JPH05187559A - 機械的面密封部材 - Google Patents

機械的面密封部材

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JPH05187559A
JPH05187559A JP4197086A JP19708692A JPH05187559A JP H05187559 A JPH05187559 A JP H05187559A JP 4197086 A JP4197086 A JP 4197086A JP 19708692 A JP19708692 A JP 19708692A JP H05187559 A JPH05187559 A JP H05187559A
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JP
Japan
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sealing member
bellows unit
face
mechanical
mechanical face
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Pending
Application number
JP4197086A
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English (en)
Inventor
Christopher J Fone
ジョン フォン クリストファー
James Gilbert
ギルバート ジェームス
Paul Martin
マーチン ポール
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John Crane UK Ltd
Original Assignee
John Crane UK Ltd
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/18—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings

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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)
  • Sealing Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的密封部材で、軸線方向に移動し得る面
密封部材と、関連部材との間を二次的に密封し、かつ面
密封部材を密封的に係合せしめると共に、１０バール程
度の差圧に耐え得るじゃばらユニットを有する機械的面
密封部材を提供する。 【構成】 この機械的面密封部材はハウジング（１３）
に対して回転しないように、かつ軸線方向に移動しない
ように密封的に装架された第１面密封部材（１０）と、
弾性じゃばらユニット（２５）によって軸（２０）に対
して装架された第２面密封部材（２１）とを有し、前記
じゃばらユニット（２５）が軸線方向に圧縮されて、第
２面密封部材（２１）を第１面密封部材（１０）と密封
的に係合させるようになっており、弾性じゃばらユニッ
ト（２５）が補強繊維を包埋した弾性組成によって形成
され、該補強繊維はじゃばらユニット（２５）の軸線方
向に配向される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は機械的面密封部材に関
し、特に弾性じゃばらユニットが一つの密封面部材と、
その関連部材との間を二次的に密封するようになった機
械的面密封部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】相対的に回転し得る１対の部材の間を密
封する機械的面密封部材においては、一つの面密封部材
が一つの部材に対し、軸線方向には移動しないように、
かつ回転し得るように密封的に装架され、一方他の面密
封部材は他の部材に対して回転しないように、かつその
軸線方向に移動し得るように密封的に装架される。軸線
方向に移動し得る面密封部材は、軸線方向に移動しない
面密封部材と係合するように偏倚せしめられ、その係合
面の間を密封するようになっている。
【０００３】軸線方向に移動し得る面密封部材をその関
連部材に対して密封する一つの方法は、弾性じゃばらユ
ニットを使用し、その一端が面密封部材と密封的に係合
し、かつ他端が関連部材と密封的に係合するようになす
ことである。じゃばらユニットは面密封部材の軸線方向
運動に適合するように、軸線方向に圧縮し、かつ伸長し
得るようにされる。
【０００４】在来においてはこの構造によって、十分な
軸線方向追従運動を得るためには、じゃばらユニットの
軸線方向の弾性エネルギーが小さく、面密封部材を密封
的に係合させるように偏倚させるには、たとえばＧＢ
５９３，４１３およびＧＢ６４７，５８７に記載されて
いるように関連保持リングを有する別個のばね装置の使
用が必要であった。
【０００５】他の型の密封部材、例えばＧＢ ２，０１
９，９５６Ａにおいては軸線方向に移動し得る面密封部
材と、関連部材との間を密封するには弾性ブッシュが使
用され、このブッシュを圧縮することによって軸線方向
の負荷を発生せしめ、面密封部材を密封的に係合させ
る。しかしながらこのようなブッシュによって得られる
