JPH01120487A - メカニカルシ−ル組立体 - 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】 本発明はスラリーポンプに使用するのに適したメカニカ
ルシールに関スル。

モータと製品ポンプとの間に使用される通常のメカニカ
ルシールは、モータハウジングに接続された静止シール
リングとモータ軸に接続された回転可能シールリングと
を備え、各シールリングは他のシールリングのシール面
に対向する磨かれたシール面を有している。コイルばね
および（又は）ベローのような弾性装置が一方のシール
リングの表面を他のシールリングの表面に密封状態に押
圧している。

このようなシールの取付けおよび取外しを容易にするた
めに、モータ軸の外径すなわち（０，Ｄ、　）に滑らさ
れかつ一つ又はそれ以上の止めねじによって固定された
円筒状スリーブ上に予め組立てられたシールを取り付け
る等して、シールをいわゆる「カートリッジ」式に組立
てることが普通である。

上記の形式のほとんどのメカニカルシールは、ｋローお
よびばねのような数個の金属部品を含み、そのはロー、
ばねはシールリングを密封関係に偏倚しかつ製品流体に
露されている。製品流体が非摩耗性および非腐食性の場
合に適用するときは何ら問題は生じな（・が、スラリー
ポンプにおいては汲み上げられる流体の摩損作用は金属
部品を侵しかつ寿命を非常に短（する。

典型的なメカニカルシールはコンパクトでアリかつ密に
嵌合され、精密につくられた部品に特徴を有するが、ス
ラリーポンプのシールには、動作寿命を延ばそうとする
努力にもかがわらずそれがすぐに摩耗するので、大きな
寸法公差でつくられしたがってコストが低い粗加工の部
品が望ましい。

これはシールがポンプに取り付けられる方法にも影響し
て来る。例えば、前述のように、はとんどのカートリッ
ジシールは数個の止めねじで固定され、その止めねじは
しばしば固着してしまいかつ緩めるのに長たらしい時間
を浪費する操作が必要となる。よりしばしば調整および
修理が行なわれるスラリーポンプを取り扱うに当り、軸
にシールを取り付は或は軸からシールを取り外すために
迅速かつ簡単な装置を得ることが重要である。

スラリーポンプのシールの設計におげろ別の考察はシー
ルリングに負荷を加える面積にある。シールリングを密
封関係に保つために必要な「ばね」を与えるためにばね
が弾性すなわちエラストマ質の（ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉ
ｃ　）材料で置き代えられた従来技術のシールの例があ
る。

エラストマ（θ１ａθ切ｍｅｒ　）すなわちゴムのよう
な弾性体は捩り、圧縮、引張および剪断状態に応力が加
えられ得る。後者は、エラストマの体積全体にわたって
応力がほぼ均一に分散されるので、最も有益である。捩
り状態に応力が加えられると、応力は内部にほとんど応
力が加えられないで主に外側繊維にあり、かつ摩損又は
化学的な攻撃により最初に失なわれるのはこれらの繊維
である。更に捩り状態に応力が加えられたエラストマは
すぐにばね作用を失ってしまう。エラストマは、引張状
態におかれると、例えば引張られたゴムバンドが永久に
伸ばされるように、応力が加えられた材料を引受ける。

もしエラストマ本体が閉じ込められていると、圧縮不可
能である。もし閉じ込められずかつ圧縮が加えられると
、エラストマはふ（らみ更にわずかな移動で高いばね率
を有し、したがってばねとして代用するのは好ましくな
い。

例えば、米国特許第４，３０６，７２７号はドリルビッ
トの環境に金属シールリングと接触している静止エラス
トマリングを使用することを教示しかつ背景には、軸受
区域内へのごみ、砂、岩の切くず。

腐食性液体および他の汚物が侵入するのを防止するため
に回転するカンタと軸受ジャーナルとの間にエラストマ
リングを使用することが、示されている。この特許のエ
ラストマリングは一方のシールリングを他方に押圧する
ためにエラストマを使用することを示しているけれども
、くずが漏れ側に集まるようにつ（もれ、このことはエ
ラストマの悪化を生起しかつシール機構の分解による以
外に掃除が困難である。

