JPS6038591B2 - 機械的シヤフトシ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転要素及び静止要素間のスペースをシールし
て圧力媒体スペースを外部スペースから分離するための
機械的シャフトシールにして、該シャフトシールは前記
両要素の一上に走着され、該要素に対してこれをシール
するとともに藤線方向に変位可能な少なくとも１つのシ
ールリングと、他方の要素上に装着され、該シールリン
グの圧力スペース側に位置しこの他方の要素をシールし
ている少なくとも１つの対向リングと、互いに轍線方向
に押圧されて該シールリング及び該対向リング上に設け
られたシール滑り表面と、前記他方の要素、該シールリ
ング並びに滑り表面によって画定されたシール流体のた
めの中間スペースと、前記シールリング上に設けられた
環状肩とを有し、該肩の作用により圧力媒体の圧力はシ
ールリングの滑り表面をして滑り表面上の圧力媒体の圧
力により誘起され該すべり表面を互いに引き離そうとす
る開口力よりも大きな閉鎖力にさらしている機械的シャ
フトシールに関するものである。

このタイプのシールは回転シャフトが静止壁中を通過し
ているポンプ、グラィンダ、ミキサ、ブロヮー等に用い
られている。前記壁の相対す側には通常異なる圧力及び
異なる液体及び気体が存在している。かくて、前記圧力
媒体は液体乃至気体とすること出来、外部スペースは大
気圧以下、化上の圧力又は大気圧にさらされた液体乃至
気体スペースとすることも出来、乃至は大気そのものと
することも出来る。シール水は通常シール流体として用
いられる。幾つかの分野においては加圧液体スペースを
大気からシールするために類似の機械的シャフトシール
を用いることは周知である。

この場合のシール作用はシール水が液体の圧力よりも常
に高くなるシールによってか又はシール水の圧力が液体
の圧力よりも常に低くなければならないシールによって
達成することが出来る。シール水の圧力が液体の圧力よ
りも常に高く維持されなければならないシールを用いる
場合には、例えば送給ポンプへの鶴力供Ｖ給が乱れるた
めに十分な加圧シール水を確保することは極めて困難で
ある。

シール水の量及び圧力を十分なものに維持するという意
味で電力の供Ｖ給の乱れを除去するためには緊急動力源
を備えた複雑かつ高価なシール水システムを構成する必
要がある。しかしながら、全ての注意を払ったとしても
、シール水の圧力は何らかの理由によって液体の圧力以
下に下ることがあり、そうすると液体スペースに対面す
るシールリングは軸線方向に変位し、液体はシール滑り
表面間を貫通してシール水スペース内へと入り込んでし
まう。もし液体に不純物が含まれている場合には、前記
滑り表面は急速に摩耗してしまうか又は不純物がシール
水スペースを塞いでしまうか又は滑り表面の再閉鎖を妨
げてしまう。このような場合にはシールが破壊されてし
まう。一方、シール水の圧力が液体の圧力よりも低くな
ければならない型式のシールが用いられる場合にはこれ
ら滑り表面間の潤滑膜はシール水によってではなく液体
によって形成される。前記液体が例えば腐蝕性の場合に
は前記潤滑液体膜のために液体スペースに対面する滑り
表面は急速に腐蝕するか又はもし液体の潤滑特性が劣っ
ている場合には過圧シール水が用いられる場合よりも滑
り表面の摩耗が激しくなる。もし何らかの理由で低圧を
用いているシールのシール水の圧力が液圧化上に上昇し
た場合には液体スペースに対面する滑り表面は分離し、
液体はシール水スペース内に貫通してしまう。液体内の
不純物はシール滑り表面の再閉鎖を妨害してシール水ス
ペースを塞ぐ可能性がある。前述の理由は全てシールの
使用寿命を減少させる可能性があり、シールはシール水
の圧力が適正でないために破損する可能性がある。本発
明の目的は前述の不具合を除去する機械的シャフトシー
ルを提供することである。

本発明によればこのようなシールは前述のシールにおい
て、前記シールリングには一方の要素をシールする環状
ピストンが設けられており、該ピストンは前記シールリ
ングを前記圧力煤体スべ−スに向けて押付けているシー
ル流体にさらされており、前記ピストンの寸法は滑り表
面上におけるシール流体の圧力によって誘起される閉口
力が該シール流体の該圧力により誘起される閉鎖力より
も低く、かつ前記ピストンの移動スペースが加圧下スペ
ースと接続されたチャンネルにより得られる如く選ばれ
ていることを特徴とさせることにより実現出来る。本発
明により製造．されるシャフトシールにおいてはシール
流体の圧力は、圧力媒体の圧力作用によって又はシール
流体の作用によって又はこれらの両作用によって滑り表
面が関口する危険性無く前記シール流体の圧力を圧力媒
体の圧力よりも高くするか乃至は低くすることが可能で
ある。

