(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧流体区域を低圧流体区域から分離するため外側要素（１４）に対して軸線方向に設置されるばね付勢プラスチックシール（２２）によって形成された一対の相対的に軸線方向に移動可能な同軸要素（１２，１４）間のシールであって、ばね付勢プラスチックシール（２２）がプラスチックリング（２４）を有し、プラスチックリング（２４）が本体部分（２６）および本体部分（２６）の高圧側に同軸に延長する一対のシール要素（２８）を有し、シール要素（２８）が半径方向に分離され、ばね装置（３０）がシール要素（２８）を押離して二つの要素（１２，１４）の対向面に密封係合せしめるためそれらの間に設置される前記シールにおいて、突出部（３４）がその外径に隣接する本体部分（２６）の低圧側から軸線方向に延長し、突出部（３４）が外側要素（１４）の軸線方向突出部に係合し、外側要素（１４）の軸線方向突出部がシールの高圧側に向かって延長しかつプラスチックリング（２４）の突出部（３４）の半径方向内方に設置され、その係合によってプラスチックリング（２４）を半径方向に支持することを特徴とする前記シール。
【請求項２】
外側要素（１４）の突出部（３８）が外側要素（１４）の半径方向面（３８）に形成された環状溝（３６）によって形成され、半径方向面（３８）がばね付勢プラスチックシール（２２）の低圧側に設置されることを特徴とする請求項１に記載されたシール。
【請求項３】
外側要素（１４）の半径方向面（３８）が外側要素（１４）の内径における円周方向凹所（２０）によって形成され、円周方向凹所（２０）がばね付勢プラスチックシール（２２）を要素（１２，１４）に対して軸線方向に設置するのに役立つことを特徴とする請求項２に記載されたシール。
【請求項４】
プラスチックリング（２４）がポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、その混合物または他の適当なプラスチック材料から形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載されたシール。
【請求項５】
プラスチック材料がガラスまたは炭素のような無機材料またはアラミドのような他のプラスチック材料を充填されていることを特徴とする請求項４に記載されたシール。
【請求項６】
充填材は繊維または粒子の形式であることを特徴とする請求項５に記載されたシール。
【請求項７】
プラスチックリング（２４′）は、外側要素（１４）の軸線方向突出部と係合するための突出部（３４）を画定する第１部分（４０）およびシール要素（２８）を画定する第２部分（４２）を有する複合構造のもので、第１および第２部分（４０，４２）は補完的当接面（４４，４６）を有し、当接面（４４，４６）は第２部分（４２）に加えられた軸線方向負荷を第１部分（４０）をそれらの間の隙間をなくすため内部要素（１２）に向かって押す半径方向負荷に変換するように構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載されたシール。
【請求項８】
補完的当接面（４４，４６）が切頭円錐形または湾曲した形状のものであることを特徴とする請求項７に記載されたシール。
【請求項９】
第１部材（４０）の当接面（４４）が拡大していることを特徴とする請求項７または８に記載されたシール。
【請求項１０】
複合プラスチックリング（２４′）の第１および第２部分（４０，４２）が異なった材料から作られていることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載されたシール。
【請求項１１】
複合プラスチックリング（２４′）の第１部分（４０）が半径方向負荷に抵抗するため大きい強度を、また小さい線膨脹係数および低い摩擦係数を有するプラスチック材料から作られていることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載されたシール。
【請求項１２】
複合プラスチックリング（２４′）の第１部分（４０）が炭素繊維を充填されたＰＴＦＥ複合体から作られていることを特徴とする請求項１１に記載されたシール。
【請求項１３】
複合プラスチックリング（２４′）の第２部分（４２）が線状芳香族ポリエステルを充填されたＰＴＦＥ複合体から作られていることを特徴とする請求項７から１２のいずれか一項に記載されたシール。
