JPH04231775A - 分割メカニカル端面シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】〔発明の分野〕本発明は、相対回転する
素子の間をシールするためのメカニカルシールに関し、
さらに詳細には、分割されたメカニカル端面シールに関
する。

【０００２】〔背景技術〕メカニカル端面シールは、広
い範囲の装置、例えばタービンあるいはポンプ等のよう
に、ハウジングとハウジングに関して回転する軸とを有
する装置に使用されている。同様に、多数のポンプ、コ
ンプレッサ、ミキサー、化学処理工業における攪拌装置
、精製装置及び石油化学工業、その他多くの他の工業は
、パッキンされたパッキン箱をそれらの回転軸の周りで
使用する。高い維持費を減少し、環境汚染を阻止し、製
造損失を減少し、そしてその他の理由のために、パッキ
ン箱内のパッキンをメカニカル端面シールで置き換える
ことが、一般的に望ましいものであることが発見された
。

【０００３】またメカニカルシールの欠陥や使用による
劣化は問題である。そのようなシールの部分の修理や交
換は、装置内の接近しにくい場所に構成部材があるため
に、困難であるかもしれない。しばしば装置の設計のた
めに、損傷したシール部材を軸端部を越えて取り除いた
り、交換部材を取り付けたりすることは困難であり、あ
るいは不可能である。そのような場合における装置の修
理は、ハウジングとシールの構成部分と装置の完全な分
解、交換及び再組立を要求する。

【０００４】パッキンの交換や損傷したシールの修理は
、メカニカルシールの全ての構成部分の部位が分けられ
ていたり、あるいは分割されているシール設計によって
、容易にされてきた。分割あるいは部分的な分割シール
部材の取り付けは、装置の完全な分解を必要としないと
ともに、軸の端部を越えて環状のシールを通過させるこ
となしに達成することができる。分割あるいは部分的な
分割シール例は、米国特許番号第３，０２５，０７０号
、米国特許番号第３，１８４，２４４号、米国特許番号
第４，４２３，８７８号、米国特許番号第４，５７５，
０９８号、米国特許番号第４，５７６，３８３号、米国
特許番号第４，５７６，３８４号において発見すること
ができる。これらの特許によって教示された装置は、そ
れらが意図した目的のためには適正であるかもしれない
けれども、それらに開示された各々の設計は、構成部分
の過多によって非常に複雑であるか、シール破損の間に
短期間を有する設計に向けられている。

【０００５】

【本発明の要旨】それゆえにこの発明の目的は、ハウジ
ングの取り外しと装置の他の構成部材の分解の必要なし
で、簡単に取り外されるとともに交換される分割メカニ
カル端面シールを提供することである。

【０００６】本発明の他の目的は、素早く、簡単にかつ
効率的に、そして装置を完全に分解することなしに、パ
ッキン箱内か、あるいは欠陥のあるメカニカル端面シー
ル内のパッキンを交換することができる分割シール・ア
ッセンブリを提供することである。

【０００７】従って、ハウジングとそれに関して回転す
るようになされた軸との間の流体漏れのないシールを提
供するために、分割メカニカル端面シールが提供されて
おり、シールは、各々が概ね径方向噛み合いシール面を
形成する、隣接した固定的な環状主リング及び噛み合い
リングを含み、各々のリングは、複数の弧状のリング部
分（セグメント：ｓｅｇｍｅｎｔ）と、各リングのセグ
メントを、各リングの他のセグメントと固定的な関係で
結合するとともに保持する手段とを有し、それによって
、前記リングによって形成された各前記噛み合いシール
面は、各々のそれぞれの環状リングの全周の周りに切れ
目のない滑らかな表面と、軸及び他のリングと概ね同軸
の関係で各リングを支持するための複数の弾力性分割位
置決め手段とを有し、位置決め手段はリングの相対位置
を定め、そこで各リングのシール面は、対向するととも
に他のリングのシール面と対面する関係にあり、一方の
位置決め手段は、噛み合いリングを固定的に支持すると
ともに、他方の位置決め手段は、主リングを固定的でな
く支持するとともに噛み合いリングに対して軸方向に偏
倚する。

【０００８】

【好ましい実施例の詳細な説明】

パッキン箱における従来のパッキンの一例が、図１に示
されており、そして図１はポンプ１０を示し、このポン
プ１０は、ハウジング１２と、駆動軸１６によって駆動
される羽根車１４と、流体入力室１８と、流体出力室２
０とを有する。通常では流体は、羽根車１４によって室
１８、２０を介して矢印の方向に汲み上げられる。

【０００９】パッキン２２は、外部への汲み上げられた
流体の駆動軸１６に沿う漏れを防ぐことを意図されてい
る。パッキン２２は、パッキン・フォロワ２６によって
駆動軸１６とシール接触するように、パッキン箱ハウジ
ング２４内に詰められた従来のジャム（ｊａｍ）である
。パッキン２２に対してパッキン・フォロワ２６によっ
て加えられる圧力は、それらのうちの二つが示されてい
るパッキン押さえナット２８を締めたり、緩めたりする
ことによって、増加したり、減少したりされる。

【００１０】図２は、通常は高度な平坦さで重なりあっ
ているシール面３４をもったシール・リング３２を有す
る回転メカニカル・シール３０で、パッキン２２を置き
換える従来技術の方法を図示している。米国特許番号第
３，９６１，７９９号に開示されているような分割シー
ルを有していないアッセンブリのために、取り付けは、
モータ（図示せず）のような軸１６に駆動力を提供する
手段の取り外しが先行され、そしてそれから、フォロワ
２６が取り外されて、パッキン２２が引き出される。パ
ッキン・フォロワ２６とパッキン２２を取り除いたのち
に、回転メカニカル・シール３０が取り付けられる。

【００１１】噛み合いリング３８とＯリング４０とを有
する特別なパッキン押さえ板３６が、パッキン押さえナ
ット２８によってパッキン箱ハウジング２４に締め付け
られている。パッキン押さえ板３６は、各々の大きさの
パッキン箱に適合するように製造されなければならない
。駆動軸１６の各々の大きさは、種々のシールされて軸
を通された装置のためのパッキン箱用の三つの大きさを
通常は有しているので、このことは、特別なパッキン押
さえ板は、各大きさのパッキン箱ハウジングのために製
造されなければならないことを意味する。

【００１２】図３は、米国特許番号第４、５７６、３８
４号に図示されるとともに開示されているように、パッ
キン箱内のパッキンを置き換えるためのシールたる、分
割シール構造の断面図を図示する。特別なパッキン押さ
え板アッセンブリは、ソケット頭部押さえネジ３８によ
って、第二のパッキン押さえ板半分部分に取り付けられ
る第一のパッキン押さえ板半分部分３６Ａを有する。パ
ッキン押さえ板アッセンブリは、パッキン押さえナット
２８によってパッキン箱ハウジングに連結されている。 分割されたエラストマー製の端面ガスケット４１が、パ
ッキン押さえ板アッセンブリをパッキン箱ハウジングに
シールしている。パッキン押さえ板アッセンブリは、回
転分割シール・リング・アッセンブリ４２と固定分割シ
ール・リング・アッセンブリ４４を収容している。

【００１３】回転分割シール・リング・アッセンブリ４
２は、例えばソケット頭部押さえネジ４８のような取り
付け手段で、一方の半分部分４６が示されている二つの
半分されたホルダーによって、軸１６の周りの適正な位
置に保持されている。締め付け押さえネジは４８は、Ｏ
リング５０上でホルダー４６を締め付けていて、かくし
て軸１６にホルダー４６をシールする。また分割された
回転リング５２は、分割されたエラストマー製の覆い５
４によってホルダー４６にシールされている。

【００１４】固定分割シール・リング５６は、Ｏリング
５８によってパッキン押さえ板アッセンブリ３６Ａにシ
ールされている。それらのうちの一つのスプリング６０
が示されている、パッキン押さえ板アッセンブリ３６Ａ
内の適正な内径部内に配置された複数のスプリングは、
固定リング５６に対して軸方向偏倚を提供し、それぞれ
のリング５２、５６のシール面５２Ｓ、５６Ｓをともに
もたらす。米国特許番号第４，５７６，３８４号に開示
されたようなシールは、取り付けのために過度の量の努
力と専門的技術を必要とする。シールの取り付けは、少
なくとも四つの位置に分割されたエラストマー製の素子
（４０、５０、５４、５８）の継ぎ目の流体シールを必
要とする。

【００１５】さらに、全ての分離したエラストマー製の
素子は、各々が分割されている少なくとも四つの他の堅
固な素子と同時に取り付けられる。取り付け処理の間に
適正に保持されなければならない素子の数と、その一方
で分割された部分をともに同時にネジ止めすることは負
担になる。分割された素子を、それらの分割された対応
する部分に関してしか、あるいはそれぞれのアッセンブ
リ４２、４４の他の素子に関して誤って連結したり、あ
るいは不整列となる場合が一般におこる。