シールリング上に設けられた環状肩の存在により、圧力
媒体の圧力により滑り表面上に作用する閉口力は圧力媒
体の圧力によって誘起される閉鎖力よりも常に低くなり
、シールリング上に設けられた環状ピストンの存在によ
り、シール流体の圧力により滑り表面上に生ずる開□力
は常にシール流体の圧力により誘起された閉鎖力よりも
低くなる。かくて、シャフトシールのシール効率は圧力
媒体の圧力に関してシール流体の圧力の大きさ‘こは無
関係となる。ピストン移動スペースから例えば大気圧の
如き一定圧力下にあるスペースへと通過しているチャン
ネルの存在により、ピストンの移動スペースの体積がシ
ールリングの軸線方向変位により変化しても前述の条件
は変化せず従ってシールの作動も変化しない。以下本発
明を付図を参照してより具体的に説明する。

付図は回転要素則ちシャフトーと、静止要素則ち液体ポ
ンプのハウジング２とを例示している。

シャフト及びハウジングの間のスペースは環状シャフト
シール３によってシールされている。ハウジングの内側
（第１図の左側）には圧力流体のための圧力流体スペー
ス４が設けられており、ハウジングの外側（第１図の右
側）は大気である。前記シャフトシール３はハウジング
上に装着させた静止環状シールボデー６と、該ポデー及
びシヤフト間に配置された２つのシールリング７，８と
、これらシールリングの反対側に配置され、シャフト上
に締結された２つの対向リング９，１０とを有している
。前記対向リングの止めねじには参照番号９′及び１０
′が付されている。前記対向リングはリシールリング１
１を介してシャフトに対して周知の態様でシールされて
おり、スべ−スボデー６はリングシール１２によりハウ
ジング２に対してシールされている。前記シールリング
は同様にしてシールボデーに対してリングシール１３に
よりシール対向リングにはそれぞれのシールリングに対
面している滑り表面１４，１５が設けられており、対向
リングに対面しているシールリングの端部には対応した
滑り表面１６，１７が設けられている。これらシールリ
ング間に設けられた圧縮ばね１８はシールリングを互い
に押し離し、前記滑り表面１４〜１７は互いに対をなし
て押圧される。これらシールリングとシャフトの間には
シール水のための中間スペース１９が残っている。ハウ
ジングにはシール水のための取入口チャンネル２０と取
出口チャンネル２１が設けられている。前記シールリン
グは圧力液体スペースの近くに以下目的を説明する環状
肩２２が設けられている。環状シールピストン２３は圧
力液体スペース４の近くにおいてシールリング７の外側
端部に締結されている。

該ピストンは弾性リングシール２４（第２図）を有して
いる。シール２４の相対する側には支持プレート２５，
２６が設けられている。要素２４，２５，２６の組合せ
物はねじ２７によりシールリング７に対して鼠線方向に
静止して締結されている。前記ピストンに対してはシー
ルボデ−６内に円筒状凹み２８が形成されており、該凹
み内においてピストンはシールリングに沿って鞠線方向
に変位することが出来る。前記シールボデ−中を半径方
向のチャンネル２９が延びており、該チャンネルはその
内側端部において、前記凹みとりングシール１３との間
を延びる中間スペースを介して該凹みに接続されている
。シールボデー内のチャンネル２９は該ボデー中を延び
るチャンネル３０を経て大気中に接続ご−れている。前
述の構造においては圧力液体スペース４から圧力液体３
１（第３図）は前記対向リングの滑り表面１４，１６間
を貫通しようとし、その結果シールリングはこれら滑り
表面を引き離そうとする力Ｆ，を発生する。

Ｆ．＝事‐Ａ・ ‐‐‐‘１’ ここでＰｎは圧力液体の圧力であり、Ａ，は圧力液体に
されされる前記滑り表面の有効面積である。

圧力液体は又肩２２に作用して、これら隅り表面１４，
１６を閉じようとする力Ｆ２を発生させる。Ｆ２＝Ｐｎ
・Ａ２ ・・・‘２｝ここ
でＡ２は圧力液体にさらされる肩の有効面積である。

