JP2014070737A - 摩耗を補償する封止リング組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】封止組立体のコンポーネントが摩耗するので、従来のセグメント化された封止リング組立体は、長期に亘って一定の封止を維持することができなかった。
【解決手段】往復ピストンシステム用の封止組立体２１０は、封止リング２１２の一部分の当初の幅を、カバーリング２１４の環状凹部２１９の幅よりも大きくすることによって、封止組立体２１０のリングコンポーネントの間における不均一な摩耗率を補償する。ここで、封止リング２１２の上記部分は、カバーリング２１４の隙間２１８と少なくとも部分的に重複するが、封止リング２１２の隙間２１６とは重複しない。
【選択図】図６Ａ

Description

本発明は、往復動するピストンまたはシャフトのための封止組立体に関し、この封止組立体は、該封止組立体のコンポーネント間における不均一な摩耗率を補償する。

本技術分野において、往復動式の圧縮装置およびポンプ装置のためのセグメント化された組立体が、広く知られている。公知のセグメント化された封止リング組立体は、往々にして、例えばカバーリングおよび封止リングといった、複数の部材を備える。これら部材は、該部材に加えられる圧力の相違に起因して、時間とともに異なる比率で摩耗する傾向がある。往復ピストンシステムにおいて、封止組立体のリングの摩耗率は、該リングの各々が摺動面（例えば、シリンダシャフトの内部）と接触したときに該リングに生じる接触応力に比例する。この接触応力は、封止された圧力、より正確には、封止組立体における圧力差に比例する。この圧力差が大きくなると、封止組立体に掛かる接触応力も大きくなる。

封止組立体の全寿命に亘って各リングに圧力が掛かることから、上記の圧力差によって、封止リングは、カバーリングよりも速く摩耗する傾向がある。封止リングがカバーリングよりも速く摩耗する傾向は、本技術分野において、「優先摩耗（ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｗｅａｒ）」として言及される。優先摩耗は、時間とともに、封止リングとカバーリングとの間を空ける隙間をもたらす。なお、この作用については、後述する。この課題は、従来技術に係る技術文献「乾式水素圧縮機の能力に対するピストンリングデザインの影響」（Ｎｏｒｂｅｒｔ Ｆｅｉｓｔｅｌ博士、スイス国ウィンタートゥールのＢｕｒｃｋｈａｒｄｔ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ＡＧ社により出版）にて認識されている。このような従来技術に係る１つの装置が、米国特許公報第４，１８５，８４２号公報に開示されている。この特許文献は、断面Ｌ字状のカバーリングおよび封止リングを備える封止組立体を教示している。

カバーリングにおける隙間は、漏れを許容し得るものであって、これは、封止リングがカバーリングの隙間を覆うことを除いて、突合継手リングと類似している。同様に、封止リングにおける隙間は、漏れを許容し得るものであって、これは、カバーリングが封止リングの隙間を覆うことを除いて、突合継手リングと類似している。それ故に、まず、封止組立体は、一組のリングとして、シャフトまたはピストンの周縁全体を封止可能である。封止組立体に作用する圧力差は、新しい場合、カバーリングの隙間の例外を除いて、比較的に均一である。なお、この隙間において、封止リングは曝され、且つ自身で全ての封止を担う。この位置において、優先摩耗が発生し始める。封止リングは、この位置で全圧力差に曝され、故に、カバーリングは、この位置で封止を行うことがない。封止リングは、この位置で該封止リングに亘る圧力差を受け、且つ、カバーリングはこの圧力差を受けないので、封止リングに作用する接触応力は、カバーリングに作用する接触応力よりも遥かに大きくなる。このため、封止リングの摩耗率は、カバーリングよりも遥かに大きくなる。封止リングが摩耗し始めるのに伴って、カバーリングと封止リングとの間で、周方向の隙間が空くことになる。これは、封止リングが単体として全ての封止を提供している径方向位置を増加させる効果をもたらす。

径方向隙間の径方向長さが増加するにつれて、カバーリングは、結果として、如何なる封止も提供することはなく、カバーリングに亘る圧力差と、カバーリングに作用する接触応力は、減衰し、カバーリングの摩耗率は、減少する。カバーリングと封止リングとの間の周方向隙間のサイズは、該隙間が周方向において完全に封止されるまで、増大し続ける。このように、封止リングは、突合継手リングに類似することになり、封止リングにおいて隙間内にガスが流入するのを許容する。

