JPH10503826A - メカニカルシール集成装置 - Google Patents

メカニカルシール集成装置

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JPH10503826A
JPH10503826A JP8506823A JP50682395A JPH10503826A JP H10503826 A JPH10503826 A JP H10503826A JP 8506823 A JP8506823 A JP 8506823A JP 50682395 A JP50682395 A JP 50682395A JP H10503826 A JPH10503826 A JP H10503826A
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Abstract

(57)【要約】 ハウジングとこれに対して回転出来る軸との間で、シール機能を発揮するメカニカルシール集成装置に関し、このシール集成装置には同軸整合の軸方向に接して第一と第二のシールリング(21,22)を軸(13)を取り囲むごとく取付け、軸方向に隣接して対向平坦シール面(23,24)を備え、この面間に環状シール領域を形成させる。第一と第二のシールリングはそれぞれ非回転式にハウジング(12)と軸(13)に連結する。駆動部材(31)を非回転式に軸に保持し、これを第二のシールリングに近接して取付け、多数組の弾性駆動用コネクター(81)を駆動部材(31)と角度を持たせて離隔させた第二のシールリング(21)の間で協動させ、軸の回転に合わせて第二シールリングと同時駆動回転を行わせる。弾性駆動用コネクター(81)には第一、第二凹み壁(83,84)を設け、これをそれぞれ駆動部材上に据え、第二シールリングおよびコイルばね(82)を各第一、第二凹み壁内に取付け、また少なくともその一部をこの壁内に閉じ込め、各凹み壁が少なくともコイルばねの数組のコイルと噛み合い、コイルばねを介し駆動部材から第二のシールリングに対し回転駆動力を伝達するように構成させる。

Description

【発明の詳細な説明】 メカニカルシール集成装置 発明の技術分野 本発明は、流体面シール、つまり通常の呼称でのメカニカルシール集成装置に 関し、また、シール面リングの一つを組み込んだ改良弾性式ピンなしのメカニカ ルシール集成装置に関する。 発明の技術的背景 メカニカルシール集成装置はハウジングとこれに対して回転し得るシヤフト間 にシール機能を持たせる目的で、装置を対象に広く用いられている。メカニカル シール集成装置は通常一対の環状シールリングから成り、このリングをそれぞれ 封止的に回転させずにシヤフトおよびハウジングに連結させ、またこのリングは 対向平坦シール面を有し、この面を通常相互に向き合わせてシール面の半径方向 縁の一つに接して設けた高圧部分と、他の半径方向縁に接して設けた低圧つまり 大気圧部分間に実質的にシール機能を持たせるようにしている。多くの利用分野 ではこの集成装置を乾ガスシールとして使う方式が通例であった。つまりシール 面の一つに高圧部分に通ずる溝部を連続して設ける方式である。この溝によりシ ール面間でガス皮膜が容易に形成され、面摩損が最低となりまた同じく装置の起 動の際、総合摩擦抵抗を極力低めることが出来る。この標準タイプのシール集成 装置(シールアセンブリ)は公知のものであり、その実施例は米国特許第349 9653号および第4212475号に開示されている。 メカニカルシールとくに上記汎用タイプの乾ガスシールにあっては、少なくと も面リングのひとつは慣例として硬いが脆い材料、例えば炭化珪素の如きカーバ イド質が多く用いられている。回転シールリングが多く用いられるこの脆性シー ルリングは必ずシヤフトに相互連結してともに駆動させる要がある。このために は従来シールリングをシヤフト−スリーブ集成装置に取付け、シヤフトを囲んで 回転しないようこれに連結する。従来からは駆動ピンを利用し、これをスリーブ 装置および面リング内の噛み合い開口部または凹みに固定し、相互間に非回転連 結出来る方式を採ってきた。しかし脆いシールリングの連結用に駆動ピンを用い ることは長い間トラブルの種となっていた。今まで周縁に離隔した状態でこの種 の幾つかの駆動ピンをリングに連結できたとしても、総合製造許容差を考えた場 合、駆動ピンとシールリングが剛性を示すため、実質的に駆動トルクはすべて単 一駆動ピンから脆いシールリングヘ伝達されるのが通例である。この結果応力は 大きく集中傾向を示し、荷重駆動ピンがシールリングと接触するようになる。こ の応力集中と,起動と停止作業を通じクリアランスでもたらされた衝撃とが重な ってシールリングに過剰の応力がかかり、脆性シールリングの亀裂または破損を もたらすこととなる。事実、この脆いシールリングの破損は長い間問題となって きたものであり、このシールリングの脆い材質がシールリングの製造のネツクに なっている以上、上記問題は解決しにくいとされてきた。 上記のトラブルを極力低める当初の試みは、業界で“ピン無し”駆動装置とし て公知の設計変更にあった。このピンなし駆動装置はNo.5199172特許 の示す一変形によれば、外側駆動スリーブと一体化した半円筒式突起を実質的に 形成させるにあり、この突起は通常丸み構成とし脆いシールリング内に設けた同 形丸み形状の周縁溝と協動するようになっている。しかしこの従来の解決策は駆 動出張りとシールリング溝部の両面から構造が複雑であり、必然的に依然として 脆性シールリングに直接硬いかまたは剛性の駆動出張りが噛み込む状態となる。 いわゆる“ピン無し”駆動装置を使った上記トラブル解決の他の試みは、米国 特許第4586719号および第5076589号で開示されている。この後者 特許で示すメカニカルシールは、回転シールリングをこれを取り巻くカツプ形状 の駆動リング内に据えるもので、このリングはこれと共に回転するシヤフトに連 結させる。非回転式にこのシールリングを駆動リングに連結するには、シールリ ングにその外側周縁周りに円周に沿って離隔したフラットを取り付け、楔状の弾 性ゴム質キーをフラツト上に据え、駆動リング内に設けたノツチに閉じ込める構 成とする。