米国特許第３，２７２，５１９号において、トラクタの
後輪とトラクタのフレームとの間で使用されるシールが
示されている。シールの各々は一対ノエラストマ質の「
角が丸（された」横断面を有するシール要素を使用し、
そのシール要素は一対のシ−シリンダを互いに係合する
ように押圧しかつ使用中は応力が加えられダイヤモンド
形に変形されて凹状溝に裂は目を残し、くずを集めるよ
うにエラストマ質の部材はその裂は目の中に受けられて
いる。

上記特許のいずれもエラストマ質の要素を剪断状態に負
荷するという概念は示していない。

本発明のメカニカルシールは特に摩耗性スラリーポンプ
と共に使用するようにつくられかつ各シール面を有する
静止シールリングと回転可能シールリングとを備えてい
る。シールリングは少なくとも一つのエラストマの組立
体によりて密封関係に弾圧され、その組立体は製品によ
る摩耗性および腐食性の侵食に抵抗する。

エラストマ組立体は、一対のほぼ同軸に指向されている
が軸方向および半径方向に隔てられた金属バンドに接合
されている環状リング部材を備え、その結果シールが適
所に組み立てられるときにバンドがお互いの方向に軸方
向に移動されると、リング部材は剪断状態に負荷が加え
られる。すなわちエラストマ質の材料の一部はバンドの
軸線に平行な方向に互いに相対的に滑る。

本発明の一つの形において、一つのエラストマの組立体
が使用され、かつ本発明の他の形式においては一対のエ
ラストマの組立体が使用される。

本発明の画形式において、エラストマのシリンダは回転
可能なシールリングをスラリーポンプを駆動するモータ
の軸に接続し、その結果、回転可能シールリングは軸と
共に回転する。組立体のエラストマ質の部分は軸への汲
み上げられる製品の流れに対して円筒を形成しかつ組立
体の金属部品が汲み上げられる製品によって摩耗するの
を防止する。本発明の二つの組立体の形式において、静
止シールリングは第２のエラストマの組立体によってハ
ウジングに接続されている。

本発明のシールは、好ましくは、ユニットとして軸に取
り付けられ或は軸から取外されるカートリッジである。

このようにシール組立体は、漏洩沈澱物が存在するとき
でさえもシール組立体が取り替えられるとき容易に取り
外されるくさび装置によってモータ軸に係止されるよう
になっている円筒状スリーブを有している。くさびはド
ライバーロッド等をハンマーで打つことにまり係止位置
から移動され得る。

本発明のシール組立体は部品間に従来のシール組立体の
すき間より大きなすき間を与え、漏洩沈澱物が組立体か
らより容易に取り除かれるようにしている。シールリン
グは、後述するように、駆動ピンを受ける駆動刻み目を
保護するためにかつ取扱い中に比較的もろい表面を保護
するよ５１Ｊングを装甲するためＫ、エラストマ質の被
いが設けられている。

シール組立体は、好ましくは、各々が所定のばね負荷が
加えられた（剪断状態に負荷が加えられたエラストマの
組立体に、よって与えられる）カートリッジとして予め
組み立てられかつポンプ−モータ組立てへの取付けを容
易にするように新規な位置決め要素が設けられている。

位置決め要素はシールが動作しているとき、フランジク
ランプとして作用する。

本発明を実施する一つの方法を、特別の実施例のみを示
している図面を参照して以下で説明する。

第１図において本発明の好ましい実施例が示され、この
実施例はモータ１８の軸１６によって駆動されるインペ
ラ１４（略図で示す）を有するスラＩＪ−ポンプに取り
付けられたメカニカルシール組立体１０からなっている
。シール組立体１０はハウジングＩ内に収容されかつユ
ニットとして軸に取り付けられ或は軸から取外されるカ
ートリッジの形式である。第１図に示されている実施例
において、組立体１０は軸１６を囲みかつ汲み上げられ
る製品および摩耗性スラリーから軸１６を保護する包囲
しているスリーブｎが取り付けられている。

