| 【発明の名称】 |
メカニカルシール |
| 【発明者】 |
【氏名】ナカノ・ケンジ
|
| 【要約】 |
【課題】単純かつ安価に製造可能であり、さらに使用後、構成要素毎に容易に分離することができるメカニカルシールを提供する。
【解決手段】本発明のメカニカルシールは、スライドリング及び対向リングが、相互に回転可能かつ弾力的に当接して、軸方向の初期応力により密封接触しており、スライドリングが、シールリングを介して回転リングに対して回転不能に密封結合し、シールリング（５）が、スライドリング（１）と回転リング（６）の間に、接着されることなく配置され、スライドリング（１）、シールリング（５）、回転リング（６）が、予め組立て可能なユニット（７）を形成しており、さらにこのユニット（７）の外周面が、ハウジングフランジ（８）による半径方向の初期応力を受け、それによってユニット（７）がハウジングフランジ（８）に回転不能に取り囲まれることを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 １つのスライドリング及び１つの対向リングを含むメカニカルシールであって、該スライドリング及び該対向リングが、相互に回転可能かつ弾力的に当接して、軸方向の初期応力により密封を行うように接触しており、前記スライドリングが、シールリングを介して回転リングに対して回転不能に密封結合し、前記シールリング（５）が、前記スライドリング（１）と前記回転リング（６）の間に、接着されることなく配置され、前記スライドリング（１）、前記シールリング（５）、前記回転リング（６）が、予め組立て可能なユニット（７）を形成しており、さらにこのユニット（７）の外周面が、ハウジングフランジ（８）による半径方向の初期応力を受け、それによって前記ユニット（７）が該ハウジングフランジ（８）に回転不能に取り囲まれることを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】 前記回転リング（６）の外周面（９）が、前記ハウジングフランジ（８）に直接密接に接触してい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。
【請求項３】 前記ユニット（７）の設置スペース（10）を画定する前記ハウジングフランジ（８）の内壁（11）の輪郭が、前記シールリング（５）を受容するように、被密封媒質（12）に対面する側に開放するＬ字形を示し、前記シールリング（５）の形状が、前記スライドリング（１）を受容するように、被密封媒質（12）に対面する側に開放するＬ字形であることを特徴とする請求項１又は２に記載のメカニカルシール。
【請求項４】 前記回転リング（６）が回転フランジ（13）を備え、この回転フランジ（13）が前記シールリング（５）の被密封媒質（12）に対面する表面を完全に被覆していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のメカニカルシール。
【請求項５】 前記シールリング（５）が、ポリマー材料から製造されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のメカニカルシール。
【請求項６】 前記回転リング（６）が、金属材料から製造されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のメカニカルシール。
【請求項７】 前記シールリング（５）の被密封媒質（12）に対面する表面が、前記回転フランジ（13）と、弾性初期応力下で密接接触していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のメカニカルシール。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スライドリング及び対向リングを含むメカニカルシールに関する。より詳細には、スライドリング及び対向リングは、密封面が相互に回転可能かつ弾力的に当接して、軸方向の初期応力により密封を行うように接触しており、さらにスライドリングがシールリングを介して回転リングに対して回転不能に密封結合されている。
【０００２】
【従来の技術】上記のようなメカニカルシールは一般に周知である。もっとも従来公知のメカニカルシールでは、シールリングと回転リングが一緒に加硫化されており、これは製造技術的及び経済的観点において余り満足できるものではないことに注意を払わなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような種類のメカニカルシールを、製造技術的及び経済的観点からより単純に、かつ原価を安く製造可能とすると共に、さらに製造されたメカニカルシールの構成要素が、規定通りの使用の後、種類別に問題なく分離することができ、それによって構成要素の再利用が良好に行われるようにすることを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題は、１つのスライドリング及び１つの対向リングを含むメカニカルシールにおいて、スライドリング及び対向リングが、相互に回転可能かつ弾力的に当接して、軸方向の初期応力により密封接触しており、スライドリングが、シールリングを介して回転リングに対して回転不能に密封結合し、シールリングが、スライドリングと回転リングの間に、接着されることなく配置され、スライドリング、シールリング、回転リングが、予め組立て可能なユニットを形成しており、さらにこのユニットの外周面が、ハウジングフランジによる半径方向の初期応力を受け、それによってユニットがハウジングフランジに回転不能に取り囲まれることを特徴とするメカニカルシールよって解決される。