他の関連する従来技術文献には、米国特許出願Ｎｏ．２００３／０００６５６２号公報、米国特許Ｎｏ．６，３２２，０８０号公報が含まれる。米国特許出願Ｎｏ．２００３／０００６５６２号公報は、同心状の舌部と溝部の構成を備えた封止組立体を開示している。舌部と溝部の構成は、封止組立体を構成するために、２つのリングを互いに機械的に結合している。この構成により、２つのリングは、封止リング上の摩耗がカバーリングに対して圧力の方向に力を発生しようとすべく、互いに結合される。効果においては、封止リングは、カバーリングをシャフトまたはシリンダ内へ「引く」。封止リングは、このシャフトまたはシリンダに対して、走行する。そうすることによって、カバーリングは、移動しているシャフトまたはシリンダに対して押圧し、摺動面に対するカバーリングの接触ストレスを増大するとともに、摺動面に対する封止リングの接触ストレスを減少させる。このような方法で２つのリングを互いに結合することによって、不均一なリング摩耗を最小限とすることができる。しかしながら、この構造において舌部と溝部の構成があることによって、封止リングの舌部の部分に、せん断ストレスの集中を生じさせ、封止組立体の故障をもたらす。米国特許Ｎｏ．６，３２２，０８０号公報は、封止リングキャップの領域に向かって厚さが減ずる径方向の壁厚さを有する封止リングを開示している。本発明とは反対に、この装置の封止リングのみが、カバーリングではなく摺動面（すなわち、ピストンの移動シャフト）と接触する。

本発明によって対処される主な課題は、封止組立体のコンポーネントが摩耗することにより、公知のセグメント化された封止リング組立体が長期に亘って一定の封止を維持することができないことにある。

一局面において、本発明は、以下の構成を備える封止組立体を提供することによって、従来技術の欠点に対処する。この封止組立体は、封止リング隙間と、封止リング内壁と、該封止リング内壁とは反対側に位置する封止リング外壁と、封止リング径方向幅を有する封止リング上壁と、該封止リング上壁とは反対側に位置する封止リング底壁とを有する封止リングと、カバーリング隙間と、カバーリング内壁と、該カバーリング内壁とは反対側に位置するカバーリング外壁と、カバーリング上壁と、該カバーリング上壁とは反対側に位置するカバーリング底壁と、該カバーリング底壁とは反対側に位置する床を含む環状凹部と、カバーリング内壁およびカバーリング外壁のうちの一方とは反対側に位置する凹部壁とを有するカバーリングとを備える。封止リング内壁および封止リング外壁のうちの一方は、封止壁である。床は、凹部径方向幅を有し、凹部壁より先端側に位置する封止端部を含む。封止リングおよびカバーリングは、組み立て位置を有し、該組み立て位置において、封止リングは、カバーリングの環状凹部に配置される。封止リング隙間は、カバーリング隙間と重複しない。封止リングおよびカバーリングは、組み立て位置に配置されたときに、第１領域と第２領域とを形成する。第１領域は、封止リング隙間と重複し、且つ、カバーリング隙間と重複しない。第２領域は、カバーリング隙間と重複し、且つ、封止リング隙間と重複しない。凹部径方向幅は、第２領域において、封止リング径方向幅よりも小さい。

他の局面において、本発明は、以下の構成を備える装置を提供することによって、従来技術の欠点に対処する。この装置は、シリンダと、シリンダ内に配置され、該シリンダ内で往復動するように構成されたピストンとを備える。ここで、ピストンは、上述の封止組立体を少なくとも１つ有し、該少なくとも１つの封止組立体の各々は、環状の溝部に配置される。

さらに他の局面において、本発明は、以下の構成を備える装置を提供することによって、従来技術の欠点に対処する。この装置は、シリンダと、シリンダ内に配置され、該シリンダ内で往復動するように構成されたシャフトとを備える。ここで、シリンダは、上述の封止組立体を少なくとも１つ有し、少なくとも１つの封止組立体の各々は、環状の溝部に配置される。

本開示によって、以下に詳細に説明するように、本発明のさらなる態様を提示する。

態様１として、封止組立体は、封止リング隙間と、封止リング内壁と、該封止リング内壁とは反対側に位置する封止リング外壁と、封止リング径方向幅を有する封止リング上壁と、該封止リング上壁とは反対側に位置する封止リング底壁とを有する封止リングと、カバーリング隙間と、カバーリング内壁と、該カバーリング内壁とは反対側に位置するカバーリング外壁と、カバーリング上壁と、該カバーリング上壁とは反対側に位置するカバーリング底壁と、該カバーリング底壁とは反対側に位置する床を含む環状凹部と、カバーリング内壁およびカバーリング外壁のうちの一方とは反対側に位置する凹部壁とを有するカバーリングとを備える。封止リング内壁および封止リング外壁のうちの一方は、封止壁である。床は、凹部径方向幅を有し、凹部壁より先端側に位置する封止端部を含む。封止リングおよびカバーリングは、組み立て位置を有し、該組み立て位置において、封止リングは、カバーリングの環状凹部に配置される。封止リング隙間は、カバーリング隙間と重複しない。封止リングおよびカバーリングは、組み立て位置に配置されたときに、第１領域と第２領域とを形成する。第１領域は、封止リング隙間と重複し、且つ、カバーリング隙間と重複しない。第２領域は、カバーリング隙間と重複し、且つ、封止リング隙間と重複しない。凹部径方向幅は、第２領域において、封止リング径方向幅よりも小さい。