追従性は低く、作業範囲を越える軸線方向負荷は相当大
となる。
【０００６】ＥＰ ０，２２６，８４５Ａには独立のば
ね装置を使用しない弾性じゃばら密封部材が記載されて
いる。この密封部材のじゃばらユニットは、それぞれ軸
および面密封部材と密封的に係合する端部を備えた非補
強ゴムによって形成されている。比較的薄い非支持中間
部分が配置され、じゃばらユニットがその作動長さにあ
る時に屈従し、面密封部材をシートと係合させる軸線方
向負荷を加えるようにされている。じゃばらユニットを
このように設計すれば、差圧が生じた時に、この圧力は
すでに大きな応力を受けているその中間部分を通ってじ
ゃばらユニットに作用し、この区画にさらに応力を加
え、差圧が比較的低い時においても、じゃばらユニット
が過大な応力を受けて裂開する惧れがある。したがって
このような構造のじゃばら密封部材の使用は２バール程
度の低い圧力差に制限される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明はじゃばらユニ
ットを有する機械的面密封部材で、該じゃばらユニット
が軸線方向に移動し得る面密封部材と、関連部材との間
を二次的に密封し、かつ該面密封部材を密封的に係合さ
せる軸線方向負荷を加え、１０バール程度の圧力差に耐
え得る機械的面密封部材を提供することである。
【０００８】
【問題を解決するための手段】本発明の一つの特色によ
れば、相対的に回転し得る１対の部材の間を密封する機
械的面密封部材は、一つの部材に対し回転しないよう
に、かつ軸線方向に移動しないように、密封的に装架さ
れた第１面密封部材と、他の部材に対して回転しないよ
うに、かつ軸線方向には移動し得るように装架された第
２面密封部材とを有し、前記第２面密封部材が前記他の
部材に対して密封され、かつ弾性じゃばらユニットによ
って第１面密封部材と密封的に係合するように軸線方向
に駆動され、前記弾性じゃばらユニットが補強繊維を包
埋した弾性組成によって形成され、該補強繊維がなるべ
くはじゃばらユニットの軸線方向に配向され、このじゃ
ばらユニットがその作動長さにある時は軸線方向に圧縮
されるようになっている。
【０００９】弾性じゃばらユニットの繊維補強は、適当
な可撓性を維持する限りはじゃばらユニットの強度およ
び剛性を増加させる。補強繊維は適当なものとなすこと
ができるが、じゃばらユニットの成形時に受ける温度、
典型的には１５０℃から１８０℃までの温度に耐え得る
ものとすべきである。適当な材料としては、木綿および
ファイバーグラスがあるが、より強い材料、たとえばア
ラミッドまたは炭素繊維が好んで使用される。弾性組成
は１容積％から１５容積％までの、なるべくは２容積％
から７容積％までの補強繊維を含むものとなすことがで
きる。繊維長さは０．１mmから２５mmまで、なるべくは
０．１mmから６mmまでのものとされる。じゃばらユニッ
トは適当な天然または合成ゴム組成によって形成される
が、ニトリルまたはエチレン プロピレンゴムが好んで
使用される。
【００１０】じゃばらユニットはトランスファーまたは
射出成形技術によって形成され、この時は補強繊維を含
むゴム組成が型の中に軸線方向に押出され、繊維が所要
の方向に整合するようにされる。
【００１１】本発明において使用されるじゃばらユニッ
トはそれぞれ面密封部材および関連部材と係合するため
の端部を有している。これら端部は軸線方向に圧縮し得
る回旋状区画によって相互に連結される。この回旋状区
画はなるべくは前記端部に連結された、実質的に軸線方
向に延びる１対の部分を有し、該軸線方向延出部分はこ
れら二つの部分に対して鋭角をなすように配設された半
径方向延出部分により、相互に連結されている。回旋状
区画の半径方向延出部分および各軸線方向延出部分の間
の角度は、なるべくは５０°から７０°までとされ、特
に半径方向間隙が制限される個所、たとえば密封部材が
ＩＳＯ ３０３９に示されているようなスタッフィング
ボックス内に位置している場合には、前記角度に丸みが
付される。半径方向間隙を大となし得る時はさらに大き
な角度を使用することができる。
【００１２】回旋状区画がその作動長さにある時は、こ
の回旋状区画は実質的に閉じるように圧縮される。
【００１３】じゃばらユニットの端部の周囲に締着装置
を設け、これら端部を圧縮して面密封部材および関連部
材と係合させるようになすことができる。面密封部材は
炭素または焼結したセラミック材料によって成形するこ
とができる。じゃばらユニットと係合する面の許容誤差
を小さくするための機械加工を避けるために、面密封部
材と係合するじゃばらユニットの端部に波形を形成し、
追従性が生じるようになすことができる。
【００１４】
【実施例】次に添付図面によって本発明の実施例を説明
する。図１に示される如く、環状面密封部材またはシー
ト１０はハウジング１３内の凹所１２内に位置し、弾性
カップ１１がこれらの間に配設され、密封部材を形成す
るようになっている。シート１０および弾性カップ１１
は凹所１２内に圧入され、ハウジング１３に対して半径
方向および軸線方向に固定されるようになっている。
【００１５】密封部材１０はハウジング１３に対して回
転し得る軸２０を囲繞している。第２面密封部材２１は
軸２０上に装架され、かつこの面密封部材２１はじゃば
らユニット２５の一端２６に装着され、じゃばらユニッ
ト２５の他端２７は軸２０に装着されている。
【００１６】図２に示されたじゃばらユニット２５は、
長さが０．１mmから２５mmまでのアラミド補強繊維を、