メカニカルシールカートリッジすなわちメカニカルシー
ル組立体１０は、各々がシール面田および（９）をそれ
ぞれ有する回転可能シールリング２４と静止シールリン
グ２６とを有し、各シール面は対向して配置され互いに
弾力的に押圧されている。好ましい実施例では同じ形状
および材料であるシールリング２４および２６は、好ま
しくは酸化アルミニウムのようなセラミックでつくられ
かつそれに接合されたショアー硬さ約５０〜６０のゴム
のようなエラストマ質の材料の部分的に角を被っている
被い３２および３４が設けられている。エラストマ質の
被いは約９０°で円周方向に隔てられた駆動溝Ｉが設け
られている。なおこの間隔はもし必要ならば他の角度に
することができる。

シール組立体１０は、全体が３７で示された（第１図お
よび第２図において）エラストマ組立体を備え、そのエ
ラストマ組立体は一対のほぼ同心であるが軸方向および
半径方向に隔てられた好ましくはステンレススチールの
バンド４０および４２に接合された。ショアー硬さ５０
〜６０のゴムのようなエラストマ質の材料の環状コア４
４でつくられている。

内側バンド４０は約９０°で円周方向に隔てられた穴４
６が設けられ、かつエラストマ質の材料の部材４４はシ
ールリング２４の被い３２の駆動溝Ｉと係合する形状２
寸法２間隔の円周方向に隔てられたラグ４８が形成され
ている。パン）’４２はシールリング冴を円周方向に囲
みかつ被い３２の上にあってそれと接触している。バン
ド４０は、各々がバンド４０の穴４６の一つ内に受けら
れる部分を有する駆動ピン５２によって、円筒状の軸ス
リーブ関に接続されている。

前述したように、要素のほぼ全横断面にわたって応力が
均一であるようにエラストマ組立体が剪断状態に負荷さ
れることが、本発明には極めて重要である。バンド４０
および４２は補強要素として作用し、その補強要素はそ
の位置および方向により、二つのシールリングが互いに
接近する方向に動かされたとき環状のエラストマ質の本
体が剪断状態になるようにする。第１図に最もよく示さ
れるように、偏倚がシールリング２４に加えられると、
他のバンドはバンド４０の外側で左に滑動しようとする
。これは、環状のエラストマ質の本体４４を二つのバン
ドの間でほぼ全横断面積にわたり剪断状態にする。

シールリングがは、リング２６および被い３４の上にあ
りかつそれらを密にｉっているプルノーズすなわち大荒
削り（ｂｕｌｌ　−ｎｏｓθ）部分郭が形成されたフラ
ンジ部材によって支持されて（・る。フランジ部材５６
によって支持された円周方向に隔てられた。不動ピン５
９は被い讃の駆動溝３６と係合する。フランジのプルノ
ーズ部分μｓはポンプで汲まれる製品によって浸される
のを防止するため、５８Ａにおいてエラストマ質の材料
で被覆されている。この被覆は好ましくはショア硬さ５
０〜６０のゴムである。

フランジ５６は各々が刻み目６１を有する少な（とも三
つの円周方向に隔てられた据付はブロック（イ）によっ
てハウジングのフランジ２０ＡＫ締結されて（・る。マ
シンボルト６２は据付はブロックの対応するボルト穴６
４を貫通しフランジ５６のねじ穴６６内に伸びている。

シールをユニットとして取付は或は取外し可能にするた
めに、主要な要素の全てはスリーブｎの外周（０，Ｄ、
）で滑動可能なスリーブ犯に取り付けられている。軸ス
リーブ艶はリング関の位置と反対の端部にスリーブフラ
ンジ簡が形成されかつ第６図に示されるように係止（さ
び７２を受ける穴７０があけられ、そのくさびは穴内に
打ち込まれたときスリーブ印およびメカニカルシール組
立体１０をくさび止めする。