態様２として、態様１および３〜１０のいずれかに係る封止組立体において、第１領域は、封止リング隙間の中点から、時計回り方向および反時計回り方向に、少なくとも１５°のラジアル角度だけ延在する。

態様３として、態様１、２、および４〜１０のいずれかに係る封止組立体において、封止壁は、第２領域において、環状凹部の床の封止端部を越えて突出する。

態様４として、態様１〜３、および５〜１０のいずれかに係る封止組立体において、凹部径方向幅は、第１領域において、封止リング径方向幅以下である。

態様５として、態様１〜４、および６〜１０のいずれかに係る封止組立体において、カバーリングの、第１領域に配置されている部分の弧長は、封止組立体の径方向幅の少なくとも５倍である。

態様６として、態様１〜５、および７〜１０のいずれかに係る封止組立体において、カバーリングの、第１領域に配置されている部分の弧長は、封止組立体の径方向幅の８倍〜１０倍である。

態様７として、態様１〜６、および８〜１０のいずれかに係る封止組立体において、封止リング径方向幅は、第１領域および第２領域に亘って一定である。

態様８として、態様１〜７、９、および１０のいずれかに係る封止組立体において、環状凹部は、矩形の断面を有する。

態様９として、態様１〜８、および１０のいずれかに係る封止組立体において、封止リングは、矩形の断面を有する。

態様１０として、態様１〜９のいずれかに係る封止組立体は、封止リングおよびカバーリングが組み立て位置に配置されたときに、カバーリングに対する封止リングの回転を防止するための手段をさらに備える。

態様１１として、態様１〜１０のいずれかに係る封止組立体において、カバーリングの、第１領域に配置されている部分の弧長は、封止組立体の径方向幅の１５倍以下、好ましくは１０倍以下である。

態様１２として、態様１〜６、および８〜１１のいずれかに係る封止組立体において、凹部径方向幅は、第１領域および第２領域に亘って一定である。

態様１３として、態様１〜１２のいずれかに係る封止組立体において、第１領域は、封止リング隙間の中点から、該封止リング隙間の周方向の両端部を越えるまで、時計回り方向および反時計回り方向に、所定のラジアル角度だけ延在する。

態様１４として、装置は、シリンダと、シリンダ内に配置され、該シリンダ内で往復動するように構成されたピストンとを備える。ここで、ピストンは、態様１〜１２のいずれかに係る封止組立体を少なくとも１つ有し、該少なくとも１つの封止組立体の各々は、環状の溝部に配置される。

態様１５として、装置は、シリンダと、シリンダ内に配置され、該シリンダ内で往復動するように構成されたシャフトとを備える。ここで、シリンダは、態様１〜１０のいずれかに係る封止組立体を少なくとも１つ有し、少なくとも１つの封止組立体の各々は、環状の溝部に配置される。

従来技術に係る第１の封止組立体の分解図であって、この封止組立体は、シリンダの内部を封止するためのものである。 組み立てた状態の図１Ａの封止組立体を、低圧側から見た底面図である。 図１Ａに示す、従来技術に係る封止組立体の部分断面図であって、この封止組立体は、典型的な往復ピストンシステムに設置されており、封止組立体のコンポーネントが摩耗する前の状態を示す。 図２Ａの封止組立体の部分断面図であって、封止組立体のコンポーネントが摩耗した後の状態を示す。 従来技術に係る第２の封止組立体の分解図であって、この封止組立体は、シャフト上で封止するためのものである。 組み立てた状態の図３Ａの封止組立体の底面図である。 図３Ａに示す、従来技術に係る封止組立体の部分断面図であって、この封止組立体は、典型的な往復ピストンシステムに設置されており、封止組立体のコンポーネントが摩耗する前の状態を示す。 図４Ａの封止組立体の部分断面図であって、封止組立体のコンポーネントが摩耗した後の状態を示す。 本発明の第１の実施形態に係る封止組立体を、低圧側から見た底面図である。 図５Ａに示す封止組立体の上面図である。 図５Ｂに示す封止組立体を、図５Ｂの線６Ａ−６Ａに沿って切断した部分断面図であって、この封止組立体は、典型的な往復ピストンシステムに設置されており、封止組立体のコンポーネントが摩耗する前の状態を示す。 図６Ａの封止組立体の部分断面図であって、封止組立体のコンポーネントが摩耗した後の状態を示す。 本発明の第２の実施形態に係る封止組立体の部分断面図であって、封止組立体のコンポーネントが摩耗する前の状態を示す。 図７Ａの封止組立体の部分断面図であって、封止組立体のコンポーネントが摩耗した後の状態を示す。 本発明の第３の実施形態に係る封止組立体の底面図である。

