JP6224821B2 - 精度良く位置決めされたバンデージを有するメカニカルシール - Google Patents

Description

本発明は、精度良く位置決め配置されたバンデージを有する摺動リングを有するメカニカルシール装置に関する。

様々な形態のメカニカルシール装置が先行技術より知られている。高荷重がかけられる摺動リングでは、その摺動リングの外周を囲繞するバンデージが設けられることがある。バンデージは、例えば、収縮等によって摺動リングに貼着される。しかしながら、収縮加工では、バンデージを摺動リング上に精度良く位置決め配置することができない場合がある。この結果、動作中、特にバンデージが回転摺動リング上に配置されている場合、不均衡又は不均一な熱変形等による問題が生じうる。

これは、メカニカルシール装置の過剰な摩耗や高い漏出、早期破壊に繋がる。

従って、本発明の目的は、簡単な構造で製造が容易且つ廉価でありながら、バンデージを摺動リング上に正確に位置決めすることが可能なメカニカルシール装置を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有するメカニカルシール装置によって達成される。従属項は、本発明の好ましい発展形態を開示する。

請求項１の特徴を有する本発明に係るメカニカルシール装置は、それらの間にシールギャップを画成する回転摺動リング及び固定摺動リングを備える。少なくとも１つのバンデージが更に設けられ、摺動リングの少なくとも一方の外周面に配置される。これにより、バンデージは、摺動リングに対して径方向内方に向かう力を加える。バンデージがその上に配置された摺動リングは、段部を更に備える。段部は、周方向において外周面上に完全に延在し、接触面を有する。これにより、バンデージは、そのバンデージの端面が摺動リングの段部の接触面に対して載置されるように、外周面上に配置される。この結果、バンデージは、バンデージの組み付けプロセスの間、接触面がストップとして働くようにして常に簡単に接触面に貼着させることができ、バンデージを常に理想的に位置決めすることができる。また、摺動リングの外周面における段部は、収縮加工の間、バンデージが不用意に移動するのを防止して、バンデージが摺動リングの外周面に極めて高い位置決め精度で配置されるようになっている。

バンデージが、摺動リングにおける段部の接触面に対して載置される端面の径方向内側縁部に、斜面（ベベル）を備えると更に好ましい。これにより、バンデージの内側縁部が、組み付け時、摺動リングに対して押圧されてそれを破損する恐れが防止される。

好ましくは、バンデージは、回転摺動リング上に配置される。この結果、当該技術分野においてバンデージの不正確な位置決めにより生じうる回転摺動リングの不均衡又は不均一な熱変形を防止できる。

ホルダが、バンデージの周囲と少なくとも部分的に係合していると更に好ましい。特に好ましくは、ホルダは、バンデージ及び摺動リングの両方の周囲と係合する。この文脈において、ホルダは、バンデージの外周面と、且つ、摺動リングの露出した外周面と接触している。この文脈において、ホルダは、特に、軸の回転及びそのトルクの伝達に対して働く。

本発明の更に好ましい実施形態によれば、メカニカルシール装置の軸方向におけるバンデージの幅は、軸方向における摺動リングの幅の少なくとも半分の大きさである。特に好ましくは、バンデージは、軸方向における摺動リングの幅の約０．５〜０．８倍の幅を有する。

バンデージの領域における摺動リングの厚さが、バンデージの厚さの少なくとも５倍であると更に好ましい。
摺動リングにおける段部の接触面が、メカニカルシール装置の長手方向軸線に対して垂直に延在していると、特に廉価な製造が可能となる。

この場合特に好ましくは、バンデージの厚さは、摺動リングにおける段部の深さ以上である。等しい厚さ及び深さにより、バンデージの外周面と、摺動リングの露出した外周面とは略円筒状面を形成する。バンデージが深さよりも厚いと、バンデージは、摺動リングから径方向に突出する。この結果、ホルダは、バンデージに対しては働くが、摺動リングには接触しない。

