JPH09170594A - 液体用ポンプのシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つの構成要素を持った単一の複合エレメン
トにより、シールに要求される多数の機能を果たすよう
にしたシールを提供する。 【解決手段】 関連する構成要素上のシール相手リング
２８と協働する環状の端面７６を備えて液密な動的シー
ルを形成する液体シールユニットである。一体的な弾性
本体５６に埋め込まれた可撓性のフィンガ・スプリング
３０を備える複合多重機能部材２４は、シールリング２
６と相手リング２８とを押圧する。スプリング３０は、
円環状の連続外側本体５２と、円周上に間隔を隔てた径
方向に内方に延びる多数の可撓性スプリングフィンガ５
４を持っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に液体用ポ
ンプのシールに関し、より詳細には、特に限定されるこ
とはないが、自動車、トラックおよび建設機械のエンジ
ンを含んだ、いわゆる原動機エンジンの水ポンプのよう
な液体ポンプに用いるのに主に適合したシールを形成す
る要素の特定の構造および配列に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】いわゆる水ポンプまたは液体ポンプのシ
ールとしての使用を意図して、各種のシールが開発およ
び／または提案されたが、大抵の場合、信頼性、経済性
および長寿命性の要求に応えることの出来る最も有効な
タイプのシールは、いわゆるメカニカル・エンドフェー
ス・シールであった。これらのシールに於いては、いわ
ゆる主シール、つまり、２つの要素が回転するか、また
は互いに相対運動するシールが形成されている。ここで
は、シールリングと呼ばれるものが、相手リングと呼ば
れるものに会合し、各リングは、相手部材の対応する端
面に対して、ほぼフラットで円環状となる端面を備えて
いる。実際の摺動接触が行われるこれらの表面部分は、
シールバンドと呼ばれる。２つのユニットは、或る種の
弾性手段によってシール接触を強制される。

【０００３】通常、シールリングおよび相手リングの外
径部分より外の機構部分は、シールされるべき液体によ
り満たされている。この液は、自動車エンジンの場合に
は、通常、水または水／グリコールの混合体であり、ま
た洗濯機などに用いられるいわゆる家庭器具シールの場
合には、水または廃水である。更に、化学プロセス工業
でも、原理的には上記と同様の類似のシールを必要とす
るが、時として、処理される液から見て化学的耐性を必
要とすることがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】端面シール(end face
seal) に対する一つの重要な要求は、リングの位置に於
ける変動とは無関係に、運転条件下で、シールリングを
強制的に組み合せ状態に保ち続ける、比較的一定な軸方
向の力を与えることの必要性である。若し、リング位置
の軸方向の変化により、軸方向の力が大幅に変動した場
合には、部品が新しいか、または組付け高さ(installed
height)が所定値に比して低いときには、端面(end fac
e)の荷重(load)は過大となり、不当な昇温と早期の摩耗
とをもたらす。若し、組付け高さの変化により、力が突
然低下したときには、実際の組付け高さが高ければ初期
荷重は低すぎることになる。言い換えれば、両部品が最
初に充分に密着していない場合には、荷重が不足となり
漏れ易くなる。動的な振れ(dynamic runout)状態下で、
荷重が大幅に変動する場合には、シールを維持するに十
分な荷重と、摩耗を生じないに充分な低い荷重との間
に、適度に調和のとれたバランスを保つことが必要とな
る。従って、比較的一定の力、つまり、偏移に対するス
プリング力の変動が最小であることが望ましい。この方
法によれば、充分に高い力が最初に作用され、そして、
この力は、大幅な寸法上の変化があっても、力を不当に
高めまたは減少させることなく維持される。

【０００５】端面シールの一方の構成要素（通常、いわ
ゆる相手リング）が、回転部分に取り付けられ、そして
他の構成要素（一般にシールリング）が、ハウジングな
どに関して固定されているので、トルクまたは回転抵抗
をハウジングからシールリングに伝える手段が存在せね
ばならない。シールリングと相手リングとが共に回転し
たとすれば、好ましからぬ位置に相対的な運動が生じ、
漏れおよびシステムの故障を招く。

【０００６】更に、メカニカル端面シール(mechanical
end face seal)は、２次シールまたは静的シール、即
ち、互いに相対回転するもの以外の構成要素の間で液漏
れのないことを保障する手段を必要とする。そして、こ
のシールは、部品が振動し又はは水などのために動くこ
とがあっても効果的であり続けることが必要である。も
う一つの要求は、シールリングは、シールバンドの位置
が比較的一定するような方法で、回転部分と固定部分の
両者に位置決めされることである。