【００１６】図４Ａは、本発明による分割シールの断面
図である。パッキン箱ハウジング２４と軸１６は、図１
乃至図３の従来技術の装置に示されたそれらのように、
相対的に位置している。図４Ｂは、二つの分割半分部分
６０Ａ、６０Ｂを有するパッキン押さえ板アッセンブリ
６０を、立側面図で図示している。パッキン押さえ板ア
ッセンブリ６０を形成する分割半分部分６０Ａ、６０Ｂ
は、互いに同一であるとともに、図４Ｂに示されるよう
に垂直面にそって分割されている。一方の分割半分部分
６０Ａは、二つの分割半分部分が互いに接合されて、パ
ッキン押さえ板アッセンブリ６０を形成するときに、他
方の分割半分部分６０Ｂに関して１８０゜回転される。

【００１７】さて図４Ａ、図４Ｂを参照すると、パッキ
ン押さえ板アッセンブリ６０は、ソケット頭部ネジ６１
のような取り付け手段を含み、それは、それぞれ補い合
う半分のパッキン押さえ板内のネジ穴６２内にネジ止め
されて、完全に軸を取り囲むパッキン押さえ板アッセン
ブリ６０を形成する。

【００１８】従来技術におけるように、パッキン押さえ
板アッセンブリは、ボルト６３によって直接にハウジン
グ２４に取り付けられていて、図４Ａにその一つが示さ
れていて、パッキン押さえ板アッセンブリ６０内の穴６
４を通して挿入されている。ボルト６３がハウジング２
４内のネジ穴６６内にネジ止めされるとき、ボルト頭部
は穴６４の肩部に隣接する。パッキン箱ハウジング２４
上にパッキン押さえ板６０を取り付けるための正確な技
術は、本発明の重要な部分ではなく、従来技術において
示されるような技術のような他の方法を、利用すること
ができる。ある大きさのパッキン押さえ板アッセンブリ
６０が、主要なパッキン箱ハウジングに適合するように
製造することができ、唯一の要件は、パッキン箱ハウジ
ング２４上の清潔な側面６８である。図４Ｂにおいて示
されるネジ切りされた内径部１７２は、パッキン押さえ
板アッセンブリ６０の円周の周りに均等に配置されてい
て、図５Ｄに関して以下に検討されるように、シールの
取付において使用されるであろう。

【００１９】さて図４Ａ、図４Ｃを参照すると、パッキ
ン押さえ板アッセンブリ６０は、リップ７２と係合する
凹所をなした内径部７０を含み、リップ７２自身は、分
割されたエラストマー製のシール素子７４の外径部に一
体的に取り付けられている。シール７４は、一つの機能
がシール素子を一緒に圧縮することであるので、択一的
に圧縮リング７４として参照される。リップ７２の軸方
向寸法Ａは、凹所７０の幅よりちょうど若干大きいもの
であるべきであり、しかしリップ７２は、パッキン押さ
え板アッセンブリ６０の内径部内に容易に適合すべきで
ある。組み立てられたときに、パッキン押さえ板アッセ
ンブリ６０は、パッキン箱ハウジング２４の側面６８に
対してリップ７２を押し込むであろう。かくして清潔な
側面６８は、パッキン押さえ板アッセンブリ６０とパッ
キン箱ハウジング２４との間に、閉塞し、緊密に適合し
、かつ良いシールを保証するであろう。

【００２０】シール素子あるいは圧縮リング７４は、リ
ップ７２からシール７４の反対側端部にある重要な管状
延長部７８を偏倚する中央部７６を含む。管状延長部７
８は、この実施例においては噛み合いリング・アッセン
ブリであり、図４Ａにおいて符号８０によって全体的に
指示された固定分割シール・リングと係合する。シール
素子７４は、完全に組み立てられたときに、それが普通
の圧力下において、シールの一方の側から他方の側への
流体漏れに対してシールする方法で構成されている。シ
ール特性は、以下に検討されるであろう。図４Ａの図は
圧力を加えられた位置のシール素子７４を示すがその反
対に、図４Ｃは圧力を加えられていない位置のシール素
子７４の断面図を示す。

【００２１】リング・アッセンブリ８０の構成部分の構
造とともに、エラストマー製の素子７４の中央部７６の
弾力性は、パッキン箱ハウジング２４から離れて相互に
連結されたリング・アッセンブリ８０を押す、軸方向偏
倚力を創り出す。さらに、軸方向に与えられる力の量は
、リング・アッセンブリ８０の軸方向位置に依存するの
で、この偏倚力は調節可能である。例えば、もしシール
素子７４が、パッキン箱ハウジング２４に向かってリン
グ・アッセンブリ８０をシフトすることによって、より
大きな度合いで圧縮されるならば、より大きな軸方向偏
倚力が提供されるであろう。

【００２２】固定主リング・アッセンブリ８０は、構成
部分８２Ａ、８２Ｂを含む分割ホルダー８２と、シール
面８４Ｓを有する分割噛み合いシール・リング８４とを
有する。ホルダー８２は、二つの半分部分８２Ａ、８２
Ｂを有し、それらの各々は、さらに以下に図５Ｃに関し
て説明されるように、ボルト１６２を挿入するための貫
通孔８６を含む。二つのボルトの各々は、ホルダー８２
の相補的な半分部分上の対応するネジ切りされた穴と係
合するであろうし、そしてボルトの締め付けは、固定噛
み合いシール・リング８４を保持するとともに位置決め
するための一個の環状アッセンブリを形成するであろう
。環状フランジ８３は、ホルダー８２の円周外部縁から
延長する。

【００２３】ホルダー８２は、金属のような硬い材質よ
りなり、その内径部分８８で、管状延長部７８の外側表
面への支持を提供する。内径部分８８は、一方の端部を
フランジ部材９０によって、他方の端部を第二フランジ
部材９２によって定められている。フランジ部材９０は
、管状延長部７８内の対応する溝部９４内に適合する。

【００２４】さらに内径部分８８は、管状延長部７８の
圧縮から生じる、いかなる余分なエラストマー材料を集
めることのできる凹所９６を含む。同様に、管状延長部
７８は、内径部分８８の総軸方向幅、即ちフランジ部材
９２まで延長せず、そしてかくして、ホルダー８２が一
緒にネジ止めされるときに、管状延長部７８からの余分
な圧縮されたエラストマー材料が延長することができる
容積を提供する。

【００２５】管状延長部７８の内側表面は、噛み合いシ
ール・リング８４と係合する。シール・リング８４は、
一緒に接合されるとともに、管状延長部７８によって外
周を取り囲まれる一対の分割された半分部分を有する。 管状延長部７８のフランジ部９８は、シール・リング８
４に対して軸方向支持を提供するとともに、パッキン箱
ハウジング２４から離れてリング８４を偏倚する。延長
部７８の内側表面上の接合隣接部１００は、シール・リ
ング８４の周部の相反する浅い溝止め１０２内にすべり
ばめしている。

【００２６】シール部材７４は、シール・リング８４に
軸方向、径方向および円周方向の支持を提供するととも
に、またリング８４とホルダー８２との間の通路をシー
ルする。またシール部材７４は、表面６８に対してリッ
プ７２を圧縮することによって、パッキン押さえ板アッ
センブリ６０に対してハウジング２４をシールする。ま
たシール部材７４は、リング・アッセンブリ８０に軸方
向偏倚力を提供する。

【００２７】シール部材７４の寸法は、軸１６の直径と
、主リング８４とパッキン押さえ板アッセンブリ６０の
ような、シール部材７４が係合する残りの素子に依存す
る。管状延長部７８の軸方向幅ＡＥ、接合隣接部１００
の高さＨＡ、幅ＷＡのようなある寸法は、異なった大き
さのシールのために標準化された寸法のリング溝とホル
ダーに適合する標準値にセットすることができる。また
移行部７６の高さＨＴは、高さＨＴが、シール・リップ
７２が主要な大きさのパッキン箱ハウジング２４のため
の表面６８と係合することができるのに十分な大きさで
ある限りは、標準的な高さにセットされてよい。

【００２８】再び図４Ａを参照すると、全体的に符号１
０４で指示されるこの実施例における回転分割シール・
リング・アッセンブリは、主リング・アッセンブリであ
る。それは、噛み合いリング８４の面８４Ｓと直接に対
向する関係にあるシール面１０６Ｓを有する分割主シー
ル・リング１０６を含む。表面１０８は、概ねシール面
１０６Ｓに平行な面で、リング１０６の反対側で径方向
に延長する。シール・リング１０６の分割された半分部
分は、接合されたときに止め部１１０もった環状部材を
構成し、リング８４上の止め部１０２と同様に止め部１
１０は、それとともにリング１０６の軸方向及び径方向
位置決めを容易にする隣接接合部を収容する。

【００２９】またリング・アッセンブリ１０４は、主シ
ール・リング１０６の周りに適合するとともに、それへ
の支持を提供する管状延長部１１４を有する回転エラス
トマー製シール素子１１２を有する。管状延長部１１４
の内側表面上に配置された隣接接合部１１６は、リング
１０６の外径側表面の止め部１１０と相反するとともに
、その中にすべりばめする形状を有している。シール素
子１０４の移行部１１８は、径方向延長表面１０８に軸
方向支持を提供する。管状延長部１１４と移行部１１８
のエラストマー特性は、リング１０６を効果的にシール
して、リング１０６とシール素子１１２との間を流体が
通過するのを防ぐことである。