シール組立体１０は、インはう１４が軸１６に接続され
る前に軸１６のポンプ端から運転位置に挿入され、その
部品の間隙は取付は前に調整される。カートリッジは次
のように組立てられる。

（ａ）　　シールリング別は駆動溝３６を駆動ラグ４８
と整合させてエラストマ組立体３７内にセットされる。

（１））　　シールリング加はフランジ５６内にセクト
される。

（Ｃ）　　シールリングＵのあるエラストマ組立体３７
はスリーブの左端に滑らされかつ適所に一時的にテープ
止めされ得るピン５２によって固定される。

（ｄ）　　三つの調整すなわち据付はブロック（イ）が
フランジ５６に固定されかつボルト６２のフィンガは据
付はブロックを「運転」位置（第５図）に保持するよう
に締め付けられる。

（ｅ）フランジ、据付はブロック、静止シールリングの
組立体は軸スリーブ刃の右端に滑動され、かつ据付はブ
ロックはスリーブフランジ６８が刻み目６１によって据
付はブロック内に捕捉されるように「挿入」位置（第３
図）まで１８０°回転される。

組立てられたカートリッジすなわちシール組立体１０は
今や運転位置に容易に取り付けられる。シールリング２
４に取り付げられたエラストマ組立体３７が（第１図に
示されるように）剪断状態にあるため、そのエラストマ
組立体はシールリング冴をシールリング２６に向って押
圧する。シール組立体１０は包囲スリーブｎの左端に滑
らされ、かつ駆動ピン５２が包囲スリーブ乙の左端に達
するとテープはピンがスリーブの外周によって適所に保
持されるように取り除かれる。フランジ５６は取付フラ
ンジ２０Ａの表面に対して着座され、据付はブロックは
それから「軸調整位置」（第４図）に回転されかつボル
ト６２が締付けられる。

このときポンプ組立体は完成されかつ全ての必要な調整
が軸に関して行なわれ、かつそれから軸スリーブが着座
するまで打込まれるピン７２の挿入によって軸に係止さ
れる。ボルト６２はそれから緩められ、据付はブロック
は［運転（ｒｕｎｎｉｎｇ　）Ｊ位置まで回転されかつ
ボルトが再び締められる。

エラストマ組立体３７は、その形状によりポンプで汲ま
れる製品の残留物が集まることができる亀裂がない。エ
ラストマ質の剪断応力はエラストマ質の材料全体にわた
って分布される。エラストマ組立体３７はシールリング
３４を支持するだけでなく、スリーブ刃とシールリング
２４との間に液体シールを与えかつスリーブ刃の少なく
とも一部をポンプで汲まれる製品から保護する。

第７図は、本来の位置にある軸スリーブにすなわちカー
トリッジ型シールでなく組立てられるようになっている
本発明の第２の実施例を示している。この実施例は、ポ
ンプが通常のパツキン箱の代りにシール組立体と共に逆
に嵌められ得る標準のポンプに改良するのに適している
。メカニカルシール組立体頒は回転可能シールリング９
２と静止シールリン／９４とを有し、そのリングはそれ
ぞれ互いに対向しかつ弾圧されたシール面９６および９
８をそれぞれ有している。シールリング９２　、９４は
エラストマ組立体９７　、９９によって互いに押圧され
、各組立体のエラストマは好ましくはショア硬さ５０〜
６０を有するダムであるコア１００，１０２を有してい
る。各組立体のコア１００，１０２は外側金属パン）？
１０４，１０６およびカップ状リング部品１０８又は１
１０に接合されている。バンド１０４，１０６およびカ
ップ状リング部品１０８〜１１０は好ましくはステンに
ススチールでつくられている。エラストマ組立体の一つ
の形状は第８図に示され、両コア１００および１０２は
ほぼ同じである。シールの組立中にリング１０４および
１０８が互いに接近する方向に軸方向に動かされると、
エラストマ質のコア１００および１０２は剪断状態に負
荷が加えられ、かつこれはリング９２および９４をお互
いの方向に押圧するばね力を与える。バンド１０４はシ
ールリングｃ＋２１ＫＪす、バンド１０６はシールリン
グ９４上にある。各カップ状部品１０８および１１０は
一端において位置決めリング１１４によってかつ他端に
おいてアダプタスリーブ１１６によって支持された駆動
ピンを各々が受けるよ５に円周方向に隔てられた穴１１
２が設けられている。シール組立体は包囲スリーブ１１
８に取り付けられかつ位置決めリング１１４はスリーブ
１１８を受けるように円形の空洞が設げられている。ス
リーブ１１８はモータ１２２とポンプインペラ１２４と
を接続している軸１２０に組立てられる。インペラ１２
４はハウジング１２６内に収容されている。