以下の詳細な説明は、好ましい例示的実施形態を提供するのみであって、本発明の範囲、応用性、または構成を限定することを意図するものではない。むしろ、以下の例示的実施形態の詳細な説明は、本発明の好ましい例示的実施形態を実施可能とするための説明を、当業者に提供するものである。本発明の概念および範囲を逸脱することなく、要素の配置および機能において種々の変更を加えることができる点を理解されたい。

本発明の説明を補助するために、本発明の部分を説明すべく、方向を表す語を明細書および特許請求の範囲において使用し得る（例えば、上、下、左、右等）。これらの方向を表す語は、本発明の説明および特許請求を補助することを意図しただけのものであって、如何なる事項であっても本発明を限定することを意図したものではない。また、添付の図面に関連して明細書にて用いられている参照符号は、他の特徴のための文脈を提供するために、明細書において追加の説明をすることなく、１以上の後続の図面において繰り返し使用される。

本稿で使用されているように、「径方向」、「径方向に」との語は、半径に沿って形成された長さを言及している。

上述したように、本発明によって対処される主な課題は、封止組立体のコンポーネントが摩耗するので、公知のセグメント化された封止リング組立体が長期に亘って一定の封止を維持することができないことにある。

図１Ａ〜図２Ｂは、従来技術の第１の実施形態に係る封止組立体１０を示す。図３Ａ〜図４Ｂは、従来技術の第２の実施形態に係る封止組立体１１０を示す。なお、図３Ａ〜図４Ｂに示す実施形態においては、第１の実施形態と共通の要素は、第１の実施形態の参照符号に１００を加算した参照符号によって示されている。例えば、図１Ａ〜図２Ｂの実施形態における封止リング１２は、図３Ａ〜図４Ｂの実施形態における封止リング１１２に対応する。説明を簡潔とするために、第１の実施形態と共通の、第２の実施形態におけるいくつかの要素は、図３Ａ〜図４Ｂにおいて符号が付されてはいるが、明細書においては説明を省略する。従来技術に係る封止組立体１０、１１０は、発明の詳細な説明に含まれている。何故ならば、封止組立体１０、１１０は、本稿にて提示される本発明の例示的実施形態といくつかの特徴を共有しており、それ故に、本発明の理解を促進させることができるからである。

図１Ａは、封止組立体１０の分解図を示す。封止組立体１０は、封止リング１２とカバーリング１４とを備える。図１Ｂに示すように、カバーリング１４は、環状凹部１９を有しており、封止リング１２は、封止組立体１０が組み立てられたときに、環状凹部１９に配置される。この実施例においては、環状凹部１９は、矩形の断面領域を有しており、凹部壁２１と直交する凹部床２０を含む。封止リング１２は、該封止リング１２に配置される封止リング隙間１６を有する。また、カバーリング１４は、該カバーリング１４に配置されたカバーリング隙間１８を有する。この実施形態においては、図１Ｂに特に示すように、これら隙間１６、１８は、互いに反対側（すなわち、相手から１８０°の位置）となるように、正確に配置されている。このように隙間１６、１８が互いに反対側となる配置は、封止リング１２またはカバーリング１４に少なくとも１つの突部（図示せず）を設けること、および、封止リング１２またはカバーリング１４に相補的形状を有する少なくとも１つの受け部（図示せず）を設けることによって、維持され得る。封止組立体１０がピストン３４の周りに設置され、シリンダ３６内に配置されると（図２Ａを参照のこと）、隙間１６、１８は、僅かに圧縮される。こうして、自己バネ力がリング１２、１４内に生成され、この力により、リング１２、１４が、シリンダ３６の内面を外方へ押圧する。これにより、リング１２、１４とシリンダ３６との間の封止の性能を向上させる。

