JPH0137625B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシール組立体に関し、特に、液の差圧
が存在する回転軸とハウジング装置に用いられる
複合シール組立体に関する。

多くの工業分野において圧送、混合を受ける液
体または、ベアリングの潤滑剤がハウジングまた
はベアリングから漏出する事を防ぐ為及び、圧送
される流体または外界中の異物がベアリング中に
入る事を防ぐ為にシールを設ける事は極めて重要
である。

本発明者に与えられた米国特許4114902号
（1978年）の明細書に示された如き通常のボール
ベアリング軸とハウジングに対するものよりも有
効なシール装置が実際に要求されている。

上述の特許には、二つのリングから成るシール
構造が示され、一つのリングのフランジは他方の
リング上の溝（この溝中に上記フランジが嵌合す
る）に対して少なくとも一つの溝を有し、上記他
方のリング上の溝の内向き壁上にはさらに溝が設
けられ、これらの溝は、異物が軸に沿つて軸心方
向に侵入する事を防ぐ働きをする。

本発明は、従来技術によるシール構造が有効で
ない場合、即ち、シール構造を潤滑剤の液面より
下に沈めておく場合または、回転ポンプまたは混
合機の場合の如く差圧が存在する場合に有効なシ
ール装置を与えるものである。上記の如き状況に
於て、シール構造が潤滑剤の液面より下にある場
合は、高圧から低圧への圧力差が生じ、従来技術
によるシールでは本発明による改良されたシール
装置の様には、潤滑剤または流体の漏洩または異
物の侵入を防止する事が出来ない。

本発明のシール装置は、“ラジアル”シールで
あり、従来の“軸方向端面”メカニカールシール
を損傷するような因子の影響を受ける事はない。
本発明によるシールは本質的には圧力差シールで
あり、ベアリングからの潤滑剤の漏洩及び、圧送
される流体が、シールされた内方区域中へ入る事
または上記区域から出る事を防ぎ得る。上記の如
き目的に対して、本発明によるシール装置は極め
て有効である。

本発明は改良されたシール組立体を提供するも
のであり、このシール組立体は、軸及びハウジン
グに及ぼされる液の差圧に対するシール組立体で
ある。このシール組立体は、軸とハウジングとの
間に置かれた多リングシール構造体を有し、上記
多リング構造体は、その第一リングがハウジング
中に圧入され、第二リングが軸に圧入される様に
配置される。さらに本発明のシール組立体は、軸
に対して半径方向に設けられて多リング構造体中
に置かれた自己補償シール型である圧力シール装
置を有し、上記圧力シール装置はカバー及び、こ
のカバー中に部分的に包まれた支持ばねを有す
る。

上記圧力シール手段のカバーはＵ形であり、多
リングシール構造体の構成部材である各リングに
対して押付けられる脚または唇部を有し、これに
より、上記構成部材が軸のシール面にシール接触
させられ、よつて、ベアリング及びハウジングか
らの液の漏出及び、ベアリング中への異物の侵入
が防止される。

本発明によるシール組立体は、軸が静止しハウ
ジングが回転する場合にも、ハウジングが静止し
軸が回転する場合にも、または、軸とハウジング
とがともに相対的に廻転する場合にも用いられ得
る。なお上記ハウジングはポンプのハウジングま
たはベアリングのハウジングであり得る。

次にこの発明を実施例に従つて説明する。

第１図は、本発明のシール組立体が用いられた
態様を示す。図示の如く、シール組立体は回転軸
１０とハウジング１２との間に置かれ、前述した
米国特許4114902号に示された如きレース及びベ
アリングが回転軸１０に取付けられ、従つて、周
知の方法によりレース及びベアリングに潤滑剤が
与えられるか、または、回転ポンプまたは混合機
の場合には、流体に圧力及び運動を与える為のエ
ネルギが与えられる。

シール組立体１４は、多リングシール構造体１
６とシール装置１８を備え、このシール装置は回
転軸１０の回りに配置した多リング構造体１６の
環状の囲いあるいは第１グランド（環状凹部）２
０内に取付けられている。