特に好ましくは、摺動リングは、その外周領域に単一の段部を有する。この結果、特に簡単な構造の摺動リング及びバンデージが実現する。

メカニカルシール装置は、第１及び第２バンデージを更に備えると更に好ましい。この場合、第２バンデージは、第１バンデージの外側表面上に配置される。この結果、異なる特性を有する２つのバンデージを設けることが可能である。例えば、外側のバンデージが、シールされる媒体に対して高い耐化学性を有するようにして、内側のバンデージを保護するようにしてもよい。逆に、内側のバンデージが、例えば、高い機械的強度を有するようにしてもよい。特に好ましくは、ただ２つのバンデージが設けられ、それらが径方向において直接重ねられて配置される。

特に好ましくは、第１バンデージのための第１接触面と、第２バンデージのための第２接触面とが摺動リングに設けられる。この結果、両方のバンデージを、摺動リング上で正確に位置決めできる。

２つのバンデージが１つの段部上に設けられると更に好ましい。

第２バンデージが、第１バンデージをその外側表面において完全に覆うと更に好ましい。この結果、第２バンデージは、例えば、化学的腐食性を有する媒体に対する保護を提供する。

ホルダは、第２バンデージの周囲と少なくとも部分的に係合していると更に好ましい。この結果、２つのバンデージを有する摺動リングを確実に位置決めすることができ、更にホルダを用いて、トルクを、バンデージを介して摺動リングに導入できる。

バンデージは、摺動リングの面積の中心上に配置されると更に好ましい。この面積の中心は、摺動リングの長手方向軸線方向に沿う断面から決められる。

本メカニカルシール装置は、ポンプとの関連で特に好ましく使用される。

以下、本発明の好ましい例示的実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。図面において、同様の又は機能的に均等な部分が同様の参照符号で示される。

図１は、本発明の第１の例示的実施形態に係るメカニカルシール装置の概略的な一部断面斜視図である。 図２は、図１のバンデージを有する回転摺動リングの概略的な拡大断面図である。 図３は、本発明の第２の例示的実施形態に係る回転摺動リングの概略的な拡大断面図である。 図４は、本発明の第３の例示的実施形態に係る回転摺動リングの概略的な拡大断面図である。

以下、本発明の第１の好ましい例示的実施形態に係るメカニカルシール装置１を、図１及び２を参照して詳細に説明する。

図１から分かるように、本発明に係るメカニカルシール装置１は、それらの間に既知の形態でシールギャップ４を画成する回転摺動リング２及び固定摺動リング３を備える。回転摺動リング２は、その外周上にバンデージ１５を有し、軸（不図示）の回転が、その軸から軸スリーブ１３に、そして軸スリーブ１３からホルダ１２に伝達される。ホルダ１２は、接続ねじ１４により軸スリーブ１３に接続されている。ホルダ１２は、バンデージ１５の外面と係合しており、トルクを回転摺動リング２に伝達する。また、ホルダ１２は、バンデージの周囲と、軸方向Ｘ−Ｘにおいて部分的に係合している。

固定摺動リング３は、単体のハウジング６に、保持リング５を介して接続されている。図１から分かるように、保持リング５は、メカニカルシール装置の軸方向Ｘ−Ｘにおいて固定摺動リング３の周囲と係合している。

保持リング５とハウジング６との間には、クランプ接続部７が形成されている。この例示的実施形態において、クランプ接続部７は、クランプ部品８により形成される。クランプ部品８は、この例示的実施形態では、皿ボルトである。複数のクランプ部品８が、ハウジング６の直径上に設けられている。クランプのために、クランプ部品８は、頭部８０と、その頭部の下側に配置された円錐部８１とを備える。更に、ハウジング６は第１円錐状領域７１を備え、保持リング５は第２円錐状領域７２を備える。クランプ部品８の円錐部８１は、第１及び第２円錐状領域７１，７２と接触して、それらに加えられるクランプ力によって、ハウジング６を保持リング５に接続している。

図１から分かるように、クランプ接続部７は、ハウジング６の端面６１に配置されている。これにより、クランプ接続部が容易にアクセス可能となり、クランプ接続を迅速且つ容易に設定したり再び解除したりできるようになっている。

