JPS59159468A - メカニカルシ−ル組立体 - Google Patents

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】 本発明はスラリーポンプに使用するのに適したツカニカ
ルシールに関する。

モータと製品ポンプとの間に使用される通常のメカニカ
ルシールは．モータハウジングこ社続された静止シール
リングとモータ軸に接続された回申可能シールリングと
を備え，各ゾールリングは他のゾールリングのシール面
に対向する磨かれたシール面を有しでいる。コイルはね
および（又は）ベローのような弾牛装置が一方のパ−ル
リングの−面で他のシールリングの表面に旨封状態こ押
圧している。

このようなシールの敗付けおよび取外しを簀鴇にするた
めに、モータ軸の外径すなわち（Ｏ、Ｄ．）こ滑らされ
かつ−つ又はそれ以上に市めねしによって両軍された円
筒状スリーブ上に予め組立てられたシールヘ何り付けろ
古して．シールをいわゆる「カートリッジ」式こ組立て
くことが普通でらろ。

上記の形式のはとんどのメカニカルゾールは、ペローお
よびばねのような数個の金属部品を含み。

ぞのベロー、ばねはシールリングを密封関係に偏倚しか
つ製品流体に露されている。製品流体が非摩耗性および
非腐食性の場合に適用するとぎは何ら問題は牛じないが
，スラリーポンプにおいては汲み上げられろ流体の摩損
作用は金属部品う侵しかつ寿命を非常に短くすく。

典現的なメカニカルシールはコノパクトだえりかつ唐に
仄含さし．峯密につくられた部品に特徴を有するが、ス
ノリーボンブにシールには、動作寿命を延ばそうとする
努力にもかかわらずそれがすぐに部汀するので、大ぎな
寸法公差でつくられしたがってコストが低い組加工の部
品が望ましい。

これくシールがミンプこ取り付すられる方法にも影響し
こくる。例えば、前述のようこ、ほとんどのカートリッ
ジシールは数固の止めねじで固定され、その止へねじば
しばしば占旨してしまいかつ緩めるのに長たろしい時間
な浪費する操作が必安どなる。よりすばしば調整およひ
修理が行なわれるスフリーボンブゲを収り扱うに当り、
紬にソールを取りつけ或は軸からシールの設計における
別の外速かつ簡尊な装置を得ることが小閥である。

スラリーボンダのシールの設計こおける別の考察はシー
ルリングに負荷を加える面積にある。シールリングを蕾
封関係に保つために必吠な「ばね］を与えるためにばね
が弾性すなわちエラストマ質の（ｅｌａｓｔｐｍｅｒｉ
ｃ）材料て置き代えられた従来技術のシールの例がある
。

エラストマ（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）ずなわちゴムのよう
な弾性体は捩り、圧縮、引張まよび剪断状態に尾力が加
えられ得ろ。後者は、エラストマの体積全体にわたって
応力がほぼ均一に分散さするので。

最も有益である。捩り状態に応力が加えられろと。

応力は内部にはとんど応力が加えられないで主に外側繊
維にあす、かつ摩損又は化学的な攻撃こより最初こ失な
われろのはこれらの繊維である。更に捩り状態に応力が
加えられたエラストマはすぐこばね作用を失ってしまう
。エラストマは、引張状瞥にすかれろと、例えば引張ら
れたゴムハシトが水入こ伸ばされそように、応力が加え
られた材利を引受ける。もしエラストマ本体が閉じ込め
られていると、圧縮率可能である。もし閉じ込められず
かつ圧縮が加えらると、エラストマはふくらみ更にわず
かな移動で旨いばね率を有し、したかってばねとして代
用するのは好ましくない。

例えば、米国特許第４，３０６．７２７号はドリルビッ
トの環境に金属ゾールリングど接触していく静止エラス
トマリングを使用することを教示しかつ背景にば、軸受
区域内へのごみ、砂、岩の切ぐず。

