JP2001506927A

JP2001506927A - 波形面リングを形成する方法及び装置

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Publication number: JP2001506927A
Application number: JP50786598A
Authority: JP
Inventors: ヤング，ライオネル・エイ
Original assignee: Flowserve Management Co
Current assignee: Flowserve Management Co
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 2001-05-29
Also published as: DE69628591D1; WO1998005889A1; EP0916045B1; DE69628591T2; EP0916045A1

Abstract

(57)【要約】円滑な面を有する波形面リング及びこの波形面リングを製造する方法。特に、この方法は面表面と周表面とを備えたリング素材を提供する工程と、リング素材の周表面に所定の力を作用させる工程とを有する。この力はリング素材の面表面を第１の変形パターンに変形させる。次いで、リング素材の周表面に力を作用させた状態で、リング素材の面表面が処理される。最後に、リング素材の周表面から力を除去し、リングの面表面を緩ませて第２の変形パターンをとらせる。波形面リング組立体はまた回転シャフトのまわりに装着される向き合ったリングを含むように提供される。一方のリングは他方のリングに関して静止し、リングの１つはラップ盤により処理された波形面を有する。このリングはシールリング又はスラストリングとすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】波形面リングを形成する方法及び装置発明の背景本発明は一般にメカニカルシールに関し、特に、液体及びガス環境において作動する波形面シールリングを有するメカニカルシールに関する。ポンプ、コンプレッサ等を含む回転部分を有する種々の機械内で漏洩を防止するためにメカニカルシールが産業界において長年にわたって使用されている。もっと最近では、波形面を備えたメカニカルシールをこれらの機械に使用して漏洩を最小限に抑えると共に、静的及び動的な荷重支持を提供している。波形面シールリングの例は米国特許第４，８３６，５６１号及び同第４，８８７，３９５号各明細書に記載されている。第１図は従来の波形面メカニカルシールを組み込んだポンプ組立体の断面図を示す。略述すれば、ポンプはハウジング１０と、回転シャフト１２と、波形面シール係合リング１４と、平坦面主リング１６と、バネ１８と、Ｏ−リングの如き副シール２０とを有する。回転シャフトは主リング及び係合リングを貫通して延びる。主リングはシャフトと一緒に回転するが、係合リングはハウジングに関して固定される。バネはシールを形成するために主リングを係合リングの方へ押圧する。特に、係合リング１４及び主リング１６は、漏洩流の量を制限するように２つのリング１４、１６間に狭いギャップ又はこれらリングの接触を維持することにより、２つのリング１４、１６間の摺動インターフェイス１５をシールする主要な機能を果たす。波形面係合リング１４を第２図に誇張して詳細に示す。リングの波形面は多数の円周方向の波部２２を有する。各対の波部は半径方向に傾斜した領域２４により分離される。係合リングの面は更に、その内周辺に位置する隆起した実質上平坦な円周方向のダム２６を有する。波部は底部２８と頂部３０とを有し、これらは係合リングの外径部分で最も顕著となっている。各底部は傾斜領域の関連する底部に一致する。波部の頂部は高さにおいてダムとほぼ整合し、波部の振幅はダムの方へ半径方向内方に進むにつれてゼロまで減少する。波部及び傾斜領域は、漏洩を最小限に抑えるようにダムが主リングの表面に当接した状態で、係合リングと主リングとの間の潤滑性を高める傾向を有する。波形面シールリングの表面仕上げはガスシール応用において特に重要である。特に、極めて円滑な表面を有する波形面シールリングは漏洩を少なくし、かつ一層大なる荷重支持を提供する。上述の波形面シールリングの形状は、第３図に示すように、砥石車３６を有する研削盤３４を用いて硬質のリング材料３２を研削することにより形成される。研削盤及びプロセスは上記米国特許明細書に十分詳細に記載されている。この研削盤はほぼ許容できるが、８ないし１０μｉｎ（ミクロンインチ）Ｒ_a（Ｒ_aは粗さ平均を表す）又はそれ以上の表面仕上げを生じさせてしまう。研削プロセスはまた長時間を消費し、高価である。極めて円滑な表面仕上げにて部品を製造できる１つの機械はラップ盤である。しかし、商業的に入手できるラップ盤は極めて円滑な平坦表面即ちラップ表面しか形成できないという制限を有する。従って、ラップ盤は極めて小さな表面粗さの波形面シールリングを直接製造できない。それ故、円滑なラップ面を有する波形面リングの要求があり、このような円滑なラップ面を有する波形面リングを製造する方法の要求があることを認識すべきである。本発明はこの要求を満たす。発明の概要本発明は円滑なラップ面を有する波形面リング、及び、このような円滑なラップ面を有する波形面リングを製造する方法を提供する。特に、本発明は面表面と周表面とを有するリング素材を提供する工程と、リングの周表面に所定の力を作用させる工程とを有する波形面リングの製造方法に関する。この力はリング素材の面表面を第１の変形パターンに変形させる。次いで、リング素材の周表面に力を作用させた状態で、リング素材の面表面が処理される。最後に、リングの周表面から力を除去し、リングの面表面を緩めて（即ち、解除して）第２の変形パターンをとらせる。本発明はまた回転シャフトのまわりに装着された別のリングとの間に摺動インターフェイスを形成する波形面リングを組み込んだ組立体を提供する。本発明の一層詳細な態様においては、第２の変形パターンは第１の変形パターンに対して実質上鏡像関係を有し、処理はリング素材の面表面をラッピング即ち表面研削する工程を含む。本発明の更に別の一層詳細な態様においては、リングの周表面への所定の力の付加は、所定の寸法の剛直なバンドを提供する工程と、バンドとリングとの間に所定の温度差を生じさせる工程とを含む。次いで、温度差を維持しながら、バンドに係合するようにリングの周表面を位置決めする。次いで、温度差を減少させ、バンドとリングの周表面との接触を生じさせ、シールリングの縁表面に力を作用させる。本発明の更に他の一層詳細な態様においては、リングはシールリング又はスラストリングとする。本発明の主要な利点は従来得られるものよりも一層円滑な表面仕上げで波形面リングを有利に製造できることである。従って、本発明の方法により製造された好ましい波形面シールリングは改善された漏洩特性及び従来得られるものよりも一層大なる荷重支持を有する。方法はまた、ラップ盤又は表面研削盤を含む、平坦な表面のみを得ることのできる精密機械による波形表面の製造を有利に可能にする。本発明の他の特徴及び利点は例示として本発明の原理を示す添付図面に関連する好ましい実施の形態の以下の説明から明らかとなろう。図面の簡単な説明次の図面は本発明の好ましい実施の形態を示す。このような図面において、第１図は従来の波形面メカニカルシールを含むポンプ組立体の一部の断面図、第２図は、第１図の波形面シールリングの斜視図、第３図は、第１図の波形面シールリングを製造するための研削盤の斜視図、第４図は本発明に係る波形面メカニカルシールを有するポンプ組立体の一部の断面図、第５図は本発明の波形面メカニカルシールリングの斜視図、第６図は、第５図の波形面メカニカルシールリングを製造するために使用されるシールリング素材及び収縮バンドの部分断面斜視図、第７図は、第６図のシールリング素材上に配置した収縮バンドの部分断面斜視図、第８図はシールリング素材上の第１の理想的な収縮バンドにより生じる運動を示す概略図、第９Ａ図及び第９Ｂ図は、シールリング素材にそれぞれ接触する前及び後パッドを示す第２の理想的な収縮バンドにより生じる運動を示す概略図、第１０図は、第９Ａ図及び第９Ｂ図に従って形成された波形面シールリング及び主リングの断面図、第１１図は波形／傾斜／ダム式の面シールリングの外径部分近傍及び内径部分でのダムの近傍におけるシールリングの高さの円周方向の寸法を示す図、第１２Ａ図及び第１２Ｂ図は、シールリング素材にそれぞれ接触する前及び後パッドを示す、第７図のシールリング素材上に装着された収縮バンドの概略図、第１３図は本発明に係るスラスト軸受を有するポンプ組立体の一部の断面図である。