シール装置
【課題】フローティングシール及び回転軸の磨耗を抑制してフローティングシール及び回転軸の長寿命化を図ることが可能なシール装置を提供する。
【解決手段】このシール装置は、作動流体が導入される高圧室２ａを区画する壁体２ｄの貫通孔２ｅ内に配設されるとともに貫通孔２ｅに挿通された回転軸４に当該回転軸４の変位に追従可能な状態で外嵌されるフローティングシール１２を備え、このフローティングシール１２と回転軸４の外周面との間の隙間にシール流体を導入することにより、高圧室２ａを封止するものであって、回転軸４には、その外周面に開口し、フローティングシール１２の内周面と当該回転軸４の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させるための噴出孔４ｂが設けられている。
【解決手段】このシール装置は、作動流体が導入される高圧室２ａを区画する壁体２ｄの貫通孔２ｅ内に配設されるとともに貫通孔２ｅに挿通された回転軸４に当該回転軸４の変位に追従可能な状態で外嵌されるフローティングシール１２を備え、このフローティングシール１２と回転軸４の外周面との間の隙間にシール流体を導入することにより、高圧室２ａを封止するものであって、回転軸４には、その外周面に開口し、フローティングシール１２の内周面と当該回転軸４の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させるための噴出孔４ｂが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転機において、筐体内の所定の空間に隣接する位置に回転軸に対して所定の隙間をもつように外嵌するフローティングシールを設け、そのフローティングシールの内面と回転軸の外面との間の隙間にシール流体を導入して前記所定の空間を封止するシール装置が知られている。下記の特許文献１には、このようなシール装置の一例が開示されている。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示されたシール装置の構造を示す断面図である。このシール装置１０２は、回転機に設けられており、この回転機では、機内側の空間と大気側の空間とに亘って延びる回転軸１５０が設けられている。そして、シール装置１０２は、回転機の機内側の空間と大気側の空間との間の位置において、回転軸１５０の周りを囲むように設けられている。
【０００４】
シール装置１０２は、回転軸１５０の周りを囲むように配置されるとともに、回転機の筐体１５２に固定されたシールケーシング１０４を備えている。このシールケーシング１０４内には、シールリングケーシング１０６とシールリング取付板１０８とが設けられている。そして、回転軸１５０に対して微小な隙間をもつようにリング状のフローティングシール１１０が外嵌している。このフローティングシール１１０は、前記シールリングケーシング１０６と前記シールリング取付板１０８とによって回転軸１５０の径方向に移動可能に保持されているとともに回り止めされている。
【０００５】
シールケーシング１０４及びシールリングケーシング１０６には、導入路１０４ａ，１０６ａが設けられている。また、フローティングシール１１０には、径方向に貫通する複数の細孔１１０ａが設けられている。細孔１１０ａは、フローティングシール１１０において軸方向に間隔をあけて配置されているとともに、周方向に所定間隔で配置されている。
【０００６】
そして、シール流体が前記導入路１０４ａ，１０６ａからフローティングシール１１０の各細孔１１０ａを通じてフローティングシール１１０の内面と回転軸１５０の外面との間の隙間に導入され、このシール流体によって回転機の機内側の空間が封止されるようになっている。また、シール流体は、周方向に配置された各細孔１１０ａからフローティングシール１１０の内面と回転軸１５０の外面との間の隙間にそれぞれ噴き出され、それによって各細孔１１０ａから噴き出されるシール流体の圧力によって回転軸１５０とフローティングシール１１０との間の隙間が保持され、回転軸１５０がフローティングシール１１０に接触しないようになっている。
【特許文献１】特開平４−２６６６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたシール装置では、回り止めされたフローティングシール１１０において周方向に所定間隔で設けられた細孔１１０ａからフローティングシール１１０の内面と回転軸１５０の外面との間の隙間にシール流体が噴き出されるので、フローティングシール１１０の内面と回転軸１５０の外面との間の隙間のうち各細孔１１０ａ間に位置する部分では、シール流体の圧力が低下する虞がある。このため、フローティングシール１１０の細孔１１０ａ間の部分へ向かって回転軸１５０のブレが生じた場合には、回転軸１５０がフローティングシール１１０に接触してフローティングシール１１０及び回転軸１５０に磨耗が生じ、フローティングシール１１０及び回転軸１５０の寿命が低下する虞がある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、フローティングシール及び回転軸の磨耗を抑制してフローティングシール及び回転軸の長寿命化を図ることが可能なシール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明によるシール装置は、作動流体が導入される所定の空間を区画する壁体の貫通孔内に配設されるとともに前記貫通孔に挿通された回転軸に当該回転軸の変位に追従可能な状態で外嵌されるフローティングシールを備え、このフローティングシールと前記回転軸の外周面との間の隙間にシール流体を導入することにより、前記所定の空間を封止するシール装置であって、前記回転軸には、その外周面に開口し、前記フローティングシールと当該回転軸の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させるための噴出孔が設けられている。
【００１０】
このシール装置では、回転軸が回転しているときにその回転軸の噴出孔を通じてフローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させることができる。すなわち、このシール装置では、シール流体の噴き出される位置が回転軸の回転に伴って周方向に移動するので、回転軸の全周からシール流体が噴き出されるのと近い状態となる。このため、フローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間におけるシール流体の圧力が周方向で均等に近づき、回転軸が径方向においてどの方向にブレを生じたとしてもフローティングシールとの接触を防ぐことができる。その結果、フローティングシール及び回転軸の磨耗を抑制し、フローティングシール及び回転軸の長寿命化を図ることができる。
【００１１】
上記シール装置において、前記噴出孔は、前記回転軸の周方向に所定間隔で複数設けられていることが好ましい。
【００１２】
このように構成すれば、噴出孔が回転軸の周方向の１箇所のみに設けられている場合に比べて回転軸の周方向においてより多くの箇所でシール流体を噴き出させることができるので、回転軸の回転開始直後や停止直前等のように回転軸の回転速度が遅いときでも、フローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間においてシール流体の圧力を周方向で均等化しやすくなる。このため、回転軸の回転速度が遅いときに回転軸が径方向においてどの方向にブレを生じた場合でも、フローティングシールに対して回転軸が接触するのを抑制することができる。
【００１３】
上記シール装置において、前記噴出孔は、前記フローティングシールが設けられた範囲において前記回転軸の軸方向に所定間隔で複数設けられていることが好ましい。
【００１４】
このように構成すれば、噴出孔が回転軸の軸方向の１箇所のみに設けられている場合に比べて、回転軸の軸方向により幅広くシール流体が噴き出されるので、フローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間をより安定的に保持することができる。特に、この構成では、軸方向の複数個所でフローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間を確保する圧力が作用するため、回転軸が軸方向に対して傾くブレを生じた場合でも、そのブレにフローティングシールを追従させることができる。このため、そのような軸方向に対して傾くブレが回転軸に生じた場合でも、フローティングシールに回転軸が接触するのを防ぐことができる。