腐食性液体および他の汚物が侵入するのを防止すろため
に回転するカッタと軸受ジャーナルとの間にエラストマ
リングを使用することが、示されている。この特許のエ
ラストマリングは一力のシールリングを他方に押圧すろ
こめにエラストマを使用することを示しでいるげれども
。くずが漏れ側に集まるようにつくられ、このことよエ
ラストマの悪化を生起しかつシール機構の分解による以
外に帰除が困難てある。

米国特許第５．２７７．５１９号において、トラクタの
後輪とトラクタのフレームとの間で使用されるルールが
示されでいろ。シールの各々は一対のエラストマ質の［
角が丸くされた」構断面を七するシール安素を使用し．
そのシール安素は一対のシールノングを互いに係合する
ように押圧しがつ使用中は応力が加えられダイヤモンド
形に変形されて凹状溝に裂は目を残し．くずを集めろよ
うにエラストマ質の部口はその裂は目の中に受けられて
いる。

上記特許のいずれもエラストマ質の安素を剪断状態こ負
荷するという硫念は示していない。

本発明のメカニカルシールは特に摩耗性スラリーポンプ
と共に使用するようにつくられかつ各シール面を自する
静止シールリングと回転可能シールリングとを備えてい
る。シールリングは少なくとも一つのエラストマの組立
体によって密封関係に弾尾され，その組立体は製品によ
る摩耗性および腐食性の侵食に抵抗する。

エラストマ組立体は，一対のりは同軸に指向されている
が軸方向および半径方向に隔てられた金属バンドに接合
されている環状リング部椙を備え。

その結果シールが適所に組み立てられるどきにバンドが
お互いの方向に軸方向に移動されると．リング部拐は剪
断状態に負荷が加えられろ。すなわちエラストマ質の材
料の一部はバンドの軸線に平行な方向に互いに相対的に
滑る。

本発明の一つの形において，一つのエラストマの組立体
が使用され，かつ本発明の他の形式においては一対のエ
ラストマの組立体が使用される。

本発明の画形式において．エラストマのシリンダは回転
可能なシールリングをスジノーポンプを駆動するモータ
の軸に接続し，その結果．回転可能シールソング軸と共
に回転する。組立体のエラストマ質の部分は軸への汲み
二げられる製品の流れに対して円筒を形成しかつ組立体
の金属部品が汲み一げられる製品によって摩耗するのを
防止する。本発明の二つの組立体の形式において．静止
シールリングは第２のエラストマの組立体によつてハウ
ジングに接続されている。

本発明のシールは、好ましくは、ユニットとして軸に取
り付けられ或は軸から取外されろカートリッジである。

このようにシール組立体は、漏洩沈澱物か存在するとき
でさえもシール組立体が取り替えられるとき容易に取り
外さえるさび装置によってモータ軸に係氏されろように
なっている円筒状スリーブを有している。くさびはドラ
イバーロンド等をハンマーで打つことにまり係市位置か
り移動され得ろ。

本発明のシール組立体は部品間に従来のシール組立体の
すき間より大きなすき間を与え、漏洩沈澱物が組立体か
らより容易に取り除かれるようにしている。シールリン
グは、後述するように、駆動ビンを受けろ駆動刻み目を
保護するためにかつ敗扱い中に比較的もろい表面を保護
するようリングを装甲するために、エラストマ質の被い
が設けもれている。

シール組立体は、好ましくは、各々が所定のばね負荷が
加えられた（剪断状態に負荷が加えられたエラストマの
組立本によって与えられる）カートリッジとして予め組
み立てられかつボンシ−セータ組立せへの取付けを容易
こずろようこ新規な位置決め酸素が設けろれでいろ。位
置決め酸素はシールが動作しでいろとき、フランジクラ
ンプとして作用する。