図１から更に分かるように、保持リング５は、第２円錐状領域７２が形成された凸部５１を備える。この結果、クランプ接続部７は、径方向外方にオフセットして、アクセスの容易性がさらに向上している。

図１から分かるように、ハウジング６は単体として形成されており、クランプ部品８を受容する軸方向孔以外に、ハウジング部等を互いに接続するための孔を設ける必要がない。この結果、媒体ライン１１のようなラインをハウジング６内において任意に位置決めすることができる。この例示的実施形態の媒体ライン１１は、矢印Ａ及びＢで示すように、メカニカルシールの内部にシール媒体を供給するために使用される。これにより、メカニカルシール装置１は、製品領域２０を環境からシールする。

更に、ハウジング６は接触面６０を備え、その接触面６０に対して保持リング５が載置される。保持リング５に設けられた凸部５１によって、周方向流体ダクト９を、保持リング５とハウジング６との間に形成できる。この例示的実施形態において、流体ダクト９は、矩形状の断面を有し、保持リング５の外側表面上に環状に設けられる。第１及び第２のＯリング２２，２３が、流体ダクト９をシールするために使用される。更に、少なくとも１つの接続ダクト１０が、保持リング５内に形成され、流体ダクト９を製品領域２０に接続している。接続ダクト１０の開口１０ａは、メカニカルシール装置のシールギャップ４に近接している。この結果、特に、２つの摺動リング２，３の径方向外側領域において、メカニカルシール装置を洗浄することが可能となる。

図２から特に分かるように、回転摺動リング２は、外周面に単一の段部２５を有する。段部２５は、軸方向Ｘ−Ｘに対して垂直に配置された接触面２６を形成している。段部２５は深さＴを有する。段部２５が設けられていることによって、回転摺動リングの外周表面は、最大直径Ｄ１及び最小直径Ｄ２を有する。本発明によれば、バンデージ１５はここで最小直径の部分に配置されており、バンデージ１５が回転摺動リング２の最小直径Ｄ２部分に配置されることによって、バンデージの端面１７が、段部２５の接触面２６に対して載置される。

バンデージ１５は、内周縁部に、段部２５の領域に位置決めされた幅広斜面（ワイド・ベベル）１６を更に有する。これにより、バンデージ１５の鋭利な内側縁部により摺動リングが破損するのを防止する。

バンデージ１５は、収縮加工によって回転摺動リング２に貼着される。段部２５の領域にある接触面２６によって、その収縮加工中、確実に、バンデージ１５が、回転摺動リングの外周上のその所定の位置を正確に維持することができる。このようにして、収縮加工中に軸方向において摺動するバンデージの技術に生じる問題を防止できる。また、バンデージ１５を単に接触面２６まで摺動させるだけでよいため、回転摺動リング２の外周上で収縮加工を行う前のバンデージ１５の組み付けを迅速且つ簡単に行うことができる。この場合、摺動リングの外周上におけるバンデージの所定の位置を維持するために、その後の測定や遡及的修正等は必要ない。

更に、バンデージ１５は径方向において厚さＥを有する。バンデージ１５の厚さＥは、バンデージ１５により覆われる摺動リングの領域Ｙにおいて、回転摺動リング２の最小厚さＦと少なくとも同じ大きさである。

図２から分かるように、バンデージ１５は、回転摺動リング２上に配置されて、軸方向における摺動リングの断面積の重心を形成する摺動リングの面積中心Ｓが、バンデージ１５により覆われている。好ましくは、バンデージは、面積中心Ｓを中心として配置される。

更に、バンデージ１５は、軸方向Ｘ−Ｘにおけるその幅（図２において領域Ｙで示される）が、軸方向における回転摺動リング２の幅の少なくとも半分の大きさである。

ホルダ１２が、バンデージ１５の幅Ｙの少なくとも３分の１を覆うと更に好ましい。これにより、ホルダ１２は、バンデージ１５と、回転摺動リングの大きい方の直径Ｄ１との両方に接触することになり、確実なトルク伝達が可能となる。

