JP2014514506A - 往復及び回転用途用のシールアセンブリ - Google Patents

Abstract

低圧及び高圧の往復及び回転用途では、シールアセンブリを使用して漏洩を防ぐ。シールアセンブリの一つの実施形態は、かかと部から延び、対向する間隔の空いた環状リップを有する主環状本体を含む。主環状本体は、かかと部を通じて延びる孔を有する。第１スプリングはリップの間に配設され、リップを分離するように付勢する。副環状本体は主環状本体のリップの一方から延びる。副環状本体は基部領域から延びてポケットを形成する、対向する間隔の空いた壁を有する。第２スプリングは、間隔の空いた壁の間のポケットに配設され、壁を分離するように付勢する。アクチュエータ操作の間、加圧された流体は、副環状本体の一方の壁をポンプヘッド表面に対して付勢して面シールを生じさせ、主環状本体のリップの一方をロッド表面に対して付勢してラジアルシールを生じさせる。

Description

本出願は、２０１１年３月１０日に出願された「往復及び回転用途用のシールアセンブリ」と題する係属中の米国仮出願第６１／４５１，２２９号の利益及び優先権を主張し、出願の全体は参照によりここに組み込まれる。

本発明は一般に、ポンプにおいて使用されるシールアセンブリに関する。より詳細には本発明は、往復及び回転用途に役立つ高圧及び低圧シールに関する。

高圧シールは、ポンプが圧力下で流体を移動させるような、液体クロマトグラフィー等のこれらの応用例において漏洩防止になくてはならない役割をはたしている。例えば、液体クロマトグラフィーシステムにおいて、一般に、一つ以上の高圧ポンプは溶媒を取り込み、液体溶媒組成物を、試料が混合物へ注入されるのを待つ試料マネージャに送り込む。高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）システムは、特に、従来、１，０００ｐｓｉ（ｐｏｕｎｄｓ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ）から約６，０００ｐｓｉの範囲の高圧を使用して充填カラムにおける液体クロマトグラフィーに必要とされる流れを生成する。ＨＰＬＣに対し、超性能液体クロマトグラフィー（ＵＰＬＣ）システムでは、より小さい粒子状物質を有するカラム及び１８，０００ｐｓｉに近い高圧を移動相に送り込むために使用する。

一般に、そのような液体クロマトグラフィーの応用例においては、高圧シールはポンプヘッドのパッキン押え内にある。高圧シールの外径（ＯＤ）はパッキン押えの表面を密封し、一方で高圧シールの内径（ＩＤ）はポンプの往復動プランジャを密封する。しかしながら高圧用途に設計された従来のシールのなかには、６，０００ｐｓｉ以上の圧力で漏れるものがみつかっている。

一つの態様において、本発明は、かかと部から延び、対向する間隔の空いた環状リップを有する主環状本体を備えるシールアセンブリを特徴とする。主環状本体は、かかと部を通じて延びる孔を有する。第１スプリングはリップの間に配設され、リップを分離するように付勢する。副環状本体は主環状本体のリップの一方の一端から延びる。副環状本体は基部領域から延びてポケットを形成する、対向する間隔の空いた壁を有する。第２スプリングは、間隔の空いた壁の間のポケットに配設され、壁を分離するように付勢する。

別の態様において、本発明は、可動ロッドと、ロッドを受け入れるためのポンプヘッドと、ポンプヘッドに当接する洗浄ハウジングと、ポンプヘッド又は洗浄ハウジングの一方の中のパッキン押えとを備えるアクチュエータを特徴とする。洗浄ハウジングは、それを介してロッドがポンプヘッドのチャンバ内へ延びる穴を有する。シールアセンブリはパッキン押え内に配設される。シールアセンブリは、対向する間隔の空いた、かかと部から延びるリップを有する主環状本体を備える。主環状本体は、かかと部を通じて延びる孔を有する。孔はロッドを密接に受け入れる寸法とされる。第１スプリングはリップの間に配設され、リップを分離するように付勢する。副環状本体は、主環状本体のリップの一方の一端から延びる。副環状本体は、基部領域から延びてポケットを形成する、対向する間隔の空いた壁を有する。第２スプリングは、間隔の空いた壁の間のポケットに配設され、壁を分離するように付勢する。

さらに別の態様において、本発明は、環状本体を通じて延びる孔を有する環状本体を備えるシールアセンブリを特徴とする。環状本体は外リップに対向し外リップから間隔の空いた内リップを有する。内リップはリップ部を有する。外リップは張り出しリップ部及び張り出しリップ部の後ろのノッチを有する。間隔の空いたリップと張り出しリップ部は共にポケットを画定する。スプリングは、スプリングの負荷線が実質的に外リップの張り出しリップ部のポケット側に及び内リップのリップ部のポケット側に向けられるような角度でポケットに配設される。スプリングは、外リップの張り出しリップ部と内リップのリップ部とを分離するように付勢する。