好ましい実施の形態の説明ここで、図面特に第４−７図を参照すると、好ましくは、本発明は波形面シールリング１００として具体化される。好ましい実施の形態においては、波形面シールリングはハウジング５４内でシャフト５２に装着されたメカニカルシール５０に関連する。波形面シールリング１００はハウジングに装着され、位置決めピン５６がハウジングに関する波形面シールリングの回転を阻止する。非密封性Ｏ −リング又はガータースプリングの如き保持リング５８がハウジングに関して波形面シールリングを位置決めし、第２のＯ−リング６０がハウジングに関して波形面シールリングの後側をシールする。メカニカルシール５０はまた、回転面シールリングホルダ６４と、回転面シールリング６６とを備えた回転面シールリング組立体６２を有する。好ましくは、ホルダ６４は２つの部品、即ち、Ｌ字状のバネホルダスリーブ６７及びシールリング駆動子６９を有する。バネホルダスリーブ６７はボア即ち穴６８内に位置した止めネジ（図示せず）によりシャフトに固定される。バネホルダスリーブの半径方向に延びた脚部７０はバネ７２を収容するための複数の軸方向に延びる空所を有する。シールリング駆動子６９は半径方向に延びる脚部７４と、軸方向に延びる脚部７６とを有し、後者はバネホルダスリーブ６７の軸方向に延びる脚部７８から半径方向に離間し、回転面シールリング６６を収容するための空所８０を形成する。シールリング駆動子の軸方向に延びる脚部７６は駆動係合のために回転面シールリング６６上の軸方向の溝（図示せず）に係合する複数の軸方向に延びるタブ８２を有する。シールリング駆動子の半径方向に延びる脚部７４はバネ７２の他端を収容するための複数の空所８６を画定する環状突起８４を有する。図示しないが、突起８４の半径方向の外端は、バネホルダスリーブ６７の空所内に収容されてそれと駆動係合する延長部を形成するように複数の位置においてバネホルダの方へ軸方向に延びることができる。波形面シールリング及び回転面シールリングは漏洩流の量を制限するように２つのリングの面間に狭いギャップ又はこれらリングの接触を維持することにより、２つのリング間の摺動インターフェイス８８をシールする主要な機能を果たす。波形シールリングはメカニカルシールの静止側上に位置するが、回転シール面リングのためにも利用できることを認識すべきである。波形面シールリング１００は熱膨張可能な伸縮バンド１０４及びラップ盤（図示せず）を利用するプロセスにより製造される円滑な上表面１０２を有する。好ましくは、この波形面シールリングの円滑な表面は約４μｉｎＲ_a又はそれ以下、一層好ましくは、改善された漏洩特性及び一層大なる荷重支持を可能にする約２μｉｎＲ_aの粗さを有する。第５図に示すように、シールリング１００は第２図に示すシールリング１４と同じ一般形状を有する。特に、シールリング１００の上表面１０２は円筒状の内縁表面１０６と円筒状の外縁表面１０８との間を延びる。内縁表面は、シャフト又はシールリングに関連して使用される機構の他の素子を収容するために、シールリングを貫通する通路を画定する。シールリングの外縁表面はシールリングの上表面の外周辺部から下方に垂直に延びる。好ましくは、シールリングは炭化タングステン、炭化ケイ素、セラミック又は金属、又は、適当な強度及び耐摩耗性を有する他の材料の如き比較的硬質の材料で作られる。このような硬質の材料が使用されるので、このシールリングは「硬質面」シールリングとして一般に参照される。シールリング１０２の上表面即ち面は、半径方向に傾斜する領域１１２によりそれぞれ分離された多数の円周方向の波部１１０を有する。シールリングの上表面の内側周辺部は隆起した実質上平坦な円周方向のダム１１４を形成する。半径方向に傾斜した領域の水平からの最大角度は角度φ₀として第５図に示す。波部は底部１１６と頂部１１８とを有し、これらはシールリングの外径部分で最も顕著となっている。各底部は傾斜領域の関連する底部に一致する。波部の頂部は高さにおいてダムとほぼ整合し、従って、波部の振幅１２０はダム１１４の方へ半径方向内方に進むにつれてゼロまで減少する。ここで、第６、７図を参照して、波形面シールリング１００の好ましい製造装置及び方法を説明する。この方法はシールリング素材１２２、熱膨張可能な収縮バンド１０４及び普通に利用できるラップ盤（図示せず）を用いて実行される。シールリング素材は平坦な上面表面１２４と、平坦な下表面１２６と、半径方向内側の周表面１２８と、半径方向外側の周表面１３０とを有し、これらの周表面は上表面と下表面との間を延びる。収縮バンド１０４は円形であり、好ましくは、１７−４ＰＨステンレス鋼又は大きな降伏強さを有する任意の他の材料から作られる。収縮バンドは上面表面１３２と、下即ち後表面１３４と、半径方向内側の円筒状表面１３６とを有し、円筒状表面はそこから半径方向内方へ突出する前パッド１３８及び後パッド１４０を具備する。シールリング上での適切な波形パターンの形成を容易にするため、前及び後パッドは円周方向で離間し、交互の態様で位置していて、前パッドが収縮バンドの上面表面１３２に隣接し、次いで、後パッドが収縮バンドの後表面１３４に隣接して位置し、これを繰り返すようになっている。収縮バンドは軸方向においてシールリングより短い。すなわち、表面１３６はシールリングの表面１３０より短い。この差はほんの数千分の１インチでよい。図を明瞭にするため、第５、６図は円形の収縮バンドの一部のみを示すことを諒解されたい。後に詳説するが、加熱により収縮バンド１０４を膨張させ、その内側にシールリング素材１２２を配置する。次いで、収縮バンドを冷却し、シールリング素材の外縁表面のまわりに接触させて、この縁表面に圧縮力を選択的に加え、シールリング素材の上表面１２４を第１の波形パターンへと変形させる。シールリング素材が収縮バンドよりも高く軸方向に延びているので、上表面１２４が突出して、ラッピングのために露出する。次いで、シールリング素材及び取り付けられた収縮バンドを、シールリング素材のこの時点で波形となった上表面をラッピングするためのラップ盤上に配置する。シール素材の上表面は、それが平坦となり、好ましくは約２μｉｎＲ_aの表面粗さを有するまで、ラッピングされる。ラッピングが完了した後、加熱により収縮バンドを膨張させ、シールリング素材から収縮バンドを取り外ず。収縮バンドを取り外した後、シールリング素材のラッピングされた平坦な上表面が緩み、第１の波形パターンに対して実質上鏡像関係となる第２の波形パターンをとらせる。シールリングの面表面上のこの第２の波形パターンは第５図に示すシール１４の波形面である。第７図に示すリング素材の面表面が第２の波形パターンに対して鏡像関係となる第１の波形パターンに変形せしめられることに留意すべきである。図を明瞭にするため、第７図には第１の波形パターンは示さない。上述のように、前述の特殊な方法は従来の波形面シールよりも一層円滑な表面仕上げを有する波形面シールの製造を可能にする。このような円滑な波形面シールは、特にガスシールの応用に使用した場合に、改善された漏洩特性及び一層大なる荷重支持を有利に提供する。ここで、収縮バンド１０４及びシールリング素材１２２の変形特性の背景となる理論を説明する。これに関し、第８図はシールリング素材の横断面の重心(cen troid)１４４のまわりの局部モーメントを生じさせる第１の理想的な収縮バンド１４２を示す。理想的な収縮バンドは上述の内方に突出した前及び後パッド１３８、１４０を有しない。シールリング素材の重心のまわりに生じる局部モーメントｍ_θは次式により計算できる。ここに、ｍ_θはシールの重心のまわりのモーメント、φ₀は与えられた波部の最大傾斜、Ｅはヤング率、Ｊ_χは曲り梁と等価の慣性モーメント、ｎは波部の数、 γ_cはリング素材の壁の重心に対する半径、Ａは剛性比である。剛性比Ａは次の式により表される。ここに、Ｇは剛性率、Ｊ_θは慣性極モーメントである。上述の式から、モーメントが波部（第５図）の数の二乗の関数であること明らかである。従って、応力に対する考慮がリング素材１２２（第６図）内に形成できる波部の数を制限する。換言すれば、特定の波部の振幅に必要なモーメントが一定に保たれる場合は、このような振幅の波部の数を増大させるのに必要な力を加えるのが困難になろう。その理由は、モーメントを生じさせるのに必要な力が波部の数の二乗として増大するからである。第２の理想的な収縮バンド１４６の前バッド１３８及び後パッド１４０の効果を第９Ａ図及び第９Ｂ図に概略的に示す。この第２の理想的な収縮バンドの前及び後パッドは同じ寸法を有し、従って、各パッドとリング素材１２２の外側周表面１３０との間の締め代は等しい。収縮バンドがシールリング素材１２２のまわりで圧縮されたとき、パッドの半径方向内方の端部はシールリング素材の半径方向外側周表面１３０に接触する。