【０００７】過去に於いては、メカニカル端面シール
は、各種の構成要素が必要な機能毎に個別に設けられて
いるのが最も一般的な形状であった。通常、インペラー
シャフトに同軸的に配置されたコイルスプリングなど
は、軸方向の力を供給し、各種のスプラインなどは、部
品の軸方向の運動を可能にし且つトルクを伝達する能力
を与える。そして、ゴムダイアフラムなどは、２次つま
り静的シールの役割を果たし、ガイド、ブッシングなど
は、相手リングに関してシールリングの芯出しを行う。

【０００８】同軸的に配置されるコイルスプリングの他
にも、他の形のスプリングによって、弾性力を与えるこ
とが出来る。多数の機能が単一部品により受け持たれて
いる或る形のシールは、米国特許 No. 3,241,843や、こ
のシールの改善および変更を記載する他の各種の特許
に、記載され特許請求されている。或る場合には、軸方
向荷重の径方向荷重を与える為に、フィンガ型スプリン
グが使用され、使用が示唆されている。これらの用途
は、米国特許 No. 2,608,425に示されたものを含んでい
る。他の特許は、金属Bellevilleワッシャなどをゴムの
中に閉じ込めることを示唆している。然し、これらの設
計では、特に、ゴム／金属部材は、径方向面と軸方向面
が交わる場所に形成されたシート(seat)に位置決めさ
れ、正しい力の作用が信頼し得る形で保障されなかっ
た。

【０００９】あらゆる高度なエンジニアリング製品の場
合に見られるように、改善されたシールへの要求は根強
く続いており、しかもそれは比較的低廉であり、また使
用上優れた性能を発揮することが要求される。公知のシ
ールに見られるある困難は、端面荷重(end face load)
をシールに働かせる方法を如何にするかに在った。別の
困難は、密封される液に接するゴム部品の表面に、定常
的または周期的に張力が作用し、最初は表面クラックを
生じさせるが、これが究極的にはゴム部品全体の破損へ
と移行することに在った。

【００１０】或るシール構造は、特に、著しい動的な偏
心が存在した場合、または、リングの径方向の位置決め
をする部材が硬くなく、比較的、柔軟であった場合に、
シールリングの正確な径方向の位置決めをする箇所に問
題があった。

【００１１】他の困難が、端面シール、特に、液ポンプ
シールに生じたが、この場合には、いわゆる組付け高さ
に変動がある故に、シールの寿命を通じて、軸方向の荷
重に不当に大きい変動が出現していた。

【００１２】各種のエンジンに、徐々に改善が進んだこ
との故に、最近のエンジンの有効寿命は、過去または比
較的新しいエンジンよりも大幅に延びた。従って、長い
間、12,000マイルの保障寿命が業界の常識であったの
が、現在では廉価なエンジンでさえも50,000，60,000或
は100,000 マイル、または以上ですら普通となってい
る。長距離トラックに用いられる大型の重負荷用エンジ
ンの予想有効寿命は更に延び（例えば500,000 から1,00
0,000 マイル）、従って、このようなエンジンでの水ポ
ンプシールは、何年間、何千時間の実働時間にわたり、
有効なシール機能を果たすことが正当に予測し得る設計
でなければならない。

【００１３】理想的なシールとは、広い範囲の組付け高
さにわたって、作用荷重がほとんど変化しないものであ
る。作用荷重の変化は、組付け寸法の変化、熱膨張、お
よび構成要素の摩耗から生じる。“組付け高さ”とは、
シールリングの端面の平面と、与えられた基準平面との
間の軸方向の距離を意味し、基準平面とは、通常、シー
ルを受け入れる沈み穴ぐり(counterbore) の端面を指
す。

【００１４】各種の用途に対して改善された性能を有す
る端面シールを、過去の技術が提供し得なかったことに
鑑み、本発明は、改善された端面シールを提供すること
を目的とする。発明の別の目的は、シールに要求される
多数の機能は、これらのすべての機能を果たす２つの構
成要素を持つ単一の複合エレメントにより受け持たれる
端面シールを提供することに在る。

【００１５】発明の更に別の目的は、高い信頼性を持
ち、そして長期にわたって使用の可能な低コストシール
を提供することに在る。発明の更に別の目的は、シール
されるべき液体の領域の圧力が、シール作用を高めると
共に、シール液に接するエラストマー部品が、引張応力
の作用により不当に変形しないことを保障する端面シー
ルを提供することに在る。