【００１５】
上記シール装置において、前記シール流体は、前記所定の空間における作動流体の圧力よりも大きい圧力で前記噴出孔から前記フローティングシールと前記回転軸の外周面との間の隙間に噴き出されることが好ましい。
【００１６】
このように構成すれば、前記所定の空間からフローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間を通じて作動流体が漏出するのをシール流体によって確実に防ぐことができる。
【００１７】
この場合において、前記シール流体は、前記作動流体と同じ流体からなることが好ましい。
【００１８】
シール流体が前記所定の空間における作動流体の圧力よりも大きい圧力で噴出孔から噴き出される場合には、シール流体が所定の空間に流れ込み、作動流体と混ざる虞がある。しかしながら、この構成によれば、シール流体が作動流体と同じ流体からなるので、それらが混ざり合ったとしても、作動流体からシール流体を分離させる等の煩雑な処理を行わなくてもよい。
【００１９】
上記シール装置において、前記フローティングシールの内面には、凹凸部が設けられていることが好ましい。
【００２０】
このように構成すれば、凹凸部が前記所定の空間から作動流体がフローティングシールの内面と回転軸の外周面との間の隙間を通じて漏出するのに抵抗となるので、フローティングシールの内面が凹凸のない形状に形成されている場合に比べて前記所定の空間からフローティングシールの内面と回転軸の外面との間の隙間を通じて作動流体が漏出するのをより有効に防ぐことができる。特に、シール流体が前記所定の空間における作動流体の圧力よりも小さい圧力で噴出孔から噴き出される場合には、作動流体が所定の空間からフローティングシールの内面と回転軸の外周面との間の隙間を通じて漏出しやすくなるが、この場合でも前記凹凸部によってその作動流体の漏出を有効に抑制することができる。
【００２１】
上記シール装置において、前記噴出孔は、前記回転軸の内部において径方向外側で、かつ、前記所定の空間側へ向かって前記回転軸の軸心に対して斜めに延びていてもよい。
【００２２】
このように構成すれば、シール流体が噴出孔からフローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間に前記所定の空間側へ向かって斜めに噴き出すので、所定の空間から作動流体がフローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間を通じて漏出するのをより防ぎやすくなる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、フローティングシール及び回転軸の磨耗を抑制してフローティングシール及び回転軸の長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるシール装置の断面図であり、図２は、そのシール装置を適用する回転機の回転軸を軸方向に見た図である。まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態によるシール装置の構成について説明する。
【００２６】
この第１実施形態によるシール装置は、圧縮機やその他の回転機に適用されている。この回転機は、筐体２と、回転軸４とを備えている。筐体２の内部には、高圧室２ａと、低圧室２ｂが設けられている。高圧室２ａは、所定の圧力で作動流体が導入される空間であり、この高圧室２ａは、本発明の所定の空間の概念に含まれるものである。低圧室２ｂは、筐体２内において高圧室２ａと隣り合うように配置されており、その内部の圧力は高圧室２ａ内の圧力に比べて低い圧力、例えば大気圧になっている。筐体２には、高圧室２ａと低圧室２ｂを区画する壁体２ｄがそれら両室２ａ，２ｂの間に設けられている。この壁体２ｄには、高圧室２ａ側から低圧室２ｂ側へ貫通する貫通孔２ｅが設けられており、この貫通孔２ｅは、回転軸４の外径よりも大きい内径を有する断面円形状に形成されている。回転軸４は、貫通孔２ｅに挿通されて高圧室２ａから低圧室２ｂに亘って延びており、軸回りに回転自在に設けられている。
【００２７】
この第１実施形態によるシール装置は、このような回転機において高圧室２ａを封止して高圧室２ａから低圧室２ｂへ作動流体が漏出するのを防ぐものである。
【００２８】
具体的には、シール装置は、回転軸４の外径よりもわずかに大きい内径を有するリング状のフローティングシール１２を備えている。貫通孔２ｅの内周面には、凹部２ｆが形成されている。この凹部２ｆは、軸方向に垂直な断面においてその外形が円形となるように形成されており、貫通孔２ｅと同軸となるように設けられている。この凹部２ｆの軸方向の寸法は、フローティングシール１２の軸方向の寸法よりもわずかに大きくなっている。また、この凹部２ｆは、フローティングシール１２の外径よりも大きい内径を有する。そして、フローティングシール１２は、この凹部２ｆ内に径方向にゆとりをもって嵌め込まれているとともに、回転軸４にゆとりをもって外嵌されている。このような構成により、フローティングシール１２は、回転軸４のブレ等の変位に追従して凹部２ｆ内で径方向のゆとりの分だけ移動できるようになっている。また、フローティングシール１２は、軸方向に均一な内径を有しており、その内周面が凹凸のない形状に形成されている。
【００２９】
凹部２ｆの軸方向の両内面には、凹部２ｆと同軸となるようにＯリング１４がそれぞれ配設されており、各Ｏリング１４は、フローティングシール１２の軸方向の対応する端面に接触している。この各Ｏリング１４によって、フローティングシール１２の軸方向の両端面と対応する凹部２ｆの各内面との間がシールされている。
【００３０】
回転軸４の内部には、供給路４ａと、噴出孔４ｂとが設けられている。
【００３１】
供給路４ａは、回転軸４の低圧室２ｂ側の端部から高圧室２ａ側へ向かって延びており、フローティングシール１２の高圧室２ａ側の端部の手前の位置で閉塞されている。この供給路４ａは、回転軸４と同軸となるように配置されているとともに回転軸４の軸心に沿って延びている。供給路４ａは、シール流体を噴出孔４ｂに供給するための通路であり、この供給路４ａを通って噴出孔４ｂにシール流体が流れ込むようになっている。なお、シール流体としては、高圧室２ａに導入される作動流体と同じ流体が用いられる。例えば、作動流体が所定のガスであれば、そのガスと同じガスがシール流体として用いられる。
【００３２】
噴出孔４ｂは、フローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させるためのものである。この噴出孔４ｂは、回転軸４において供給路４ａから径方向外側に延びるとともに、回転軸４の外周面に開口する細孔からなる。噴出孔４ｂは、回転軸４の周方向に等間隔で複数設けられている。また、周方向に複数設けられた噴出孔４ｂを１組として、複数組の噴出孔４ｂが、フローティングシール１２が設けられた範囲において回転軸４の軸方向に等間隔で設けられている。各組の噴出孔４ｂは、軸方向に見て周方向の同じ位置に配置されている。なお、各組の噴出孔４ｂは、軸方向に見て周方向の位置が徐々にずらして配置されていてもよく、また、軸方向に見て周方向の位置がランダムとなるように配置されていてもよい。
【００３３】
そして、供給路４ａにその基端部からシール流体を導入する図略の導入装置が設けられている。この導入装置によって供給路４ａに導入されたシール流体は、供給路４ａから各噴出孔４ｂを通じてフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に高圧室２ａにおける作動流体の圧力よりも大きい圧力で噴き出される。
【００３４】
次に、この第１実施形態によるシール装置の動作について説明する。
【００３５】
まず、回転機において、高圧室２ａに所定圧力の作動流体が導入されているとともに、停止している回転軸４の供給路４ａに図略の導入装置からシール流体が導入される。このシール流体は、供給路４ａを通って各噴出孔４ｂに流れ込むとともに、各噴出孔４ｂからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に径方向外側へ向かって噴き出される。この際、シール流体は、各噴出孔４ｂから高圧室２ａの作動流体の圧力よりも大きい圧力で噴き出される。この噴き出されたシール流体により高圧室２ａが封止され、高圧室２ａからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通って低圧室２ｂへ作動流体が漏出するのが抑制される。この状態で、回転軸４の回転が始動され、回転軸４は所定の回転速度で回転する。