さらに別の態様において、本発明は、可動ロッドと、パッキン押え及びロッド受け入れチャンバを有するポンプヘッドと、ポンプヘッドに当接する洗浄ハウジングを備えるアクチュエータを特徴とする。洗浄ハウジングは、それを介してロッドがポンプヘッドのチャンバ内へ延びる穴を有する。シールアセンブリはポンプヘッドのパッキン押え内に配設される。シールアセンブリは、ロッドを受け入れるために環状本体を通じて延びる孔を有する環状本体を備える。環状本体は、外リップに対向し外リップから間隔の開いた内リップを有する。内リップはリップ部を有する。外リップは張り出しリップ部及び張り出しリップ部の後ろのノッチを有する。間隔の空いたリップと張り出しリップ部は共にポケットを画定する。スプリングは、スプリングの負荷線が実質的に外リップの張り出しリップ部のポケット側に及び内リップのリップ部のポケット側に向けられるような角度でポケットに配設される。外リップの張り出しリップ部の外表面をポンプヘッドのパッキン押えの表面に付勢して、同時に内リップのリップ部の外表面をロッドの表面に対して付勢する。

本発明の上述のさらなる利点は添付の図面と共に以下の記載を参照することにより、よりよく理解されるであろう。種々の図面において、同様の番号は同様の構成要素及び特徴を示す。図面は必ずしも一定の縮尺ではなく、本発明の原理を例示することに重点が置かれている。

液体クロマトグラフィーの応用例において使用可能なアクチュエータ及びシールアセンブリの実施形態の断面線図である。 シールアセンブリの実施形態の詳細図である。 図２のシールアセンブリの端面図である。 図２のシールアセンブリの側面図である。 図２のシールアセンブリの別の端面図である。 第１方向のシールアセンブリの立体図である。 図３のＡ−Ａ線によるシールアセンブリの断面図である。 図３Ｅにおいて丸で囲まれた領域の詳細図であって、図３Ｅのシールアセンブリの外径上の圧力除去機構を示す図である。 角度のついたスプリングを有するシールアセンブリの別の実施形態の部分の断面図である。 デュアルスプリングシールアセンブリの実施形態の断面図である。 図６のシールアセンブリの端面図である。 図６のシールアセンブリの側面図である。 図６のシールアセンブリの別の端面図である。 図６のシールアセンブリの第１方向の立体図である。 図６のシールアセンブリの第２方向の別の立体図である。 図７ＡのＡ−Ａ線によるシールアセンブリの断面図である。 リングシールよりも小さいバックアップリングを有するデュアルスプリングシールアセンブリの別の実施形態の部分の断面図である。

液体クロマトグラフィーは応用分野の例であり、高圧下において流体を圧送する。従来、高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）は、約１，０００から６，０００ｐｓｉの圧力範囲を採用している。超性能液体クロマトグラフィー（ＵＰＬＣ）を実行するための圧力は、１５，０００から２０，０００ｐｓｉに達するかもしれない。これらの流体圧力のいずれかにおいて動作するポンプ内の漏洩を防止することはクロマトグラフィーの結果の正確さにとって重要なことである。

明細書内に記載されるシールアセンブリの種々の実施形態は、圧力をかけられた流体の漏洩は、そのような漏洩が発生する場合、一般にシールアセンブリの外径（ＯＤ）とＯＤが密閉するパッキン押え表面（一般にポンプヘッド内の）との間の接触圧が十分でなかったことの結果であると思われる、という発見に基づくものである。シールアセンブリ内のばね定数を増加させるとＯＤの密封力を向上させることができるが、この増加させられたばね定数はまた、シールアセンブリの内径（ＩＤ）により提供される密封の効果に、例えば、摩擦、トルク及びシールのすり減りを増大させることなどにより悪い影響も与える可能性があり、それによってシールの寿命を短くしてしまう。

簡単に要約すると、明細書内に記載されるシールアセンブリは一般に、ＩＤシールに悪影響を及ぼすことなくＯＤシールを向上させる。実験によりこれらのシールアセンブリは約１８，０００ｐｓｉで漏洩を防ぐことが示される。シミュレーションにより、これらのシールアセンブリは少なくとも２０，０００ｐｓｉの高圧で漏洩を防ぐことができることが示される。ある実施形態では、シールアセンブリの外径における圧力除去機構を採用する。除去機構を有さないシールアセンブリに比べ、ＯＤとパッキン押え表面との間の除去機構のある場所における接触圧はより低く、ＯＤとパッキン押え表面との間の他の部分における接触圧の相応の増加を伴う。

