JPH0122512B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、相対的に回転可能な部材の間におけ
る流体の漏れに抵抗するために、同軸の弾性的に
変形可能なスリーブの自由端部によつて支持され
る剛体のシールリングから成立つており、このシ
ールリングは、その他端部には、シールリングを
他方の相対的に回転可能な部材の上の対向面に軸
方向にもたれるように、スリーブを一方の部材の
上に流体の漏れないように取付けるための手段を
有している種類の面シールに関するものである。

このようなシールにおいて、流体圧力に露出さ
れる適当な面積の、軸方向に対向して向けられた
表面を設け、シールリングの本来の弾性又は加え
られるばね負荷を考慮に入れて、シールリングの
その対向面に対して必要とされる合成の押圧荷重
を達成するようにすることなどによつて、漏れ止
めされるべき流体の圧力の漏れ止めに対する効果
を、多かれ少なかれつり合わされるようにするこ
とは、知られている。

本発明は、形状に関しては簡単な構造であり、
ほんのわずかな部品を有するだけであり、内燃機
関の冷却水系統の中に存在するような低い流体圧
に特に適しており、また、流体圧力のつり合わせ
及び必要とされるシールリングの負荷効果が、弾
性的に変形可能なスリーブの形状及び比率によつ
て与えられることを可能とする上記の種類のつり
合わされた面シールを得ることにある。

本発明は、例えば、１例が英国特許第912305号
明細書の中に記載されているように、種々の形式
が提案されている、同軸の弾性的に変形可能なス
リーブの自由端部によつて支持された剛体のシー
ルリングを有しており、スリーブの他端部は、シ
ールリングを他の相対的に回転可能な部材の上の
対向面に対して軸方向にもたれるように、スリー
ブを一つの部材の上に取付けるための手段を有し
ており、また、スリーブの拘束されない形状は実
質的に２個の軸方向に対向された切頭円すい形状
部分の形状であり、それらの切頭円すい形状部分
のより小さな直径は、それぞれ、スリーブの端部
に置かれると共により大きな直径部分はスリーブ
の長さのほぼ半分の箇所においてたわみ可能な円
周方向の接合部分を形成している面シールに適用
されるものである。本発明によると、円周方向の
接合部分の回りに円周方向のみぞが設けられてお
り、このみぞは、切頭円すい形状部分に対し旋回
可能なトグル装置を形成し、また、収縮可能なば
ねがシールリングの上に、使用の際に、隣接する
スリーブ部分の切頭円すい形状を維持するように
支持され、この場合、スリーブはトグル装置を形
成し、このトグル装置は、使用の際に、漏れ止め
されるべき流体の圧力に露出されると共にシール
リングの上に、切頭円すい形状部分の軸方向の長
さ及び円すいの角度並びにスリーブの端部の直径
の比に依存する軸方向の押圧荷重を加えるように
する。

スリーブの切頭円すい形状部分の長さ及び円す
いの角度が、トグル装置のてこ比を決定し、ま
た、トグル装置の作用線を決定するスリーブの端
部の直径比は、トグル装置とシールの軸との間に
希望された関係を与えるように、選択されること
ができる。計算されたトグル装置との同等の関係
を得るようにスリーブを設計することによつて、
スリーブの上における漏れ止めされる圧力の効果
が、シールリングのその対向面の上における必要
とされる押圧荷重を得るのに要求されるとおり
に、つり合わされることができる。

スリーブは、無論、その材料の本来の弾性を、
シールリングの残留荷重の中に考慮に入れて設計
されるが、この効果は、また、スリーブのたわみ
可能な接合部における収縮ばねによつても影響さ
れる。スリーブの自由端部部分の切頭円すい形状
は、単に、この自由端部を、シールリングのにな
われる背部の、好適には、スリーブの端部を受け
入れるようにくぼみを設けられた背部のかどに適
合するように設計することによつて維持されるこ
とができる。

以下、本発明をその実施例を示す添附図面の第
１〜７図に基づいて説明する。

まず、第１〜３図に示されるように、本発明に
よる面シールは、単に、面シールに対して公知で
ある、例えば、炭素又は石炭酸樹脂材料から作ら
れた剛体のシールリング１から成立つているだけ
であるが、このシールリング１は、ニトリルゴム
のような鋳造された弾性スリーブ２の自由端部に
よつて支持されており、また、この弾性スリーブ
２は、冷却水循環ポンプの本体５の段付きの内孔
４の中に漏れないようにはめられている、プレス
された薄板材料、又は、鋳造された合成樹脂材料
製の環状の取付けカツプ３の上に取付けられてい
る。