本発明を実施ずろ一つの方法を、特別の実施例のみを示
している図面を参照して以下で説明する。

第１図において本発明の好ましい実施例が示され、この
実施例はモータ１８の軸１６によって駆動されろインペ
ラ１４（略図で示す）を有するスラリーホンフに取り寸
けられたメカニカルゾール組立体１０からなっている。

シール組立体１０はハウジング２０内に収容されかつユ
ニットとしで軸に取り付けられ或は軸から取外さするカ
ートリッジの形式である。第１図に示されている実施例
において、組立体１０は軸１６を囲みかつ汲み上げらす
る製品および摩耗性スラリーから軸１６を保護する撓囲
しているスリーブ２２が取り付けられている。

メカニカルシールカートリンジすなわちメカニカルシー
ル組立体１０は、各々がシール面２８および５０をそれ
ぞれ有する回転可能シールリング２４と静止シールリン
グ２６とを有し、各シール面は対向して配置され互いに
弾力的こ押圧されている。好ましい実施例では同じ形状
および材料であろゾールリング２４および２６は、好ま
しくは酸化アルミニウムのようなセラミックでつくられ
かつそれに接合されたショアー硬さ約５０〜６０のゴム
のようなエラストマ質の材料の部分的に角を波っている
波い３２および３４が設けられている。

エラストマ質の被いは約９０°で円周方向に隔てらしこ
駆動溝５６が設りられている。なおこの間隔はもし必安
なろば他の角隻にすることかできる。

シール組立体１０は、全体が３７で示されだ（第１図お
よひ第２図において）エラストマ組立体を備え、そのエ
ラストマ組立体は一対のまぼ同心であるが軸方向および
半径方向に隔てられこ好ましくはスデンレススチールの
バンド４０および４２に接合された、ショアー硬さ５０
〜６０のコムのようなエラストマ質の材料の環状コア４
４でつくられている。内則バンド４０は約９０°で円周
方向に隔てられこ穴４６が設けられ、かつエラストマ質
の材料の部材４４はシールリング２４の彼い５２の駆動
溝３６と係合する形状、寸法、間隔の円周方向に隔てら
れたラグ４８が形成されている。

バンド４２はシールリング２４を円周方向に囲みかつ被
３２の上にあってそれと接触している。バンド４０は、
各々がバンド４０の穴４６の一つ内に受けられろ部分を
有する駆動ビン５２によって。

円筒状の軸スリーブ５０に接続されている。

前述したように、要素のほぼ全横断面にわたって応力が
均一であるようにエラストマ組立体が剪断状態に負荷さ
れることが、本発明には極めて重要である。バンド４０
および４２は補強要素として作旧し、その補強要素はそ
の位置および力向により、二つのシールリングが丸いに
接近する力面に動かされことき環状のエラストマ質の本
体が剪断状態になるようにずろ。第１図に最もよく示さ
れろように、偏倚がシールリング２４に力えられると、
他のバントはバンド４０の外側で左に滑動しようとずろ
。これは、環状のエラストマ質の本体４４を二つのバン
ドの間ではぼ全横断面積にわたり剪断状態にする。

シールリング２６は、リング２６および被い３４の上に
ありかつそれらを密に被っているプルノーズすなわら大
荒削り（buｌｌ−ｎｏｓｅ）部分５８が形成されたフラ
ンジ部材によって支持されている。

フランジ部材５６によって支持された円周方向に隔てら
れた駆動ビン５９は被い３４の駆動溝３６と係合する。

フランジのプルノーズ部分５８はポンプで汲まれる製品
によって浸されるのを防上するため、５８Ａにおいてエ
ラストマ質の材料で被覆されている。この被覆は好まし
くはンヨア硬さ５０〜６０のゴノである。

フランジ５６は各々が刻み目６１を勺する少なくとも王
つの円周方向に隔てられた据付けブロック６０によって
ハウジングのフランジ２ＯＡに締結されている。マシン
ボルト６２は据付はブロックの対応するボルト穴６４を
貫通しフランジ５６のねじ穴６６内に沖びている。