従って、本発明によれば、非常に簡単且つ迅速な組み付け工程を用いて、確実に、バンデージ１５を摺動リングの外周上に常に精度良く位置決め配置することができる。また、収縮加工後でも、バンデージ１５が確実に所定の位置で摺動リング上に収縮したかどうかを簡単に確認できる。これは、接触面２６の領域において、バンデージ１５と摺動リング２との間に隙間が形成されていないはずだからである。隙間が存在すると、バンデージ１５が正確に位置決めされていないことが直ちにわかるので、摺動リングを不合格とすることができる。

図３は、本発明の第２の例示的実施形態に係るメカニカルシール装置を示す。第１の例示的実施形態とは異なり、第２の例示的実施形態のメカニカルシール装置は、第１バンデージ１５と、第２バンデージ３０とを有する。第２バンデージ３０は、第１バンデージ１５の径方向外側に配置されている。図３から直ちに分かるように、第２バンデージ３０は、第１バンデージ１５の外側表面１８に対して載置されている。回転摺動リングでもある摺動リング２は、第１接触面２６を備える第１段部２５と、第２接触面２７を備える第２段部２９とを更に有する。従って、組み付け状態では、第１バンデージ１５は第１接触面２６に対して載置され、第２バンデージ３０は第２接触面２７に対して載置される。図３から更に分かるように、第２バンデージ３０は、軸方向Ｘ−Ｘにおけるその幅Ｗが、第１バンデージ１５の幅Ｙよりも大きい。更に、第２バンデージ３０は、第１バンデージ１５を完全に覆っている。従って、第２バンデージは、第１バンデージを、例えば、シールされる媒体の腐食性による影響から保護する。破損を防止するために、第２バンデージ３０は、摺動リング２に対する破損を防止するための幅広斜面３１も有する。

更に、ホルダ１２は、第２バンデージ３０の周囲と部分的に係合している。これにより、トルクを、第２バンデージ３０及び第１バンデージ１５を介して摺動リング２に伝達できる。好ましくは、ホルダ１２は、第２バンデージ３０の幅Ｗの少なくとも半分の周囲と係合している。

このように、摺動リング上に２つのバンデージ１５，３０を使用することによって、２つのバンデージを、異なる特性に構成することが可能になる。２つの段部に２つの接触面２６，２７を設けることで、両方のバンデージ１５，３０を確実に且つ精度良く位置決めすることができる。この文脈において、２つのバンデージ１５，３０は、同時に又は順番に組み付けることができる。

図４は、本発明の第３の例示的実施形態に係るメカニカルシール装置を示す。第３の例示的実施形態は、第２の例示的実施形態と略対応しており、同様に２つのバンデージ１５，３０を備える。しかしながら、第２の例示的実施形態とは異なり、第３の例示的実施形態では、溝状凹部２８が摺動リング２に形成されている。溝状凹部２８は、軸方向Ｘ−Ｘにおいて、固定摺動リング３へ向かう方向に開口している。これにより、溝状凹部２８は、第１バンデージ１５を少なくとも部分的に受容する。特にホルダ１２との関連において、このメカニカルシール装置の構成によって、第１バンデージ１５を、回転摺動リング２上に特に確実に保持することが可能になる。第２バンデージ３０は、軸方向Ｘ−Ｘにおけるその幅Ｗが、第１バンデージ１５の幅Ｙよりも小さい。２つのバンデージの厚さは、好ましくは等しい。

図３及び４に開示された例示的実施形態は、ただ２つのバンデージ１５，３０を備えることによって、各バンデージを、所望の特性に関して正確に構成することが可能になる。例えば、外側の第２バンデージ３０は、内側の第１バンデージ１５よりも高い耐化学性を有してもよい。この文脈において、第２バンデージ３０の材料の選択は、シールされる媒体の化学的腐食性に応じて選択される。