チャンネル２０を通って前記中間領域１９中に供聯合さ
れたシール水３２は前記滑り表面１４，１６の間を貫通
しようとし、該滑り表面を分離しようとすぬ力ｆ，を生
ずる。

ｆ．＝芸‐Ａ・…‘３’ ここにＰｔはシール水の圧力である。

シール水は又前述のピストン２３に作用し、滑り表面１
４，１６を閉じようとする力らを発生する。ら＝Ｐｔ‐
‐Ａ３ …【４）ここにＡ３
はシール水にさらされるピストンの有効面積である。

滑り表面１４，１６を閉じようとするばね１８の力をＦ
ｊであらわすと、滑り表面は‘５｝式が満足されている
限り閉じたままである。

Ｆ２十も十Ｆｊ＞Ｆ．十ｆ． ‐・・【
５｝もしシール水合圧力Ｐｔがゼロであれば、即ち圧力
液体の圧力より低ければ（ばね力Ｆｉは簡単のためゼロ
とする）、式｛５１は【６｝式の条件の時満足される。

ん〉学（Ｐｔ＝。） …■もし圧力液体の圧力
Ｐｎがゼロ籾ちシール水の圧力が圧力液体の圧力よりも
高い場合には式■は‘７｝式の条件の時満足される。

ふ〉舎（Ｐｎ＝。

） …‘７｝もしシール水の圧力Ｐｔ及び圧力
液体の圧力Ｐｎが等しければ、条件｛５｝はｔ８｝式の
条件の時満足される。

〜十Ａ３＞Ａ，（Ｐｗ＝Ｐｎ） ・・・職
第３図からわかるように、シールリング７に前述の型式
のピストン２３を設けることにより、シール水の圧力が
圧力水の氏力よりも低いか、高いかあるいは等しいかに
関係無く滑り表面１４，１６上に作用する開ロブｈ，よ
りも大きな閉鎖力ｆ３を常に得ることが可能である。ピ
ストン２３の凹み２８をチャンネル２９，３０を経て大
気と接続することによりピストンが離縁方向に移動し該
凹みの体積が変化してもシール内には体述の式（５１を
満足するのを妨害する付加的麹線力が生じないようにす
ることが出来る。前述の公式においては、ばね１８のば
ね力は本質的に重要なものでないと考えている、即ちこ
らればねの寸法は単に滑り表面１４，１６及び１５，１
７をそれぞれ互いに予め押付けることを考えて選ばれて
いるとした。

しかしながら、ばね力がより高くなるにつれとピストン
２３によって生ずる閉鎖力らが増大することは明白であ
る。かくてばね力が高くなるにつれて、ピストンの面積
は対応して小さくすることが出来る。第４図に示す実施
例においては、前述の実施例と同一要素に対しては同一
の参照番号が用いられている。

第４図の構造はシールリング７，８がハウジング２上で
はなくシャフト１上に装着されているという点、及び対
向リング９，１０がシャフトの代りにハウジング２上に
装着されているという点が前述の構造と異なっている。
前述の付図及び関連する記載は単に本発明の理念を例示
するためのものである。

本発明に係るシールはその詳細において発明の範囲を離
脱することなくかなりの変更例が可能である。滑り表面
１５，１７の代りに、他の軸線方向シールを用いること
によっても大気とのシールを得ることが出来る。シール
リング７，８はハウジング２内に直接機械加工されたシ
ール表面をシールすることが出来、この場合にはシール
ボデー６は省略することが出来る。２つの別個のシール
リング７，８を用いる代りに、シールリング７が外側対
向リング１０を直接シールするようにすることが可能で
あり、その場合にはシールリング８は省略される。