封止リング１２は、封止リング内壁２２、封止リング外壁２４、封止リング底壁２３、および封止リング上壁２５を有する。封止リング１２は、矩形の断面を有する。封止リング１２が環状凹部１９に配置されると、封止リング１２の封止リング上壁２５は、カバーリング１４の凹部床２０と当接し、封止リング１２とカバーリング１４とが対面する外周縁に、封止端部２７を形成する。カバーリング１４は、カバーリング内壁２６、カバーリング外壁２８、カバーリング底壁３３、およびカバーリング上壁３７を有する。この実施形態においては、封止リング外壁２４は、封止壁３０を形成し、カバーリング外壁２８は、封止壁３２を形成する。

図２Ａは、封止組立体１０の部分断面図を示しており、この封止組立体１０は、典型的な往復ピストンシステムに設置され、摩耗が殆どない（または全くない）状態を示している。図示のように、封止組立体１０は、ピストン３４に形成された環状凹部４０内に設置されており、シリンダ３６によって環囲されている。ピストン３４は、シリンダ３６内を往復動する。ピストン３４の環状凹部４０は、高さ４２および幅４４を有する。封止組立体１０は、高さ３８および径方向の幅３９を有する。封止リング１２は、高さ４６および径方向の幅４８を有する。そして、カバーリング１４の環状凹部１９は、高さ４６および径方向の幅４９を有する。封止組立体１０の全体の高さ３８と、封止リング１２の高さ４６との差は、参照符号５０によって示されている。この実施形態においては、この高さ５０は、カバーリング外壁２８の高さに相当する。ピストン３４の外径５４は、ピストン３４の共通の中心線３５とシリンダ３６との間で計測され、シリンダ３６の内径５２は、この中心線３５から計測される。これら２つの直径５２、５４の間の差は、ピストン３４とシリンダ３６との間の隙間５６のサイズと等しくなる。この実施例においては、封止壁３０、３２は、ピストン３４とシリンダ３６との間の隙間を封止している。

封止組立体１０に如何なる摩耗が発生する前は、封止組立体１０の径方向幅３９は、均一である。何故ならば、カバーリング１４の環状凹部１９の径方向幅が、封止組立体１０の全周に亘って、封止リング１２の径方向幅４８と（隙間１６、１８は例外として）同じとなっているからである。上述のように、封止組立体１０が摩耗し始めるにつれて、封止リング外壁２４は、カバーリング外壁２８よりも高い比率で摩耗する。換言すれば、封止リング１２の径方向幅４８のサイズは、カバーリング１４の環状凹部１９の径方向幅４９よりも速く減少する。結果的に、図２Ｂに示すように、環状凹部１９の凹部壁２１と、封止リング内壁２２との間で、隙間５８が開き始める。図２Ｂにおいて、カバーリング１４の摩耗部分６０の幅と、封止リング１２の摩耗部分６２の幅が、図示されている。実際上は、参照符号６０、６２は、封止リング１２またはカバーリング１４の摩耗部分の全幅を、正確に示してはいない。何故ならば、環状凹部４０内のリング１２、１４の位置は、リング１２、１４の隙間１６、１８によって発生される自己バネ力に起因して、時間とともに変化するからである。上述のように、この実施形態においては、カバーリング１４と封止リング１２との間の周方向の隙間５８のサイズは、封止組立体１０全体を周回するまで、増大し続ける。そして、気体が隙間５８を通って自由に流れることになるので、封止組立体１０は、故障し始めてしまう。

図３Ａは、従来技術に係る封止組立体１１０の分解図を示す。この実施形態においては、封止組立体１１０が配置される環状凹部１４０は、ピストン１３４の代わりに、シリンダ１３６に配置されている。カバーリング１１４の環状凹部１１９は、カバーリング１１４の内側部に（すなわち、カバーリング内壁１２６の近傍に近接して）配置されている。したがって、この実施形態においては、封止リング１１２の封止壁１３０は、封止リング内壁１２２に相当し、カバーリング１１４の封止壁１３２は、カバーリング内壁１２６に相当する。それ以外の点に関しては、従来技術の実施形態に係る封止組立体１１０は、図１Ａ〜図２Ｂの封止組立体の実施形態と機能的に同等であり、当業者であれば、封止組立体１１０が封止組立体１０と同様の摩耗問題を生じる傾向があることを、理解されるであろう。

説明と図面を簡略化するために、図２Ａ〜図２Ｂには、１つのみの封止組立体１０が示されており、図４Ａ〜図４Ｂには、１つのみの封止組立体１１０が示されている。しかしながら、往復ピストンのアプリケーションにおいては複数の封止組立体１０を１つのピストン３４に設けること、または、往復シャフトのアプリケーションにおいては複数の封止組立体１１０を１つのシャフト１３６に設けることが一般的であることを、理解されたい。

