JPH02296077A - メカニカルフェースシール - Google Patents

メカニカルフェースシール

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JPH02296077A
JPH02296077A JP2106696A JP10669690A JPH02296077A JP H02296077 A JPH02296077 A JP H02296077A JP 2106696 A JP2106696 A JP 2106696A JP 10669690 A JP10669690 A JP 10669690A JP H02296077 A JPH02296077 A JP H02296077A
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JP
Japan
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bellows
convolution
depth
bellows device
pitch
Prior art date
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Application number
JP2106696A
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English (en)
Inventor
Christopher J Watts
クリストファー　ジョナサン　ワッツ
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John Crane UK Ltd
Original Assignee
John Crane UK Ltd
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Publication date
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/36—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member connected by a diaphragm or bellow to the other member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J3/00—Diaphragms; Bellows; Bellows pistons
    • F16J3/04—Bellows
    • F16J3/047—Metallic bellows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
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    • F16J15/36—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member connected by a diaphragm or bellow to the other member
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Sealing (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

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】 産業上の利用分野 本発明はメカニカルフェースシール、特に１つのシール
フェース部材が固定せる回転関係に確保されかつ１対の
相対的に回転可能の構成部品の１つにシールされ（！１
１性のべＬ」−ズ装置の軸方向に移動できる構成による
メカニカルフェースシール軒係わるものである。
の　　ど　　が　　しよ−と　る 上記の如きシール様式の場合、ベローズ装置が疲労のた
め役に立たなくなるのは酋通ベローズの１１１連部品に
堅固に固定される端部近くの回旋状部にＪ５いて発生す
る。べＩＪ−ズ装置に対する応力負荷は３つの効果に起
因する。即ち、 イ、ベローズ装置の軸方向圧縮により軸方向負荷がシー
ルフェース部材にかかり、この部材をもう一つの部品に
Ｉｌｌ連する第２のシールフェース部材にシール係合せ
しめることと、０、ベローズ装置を横切る圧力差による
負荷ならびに ハ、振動負向である。
