JPH05272643A

JPH05272643A - シール組立体

Info

Publication number: JPH05272643A
Application number: JP4107703A
Authority: JP
Inventors: Robert A Walker; アレクサンダーウォルカーロバート; Anthony William Porter; ウイリアムポーターアンソニー
Original assignee: James Howden and Co Ltd; Greene Tweed and Co Ltd
Current assignee: James Howden and Co Ltd; Greene Tweed and Co Ltd
Priority date: 1991-04-25
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 1993-10-19
Also published as: EP0510959A1; US5217235A; CA2067009A1

Abstract

(57)【要約】【目的】第１および第２の相対的に回転する部品の間
をシールするシール組立体の提供を目的とする。【構成】第１および第２の相対的に回転する部品１
６，２４の間のシール組立体であり、第１部品１６のフ
ランジ２０が半径方向シール面２２を有し、この面が第
２部品２４に取り付けられている内側および外側のシー
ルリング３４，３６の軸線方向面と係合される。また、
第２本体部分２４に形成されたブリード通路６２がシー
ルリング３４，３６の間に開口して外側シールリング３
６の不具合を指示するように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は第１および第２の相対的
に回転する部品の間をシールするためのシール組立体に
関する。

【０００２】

【従来技術】非常に活動的な状況の中で相対回転する部
品の間をシールすることが必要とされる多くの場合があ
る。このような１つの状況はトンネル掘削機で生じてい
る。これにおいては、勿論ながら大量の掘削（ｓｐｏｉ
ｌ）が生じ、この掘削片が機械のベアリング、特にカッ
ターヘッドや掘削片搬送コンベヤに組み付けられている
ベアリング、を汚して不具合を生じてしまう。

【０００３】１つの知られたシール装置は数個、通常は
少なくとも４個のファイバー強化エラストメリックリッ
プシールで構成されており、これらのリップシールは鋼
のスペーサーリングによって間隔を隔てられるととも
に、ゴムのＯ−リングによって強化されたリップを備え
ている。付加された最後部のシール、すなわちトンネル
掘削機の駆動ケーシングの隣に位置されるシールは、異
なる断面を有し、リップもファイバーで強化されていな
い。このような装置は８，１０バール、ときには１２バ
ールにまでにも達する掘削片の圧力のもとで連続運転さ
れるように設計されている。

【０００４】シールは一定した体積流量のもとでグリー
スを連続的に補充され、これによってシールのリップを
持ち上げるようになされており、また、シールが掘削片
と直接に接触するのを防止するようにフラッシング機能
を与えねばならない。

【０００５】しかしながら実際には、過大圧力と圧力制
御装置の故障とが組み合ってシール装置の不具合が発生
してしまい、個々のシールが掘削片の全圧を受けてしま
うようになることが見いだされている。この状態が発生
すると、掘削片との接触によって破壊されてしまうよう
なシールの重大な危険が生じる。

【０００６】さまざまなその他のシールが提案され且つ
また考えられてきたが、そられの何れも、例えば高い圧
力レベルのもとで運転されるトンネル掘削機に組み付け
られるスクリューコンベヤシール構造に使用するには、
十分に満足できる構造を備えていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の目的
は、第１および第２の相対的に回転する部品の間をシー
ルするシール組立体を提供することである。

【０００８】

【課題を達成するための手段】本発明によるシール組立
体は、半径方向のシール面を定めている第１部品上の第
１本体部分と、第２部品上の第２本体部分と、第２部品
の第２本体部分上で半径方向に間隔を隔てた位置に取り
付けられた内側および外側シールリングと、前記シール
リングの軸線方向面が第１部品の前記半径方向シール面
にシール係合していることと、前記第２の本体部分に形
成され、前記内側および外側シールリングの間にて一端
が開口し、他端が前記第２本体部分の外面に位置してい
る少なくとも１つのブリード通路と、を含んで構成され
る。

【０００９】このような構成によれば、例えば摩耗した
ために外側シールリングが掘削片のような固体粒子に曝
されると、ある量の掘削片が漏れ出す兆候がブリード通
路（１本または複数本）の外端部において見られること
になる。しかしながらこの運転段階の間でも内側シール
リングはかなりの時間にわたってシール機能を遂行する
ことができる。

【００１０】外側および内側シールは実質面に同じであ
るので（外側シールが長い円周長さを有しているが）、
外側シールが劣化した時点から内側シールが劣化するで
あろう見込み時間を判断することができる。それ故に通
常は、外側シールの不具合が発生したというブリード通
路（１本または複数本）における兆候を得た後、適当な
保守作業において計画されている停止時期に機械を停止
し、外側および内側のシールの交換作業を実施できる。

