JP2005503519A - 媒質隔離封止システム - Google Patents
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Abstract
ハウジングと軸との間を封止して侵蝕性を有する高圧の媒質の通過を阻止する媒質隔離封止システムである。前記ハウジングと前記軸との間に配設された浮動シールを備えており、この浮動シールは、侵蝕性を有する高圧の媒質に接触して該媒質の通過を阻止するものである。更に、前記ハウジングと前記軸との間に前記浮動シールから離隔させて配設された背後シールと、前記浮動シールと前記背後シールとの間に保持され、前記背後シールへ圧力を伝達し、前記浮動シールの両側間の差圧がゼロになるようにする潤滑流体とを備えている。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は封止システムに関し、より詳しくは、ハウジングの内周または軸の外周に複数のシールを配設し、侵蝕性を有する媒質がそれらシールを通過することがないように構成した媒質隔離封止システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
封止技術の用途のうちには、例えば油井掘削に関連した用途などのように、極めて条件の過酷な用途があり、そのような過酷な条件下で封止を行うことは容易ではない。油井掘削に関していえば、例えば、掘削作業状況のモニタや掘削作業の制御ために下孔内に設置する精密で高価な電子機器を防護するために、封止技術が必要とされている。
【０００３】
従来、斯かる用途には、様々なエラストマー材料製のパッキンの前面に、摩耗等を引き起こすおそれのある侵蝕性を有する媒質をそのパッキンに触れさせないための、ポリマー材料製の前面シールを付加するという封止技術がしばしば用いられていた。ここでいう摩耗等を引き起こすおそれのある媒質とは、例えば、侵蝕性を有する掘削泥土などであり、その場合に、シールの一方の側には掘削泥土が存在し、他方の側には油圧作動用の圧油が存在するという状況などがあり得る。斯かる状況においては、シールの周囲圧力（環境圧力）が25,000 PSI（約170MPa）にも達することがあり、それに伴って、そのシールの両側間に1,000 PSI（約7Mpa）もの差圧が作用することもある。更に、その差圧は、その圧力の方向が変化することもある。そして、その環境温度は、華氏350度（約摂氏180度）という高温になることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エラストマー材料製パッキンの前面にポリマー材料製シールを付加するという上述した封止技術には、シール寿命が比較的短いという問題や、シール不良がいつ発生するか予測がつかないために、突然のシール不良に見舞われるという問題などがあり、それらのために、運転コストの増大をきたしていた。
【０００５】
本発明に係る封止システムは、封止すべきる媒質が侵蝕性を有するということや、環境温度が非常に高温であるということなどをはじめとする、様々な過酷な条件に耐え得ると共に、往復運動シール、回転運動シール、または固定シールのいずれとして用いる場合にも、非常に長いシール寿命を発揮し得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る媒質隔離封止システムは、ハウジングと軸との間を封止して侵蝕性を有する高圧の媒質の通過を阻止する媒質隔離封止システムであり、前記ハウジングと前記軸との間に配設された、侵蝕性を有する高圧の媒質に接触して該媒質の通過を阻止する浮動シールを備えている。また、前記ハウジングと前記軸との間に、前記浮動シールから離隔させて、背後シールが配設されており、更に、前記浮動シールと前記背後シールとの間に、前記背後シールへ圧力を伝達し、前記浮動シールの両側間の差圧がゼロになるようにする潤滑流体が保持されている。この潤滑流体がシールを潤滑することによっても、シール寿命が延長される。
【０００７】
前記浮動シール及び前記背後シールの各々をばね入りオイルシールとし、それらばね入りオイルシールが、リップを高圧の前記媒質の方へ向けて前記ハウジングと前記軸との間に配設されているようにしてもよい。また、第２の背後シールを備え、該第２の背後シールが前記背後シールに当接して配設されているようにし、それによって、背後シール配設位置に双方向の封止機能を持たせるようにしてもよい。
【０００８】
前記第２の背後シールをＯリングシールとしてもよく、或いは、前記第２の背後シールを第２のばね入りオイルシールとし、２つのばね入りオイルシールを、互いに背中合わせとしてそれらオイルシールのリップが互いに逆方向に延在するように配設してもよい。
【０００９】
別法として、前記背後シールを、連装した複数のシールから成るものとしてもよく、更に、それら複数のシールの各々を、ばね入りオイルシールとしてもよい。
更に、前記浮動シールの高圧側に浮動ラビリンスシールを配設するようにしてもよい。
【００１０】
本発明の別の実施例は、前記浮動シールと前記背後シールとを互いに離隔させて支持するカートリッジを備えている。該カートリッジが、ハウジング側部材と、該ハウジング側部材を前記ハウジングに固定するための止め輪とを含んでいるようにしてもよく、また更に、前記軸に取付けられるスリーブ状部材を含んでいるようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付図面と共に以下の説明を参照することにより、本発明の利点及び特徴を更に明瞭に理解することができる。
図１に示したのは、ハウジング１２と中空軸１４との間を密封して侵蝕性を有する高圧の媒質を封止する、本発明に係る媒質隔離封止システム１０である。侵蝕性を有する高圧の媒質とは、例えば掘削泥土などであり、図にはこの媒質を矢印２０で表した。封止システム１０は、この侵蝕性を有する高圧の媒質が、この封止システム１０を通過して、例えば油圧作動用の圧油などの流体２２に混入することがないように、その媒質を封止するものである。
