JP2011017438A - 錠止式の双方向性シール - Google Patents

Abstract

【課題】異なる媒体、異なる粘性、異なる速度、等の異なるシール条件下に使用可能な錠止手段を持つ双方向性シールアセンブリであって、二次シールがより低圧に露呈され、その間、一次シールがより高圧に耐える構成において一次シール及び二次シールを組み合わせ得る点において重要な利益をもたらす双方向性シールアセンブリを提供することである。
【解決手段】シールアセンブリ１０が、バネ１６により賦活される一次シール１２と、第２バネ１８により賦活される二次シール１４とを含む。一次及び二次シールは、シャフト２０に対するシールを構成し、錠止リング２２が、ハウジング２４内にシールアセンブリ１０を維持し、一次シール１２のシールキャビティ７０内に第１バネ１６を保持する。第２バネ１８が第２シールキャビティ７２内に位置付けられる。シール胴部１３及びまたは錠止リング２２はハウジングに対してもシールされ、かくしてシールチャンバ全体が、シャフトと、ハウジング２４の内側表面とに沿った漏出に関してシールされる。
【選択図】図１

Description

本発明は２００９年７月８日付で提出され、ここに参照することによりその内容を本明細書の一部とする米国仮出願番号第６１／２２３，９４７号の通常のユーティリティ出願である。
ここでは一般にリップタイプの回転シールが議論され、特には、賦活され且つ随意的にはバネ及びシールアセンブリをハウジング内に維持する錠止リングを含む。

回転シールは米国特許第６，２６４，２０５号、同第６，１６１，８３８号により既知である。これらの特許には、積層した、または単一のシールとしてハウジングに圧入して使用する単方向性シールが開示される。

米国仮出願番号第６１／２２３，９４７号明細書 米国特許第６，２６４，２０５号明細書 米国特許第６，１６１，８３８号明細書 米国発行特許第２００９／０２４００７５号

異なる媒体、異なる粘性、異なる速度、等の異なるシール条件下に使用可能な錠止手段を持つ双方向性シールアセンブリであって、二次シールがより低圧に露呈され、その間、一次シールがより高圧に耐える構成下に一次シール及び二次シールを組み合わせ得る点において重要な利益をもたらす双方向性シールアセンブリを提供することである。

本発明によれば、錠止手段を持つ双方向性シールアセンブリであって、二次シールがより低圧に露呈され、その間、一次シールがより高圧に耐える構成において一次シール及び二次シールを組み合わせ得る点において重要な利益をもたらす双方向性シールアセンブリが提供される。本発明の双方向性シールは、異なる媒体、異なる粘性、異なる速度、等の異なるシール条件下に使用可能である。

錠止リングが、プラスチック及び金属、またはプラスチック及び金属の組み合わせ、等の異なる材料から作製され得る。プラスチック製の錠止リングを使用する場合、当該錠止リング材料は、高機能プラスチックＰＥＥＫの如き高弾性のものを選択すべきである。即ち、錠止リングを組み立て及び分解する際に大きな力が必要となるものとすべきである。この点は金属製錠止リングを用いる場合も同じである。高弾性金属製の錠止リングは、その組み立て及びシールチャンバまたはシールボックスに維持させるに要する力が低弾性金属製の場合のそれよりも大きい。高弾性材料は種々のスチールを含み、低弾性金属はアルミニューム及び銅の合金、等の材料を含む。シール胴部は用途またはサービス上好適なエラストマーまたは熱可塑性プラスチックエラストマーから作製し得る。
錠止リングの設計形式は変更自在であり、ハウジング内へのシール組み込みを容易化するための変更を為し得るものとする。以下に詳しく説明するように、カンチレバー梁付きのまたは無しの錠止リングを使用し得る。

外側周囲部分に沿ったシールチャンバ錠止用手段等の外径部（以下、“ＯＤ”とも称する）錠止機能特徴を有する双方向性シールアセンブリは回転リップタイプシールと称され、圧力、シール用媒体、シールの各側部位置での回転速度、の相違する条件下に異なるシール性能を提供する能力を有している。錠止リングが組み込まれ、この錠止リングとハウジングとの間に干渉を創出させることでハウジング内にシールを維持させる。開示実施例によれば、異なる２方向においてシールを提供し、各方向において異なるシール圧を付加し、かくしてそれ自身がハウジング内に維持される単一のシールアセンブリが実現され得る。

