JPH07198044A - 割りメカニカルシールのための固定及び心合装置 - Google Patents
割りメカニカルシールのための固定及び心合装置Info
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- JPH07198044A JPH07198044A JP6332384A JP33238494A JPH07198044A JP H07198044 A JPH07198044 A JP H07198044A JP 6332384 A JP6332384 A JP 6332384A JP 33238494 A JP33238494 A JP 33238494A JP H07198044 A JPH07198044 A JP H07198044A
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Abstract
る割りメカニカルシールを提供すること。 【構成】 チャンバーを画定する内表面を有し、調心ス
トラップを挿通するための、該チャンバーに開口した貫
通孔を有する少くとも2つの円弧状のグランドセグメン
トと、該チャンバー内で前記軸の周りに同心的に配置さ
れ、該グランドセグメントから半径方向内方に離隔され
た少くとも2つの円弧状のホルダセグメントと、から成
り、前記調心ストラップは、前記ホルダセグメントを前
記グランドセグメントの内表面から全円周に亙って均一
に離隔させ、それによって前記軸を前記チャンバー内に
心合させることを特徴とする割りメカニカルシール。
Description
械的密封装置)に関し、特に、いろいろな異なる作動条
件下で強力な密封能力を発揮する万能割りメカニカルシ
ール(以下、単に「シール」とも称する)に関する。こ
こで、「シール」とは、「密封装置」又は「密封部材」
を意味するばかりでなく、「密封状態」をも意味するも
のとする。
ルシールは、圧密及び流体密シールを設定するために広
範囲の機械的装置に使用されている。「弾性装着面」と
は、弾性的に取り付けられる面のことであり、「面」又
は「シール面」とは、作用面即ち密封面のことをいう。
「圧密シール」とは、圧力を密封するシールという意味
であり、「流体密シール」とは、流体(気体及び液体)
を密封するシールという意味である。メカニカルシール
は、通常、静止ハウジング内に取り付けられてハウジン
グから突出している回転軸の周りに装着される。シール
は、通常、軸出口(ハウジングから軸が突出している部
位)のところでハウジングにボルト止めされ、高圧プロ
セス流体がハウジングから漏失されるのを防止する。
封すべき軸の周りに同心的に配設され互いに軸方向に離
隔された1対のシールリングを有する面型メカニカルシ
ールがある。各シールリング(以下、単に「リング」と
も称する)は、互いに密封接触するように付勢されるシ
ール面を有しており、通常は、一方のシールリングは、
静止(固定)リングであり、他方のリングは軸に接触し
て軸と共に回転する回転リングである。メカニカルシー
ルは、そのシールリングのシール面を互いに密封接触さ
せることによって高圧プロセス流体が外部環境へ漏出す
るのを防止する。回転シールリングは、通常、グランド
組立体によって画定されるチャンバー内に配設されたホ
ルダ組立体内に装着される。ホルダ組立体は、多数のね
じによって締め合わされた1対のホルダ半分体(ホルダ
セグメント)から成り、同様に、グランド組立体は、多
数のねじによって締め合わされた1対のグランド半分体
(グランドセグメント)から成る。各シールリングは、
各々1対のシール面を有する2個又は複数個のセグメン
トに分割された、いわゆる割りリングとされることが多
く、割りリングは、軸の一端を解放する必要なしに軸の
周りに装着することができる。
ル面の1つには、シールガスケットを装着するためのガ
スケット溝が形成されている。ガスケットを溝内に装着
し、半分体をねじによって締め合わせると、ガスケット
がホルダ半分体又はグランド半分体の対向するシール面
に緊密に面接触した状態に密着される。この面接触が、
ホルダ半分体と半分体及びグランド半分体と半分体の間
に圧密及び流体密シールを設定する。
に固定する前にハウジングに心合させる。グランド組立
体の心合は、軸とホルダ組立体をグランド組立体によっ
て画定されたチャンバー内に心合させてグランド組立体
の適正取り付け位置を決定することによって行われる。
グランド組立体を心合させる慣用の方法は、外部シール
ハウジングの外端に取付けた多数のプラスチック製の細
長いタブを用いる方法である。これらのプラスチック製
タブをグランドチャンバー内へ均一に突出させて軸及び
ホルダ組立体を心合させるのでる。
は、ホルダセグメント及びグランドセグメントを締め合
わせるねじが所定のねじ穴に挿入するようになされてお
り、1つのねじを締めた後、他のねじを挿入するには軸
を回転させなければならないことである。更に、メカニ
カルシールを分解するとき、ねじがホルダ及びグランド
のどれかのセグメントから外れ落ちることがあり、外れ
たねじがハウジングの他の構成部品を損傷したり、紛失
したりすることもある。
欠点は、その調心機構が該メカニカルシールの外端のと
ころで軸の心からぶれることである。メカニカルシール
の外端と軸方向の障害物との間に僅かな間隙しか存在し
ないような応用例の場合は、調心機構を挿入することが
困難である。従って、メカニカルシールのグランド組立
体を軸に対して心合させることが困難である。更に、グ
ランド組立体に装着された複数のプラスチック製ボルト
タブがグランド組立体から脱落し易く、従って紛失する
するおそれがある。又、一体に形成された調心機構を用
いる従来のメカニカルシールは、その全長が長くなり、
従ってその用途を制限することがある。
の割りメカニカルシールの上述した欠点を克服すること
である。従って、本発明の目的は、いろいろな作動圧力
条件下で流体密シールを設定する改良されたメカニカル
シールを提供することである。本発明の他の目的は、い
ろいろな異なる作動圧力条件下で機能することができ、