【００１２】
先にも触れたように、この封止システム１０の周囲の圧力（環境圧力）は非常な高圧であり、その圧力は、例えば25,000PSI（約170MPa）にも達することがあり、それに伴って、この封止システム１０の両側間には、しばしば1,000PSI（約7Mpa）もの差圧が作用する。更に、その差圧は、その圧力の方向が変化することもある。この差圧が作用していることを、図には矢印２６で表した。
【００１３】
この封止システム１０を構成する材料としては、華氏350度（約摂氏180度）の高温に耐えられる耐熱性を有する材料を選択して使用している。この封止システム１０は、浮動シール３０を備えており、この浮動シール３０は、ハウジング１２と軸１４との間に配設されており、矢印２０で表した侵蝕性を有する媒質に臨み、この媒質に接触している。この封止システム１０は更に、背後シール３２を備えており、この背後シール３２は、ハウジング１２と軸１４との間に、浮動シール３０から離隔させて配設されている。
【００１４】
図示のごとく、浮動シール３０及び背後シール３２いずれも、オイルシール（リップシール）から成るものとすることができ、例えば、米国特許第４６５５４６２号、米国特許第４８３０３４４号、それに米国特許第５２６５８９０号（いずれもBallselsに対して付与された特許である）に記載されている構造のオイルシールなどを使用することができる。これら米国特許は、オイルシール（リップシール）の構造の具体例、並びにばね入りオイルシールに使用するスプリング３４、３６の具体例を示すものとして、この言及をもって、その内容の全体が本願開示に包含されたものとする。図１に示したように、浮動シール３０及び背後シール３２の夫々のリップ部分４０、４２は、矢印２０で表した掘削泥土の方へ向けられている。
【００１５】
浮動シール３４と背後シール３６との間に、潤滑流体４４が保持されており、この潤滑流体４４は、矢印２０で表した圧力を背後シール３６へ伝達し、それによって、浮動シール３４の両側間の差圧がゼロになるようにするものである。
【００１６】
浮動シール３０及び背後シール３２として、ここでは傾斜コイルスプリング３４、３６を使用したＵカップ形オイルシール（リップシール）を用いているが、その他の形態の付勢用スプリング（図１３Ｃ及び図１３Ｇ参照）を使用したオイルシールを用いるようにしてもよく、また、その他の形態のシールを用いるようにすることも可能であり、それについては後に詳述する。以上の構成によれば、封止システム１０は、摩耗などを発生させるおそれのある侵蝕性を有する媒質２０を油圧作動用の圧油２２から隔離することができ、また、浮動シール３０及び背後シール３２が潤滑流体４４によって潤滑されることから、長いシール寿命を発揮することができる。
【００１７】
図２に示した本発明の別の実施例５０は、上の実施例１０の構成要素に加えて、更に、Ｏリングから成るシール５２と、バックアップリング５４とを備えることによって、背後シール３６における双方向の封止機能を向上させたものである。尚、図２において、実施例１０に関して先に説明した構成要素と同一ないし実質的に同様の構成要素には、同一の参照符号を付してある。
【００１８】
図３に示した本発明の別の実施例６０においては、バックアップリング６２を、オイルシールから成る背後シール６４に結合し、それらが離れることがないようにしたものである。
【００１９】
図４に示した本発明の別の実施例７０は、背中合わせにした２つのオイルシール７２、７４を備えており、それらオイルシール７２、７４は、夫々のボディ８０、８２に嵌合連結部７６、７８が形成されている。そして、嵌合連結部７６、７８で、それらオイルシール７２、７４を互いに嵌合連結することによって、矢印２０、２６で表した力に対抗できるだけの安定性と双方向の封止機能とを付与したものである。
【００２０】
図５に示した媒質隔離封止システムの別の実施例９０は、ハウジング９２と中実軸９４との間を封止している。この実施例９０の封止システムは、浮動シール９８と、一対の背後シール１００、１０２と、潤滑流体１０４とを備えている。浮動シール９８は、付勢用スプリング９６を使用したばね入りオイルシールから成るものである。一対の背後シール１００、１０２は、互いに背中合わせにして、浮動シール９８から離隔させて配設されている。また、潤滑流体１０４は、浮動シール９８と一対の背後シール１００、１０２との間に保持されている。更に、スパイラルリテーナリング１０６、１０８を備えており、それらによってシール９８、１００、１０２を安定させている。また、止め輪１１０を用いて、スプリング１１４、１１６の力−撓み特性を調節できるようにしている。
【００２１】
図６に示した本発明の更に別の実施例１３０は、ハウジング１３２と軸１３４との間を封止して、それらの間の媒質の通過を阻止する媒質隔離封止機能を提供しており、この実施例１３０は、浮動シール１３６と、オイルシールから成る２つの背後シール１３８、１４０とを備えている。
【００２２】
実施例１３０は更に、カートリッジ１４２を備えており、このカートリッジ１４２は、浮動シール１３６と背後シール１３８、１４０とを互いに離隔させて支持しており、それらの間に潤滑流体１４４を保持できるようにしている。実施例１３０は更に、リテーナリング１４６を備えており、この実施例１３０の封止システムは、このリテーナリング１４６と、ハウジング１３２の内周面に形成した段部１４８とによって、軸１３４の長手方向に移動しないように固定されている。また、カートリッジ１４２に取付けられた防護板１４６が、背後シール１３８、１４０を、当接部１４８との間に挟持して固定している。更に、カートリッジ１４２とハウジング１３２との間に、固定シール１５０を備えるようにしてもよい。