リング素材上での波形変形パターンの形成を容易にするため、各波部１１０に対して２つのカウンター（対向）回転モーメントが必要となり、従って、必要なパッドの数はリング素材上に形成すべき波部の数の２倍になる。これに関し、第９Ａ図は収縮バンド１４６の前パッドにより発生される局部モーメントｍ_θ1を示し、第９Ｂ図は収縮バンド１４６の後パッドにより発生される局部モーメントｍ_θ2を示す。後に説明するが、好ましい波形形状を形成するためには、前パッドとリング素材の外側周表面との間の一層の締め代が望ましい。第１０図は、第９Ａ図及び第９Ｂ図の改良された収縮バンド１４６により形成された結果としての波形面シールリング１４８の第５図の波形頂部１１８における横断面を示す。特に、前及び後収縮バンドパッド１３８、１４０とリング素材１２２の外側周表面１３０との間の締め代が等しいので、結果としての波形頂部１５０はシールの内径位置に位置する平坦なダム１１４と水平に整合しない。これらの波形頂部の高さはシールリングの外径部分に向かうにつれて増大し、外径部分において、シールリングはシール機構の主リング１６と係合する。リング素材が平坦にラッピングされ、リング素材が収縮バンドにより最初に形成された波形パターンに対して鏡像関係をとることができるように収縮バンドが取り外された場合に、これらの波形頂部が形成される。この結果、波形面係合リングの外径部分のみが主リングと接触する。このような形状は望ましくない。その理由は、係合シールリング１４８の面を横切る著しい円錐形状が、同様の円錐形状に、または、対向する面の分離を生じさせるのに十分な流体力学的な荷重支持を発生させるような程度までに、主リングを摩耗させてしまうからである。これはまた望ましくない形状である。その理由は、摩耗発生(wear-in)プロセスからの主リング及び係合リングの面損傷がそれらの表面の粗さを増大させ、リフトを悪化させる虞れがあるからである。また、主リングと係合リングとの間の摩耗により生じる屑もまた、膜作動(film running)高さを減少させて、更なる摩耗を生じさせる虞れがある。後述するが、この不適切な形状は修正することができる。これに関し、第１１図は外径部分（「ＯＤ線」）の近傍及び内径部分（「ＩＤ線」）でのダムの近傍における波形面リングの修正形状の円周方向の寸法を示す。外径部分は波形形状を有するが、波部は波形面シールの内径部分でのダムの位置において顕著ではない。波形面シールリング１００の適正な作動と抵触する波形頂部１１８の高さに関連する上述の問題点は後パッド１４０より長い前パッド１３８を有するように収縮バンドを形状づけることにより補正される。換言すれば、前パッドは後パッドの距離よりも大きな距離だけ半径方向内方に延び、従って、後パッドに比べてシールリング素材１２２に対する一層大なる締め代を生じさせる。第１２Ａ図及び第１２Ｂ図は拡大された前パッドを備えた収縮バンド１０４を概略的に示す。最終的に波部の頂部１１８となる部分は平坦であり（第１２Ｂ図）、この部分において、シールリング素材１２２は収縮バンド１０４の後パッド１４０により歪められる。ラッピングを行い収縮バンドを取り外した後、各波部の頂部がこの平坦な部分と鏡像関係になることを思い起こせば、平坦な部分の鏡像も同様に平坦となることを認識すべきである。従って、好ましい収縮バンド１０４のパッド形状は、同様に平坦か或いは許される範囲内で凹状又は凸状となる波形頂部１１８を生じさせる。シールリング素材１２２上に所望数の波部１１０を生じさせると共に、方法はまた出来上がった波形面シールリング上の平坦な円周方向のダムを提供しなければならない。ダムは、上述の対向回転モーメントが軸方向においてゼロの偏向を生じさせるような半径方向の位置において形成される。対向回転モーメントはリングの内側縁表面の内径より小さな半径方向の位置で互いに片寄る（オフセットする）ことができ、この位置はシールリング１００上の位置ではない。換言すれば、ある状況下での波部の振幅１２０はシールリングの内径部分でゼロに減少しない。円周方向のダムが形成される位置の半径を計算するため、いくつかの式が分析される。歪んでいない位置からのリングの重心の軸方向の変位のための式は次の通りであり、ダムの半径のための式は次の通りである。ここに、ν₀は重心の軸方向の変位、ｒ_dはダムの半径である。モーメントｍ_θのための第１の式と共に上述の式を整理すると、ダムの半径を表現する次の式を得ることができる。上記の式は波形の数（ｎ）がダム１１４の位置に強い影響を与えることを示す。更に、ｍ_θが式に含まれていないため、ダムの位置は幾何学形状の関数となり、シールリング素材１２２の負荷の関数とはならない。収縮バンド１０４からの接触力は次の式から実質上計算できる。ここに、ｐは接触圧力、ａはシールリングの内径、ｂはシールリングの外径、ｃは収縮バンドの外径、Ｅ₀は収縮バンド材料のヤング率、Ｅ_iはシールリング材料のヤング率、μ₀は収縮バンド材料のポアソン比、μ₁はシールリング材料のポアソン比、δは半径方向の締め代である。この式は出来上がる波形面シールリング１００の公差を調整するために使用することができる。特に、収縮バンド１０４は所望の接触圧力のために大きな締まりばめを利用することにより公差効果を最小にするように設計できる。一定の接触圧力に対して、収縮バンドの内側フープ応力が増大できる場合にのみ締め代を増大させることができる。これは、収縮バンドの半径方向横断面を減少させることにより達成される。例えば、３００μｉｎ（ｉｎ＝インチ≒２５．４ｍｍ）の振幅を有する波部を形成するために０．００８インチ（約０．２０３ｍｍ）の直径方向の締め代を有するように設計された収縮バンドに対しては、０．００１インチ（約０．０２５ｍｍ）の合計公差が±１８μｉｎ即ち１２％の波部の振幅の偏差を生じさせる。このような設計から、製造プロセスについての優れた反復性を期待できる。波形面シールリング１００の好ましい特性の範囲は次の通りである。波部の振幅：５０ないし５００ｐｉｎ波形頂部での傾斜：２００μ（凸半径）から４００μ（凹半径）ダムの半径：シールリングの内径からシールリングの半径方向の幅の５０％波部の数：３ないし１０上述の式を使用することにより、波形面シールリングの最終形状を生じさせるために、収縮バンド１０４に締め代並びに所望の波部の振幅及び幾何学形状を適合させるように反復プロセスを使用できることを認識すべきである。上述の式の代わりに、コンピュータを基礎とする有限要素分析を遂行して、必要な締め代及び収縮バンドやリング素材の特定の形状により生じる出来上がり変形パターンの予測を補助することもできる。上述の説明に鑑み、波形面シール１００を製造する好ましい方法を容易に理解できよう。収縮バンド１０４は、オーブン、誘導電気ヒータ又は他の適当な装置により、好ましくは５００ないし７００°Ｆ（２６０ないし約３７１℃）の間の温度までバンドを加熱することによって膨張せしめられる。特殊な応用に使用される収縮バンドの特殊な材料の熱膨張特性に応じて、収縮バンドの材料を劣化させるような温度よりも低い任意の温度に収縮バンドを加熱することができる。次いで、シールリング素材１２２を高温で膨張した収縮バンドの内側に配置し、冷却により収縮バンドが収縮するときに、収縮バンドのパッド１３８、１４０をシールリング素材の外側周表面１３０に接触させる。収縮バンドが常温に冷えて収縮したとき、パッドはシールリング素材の外側周表面に選択的に力を作用させ、シールリング素材の面表面１２４を第１の波形パターンへと変形させる。次いで、収縮バンドの上方に僅かに突出したシールリング素材のこの時点で波形の上表面をラッピングするための商業的に入手できるラップ盤上に、シールリング素材及び取り付けられた（この時点で常温の）収縮バンドを配置する。次いで、シールリング素材の上表面が平坦となり、好ましくは約２μｉｎＲ_aの表面仕上げを有するようになるまでラッピングすることにより、シールリング素材の上表面を処理する。代わりに、面が光学的に平坦に見えるような平坦な状態を示すまでシールリング素材の上表面をラッピングすることができ、または、上表面を表面グライングーで研削することができる。特殊な応用にとって必要なら、同様の表面仕上げを与える他のプロセスを利用することができる。ラッピングが完了した後、収縮バンドを迅速に加熱してこれを膨張させ、バンドをシールリングから分離する。収縮バンドをシールリング１００から取り外した後、シールリングのラッピングされた平坦な面表面は緩み、第１の波形パターンに対して実質上鏡像関係となる第２の波形パターンをとる。シールリングの上表面上のこの第２の波形パターンは第５図の波形面シールリング１００である。上述の式によって述べたように、パッドの数及びシールリングの幾何学形状は、仕上がったシールリングの上表面が平坦を維持し、円周方向のダム１１４を形成するように、選択される。