特開 2022-175237 セグメントシール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022175237

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】セグメントシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/44 20060101AFI20221117BHJP

   F16J 15/3272 20160101ALI20221117BHJP

   F04D 29/10 20060101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

F16J15/44 C

F16J15/3272

F04D29/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021081482

(22)【出願日】2021-05-13

(71)【出願人】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】日本ピラー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】原 勇気

(72)【発明者】

【氏名】足立 一磨

(72)【発明者】

【氏名】冨田 優記

【テーマコード（参考）】

3H130

3J042

3J043

【Ｆターム（参考）】

3H130AA20

3H130AB40

3H130AB60

3H130AC30

3H130BA97F

3H130DC01X

3J042AA03

3J042AA11

3J042BA03

3J042CA03

3J042CA05

3J042CA15

3J042DA20

3J043AA16

3J043BA07

3J043CA03

3J043DA03

3J043HA04

(57)【要約】

【課題】パージガスの導入によるシール機能を高めたセグメントシールを提供する。
【解決手段】セグメントシールは、シール室１０に収容されるセグメントリング２と、シール室にパージガスを供給する供給孔４とを備え、セグメントリングは、機内側から順に、第１セグメントリング２１、第３セグメントリング２３、及び第２セグメントリング２２で構成され、第１セグメントリングは、回転軸１００に摺接しない複数のセグメント片からなり、第２セグメントリングは、回転軸に摺接する複数のセグメント片からなり、第３セグメントリングは、周方向に互いに隙間２ｃを開けて分割され、回転軸に摺接する複数のセグメント片からなり、シール室に供給されるパージガスは、第３セグメントリングにおける各セグメント片間の隙間、及び第１セグメントリングと回転軸との隙間を流路として機内に導入される。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸の周囲にシール室を区画するシールケースと、
前記シール室に収容され、前記回転軸に嵌挿されるセグメントリングと、
前記シールケースに設けられ、前記シール室にパージガスを供給する供給孔と、
を備えたセグメントシールであって、
前記セグメントリングは、
機内側に配置される第１セグメントリングと、
大気側に配置される第２セグメントリングと、
前記第１セグメントリングと前記第２セグメントリングとの間に配置される第３セグメントリングとで構成され、
前記第１セグメントリングは、周方向に互いに接して分割され、前記回転軸の外周面に摺接しない複数のセグメント片からなり、
前記第２セグメントリングは、周方向に互いに接して分割され、前記回転軸の外周面に摺接する複数のセグメント片からなり、
前記第３セグメントリングは、周方向に互いに隙間を開けて分割され、前記回転軸の外周面に摺接する複数のセグメント片からなり、
前記第３セグメントリングにおける各セグメント片間の隙間は、前記第１セグメントリングの端面、及び前記第２セグメントリングの端面により塞がれており、
前記シール室に供給されるパージガスは、前記第３セグメントリングにおける各セグメント片間の隙間、及び前記第１セグメントリングと前記回転軸の外周面との隙間を流路として、機内に導入される、セグメントシール。

【請求項2】

前記第２セグメントリングは、各セグメント片の分割面が、径方向に対して傾斜しているとともに、内周側において、各セグメント片間に隙間が設けられている、請求項１に記載のセグメントシール。

【請求項3】

前記第３セグメントリングは、各セグメント片の周方向端面に、外周面から内周面に延びる溝が形成されており、
前記第３セグメントリングと前記回転軸との摺動によって、前記第３セグメントリングの内周面が摩耗することにより、各セグメント片間の隙間がなくなったとき、前記シール室に供給されるパージガスは、前記溝を流路として、機内に導入される、請求項１または２に記載のセグメントシール。

【請求項4】

前記第３セグメントリングの各セグメント片には、外周面から内周面に貫通する貫通孔が形成されている、請求項１または２に記載のセグメントシール。

【請求項5】

前記機内には、粉体が封止されている、請求項１～４の何れかに記載のセグメントシール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプ、粉体機器等の回転軸をシールするセグメントシールに関する。

【背景技術】

【0002】

ポンプ、粉体機器等の回転軸をシールするセグメントシールは、周方向に分割された複数のセグメント片で構成されたセグメントリングを備える。セグメントリングは、回転軸の周囲をシールケースで区画されたシール室に収容され、回転軸とシールケースとの間をシールする。