【００２３】
図７に示した本発明の別の実施例１６０は、ハウジング１６２と軸１６４との間を封止しており、この実施例１６０は、ハウジング側部材１６８とスリーブ状部材１７０とを含むカートリッジ１６６を備えている。ハウジング側部材１６８は、浮動シール１７２と背後シール１７４、１７６とを互いに離隔させて支持しており、それらの間に潤滑流体１７８を保持できるようにしている。この実施例１６０の封止システムは、ブッシュ１８４と１８６との間に配設されて、リテーナリング１８０と段部１８２とによって固定保持されている。また、背後シール１７０、１７６は、ブッシュ１８６と段部１８４との間に配設されて、係止部材１９０によって固定保持されている。
【００２４】
図８に示した本発明の別の実施例２００は、ピストン（不図示）とハウジング２０４との間を封止している。この実施例２００は、カートリッジ２１２を備えており、このカートリッジ２１２によって、浮動シール２０６と背後シール２０８、２１０とを互いに離隔させて支持し、それら浮動シール２０６と背後シール２０８、２１０との間の中央に潤滑流体２１４を保持できるようにしている。また、それらシール２０６、２０８、２１０を装備したカートリッジ２１２を、リテーナプレート２２０で固定保持している。ハウジング２０４とカートリッジ２１２との間には、固定シール２２４が装備されている。また、図示のごとく、ブッシュ（shipping bushing）２２８ａ、２２８ｂを装備するようにしてもよく、そうすれば、この実施例２００の封止システムを、ポート２２９ａ、２２９ｂを介して予め潤滑した上で、それらブッシュ２２８ａ、２２８ｂから抜き出して、ピストンやパッキン箱（不図示）などに装着することが可能になる。この実施例２００は、図示したように、内周面と外周面とのいずれにも装着することができ、またその場合に、その内周面や外周面が、運動する面と固定した面とのいずれであっても構わない。従ってこの構成は、本発明を運動シールと固定シールのいずれの用途にも利用可能にしており、カートリッジ２１２の中にシール２０６、２０８、２１０を保持することによってそれを可能にしたものである。
【００２５】
図９に示した本発明の更に別の実施例２３０は、ハウジング２３４と軸２３６との間に配設したカートリッジ２３２を備えており、このカートリッジ２３２は、ハウジング側部材２４０を含んでいる。ハウジング側部材２４０は、浮動シール２４６を背後シール２４８、２５０から離隔させて、それらシールを支持すると共に、浮動シール２４６と背後シール２４８、２５０との間に潤滑流体２５０を保持するようにしている。防護板２５６によって、カートリッジ２３２及びＯリング２５８、２６０を保持しており、それらＯリング２５８、２６０は、ハウジング側部材２４０とハウジング２３４との間を封止する固定シールとして機能している。上の実施例２００の場合と同様に、この封止システムを予め潤滑した状態にした上で装着することができるように、ポート２６４を形成したブッシュ（shipping bushing）２６２を装備するようにしてもよい。
【００２６】
図１０に示した本発明の別の実施例２７０は、ハウジング２７２と軸２７４との間を封止している。この実施例２７０は、浮動シール２７６と、２つの背後シール２７８、２８０とを、互いに離隔させて配設してあり、それらの間に潤滑流体２８２を保持している。更に、連通孔２８６を形成した浮動カートリッジ２８４を備えており、この浮動カートリッジ２８４は、圧力の方向が、矢印２０で表した一方の方向と、矢印２６で表した他方の方向との間で変化する際に、シール２７８と２８０の間に残留圧力が生じるのを防止するためのものである。
【００２７】
図１１に示した本発明の別の実施例２９０は、ハウジング２９２と軸２９４との間を封止しており、この実施例２９０は、浮動シール２９６と、連装した複数の背後シール２９８、３００、３０２と、潤滑流体３０６とを備えている。連想した複数の背後シール２９８、３００、３０２は、浮動シール２９６から離隔させて配設されており、潤滑流体３０６は、浮動シール２９６と背後シール２９８、３００、３０２との間に保持されている。このように複数の背後シールを連装した構成は、その冗長性のために信頼性が向上しており、それによって、シール寿命が延びている。また、リテーナリング３１０、３１２、及び３１４によって、ハウジング２９２と軸２９４との間に配設したシールを安定させている。
【００２８】
図１２に示した本発明の更に別の実施例３２０は、ハウジング３２２と軸３２４との間を封止しており、この実施例３２０は、オイルシール（リップシール）から成る浮動シール３２６と、背後シール３２８、３３０と、潤滑流体３３２とを備えている。浮動シール３２６は、背後シール３２８、３３０から離隔させて配設されており、潤滑流体３３２は、浮動シール３２６と背後シール３２８、３３０との間に保持されている。また、それらシールは、リテーナリング３３６、３３８及び止め輪３４０、３４２によって保持されている。更に、浮動ラビリンスシール３５０を備えており、この浮動ラビリンスシール３５０は、ハウジング３２２と軸３２４との間に配設されて、スプリング３５２、３５４によって安定化が施されており、また、この浮動ラビリンスシール３５０とハウジング３２０との間に、Ｏリングから成るシール３６０が配設されている。浮動ラビリンスシールを備えることによって、封止システム３２０のシール寿命は、更に長いものとなっている。
【００２９】
図１３Ａ〜図１３Ｇは、図１〜図１２に示した背後シールの具体例の替わりに使用することのできる種々の典型的なシール４００、４１０を示した図である。また、図１３Ｈに示したシール４１２は、図１〜図１２に示した浮動シールの具体例の替わりに使用することのできるシールである。また、付勢用スプリング４２０、４２４、４２６、４２８、４３０、４３２は、先に説明したシールの付勢用スプリングの具体例の替わりに使用することのできるスプリングである。