本発明のアセンブリ及び方法によれば、１方向のみならず他方向でのシールも許容する双方向性シールアセンブリが提供される。当該シールアセンブリは、対向する各方向に配置した一次及び二次の各シールを含む。一次シールは、一般に二次シールよりも高い圧力及び速度に耐え得る。異なる方向は、一般に各シール先端の指す方向により画定される。

本発明のアセンブリ及び方法の他の様相によれば、錠止リングのＯＤと、ハウジングの内径部（以下、“ＩＤ“とも称する）との間に干渉を創出させることによりシールをハウジングに維持させる錠止手段を有する双方向性シールアセンブリが提供される。ＩＤに沿って、シャフトとシール胴部との間に１つ以上の空隙または空間が設けられる。
本発明のアセンブリ及び方法の更に他の様相によれば、可変弾性係数を持つ金属製材料から作製した円形錠止リングを有する双方向性シールアセンブリが提供される。ある実施例では可変の弾性係数は、ハウジングに抗して偏倚する梁を形成する切り欠きである。

本発明の更に尚他の様相によれば、錠止リングのＯＤと、ハウジングのＩＤとの間に干渉を創出させるプラスチック材料から作製した円形状シリングを含む双方向性シールアセンブリが提供される。当該錠止リングは、錠止リングとハウジングとの間にずっと大きな干渉を創出させる、ＰＥＥＫ等の高弾性プラスチックから形成され得る。

本発明の更にまた他の様相によれば、シールアセンブリとハウジングとの間に錠止作用を提供する円形状シリングを備える双方向性シールアセンブリが提供される。当該錠止リングアセンブリは、ハウジング内部に第１方向または第１方向とは逆の方向で進入し、一次シールをある位置に、または反対側の位置に位置付けた状態下に双方向シールすることをその意図目的とする錠止リングを有し得る。一次シールは、一般に最重要流体をシールし、一般により高い圧力及び速度を受けるシールとして定義される。二次シールは、一般に、低圧用のシールを提供する、または一次シールエリア内への汚染物侵入を防止するシールを提供する。

異なる媒体、異なる粘性、異なる速度、等の異なるシール条件下に使用可能な錠止手段を持つ双方向性シールアセンブリであって、二次シールがより低圧に露呈され、その間、一次シールがより高圧に耐える構成下に一次シール及び二次シールを組み合わせ得る点において重要な利益をもたらす双方向性シールアセンブリが提供される。

図１は、ＯＤ錠止手段を備える双方向性シールアセンブリの断面図である。 図２は、二次メモリリップを具備する双方向性シールアセンブリの断面図である。 図３は、二次メモリリップのシールメモリ動作状態下での双方向性シールアセンブリの断面図である。 図４は、カンチレバー梁式の錠止リングを後端に備える金属製錠止リングを有する双方向性シールアセンブリの断面図である。 図５は、カンチレバー梁式の錠止リングを前端に備える金属製錠止リングを有する双方向性シールアセンブリの断面図である。 図６は、リングキャビティ及び当該リングキャビティの幾何形状の実質部分を画定する錠止リングを有する双方向性シールアセンブリの断面図であり、錠止リングには、第１方向または第２方向を指向する梁先端を有するカンチレバー梁を随意的に組み込み得る。

以下に、シールアセンブリ及びその製造方法を図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明のアセンブリ及び方法におけるシール実施例の使用及び構成上の特徴及び各ステップの説明が例示実施例との関連においてなされる。しかしながら、本発明のアセンブリ及び方法の精神及び範囲内における異なる実施例においても、同一または同等の機能及び構造を実現させ得るものとする。本明細書において言及される如く、同じ参照番号は同様または類似の要素または特徴部分を示すものとする。