液体シール応用を含む特殊な応用の要求に従って、収縮バンド１０４を加熱する代わりに、冷却によりシールリング素材を収縮させることができ、次いでバンドの内側に素材を配置して加熱により膨張させることができることを認識すべきである。更に、シールリング素材の内側円筒状表面１２８により画定された穴内に冷却された収縮バンドを配置することができる。収縮バンドの温度が増大すると、バンドは膨張し、シールリング素材の内側表面に力を作用させ、変形パターンを生じさせる。シールリング素材の内側縁上への収縮バンドの配置は、膨張する収縮バンドにより加えられる引張り応力に耐えるのに十分な引張り強度特性を有する材料によりシールリング素材を作った場合にのみ有効であることに留意されたい。波形／傾斜／ダム式のリングのための別の応用は第１３図に示すスラスト軸受組立体２００に関連している。スラスト軸受組立体２００は内部にシャフト２０４を有するポンプハウジングの如きハウジング２０２内に装着される。カバー板２０６がハウジングの端部を閉塞する。好ましくは、シャフトにシャフトスリーブ２０８を固定する。シャフトスリーブはネジ付きナット２１２によりシャフト上に位置せしめられたワッシャ２１０に当接する。スラスト軸受組立体は回転リングホルダ２１４と、これに関連する回転スラストリング２１６と、静止のリングホルダ２１８と、これに関連する静止のスラストリング２２０とを有する。回転リングホルダはシャフトにキー止めされるか又は他の方法で連結でき、静止のホルダはハウジングにキー止めされるか又は他の方法で連結できる。好ましくは、スラストリングは第５図に示す波形面シールリングに関連して説明した位置決めピンと同様の位置決めピンによりそれぞれのホルダに装着される。好ましい実施の形態においては、静止のスラストリングは波形／傾斜／ダム形状を有するが、波形／傾斜／ダムはまた回転スラストリング上に使用することができる。更に、波形面シールリングと同様、波形面スラストリングは好ましくは炭化タングステン、炭化ケイ素、セラミック又は金属、又は、適当な強度及び耐摩耗性の他の材料の如き比較的硬質の材料で作られる。作動において、シャフトの回転中、静止のスラストリング上の波部は回転及び静止のスラストリングの面間で流体を圧縮する収斂する領域を形成する。流体の圧縮は流体動力学的な荷重支持を発生させ、面を引き離すように持ち上げ、摩擦を減少させる。静止のスラストリング上のダムは面間から排出される流体の量を減少させることにより荷重支持を増大させる。本発明の特定の形態を図示し、説明したが、本発明の精神及び要旨を逸脱することなく種々の修正が可能であること明らかである。従って、請求の範囲を除いて、本発明は制限されるものではない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年７月３１日（１９９８．７．３１）【補正内容】［翻訳文第２頁の差し替え］ムの方へ半径方向内方に進むにつれてゼロまで減少する。波部及び傾斜領域は、漏洩を最小限に抑えるようにダムが主リングの表面に当接した状態で、係合リングと主リングとの間の潤滑性を高める傾向を有する。波形面シールリングの表面仕上げはガスシール応用において特に重要である。特に、極めて円滑な表面を有する波形面シールリングは漏洩を少なくし、かつ一層大なる荷重支持を提供する。上述の波形面シールリングの形状は、第３図に示すように、砥石車３６を有する研削盤３４を用いて硬質のリング材料３２を研削することにより形成される。研削盤及びプロセスは上記米国特許明細書に十分詳細に記載されている。この研削盤はほぼ許容できるが、０．２０３ないし０．２５４μｍ（８ないし１０μｉｎ（ミクロンインチ））Ｒ_a（Ｒ_aは粗さ平均を表す）又はそれ以上の表面仕上げを生じさせてしまう。研削プロセスはまた長時間を消費し、高価である。極めて円滑な表面仕上げにて部品を製造できる１つの機械はラップ盤である。しかし、商業的に入手できるラップ盤は極めて円滑な平坦表面即ちラップ表面しか形成できないという制限を有する。従って、ラップ盤は極めて小さな表面粗さの波形面シールリングを直接製造できない。［翻訳文第３頁の差し替え］本発明の主要な利点は従来得られるものよりも一層円滑な表面仕上げで波形面リングを有利に製造できることである。従って、本発明の方法により製造された好ましい波形面シールリングは改善された漏洩特性及び従来得られるものよりも一層大なる荷重支持を有する。方法はまた、ラップ盤又は表面研削盤を含む、平坦な表面のみを得ることのできる精密機械による波形表面の製造を有利に可能にする。本発明の他の特徴及び利点は例示として本発明の原理を示す添付図面に関連する好ましい実施の形態の以下の説明から明らかとなろう。図面の簡単な説明次の図面は本発明の好ましい実施の形態を示す。このような図面において、第１図は従来の波形面メカニカルシールを含むポンプ組立体の一部の断面図、第２図は、第１図の波形面シールリングの斜視図、第３図は、第１図の波形面シールリングを製造するための研削盤の斜視図、第４図は本発明に係る波形面メカニカルシールを有するポンプ組立体の一部の断面図、第５図は本発明の波形面メカニカルシールリングの斜視図、第６図は、第５図の波形面メカニカルシールリングを製造するために使用されるシールリング素材及び収縮バンドの部分断面斜視図、第７図は、第６図のシールリング素材上に配置した収縮バンドの部分断面斜視図、［翻訳文第５頁の差し替え］８から半径方向に離間し、回転面シールリング６６を収容するための空所８０を形成する。シールリング駆動子の軸方向に延びる脚部７６は駆動係合のために回転面シールリング６６上の軸方向の溝８２に係合する複数の軸方向に延びるタブを有する。シールリング駆動子の半径方向に延びる脚部７４はバネ７２の他端を収容するための複数の空所８６を画定する環状突起８４を有する。図示しないが、突起８４の半径方向の外端は、バネホルダスリーブ６７の空所内に収容されてそれと駆動係合する延長部を形成するように複数の位置においてバネホルダの方へ軸方向に延びることができる。波形面シールリング及び回転面シールリングは漏洩流の量を制限するように２つのリングの面間に狭いギャップ又はこれらリングの接触を維持することにより、２つのリング間の摺動インターフェイス８８をシールする主要な機能を果たす。波形シールリングはメカニカルシールの静止側上に位置するが、回転シール面リングのためにも利用できることを認識すべきである。波形面シールリング１００は熱膨張可能な伸縮バンド１０４及びラッブ盤（図示せず）を利用するプロセスにより製造される円滑な上表面１０２を有する。好ましくは、この波形面シールリングの円滑な表面は約０．１０７μｍ（４μｉｎ）Ｒ_a又はそれ以下、一層好ましくは、改善された漏洩特性及び一層大なる荷重支持を可能にする約０．０５０８μｍ（２μｉｎ）Ｒ_aの粗さを有する。第５図に示すように、シールリング１００は第２図に示すシールリング１４と同じ一般形状を有する。特に、シールリング１００の上表面１０２は円筒状の内縁表面１０６と円筒状の外縁表面１０８との間を延びる。内縁表面は、シャフト又はシールリングに関連して使用される機構の他の素子を収容するために、シールリングを貫通する通路を画定する。シールリングの外縁表面はシールリングの上表面の外周辺部から下方に垂直に延びる。好ましくは、シールリングは炭化タングステン、炭化ケイ素、セラミック又は金属、又は、適当な強度及び耐摩耗性を有する他の材料の如き比較的硬質の材料で作られる。このような硬質の材料が使用されるので、このシールリングは「硬質面」シールリングとして一般に参照される。［翻訳文第６頁の差し替え］シールリング１０２の上表面即ち面は、半径方向に傾斜する領域１１２によりそれぞれ分離された多数の円周方向の波部１１０を有する。シールリングの上表面の内側周辺部は隆起した実質上平坦な円周方向のダム１１４を形成する。半径方向に傾斜した領域の水平からの最大角度は角度φ₀として第５図に示す。波部は底部１１６と頂部１１８とを有し、これらはシールリングの外径部分で最も顕著となっている。各底部は傾斜領域の関連する底部に一致する。波部の頂部は高さにおいてダムとほぼ整合し、従って、波部の振幅１２０はダム１１４の方へ半径方向内方に進むにつれてゼロまで減少する。ここで、第６、７図を参照して、波形面シールリング１００の好ましい製造装置及び方法を説明する。この方法はシールリング素材１２２、熱膨張可能な収縮バンド１０４及び普通に利用できるラッブ盤（図示せず）を用いて実行される。シールリング素材は平坦な上面表面１２４と、平坦な下表面１２６と、半径方向内側の周表面１２８と、半径方向外側の周表面１３０とを有し、これらの周表面は上表面と下表面との間を延びる。