３．４容積％含むニトリルゴムによって成形され、繊維
の少なくとも５０％が０．２mmから２mmの長さを有する
ようにされている。じゃばらユニット２５はトランスフ
ァー成形技術により成形され、この時繊維によって補強
されたゴム組成を型の中に軸線方向に押出し、繊維を整
合して型の軸線方向に配向させるようになっている。次
にゴム組成を１６５℃において硬化させる。
【００１７】じゃばらユニット２５は端部２７に縮径管
状部分３０を有し、該管状部分３０の内径は軸２０に締
まりばめされている。管状部分３０の外径には金属また
はプラスチック締着リング３２に対する円周凹所３１が
設けられ、該締着リングはゴム組成を軸２０に対して圧
縮し、この軸２０とじゃばらユニット２５との間でトル
クを伝達するようになっている。管状部分３０は半径方
向丸み付き部分３３および勾配部分３４を有し、軸２０
の挿入を容易にするようになっている。
【００１８】じゃばらユニット２５の反対端部２６は直
径の大なるソケット部分３５を画定し、面密封部材２１
の外径と係合するようになっている。ソケット部分３５
は半径方向に延びる肩部分３６を有し、該肩部分は面密
封部材２１をじゃばらユニット２５に対して軸線方向に
位置決めする。ソケット部分３５の内径３７には可撓性
が生じるようにリブ３８が設けられ、面密封部材２１の
係合面の公差が小さくなるように機械加工されていない
場合においても、この面密封部材２１によって密封が行
われるようにされている。ソケット部分３５の外径には
金属またはプラスチック締着リング４０に対する円周溝
３９が形成されている。
【００１９】じゃばらユニット２５の管状部分３０およ
びソケット部分３５は“Ｚ”区画の回旋状部分４５によ
って連結されている。回旋状部分４５は半径方向延出部
分４８によって連結された、１対の軸線方向に延出部分
４６，４７を有している。中間部分４８は各軸線方向延
出部分４６，４７に対して６０°の角度をなすように配
設され、かつこの時画定される円頂部４９，５０はその
内面および外面に丸みが伏されている。
【００２０】図１に示される如く、密封部材が組立てら
れ、かつじゃばらユニット２５がその作動長さにある時
は回旋状部分４５が圧縮され、部分４６，４８および部
分４８，４７の間の回旋状部分は実質的に閉じられる。
この位置においては円頂部４９は面密封部材２１の後面
５１に衝当し、面密封部材２１およびじゃばらユニット
２５の支持を助けると共に、その位置を保持し、該面密
封部材２１をシート１０と密封的に係合させる。じゃば
らユニット２５の補強繊維はその強度を増加せしめると
共に、適当な可撓性を維持し、別のばね装置の力による
ことなく、密封部材の作動期間中十分な負荷を維持し得
るようにする。なお補強繊維は密封部材を横切る圧力差
に対するじゃばらユニットの性能を改善する。この性能
改善はさらに実質的に閉鎖される回旋状部分によって高
められ、該回旋状部分はたとえば１０バール程度の高い
圧力差に曝された時に、相互に効果的に補強し合う。さ
らに前述の密封部材は他の型のじゃばら密封部材に比し
て軸線方向に密実である。
【００２１】シート１０の面５３と係合する密封面を画
定する面密封部材２１の端部は大きな内径を有し、一方
反対端５１の直径は軸２０に堅く隙間ばめされている。
したがって面密封部材２１は軸２０と同心的に位置し、
その軸線方向に自由に移動することができる。これは面
密封部材２１を半径方向に安定させるが、このようにせ
ずに、可撓性じゃばらユニット２５だけで支持されてい
る時には、半径方向に自由に振動し、設計圧力における
作動に対して重要な問題を提起する。
【００２２】図３に示された実施例においては、シート
１０は保持リング６０内に位置し、かつ弾性カップ１１
により該リングに対して密封されている。保持リング６
０は軸２０にプレスばめされ、該軸に対し回転しないよ
うにされると共に、その上の肩６１に衝当することによ
って軸２の軸線方向に位置決めされるようになってい
る。
【００２３】じゃばらユニット２５および面密封部材２
１は、ハウジング１３の凹所６６内にプレスばめされた
保持リング６５の中に位置し、じゃばらユニット２５は
この保持リング６５の内方円筒壁６７と密封的に係合す
る。密封面５２から遠い方の端部における面密封部材２
１の内径は、リング６５の内壁６７に堅く隙間ばめさ
れ、半径方向安定性が得られるようになっている。
【００２４】密封部材のこの実施例は図１および２によ
って説明したものと同じ態様で作動するが、軸線方向に
移動し得る面密封部材２１は回転が阻止され、かつシー
ト１０が軸２０と回転するようにされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による密封部材の作動長さにある時の、
断面で示した側面図。
【図２】図１に示された密封部材に使用されるじゃばら
ユニットの、非圧縮状態における、断面で示した側面
図。
【図３】本発明による密封部材の変型の、断面で示した
側面図。
【符号の説明】
１０ 第１面密封部材 １３ ハウジング ２０ 軸 ２１ 第２面密封部材 ２５ じゃばらユニット ３０ 管状部分 ３５ ソケット ３７ 内径 ３８ リブ ４５ 回旋状部分 ４６，４７ 軸線方向延出部分 ４８ 半径方向延出部分 ４９，５０ 円頂部 ５１ 後面 ６０ 保持リング ６５ 保持リング
フロントページの続き (72)発明者 ポール マーチン イギリス国エスエル１ ６エルジー バー クシャー，スロウ，ラマス ロード ３