シールアセンブリの別の実施形態では、パッキン押え表面に対して密閉をするためにＯＤに依拠していない。このタイプのシールアセンブリは、面シールを生み出すヒンジで連結されたリップ部を有する外リップを有する。シールアセンブリのスプリングの角度をつけた負荷線は、パッキン押え表面に対する面シールの接触圧及びプランジャ表面に対するラジアルシールの接触圧に寄与する。

シールアセンブリのさらに別の実施形態は２つの別々のスプリング、ＩＤスプリング及びＯＤスプリング、を採用することによりＯＤとＩＤとの密封要件を分離する。ＩＤスプリングはＩＤとアクチュエータのプランジャ又はシャフトのシールに寄与し、ＯＤスプリングはパッキン押え表面との面シールに寄与する。従って、ＯＤスプリングのばね定数の選択はプランジャのシール寿命に影響せず、ＩＤスプリングのばね定数の選択は面シールに影響を与えない。また、面シールの形状はＯＤの変形を最小限にする。

図１は支持板１４に取り付けられたポンプヘッド１２及び洗浄ハウジング１６を有するアクチュエータ１０の実施形態を示す。一つの実施形態において、アクチュエータ１０は、２つの別々の直列フローポンプを使用してその液溜めから溶媒を引き出して溶媒組成物を送り込むバイナリソルベントマネージャ（ＢＳＭ）の部分である。ＢＳＭの実施例は、マサチューセッツ州ミルフォードのウォーターズコーポレーションにより製造されるＡＣＱＵＩＴＹ ＵＰＬＣバイナリソルベントマネージャである。

ポンプヘッド１２は、チャンバ１８及び洗浄ハウジング当接面２２を含む。ポンプヘッド１２はまた洗浄ハウジング１６を受け入れて一直線の合わせる凹部２４を有する。洗浄ハウジング１６は、液体を集めて、プランジャ表面上に生じるプランジャの全ての微粒子を洗浄するチャンバ２３（図２）を提供する。低圧シールアセンブリ、例えば、洗浄シール１７は、洗浄ハウジング１６内に液体を含むために使用される。チャンバ１８は、流体をそれぞれ受け入れて排出する注入口（図示しない）及び出口（図示しない）を有する。アクチュエータ１０は、モータ２６を有するアクチュエータ本体２５、プランジャ３０に機械的に結合する駆動機構２８及び環状プランジャシール３２も含む。プランジャ３０は洗浄シール１７及び環状プランジャシール３２を通してポンプヘッド１２のチャンバ１８内へと延びる。

例として、プランジャシール３２はポンプヘッド１２のパッキン押え３４内に保持される。他の実施形態においては、プランジャシール３２は洗浄ハウジング１６のパッキン押え内に配設される。プランジャシール３２の内径の表面とプランジャ３０の外周との接触によりＩＤラジアルシールが生じる。プランジャシール３２の外径の一つ以上の表面とパッキン押え３４の表面の接触によりＯＤシールが生じる。往復動アクチュエータ操作中に、チャンバ１８は流体を圧力下で含む。プランジャ３０はチャンバ１８に入ったり出たりし、加圧された流体を注入口から出口へと移動させる。加圧された流体はまた、プランジャシール３２のＯＤ及びＩＤ接触表面も押し付ける。

図１に示されるアクチュエータ１０は、明細書内に記載されるシールアセンブリを内部に使用可能な機械の単なる一実施例である。アクチュエータ１０の要素（例えば、ポンプヘッド１２、パッキン押え３４、洗浄ハウジング１６）は、下記により詳細に記載されるように、プランジャシール３２の異なった実施形態を含むように変形可能である。往復動プランジャと関連して記載されているが明細書内に記載されるシールアセンブリは、固定子にはめられた回転子を回転させたり逆転したりする軸等の回転軸と共に使用可能である。「ロッド」という用語は明細書において、往復動か又は回転かは問わず、プランジャ、軸、ロッド、及びピストンを広く含むように使用される。

図２は、図１のプランジャシール３２の実施形態の詳細図を示す。ポンプヘッド１２は洗浄ハウジング１６に連結される。ポンプヘッド１２のパッキン押え３４はプランジャシール３２を保持する。プランジャシール３２はリングシール４４及びバックアップリング４６を含む。リングシール４４は軟質プラスチックから製造可能であり、バックアップリング４６はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から製造可能である。プランジャ３０は、バックアップリング４６内の孔８０Ａ及びリングシール４４内の孔８０Ｂを通じて延びる。