【００１１】内側シールの寿命は汚染物質とベアリング
との間の“守りの最終ライン”として期待されるが、こ
のシールの有効性を間接的にモニターする方法がないこ
とから、そこに作用する圧力をできるだけ解放すること
が有利である。この要求は少なくとも１つのブリード通
路もしくは、“テルテール”穴（グリース入口穴と多分
同数とされる）を備えることで大きく満たされる。これ
らの穴は外側シールの部分的な不具合が発生した場合に
圧力解放穴を兼ねる。これらの穴からの流出物はともに
共通のパイプに連結されて都合のよい場所へ導かれる。
これによれば、内側シールに作用する圧力は制限された
量の外部漏れ（管理されたもの）を許容する経費にて最
小限に抑えられることが意味される。また、外側シール
の劣化の推移をモニターする手段をも与える。

【００１２】外側シールが完全に不具合となった場合、
またこの解放が不適当であったり漏れ量が許容できない
場合には、これらの穴を遮断するか、それらを付加的に
グリース補充を行うために使用することが可能となる。
後者は、それがフラッシングを改善することから、内側
シールが疑われているならば特に有利となる。

【００１３】簡単な構造において、第２本体部分は軸線
方向面に開口した２つの同心の半径方向に間隔を隔てら
れた環状溝を含む。この環状溝は前記第１および第２の
シールリングを受け入れる。

【００１４】シールを有効にするために、シールとシー
ル面との間の接触圧力を常にシールされる汚染物が加え
る圧力よりも高い圧力とされることを保障する必要があ
る。これはシールに一定した軸線方向のばね力を加え、
このシールが予想される汚染物の最大圧力より高い一定
した接触圧力を働かせるようになすことによって好まし
く達成できる。この軸線方向のばね力はばねによって付
与されるが、軸線方向にプリロードを付与された中実の
エラストメリック弾性部材によって与えられるのが好ま
しい。この理由は後述される。しかしながら、汚染物の
最大圧力が運転時間のうちの極く僅かな時間しか発生し
ないような応用例（典型的にはトンネル掘削機）におい
ては、このことは運転時間の大半（全時間の９０％以上
となり得る）においてシールの接触力が有効シールを達
成するのに必要な力を大幅に超えることを意味する。こ
れは不要な摩耗を促進することからシールの寿命に有害
な作用を有する。これはまた、ばね力の低下を生むこと
になり、これは汚染物の最大圧力に対するシールを最終
的に不適当にしてしまう。他の重要な点は、内側シール
もまたこのようなシール接触力の影響を受け、この結果
として、外側シールの不具合によって保守作業を行われ
るようになされるときには既に摩耗状態にあることであ
る。

【００１５】これらの欠点を解決するために提案された
改良は、こられのシールの半径方向外方に適当な空隙を
形成することであり、これらの空隙はシール後方のグリ
ースを一掃（ｐｕｒｇｅ）する自由なアクセスを保証す
る。このグリースの圧力は、シールの軸線方向の後方に
配置され且つシールの周囲に破断されずに延在している
中実のエラストマーに当てられることが更に提案され
る。この結果として、シール接触圧が常にグリース圧力
の知られた関数となるように保証される。グリースは簡
単な一定容積装置（すなわち有効圧力制御を必要としな
い）から給送されるのであり、またこれにより、グリー
ス圧力は汚染物の圧力によって変動し、第２および第１
本体部分の間の空隙（１つまたは複数）の装置内抵抗に
打ち勝つのに必要とされる小さな余裕分だけ大きくなさ
れる。

【００１６】シールと溝（グリースのアクセスを与える
ための溝）との間の空隙の特徴は、連続環状空隙とされ
るか、複数の個別の軸線方向溝の何れかとされる。後者
の方法は２つのシールリングがシールと溝との間に比較
的緊密な半径方向の間隙を有して互いに適当に保持され
るようになすが、これに対して前者の場合は付加的な拘
束を行う何れかの形態を必要とする。これは多数の個別
の位置決めペグ（適当な材料で形成される）によって与
えられるか、グリースのアクセスを可能にする適当な空
隙を有する付加的なエラストマーを備えることによって
与えられる。

【００１７】本発明による特に有利な構造において、外
側および内側シールの各々が２つの同心の割りシールリ
ングで構成され、これらが入子状に半径方向に当接した
関係で取り付けられる。

