JPS6159069A - メカニカルシ−ル - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシールすべき流体を入れてあるハウジングでの
回転軸をシールするために用いられるタイプのメカニカ
ルシールに関する。

そのようなシールはハウジング内に固着されるのに適し
た固定シールエレメントと回）転軸に固着されるのに適
した回転シールエレメントとからなり、これらのシール
エレメントは各々回転軸を取囲むのに適し且つ相互に押
圧されるのに適したシール面を有し、これらのシール面
間でランニングシールを形成するようにしたものである
．そのようなシールは以後″定義されたタイプ″と称さ
れる。

〔従来の技術及び問題点〕

そのようなシール面は異った硬度の材料で作られていて
概して一方側のシール面即ち軟い方のシール面が使用時
に磨耗しよって両者が相対的に平坦な面を保持するよう
になっている，これによってランニングシールの本来の
作用が確保される。

さらに、１袂い方のシール面が小さい表面積を有してい
てその全表面が溶比するようにされるのが常である。こ
れはさらにシールニレメンｌ・間で平坦な係合面を保持
するのを助ける。

゛シール面のための材料は温度、圧力、回転速度、価格
及びシールすべき製品との両立性を含む幾つかの要因に
従って選択される。

製品が特に活動的な（ａｇｇｒｅｓ　ｉｖｅ）　もので
ある場合には、回転軸とハウジングと２つのシールとの
間に空間を形成するダブルシールを採用するのが背進で
ある。この空間には製品の圧力よりも高い圧力でバリヤ
流体が充填される。従って、一次シール面間の洩れはそ
の他の路を回ってきたものよりもむしろバリヤ流体が製
品中に残火することによるものである。従って、シール
面間の油膜はバリヤ流体であり、これはシール潤滑のた
め及び非活動的な特性をもってシール面が長い作用寿命
をもつように選択されることができる。しかしながら、
多分より重要なことには、一次シールが失敗すると二次
シールがバソクアップしてシールの修理のためにプラン
トが停止されている間製品が洩出しないようにすること
である。

軟いシール面としてｌ的に用いられる一つの材料は炭素
又は炭素を基礎とする材料である。これは幾つかの望ま
しい特徴を有し、多くの応用に使用されるが、或る応用
においては問題とする製品が炭素に対して活動的であっ
て炭素の劣化によりシールの失敗を生じさせることを除
けば炭素が理想的な材料となるような条件がある。

炭素は硬いシール面として使用される例えば軟鋼と比べ
て軟いものではあるけれども、それにもかかわらず、炭
素はもろく、圧縮下に配置されるときにのみシール面の
環境において破壊しないほどに十分な強度と完全性とを
脊する。従って、従来はしばしば、炭素リングはシール
エレメントのボディを形成する鋼製サポートリング内に
焼ばめされていた。さらに、比較的に軟い炭素は使用時
にひずむ傾向があり、そのために不均一な面負荷や面摩
耗及び平凡なシール作用を生ずることがあった。

前記定義されたタイプのメカニカルシールについて前述
した問題点が起らない成いば１戚格に言えば少くとも緩
和されたものが知られている。そのようなメカニカルシ
ールはシールフェースメンバが担持される環状差し込み
部を有するキャリヤとソールフェースメンバをキャリー
１アに対して圧１１ｎさせてシールフェースメンバに焼
ばめされるスクイーズリングとからなる一つのシールエ
レメントを仔する。

この公知のメカニカルシールについては、通常炭毒で形
成されるシールフェースメンバが２つの表面間に圧′４
１６挟持され且つシール面のひずみの確率が低減するよ
うに第３の表面に対して支持される。

しかしながら、そのような公知のメカニカルシールにお
いては、スクイーズリングはキャリヤと間隔をあけた関
係にあり、即ぢ、これらの間の接触はキャリヤの差し込
み部に支持されたシールフェースメンバの介在を介した
非直接的なものであり、これは潜在的に不安定な４’＋
ｉ￥造を提供し、例えばキャリヤに対して片持支持され
た差し込み部のねじれ又はメカニカルシールに加えられ
る流体圧力の超過によって生ぜしめられる成分くキャリ
ヤ、シールフェースエレメント及びスクイーズリング）
の分離を招く。