然しこの配列構成もエラストマーキーの数から見て部品数が可成多く なるだけで無く、シールリング上にフラツトを設けることと、周縁に離隔させた アンダーカツト溝部とを多数駆動リング内に設ける必要があり、総合的に装置構 成が複雑になり組立取付け費用が嵩む欠点を生む。 メカニカルシール、特に前記タイプの乾燥ガスシールで見られる別のトラブル としては、シヤフトとその支持スリーブに対して回転シールリングを同心的に保 持する必要性が挙げられる。先行シールの多くはトラブル解決策を持たず、その 解決には各種の協動部材を幾何学形状を利用してシール効果を挙げるだけに止ま っていた。上記の特許第4586719号の集成装置の如きその他装置は、少な くともある程度の弾性を利用し,一部辛うじてシールリングのセンタリング(心 だし)には効果を挙げていたが、多くの場合このセンタリング効果自身シールの 他の構造条件に制約されることが多かった。 従って本発明の目的の一つは、その内部機構にシールリングの一つ、好ましく は回転シールリングと協動する改良ピン無し駆動装置を組み込んだ改良メカニカ ルシール、特に乾ガスシールを提供し、脆性材料を使って組み立てた場合、シー ルリングが通例の高圧または衝撃を生ずることなく、支持部材と都合よくキー操 作されまたは支持材により駆動され、この結果脆いシールリングでもその寿命を 著しく高め得るようにすることにある。 本発明の別目的は前記の改良メカニカルシールを提供するとともに、改良され た弾性心だし装置構成とし,ピン無し駆動装置の有無に関係無く協動操作が可能 であり、駆動軸またはスリーブに対し脆性シールリングの弾性心だし作業を容易 にするにある。 本発明の好ましい実施例によれば、一対の対向シールリングを有しその一つは 非回転式にハウジングに連結し、他の一つも回転し得ぬ状態で回転シヤフトに対 し取り付ける、改良メカニカルシールが提供される。このシールリングは比較的 弾性機構のもとに相互に作用し合い、その上の対向平坦面は通常相互に近接した 状態で保持され、好ましい実施例ではこの面の一つが溝部を備えた設計パターン を示し、このため圧縮ガスは対向シール面内と面間に供給され、この対向シール 面間で薄シール膜またはギャツプを形成する。シールリングの一つ、通常は回転 するシールリングはカーバイド系脆性材料製とし、スリーブ装置内に据え非回転 式にこのスリーブに連結し、このスリーブ装置はシヤフトを取り巻きこれに駆動 連結される。スリーブ集成装置には環状の保持フランジを設け、このフランジは 外側で回転シールリングを取り巻き、多数の弾性ピン無し駆動装置を周縁周りに 取付け、保持用フランジをシールリングに駆動連結させる。弾性ピン無し駆動装 置はそれぞれ円筒コイルばねを使用するが、このばねは保持フランジ中に設けた 対向溝および弾性駆動結合を行わせるシールリングとの間に取り付ける。 前記した改良メカニカルシール中の保持用フランジには出来れば弾性心だしス トリツプを設けこれを溝内に填め込む。溝は周縁に沿って隣接の弾性駆動装置間 に伸長させ、この弾性ストリツプは外側環状範囲の大半にわたってシールリング の外側環状面と弾性噛み合わせを行い、これにより弾性ストリツプで効果的にシ ールリングを保持し心だしを完成させる。 本発明の他の目的、狙いは,以下の明細書の説明および添付の図面を参照する ことにより、この標準タイプのシールアセンブリ当業者であれば容易に理解され る筈である。 図面の簡単な説明 図1は本発明によるメカニカルシール,およびハウジングとこれに見合って回 転し得るシャフトとの間の協動機構を示す軸方向の部分断面図である。 図2は本発明による弾性ピン無しのメカニカルシール集成装置の拡大部分断面 図である。 図3は図2の線III−III線による部分断面図である。 図4は図2のIV−IV線による部分断面図である。 図5は図2の線V−Vに沿って見た部分図である。 図6は図5の線VI−VIに沿って概括的に示した部分断面図である。 図7は弾性心だしストリツプおよび保持用フランジと面リングとの間でこのス トリツプの協動機構を示す部分断面分解図である。 図8は図3に類似の本発明を多少変形した部分断面図である。 以下の明細書本文の説明の参考に供するために使用する、従ってこれに限定さ れぬ多少の用語について付記しておく。例えば“上方に”,“下方に”、“右方 に”、“左方に”の用語は,参照する図面に対する向きを示す。また“内方に” および“外方に”の用語は,集成装置およびその指定部材の幾何学中心に向かう 方向および離れる方向をそれぞれ指す。この用語説明には特殊表現用語、その派 生語および同一外国語も含まれるものとする。 発明の詳細な説明 図1はハウジング12と軸線14の周りをこのハウジング上での回転保持用の シヤフト13との間で協動する、メカニカルシール集成装置11を示す。このメ カニカルシールアセンブリ11は,ハウジング内に設けたチヤンバ15内のシヤ フト13を取り囲む状態で取り付ける。ここでシールアセンブリはチヤンバ中の 端板またはグランド部材16で保持し、この部材は従来式の締結具(図示せず) を使ってハウジングにしっかり固定する。シールアセンブリ(シール集成装置) 11は協動して高圧部分またはスペース18と低圧つまり大気圧スペース19と の間でシール機能を発揮し、この場合低圧部分は実施例図の周囲環境を示してい る。 シールアセンブリ11は対向シールリング21と22とを含み、これらは通常 平坦な環状シール面23と24とをそれぞれシール上に備えており、この面の方 は対向して隣接密着取付けされている。シール面23と24は通常半径方向に張 り出した平面内に取付けられ、このシール面の一つには面内に溝部25を備え、 この溝はシール面間にある環状接触部分の半径方向外縁に繋がり、更にこれによ り高圧スペース18と連絡している。しかしこの溝部はシール面23と24間に ある全接触部分を介し半径方向には突出せず、寧ろそのシール域の内側放射縁か ら離隔して終わっている。これにより低圧スペース19内に流れ込む流体量を比 較的大きく制限し、この漏れを防ぐ環状せき部分が求められる。