図５Ａ〜図６Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る封止組立体２１０を示す。図５Ａ〜図６Ｂに示す実施形態においては、封止組立体１０の実施形態と共通の要素は、封止組立体１０の参照符号に２００を加算した参照符号によって、示されている。例えば、図５Ａ〜図６Ｂの実施形態における封止リング２１２は、図１Ａ〜図２Ｂの実施形態における封止リング１２に対応する。説明を簡潔とするために、上述の実施形態と共通の、本実施形態におけるいくつかの要素は、図５Ａ〜図６Ｂにおいて符号が付されてはいるが、明細書においては説明を省略する。

図６Ａを参照して、封止リング２１２は、第１領域２６８と第２領域２７０とを備えるように製造される。第１領域２６８においては、環状凹部２１９の凹部径方向幅２４９は、封止リング２１２の径方向幅２４８と同じとなっており、第２領域２７０においては、環状凹部２１９の凹部径方向幅２４９は、封止リング２１２の径方向幅２４８よりも小さくなっている。これにより、封止リング２１２の封止壁２３０は、第２領域２７０においてはカバーリング外壁２２８を越えて突出するが、第１領域２６８においてはカバーリング外壁２２８から突出しない。

この例示的実施形態においては、環状凹部２１９の凹部径方向幅２４９は、第２領域２７０において、封止リング２１２の径方向幅２４８よりも小さくするために、縮減されている。したがって、封止リング２１２の径方向幅２４８は、全周に亘って一定となっている。なお、代替的には、封止リング２１２の径方向幅２４８を第２領域において増加させ、且つ、環状凹部２１９の凹部径方向幅２４９を全周に亘って一定としてもよい。

この実施形態においては、封止リング外壁２２４は、封止壁２３０である。したがって、環状凹部２１９と封止リング２１２の径方向幅の差によって、封止リング外壁２２４が、カバーリング外壁２２８を越えて外方へ突出する。（封止組立体１１０のように）封止リング内壁２２２が封止壁となっている実施形態においては、環状凹部２１９と封止リング２１２の径方向幅の差によって、封止リング内壁２２２が、カバーリング内壁２２６を越えて内方へ突出する。

第１領域２６８は、封止リング隙間２１６の位置と重複している。したがって、カバーリング２１４の封止壁２３２は、以下の領域において、封止シリンダ２３６と接触する。すなわち、この領域においては、環状凹部２１９の凹部径方向幅２４９が封止リング２１２の径方向幅２４８よりも小さくなっている場合、封止リング隙間２１６が形成されていることによって、気体が封止組立体２１０を通過可能となる。本稿で詳細に説明するように、第一領域２６８は、好ましくは、封止リング隙間２１６の位置を越えて延在する。

図６Ｂを参照して、封止組立体２１０が摩耗し始めるにつれて、第２領域２７０における、封止リング２１２の径方向幅２４８の当初の「オーバーサイズ」は、リング２１２、２１４の摩耗率の差を補償し、環状凹部２１９の凹部壁２２１と封止リング内壁２２２との間に隙間が形成されてしまうのを防止する。封止リング２１２が優先的に摩耗することによって、第２領域２７０における、環状凹部２１９の凹部径方向幅２４９と封止リング２１２の径方向幅２４８との間の差が、徐々に減少することになる。結果として、図６Ｂに示すように、環状凹部２１９の凹部径方向幅２４９は、封止リング２１２の径方向幅２４８と同じとなる。

封止すべき流体の圧力は、カバーリング２１４によって封止リング２１２に対して負荷を与えるために用いられ、これにより、２つのリング２１２、２１４の間に隙間が形成されることがない。仮に、２つのリング２１２、２１４の間に隙間が形成され始めたとすると、封止リング２１２に作用する接触力は、減少し始める一方で、カバーリング２１４に作用する接触力は、増加し始める。これにより、隙間のサイズを減少させる傾向が生じる。したがって、封止組立体２１０の構成によって、封止リング２１２とカバーリング２１４との間に隙間が形成される前に、封止組立体２１０に、より多くの摩耗を生じさせることを可能とする。これにより、封止組立体２１０は、封止組立体１０、１１０よりも長い動作寿命を有することが可能となる。