１ メカニカルシール装置
２ 回転摺動リング
３ 固定摺動リング
４ シールギャップ
５ 保持リング
６ ハウジング
７ クランプ接続部
８ クランプ部品
９ 流体ダクト
１０ 接続ダクト
１０ａ 接続ダクト１０の開口
１１ 媒体ダクト
１２ ホルダ
１３ 軸スリーブ
１４ 接続ねじ
１５ バンデージ
１６ 斜面（ベベル）
１７ バンデージの端面
１８ 第１バンデージの外側表面
２０ 製品領域
２３，２３ Ｏリング
２５ 段部
２６ 回転摺動リングの接触面
２７ 第２接触面
２８ 溝状凹部
２９ 第２段部
３０ 第２バンデージ
３１ 斜面（ベベル）
５１ 凸部
６０ ハウジングの接触面
６１ ハウジングの端面
７１ 第１円錐状領域
７２ 第２円錐状領域
８０ 頭部
８１ 円錐部
Ａ，Ｂ 矢印
Ｄ１ 回転摺動リングの外側表面における最大直径
Ｄ２ 回転摺動リングの外側表面における最小直径
Ｅ バンデージの厚さ
Ｆ バンデージの領域における回転摺動リングの最小厚さ
Ｔ 段部の深さ
Ｗ 第２バンデージの幅
Ｘ−Ｘ 軸方向
Ｙ バンデージの幅
Ｚ 摺動リングの幅

Claims (13)

1. 回転摺動リング（２）及び固定摺動リング（３）と、前記回転摺動リング（２）と前記固定摺動リング（３）の間に画成されるシールギャップ（４）と、前記回転摺動リング（２）又は前記固定摺動リング（３）の少なくとも一方の外側表面上に配置されたバンデージ（１５）を備え、
   その上に前記バンデージ（１５）が配置された前記回転摺動リング（２）又は前記固定摺動リング（３）が、段部（２５）を備え、前記段部（２５）が周方向において前記外周面上に完全に延在するとともに接触面（２６）を有し、
   前記バンデージ（１５）の端面（１７）が、前記段部（２５）の前記接触面（２６）に対して載置されている、メカニカルシール装置。
2. 前記バンデージ（１５）が、前記端面（１７）の径方向内側周囲に、斜面（１６）を有することを特徴とする、請求項１に記載のメカニカルシール装置。
3. 前記バンデージ（１５）が、前記回転摺動リング（２）上に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のメカニカルシール装置。
4. ホルダ（１２）が、前記バンデージ（１５）の周囲と少なくとも部分的に係合していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
5. 軸方向（Ｘ−Ｘ）における前記バンデージ（１５）の幅（Ｙ）が、前記軸方向（Ｘ−Ｘ）における前記バンデージ（１５）が配置された前記回転摺動リング（２）又は前記固定摺動リング（３）の幅（Ｚ）の少なくとも半分の大きさであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
6. 前記バンデージ（１５）の領域における前記バンデージ（１５）が配置された前記回転摺動リング（２）又は前記固定摺動リング（３）の最小厚さ（Ｆ）が、前記バンデージの厚さ（Ｅ）と少なくとも同じ大きさであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
7. 前記接触面（２６）が、前記摺動リング装置の軸方向（Ｘ−Ｘ）に対して垂直に延在していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
8. 前記バンデージの厚さ（Ｅ）が、前記バンデージ（１５）が配置された前記回転摺動リング（２）又は前記固定摺動リング（３）の前記段部（２５）の深さ（Ｔ）以上であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
9. 前記バンデージ（１５）が配置された前記回転摺動リング（２）又は前記固定摺動リング（３）が、その外側表面に単一の段部（２５）を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
10. 第１バンデージ（１５）と、該第１バンデージ（１５）の外側表面（１８）上に配置された第２バンデージ（３０）とを備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
11. 前記回転摺動リング（２）が、前記第１バンデージ（１５）が載置される第１接触面（２６）と、前記第２バンデージ（３０）が載置される第２接触面（２７）とを有することを特徴とする、請求項１０に記載のメカニカルシール装置。
12. 前記第２バンデージ（３０）が、前記第１バンデージ（１５）を完全に覆っていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のメカニカルシール装置。
13. 前記バンデージ（１５）が配置された前記回転摺動リング（２）又は前記固定摺動リング（３）が溝状凹部（２８）を有し、該溝状凹部（２８）内に、前記第１バンデージ（１５）が少なくとも部分的に配置されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のメカニカルシール装置。

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