【０００５】上記課題を解決するために、シールリングは、スライドリングと回転リングとの間で、接着されずに配置され、その際にスライドリング、シールリング及び回転リングが予め組立て可能なユニットを形成し、さらにそのユニットの外周面が、ハウジングフランジによる半径方向の初期応力を受け、それによってユニットがハウジングフランジに回転不能に取り囲まれる。このような実施態様においては、予め組立て可能なユニットの構成要素が、まず最初に相互に個別に製造可能であり、それらの製造に引き続き、初めて予め組立て可能なユニットに組み合わされることが長所として挙げられる。予め組立てられたユニットは、その後ハウジングフランジの穴に押し込まれるが、このとき回転リングの外周面はハウジングフランジに直接密接に接触する。このように構成された密封はめ合わせは、スライドリング上で半径方向の高い初期応力を達成することができる。したがってスライドリングは、ユニットの構成要素として確実にハウジングフランジと一緒に回転する。よってスライドリングとシールリングの間の相対回転は確実に排除される。
【０００６】このような場合に、ユニットの設置スペースを画定するハウジングフランジの内壁及びシールリングは、スライドリングを受容するために、基本的に被密封媒質もしくは密封されるべき媒質に対面する側が開放するＬ字形として形成される。すなわちユニットの設置スペースを画定するハウジングフランジの内壁の輪郭が、シールリングを受容するように、被密封媒質に対面する側に開放するＬ字形であり、シールリングの形状が、スライドリングを受容するように、被密封媒質に対面する側に開放するＬ字形である。シールリングがＬ字形の形状であることによって、衝撃に弱いスライドリングと、同様に不撓性のハウジングフランジとの間の直接接触が回避される。設置スペースを画定している内壁とシールリングの外側形状が完全に一致する形状であることによって、ハウジングフランジはスライドリングの反対側でシールリングを良好に支えることが可能になる。
【０００７】一好適実施態様にしたがうと、回転リングには回転フランジがあり、回転フランジがシールリングの被密封媒質に対面する表面を完全に被覆する。本発明において完全に被覆するとは、被密封媒質に対面する面が実質上全て覆われていることを意味する。つまりシールリングが通常の使用において移動しないように、ずれないように回転フランジよって覆われているということを意味する。このようなメカニカルシールにおいて、回転フランジは各々のシールリングの表面に隣接して軽く接触していることが好ましい。回転フランジ及びシールリングの表面が、相互に極めて僅かな間隔をおいて配置されることも可能である。このような場合に理想的には、回転フランジがシールリングの被密封媒質に対面する面を、スライドリングに至るまで覆う。しかしこのような構成では、例えば金属製材料からなる回転フランジにより、例えば脆性材料からなるスライドリングが破壊される危険性が生じる。したがって実用的には回転フランジとスライドリングは、半径方向に僅か間隔をもって配置される。このような場合にも本願においては、回転フランジがシールリングの被密封媒質に対面する表面を完全に被覆すると表現する。
【０００８】例えば被密封媒質としてベンジンが使用される場合は、シールリングの自由表面すなわち被密封媒質に曝される表面が回転フランジによって実質上完全に被覆されることによって、シールリングの膨潤及びその結果として生じる自由表面の移動、ずれが著しく防止される、あるいは最小限に抑えられる。それによって被密封媒質の種類に依存せずに、長期の使用期間にわたって変化しない、スライドリングの回転リングに対する回転不能な組み込みが保証される。シールリングには上記の回転フランジの態様によって、被密封媒質と接触する可能性のある自由表面がほとんどない。それによってシールリングの材料の膨潤は最小限に抑えられる。スライドリングと回転リングの間にあるシールリングの初期応力が、シールリングの膨潤及び自由表面の移動、ずれによって減少し、その結果スライドリングがシールリングに対して回転するという危険性が、どのような場合においても上記のような態様によって確実に回避される。すなわちスライドリングがシールリングに対して確実に固定され、相互に回転しない。したがって回転リングに対するスライドリングの回転不能な組み込みが常に確実に保証される。
【０００９】例えば被密封媒質としてベンジンが使用される場合は、このような形態でシールリングを保持している回転フランジを備えていないシールリングは、メカニカルシールの使用期間が長くなるにつれて膨潤して移動しあるいはずれるであろう。
【００１０】シールリングは圧縮不能な材料から製造される。シールリングの材料がフランジ、回転フランジの存在によって移動不能であることにより、シールリングの僅かな膨潤は、スライドリングと回転リングの間に極めて強い弾性初期応力を発生させる。
【００１１】シールリングは、好ましくはポリマー材料、例えばＦＫＭ（フッ素重合体）から製造される。これに対してスライドリングは多くの場合、例えば炭素のような脆性材料から製造され、例えば炭化ケイ素から製造されている対向リングと密封面で密接接触している。回転リングは、好ましくはステンレス鋼材料から製造される。
【００１２】被密封媒質に対面するシールリングの表面は、弾性初期応力下で回転フランジに密封接触可能である。この場合に、シールリングと被密封媒質と衝突、接触することによるシールリングの膨潤が回避されることが長所として挙げられる。シールリングと被密封媒質との衝突、接触は、回転リングにシールリングがはめ込まれていることによって、スライドリングに対する初期応力の増大をもたらす。シールリングが回転フランジにより、移動しないように、ずれないように回転リング内に嵌め込まれているので、被密封媒質がシールリングに衝突、接触してシールリングが膨張して、スライドリングに向かう初期応力が増大する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明にしたがうメカニカルシールの一実施例を、略図的に示す図１に基づいて下記で詳細に説明する。
【００１４】図１にはメカニカルシールの実施例が示されている。このメカニカルシールは、炭化ケイ素から製造されている対向リング２と、基本的に炭素から製造されているスライドリング１から構成されている。そしてこのメカニカルシールは、軸方向の初期応力下で、対向リング２とスライドリング１とが、それぞれの平らな密封面４と平らな密封面３で弾性的に支持されている。