第１及び２図によつて示される実施例において
は、スリーブ２の取付け端部２０は、カツプ３の
内周辺の縁３０の上に鋳込まれているが、あるい
は、スリーブ２の端部２０は、カツプ３の縁３０
に適合するように鋳造されたみぞを有していても
良い。第３図によつて示される実施例において
は、スリーブ２の取付け端部２０は、取付けカツ
プ３の鋳造されたゴムライニング２０ａと一体に
形成されている。

シールリング１は、その前面６の上に、環状の
ランド７を有しているが、この接触面７は、回転
子の軸１０によつて支持された羽根車９のボスの
上の平面状の対向面８に、流体を漏れ止めしてい
る相対的に回転可能なシールとして、軸方向にも
たれている。なお、回転子の軸１０は、シールリ
ングをすきまを有して通過しており、また、ポン
プ本体５の中の軸受１１の中に軸承されている。

シールリング１は、その背部が段部１３を現わ
すように、後方の軸方向の円筒形状の延長部１２
を有しており、また、この段部１３のかどの中
に、スリーブ２のより小さな直径の自由端部１４
が入り、これによつて、リング１が回転不能に保
持されるようにし、また、スリーブ２の前方部分
１７が、その軸方向に負荷された使用状態におい
て、その切頭円すい形状を維持するように支持さ
れている（第１図）。任意の特徴として、第１及
び３図に示されているだけであるが、スリーブ２
の内表面の上に突起１５が鋳造され、延長部１２
の中のキーみぞ１６に係合するようにし、スリー
ブ２の中におけるリング１の相対回転に、積極的
に抵抗するようにさせても良い。あるいは、突起
がシールリング１の上に設けられ、スリーブ２の
中のキーみぞのくぼみに係合するようにさせても
良い。

第１及び２図の比較から分かるように、スリー
ブ２の端部１４は、延長部１２の上まで通るよう
に伸ばされ、従つて、常に、収縮する傾向とな
り、このようにして、リング１の背部における段
部１３のかどの中における静的な漏れ止めを促進
するようにしなければならない。

上述のように、リング１の背部における段部１
３のかどへのスリーブ２の係合は、シールが使用
中にスリーブ２の前方部分１７の切頭円すい形状
の維持のため、又は、その維持の促進のために利
用される。この目的のための特別な構造が、第１
及び３図によつて示されている。図示されるよう
に、リング１の背部は、段部１３のかどの中にお
いて切り落とされ、延長部１２の回りにくぼみ１
８を形成し、スリーブ２の端部１４を受取るよう
にし、また、シールが取付けられた時に、スリー
ブ２の前方部分１７をほぼ切頭円すい形状に支持
するが、この切頭円すい形状にスリーブが鋳造さ
れ、また、スリーブは、この切頭円すい形状を、
シールが取付けられた時に、軸方向の荷重の下に
採る。

スリーブ２の前方部分１７の拘束されていない
切頭円すい形状が第２図に見られることができる
が、第２図から、また、スリーブ２の後方部分１
９も、また、基本的には切頭円すい形状であるこ
とが見られることができる。もつとも、この円す
い形状は、取付けカツプ３の中に鋳込む場合にス
リーブ２の後端部２０を厚くすることによつて及
び設計された程度に軸方向に剛性を与えるために
スリーブ２の中央帯部分を厚くすることによつ
て、ある程度まで隠される。

スリーブ２がシールリング１の上に取付けるた
めに伸ばされる時は、スリーブ２はややまつすぐ
にされるが（第３図）、スリーブ２は、取付けら
れた時には、その元の形状にほぼ回復する（第１
図）。

スリーブ２の切頭円すい形状部分１７と１９と
の間におけるトグル装置に対応するたわみ可能な
接合部は、円周方向のみぞ２２と収縮可能なガー
ターばね２３とによつて形成されるが、このばね
２３は、スリーブ２の中央部分を締め付け、ま
た、その弾性的な軸方向の負荷を増加させる傾向
とさせる。ドーナツ状のばね２３が図示されてい
るが、しかしながら、割りリング又はゴムＯリン
グのような収縮可能な他の種類のばねが使用され
ることもできる。

第１図に示されるように、シールは、スリーブ
２が、羽根車９の対向面８と、ポンプ本体５の内
孔４の中に保持された取付けカツプ３との間に、
ある程度の軸方向の圧縮の下に保持されるように
取付けられる。