従っていろいろな異なるシールを用いる必要性を排除す
る単一の(万能の)割りメカニカルシールを提供するこ
とである。本発明の更に他の目的は、組み立て及び分解
が容易である割りメカニカルシールを提供することであ
る。本発明の更に他の目的は、比較的操作が容易であ
り、かつ、いろいろな知る組立体に適用することができ
るシール調心機構を提供することである。
に、本発明の一側面によれば、回転軸を収容したハウジ
ングに取り付けるための割りメカニカルシールであっ
て、前記軸の周りに配置された第1シールリング組立体
と第2シールリング組立体と、少くとも1つの弾性付勢
手段と、少くとも1つの軸方向付勢手段とから成るメカ
ニカルシールが提供される。第1及び第2シールリング
組立体の各々は、弾性的に支持された少くとも2つのシ
ールリングセグメントで構成されたシールリングを有す
る。それらのシールリングセグメントは、外表面と、両
端にそれぞれ軸方向に延長したセグメントシール面を有
する。第1シールリング組立体は、静止シールリング組
立体であり、第2シールリング組立体は、回転シールリ
ング組立体である。
手段は、前記シールリングセグメントのセグメントシー
ル面を互いに密封接触させるように付勢する働きをする
第1半径方向内向き力を与えるために前記シールリング
の1つの外表面の周りに同心的に配設されて該外表面に
緊密に接触せしめられる。好ましい実施例では、各シー
ルリングの周りに1つづつ1対の弾性付勢手段を設ける
ことが好ましく、弾性付勢手段は、弾性部材であること
が好ましい。
付勢手段は、前記弾性付勢手段と協同して第2半径方向
内向き力を創生するために少くとも1つのシールリング
に組み合わせて設ける。この第2半径方向内向き力は、
該メカニカルシールが所定の圧力条件に露呈されたと
き、セグメントシール面を互いに密封接触させるように
付勢する働きをする。好ましい実施例では、この軸方向
付勢手段は、両方のシールリングのシールリングセグメ
ントに一体的に形成された、半径方向外方に傾斜した外
表面を有する衝接面とする。
シールが前記所定の圧力条件、例えば、該メカニカルシ
ールの内部圧力より高い周囲圧力に露呈されたとき、前
記弾性部材(弾性付勢手段)が前記衝接面に圧接されて
該衝接面に軸方向の力を及ぼす。衝接面は、その軸方向
の力を軸方向力成分と、第2半径方向内向き力に変換す
る。この第2半径方向内向き力は、第1半径方向内向き
力と協同して、シールリングセグメントのシール面を互
いに密封接触させるように付勢する働きをする。
と一緒に回転するホルダ組立体内に1つの回転シールリ
ングを設け、軸を囲う静止ハウジングに固定されたグラ
ンド組立体内に1つの静止シールリングを設ける。各シ
ールリングは、相対的に回転するが、互いに密封接触せ
しめられてシールを設定するシール面を有する。このメ
カニカルシールを軸の周りに組み立て、あるいは分解す
るのを容易にするために、ホルダ組立体及びグランド組
立体だけでなく、これらのシールリングもセグメントと
して形成する。本発明の重要な特徴の1つは、個々のシ
ールリングを互いに密封接触するように付勢した状態
で、各シールリングセグメントを互いに軸方向に移動す
ることができるようにしたことである。これは、各シー
ルリングをそれらの間の界面に向けて軸方向に付勢した
状態で、それぞれホルダ組立体とグランド組立体内に弾
性的に取り付けることによって可能にされる。
リングセグメントが円形のシールリングを構成するよう
に締め合わされたセグメント界面における密封接触を維
持する半径方向に各シールリングセグメントを弾性的に
付勢することも肝要である。典型的な実施例では、これ
は、各シールリングの周りに円形の弾性Oリングを配設
することによって達成される。このメカニカルシール全
体の目的は、周囲雰囲気と、回転軸の周りの内部流体
(プロセス媒体)との間にシールを維持することである
が、周囲雰囲気と内部流体との間のいろいろな圧力条件
下で密封状態を維持することができるものでなければな
らない。圧力条件としては、例えば、周囲雰囲気が、内
部流体に比べて高い圧力である場合もあれば、あるいは
低い圧力である場合もある。弾性Oリングは、又、シー
ルリングを軸方向に移動し得るように弾性的に取り付け
ることを可能にし、それらのシールリングに互いに近づ
ける方向に若干の軸方向付勢力を与える。
チャンネル又は通路内に存在する内部流体の圧力が周囲
雰囲気に対して負圧であるときは、周囲雰囲気の圧力が
半径方向の付勢力を創生してシールリングセグメント間
シールを破り、周囲流体が内部流体(プロセス媒体)内
へ漏入する。この事態は、流体圧が前記Oリングに軸方
向の力を及ぼしてOリングを付勢し、回転シールリング
と静止シールリングをより強い圧力で圧着させるのにも
拘らず発生する。本発明のメカニカルシールにおいて
は、この問題は、シールリングセグメントを囲繞する前
記Oリングのための座部即ち衝接面として傾斜した外表
面を設け、Oリングが衝接面の傾斜外表面に及ぼす軸方
向の力を軸方向力成分と半径方向力成分に変換し、シー
ルリングの中心方向に向けられる半径方向力成分が上記
シールリングセグメント間シールを維持するようにした
ことによって解決された。
セグメント及びホルダセグメントのの両端にそれぞれシ
ール面を形成し、各シール面にガスケットを装着するた
めのガスケット溝を形成する。ガスケットをグランドセ
グメント又はホルダセグメントのシール面のガスケット
溝内に装着すると、ガスケットの一部分がシール面から
突出するようになされており、ガスケットの突出した部
分が、対向する他のセグメントのシール面のガスケット
溝内に受容されて捕捉されるようになされている。
組立体及びホルダ組立体に1つ又はそれ以上の締着具受
容孔を設ける。締着具受容孔は、前記セグメントシール
面から軸方向に離隔したねじ付き部分と、該ねじ付き部
分の直径より大きい直径を有し、該セグメントシール面
に開口しているクリアランス部分を有する。締着具受容
孔内に、主軸と、該主軸に連結した頭部を有する締着部
材を装着する。締着具の主軸は、ねじ付き先端部分と、
該ねじ付き先端部分の直径より大きい直径を有するねじ