【００３０】
以上、本発明に係る媒質隔離封止システムについて説明したが、以上の説明は本発明を効果的に利用することのできる具体的な実施の形態を例示することを目的としたものであり、本発明は、以上に説明した実施の形態に限定されるものではない。従って、当業者が想到し得る限りの改変構成、変更構成、または均等構成は全て、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ハウジングと、中空軸と、互いに離隔させて配設した浮動シール及び背後シールと、それらシールの間の中央に保持され背後シールへ圧力を伝達する潤滑流体とを備えた、本発明の１つの実施例の断面図である。
【図２】Ｏリングから成る第２の背後シールとリテーナリングとを更に備えた、図１と同様の断面図である。
【図３】リテーナリングと背後シールとを結合した構成を示した、図１と同様の断面図である。
【図４】各々がオイルシールから成り互いに当接して嵌合連結した２つの背後シールを備えた、本発明の別の実施例を示した図である。
【図５】ハウジングと中実軸との間に、浮動シールと、各々がオイルシールから成る２つの背後シールとを配設したシール構造を備え、更に、止め輪とスパイラルリテーナリングとを備えた、本発明の別の実施例を示した図である。
【図６】浮動シールと背後シールとを互いに離隔させて支持するカートリッジを備えた、本発明の別の実施例を示した図である。
【図７】図６と同様の実施例であるが、カートリッジとしての、軸に取付けたスリーブ状部材を更に備えた、本発明の更に別の実施例を示した図である。
【図８】オイルシールから成るバリアシールとしての浮動シールと、背後シール位置に双方向の封止機能を付与するための、各々がオイルシールから成り互いに背中合わせにされた２つの背後シールとを、ハウジングとピストンとの間に配設したカートリッジとして構成した、本発明の更に別の実施例を示した図である。
【図９】図８と同様の実施例であるが、Ｏリングから成る補助的な固定シールをカートリッジに装備した、本発明の別の実施例を示した図である。
【図１０】一対の背後シールを保持するための別体としたカートリッジと、浮動シールを保持するためのスパイラルリテーナリングとを備えた、本発明の別の実施例を示した図である。
【図１１】連装した複数の背後シールを備えた、本発明の別の実施例を示した図である。
【図１２】前面の浮動シールの更に前方にラビリンスシールを配設することで、封止システムのシール寿命を更に長くした、本発明の更に別の実施例を示した図である。
【図１３Ａ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｂ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｃ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｄ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｅ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｆ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｇ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【０００１】
本発明は封止システムに関し、より詳しくは、ハウジングの内周または軸の外周に複数のシールを配設し、侵蝕性を有する媒質がそれらシールを通過することがないように構成した媒質隔離封止システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
封止技術の用途のうちには、例えば油井掘削に関連した用途などのように、極めて条件の過酷な用途があり、そのような過酷な条件下で封止を行うことは容易ではない。油井掘削に関していえば、例えば、掘削作業状況のモニタや掘削作業の制御ために下孔内に設置する精密で高価な電子機器を防護するために、封止技術が必要とされている。
【０００３】
従来、斯かる用途には、様々なエラストマー材料製のパッキンの前面に、摩耗等を引き起こすおそれのある侵蝕性を有する媒質をそのパッキンに触れさせないための、ポリマー材料製の前面シールを付加するという封止技術がしばしば用いられていた。ここでいう摩耗等を引き起こすおそれのある媒質とは、例えば、侵蝕性を有する掘削泥土などであり、その場合に、シールの一方の側には掘削泥土が存在し、他方の側には油圧作動用の圧油が存在するという状況などがあり得る。斯かる状況においては、シールの周囲圧力（環境圧力）が25,000 PSI（約170MPa）にも達することがあり、それに伴って、そのシールの両側間に1,000 PSI（約7Mpa）もの差圧が作用することもある。更に、その差圧は、その圧力の方向が変化することもある。そして、その環境温度は、華氏350度（約摂氏180度）という高温になることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エラストマー材料製パッキンの前面にポリマー材料製シールを付加するという上述した封止技術には、シール寿命が比較的短いという問題や、シール不良がいつ発生するか予測がつかないために、突然のシール不良に見舞われるという問題などがあり、それらのために、運転コストの増大をきたしていた。
【０００５】