ここで、一次、二次、近位、遠位、とは、異なる成分または機能特徴部分を、特にそうでないことが示されない限り、名称のみで区別することを意図した相対的用語である。
図１には、外径部（Ｏ．Ｄ）錠止機能特徴部と、二重化シールとを有するシールアセンブリ１０の断面図が示される。１実施例ではシールアセンブリ１０は、２つのシールが組み込まれることから双方向性シールアセンブリと参照される。ある実施例ではシールアセンブリ１０は、バネ１６により賦活される一次シール１２と、第２バネ１８により賦活される二次シール１４とを含む。シールアセンブリ１０、更に詳しくは一次及び二次シールは、シャフト２０に対するシールを構成する。錠止リング２２は、ハウジング２４内にシールアセンブリ１０を維持し、一次シール１２のシールキャビティ７０内に第１バネ１６を保持するために使用される。第２バネ１８は第２シールキャビティ７２内に位置付けられる。シール胴部１３及びまたは錠止リング２２はハウジングに対してもシールされ、かくしてシールチャンバ全体が、シャフトと、ハウジング２４の内側表面とに沿った漏出に関してシールされる。図示の如く、第１キャビティ７０は、第２キャビティ内で使用するバネ用のそれより大型のバネコイルを持つバネを収受するべく、第２キャビティ７２よりも大きい。ある実施例では２つの各キャビティの大きさは全体に同じである。

一次シール１２及び二次シール１４は、シャフト２０に対するシール用のシールリップ２６、２８を夫々有し、各シールリップ２６、２８はシール先端３０、３２を夫々含む。ここで、“賦活された”または“賦活体”とは、偏倚または、圧力、バネ力、または弾性力であり得る力の行使があることを意味するものとする。例えばＯ−リングは、その弾性特性によりシールリップを賦活させ得ることから賦活体と考え得る。傾斜コイルバネもまた、そのバネ力により及びまたは弾性力によりシールリップに抗力を行使し得ることから、賦活体と考え得る。ここで双方向性シールとは、２つのシールリップを有し、対向する各方向に面するそれらシールシップが２つの異なる方向におけるシールを提供する、１つ以上のパーツから作製したシールを意味するものとする。かくして、図１に示すシールアセンブリ１０は、第１領域９０または第２領域１００からのライン圧力または高圧に対して表示方向において使用され得る。

かくして、本発明のアセンブリ及び方法は、シール胴部１３にして、各々が部分的にシールリップ２６、２８により画定される２つのキャビティを含み、各シールリップ２６、２８が、対向する各方向を指向する先端３０、３２を含むシール胴部１３を含むものとする。本発明のアセンブリ及び方法の更に他の様相において、２つのキャビティの少なくとも一方の内部にバネ１６及びまたは１８が位置付けられる。シールアセンブリ１０は更に、シール胴部１３とシャフト２０との間に形成した１つ以上の空隙２１を含む。他の実施例ではシール胴部１３は単独で作製または構成される、即ち、一体形成胴部とされる。更に他の実施例では単独形成した胴部が錠止リング２２に取り付けられ、両部材が相互に、バネ収受用キャビティの一方を画定する。シールリップ２６、２８をシャフトの軸と直交する半径方向に賦活させるべく、バネ１６、１８は半径方向に傾斜されたコイルバネとされる。シール胴部はゴム材料、エラストマー、または熱可塑性プラスチックエラストマー（ＴＰＥ）から作製され得る。材料例には、高性能ポリウレタン、ニトリル、ＶＩＴＯＮ（商標名）、Ｈ−Ｎｂｒ、ＰＴＦＥ ＴＥＦＬＯＮ（商標名）、充填ＰＴＦＥ、ＡＦＬＡＳ（商標名）、ＨＹＴＲＥＬ（商標名）、ＫＡＬＲＥＺ（商標名）、ＥＰＤＭ、シリコーン、ナイロン、ＮＹＬＡＴＲＯＮ（商標名）、ＰＯＭ、ＵＨＭＷＰＥ、ＴＥＦＺＥＬ、ＰＥＥＫ、が含まれる。錠止リング２２は塑性係数の大きい、例えば、高機能プラスチックＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＫ（ポリエーテルケトン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、から作製するのが好ましい。図示実施例では、シール胴部１３は軸方向に対向する各方向に伸延する２つのシールリップ２６、２８を有し、各シールリップが共通シールデバイダ２３を共有している。他の実施例では共通シールデバイダはシールリップの少なくとも２倍〜１０倍の厚さを有する。