なし後端部分を有する。この構成は、締着具(ねじ)を
確実に締着具受容孔内に保持するので、締着具が紛失す
ることがない。
組立体及びホルダ組立体に1対のねじハウジングを一体
に形成する。ねじハウジングは、調心ストラップを通す
ための貫通孔を有している。調心ストラップは、グラン
ド組立体を前記軸の周りに配置されたホルダ組立体から
全円周に亙って均一に離隔させる。
ルダセグメントの外表面に多数の耐久性のある突起を取
り付け。それらの突起が、ホルダセグメントの外表面を
グランド組立体のない表面から均一に離隔させるように
する。
施例による割りメカニカルシール10が示されている。
メカニカルシール10は、好ましくは、第1軸線13に
沿って延長した軸12の周りに同心的に配置され、ポン
プ等のハウジング14の外壁に固定される。軸12は、
少くともその一部分がハウジング14内に取り付けられ
ている。本発明の教示に従って構成されたメカニカルシ
ール10は、1対の割りシールリング、即ち、第1又は
回転シールリング20と第2又は静止リング30を有す
る。回転シールリング20は、1対の円弧状リングセグ
メント25,25から成り、静止シールリング30は、
1対の円弧状リングセグメント33,33から成る。メ
カニカルシール10は、流体密シールを設定し、プロセ
ス媒体、例えば液圧流体がハウジング14から逃出する
のを防止する。流体密シールは、回転シールリング20
の平滑な円弧状シール表面21及びセグメントシール面
22,22と、静止シールリング30の平滑な円弧状シ
ール表面31及びセグメントシール面32,32によっ
て設定される。
弧状シール表面21は、対応するリングセグメント33
の平滑な円弧状シール表面31に互いに密封接触するよ
うに付勢される。同様にして、各リングセグメント25
のセグメントシール面22は、対応するリングセグメン
ト33のセグメントシール面32に互いに密封接触する
ように付勢される。かくして、これらの個々のシール面
は、後述するように、真空状態を含む広範囲の作動条件
下で機能することができる流体密シールを設定する。
ルリング20及び静止リング30に加えて、シールグラ
ンド組立体40及びシールリングホルダ組立体110を
含む。シールグランド組立体40は、1対の同じ円弧状
のグランドセグメント41,42から成る。シールグラ
ンド組立体及びグランドセグメントは、便宜上、単に
「グランド」とも称する。グランドセグメント41は、
第1面46と、第1面46と一体に形成され、それから
半径方向外方に段差を付された第2面50と、第2面5
0と一体に形成され、それから半径方向外方に段差を付
された第3面54と、第3面54と一体に形成され、そ
れから半径方向内方へ延長した傾斜第4面56を有す
る。第1面46と第2面50との間に第1連接環状壁4
8が画定され、第2面50と第3面54との間に第2連
接環状壁52が画定されている。
って形成されたガスケット溝58を有する。ガスケット
溝58は、平坦な環状の弾性ガスケット又は平坦なOリ
ング60を受容し座着させるための溝である。図2及び
3に示されるように、ガスケット60は、溝58の深さ
より大きい軸方向の寸法(厚さ)を有することが好まし
く、それによってメカニカルシール10とハウジング1
4との間に圧密及び流体密シールを設定する。好ましい
実施例では、ガスケット60(メカニカルシール10と
ハウジング14との間を密封するためのものであるから
「ハウジングガスケット」とも称する)は、各グランド
セグメント41,42にそれぞれ装着するための2つの
円弧状ガスケットセグメントに予め切断しておくことが
好ましい。それらのハウジングガスケットセグメント
は、溝58に取り付け、接着剤によって固定することが
好ましい。この構成は、メカニカルシール10をハウジ
ング14に取付けたとき、プロセス媒体がシール10に
沿って漏出するのを防止する働きをする。
ドシール面64,66にグランドガスケット溝70が形
成されている。溝70は、グランドの第2面50から第
4面にまで延長した軸方向の主溝セグメント71と、主
溝セグメント71に対して横断方向にそれぞれグランド
の第2壁52と第4面56に沿って延長した溝セグメン
ト72,73と、グランドの第2面50に沿って延長し
た溝セグメント74を有する。
弾性のグランドガスケット76が座着される。本発明の
重要な特徴の1つは、ガスケット76が、溝70内に装
着されたとき、図1、4及び5に示されるようにグラン
ドの割りグランドシール面64,66から突出すること
である。一方のグランドセグメント41の割りグランド
シール面64,66から突出したガスケット76の露出
部分は、他方のグランドセグメント42の割りグランド
シール面64,66に形成された嵌合形状のグランド溝
に捕捉される。このように、ガスケット76の両端を互
いに対面する割りグランドシール面64,66と64,
66との間に捕捉することにより、ガスケット76が選
定された最大限圧力より高い圧力に露呈された場合でも
互いに対面する割りグランドシール面の間に形成された
間隙から飛び出すのを防止する。従って、このダブル捕
捉(両端捕捉)の特徴は、メカニカルシール10の他の
構成部品の機械的公差の厳密性を緩和するばかりでな
く、グランドセグメント41,42が圧力漏れを起すこ
となくより高い圧力に耐えることを可能にする。グラン
ドガスケット76は、エラストマーゴムのような任意の
適当な弾性材料で形成することが好ましい。又、ガスケ
ット76及びそれに対応する溝70の形状は、図示のも
のに限定されるものではなく、他の任意の適当な形状と
することができることは当業者には明らかであろう。
1対のねじハウジング80,82が一体に形成されてい
る。各ねじハウジング80,82は、実質的にそれを貫
通した横断方向の締着具受容孔84を有している。孔8
4は、図1、6A及び6Bに示されるように、小径のね
じ付き部分86と、それと同心で大径のねじなし部分8
8を有する。孔84のねじなし部分88は、グランドシ
ール面64,66に近い側に配置することが好ましい。
形状を有するねじ90を装着する。ねじ90は、主軸9