溝部分25は流 体、通常はガス体を導入し、対向シール面23と24間に小ギヤツプを作り、こ れによりシール面間での直接接触を防ぎ更にシール面摩耗を極力低め、総合摩擦 抵抗を小さくするのに効果を示す。この溝25の設置目的は十分知られており、 この溝の形状、様式は様々であり、その一例は特許第4212475号でも示さ れている。溝用の好ましい様式および配列は弊同時係属中の米国出願番号08/ 115153にも開示されている。本発明のメカニカルシール11の好ましい実 施例では乾燥ガスシールとしての機能が発揮されている。 シールリング21を取付け、さらにこれをシヤフト保持スリーブ31に連結す る。このスリーブは非回転式にシヤフト13に連結し、シールリング21が同時 にこれと回転するようにする。シヤフト保持スリーブ31には半径方向に突起す る支持フランジ32を設け、このフランジはシールリング21の背面に隣接して 半径方向に外側に突起させる。この支持フランジ32はその半径方向外側縁部で 環状保持用フランジ33に連結し、このフランジは軸方向に伸長させ、外側で少 なくともシールリング21の外側周縁表面部分を取り巻くようにする。支持フラ ンジ32と協動する環状保持用フランジ33とで、通常シールリング21の保持 用および閉じ込め用のカツプ状集成装置の配列が決まる。環状弾性ゴム質0−リ ング34を支持フランジ32内に形成させた溝に填め込み、この0−リング弾性 方式でシール操作によりシールリング21の背面部分35と協動させる。シール リング21はまた非回転式に弾性ピンなし駆動コネクター(以下に説明)を使っ てシヤフト保持用スリーブ31に連結する。 回転シールリング21は出来れば硬くて脆い材質、通常は炭化珪素または炭化 タングステン等の炭化質材質とする。 他のシールリング22をハウジングリング41上に取付け、このリングはチヤ ンバ15内に取付け,さらにハウジング12とグランド16間に固定する。この ハウジングリング41には、内側環状壁43で形成した環状の軸方向伸長の凹み 42を設ける。この凹みには少なくともシールリング22の軸方向後部を収納す るが、このリングは内側環状面44を持ち、この面は内側環状壁43上の軸滑動 支持体用に利用される。ばね保持リングまたはデイスク45はシールリング22 の背面に直接隣接する凹み42内に収納し、更に内側環状壁43に沿ってこれを 軸方向に移動出来る。その一つを46で示すが多数のばねを周縁方向に離した状 態で取付け、ハウジングリング41とばね保持用リング45との間で軸方向に協 動させ、保持リングをシールリング22の背面に押しやり、このシールリング2 2は順次シールリング21に向かって弾性状態で軸方向に押しやられる。 保持リング45は環状凹み47を有し、この凹み中に0−リング等の環状エラ ストマー質シールリング48を収納する。このシールリング48を取付け、シー ルリング22の背面と環状壁43との何れにも直接接触して弾性エラストマー質 シール効果を挙げる。実施例図において、伸長させた実質的にはエンドレスのコ イル張力ばね49(屡々ガータスプリングと呼ばれる)をシールリング48を取 り巻き接触するごとく、凹み47内に取付け環状壁43と接触してシールリング 48を弾性保持するように配慮する。一方この第二のシールの多数の変形を希望 に応じて利用することもできる。 デイスク45内の凹み47は通常0−リング48の厚みより一般に薄い。従っ て通常はシールリング22に面するデイスク45の側面とシールリングの裏側間 には僅かな分離挙動が見られ、コイルばね46の圧力は0−リング48を介して 完全にシールリング22に伝えられる。ここでコイルばね46による圧力は0− リング48によるシールリング22の後面との接触原因となり、たとえ張力ばね 49が無くても十分伝えられ成功する筈である。 ハウジングリング41には環状フランジ51が含まれるが、このフランジは外 側を取り巻く形でこの個所から内方にシールリング22に軸方向に伸長する。こ のフランジ51は非回転式にこれに固定された一以上のキーまたはピン52を持 ち、このキー52は逐次、一体形成された環状フランジ部品53中に設けた軸溝 内に噛み込まれ、取り巻く形で半径方向外側にシールリング22に向け伸長して いる。このキー52は回転出来ぬ状態でシールリング22をハウジングリング4 1に保持するが、同時にシールリング22をばね46で生じる弾性バイアスに見 合ってキー52に沿い軸方向に滑動させることができる。 シヤフト保持用スリーブ31に対し、回転シールリング21の弾性心だしを得 るには、多数の伸長弾性心だしストリツプ61(図5および6)を環状保持用フ ランジ33上に取付け、シールリング21と弾性を利用し協動操作させる。この 環状保持用フランジ33は図6と7で示すように、このものが軸方向外側に突出 し,さらに軸方向外側に突出してシヨルダー部63で終わる内側円筒壁62を有 するため、一般に段付き構造とされており、このシヨルダー部は半径方向に外側 に突出しさらに内側円筒壁64と合体し、この円筒壁はここで軸方向に突出して 保持用フランジ33の自由端で終わるようにする。このフランジ33には通常多 数組の周縁方向に整列し、伸長した溝65を取付け、この溝は内側円筒壁64内 でアンダーカツトさせ、この溝の一側は実質的にシヨルダー63で終結する。そ の対向側に沿った溝65の底部は通常アンダーカツト66形状とする。円周方向 内の溝は隣接溝65の隣接端壁67とともに端壁67(図5)で終わり、その溝 65は中間壁部分68(図5)により僅かの距離だけ円周方向に離隔し、この部 分にはアンダーカツト溝は見られ無い。図示実施例中、保持用フランジ33は通 常3から6個の溝65を備え、この溝は一体となって効果的に周囲のアンダーカ ツト環状溝を構成し、この溝は溝無し壁部分68に対する場合を除き、実質的に 連続構成である。この種の部分は3から6が代表的とされ、各隣接溝対65の端 部間に形成されている。この壁個所68は通常保持用フランジ33から円周方向 に均一分散されている。 伸長した弾性心だしストリツプ61の一つをそれぞれの溝65内に収納する。 この心だしストリツプ61は、一般に薄いプレート状のばね鋼の角形片から製作 し,その長さ方向に離隔した多数の開口部または窓部を付ける。