【００１６】発明の更に別の目的は、複合エレメントの
斬新な構造が、シールリングの径方向の位置決めを正し
く行うようなシールを提供することに在る。発明の追加
的な目的は、補助シールの複数の機能と、軸方向の荷重
の適切な作用および維持と、トルクの伝達とを可能にす
る複合エレメントを備えるシールを提供することに在
る。

【００１７】発明の別の目的は、弾性コンポネントの中
に埋め込まれたフィンガまたはディスクタイプのスプリ
ング要素を含んだ多重機能複合ユニットを備える液ポン
プシールを提供することに在る。前記の弾性コンポネン
トは、シールリングの一部を緊密に囲むのに適したカラ
ーを備えることにより、トルクまたは回転力を伝達し、
２次の緊密なシールを提供し、リングの正しい径方向の
位置決めや芯出しを保障している。

【００１８】発明の更に別の目的は、多重機能複合ユニ
ットと付随の部品との間の相対運動が、シールの有効性
または構成要素の長寿命を損なわない多重機能複合ユニ
ットの配列を提供することに在る。発明の別の目的は、
ハウジング、好ましくはスプリング保持要素を含んだハ
ウジングの中に、高い信頼性を以って容易に組み立てる
ことの出来る液体シールを提供することに在る。

【００１９】発明の更に別の目的は、フィンガまたはデ
ィスクスプリングと、特に望ましい位置に設けられた２
つまたは場合によっては３つの円環ビードとを備える低
コスト複合エレメントを持ったシールを提供することに
ある。ここで、円環ビードの一つは、比較的低コストで
作ることの出来るシールリングに荷重を与える際に幾つ
かの利点を持つものである。追加の目的は、シールリン
グに接触し位置決めする為の軸方向に延びるカラーを含
んだ多目的多機能複合ユニットを備える液体シールを提
供することに在る。この液体シールでは、多目的多機能
複合ユニットは、ガータ・スプリングまたは径方向荷重
を与える他の補助要素と協働するのに容易に適合するも
のである。

【００２０】更に別の目的は、シールリング端面とハウ
ジングの一部にそれぞれ封止力を作用させるに適した、
少なくとも２つの円環体を、成型された際に備える多機
能複合ユニットを提供することに在る。そしてこの円環
体は、フィンガ・スプリングが軸方向位置の或る範囲を
動くとき、フィンガ・スプリングの径方向サイズの変動
を許容するものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記および他の
目的や長所は、実際に於いては、円環シールリングと、
多重機能複合メンバとを含んだ新規な液体シールを提供
することによって実現される。円環シールリングは、相
手リングの対応面と協働して、円環状の液密シールバン
ドを形成する端面を備えている。多重機能複合メンバ
は、非線型荷重／偏位特性を有してシールリングの広い
範囲の動きにわたって比較的一定の軸方向荷重を与える
スプリングを備えて多重機能複合メンバに埋め込まれて
なる金属スプリング・ユニットと、スプリング荷重力を
ハウジングの一部からシールリングに与えるのに適し
た、少なくとも２つの成型された円環負荷ベアリング体
と、シールリングユニットを緊密に受け入れて径方向に
位置決めする為に、これらの成型体の径方向の中間に配
置されたカラーとを含んでいる。

【００２２】

【発明の実施の態様】上記および他の目的や長所が、実
際に達成される方法は、実施例の形で記載され添付の図
面に示された、本発明の好ましい実施例の記述を参照す
ることにより明らかとなる。図面において同一部品には
同等の記号を与えられている。

【００２３】本発明のシールは、各種の機械的部品と共
に使用することが可能であり、またシール自身の構成要
素は、各種の改変された形態を持つことが出来るが、シ
ールの好ましい形態に関する記述に於いては、その用途
が自動車エンジンの水ポンプであり、このポンプではポ
ンプ・インペラがボールベアリングにサポートされてお
り、力を作用させる要素は、皿型のフィンガ・スプリン
グである。同様に、以下の記述に於いては、異型輪郭(c
ontoured) の多目的ユニットは、モールドされたゴム部
材であり、このゴム部材は、フィンガ・スプリングの全
部または大部分をカプセル化すると共に、軸方向荷重(a
xial load)をシールリングに作用させ、反作用力をハウ
ジングまたは他の定置部品に（有利な荷重／偏位特性の
得られる方法で）作用させる間隔を空けた環状体を形成
する。