【００３６】
そして、上記のように各噴出孔４ｂからシール流体が噴き出されることによって、フローティングシール１２は、回転軸４の周りに隙間をもつように浮いた状態となる。この際、回転軸４の回転に伴って各噴出孔４ｂの位置が周方向に移動するので、回転軸４の全周からシール流体が噴き出されるのと近い状態になる。このため、各噴出孔４ｂから噴き出されたシール流体の圧力は、フローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間においてその周方向で均等に近づく。これにより、回転軸４が振れ回りして回転軸４にブレが生じた場合に、そのブレに追従してフローティングシール１２が移動し、回転軸４の外周面とフローティングシール１２の内周面との間に周方向に均等な隙間が維持される。なお、回転軸４の回転の停止も、各噴出孔４ｂからシール流体が噴き出されている状態で行われる。回転軸４の回転の始動時及び停止時は、回転軸４のブレが大きくなることがあるため、各噴出孔４ｂからのシール流体の噴出は、回転軸４の回転の始動前に開始されるとともに回転軸４の回転の停止後に停止されることにより、そのような回転軸４の回転の始動時及び停止時の大きなブレに起因する回転軸４とフローティングシール１２との接触が有効に防止されるようになっている。
【００３７】
以上説明したように、この第１実施形態によるシール装置では、回転軸４が回転しているときにその回転軸４の各噴出孔４ｂを通じてフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させることができ、フローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間におけるシール流体の圧力を周方向で均等に近づけることができる。このため、回転軸４が径方向においてどの方向にブレを生じたとしてもシール流体の圧力によってフローティングシール１２との接触を防ぐことができる。その結果、フローティングシール１２及び回転軸４の磨耗を抑制し、フローティングシール１２及び回転軸４の長寿命化を図ることができる。
【００３８】
また、第１実施形態では、噴出孔４ｂが、回転軸４の周方向に所定間隔で複数設けられているので、噴出孔４ｂが回転軸４の周方向の１箇所のみに設けられている場合に比べて回転軸４の周方向においてより多くの箇所でシール流体を噴き出させることができる。噴出孔４ｂが回転軸４の周方向の１箇所のみに設けられている場合には、回転軸４の回転開始直後や停止直前等のように回転軸４の回転速度が遅いときにフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間において周方向でシール流体の圧力が低くなる箇所が生じやすい。これに対して、この第１実施形態の構成では、回転軸４の周方向においてより多くの箇所でシール流体を噴き出させることができ、回転軸４の回転速度が遅いときでも、フローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間においてシール流体の圧力を周方向で均等化しやすくなる。その結果、回転軸４の回転速度が遅いときに回転軸４が径方向においてどの方向にブレを生じた場合でも、フローティングシール１２に対して回転軸４が接触するのを抑制することができる。
【００３９】
また、第１実施形態では、噴出孔４ｂが、フローティングシール１２が設けられた範囲において回転軸４の軸方向に所定間隔で複数設けられているので、噴出孔４ｂが回転軸４の軸方向の１箇所のみに設けられている場合に比べて、回転軸４の軸方向により幅広くシール流体が噴き出される。このため、フローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間をより安定的に保持することができる。特に、この第１実施形態では、軸方向の複数個所でフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を確保するシール流体の圧力が作用するため、回転軸４が軸方向に対して傾くブレを生じた場合でも、そのブレにフローティングシール１２を追従させることができる。このため、そのような軸方向に対して傾くブレが回転軸４に生じた場合でも、フローティングシール１２に回転軸４が接触するのを防ぐことができる。
【００４０】
また、第１実施形態では、シール流体が、高圧室２ａにおける作動流体の圧力よりも大きい圧力で各噴出孔４ｂからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に噴き出されるので、高圧室２ａからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通じて低圧室２ｂへ作動流体が漏出するのをシール流体によって確実に防ぐことができる。
【００４１】
なお、このようにシール流体が高圧室２ａにおける作動流体の圧力よりも大きい圧力で噴出孔４ｂから噴き出される場合には、シール流体が高圧室２ａに流れ込み、作動流体と混ざる虞がある。しかしながら、この第１実施形態では、シール流体が作動流体と同じ流体からなるので、それらが混ざり合ったとしても、作動流体からシール流体を分離させる等の煩雑な処理を行わなくてもよい。
【００４２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態によるシール装置の断面図である。次に、この図３を参照して、本発明の第２実施形態によるシール装置の構成について説明する。
【００４３】
この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、フローティングシール１２の内周面に凹凸部１２ａが設けられている。
【００４４】
具体的には、フローティングシール１２の内周面に設けられた凹凸部１２ａは、ラビリンス形状（迷路状）に形成されている。すなわち、凹凸部１２ａは、高圧室２ａから低圧室２ｂへ向かう経路において迷路状に入り組んだ形状を呈しており、作動流体が高圧室２ａからフローティングシール１２の内面と回転軸４の外周面との間の隙間を通って低圧室２ｂへ漏出しようとする際に抵抗となる。
【００４５】
この第２実施形態によるシール装置の上記以外の構成は、上記第１実施形態によるシール装置の構成と同様である。
【００４６】
以上説明したように、この第２実施形態では、フローティングシール１２の内周面にラビリンス形状の凹凸部１２ａが設けられているので、その凹凸部１２ａが高圧室２ａから作動流体がフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通じて漏出するのに抵抗となる。このため、フローティングシール１２の内周面が凹凸のない形状に形成されている場合に比べて高圧室２ａからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通じて作動流体が漏出するのをより有効に防ぐことができる。
【００４７】
なお、シール流体は、高圧室２ａにおける作動流体の圧力よりも多少小さい圧力で各噴出孔４ｂから噴き出されてもよい。この場合には、シール流体によって作動流体を遮る力が弱くなるので、高圧室２ａからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通じて低圧室２ｂへ作動流体がわずかに漏出する。しかしながら、この場合でも、この第２実施形態のようにフローティングシール１２の内周面に凹凸部１２ａが設けられていることにより、前記作動流体の漏出を有効に抑制することができる。
【００４８】
また、フローティングシール１２の内周面に凹凸部を設ける場合に従来のようにシール流体を噴き出させるための複数の細孔をフローティングシール１２に設けようとすると、フローティングシール１２の内周面側における各細孔の開口部を同じ形状に形成することが凹凸部があるために非常に困難となる。これに対して、この第２実施形態では、回転軸４に各噴出孔４ｂが設けられているので、フローティングシール１２の内周面に凹凸部１２ａが設けられていても、各噴出孔４ｂの加工に影響がなく、各噴出孔４ｂを容易に同じ形状に加工することができる。
【００４９】
この第２実施形態によるこれ以外の効果は、上記第１実施形態による効果と同様である。
【００５０】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態によるシール装置の断面図である。次に、この図４を参照して、本発明の第３実施形態によるシール装置の構成について説明する。
