JP2022517302A - 複数部品シール組立品 - Google Patents

Abstract

第１、第２及び第３の密封要素を含み、第１の密封要素（４０）は第２及び第３の密封要素（６０、８０）の間に配置されている、シール組立品（３０）。これらの密封要素は、組み合わせると入れ子状になるように相補的に形成されている。また、これらの密封要素は、それぞれ異なる硬度値を有する。

Description

関連出願
本願は、その内容を引用して本明細書に援用する「複数部品シール組立品（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｓｅａｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）」と題した２０１９年１月１１日付けの米国特許仮出願第６２／７９１，５３０号の優先権を主張する。

技術分野
本発明は、機械装置用のシール組立品に関し、より詳細には、往復シャフトを有する機械装置で使用するためのシール組立品に関する。

従来のシール組立品は、流体密シールを提供するために、例えば様々な機械装置との組み合わせなどの多種多様な環境及び設定において使用されている。通常、こうしたシール組立品は、固定機械ハウジング内に取り付けられ且つそのハウジングから突出する回転シャフトの周囲に設けられる。

シール組立品は、装置の可動シャフト又はロッドに気密且つ流体密シールを提供するために、例えば弁又はポンプなどの多種多様な機械装置で使用されている。通常、シール組立品は、固定ハウジング内に取り付けられ且つそのハウジングから突出する回転シャフト又は往復シャフトの周囲に設けられる。通常、シール組立品は、シャフトの出口箇所で装置のハウジングに固定することのできるグランド構造内に取り付けられ、よって加圧プロセス流体がハウジングから失われるのを防いでいる。

従来のシール組立品の欠点として、可動シャフト又はロッドの老朽化に伴い、シャフトの半径方向外側の面（即ち、シールの密封表面に面するシャフトの面）に不整、穴、窪み、損傷又は凹凸が生じる場合がある。シール組立品の密封表面がシャフトの凹凸のある表面と整合できないと、シール組立品がシャフトとの流体密シールを維持することが不可能となる。

本発明は、固定機械装置での使用に適した複数密封要素シール組立品に関する。シール組立品は、回転シャフトと共に使用するためのメカニカルシール組立品又は往復ロッドと共に使用するための液圧シール組立品であってもよい。好適な一実施形態では、シール組立品は、往復ロッドと共に使用するための液圧シール組立品である。シール組立品は、中間密封要素と、中間密封要素の軸方向両側に配置された一対の端部密封要素とを含む。一対の端部密封要素は、中間密封要素の各端部領域に相補的な形状の表面特徴を有する、中間密封要素に隣接した端部領域を有するように構成されている。これにより、密封要素が入れ子状となってシール組立品を形成する。

本発明のシール組立品の密封要素はまた、相互に異なる硬度値又はショア値を有する。一実施形態では、密封要素の硬度値は、軸方向に外向きに低くなるか、又は軸方向に内向きに高くなる。

本発明のシール組立品は、グランド及び可動ロッドを有する固定装置用であり、シール組立品は、固定装置のグランド内に形成された溝内に収容される複数の密封要素を備える。これら複数の密封要素は、第１の端部領域及びこれに対向する第２の端部領域を有する本体を有する第１の環状中間密封要素を含み、本体は、半径方向内側の壁表面及びこれに対向する半径方向外側の壁表面を有し、本体の第１の端部領域は、比較的平坦な端面へと移行する、互いに対向する第１及び第２の傾斜壁表面を有し、第２の端部領域は、凹部が間に形成された、互いに対向する第１及び第２のフレア状の脚部を含み、本体の半径方向内側の壁表面は、その上に形成されたリブを有する。シール組立品は、第１の中間密封要素の第１の端部領域に隣接して配置された第２の環状密封要素を更に含み、第２の密封要素は、比較的平坦な端面で終端する第１の端部領域と、第１の中間密封要素の第１の端部領域に隣接して配置された、これに対向する第２の端部領域とを有する本体を有し、第２の端部領域は、第１の中間密封要素の第１の端部領域の形状に相補的な形状の凹部を含む。加えて、シール組立品は、第１の中間密封要素の第２の端部領域に隣接して配置された第３の環状密封要素を含み、第３の密封要素は、第１の中間密封要素の第２の端部領域に隣接して配置された第１の端部領域及びこれに対向する第２の端部領域を有し、第３の密封要素の第１の端部領域は、第１の密封要素の第２の端部領域内に形成された凹部の形状に相補的な形状を有する。