【００２４】詳細な図面の中の図１は、本発明のシール
アセンブリ２０の各要素を示し、図２は、水ポンプアセ
ンブリ２２の中に位置する各要素の配置を示している。
本発明の重要な部分は、多重機能複合ユニット２４であ
り、このユニットは、環状シールリング２６を、環状で
回転する相手リング(mating ring) ２８に関して配置し
ている。使用時、これらのリング２６，２８の端面(end
face)の表面の全部ではなくとも一部が、円環状のシー
ルバンド２９（図１）を形成し、ここでは、シール領域
(sealed region) から封止液(sealed liquid) （水／グ
リコール溶液のようなもの）が漏れることなく相対運動
が可能となる。

【００２５】再び図面を参照すれば、複合ユニット２４
は、２つの主要な構成要素、即ち、通常は皿型の円環フ
ィンガ・スプリング・ユニット３０と、その中でフィン
ガ・スプリング・ユニット３０が完全に又はほぼ完全に
カプセル化されている弾性コンポネント(elastomer com
ponent) ３２とを含むことが示されている。ポンプエレ
メントは、ほぼ公知の構造であるが、発明の理解を容易
にするため、その構成要素の一部を、図示された通りに
説明する。図２に於いては、定置ポンプハウジング(sta
tionery pump housing) ３４と、ベアリングアセンブリ
３６とが示され、ベアリングアセンブリ３６は、この例
では、外輪３８と、内輪４０と、多数の転がり要素４２
とを含むことによりボールベアリングを構成している。

【００２６】ベアリングアセンブリ３６は、小径部分４
６を有する回転シャフト４４を軸支しており、小径部分
４６には、回転のために相手リング２８が取り付けられ
ている。相手リング２８は、通常、締りバメ又はその他
の緊密な嵌合により、シャフト小径部分４６の外径表面
４７に取り付けられている。

【００２７】通例のように、インペラ(impeller)４８
は、回転シャフト４４の端部に、これらの要素が共回り
するように、キーを使用して又は圧入嵌合により取り付
けられる。図２は、補助シール５０を示しており、補助
シール５０は、ベアリングアセンブリ３６の内部に潤滑
剤を封入し、ベアリングへ水分の浸入を防止する役割を
持つ。

【００２８】次にフィンガ・スプリング３０に言及する
と、フィンガ・スプリング３０は、複合ユニット２４の
弾性コンポネント３２を構成するゴムの中に、通常、完
全に又はほぼ完全に封入またはカプセル化されている。
このフィンガ・スプリング・ユニット３０は、一体的な
円環本体５２と、多数の径方向に内方に延びるフィンガ
５４とを含み、フィンガ５４の各々は、フィンガ・スプ
リング本体５２の径方向の全長のほぼ１／２倍、また
は、ややそれ以上の長さを有している。

【００２９】フィンガ・スプリングは、通常、鋼からな
るので、それが弛緩した状態では、皿型または截頭円錐
形(frustro-conical shape) を示す。やがて明らかにな
るように、フィンガ・スプリングは、最初の組付けの間
およびその後において、軸方向の荷重(axial load)が作
用すると、ほぼフラットな状態となると考えられる。フ
ィンガ・スプリングのサイズと形状、およびその組付け
位置は、スプリングが、荷重／偏位特性曲線(character
istic load/deflection curve)の“フラット”位置で作
用するように選ばれる。例えば、荷重の変動は、0.060
インチ( 0.060”) 未満の運動範囲において１０−２０
％以内に抑えられることが望ましい。

【００３０】次に、弾性コンポネント３２に言及する
と、このコンポネントは、径方向最外側の環状の２次シ
ールビード５８と、弾性の径方向フランジ６０と、ほぼ
軸方向で一部径方向に延びる外部カラーセクション６２
とを有する本体部分５６を備えている。外部カラーセク
ション６２は、フィンガ・スプリング・ユニット３０が
埋め込まれている内部フランジエレメント６３から、フ
ランジ６０をオフセットする役割を持っている。

【００３１】再び、弾性コンポネント３２の本体５６に
言及すると、このユニットは、円環ビードの形状を有す
る、径方向および軸方向に外側の荷重支持体(load bear
ingformation)６４を含むことが図示されている。これ
に関連して、また、ここで使用したように、“軸方向の
内側”とは、液体領域つまりシール領域に向かう側を意
味し、また“軸方向の外側”とは、シール領域から離れ
る側つまりシール領域と反対の側を意味する。従って、
図１および２に於いては、軸方向外側は、右方に向かう
ことを意味する。