2と頭部96を有することが好ましく、主軸92は、図
1及び6Aに示されるように、ねじ付き先端部分93と
ねじなし後端部分94を有する。ねじ付き先端部分93
の外径はねじなし後端部分94の外径より大きい。図6
Bに示されるように、各ねじ90は、1対のねじハウジ
ング80と82を締め合わせる。ねじ90のねじ付き先
端部分93は、孔84のねじ付き部分86にねじ込まれ
ることにより孔84内に確実に保持される。ねじ90を
孔84を通して更に螺進させると、ねじのねじ付き先端
部分93は孔84のねじ成し部分即ちクリアランス間隙
に進入する。この位置では、ねじ90は、締まった状態
で固定されてはいないが、孔84内に確実に(即ち、離
脱し得ない状態に)保持される。好ましい実施例では、
ねじ付き先端部分93の直径は、ねじハウジング80,
82の小径ねじ付き部分86のそれに近い大きさとす
る。
の重要な利点を提供する。特に有利な利点は、グランド
セグメント41,42を組み立てる前に、ねじ90をど
ちらのグランドセグメント41,42のどちらの側から
でも締着具受容孔84内に装着することができるので、
窮屈な場所で組み立てるのに好都合であり、しかも、ね
じ90をねじハウジング80内に確実に係留することが
できることである。ねじ90をねじハウジング80から
離脱しないようにすることにより、メカニカルシールの
組み立て又は分解中ねじの偶発的な紛失が防止されるの
で、メカニカルシールの組み立てを容易にすうるととも
に、組み立て時間を短縮する。ねじハウジング82も、
ねじハウジング80と同じ構造である。
トタブ38を有する。ボルトタブ38は、本体37を有
し、本体37の一端に挿入用突起39(図1)が一体に
形成されている。突起39は、グランド組立体40の周
縁に形成された環状溝68内に装着される。ボルトタブ
38の円周方向の角度位置は、ボルトタブ38及びその
突起39を溝68に沿って摺動させることによって調節
することができる。ボルトタブ38は、取り付けボルト
(図示せず)を座着させることによって寝かし10をハ
ウジング14に固定するためのものであり、使用に当っ
ては隣接する1対のボルトタブ38と38の間に取り付
けボルトを挿入する。ボルトタブの詳細は、本出願人の
米国特許第5,209,496号に記載されている。
110は、グランド組立体40によって画定されるチャ
ンバー24内にグランド組立体40から半径方向内方に
離隔させて配置される。ただし、ホルダ組立体110
は、必ずしもグランド組立体40内に配置する必要はな
く、グランド組立体40から軸方向に離隔させて配置し
てもよい。ホルダ組立体110は、1対の同じ円弧状の
ホルダセグメント112,114を有する。シールリン
グホルダ組立体及びホルダセグメントは、便宜上、単に
「ホルダ」とも称する。各ホルダセグメント112,1
14は、外表面116及び内表面124を有する、ホル
ダセグメントの内表面124は、半径方向内方に傾斜し
た第1面126と、それに連接して軸方向に延長した第
2面130と、半径方向内方にそれぞれ段差を付された
第3面134及び第4面138と、第2面130と第3
面134の間に一体に形成された半径方向内方に延長し
た第1壁132と、第3面134と第4面138の間に
一体に形成された半径方向内方に延長した第2壁136
を有する。第4面138の直径は、ホルダ組立体110
を取り付ける軸12の直径と等しいか、それより僅かに
大きい寸法とすることが好ましい。
向に延長した第1外表面146と、半径方向内方に傾斜
した第2外表面148と、半径方向内方に段差を付され
た第3外表面154と、第2外表面148と第3外表面
154との間に形成された半径方向内方に延長した第1
外壁150を有する。好ましい実施例では、ホルダセグ
メントの第3外表面154の外径は、グランドセグメン
トの第4面56のそれより小さくする。このクリアラン
スは、ホルダ組立体110をグランド組立体40内に自
由に回転し得るように座着させるのに必要である。第1
外表面146の外径は、グランドセグメントの第3面5
4のそれより小さく、グランドセグメントの第2面50
のそれより大きくすることが好ましい。
割り軸ガスケット又はOリング142を装着するための
環状チャンネル140が形成されている。軸ガスケット
142は、環状チャンネル140内に装着されると、軸
12に密封係合し、ホルダ112と軸12との界面に沿
って流体密シールを設定する(図2参照)。第2壁13
6には円筒状突起144を軸方向に突設することが好ま
しい。突起144は、後述するように、回転シールリン
グ20を回転運動するように付勢することによって機械
的回転手段として機能する。
ホルダシール面118,120には、図1〜4に示され
た形状を有するホルダガスケット溝158が形成されて
いる。溝158にはそれに嵌合する形状の弾性のホルダ
ガスケット160が座着される。本発明の重要な特徴の
1つは、ガスケット160が、溝158内に装着された
とき、図4に示されるようにホルダシール面118,1
20から突出することである。一方のホルダセグメント
のシール面から突出したガスケット160の露出部分
は、他方のホルダセグメントのシール面に形成された嵌
合形状の溝に座着される。この構成は、グランド組立体
に関連して先に説明したように、選択された値より高い
圧力において流体密シールを設定することを可能にす
る。ガスケット160は、エラストマーゴムのような任
意の適当な変形自在の材料で形成することが好ましい。
又、ねじ170を装着する締着具受容孔164が形成さ
れている。ホルダの締着具受容孔164は、上述したグ
ランド組立体のねじハウジング80,82の締着具受容
孔84と同様のものであり、ねじ170は、ねじ90と
同様のものである。ねじ170と孔164とは、ねじ9
0と孔84に関連して先に説明したのと同様の態様で機
能する。ホルダ組立体110、グランド組立体40及び
ねじ90は、ステンレス鋼のような任意の適当な剛性材
料で形成することができる。
じ円弧状の回転シールリングセグメント25,25から
成る。回転シールリング及び回転シールリングセグメン