多リング構造体１６は第１リング２２、第２リ
ング２４及び、第１リングの反対端に置かれた第
３リング２６からなる構成部材を有する。第１リ
ング２２と第２リング２４とにより形成されたグ
ランド２０中には内挿体２８が置かれる。第２グ
ランド（環状凹部）３０は第１リング２２と第３
リング２６とにより形成される。

第１図及び第２図に示す如く、多リング構造体
内にはシール装置１８が置かれるのみであり、こ
のシール装置はグランド２０または３０の何れか
一方中に置かれ得る。

シール装置１８は、第１図及び第２図に示す如
く、多リング構造体のシールに加えて回転軸１０
及びハウジング１２に対して極めて有効なシール
を与える。シール装置１８は環状のカバー３２及
び、カバー３２中に部分的にカプセル状に包され
た支持ばね３４を有し、支持ばね３４は、シール
装置１８を特別な形を保つ為にカバー３２の不充
分な復元力を補足する。

圧力シール装置１８は多リング構造１６のグラ
ンド２０内に置かれ、第２リング２４（ロータ）
とともに回転し、内圧または外圧により開かれた
時は内挿体２８及び第１リング２２及び第２リン
グ２４の面に対して押付けられる（第３図）。

多リング構造体１６の第１リング２２は両端に
軸心方向に延びる環状の溝３５及び３６を有し、
第１リング２２の両端に置かれた第２リング２４
及び第３リング２６はそれぞれ輪形フランジ３７
及び３８を有し、フランジ３７は溝３５中に嵌合
し、フランジ３８は溝３６中に嵌合する。

第１リング２２は２個の外側輪形溝４０を有
し、これら外側輪形溝中には通常のＯリング４１
が置かれ、Ｏリング４１はハウジング１２の対応
形状の溝に圧接し、第１リング２２（ステータ）
はハウジング１２に固定される。

第２リング２４及び第３リング２６はそれぞれ
内側輪形溝４２及び４３を有し、これら内側輪形
溝４２及び４３にはそれぞれ摩擦駆動及び静止シ
ールの為のＯリング４４及び４５が取付けられ
る。回転軸１０の周りに置かれた第２及び第３リ
ングは、それらと回転軸１０との間にあるＯリン
グ４４及び４５の摩擦係合により、回転軸１０
とゝもに廻転する様に回転軸に固定される。従つ
て、上記三つのリングは、第１リング２２が静止
体（例えばハウジング１２）に取付けられ、第２
リング２４及び第３リング２６が回転（例えば回
転軸１０）に取付けられる。シール機能に於て、
第１リング２２と第２リング２４及び第１リング
２２と第３リング２６とは半径方向（円周形）の
接触線に沿つてシールされる、即ち、静止してい
る第１リング２２はシール面４６に沿つて廻転す
る第２リング２４に対してシールされ、同様に、
第１リング２２は廻転する第３リング２６に対し
てシール面４７に沿つてシールされる。これらの
シール面は、流体の漏洩を防ぐ為の安定した確実
なシールを形成する為に設定どうりの平滑さと高
い硬度を有する事を要する。挾雑物、例えば、圧
送される流体中の異物及び摩耗粒子は、上記シー
ル面に達する前に回転体と静止体との接触面に於
て遠心分離される。

半径方向の上記シール面が劣化または破損した
場合には、流体の漏出は、静止させた第１リング
２２中に作られた特別な形のラビリンス溝４８に
より防止される（第５図参照）。即ち、第５図に
矢印４９で示す如く、ラビリンス溝４８の形によ
りシール組立体１４と回転軸１０のシール面５０
との間に流体の漏洩を防ぐ為の水力ダム効果が与
えられるのである。

さらに、シール組立体１４が対称的な形である
事（即ち、廻転する第２リング２４と第３リング
２６とが設けられている事）により、例えば第２
リング２４の損傷による漏洩液は、ハウジング１
２に設けた排出孔５２から排出される。反対側の
第１リング２２と第３リング２６との間には、シ
ール装置１８が設けられていないので、上記の如
くシールが劣化する問題は生じない。