【0003】

特許文献１には、シールケースを２つに分け、各シール室にセグメントリングを収容した構造のセグメントシールが開示されている。このセグメントシールでは、シールケース間に、窒素等のパージガスを供給し、回転軸とセグメントリングとの隙間から、機内側と大気側にパージガスを導入することにより、シール機能を高めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開昭５９－１１６６６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示されたセグメントシールは、シール室を２室に分け、各シール室にセグメントリングを収容しているため、セグメントシールの軸方向の寸法が長くなるという問題がある。

【0006】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、コンパクトな構造で、パージガスの導入によるシール機能を高めたセグメントシールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るセグメントシールは、回転軸の周囲にシール室を区画するシールケースと、シール室に収容され、回転軸に嵌挿されるセグメントリングと、シールケースに設けられ、シール室にパージガスを供給する供給孔とを備え、セグメントリングは、機内側に配置される第１セグメントリングと、大気側に配置される第２セグメントリングと、第１セグメントリングと第２セグメントリングとの間に配置される第３セグメントリングとで構成されている。

【0008】

第１セグメントリングは、周方向に互いに接して分割され、回転軸の外周面に摺接しない複数のセグメント片からなり、第２セグメントリングは、周方向に互いに接して分割され、回転軸の外周面に摺接する複数のセグメント片からなり、第３セグメントリングは、周方向に互いに隙間を開けて分割され、回転軸の外周面に摺接する複数のセグメント片からなる。

【0009】

第３セグメントリングにおける各セグメント片間の隙間は、第１セグメントリングの端面、及び第２セグメントリングの端面により塞がれており、シール室に供給されるパージガスは、第３セグメントリングにおける各セグメント片間の隙間、及び第１セグメントリングと回転軸の外周面との隙間を流路として、機内に導入される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、コンパクトな構造で、パージガスの導入によるシール機能を高めたセグメントシールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】シール室が一つのセグメントシールの構造を模式的に示した図である。

【図2】セグメントリング（ラジアルカットリング）の構造を示した図である。

【図3】セグメントシールの構造を模式的に示した図である。

【図4】セグメントリング（タンゼンシャルカットリング）の構造を示した図である。

【図5】セグメントリング（クリアランスリング）の構造を示した図である。

【図6】セグメントシールの構造を模式的に示した図である。

【図7】セグメントリング２Ａ及びセグメントリング２Ｃを、機内側から軸方向に見た図である。

【図8】本発明の実施形態におけるセグメントシールの具体的な構成を示した図である。

【図9】（Ａ）～（Ｃ）は、第３セグメントリングの各状態を示した図である。

【図10】（Ａ）及び（Ｂ）は、他の実施形態における第３セグメントリングの構造を示した図である。

【図11】他の実施形態における第３セグメントリングの構造を示した斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明を説明する前に、本発明を想到するに至った経緯を説明する。

【0013】

図１は、シール室が一つのセグメントシールの構造を模式的に示した図である。

【0014】

図１に示すように、セグメントシールを構成するセグメントリング２Ａは、回転軸１００に装着されている。セグメントリング２Ａの内周面は、回転軸１００の外周面１００ａと接触してシール面を形成している。また、セグメントリング２Ａの軸方向端面は、シールケース３の内壁面と接触して、シール面を形成している。

【0015】

回転軸１００の周囲にシールケース３によって区画されたシール室１０にパージガスを供給し、供給されたパージガスを機内側及び大気側に導入するためには、セグメントリング２Ａ自身に、パージガスを通す流路が必要となる。

【0016】

そこで、本願発明者等は、図２に示すような構造のセグメントリング２Ａに着目した。このセグメントリング２Ａは、ラジアルカットリングと称されるもので、周方向に互いに隙間２ｃを開けて分割された複数（図では３つ）のセグメント片２ａからなり、回転軸１００の外周面１００ａに摺接して配置される。このような構造のセグメントリング２Ａは、回転軸１００との摺動によってセグメントリング２の内周が摩耗しても、セグメント片２ａ間に隙間２ｃがあるため、摩耗に伴って、セグメントリング２Ａの内径を縮小する機能（径方向縮小機能）を有し、これにより、回転軸１００との摺接が維持される。

【0017】

本願発明者等は、図１に示した構成のセグメントシールにおけるセグメントリング２Ａに、図２に示した構造のセグメントリング２Ａを使用すれば、セグメント片２ａ間の隙間２ｃを、パージガスの流路にすることができることに気がついた。これにより、シール室が一つになるため、セグメントシールの軸方向寸法を縮小することが可能となる。

