JPH0413580B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は当業界に良く知られている互いに向か
い合つた面を有する静止及び回転シールリングか
ら成るメカニカルシール組立体に係るものであ
る。一般に静止リングはハウジングに接続され回
転シールリングは回転可能な軸に接続されてい
る。これらリングの向かい合つた面はリングの組
立て以前に必要な程度ラツプ仕上げされる。

（従来技術） 公知のシール組立体の多くにおいて、回転シー
ルリングの背後にバツクアツプすなわち圧縮リン
グが位置決めされ、このバツクアツプリングは駆
動リングと一つ又はそれ以上の数の駆動ピンすな
わちキーにより回転シールリングに接続され、こ
れらキーはシールリングにフライス削りされたス
ロツトとバツクアツプリングに設けた軸線方向に
並んだスロツトとに位置決めされている。理想的
にはシールリングのラツプ仕上げ面は互いに平行
してこれらラツプ仕上げ面間に漏洩が生じた場合
に生じた圧力勾配が一方のシール面に作用するハ
ウジング内の圧力により生じた閉じ力を相殺する
分離力として作用するようにする。高い圧力に出
会つた場合にはラツプ仕上げした表面を平坦に保
持することが必ずしも可能ではない。ある構造で
は、バツクアツプリングはシールリング付近の端
部がシールリングの外径にほぼ等しい外径を有し
ている。バツクアツプリングの外径は他端部の方
が大きくＵ型カツプ等を収容する空所を有してい
る。シールリングとバツクアツプとに作用する圧
力により、バツクアツプリングはゆがみシールリ
ングとそのラツプ仕上げ面とをゆがませる。ラツ
プ仕上げ面は凹状になり、従つて周辺の接触線に
おいてシールの漏洩を可成り減少し高い単位の負
荷がある分岐したシール漏洩通路を形成し、これ
は好ましくない状態である。漏洩が少ないと小さ
い接触面には多量に熱が発生し、シール面からの
熱伝達が減少してリングをわん曲させ、シールは
漏を発生する。これによりラツプ仕上げ面を急冷
しシールリングの一方又は両方に熱障害を起こ
す。

（発明が解決しようとする課題） 本発明が解決しようとする課題は、メカニカル
シール組立体において、両シールリングのシール
面間で適度の漏れを発生させてシールリングに熱
的障害が発生するのを防止することである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、ハウジング及び回転可能な軸と共に
使用するメカニカルシール組立体において、前記
ハウジングに接続されていて、前記軸を囲みかつ
その軸から隔てられた静止シールリングと、前記
軸に接続されかつその軸を囲んでいる回転可能な
シールリングと、前記シールリングの対向するシ
ール面と、前記回転可能なシールリングを前記軸
に接続し同時に前記軸に関して前記回転可能なシ
ールリングの限られた軸方向移動を許容する接続
装置であつて、軸方向に伸びかつほぼ円筒状の駆
動リングを有し、前記駆動リングが回転可能なシ
ールリングのシール面の後方でその回転可能なシ
ールリングの少なくとも一部を密に囲んでいる第
１の部分及び前記回転可能なシールリングの後方
に伸びる第２の部分を有する接続装置と、前記駆
動リングの前記第２の部分の端部に形成されかつ
前記駆動リングを前記軸に連動させる突起装置
と、前記回転可能なシールリングの後部で前記パ
ツクアツプリングの半径方向内側に配置されかつ
そのシールリングに接しているバツクアツプリン
グと、前記バツクアツプリング及び駆動リングに
より前記駆動リングの内側に限定された空洞内に
配置され、前記バツクアツプリング及び駆動リン
グに接するＵ型カツプと、前記Ｕ型カツプの前記
バツクアツプリングと反対側に配置され、前記Ｕ
型カツプと係合するＵカツプフオロアと、前記Ｕ
カツプフオロアに軸方向に隣接して配置されかつ
前記Ｕカツプフオロアを偏倚しそれによつて前記
Ｕ型カツプをバツクアツプリングに偏倚するばね
装置と、前記駆動リングの前記第１の部分と前記
回転可能なシールリングとの間に配置されかつ前
記駆動リングを前記回転可能なシールリングの外
側に連結する装置とを備え、前記バツクアツプリ
ングが前記駆動リングと別個になつており、前記
Ｕ型カツプが前記回転可能なシールリングを前記
静止シールリングの方に偏倚するように構成され
ている。