第１図に示される取付けられた状態において
は、シールリング１は、スリーブ２の中に延長部
１２の後端部がスリーブ２の取付け端部２０の中
に入り、それから、スリーブ２の両端部が、延長
部１２によつて放射方向の変位を阻止されるよう
に軸方向に押圧される。従つて、スリーブ１２
は、その切頭円すい形状部分１７及び１９のたわ
み可能な旋回運動の自由度にゆだねられるだけで
ある。

第１図によつて示されるように、カツプ３、ス
リーブ２及びシールリング１のシール組立体は、
要するに、ポンプ本体５の内孔４を、冷却水が循
環される羽根車９の側の圧力空間Ｐと、軸１０が
その軸受１１及び外部の駆動手段（図示されてい
ない）まで貫いている大気空間Ａとに分割してい
る流体の漏れないダイヤフラムを形成している。

空間Ｐ内の水圧は一定では無く、羽根車９の速
度及び水温と共に変化し、また、圧力の変動は、
そのシールリング１及びスリーブ２の上における
効果を、漏れ止め用接触面７と対向面８との流体
の漏れ止めの堅固さを損ずることのあり得るよう
な対向面８の上における漏れ止め用接触面７の押
圧荷重の変動を避けるように、緩和されなければ
ならない。

この必要な緩和作用を達成するために、スリー
ブ２はトグル装置を含んでおり、これは、後に説
明されるように、リング１の軸方向の負荷に対す
る流体の圧力の効果をつり合わせる。

基本的な原理が第４図によつて略図風に示され
ているが、図において、スリーブ２の２個の切頭
円すい形状の部分１７及び１９が、２２において
相互に枢着されているトグル装置の２個の脚１７
及び１９によつて現わされている。

若しも、一様な圧力Ｐが２個の脚１７及び１９
（これらの脚は、この場合には、同じ長さである）
に加えられるならば、角度θが45゜である時には、
何らの軸方向の反作用力も無く、R_A＝０である。
45゜よりもより小さい角度θに対しては、R_Aは第
４図に矢印によつて示されるように正であり、ま
た、逆もまた同様である。

このようにして、R_Aはスリーブ２の上におけ
る流体圧力から生ずるシールリング１の軸方向の
負荷に対する反作用も現わす。

実用上の理由から、スリーブ２の後端部分をよ
り大きな直径のものとすることが好都合であり、
このことは、第５図によつて略図風に示されるよ
うに、トグル装置をシール軸Ｘ−Ｘに対して角度
φだけ傾けることと均等である。

脚の長さが同一であると、R_A1＝０に対する角
度θ及び角度φに対する値のある範囲があり、ま
た、この基準は2θ＋φ＝90゜の時に達成される。
若しも、角度θがこの式から計算された値よりも
より小さいならば、その時には、R_A1は正であ
り、また、逆も同様である。R_A2は必ずしもR_A1
に等しくないことに注意すべきである。

トグル装置は、たとえ、脚の長さl₁及びl₂が等
しくないとしても、一端部においてゼロの反作用
を有するように作られることもできる。このこと
が第６図によつて示されているが、この図におい
て、反作用は、次ぎの式が満足される時にゼロで
ある。すなわち l₂／l₁・cos（θ＋φ） ＝cos〔π−（θ＋λ）−（θ＋φ）〕 この式から計算された（θ＋λ）の値よりもよ
り小さい（θ＋λ）の値に対しては、反作用力
R_A1は正であり、また、逆も同様である。

圧力つり合いの異なつた割合が、トグルの角度
及び脚の長さの適当な選択によつて達成されるこ
とができる。

第７図は、本発明によるシールスリーブのトグ
ル装置に対する均等物を示すものである。簡単に
するために、等しい長さのトグル装置の脚が示さ
れている。

無論、スリーブ２の円形の横断面形状に対して
は、寸法許容差が作られなければならず、これに
よつて、たとえ、脚の長さが等しくても、スリー
ブ２′の各脚の全面積は、それらの平均半径が相
違していることに基づいて、相違しているように
しなければならないことを、理解する必要があ
る。このことは、つり合い条件が、簡単な２次元
の場合とは銭わかに相違するという結果を生じさ
せるが、しかしながら、実際には、この簡単な解
析で十分である。