【００１８】最も満足される結果は、この割りシールリ
ングがそれぞれ充填材入りポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）で形成されている場合、また、組をなすシ
ールリング割り線が円周方向にオフセット、好ましくは
１８０°オフセットされている場合に、得られるという
ことが見いだされる。

【００１９】全てのシール部品が割り形成されているな
らば、それらは無端シールの場合に通常必要とされるよ
うな大がかりな分解をしなくても所定位置にて機械に嵌
め付けることができる。これらの部品の構造はまた、そ
れらの溝の中に最終的に組み付けられる前にシールの自
由端部を互いに永久的に結合される必要はない。後者の
配慮は特に有効である。何故ならば、所定位置にて高い
信頼性で永久的に結合することが本来的に困難な材料
（例えばＰ．Ｔ．Ｆ．Ｅ．）を、シールの製造に使用で
きるようになるからである。

【００２０】比較的大きな直径の、特にシール材料が大
きな膨張係数を有している応用例の場合には、膨張を許
容するためにシールの自由端部の間に適当な空隙を形成
することが必要である。構造上の特徴により、これは各
シールリング組立体の外側および内側リングの空隙の間
に潜在的な漏れ通路を形成することになる。このリスク
を排除してその空隙の寸法を重大なものとしないため
に、何れの形式の機械的ばねよりも優先して、中実なエ
ラストメリックなエネルギー付与部材をシール後方に常
に備えることが提案される。更に提案されることとし
て、このエラストマーは組み立てられた状態で軸線方向
にプリロードを付与され、先に説明したようにエネルギ
ー付与部材として作用するだけでなく、先に注目した漏
れ通路を完全に遮断する静止シールを形成するようにな
されるのである。

【００２１】既に説明したように、本発明の特定の実施
例において、シールユニットは２つの完全なフープで構
成され、その各々が１つの割れ線を有していて、割れ線
は１８０°ほどオフセットされるのが好ましい。これは
常に最も簡単で好ましいとされる構造であるが、シール
と回転ディスク面との間の摩擦によって生じるせん断抵
抗の累積作用によって、寸法制限をもたらす。この累積
作用がシール材料の弾性圧縮強度を超える圧縮応力の蓄
積を引き起こすと、塑性流動が生じて、これはシール断
面に許容不能なほどの変形を引き起こす。この現象は個
々のシール部分の実際のフープ長さと、シール材料の圧
縮強度とに依存する。それ故に与えられたシール材料に
関してかなり一貫して制限フープ長さが存在することに
なる。非常に大きな直径のシールに関しては、それ故に
シール長さ制限を確立し、実際の長さを相当の余裕を持
って制限内に抑制することが重要である。

【００２２】非常に大きな直径のシール（トンネル掘削
機のカッターヘッドシールのようなシール）に関して
は、各々の環状シールリングは複数の独立したシールリ
ング部分で構成されることが好ましい。これらの独立し
た部分の各々は独自に軸線方向に支持され、隣接部分の
端部間に一貫して空隙を保持するようになされる。

【００２３】組立体の潤滑を行うことが重要であり、そ
れ故にグリースを外側シールリングの半径方向外側位置
に給送するための手段が備えられる。これらの手段は第
２本体部分に形成された複数の円周方向に間隔を隔てら
れた通路を含む。

【００２４】本発明を更に容易に理解するために、以下
の説明が添付図面を参照して例としてのみ与えられる。

【００２５】

【実施例】図１を参照すれば、トンネル掘削機の掘削片
搬送コンベヤの駆動機構における僅かな部分１０が示さ
れている。この部分には主ハウジング１２の一部が含ま
れており、このハウジング内部にはベアリング（図示せ
ず）によってシャフト１４が回転可能に取り付けられて
いる。このシャフトは本発明の組立体の第１部分を形成
している。この第１部分１４に組み合わされた本体部分
１６は環状の形状をしており、一連の円周方向に間隔を
隔てられたボルト１８によってボルト固定されている。
この本体部分１６はフランジ２０を有し、その左側面２
２はシール面を形成している。

【００２６】ハウジング１２に対して第２本体部分２４
が組み合わされている。第２本体部分はハウジングとは
別個の部品として形成されており、ハウジングが組立体
の第２部品を形成し、シャフト１４がこれに対して相対
的に回転できるようになされている。

【００２７】第２本体部分２４は一連の円周方向に間隔
を隔てられたボルト２６によって取り付けられている。
これらのボルトは他の部材２８，３０をも取り付けてお
り、これらの部材は本発明が関係しない。環状空隙３２
が部材２８，３０およびフランジ２０の右側面の間に形
成されているのが見られる。