別個の部品２４，２５，２６で構成させる代りに、ピス
トン２３はシールリング７と一体の環状フランジから構
成させることも出来、該フランジはシールボデー６をシ
ールする。第２図に示す実施例においてはピストン２３
はシールリングに対して鮫線方向に静止して締結されて
いるが、ピストンとねじ２７との間に間隙を設ける．こ
とは可能である。何故ならば、本発明の要点からいえば
ピストン２３が圧力液体スペース４に向けてシールリン
グ７に対して緊密に押圧されることだけが必要だからで
ある。チャンネル３０がハウジング２中を延びる代りに
、シールボデー６内のチャンネル２９がシールボデー中
を藤線方向に延び、該シールボデーの外側端部表面を経
て大気５へと終結することも出来る。大気の代り‘こ凹
み２８はチャンネル２９，３０を介して定圧力下にある
別個の閉鎖スペースと接続することが出来る。該スペー
スは凹み２８内でピストンが鞠線方向に移動するのに関
係なく凹み２８内の圧力を変化させないで維持せしめる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシャフトシールの好ましい実施例
の軸線方向断面図であり、該シールはシール位置に装着
されている。 第２図は前記シールの展開軸線方向断面図、第３図は前
記シャフトシールの作動原理の拡大図、第４図は前記シ
ャフトシールの別の実施例の軸線方向断面図である。６
：環状シールボデー、２：静止要素、７：シールリング
、２８：円筒状凹み、２３：ピストン、２９：接続チャ
ンネル、１４；１６：滑り表面、１：回転要素、９：対
向リング。 ‘的‐ブ 〃Ｇ．２ ‘俗．３ ‘俗．夕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転要素及び静止要素間のスペースをシールして圧
   力媒体スペースを外部スペースから分離するための機械
   的シヤフトシールにして、該シヤフトシールは前記両要
   素の一方上に装着させ、該要素に対してこれをシールす
   るとともに軸線方向に変位可能な少なくとも１つのシー
   ルリングと、他方の要素上に装着され、該シールリング
   の圧力スペース側に位置しこの他方の要素をシールして
   いる少なくとも１つの対向リングと、互いに軸線方向に
   押圧されて該シールリング及び該対向リング上に設けら
   れたシール滑り表面と、前記他方の要素と該シールリン
   グと滑り表面によつて画定されたシール流体のための中
   間スペースと、前記シールリング上に設けられた環状肩
   とを有し、該肩の作用により圧力媒体の圧力はシールリ
   ングの滑り表面をして滑り表面上の圧力媒体の圧力によ
   り誘起され該すべり表面を互いに引き離そうとする開口
   力よりも大きな閉鎖力にさらしている機械的シヤフトシ
   ールにおいて、前記シールリングには前記一方の要素を
   シールする環状ピストンが設けられており、該ピストン
   は前記シールリングを前記圧力媒体スペースに向けて押
   付けているシール流体にさらされており、前記ピストン
   の寸法は滑り表面上におけるシール流体の圧力によつて
   誘起される開口力が該シール流体の該圧力により誘起さ
   れる閉鎖力よりも低く、かつ前記ピストンの移動スペー
   スが加圧下スペースと接続されたチヤンネルにより得ら
   れる如く選ばれていることを特徴とする機械的シヤフト
   シール。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のシヤフトシールにし
   て、環状シールボデー６が前記静止要素２に対して軸線
   方向に静止して固定されており、このシールボデーを前
   記シールリング７がシールしているシヤフトシールにお
   いて、シールボデーの内側周縁のまわりを延びる円筒状
   凹み２８が前記シールボデー内に設けられており、この
   凹み内をピストン２３が軸線方向に移動しており、該凹
   みはシールボデーを経て延びている接続チヤンネル２９
   を介して加圧下の前記スペース５と接続されていること
   を特徴とする機械的シヤフトシール。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載のシヤフトシールにお
   いて、前記接続チヤンネル２９が前記静止要素２内に設
   けられたチヤンネル３０を介して大気５と接続されてい
   ることを特徴とする機械的シヤフトシール。 ４ 特許請求の範囲第２項に記載のシヤフトシールにお
   いて、前記後続チヤンネルがシールボデー６中を軸線方
   向に延びており、シールボデーの大気にさらされている
   外側端部表面内に終結していることを特徴とする機械的
   シヤフトシール。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載のシヤフトシールにお
   いて、滑り表面１４，１６、肩２２及びピストン２３の
   それぞれの有効面積は、Ａ＿１を圧力媒体にさらされる
   有効滑り表面積、Ａ＿２を圧力媒体にさらされる有効肩
   面積、Ａ＿３をシール流体にさらされる有効ピストン面
   積とした時Ａ＿２＞（Ａ＿１）／２及びＡ＿３（Ａ＿１
   ）／２及びＡ＿２＋Ａ＿３＞Ａ＿１を満足するように選
   ばれていることを特徴とする機械的シヤフトシール。 ６ 特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のシヤフト
   シールにおいて、前記ピストン２３はシールリング７に
   より支持された弾性シールリング２４，２５，２６を有
   していることを特徴とする機械的シヤフトシール。