対回転によって得られるものであるから、それらを
シートリング側に設けても良いことは明らかであり、ま
た両摺接面に設定することも可能である。

以上の通り本発明によれば、糸条溝を穿設する摺接面の
内周溝部と、外周ランド部とを環状溝で画成するという
簡易な構成により、従動リングの停止時、回転時ととも
優れたシール効果を達成することができ、特にこの効果
は塵埃の多い条件下において顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図はメカニカルシールを有する回転軸の一例を示す
縦断面図、第２図は第１図のメカニカルシール部の拡大
図、第３図および第４図はそれぞれ第２図の変形例を示
す図、第５図Ａ、Ｂ、Ｃ。 Ｄは本発明に係る従動リングを示す平面図、第６図、第
７図はそれぞれ第５図Ａ、ＤのＶＩ−ＶＩ線、■−■線
に沿う断面図である。 １・・・回転軸、９・・・シートリング、１０・・・従
動リング、１０ａ・・・摺接面、１５・・・内周溝部、
１６・・・糸条溝、１７・・・外周ランド部、１８・・
・環状溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸を挿通させ固定側部材を形成するシートリン
   グと、上記回転軸とともに回転してこのシートリングに
   摺接され上記回転軸側への流体の漏れを阻止する従動リ
   ングを備えたメカニカルシールにおいて、上記シートリ
   ングと従動リングとの少なくとも一方の摺接面に、これ
   を外周ランド部と内周溝部とに区画する環状溝を穿設し
   、この内周溝部に摺接面の内側から上記環状溝側に向い
   た複数の糸条溝を穿設したことを特徴とするメカニシー
   ル。 ２ 環状溝と糸条溝とが非連通である特許請求の範囲第
   １項記載のメカニカルシール。 ３ 環状溝と糸条溝とが連通している特許請求の範［１
   １項記載のメカニカルシール。 ４ 環状溝の幅および（または）深さが糸条溝のそれよ
   り小さい特許請求の範囲第３項記載のメカニカルシール
   。 ５ 糸条溝の内端部が、摺接面の内周側に開口している
   特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の
   メカニカルシール。 ６ 糸条溝が放射方向または摺接面の相対移動方向後方
   側に傾斜している特許請求の範囲第１項ないＬＪ：５項
   のいずれかに記載のメカニカルシール。