【００５１】
この第３実施形態によるシール装置では、上記第１実施形態によるシール装置と異なり、各噴出孔４ｂが斜めに延びている。
【００５２】
具体的には、この第３実施形態では、回転軸４に設けられた各噴出孔４ｂが、回転軸４の内部において供給路４ａから径方向外側で、かつ、高圧室２ａ側へ向かって回転軸４の軸心に対して斜めに延びている。これにより、各噴出孔４ｂからシール流体がフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に噴き出される際、高圧室２ａ側へ向かって斜めに噴き出される。
【００５３】
この第３実施形態によるシール装置の上記以外の構成は、上記第１実施形態によるシール装置の構成と同様である。
【００５４】
以上説明したように、この第３実施形態では、各噴出孔４ｂからシール流体がフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に高圧室２ａ側へ向かって斜めに噴き出すので、その噴き出すシール流体の動圧も高圧室２ａから低圧室２ｂ側への作動流体の漏出を防ぐために寄与する。これにより、高圧室２ａから作動流体がフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通じて低圧室２ｂへ漏出するのをより防ぎやすくなる。
【００５５】
この第３実施形態の上記以外の効果は、上記第１実施形態による効果と同様である。
【００５６】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５７】
例えば、図５に示す上記第２実施形態の変形例のようにフローティングシール１２が回転軸４の軸方向に並んで複数設けられているとともに、回転軸４において各フローティングシール１２に対応する位置に複数の噴出孔４ｂがそれぞれ設けられていてもよい。
【００５８】
具体的には、壁体２ｄの貫通孔２ｅを囲む内面に２つの凹部２ｆが軸方向に並んで設けられており、その各凹部２ｆにフローティングシール１２がそれぞれ嵌め込まれている。回転軸４において各フローティングシール１２に対応する位置には、複数の噴出孔４ｂが供給路４ａと繋がるようにそれぞれ設けられている。
【００５９】
この変形例の構成では、主として高圧室２ａに近い方のフローティングシール１２において高圧室２ａからの作動流体の漏出を防ぎ、低圧室２ｂに近い方のフローティングシール１２は、高圧室２ａに近い方のフローティングシール１２において何らかの不具合が生じて作動流体が低圧室２ｂ側へ流れたときにその作動流体を遮るバックアップとしての役割を有する。
【００６０】
そして、高圧室２ａに近い方のフローティングシール１２に対応して設けられた各噴出孔４ｂは、低圧室２ｂに近い方のフローティングシール１２に対応して設けられた各噴出孔４ｂに比べて大径となっている。これにより、高圧室２ａ側のフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に噴き出されるシール流体の流量が、低圧室２ｂ側のフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に噴き出されるシール流体の流量に比べて多くなっている。このため、高圧室２ａ側のフローティングシール１２において有効に作動流体の低圧室２ｂ側への漏出を防ぐことができるとともに、バックアップとしての低圧室２ｂ側のフローティングシール１２では、シール流体の流量が無駄に多くなるのを防ぐことができる。なお、この構成に限らず、高圧室２ａ側のフローティングシール１２に対応して設けられた各噴出孔４ｂと低圧室２ｂ側のフローティングシール１２に対応して設けられた各噴出孔４ｂとが同径に形成されていてもよい。
【００６１】
また、この変形例の構成では、１つの供給路４ａに対して複数のフローティングシール１２のそれぞれに対応する各噴出孔４ｂが繋がっている。従来のようにフローティングシール１２にシール流体を噴き出させるための細孔を形成する場合には、複数のフローティングシール１２を設けようとすると、各フローティングシール１２の細孔へ繋がるように筐体２に複数の供給路を形成する必要があるため、その加工が煩雑となる。これに対して、この変形例の構成では、回転軸４に１つの供給路４ａを形成するだけでその供給路４ａに対して各フローティングシール１２に対応する噴出孔４ｂが繋がるように形成することができるので、加工の手間を削減することができる。
【００６２】
また、上記第２実施形態では、フローティングシール１２の内周面の凹凸部１２ａをラビリンス形状としたが、この凹凸部１２ａの形状はラビリンス形状に限られない。例えば、フローティングシール１２の内周面の凹凸部を当たったシール流体が高圧室２ａ側へ向かって進むような螺旋溝にしてもよい。この場合には、各噴出孔４ｂから噴き出されてフローティングシール１２の内周面に当たったシール流体が螺旋溝に沿って高圧室２ａ側へ移動するため、そのシール流体の動圧によって高圧室２ａ内の作動流体が低圧室２ｂ側へ漏出するのを効果的に抑制することができる。
【００６３】
また、上記以外の種々の形状に形成された凹凸部をフローティングシール１２の内周面に設けてもよい。例えば、フローティングシール１２の内周面に軸方向に連続して形成された複数の円環状の凹凸からなる凹凸部や、フィン状やその他の種々の形状の突起からなる凹凸部をフローティングシール１２の内周面に設けてもよい。
【００６４】
また、シール流体として、高圧室２ａに導入される作動流体と異なる流体を用いてもよい。例えば、作動流体が水蒸気等のガスである場合にシール流体として油を用いてもよい。また、作動流体のガスと同じ物質の液体をシール流体として用いてもよい。具体的には、作動流体が水蒸気である場合にシール流体として水を用いてもよい。
【００６５】
また、高圧室２ａから排出された作動流体の一部を供給路４ａに供給して各噴出孔４ｂからシール流体として噴き出させてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態と異なり、供給路４ａを回転軸４の高圧室２ａ側から低圧室２ｂ側へ延びるように設け、その供給路４ａ内をシール流体が高圧室２ａ側から低圧室２ｂ側へ流れるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態によるシール装置の断面図である。
【図２】シール装置を適用する回転機の回転軸を軸方向に見た図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるシール装置の断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態によるシール装置の断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の変形例によるシール装置の断面図である。
【図６】従来の一例によるシール装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
２ａ 高圧室（所定の空間）
２ｄ 壁体
２ｅ 貫通孔
４ 回転軸
４ｂ 噴出孔
１２ フローティングシール
１２ａ 凹凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転機において、筐体内の所定の空間に隣接する位置に回転軸に対して所定の隙間をもつように外嵌するフローティングシールを設け、そのフローティングシールの内面と回転軸の外面との間の隙間にシール流体を導入して前記所定の空間を封止するシール装置が知られている。下記の特許文献１には、このようなシール装置の一例が開示されている。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示されたシール装置の構造を示す断面図である。このシール装置１０２は、回転機に設けられており、この回転機では、機内側の空間と大気側の空間とに亘って延びる回転軸１５０が設けられている。そして、シール装置１０２は、回転機の機内側の空間と大気側の空間との間の位置において、回転軸１５０の周りを囲むように設けられている。
【０００４】
シール装置１０２は、回転軸１５０の周りを囲むように配置されるとともに、回転機の筐体１５２に固定されたシールケーシング１０４を備えている。このシールケーシング１０４内には、シールリングケーシング１０６とシールリング取付板１０８とが設けられている。そして、回転軸１５０に対して微小な隙間をもつようにリング状のフローティングシール１１０が外嵌している。このフローティングシール１１０は、前記シールリングケーシング１０６と前記シールリング取付板１０８とによって回転軸１５０の径方向に移動可能に保持されているとともに回り止めされている。