【００３０】さらにシール素子１１２は、素子１１２と
軸１６との間の流体の通過を効果的にシールする内側表
面１２２を有する軸シール部１２０を有している。軸シ
ール部１２０の端部にあるフランジ・リップ１２４は、
回転ホルダー１２６と共働して、ホルダー１２６に対し
て軸シール部１２０をシールする。ホルダー１２６の内
側表面の溝止め部１２８内へのリップ１２４の挿入と軸
シール部の圧縮は、良いシール能力を提供する。

【００３１】ホルダー１２６とシール素子１１２との間
により効果的なシールを創り出すとともに、リング１０
６を堅固に支持するために、ホルダー１２６の内側表面
は、概ねシール素子１１２の外側表面の外形に沿ってい
る。またホルダー１２６は、素子１１２が組立位置にお
いて圧縮されたときに、素子１１２からの余分なエラス
トマー材料を収容するために、フランジ１３２と管状延
長部１１４との間に浅い溝１３０と空間を設けている。 シール素子１１２は、回転リング・アッセンブリ１０４
の全ての素子のように、分割されている。シール・リン
グ１０６とシール素子１１２の軸方向及び径方向寸法は
また、標準値に適合していてよく、そこでシール素子は
、異なった大きさの軸とともに使用できるかもしれない
。

【００３２】回転ホルダー１２６は、二つの半分部分に
分割されて、それらのうちの一方の半分が、図４Ａに示
されている。各半分部分は、（破線で示される）フラン
ジ隣接接合部１３６とともに貫通孔１３４を有している
。ボルト（図示せず）が孔１３４を介して通され、その
頭部は、フランジ隣接接合部１３６と係合する。ホルダ
ーを一体化するために、ボルトは、ホルダー１２６の相
補的な半分部分内のネジ切りされた内径（図示せず）に
ネジ止めされる。ボルトがホルダー１２６の相補的な半
分部分内にネジ止めされるとき、組み立てられた一体化
されたホルダーは、シール素子１１２上にシール圧力を
与える。

【００３３】第二の貫通孔１３８が、軸１６についてホ
ルダー１２６を完全に固定するために設けられてもよい
。ホルダー１２６は、軸１６と直接に接触する内側直径
表面を有する、一対のフランジ形状の環状支持部１４０
を有する。支持部１４０は、軸１６に沿った軸方向で、
予め定められた固定位置にホルダー１２６を維持するベ
ースである。孔１３４、１３８を通って適合するボルト
（図示せず）を締め付けることは、支持表面１４１及び
素子１１２の表面１２２と軸１６との摩擦係合となる、
確実な駆動能力を与える。確実な駆動能力は、軸１６に
関して、回転噛み合い分割シール・リング・アッセンブ
リ１０４の軸方向及び円周方向の並進運動を避ける。ホ
ルダー８２のようにホルダー１２６はまた、取り付ける
ために互いに関して１８０゜で同一となる二つの半分部
分を配置し、多くは図４Ｂに示されたパッキン押さえ板
アッセンブリ６０のようである。

【００３４】また予め定められたリング・アッセンブリ
１０４の軸方向位置は、本発明の他の極めて重要な面を
示している。軸１６に沿って予め定められた位置までリ
ング・アッセンブリ１０４を摺動することができること
は、分割シール装置の組立者に、シール素子７４がシー
ル面１０６Ｓに対してシール面８４Ｓを偏倚するさいに
提供する軸方向弾撥力量に、圧縮応力を与えさせる。素
子７４によって与えられる弾撥力量は、固定噛み合いリ
ング・アッセンブリ８０の軸方向位置に依存し、そして
固定噛み合いリング・アッセンブリ８０は、順に回転主
リング・アッセンブリ１０４の軸方向位置に依存する。 操作者は、回転リング・アッセンブリ１０４を軸１６に
沿って予め定められた位置まで摺動することができ、素
子７４から望まれる軸方向弾撥力を正確に提供する。こ
の発明の圧縮応力を与えることができるということは、
装置の効果的なシールのための重要な特性である。

【００３５】任意のエラストマー製カバー・ガード１４
２が、固定ホルダー８２のフランジ８３を越えて配置さ
れている。ガード１４２の内側表面の止め部は、フラン
ジにすべりばめしている。ガードは、破損による破片か
らシール及びシール面８４Ｓ、１０６Ｓを保護する。軸
１６とシール・リング１０６が高速で回転するときに、
ガードはまた、シール面から勢いよく飛び出るいかなる
シールされた流体も逸らせる。

【００３６】シールの組み立ては、簡単かつ効率的に達
成される。例示したように、メカニカル・シールによっ
てパッキンを置き換えるには、最初にパッキンがパッキ
ン箱ハウジング２４から取り外される。図４Ａ、図４Ｃ
の断面図で示したように、予め定められた寸法を有する
エラストマー製のシール素子７４が、パッキン押さえ板
凹所７０内に周部から圧入するようにして設けられる。 シール素子７４とシール・リング８４の製造は、シール
内にそれらを組み付けることに先行される。

【００３７】シール素子７４は、望ましい寸法を有する
完全なシール素子リングを形成し、それからナイフでリ
ングを切り離すことによって製造されてよい。リングを
切断したり分割したりすることは、軸１６の周りでシー
ル素子７４を分割することを許容する。シール素子７４
を切断するための好ましい技術は、直線径方向切断であ
る。あるいはまた、切断は垂直に対してある角度でなさ
れてもよく、かくしてアッセンブリ中に切断端部を一緒
に適合する際にいくらかの遊びを許容する。また角度を
付けられた切断は、二つの切断端部がアッセンブリ中に
ともに圧縮されたときに、よりよいシール特性を提供す
る。以下に検討されるように、シール素子７４のシール
特性は、発明の構成によってさらに高められ、そしてそ
れは、シール素子７４の中央部７６内に固有に存在する
たが（フープ：ｈｏｏｐ）応力に依存し、流体が並みの
圧力下においてさえ、流体のためにシール能力を与える
。

【００３８】代わりの技術は、図４Ａ、図４Ｂにおいて
示される断面を有する、押し出し成形されたエラストマ
ー材料の長くかつ、巻かれた線輪を有することである。 線輪の凹所７０の周りで適合するであろう必要とされる
予め定められた長さが、好ましくはある角度で切断され
る。異なった長さが、ポンプあるいはタービンで使用さ
れる異なった大きさの軸に適合するために、切断される
ことができる。一例としてシール素子１１２を使用する
と、切断は特別な切断ジグによってなされることができ
、そこで図５Ａに示されるように、線輪の長さの二つの
互いに噛み合う円形端部１５０、１５２が、ともに接合
されて、効果的な連続した環状シール素子を形成する。 あるいはまた、ありみぞ形状（図示せず）が切断されて
よく、そして接合されて、シール素子７４を形成する。

【００３９】パッキン押さえ板アッセンブリ６０の二つ
の半分部分６０Ａ、６０Ｂは、それから一緒にされて、
シール素子７４のリップ７２がパッキン押さえ板アッセ
ンブリ６０内径部分内の凹所７０内に確実に位置するよ
うにする。パッキン押さえ板アッセンブリ６０は、ボル
トによって一緒にネジ止めされて、そしてそれから、リ
ップ７２が凹所７０の全周部の周りの表面６８と同じ高
さになることを確実にするように注意して、パッキン箱
ハウジング２４に対してもたらされる。好ましくは、ダ
ウ・コーニング社（Ｄｏｗ−Ｃｏｒｎｉｎｇ　　Ｃｏｒ
ｐ．）によって製造されたアールティーヴイ・シーラン
ト（ＲＴＶ　　ＳＥＡＬＡＮＴ）のような密閉剤の薄膜
が、シール能力を増すように、圧縮リング７４のリップ
７２が接触するであろうパッキン箱ハウジング２４の表
面６８上に被覆されている。それからパッキン押さえ板
アッセンブリ６０は、ネジ切りされた内径６６内にボル
ト６３をネジ止めすることによって、パッキン箱ハウジ
ング２４に取り付けられる。この段階において、ボルト
６３は、内径６６内で完全に締め付けられるべきではな
い。それから固定主リング８０の二つの半分部分が、一
度に一つづつ、管状延長部７８の内径部内にそれらを位
置させることによって組み立てられ、面取りされた外側
縁部を有するシール面８４Ｓが確実に外側に面するよう
にする。シール・リング８４の他の半分部分は、シール
・リング８４の分割部が、圧縮リング７４の分割部に関
して確実に９０゜になるように注意して、管状延長部内
に配置されるべきである。９０゜の角度の分割部を配置
することは、より良いシール能力を提供する。

【００４０】固定主リング８４の二つの半分部分は、そ
れらが製造される技術のゆえに、接合端部で完全に整合
する。シール・リング１０６の製造は同一であり、そし
てここに例示の方法で説明されるであろう。