収縮バンド１０４は円形であり、好ましくは、１７−４ＰＨステンレス鋼又は大きな降伏強さを有する任意の他の材料から作られる。収縮バンドは上面表面１３２と、下即ち後表面１３４と、半径方向内側の円筒状表面１３６とを有し、円筒状表面はそこから半径方向内方へ突出する前パッド１３８及び後パッド１４０を具備する。シールリング上での適切な波形パターンの形成を容易にするため、前及び後パッドは円周方向で離間し、交互の態様で位置していて、前パッドが収縮バンドの上面表面１３２に隣接し、次いで、後パッドが収縮バンドの後表面１３４に隣接して位置し、これを繰り返すようになっている。収縮バンドは軸方向においてシールリングより短い。すなわち、表面１３６はシールリングの表面１３０より短い。この差はほんの数十万分の１メートル（数千分の１インチ）でよい。図を明瞭にするため、第６、７図は円形の収縮バンドの一部のみを示すことを諒解されたい。後に詳説するが、加熱により収縮バンド１０４を膨張させ、その内側にシールリング素材１２２を配置する。次いで、収縮バンドを冷却し、シールリング素材の外縁表面のまわりに接触させて、この縁表面に圧縮力を選択的に加え、シールリング素材の上表面１２４を第１の波形パターンへと変形させる。シールリング［翻訳文第７頁の差し替え］素材が収縮バンドよりも高く軸方向に延びているので、上表面１２４が突出して、ラッピングのために露出する。次いで、シールリング素材及び取り付けられた収縮バンドを、シールリング素材のこの時点で波形となった上表面をラッピングするためのラップ盤上に配置する。シール素材の上表面は、それが平坦となり、好ましくは約０．０５０８μｍ（２μｉｎ）Ｒ_aの表面祖さを有するまで、ラッピングされる。ラッピングが完了した後、加熱により収縮バンドを膨張させ、シールリング素材から収縮バンドを取り外す。収縮バンドを取り外した後、シールリング素材のラッピングされた平坦な上表面が緩み、第１の波形パターンに対して実質上鏡像関係となる第２の波形パターンをとらせる。シールリングの面表面上のこの第２の波形パターンは第５図に示すシール１４の波形面である。第７図に示すリング素材の面表面が第２の波形パターンに対して鏡像関係となる第１の波形パターンに変形せしめられることに留意すべきである。図を明瞭にするため、第７図には第１の波形パターンは示さない。上述のように、前述の特殊な方法は従来の波形面シールよりも一層円滑な表面仕上げを有する波形面シールの製造を可能にする。このような円滑な波形面シールは、特にガスシールの応用に使用した場合に、改善された漏洩特性及び一層大なる荷重支持を有利に提供する。ここで、収縮バンド１０４及びシールリング素材１２２の変形特性の背景となる理論を説明する。これに関し、第８図はシールリング素材の横断面の重心１４４のまわりの局部モーメントを生じさせる第１の理想的な収縮バンド１４２を示す。理想的な収縮バンドは上述の内方に突出した前及び後パッド１３８、１４０を有しない。シールリング素材の重心のまわりに生じる局部モーメントｍ_θは次式により計算できる。ここに、ｍ_θはシールの重心のまわりのモーメント、φ₀は与えられた波部の最大傾斜、Ｅはヤング率、Ｊ_χは曲り梁と等価の慣性モーメント、ｎは波部の数、 γ_cはリング素材の壁の重心に対する半径、Ａは剛性比である。剛性比は次の式により表される。［翻訳文第１１頁の差し替え］料のヤング率、μ₀は収縮バンド材料のポアソン比、μ₁はシールリング材料のポアソン比、δは半径方向の締め代である。この式は出来上がる波形面シールリング１００の公差を調整するために使用することができる。特に、収縮バンド１０４は所望の接触圧力のために大きな締まりばめを利用することにより公差効果を最小にするように設計できる。一定の接触圧力に対して、収縮バンドの内側フープ応力が増大できる場合にのみ締め代を増大させることができる。これは、収縮バンドの半径方向横断面を減少させることにより達成される。例えば、７．６２μｍ（３００μｉｎ）の振幅を有する波部を形成するために約０．２０３ｍｍ（０．００８ｉｎ）の直径方向の締め代を有するように設計された収縮バンドに対しては、０．００１インチ（約０．０２５ｍｍ）の合計公差が±０．４５７μｍ（１８μｉｎ）即ち１２％の波部の振幅の偏差を生じさせる。このような設計から、製造プロセスについての優れた反復性を期待できる。波形面シールリング１００の好ましい特性の範囲は次の通りである。波部の振幅：１．２７ないし１２．７μｍ（５０ないし５００μｉｎ）波形頂部での傾斜：２００μ（凸半径）から４００μ（凹半径）ダムの半径：シールリングの内径からシールリングの半径方向の幅の５０％波部の数：３ないし１０上述の式を使用することにより、波形面シールリングの最終形状を生じさせるために、収縮バンド１０４に締め代並びに所望の波部の振幅及び幾何学形状を適合させるように反復プロセスを使用できることを認識すべきである。上述の式の代わりに、コンピュータを基礎とする有限要素分析を遂行して、必要な締め代及び収縮バンドやリング素材の特定の形状により生じる出来上がり変形パターンの予測を補助することもできる。上述の説明に鑑み、波形面シール１００を製造する好ましい方法を容易に理解できよう。収縮バンド１０４は、オーブン、誘導電気ヒータ又は他の適当な加熱器により、好ましくは５００ないし７００°Ｆ（２６０ないし約３７１℃）の間の温度までバンドを加熱することによって膨張せしめられる。特殊な応用に使用さ［翻訳文第１２頁の差し替え］れる収縮バンドの特殊な材料の熱膨張特性に応じて、収縮バンドの材料を劣化させるような温度よりも低い任意の温度に収縮バンドを加熱することができる。次いで、シールリング素材１２２を高温で膨張した収縮バンドの内側に配置し、冷却により収縮バンドが収縮するときに、収縮バンドのパッド１３８、１４０をシールリング素材の外側周表面１３０に接触させる。収縮バンドが常温に冷えて収縮したとき、パッドはシールリング素材の外側周表面に選択的に力を作用させ、シールリング素材の面表面１２４を第１の波形パターンへと変形させる。次いで、収縮バンドの上方に僅かに突出したシールリング素材のこの時点で波形の上表面をラッピングするための商業的に入手できるラッブ盤上に、シールリング素材及び取り付けた（この時点で常温の）収縮バンドを配置する。次いで、シールリング素材の上表面が平坦となり、好ましくは約０．０５０８μｍ（２μｉｎ）Ｒ_a の表面仕上げを有するようになるまでラッピングすることにより、シールリング素材の上表面を処理する。代わりに、面が光学的な平坦として見えるような平坦な状態を示すまでシールリング素材の上表面をラッピングすることができ、または、上表面を表面グラインダーで研削することができる。特殊な応用にとって必要なら、同様の表面仕上げを与える他のプロセスを利用することができる。ラッピングが完了した後、収縮バンドを迅速に加熱してこれを膨張させ、バンドをシールリングから分離する。収縮バンドをシールリング１００から取り外した後、シールリングのラッピングされた平坦な面表面は緩み、第１の波形パターンに対して実質上鏡像関係となる第２の波形パターンをとる。シールリングの上表面上のこの第２の波形パターンは第５図の波形面シールリング１００である。上述の式によって述べたように、パッドの数及びシールリングの幾何学形状は、仕上がったシールリングの上表面が平坦を維持し、円周方向のダム１１４を形成するように、選択される。液体シール応用を含む特殊な応用の要求に従って、収縮バンド１０４を加熱する代わりに、冷却によりシールリング素材を収縮させることができ、次いでバンドの内側に素材を配置して加熱により膨張させることができることを認識すべきである。史に、シールリング素材の内側円筒状表面１２８により画定された穴内に冷却された収縮バンドを配置することができる。収縮バンドの温度が増大すると、バンドは膨張し、シールリング素材の内側表面に力を作用させ、変形パター［翻訳文第１３頁の差し替え］ンを生じさせる。シールリング素材の内側縁上への収縮バンドの配置は、膨張する収縮バンドにより加えられる引張り応力に耐えるのに十分な引張り強度特性を有する材料によりシールリング素材を作った場合にのみ有効であることに留意されたい。波形／傾斜／ダム式のリングのための別の応用は第１３図に示すスラスト軸受組立体２００に関連している。スラスト軸受組立体２００は内部にシャフト２０４を有するポンプハウジングの如きハウジング２０２内に装着される。カバー板２０６がハウジングの端部を閉塞する。好ましくは、シャフトにシャフトスリーブ２０８を固定する。シャフトスリーブはネジ付きナット２１２によりシャフト上に位置せしめられたワッシャ２１０に当接する。