JPH0610510B2 - 機械面シール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、機械面シール装置に関する。

［従来の技術］ 機械面シール装置は、これまでも、例えば軸とハウジン
グとのような相対的に回転可能な構成要素の間をシール
するために用いられている。そして、一方のシール用エ
レメント即ち座が一方の構成要素例えばハウジングに対
して軸方向に固定されている。第２のシール用エレメン
ト即ちシール面部材が、軸方向に移動可能に且つ第２の
シール用エレメトンの方へ押しつけられるようにもう他
方の構成要素例えば軸に関して設けられ、その結果、座
とシール面部材との向き合った面は液が漏れない状態で
相互に係合する。

該シール面部材が他方の構成要素例えば軸に関して軸方
向に移動可能であるためには、該シール面部材と該他方
の構成要素例えば軸との間に二次的なシール手段が必要
である。

また、シール面部材を押しつけて座とシール係合させる
ためには該シール面部材に軸方向の負荷を加えることが
必要であり、これは、1)独立したスプリング手段によっ
て達成するこもできるし、或いは、2)前記二次的シール
手段をこの目的のために用いることによっても達成でき
る。

［発明が解決しようとする課題］ この型のシール装置の実効性は、該シール面に加えられ
る負荷と、シール面の間に形成されてその負荷を支える
潤滑液の薄膜とがうまくコントロールされてよくバラン
スがとれているかどうかに依存するものである。もし負
荷が大き過ぎると、座とシール面部材とは、早く摩耗す
るであろうし、もし小さ過ぎると、座は液もれする。

二次的なシール手段と軸方向に負荷をかける機能とは、
独立した手段によって達成される。例えば、二次的なシ
ール手段は、弾力性のあるＯ−リングの形であってもよ
いし、あるいは、該シール面部材とそれに関している構
成要素例えば軸との間に挿入されて該シール面部材と一
緒に移動するシール用くさびであってもよい。あるい
は、二次的なシール手段は、相対的な移動が可能で液の
漏らないおおいを形成するように、シール面部材とそれ
と連係している構成要素例えば軸との間のつなぐ可撓性
のダイヤフラムあるいはベローズユニットとしても構成
することができる。軸方向の負荷は１以上の圧縮ばねに
よって加えられてもよい。この形の構造にすると、シー
ル面に必要な負荷を加えるためにスプリング手段とマッ
チさせることに何の問題もない。

しかしながら、本発明は、例えば弾力性のあるブシュあ
るいは弾力性のあるベローズユニットのような単一の構
成要素によって二次的なシール手段とスプリング手段と
が形成された前記2)の形のシール装置に関する。この形
の構造では、二次的なシール／スプリング手段の特性
は、該手段に加えられる圧力差に対抗するのに必要な強
さと該シール面の間の必要な負荷をかけるのに要するス
プリング率(spring rate)との調和の結果でなければな
らない。従ってこの形のシール装置にすると、シール面
部材にかかる軸方向の負荷は、液圧がシール面の間に適
当な潤滑膜を形成するのに不充分なとき、特に始動状態
においては、大き過ぎる可能性がある。

短期の過負荷の状態は、座及びシール面部材に摩擦の小
さい材料を使うことによって軽減される、しかしなが
ら、そのような材料、例えばカーボンは、例えば耐火材
のようなシール用エレメントをつくるのに用いられるこ
とのできる他の材料に比べて普通は比較的強度が弱く、
又、すべてのものに応用するのに適するというわけでは
ない。

過負荷に対するシール装置の影響は、またシール面を広
くすることも小さくすることができる。しかし、もしシ
ール面が広すぎると過熱の問題が生じる。過熱は、潤滑
膜の熱によるゆがみと分裂とを起こすことがある。これ
を解消するために、シール面部材を部分的に切りとって
潤滑液の浸透と膜の形成とを促進させることが試みられ
てきた。しかし、そのように設計すると、良好に潤滑さ
れ遮断されているシール面部材の領域に面負荷が加えら
れて連続したシールに隙間を生じさせてシール装置に漏
れを生じさせる可能性のあるたわみ、ゆがみ、摩耗を引
き起こす傾向がある。また、特に径の大きい軸用のシー
ル装置などでは、シール用エレメントは差のある圧力が
加わったときにゆがむことができるように設計されてお
り、その結果所定の接触及び潤滑をする液膜のパターン
を確保する。残念ながら、必要なゆがみを達成するため
にはシール面の広さは制限されなければならず、その結
果面負荷が相対的に高く過負荷に影響される。さらに、
この型のシール装置は、面負荷が大きいときにシール面
の間に浸透して液膜を形成することのできないという理
由で、いくつかの潤滑液を使うには適していない。