シール装置１８は、第１，２及び３図に示す如
く、テフロン化合物等の断面がＵ形のカバー３２
を有し、カバー３２中に支持ばね３４が部分的に
包まれている。支持ばね３４は、螺旋形に巻かれ
た可撓針金から作られる事が望ましく、上記針金
は可撓管の形に作られる。カバー３２は、化学的
に不活性で低摩擦の材料から作られ得、テフロン
が極めて適当であるが、他の化学的に不活性で摩
耗の少ない材料も用いられ得る。

カバー３２は脚５４を有し、脚５４は第１リン
グ２２の面５８及び、第２リング２４の面６０に
対してそれぞれ押付けられる唇部５６を有する
（第３図）。さらに、カバー３２は、第１リング２
２及び第２リング２４により形成されたグランド
２０の側面に押付けられてシール装置１８を定位
置に確保する為の平らな背面６２を有する。さら
に、シール装置１８を定位置に確保する為に内挿
体２８を設けることができる。なお、第３図の実
施例では内挿体２８を用いていない。

第３図及び第４図は、多リング構造体１６のグ
ランド２０内に置かれたシール装置１８を示す。
図示の如く（支持ばね３４の）ばね力によりカバ
ー３２の材料（例えばテフロン）は撓み変形し
て、第１リング２２の面５８、第２リング２４の
面６０及び第１リングの面６４のそれぞれを不連
続に区切り面シールが形成される。このテフロン
の冷間変形により多リング構造体１６の第１〜３
リングにカバー３２の接触部の形状が一致してこ
れら部材を押圧してシール接触させまた回転軸１
０のシール面５０と圧接させて、差圧（ΔP）に
対する有効確実なシールを与える。即ち、カバー
３２の脚５４が内圧または外圧により開かれる
と、唇部５６が第１リング２２及び第２リング２
４の面に押付けられシール接触すると共に、これ
らのリングを回転軸１０の面５０に圧接させ、よ
つてベアリング及びハウジングからの流体の漏出
及び、ハウジングの外側から異物がベアリング及
び流体中に侵入する事が防がれる。上記異物は、
その比重が流体よりも大であるので、接触面に侵
入する前に遠心力により外方に分離される。

シール装置１８中の支持ばね３４は弾性を有す
る針金で作られ、シール装置１８に恒久的な弾性
を与え、よつてカバー３２の唇部は最小の圧力を
以つて多リング構造体の構成部材（例えば、第１
リング２２）の表面に押付けられた状態に保たれ
る。

テフロン製のカバー３２は熱的にも化学的にも
損傷し難くく、さらに化学的不活性であり、実質
的にすべての溶媒に対して耐え得る。さらにこの
カバー３２は、約−254℃（−425〓）から約260
℃（500〓）に及ぶ温度範囲に耐え得る。

シール装置が用いられる場所に加わる圧力によ
り、唇部を第１リングと第２リングの面に圧接す
る手段あるいは力に従つて得られる有効なシール
が決まる。シール組立体が例えば回転軸とハウジ
ングに低圧が加わる場合に用いられる時には、支
持ばね３４によりカバーの唇部５６が止つている
第１リング２２の面５８及び回転している第２リ
ング２４の面６０に対して軽く押付けられる。シ
ール組立体が、圧力差が高い場合に用いられる時
には、回転軸及びハウジングの周りの流体圧によ
り唇部５６が上記圧力に比例して強く第１リング
２２及び第２リング２４の面に押付けられる。

多リング構造体１６の第１リング２２と第２リ
ング２４との半径方向の接触に於ける接触圧は、
シール面４６におけるシールに加わる差圧（ΔP）
に直接比例し、この差圧によりカバーの脚５４が
開かれてシール面に於ける接触力が増加する。

本発明によるシール体は、差圧を有する液体を
シールする必要がある時に高圧から低圧まで広く
用いられ得る。即ち、遠心ポンプまたは回転ポン
プ（定積式ポンプ）のパツキン箱潤滑剤がシール
部よりも高く置かれていてシールに静圧が加わる
潤滑ベアリングに対して用いられ得る。