【００４１】図５Ｂは、径方向延長表面１０８の正面か
ら見たリング１０６を図示している。リングは最初に、
一体的に形成されたセラミックあるいはカーボン製のシ
ール・リング１０６として製造される。それからシール
・リング１０６は、分割することを意図していないシー
ル・リングでなされるように、滑らかに、視覚的に平坦
にラップ仕上げされる。それから二つの直径方向に対向
するノッチ１５４が、表面１０８内に、そして表面１０
８の縁部の周りに、そしてリングの内径部内へ研削され
る。ノッチは、十分な深さに研削されるべきであり、リ
ングに若干の弱さ引き起こすが、リングがそのシール特
性を維持できないほど深くはない。最適には、ノッチ１
５４の深さは、リング１０６の厚さの約１０％であるべ
きか、面１０６Ｓと面１０８との間の距離の約１０％で
あるべきである。

【００４２】それから刃をもった工具（図示せず）が、
ノッチ内に配置され、そして圧力が、リング上のノッチ
１５４の位置から約９０゜の点か、あるいはリング上の
符号１５６で指示された領域のあたりで、リング１０８
の面１０６Ｓ上に注意深く加えられる。リング１０６に
対して背面側１０８上に圧力を注意深くではあるがしっ
かりと加えることは、工具の刃にノッチ１５４における
応力を創り出させる。点１５６における圧力は、リング
がノッチで二つの部材にぽきっと折れるまで増加される
。二つの部材の接合部はぎざぎざであろうが、しかしそ
の技術は、明らかにリング表面１０６Ｓを渡って連続す
る接続点で、一緒に良く適合する完全な二つの整合面を
形成する。またリング端部間のぎざぎざの表面の特徴は
、平坦な端部接合点より、より良いシール能力を提供す
る。

【００４３】再び図４Ａに関するシールの組み立てに戻
ると、上記技術を使用して製造されたリング８４は、一
緒に連結され、そして管状延長部７８内に適合する。隣
接接合部１００は、リング８４の浅い溝１０２内に適合
する。分割されたリングのぎざぎざな表面を確実にかみ
あわせるために、注意が払われねばならない。シールで
きる滑らかな平坦な表面８４Ｓは、連結されたリング８
４によって提供される。

【００４４】またクランプ・リング８２として言及され
ている固定ホルダー８２の半分部分がそれから、外部か
らともにもたらされ、そして管状延長部７８の周りに圧
入される。好ましくは、固定ホルダー８２の二つの半分
部分の内径部は、シリコーン・グリースで少しばかり潤
滑されているが、しかしながらそれは直接に分割部を取
り囲む領域のみである。

【００４５】図５Ｃは、ホルダーの半分部分８２Ａ内の
貫通孔８６に適合し、相補的なホルダーの半分部分８２
Ｂ内のネジ切りされた内径１６０内にネジ込まれるボル
ト１５８によって、二つの半分部分８２Ａ、８２Ｂを一
緒にボルト止めする方法を図示している。ボルト１５８
のソケット頭部１６２は、ホルダーの半分部分８２Ａの
端部の周部から切り出された凹所１６６の表面１６４に
対して隣接する。ボルト１５８をネジ切りされた内径１
６０内にねじ込むことは、凹所１６６内に頭部１６２を
もたらし、比較的に一様な円周の輪郭を得させる。ホル
ダー８２は、わずか数回ネジを締めることによって、緩
く一緒にネジ止めされる。ホルダー８２の分割部は、シ
ール・リング８４の分割部と円周方向でほぼ整列される
べきである。ボルト１５８は、ホルダー８４の側面図に
おいては見えない。

【００４６】ホルダーの半分部分８２Ａ、８２Ｂの直径
方向に対向する端部は、凹所１６６がホルダーの半分部
分８２Ｂから切り出されるとともに、ネジ切りされた内
径１６０がホルダーの半分部分８４Ａ内にあることを除
いて、図４Ｂに関して上記で説明したパッキン押さえ板
半分部分６０Ａ、６０Ｂと同様に、それと同一な方法で
連結される。本発明によるシールの組み立ては、現在知
られている分割シールの組み立てより、より簡単かつ、
組み立て工程中に適正位置に保持される部材がより少な
くて進められる。

【００４７】図４Ａを再び参照すると、軸１６と円周部
の周りの固定シール・リング８４の内径部との間の間隙
は、軸１６とリング８４との間の同心円の関係を確保す
るために注意深く検査されなければならない。軸の心合
わせはまた、接合部に段部があるかどうかを見るために
、視認と分割部に沿って指の爪を移動することとの両者
により検査される。半分部分の注意深い心合わせは、平
坦なシール面８４Ｓを提供するために必要であるかもし
れない。それからホルダーの半分部分は、シール・リン
グ８４の径方向、軸方向及び円周方向の整列をしばしば
検査しながら、ホルダーの半分部分の端部が完全に接触
するまで、ボルト１５８をネジ込むことによって締め付
けられる。それからパッキン押さえ板アッセンブリ６０
は、ハウジング２４の内径６６内でボルト６３を完全に
ネジ込むことによって締め付けられる。ボルト１５８を
締め付けることは、図５Ｄに図示されるように、圧縮ギ
ア１６７を使用して圧縮応力を与える準備をしている完
全な噛み合いリング・アッセンブリ８０を形成する。

【００４８】図５Ｄは、シール素子７４の望ましい軸方
向弾撥力をセットするための、予め定められた寸法を有
する圧縮ギア１６７が詳細に示されている。圧縮ギア１
６７は、中空の内径部１６８をもった中空の円筒状管部
と、ギア１６７の一方の端部から延長する環状フランジ
１６９とを有する。中空の内径部は、ボルト１７０がそ
れを通って容易に通過するのを許容するために、十分に
大きい直径を有している。ボルト１７０はネジ切りされ
ていて、内径部６４から間隔を開けられている、パッキ
ン押さえ板アッセンブリ６０のネジ切りされた内径部１
７２（図４Ｂ）内にネジ込まれる。ナット１７４を締め
付けることは、ハウジング２４へ向かってホルダー８２
を並進させ、そしてシール素子７４の移行部７６に必然
的に応力を加え、それが圧縮されるようになることを引
き起こす。

【００４９】複数の圧縮ギア１６７が、パッキン押さえ
板６０の円周の周りに配置されている。好ましくは、互
いに９０゜の間隔を開けられた四つの圧縮ギアが、ホル
ダー８２の円周の周りの圧縮リング／シール素子７４の
圧縮さえ許容する。また「作動高さ」として言及された
、ハウジング２４に関してホルダー８２の軸方向位置を
注意深く監視することは、適正な取り付けを確実にする
ために必要であるかもしれない。

【００５０】さらにナット１７４を均等に締め付けるこ
とは、圧縮ギア１６７を並進させ、圧縮ギア１６７のフ
ランジ１６９は、ホルダー８２の外径部上のフランジ８
３と係合するとともに、望ましい軸方向位置あるいは「
作動高さ」まで並進する。直径約６インチの軸の大きさ
のためには、約２．６インチの作動高さが適正であり、
適正な作動高さを提供するために、十分な長さの中空内
径部１６８を有してナット１７４が設けられることが分
かった。それから約１５０−３００ポンドの負荷の圧力
が、圧縮リング／シール素子７４上に与えられ、６イン
チの直径の軸のためには、約２５０ポンドの負荷が選択
される。

【００５１】再び図４Ａを参照すると、組み立ての次の
段階は、軸１６の周りに回転噛み合いリング・アッセン
ブリ１０４を挿入することである。回転主リング１０６
は、図５Ｂに関して上記で説明した技術によって、最初
に分割されている。大きな直径の軸の取り付けのために
、回転リング１０６の二つの半分部分は、それらの端部
で接合されて、軸１６の周りで一緒にテープでくくられ
て、組み立てを容易にする。それからシール素子１１２
は、リング１０６の周りに包まれて、回転ホルダー１２
６の二つの半分部分が、軸とシール素子１１２の周りに
もたらされる。好ましくは、シール素子１１２は、垂直
に対してある角度で切断されていて、そこで組み立てら
れたホルダー１２６の圧力は、切断されたシール部材１
１２のくさび部を圧縮して、より良いシールを提供する
。あるいはまた、図５Ａに示されたように、互いに噛み
合う端部を有する円形あるいはありみぞ形状の端部が切
断されて、良いシール特性を有する環状シールを提供す
る。

【００５２】ボルト（図示せず）は貫通孔１３４、１３
８に適合して、回転ホルダー１２６の相補的な半分部分
の対応するネジ切りされた穴（図示せず）内に緩くネジ
込まれる。図５Ｃを参照すると、固定ホルダーの組み立
てが、分割シール素子の組み立てに関して案内を提供す
ることが示されている。ボルトは、主リング・アッセン
ブリ１０４が無理なく軸１６に沿って軸方向に摺動する
ことを許容するために、十分緩くネジ込まれるべきであ
る。この段階及び全部のシールの組み立てを通して、シ
ール面１０６Ｓが、軸１６の軸線に対して垂直であるこ
とを確実にすることは、重要である。