図２には、二次シール１４と、該二次シールを賦活させるバネ１８とが二次メモリリップ３４に代替されている点を除き、図１のそれと類似の二次メモリリップを持つ双方向性シールアセンブリ６０の断面が示されている。二次メモリリップ３４はシャフトに抗して自己偏倚し、賦活体を要せずにシャフトに対してシールされる。随意的には、二次メモリリップ３４を賦活体と共に使用できる。シール胴部１３は、形状記憶ポリウレタンエラストマーやポリ（グリセロール−セバケート）エラストマー等の形状記憶性を持つことが知られる種々のポリマーから作成され得る二次メモリリップを有し得る。特定実施例では二次メモリリップは、ここに参照することによりその内容を本明細書の一部とする米国発行特許第２００９／０２４００７５号に説明される如き、形状記憶性を持つ主鎖型のスメクチックＣ相エラストマーから作製される。シール胴部１３は、形状記憶ポリマー材料から単独形成され、または２つ以上の成分から作製したものを組み合わせて一体ユニット化して形成され得る。

図３には、二次シール賦活用のバネが、例えば、ガーター形状の構成下に連結した螺旋コイルバネである延長バネ３６により代替される点を除き、図１及び図２のそれと同様に賦活された二次メモリリップシールを有する双方向性シールアセンブリ６２の断面が示される。延長バネ３６は二次シール１４のリップを超えて伸張され、この二次シールリップに接触して偏倚されるが、あるいはそうでなければ、第２キャビティ７２の上方キャビティ表面３８に接触しては偏倚されない。

図４には、錠止リング４０には後端カンチレバー梁錠止リング４２が組み込まれる点を除き、図１に示すそれと同じ金属製の錠止リング４０を持つ双方向性シールアセンブリ６４の断面が示される。図４に円で示す部分を拡大して示すように、錠止リング４０は、ハウジングに隣り合って位置付けた梁４６を形成する切り欠き４４を含む。梁４６は、二次シール１４の方向を指向する先端を有する。梁４６は板バネとして作用し、ハウジング２４に抗して偏倚する。かくして、錠止リング４０は、梁４６によるハウジングに抗しての偏倚に加え、干渉によってハウジングと係合する。錠止リング形成用の金属は、ステンレススチール、他の高弾性金属、またはハステロイ、インコネル、あるいはその他のクロムベースの合金等の合金であり得る。

図５には、錠止リングがその前端のカンチレバー梁錠止リング５０により代替されている点を除き図１及び図４に示すそれと同じ、金属錠止リング４８を備える双方向性シールアセンブリ６６の断面が示される。図５に円で示す部分を拡大して示すように、錠止リング５０は、ハウジング２４に隣り合って位置付けた梁５４を形成する切り欠き５２を含む。梁５４は、二次シール１４から離れる方向を指向する先端を有する。梁４６は板バネとして作用し、ハウジング２４に抗して変位する。かくして、錠止リング５０は、梁５４によるハウジングに抗しての偏倚に加え、干渉によってハウジングと係合する。

図６には他の実施例に従う双方向性シールアセンブリ７４の断面が示される。図示される如く、シールアセンブリ７４は、ハウジング２４とフランジ７６とを含むシールボックス内に位置決めされる。シールアセンブリ７４は、二次シール１４が第１領域９０に最接近して位置決めされ、二次シール１４が、第１領域９０よりも高圧の第２領域１００に最接近して位置決めされる如き構成とされる。ある実施例では第１領域９０は、第１圧力下の食塩水、水、蒸気または洗剤を有し得、第２領域は、第１圧力よりも高圧の第２圧力下の油またはグリスを有し得る。

図示の如く、シールアセンブリは、先端３０を有する一次シールリップ２６と、先端３２を有する二次シールリップ２８とを含むシール胴部１３を含む。一次及び二次の各シールリップ２６、２８は２つの隣り合うキャビティ７０、７２を部分的に画定する。図示の如く、錠止リング７８はシール胴部１３と係合し、部分的にキャビティ７０を画定する。錠止リング７８は、第１キャビティ７０の角部セクションに楔入して、第１バネ１６を受ける幾何形状の実質部分を構成する裏当てフランジ８０を含む。１実施例では裏当てフランジ８０はシール胴部の角部セクションによりシール胴部１３に楔入して固定される。かくして、錠止リング７８は共通の共通シールデバイダ２３の一部を構成する。言い換えると、共通の共通シールデバイダ２３を構成するエラストマーまたはＴＰＥは２つの異なる厚さを有する。図示されるように、共通の共通シールデバイダ２３の全厚さは、シール胴部１３と錠止リング７８との組み合わせにより構成される。