関連部品に堅固に固定せるベローズ装置の端部はベロー
ズ装δの残部を支持せねばならず、その他の回旋部の如
くは可１尭的に取付けられず、従って特に振動負荷につ
いてより一層大きな応力を受ける。シール７℃−ス部材
又はシールフェース部材のためのキャリヤリングに取付
けたベローズ装置のもう１つの端部に対する負荷応力も
平均以十のものである。
本発明は応力分布がより均等に行われるベローズ装置を
提供する。
１１夏旦遁 本発明の１つの特徴によれば、メカニカルフェースシー
ルにはシールフェース部材が含まれ、このシール７１−
ス′ｔｌｔａは固定ける回転関係に確保されかつ弾性ベ
ローズ装置により１対の相対的回転可能の部品の１つに
シールされ、ベローズ装置はその−・端を関連部品に他
端をシールフェース部材にそれぞれ装着され、シールフ
ェース部材はベローズ装置の圧縮によりもう１つの部品
に関連する第２のシールノ１−ス部材に係合するようバ
イアスがか【ノられており、べ［；−ズ装置は複数の回
旋部を形成し、それぞれの回旋部には１つの回旋上の一
点と次の回旋の相当する一点との間の軸方向＋！１１Ｉ
ｉ１距離で表わせるピッチと、回旋の冠部の天辺と足部
の谷との間の半Ｈｈ向のへだたりを表わす深さとを有し
℃おり、より大きむ応力を受けるベローズ装置の部分に
お参りる回ｋＰＩＩにはより小さい応力を受けるベロー
ズ装置の一部分にＪ５ける回旋部よりも大きいピッチ及
び若しくは深さを形成していることを特徴としている。
本発明の一実施例によれば、回旋のピッチは大きい応力
を受けるべＯ−ズ装置の部分においては小さい応力を受
けるベローズ装置の部分よりも大きい。この代りに、回
旋のピッチを一定に保ち一方より大きい応力を受けるべ
【１−ズ装置の部分では回旋の深さを減少させても良い
。ビッグ及び深さのいろいろな組合わせを利用しベロー
ズ装置を作動条件に適応せしめより大きい応力を交番）
る部分ではピッチ対深さの比率を増やし小さい応力を交
番ノる個所ではピッチ対深さの比率を上げても良い。回
旋のピッチ及び若しくは深さの変化は１つの部分から他
の部分にかけ累進的に変わるのが好ましい。
本発明は、一連の環状ディスクを一体に溶接する溶接ベ
ローズ装置に利用ができ、この場合、交互の対のディス
クを内周及び外周部で一体に溶接し、若しくは薄肉チュ
ーブを変形させ−・連の回旋部を形成した成形ベローズ
装胃を溶接する。
次に添付図面看照の下に本発明のいろいろな実施例につ
いて例示的に説明する。
実施例 第１図に示すように、回転軸１０とハウジング１１との
間におかれたメカニカルフェースシールには、ハウジン
グ１１内のくぼみ内に保持されそこにエラストマー性の
Ｏリング１３によりシールされた第１のシールフェース
部材又はシート１２が含まれる。
シールフェース部材１５が金属製べＯ−ズ装置１６によ
り軸１ｏに取り付けられている。金属調ベローズ装置１
６は周知の如く軸１０上に装着せるカラー１７に固着さ
れている。カラー１７はエラストマー性Ｏリング１８に
より軸にシールされている。べ［」−ズ装置１６は溶接
、はんだづけ、接着剤による結合又は据込みなどにより
液密旧式にカラー１７に取付けられでいる。シールフェ
ース部材１５はカラー１７より遠いベローズ装置１６の
端部に圧力嵌めされそこにシールされている。
通常の作動状態ではベローズ装″ａ１６が圧縮を受けて
おりそれによりシールフェース部材１５のシール面２０
がシート１２の面２１にシール係合している。
金属べ１」−ズ装＆！！１６には同−深さの一連の回旋
部２５から２８が形成されて設けられている。
これら回旋部２５から２８のピッチはカラー１７に取付
けたベローズ装置１６の端部からのへだたりと共に減少
づる。例えば回旋２５がピッチＰをイ１づ“るものとす
ると回旋２６はピッチＰ　Ｘ　Ｆとなり、この場合Ｆは
１未満の減少率を表わす。回旋２７はＰｘＦ２　・・・
・・・以下同様となる。その他の関係も利用しても良く
例えば各回旋のピッチをぞの前の回旋のピッチの一定函
数のものに形成し“Ｃも良い。更に、ピッチの変化を第
２図に示すように例えばカラー１７に接続ぜるべｌコー
ズ装固１６の端部におけるー・本の回旋部にだけに限っ
て適用しても良い。この図に示すベローズ装ηには英国
特許Ｇ　８２０８２６９　！３に記された非対称形態が
実施される。
上述のべＯ−ズ装置１６のもつとも大きな応力のかかる
領域は回旋２５から２８の冠部及び谷部である。冠部及
び谷部の半径が大きければ大きい程応力に対する抵抗が
強くなる。第１図に示り゛ベローズ装置１６の負荷応力
は３つの要因に起因する。
イ、ベローズ装どの軸方向圧縮で、これにより回旋部が