本発明の目的はこの欠点を克服乃至は緩和することであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、−シールエレメントが差し込み部を有
するキャリヤと、この差し込み部によって支持されるシ
ールフェースメンバと、シールフェースメンバをキャリ
ヤに対して圧（１６するためζこシールフェースメンバ
に焼ばめされたスクイーズリングとを具備する前記定義
のタイプのメカニカルシールにおいて、シールエレメン
トに構造的剛性を与えるためにスクイーズリングがシー
ルフェースエレメントにキャリヤに当接された関係にあ
るようにしたことを特ｆＴｈとするメカニカルシールが
提供される。

スクイーズリングとギヤリヤとの間のこの当接は、前述
した分離に抵抗を与え且つ特にはキャリヤの片持支持さ
れた差し込み部のねじれ傾向に抵抗を与える。

スクイーズリングとキャリヤとの間のこの当接ば、さら
に、半径方向又は周方向の当接であるとしても、シール
フコ４−スメンバが三方側から囲われて第１１番目の側
かつシール面であって活動的な流体製品による浸入（ａ
ｔｔａｃｋ）のための領域がかなり低減され且つ炭素の
劣化の可能性が対応して低減されるようにすることを保
証するという利点を有する。

メカニカルシールば、スクイーズリングに対してシール
フェースメンバを圧縮するためにキャリヤがシールフェ
ースメンバに焼ばめされるように＋１４成することもで
きる。

好ましくは、スクイーズリングもキャリヤに締りぽめさ
れる。これはさらにシール面のひずみの可能性を低減す
る。何となれば、この１１が成においてはスクイーズリ
ングがシール面を；１−ヤリャに対して所定の位置に保
持するからである。

以下本発明を図面を参照したｉ１′Ｌなる例としての実
施例について説明する。

〔実施例〕

第１図において、シャフト１０は、ハウジング１２内で
回転し、ハウジング１２はその中にシールされるべき流
体■４を含んでいる。メカニカルシール１６は固定シー
ルエレメント１８と回転シールエレメント２２とからな
り、固定シー／Ｌ／ＩＬ／メント１８はＯリングシール
２０を介してハウジング１２に取付けられ、回転シール
２２はＯリングシール２４を介してスリーブ１１上に取
付けられ、このスリーブ１１はシャフト１０に連結され
且つ固定される。

固定シールエレメント１８がハウジング１２に対して回
転するのを防止するために回り止め手段（図示せず）が
設けられ、回転シールエレメント２２はスリーブ１１に
対して回転し、スリーブ１１はシャフト１０に対して回
転する。

回転シールエレメント２２はニトヤリャ２６と、スクイ
ーズリング２８とシールフェースメンバ３０とからなる
。キャリヤ２６は差し込み部２７を有し、この差し込み
部２７とスクイーズリング２８との間で、シールフェー
スメンバ３０が圧Ｋｉｉされる。

これらのシールエレメント１８　、２２はＩＨＪｅシー
ル面３２面沿２てスプリング手段（図示せず）によって
圧接され、このスプリング手段はスプリングリテーナ３
４と、１個又はそれ以上のグラブスクリュウ３８によっ
てスリーブ１１に保持されるカラー３６との間に保持さ
れる。

このようにして、シャフトが回転するときに環状シール
面３２においてランニングシールが形成される。滑らか
で規則的な表面３２を維持するために、表面の一方側を
他方のものより小さく且つより快い材料で作ることが普
通である。この実施例においては、回転シールエレメン
ト２２が炭素で作られたシールフェースメンバ３０を有
している。しかしながら、エレメント２２が固定シール
エレメントとして形成され且つエレメント１８が回転シ
ールエレメントとじて形成されることができることは理
解されるべきである。

シール１６が失敗したとしても流体１４の損失を防止す
るために、シールエレメント１８　、２２の回りに４０
で示された空間にその圧力が封入された流体製品１４の
圧力より高いバリヤ流体を充填しておくことができる。