（作用） 本発明に係る改良されたメカニカルシール組立
体はラツプ仕上げ面を有するシールリングを備え
る。シールリングの一方には圧縮ばね等によりシ
ールリングに向け圧力をかけられているバツクア
ツプリングが係合している。メカニカルシール組
立体は次のような構造に、すなわち、１シールリ
ングとバツクアツプリングとが圧縮されていて駆
動リングに均一な負荷が加えられ、従つて、これ
ら部品のゆがみをなくすか、或は２シールリング
の一方が、そのラツプ仕上げ面が適度にわん曲し
従つて向かい合つたシール面間に分岐した漏洩通
路を形成するように明らかな方法で歪むような構
造にしてある。

（実施例） 本発明の実施例を添付図面を参照して以下に詳
細に説明する。

本発明の理解を助けるため、第１図ないし第４
図には「従来技術」と表示してある従来技術のメ
カニカルシール組立体が示してある。この従来の
メカニカルシール組立体は一般的に米国特許第
3813103号に記載されポンプのハウジング（図示
せず）から延びている回転可能な軸に取り付けら
れるようにした回転可能なスリーブ１０を必須と
して備えている。回転可能なスリーブ１０の回り
にはそれらと同心的にポンプのハウジングに設置
されるようにした非回転の多部品構造のハウジン
グ組立体１２が配置されている。総体的に符号１
４で示したメカニカルシール組立体がスリーブ１
０とハウジング組立体１２とに組み合わせてあ
る。

メカニカルシール組立体１４はハウジング組立
体１２にキー止めされ半径方向のラツプ仕上げし
たシール面１８を有する不回転の静止シールリン
グ１６とシール面１８に向かい合つたラツプ仕上
げしたシール面２２を有する回転可能なシールリ
ング２０とを備えている。

回転可能なシールリング（以下回転シールリン
グ）２０は駆動リング２６とこの駆動リング２６
にスポツト溶接さた３つのキー２８（第１図と第
２図には一つのキーが示してある）とによりバツ
クアツプリング２４に接続され、そのキーは回転
シールリング２０とバツクアツプリング２４とに
それぞれ形成されたスロツトル３０，３２とに収
容されている。バツクアツプリング２４はスリー
ブ１０と共働して空洞３４を形成し、この空洞は
エラストマー製のＵ型カツプ３６とこのＵ型カツ
プ３６の後部に係合するＵカツプフオロアすなわ
ちエキスパンダ（以下エキスパンダ）３８とを収
容している。エキスパンダ３８はスリーブ１０に
符号４４で示した個所でキー止めされた連結リン
グ４２のまわりを軸線方向に延びているすそ部４
０を有している。連結リング４２は円周方向に間
隔をあけた個所に適数に半径方向の連結ピン４６
を有し、これら連結ピン４６はすそ部４０に設け
た細長いスロツトル４８に係合してすそ部４０に
回転力を伝達する。回転力はすそ部４０に設けた
スロツトル４８内に突出しているバツクアツプリ
ング２４の適当な耳状突起５０によりバツクアツ
プリング２４に与えられる。連結４２には複数の
空所５２が設けてあり、これら空所はそれぞれエ
キスパンダ３８をＵ型カツプ３６に向け押圧し従
つてシール面１８，２２を互いに接近させるコイ
ル巻きした圧縮ばね５４を収容している。このよ
うな構造にするとエキスパンダ３８とそのすそ部
４０とを連結リング４２に相対的に限られた距離
軸線方向に運動できるようにする。