【００３２】弾性コンポネント３２の本体５６はまた、
軸方向および径方向内側の円環ビード形の径方向内側の
荷重支持体６６を含んでいる。フランジエレメント６３
は、２つのビード６４，６６を連結し、そして両者の接
触面６５，６７は反対方向に形成されている。

【００３３】本発明のもう一つの要素は、径方向の位置
決めをしトルクを伝達する内側カラー７０であり、これ
は、本体５６の要部を形成し、フィンガ・スプリング３
０のほぼ中央部分から軸方向に内方に延びている。この
カラー７０は、当然の理由により、径方向内側の荷重支
持体６６の内径よりも大きい内径を有している。

【００３４】次に、本発明の別の構成要素に言及する
と、シールリング２６は、全体として円筒状の内径面７
４を備えるシールリング本体７２を含んでいる。内径面
７４は、シャフト４４の小径部分４６の外表面４７か
ら、十分な作業クリアランスをもって分離されている。
径方向に外側で軸方向に内側の端面７６が、本体７２上
に形成されている。またシール業界では周知のように、
この端面７６は、相手リングとの間に緊密なシールを作
り出し、維持するに適したフラットな（または他の望ま
しい）端面となるように形成される。

【００３５】再びシールリング２６に言及すると、この
ユニットはまた、円筒状であるよう図示された外側シー
ル表面７８と、外側肩表面７９と、荷重支持体６６と協
働しそれからの軸方向スプリング荷重(axial spring lo
ad) を受け止める軸方向外側の端面肩表面８０とを含ん
でいる。

【００３６】次に、組付け時のシールに言及すると、こ
のユニットは、シール保持体８６の溝の端面８４とハウ
ジング３４の表面８２との間に、外側ビード５８が緊密
に保持または挟着されて配置されている。保持体８６は
また、オフセット環状終端壁８８と、沈め穴ぐり(count
erbore) 表面９０とを含んでいる。上記した緊密な作用
は、外側スペース９２の中の水などがシール領域９４に
入ることを防止する２次シールを作り出す。

【００３７】図２に最も良く図示されている通り、外側
カラー６２は、沈め穴ぐり表面９０に接触している部分
と、この沈め穴ぐりから僅かに離れた他の表面部分とを
有している。これらの接触点はまた静的なシールを形成
する。径方向外側の荷重支持体(load bearing formatio
n)６４は、シール保持体の終端壁８８と接触する。イン
ペラー４８および相手リング２８は、シャフト４４の小
径部分４６の所定位置に配置され、相手リング２８の端
面９６は、シールリング２６の端面７６（図１）に接触
し、それを図２に示されたように右方に押圧する。この
効果により、シールリング２６の本体７２の軸方向外側
部分の端部表面８０との間に接触を生じ、内部カラー７
０を幾らか径方向に内方に偏移させる。それで、カラー
７０の幾分円筒状の内面９８と、シールリング２６の円
環状の着座面(annular seating surface) ７８との間
に、緊密なシールを形成することになる。

【００３８】更にまた、この組付け時の作用により、フ
ィンガ・スプリング３０は、必要な荷重が生じるよう
に、これを事実上平面としつつ、扁平化させる。図３お
よび４に示されるように、スプリングの扁平化動作は、
その形状から見て、この目的のスプリングセンタである
実質ポイント“Ｃ”の回りに生じる。これにより、スプ
リングの内側端部を図４の距離“Ａ”だけ動かす。荷重
支持体６６の形状とその外表面６７の丸みの故に、運動
“Ａ”に付随するスプリングフィンガ５４の径方向の最
内側部分の僅かな径方向の偏移(displacement)（図４の
“Ｒ”）は、シールの使用中、その扁平な位置の周りに
スプリングが振動する時に、この支持体６６の僅かな変
形を生じさせ、異型輪郭の(contoured) 外表面６７と端
面８０の外表面との間の転がり作用を生じさせる。

【００３９】組付けの間に、通常、表面６７と表面８０
との間、および表面６５と表面８８との間にかなりの摺
動が生じる。これは、スプリングが扁平に変形する際
に、径方向の動きを生じるためである。使用中、スプリ
ングが、図４に示されるように殆ど扁平になる時には、
この径方向の運動“Ｒ”は、摺動摩擦よりもビードの変
形により吸収され、そして、これが本発明のシール構造
の利点となっている。

【００４０】類似の動作は、ビード（つまり荷重支持体
６４）の接触面６５が、終端壁８８に接触しながら径方
向に動く時にも生じる。これにより、アセンブリ２０に
早期の摩耗や他の損傷を生じさせることのある掻き落と
し作用の起きる可能性が減少する。