これは流体製品１４がシール面３２間に存在する微小な
ギャップに入るのを防止し、シール面３２にはとりわけ
潤滑性能に従って選定されたバリヤ流体の油膜ができる
。

さらに、以下にも説明されることであるがシールフェー
スメンバ３０は実質的にニガ側を取囲まれているので、
シールフェースメンバ３０は流体製品１４による侵入に
対して小さな表面４２のみ露出しているだけであり且つ
その寿命を長く延ばすことができる。

第２図に移ると、これは第１図のメカニカルシール１６
に採用されることのできるシールエレメント２２Ａを示
している。このシールエレメント２２Ａは差し込み部２
７を有するキャリヤ２６Ａを具備し、この差し込み部２
７がシールフェースメンバ３０を支持する。この実施例
におけるスクイーズリング２８Ａは第１図に示されるも
のよりも単純である。第６図は第２図のシールエレメン
ト２２Ａの組立体を図解的に示したものである。

周囲の温度条件下では、シールフェースメンバ３０は差
し込み部２７の外径りよりもわずかに大きい内径Ａをも
つ。このシールエレメントを組付けるために、最初にシ
ールフェースメンバ３ｏが差し込み部２７上に置かれ、
このときにメンバ３０の背面２９がキャリヤ２６Ａの前
面３１に接触せしめられる。キャリヤ２６Ａには先にそ
の８３５に０リング３３が配置されている（第２図）。

次いで、スクイーズリング２８Ａが加熱されてシールフ
ェースメンバ３０の外面に配置されることができるよう
になる。冷却するときに、スクイーズリング２８Ａはシ
ールフェースメンバ３ｏを圧縮して差し込み部２７と固
い接触をなさしめ、スクイーズリング２８Ａはキャリヤ
２６Ａの前面３１と半径方向に当接している。

使用に際して、シールフェースメンバ３０の回転駆動は
このメンバ３０の差し込み部２７への締りばめによって
提供される。適切な締めしるの選択は温度や摩擦駆動を
考慮することによって定められる。シールフェースメン
バ３０がよく用いられるような炭素である場合には、使
用時にシールの温度が高（なるにつれてスクイーズリン
グ２８Ａが炭素よりも素速く膨張する。従って、炭素へ
の圧縮力が解除されて柊には内径が値Ａに戻る。

差し込み部２７もその外径りから膨張するがこれはスク
イーズリング２８Ａによって決定されるシールフェース
メンバ３０の膨張よりもゆっくりしたものである。それ
にもかかわらず、差し込み部２７の外径がＤとＡとの間
になるような全ての温度においては、炭素の自由内径が
差し込み部の外径よりも小さくなるように構成すること
ができる。

従って、差し込み部２７とシールフェースメンバ３０と
の間には常に締まりがある。しかしながら、温度がさら
に高くなるとスクイーズリング２８Ａの内径がＢに近く
なるのでシールフェースメンバ３０が圧縮から解除され
ることになる。その後で差し込み部２７がさらに膨張す
ると炭素のシールフェースメンバ３０は張力下におかれ
る。しかしながら、この状態になると、炭素は非常に弱
くなり且つ破壊し易くなる。

さらに、差し込み部がＤからＡへ膨張するにつれて差し
込み部２７と炭素のシールフェースメンバ３０との間の
締りば次第に減少するので、且つシールフェースメンバ
３０と差し込み部２７との間の摩擦駆動の観点からの安
全限界を許容するために、シールの温度範囲を差し込み
部２７の外径がＡよりも幾らか小さくなるように対応す
る最大値に制限する必要が出てくる。それにもかかわら
ず、この最高温度は多（の応用に対しては十分に高いと
ころにあり、実際に従来構成された炭素タイプシールが
受は入れることのできる値よりも低くない。

第２図に戻ると、図示される炭素のシールフェースメン
バ３０ばキャリヤ２６、差し込み部２７及びスクイーズ
リング２８Ａによって三方側を囲われているのが見られ
る。従って、流体製品の侵入のために残された表面は小
さな領域４２のみに低減されている。