シールをユニットとしで取付は或は取外し可能にするた
めに、主要な要素の全てはスリーブ２２の外周（Ｏ．Ｄ
．）で滑動可能なスリーブ５０に取り伺けられている。

軸スリーブ５０はリング３８の位置と反対の端部にスリ
ーブフランジ６８が形成されかつ第６図に示されるよう
に係止くさび７２を受ける穴７０があけられ、そのくさ
びは穴内に打ち込まれたときスリーブ５０およびメカニ
カルシール組立体１０をくさび止めめる。

シール組立体１０は、インペラ１４が軸１６に接続され
ろ前に軸１６のポンプ端から運転位置に挿入され、その
部品の間隙は取付け前に調整される。力−トリンジは次
のように組立てられろ。

（ａ）シールリング２４は駆動溝５６を駆動ラグ４８と
整合させてエラストマ組立体５７内にセントされろ。

（ｂ）シールリング２６はフランジ５６内にセットされ
る。

（ｃ）シールリング２４のあるエラストマ組立体５７は
スリーブの左娼に滑らされかつ適所に一時的にテープ市
めされろビン５２によって固定される。

（ｄ）三つの調整すなわち据付けブロック６０がフラン
ジ５６に固定されかつボルト６２のフィンガは据付げブ
ロックな「運転」位置（第５図）に保持すろように締め
付けられろ。

（ｅ）フランジ、据付けフロンク、静止シールリングの
組立体は軸スリーブ５０の右端に滑動され、かつ据付は
ブフックはスリーブフランジ６８が刻み目６１によって
据付けブロック内に捕捉されろように「挿入」位置（第
３図）まで１８０°回転されろ。

組立てられたカートリッジすなわちシール組立体１０は
今や運転位置に容易に取り付けろれろ。

ノールリング２４に取り付けらしたエラストマ組立体３
７が（第１図に示されるように）剪断状態にあろこめ、
そのエラストマ組立体はシールリング２４をシールリン
グ２６に向って押出する。シール組立体１０は包囲スリ
ーブ２２の左端に滑らされ、かつ駆動ビン５２が民間ス
リーブ２２の左娼に達するとテープはビンかスリーブの
外周によって適所に保持されるように取り除かれる。フ
ランジ５６は取付フランジ２０Ａの表面に対して膚座さ
れ、据付はブロックばそれかも「軸調整旨置」（第４図
）に回転されかつボルト６２が締付けられろ。

このときポンプ組立体は完成されかつ全ての必要な調整
が軸に関して行なわれ、かつそれかも輔スリーブが着座
するまで打込まれろビン７２の挿入によって軸に係上さ
れる。ボルト６２はそれから緩められ、据付はブロック
は［運転（ｒｕｎｎｉｎｇ）」位置まで回転されかつボ
ルトが再ひ締められる。

エラストマ組立体３７は、その形状によりポンプで汲ま
れる製品の残留物か集まることかてきろ亀裂がない。エ
ラストマ内の剪断応汎よエラストマ質の材料全体にわこ
って分布されく。エラストマ組立体５７はシールリング
５４を支持するだけでなく、スリーブ５０とシールリン
グ２４との間に液体シールを与えかつスリーブ５０の少
なくとも一部をポンプで汲まれる製品から保護する。

第７図は、本来の位置にある輔スリーブこすなししカー
トリノジ型シールでなく組立てられるようになっている
本発明の第２の実施例を示している。この実施例ば、ボ
ンプが通常のパツキン箱の代りにシール組立体と共に逆
に嵌めらを得る標準のポンプに改良すろのに適している
。メカニカルシール組一体９０は回転可能シールリング
９２と静止シーリング９４とを有し、そのリングはそれ
ぞれ子いに対向しかつ弾圧されたシール而９６およひ９
８をそれぞれ有している。シールリング９２．９４はエ
ラストマ組立体９７．９９によって互いに押川され．各
組立体のニラストマは好ましくはシコア使さ５０〜６０
を有するコムであるコア１００．１０２を令している。