【００４１】フィンガ・スプリング３０の扁平化のもた
らすもう一つの結果は、フィンガ・スプリング３０の本
体５２に接着されているカラー７０が、径方向に内方に
引っ張られて、シールリング表面７８に作用する径方向
の荷重を増やすことである。この様に、シールの端面に
作用する力（これは、スプリングが扁平化する時に起き
る）が大きくなると、カラー７０とリング２６との間で
残留干渉力(residualinterference force) の増大が起
きる。これにより表面７８と表面９８との間の界面に充
分なトルク伝達力が保障される。

【００４２】図３に示されたように、ガータスプリング
１００は、補助的な径方向荷重が必要とされる時に使用
することが出来る。このスプリングは、図５の実施例に
於いても使用することが出来る。

【００４３】上記のような配慮の結果として、シールの
運転サイクル中に動的な振れ(dynamic runout)が起きて
も、フィンガ・スプリングの運動は、シールリングを傷
つけることなく、ゴム形状の弾性、または荷重支持体６
４，６６の弾性により吸収される。

【００４４】或る公知の設計、特に、フィンガ・スプリ
ングに対して直角シート(right seat)が設けられている
場合には、それが軸方向に扁平化する時のスプリングの
径方向の寸法の変化が、径方向の荷重に不当に大きな増
大をもたらし、自由運動が阻害され、端面シール力の変
化を最小にするという初期目的が、部品の軸方向の偏移
におきかわる。本発明に於いては、径方向の寸法に生じ
る変化は、カラー７０，６２の弾性変形により吸収さ
れ、一方、フィンガ・スプリングは、径方向に自由に動
く。

【００４５】以上の通り、本発明は、フィンガ・スプリ
ングの弾性率または他の特性を変化させることなく、通
常の荷重のもとで扁平化するようにしたシールリング
と、ハウジングまたはシール保持体との間に、丸みを持
って平坦可能な接触面を使用している。この動作と、シ
ール保持カラーの応答動作との組合せは、本発明のもう
一つの重要な利点である。

【００４６】発明の更にもう一つの利点は、外側カラー
および外側シールコンポネントの形状にある。ここで
は、液体領域９２に正の圧力が作用するときには、この
圧力を受けるゴム部分は、シール保持体の一部により、
ほぼ完全に又は完全にサポートされる。従って、このカ
ラー６２を、沈み穴ぐりの隣接面を跨がずに、それに沿
わせることにより、領域９２の中の内圧によって変形の
生じることを回避している。この圧力は、同様に、内側
カラー７０とシールリングの表面７８との間のシール作
用の好ましい増巾効果をもたらすことが判る。

【００４７】次に、図５に言及すると、別のタイプのシ
ールが示されている。この場合に、シールリング２６ａ
は、図３に於ける該当部の端面８０ａを含む本体部分７
２ａを持つ。しかし、ゴムの内側カラー７０ａの接触面
９０ａに向いている表面７８ａは、それに該当する７８
の場合のように円筒面ではなく、傾斜面つまり截頭円錐
面である。これは、スプリング力が内圧に対抗されたと
きに、カラーとシールリングの間の摩擦が、不当に軸方
向荷重を減らすことがある用途には望ましいことがあ
る。

【００４８】図面は、軸方向荷重をシールリングに与え
る好ましい構成要素として、フィンガ型スプリングの使
用を図示している。この用途には他の種類のスプリング
も適している。例えば、フィンガを持たない皿型または
Bellevilleワッシャ型スプリングのような皿型または異
型輪郭スプリングは、その作用範囲の一部では正しい荷
重／偏移曲線を表出し、この用途に対して適切である。
その径方向の断面に、切欠き、ノッチ、または穿孔を持
つものを含んで、全ての形態のスプリングもまた適切で
ある。他の特別の形状もまた、当業者にとっては考えら
れるであろう。

【００４９】原則的な基準として、スプリングは、作業
範囲内で使用される際に、十分な範囲の変形において
も、荷重に生じる変化を最小に抑えねばならないことが
挙げられる。このように、Bellevilleまたはフィンガ・
スプリング型のワッシャは、最初は、偏移と共に荷重に
大きな増大をもたらすが、スプリングが扁平化し、より
平面化した時には、荷重／偏移曲線は著しく横這い状態
となる。これは、上述した好ましい挙動である。即ち、
使用および摩耗中に出現する軸方向の移動に際して過大
な変化を生じることなく、所定の力が維持されることを
意味する。