【００１５】本実施例において、スライドリング１は、被密封媒質に対面する側に開放するＬ字形シールリング５によって取り囲まれている。このＬ字形シールリングはＦＫＭから製造される。またＬ字形シールリング５は、回転リングを介してハウジングフランジ８により取り囲まれている。このハウジングフランジ８の内側輪郭もまた、被密封媒質に対面する側に開放するＬ字形であり、この場合設置スペースを画定している内壁すなわちハウジングフランジ８の内側輪郭とシールリング５の外側形状が完全に一致する形状となっている。すなわちハウジングフランジ８がシールリング５を適切に受容するように、ハウジングフランジ８の内壁輪郭とシールリング５の外側輪郭は互いに適合している。ここでＬ字形とは、シールリングの片側の断面形状が略Ｌ字のように見ることができる形状を意味する。例えば図１に示される例では、シールリング５の片側断面は、90度右に回転したＬ字形として図示されている。
【００１６】メカニカルシールの金属製コンポーネントは特殊鋼から製造されており、例えばベンジンのような被密封媒質12に対して耐性を備える。つまりベンジンのような媒質によって冒されない特殊鋼から、メカニカルシールの金属製コンポーネントが形成される。
【００１７】メカニカルシールを機能させるために下記のようにメカニカルシールが構成される。
【００１８】対向リング２は、ベローズ14を介して、ハウジングとして形成されている直角薄板15に対して回転不能に結合されている。この場合ベローズ14は、シールリング５と同様にＦＫＭから製造されている。ここで直角薄板とは、例えば断面においてその形状が直角に屈曲する部分を備える薄板から形成される部材を意味する。ベローズ14は、圧力リング22によってシャフト16の表面上に押し付けられている。このとき圧縮ばね17は、一方では直角薄板15の半径方向フランジで、他方ではばね保持リング18で軸方向に支持されている。
【００１９】これに対してスライドリング１は、シールリング５によって取り囲まれているが、スライドリング１とシールリング５との間は接着されない。このときスライドリング１、シールリング５及び回転リング６は、予め組立て可能なユニット７を形成して、このユニット７はハウジングフランジ８の穴へ押し込まれている。予め組み立てられたユニット７が、ハウジングフランジ８の穴の中に収容される。
【００２０】密封は、スライドリング１と対向リング２の平らな密封面３と４が弾力的にぶつかって接触することによって、もしくは弾力的に当接することによって行われる。
【００２１】特殊鋼から製造される回転リング６には、半径方向フランジとして形成されていて、対向リング２と向かい合うように配置されているシールリング５の被密封媒質に対面する表面を実質上完全に被覆している回転フランジ13が設けられている。それによってメカニカルシールの規定通りの使用中に、シールリング５の膨潤が回避され、それに伴ってスライドリング１がシールリング５から取り囲まれていることによって生じる半径方向の初期応力が減少する。それでもシールリング５と被密封媒質12との僅かな衝突、接触が生じ、それによってシールリング５が膨潤するので、シールリング５の設置スペースの容積が基本的に一定であることから、スライドリング１と回転リング６の間に半径方向の初期応力の増加がもたらされる。
【００２２】本実施例では、ハウジングフランジ８はベンジンポンプのポンプハウジング19内に押し込まれており、この場合にハウジングフランジ８は、ＦＫＭから製造されているＯリング20によって密閉されている。ハウジングフランジ８は、被密封媒質12と反対側の面で玉軸受け21のハウジングと接触している。
【００２３】上記のように構成されているメカニカルシールは、特にシールリング５が、接着されることなく、スライドリング１と回転リング６の間に配置されることにより、規定通りの使用の後、構成要素毎に分離することが容易である。
【００２４】
【発明の効果】スライドリング（１）及び対向リング（２）を含むメカニカルシールである。このときスライドリング（１）及び対向リング（２）は、密封面（３、４）において相互に回転可能かつ弾力的に当接し、軸方向の初期応力により密封接触している。このときスライドリングはシールリングを介して回転リングに対して回転不能に密封結合されている。シールリング（５）は、スライドリング（１）と回転リング（６）の間で接着されずに配置されており、スライドリング（１）、シールリング（５）、回転リング（６）が前組立て可能なユニット（７）を形成しており、さらにこのユニット（７）の外周面が、ハウジングフランジ（８）による軸方向初期応力を受け、それによってユニット（７）がハウジングフランジに（８）に回転不能に取り囲まれる。このように構成された本願のメカニカルシールは、単純かつ安価に製造可能であり、さらに製造されたメカニカルシールの構成要素は、使用の後、構成要素毎に容易に分離することができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】５９０００２３４５
【氏名又は名称】カール・フロイデンベルク
|
| 【出願日】 |
平成１２年３月３０日（２０００．３．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６３８９７
【弁理士】
【氏名又は名称】古谷 馨 （外２名）
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−２９１８０９（Ｐ２０００−２９１８０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月２０日（２０００．１０．２０） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−９２８８１（Ｐ２０００−９２８８１） |
|