【請求項１４】
複合プラスチックリング（２４′）の第１部分（４０）における内径が内部要素（１２）に近接していることを特徴とする請求項７から１３のいずれか一項に記載されたシール。
【請求項１５】
一方の要素（１８）に対して軸線方向および回転方向に固定した関係で取付けられる第１シールリング（１７）および他方の要素（１５）に対して回転方向には固定ただし軸線方向には移動可能に取付けられた第２シールリング（１０）を有する一対の相対的に回転可能な要素（１５，１８）の間に流体密シールを形成するメカニカルシールにおいて、第２シールリング（１０）が請求項１から１４のいずれか一項に記載されたシールによって前記他方の要素（１５）に対してシールされたことを特徴とする前記メカニカルシール。
【請求項１６】
メカニカルシールがガスシールまたは液圧シールであることを特徴とする請求項１５に記載されたメカニカルシール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はばね付勢プラスチックシールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、第１シールリングが軸に軸線方向および回転方向に固定した関係で取付けられ、第２シールリングがハウジングに回転方向に固定した関係で取付けられ、第２シールリングがハウジングの軸線方向に移動可能であり、そこで第１シールリングに対して軸線方向に押されて密封係合するメカニカルシールにおいて、第２シールリングの軸線方向摺動を許す、第２シールリングとハウジングとの間の二次シールリングを設ける必要が生ずる。
【０００３】
従来、ばね付勢プラスチックシールがこの目的に使用されてきた。かかるシールは一対のシール要素を画定するプラスチックリングを有し、シール要素はばね装置によって押離される。ばね付勢プラスチックシールはハウジングの環状溝に設置され、一方のシール要素は押されて溝底部と密封係合せしめられ、他方のシール要素は押されて第２シールリングと密封係合せしめられる。プラスチックリングはシールされる流体の圧力がばね装置によってシール要素に加えられる負荷を増強するように設置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この型のばね付勢プラスチックシールが高い温度および圧力をうけるとき、プラスチックリングは溝の形状まで容易に変形し、永久的に動かなくなる。装置が冷却されるとき、大きい線膨脹係数を有するプラスチックリングはかなりの量収縮し、第２シールリングをつかみ、第２シールリングの軸線方向の移動を制限する。
シールリングの面の間に形成される流体クッションに依存する液圧シールにおいて、このことは低温から始動するとき、ばね付勢プラスチックシールが両面の分離を阻止し、その結果それらはかなりの摩耗を生じて、シールが早期に故障するかもしれない、という重大な問題を生ずる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるばね付勢プラスチックシールは液圧またはガスシールに対してとくに有利であるが、ばね付勢プラスチックシールが使用されるいかなる用途にも、とくにばね付勢プラスチックシールが高い温度および圧力をうける危険がある用途に使用することができる。
【０００６】
本発明の一局面によれば、高圧流体区域を低圧流体区域から分離するため外側要素に対して軸線方向に設置されるばね付勢プラスチックシールによって形成された一対の相対的に軸線方向に移動可能な同軸要素間のシールであって、ばね付勢プラスチックシールがプラスチックリングを有し、プラスチックリングが本体部分および本体部分の高圧側に同軸に延長する一対のシール要素を有し、シール要素が半径方向に分離され、ばね装置がシール要素を押離して二つの要素の対向面に密封係合せしめるためそれらの間に設置される前記シールにおいて、突出部がその外径に隣接する本体部分の低圧側から軸線方向に延長し、突出部が外側要素の突出部に係合し、外側要素の軸線方向突出部がシールの高圧側に向かって延長しかつプラスチックリングの突出部の半径方向内方に設置され、その係合によってプラスチックリングを半径方向に支持することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、プラスチックリングの軸線方向突出部と外側要素の軸線方向突出部との係合によって、ばね付勢プラスチックシールの本体部分を半径方向に支持し、その内部要素上への収縮を阻止する。