詰まり易くなり、そのため、冠部及び谷の半径が減少り
る。この半径減少は小さい半径を右する回旋部に対しよ
り大きい影響を及ぼし、従ってカラー１７から遠いべ「
」−ズ装ｄの端部に方により多くの影響が感じられる。
ロ、ベローズ装置を横切る差「。これは回旋の壁を例え
ば第１図に示すシールの場合のように高圧に開口して強
制的に引離すよう働き、若しベローズ装置１６とハウジ
ング１１との間で高圧が働くとこの圧力により回旋８Ｉ
１２５の壁３０及び壁３１と回旋部２６の壁３２及び壁
３３が強制的に離される。このため、回旋部２５及び２
６の谷３４．３５の半径が増え従ってこれら領域におけ
る応力が減少する。
ここでも又、この要因は冠部の１４′−径が小さければ
小さい程即ち回旋部がカラー１７より遠ければ遠い程よ
り大きな効果をもつ。
ハ、振動負荷−これはカラー１７に取付けたベローズ装
置１６の端部で最大の効果が示され、この端部はベロー
ズ装５１６の残りを支持し、その効果はカラー１７に固
定した端部から減少りる。
、ト述のシールに用いられたベローズ装＆Ｉ！？１６の
形態のため、カラーに近い回旋部２５及び２６の振動応
力に起因するより大きい応力は軸方向圧縮及び差圧によ
り減少負荷に対してバランスがとられ、ベローズ装置は
対称形状の６通のベローズ装置よりはるかに均等な応力
を受ける。従って、べ１〕−ズ装置１６はより大きな全
面内応ノルジベルを失敗することなく吸収し尚かつシー
ルを形成し同時に大きな摩耗率を避けるための十分低い
面オンロードを得ることができる。
ベローズ設計は強度とばね係数の妥協であり、所要の強
度を得他方ばね係数を十分低く維持する必要があり、従
ってシール面２０及び２１が摩耗するにつれシールフェ
ース部材１５の動きを許容し、シール故障につながるａ
摩耗及び熱発生をもたらすような過度の軸方向負荷を発
生することなしに許容する程度にベローズ装置を圧縮で
きる。
べ［」−ズ装置１６の形成に用いる材料の強度の低下は
この点で役立つものである。ばね常数は又回旋の数にも
依存するものであり、従ってカラー１７から遠ざかる回
旋のピッチを減少しそれにより回旋の数を増やすことに
よってもばね常数が低減される。
第３図と第４図及び第５図に示す変更例によるべ１」−
ズ装置４０の場合、回旋部４１から４４のピッチは一定
のままであるが、回旋部の深さはカラー１７に固定され
たベローズ装置４０の端部４５からシールフェース部材
１５が取付【）られた端部４６にかけて増加している。
例えば、回旋部４１の深さがＣｄとすると、回旋部４２
の深さはｃｄ／Ｆとなり、ここ′ｃＦは１未満の深さ率
である。回旋部４３の深さは従ってＣｄ　／　Ｆ　”・
・・以下同じである。
べ１］−ズ装置４０の場合、回旋部の冠部及び谷部の半
径を減ら１゛べ１コーズの圧縮による応力負荷は実質上
均等である。黙しながら、短かい側面と軸方向に剛性を
具えた回旋部に起因する応力負荷は振動負荷によるより
大きな応力負荷をバランスさせる、端部４６に向うより
長い側部の受りる振動応力は少なく、実際上１町撓的に
取付けられ、従ってこの余分の性能は全体的ベローズ強
度を）げ圧縮による十分低い面負荷を圧力性能の範囲内
で維持するのに利用される。
ベローズ装置の４１から４４の回旋部の深さは第３図に
示すように回旋部の内径４７、第４図に示す外径４８又
は第５図の如く内径及び外径４７及び４８を変えること
によりいろいろと変えられる。ベローズ装置のバランス
直仔即ちベローズ装置？（４０により加えられるルカに
起因する軸り向オン負荷が有効にシールフェース部材１
５上に働く（ｉ径がこのように必要に応じて変えられる
。
第６図に示すように、カラー１７に取付けたベローズ装
置５０の端部へかけての回旋のピッチ増加と深さの減少
の組合わせが利用され、既述の如くベローズ装置５ｏの
その部分における応力発生を低減させることができる。
この代りに、第７図に示すようにベローズ装置５５はそ
の全長にわたり作動条件下でほぼ均等な応力を形成する
ように構成できる。これは、より大きな応力を受けるベ
ローズ装首５５の端部において回旋ピッチを増加し−・
方回旋の深さを応力の少ない中心部分で低減覆ることに
より達成されるが、全体的効果がベローズ装置５５のよ
り大きな応力を受ける部分における応力発！［を低減す
ることにあるものと仮定している。同様に、回旋の深さ
をべ１コーズ装置のより大きな応力を受ける部分で減ら
しヱー・方応力の少ない部分でピッチを増加させること
もできるが、応力の全体的均等化が達成されるものと仮
定しでいる。一般に、これ【よべ１１−ズ装置のより大
きな応力を受ける部分にＪ３けるピッチ対深ざの比率を