トは、便宜上、単に「回転シールリング」又は「シール
リング」とも称する。各回転シールリングセグメント2
5は、図3に示されるように実質的に平滑な円弧状内表
面172と、外表面176を有する。内表面172に
は、ホルダの突起144を受容するための長方形の切欠
き174が形成されている。外表面176は、軸方向に
延長した第1外表面180と、それに連接して半径方向
内方に傾斜した第2外表面即ち衝接面182と、軸方向
に延長した第3外表面184を有する。回転シールリン
グセグメント25の図3でみて頂部には、平滑な円弧状
シール表面21が形成されている。回転シールリングセ
グメント25の内表面172の内径は、軸12の回転を
許すように軸12の外径より大きくされている。回転シ
ールリングセグメント25の第3外表面184は、ホル
ダ組立体110に取り付け係合するようにホルダセグメ
ントの第3面134の直径と等しいかそれより僅かに小
さい寸法とされている。回転シールリングセグメント2
5の第1外表面180の直径は、ホルダセグメントの第
1面126の内径より小さく、ホルダセグメントの第3
面134の直径より大きい寸法とする。図に示されたシ
ールリング20の外表面176は、半径方向内方に傾斜
した衝接面182を有しているが、衝接面として、傾斜
していない、段差付きの環状表面を用いてもよいことは
当業者には明らかであろう。
ールリング20の周りに同心的に装着される。好ましい
実施例では、Oリング188は、図2に示されるよう
に、ホルダ組立体110の第1壁132に沿って座着さ
せ、回転シールリング20の第2及び第3外表面18
2,184に衝接させる。Oリング188は、各回転シ
ールリングセグメントのシール面を他の回転シールリン
グセグメントに密封接触させるのに十分な弾性を有して
おり、それによって流体密及び圧力密シールを設定す
る。Oリング188は、又、機械的クリップ200と協
同して、回転シールリング20及び静止シールリング3
0をグランド組立体40及びホルダ組立体110の剛性
の壁及び面に対して浮動関係に離隔して軸方向に非剛的
に(弾性的に)浮動自在に支持することによって軸方向
の弾性的付勢手段として機能する。このような浮動関係
は、本出願人の米国特許第4,576,384号におい
て始めて開示された。
リング組立体30も同様に、1対の同じ円弧状の静止シ
ールリングセグメント33,33から成る。静止シール
リング及び静止シールリングセグメントは、便宜上、単
に「静止シールリング」又は「シールリング」とも称す
る。各静止シールリングセグメント33は、第1軸線1
3に平行に延長した実質的に平滑な円弧状内表面35
と、外表面36を有する。外表面36は、軸方向に延長
した第1外表面190と、それに連接して半径方向外方
に傾斜した第2外表面即ち衝接面192を有する。静止
シールリングセグメント33の図3でみて頂部には、平
滑な円弧状頂部表面194が形成されており、底部には
平滑な円弧状シール表面31が形成されている。頂部表
面194に沿って凹部196が形成されている。
ップ溝63(図2参照)を介して機械的に結合された機
械的クリップ200は、静止シールリングセグメント3
3の頂部表面194の凹部196に座着する。この構成
により、静止シールリング30を軸12及び回転シール
リング20と共に回転するのを防止するための回り止め
として機能するとともに、静止シールリング30を心合
させ座着させるのを助成する。
35の内径は、軸12及び回転シールリング20の回転
を許すように軸12の外径及び回転シールリング20の
ない表面172の直径よりより大きくされている。Oリ
ング202のような弾性部材が静止シールリング30の
周りに同心的に装着される。Oリング202は、各静止
シールリングセグメント33のシール面32を他の静止
シールリングセグメントに密封接触させるのに十分な半
径方向内向きの付勢力を及ぼす。Oリング202は、
又、グランド組立体40と静止シールリング30との間
に流体密及び圧力密シールを設定する。Oリング202
は、グランドセグメントの第1壁48と、グランドセグ
メントの第2面50と、静止シールリングの外表面19
0と、静止シールリングの衝接面192とによって画定
される第1取り付け領域204内に座着する。好ましい
実施例では、衝接面192は、静止シールリングの外表
面190に対して好ましくは約30°〜60°の範囲
の、最も好ましくは約45°の角度をなす。静止シール
リング30は、炭素又はセラミック材、例えばアルミナ
又は炭化珪素等で形成することが好ましい。
リング20と静止シールリング30とをそれらのシール
表面21と31が互いに密封接触せしめられるように軸
方向に付勢することにより回転及び静止シールリング2
0,30に弾性的な支持を与える軸方向の付勢手段とし
ても機能する。
0,30は、グランド組立体40及びホルダ組立体11
0の剛性の壁及び面に対して離隔した浮動関係をなして
非剛的に(弾性的に)浮動自在に支持されている。この
ような浮動自在の非剛的支持と離隔関係は、軸12に対
する回転シールリングセグメント25,25及び静止シ
ールリングセグメント33,33の僅かな半径方向並び
に軸方向の浮動を許し、しかもなお、回転シール表面2
1が静止シールリング30の平滑な円弧状シール表面3
1に追従してそれと密封接触を保つことを可能にする。
かくして、回転シールリングのシール表面21と静止シ
ールリングのシール表面31とは、この浮動作用の結果
として自動的に心合することができる。
188及び202の両自由端には、同じ構造の玉継手が
設けられている。Oリング202を例にとって説明する
と、Oリング202の一方の自由端は、小径のほぼ半球
状の肩部222と、それに連接した環状頸部224と、
それに連接した球状頭部226から成る、玉継手の
「玉」部を有し、それに対応して、Oリング202の他
方の自由端には、球状ソケット部(受口)227と、そ
れに連接した環状カラー部228と、それに連接した環
状ジャケット部230から成る、玉継手の「ソケット」
が形成されている。Oリング202の両自由端を締着す