本発明の好適な実施例によれば、外側要素の突出部は外側要素の半径方向面における環状溝によって形成され、プラスチックリングの突出部は環状溝内に設置される。外側要素の半径方向面はシールの低圧側に設置され、ばね付勢プラスチックシールを要素の軸線方向に設置するのに役立つ。
本発明のばね付勢プラスチックシールにおけるプラスチックリングは、ＰＴＦＥ、ＰＴＦＥ複合材料または他の適当なプラスチック材料から作ることができる。プラスチック材料は、たとえばガラスまたは炭素のような無機材料、またはアラミドのような他のプラスチック材料を充填することができる。充填物は繊維または粒子の形式とすることができる。
【０００８】
本発明の別の実施例によれば、プラスチックリングは、外側要素の軸線方向突出部に係合するための突出部を画定する第１部分およびシール構造を画定する第２部分を有する複合構造のものとすることができる。複合リングの第１および第２部分は補完的当接面を有し、それらによって第２部分に加えられた軸線方向負荷は、第１部分を内部要素に向かって押してそれらの間の隙間を閉じる。補完的面は切頭円錘形または湾曲形状のものとすることができ、またたとえば段付きまたは複雑に湾曲したものとすることができる。好適には、複合リングの第１および第２部分は異なった材料から作られ、第１部分は一層堅い材料から作られる。
以下、本発明を単に例示として、添付図面を参照して説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示されたように、ガスシールはシールリング１０を有する。シールリング１０は、（図示されない）通常の方法でキャリヤリング１２に取付けられ、それぞれシール要素１３によってそこに対してシールされる。キャリヤリング１２は固定関係でハウジング１５に固定されるように構成されたリテーナリング１４に摺動可能に設置される。複数の角度的に離された圧縮ばね１６が、リテーナリング１４とキャリヤリング１２との間に、キャリヤリング１２およびその上に取付けられたシールリング１０を押して、軸１８上に回転すべく取付けられた補完的シールリング１７と軸線方向に係合せしめる。
【００１０】
溝のパターンが、補完的シールリング１７が軸１８とともに回転するとき、シール面間のガスクッションの形成を誘起するため、シールリング１０または１７の向合ったシール面の一方に設けられている。ガスクッションは、シールリング１０および１７が相対的に移動するとき、それらの間の面接触を阻止するように作用する。シールリング１０および補完的リング１７は、それらの外径において高圧ガスにさらされている。
【００１１】
環状凹所２０がリテーナリング１４に設けられ、またばね付勢プラスチックシール２２が、リテーナリング１４とキャリヤリング１２との間の二次シールを形成するため、凹所２０内に設置されている。ばね付勢プラスチックシール２２はたとえばＰＴＦＥまたはＰＴＦＥ混合物から作られた、プラスチックリング２４を有する。リング２４は本体部分２６、本体部分２６の一側から二次シールの高圧側に向かって同軸に延長する一対のシール要素２８を有する。シール要素２８は半径方向に離され、環状らせんばね要素３０がシール要素２８間に設置され、それらを半径方向に押離し、一方のシール要素２８を凹所２０の基部３２と接触せしめ、他方のシール要素２８をキャリヤリング１２と密封係合せしめる。
【００１２】
突出部３４は、本体部分２６の外径において、シール要素２８から離れた本体部分の側から軸線方向に延長している。突出部３４は、二次シールの低圧側の、凹所２０の端壁３８において軸線方向に延長する環状溝３６に係合している。溝３６内における突出部３４の係合によって、プラスチックリング２４はリテーナリング１４に対して半径方向に支持され、それがキャリヤリング１２上に収縮することを阻止している。したがってキャリヤリング１２は、リテーナリング１４の軸線方向に自由に移動する。
シールされたガスの圧力はシール要素２８を押離してばね要素を補強するように作用し、またプラスチックリング２４の突出部３４を押して溝３６と係合せしめる。
【００１３】
上記実施例に関して、ＰＴＦＥリング２４がキャリヤリング１２とハウジング１４との間に押出される傾向が生ずる。この傾向は高圧のキャリヤリング１２の変形によって増大し、シールリング１０から離れたキャリヤリング１２端部の外径を縮小する。この問題はハウジング１４の孔とキャリヤリング１２との隙間を閉じる設備によって緩和される。しかしながら、その結果きわめて高い振動状態の下で、金属同志のフレッティングを生ずる。