本発明に係る封止システムは、封止すべきる媒質が侵蝕性を有するということや、環境温度が非常に高温であるということなどをはじめとする、様々な過酷な条件に耐え得ると共に、往復運動シール、回転運動シール、または固定シールのいずれとして用いる場合にも、非常に長いシール寿命を発揮し得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る媒質隔離封止システムは、ハウジングと軸との間を封止して侵蝕性を有する高圧の媒質の通過を阻止する媒質隔離封止システムであり、前記ハウジングと前記軸との間に配設された、侵蝕性を有する高圧の媒質に接触して該媒質の通過を阻止する浮動シールを備えている。また、前記ハウジングと前記軸との間に、前記浮動シールから離隔させて、背後シールが配設されており、更に、前記浮動シールと前記背後シールとの間に、前記背後シールへ圧力を伝達し、前記浮動シールの両側間の差圧がゼロになるようにする潤滑流体が保持されている。この潤滑流体がシールを潤滑することによっても、シール寿命が延長される。
【０００７】
前記浮動シール及び前記背後シールの各々をばね入りオイルシールとし、それらばね入りオイルシールが、リップを高圧の前記媒質の方へ向けて前記ハウジングと前記軸との間に配設されているようにしてもよい。また、第２の背後シールを備え、該第２の背後シールが前記背後シールに当接して配設されているようにし、それによって、背後シール配設位置に双方向の封止機能を持たせるようにしてもよい。
【０００８】
前記第２の背後シールをＯリングシールとしてもよく、或いは、前記第２の背後シールを第２のばね入りオイルシールとし、２つのばね入りオイルシールを、互いに背中合わせとしてそれらオイルシールのリップが互いに逆方向に延在するように配設してもよい。
【０００９】
別法として、前記背後シールを、連装した複数のシールから成るものとしてもよく、更に、それら複数のシールの各々を、ばね入りオイルシールとしてもよい。
更に、前記浮動シールの高圧側に浮動ラビリンスシールを配設するようにしてもよい。
【００１０】
本発明の別の実施例は、前記浮動シールと前記背後シールとを互いに離隔させて支持するカートリッジを備えている。該カートリッジが、ハウジング側部材と、該ハウジング側部材を前記ハウジングに固定するための止め輪とを含んでいるようにしてもよく、また更に、前記軸に取付けられるスリーブ状部材を含んでいるようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付図面と共に以下の説明を参照することにより、本発明の利点及び特徴を更に明瞭に理解することができる。
図１に示したのは、ハウジング１２と中空軸１４との間を密封して侵蝕性を有する高圧の媒質を封止する、本発明に係る媒質隔離封止システム１０である。侵蝕性を有する高圧の媒質とは、例えば掘削泥土などであり、図にはこの媒質を矢印２０で表した。封止システム１０は、この侵蝕性を有する高圧の媒質が、この封止システム１０を通過して、例えば油圧作動用の圧油などの流体２２に混入することがないように、その媒質を封止するものである。
【００１２】
先にも触れたように、この封止システム１０の周囲の圧力（環境圧力）は非常な高圧であり、その圧力は、例えば25,000PSI（約170MPa）にも達することがあり、それに伴って、この封止システム１０の両側間には、しばしば1,000PSI（約7Mpa）もの差圧が作用する。更に、その差圧は、その圧力の方向が変化することもある。この差圧が作用していることを、図には矢印２６で表した。
【００１３】
この封止システム１０を構成する材料としては、華氏350度（約摂氏180度）の高温に耐えられる耐熱性を有する材料を選択して使用している。この封止システム１０は、浮動シール３０を備えており、この浮動シール３０は、ハウジング１２と軸１４との間に配設されており、矢印２０で表した侵蝕性を有する媒質に臨み、この媒質に接触している。この封止システム１０は更に、背後シール３２を備えており、この背後シール３２は、ハウジング１２と軸１４との間に、浮動シール３０から離隔させて配設されている。
【００１４】
図示のごとく、浮動シール３０及び背後シール３２いずれも、オイルシール（リップシール）から成るものとすることができ、例えば、米国特許第４６５５４６２号、米国特許第４８３０３４４号、それに米国特許第５２６５８９０号（いずれもBallselsに対して付与された特許である）に記載されている構造のオイルシールなどを使用することができる。これら米国特許は、オイルシール（リップシール）の構造の具体例、並びにばね入りオイルシールに使用するスプリング３４、３６の具体例を示すものとして、この言及をもって、その内容の全体が本願開示に包含されたものとする。図１に示したように、浮動シール３０及び背後シール３２の夫々のリップ部分４０、４２は、矢印２０で表した掘削泥土の方へ向けられている。
【００１５】
浮動シール３４と背後シール３６との間に、潤滑流体４４が保持されており、この潤滑流体４４は、矢印２０で表した圧力を背後シール３６へ伝達し、それによって、浮動シール３４の両側間の差圧がゼロになるようにするものである。
【００１６】
浮動シール３０及び背後シール３２として、ここでは傾斜コイルスプリング３４、３６を使用したＵカップ形オイルシール（リップシール）を用いているが、その他の形態の付勢用スプリング（図１３Ｃ及び図１３Ｇ参照）を使用したオイルシールを用いるようにしてもよく、また、その他の形態のシールを用いるようにすることも可能であり、それについては後に詳述する。以上の構成によれば、封止システム１０は、摩耗などを発生させるおそれのある侵蝕性を有する媒質２０を油圧作動用の圧油２２から隔離することができ、また、浮動シール３０及び背後シール３２が潤滑流体４４によって潤滑されることから、長いシール寿命を発揮することができる。
【００１７】
図２に示した本発明の別の実施例５０は、上の実施例１０の構成要素に加えて、更に、Ｏリングから成るシール５２と、バックアップリング５４とを備えることによって、背後シール３６における双方向の封止機能を向上させたものである。尚、図２において、実施例１０に関して先に説明した構成要素と同一ないし実質的に同様の構成要素には、同一の参照符号を付してある。