【０００５】
シールケーシング１０４及びシールリングケーシング１０６には、導入路１０４ａ，１０６ａが設けられている。また、フローティングシール１１０には、径方向に貫通する複数の細孔１１０ａが設けられている。細孔１１０ａは、フローティングシール１１０において軸方向に間隔をあけて配置されているとともに、周方向に所定間隔で配置されている。
【０００６】
そして、シール流体が前記導入路１０４ａ，１０６ａからフローティングシール１１０の各細孔１１０ａを通じてフローティングシール１１０の内面と回転軸１５０の外面との間の隙間に導入され、このシール流体によって回転機の機内側の空間が封止されるようになっている。また、シール流体は、周方向に配置された各細孔１１０ａからフローティングシール１１０の内面と回転軸１５０の外面との間の隙間にそれぞれ噴き出され、それによって各細孔１１０ａから噴き出されるシール流体の圧力によって回転軸１５０とフローティングシール１１０との間の隙間が保持され、回転軸１５０がフローティングシール１１０に接触しないようになっている。
【特許文献１】特開平４−２６６６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたシール装置では、回り止めされたフローティングシール１１０において周方向に所定間隔で設けられた細孔１１０ａからフローティングシール１１０の内面と回転軸１５０の外面との間の隙間にシール流体が噴き出されるので、フローティングシール１１０の内面と回転軸１５０の外面との間の隙間のうち各細孔１１０ａ間に位置する部分では、シール流体の圧力が低下する虞がある。このため、フローティングシール１１０の細孔１１０ａ間の部分へ向かって回転軸１５０のブレが生じた場合には、回転軸１５０がフローティングシール１１０に接触してフローティングシール１１０及び回転軸１５０に磨耗が生じ、フローティングシール１１０及び回転軸１５０の寿命が低下する虞がある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、フローティングシール及び回転軸の磨耗を抑制してフローティングシール及び回転軸の長寿命化を図ることが可能なシール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明によるシール装置は、作動流体が導入される所定の空間を区画する壁体の貫通孔内に配設されるとともに前記貫通孔に挿通された回転軸に当該回転軸の変位に追従可能な状態で外嵌されるフローティングシールを備え、このフローティングシールと前記回転軸の外周面との間の隙間にシール流体を導入することにより、前記所定の空間を封止するシール装置であって、前記回転軸には、その外周面に開口し、前記フローティングシールと当該回転軸の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させるための噴出孔が設けられている。
【００１０】
このシール装置では、回転軸が回転しているときにその回転軸の噴出孔を通じてフローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させることができる。すなわち、このシール装置では、シール流体の噴き出される位置が回転軸の回転に伴って周方向に移動するので、回転軸の全周からシール流体が噴き出されるのと近い状態となる。このため、フローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間におけるシール流体の圧力が周方向で均等に近づき、回転軸が径方向においてどの方向にブレを生じたとしてもフローティングシールとの接触を防ぐことができる。その結果、フローティングシール及び回転軸の磨耗を抑制し、フローティングシール及び回転軸の長寿命化を図ることができる。
【００１１】
上記シール装置において、前記噴出孔は、前記回転軸の周方向に所定間隔で複数設けられていることが好ましい。
【００１２】
このように構成すれば、噴出孔が回転軸の周方向の１箇所のみに設けられている場合に比べて回転軸の周方向においてより多くの箇所でシール流体を噴き出させることができるので、回転軸の回転開始直後や停止直前等のように回転軸の回転速度が遅いときでも、フローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間においてシール流体の圧力を周方向で均等化しやすくなる。このため、回転軸の回転速度が遅いときに回転軸が径方向においてどの方向にブレを生じた場合でも、フローティングシールに対して回転軸が接触するのを抑制することができる。
【００１３】
上記シール装置において、前記噴出孔は、前記フローティングシールが設けられた範囲において前記回転軸の軸方向に所定間隔で複数設けられていることが好ましい。
【００１４】
このように構成すれば、噴出孔が回転軸の軸方向の１箇所のみに設けられている場合に比べて、回転軸の軸方向により幅広くシール流体が噴き出されるので、フローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間をより安定的に保持することができる。特に、この構成では、軸方向の複数個所でフローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間を確保する圧力が作用するため、回転軸が軸方向に対して傾くブレを生じた場合でも、そのブレにフローティングシールを追従させることができる。このため、そのような軸方向に対して傾くブレが回転軸に生じた場合でも、フローティングシールに回転軸が接触するのを防ぐことができる。
【００１５】
上記シール装置において、前記シール流体は、前記所定の空間における作動流体の圧力よりも大きい圧力で前記噴出孔から前記フローティングシールと前記回転軸の外周面との間の隙間に噴き出されることが好ましい。
【００１６】
このように構成すれば、前記所定の空間からフローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間を通じて作動流体が漏出するのをシール流体によって確実に防ぐことができる。
【００１７】
この場合において、前記シール流体は、前記作動流体と同じ流体からなることが好ましい。
【００１８】
シール流体が前記所定の空間における作動流体の圧力よりも大きい圧力で噴出孔から噴き出される場合には、シール流体が所定の空間に流れ込み、作動流体と混ざる虞がある。しかしながら、この構成によれば、シール流体が作動流体と同じ流体からなるので、それらが混ざり合ったとしても、作動流体からシール流体を分離させる等の煩雑な処理を行わなくてもよい。
【００１９】
上記シール装置において、前記フローティングシールの内面には、凹凸部が設けられていることが好ましい。
【００２０】
このように構成すれば、凹凸部が前記所定の空間から作動流体がフローティングシールの内面と回転軸の外周面との間の隙間を通じて漏出するのに抵抗となるので、フローティングシールの内面が凹凸のない形状に形成されている場合に比べて前記所定の空間からフローティングシールの内面と回転軸の外面との間の隙間を通じて作動流体が漏出するのをより有効に防ぐことができる。特に、シール流体が前記所定の空間における作動流体の圧力よりも小さい圧力で噴出孔から噴き出される場合には、作動流体が所定の空間からフローティングシールの内面と回転軸の外周面との間の隙間を通じて漏出しやすくなるが、この場合でも前記凹凸部によってその作動流体の漏出を有効に抑制することができる。
【００２１】
上記シール装置において、前記噴出孔は、前記回転軸の内部において径方向外側で、かつ、前記所定の空間側へ向かって前記回転軸の軸心に対して斜めに延びていてもよい。
【００２２】
このように構成すれば、シール流体が噴出孔からフローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間に前記所定の空間側へ向かって斜めに噴き出すので、所定の空間から作動流体がフローティングシールと回転軸の外周面との間の隙間を通じて漏出するのをより防ぎやすくなる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、フローティングシール及び回転軸の磨耗を抑制してフローティングシール及び回転軸の長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるシール装置の断面図であり、図２は、そのシール装置を適用する回転機の回転軸を軸方向に見た図である。まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態によるシール装置の構成について説明する。