アダプタスリーブ１１６は、ハウジング１２６のフラン
ジ１３２のタップ掛けされた開口に受けられた少なくと
も一つで通常は複数の円周方向に隔てられたマシンボル
ト１２８によって、ハウジング１２６に接続されている
。ナツト１３４および１３６はフランジ１１６の調整を
許容しかつコア１００および１０２に剪断状態に応力を
加えるために部材１０８および１１０の軸方向に伸びて
いる部分に関してバンド１０４．１０６を動かす作用を
し、その結果それらはシールリング９２と９４を互いに
接近する方向に押圧する。

本発明は特定の実施例に関連して説明されているが、本
発明の範囲内で種々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のメカニカルシール組立体の好ましい実
施例の部分横断面図、第１Ａ図は中にエラストマ組立体
の駆動ラグが受けられるシールリングの一つの駆動溝を
示している部分立面図、第２図はエラストマに応力が加
わる前のエラストマ組立体の部分断面図、第３図、４図
および第５図はカートリッジ据付はブロックの種々の位
置を示す部分断面図、第６図は本発明のメカニカルシー
ル組立体を軸に接続するための係止くさびを示している
第１図の線６−６に沿って見た部分断面図、第７図は本
発明の第２の実施例の部分断面図、第８図はエラストマ
に応力が加えられる前の第７図の実施例のエラストマ組
立体の部分断面図である。 １６　、１２０　：軸 加、　１２６　：ハウジング ２４　、９２　：回転可能シールリング２６　、９４　
：静止シールリング ３７　、９７　、９９　：エラストマ組立体４４　、１
００，１０２　：環状部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポンプインペラ軸の外周（Ｏ．Ｄ．）上に支持され
   るようになっている軸スリーブと、前記スリーブ（５０
   ）上に取り付けられた第１の回転可能なシールリング（
   ２４）と、取付けおよび調整中に前記スリーブ（５０）
   によって支持され得るようになっており、かつ静止要素
   と係合するようになっている環状フランジによって支持
   されている第２の静止シールリング（２６）と、前記環
   状フランジ（５６）に取り付けられかつ前記環状フラン
   ジとの間で前記要素を把持するように静止要素と係合可
   能な表面を有する据付けブロック（６０）とを備えてい
   るカートリッジ型メカニカルシール。 ２、前記据付けブロック（６０）が三つの位置すなわち
   （１）据付けブロックが前記軸スリーブのみと係合する
   挿入位置（第３図）、（２）据付けブロックが前記軸ス
   リーブおよび前記静止要素の両方と係合する調整位置お
   よび（３）据付けブロックが前記静止要素とのみ係合す
   る運転位置に回転可能である特許請求の範囲第１項に記
   載のメカニカルシール。 ３、前記軸スリーブ（５０）がそのスリーブの開口を通
   して伸びているくさび要素（７２）によってモータ軸に
   取り付けられている特許請求の範囲第１項に記載のメカ
   ニカルシール。 ４、前記第１のシールリング（２４）が剪断状態に負荷
   されるようになっているエラストマ組立体（３７）によ
   って偏倚されている特許請求の範囲第１項に記載のメカ
   ニカルシール。 ５、前記第１のシールリング（２４）がその表面の一部
   を被うエラストマ質の材料の被いによって保護されてい
   る特許請求の範囲第４項に記載のメカニカルシール。