【００１８】
図３に示した本発明の別の実施例６０においては、バックアップリング６２を、オイルシールから成る背後シール６４に結合し、それらが離れることがないようにしたものである。
【００１９】
図４に示した本発明の別の実施例７０は、背中合わせにした２つのオイルシール７２、７４を備えており、それらオイルシール７２、７４は、夫々のボディ８０、８２に嵌合連結部７６、７８が形成されている。そして、嵌合連結部７６、７８で、それらオイルシール７２、７４を互いに嵌合連結することによって、矢印２０、２６で表した力に対抗できるだけの安定性と双方向の封止機能とを付与したものである。
【００２０】
図５に示した媒質隔離封止システムの別の実施例９０は、ハウジング９２と中実軸９４との間を封止している。この実施例９０の封止システムは、浮動シール９８と、一対の背後シール１００、１０２と、潤滑流体１０４とを備えている。浮動シール９８は、付勢用スプリング９６を使用したばね入りオイルシールから成るものである。一対の背後シール１００、１０２は、互いに背中合わせにして、浮動シール９８から離隔させて配設されている。また、潤滑流体１０４は、浮動シール９８と一対の背後シール１００、１０２との間に保持されている。更に、スパイラルリテーナリング１０６、１０８を備えており、それらによってシール９８、１００、１０２を安定させている。また、止め輪１１０を用いて、スプリング１１４、１１６の力−撓み特性を調節できるようにしている。
【００２１】
図６に示した本発明の更に別の実施例１３０は、ハウジング１３２と軸１３４との間を封止して、それらの間の媒質の通過を阻止する媒質隔離封止機能を提供しており、この実施例１３０は、浮動シール１３６と、オイルシールから成る２つの背後シール１３８、１４０とを備えている。
【００２２】
実施例１３０は更に、カートリッジ１４２を備えており、このカートリッジ１４２は、浮動シール１３６と背後シール１３８、１４０とを互いに離隔させて支持しており、それらの間に潤滑流体１４４を保持できるようにしている。実施例１３０は更に、リテーナリング１４６を備えており、この実施例１３０の封止システムは、このリテーナリング１４６と、ハウジング１３２の内周面に形成した段部１４８とによって、軸１３４の長手方向に移動しないように固定されている。また、カートリッジ１４２に取付けられた防護板１４６が、背後シール１３８、１４０を、当接部１４８との間に挟持して固定している。更に、カートリッジ１４２とハウジング１３２との間に、固定シール１５０を備えるようにしてもよい。
【００２３】
図７に示した本発明の別の実施例１６０は、ハウジング１６２と軸１６４との間を封止しており、この実施例１６０は、ハウジング側部材１６８とスリーブ状部材１７０とを含むカートリッジ１６６を備えている。ハウジング側部材１６８は、浮動シール１７２と背後シール１７４、１７６とを互いに離隔させて支持しており、それらの間に潤滑流体１７８を保持できるようにしている。この実施例１６０の封止システムは、ブッシュ１８４と１８６との間に配設されて、リテーナリング１８０と段部１８２とによって固定保持されている。また、背後シール１７０、１７６は、ブッシュ１８６と段部１８４との間に配設されて、係止部材１９０によって固定保持されている。
【００２４】
図８に示した本発明の別の実施例２００は、ピストン（不図示）とハウジング２０４との間を封止している。この実施例２００は、カートリッジ２１２を備えており、このカートリッジ２１２によって、浮動シール２０６と背後シール２０８、２１０とを互いに離隔させて支持し、それら浮動シール２０６と背後シール２０８、２１０との間の中央に潤滑流体２１４を保持できるようにしている。また、それらシール２０６、２０８、２１０を装備したカートリッジ２１２を、リテーナプレート２２０で固定保持している。ハウジング２０４とカートリッジ２１２との間には、固定シール２２４が装備されている。また、図示のごとく、ブッシュ（shipping bushing）２２８ａ、２２８ｂを装備するようにしてもよく、そうすれば、この実施例２００の封止システムを、ポート２２９ａ、２２９ｂを介して予め潤滑した上で、それらブッシュ２２８ａ、２２８ｂから抜き出して、ピストンやパッキン箱（不図示）などに装着することが可能になる。この実施例２００は、図示したように、内周面と外周面とのいずれにも装着することができ、またその場合に、その内周面や外周面が、運動する面と固定した面とのいずれであっても構わない。従ってこの構成は、本発明を運動シールと固定シールのいずれの用途にも利用可能にしており、カートリッジ２１２の中にシール２０６、２０８、２１０を保持することによってそれを可能にしたものである。
【００２５】
図９に示した本発明の更に別の実施例２３０は、ハウジング２３４と軸２３６との間に配設したカートリッジ２３２を備えており、このカートリッジ２３２は、ハウジング側部材２４０を含んでいる。ハウジング側部材２４０は、浮動シール２４６を背後シール２４８、２５０から離隔させて、それらシールを支持すると共に、浮動シール２４６と背後シール２４８、２５０との間に潤滑流体２５０を保持するようにしている。防護板２５６によって、カートリッジ２３２及びＯリング２５８、２６０を保持しており、それらＯリング２５８、２６０は、ハウジング側部材２４０とハウジング２３４との間を封止する固定シールとして機能している。上の実施例２００の場合と同様に、この封止システムを予め潤滑した状態にした上で装着することができるように、ポート２６４を形成したブッシュ（shipping bushing）２６２を装備するようにしてもよい。
【００２６】