【0018】

しかしながら、図１に示すように、回転軸１００の外周面１００ａと、シールケース３との間隔Ｄが大きいため、セグメント片２ａ間の隙間２ｃを通ったパージガスは、隙間Ｄで拡散してしまい、回転軸１００の外周部を適正な圧力に保つことができない。そのため、パージガスによるシール機能を十分に発揮することができない。また、通常、機内側よりも大気側の方の圧力が低いため、パージガスの大半は、大気側に逃げてしまう。

【0019】

回転軸１００の外周部を適切な圧力に保つためには、セグメント片２ａ間の隙間２ｃを通ったパージガスを、回転軸１００の外周面１００ａ近傍まで導く必要がある。そこで、図３に示すように、セグメントリング２Ａの機内側に、さらに、図４に示すような構造のセグメントリング２Ｂを配置することが考えられる。

【0020】

図４に示したセグメントリング２Ｂは、タンゼンシャルカットリングと称されるもので、周方向に互いに分割された複数（図では３つ）のセグメント片２ａからなり、回転軸１００の外周面１００ａに摺接して配置される。このセグメントリング２Ｂは、各セグメント片２ａの分割面２ｄが、径方向に対して傾斜しているとともに、内周側において、各セグメント片２ａ間に隙間２ｅが設けられている。

【0021】

このような構造のセグメントリング２Ｂは、図２に示したセグメントリング２Ａと同様に、回転軸１００との摺動によってセグメントリング２Ｂの内周が摩耗しても、セグメント片２ａ間に隙間２ｅがあるため、摩耗に伴って、セグメントリング２Ｂの内径を縮小する機能（径方向縮小機能）を有し。これにより、回転軸１００との摺接を維持することができる。

【0022】

図３に示すように、セグメントリング２Ａの機内側に、図４に示した構造のセグメントリング２Ｂを配置した場合、セグメントリング２Ａにおけるセグメント片２ａ間の隙間２ｃは、セグメントリング２Ｂの端面で塞がれる。そのため、シール室１０に供給されたパージガスは、セグメントリング２Ａにおけるセグメント片２ａ間の隙間２ｃを通って、回転軸１００の外周面１００ａまで導かれる。

【0023】

その後、パージガスは、セグメントリング２Ｂにおけるセグメント片２ａ間の隙間２ｅを、回転軸１００の外周面１００ａに沿って、機内側に導かれる。従って、シール室１０に供給されたパージガスを、高い圧力を保ったまま、回転軸１００の外周部に供給できるため、パージガスによるシール機能を十分に発揮することができる。

【0024】

また、図３に示すように、セグメントリング２Ａの大気側にも、図４に示した構造のセグメントリング２Ｂを配置すれば、セグメントリング２Ａにおけるセグメント片２ａ間の隙間２ｃを、セグメントリング２Ｂの端面で塞ぐことができるため、パージガスが大量に大気側に逃げてしまうのを防止することができる。

【0025】

しかしながら、セグメントリング２Ａの機内側に、図４に示した構造のセグメントリング２Ｂを配置した場合、機内に粉体が封止されていると、セグメント片２ａ間の隙間２ｅに粉体が入り込むことによって、隙間２ｅが詰まるおそれがある。その結果、セグメントリング２Ｂが、回転軸１００との摺動による摩耗に伴って、セグメントリング２Ｂの内径が縮小する機能を損なわれ、セグメントリング２Ｂによるシール機能の低下を招くおそれがある。

【0026】

そこで、本願発明者等は、セグメントリング２Ａの機内側に配置するセグメントリングとして、図４に示したセグメントリング２Ｂの代わりに、図５に示すようなセグメントリング２Ｃを使用すれば、粉体の詰まりによるシール機能の低下を防止できると考えた。

【0027】

図５に示したセグメントリング２は、クリアランスリングと称されるもので、周方向に互いに接して分割された複数（図では３つ）のセグメント片２ａからなり、図６に示すように、回転軸１００の外周面１００ａに摺接せずに配置される。図５に示したセグメントリング２Ｃは、セグメント片２ａ間に隙間がないため、機内側の粉体が隙間に入って詰まるような問題は生じない。

【0028】

図７は、図６に示したセグメントリング２Ａ及びセグメントリング２Ｃを、機内側から軸方向に見た図である。図７に示すように、セグメントリング２Ａにおけるセグメント片２ａ間の隙間２ｃ、及び、セグメントリング２Ｃの内周面２ｇと回転軸１００の外周面１００ａとの隙間が重なった部分Ｓは、軸方向に沿ったパージガスの流路となる。