るには、一端の球状頭部226をそれた合致する形状の
他端の球状ソケット部227に挿入すればよく、それに
よって環状カラー部228が頸部224の周りに嵌合し
て頸部を係留し、肩部222が環状ジャケット部230
に密着する。メカニカルシール10及びその関連部品
は、割り部品として示されているが、Oリング188及
び202はその両端が連結されれば、円形の一体部品で
ある。
グメント25,25を、その長方形の切欠き174をホ
ルダ組立体110の軸方向に突出した突起144に整列
させることによって軸12の周りにホルダ組立体110
内に装着する。その際、Oリング188を回転シールリ
ングセグメント25,25の周りに同心的に配設し、ホ
ルダの第2面130及び第1壁132、及び回転シール
リングの外表面182,184に密封接触させる。Oリ
ング188は、又、一方の回転シールリングセグメント
25のシール面22を他方の回転シールリングセグメン
ト25のシール面22に密封接触させるのに十分な半径
方向内向き力を及ぼす。
を、それらの締着具受容孔164内に確実に保持されて
いるねじ(締着部材)170を締めることによって締め
合わせる。図1〜3に示されるように、回転シールリン
グセグメント25,25は、ホルダ組立体の124から
離隔されており、ホルダ組立体110内にOリング18
8によって非剛的に支持され、回転シールリング20の
僅かな半径方向及び軸方向の浮動を許す。
33を軸12の周りに同心的に取り付け、Oリング20
2によって締め合わせる。Oリング202は、一方の静
止シールリングセグメント33のシール面32を他方の
静止シールリングセグメント33のシール面32に密封
接触させるのに十分な半径方向内向き力を静止シールリ
ングの外表面36に及ぼす。
ホルダ組立体110及び回転及び静止シールリング2
0,30の周りに同心的に位置づけし、ねじハウジング
80,82の締着具受容孔84内に確実に保持されてい
るねじ(締着部材)90を締めることによって締め合わ
せる。先に述べたように、ねじ90は、本発明の締着具
受容孔84及びねじ90の構成によりグランド組立体4
0に係留されているので、メカニカルシール10から偶
発的に脱落することがない。更に、2本のねじ90は、
グランド組立体40の同じ側からでも、あるいは反対側
からでも締めることができるので、軸12を回す必要が
ない。
ける前に、軸12、ホルダ組立体110及び回転及び静
止シールリング20,30をチャンバー24内に心合さ
せなければならない。本発明のメカニカルシールによれ
ば、軸12及びホルダ組立体110は、図10に示され
るようにホルダ組立体110の外表面116に沿って形
成された複数個の調心スペーサ又は突起240を介して
グランドセグメント41,42を軸及びホルダ組立体に
対して心合させる。調心スペーサ240は、ホルダ組立
体110の外表面116に一体に形成してもよく、ある
いは外表面116に形成した凹部内に別体の部材として
取り付けてもよい。好ましい実施例においては、スペー
サ240は、ホルダ組立体110の第1外表面146の
周りに円周方向に等間隔に配置される。スペーサ240
は、ホルダ組立体110の回転中グランドの内表面を傷
つけることがなく、しかも耐久性のある柔らかい材料、
例えばテフロンで形成するのが好ましい。図10の実施
例は4つの等間隔に配置されたスペーサ240を示して
いるが、スペーサの個数及び間隔は任意に定めることが
できる。更に、スペーサ240は、必ずしもホルダ組立
体110の第1外表面146に形成する必要はなく、ホ
ルダの他のいろいろな部位に形成することができる。
す。この実施例では、軸調心機構は、ねじハウジング8
0,82に形成された横断ポート242に通された調心
ストラップ241から成る。調心ストラップ241は、
ハンドル248に取り付けられた1対の可撓性の細長ス
トラップセグメント244,246を含む。横断ポート
242は、ねじハウジング80(又は82)の外部に開
口し、グランド組立体40によって画定されるチャンバ
ー24に連通する。横断ポート242の内部を周囲環境
から隔絶するために横断ポート242のこの開口部を覆
う六角ボルト(図示せず)を設ける。ストラップ241
は、プラスチック材で形成することが好ましい。
ー24内に心合させるときは、調心ストラップ241の
各セグメントの前端250,252を、それらの前端が
ホルダ組立体110に接触してそれ以上の進入を一時的
に止められるまでポート242内に挿入する。ストラッ
プ241をポート242内へ更に挿入すると、各セグメ
ントの前端250,252がホルダ組立体110の外周
の周りに巻きつけられ、両方のセグメントでホルダ組立
体110の外周の周りをほぼ囲包する。かくして、スト
ラップ241は、ホルダ組立体110の全周を、従って
軸12をグランド組立体40の内表面から均一に離隔さ
せる働きをする。この調心機構は、割りメカニカルシー
ルにも、非割り型(全周一体の)メカニカルシールにも
適用することができることは、当業者には明らかであろ
う。
を適正に心合させると、グランドガスケット76及びホ
ルダガスケット160は、それぞれ、先に説明したグラ
ンドセグメントの対向したシール面に形成された溝、及
びホルダセグメントの対向したシール面に形成された溝
内に捕捉される。先に述べたように、このダブル捕捉
(両端捕捉)は、メカニカルシール10がそのグランド
セグメント及びホルダセグメントのシール面によって設
定される圧力密及び流体密シールを弱めることなく、よ
り高い圧力に耐えることを可能にする。加えて、Oリン
グ202が、グランドの内表面、例えばグランドの第2
面50及び第1壁48と、静止シールリング30の外表
面との間に圧力密及び流体密シールを設定する。
組み立て、ポンプハウジング14に取り付けると、ポン
プのプロセス媒体、例えば液圧流体は、グランドの内表
面54(グランドの第1面46を除く)と、Oリング2
02と、ホルダ組立体の外表面116と、静止シールリ
ングの外表面190及び衝接面192と回転シールリン
グの第1及び第2外表面180,182と、ホルダ組立