リングシール４４は各々、かかと部５２から概して直交方向に延びる、間隔の空いた対向リップ部４８、５０を有する。かかと部５２から横方向に延びるのは、拡張フランジ５４である。かかと部５２及び拡張フランジ５４は、バックアップリング４６の一側面に当接する。対向リップ部４８、５０及びかかと部５２は、内部にスプリング５８が配設されるスプリングポケット５６を画定する。他のタイプのスプリングは明細書内に記載される原理を逸脱することなく使用可能であるが、好ましくは、スプリング５８は大きな変位範囲にわたって略一定の力を生じる傾斜コイルタイプのものである。内リップと称される、リップ４８はその内径上に、往復動プランジャ３０の表面を密封する接触表面を有する。外リップと称される、リップ５０はその外径上に、ポンプヘッド１２内でパッキン押え３４の表面を密封する接触表面を有する。外リップ５０の外径は圧力除去機構６８を有し、その形状は、機構付近のパッキン押え３４の表面に対する外径の接触圧を減少するように設計されており、外径の他の位置における接触圧を増加させる。本実施形態において、圧力除去機構６８は、２面が平行な溝に隣接する先端を有するちょうネクタイを半分にした形を有する。

図３Ａから図３Ｄはプランジャシール３２の一実施形態の種々の図を示す。図３Ａは、最初に入り、ポンプヘッド１２のパッキン押え３４に圧入されるプランジャシール３２の端部を示す。プランジャシール３２は、リングシール４４、内リップ４８、外リップ５０、拡張フランジ５４、バックアップリング４６及びスプリングキャビティ８２を通る孔８０Ｂを含む。スプリングキャビティ８２はスプリングポケット５６内に延びる（図２）。Ａ−Ａ断面線は、プランジャシール３２の中心を通過する。

図３Ｂは、外リップ５０の外径内に形成される円周状の圧力除去機構６８を含むプランジャシール３２の側面図を示す。一つの実施形態において、バックアップリング４６の直径は約０．３４２５インチであり、拡張フランジ５４の直径は約０．３２４インチである。

図３Ｃはバックアップリング４６を有する端部からのプランジャシール３２の端面図を示す。孔８０Ａはバックアップリング４６を通じて中央に延びる。図３Ｄは、図の底部にバックアップリング４６を有するプランジャシール３２の立体図を示す。孔８０Ｂはリングシール４４を通じて延びる（図２）。

図３Ｅは、図３Ａに示されるＡ−Ａ線に従うシールアセンブリの断面図を示す。外リップ５０は圧力除去機構６８を有する。孔８０Ａはプランジャシール３２のバックアップリング４６を通じて軸方向に通過し、孔８０Ｂはリングシール４４を通過する。一つの実施形態において、孔８０Ａ、８０Ｂは直径約０．０８０インチである。内リップ４８は孔８０Ｂの内方に延び、プランジャ３０の表面と円周状に接触するフレア８４を有する。本実施形態において、スプリング５８の形状は、一般に主軸８６及び副軸８８を有し、主軸回りに回る楕円形として示される。スプリングポケット５６（図４）内で、スプリング５８は径方向に配向され（即ち、その主軸が、概して孔８０Ｂの軸に平行）、その負荷線９０は主軸に略直交する。この配向において、スプリング５８は、内及び外リップ４８、５０の内表面に対して略一定の力を提供する。

プランジャシール３２により提供される流体シールは、圧力によって作動され、加圧された流体（矢印９２により示される）は内リップ４８の面に対して押し付け、フレア８４を孔８０Ｂの中に入るよう付勢して、プランジャ３０の表面に対して密封を生み出す（図２）。また、加圧された流体９２はスプリングキャビティ８２に入り、スプリングポケット５６を満たし、外リップ５０の内表面に押し付け、圧力除去機構６８をそれ自身の上で潰し、外リップ５０のＯＤの表面部９４をポンプヘッド１２のパッキン押え表面に付勢して、ＯＤシールを生み出す。圧力除去機構６８のそれ自身の上での潰すことにより除去機構の位置でのパッキン押え表面に対する接触圧を減少させ、表面部９４等の隣接する領域における接触圧は相応に増加する。外リップ５０の面９６への流体圧力はさらに、このＯＤシールを生み出す力に寄与する。それほどではないが、スプリング５８によって提供される略一定の力は、これらの密封力に寄与する。

図４は、図３Ｅの円９８に囲まれたシールアセンブリの領域に対応する詳細図を示す（簡潔化のために、スプリング５８なしで）。囲まれた領域は、圧力除去機構６８を含む。本実施形態において、圧力除去機構６８は頂上部１０２で収束する一対の傾斜溝１００−１、１００−２（概して１００）を含む。溝１００は、外リップ５０内に約０．００３５インチの深さまで延びる。頂上部１０２の先端から測定すると、各溝１００は幅が約０．０１０インチである。溝１００−１は外リップ５０の面９６から約０．３７１インチのところから始まる。それ自身の上で潰す際、軟質プラスチックで製造された、圧力除去機構６８は変形し、加圧された流体９２が溝１００をパッキン押え表面に付勢するため、溝１００はほとんど完全になくなってしまう。