スラスト軸受組立体は回転リングホルダ２１４と、これに関連する回転スラストリング２１６と、静止のリングホルダ２１８と、これに関連する静止のスラストリング２２０とを有する。回転リングホルダはシャフトにキー止めされるか又は他の方法で連結でき、静止のホルダはハウジングにキー止めされるか又は他の方法で連結できる。好ましくは、スラストリングは第５図に示す波形面シールリングに関連して説明した位置決めピンと同様の位置決めピンによりそれぞれのホルダに装着される。好ましい実施の形態においては、静止のスラストリングは波形／傾斜／ダム形状を有するが、波形／傾斜／ダムはまた回転スラストリング上に使用することができる。更に、波形面シールリングと同様、波形面スラストリングは好ましくは炭化タングステン、炭化ケイ素、セラミック又は金属、又は、適当な強度及び耐摩耗性の他の材料の如き比較的硬質の材料で作られる。作動において、シャフトの回転中、静止のスラストリング上の波部は回転及び静止のスラストリングの面間で流体を圧縮する収斂する領域を形成する。流体の圧縮は流体力学的な荷重支持を発生させ、面を引き離すように持ち上げ、摩擦を減少させる。静止のスラストリング上のダムは面間から排出される流体の量を減少させることにより荷重支持を増大させる。本発明の特定の形態を図示し、説明したが、請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱することなく種々の修正が可能であること明らかである。【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年１１月６日（１９９８．１１．６）【補正内容】ＧＢ−Ａ−２１９７０４０号明細書から、壁に関して回転可能な機械部品をシールするための摺動リングシールが知られており、このリングシールは、摺動リングを具備した着座リングを有し、着座リングは、摺動リングのシール摺動面が互いに押し付けられ、互いに関して回転するように、相互に取り付けられ、各摺動リングは、半径方向に作用する押圧力が摺動リングに加えられるように、焼ばめによりそのシールリングに取り付けられる。これにより、焼ばめによって摺動リングの軸方向の周表面に接触したシールリングの軸方向の対向表面が周囲方向において不連続となる。焼ばめの後、シールリングは摺動リング上に留まり、摺動リングの摺動面の表面処理は行わない。発明の概要それ故、本発明の目的は円滑なラップ面を有する波形面リングを提供すること、及び、このような円滑なラップ面を備えた波形面リングを製造する方法を提供することである。この目的は、波形面リングに関する請求の範囲第２２項、第２３項又は第２４項に記載されたような、及び、波形シールリング組立体に関する請求の範囲第２６項に記載されたような波形面リングを製造する方法に関する請求の範囲第１項又は第１２項に記載されたような本発明により、達成される。請求の範囲１．波形面リングを製造する方法において、面表面（１２４）と周表面（１３０）とを備えたリング素材（１２２）を提供する工程と；上記リング素材（１２２）の面表面を第１の波形パターンに変形させるように当該リング素材（１２２）の周表面（１３０）に所定の力を作用させる工程と；上記面表面の所定の処理を行うように、上記リング素材（１２２）の周表面（１３０）に力を作用させた状態で、当該リング素材（１２２）の面表面（１２４）を処理する処理工程と；上記リング素材（１２２）の周表面（１３０）から力を除去し、当該リング素材（１２２）の面表面（１２４）を緩ませて第２の波形パターンをとらせる工程と；を有することを特徴とする製造方法。２．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記第１の波形パターンが上記第２の波形パターンに対して実質上鏡像関係を有することを特徴とする方法。３．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記処理工程が上記リング素材（１２２）の面表面（１２４）をラッピング又は表面研削する工程を含むことを特徴とする方法。４．請求の範囲第３項に記載の方法において、上記リング素材（１２２）の面表面（１２４）が平坦になるまで、上記処理工程が続行することを特徴とする方法。５．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記リング素材（１２２）の周表面（１３０）に所定の力を作用させる工程が、所定の寸法の剛直なバンド（１０４）を提供する工程と；上記バンド（１０４）と上記リング素材（１２２）との間に温度誘起寸法差を生じさせる工程と；上記温度誘起寸法差を維持しながら、上記バンド（１０４）と係合するように上記リング素材（１２２）の周表面（１３０）を位置決めする工程と；上記バンド（１０４）と上記リング素材（１２２）の周表面（１３０）との間の接触を生じさせるように当該バンド（１０４）と当該リング素材（１２２）との間の温度誘起寸法差を減少させて、該リング素材（１２２）の周表面（１３０）に所定の力を作用させる工程と；を有することを特徴とする方法。６．請求の範囲第５項に記載の方法において、上記バンド（１０４）が面表面（１３２）と、後表面（１３４）と、上記面表面（１３２）と上記後表面（１３４）との間を延びる所定の直径の貫通穴を画定する円筒状の内表面（１３６）とを有し、当該バンド（１０４）の当該面表面（１３２）が該バンド（１０４）の当該後表面（１３４）よりも上記リング素材（１２２）の面表面（１２４）に一層近くなるように画定されており、該バンドが更に当該リング素材（１２２）の周表面（１３０）に係合するために該バンド（１０４）の上記内表面（１３６）から半径方向内方へ突出する複数のパッド（１３８、１４０）を有することを特徴とする方法。７．請求の範囲第６項に記載の方法において、上記バンド（１０４）の上記円筒状の内表面（１３６）が当該バンド（１０４）の上記面表面（１３２）に隣接して位置する２つの円周方向で離間したパッド（１３８）と、該バンド（１０４）の上記後表面（１３４）に隣接して位置する２つの円周方向で離間したパッド（１０４）とを含むことを特徴とする方法。８．請求の範囲第７項に記載の方法において、上記バンド（１０４）の上記面表面（１３４）の最も近くに位置する上記パッド（１３８）が他の上記パッド（１４０）よりも大きな距離だけ半径方向内方へ突出することを特徴とする方法。９．請求の範囲第５項に記載の方法において、上記バンド（１０４）と上記リング素材（１２２）との間に温度誘起寸法差を生じさせる工程が、当該バンド（１０４）の内側での当該リング素材（１２２）の周表面の位置決めを可能にするように該バンドの円周方向寸法が該リング素材（１２２）の円周方向寸法より大きくなるまで、該バンド（１０４）を加熱する工程を含むことを特徴とする方法。１０．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記第２の波形パターンが波形／傾斜／ダム式のシールリングの第２の波形パターンであることを特徴とする方法。１１．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記リング素材（１２２）の周表面（１３０）に作用する力が当該リング素材（１２２）の周表面（１３０）上で長手方向に離間した少なくとも２つの所定の位置に加えられることを特徴とする方法。１２．波形面リングを製造する方法において、面表面（１２４）と、上記リング（１２２）の周辺部に位置する周表面（１３０）とを備えたリング素材（１２２）を提供する工程と；所定の寸法の剛直なバンド（１０４）を提供する工程と；上記バンド（１０４）と上記リング素材（１２２）との間に所定の温度誘起寸法差を生じさせる工程と；上記温度誘起寸法差を維持しながら、上記バンド（１０４）と係合するように上記リング素材（１２２）の周表面（１３０）を位置決めする工程と；上記バンド（１０４）と上記リング素材（１２２）の周表面（１３０）との間の接触を生じさせるように当該バンド（１０４）と当該リング素材（１２２）との間の温度誘起寸法差を減少させて、該リング素材（１２２）の周表面（１３０）に力を作用させ、該リング素材（１２２）の面表面（１２４）を第１の波形形状に変形させる工程と；上記リング素材（１２２）の周表面（１３０）に力を作用させた状態で、当該リング素材（１２２）の面表面（１２４）から所定量の材料を除去する工程と；上記リング素材（１２２）の周表面（１３０）から上記バンド（１０４）を取り外し、当該リング素材（１２２）の面表面（１２４）を緩ませて第２の波形形状をとらせる工程と；を有することを特徴とする製造方法。１３．請求の範囲第１２項に記載の方法において、上記リング素材（１２２）の面表面（１２４）から所定量の材料を除去する工程が、ラッピング又は表面研削工程を含むことを特徴とする方法。