一般的には、このシール組立体は、設計が簡単
で装置への取付けが簡単な差込み式のカートリツ
ジ型であるので、回転機（例えば、ポンプ、伝動
装置、タービン、モータ、混合機及びピローブロ
ツク転受）中に便利に用いられ得る。このシール
組立体の接触は軸心方向ではなくて〓半径方向″
であるので、〓軸心方向端面接触型″のシール手
段に悪影響を与える様な要因は除去されるかまた
はその影響が激減する。

上記要因というのは、軸心方向移動、半径方向
偏心またはずれ、衝撃荷重、熱的あるいは機械的
な原因による垂直性の欠除、取付けの際の軸心不
一致及び、係合部品間の軸心方向引張等である。

さらに、シール組立体内の接触面には、これが
用いられる装置が回転式、静止式、または軸心方
向往復動式であつてもこれらの装置を改造する事
を要せずに種々の加工（焼入、平滑化等）を加え
る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるシール体及び、回転軸
及びハウジングの断面図、第２図は、上記シール
組立体の拡大部分断面図、第３図は、上記シール
組立体のグランド内に置かれたシール装置の部分
拡大図、第４図は、第３図中に円で囲まれた部分
の拡大図であり、シール装置のカバーの唇部がシ
ール組立体の第２リングの面に接触する状態を示
す図、第５図は、シール組立体の第１リングの溝
と回転軸の表面との関係を示し、さらに、シール
装置の接触部が破損または摩耗した場合に於ける
流体流の制御を示す図である。 １０…回転軸、１２…ハウジング、１４…シー
ル組立体、１６…多リングシール構造体、１８…
シール装置、２２…第１リング、２４…第２リン
グ、２６…第３リング、３２…カバー、３４…支
持ばね、４１，４４，４５…Ｏリング、４８…ラ
ビリンス溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸とハウジングとともに使用され、か
   つ、前記回転軸とハウジングとの間に配設された
   液圧差シール組立体において、 ａ 第１リング、第２リングおよび第３リング３
   部材からなる多リングシール構造体を有し、前
   記第１リングはその両対向端部に軸方向に開口
   した環状凹部を有し、第２リングおよび第３リ
   ングは前記第１リングの対向端部に配設される
   とともに前記第１リングの環状凹部にそれぞれ
   密接係合する輪状フランジを有し、 ｂ 前記第１リングのいづれかの環状凹部内に前
   記回転軸の周囲に配設され、かつ軸方向に開口
   したＵ字形カバーを有するとともに前記Ｕ字形
   状カバー内に収納されＵ字形カバーに復元力を
   付与する支持ばねとからなる圧力シール体 とを有することを特徴とする液圧差シール組立
   体。 ２ 前記Ｕ字形カバーが前記多リングシール構造
   体の部材に圧接することによりこれらの部材を前
   記回転軸のシール面に圧接させてシール接触させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   液圧差シール組立体。 ３ 前記Ｕ字形カバーが化学的に不活性な低摩擦
   材料からなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の液圧差シール組立体。 ４ 前記Ｕ字形カバーが四弗化エチレン重合体か
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の液圧差シール組立体。 ５ 前記Ｕ字形カバーが、約−254℃から約260℃
   の温度範囲において、損傷に対する抵抗を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の液
   圧差シール組立体。 ６ 前記支持ばねが螺旋形に巻いた弾性を有する
   平坦な針金からなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の液圧差シール組立体。 ７ 前記針金が弾性を有することにより前記圧力
   シール装置に恒久的に弾性を与えることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の液圧差シール組
   立体。 ８ 前記支持ばねがＵ字形開口が軸方向に延びた
   前記Ｕ字形カバーを前記多リングシール構造体の
   部材に圧接させることにより、これらの部材を前
   記回転軸に対して半径方向に最小圧でシール接触
   させてシールをなすことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の液圧差シール組立体。 ９ 前記回転軸とハウジング内の圧力がＵ字形開
   口が軸方向に延びた前記Ｕ字形カバーを前記多リ
   ングシール構造体に圧接させることにより、これ
   らの部材を前記回転軸に対して半径方向にこの圧
   接力に比例してシール接触させてシールをなすこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液圧
   差シール組立体。