各組立体のコア１００、１０２は外側金属パンド１０４
、１０６およびカップ状リング部品１０８又は１１０に
接合されている。

バント１０４．１０６およびカッグ状リング部品１０８
〜１１０は好ましくはスデンレススヂールでつくもしで
いる。エラストマ組立体の一つの形状は第８図こ示され
、両コア１００および１０２はほぼ同じである。シール
の組立中にリング１０４および１０８が互いに接近する
方向に軸方向に動かされルト、エラストマ質のコラ１０
０および１０２は剪断状態に負荷が加えらし、かつこれ
はリング６２および９４をお旬いの方向に押圧するばね
力を与える。パンド１０４はシールリング９２−にあり
、バント１０６ばシールリング９上にある。各カップ状
部品１０８および１１０は一端において位置決めリング
１１４によってかつ他端においてアダプタスリーブ１１
６によって支持された駆動ビンを各々が受けろように円
周方向に隔てられこ穴１１２が設けられている。シール
組立体は民間スリーブ１１８に取り付げられかつ位置決
めリング１１４はスリーブ１１８を受けるように円形の
空洞が設けられている。スリーブ１１８はモータ１２２
とポンプインペラ１２４とを接続している佃１２０に組
立てられる。インペラ１２４はハウジフグ１２６内に収
容されていく。アダプタスリーブ１１６は．ハウジング
１２６のフランジ１３２のタップ掛けされた開口に受け
られこ少なくとも一つで通濱は複数の円周方向に隔てら
れたマシンボルト１２８によって、ハウジング１２６こ
接続されていろ。ナツト１３４および１３６はフランジ
１１６の調整を許容しかつコア１００および１０２に剪
断状態に応力を加えるために部拐１０８および１１０の
軸力向に伸びている部分に関してバンド１０４，１０６
を動かず作用をし、その結果それらはシールリング９２
と９４を立いに接近する方向に川土ずろ。