体の第1及び第2面126,130と、Oリング188
とによって画定されるプロセス媒体チャンネル(第1流
体通路)234(図2参照)内に密封される。周囲環境
の媒体、通常は空気が、静止シールリングの内表面35
及び回転シールリングの内表面172と、静止シールリ
ングの外表面190と、グランドの第1及び第2面4
6,50及び第1壁48と、回転シールリングの外表面
184と、ホルダ組立体の第1壁132とによって画定
され、プロセス媒体チャンネル234から密封された周
囲環境側チャンネル(第2流体通路)236を満たす。
ここで、「周囲環境」とは、ハウジング14の内部環境
以外のあらゆる外部環境をいう。
は、Oリング188によって他の回転リングセグメント
25のトシール面22に互いに密封接触するように付勢
され、同様にして、静止シールリングセグメント33の
シール面32は、Oリング202によって他の静止シー
ルリングセグメント33のシール面32に密封接触する
ように付勢される。更に、プロセスチャンネル234内
に存在するプロセス媒体の液圧は、その液圧に比例する
追加の半径方向内向きの力をシールリングセグメントの
外表面36,190に及ぼし、静止シールリングセグメ
ント33,33のシール面32と32を互いに密着させ
るように付勢する。
媒体が軸12に沿って周囲環境側チャンネル236内に
滲出するのを防止する。平坦なOリング60は、プロセ
ス媒体がハウジング14とメカニカルシール10との界
面に沿って滲出するのを防止し、Oリング188及び2
02は、それぞれプロセス媒体がホルダ組立体110及
びグランド組立体40を経て周囲環境側チャンネル23
6内に滲出するのを防止する。
環境媒体それより大きいかそれに等しい場合(正圧であ
る)は、Oリング202は、図2、4及び8Aに示され
るように第1装着領域204内の位置Aに座着せしめら
れる。この位置では、プロセス媒体は、図8Aに実線矢
印で示されるように静止シールリングの外表面36(1
90,192)に半径方向内向きの力を及ぼし、Oリン
グ202に軸方向(図8Aでみて右方)の力を及ぼして
該Oリングをグランドの内表面の第1壁48及び静止シ
ールリングの外表面190に密封接触させる。
より低い(負圧又は真空である)場合は、周囲環境媒体
がOリング202を図8Bに示されるように第1装着領
域204内の位置Bへ付勢して衝接面192に圧接させ
る。ここで「負圧」とは、プロセス媒体が周囲環境媒体
より低い圧力になるあらゆる圧力状態を意味するものと
する。この位置では、周囲環境媒体(以下、単に「周囲
媒体」とも称する)の圧力が、図8Bに実線矢印で示さ
れるように静止シールリングの内表面35及び外表面3
6にそれぞれ半径方向外向き及び半径方向内向きの力を
及ぼす。第1装着領域204内では、前にプロセス媒体
によって占められていたが、Oリング20の(図8Bで
みて左方への)変位によって空けられた区域が、周囲媒
体によって占められる。この周囲媒体によって及ぼされ
る半径方向外向きの力と半径方向内向きの力とは、静止
シールリングセグメント33の図8Bでみて点線260
の右方までの長さ部分においては互いに相殺されるの
で、正味力はゼロである。しかしながら、点線260
の、即ちOリング202の左方においては、周囲媒体に
よって静止シールリングセグメント33の内表面35に
及ぼされる半径方向外向きの力が、プロセス媒体によっ
て創生される対抗力より大きいので、正味半径方向外向
き力が生じる。この正味半径方向外向き力に対抗するの
がOリング202である。正味半径方向外向き力がOリ
ング202の付勢力を上回ると、静止シールリングセグ
メント33と33がそれらのシール面32に沿って分離
し、その結果、流体密シールが破れて、プロセス媒体チ
ャンネル234を周囲媒体に露呈させることになる。
がOリング202を衝接面192に圧接させるので、こ
の傾斜衝接面192がOリング202から受ける垂直力
を軸方向の力成分268と半径方向の力成分270に変
換する。そして、この半径方向の力成分270は、第2
の、即ち補助的な半径方向内向き力を創生する。好まし
い実施例として、衝接面192の傾斜を45°とすれ
ば、第2の半径方向内向き力は、周囲媒体によって及ぼ
される半径方向外向き力の0.707倍となる。大抵の
圧力条件において、この第2の半径方向内向き力は、静
止シールリングセグメントのシール面32と32が分離
するのを防止し、流体密シールを維持するのに十分であ
る。更に、軸方向の力成分268は、回転シールリング
20の平滑な円弧状シール表面21と静止シールリング
30の平滑な円弧状シール表面31を互いに密封接触し
た状態に維持する働きをする。
た正味半径方向外向き力を小さくすることによって更に
確実に回転シールリング20の平滑な円弧状シール表面
21と静止シールリング30の平滑な円弧状シール表面
31を互いに密封接触した状態に維持することができ
る。そのための好ましい方法の1つは、不均衡な半径方
向外向き力に露呈される静止シールリング30の面積を
最小限にすることである。例えば、図8Bに示されるよ
うに、静止シールリング30の、点線260より左側の
部分をできるだけ短くし、それによって、相対的に高い
圧力の周囲媒体によって静止シールリングの内表面35
に及ぼされる半径方向外向き力を小さくすることができ
る。
例として、静止シールリング30とグランドの内表面と
の間に力伝達仲介部材280を介設し、この仲介部材2
80の半径方向内外両側にOリング202Aと202B
を設けることができる。この場合、Oリング202A
は、上述したのと同様の態様で、衝接面192と協同
し、第2の半径方向内向き力を創生し、それによって流
体密シールを維持する。一方、Oリング202Bは、プ
ロセス媒体チャンネル234と周囲環境側チャンネル2
36との間に流体密シールを設定する。
上述した目的を能率的に達成する。以上、本発明を実施
例に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実
施例の構造及び形態に限定されるものではなく、本発明