錠止リング７８は、錠止リングに切り欠き８４を組み込むことにより形成したカンチレバー梁８２を組み込むことが好ましい。カンチレバー梁８２は更に、第１領域９０を指向する梁先端８６を含む。他の実施例では梁先端８６は第２領域１００の方向を指向する。
シール胴部をハウジングに錠止するための錠止手段などのＯＤ錠止リングを備える双方向性シールは回転リップ型シールであり、このシールによれば、シールの各側位置での圧力、シール媒体、回転速度、が異なる条件下において異なるシール能力を提供し得る双方向性シールが提供される。錠止リングとハウジングとの間に干渉を創出することでシール胴部をハウジング内に維持する錠止リングが組み込まれる。本発明の装置及び方法によれば、単独のシールアセンブリにおいて、異なる２方向でのシール、各方向での異なるシール圧力の付加、ハウジング内での自身の維持、が可能となる。

本発明の方法には、双方向性シールアセンブリの形成方法と、シールボックスまたはシールチャンバ内でのシールアセンブリの使用方法、が含まれる。１実施例において、本法には、各シールキャビティに隣り合って位置付けた２つのシール先端を含むシール胴部の形成が含まれる。各シールリップには、反対方向を指向する１つのシール先端が含まれる。特定実施例では各シール先端は１８０°において各方向を指向する。他の実施例ではシール胴部は一体形成される。他の実施例ではシール胴部は、相互に取り付けられて一体ユニットを形成する２つの異なる材料から作製される。更に他の実施例では、シール胴部は形状記憶エラストマーまたはＴＰＥ材料から形成される。

本発明の方法には、シールキャビティの１つへのエナジャイザ、即ち賦活体配置が更に含まれる。１実施例ではエナジャイザは半径方向に傾斜付けしたコイルバネなどの傾斜コイルバネである。他の実施例ではエナジャイザはＯ−リングである。更に他の実施例ではバネを２つのシールキャビティ内に配置する。１実施例では傾斜コイルバネを一次リップシールに隣接するシールキャビティ内に配置し、二次リップシールに隣接するシールキャビティ内に延長バネを配置する。

本発明の方法には、錠止リングを、シール胴部と、装置または機器の被シール用ハウジングと係合させて配置することが更に含まれる。錠止リングは一次シールリップに隣り合うキャビティの一部を画定することが好ましい。錠止リングはシール胴部と機械的に係合する外側表面機能特徴部を有することが好ましい。錠止リングはハウジングと係合する追加的な外側表面機能特徴部を有することが好ましい。１実施例において、ハウジングと係合するための追加的な外側表面機能特徴部には、ハウジングに抗して偏倚する梁を画定する凹所を含むカンチレバー部材が含まれる。他の実施例では梁は後部レーシングである。また別の実施例では梁は前方フェーシングである。更に尚他の実施例では錠止リングが省略され、シール胴部が締まり嵌めを用いてハウジングに係合する。

以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。例えば、他方、双方向性シール特性を維持させつつ、多数のコンポーネント、異なる材料、異なる機能特徴部を使用して色々のシール胴部を形成し得る。錠止リングはここで説明した以外の係合法をも使用してシール胴部及びまたはハウジングに係合させ得る。先に説明したように、シール胴部を、ハウジングと係合して主バネを維持するリップを提供するべく適切にサイジングすることにより、錠止リングを完全に排除することも可能である。更には、あるシール実施例に対して特に議論された機能特徴部分を、各機能が互換性を有する条件下に、別のシール実施例に含ませるべく採用し得るものとする。従って、本発明の原理に従うシールアセンブリ及びその各コンポーネントは、ここに詳しく説明した以外の構成下に具体化し得るものとする。