この窓部により 連続した端縁ストリツプ72を備えた心だしストリツプ61が形成され、この連 続ストリツプは弾性ストリツプの対向縁部に沿って伸長し、上記端縁ストリツプ は順次複数の横方向ストリツプ73と一体結合されていく。ストリツプ61は横 方向に屈曲させた状態で製作され、溝65内にキャツチされた際横方向ストリツ プ73は弾性曲がり形態を呈し、このためストリツプの対向側縁部はアンダーカ ツト66中に突き出ており、横方向ストリツプ73は弾性形態で溝の開口部に向 け張出し、内側半径方向に突出してシールリング21上で見られるように外側円 筒表面74と弾性支持接触させることが出来る。 図7で見るように、シールリング21は環状リブ部分75を備え、外側を一体 取り囲む状態でこのリブ部分をシールリング21と一体形成させる。この環状リ ブ部分75は円筒状外側面76を超えて外側に突出させる。環状リブ部分75に は軸端面77間で設定されるごとく軸方向長さを与え、この長さは面リング21 の総合軸長より実質的に短くする。事実、面77間で測ったリブ(75)の軸長 は標準的に見て、そのそれぞれ前面23と後面35間で測った場合の面リング2 1の軸長の半分以下程度となる筈である。この環状リブ75はこのものが前面2 3と後面35間の中心部にくるように取り付ける。 弾性心だしストリツプ61が弾性状態で外側円筒面74を保持するごとくこれ に触れ、この接触で事実その円周範囲の大部分にわたってリブ75周りに突き出 ている伸長環状ストリツプを構成している場合、この接触により半径方向に内側 に向かう保持力が付加され、この力はシールリング21の周縁に均一配分される だけで無く、面リング21の重心近くで半径方向に内側に加えられ、その歪を無 くするかまたは少なくとも大きく低める。 非回転式に、従って駆動力によりシールリング21とシヤフト保持スリーブ3 1を連結するには、それぞれ溝なし壁部分68には、弾性心だしストリツプ61 の各対の近接端部間の円周方向に形成させたように、弾性ピンなし駆動連接装置 (コネクター)81を組込合体させる(図1−5)。このピン無し駆動コネクタ ー81には通常円筒形コイルばね部材82を設け、これを通常シールアセンブリ の軸方向に平行にその軸を張り出す位置構成とする。このコイルばね部材82は 半径方向に向き合う溝83と84を使って固定填め込みし、この溝はそれぞれ保 持用フランジ33と環状シールリングリブ75内に取り付ける。上記溝83と8 4はそれぞれ半円形断面を持ち、その径はコイルばね部材の外径より大きく、こ れによりこのコイルばね部材82を対向溝83と84中に填め込み位置付けるこ とが出来、この溝群は図3で示すごとくばね部材用閉じ込め域を定めるごとく協 動する。溝84は環状シールリングリブ75の全幅を介して軸方向に伸長する。 対向溝83はアンダーカツト操作し、図3で示すごとく内側円筒面64から軸方 向に伸長させる。この溝は通常円周方向に隣接した溝65の端壁間で心だしされ ており、従って隣接心だしストリツプ61の端部間で心だしされている。一方溝 83はシヨルダー63に対し軸方向内側およびシヨルダー外に突出し、事実シー ルリング21の背面35を僅かに超す軸方向距離を持って内側に突き出ている。 このようにシヨルダー63外に溝83が伸長することにより、実質的に円筒形閉 じ込めボア(内腔)または溝85が形成され(図4)、この溝は優に180°を 超す角度をもって、事実殆ど380°に近い角度をもって伸長し、これによりこ の内腔85で突出対象のコイルばね部材82の軸方向の後部を調整して閉じ込め ることが出来る。 コイルばね部材82は通常、また好ましくは相互に密着させて保持した独自の コイルを取り付ける。この場合相互に接着状態とすることにより、それぞれ独自 に溝83と84を収納する壁面と接触機会の保証される多くの特定コイルが得ら れる。コイルばね部材82は,また出来ればばね部材の径より可成大きな総合軸 長を持てば良い。例えば実施例によれば、ばね長の約1/2を対向溝83と84 間に持たせ、この何れかで効率的にコイルばねの対向円筒の半分を規定し接触さ せるとよい。コイルばね部材82の軸長の残部、(この残部は実施例図中の総合 長の約半分に相当する)を採用し、内腔部分85でしっかり保持するのが良い。 コイルばね部材82の後部自由端に外側に張り出す突起部86を取り付ける。 この突起物はワイヤーロツドの一体外側伸長物として定義され、このワイヤロツ ドでコイルばね部材が形成される。この突起物86は半径方向に内側に突出させ 回転可能のシールリング21の後面35とおり重ねる。支持フランジ32に深さ の浅い環状凹み87を取付け、この突起物86に適合させ、この結果突起物86 が支持リングとシールリング間に捕捉され、この突起物が順次軸方向に内腔85 内にコイルばね部材82を保持している。 本発明によるメカニカルシールの機能および操作、特に弾性ピンなし駆動コネ クター81と組み合わせた改良機能について、以下に概説して見よう。 シールアセンブリ11は通常従来方式に準じて操作する。即ちシヤフト13を 回転させるとこれにつれてシヤフトスリーブ31とシールリング21とが回転す る。この場合弾性ピン無し駆動コネクター81による結合が関与する。この弾性 ピンなし駆動コネクター81でシヤフトスリーブ31とシールリング21との間 の相対回転が抑制され,実際にはシヤフトスリーブ31による駆動作用でシール リング21が同時に回転を始める。回転可能か不可能かの条件次第で、シールリ ング21は通常同心保持されるか、またはシヤフトスリーブに対し多数の囲繞弾 性心だしストリツプ61による心だし位置に保持されるが、この場合弾性心だし 用ストリツプでシールリング21の浮揚性弾性保持状態は維持される。 シールリング21の回転中、加圧流体、通常はガス体は高圧室18内でシール 面の一つに設けた溝部25に接近し、シール面23と24間に加圧ガスの薄膜を 生じ、この面間に狭い空隙を保持する。これは乾燥ガスシール操作で従来から良 く見られる現象である。シール面間からのガス漏れは、溝25の半径方向にある 内側端部に隣接した対向シール面23と24間に形成させた環状堰で、厳重に規 制されるかコントロールされる。 