１４．請求の範囲第１３項に記載の方法において、上記バンド（１０４）の取り外しにより、上記リング素材（１２２）が第２の波形形状をとり、当該リング素材（１２２）の面表面（１２４）から所定量の材料を除去する工程が、当該リングの面表面（１２４）が平坦になるまで、続行することを特徴とする方法。１５．請求の範囲第１２項に記載の方法において、上記バンド（１０４）が面表面（１３２）と、後表面（１３４）と、上記面表面（１３２）と上記後表面（１３４）との間を延びる所定の直径の貫通穴を画定する円筒状の内表面（１３６）とを有し、当該バンド（１０４）の当該面表面（１３２）が該バンド（１０４）の当該後表面（１３４）よりも上記リング素材（１２２）の面表面（１２４）に一層近くなるように画定されており、該バンド（１０４）が更に当該リング素材（１２２）の周表面（１３０）に係合するために該バンド（１０４）の上記内表面（１３６）から半径方向内方へ突出する複数のパッド（１３８、１４０）を有することを特徴とする方法。１６．請求の範囲第１５項に記載の方法において、上記バンド（１０４）の上記円筒状の内表面（１３６）が当該バンドの上記面表面（１３２）に隣接して位置する２つの円周方向で離間したパッド（１３８）と、該バンド（１０４）の上記後表面（１３４）に隣接して位置する２つの円周方向で離間したパッド（１４０）とを含むことを特徴とする方法。１７．請求の範囲第１６項に記載の方法において、上記バンド（１０４）の上記面表面（１３２）の最も近くに位置する上記パッド（１３８）が他の上記パッド（１４０）よりも大きな距離だけ半径方向内方へ突出することを特徴とする方法。１８．請求の範囲第１２項に記載の方法において、上記バンド（１０４）と上記リング素材（１２２）との間に温度誘起寸法差を生じさせる工程が、当該バンドの寸法が当該リング素材（１２２）の寸法より大きくなるまで、該バンド（１０４）を加熱する工程を含むことを特徴とする方法。１９．請求の範囲第１２項に記載の方法において、上記第２の波形形状が波形／傾斜／ダム式のシールリングの第２の波形形状であることを特徴とする方法。２０．請求の範囲第１２項に記載の方法において、上記リング素材（１２２）の周表面（１３０）に作用する力が当該リング素材（１２２）の周表面（１３０）上で長手方向に離間した少なくとも２つの所定の位置に加えられることを特徴とする方法。２１．請求の範囲第１２項に記載の方法において、上記第２の波形形状が上記第１の波形形状に対して実質上鏡像関係を有することを特徴とする方法。２２．環状の面シールリングにおいて、上記リング（１００）の軸方向に向いた表面（１０２）上のシールリング面（１０２）と；上記シールリング面（１０２）上に位置し、実質上平坦な環状の円周方向表面（１１４）を有し、当該シールリング面（１０２）の半径方向の幅より狭い半径方向の幅を有ずるダム（１１４）と；上記ダム（１１４）から半径方向に離れるにつれて振幅を増大させ、当該ダム（１１４）に向かうにつれて振幅を減少させる少なくとも２つの円周方向に位置し予め形成された波部（１１０）であって、上記シールリング面（１０２）上に高い領域（１１８）と低い領域（１１６）とを備えた波部と；上記ダム（１１４）から半径方向に離れるにつれて下方へ傾斜する予め形成された傾斜領域（１１２）であって、上記傾斜領域の最低領域が上記予め形成された波部（１１０）の最低領域にほぼ一致する傾斜領域と；を有し、上記シールリング面（１０２）がラッピングされた表面を有することを特徴とする環状の面シールリング。２３．ラッピングによりシールリングの面表面を処理することによって、請求の範囲第１項ないし第２１項のいずれかに記載の方法により得ることのできる環状の面シールリングにおいて、上記リング（１００）の軸方向に向いた表面（１０２）上のシールリング面（１０２）と；上記シールリング面（１０２）上に位置し、実質上平坦な環状の円周方向表面（１１４）を有し、当該シールリング面（１０２）の半径方向の幅より狭い半径方向の幅を有するタム（１１４）と；上記ダム（１１４）から半径方向に離れるにつれて振幅を増大させ、当該ダム（１１４）に向かうにつれて振幅を減少させる少なくとも２つの円周方向に位置し予め形成された波部（１１０）であって、上記シールリング面（１０２）上に高い領域（１１８）と低い領域（１１６）とを備えた波部と；上記ダム（１１４）から半径方向に離れるにつれて下方へ傾斜する予め形成された傾斜領域（１１２）であって、上記傾斜領域の最低領域が上記予め形成された波部（１１０）の最低領域にほぼ一致する傾斜領域と；を有し、上記シールリング面（１０２）が平坦な仕上げのラッピングされた表面を有することを特徴とする環状の面シールリング。２４．環状の面シールリングにおいて、上記リング（１００）の軸方向に向いた表面（１０２）上のシールリング面（１０２）と；上記シールリング面（１０２）上に位置し、実質上平坦な環状の円周方向表面（１１４）を有し、当該シールリング面（１０２）の半径方向の幅より狭い半径方向の幅を有するダム（１１４）と；上記ダム（１１４）から半径方向に離れるにつれて振幅を増大させ、当該ダム（１１４）に向かうにつれて振幅を減少させる少なくとも２つの円周方向に位置し予め形成された波部（１１０）であって、上記シールリング面（１０２）上に高い領域（１１８）と低い領域（１１６）とを備えた波部と；上記ダム（１１４）から半径方向に離れるにつれて下方へ傾斜する予め形成された傾斜領域（１１２）であって、上記傾斜領域の最低領域が上記予め形成された波部（１１０９の最低領域にほぼ一致する傾斜領域と；を有し、上記シールリング面（１０２）が約０．１０７μｍ（４μｉｎ）Ｒ_a以下の表面粗さを有することを特徴とする環状の面シールリング。２５．請求の範囲第２２項ないし第２４項のいずれかに記載の面シールリングにおいて、上記リング（１００）が大きなヤング率を有する材料から作られることを特徴とする面シールリング。２６．波形面リング組立体において、室を画定する内側表面を有するハウジング（５４；２０２）と；上記ハウジング（５４、２０２）内に装着された回転シャフト（５２；２０４）であって、上記回転シャフト（５２；２０４）の少なくとも一部が上記室内へ延びている回転シャフトと；それぞれが面表面を有する２つのリング（６６、１００；２１６、２２０）であって、摺動インターフェイス（８８）を画定するように上記面表面を向き合って整合させた状態で上記室内にて上記シャフト（５２；２０４）のまわりに装着され、一方のリング（６６；２１６）が当該シャフト（５２；２０４）と一緒に回転するように該シャフトに装着され、他方のリング（１００；２２０）が上記ハウジング（５４；２０２）に装着され、上記リング（６６、１００；２１６、２２０）のうちの一方（１００；２２０）が、請求の範囲第２２項ないし第２５項のいずれかに記載されたようなリングであるような２つのリングと；を有することを特徴とする波形面リング組立体。２７．請求の範囲第２６項に記載のリング組立体において、上記波形面を有する上記リング（１００；２２０）がシールリングであることを特徴とするリング組立体。２８．請求の範囲第２６項に記載のリング組立体において、上記波形面を有する上記リング（１００；２２０）がスラストリングであることを特徴とするリング組立体。

Claims

【特許請求の範囲】１．波形面リングを製造する方法において、面表面と周表面とを備えたリング素材を提供する工程と；上記リング素材の面表面を第１の変形パターンに変形させるように当該リング素材の周表面に所定の力を作用させる工程と；上記リング素材の周表面に力を作用させた状態で、当該リング素材の面表面を処理する処理工程と：上記リング素材の周表面から力を除去し、当該リング素材の面表面を緩ませて第２の変形パターンをとらせる工程と；を有することを特徴とする製造方法。２．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記第２の変形パターンが上記第１の変形パターンに対して実質上鏡像関係を有することを特徴とする方法。３．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記処理工程が上記リングの面表面をラッピング又は表面研削する工程を含むことを特徴とする方法。４．請求の範囲第３項に記載の方法において、上記リング素材の面表面が平坦になるまで、上記処理工程が続行することを特徴とする方法。５．