［課題を解決するための手段］ 本発明の機械面シール装置は、相対的に回転可能な１対
の構成要素の間に液の漏れないシール装置をつくるため
の機械面シール装置であって、構成要素の一方と連合し
ており該構成要素に対して軸方向に固定されている第１
のシール用エレメント、他方の構成要素と連合していて
該構成要素に対して軸方向に移動可能な第２のシール用
エレメント、連合している構成要素に関して第二のシー
ル用エレメントをシールしそれに軸方向の負荷をかけて
該第１のシール用エレメントとシール係合させるための
手段、及び、該第１及び第２のシール用エレメントに加
えられた負荷を部分的に軽減するために第１及び第２の
シール用エレメントと平行に配置されているスラスト軸
受、とよりなる。

上記の装置では、スラスト軸受は、面の負荷を軽減し、
従って過負荷に対するシール装置の影響を軽減する。ま
た、シール用エレメントがスラスト軸受とは独立してい
るので、シール面は、従来の設計におけるような不利点
なしに、ゆがんで所望の接触及び潤滑をする潤滑液の液
膜のパターンを形成するように構成することができる。

［実施例］ 実施例を示した図を参照して本発明を説明する。

第１図に示したシール装置は、軸10がハウジング11の壁
を貫通しているところを液密にシールするために該軸10
とハウジング11との間に設けられている。環状の座12が
一連の環状に間隔をとったボルト13によってハウジング
11に固着されており、軸10がハウジング11を貫通するよ
うに座は軸10の回りを取り巻いている。

ゴムのブシュ15が軸10の回りにとりつけられていて、打
ち込みクランプ16によって軸10に締着されている。クラ
ンプ16は２つ割りにつくられていて、一対のボルトによ
って軸10とブシュ15の端の回りを一緒に締めつけてい
る。環状のシール面部材17が、ゴムのブシュ15の自由端
に取りつけられている。座12とシール面部材17の向き合
った面がシール係合しているときに、ゴムのブシュ15が
軸方向に圧縮されてシール面部材17に軸方向の負荷をか
けるように、ゴムのブシュ15は、座12から軸方向に離れ
た位置で軸に締着されている。

ゴムのブシュ15の自由端は、軸10から半径方向に離れる
ように中央部に穴が形成されている。弾力性の軸受リン
グ18が、ブシュ15の自由端のシール面部材17と同軸に取
付けられ、該軸受リング18の差し込み部19は、ブシュ15
の自由端の内側肩部に係合している。

軸受リング18の面20には、軸受リング18の外周より幾分
か内側に偏よらせて、座12と係合する等高の複数の突起
端部20'が設けられている。軸受リング18の突起端部20'
は、弾圧されない状態ではその先端がシール面部材17の
先端面よりもわずかに前方即ち座12の方へ伸びるような
寸法、換言すれば、先ず突起部20'が座12と係合してブ
ッシュ15を圧縮し、次いでシール面部材17が座12と係合
するような寸法にしてある。従って、軸受リング18と当
接しているブシュ15の部分は、シール面部材17が当接し
ているブシュ15の部分よりも強く圧縮され、その結果、
軸受リング18は、シール面部材17よりも座12の方に弾圧
されている。リング18は、従って、ブシュ15によって加
えられる負荷の一部を支えるようにつくられている。リ
ング18によって支えられる負荷の割合は、ブシュ15の圧
縮の程度に応じて変化することができる。

リング18は、シール面部材17よりも半径方向内側に離れ
ており、また、突起20'は、リング18の外周より幾分内
側に偏よって設けられているので、突起部20'の外縁と
リング18との間には段部状の凹み21が形成されている。
従って、リング18は、シール面部材17のゆがみやねじれ
を邪魔することはないであろう。従って、シール面部材
17は、シール装置にかかっている圧力差に応答してゆが
んだねじれたりするように構成されることができる。そ
の結果、シール面部材17と座12との間の液膜は、随時、
状況に適合するように調節されることができる。

座12と係合するリング18の面20上の突起部20'は、液を
シール面部材17の回りに循環させ、その結果、液膜がシ
ール面部材17のシール面と座12との間に形成されること
ができ、シール面を冷やすことができる。また、突起部
20'は、リング18の面20の潤滑を助長する。

突起部20'には、第３図に示すように、それらの表面の
潤滑をさらに改善するために、それらの摩擦面に中央部
が高い勾配または丸味をつけてもよい。突起20'と座12
との間の潤滑液膜の形成を促進するために、他の手段例
えば溝を突起部20'に設けてもよい。