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相対的に回転し得る１対の部材（１３，
    ２０）の間を密封する機械的面密封部材で、一つの部材
    （１３；２０）に対し回転しないように、かつ軸線方向
    に移動し得ないように、密封的に装架された第１面密封
    部材（１０）と、他の部材（２０，１３）に対し回転し
    ないように、かつ軸線方向には移動し得るように装架さ
    れた第２面密封部材（２１）とを有し、前記第２面密封
    部材（２１）が前記他の部材（２０；１３）に対して密
    封され、かつ弾性じゃばらユニット（２５）によって第
    １密封部材（１０）と密封的に係合するように軸線方向
    に駆動される面密封部材において、弾性じゃばらユニッ
    ト（２５）が補強繊維を包埋した弾性組成によって形成
    され、該補強繊維がじゃばらユニット（２５）の軸線方
    向に配向され、このじゃばらユニット（２５）がその作
    動長さにある時に軸線方向に圧縮されるようになってい
    ることを特徴とする機械的面密封部材。
  2. 【請求項２】 じゃばらユニット（２５）が１対の端部
    （３０，３５）を有し、一つの端部（３５）が第２面密
    封部材（２１）と密封的に係合し、かつ他の端部（３
    ０）が関連部材（２０）と密封的に係合し、これら端部
    （３０，３５）が軸線方向に圧縮し得る回旋状区画（４
    ５）によって相互に連結され、該回旋状区画が半径方向
    延出部分（４８）によって相互に連結された、実質的に
    軸線方向に延びる１対の部分（４６，４７）を有してい
    る請求項１記載の機械的面密封部材。
  3. 【請求項３】 回旋状区画（４５）の実質的に軸線方向
    に延びる部分（４６，４７）が半径方向延出部分（４
    ８）によって相互に連結され、該半径方向延出部分（４
    ８）が軸線方向延出部分（４６，４７）に対して鋭角を
    なすように配設されている請求項２記載の機械的面密封
    部材。
  4. 【請求項４】 半径方向延出部分（４８）が軸線方向延
    出部分（４６，４７）に対して５０°から７０°までの
    角度で傾斜している請求項３記載の機械的面密封部材。
  5. 【請求項５】 軸線方向延出部分（４６，４７）と、半
    径方向延出部分（４８）との間に形成された円頂部（４
    ９，５０）が、その内面および外面に丸みを有している
    請求項３または４記載の機械的面密封部材。
  6. 【請求項６】 回旋状区画（４５）が圧縮され、じゃば
    らユニット（２５）が作動長さにある時に該回旋状部分
    が実質的に閉じられるようになっている請求項２から５
    までの何れか一つに記載の機械的面密封部材。
  7. 【請求項７】 一つの回旋状部分の円頂部（４９）が、
    じゃばらユニット（２５）がその作動長さにある時に、
    第２面密封部材（２１）の後面（５１）に衝当する請求
    項６記載の機械的面密封部材。
  8. 【請求項８】 じゃばらユニット（２５）が一端（２
    ７）に管状部分（３０）を画定し、関連部材（２０；１
    ３）の円筒面の周囲と係合し、他端（２６）に近接して
    ソケット部分（３５）が画定され、第２面密封部材（２
    １）の外方円筒面と係合するようになっている前記請求
    項の何れか一つに記載の機械的面密封部材。
  9. 【請求項９】 ソケット部分（３５）がその内径（３
    ７）に１連の円周リブ（３８）を有し、該リブ（３８）
    が第２面密封部材（２１）と密封部材を形成するように
    圧縮される請求項８記載の機械的面密封部材。
  10. 【請求項１０】 じゃばらユニット（２５）が天然また
    は合成ゴム組成によって形成される前記請求項の何れか
    一つに記載の機械的面密封部材。
  11. 【請求項１１】 じゃばらユニット（２５）がニトリル
    またはエチレン プロピレンゴム組成によって形成され
    る請求項１０記載の機械的面密封部材。
  12. 【請求項１２】 補強繊維が１５０℃以上の温度に耐え
    得る前記請求項の何れか一つに記載の機械的面密封部
    材。
  13. 【請求項１３】 補強繊維がアラミッドまたはカーボン