第４図には説明の目的でＡとＢの部分に区分け
した従来技術の構造のバツクアツプリングに圧力
を負荷した結果が示してある（いく分拡大して）。
Ａ部分にはその両端部と周囲とに圧力がかけられ
る。周辺に加えた圧力はこの部分Ａを内方に圧縮
する。Ａ部分が圧縮され自由状態すなわち緊張も
圧縮もしてないＢ部分に結合されると、Ａ部分の
１点がＢ部分の１点を中心として回転せしめら
れ、回転シールリング２０に係合しているバツク
アツプリングを凹ませる。この凹んだ表面は回転
シールリング２０を支持しこの凹みが回転シール
リング２０を通してシール面２２に反映される。
シール面２２のこの凹んだ状態が分岐したシール
の漏洩通路とシール面１８，２２の周辺の接触線
に高い単位の負荷を生じる。

以下の本発明の説明において、メカニカルシー
ル組立体の、たとえば、回転シールリング、バツ
クアツプリング組立体およびＵ型カツプの如き部
品のみについて述べるが、これら部分が第１図に
示したメカニカルシール組立体における同様な部
品に代わるものである。

本発明の一つの具体例が第５図ないし第９図に
示してある。第５図にはラツプ仕上げたシール面
６２（完成した組立体における静止シールリング
のラツプ仕上げしたシール面）を有する回転可能
なシールリング（以下回転シールリング）６０
と、バツクアツプリング６４とバツクアツプリン
グを包囲しそれを越えて延びて回転シールリング
６０に重なり合う駆動リング６６とから成る部分
組立体が示してある。駆動リング６６の第１の部
分（第５図で左側）は、一般に３つの駆動キーす
なわち駆動ピン６８により回転シールリング６０
に接続され、これら駆動キー６８は駆動リング６
６にスポツト溶接されていて、回転シールリング
６０と駆動リング６６とにそれぞれ形成されたス
ロツトル７０，７２に収容されている。駆動リン
グ６６はその後部がエキスパンダに連結されてい
る（第１図に示した如く）。すなわち、駆動リン
グ６６の第２の部分（第５図で右側）の端部には
第１図に示される突起５０と同様の突起６５が形
成され、この突起により第１図のエキスパンダ３
８に駆動的に連結される。

第７図ないし第９図において、回転シールリン
グ６０、駆動リング６６及びバツクアツプリング
６４にメカニカルシール組立体の動作時に負荷が
加えられた状態を示す。すなわち、第７図は回転
シールリング６０の外周に流体圧が作用した場合
を示し、この回転シールリングには内周面を除い
た三つの面に等しい流体圧が作用する。また、第
８図は駆動リング６６の外周に流体圧が作用した
場合を示し、この駆動リングには全外周面に等し
い流体圧が作用する。更に第９図はバツクアツプ
リング６４の外周に流体圧が作用した場合を示
し、このバツクアツプリングには内周面を除いた
三つの面に等しい流体圧が作用する。

回転シールリング６０とバツクアツプリング６
４とは共にその周辺に負荷が加えられているので
圧縮され、その当初の状態から比較的変化しない
ままでなければならない。全面にほぼ均一に負荷
が加えられているバツクアツプリング６４は、回
転シールリング６０とバツクアツプリング６４と
の接触する平たい表面に影響を及ぼしてはならな
い。

駆動リング６６はエキスパンダにより軸又はス
リーブ１０もしくはその両方の回りに中心決めさ
れている。従つて、駆動リング６６はシールの他
の部品を軸又はスリーブもしくはその両方の回り
に位置決めしかつ部品が中心を外れたり軸又はス
リーブもしくはその両方に損傷を与えないように
する。

回転シールリング６０とバツクアツプリング６
４とは互いに向かい合つたラツプ仕上げ面を有す
る別々の部品である。このような構造にした継手
は圧縮負荷による問題を提起せず、従つて、バツ
クアツプリング６４はシール面の平坦性に影響を
及ぼさない。