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記リングの周表面に所定の力を作用させる工程が、所定の寸法の剛直なバンドを提供する工程と；上記バンドと上記リングとの間に所定の温度差を生じさせる工程と；上記温度差を維持しながら、上記バンドと係合するように上記リングの周表面を位置決めする工程と；上記バンドと上記リングの周表面との間の接触を生じさせるように当該バンドと当該リングとの間の温度差を減少させて、該リングの周表面に力を作用させる工程と；を有することを特徴とする方法。６．請求の範囲第５項に記載の方法において、上記バンドが面表面と、後表面と、上記面表面と上記後表面との間を延びる所定の直径の貫通穴を画定する円筒状の内表面とを有し、当該バンドが更に上記リングの周表面に係合するために該バンドの上記内表面から半径方向内方へ突出する少なくとも４つのパッドを有することを特徴とする方法。７．請求の範囲第６項に記載の方法において、上記バンドの上記円筒状の内表面が当該バンドの上記面表面に隣接して位置する２つの円周方向で離間したパッドと、該バンドの上記後表面に隣接して位置する２つの円周方向で離間したパッドとを含むことを特徴とする方法。８．請求の範囲第７項に記載の方法において、上記バンドの上記面表面の最も近くに位置する上記パッドが他の上記パッドよりも大きな距離だけ半径方向内方へ突出することを特徴とする方法。９．請求の範囲第５項に記載の方法において、上記バンドと上記リングとの間に温度差を生じさせる工程が、当該リングの温度より大きな所定の温度に当該バンドを加熱する工程を含むことを特徴とする方法。１０．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記リングがシールリングであることを特徴とする方法。１１．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記リングがスラストリングであることを特徴とする方法。１２．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記第２の変形パターンが波形／傾斜／ダム式のシールリングの第２の変形パターンであることを特徴とする方法。１３．請求の範囲第１項に記載の方法において、上記リングの周表面に作用する力が当該リングの周表面上で長手方向に離間した少なくとも２つの所定の位置に加えられることを特徴とする方法。１４．面表面と周表面とを備えたリング素材を提供する工程と；上記リングの面表面の部分を第１の所定の波形形状に変形させるように当該リングの周表面に所定の力を作用させる工程と；上記リングの周表面に力を作用させた状態で、当該リングの面表面をラッピングする工程と；上記リング素材の周表面から力を除去し、当該リング素材の面表面を緩ませて第２の所定の波形形状をとらせる工程と；を有するプロセスにより準備されたラップ表面を有することを特徴とする波形傾斜リング。１５．波形面リングを製造する方法において、面表面と、上記リングの周辺部に位置する周表面とを備えたリング素材を提供する工程と；所定の寸法の剛直なバンドを提供する工程と；上記バンドと上記リングとの間に所定の温度差を生じさせる工程と；上記温度差を維持しながら、上記バンドと係合するように上記リングの周表面を位置決めする工程と；上記バンドと上記リングの周表面との間の接触を生じさせるように当該バンドと当該リングとの間の温度差を減少させて、該リングの周表面に力を作用させ、該リングの面表面を第１の波形形状に変形させる工程と；上記リング素材の周表面に力を作用させた状態で、当該リングの面表面から材料を除去する工程と；上記リング素材の周表面から上記バンドを取り外し、当該リングのラッピングされた面表面を緩ませて第２の波形形状をとらせる工程と；を有することを特徴とする製造方法。１６．請求の範囲第１５項に記載の方法において、上記リングの面表面から材料を除去する工程が、ラッピング又は表面研削工程を含むことを特徴とする方法。１７．請求の範囲第１６項に記載の方法において、上記リングの面表面が平坦になるまで、当該リングの面表面から材料を除去する工程が続行することを特徴とする方法。１８．請求の範囲第１５項に記載の方法において、上記バンドが面表面と、後表面と、上記面表面と上記後表面との間を延びる所定の直径の貫通穴を画定する円筒状の内表面とを有し、当該バンドが更に上記リングの周表面に係合するために該バンドの上記内表面から半径方向内方へ突出する少なくとも４つのパッドを有することを特徴とする方法。１９．請求の範囲第１８項に記載の方法において、上記バンドの上記円筒状の内表面が当該バンドの上記面表面に隣接して位置する２つの円周方向で離間したパッドと、該バンドの上記後表面に隣接して位置する２つの円周方向で離間したパッドとを含むことを特徴とする方法。２０．請求の範囲第１９項に記載の方法において、上記バンドの上記面表面の最も近くに位置する上記パッドが他の上記パッドよりも大きな距離だけ半径方向内方へ突出することを特徴とする方法。２１．請求の範囲第１５項に記載の方法において、上記バンドと上記リングとの間に温度差を生じさせる工程が、当該リングの温度より大きな所定の温度に当該バンドを加熱する工程を含むことを特徴とする方法。２２．請求の範囲第１５項に記載の方法において、１１記リングがシールリングであることを特徴とする方法。２３．請求の範囲第１５項に記載の方法において、上記リングがスラストリングであることを特徴とする方法。２４．請求の範囲第１５項に記載の方法において、上記第２の波形形状が波形／傾斜／ダム式のシールの第２の波形形状であることを特徴とする方法。２５．請求の範囲第１５項に記載の方法において、上記リングの周表面に作用する力が当該リングの周表面上で長手方向に離間した少なくとも２つの所定の位置に加えられることを特徴とする方法。２６．請求の範囲第１５項に記載の方法において、上記第２の波形形状が上記第１の波形形状に対して実質上鏡像関係を有することを特徴とする方法。２７．改善された環状の面シールリングにおいて、上記リングの軸方向に向いた表面上のシールリング面と；上記シールリング面上に位置し、実質上平坦な環状の円周方向表面を有し、当該シールリング面の半径方向の幅より狭い半径方向の幅を有するダムと；上記ダムから半径方向に離れるにつれて振幅を増大させ、当該ダムに向かうにつれて振幅を減少させる少なくとも２つの円周方向に位置し予め形成された波部であって、上記シールリング面上に高い領域と低い領域とを備えた波部と；上記ダムから半径方向に離れるにつれて下方へ傾斜する予め形成された傾斜領域であって、上記傾斜領域の最低領域が上記予め形成された波部の最低領域にほぼ一致する傾斜領域と；を有し、上記シールリング面がラッピングされた表面を有することを特徴とする環状の面シールリング。２８．改善された環状の面シールリングにおいて、上記リングの軸方向に向いた表面上のシールリング面と；上記シールリング面上に位置し、実質上平坦な環状の円周方向表面を有し、当該シールリング面の半径方向の幅より狭い半径方向の幅を有するダムと；上記ダムから半径方向に離れるにつれて振幅を増大させ、当該ダムに向かうにつれて振幅を減少させる少なくとも２つの円周方向に位置し予め形成された波部であって、上記シールリング面上に高い領域と低い領域とを備えた波部と；上記ダムから半径方向に離れるにつれて下方へ傾斜する予め形成された傾斜領域であって、上記傾斜領域の最低領域が上記予め形成された波部の最低領域にほぼ一致する傾斜領域と；を有し、上記シールリング面が約４μｉｎＲ_aの表面粗さを有することを特徴とする環状の面シールリング。２９．請求の範囲第３１項に記載の面シールリングにおいて、上記リングが大きなヤング率を有する材料から作られることを特徴とする面シールリング。３０．波形面リング組立体において、室を画定する内側表面を有するハウジングと；上記ハウシング内に装着された回転シャフトであって、上記回転シャフトの少なくとも一部が上記室内へ延びている回転シャフトと；それぞれが面表面を有する２つのリングであって、摺動インターフェイスを画定するように上記面表面を向き合って整合させた状態で上記室内にて上記シャフトのまわりに装着され、一方のリングが当該シャフトと一緒に回転するように該シャフトに装着され、他方のリングが上記ハウジングに装着され、上記リングのうちの一方がその上に高い領域と低い領域とを具備した少なくとも２つの円周方向に位置し予め形成された波部を備えた波形面を有する２つのリングと；を有し、上記波形面を有する上記リングがラッピングされた表面を有することを特徴とする波形面リング組立体。３１．請求の範囲第３３項に記載のリング組立体において、上記波形面を有する上記リングがシールリングであることを特徴とするリング組立体。３２．請求の範囲第３３項に記載のリング組立体において、上記波形面を有する上記リングがスラストリングであることを特徴とするリング組立体。