さらに、炭素のシールフェースメンバ３ｏは三方側で支
持されており、従って、表面３２がゆがめられようとす
る傾向が低減されることになる。

それにもかかわらず、空間４ｏに高圧バリヤ流体がある
と、シールフェースメンバ３ｏの後方に０リング３３を
含むのが好ましく、この圧が表面３２の中心のレベルよ
りも下方にたまるのを防止する。もしそのような圧力が
たまると、シールフェースメンバ３０に該メンバ３ｏを
差し込み部２７から摺動させようとする正味の力が生ず
ることになるであろう。キャリヤ２６に形成された通路
４４がＯリング３３を洩れ通ったバリヤ流体をドレーン
排出する。

しかしながら、スクイーズリング２８Ａには尚第３図に
矢印Ａによって示されるような流体圧が作用する。これ
は炭素のシールフェースメンバ３０を差し込み部２７に
保持させるのを助けるように作用するものではあるけれ
ども、差し込み部２７に負荷を加えるものでもある。も
し差し込み部が変形するとすれば、そのような変形は第
３図に示されているように自由な片持支持によって特徴
づけられる風にして起る。これは０リング３３があるに
もかかわらずシールフェースメンバ３ｏの後方に流体圧
を作用せしめ、通路４４を通して実質のを維持するため
にＯリング３３並びにシールフェースメンバ３０と差し
込み部２７との間の締りが実際に信頼性があれば、省略
することができる。

それにもかかわらず、もしそのような状況、例えばメカ
ニカルシールを横切る圧力差が２０バール（２Ｎ／ｍｎ
＋２）はどの大きさになるような状況が起るようであれ
ば第１図及び詳細な第４図に示されるような構成を採用
するのが好ましい。

第４図においては、スクイーズリング２８はブリッジ５
１によって連結された２つの厚くされた部分５０　、５
２を有する。第１の厚い部分５０は差し込み部２７上に
シールフェースメンバ３０を有し、他方の部分５２はキ
ャリヤ２６の外径上に焼ばめされる。従って、スクイー
ズリング３０はシールフェースメンバ３０とキャリヤ２
６との双方に周方向に当接する。

従って、スクイーズリング２８の部分５２とキャリヤ２
６とが同じ材料で作られていればこれら間の摩擦は一定
に保持され、部分５０と炭素のシールフェースメンバ３
０との間のＦＪ擦が第３図に示されるようなひずみの起
るのを大きく防止している。しかしながら、いずれにし
てもそのようなひずみはほとんど起らないであろう。何
となれば、第４図に矢印Ｂによって示される流体圧はス
クイーズリング２８の表面に沿って且つキャリヤ２６の
厚い部分上に広がるからである。この構成は流体圧かつ
シールフェースメンバ３０の後方に入る可能性をも低減
させるものである。

最後に、第５図はシールエレメント２２Ｂのもう１つの
実施例を示すものであり、この場合、キャリヤ２６Ｂの
差し込み部２７Ｂが前の実施例のスクイーズリングとし
ての機能を存し、スクイーズリング２８Ｂが差し込み部
としての機能ををする。この場合、キャリヤ２６Ｂが加
熱されて炭素のシールフェースメンバ３０を差し込み部
２７１３のボア内に挿入させるようになる。次いで、ス
クイーズリング２８Ｂが、これが炭素のシールフェース
メンバ３０のボア内に位置されることができるようにな
るまで冷却される。この段階において、シールフェース
メンバ３０ば差し込み部２７Ｂによって圧縮されており
、キャリヤ２６Ｂの内径よりもわずかに小さい内径を有
する。しかしながら、スクイーズリング２８Ｂがあたた
まって膨張すると、スクイーズリング２８Ｂがシールフ
ェースメンバ３０を圧縮してキャリヤ２６Ｂの内径と一
敗させる。このようにして、スクイーズリング２８Ｂは
シールフェースメンバ３０とキャリヤ２６Ｂの双方の内
面に周方向に当接する。

この構成は前述した実施例と同様の温度性能を存しつつ
ひずみの考慮において優れている。理解されるべきは、
第５図のスクイーズリング２８Ｂは第４図に示されるの
と同様のデザインを有することができ、且つシールフェ
ースメンバ３０及びギヤリヤ２６にそれぞれ接触される
隆起部分は第１図及び第４図に示されるように必ずしも
等しくされる必要はない、ということである。