    繊維である請求項１２記載の機械的面密封部材。
  14. 【請求項１４】 じゃばらユニット（２５）が１容積％
    から１５容積％までの補強繊維を含む組成によって形成
    される前記請求項の何れか一つに記載の機械的面密封部
    材。
  15. 【請求項１５】 じゃばらユニット（２５）が２容積％
    から７容積％までの補強繊維を含む組成から形成される
    請求項１４記載の機械的面密封部材。
  16. 【請求項１６】 補強繊維が０．１mmから２５mmまでの
    長さを有している前記請求項の何れか一つに記載の機械
    的面密封部材。
  17. 【請求項１７】 補強繊維がなるべくは０．１mmから６
    mmまでの長さを有している請求項１６記載の機械的面密
    封部材。
  18. 【請求項１８】 じゃばらユニット（２５）が、繊維に
    よって補強された弾性組成を型の軸線方向に押出す成形
    技術によって形成される前記請求項の何れか一つに記載
    の機械的面密封部材。
  19. 【請求項１９】 じゃばらユニット（２５）がトランス
    ファーまたは射出成形技術によって形成される請求項１
    ８項記載の機械的面密封部材。
  20. 【請求項２０】 第１面密封部材（１０）がハウジング
    上に装架され、かつ第２面密封部材（２１）が軸（２
    ０）に対し、じゃばらユニット（２５）によって該軸と
    共に回転するように装架される前記請求項の何れか一つ
    に記載の機械的面密封部材。
  21. 【請求項２１】 第１面密封部材（１０）が軸（２０）
    と共に回転するように装架され、かつ第２面密封部材
    （２１）がじゃばらユニット（２５）によりハウジング
    （１３）に対して回転するように装架されている請求項
    １から１９までの何れか一つに記載の機械的面密封部
    材。
  22. 【請求項２２】 第１および第２面密封部材（１０，２
    １）がそれぞれ軸（２０）およびハウジング（１３）に
    プレスばめされた保持リング（６０，６５）により該軸
    （２０）およびハウジング（１３）に対して装架されて
    いる請求項２１記載の機械的面密封部材。
JP4197086A 1991-07-24 1992-07-23 機械的面密封部材 Pending JPH05187559A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB91159913 1991-07-24
GB919115991A GB9115991D0 (en) 1991-07-24 1991-07-24 Mechanical face seals

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JPH05187559A true JPH05187559A (ja) 1993-07-27

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ID=10698906

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4197086A Pending JPH05187559A (ja) 1991-07-24 1992-07-23 機械的面密封部材

Country Status (13)

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US (1) US5332235A (ja)
EP (1) EP0525410B1 (ja)
JP (1) JPH05187559A (ja)
KR (1) KR930002717A (ja)
AT (1) ATE128758T1 (ja)
AU (1) AU646747B2 (ja)
BR (1) BR9202772A (ja)
CA (1) CA2072924A1 (ja)
DE (1) DE69205236T2 (ja)
GB (2) GB9115991D0 (ja)
IE (1) IE922138A1 (ja)
MX (1) MX9204319A (ja)
ZA (1) ZA925309B (ja)

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