【００５３】それから回転主リング・アッセンブリ１０
４は、シール面８４Ｓとシール面１０６Ｓがちょうどか
ろうじて接触するまで、固定噛み合いリング・アッセン
ブリ８０へ向かってもたらされる。噛み合いリング・ア
ッセンブリ８０は、図５Ｄに関して上記で説明したよう
に、圧縮リング１６７によって圧縮応力を与えられた位
置に保持される。

【００５４】それからホルダー１２６の二つの半分部分
を連結するボルトが、完全に締め付けられる。穴１３８
内に適合するボルトの締め付けは、ホルダー１２６のベ
ースの環状フランジ１４０上に締め付け力を提供する。 軸シール部１２０と軸１６との間と、フランジ１４０と
軸１６との間の摩擦力は、軸線方向及び円周方向におい
て、軸１６に関してアッセンブリ１０４の位置を固定す
る。穴１３４内のボルトの締め付けは、リング８４の内
径部からポンプによって創出された流体圧力をとる。

【００５５】シール素子１１２の内側表面の構造、特に
、分割シール・リング１０６と環状延長部１１４の内側
表面と移行部１１８の整合した輪郭の構造は、シール・
リング１０６を把持して、それを軸線方向、径方向及び
円周方向で固定的に支持する。かくして軸１６に関して
のいかなる方向におけるシール・リング１０６の移動も
、ポンプの作動中において厳しく禁じられる。またシー
ル素子７４は、径方向及び円周方向におけるシール・リ
ング８４の移動を禁止するが、軸線方向においては禁止
しない。シール素子７４は、シールのシール・リングの
軸線方向の移動のためのみ、即ち、ハウジング２４に関
して噛み合いリング・アッセンブリ８０の移動のための
運動量を提供する。

【００５６】穴１３４、１３８内のボルトの締め付けに
引き続いて、ボルト１７０と一緒の圧縮ギア１６７は、
取り外されて、そしてシール素子７４の弾撥力は、シー
ル・リング１０６に向かってシール・リング８４を自由
に偏倚するであろう。偏倚力は既に、圧縮ギア１６７に
作用するボルト１７０のトルクによって圧縮応力を与え
られていて、かくして、特定の装置のための最終使用者
によって要求されるシール能力を創り出すために必要と
される正確な量の力が、提供される。

【００５７】シール素子７４に関する本発明の重要な特
徴が、上記記載から明らかになるであろう。シール素子
７４は、その完全な断面の次元に沿って分割されていて
、そこでそれは、軸の周りから取り付けられる。リップ
７２と管状延長部７８との両者は、シールされている素
子によって圧縮される。その圧縮が、かなりの高圧まで
良いシールを創り出す。しかしながら、中央部７６は、
いかなる堅固な材料の素子によっても支持されておらず
、シール素子７４の一方の側の圧力下の流体は、シール
素子の分割部を通って漏れやすい。この発明の重要な特
徴は、シール素子７４がさらされる並みの流体圧力に反
作用するために、中央部７６内に十分なたが応力を提供
するシール素子７４とホルダー８２の設計である。 たが応力は、リップ７２と延長部７８との間に引っ張り
を提供する。ホルダー８２のフランジ部９０は、中央部
７６へ内側の径方向応力を提供し、それは二つの分割端
部の接合部を締め付けて、並みの圧力下において、シー
ル素子７４を通る流体の漏れをシールする。

【００５８】シールの組み立ての最後の段階は、フラン
ジ８３上へのガード１４２の取り付けである。またガー
ド１４２は、分割されたエラストマー製の素子よりなり
、一緒にもたらされるとともに、留め金で留められたり
、接着剤で留めたり、あるいは他の適当な手段によって
連結される二つの端部を有している。ガードは、取り巻
く環境からのシール面の保護を提供するとともに、また
回転面１０６Ｓから飛ばされる流体のためのシールドと
して作用する。

【００５９】各分離された部材のための材料の組成は、
最終使用者によって望まれる適正なシール能力を達成す
るために、あつらえて作ることができる。パッキン押さ
え板アッセンブリ６０と各ホルダー８２、１２６は、金
属のような堅固な材料、好ましくはステンレス・スチー
ルのような腐食性でない材料よりなる。ボルト、ナット
及びその他の連結具は、また好ましくはステンレス・ス
チールである。

【００６０】典型的には、シール・リング８４、１０６
は、カーボン、セラミック、シリコーン・カーバイドあ
るいはタングステン・カーバイドのような適正な材料か
ら製造される。各リング８４、１０６のために、リング
材料の組み合わせもまた可能である。例えば、二つのシ
リコーン・カーバイド製のリングが使用されてよく、ま
た一つのリングはカーボンから製造されてよく、そして
他のものはセラミックから製造されてよい。その技術に
おいて知られているように、他の材料が上記で述べたも
のに代用されてよい。

【００６１】シール素子７４、１１２は、弾力性があり
、いくらか柔軟なエラストマー材料からなる。ジョン・
クレイン・インコーポレーテッド（Ｊｏｈｎ　　Ｃｒａ
ｎｅＩｎｃ．）によって販売された、商標「ＣＲＡＮＥ
ＬＡＳＴ」を有するエチレン−プロピレン（ＥＰＤＭ）
合成物は、良く作用することが発見された。スリーエム
・コーポレーション（３Ｍ　　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
）から購入できる「Ｂｕｎａ−Ｎ」あるいは「ＡＦＬＡ
Ｓ」のような他のエラストマー合成物もまた、シール素
子材料として過去に良く作用し、他の材料が当業者に知
られている。エラストマー素子において使用される材料
は、装置が汲み上げることを意図している流体に向く観
点で選択され、そこで有害な化学的あるいは物理的反応
は、エラストマー材料と流体との間では生じないであろ
う。

【００６２】操作中における本発明の他の重要な点は、
各リングのシール素子の曲げ能力である。通常では軸１
６は、それが回転するとき、その軸方向のいくらかの遊
びについて敏感であり、そしてそれはまた、装置のふれ
状態を経験するかもしれない。分割シール素子７４の形
状は、それがこれらの状態のために自動的に補償するこ
とを許容する。

【００６３】パッキン箱ハウジング２４に関しての軸線
の一時的な、あるいは永久的な心ずれは、噛み合いリン
グ・シール素子７４の弾撥力によって補償される。さら
になお、シール素子７４の形状は、それが、径方向及び
円周方向において、固定噛み合い分割シール・リング８
４への支持を与えることを許容する。さらにシール素子
の弾撥力は、あるパラメーターの範囲内で、その全円周
の周りで軸線方向にリング８４への偏倚を提供する。図
６及び図７はそれぞれ、パッキン箱ハウジング２４に関
して、心合わせされた位置と心ずれした位置にある軸１
６を図示する。

【００６４】図６に示されるように心合わせされた状態
においては、シール・リング・アッセンブリ８０、１０
４の周りで全てが、本質的に円形で対称である。特に、
噛み合いリング８４は、リング・アッセンブリの全円周
の周りで、パッキン箱ハウジング２４に関して、同一の
間隔及び角度位置を有している。

【００６５】図７は、ハウジング２４に関して心ずれし
た軸１６を、誇張した形状で示す。心ずれは、そのよう
に位置されるので、心ずれの最も大きな角度は、断面が
とられた平面において示される。シール素子７４のひず
みは、本発明の効果的な作用をより良く示すために誇張
されている。

【００６６】図７に概略的に示されたように、固定噛み
合いリング８４は、図６に示される位置から、角度をも
って転置されていて、シール面８４Ｓとシール面１０６
Ｓとの間の平行な関係を維持する。リング８４上のシー
ル７４からの軸線方向弾撥力は、軸１６の回転中のいか
なる場合にも、シール面８４Ｓとシール面１０６Ｓの絶
対的な固定シール状態を維持する。軸１６の全回転を通
じて、シール素子７４は、シール素子７４の円周の周り
で全て同じ角度で圧縮されているので、シールは固定で
ある。経過状態の場合と同じでなく、シール素子７４は
、軸１６の回転のいかなる部分中においてもひずまない
。シール素子７４の形状及び位置は、図７に示される位
置とほぼ同じ位置に留まる。経過状態は、シール素子７
４が平均してではなく、一時的に圧縮したり伸張したり
することを引き起こしてよく、シール素子７４のひずみ
は、ほとんど発生しない。かくしてシールの作動は、軸
の回転のための連続的なたわみによって引き起こされる
、シール素子７４の悪化からの早期の機能停止を避ける
であろう。

【００６７】さらに図７は、軸１６の軸線に関して、垂
直に整列されたリング１０６シール面１０６Ｓの重要性
を図示する。軸１６が回転するとき、垂直に整列された
シール面１０６は、すりこぎ運動（ｐｒｅｃｅｓｓ）し
たり振動したりしない面で、回転するであろう。他方で
は、垂直関係から逸脱することは、シール面１０６Ｓに
軸線方向振動を引き起こすであろう。振動は、１分毎に
３００回転を越えることができる軸の回転速度に依存す
る周波数である。シール素子７４によって提供される軸
線方向弾撥力の応答時間は、いくらかのすりこぎ運動あ
るいは振動を補償することができ、しかしながら高周波
数においては、振動は、効果的なシールのために望まれ
るより、より大きなシール面８４Ｓとシール面１０６Ｓ
との間の間隙を、保持しようとするであろう。連続して
延長した軸の回転及び非垂直的に整列したシール面は、
シール素子７４の弾力性の老化と摩損を導くであろう。 それゆえに、シール面１０６Ｓと軸１６の軸線との間の
関係を、できるだけ垂直に近く与えることが重要である
。