本発明によれば、第１の中間密封要素の第１の端部の第１及び第２の傾斜壁表面は、それぞれ角度を形成する。更に、角度は好適には約４５度であってもよい。更に、第１の中間密封要素の第１及び第２のフレア状の脚部は、それぞれの密封縁部を有し、第１の中間密封要素のリブで測定された幅並びに第１及び第２のフレア状の脚部で測定された幅は、第２及び第３の密封要素のそれぞれの幅よりも大きい。更に、密封縁部の一方又は双方は、第１の中間密封要素の中心軸に直交する端面に対して上方に延伸するように構成された、それぞれの傾斜表面を有する。傾斜表面の一方又は双方は、端面に対して約１０度の角度をなす。

本発明によれば、第１の中間密封要素の凹部は、第１の実質的に円形の部分と、互いに対向し軸方向に延伸する概ね平坦な第１及び第２の壁部分を有する、凹部への入口に隣接した第２の軸方向外側部分とを含む。第３の密封要素の第１の端部領域は実質的に円形の形状を有し、第２の端部領域は、互いに対向し軸方向に延伸する第１及び第２の壁表面を有する棒状の形状を有する。

第１の中間密封要素の凹部は、第１の実質的に円形の部分と、互いに対向し軸方向に延伸する概ね平坦な第１及び第２の壁部分を有する、凹部への入口に隣接した第２の軸方向外側部分とを含み、凹部の第１の実質的に円形の領域は、第３の密封要素の実質的に円形の第１の端部領域に相補的な形状であり、凹部の第２の軸方向外側部分は、第３の密封要素の第２の端部領域の少なくとも一部分に相補的な形状である。

第２の密封要素の第２の端部領域の凹部は、互いに対向する第１及び第２の壁部分と比較的平坦な床とを含み、組み合わせると、第１の中間密封要素の平坦な端面は、第２の密封要素の凹部の床に接触し、第１の中間密封要素の第１及び第２の傾斜壁表面は、第２の密封要素の第１及び第２の傾斜壁部分にそれぞれ接触する。

更に、複数の密封要素はそれぞれの硬度値を有し、これらの密封要素の硬度値は相互に異なる。第１の中間密封要素は第１の硬度値を有し、第２の密封要素は第２の硬度値を有し、第３の密封要素は第３の硬度値を有し、第１、第２及び第３の硬度値は相互に異なり、これらの密封要素の硬度値は、第２の密封要素から第３の密封要素へと軸方向に低くなる。

シール組立品は第１の長さを有し、グランドの溝は第２の長さを有し、第１の長さは第２の長さよりも長い。また、傾斜表面はそれぞれ、端面に対して角度をなす。

本発明の上記及びその他の特徴及び利点は、次の詳細な説明と添付の図面を参照すればより完全に理解されるはずであり、図面の中の類似した参照記号は、これら複数図面を通して類似の部材を示す。これら図面は本発明の原理を表すもので、縮尺は一定ではないが、相対的寸法を示す。
図１は、本発明の密封システムを用いた従来の機械装置の断面図である。 図２は、本発明の組み合わせたシール組立品の等角図である。 図３は、本発明のシール組立品の断面図である。 図４は、本発明の教示によるシール組立品の中間密封構成要素の断面図である。 図５は、本発明の教示によるシール組立品の第２の端部密封構成要素の断面図である。 図６は、本発明の教示によるシール組立品の対向する第３の端部密封構成要素の断面図である。 図７は、本発明の特徴に基づく、図２の第３の環状密封構成要素の離間した圧力開口部を示す透視図である。 図８は、本発明の教示による、図２の第３の環状密封構成要素の上面図である。

本発明は、可動シャフト又は他の適切な装置に密封を提供するためのシール組立品を提供する。本発明を、図示の実施形態と関連させながら以下の記載で説明する。当業者であれば、本発明は多数の異なる応用例及び実施形態で実現可能であり、本明細書に記載した特定の実施形態に特に限定されないことは理解するはずである。

「シャフト」という用語は、機械システムにおいてシールを取り付け可能な任意の好適な装置を指すことを意図し、軸、ロッド及び他の既知の装置を含む。

本明細書で用いる「軸方向の」及び「軸方向に」という用語は、任意のシャフトの軸に概ね平行な方向を指す。本明細書で用いる「半径方向の」及び「半径方向に」という用語は、任意のシャフトの軸に概ね垂直な方向を指す。「流体」及び「複数の流体」という用語は、液体、気体及びそれらの組み合わせを指す。