図５は、シールアセンブリ１１０の別の実施形態の部分の断面図を示す。シールアセンブリ１１０は洗浄ハウジング１６に装着されるポンプヘッド１２’のパッキン押え３４’内にある（参照符号に付加されたプライム記号（’）は、構成要素は、同じ参照符号を有しているが、プライム記号のない既に記載された構成要素に対応する変形された実施形態であることを意味する）。シールアセンブリ１１０はリングシール１１２及びバックアップリング１１４を含む。リングシール１１２は、内リップ１１６、外リップ１１８、及びかかと部１２０を含み、これらは共にスプリングポケット１２２を画定する。バックアップリング１１４は、シールアセンブリ１１０のかかと部１２０と洗浄ハウジング１６’の間に配設される。

本実施形態において、内リップ１１６は、プランジャ３０の表面に接触して密封するリップ部１２４を有する。また、外リップ１１８は張り出しリップ部１２６を有する。リップ部１２６のシール面１２８は、ポンプヘッド１２’の表面１３０に当接する。リップ部１２６の後ろは、明細書においては圧力キャビティと称される内部ノッチ１３２である。外リップ１１８もまた面取りした面１３４を有する。面取りした面１３４は、パッキン押え表面と接触するリップ部１２４の面積をいくらか減らして、シール面１２８等の面取りした面１３４の近傍の接触圧を増幅する。また、面取りした面１３４はパッキン押え３４’内のシールアセンブリの取付けを容易にする。外リップ１１８のＯＤの表面１３６はポンプヘッド１２’の支持表面１３８に当接する。

リップ部１２４の面取りした面１３４に対向する領域において、パッキン押え３４’は楔型角部１３５を有する。加圧された流体が面取りした面１３４を角部１３５に付勢することから、角部１３５（９０度未満）の鋭さは、リップ部１２４の２つのシール表面（シール面１２８、ＯＤ表面１３６）を絞ったり又は挟んだりするよう操作して、これらの表面での接触圧を増加させる。

スプリングポケット１２２内にあるのは、その負荷線１４２が、外リップ１１８のリップ部１２６及び内リップ１１６のリップ部１２４の内側に対して力を提供するように構成される所定の角度１４４になるようにスプリングポケット１２２内に設けられたスプリング１４０である。この略一定の力は、リップ部１２６のシール面１２８及びポンプヘッド１２’の表面１３０の間の面シールと、内リップ１１６のリップ部１２４及びプランジャ３０の表面の間のラジアルシールに寄与する。プランジャ３０の軸に平行な軸１４６に関して時計回りに測定をすると、所定の角度１４４は好ましくは９０度未満である。この角度は単に説明目的の例であり、どんな角度も使用可能であり（例えば、９０度以上）、スプリングの負荷線は、ポンプヘッド１２’の表面に対して外リップ１１８のリップ部１２６を付勢し、同時に内リップ１１６のリップ部１２４をプランジャ表面に対して付勢するように配向される。他のタイプのスプリングは明細書内に記載される原理から逸脱せずに使用可能であるが、好ましくは、前述の傾斜コイルタイプのスプリング１４４である。

アクチュエータ操作の間、加圧された流体（矢印１４８）は圧力キャビティ１３２を充填し、流体圧力が増加するに連れて、リップ部１２０のシール面１２２をよりしっかりとポンプヘッド表面１２４に対して付勢する。加圧された流体（矢印１４８）はまた内リップ１１６の面に対しても押し付け、リップ部１２４とプランジャ３０との間のＩＤラジアルシールを向上させる。

図６は、高流体圧力下での往復及び回転プランジャへの応用例に使用される、デュアルスプリングシールアセンブリと称されるシールアセンブリ１５０の別の実施形態の断面図を示す。デュアルスプリングシールアセンブリ１５０は、リングシール１５２及びバックアップリング１５４を含む。本実施形態において、シールアセンブリ１５０はポンプヘッド１２’’に取付けられる洗浄ハウジング１６’’のパッキン押え３４’’の中にある（二重プライム記号（’’）は、構成要素は、同じ参照符号を有するが、二重プライム記号のない既に記載された構成要素に対応する変形された実施形態であることを意味する）。

ポンプヘッド１２’’内の代わりに、洗浄ハウジング１６’’のパッキン押え３４’’内にシールアセンブリ１５０を装着することによりプロセスを簡潔にし、シールアセンブリを交換する費用を低減する（例えば、寿命による摩耗により）。アクチュエータの別の実施形態において、シールアセンブリ１５０を保持するように適応されたパッキン押えは、完全に洗浄ハウジング内にある代わりに、部分的にポンプヘッド内に有り得る。例えば、ポンプヘッドのパッキン押えはリングシール１５２の副部分を受け入れ（即ち、拡張フランジ及びＯＤスプリング）、一方、洗浄ハウジングのパッキン押えはリングシール１５２の主部分を受ける（即ち、内リップと外リップ、かかと部、及びＩＤスプリング）。