スリーブ２に対する流体圧力の効果に加えて、
シールリング１の軸方向に向けられた面、すなわ
ち、それぞれ、接触面７の回りの前面６の縁及び
スリーブの端部１４の回りの段部１３の面の上に
おける効果に対して、余裕が作られなければなら
ない。

これらの面の相違する面積は、取付けられた軸
方向圧縮の下におけるスリーブの本来の弾性及び
ばね１３の収縮荷重が、シールの全部のつり合い
におけるすべての要因である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、内燃機関の冷却系統の循環水ポンプ
の中に置かれた本発明による面シールの縦断面
図、第２図は第１図のシールのスリーブ及び取付
けカツプの、シールリングが取付けられる以前の
スリーブの拘束されていない状態における一部切
断側面図、第３図はスリーブの異なつた取付け方
法を、シールリングがスリーブの中にはめられた
状態で示す縦断面図、第４〜７図は、シールスリ
ーブが具象化したトグル装置を示す説明図であ
る。 １……シールリング；２……スリーブ；３……
カツプ；８……対向面；１２……延長部；１３…
…段部；１４……自由端部；１７，１９……切頭
円すい形状部分；２３……ばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２個の相対的に回転可能である部材５，９の
   間のシールを形成するための面シールであつて、
   この面シールが、剛性のあるシールリング１と、
   同軸の弾性的に変形可能なスリーブ２とから成り
   立つており、このシールリング１は、同軸の弾性
   的に変形可能なスリーブ２の一端部１４によりシ
   ール関係に保持されており、また、この同軸の弾
   性的に変形可能なスリーブ２は、その他端部２０
   において、一方の部材５の上にシールされて取り
   付けられており、これにより、シールリング１
   に、他方の部材９の上の対抗面８に対してシール
   関係に軸方向にもたれるように接触面７を与える
   ようにし、また、弾性的に変形可能なスリーブ２
   の拘束されない状態における形状は、本質的に、
   ２個の軸方向に向き合つている切頭円すい形状部
   分１７，１９の形状のものとなつており、それら
   の切頭円すい形状部分１７，１９の、より小さな
   直径部分は、それぞれ、弾性的に変形可能なスリ
   ーブ２の端部１４，２０にあり、更に、より大き
   な直径部分は、弾性的に変形可能なスリーブ２の
   長さのほぼ中央部において、たわみ可能な周辺方
   向の接合部を形成している面シールにおいて 弾性的に変形可能なスリーブ２のたわみ可能な
   周辺方向の接合部の回りに、切頭円すい形状部分
   １７，１９に対する旋回自在なトグル継手を形成
   している周辺方向の溝２２が設けられており、こ
   の周辺方向の溝２２の中に収縮可能なガーターば
   ね２３が置かれており、また、弾性的に変形可能
   なスリーブ２の１端部１４が、剛性のあるシール
   リング１の上に、使用中に、隣接する弾性的に変
   形可能なスリーブ２の切頭円すい形状部分１７を
   旋回させ且つこれを維持するように支持されてお
   り、これにより、弾性的に変形可能なスリーブ２
   が、トグル装置１７，２２，１９を形成するよう
   にし、更に、剛性のあるシールリング１の上に作
   用される軸方向の軸受荷重が、トグルリンクに相
   当する切頭円すい形部分１７，１９の軸方向の、
   長さL₁，L₂及び円すい角度θ，λ及びスリーブ
   ２の端部１４，２０の直径比に依存すると共に弾
   性的に変形可能なスリーブ２の一つの側だけが露
   出されるシールされるべき流体の圧力Ｐにより、
   つり合わされるようになつていることを特徴とす
   る面シール。 ２ 弾性的に変形可能なスリーブ２の自由端部１
   ４が、剛性のあるシールリング１の背部の段部１
   ３の角を通り過ぎ、その中にはまるように延ばさ
   れるように形成されており、くぼみ１８が、剛性
   のあるシールリング１の背部における段部１３の
   角に設けられており、弾性的に変形可能なスリー
   ブ２の自由端部１４を受け入れており、シールが
   設置された時に、切頭円すい形状に弾性的に変形
   可能なスリーブ２の隣接する部分１７，１９を支
   持するようになつている特許請求の範囲第１項記
   載の面シール。 ３ 剛性のあるシールリング１の背部が、軸方向
   に延びる延長部１２を有しており、この延長部１
   ２が、シールが設置された時に、弾性的に変形可
   能なスリーブ２の両端部１４，２０を、放射方向
   の変位に抗して支持するようにした特許請求の範
   囲第１又は２項記載の面シール。