本明細書で用いる「軸方向内側」という用語は、固定装置及び／又はメカニカルシール組立品の、このシール組立品を使用する機械システムに隣接して配置された部分及び／又は構成要素を指す。従って、シール組立品のこれらの構成要素は、装置の（例えば内側などの）内部に取り付けられているか、又は、装置内の奥深くもしくは装置に近接して配置されている。反対に、本明細書で用いる「軸方向外側」という用語は、固定装置及びシール組立品の、機械システムから遠位の（例えば外側などの）部分を指す。

本明細書で用いる「半径方向内側」という用語は、シール組立品の、任意のシャフトに近接した部分又は関連する構成要素を指す。反対に、本明細書で用いる「半径方向外側」という用語は、シール組立品の、そのシャフトから遠位の部分又は関連する構成要素を指す。

本明細書で用いる「固定装置」及び／又は「静止表面」という用語は、グランドを備えたシールが固定されるシャフト又はロッドを収容する任意適切な固定構造体を含むことを意図する。通常の技能を備えた当業者であれば、グランド組立品がメカニカルシールの一部又は固定装置の一部を形成できることも理解するはずである。

本発明は、可動シャフト又はロッドを有する固定装置のハウジングに対する封止のためのシール組立品に関する。シール組立品は、回転シャフトと共に使用するための機械的組立品又は往復ロッドと共に使用するための液圧シール組立品であってもよい。好適な一実施形態では、シール組立品は液圧シール組立品であるが、通常の技能を備えた当業者であれば、本発明のシール組立品３０はグランドを有する任意の好適な機械装置で使用できることは容易に理解するはずである。本発明のシール組立品は、一緒に収容されてシール組立品を形成するように構成された複数の密封要素を含む。図１～図３に示すように、本発明は、可動シャフト又はロッド１２の周りに同心円状に環着されたグランド１４を含む密封システム１０に関する。ロッド１２は、シャフトとの流体密シールを形成する密封構造を必要とする、例えばポンプ又は弁などの任意の選択された固定装置の部分を形成してもよい。グランド１４は、既知の締結技術によって装置のハウジングに固定されるか又は取り付けられてもよい。グランドは、当業で知られているように、使用する装置の特定の種類に応じて任意の選択された形状を有することができる。例えば、図示の実施形態では、グランド１４は、溝２０がその中に形成された内側表面１８を含むハウジング１６を含む。グランドハウジングは、冷却流体又はバリア流体などの選択された流体をシャフト表面に導入するための流体通路２４を更に有してもよい。グランド溝２０は、本発明のシール組立品を収容するようにサイズ決め及び構成することができる。シール組立品３０は、組み合わせて溝２０内に収容することの可能な複数の別個の密封要素又は構成要素４０、６０、８０を含むことができる。溝は、一対の向かい合う側壁２０Ａ、２０Ｂと床部分２０Ｃとを有する。シール組立品３０は、密封構成要素が溝の床部分２０Ｃ及び向かい合う両端２０Ａ、２０Ｂと接触するように、溝２０内にぴったりと嵌合する。密封要素はまた、ロッド１２に対する流体密シールの形成を助けて、機械装置のプロセス流体がその中に保持されるようにする。ロッド１２は、使用する機械装置の種類に応じて、回転シャフトであっても、又は往復シャフトであってもよい。

本発明のシール組立品３０は、任意の選択された数の別個の密封要素を含むことができるが、好適には３つの密封要素４０、６０、８０を含む。密封要素は、密封要素を溝２０内で組み合わせると、入れ子状になってシール組立品３０を形成するように、相互に補完的な形状に構成されている。図１～図４に示すように、シール組立品３０は、第１の環状中間密封要素４０、第２の環状の端部又は内側密封要素６０及び第３の環状の端部又は外側密封要素８０を含む。図示の中間密封要素４０は、以下により詳細に説明するように、ロッド１２に対する密封を提供する。密封要素４０は、第１のテーパ状の軸方向端部４４と、対向する第２のフレア状の軸方向端部４６とを含む。テーパ状の軸方向端部４４は、平坦な軸方向最外表面５０へと移行する一対の傾斜壁表面４８Ａ、４８Ｂを有する。内側又はシャフト側傾斜壁表面４８Ａの長さは、外側の溝側傾斜壁表面４８Ｂよりも短い。傾斜壁の長さの違いは、中心線５１を中心とした密封要素４０の半径方向内側幅部分又は半割れ５１Ａが、密封要素の半径方向外側部分又は半割れ５１Ｂよりも短いために生じる。平坦な最外表面５０は、溝内に取り付けると、溝の側壁２０Ｂに当接して収容されるか又は接触すると共に溝の床２０Ｃにも接触するように構成されている。テーパ状の表面４８Ａ、４８Ｂは、半径方向内側表面４２Ａ及び半径方向外側表面４２Ｂに対して傾斜して、それぞれ角度４９Ａ、４９Ｂを形成する。これらの角度は、好適には軸方向に対して約４５度であり、従って、密封要素２０の隣接する端部に一致するか又は相補的な形状である。本発明の角度は、これらの密封要素が組み合わせて使用する際に十分に入れ子状となることを可能とするように採用されている。