また、ポンプヘッドのパッキン押えは、シールアセンブリがポンプヘッドのパッキン押えの機械加工部分を収容する形状であれば、デュアルスプリングシールアセンブリを完全に保持するように適応可能である。例えば、そのような機械加工を容易にするため、バックアップリングの外径はリングシールの外径と略等しいか又はわずかに大きい（リングシールは均一な外径を有する）。

リングシール１５２は、内リップ１５６、外リップ１５８及びかかと部１６０を有し、かかと部１６０はバックアップリング１５４に当接する。リップ１５６、１５８及びかかと部１６０はスプリングポケット１６２を画定する。ＩＤスプリングと称される第１スプリング１６４はスプリングポケット１６２内に配設され、内リップ１５６をプランジャ３０に対して、また外リップ１５８を洗浄ハウジング１６’’のパッキン押え３４’’に対して付勢する力を提供する。一つの実施形態において、スプリング１６４は、略一定の力を生じさせる傾斜コイルのタイプのものである。明細書内に記載される原理から逸脱することなく、他のタイプのスプリングを使用可能である。

外リップ１５８は拡張フランジ１６６を有する。この拡張フランジ１６６は外リップ１５８から続き、これに、ひじ状ヒンジ領域１６８によって接続される。拡張フランジ１６６は、ＯＤスプリングと称される第２スプリング１７８を保持するためのスプリングポケット１７６をともに画定する外リップ部１７０、かかと部１７２、及び内リップ部１７４を有する。一つの実施形態において、第２スプリング１７８はヘリカルリボンスプリングである。他のタイプのスプリングは明細書内に記載される原理から逸脱することなく使用可能である。ＯＤスプリング１７８は、外リップ部１７０をポンプヘッドの表面に対して付勢する力を提供して、面シールを生じさせ、内リップ部１７４を洗浄ハウジング１６’’のパッキン押え表面に対して付勢する。

２つのスプリング１６４、１７８を有することによりシールアセンブリのＩＤシール性能をＯＤシール性能のそれから分離し、ＩＤスプリング１６４はラジアルＩＤシールに寄与し、一方、ＯＤスプリング１７８はＯＤ面シールに寄与する。スプリング１６４、１７８のいずれかのばね定数は、他のスプリングのシール性能に影響を及ぼさずに調整可能である。

シールアセンブリ１５０はまた、スプリングポケット１６２、１７６に延伸されるシールキャビティ１８０を含む。シールキャビティ１８０はポンプヘッド１２’’内の出口流路１８２と流体連通する。出口流路１８２は流体通路を提供しており、それによって加圧された流体がポンプヘッド１２’’から出る。孔１８４Ａはバックアップリング１５４を介して軸方向に通過し、孔１８４Ｂはリングシール１５２を通過する。

図７Ａから図７Ｅは図６のシールアセンブリ１５０の種々の図を示す。図７Ａは、拡張フランジ１６６、バックアップリング１５４、バックアップリング１５４を通過する中央孔１８４Ａ、及びリングシールを通過する孔１８４Ｂを含むシールアセンブリ１５０の端面図を示す。この図は洗浄ハウジング１６’’のパッキン押え３４’’に圧入される（図６）シールアセンブリ１５０の端部からの図である。Ａ−Ａ断面線は、シールアセンブリ１５０の中央を通過する。

図７Ｂは、バックアップリング１５４、外リップ１５８、拡張フランジ１６６及び拡張フランジ１６６の外リップ部１７０を含むシールアセンブリ１５０の側面図を示す。図７Ｃはシールアセンブリ１５０の別の端部からの図を示し、パッキン押え３４’’内に取り付けられると、ポンプヘッド１２’’に対面する又は当接する末端を示す。この端面図において、シールアセンブリ１５０の種々の要素は、孔１８４周りの同心環のようである。孔１８４を直接に包囲しているのは内リップ１５６である。内リップ１５６の周りには、ＩＤスプリング１６４を保持するためのスプリングポケット１６２がある。スプリングポケット１６２の他方側には外リップ１５８のヒンジ領域１６８がある（図７Ｂ）。次のリングは拡張フランジ１６６の外リップ部１７０である。拡張フランジ１６６が外リップ部１７０に合流するのは、外リップ部１７０周りのリングとして図７Ｃにある、わずかな溝１８６である。

図７Ｄは、図の上側にバックアップリング１５４及び図の下側に拡張フランジ１６６を有する、シールアセンブリ１５０の立体図を示す。図７Ｅは、ここでは図の上側の拡張フランジ１６６、図の下側のバックアップリング１５４を有する、シールアセンブリ１５０の別の立体図を示す。