【0029】

そのため、シール室１０に供給されたパージガスは、セグメントリング２Ａにおける隙間２ｃを通って、回転軸１００の外周面１００ａまで導かれた後、重なり部分Ｓを、回転軸１００の軸方向に沿って抜けて、機内側に導入される。このとき、回転軸１００の外周面１００ａと、セグメントリング２Ｃとの隙間、すなわち、重なり部分Ｓは、回転軸１００の外周面１００ａと、シールケース３との間隔に比べて十分に小さいため、回転軸１００の外周面１００ａまで導かれたパージガスは、高い圧力を保ったまま、機内側に導入される。従って、パージガスによるシール機能を十分に発揮することができる。

【0030】

本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、回転軸１００の周囲に区画された一つのシール室１０に、ラジアルカットリング２Ａを、機内側からクリアランスリング２Ｃで、大気側からタンゼンシャルカットリング２Ｂで挟み込んだ１組のセグメントシールを収容することによって、軸方向の寸法を縮小したコンパクトな構造で、かつ、パージガスによるシール機能を高めたセグメントシールを実現することができる。

【0031】

以下、図８を参照しながら、本発明の実施形態におけるセグメントシールの具体的な構成を説明する。

【0032】

図８に示ように、本実施形態におけるセグメントシール１は、回転軸１００の周囲にシール室１０を区画するシールケース３と、シール室１０に収容され、回転軸に嵌挿されるセグメントリング２と、シールケース３に設けられ、シール室１０にパージガスを供給する供給孔４とを備えている。機内側には、例えば、粉体等が封止されている。

【0033】

セグメントリング２は、機内側に配置される第１セグメントリング２１と、大気側に配置される第２セグメントリング２２と、第１セグメントリング２１と第２セグメントリング２２との間に配置される第３セグメントリング２３とで構成されている。

【0034】

第１セグメントリング２１は、図５に示したクリアランスリング２Ｃの構成を有し、周方向に互いに接して分割され、回転軸１００の外周面１００ａに摺接しない複数のセグメント片２ａからなる。

【0035】

第２セグメントリング２２は、図４に示したタンゼンシャルカットリング２Ｂの構成を有し、周方向に互いに接して分割され、回転軸１００の外周面１００ａに摺接する複数のセグメント片２ａからなる。また、各セグメント片２ａの分割面２ｄは、径方向に対して傾斜しており、内周側において、各セグメント片２ａ間に隙間２ｅが設けられている。

【0036】

第３セグメントリング２３は、図２に示したラジアルカットリング２Ａの構成を有し、周方向に互いに隙間２ｃを開けて分割され、回転軸１００の外周面１００ａに摺接する複数のセグメント片からなる。

【0037】

各セグメント片２ａの外周面には、周方向に延びる溝２ｂが形成され、この溝２ｂに、ガータスプリング６を装着することによって、３つのセグメント片２ａが一体的に拘束されている。なお、各セグメントリング２１、２２、２３は、公知の方法（例えば、回り止めピン）により、回転を防止されている。

【0038】

第１セグメントリング２１の各分割面、及び、第２セグメントリング２２の各分割面は、それぞれ、第３セグメントリング２３の分割面に対して、周方向にオフセットされて配置されている。これにより、第３セグメントリング２３における各セグメント片２ａ間の隙間２ｃは、第１セグメントリング２１の端面、及び第２セグメントリング２２の端面により塞がれている。

【0039】

図８に示すように、第２セグメントリング２２と、シールケース３の大気側内壁との間に、リテーナ７が配置され、リテーナ７を、シールケース３の大気側内壁に配置された圧縮バネ５で押圧することによって、１組のセグメントリング２を、シールケース３の機内側内壁に密着させている。

【0040】

（パージガスの供給）
第３セグメントリング２３における各セグメント片２ａ間の隙間２ｃは、第１セグメントリング２１の端面で覆われている。そのため、供給孔４からシール室１０に供給されたパージガスは、各セグメント片２ａ間の隙間２ｃを通って、回転軸１００の外周面１００ａまで導かれる。

【0041】

その後、パージガスは、第３セグメントリング２３における各セグメント片２ａ間の隙間２ｃ、及び、第１セグメントリング２１の内周面２ｇと回転軸１００の外周面１００ａとの隙間が重なった部分Ｓ（図７を参照）を、回転軸１００の軸方向に沿って抜けて、機内側に導入される。

【0042】

このとき、回転軸１００の外周面１００ａと、第１セグメントリング２１との隙間、すなわち、重なり部分Ｓは、十分に小さいため、回転軸１００の外周面１００ａまで導かれたパージガスは、高い圧力を保ったまま、機内に導入される。これにより、パージガスによるシール機能を十分に発揮することができる。