以上説明した全ての実施例において、しかしながら、ス
クイーズリングとキャリヤとの当接関係から得られた炭
素のシールフェースメンバ３０のためのより剛性の高い
溝造の特徴、並びに炭素のシールフェースメンバ３０の
取囲みが、それぞれに、炭素のシール面３２のひずみの
発生及び／又は苦しさを低減し、且つ敵意ある流体製品
の攻撃から炭素をこれまで実現できなかったほどに保護
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるメカニカルシールの断面図、第２
図は本発明によるメカニカルシールに使用されるシール
エレメントを通る断面図、第３図は第２図のシールエレ
メントが流体により変形するところを説明する図、第４
図はそのような変形が修正された形の第２図のシールエ
レメントにより抵抗されるところを説明する図、第５図
は本発明によるメカニカルシールに（史用されるシール
エレメントの他の例の断面図、第６図は第２図のシール
エレメントの組立前の部品を示す図である。 ＩＯ・・・シャフト、　　　１２・・・ハウジング、１
６・・・メカニカルシール、 １８・・・固定シールエレメント、 ２２・・・回転シールエレメント、 ２６・・・キャリヤ、　　　２８・・・スクイーズリン
グ、３０・・・シールフェースメンバ、 ３２・・・シール面。 以下余白 手続補正書（方式） 昭和６０年９　月シダ日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一シールエレメントが差し込み部を有するキャリヤ
   と、この差し込み部によって支持されるシールフェース
   メンバと、シールフェースメンバをキャリヤに対して圧
   縮するためにシールフェースメンバに焼ばめされたスク
   イーズリングとを具備する前記定義のタイプのメカニカ
   ルシールにおいて、シールエレメントに構造的剛性を与
   えるためにスクイーズリングが にキャリヤに当接された関係にあるようにしたことを特
   徴とするメカニカルシール。 ２、スクイーズリングに対してシールフェースメンバを
   圧縮するためにキャリヤがシールフェースメンバに焼ば
   めされることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   メカニカルシール。 ３、スクイーズリングもキャリヤに締り焼ばめされるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のメカニカル
   シール。 ４、スクイーズリングが軸線方向にシールフェースメン
   バを取り囲み且つその半径方向の面がキャリヤの半径方
   向の面に当接され、それによってシールフェースメンバ
   がスクイーズリング、キャリヤ及びキャリヤの差し込み
   部によって三方側から囲まれてシール面のみを露出させ
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のメカニカルシール。 ５、スクイーズリングがブリッジによって分けられた２
   つの軸線方向に間隔をあけて厚くされた部分を具備し、
   スクイーズリングがシールフェースメンバ及びキャリヤ
   の双方を取囲むとともに前記厚くされた部分の一方がシ
   ールフェースメンバに周方向に当接し且つ他方がキャリ
   ヤに周方向に当接し、それによってシールフェースメン
   バがスクイーズリング、キャリヤ及びキャリヤの差し込
   み部によって三方側から囲まれてシール面のみを露出さ
   せるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のメカニカルシール。 ６、スクイーズリングがシールフェースメンバ及びキャ
   リヤリングの内側にあり且つこれら双方の周方向に当接
   し、キャリヤの差し込み部がシールフェースメンバの外
   側にあり、よってシールフェースメンバが三方側を囲わ
   れてシール面のみを露出させるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載のメカニカルシール。 ７、シールフェースメンバ、キャリヤ及びスクイーズリ
   ングの寸法が、シールフェースメンバが組立てられたと
   きに半径方向の圧縮下にあるようになっていることを特
   徴とする前記特許請求の範囲のいずれか１項記載のメカ
   ニカルシール。 ８、シールフェースメンバがキャリヤ及び／又はスクイ
   ーズリングの熱膨脹係数よりも小さい熱膨脹係数の材料
   により形成されていることを特徴とする前記特許請求の
   範囲のいずれか１項記載のメカニカルシール。 ９、シールフェースメンバが炭素又は炭素を基礎とする
   材料により形成されることを特徴とする特許請求の範囲
   第８項記載のメカニカルシール。