増加りることにより達成される。
もっとも大きな応力を受けるベローズ菰冒５５の部分は
カラー１７で軸１０に固定された端ｎ５分ｅあり、シー
ルフェース部材１５に取付けた端部分ら又シー１−１２
に対するシールフェース部材１５の反作用によりベロー
ズ装置５５の中心部分よりもつと大きな応力を受は易い
。従って、第７図の如く、ベローズＩ！２５５の両端に
向け回旋ピッチを増加しそして若しくは回旋の深さを減
少させる。
第８図に示すように、ベローズ装置６０は一連の環状デ
ィスク６１から形成した溶接ベローズも良く、交Ｈの対
のディスク６１が内周及び外周部で一体に溶接され一連
の回旋部を形成している。
１述の如く、この回旋部のピッチ及び若しくは深さはい
ろいろと変えられベローズ￥！１ｉｌｆｆ６０の全長に
わたり応力を均等化する。第８図に示す実施例の場合、
シールフェース部材１５のための保持リング６２がカラ
ー１７から遠いベローズ装置６０の端部に溶接されてい
る。
上述せる回旋部のピッチ及び深さの間のさまざまな関係
は単に例示としてあげたらのであり、その他の量関係も
利用されて良い。１つの形態による溶接ベローズ装置の
みが示されているが、第１図から第５図に示ず実施例の
任意のものに相当する溶接べ１」−ズ装置の形態も又本
発明に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明にＪ、り構成されたシールを示す断面立
面図、 第２図は第１図に示ずシールに用いるベローズ装置の変
更例を示し、 第３図は第１図に示Ｊ−シールに用いられるベローズ装
置の別の形態を示し、 第４図は第３図に示すベローズ装置の変更例を小し、 第５図は第３図に示すべＬ】−ズ装置の別の例を小し、 第６図は本発明によるシールに用いられるべＤ−ズ装置
の更に＞）Ｊの例を示し、 第７図は第６図に示すベローズ装置の喰史例を示し、 第８図は第７図に示せるベローズ装置に類似の溶接ベロ
ーズ装置を示す。 １０・・・関連部品又は軸、１１・・・相対的回転可能
８１品の対の１つ又はハウジング、１２・・・第１シー
ルフェース部材、１３・・・Ｏリング、１５・・・シー
ルフェース部材、１２・・・第２シールフェース部材、
１６，４０．５０．５５．６０・・・弾性ベローズ装置
、２５−２８．４１−４４・・・回旋、３６．３７・・
・冠部、３４．３５・・・谷部、４７・・・内径、４８
・・・外径、６０・・・溶接ベローズ装置。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）固定回転関係に確保されかつ弾性ベローズ装置（
    １６、４０、５０、５５、６０）により１対の相対的に
    回転可能の部品（１０、１１）の１つにシールされたシ
    ールフェース部材（１５）を有し、前記ベローズ装置（
    １６、４０、５０、５５、６０）がその１端を関連する
    部品（１０）に取付けられ他端をシールフェース部材（
    １５）に取付けられ、該シールフェース部材（１５）は
    、ベローズ装置（１６、４０、５０、５５、６０）の圧
    縮によりもう１つの部品（１１）に関連する第２のシー
    ルフェース部材（１２）にシール係合するようバイアス
    がかけられ、ベローズ装置（１６、４０、５０、５５、
    ６０）が複数条の回旋（２５−２８、４１−４４）を形
    成し、それぞれの回旋（２５−２８、４１−４４）が或
    る回旋条（２５−２８、４１−４４）上の点と次の回旋
    条上の対応する点との間における軸方向隔離を表わすピ
    ッチと回旋（２５−２８、４１−４４）の冠部（３６、
    ３７）の先端と基部との間における半径方向隔離を表わ
    す深さとを有するメカニカルフェースシールにおいて、
    より大きい応力を受けるベローズ装置（１６、４０、５
    ０、５５、６０）の一部分における回旋（２５、４１）
    がより少ない応力を受けるベローズ装置（１６、４０、
    ５０、５５、６０）の一部分における回旋（２８、４４
    ）より大きいピッチ及び若しくは小さい深さを有するこ
    とを特徴とするメカニカルフェースシール。
  2. （２）より大きな応力を受けるベローズ装置（１６、４
    ０、５０、５５、６０）の一部分における回旋（２５−
    ２８、４１−４４）のピッチ対深さの比率がより小さい
    応力を受けるベローズ装置（１６、４０、５０、５５、
    ６０）の一部分におけるピッチ対深さの比率より大きい
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項によるメカニカ