弾性ピンレス(ピン無し)駆動用コネクター81で見られる協動操作について は、コイルばね部材82の後部半分(図1と2では右半分)は実質的に保持用フ ランジ33内に設けたボア(内腔)85内に軸方向とともに周縁方向に捕捉され 、この結果シヤフトスリーブ部材に対し固定された状態で、比較的動きのないコ イルばね部材の保持がなされる。しかしコイルばね部材82の前半分(つまり図 1と2の左半分)はボア85から外側にカンチレバー状態にあるため、前部ばね 部分の直径方向の半分は保持用フランジ33内に設けた溝83に閉じ込められ、 コイルばね部材82の前部の直径方向の半分は、環状シールリングリブ75中に 設けた溝84中に閉じ込められる。この両溝83と84は実際上コイルバネ部材 82の前半分を完全に包込み強く捕捉している。さらにシヤフトスリーブ部材3 1の駆動回転により保持フランジ33が共に協動し、順次コイルばね部材82の 回転を引き起こす。溝83内のコイルばね部材82の前半分の協動、閉じ込めに よりコイルばね部材82の前部の回転を生じ,この部分は溝84が強く閉じ込め られていることから、シールリング21と反応してその同時被動回転を起こさせ る。 駆動フランジ33と被動シールリング21間で現実に回転する駆動伝達部材は コイルばね部材82で構成されるため、この結果多数の駆動個所が各駆動位置で 見いだされる。その根拠はコイルばね部材82の弾性および変形性に固有の制約 があるため、各ばねの隣接コイルが少なくとも相互に反応限度の調整が可能とな り、コイルばね部材が溝83と84の側壁と多数の駆動伝達接触点を持ち得るか らである。従って各固有の接触個所、つまりそれぞれコイルの接触する点での応 力は最低となり、特にそれぞれのコイルが脆性シールリング21中に設けた溝8 4の壁面に触れる個所では最低応力を示す。従って特有のまたは単一弾性ピンレ ス駆動コネクター81について、対象の駆動コイルばね部材82では、シールリ ング21上に形成された溝壁面を有するコイル部材82の,噛み込み操作で生じ る多数の駆動または接触点による、任意の点での応力は顕著に低められる。 任意の駆動接触点においてシールリング21に加えられる全応力は、多数のピ ンなし駆動用コネクター81を周縁に取付け、出来れば3から6組のこの種駆動 コネクター81を一様に周縁部に配したシール集成装置を採用することにより、 さらに低減される。正常な許容差のもとでも,多数の剛性ピンが保持用フランジ からシールリングに向け駆動の有効伝達を妨げることがあっても、駆動部材とし て複数コイルばね部材82の提供により、各コイルぱね部材82を介して伝達さ れる駆動トルクを極めて効果的に伝えることが出来る。それぞれのコイルばね部 材82の固有弾性は部材相互について、また全体のシールアセンブリについて、 多数の駆動コネクターの周縁位置の不正確さ(製造誤差による)を自動的に修正 出来、これによりコイルばね部材82はすべて、駆動フランジ33からシールリ ング21に至るまで駆動トルクを少なくとも合理的に配分する上で効果を挙げて いる。各固有の駆動コイルばね82で得られる多数駆動点を連結させ、複数の駆 動コネクター81を介して伝えられる駆動トルクが一層均一に分配されることに より、任意の個所で脆性シールリング21に付加される接触応力は、特に従来の 剛性ピン駆動に比べ極めて低減され、この結果脆い性状のシールリング21の切 り屑および破損は大きく軽減出来る。 図面で示し上記に説明した本発明が、駆動コイルばね82に関するものであり 、脆性回転シールリング21との駆動噛み合わせにおいて、そのばねの長さが約 1/2程度であるものの、これは発明の好ましい実施例の一つを示したに過ぎず 、また保持フランジ33および被動シールリング21に対するコイルばね82の 位置関係がここに開示する条件を大きく変え得ること、しかも本発明のだん弾性 ピンなし駆動コネクターの特徴と教えを逸脱しないことが了解されるであろう。 なお乾燥ガスとの組合せ使用を目的として,本発明の弾性ピン無しの駆動コネ クター81をここに開示し、またこの弾性ピン無し駆動コネクター81の使用が 乾ガスシール採用に望ましいとするものの、この弾性ピン無し駆動コネクターが また,他のメカニカルシール,特に炭化珪素構成のシールリングの如き脆性回転 シールリングを使用するメカニカルシールにも採用できることも理解出来る。 ここで図8を参照すると、図3に準じた断面図が示されているが、この場合本 発明に基づく多少の変更がなされている。この変更中、心だしストリツプ61を 保持するアンダーカツト溝が連続環状溝65’として構成されており、この溝が ばね保持用溝83を経て伸長している。連続して取り巻く環状溝として溝65’ を形成させることにより、保持用溝を極めて容易に製作出来る。同時に保持用溝 部65’はばね保持溝83より深さが著しく浅いため、溝83のバネによる閉じ 込め効果は依然保持されている。なお,この変形において心だしストリツプ61 は正規配列であるため、その自由端はコイルばね部材82の対向側面に隣接設置 されることになる。 更に本発明のシールアセンブリにおいて、コイルばね部材82に適合するシー ルリング21中に設けた溝(但しこの溝は図8では84’で示す)は比較的大き い半径のもとに形成させることにより、周縁に伸長させることが出来る。この溝 84’を周縁方向に伸長させることにより、コイルばね82は図3のアセンブリ で考え得る上部リムで接触可能と見るより寧ろ、溝底部に一層近接した溝84’ 壁に確実に接触すると見るべきである。このことから、コイルばね82とシール リング21との間の接触および応力個所が、鋭角部または類似の個所から隔たっ た部分で生じ、また切欠き効果が弱まる結果、応力増加傾向の抑制が確かめられ る。なお、この種周縁方向に拡張した溝84により、全駆動アセンブリの円周方 向の配列を可能とし、心狂いの調整が容易となる。 実施例示を目的に本発明の特に好ましい態様について詳細説明してきたが、部 品の再構成を含めた開示装置の変形または修正によっても、本発明の範囲を逸脱 しないことが了解されるはずである。 