の精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施
形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えるこ
とができることを理解されたい。
のセグメントに分割された割りメカニカルシールの透視
図である。
よる部分図である。
沿って切り離された半分の分解透視図である。
図である。
からみた図である。
のための本発明の好ましい実施例によるねじの側面図で
ある。図6Bは、図1のメカニカルシールのグランドの
ための本発明の好ましい実施例によるねじハウジングの
部分図である。
リングのための本発明の好ましい実施例によるOリング
の断面図である。
ルリング及びグランド組立体の部分図である。図8B
は、図8Aと同様の図であるが、Oリングが変位したと
ころを示す図である。
8と同様の図である。
ルダ組立体の平面図である。
心機構を示す図1のメカニカルシールの平面図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 回転軸を収容したハウジングに取り付け
るための割りメカニカルシールであって、 チャンバーを画定する内表面を有し、調心ストラップを
挿通するための、該チャンバーに開口した貫通孔を有す
る少くとも2つの円弧状のグランドセグメントと、 該チャンバー内で前記軸の周りに同心的に配置され、該
グランドセグメントから半径方向内方に離隔された少く
とも2つの円弧状のホルダセグメントと、から成り、 前記調心ストラップは、前記ホルダセグメントを前記グ
ランドセグメントの内表面から全円周に亙って均一に離
隔させ、それによって前記軸を前記チャンバー内に心合
させることを特徴とする割りメカニカルシール。 - 【請求項2】 前記調心ストラップは、ハンドルと、該
ハンドルに連結された少くとも1つの可撓性の細長スト
ラップセグメントから成ることを特徴とする請求項1に
記載の割りメカニカルシール。 - 【請求項3】 回転軸を収容したハウジングに取り付け
るための割りメカニカルシールであって、 チャンバーを画定する内表面を有し、各々1対の軸方向
に延長したセグメントシール面を有する少くとも2つの
円弧状のグランドセグメントと、 該チャンバー内で前記軸の周りに同心的に配置され、該
グランドセグメントから半径方向内方に離隔された少く
とも2つの円弧状のホルダセグメントと、 前記ホルダセグメントの外表面に取り付けられており、
該外表面を前記グランドセグメントの内表面から全円周
に亙って均一に離隔させ、それによって前記軸を前記チ
ャンバー内に心合させるための調心手段と、から成る割
りメカニカルシール。 - 【請求項4】 前記ホルダセグメントの外表面に複数の
突起を装着するための複数の凹部が形成されていること
を特徴とする請求項3に記載の割りメカニカルシール。 - 【請求項5】 前記突起は、耐久性のある材料で形成さ
れていることを特徴とする請求項4に記載の割りメカニ
カルシール。 - 【請求項6】 前記調心手段は、前記ホルダセグメント
の外表面に一体に形成された複数の突起から成ることを
特徴とする請求項3に記載の割りメカニカルシール。 - 【請求項7】 前記突起は、耐久性のある材料で形成さ
れていることを特徴とする請求項6に記載の割りメカニ
カルシール。 - 【請求項8】 前記耐久性のある材料は、テフロンであ
ることを特徴とする請求項7に記載の割りメカニカルシ
ール。 - 【請求項9】 回転軸を収容したハウジングに取り付け
るための割りメカニカルシールであって、 内表面と、各々1対の軸方向に延長したセグメントシー
ル面を有し、締着具を受容する、貫通した締着具受容孔
を有する少くとも2つの円弧状のグランドセグメント
と、 から成り、前記締着具受容孔は、前記セグメントシール
面から軸方向に離隔したねじ付き部分と、該ねじ付き部
分の直径より大きい直径を有し、該セグメントシール面
に開口しているクリアランス部分を有することを特徴と
する割りメカニカルシール。 - 【請求項10】 前記少くとも2つのグランドセグメン
トを締め合わせて固定するために前記締着具受容孔内に
ねじ込まれた固定手段を有することを特徴とする請求項
9に記載の割りメカニカルシール。 - 【請求項11】 前記固定手段は、少くとも1つの締着
部材から成り、該締着部材は、主軸と、該主軸に連結し
た頭部を有し、該主軸は、ねじ付き先端部分と、該ねじ
付き先端部分の直径より大きい直径を有するねじなし後
端部分を有することを特徴とする請求項10に記載の割
りメカニカルシール。 - 【請求項12】 前記締着部材が前記締着具受容孔内に
ねじ込まれたとき、該孔内に確実に保持されて紛失する
ことがないようにするために、該締着部材の主軸のねじ
付き先端部分は、該締着具受容孔のねじ付き部分の直径
に近い直径を有していることを特徴とする請求項11に
記載の割りメカニカルシール。 - 【請求項13】 前記各グランドセグメントには、前記
締着具受容孔を有する1つ又はそれ以上のねじハウジン
グが一体に形成されていることを特徴とする請求項9に
記載の割りメカニカルシール。 - 【請求項14】 前記少くとも2つのグランドセグメン
トを締め合わせて固定するために前記締着具受容孔内に
ねじ込まれた固定手段を有することを特徴とする請求項
13に記載の割りメカニカルシール。 - 【請求項15】 前記固定手段は、少くとも1つの締着
部材から成り、該締着部材は、主軸と、該主軸に連結し
た頭部を有し、該主軸は、ねじ付き先端部分と、該ねじ
付き先端部分の直径より大きい直径を有するねじなし後
端部分を有することを特徴とする請求項14に記載の割
りメカニカルシール。 - 【請求項16】 前記締着部材が前記締着具受容孔内に
ねじ込まれたとき、該孔内に確実に保持されて紛失する
ことがないようにするために、該締着部材の主軸のねじ
付き先端部分は、該締着具受容孔のねじ付き部分の直径
に近い直径を有していることを特徴とする請求項15に
記載の割りメカニカルシール。
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