【００６８】図７に図示されているように、シール素子
７４を形成するエラストマー材料の弾力性は、アッセン
ブリ８０の周囲の異なった場所で、軸線方向スプリング
力の量が変化することを提供する。しかしながら、ホル
ダー８２（図７においては明確化のために図示せず）の
重量によって与えられる慣性運動量は、リング８４上の
比較的に均一な軸線方向偏倚力を維持し、回転リング１
０６のシール面１０６Ｓと実質的に同じ平面内に、シー
ル面８４Ｓを保持する。

【００６９】この発明は、パッキン内径部（スタフィン
グ・ボア：ｓｔｕｆｆｉｎｇ　　ｂｏｒｅ）を有する典
型的なポンプの改造に関して説明したけれども、他の適
用が、当業者にとっては容易に思い浮かぶものである。 分割シール構造の可転性は、それ自身に多くの変わった
適用を与える。その用途は、メカニカル端面シールが取
り付けられる装置を分解する必要なしで、取り付けられ
るに違いない場所ではどこでも適正なものである。適正
な変形をともなう他の用途は、ハウジングや軸アタッチ
メントの取り外しが、困難あるいは不可能であるばかり
か、軸端部への接近が困難である、すきまなく取り付け
られた場所に意図される。

【００７０】本発明の分割シールの利点は、当業者にと
って明らかであり、素早く、容易にかつ効果的に取り付
けたり、パッキンや欠陥のあるシールを置き換えたりす
る能力を含む。本発明のシールは、パッキンによってこ
れまで許容されたより、より大きな圧力に使用すること
が可能である。また本発明のシールは、シール素子７４
によって提供される弾撥力のような、調節可能なパラメ
ータを提供する。

【００７１】特定のポンプあるいはタービンのためのシ
ールの必要性は、シールされる流体の変化のために変わ
ってよい。本発明によって製造された分割シールの連続
使用は、シール素子７４の老化を引き起こし、その弾撥
力の減少を引き起こすかもしれない。この可能性を調節
するために、望ましい圧力が得られるまで、回転リング
・アッセンブリ１０４を、パッキン箱ハウジング２４に
関して軸線方向にシフトすることができる。この手続き
は、ポンプ使用者に、弾力性及び柔軟性についてより長
い有効寿命を与える。回転主リング・アッセンブリを、
シフトすることによって悪化したシール素子７４の摩損
をもはや補償することができないときに、分割シールの
構成部分の全ては、簡単に取り外されて、新しい部材に
よって交換される。

【００７２】本発明によるシールは、極めて短い軸方向
長さであるので、すきまのない場所に取り付けることが
できる。９０％を超過するシール材料の重量の減少はま
た、他の改造されたシールを越える発明力のあるシール
によって提供される。

【００７３】本発明の他の変形が可能であり、最終使用
者の要求から明らかになるであろう。例えば、あるポン
プあるいはタービンは、使用中において通常の軸線方向
シフトより大きくなりやすい軸を有する。シフトは、図
４Ａ及び図４Ｃのシール素子７４の弾力性によって補償
できる予め定められた量を越えるかもしれない。

【００７４】図８に示されるように、スラスト・ベアリ
ング１７６が、軸１６の周りに溶接されたり、締め付け
られてよい。パッキン押さえ板アッセンブリのかわりに
、アダプタ・リング１７８が軸１６の周りに配置され、
そして環状溝１８０が、スラスト・ベアリングのための
緩く取り付けられるカラーを提供する。適合されたパッ
キン押さえ板１８２は、アダプタ・リング１７８に適当
に取り付けられ、アダプタ・リング１７８に対してリッ
プ７２を圧搾可能に保持する。シール・リング・アッセ
ンブリ８０、１０４の残りの素子は、上記したものと同
一である。

【００７５】スラスト・ベアリング１７６は、軸に関し
てアダプタ・リング１７８の適正な軸方向位置を保持す
るように作動する。軸１６とスラスト・ベアリング１７
６の回転は、カラーを形成するアダプタ・リング１７８
の環状溝１８０とスラスト・ベアリング１７６との間に
は、若干の摩擦接触のみしかないので、アダプタ・リン
グ１７８に影響しない。軸１６とスラスト・ベアリング
１７６が軸線方向に並進されるとき、スラスト・ベアリ
ングの径方向表面の一方あるいは他方はまた、軸が移動
する方向に、カラー及びアダプタ・リングを並進する。 またアダプタ・リング１７８の移動は、固定噛み合いリ
ング・アッセンブリ８０を必然的に並進するであろう。 勿論、軸１６に固定的に取り付けられている回転リング
・アッセンブリ１０４は、軸の軸線方向移動によって並
進されるであろう。

【００７６】またアダプタ・リング１７８は、分割され
た素子であり、二つの半分部分を一緒に接合するために
、ボルト孔１８３、１８４を通してボルトが挿入される
必要がある。構造及び手順は、孔８６、１３４及び１３
８において使用されるボルトと類似である。アダプタ・
リング１７８の管状延長部１８６は、パッキン箱ハウジ
ング２４内に摺動可能に適合している。ハウジング２４
とアダプタ・リング１７８は、延長部１７８の端部の管
状溝９０内にＯリング１８８を封入し、このＯリング１
８８は、ハウジングとアダプタとの間の流体通路におけ
るシールを創り出す。

【００７７】発明の分割シールの他の実施例が、特別の
用途あるいは特定の工業や適用の必要性のために設計さ
れてよい。図９は、図４Ａに示された分割シールの変形
を示し、そこにおいては、同様な要素は、最初の注解を
有する同一の符号によって示されている。

【００７８】図９の実施例は、大きな軸径を有する適用
のために、特に設計されている。７インチから約３０イ
ンチの間の直径の軸で取り付けられるシールのために、
特に良く作動することがわかった。

【００７９】図９に示された実施例は、いくつかの点で
図４Ａのそれと異なっている。特に、図９の実施例は、
シール素子１１２’の軸シール部分の内側表面１２２’
を置くスリーブ２００を導入している。回転ホルダー１
２６’は、スリーブ２００を収容する段部２０２を有す
る。ホルダー１２６’の環状支持部１４０’は、内側表
面１４１’で軸１６に直接的に接触している。

【００８０】他の特有な差異は、図９と図４Ａの二つの
実施例の詳しい比較から明らかになる。シール素子７４
’のフランジ部分９８’は、断面でより長くなり、そし
て軸１６’と固定リング８４’との間に大きな距離を許
容するため、中心線に沿って見られるときに、より広い
直径である。固定ホルダー８２’のフランジ部分９０’
は、図９の断面図において、対応してより長くなってい
る。フランジ部分９０’は、リング８４’に対してシー
ル素子フランジ部分９８’を偏倚することによって、リ
ング８４’へのより緊密の適合及びより大きな支持を提
供する。より長いフランジ部材９０’、９８’の配設は
、中央部分７６’及び中央部分７６’とフランジ部分９
８’との間の中間部との両方に、増加したたが応力を提
供する。

【００８１】同様に、移行部１１８’は、断面において
対応して長くなり、回転ホルダー１２６’のより広い軸
線方向直径によってもまた整合されており、それは、回
転リング１０６’への支持を提供する。

【００８２】リング８０’、１０６’の各々の内径部の
へこんだ溝２０４に注意することもまた、重要である。 溝２０４は、リング８４’、１０６’が、リングの外径
部に近接する表面２０６でのみ互いに接触することを引
き起こす。

【００８３】図９の実施例に示された他の差異は、パッ
キン押さえ板６０’のより広い軸方向の直径であり、そ
れは、パッキン押さえ板６０’の内径部の環状フランジ
延長部２０８を含む。さらに、パッキン押さえ板６０’
のへこんだ内径部７０’は、より深いものであり、シー
ル・リップ７２’の大部分を取り囲む。突出するフラン
ジ延長部２０８は、へこんだ内径部７０’から内側に延
長し、そしてしっかりとリップ７２’と係合して、ハウ
ジング壁部の横方向表面６８に対してシールを創り出す
。この配設は、シールされる装置によって発生されるよ
り高い圧力に、よく耐えるように設計されている。大抵
の他の点については、図９に示されたシールは、図４Ａ
に示された実施例と同一である。

【００８４】図９の実施例の設計は、バランスがとれて
いて、シールがより大径の軸に使用されることを許容す
る。さらにシールは、幾分か高い圧力に耐えることがで
きる。バランスのとれた設計は、リング８４’、１０６
’の接触面２０６及びシールの圧力側部上に加えられる
ほぼ等しい圧力から生じる。圧力側部は、軸スリーブ２
００及びパッキン箱ハウジング２４’に隣接し、そして
シールは、大気から圧力側部を分離する。リング８４’
の反対側からの圧力は、反対の方向に加えられて、固定
リング・アッセンブリ上の総流体圧力を打ち消すのに役
立つ。シール素子７４’の偏倚力のみが、固定リング８
４’上に作用する力を提供する。