    ルフェースシール。
  3. （３）より大きい応力を受けるベローズ装置（１６、５
    ０、５５、６０）の一部分における回旋（２５−２８）
    のピッチがより小さい応力を受けるベローズ装置（１６
    、５０、５５、６０）の部分におけるよりも大きく、回
    旋（２５−２８）の深さが一定に保たれることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項又は第２項によるメカニカル
    フェースシール。
  4. （４）より大きい応力を受けるベローズ装置（４０、５
    ０、５５、６０）の一部分における回旋（４１−４４）
    の深さがより小さい応力を受けるベローズ装置（４０、
    ５０、５５、６０）の一部分におけるよりも小さく、ピ
    ッチが一定に保たれることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項又は第２項によるメカニカルフェースシール。
  5. （５）より大きい応力を受けるベローズ装置（５０、５
    ５、６０）の一部分においてピッチ対深さの比率がより
    小さい応力を受けるベローズ装置（５０、５５、６０）
    の一部分におけるより大きいように回旋のピッチと深さ
    の両者が変化されることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項又は第２項によるメカニカルフェースシール。
  6. （６）回旋（４１−４４）の深さが回旋（４１−４４）
    の内径を変えることにより変化されることを特徴とする
    特許請求の範囲第４項又は第５項によるメカニカルフェ
    ースシール。
  7. （７）回旋（４１−４４）の深さが回旋（４１−４４）
    の外径（４８）を変えることにより変化されることを特
    徴とする特許請求の範囲第４項又は第５項によるメカニ
    カルフェースシール。
  8. （８）回旋（４１−４４）の深さが回旋（４１−４４）
    の内径及び外径（４７、４８）の両者を変えることによ
    り変化されることを特徴とする特許請求の範囲第４項又
    は第５項によるメカニカルフェースシール。
  9. （９）より大きい応力を受けるベローズ装置（１６、４
    ０）の一部分よりより小さい応力を受けるベローズ装置
    （１６、４０）の一部分に向け回旋（２５−２８）のピ
    ッチが増加しかつ若しくは回旋（４１−４４）の深さが
    漸減することを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
    ８項のいづれか一つの項によるメカニカルフェースシー
    ル。
  10. （１０）シールフェース部材（１５）が弾性形成による
    ベローズ装置（１６、４０、５０、５５）により関連す
    る部品（１０）に固定されることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項から第９項のいづれか　一つの項によるメ
    カニカルフェースシール。
  11. （１１）シールフェース部材（１５）が溶接ベローズ装
    置（６０）により関連する部品（１０）に固定されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第９項のいづ
    れか一つの項によるメカニカルフェースシール。
  12. （１２）関連する部品（１０）に取付けたベローズ装置
    （１６、４０、５０、５５、６０）の端部の方に向け回
    旋（２５−２８）のピッチがより大きくかつ若しくは回
    旋の深さがより小さいことを特徴とする特許請求の範囲
    第１項から第１１項のいづれか一つの項によるメカニカ
    ルフェースシール。
  13. （１３）シールフェース部材（１５）が取付けられるベ
    ローズ装置（５５、６０）の端部の方に向け回旋（２５
    −２８）のピッチがより大きくかつ若しくは回旋（４１
    −４４）の深さがより小さいことを特徴とする特許請求
    の範囲第１項から第１２項のいづれか一つの項によるメ
    カニカルフェースシール。
JP2106696A 1989-04-24 1990-04-24 メカニカルフェースシール Pending JPH02296077A (ja)

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