溝65のZ型断面構成については,小職による同時係属中の出願書類No.08/20 2G89中で詳細開示しているが、その開示内容を参考のため併記しておく。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1996年8月30日 【補正内容】 請求の範囲 1.ハウジングとこれに対応して回転可能のシヤフト間でシールを行うメカニ カルシール集成装置において、軸方向に隣接しシヤフトを囲むごとく配設した同 軸整合の第一および第二シールリングを備え、該第一および第二シールリングが この上に対向平坦なシール面を有し、この面を通常相互に直接対向接近させて保 持し、この間に環状のシール域を形成させ、効果的に高圧側と低圧側領域とに分 離し、この両域を環状シール域の対向半径方向縁部に形成させ、該第一シールリ ングは回転出来ぬ状態でハウジングに連結し、該第二シールリングは弾性駆動コ ネクターを使って駆動部材に回転出来ぬ状態で連結し、この部材も回転できぬよ うに回転シヤフトに取付け、この場合の改良策として、該弾性駆動コネクターに 軸方向に伸長させた第一および第二の溝を設け、この溝をそれぞれ該駆動部材と 該第二シールリング中に形成させ、該第一および第二溝を近接密着して設け相互 に対向して半径方向に開口させ、軸方向に伸びたコイルばね部材を使って、回転 駆動力を該駆動部材から該第二のシールリングに対し、該シヤフトの回転に応じ て伝達させる構成としたことを特徴とするメカニカルシール集成装置。 2.前記第一および第二の溝断面を略アーチ形とし、第一および第二溝を協動 させてコイルばね部材を閉じ込める開口部を形成させることを特徴とする請求項 1に記載のメカニカルシール集成装置。 3.前記駆動部材に円筒ボアに近く同軸整合形状で、該第一溝の伸長部を構成 する軸方向に伸長した開口部を設け、該コイルばね部材には第一の軸方向伸長部 を設け、この部分を第一および第二溝間に閉じ込め、さらにこの部材には第二の 軸方向伸長部を設け、これを該開口部内に閉じ込めることを特徴とする請求項2 に記載のメカニカルシール集成装置。 4.前記コイルばね部材がタブ部分を有し、この部分をその一端から半径方向 に外側に張り出させると共に、該駆動部材の対向面と該第二シールリング間で半 径方向に張り出させ、このコイルばね部材を駆動部材と第二シールリングに対し 軸方向に据えることを特徴とする請求項3に記載のメカニカルシール集成装置。 5.前記駆動部材に環状の軸方向伸長の保持フランジを取付け、このフランジ を少なくとも該第二シールリングの一部を軸方向に張り出させ、外側で該第二シ ールリングを取り巻く如くし、該第一溝は該保持フランジ内に形成させかつ半径 方向内側に向け開口させ、該第二溝は該第二シールリングの外周縁に接して形成 させ該第一溝に対向して半径方向外側に開口させることを特徴とする請求項3に 記載のメカニカルシール集成装置。 6.他数の前記弾性駆動コネクターを該駆動部材と該第二シールリングとの間 に該シヤフト周りに離して連結することを特徴とする請求項1に記載のメカニカ ルシール集成装置。 7.前記第二シールリングを脆性材料製とすることを特徴とする請求項1に記 載のメカニカルシール集成装置。 8.前記駆動部材に環状軸方向伸長の保持フランジを設け、このフランジを少 なくとも該第二シールリングの一部にわたって軸方向に張出し、外側で該第二シ ールリングを取り巻く如くし、該第一溝を該保持フランジ内に形成させ半径方向 内側に開口させ、該第二溝を該第二シールリングの外縁に隣接して形成させ該第 一溝に向かって半径方向外側で開口させることを特徴とする請求項1に記載のメ カニカルシール集成装置。 9.前記第二シールリングを脆性材料製とすることを特徴とする請求項8に記 載のメカニカルシール集成装置。 10.多数の周縁方向伸長弾性心だしストリツプを,通常これを取り巻く状態 で該保持フランジ上に取付け、該弾性心だしストリツプを円周方向に隣接した弾 性駆動コネクター間で該保持フランジの周縁に伸長させ、該弾性心だしストリツ プを通常半径方向内側に張り出させ、かつ該第二シールリング上に形成させた外 側環状面と弾性保持噛み合い状態で配設し、該第二シールリングを弾性保持する とともに該シヤフトに対し心だしされた該第二シールリングを保持する構成とし たことを特徴とする請求項9に記載のメカニカルシール集成装置。 11.それぞれの弾性ストリツプを保持フランジの周縁方向に伸長させ、保持 フランジ内に形成させたアンダーカツト溝中に,閉じ込め用の対向周縁張出し伸 長縁部を設け、これにより該第二シールリングの取付けおよび取外しの際、該ア ンダーカツト溝中にこのストリツプを保持することを特徴とする請求項10に記 載のメカニカルシール集成装置。 12.ハウジングとこれに対応して回転可能のシヤフト間とでシールを行わせ るシール装置において、該装置に該シヤフトを取り囲むごとく第一および第二の 同軸整合した軸方向に隣接するシールリングを設け,この間に環状シール域を構 成する軸方向に近接、対向した平坦なシール面を持たせ、該第一および第二シー ルリングをそれぞれ回転出来ぬ状態で,ハウジングおよびシヤフトに連結し、駆 動部材を回転出来ぬ状態でシヤフトに固定し、第二シールリング近くに密接して 据え、多数の弾性駆動コネクターを駆動部材と、角度形成方向に周縁に離して取 り付けた第二シールリングとの間で協動させ、シヤフトの回転に応じて第二シー ルリングを同時に駆動回転させ、この場合の改良策として、それぞれ該弾性駆動 コネクターにコイルばねを取付け、このものに密着して軸方向に近接して多数の コイルを配設し、第一および第二の凹み壁をそれぞれ該駆動部材と該第二シール リング上に形成させ、該コイルばねを各第一および第二凹み壁を使って、少なく とも部分的に嵌挿閉じ込めし、各第一および第二凹み壁が少なくとも該コイルバ ネの数個のコイルと噛み合い、回転による駆動力を該コイルばねを介して該駆動 部材から該第二シールリングに伝達する構成としたことを特徴とするメカニカル シール集成装置。 13.前記第一および第二凹み壁のそれぞれが、一部円形断面を持つ伸長溝で 形成されることを特徴とする請求項12に記載のメカニカルシール集成装置。 