１０ シールアセンブリ
１２ 一次シール
１３ シール胴部
１４ 二次シール
１６ 第１バネ
１８ 第２バネ
２０ シャフト
２１ 空隙
２２ 錠止リング
２３ 共通シールデバイダ
２４ ハウジング
２６ シールリップ
２６ 一次シールリップ
２８ 二次シールリップ
３０、３２ シール先端
３４ 二次メモリリップ
３６ 延長バネ
３８ 上方キャビティ表面
４０ 錠止リング
４２ 後端カンチレバー梁錠止リング
４６ 梁
４８ 金属錠止リング
５０ 前端カンチレバー梁錠止リング
５０ 錠止リング
５４ 梁
６０、６２、６４、６６、７４ 双方向性シールアセンブリ
７０ 第１キャビティ
７２ 第２キャビティ
７６ フランジ
７８ 錠止リング
８０ フランジ
８２ カンチレバー梁
８６ 梁先端
９０ 第１領域
１００ 第２領域
１９０ シールアセンブリ

Claims (20)

1. シールアセンブリであって、
   錠止リングと、シールリップによりその各々が部分的に画定される２つのキャビティを含むシール胴部と、
   を含み、
   前記各２つのシールリップが、相互に反対方向を指向する先端を含み、
   前記２つのキャビティの少なくとも一方の内部にバネを位置付けたシールアセンブリ。
2. シール胴部が単独形成される請求項１のシールアセンブリ。
3. バネが傾斜コイルバネである請求項１のシールアセンブリ。
4. 前記２つのキャビティの他方の内部に第２バネを位置付けた請求項１のシールアセンブリ。
5. 前記シール胴部には錠止リングが機械的に係合する請求項１のシールアセンブリ。
6. 前記錠止リングが、切り欠きに隣り合って位置付けたカンチレバー梁を含む請求項５のシールアセンブリ。
7. 前記２つのシールリップが一次シールリップ及び二次シールリップを含み、前記カンチレバー梁が、前記二次シールリップから離間する方向を指向する先端を有する請求項６のシールアセンブリ。
8. 前記２つのシールリップが一次シールリップ及び二次シールリップを含み、前記カンチレバー梁が、前記二次シールリップの方向を指向する先端を有する請求項６のシールアセンブリ。
9. シールアセンブリの製造方法であって、
   相互に反対方向を指向する先端を各々含む２つのシールリップによりその各々が部分的に画定される２つのキャビティを含むシール胴部を形成すること、
   前記２つのキャビティの少なくとも一方の内部にバネを配置すること、
   前記２つのキャビティの一方を部分的に画定するように錠止リングをシール胴部に係合させること、
   を含む方法。
10. シールアセンブリを被シール装置のシールキャビティ内に配置することを更に含む請求項９の方法。
11. 前記シール胴部が単独形成される請求項９の方法。
12. 前記バネが傾斜コイルバネである請求項９の方法。
13. 前記２つのキャビティの他方の内部に配置した第２バネを更に含む請求項９の方法。
14. 前記２つのシールリップが一次シールリップ及び二次シールリップを含み、前記二次シールリップから離間する方向を指向する先端を有するカンチレバー梁を有する請求項９の方法。
15. 前記２つのシールリップが一次シールリップ及び二次シールリップを含み、前記二次シールリップ方向を指向する先端を有するカンチレバー梁を有する請求項９の方法。
16. シールアセンブリであって、
    第１シールリップ及び第２シールリップにより各々画定される２つのキャビティを含み、第１材料から作製したシール胴部と、
    該シール胴部に取り付けられ、第２材料から作製した錠止リングにして、前記２つのキャビティの一方の一部を形成する錠止リングと、
    を含み、
    前記第１シールリップが前記第２シールリップとは反対方向を指向するシールアセンブリ。
17. 錠止リングがカンチレバー梁と、切り欠きとを含む請求項１６のシールアセンブリ。
18. カンチレバー梁が先端を含み、該先端が第２シールリップの方向を指向する請求項１７のシールアセンブリ。
19. カンチレバー梁が先端を含み、該先端が第２シールリップから離間する方向を指向する請求項１７のシールアセンブリ。
20. 前記２つのキャビティの一方の内部に位置付けた傾斜コイルバネを更に含む請求項１６のシールアセンブリ。

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