【００２６】
この第１実施形態によるシール装置は、圧縮機やその他の回転機に適用されている。この回転機は、筐体２と、回転軸４とを備えている。筐体２の内部には、高圧室２ａと、低圧室２ｂが設けられている。高圧室２ａは、所定の圧力で作動流体が導入される空間であり、この高圧室２ａは、本発明の所定の空間の概念に含まれるものである。低圧室２ｂは、筐体２内において高圧室２ａと隣り合うように配置されており、その内部の圧力は高圧室２ａ内の圧力に比べて低い圧力、例えば大気圧になっている。筐体２には、高圧室２ａと低圧室２ｂを区画する壁体２ｄがそれら両室２ａ，２ｂの間に設けられている。この壁体２ｄには、高圧室２ａ側から低圧室２ｂ側へ貫通する貫通孔２ｅが設けられており、この貫通孔２ｅは、回転軸４の外径よりも大きい内径を有する断面円形状に形成されている。回転軸４は、貫通孔２ｅに挿通されて高圧室２ａから低圧室２ｂに亘って延びており、軸回りに回転自在に設けられている。
【００２７】
この第１実施形態によるシール装置は、このような回転機において高圧室２ａを封止して高圧室２ａから低圧室２ｂへ作動流体が漏出するのを防ぐものである。
【００２８】
具体的には、シール装置は、回転軸４の外径よりもわずかに大きい内径を有するリング状のフローティングシール１２を備えている。貫通孔２ｅの内周面には、凹部２ｆが形成されている。この凹部２ｆは、軸方向に垂直な断面においてその外形が円形となるように形成されており、貫通孔２ｅと同軸となるように設けられている。この凹部２ｆの軸方向の寸法は、フローティングシール１２の軸方向の寸法よりもわずかに大きくなっている。また、この凹部２ｆは、フローティングシール１２の外径よりも大きい内径を有する。そして、フローティングシール１２は、この凹部２ｆ内に径方向にゆとりをもって嵌め込まれているとともに、回転軸４にゆとりをもって外嵌されている。このような構成により、フローティングシール１２は、回転軸４のブレ等の変位に追従して凹部２ｆ内で径方向のゆとりの分だけ移動できるようになっている。また、フローティングシール１２は、軸方向に均一な内径を有しており、その内周面が凹凸のない形状に形成されている。
【００２９】
凹部２ｆの軸方向の両内面には、凹部２ｆと同軸となるようにＯリング１４がそれぞれ配設されており、各Ｏリング１４は、フローティングシール１２の軸方向の対応する端面に接触している。この各Ｏリング１４によって、フローティングシール１２の軸方向の両端面と対応する凹部２ｆの各内面との間がシールされている。
【００３０】
回転軸４の内部には、供給路４ａと、噴出孔４ｂとが設けられている。
【００３１】
供給路４ａは、回転軸４の低圧室２ｂ側の端部から高圧室２ａ側へ向かって延びており、フローティングシール１２の高圧室２ａ側の端部の手前の位置で閉塞されている。この供給路４ａは、回転軸４と同軸となるように配置されているとともに回転軸４の軸心に沿って延びている。供給路４ａは、シール流体を噴出孔４ｂに供給するための通路であり、この供給路４ａを通って噴出孔４ｂにシール流体が流れ込むようになっている。なお、シール流体としては、高圧室２ａに導入される作動流体と同じ流体が用いられる。例えば、作動流体が所定のガスであれば、そのガスと同じガスがシール流体として用いられる。
【００３２】
噴出孔４ｂは、フローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させるためのものである。この噴出孔４ｂは、回転軸４において供給路４ａから径方向外側に延びるとともに、回転軸４の外周面に開口する細孔からなる。噴出孔４ｂは、回転軸４の周方向に等間隔で複数設けられている。また、周方向に複数設けられた噴出孔４ｂを１組として、複数組の噴出孔４ｂが、フローティングシール１２が設けられた範囲において回転軸４の軸方向に等間隔で設けられている。各組の噴出孔４ｂは、軸方向に見て周方向の同じ位置に配置されている。なお、各組の噴出孔４ｂは、軸方向に見て周方向の位置が徐々にずらして配置されていてもよく、また、軸方向に見て周方向の位置がランダムとなるように配置されていてもよい。
【００３３】
そして、供給路４ａにその基端部からシール流体を導入する図略の導入装置が設けられている。この導入装置によって供給路４ａに導入されたシール流体は、供給路４ａから各噴出孔４ｂを通じてフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に高圧室２ａにおける作動流体の圧力よりも大きい圧力で噴き出される。
【００３４】
次に、この第１実施形態によるシール装置の動作について説明する。
【００３５】
まず、回転機において、高圧室２ａに所定圧力の作動流体が導入されているとともに、停止している回転軸４の供給路４ａに図略の導入装置からシール流体が導入される。このシール流体は、供給路４ａを通って各噴出孔４ｂに流れ込むとともに、各噴出孔４ｂからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に径方向外側へ向かって噴き出される。この際、シール流体は、各噴出孔４ｂから高圧室２ａの作動流体の圧力よりも大きい圧力で噴き出される。この噴き出されたシール流体により高圧室２ａが封止され、高圧室２ａからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通って低圧室２ｂへ作動流体が漏出するのが抑制される。この状態で、回転軸４の回転が始動され、回転軸４は所定の回転速度で回転する。
【００３６】
そして、上記のように各噴出孔４ｂからシール流体が噴き出されることによって、フローティングシール１２は、回転軸４の周りに隙間をもつように浮いた状態となる。この際、回転軸４の回転に伴って各噴出孔４ｂの位置が周方向に移動するので、回転軸４の全周からシール流体が噴き出されるのと近い状態になる。このため、各噴出孔４ｂから噴き出されたシール流体の圧力は、フローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間においてその周方向で均等に近づく。これにより、回転軸４が振れ回りして回転軸４にブレが生じた場合に、そのブレに追従してフローティングシール１２が移動し、回転軸４の外周面とフローティングシール１２の内周面との間に周方向に均等な隙間が維持される。なお、回転軸４の回転の停止も、各噴出孔４ｂからシール流体が噴き出されている状態で行われる。回転軸４の回転の始動時及び停止時は、回転軸４のブレが大きくなることがあるため、各噴出孔４ｂからのシール流体の噴出は、回転軸４の回転の始動前に開始されるとともに回転軸４の回転の停止後に停止されることにより、そのような回転軸４の回転の始動時及び停止時の大きなブレに起因する回転軸４とフローティングシール１２との接触が有効に防止されるようになっている。
【００３７】
以上説明したように、この第１実施形態によるシール装置では、回転軸４が回転しているときにその回転軸４の各噴出孔４ｂを通じてフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させることができ、フローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間におけるシール流体の圧力を周方向で均等に近づけることができる。このため、回転軸４が径方向においてどの方向にブレを生じたとしてもシール流体の圧力によってフローティングシール１２との接触を防ぐことができる。その結果、フローティングシール１２及び回転軸４の磨耗を抑制し、フローティングシール１２及び回転軸４の長寿命化を図ることができる。
【００３８】
また、第１実施形態では、噴出孔４ｂが、回転軸４の周方向に所定間隔で複数設けられているので、噴出孔４ｂが回転軸４の周方向の１箇所のみに設けられている場合に比べて回転軸４の周方向においてより多くの箇所でシール流体を噴き出させることができる。噴出孔４ｂが回転軸４の周方向の１箇所のみに設けられている場合には、回転軸４の回転開始直後や停止直前等のように回転軸４の回転速度が遅いときにフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間において周方向でシール流体の圧力が低くなる箇所が生じやすい。これに対して、この第１実施形態の構成では、回転軸４の周方向においてより多くの箇所でシール流体を噴き出させることができ、回転軸４の回転速度が遅いときでも、フローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間においてシール流体の圧力を周方向で均等化しやすくなる。その結果、回転軸４の回転速度が遅いときに回転軸４が径方向においてどの方向にブレを生じた場合でも、フローティングシール１２に対して回転軸４が接触するのを抑制することができる。