図示の中間密封要素４０は、任意の選択された硬度を有する任意の好適な材料製であってもよい。一例では、中間密封要素４０は、硬度又はショアＡ値が約９５のエラストマー材料製であってもよい。通常の技能を備えた当業者であれば、例えばＮＢＲ、ＦＫＭ及びＦＦＫＭなどの、様々な材料製の他の種類の密封要素を使用してもよいことは容易に理解するはずである。熟練した当業者であれば、装置の環境、用途の詳細、ロッドの接合表面の古さ及び状態及び接触表面積、流体及び潤滑剤の種類と予想される挙動、ロッド速度、温度、圧力などに基づいて、適切な硬度範囲を容易に決定できるはずである。

図１、図３及び図４を更に参照すると、密封要素４０の対向する第２の端部４６は、溝５５と境を接し、且つこれをその中に形成している一対の互いに対向する脚部５２、５４を含むフランジ又はフレア状の部分を有する。溝５５は、第３の環状密封要素８０の嵌合端に相補的な形状となるように形成されていることが望ましい。溝は、形状が実質的に又は概ね円形で半径５５Ｄを有する第１の部分５５Ａを有する。熟練した当業者であれば、環境、用途の詳細、ロッドの接合表面の古さ及び状態及び接触表面積、流体及び潤滑剤の種類と予想される挙動、ロッド速度、温度、圧力などに基づいて、適切な及び好適な半径範囲を容易に決定できるはずである。溝５５は、互いに対向し軸方向に延伸する概ね平坦な壁部分５５Ｂ、５５Ｃを有する、凹部への入口に隣接した第２の軸方向外側部分を更に含む。中間密封要素４０のフレア状の端部４６は、ロッド１２に取り付けられた時にこれと接触するように、最も幅の広い部分の半径方向の幅３６が溝２０の深さ及び密封要素６０の幅３８よりも広い。半径方向内側（例えばシャフト側など）の脚部５４は、ロッド１２に動的に接触してこれを密封するための半径方向内側の密封縁部５４Ａを有する。半径方向外側の脚部５２は、グランド溝２０の床２０Ｃを静的に密封するための半径方向外側の密封縁部５４Ｂを有する。更に、密封縁部５４Ａ、５４Ｂは、中心線５１と直交する端面又は軸に対して上方に延伸するように形成又は構成された、傾斜した表面をそれぞれ有する。この面に対して、密封縁部５４Ａ、５４Ｂの傾斜した表面は、半径方向内側の端部では角度５６Ａをなし、半径方向外側の端部では角度５６Ｂをなす。角度５６Ａ及び５６Ｂは、任意の選択された角度であってよく、同じ角度であっても異なる角度であってもよい。好適な一実施形態では、角度５６Ａ、５６Ｂは同一であり、約１０度である。熟練した当業者であれば、装置の環境、用途の詳細、ロッドの接合表面の古さ及び状態及び接触表面積、流体及び潤滑剤の種類と予想される挙動、ロッド速度、温度、圧力などに基づいて、適切な半径範囲を容易に決定できるはずである。角度が比較的浅いか又は小さいために、縁部５４Ｂ、５４Ａ上に形成される潤滑膜が比較的薄いものとなり、漏れの発生が防止されやすい。

図示の密封要素４０は、小塊又はリブ５８などの、軸方向内側表面４２Ａから半径方向外向きに延伸する表面特徴を有する中間部分を更に含む。リブ５８は、密封要素４０が中に取り付けられている時に溝２０から外向きに延伸してロッド１２に接触するように、内側表面４２Ａから十分な距離だけ外向きに延伸している。この構成では、リブ５８の位置での中間密封要素４０は、他の密封要素６０、８０及び溝２０よりも幅広い。リブはまた、密封要素４０の半径方向内側表面４２Ａがロッド１２と広い接触面積にわたって接触することを防止するようにサイズ決めされている。これは、シール組立品３０が高圧に曝された場合に、リブ５８の接触面積が比較的小さいことが過剰な摩擦、ひいては熱の発生の防止に役立つことから重要である。