図７Ｆは、図７Ａに示すＡ−Ａ線に従うシールアセンブリ１５０の断面図を示す。プランジャを受け入れるための孔１８４Ｂはリングシール１５２を介して軸方向に延伸し、孔１８４Ａはバックアップリング１５４を通じて延伸する。リングシール１５２の主かかと部１６０はバックアップリング１５４の一方側に当接する。内リップ１５６、外リップ１５８、かかと部１６０によって画定されるスプリングポケット１６２にはＩＤスプリング１６４がある。ヒンジ領域１７０及び拡張フランジ１６６は外リップ１５８から延びる。ＯＤスプリング１７８は、外リップ部１７０の後ろのスプリングポケット１７２に配設される。

図８は図６に示されるシールアセンブリ１５０と類似のシールアセンブリ１５０’の別の実施形態の部分の詳細な断面図を示す。本実施形態において、バックアップリング１５４’は、リングシール１５２のかかと部１６０より小さい直径を有する。シールアセンブリ１５０’の形状を収容するため、パッキン押え３４’’（図６）は、リングシール１５２のかかと部１６０の一部が洗浄ハウジング１６’’’のパッキン押え壁１９０に当接するように、変形される。従って、パッキン押え内へのシールアセンブリ１５０’の取付けの際のＰＥＥＫバックアップリング１５４’の製造公差の効果は減少し、プラスチックリングシール１５２の製造公差は、はめ合い度合いの主な決定要因のままである。

ヒンジ部１６８は、リングシール１５２の製造公差を受け入れるように操作する。ヒンジ部１６８とパッキン押え表面の間には空隙１９２がある。アクチュエータ操作の間、加圧された流体（矢印１９４によって表わされる）はヒンジ部１６８に押し付けられる。ヒンジ部１６８は変形して、空隙１９２を閉じてパッキン押え表面に当接する。加圧された流体１９４はスプリングポケットも満たし、内リップ１５６をプランジャ表面に対して押し付けラジアルＩＤシールを生じさせ、外リップ部１７０をポンプヘッド１２’’’の表面に押し付けて面ＯＤシールを生じさせ、拡張フランジ１６６のかかと部１７２をパッキン押え支持表面１９６に対して押し付け、パッキン押え支持表面１９８に対して外リップ１５８を押し付け、かかと部１６０をパッキン押え支持表面１９０に対して押し付ける。

特定の好ましい実施形態を参照しながら本発明が示され記載されたが、形態及び詳細についての種々の変更が、以下の請求項によって定義される発明の範囲を逸脱しない範囲で行われ得ることは、当業者によって理解されるべきである。例えば、高圧往復用途に関して主に記載がされたが、シールアセンブリの種々の実施形態は、低圧往復用途及び回転用途並びに高圧回転用途においても使用可能である。

Claims (27)