【００８５】本発明のシール構成部材の他の代わりの配
置が、利用されてもよい。例えば、本発明の正しい認識
が、Ｏ．Ｄ．圧力シール構成を設計するために使用され
ても良い。ひとたび上記で説明した発明概念が理解され
ると、他の実施例及び変形は、当業者にとっては容易に
明らかになるであろう。従って、上記実施例は、例示と
して説明されるとともに検討され、特許請求の範囲を限
定しない。

【００８６】

【図面の簡単説明】

【００８７】

【図１】パッキンでシールされた従来のポンプの概略部
分断面を示す。

【００８８】

【図２】パッキンが取り外されたパッキン箱ハウジング
で使用するための、従来のメカニカル端面シール構造の
断面を示す。

【００８９】

【図３】パッキンが取り外されたパッキン箱ハウジング
で使用するための、既知の分割シール構造を示す。

【００９０】

【図４】図４Ａは、パッキンが取り外されたパッキン箱
ハウジングで使用するための、本発明による分割シール
の断面を示し、図４Ｂは、本発明おいて利用される分割
パッキン押さえ板の立側面を示し、図４Ｃは、本発明に
おいて利用される噛み合いシール素子の詳細な断面を示
す。

【００９１】

【図５】図５Ａは、図４Ａの環状シール素子の二つの端
部の間の継ぎ目を詳細に示し、図５Ｂは、本発明で使用
するために分割するようにされている環状シール・リン
グ背面を示し、図５Ｃは、本発明で使用するためのホル
ダーの二つの半分部分の継ぎ目を破断して詳細に示し、
図５Ｄは、本発明で使用するための圧縮ギアの詳細な断
面を示す。

【００９２】

【図６】軸とパッキン箱ハウジングとの間での心ずれの
期間の間における、本発明の補償特性を概略的に示す。

【００９３】

【図７】軸とパッキン箱ハウジングとの間での心ずれの
期間の間における、本発明の補償特性を概略的に示す。

【００９４】

【図８】スラスト軸受を利用する本発明の他の実施例を
示す。

【００９５】

【図９】分割シールにおいてバランスしたシール配置を
有する、本発明の他の実施例を示す。

【００９６】

【符号の説明】

１０　　　　　　ポンプ １２　　　　　　ハウジング １４　　　　　　羽根車 １６　　　　　　駆動軸 １８　　　　　　流体入力室 ２０　　　　　　流体出力室 ２２　　　　　　パッキン ２４　　　　　　パッキン箱ハウジング２６　　　　　
　パッキン・ファロア ２８　　　　　　ナット ６０　　　　　　パッキン板押さえ板アッセンブリ６０
Ａ　　　　分割半分部分 ６０Ｂ　　　　分割半分部分 ６１　　　　　　ソケット頭部ネジ ６２　　　　　　ネジ穴 ６３　　　　　　ボルト ６４　　　　　　穴 ６６　　　　　　ネジ穴 ６８　　　　　　側面 ７０　　　　　　内径部 ７２　　　　　　リップ ７４　　　　　　シール素子 ７６　　　　　　中央部 ７８　　　　　　管状延長部 ８０　　　　　　リング・アッセブリ ８２　　　　　　ホルダー ８２Ａ　　　　構成部分 ８２Ｂ　　　　構成部分 ８３　　　　　　環状フランジ ８４　　　　　　シール・リング ８６　　　　　　貫通孔 ８８　　　　　　内径部分 ９０　　　　　　フランジ部 ９２　　　　　　第二フランジ部材 ９４　　　　　　溝 ９６　　　　　　凹所 １００　　　　接合隣接部 １０２　　　　止め部 １０４　　　　リング・アッセンブリ １０６　　　　主シール・アッセンブリ１０８　　　　
径方向延長表面 １１０　　　　止め部 １１２　　　　素子 １１４　　　　管状延長部 １１６　　　　隣接接合部 １１８　　　　移行部 １２０　　　　軸シール部 １２２　　　　内側表面 １２４　　　　リップ １２６　　　　ホルダー １２８　　　　溝止め部 １３０　　　　浅い溝 １３２　　　　フランジ １３４　　　　管通孔 １３６　　　　フランジ隣接接合部 １３８　　　　孔 １４０　　　　環状支持部 １４１　　　　支持表面 １４２　　　　ガード