再度、封止組立体２１０の底面図と上面図をそれぞれ示す図５Ａおよび図５Ｂを参照して、この実施形態においては、封止リング２１２の径方向幅２４８は、封止組立体２１０の全周の約８５％の周方向領域にて、環状凹部２１９の凹部径方向幅２４９よりもサイズが大きくなっている。なお、この周方向の部分は、カバーリング隙間２１８を中心として配置されている。封止リング２１２の径方向幅２４８の当初のサイズが環状凹部２１９の凹部径方向幅２４９よりも大きく形成されている、封止組立体２１０の周方向部分は、第２領域２７０を画定する。セクター２６７の円の円周は、第２領域２７０と、封止組立体２１０の周縁の中心点２６４から、径方向幅２４８と凹部径方向幅２４９が等しくなっている封止組立体２１０の周縁上の点まで、放射状に延びる２本の線とによって、画定される。

封止リング２１２の径方向幅２４８の当初のサイズが環状凹部２１９の凹部径方向幅２４９と同じとなっている、封止組立体２１０の周方向部分は、第１領域２６８を画定している。この実施形態においては、第１領域２６８は、好ましくは、封止リング隙間２１６の中点２７４を中心として配置され、中点２７４から時計回り方向および反時計回り方向に、約３０°のラジアル角度で延在する。

上述したように、第１領域２６８は、少なくとも、封止リング隙間２１６の幅に相当する、封止組立体２１０の周方向部分に亘って、延在することが好ましい。セクター２６６の円の円周は、第１領域２６８と、中心点２６４から封止リング隙間２１６の端部まで放射状に延びる２本の線とによって、画定される。この実施形態においては、第１領域２６８および第２領域２７０の結合された長さは、封止組立体２１０の全周を含む。

カバーリング２１４の、第１領域２６８に属する部分の弧長は、少なくとも、封止組立体２１０の径方向幅２３９の５倍であることが好ましい。より好ましくは、カバーリング２１４の、第１領域２６８に属する部分の弧長は、封止組立体２１０の径方向幅２３９の８倍〜１０倍の範囲である。

図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る封止組立体３１０を示す。図７Ａおよび図７Ｂに示す実施形態においては、封止組立体１１０、２１０の実施形態と共通の要素は、これら実施形態の参照符号に１００および２００をそれぞれ加算した参照符号によって示されている。説明を簡潔とするために、第１の実施形態と共通の、第２の実施形態におけるいくつかの要素は、図７Ａおよび図７Ｂにおいて符号が付されてはいるが、明細書においては説明を省略する。また、例えば径方向幅２３９のような、第１の実施形態に係る封止組立体２１０に関して記載された寸法要素の多くは、図７Ａもしくは図７Ｂに図示されず、または、第２の実施形態に係る封止組立体３１０に関して記載されてはいない。しかしながら、これら寸法要素も、第２の実施形態に係る封止組立体３１０に含まれているものと理解されたい。

図７Ａは、第２の実施形態に係る封止組立体３１０の部分断面図を示す。封止組立体３１０は、シリンダ３３６内を往復動するように構成されたシャフト３３４を封止する。この実施形態においては、環状凹部３４０は、シリンダ３３６に配置されており、この環状凹部３４０内に、封止組立体３１０が配置されている。カバーリング３１４の環状凹部３１９は、カバーリング３１４の内側部に（すなわち、カバーリング内壁３２６に近接して）配置されている。したがって、この実施形態においては、封止リング３１２の封止壁３３０は、封止リング内壁３２２に相当し、カバーリング３１４の封止壁３３２は、カバーリング内壁３２６に相当する。それ以外の点に関しては、当業者によって理解されるように、第２の実施形態に係る封止組立体３１０は、図５Ａ〜図６Ｂに示す第１の実施形態に係る封止組立体２１０と機能的に同等である。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る封止組立体４１０の底面図を示す。この封止組立体４１０は、封止リング隙間４１６を有する封止リング４１２と、カバーリング隙間４１８を有するカバーリング４１４とを備える。この実施形態においては、リング４１２、４１４が互いに対して回転するのを防止するために、封止組立体４１０は、カバーリング４１４に対する封止リング４１２の回転を防止するための手段を備える。これにより、封止リング隙間４１６の位置は、カバーリング隙間４１８とは反対の位置に維持されることになる。この実施形態においては、このような手段は、カバーリング４１４の全周に亘って延在しない環状凹部４１９を、カバーリング４１４に設けることを含む。これにより、隆起部４８０がカバーリング４１４に形成される。封止リング４１２とカバーリング４１４が組み立てられた場合、封止リング隙間４１６は、カバーリング４１４の隆起部４８０の側方に位置するように、配置される。これにより、カバーリング４１４に対する封止リング４１２の回転を防止することができる。他の実施例に係る、カバーリング４１４に対する封止リング４１２の回転を防止するための手段は、ピンとスロットの構造を使用することを含む。なお、ピンは、双方の部材に挿通されてもよい。または、カバーリング４１４に対する封止リング４１２の回転を防止するための手段は、２つのリングの相対回転を防止するための他の手段を含んでもよい。