【００３９】
また、第１実施形態では、噴出孔４ｂが、フローティングシール１２が設けられた範囲において回転軸４の軸方向に所定間隔で複数設けられているので、噴出孔４ｂが回転軸４の軸方向の１箇所のみに設けられている場合に比べて、回転軸４の軸方向により幅広くシール流体が噴き出される。このため、フローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間をより安定的に保持することができる。特に、この第１実施形態では、軸方向の複数個所でフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を確保するシール流体の圧力が作用するため、回転軸４が軸方向に対して傾くブレを生じた場合でも、そのブレにフローティングシール１２を追従させることができる。このため、そのような軸方向に対して傾くブレが回転軸４に生じた場合でも、フローティングシール１２に回転軸４が接触するのを防ぐことができる。
【００４０】
また、第１実施形態では、シール流体が、高圧室２ａにおける作動流体の圧力よりも大きい圧力で各噴出孔４ｂからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に噴き出されるので、高圧室２ａからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通じて低圧室２ｂへ作動流体が漏出するのをシール流体によって確実に防ぐことができる。
【００４１】
なお、このようにシール流体が高圧室２ａにおける作動流体の圧力よりも大きい圧力で噴出孔４ｂから噴き出される場合には、シール流体が高圧室２ａに流れ込み、作動流体と混ざる虞がある。しかしながら、この第１実施形態では、シール流体が作動流体と同じ流体からなるので、それらが混ざり合ったとしても、作動流体からシール流体を分離させる等の煩雑な処理を行わなくてもよい。
【００４２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態によるシール装置の断面図である。次に、この図３を参照して、本発明の第２実施形態によるシール装置の構成について説明する。
【００４３】
この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、フローティングシール１２の内周面に凹凸部１２ａが設けられている。
【００４４】
具体的には、フローティングシール１２の内周面に設けられた凹凸部１２ａは、ラビリンス形状（迷路状）に形成されている。すなわち、凹凸部１２ａは、高圧室２ａから低圧室２ｂへ向かう経路において迷路状に入り組んだ形状を呈しており、作動流体が高圧室２ａからフローティングシール１２の内面と回転軸４の外周面との間の隙間を通って低圧室２ｂへ漏出しようとする際に抵抗となる。
【００４５】
この第２実施形態によるシール装置の上記以外の構成は、上記第１実施形態によるシール装置の構成と同様である。
【００４６】
以上説明したように、この第２実施形態では、フローティングシール１２の内周面にラビリンス形状の凹凸部１２ａが設けられているので、その凹凸部１２ａが高圧室２ａから作動流体がフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通じて漏出するのに抵抗となる。このため、フローティングシール１２の内周面が凹凸のない形状に形成されている場合に比べて高圧室２ａからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通じて作動流体が漏出するのをより有効に防ぐことができる。
【００４７】
なお、シール流体は、高圧室２ａにおける作動流体の圧力よりも多少小さい圧力で各噴出孔４ｂから噴き出されてもよい。この場合には、シール流体によって作動流体を遮る力が弱くなるので、高圧室２ａからフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通じて低圧室２ｂへ作動流体がわずかに漏出する。しかしながら、この場合でも、この第２実施形態のようにフローティングシール１２の内周面に凹凸部１２ａが設けられていることにより、前記作動流体の漏出を有効に抑制することができる。
【００４８】
また、フローティングシール１２の内周面に凹凸部を設ける場合に従来のようにシール流体を噴き出させるための複数の細孔をフローティングシール１２に設けようとすると、フローティングシール１２の内周面側における各細孔の開口部を同じ形状に形成することが凹凸部があるために非常に困難となる。これに対して、この第２実施形態では、回転軸４に各噴出孔４ｂが設けられているので、フローティングシール１２の内周面に凹凸部１２ａが設けられていても、各噴出孔４ｂの加工に影響がなく、各噴出孔４ｂを容易に同じ形状に加工することができる。
【００４９】
この第２実施形態によるこれ以外の効果は、上記第１実施形態による効果と同様である。
【００５０】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態によるシール装置の断面図である。次に、この図４を参照して、本発明の第３実施形態によるシール装置の構成について説明する。
【００５１】
この第３実施形態によるシール装置では、上記第１実施形態によるシール装置と異なり、各噴出孔４ｂが斜めに延びている。
【００５２】
具体的には、この第３実施形態では、回転軸４に設けられた各噴出孔４ｂが、回転軸４の内部において供給路４ａから径方向外側で、かつ、高圧室２ａ側へ向かって回転軸４の軸心に対して斜めに延びている。これにより、各噴出孔４ｂからシール流体がフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に噴き出される際、高圧室２ａ側へ向かって斜めに噴き出される。
【００５３】
この第３実施形態によるシール装置の上記以外の構成は、上記第１実施形態によるシール装置の構成と同様である。
【００５４】
以上説明したように、この第３実施形態では、各噴出孔４ｂからシール流体がフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に高圧室２ａ側へ向かって斜めに噴き出すので、その噴き出すシール流体の動圧も高圧室２ａから低圧室２ｂ側への作動流体の漏出を防ぐために寄与する。これにより、高圧室２ａから作動流体がフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間を通じて低圧室２ｂへ漏出するのをより防ぎやすくなる。
【００５５】
この第３実施形態の上記以外の効果は、上記第１実施形態による効果と同様である。
【００５６】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５７】
例えば、図５に示す上記第２実施形態の変形例のようにフローティングシール１２が回転軸４の軸方向に並んで複数設けられているとともに、回転軸４において各フローティングシール１２に対応する位置に複数の噴出孔４ｂがそれぞれ設けられていてもよい。
【００５８】
具体的には、壁体２ｄの貫通孔２ｅを囲む内面に２つの凹部２ｆが軸方向に並んで設けられており、その各凹部２ｆにフローティングシール１２がそれぞれ嵌め込まれている。回転軸４において各フローティングシール１２に対応する位置には、複数の噴出孔４ｂが供給路４ａと繋がるようにそれぞれ設けられている。
【００５９】
この変形例の構成では、主として高圧室２ａに近い方のフローティングシール１２において高圧室２ａからの作動流体の漏出を防ぎ、低圧室２ｂに近い方のフローティングシール１２は、高圧室２ａに近い方のフローティングシール１２において何らかの不具合が生じて作動流体が低圧室２ｂ側へ流れたときにその作動流体を遮るバックアップとしての役割を有する。
【００６０】