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ハウジングとそれに関して回転するよ
   うになされた軸との間に、流体密のシールを提供するた
   めの分割メカニカル端面シールにおいて、ａ）各々が概
   ね径方向に対向したシール面を形成する、隣接した固定
   的な環状主リング及び噛み合いリングであって、前記リ
   ングの各々は、複数の弧状のリング・セグメントと、前
   記リングの各々のセグメントを、前記各リングの他のセ
   グメントと固定的な関係で結合するとともに保持する手
   段とを有し、それによって、前記リングによって形成さ
   れた前記対向するシール面の各々が、前記環状リングの
   各々の全周の周りに切れ目のない滑らかな表面を有して
   いること、 ｂ）前記軸及び前記他のリングと概ね同軸の関係で、前
   記リングの各々を位置決めするとともに支持するための
   複数の弾力性分割手段であって、前記位置決め手段は、
   前記リングの相対位置を定め、そこで前記リングの各々
   のシール面は、対向するとともに他の前記リングのシー
   ル面と対面する関係にあり、一方の前記位置決め手段は
   、前記主リングを固定的に支持するとともに、他方の前
   記位置決め手段は、前記噛み合いリングを固定的でなく
   支持するとともに前記主リングに対して軸方向に偏倚す
   ることを有する分割メカニカル端面シール。
2. 【請求項２】　　前記噛み合いリングは、前記ハウジン
   グに関して固定的であり、前記主リングは、前記軸とと
   もに回転する請求項１記載の分割メカニカル端面シール
   。
3. 【請求項３】　　前記噛み合いリングを位置決めすると
   ともに固定的でなく支持する前記弾力性分割手段は、前
   記噛み合いリングと前記ハウジングとの間の流体シール
   を提供する請求項１記載の分割メカニカル端面シール。
4. 【請求項４】　　前記主リングを位置決めするとともに
   固定的に支持する前記弾力性分割手段は、前記主リング
   と前記軸との間の流体シールを提供する請求項２記載の
   分割メカニカル端面シール。
5. 【請求項５】　　位置決めするための前記弾力性手段は
   、前記主リングの位置を方向付ける方向付け手段をさら
   に有し、そこで前記主リングシール面は、実質的に前記
   軸の軸線に対して垂直である請求項４記載の分割メカニ
   カル端面シール。
6. 【請求項６】　　前記リングのそれぞれに対して、実質
   的に同心の関係で位置決めするために、前記手段の各々
   を周部で支持するための複数の分割ホルダー手段をさら
   に有する請求項１記載の分割メカニカル端面シール。
7. 【請求項７】　　前記分割ホルダー手段の各々は、互い
   に取り外し可能に取り付けることができる一対の半円形
   ホルダー部材を有し、取り付けられた状態の時に、前記
   弾力性位置決め手段のそれぞれの少なくとも一部とシー
   ル状態で係合するとともに、限定された度合いで圧縮す
   る請求項６記載の分割メカニカル端面シール。
8. 【請求項８】　　位置決めのための前記弾力性手段の各
   々は、前記ホルダーのそれぞれの円周保持部内に配置さ
   れたエラストマー部材を有し、前記エラストマー部材は
   、その本体を通る少なくとも一つの切断部を有し、位置
   決めのための前記弾力性手段は、前記それぞれのホルダ
   ーの各々と位置決めするための前記弾力性手段のそれぞ
   れによって支持された前記リングの各々との間の流体シ
   ールを有する請求項７記載の分割メカニカル端面シール
   。
9. 【請求項９】　　前記主リングを位置決めするための前
   記弾力性分割手段及び前記主リング支持するための前記
   ホルダー部材のそれぞれは、前記軸に関して前記主リン
   グの軸方向、径方向及び円周方向の並進を禁止するため
   の形状及び寸法とされている請求項７記載の分割メカニ
   カル端面シール。
10. 【請求項１０】　　前記噛み合いリングを位置決めする
    ための前記弾力性手段及び前記噛み合いリングを支持す
    るための前記ホルダー部材のそれぞれは、ハウジングに
    関して前記噛み合いリングの径方向及び円周方向の並進
    を禁止するとともに、限定された範囲でハウジングに関
    して軸方向の並進を提供するための形状及び寸法とされ
    ている請求項７記載の分割メカニカル端面シール。
11. 【請求項１１】　　前記噛み合いリングを位置決めする
    ための分割弾力性手段は、前記主リングに軸方向の偏倚
    力を提供し、前記軸に沿う前記主リングの軸方向位置は
    、前記噛み合いリングを位置決めするとともに偏倚する
    ための前記弾力性手段によって提供される偏倚力量を決
    定する請求項１０記載の分割メカニカル端面シール。
12. 【請求項１２】　　軸の周りに配置されたスラスト・ベ
    アリングを収容するためのキー溝を有する環状アダプタ
    部材をさらに有し、前記軸及び前記スラスト・ベアリン
    グが軸方向シフトされるとき、前記キー溝は、対応する
    軸方向シフトを前記アダプタ部材へ提供するための形状
    及び寸法とされており、前記アダプタ部材は、前記弾力
    性分割位置決め手段の一つとシール状態で係合する請求
    項１記載の分割メカニカル端面シール。
13. 【請求項１３】　　前記アダプタ部材はさらに、パッキ
    ン箱ハウジングとシール状態で係合する手段を有し、前
    記アダプタ部材は、前記パッキン箱ハウジングに関して
    軸方向に並進可能である一方で、同時にそれとともにシ
    ール係合を維持する請求項１２記載の分割メカニカル端
    面シール。
14. 【請求項１４】　　軸上に取り付けられることに引き続
    いて、ハウジングとそれに関して回転するようになされ
    た軸との間に、流体密のシールを提供するための分割メ
    カニカル端面シールにおいて、 ａ）概ね径方向の第一シール面を形成する環状主リング
    を形成するために、互いに補足し合う複数の弧状の第一
    リング部と、 ｂ）概ね径方向の第二シール面を形成する環状噛み合い
    リングを形成するために、互いに補足し合う複数の弧状
    の第二リング部であり、組み立てられたときに、前記第
    二シール面が、シール関係で前記第一シール面と対向す
    るものと、 ｃ）前記主リングと前記軸との間の流体流路をシールす
    るための第一シール手段と、 ｄ）前記噛み合いリングと前記ハウジングとの間の流体
    流路をシールするための第二シール手段であって、前記
    第二シール手段は、前記噛み合いリングに軸方向偏倚力
    を提供するようになされており、そこでは前記第二シー
    ル手段は、前記ハウジングに関して軸方向に前記噛み合
    いリングを偏倚し、そしてそれによって、前記第一シー
    ル面と前記第二シール面との接触を維持することを有す
    る分割メカニカル端面シール。
15. 【請求項１５】　　前記第一シール手段は、前記軸上の
    前記主リングを固定的に支持し、前記第二シール手段は
    、前記噛み合いリングを固定的でなく支持するとともに
    前記噛み合いリングを軸方向に偏倚し、そこでは前記噛
    み合いリング・シール面が、前記主リング・シール面に
    対して偏倚される請求項１４記載の分割メカニカル端面
    シール。
16. 【請求項１６】　　前記主リングは、作動中に軸と一緒
    に回転し、前記第一シール手段は、前記主リングの位置
    を方向付ける方向付け手段を有し、そこで前記主リング
    シール面は、実質的に前記軸の軸線に対して垂直である
    請求項１５記載の分割メカニカル端面シール。
17. 【請求項１７】　　前記シール手段の各々と、前記それ
    ぞれのリングに対して実質的に同心の関係である前記リ
    ングの各々とを、周部で支持するための各々少なくとも
    一つの複数の分割ホルダー手段をさらに有する請求項１
    ４記載の分割メカニカル端面シール。
18. 【請求項１８】　　前記分割ホルダー手段の各々は、互
    いに取り外し可能に取り付けることができる一対の半円
    形部材を有し、取り付けられた状態の時に、前記第一及
    び第二シール手段のそれぞれの少なくとも一部とシール
    状態で係合するとともに、限定された度合いで圧縮する
    請求項１７記載の分割メカニカル端面シール。
19. 【請求項１９】　　前記シール手段の各々は、前記ホル
    ダーのそれぞれの円周保持部内に配置されたエラストマ
    ー部材を有し、前記部材の各々は、前記エラストマー部
    材を形成する全本体を通る少なくとも一つの切断部を有
    し、前記第一及び第二シール手段は、前記それぞれのホ
    ルダー手段の各々と前記第一及び第二シール手段のそれ
    ぞれによって支持された前記リングの各々との間の流体
    シールを有する請求項１８記載の分割メカニカル端面シ
    ール。
20. 【請求項２０】　　前記第一シール手段及び前記主リン
    グ支持するための前記ホルダー手段のそれぞれは、前記
    軸に関して前記主リングの軸方向、径方向及び円周方向
    の並進を禁止するための形状及び寸法とされている請求
    項１８記載の分割メカニカル端面シール。
21. 【請求項２１】　　前記第二シール手段及び前記噛み合
    いリングを支持する前記ホルダー部材のそれぞれは、ハ
    ウジングに関して前記噛み合いリングの径方向及び円周
    方向の並進を禁止する形状及び寸法とされているととも
    に、さらに限定された範囲でハウジングに関して軸方向
    の並進を提供するための形状及び寸法とされている請求
    項１８記載の分割メカニカル端面シール。
22. 【請求項２２】　　前記第二シール手段は、前記噛み合
    いリングに軸方向の偏倚力を提供し、そこで前記軸に関
    する前記噛み合いリングの軸方向位置は、前記噛み合い
    リングを支持するとともに偏倚する前記第二シール手段
    によって提供される偏倚力量を決定する請求項２１記載
    の分割メカニカル端面シール。
23. 【請求項２３】　　前記第二シール手段は、前記軸の周
    りに配置されたスラスト・ベアリングを収容するための
    キー溝を有する環状アダプタ部材を有し、前記軸及び前
    記スラスト・ベアリングが軸方向へシフトされるとき、
    前記キー溝は、対応する軸方向のシフトを前記アダプタ
    部材へ提供するための形状及び寸法とされており、前記
    第二シール手段はさらに、前記アダプタ部材とシール状
    態で係合する弾力性シール素子を有し、さらに前記軸に
    関して軸方向で前記環状噛み合いリングとシール状態で
    係合するとともに偏倚する請求項１４記載の分割メカニ
    カル端面シール。
24. 【請求項２４】　　前記アダプタ部材はさらに、パッキ
    ン箱ハウジングとシール状態で係合する手段を有すると
    ともに、前記パッキン箱ハウジンに関して軸方向に並進
    可能である一方で、それとともにシール係合を維持する
    請求項２３記載の分割メカニカル端面シール。
25. 【請求項２５】　　ハウジングとそれに関して回転する
    ようになされた軸との間に、流体密のシールを提供する
    ための分割メカニカル端面シールにおいて、ａ）各々が
    概ね径方向に対向したシール面を形成する、隣接した固
    定的な環状主リング及び噛み合いリングであって、前記
    リングの各々は、複数の弧状のリング・セグメントと、
    前記リングの各々のセグメントを、前記各リングの他の
    セグメントと固定的な関係で結合するとともに保持する
    手段とを有し、それによって、前記リングによって形成
    された前記対向するシール面の各々が、前記環状リング
    の各々の全周の周りに切れ目のない滑らかな表面を有し
    ていること、 ｂ）それぞれ前記軸あるいは前記ハウジング及び他の前
    記リングと概ね同軸の関係で、前記リングの各々をそれ
    ぞれに支持するための第一及び第二分割弾力性位置決め
    手段であって、前記第一位置決め手段は同時に、主リン
    グの径方向、軸方向及び円周方向の並進を禁止し、前記
    第二位置決め手段は、前記噛み合いリングの径方向及び
    円周方向の並進を禁止し、そして前記位置決め手段が、
    前記リングの相対的な位置を定め、そこで前記各リング
    のシール面が、前記他のリングのシール面と対向すると
    ともに対面している関係にあること、 ｃ）それぞれの弾力性位置決め手段の各々を保持する堅
    固な壁部を有する保持素子とを有する分割メカニカル端
    面シール。
26. 【請求項２６】　　前記第二弾力性位置決め手段はさら
    に、前記主リングに対して前記噛み合いリングを偏倚す
    るための軸方向偏倚力を提供するための形状及び寸法と
    されていて、そこでは前記リングの前記シール面は、噛
    み合い接触をもたらされる請求項２５記載の分割メカニ
    カル端面シール。
27. 【請求項２７】　　前記保持素子の各々は、それぞれの
    軸あるいはハウジングに直接的でなく連結されている請
    求項２６記載の分割メカニカル端面シール。
28. 【請求項２８】　　軸の周りに配置されたスラスト・ベ
    アリングを収容するためのキー溝を有する環状アダプタ
    部材をさらに有し、前記軸及び前記スラスト・ベアリン
    グが軸方向シフトされるとき、前記キー溝は、対応する
    軸方向シフトを前記アダプタ部材へ提供するための形状
    及び寸法とされており、前記アダプタ部材は、前記弾力
    性分割位置決め手段の一つとシール状態で係合する請求
    項２５記載の分割メカニカル端面シール。
29. 【請求項２９】　　前記アダプタ部材はさらに、パッキ
    ン箱ハウジングとシール状態で係合する手段を有すると
    ともに、前記パッキン箱ハウジンに関して軸方向に並進
    可能である一方で、同時にそれとともにシール係合を維
    持する請求項２８記載の分割メカニカル端面シール。
30. 【請求項３０】　　前記アダプタ部材は、前記第二位置
    決め手段とシール係合状態であり、前記第二位置決め手
    段は、前記ハウジングに関して軸方向に前記環状噛み合
    いリングを偏倚する請求項２９記載の分割メカニカル端
    面シール。