（効果） 本発明では、メカニカルシール組立体の駆動リ
ングとバツクアツプリングとを別個に形成し、バ
ツクアツプリングの端部に突起装置（回転可能な
シールリングに伝える回転力を受ける手段）を形
成したため、第７図ないし第９図に示されるよう
に、メカニカルシール組立体の運転時に、回転可
能なシールリング及びバツクアツプリングが三方
から均一の負荷を受けるためそれらは殆ど変形せ
ず、また、駆動リングの全周に均一の流体が作用
するので回転可能なシールリング及びバツクアツ
プリングの対を成す平面に影響を及ぼすことがな
く、このためシール面の平面性に確保できる。こ
れによりシールリングの熱的障害を有効に防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部分を断面で示した従来技術のメカ
ニカルシール組立体の部分図、第２図及び第３図
は第１図のそれぞれ線２−２、線３−３に沿い切
断して示した部分断面図、第４図は第１図に似て
いるが、従来技術のシール組立体のシールリング
の一つのゆがみを示す図、第５図は一部分を断面
図で示した本発明の一実施例のメカニカルシール
組立体の一部分の断面図、第６図は第５図の線６
−６に沿つて切断して示した部分断面図、第７
図、第８図及び第９図は第５図と第６図とのシー
ル組立体の種々の部品に加えられる圧力負荷を示
す略図である。 １０……軸、１２……ハウジング、１６……シ
ールリング、１８……シール面、５４……ばね、
６０……回転シールリング、６２……シール面、
６６……駆動リング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジング及び回転可能な軸と共に使用する
   メカニカルシール組立体において、 前記ハウジングに接続されていて、前記軸を囲
   みかつその軸から隔てられた静止シールリング
   と、 前記軸に接続されかつその軸を囲んでいる回転
   可能なシールリングと、 前記シールリングの対向するシール面と、 前記回転可能なシールリングを前記軸に接続し
   同時に前記軸に関して前記回転可能なシールリン
   グの限られた軸方向移動を許容する接続装置であ
   つて、軸方向に伸びかつほぼ円筒状の駆動リング
   を有し、前記駆動リングが回転可能なシールリン
   グのシール面の後方でその回転可能なシールリン
   グの少なくとも一部を密に囲んでいる第１の部分
   及び前記回転可能なシールリングの後方に伸びる
   第２の部分を有する接続装置と、 前記駆動リングの前記第２の部分の端部に形成
   されかつ前記駆動リングを前記軸に連動させる突
   起装置と、 前記回転可能なシールリングの後部で前記パツ
   クアツプリングの半径方向内側に配置されかつそ
   のシールリングに接しているバツクアツプリング
   と、 前記バツクアツプリング及び駆動リングにより
   前記駆動リングの内側に限定された空洞内に配置
   され、前記バツクアツプリング及び駆動リングに
   接するＵ型カツプと、 前記Ｕ型カツプの前記バツクアツプリングと反
   対側に配置され、前記Ｕ型カツプと係合するＵカ
   ツプフオロアと、 前記Ｕカツプフオロアに軸方向に隣接して配置
   されかつ前記Ｕカツプフオロアを偏倚しそれによ
   つて前記Ｕ型カツプをバツクアツプリングに偏倚
   するばね装置と、 前記駆動リングの前記第１の部分と前記回転可
   能なシールリングとの間に配置されかつ前記駆動
   リングを前記回転可能なシールリングの外側に連
   結する装置とを備え、 前記バツクアツプリングが前記駆動リングと別
   個になつており、前記Ｕ型カツプが前記回転可能
   なシールリングを前記静止シールリングの方に偏
   倚するメカニカルシール組立体。 ２ 前記駆動リングと前記回転可能なシールリン
   グとを連結する前記装置が駆動ピンを備え、その
   駆動ピンの一部が前記回転可能なシールリング内
   にあり他の一部が前記駆動リング内にある特許請
   求の範囲１に記載のメカニカルシール組立体。 ３ 前記回転可能なシールリングがそのシールリ
   ングのシール面の後方に配置された径の小さな内
   径部分を有し、前記径の小さな部分が前記駆動リ
   ングと共に前記空洞を限定している特許請求の範
   囲１に記載のメカニカルシール組立体。