図１～図３及び図５を参照すると、本発明のシール組立品３０は、第１の中間密封要素４０の支持及び案内に役立つ第２の環状密封要素６０を更に含む。図示の密封要素６０は、半径方向内側表面６２Ａ及び半径方向外側表面６２Ｂを含む本体６２を含む。密封要素６０はまた、第１の軸方向外側端部６４Ａ及び対向する第２の端部６４Ｂも含む。第１の端部６４Ａは、例えば側壁２０Ｂなどの溝２０の側壁に当接し、よって接触するように構成された比較的平坦な表面６８で終端する。対向する第２の端部６４Ｂは、その中に形成された凹部７０を有し、一対の傾斜した側壁７２Ａ、７２Ｂ及び床７２Ｃを含む。凹部７０は、中間密封要素４０のテーパ状の端部４４に相補的な形状であり、よってこれと嵌合するように構成されている。更に、傾斜した側壁７２Ａ、７２Ｂは、中間密封要素４０の傾斜した側壁４８Ａ、４８Ｂと概ね同じ角度を有する。

第２の密封要素６０は、中間密封要素４０の硬度又はショアＡ値よりも高い硬度又はショアＡ値を有する。従って、密封要素６０は、密封要素同士を組み合わせる際に中間要素４０が半径方向に変形することを防止するのに役立つ。詳細には、硬度値の違いは、中間密封要素４０が高圧条件下でロッド１２に平らに密着して摩擦を増加させることを防止するのに役立つ。更に、端部密封要素６０は、中間密封要素４０などの材料が、ロッド１２とグランド１４との間に形成された隙間又は間隙内に高圧下で押し出されることを防止する。最後に、ロッド１２が何らかの対応するベアリング（図示せず）によって適切に案内されない場合、又はベアリングの遊びが老朽化又は摩耗のために大きくなり過ぎた場合に、第２の端部密封要素６０が案内機能の一部を担う。この補助的な案内が中間密封要素４０の隣で提供されるので、中間密封要素４０の耐久性が向上し、ロッド１２が不適切に（例えば偏って）案内された場合の密封機能が強化される。本発明によれば、端部密封要素６０の硬度又はショアＤ値は約８０である。通常の技能を備えた当業者であれば、密封要素で使用される材料の種類に基づいて、適切な硬度又は硬度範囲を決定すると共に、密封要素が確実に案内を行い、中間密封要素４０が押し出されないようにすることは容易であろう。更に、密封要素６０は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）材料、ポリアミド（ＰＡ）材料、ＰＯＭなどの任意の好適な材料製であってもよい。

更に、端部密封要素６０は、そのいずれの部分も中間密封要素４０の密封縁部５４ほどには半径方向に内向きに延伸していないため、ロッド１２に対する密封機能を提供することを目的とはしていない。代わりに、端部密封要素６０は、主に中間密封要素４０を構造的に支持すると共に案内を行う役割を果たす。

図１～図３及び図６～図８を参照すると、本発明のシール組立品３０は、第３の環状密封要素８０を含む。密封要素８０は、中間密封要素４０の、第２の端部密封要素６０に隣接する端部とは反対の軸方向端部に接して配置されている。密封要素８０は、第１の端部８４Ａと、対向する端部８４Ｂとを含む本体８２を有する。第１の端部８４Ａは略円形の形状であり、その半径は、通常の技能を備えた当業者であれば、使用材料の種類に基づき、また隣接する端部領域の特定の嵌合形状又は入れ子形状に基づいて容易に決定又は選択できるはずである。第１の端部の大きさ又は幅は、第２の端部８４Ｂの大きさ又は幅よりも大きい。第２の端部８４Ｂは、円形の端部８４Ａの延長部を形成し、比較的平坦な端面又は表面９０で終端する一対の対向する比較的平坦な壁部分８８Ａ、８８Ｂを有する。