以上、本稿にて説明されたシステムおよび／または方法の例示的実施例について説明してきたが、当業者であれば、本稿で述べたシステムおよび方法の斬新な教示および利点から実質的に逸脱することなく、例示的実施形態において追加的な修正を加えることができる点を、容易に理解されるであろう。したがって、これらの、および全てのこのような修正は、本稿で述べたシステムおよび／または方法の範囲内に含まれるように意図されたものである。本稿で述べたシステムおよび／または方法は、添付の例示的な特許請求の範囲によって、より明確に定義され得る。

Claims (15)

1. 封止リング隙間と、封止リング内壁と、該封止リング内壁とは反対側に位置する封止リング外壁と、封止リング径方向幅を有する封止リング上壁と、該封止リング上壁とは反対側に位置する封止リング底壁とを有する封止リングと、
   カバーリング隙間と、カバーリング内壁と、該カバーリング内壁とは反対側に位置するカバーリング外壁と、カバーリング上壁と、該カバーリング上壁とは反対側に位置するカバーリング底壁と、該カバーリング底壁とは反対側に位置する床を含む環状凹部と、前記カバーリング内壁および前記カバーリング外壁のうちの一方とは反対側に位置する凹部壁とを有するカバーリングと、を備え、
   前記封止リング内壁および前記封止リング外壁のうちの一方は、封止壁であり、
   前記床は、凹部径方向幅を有し、前記凹部壁より先端側に位置する封止端部を含み、
   前記封止リングおよび前記カバーリングは、組み立て位置を有し、該組み立て位置において、前記封止リングは、前記カバーリングの前記環状凹部に配置され、
   前記封止リング隙間は、前記カバーリング隙間と重複せず、
   前記封止リングおよび前記カバーリングは、前記組み立て位置に配置されたときに、第１領域と第２領域とを形成し、
   前記第１領域は、前記封止リング隙間と重複し、且つ、前記カバーリング隙間と重複せず、
   前記第２領域は、前記カバーリング隙間と重複し、且つ、前記封止リング隙間と重複せず、
   前記凹部径方向幅は、前記第２領域において、前記封止リング径方向幅よりも小さい、封止組立体。
2. 前記第１領域は、前記封止リング隙間の中点から、時計回り方向および反時計回り方向に、少なくとも１５°のラジアル角度だけそれぞれ延在する、請求項１に記載の封止組立体。
3. 前記封止壁は、前記第２領域において、前記環状凹部の前記床の前記封止端部を越えて突出する、請求項１または２に記載の封止組立体。
4. 前記凹部径方向幅は、前記第１領域において、前記封止リング径方向幅以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の封止組立体。
5. 前記カバーリングの、前記第１領域に配置されている部分の弧長は、前記封止組立体の径方向幅の少なくとも５倍、好ましくは８倍である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の封止組立体。
6. 前記カバーリングの、前記第１領域に配置されている部分の弧長は、前記封止組立体の径方向幅の１５倍以下、好ましくは１０倍以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の封止組立体。
7. 前記カバーリングの、前記第１領域に配置されている部分の弧長は、前記封止組立体の径方向幅の８倍〜１０倍である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の封止組立体。
8. 前記封止リング径方向幅は、前記第１領域および前記第２領域に亘って一定である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の封止組立体。
9. 前記凹部径方向幅は、前記第１領域および前記第２領域に亘って一定である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の封止組立体。
10. 前記環状凹部は、矩形の断面を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の封止組立体。
11. 前記封止リングは、矩形の断面を有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の封止組立体。
12. 前記封止リングおよび前記カバーリングが前記組み立て位置に配置されたときに、前記カバーリングに対する前記封止リングの回転を防止するための手段をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の封止組立体。
13. 前記第１領域は、前記封止リング隙間の中点から、該封止リング隙間の周方向の両端部を越えるまで、時計回り方向および反時計回り方向に、所定のラジアル角度だけ延在する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の封止組立体。
14. シリンダと、
    前記シリンダ内に配置され、該シリンダ内で往復動するように構成されたピストンと、を備え、
    前記ピストンは、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の封止組立体を少なくとも１つ有し、少なくとも１つの前記封止組立体の各々は、環状の溝部に配置される、装置。
15. シリンダと、
    前記シリンダ内に配置され、該シリンダ内で往復動するように構成されたシャフトと、を備え、
    前記シリンダは、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の封止組立体を少なくとも１つ有し、少なくとも１つの前記封止組立体の各々は、環状の溝部に配置される、装置。

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