図１０に示した本発明の別の実施例２７０は、ハウジング２７２と軸２７４との間を封止している。この実施例２７０は、浮動シール２７６と、２つの背後シール２７８、２８０とを、互いに離隔させて配設してあり、それらの間に潤滑流体２８２を保持している。更に、連通孔２８６を形成した浮動カートリッジ２８４を備えており、この浮動カートリッジ２８４は、圧力の方向が、矢印２０で表した一方の方向と、矢印２６で表した他方の方向との間で変化する際に、シール２７８と２８０の間に残留圧力が生じるのを防止するためのものである。
【００２７】
図１１に示した本発明の別の実施例２９０は、ハウジング２９２と軸２９４との間を封止しており、この実施例２９０は、浮動シール２９６と、連装した複数の背後シール２９８、３００、３０２と、潤滑流体３０６とを備えている。連想した複数の背後シール２９８、３００、３０２は、浮動シール２９６から離隔させて配設されており、潤滑流体３０６は、浮動シール２９６と背後シール２９８、３００、３０２との間に保持されている。このように複数の背後シールを連装した構成は、その冗長性のために信頼性が向上しており、それによって、シール寿命が延びている。また、リテーナリング３１０、３１２、及び３１４によって、ハウジング２９２と軸２９４との間に配設したシールを安定させている。
【００２８】
図１２に示した本発明の更に別の実施例３２０は、ハウジング３２２と軸３２４との間を封止しており、この実施例３２０は、オイルシール（リップシール）から成る浮動シール３２６と、背後シール３２８、３３０と、潤滑流体３３２とを備えている。浮動シール３２６は、背後シール３２８、３３０から離隔させて配設されており、潤滑流体３３２は、浮動シール３２６と背後シール３２８、３３０との間に保持されている。また、それらシールは、リテーナリング３３６、３３８及び止め輪３４０、３４２によって保持されている。更に、浮動ラビリンスシール３５０を備えており、この浮動ラビリンスシール３５０は、ハウジング３２２と軸３２４との間に配設されて、スプリング３５２、３５４によって安定化が施されており、また、この浮動ラビリンスシール３５０とハウジング３２０との間に、Ｏリングから成るシール３６０が配設されている。浮動ラビリンスシールを備えることによって、封止システム３２０のシール寿命は、更に長いものとなっている。
【００２９】
図１３Ａ〜図１３Ｇは、図１〜図１２に示した背後シールの具体例の替わりに使用することのできる種々の典型的なシール４００、４１０を示した図である。また、図１３Ｈに示したシール４１２は、図１〜図１２に示した浮動シールの具体例の替わりに使用することのできるシールである。また、付勢用スプリング４２０、４２４、４２６、４２８、４３０、４３２は、先に説明したシールの付勢用スプリングの具体例の替わりに使用することのできるスプリングである。
【００３０】
以上、本発明に係る媒質隔離封止システムについて説明したが、以上の説明は本発明を効果的に利用することのできる具体的な実施の形態を例示することを目的としたものであり、本発明は、以上に説明した実施の形態に限定されるものではない。従って、当業者が想到し得る限りの改変構成、変更構成、または均等構成は全て、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ハウジングと、中空軸と、互いに離隔させて配設した浮動シール及び背後シールと、それらシールの間の中央に保持され背後シールへ圧力を伝達する潤滑流体とを備えた、本発明の１つの実施例の断面図である。
【図２】Ｏリングから成る第２の背後シールとリテーナリングとを更に備えた、図１と同様の断面図である。
【図３】リテーナリングと背後シールとを結合した構成を示した、図１と同様の断面図である。
【図４】各々がオイルシールから成り互いに当接して嵌合連結した２つの背後シールを備えた、本発明の別の実施例を示した図である。
【図５】ハウジングと中実軸との間に、浮動シールと、各々がオイルシールから成る２つの背後シールとを配設したシール構造を備え、更に、止め輪とスパイラルリテーナリングとを備えた、本発明の別の実施例を示した図である。
【図６】浮動シールと背後シールとを互いに離隔させて支持するカートリッジを備えた、本発明の別の実施例を示した図である。
【図７】図６と同様の実施例であるが、カートリッジとしての、軸に取付けたスリーブ状部材を更に備えた、本発明の更に別の実施例を示した図である。
【図８】オイルシールから成るバリアシールとしての浮動シールと、背後シール位置に双方向の封止機能を付与するための、各々がオイルシールから成り互いに背中合わせにされた２つの背後シールとを、ハウジングとピストンとの間に配設したカートリッジとして構成した、本発明の更に別の実施例を示した図である。
【図９】図８と同様の実施例であるが、Ｏリングから成る補助的な固定シールをカートリッジに装備した、本発明の別の実施例を示した図である。
【図１０】一対の背後シールを保持するための別体としたカートリッジと、浮動シールを保持するためのスパイラルリテーナリングとを備えた、本発明の別の実施例を示した図である。
【図１１】連装した複数の背後シールを備えた、本発明の別の実施例を示した図である。
【図１２】前面の浮動シールの更に前方にラビリンスシールを配設することで、封止システムのシール寿命を更に長くした、本発明の更に別の実施例を示した図である。
【図１３Ａ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｂ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｃ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｄ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｅ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｆ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