【００２８】シールユニットの保護は最大限とされる一
方、グリースの消費は部材２８，３０と軸線方向の面お
よびフランジ２０の周面との間の空隙３２内にラビリン
スを形成することによって最小限に抑えられている。こ
のラビリンスはフランジの周面の軸線方向厚さ７０を増
大することによって形成された狭い空隙（Ａ）を含んで
いる。この幅は軸線方向の間隙（Ｂ）を最小限になし、
グリースを一掃する速度が与えられたグリースの体積流
量に関して最大限になるようにされる。このことは浄化
効率を高め、シールの保護を更に良好となす。狭い幅の
空隙（Ａ）によって与えられる潤滑の更に他の効果は汚
染物のアクセスをも抑制し、このこと自体がグリース不
足の場合にシールにある程度の保護を与えることにな
る。

【００２９】狭い空隙はフランジ２０の周縁位置もしく
はその付近に慎重に位置決めされ、運転中に機械的接触
が生じた（例えば過度の摩耗や損傷が主ベアリングに生
じたことによって生じる）場合に、この接触が比較的柔
らかい接触となるようにされる（すなわち、接触は最小
剛性部分にてのみ生じる）。

【００３０】本発明によれば、半径方向に間隔を隔てら
れた内側および外側の環状溝３４，３６が本体部分２４
に形成される。

【００３１】図３に更に容易に見られるように、環状溝
３４，３６は全体を符号３８，４０で示されたシールリ
ングを組み付けられて有する。シールリング４８，４４
の半径方向外側の空隙６６，６８はシールリングの後方
のグリースに対する自由なアクセスを保証し、これによ
りグリース圧力とともに変動する接触圧力が常に適当な
シールを形成するのに必要とされるよりも僅かだけ高く
なるようにする。これらのシールリングの各々は、２つ
の同心な割りシールリング４２，４４および４６，４８
を含んで構成され、これらはエラストメリックなエネル
ギー付与部材５０，５２によって面２２に押圧される。
図２に見られるように、リング４２〜４８はそれぞれ割
りリングで、充填材入りＰＴＥＦで形成されるのが好ま
しく、これらの割り線はそれぞれ５４，５６，５８，６
０によって示されている。

【００３２】注目されるように、リング４２，４４に係
わる割り線およびリング４６，４８に係わる割り線は、
１８０°で示しているように円周方向にオフセットされ
ている。このオフセットは適当なシール効果を与えてい
る。

【００３３】図１および図３において、少なくとも１つ
のブリードチャンネル６２が備えられているのが見られ
る。このブリードチャンネルの内側端部はシール組立体
３８，４０の間で本体部分２４の面に開口し、外側端部
は部分２４の外面に開口している。幾つかのブリードチ
ャンネル、例えば８本のブリードチャンネルが好ましい
がのである、その１本のみが図示されている。

【００３４】更に他の一連の通路が備えられ、好ましく
は８本の円周方向に間隔を隔てられた通路６４（その１
本だけが図示されている）が備えられており、これらの
通路は非常に高い圧力のもとでグリースを導入するため
の通路である。

【００３５】作動において、この構造はシャフト１４の
内部に液状化された掘削片がかなり高い圧力で存在する
ようになされる。それ故にこの摩耗性材料は環状溝３２
の中へと押し出されるようにされ、フランジ２０の外側
を回って移動する。正常な運転では、シール４０はその
２つの半径方向に当接されているシールリング４６，４
８がエラストメリックなエネルギー付与部材５２によっ
てフランジ２０の面２２に押圧され、シールとして適当
に確実に作用する。

【００３６】最初の取り付けの後にある想定された使用
を経た後、シール４０にある程度の劣化が生じ、掘削片
（およびある量のグリース）がシール４０の中へと半径
方向に漏れを生じ、シール３８によってそれ以上の漏れ
を防止される。

【００３７】この状態に達するや否やある量の漏れ材料
がブリード通路６２を通して上昇して、左側シールが不
適当になって交換を必要とすることのテルテール表示が
与えられる。作業員はしかる後通路６２（１本もしくは
複数本）を遮断して、これが発生した日付および時刻を
書き記す。この装置は引き続き完璧に満足される状態で
運転できる。何故ならば、シール３８は引き続き掘削片
が機械のベアリング内部に侵入するのを防止するように
作用するからである。しかしながら、通常はシール４０
が劣化した時間よりも十分に短い時間とされる適当時期
に、機械が停止されて、外側および内側のシール３８，
４０を含む全てのシール組立体が交換される。