そして、高圧室２ａに近い方のフローティングシール１２に対応して設けられた各噴出孔４ｂは、低圧室２ｂに近い方のフローティングシール１２に対応して設けられた各噴出孔４ｂに比べて大径となっている。これにより、高圧室２ａ側のフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に噴き出されるシール流体の流量が、低圧室２ｂ側のフローティングシール１２の内周面と回転軸４の外周面との間の隙間に噴き出されるシール流体の流量に比べて多くなっている。このため、高圧室２ａ側のフローティングシール１２において有効に作動流体の低圧室２ｂ側への漏出を防ぐことができるとともに、バックアップとしての低圧室２ｂ側のフローティングシール１２では、シール流体の流量が無駄に多くなるのを防ぐことができる。なお、この構成に限らず、高圧室２ａ側のフローティングシール１２に対応して設けられた各噴出孔４ｂと低圧室２ｂ側のフローティングシール１２に対応して設けられた各噴出孔４ｂとが同径に形成されていてもよい。
【００６１】
また、この変形例の構成では、１つの供給路４ａに対して複数のフローティングシール１２のそれぞれに対応する各噴出孔４ｂが繋がっている。従来のようにフローティングシール１２にシール流体を噴き出させるための細孔を形成する場合には、複数のフローティングシール１２を設けようとすると、各フローティングシール１２の細孔へ繋がるように筐体２に複数の供給路を形成する必要があるため、その加工が煩雑となる。これに対して、この変形例の構成では、回転軸４に１つの供給路４ａを形成するだけでその供給路４ａに対して各フローティングシール１２に対応する噴出孔４ｂが繋がるように形成することができるので、加工の手間を削減することができる。
【００６２】
また、上記第２実施形態では、フローティングシール１２の内周面の凹凸部１２ａをラビリンス形状としたが、この凹凸部１２ａの形状はラビリンス形状に限られない。例えば、フローティングシール１２の内周面の凹凸部を当たったシール流体が高圧室２ａ側へ向かって進むような螺旋溝にしてもよい。この場合には、各噴出孔４ｂから噴き出されてフローティングシール１２の内周面に当たったシール流体が螺旋溝に沿って高圧室２ａ側へ移動するため、そのシール流体の動圧によって高圧室２ａ内の作動流体が低圧室２ｂ側へ漏出するのを効果的に抑制することができる。
【００６３】
また、上記以外の種々の形状に形成された凹凸部をフローティングシール１２の内周面に設けてもよい。例えば、フローティングシール１２の内周面に軸方向に連続して形成された複数の円環状の凹凸からなる凹凸部や、フィン状やその他の種々の形状の突起からなる凹凸部をフローティングシール１２の内周面に設けてもよい。
【００６４】
また、シール流体として、高圧室２ａに導入される作動流体と異なる流体を用いてもよい。例えば、作動流体が水蒸気等のガスである場合にシール流体として油を用いてもよい。また、作動流体のガスと同じ物質の液体をシール流体として用いてもよい。具体的には、作動流体が水蒸気である場合にシール流体として水を用いてもよい。
【００６５】
また、高圧室２ａから排出された作動流体の一部を供給路４ａに供給して各噴出孔４ｂからシール流体として噴き出させてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態と異なり、供給路４ａを回転軸４の高圧室２ａ側から低圧室２ｂ側へ延びるように設け、その供給路４ａ内をシール流体が高圧室２ａ側から低圧室２ｂ側へ流れるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態によるシール装置の断面図である。
【図２】シール装置を適用する回転機の回転軸を軸方向に見た図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるシール装置の断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態によるシール装置の断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の変形例によるシール装置の断面図である。
【図６】従来の一例によるシール装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
２ａ 高圧室（所定の空間）
２ｄ 壁体
２ｅ 貫通孔
４ 回転軸
４ｂ 噴出孔
１２ フローティングシール
１２ａ 凹凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が導入される所定の空間を区画する壁体の貫通孔内に配設されるとともに前記貫通孔に挿通された回転軸に当該回転軸の変位に追従可能な状態で外嵌されるフローティングシールを備え、このフローティングシールと前記回転軸の外周面との間の隙間にシール流体を導入することにより、前記所定の空間を封止するシール装置であって、
前記回転軸には、その外周面に開口し、前記フローティングシールと当該回転軸の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させるための噴出孔が設けられている、シール装置。
【請求項２】
前記噴出孔は、前記回転軸の周方向に所定間隔で複数設けられている、請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記噴出孔は、前記フローティングシールが設けられた範囲において前記回転軸の軸方向に所定間隔で複数設けられている、請求項１または２に記載のシール装置。
【請求項４】
前記シール流体は、前記所定の空間における作動流体の圧力よりも大きい圧力で前記噴出孔から前記フローティングシールと前記回転軸の外周面との間の隙間に噴き出される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項５】
前記シール流体は、前記作動流体と同じ流体からなる、請求項４に記載のシール装置。
【請求項６】
前記フローティングシールの内面には、凹凸部が設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項７】
前記噴出孔は、前記回転軸の内部において径方向外側で、かつ、前記所定の空間側へ向かって前記回転軸の軸心に対して斜めに延びている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項１】
作動流体が導入される所定の空間を区画する壁体の貫通孔内に配設されるとともに前記貫通孔に挿通された回転軸に当該回転軸の変位に追従可能な状態で外嵌されるフローティングシールを備え、このフローティングシールと前記回転軸の外周面との間の隙間にシール流体を導入することにより、前記所定の空間を封止するシール装置であって、
前記回転軸には、その外周面に開口し、前記フローティングシールと当該回転軸の外周面との間の隙間にシール流体を噴き出させるための噴出孔が設けられている、シール装置。
【請求項２】
前記噴出孔は、前記回転軸の周方向に所定間隔で複数設けられている、請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記噴出孔は、前記フローティングシールが設けられた範囲において前記回転軸の軸方向に所定間隔で複数設けられている、請求項１または２に記載のシール装置。
【請求項４】
前記シール流体は、前記所定の空間における作動流体の圧力よりも大きい圧力で前記噴出孔から前記フローティングシールと前記回転軸の外周面との間の隙間に噴き出される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項５】
前記シール流体は、前記作動流体と同じ流体からなる、請求項４に記載のシール装置。
【請求項６】
前記フローティングシールの内面には、凹凸部が設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項７】
前記噴出孔は、前記回転軸の内部において径方向外側で、かつ、前記所定の空間側へ向かって前記回転軸の軸心に対して斜めに延びている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシール装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１９３０６（Ｐ２０１０−１９３０６Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７８９７５（Ｐ２００８−１７８９７５）
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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