【0043】

本実施形態によれば、回転軸１００の周囲に区画された一つのシール室１０に、第１～第３セグメントリング２１、２２、２３からなる１組のセグメントリング２を収容することによって、軸方向の寸法を縮小したコンパクトな構造で、かつ、パージガスによるシール機能を高めたセグメントシールを実現することができる。

【0044】

また、第１セグメントリング２１は、セグメント片２ａ間に隙間がないため、機内側の粉体が隙間に入って詰まるような問題も生じない。

【0045】

（他の実施形態）
上記の実施形態において、１組のセグメントリング２のうち、真ん中に位置する第３セグメントリング２３は、図９（Ａ）に示すように、回転軸１００の外周面１００ａに摺接するように配置され、各セグメント片２ａ間の隙間２ｃが、パージガスの流路となっている。

【0046】

しかしながら、このような構造の第３セグメントリング２３は、回転軸１００との摺動によって第３セグメントリング内周面の摩耗が進むと、次第に、隙間２ｃが小さくなり、最終的には、図９（Ｂ）に示すように、隙間２ｃが消滅し、セグメント片２ａ同士が接触する。このとき、パージガスの流路は閉鎖されるため、パージガスによるシール機能が消失した状態になる。

【0047】

さらに、第３セグメントリング２３の内周面の摩耗が進むと、第３セグメントリング２３は回転が規制されているだけで、固定はされていないため、回転軸１００との摺動によって、図９（Ｃ）に示すように、第３セグメントリング２３の内周面と、回転軸１００の外周面１００ａとの間に、隙間が生じた状態になる。

【0048】

このような状態になると、第３セグメントリング２３と、機内側に位置するセグメントリング２１とは類似の構造になり、パージガスによるシール機能が消失していることから、機内側から大気側へ、大量の漏れが発生するおそれがある。

【0049】

図１０（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態における第３セグメントリング２３の構造を示した図で、図９（Ｂ）、（Ｃ）に示した状態になっても、パージガスの流路を確保することが可能な構造を有する。ここで、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ－Ｏ－Ａ線に沿った断面図である。

【0050】

図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第３セグメントリング２３は、各セグメント片２ａの周方向端面に、外周面から内周面に延びる溝２ｈが形成されている。なお、図面では、溝２ｈを、各セグメント片２ａの周方向の両端面に形成しているが、一方の端面にだけ形成してもよい。ただし、この場合、各セグメント片２ａ間の隙間２ｃを挟んで対向する端面の何れかに、溝２ｈを形成する必要がある。

【0051】

図１１は、第３セグメントリング２３が、第３セグメントリング２３の内周面が摩耗することにより、隙間２ｃが消滅し、セグメント片２ａ同士が接触した状態を示した斜視図である。図１１に示すように、セグメント片２ａ同士が接触しても、溝２ｈは、第３セグメントリング２３の外周面から内周面に貫通する貫通孔をなす。そのため、シール室１０に供給されるパージガスを、溝２ｈを流路として、機内に導入することができる。その結果、図９（Ｂ）、（Ｃ）に示した状態になっても、パージガスによるシール機能を維持することができ、機内側から大気側へ、大量の漏れが発生するのを防止することができる。

【0052】

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、第２セグメントリング２２として、図４に示した構造のタンゼンシャルカットリングを用いたが、これに限定されず、周方向に互いに接して分割され、回転軸の外周面に摺接する複数のセグメント片からなり、かつ、径方向縮小機能する構造のものであればよい。

【0053】

また、上記他の実施形態では、第３セグメントリング２３において、各セグメント片２ａの周方向端面に、外周面から内周面に延びる溝２ｈを形成したが、各セグメント片２ａに、外周面から内周面に貫通する貫通孔を形成してもよい。

【0054】

また、上記実施形態では、機内に粉体が封止されている例を説明したが、これに限定されず、他の材質（液体または気体）が封止されていてもよい。

【符号の説明】

【0055】

１ セグメントシール
２ セグメントリング
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ セグメントリング
２ａ セグメント片
２ｂ 溝
２ｃ 隙間
２ｄ 分割面
２ｅ 隙間
２ｇ 内周面
２ｈ 溝
３ シールケース
４ 供給孔
５ 圧縮バネ
６ ガータスプリング
７ リテーナ
１０ シール室
２１ 第１セグメントリング
２２ 第２セグメントリング
２３ 第３セグメントリング
１００ 回転軸
１００ａ 外周面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】