【００３８】このように、その他の保守作業が機械に対
して実施されるとき以外に機械を停止する必要はない。
通路６２によって与えられるテルテールを備えることに
よって、その後の予測できる時期に問題か発生すること
になるということは容易に明白となる。

【００３９】

【発明の効果】ここに説明した特定の形式のシールは比
較的安価であり、しかも完璧な、適当なシール装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】トンネル掘削機のスクリューコンベヤに応用さ
れたシール組立体の１つの実施例の一部の概略断面図。

【図２】図１の線II−IIに沿う断面図。

【図３】シール組立体を示す図１の一部の拡大破断図。

【符号の説明】

１０駆動機構の一部１２ハウジング１４シャフト１６第１本体部分２０フランジ２２シール面２４第２本体部分３２環状間隙３４，３６環状溝３８，４０シールリング４２，４４，４６，４８シールリング５０，５２エネルギー付与部材５４，５６，５８，６０割り線６２ブリード通路６４通路６６，６８空隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバートアレクサンダーウォルカーイギリス国ケイエイ４８ジェイエヌエイアシャー，ガルストン，マックスウッドロード 24 (72)発明者アンソニーウイリアムポーターイギリス国エヌジー16 ２エルジェイノッティンガムシャー，キムバーリィ，ミルフィールドロード２

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２の相対的に回転する部品
（１４，１２）の間をシールするシール組立体であっ
て、半径方向シール面（２２）を定めている第１部品
（１４）上の第１本体部分（１６）と、第２部品（１
２）上の第２本体部分（２４）と、第２部品の第２本体
部分（２４）上で半径方向に間隔を隔てた位置に取り付
けられた内側および外側シールリング（４２，４４，４
６，４８）と、前記シールリングの軸線方向面が第１部
品の前記半径方向シール面（２２）にシール係合してい
ることと、前記第２の本体部分（２４）に形成され、前
記内側および外側シールリングの間にて一端が開口し、
他端が前記第２本体部分の外面に位置している少なくと
も１つのブリード通路（６２）と、を含んで構成された
ことを特徴とするシール組立体。
【請求項２】請求項１に記載された組立体であって、
第１部品の周縁（７０）がシール面（２２）における軸
線方向の厚さよりも大きな軸線方向厚さを有しているこ
とを特徴とするシール組立体。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載された組
立体であって、前記第２本体部分が２つの同心の半径方
向に間隔を隔てられた環状溝（３４，３６）を含み、こ
られの環状溝が第２本体部分（２４）の軸線方向面に開
口しており、また、前記環状溝が前記第１および第２シ
ールリングを収容することを特徴とするシール組立体。
【請求項４】請求項３に記載された組立体であって、
前記環状溝（３４，３６）が環状空隙（６６，６８）も
しくはシールリングの半径方向外方へ向かう複数の部分
的環状空隙を形成することを特徴とするシール組立体。
【請求項５】請求項３に記載された組立体であって、
前記溝が各々弾性手段、例えば前記シールリングを前記
第１部品のシール面に向けて軸線方向へ押圧するエラス
トメリック弾性手段（５０，５２）を含むことを特徴と
するシール組立体。
【請求項６】請求項５に記載された組立体であって、
エラストメリック弾性部材が弾性リングであることを特
徴とするシール組立体。
【請求項７】前掲の何れか１つの請求項に記載された
組立体であって、シールリングの各々が入子式の半径方
向に当接した関係にて取り付けられた２つの同心の割り
シールリングを含んで構成されたことを特徴とするシー
ル組立体。
【請求項８】請求項７に記載された組立体であって、
前記割りシールリングの各々が充填材入りポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成されたことを特徴と
するシール組立体。
【請求項９】請求項７または請求項８に記載された組
立体であって、組をなす前記シールリングにおける割り
線（５４，５６，５８，６０）が円周方向にオフセット
されており、このオフセットは１８０°が好ましいとさ
れることを特徴とするシール組立体。
【請求項１０】請求項７または請求項８に記載された
組立体であって、シールリングが複数の独立したシール
リング部分によって構成されたことを特徴とするシール
組立体。
【請求項１１】前掲の何れか１つの請求項に記載され
た組立体であって、外側シールリングの半径方向外方位
置にグリースを給送するために手段（６４）が備えられ
たことを特徴とするシール組立体。
【請求項１２】請求項１１に記載された組立体であっ
て、前記手段が前記第２本体部分に形成された複数の円
周方向に間隔を隔てられた通路（６４）を含んでなるこ
とを特徴とするシール組立体。