【００５０】ここに記載の好ましい形態のシールの設計
は、シール領域内の正の圧力が、カラー７０に作用する
径方向の圧縮荷重を増大させ、従って、シールリング表
面７８に対してこの構成要素のトルク伝達能力を高める
ようなものである。場合によっては、弾性コンポネント
およびスプリングの形態に応じて、内圧の増大は、シー
ルリング２６に作用する軸方向荷重を減らすのに充分な
だけスプリングを扁平化する傾向を持つ。即ち、スプリ
ング力は、図２および３に見られるようにリングを左に
押圧する。単に模式化されており実際の寸法または比率
に関しては正確ではない図５のスプリングの形状の場
合、傾斜面７８ａは、増大した径方向荷重７０ａが、シ
ールスプリング２６ａを図５に示されたように左に偏移
させるような形状を持つことが出来る。換言すれば、径
方向の力は、径方向の成分と軸方向の成分とに分解さ
れ、軸方向成分は、図５の左に向かって延び、従ってシ
ールを一層液密的にする。この圧力バランス機構は、或
る状況下では望ましい。

【００５１】シール領域の内圧は、シールリング２６に
作用する軸方向の力を増大しようとするとき、肩面７９
によっても“見る”ことが出来る。このような圧力は、
スプリングを支持するフランジ６３を、リング２６か
ら、両者に反対方向に作用する圧力を働かせることによ
り、引き離そうとする。従って、沈め穴ぐり９０の終端
壁８８のサイズは、スプリング５２の内側端部が右に動
いて、リングがカラー７０から分離することを防止する
ように定めることができる。これは“フェールセーフ”
のために選択し得る機能である。他の力やそれらの変化
は、シールリング２６の端面７６およびシールバンド２
９に関連して、肩表面７９，８０の露出部分のそれぞれ
の直径と位置とによって左右されることがある。寸法お
よび設計上の特徴のこのような改善または改変は、発明
の趣旨から逸脱することなく、当業者により達成するこ
とが出来る。

【００５２】図解された実施例では、シールリングは定
置的であり、シャフトおよびインペラーは、ハウジング
に関して回転する。更に、円環ディスクまたはフィンガ
型スプリングの径方向の内側部分は、荷重をシールリン
グに与え、また外側部分は、力をハウジングに与える。
場合によっては、これらの関係を反転することにより、
シールリングと弾性コンポネントが回転し、シャフトと
他の構成要素が静止していることが望ましい。同様に、
何等かの理由で望ましい場合には、スプリングの内径が
ハウジングに作用し、外径部分がシールリングに作用す
ることも可能であろう。

【００５３】

【発明の効果】以上より、本発明は、ここで指摘され、
また本発明に本質的であるものも含め、数多くの利点と
特性を持った新規かつ改善された形式の液体端面シール
を提供するものであることが判る。実施例の形で詳述さ
れた発明の代表的な例から、この中に記載の発明の形態
に対する各種の改変および変更は、当業者にとっては可
能と考えられ、またこのような変更および改変は、発明
の趣旨および付随の請求範囲から逸脱することなく行わ
れることが出来ると理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多重機能複合ユニット、および、これ
らの構成要素の組み立ての前に使用することを意図され
たシールリングの、好ましい形態を示す分解された部分
斜視図である。

【図２】本発明のシールユニットの一部の垂直方向の断
面図であり、それらの組付け位置を示し、本発明のシー
ルと共に使用することの出来る他の構成要素との関連付
けを示している。

【図３】本発明の多重機能複合ユニットの一部の部分垂
直拡大断面図であり、その成形された状態を示し、また
本発明の他の構成要素との使用時の相対位置を図示して
いる。