不発明は特定の実施例に関連して説明されてぃるが、本
発明の範囲内で種々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のメカニカルシール組立体の好ましい実
施例の部分横断面図、第１Ａ図は中にエラストマ組立体
の駆動ラグが受けられるシールリングの一つの駆動溝を
示している部分立面図、第２図はエラストマに応力が加
わる前のエラストマ組立体の部分断面図、第３図、４図
および第５図はカートリッジ据付はブゴンクの種々の位
置を示す部分断面図、第６図は本発明のメカニカルヅー
ル絹立体を軸に接続するための係止くさびを示しでいる
第１図の線６−６に沿って見た部分断面図、第７図は本
発明の第２の実施例の部分断面図、第８図はエラストマ
に応力が加えられる前の第７図の実施例のエラストマ組
立体の部分断面図である。 １６．１２０：軸 ２０．１２６：ハウジング ２４．９２：回転可能シールリング ２６．９４：静止シールリング ３７、９７．９９：エラストマ組立体 ４４．１００，１０２：環状部材 ４０．４２，１０４，１０８、１０６，１１０：同心バ
ント特許出願人　ボーク・ワーナー・コーボレージョン
代理人　弁理士　湯浅恭玉 　　　　　　　　　　　　（外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、くみ上げる製品が摩耗性であるポンプと共に使用す
   ろのに特に適しかつポンブノウジングとポンプインペラ
   を駆動するモータ駆動軸とに作動的に取り付けられてい
   るメカニカルシール組立体において。 前記軸（１６，１２０）に連動されかつその軸によって
   駆動さえる回転可能シールリング（２４，９２）と。 前記ハウジング（２０．１２６）に連結された静止シー
   ルリング（２６、９４）と。 前記回転可能シールリング（２４，９２）を支持するエ
   ラストマ組立体（３７，９７．９９）と。 を備え、前記シールリングの各々が他のシールリングの
   而に対向しかつそれと密封関係で協動するようになって
   いるシール面を有し、前記エラストマ組立体が、エラス
   トマ質の材料で形成された環状部材（４４，１００，１
   ０２）および環状部材に接合されだ対の同心バンド（４
   ０，４２，１０４，１０８，１０６，１１０）を有し、
   前記バンドが互いに軸方向および半径方向に隔てられ、
   前記エラストマ組立体は、前記駆動軸の作動位置に置か
   れたとき前記回転可能シールリングを前記静止シールリ
   ングに向って押出しかつ前記バンドの間の区域で剪断状
   態に負荷されているメカニカルシール組立体。 ２、前記静止シールリングを支持している第２のエラス
   トマ組立体を備え、前記第１および第２のエラストマ組
   立体（９７および９９）がエラストマ質の材料の心（１
   ００，１０２）に接合された外側バント（１０４，１０
   ６）および内側バンドを有しでいろ特許請求の範囲第１
   項に記載のメカニカルシール組立体。 ６、前記シールリングを摩耗性の品物から保護するため
   に前記シールリング（２４、２６）がエラストマ質の材
   料の被い（３２，３４）によって部分的に扱われている
   特許請求の範囲第１項に己載のメカニカルシール組立体
   。 ４、前記シールリング（２４，２６，９２，９４）の古
   々がセラミック材料でつくらしている特許請求の範囲第
   １項に記載りメカニカルゾール絹立体。 ５、前記ニシストマ用一体は前記ゾールリンクと関連さ
   れた対応する駆動溝（３６）と仙才する駆動ラフ（４８
   ）か設げられている持許稍求の範囲第１項こ記載のメカ
   ニカルシール徂立体。 ６、前記シールリングは表面の一部上にエラストマ質の
   波い（３２．３４）が設げられかつ前記駆動溝（３６）
   が前記破いに形成されている特許請求の範間第５墳こ記
   載のメカニカルゾール咀寺体。 ７、ポンプインペン輔の外周（Ｏ，Ｄ）上に支持される
   ようになっている軸スリーブと。 前記スリーブ（５０）上に敗す付けにれた第１の回転可
   能なシールリング（２４）と。 取付けおよび調整中に前記スリーブ（５０）によつて支
   持され得るようになっており、かつ静止波素と係合する
   ようになっている環状フランジによって支持されている
   第２の静止シールリング（２６）と。 前記頃汰フランジこ取す付けられかつ前記環法フランジ
   との間で前記要素を把持するように酊止安本と系合川能
   な表面要素を貼付けブロックどを備えているカートリッ
   ジ型メカニカルシール。 ８、前記居付けブロックが三つの位置すなわぢ（１）居
   付げブロックが前記一スリーブのみと糸合する挿入位置
   （第３図）、（２）据付けブロックが前記佃スリーブお
   よび前記静止要素の両方と係合する調整位置およびに（
   ３）据付けブロックが前記静止要素とのみ係合する運転
   位置に回転可能である特許請求の範囲第７項に記載のメ
   カニカルシール。 ９、前記軸スリーブ（５０）がそのスリーブの開口を通
   して伸びているくさび要素（７２）によってモ−タ軸に
   敗り付けられている待旨請求の範囲第７項に記載のメカ
   ニカルゾール。 １０、前記第１のシールリング（２４）が剪断状態こ負
   荷されるようになっているエラストマ組立体（３７）に
   よって偏倚されでいる特許請求の範囲弟７項に記載のメ
   カニカルゾール。 １１、前記第１のゾールリング（２４）がその表戸りー
   部を被うエラストマ質の材料の扱いににって呆護されて
   いる特許請求の範囲第１０項に記成のメカニカルゾール