押出しの問題を緩和するため、プラスチックリング２４に対して押出し抵抗性の大きい材料を使用することが望ましい。かかる材料は通常、材料の摩擦性したがってキャリヤリング１２の摩耗を増大する、ガラス繊維充填物を必要とする。
【００１４】
添付図面の図２に示された変形によれば、プラスチックリング２４′は二つの部分４０および４２から構成されている。第１部分または制御リング４０は環状溝に係合するための突出部３４を画定し、かつ拡大する切頭円錐形端面４４を有する。第２部分４２はシール要素２８を画定し、かつ面４４の係合のための収斂する補完的切頭円錐形端面４６を有する。
【００１５】
複合リング２４′の第１部分４０は、半径方向負荷に抵抗するための大きい強度、小さい線膨脹係数および低摩擦特性を有する材料、たとえは炭素繊維充填ＰＴＦＥ複合体から作られる。複合リング２４′の第２部分４２は、主としてそれらの低摩擦特性に対して選択されたプラスチック材料、たとえばエコノールのような、線状芳香族ポリエステルを充填されたＰＴＦＥから作ることができる。
本発明のこの実施例によれば、複合リング２４′の第１部分４０は、溝３６内における突出部３４の係合によって半径方向に設置される。複合リング２４′の第２部分４２は、円錐面４４および４６の相互の係合によって半径方向に設置される。
【００１６】
変形シールが流体圧力をうけるとき、シール要素２８は上記のように押離されて向合った要素１２および１４と密封係合せしめられる。しかしながら相互係合円錐面４４および４６は複合リング２４′の第１部分に半径方向負荷をも加え、第１部分４０のノーズ４８は変形して隙間を閉じるためキャリヤリング１２に係合せしめられ、そこで複合リング２４′の第２部分４２のいかなる押出しも発生し得ない。複合リング２４′の第１部分は、ノーズ４８の変形が高圧の下でキャリヤリング１２の変形より僅かに大きい割合になるように構成され、キャリヤリング１２に対する第１部分の係合は、過大な負荷なしに維持される。
【００１７】
図２に示された変形は、それにより、押出しの問題を克服し、摩擦がさらに大きい押出し抵抗が大きい材料の使用が回避される。さらに、複合リング２４′の第１部分４０は低摩擦材料から作られ、狭い隙間が第１部分４０とキャリヤリング１２の内径の間の設けられ、それにより金属相互間のフレッティングの危険なしに、押出し隙間は最小になる。
【００１８】
種々の変形が本発明から離れることなしに可能である。たとえば、上記実施例においてばね付勢プラスチックシール２２がシールリング１０とハウジング１５との間の二次シールを形成しているが、代わりにシールリング１７を軸１８に対して軸線方向に移動するように取付けることができ、ばね付勢プラスチックシール２２はシールリング１７と軸１８との間の二次シールを形成することができる。
図２に示された実施例において、複合プラスチックリングの第１および第２部分は切頭円錐形状のものであるが、その代わりそれらは、リングの第２部分における軸線方向負荷が第１部分における半径方向内向き負荷に変換されるように湾曲させることもできる。さらに、当接面はたとえば段付きまたは複雑な構造のものとすることもできる。また記載された実施例において、複合リング２４′の第１部分４０は変形してキャリヤリング１２と係合せしめられるが、第１部分４０はキャリヤリング１２が圧力で変形するとき、小さい隙間を維持するのに十分な角度に変形されることで十分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるばね付勢プラスチックシールを利用する、ガスシールの部分断面図。
【図２】図１に示されたばね付勢プラスチックシールの変形の図。
【符号の説明】
１０  シールリング
１２  キャリヤリング
１３  シール要素
１４  リテーナリング
１５  ハウジング
１６  圧縮ばね
１７  シールリング
１８  軸
２０  凹所
２２  ばね付勢プラスチックシール
２４  プラスチックリング
２４′プラスチックリング
２６  本体部分
２８  シール要素
３０  ばね要素
３２  基部
３４  突出部
３６  溝
３８  端壁
４０  第１部分
４２  第２部分
４４  円錐面
４６  円錐面
４８  ノーズ
【図１】
0004121607.tif 000002
【図２】
0004121607.tif 000003