1. かかと部から延び、対向する間隔の空いた環状リップを有する主環状本体であって、かかと部を通じて延びる孔を有する主環状本体と、
   リップの間に配設され、リップを分離するように付勢する第１スプリングと、
   主環状本体のリップの一方の一端から延びる副環状本体であって、基部領域から延びてポケットを形成する、対向する間隔の空いた壁を有する副環状本体と、
   間隔の空いた壁の間のポケットに配設され、壁を分離するように付勢する第２スプリングとを備えるシールアセンブリ。
2. 主環状本体のかかと部に当接するバックアップリングをさらに備える、請求項１に記載のシールアセンブリ。
3. バックアップリングが、主環状本体のかかと部よりも小さい直径を有する、請求項２に記載のシールアセンブリ。
4. 副環状本体が主環状本体のリップの一方に合流する、変形可能なヒンジ領域をさらに備える、請求項１に記載のシールアセンブリ。
5. 副環状本体の直径が主環状本体の外径より大きい、請求項１に記載のシールアセンブリ。
6. 副環状本体の間隔の空いた壁が、主環状本体のリップに実質的に直交方向に延びる、請求項１に記載のシールアセンブリ。
7. 副環状本体及び主環状本体が一つのユニットとして一体成形される、請求項１に記載のシールアセンブリ。
8. 可動ロッドと、
   ロッドを受け入れるためのチャンバを有するポンプヘッドと、
   ポンプヘッドに当接する洗浄ハウジングであって、それを介してロッドがポンプヘッドのチャンバ内へ延びる穴を有する洗浄ハウジングと、
   ポンプヘッド又は洗浄ハウジングの一方の中のパッキン押えと、
   パッキン押え内に配設されるシールアセンブリとを備えるアクチュエータであって、シールアセンブリは、
   対向する間隔の空いた、かかと部から延びるリップを有する主環状本体であって、かかと部を通じて延び、ロッドを密接に受け入れる寸法とされる孔を有する主環状本体と、
   リップの間に配設され、リップを分離するように付勢する第１スプリングと、
   主環状本体のリップの一方の一端から延びる副環状本体であって、基部領域から延びてポケットを形成する、対向する間隔の空いた壁を有する副環状本体と、
   間隔の空いた壁の間のポケットに配設され、壁を分離するように付勢する第２スプリングとを有する、アクチュエータ。
9. 副環状本体の壁の一方をポンプヘッドの表面に付勢して面シールを生じさせ、主環状本体のリップの一方をロッドの表面に対して付勢してラジアルシールを生じさせる、加圧された流体をロッドの移動により生じさせる、請求項８に記載のアクチュエータ。
10. ロッドの移動が往復動である、請求項９に記載のアクチュエータ。
11. ロッドの移動が回転である、請求項９に記載のアクチュエータ。
12. 洗浄ハウジングがパッキン押えを含む、請求項８に記載のアクチュエータ。
13. シールアセンブリが、パッキン押えの表面に当接するバックアップリングをさらに備える、請求項８に記載のアクチュエータ。
14. 主環状本体のかかと部が表面を有し、かかと部の表面の一部はパッキン押えの表面に当接し、かかと部の表面の別の部分はバックアップリングに当接する、請求項１３に記載のアクチュエータ。
15. バックアップリングが主環状本体のかかと部より小さい直径を有する、請求項１３に記載のアクチュエータ。
16. シールアセンブリが、副環状本体が主環状本体のリップの一方に合流する、変形可能なヒンジ領域をさらに備える、請求項８に記載のアクチュエータ。
17. 副環状本体の直径が主環状本体の外径より大きい、請求項８に記載のアクチュエータ。
18. 副環状本体の間隔の空いた壁が、主環状本体のリップに実質的に直交方向に延びる、請求項８に記載のアクチュエータ。
19. 副環状本体及び主環状本体が一つのユニットとして一体成形される、請求項８に記載のアクチュエータ。
20. 環状本体を通じて延びる孔を有し、外リップに対向し外リップから間隔の空いた内リップを有する環状本体であって、内リップはリップ部を有し、外リップは張り出しリップ部及び張り出しリップ部の後ろのノッチを有し、間隔の空いたリップと張り出しリップ部は共にポケットを画定する、環状本体と、
    スプリングの負荷線が実質的に外リップの張り出しリップ部のポケット側に及び内リップのリップ部のポケット側に向けられるような角度でポケットに配設されるスプリングであって、外リップの張り出しリップ部と内リップのリップ部とを分離するように付勢するスプリングとを備えるシールアセンブリ。
21. 張り出しリップ部が、張り出しリップ部が外リップから延びる面取りした面を有する、請求項２０に記載のシールアセンブリ。
22. 可動ロッドと、
    パッキン押え及びロッド受け入れチャンバを有するポンプヘッドと、
    ポンプヘッドに当接する洗浄ハウジングであって、それを介してロッドがポンプヘッドのチャンバ内へ延びる穴を有する洗浄ハウジングと、
    ポンプヘッドのパッキン押え内に配設されるシールアセンブリとを備えるアクチュエータであって、シールアセンブリは、
    ロッドを受け入れるために環状本体を通じて延びる孔を有し、外リップに対向し外リップから間隔の開いた内リップを有する環状本体であって、内リップはリップ部を有し、外リップは張り出しリップ部及び張り出しリップ部の後ろのノッチを有し、間隔の空いたリップと張り出しリップ部は共にポケットを画定する環状本体と、
    スプリングの負荷線が実質的に外リップの張り出しリップ部のポケット側に及び内リップのリップ部のポケット側に向けられるような角度でポケットに配設されるスプリングであって、外リップの張り出しリップ部の外表面をポンプヘッドのパッキン押えの表面に付勢して、同時に内リップのリップ部の外表面をロッドの表面に対して付勢するスプリングとを備える、アクチュエータ。
23. 張り出しリップ部の後ろのノッチを満たして、張り出しリップ部の外表面をポンプヘッドのパッキン押えの表面に付勢する、加圧された流体をロッドの移動により生じさせる、請求項２２に記載のアクチュエータ。
24. 張り出しリップ部が、張り出しリップ部が外リップから延びる面取りした面を有する、請求項２２に記載のアクチュエータ。
25. パッキン押えが、張り出しリップ部の面取りした面と反対側の楔型角部を有し、加圧された流体は、リップ部の面取りした面をパッキン押えの角部内に付勢する、請求項２４に記載のアクチュエータ。
26. ロッドに結合され、往復方式でロッドを移動させる駆動機構を有するアクチュエータをさらに備える、請求項２２に記載のアクチュエータ。
27. ロッドに結合され、ロッドを回転させる駆動機構を有するアクチュエータをさらに備える、請求項２２に記載のアクチュエータ。

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