第４図に示した実施態様では、シール面部材17は、キャ
リヤーリング25に取りつけられている。キャリヤーリン
グ25は、例えばキャリヤーリング25と軸10との間を液の
漏れないように係合しまたシール面部材17を軸方向に押
しつけて座12とシール係合させる可撓性で弾力性のある
金属のベローズ26によって軸10に取り付けられている。
キャリヤーリング25には、座12側に面して周方向に複数
の凹み29が設けられており、玉あるいはローラスラスト
軸受装置27が、座12とキャリヤーリング25との間に且
つ、該凹み29の中に装備した複数の圧縮ばね28上に弾力
的に装置されている。スラスト軸受装置27は、第１図に
示した実施態様における軸受リング18と同じように、シ
ール面部材17が当接しているブシュ15の部分より強く圧
縮されるように圧縮ばね28によって弾圧されており、従
ってシール面部材17と座12の間の面負荷を軽減するよう
に作用するであろう。上記の実施態様における圧縮ばね
28の代わりに、圧をかけたゴムのインサートをキャリヤ
ーリング25とスラスト軸受装置27との間に置いてもよ
い。

本発明は、その基本概念を逸脱することなしに多くの態
様をとることができる。例えば、上記の実施態様におい
ては、スラスト軸受はシール面部材の内部に置かれてき
た。その結果、シールされた液をシール面とスラスト軸
受との両方を潤滑し冷却するために用いることができ
る。しかし、スラスト軸受はシール面部材の外部に置く
ことができ、その場合には、例えばシールされた液はシ
ール面部材の外部にあるか別の液源をスラスト部材の潤
滑と冷却のために設ける。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の機械的面シール装置の一実施態様の部
分断面図、第２図は第１図におけるII−II線断面図、第
３図は第１図の態様におけるスラスト軸受の別の態様の
部分側面図、第４図は本発明の機械面シール装置の第１
図の実施態様とは別の実施態様の部分断面図。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対的に回転可能な一対の構成要素（10、
   11）の間に液の漏れないシール装置をつくるための機械
   面シール装置において、第１のシール用エレメント(12)
   が、該構成要素の一方(11)に対して軸方向に固定されて
   おり、第２のシール用エレメント(17)が、他方の構成要
   素である回転軸(10)に対して軸方向に移動可能であり、
   該回転軸(10)には、第２のシール用エレメント(17)に軸
   方向の負荷をかけて第１のシール用エレメント(12)とシ
   ール係合させるための二次的シール手段(15;25)が設け
   てあり、及び、該二次的シール手段(15;25)には、第１
   及び第２のシール用エレメント(12;17)に加えられた負
   荷を部分的に軽減するために、第１及び第２のシール用
   エレメント(12;17)と平行にスラスト軸受(18;27)が配置
   されていることを特徴とする機械面シール装置。
2. 【請求項２】第２のシール用エレメント(17)を軸方向に
   負荷をかけて第１のシール用エレメント(12)とシール係
   合させるための前記二次的シール手段(15;25)が、弾力
   性のあるブシュ(15)であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の機械面シール装置。
3. 【請求項３】前記スラスト軸受が、リング(18)であり、
   該リング(18)は、ブシュ(15)の一端に第２のシール用エ
   レメント(17)と同軸にとりつけられ、且つ第２のシール
   用エレメント(17)から半径方向に離れているが第１のシ
   ール用エレメント(12)のシール面とは軸方向に向き合っ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   機械面シール装置。
4. 【請求項４】第１のシール用エレメント(12)のシール面
   と向きあっている前記リング(18)の面(20)には、潤滑薄
   膜の形成を助長するための等高の複数の突起部(20')が
   隔設されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載の機械面シール装置。
5. 【請求項５】前記突起部(20')の表面に中央部が高くな
   った勾配がついていることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項に記載の機械面シール装置。
6. 【請求項６】前記二次的シール手段(25)が、弾力のある
   ベローズ(26)と一体形成のキャリヤーリング(25)であ
   り、該ベローズ(26)は、キャリヤーリング(25)と回転軸
   (10)との間をつないでおり、該キャリヤーリング(25)に
   は第２のシール用エレメント(17)と同軸にスラスト軸受
   (27)が設けてあり、且つスプリング手段(28)が、スラス
   ト軸受(27)とキャリヤーリング(25)との間に挿入されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の機
   械面シール装置。
7. 【請求項７】スプリング手段(28)が、１以上の圧縮ばね
   (28)よりなることを特徴とする特許請求の範囲第６項に
   記載の機械面シール装置。
8. 【請求項８】スプリング手段(28)が、弾力性のあるイン
   サートよりなることを特徴とする特許請求の範囲第６項
   に記載の機械面シール装置。
9. 【請求項９】前記スラスト軸受(27)が、ボールベアリン
   グあるいはローラベアリング(27)の形態であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１〜３、６〜８項のいずれか
   に記載の機械面シール装置。