【図４】一部は模式化された断面図であり、この中に記
載された多重機能複合ユニットを形成することにより、
表現される発明の設計上の特徴を示している。

【図５】本発明に基づいて作られたシールの変型タイプ
の部分断面図である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 関連する構成要素上のシール相手リング
   と協働するに適した端面を備えて液密な動的シールを形
   成する円環状のシールリングと、 一体的な弾性本体に埋め込まれた可撓性(flexible)のフ
   ィンガ・スプリングを備える複合多重機能部材とを組み
   合わせてなる液体シールユニットであって、 前記フィンガ・スプリングは、円環状に連続する外側本
   体部と、外周に於いて間隔を隔てて径方向内方に延びる
   複数個の可撓性スプリングフィンガとを備えており、 前記一体的な弾性本体は、ほぼ径方向内方に向く表面を
   有する径方向外側の取り付けカラーを画定する部分と、
   前記取り付けカラーから径方向に内方に延び、前記フィ
   ンガ・スプリングを閉じ込める径方向のウエブ部分と、
   異型輪郭(contoured) の外表面を持ち、前記円環状のフ
   ィンガ・スプリングの径方向外側の部分を取り囲む前記
   弾性本体の領域から軸方向外方に延びる第１円環荷重支
   持体と、異型輪郭の外側面を持ち、前記フィンガ・スプ
   リングの内側終端部から軸方向内方に延びる第２円環荷
   重支持体と、前記シールリング上の着座表面を対面する
   形で受け入れ可能な、ほぼ径方向内方に向いた第２シー
   ル表面を備えて軸方向内方に延びるシールリング位置決
   めカラーとからなり、 前記位置決めカラーは、径方向内方に偏移することによ
   り、前記フィンガの軸方向外方の偏移に応答し、前記シ
   ールリング着座表面に作用する径方向荷重を増大させる
   ようになっている液体シールユニット。
2. 【請求項２】 円周方向に連続する円環シールビードで
   終端される径方向外側フランジを備えた本体部分を有す
   る弾性エレメントと、 関連する機械要素中の沈め穴ぐり(counterbore) 中に、
   着座する状態で受け入れられる外表面を有して軸方向外
   方に延びる第１カラー部分と、 前記第１カラーの軸方向外側部分から径方向内方に延び
   ると共に、異型輪郭の外側面を有し、ほぼ円環形状の軸
   方向に逆向する外側と内側の荷重支持体を備える径方向
   内側フランジ部分と、 前記荷重支持体の間において、径方向に位置する前記本
   体部分から一体的に形成されてリング位置決めをする軸
   方向内方に延びる第２カラーと、 連続的な円環外側縁部と、間隔を隔てて径方向内方に延
   びる多数のフィンガとを備えて、前記内側フランジ部分
   に埋め込まれた環状リングと、 シール相手リングにシール接触するのに適した軸方向内
   側端面と、ほぼ軸方向に延びる着座表面と、軸方向外側
   の径方向肩表面とを備えてほぼ円筒状のシールリング
   と、 の組み合わせからなり、 前記環状リングは、前記外側荷重支持体に関して全体的
   に軸方向に整列して配置された径方向最外部の縁部分
   と、前記内側荷重支持体に関して全体的に軸方向に整列
   した配置された前記フィンガの径方向内方部分とを有し
   ており、 前記着座表面と径方向肩表面とは、使用時に、それぞれ
   前記第２カラーおよび前記内側荷重支持体の一部の内側
   円周面に接触するようになっている端面シールアセンブ
   リ。
3. 【請求項３】 前記一体的な弾性体は、更に、前記の径
   方向外側の取り付けカラーから径方向外方に延びるフラ
   ンジを含み、前記径方向のフランジは、外周状の連続円
   環シールビードで終端されている請求項１に記載の液体
   シールユニット。
4. 【請求項４】 前記可撓性のフィンガ・スプリングは、
   ほぼ扁平の位置を通過して、この位置の一方の作用領域
   において作動する請求項１に記載の液体シールユニッ
   ト。
5. 【請求項５】 前記第１円環荷重支持体の異型輪郭外表
   面は、弓状の外側面である請求項１に記載の液体シール
   ユニット。
6. 【請求項６】 前記第２円環荷重支持体の異型輪郭外表
   面は、弓状の外側面である請求項１に記載の液体シール
   ユニット。
7. 【請求項７】 前記第２シール表面は、截頭円錐形状を
   持ち、前記着座表面もまた截頭円錐形状を持つ請求項１
   に記載の液体シールユニット。
8. 【請求項８】 前記位置決めカラーの径方向に外方に向
   かう表面部分には、これを取り巻くリングバンドスプリ
   ングが設けられ、前記リングバンドスプリングは、前記
   位置決めカラーにより生じる径方向の荷重を補足するよ
   うな請求項１に記載の液体シールユニット。
9. 【請求項９】 前記位置決めカラーの前記内側円周面、
   および前記着座面はともに截頭円錐形状である請求項２
   に記載の端面シールアセンブリ。
10. 【請求項１０】 前記位置決めカラーに、径方向に重な
    る形で位置決めされている径方向内方に作用するリング
    バンドスプリングを更に含むことにより、前記カラー
    が、前記着座面に作用する径方向荷重を増大させるよう
    な請求項２に記載の端面シールアセンブリ。