14.前記該コイルばねに第一軸方向伸長部分を設けこれを第一および第二凹 み溝中に配設するとともに、これらの溝間に閉じ込め、さらに該コイルばねに第 二の軸方向伸長部分を設け、この部分を該第一部分と同軸整合、合体せしめ、該 第二の軸方向伸長部分を取り巻き壁内に閉じ込め、この壁部分を該駆動部材上に 形成させ、この壁で第二の軸方向伸長部分の内少なくともその外周縁の大部分を 取り巻き、駆動部材上にコイルばねを閉じ込める構成としたことを特徴とする請 求項12に記載のメカニカルシール集成装置。 15.ハウジングとこれに対応して回転出来るシヤフトとの間でシールを行う シール装置において、軸方向に隣接しシヤフトを取り巻く状態で同軸整合させた 第一および第二のシールリングを備え、該第一および第二シールリングがこの上 に対向した平坦なシール面を有し、この面は通常相互に直接対向接近させて保持 し、この間に環状シール域を形成させ、効果的に高圧側と低圧側領域とに仕分け 、この両域を該環状シール域の対向半径方向縁部に形成させ、該第一シールリン グは回転出来ぬ状態でハウジングに連結し、該第二シールリングは脆性カーバイ ド系材質とし、これを弾性駆動コネクターを使って回転出来ぬ状態で駆動部材に 連結し、この部材も回転出来ぬ状態で回転シヤフトに連結し、この場合の改良策 として、該弾性駆動コネクターに第一および第二の軸方向伸長溝部を設け、この 溝はそれぞれ該駆動部材および該第二シールリング中に形成させ、該第一および 第二溝の断面を一部円形状とし、相互に対向して半径方向に開口させ、軸方向に 伸長させた円筒形弾性部材を該第一および第二溝間,内に嵌挿閉じ込め、該溝を 協動させて開口部を形成させ、この開口部で円筒形弾性部材を閉じ込め、該シヤ フトの回転に応じて該第二シールリングを回転させる構成としたことを特徴とす るメカニカルシール集成装置。 16.複数の周縁方向伸長の弾性心だし装置を備え、該シヤフトに対し該第二 のリングの心だしを行い、この装置を該駆動部材および円周方向に隣接する弾性 駆動コネクター間の該第二シールリングと協動噛み合わせ状態で取り付けること を特徴とする請求項12に記載のメカニカルシール集成装置。 17.前記駆動部材に同軸整合の軸方向伸長ボアを設け、かつ該第一溝部の伸 長部分構成とし、該弾性部材に第一軸方向伸長部分を設け、この部分を第一と第 二溝間に閉じ込め、さらに第二軸方向伸長部分を設け、この部分を該ボア内に閉 じ込めることを特徴とする請求項15に記載のメカニカルシール集成装置。 18.前記弾性部材がタブ部分を有し、この部分をその一端から半径方向外側 に張出し、その端部を該ボア内に据え、該タブ部分は該ボアから半径方向に伸長 させ、更にこれを該駆動部材および該第二シールリング上の対向面間に張り出さ せ、該駆動部材および該第二シールリングに対し軸方向に該弾性部材を位置づけ ることを特徴とする請求項15に記載のメカニカルシール集成装置。 19.複数の該弾性駆動コネクターを該駆動部材と該第二シールリングとの間 に該第二シールリングに対し周縁方向に離隔させた状態で連結させ、かつ該シヤ フトに対し該第二リング心だし用の複数の周縁方向伸長の弾性心だし装置を、該 駆動部材および該第二シールリングと協動噛み合わせ状態で円周方向に取付け、 それぞれの該弾性心だし装置を周縁方向に隣接した弾性駆動コネクター間に配設 することを特徴とする請求項15に記載のメカニカルシール集成装置。 20.該各弾性心だし装置が,該駆動部材上に取り付けた周縁方向に伸長の弾 性心だしストリツプであり、これを該第二シールリング上に形成させた外側環状 面と弾性保持噛み合い状態で、該第二シールリングに向け通常半径方向に張り出 させることを特徴とする請求項19に記載のメカニカルシール集成装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG), AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB ,GE,HU,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SI,SK,TJ,TT,UA,UZ,VN 【要約の続き】 し駆動部材から第二のシールリングに対し回転駆動力を 伝達するように構成させる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.ハウジングとこれに対応して回転可能のシヤフト間でシールを行うメカニ カルシール集成装置において、軸方向に隣接しシヤフトを囲むごとく配設した同 軸整合の第一および第二シールリングを備え、該第一および第二シールリングが この上に対向平坦なシール面を有し、この面を通常相互に直接対向接近させて保 持し、この間に環状のシール域を形成させ、効果的に高圧側と低圧側領域とに分 離し、この両域を環状シール域の対向半径方向縁部に形成させ、該第一シールリ ングは回転出来ぬ状態でハウジングに連結し、該第二シールリングは弾性駆動コ ネクターを使って駆動部材に回転出来ぬ状態で連結し、この部材も回転できぬよ うに回転シヤフトに取付け、この場合の改良策として、該弾性駆動コネクターに 軸方向に伸長させた第一および第二の溝を設け、この溝をそれぞれ該駆動部材と 該第二シールリング中に形成させ、該第一および第二溝を近接密着して設け相互 に対向して半径方向に開口させ、軸方向に伸びたコイルばね部材を使って、回転 駆動力を該駆動部材から該第二のシールリングに対し、該シヤフトの回転に応じ て伝達させる構成としたことを特徴とするメカニカルシール集成装置。 2.前記第一および第二の溝断面を略アーチ形とし、第一および第二溝を協動 させてコイルばね部材を閉じ込める開口部を形成させることを特徴とする請求項 1に記載のメカニカルシール集成装置。 3.前記駆動部材に円筒ボアに近く同軸整合形状で、該第一溝の伸長部を構成 する軸方向に伸長した開口部を設け、該コイルばね部材には第一の軸方向伸長部 を設け、この部分を第一および第二溝間に閉じ込め、さらにこの部材には第二の 軸方向伸長部を設け、これを該開口部内に閉じ込めることを特徴とする請求項2 に記載のメカニカルシール集成装置。 