【図１３Ｇ】図１〜図１２に示した実施例に使用している個々のシールの替わりに、本発明において使用することのできるシールの具体例を示した図である。
Claims (26)
- ハウジングと軸との間を封止して侵蝕性を有する高圧の媒質の通過を阻止する媒質隔離封止システムにおいて、
前記ハウジングと前記軸との間に配設された、侵蝕性を有する高圧の媒質に接触して該媒質の通過を阻止する浮動シールと、
前記ハウジングと前記軸との間に前記浮動シールから離隔させて配設された背後シールと、
前記浮動シールと前記背後シールとの間に保持され、前記背後シールへ圧力を伝達し、前記浮動シールの両側間の差圧がゼロになるようにする潤滑流体と、
を備えたことを特徴とする封止システム。 - 前記浮動シール及び前記背後シールの各々がばね入りオイルシールから成り、それらばね入りオイルシールが、リップを高圧の前記媒質の方へ向けて前記ハウジングと前記軸との間に配設されていることを特徴とする請求項１記載の封止システム。
- 更に第２の背後シールを備え、該第２の背後シールは前記背後シールに当接して配設されており、それによって、背後シール配設位置に双方向の封止機能を持たせたことを特徴とする請求項２記載の封止システム。
- 前記第２の背後シールがＯリングシールから成ることを特徴とする請求項３記載の封止システム。
- 更にバックアップリングを備え、該バックアップリングは前記Ｏリングシールと前記背後シールとの間に配設されていることを特徴とする請求項４記載の封止システム。
- 前記第２の背後シールが第２のばね入りオイルシールから成ることを特徴とする請求項３記載の封止システム。
- 更にリテーナリングを備え、該リテーナリングは前記ハウジングと前記軸との間に配設されて前記浮動シール及び前記背後シールの軸心方向の移動を阻止していることを特徴とする請求項６記載の封止システム。
- 前記２つのばね入りオイルシールが、互いに背中合わせとなってそれらオイルシールのリップが互いに逆方向に延在するように配設されており、更に、それらオイルシールが互いに嵌合連結されていることを特徴とする請求項６記載の封止システム。
- 前記背後シールが、連装した複数のシールから成ることを特徴とする請求項１記載の封止システム。
- 連装した前記複数のシールの各々が、ばね入りオイルシールであることを特徴とする請求項９記載の封止システム。
- 更に浮動ラビリンスシールを備え、該浮動ラビリンスシールは前記浮動シールの高圧側に配設されていることを特徴とする請求項１記載の封止システム。
- ハウジングと軸との間を封止して侵蝕性を有する高圧の媒質の通過を阻止する媒質隔離封止システムにおいて、
前記ハウジングと前記軸との間に配設された、侵蝕性を有する高圧の媒質に接触して該媒質の通過を阻止する浮動シールと、
前記ハウジングと前記軸との間に配設された背後シールと、
前記浮動シールと前記背後シールとを互いに離隔させて支持するカートリッジと、
前記浮動シールと前記背後シールとの間に保持され、前記背後シールへ圧力を伝達し、前記浮動シールの両側間の差圧がゼロになるようにする潤滑流体と、
を備えたことを特徴とする封止システム。 - 前記カートリッジが、ハウジング側部材と、該ハウジング側部材を前記ハウジングに固定するための止め輪とを含んでいることを特徴とする請求項１２記載の封止システム。
- 前記カートリッジが、前記軸に取付けられるスリーブ状部材を含んでいることを特徴とする請求項１３記載の封止システム。
- 前記浮動シール及び前記背後シールの各々がばね入りオイルシールから成り、それらばね入りオイルシールが、リップを高圧の前記媒質の方へ向けて前記ハウジングと前記軸との間に配設されていることを特徴とする請求項１２記載の封止システム。
- 更に第２の背後シールを備え、該第２の背後シールは前記背後シールと背中合わせにして配設されており、それによって、背後シール配設位置に双方向の封止機能を持たせたことを特徴とする請求項１５記載の封止システム。
- 前記背後シールと前記第２の背後シールとが互いに当接していることを特徴とする請求項１６記載の封止システム。
- 前記第２の背後シールがＯリングシールから成ることを特徴とする請求項１７記載の封止システム。
- 更にバックアップリングを備え、該バックアップリングは前記Ｏリングシールと前記背後シールとの間に配設されていることを特徴とする請求項１８記載の封止システム。
- 前記第２の背後シールが第２のばね入りオイルシールから成ることを特徴とする請求項１６記載の封止システム。
- 更にリテーナリングを備え、該リテーナリングは前記ハウジングと前記軸との間に配設されて前記浮動シール及び前記背後シールの軸心方向の移動を阻止していることを特徴とする請求項２０記載の封止システム。
- 前記２つのばね入りオイルシールが、互いに背中合わせとなってそれらオイルシールのリップが互いに逆方向に延在するように配設されており、更に、それらオイルシールが互いに嵌合連結されていることを特徴とする請求項２０記載の封止システム。
- 前記背後シールが、連装した複数のシールから成ることを特徴とする請求項１２記載の封止システム。
- 連装した前記複数のシールの各々が、ばね入りオイルシールであることを特徴とする請求項２３記載の封止システム。
- 更に浮動ラビリンスシールを備え、該浮動ラビリンスシールは前記浮動シールの高圧側に配設されていることを特徴とする請求項１２記載の封止システム。
- 前記カートリッジに、間の圧力を抜くための圧抜き手段を備えたことを特徴とする請求項１６記載の封止システム。
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