4.前記コイルばね部材がタブ部分を有し、この部分をその一端から半径方向 に外側に張り出させると共に、該駆動部材の対向面と該第二シールリング間で半 径方向に張り出させ、このコイルばね部材を駆動部材と第二シールリングに対し 軸方向に据えることを特徴とする請求項3に記載のメカニカルシール集成装置。 5.前記駆動部材に環状の軸方向伸長の保持フランジを取付け、このフランジ を少なくとも該第二シールリングの一部を軸方向に張り出させ、外側で該第二シ ールリングを取り巻く如くし、該第一溝は該保持フランジ内に形成させかつ半径 方向内側に向け開口させ、該第二溝は該第二シールリングの外周縁に接して形成 させ該第一溝に対向して半径方向外側に開口させることを特徴とする請求項3に 記載のメカニカルシール集成装置。 6.他数の前記弾性駆動コネクターを該駆動部材と該第二シールリングとの間 に該シヤフト周りに離して連結することを特徴とする請求項1に記載のメカニカ ルシール集成装置。 7.該第二シールリングを炭化珪素系材質、若しくは類似の脆性材料製とする ことを特徴とする請求項1に記載のメカニカルシール集成装置。 8.前記駆動部材に環状軸方向伸長の保持フランジを設け、このフランジを少 なくとも該第二シールリングの一部にわたって軸方向に張出し、外側で該第二シ ールリングを取り巻く如くし、該第一溝を該保持フランジ内に形成させ半径方向 内側に開口させ、該第二溝を該第二シールリングの外縁に隣接して形成させ該第 一溝に向かって半径方向外側で開口させることを特徴とする請求項1に記載のメ カニカルシール集成装置。 9.前記第二シールリングを炭化珪素系材質若しくは類似の脆性材料製とする ことを特徴とする請求項8に記載のメカニカルシール集成装置。 10.多数の周縁方向伸長弾性心だしストリツプを,通常これを取り巻く状態 で該保持フランジ上に取付け、該弾性保持ストリツプを円周方向に隣接した弾性 駆動コネクター間で該保持フランジの周縁に伸長させ、該弾性保持ストリツプを 通常半径方向内側に張り出させ、かつ該第二シールリング上に形成させた外側環 状面と弾性保持噛み合い状態で配設し、該第二シールリングを弾性保持するとと もに該シヤフトに対し心だしされた該第二シールリングを保持する構成としたこ とを特徴とする請求項9に記載のメカニカルシール集成装置。 11.それぞれの弾性ストリツプを保持フランジの周縁方向に伸長させ、保持 フランジ内に形成させたアンダーカツト溝中に,閉じ込め用の対向周縁張出し伸 長縁部を設け、これにより該第二シールリングの取付けおよび取外しの際、該ア ンダーカツト溝中にこのストリツプを保持することを特徴とする請求項10に記 載のメカニカルシール集成装置。 12.ハウジングとこれに対応して回転可能のシヤフト間とでシールを行わせ るシール装置において、該装置に該シヤフトを取り囲むごとく第一および第二の 同軸整合した軸方向に隣接するシールリングを設け,この間に環状シール域を構 成する軸方向に近接、対向した平坦なシール面を持たせ、該第一および第二シー ルリングをそれぞれ回転出来ぬ状態で,ハウジングおよびシヤフトに連結し、駆 動部材を回転出来ぬ状態でシヤフトに固定し、第二シールリング近くに密接して 据え、多数の弾性駆動コネクターを駆動部材と、角度形成方向に周縁に離して取 り付けた第二シールリングとの間で協動させ、シヤフトの回転に応じて第二シー ルリングを同時に駆動回転させ、この場合の改良策として、それぞれ該弾性駆動 コネクターにコイルばねを取付け、このものに密着して軸方向に近接して多数の コイルを配設し、第一および第二の凹み壁をそれぞれ該駆動部材と該第二シール リング上に形成させ、該コイルばねを各第一および第二凹み壁を使って、少なく とも部分的に嵌挿閉じ込めし、各第一および第二凹み壁が少なくとも該コイルバ ネの数個のコイルと噛み合い、回転による駆動力を該コイルばねを介して該駆動 部材から該第二シールリングに伝達する構成としたことを特徴とするメカニカル シール集成装置。 13.前記第一および第二凹み壁のそれぞれが、一部円形断面を持つ伸長溝で 形成されることを特徴とする請求項12に記載のメカニカルシール集成装置。 14.前記該コイルばねに第一軸方向伸長部分を設けこれを第一および第二凹 み溝中に配設するとともに、これらの溝間に閉じ込め、さらに該コイルばねに第 二の軸方向伸長部分を設け、この部分を該第一部分と同軸整合、合体せしめ、該 第二の軸方向伸長部分を取り巻き壁内に閉じ込め、この壁部分を該駆動部材上に 形成させ、この壁で第二の軸方向伸長部分の内少なくともその外周縁の大部分を 取り巻き、駆動部材上にコイルばねを閉じ込める構成としたことを特徴とする請 求項12に記載のメカニカルシール集成装置。 15.ハウジングとこれに対応して回転出来るシヤフトとの間でシールを行う シール装置において、軸方向に隣接しシヤフトを取り巻く状態で同軸整合させた 第一および第二のシールリングを備え、該第一および第二シールリングがこの上 に対向した平坦なシール面を有し、この面は通常相互に直接対向接近させて保持 し、この間に環状シール域を形成させ、効果的に高圧側と低圧側領域とに仕分け 、この両域を該環状シール域の対向半径方向縁部に形成させ、該第一シールリン グは回転出来ぬ状態でハウジングに連結し、該第二シールリングは弾性駆動コネ クターを使って回転出来ぬ状態で駆動部材に連結し、この部材も回転出来ぬ状態 で回転シヤフトに連結し、この場合の改良策として、該弾性駆動コネクターに第 一および第二の軸方向伸長溝部を設け、この溝はそれぞれ該駆動部材および該第 二シールリング中に形成させ、該第一および第二溝の断面を一部円形状とし、相 互に対向して半径方向に開口させ、軸方向に伸長させた円筒形弾性部材を該第一 および第二溝間,内に嵌挿閉じ込め、該溝を協動させて開口部を形成させ、この 開口部で円筒形弾性部材を閉じ込め、該シヤフトの回転に応じて該第二シールリ ングを回転させる構成としたことを特徴とするメカニカルシール集成装置。
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