円形の端部８４Ａは、中間密封要素４０の溝の円形部分５５Ａ内に収容されるようにサイズ決め及び構成されている。詳細には、円形の端部８４Ａと溝部分５５Ａとは、第３の環状密封要素８０の円形の端部８４Ａを受容及び収容するように、相補的な形状である。円形の端部８４Ａが中間密封要素４０の溝５５内に収容されると、嵌合している組立品、密封要素同士の係合、及び特に円形の端部８４Ａが、陰圧条件下で脚部５２、５４が潰れてしまうことを防止するのに役立つ。更に、第３の端部密封要素８０の軸方向の長さは、シール組立品３０全体の軸方向の全長が、グランド１４内に形成された溝２０の長さよりもわずかに長くなるように設計されている。従って、シール組立品３０がグランド１４の溝２０内に取り付けられると、密封要素８０は、溝２０との摩擦嵌合メカニカルシール関係へと圧縮又は押入される。更に、円形の端部８４Ａが中間密封要素４０の凹部５５内へと押入されて、半径方向内側脚部５２と半径方向外側脚部５４とを開かせることにより、密封縁部５４Ａ、５４Ｂとロッド１２及びグランド１４との間の接触圧力を増大させ、その結果、中間密封要素４０の全体的な密封能力を向上させる。更に、密封要素８０の幅のより狭い棒状の端部８４Ｂがグランド１４の溝２０の軸方向の側壁２０Ｂに当接するので、シール組立品３０が用いられているロッド１２などの稼働サイクル中に密封要素８０の両側にかかる圧力が逆転しても、シール組立品３０が軸方向に動いてしまうことがない。

第３の環状密封要素８０の硬度値は、中間密封要素４０及び第２の端部密封要素６０の硬度値よりも低いことが望ましい。例えば、密封要素８０は、エラストマー材料製であってもよく、約６０～約８５の硬度又はショアＡ値を有してもよい。熟練した当業者であれば、環境、用途の詳細、ロッドの接合表面の古さ及び状態及び接触表面積、流体及び潤滑剤の種類と予想される挙動、ロッド速度、温度、圧力などに基づいて、第３の密封要素の好適な硬度値を容易に決定できるはずである。従って、公知の技術に従ってショアＡ値をショアＤ値に変換すると、最も硬いシール又はより高い硬度値を有するシールは、第２の端部密封要素６０（ショアＤが８０）であり、ショアＡ値が９５（例えば、ショアＤ値が約４６）の中間密封要素４０が次に硬く、最も柔らかい、又は最も硬度の低い密封要素は、硬度又はショアＡ値が８５（例えば、ショアＤ値が３８）の密封要素８０である。第３の環状密封要素８０は、好適には、フレア状の脚部５２、５４及びこれらの密封縁部５４Ａ、５４Ｂのロッド１２に対する密封能力を向上させるように、最も低い硬度値を有する。これは、第３の密封要素８０が他の密封要素よりも高い弾力性を有することに起因する。

密封要素８０の図示の棒状の端部８４Ｂ内に、使用中に端部８４Ｂの両側にかかる圧力を均等化するための１つ以上の圧力開口部９４が形成されてもよい。一実施形態では、密封要素８０は、端部８４Ｂの環状の周縁に沿って好適には等間隔に分散された、複数の空間的に隔てられた圧力開口部９４を含んでもよい。圧力開口部９４は、好適には端部８４Ｂの壁表面８８Ａ、８８Ｂ間に延伸する。圧力開口部９４は、端部８４Ｂの半径方向内側と半径方向外側とにかかる圧力を均等化することを可能にする。圧力の均等化は、端部８４Ｂの半径方向内側と半径方向外側とにかかる圧力の差に起因して発生しうる密封要素８０の端部８４Ｂの望ましくない変形を効果的に防止する。

本発明の別の一実施形態では、本発明のグランド１４、ロッド１２及びシール組立品３０を用いた機械装置が侵略性の材料を処理する場合には、端部密封要素６０、８０のいずれか又は双方を、例えばＦＫＭ又はＦＦＫＭなどのフルオロエラストマー材料、あるいは水素化アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｈ－ＮＢＲ）などの適切な材料から形成してもよい。

動作に際しては、密封要素４０、６０及び８０が、グランド１４の溝２０内への挿入前に組み立てられる。密封要素８０の円形の端部８４Ａが、中間密封要素４０の端部４６内に形成された溝又は凹部５５内に挿入される。凹部５５及び、特に凹部の部分５５Ａは、密封要素８０の端部８４Ａに相補的に形成されている。従って、端部８４Ａが凹部内に収容され、凹部の部分５５Ａの表面のほぼ全体と密接に対接する。相補的に形成された表面が、溝２０内へのぴったりとした密封嵌合を実現する。

密封要素６０の凹部７０の形状もまた、密封要素４０の端部４４に相補的である。従って、端部４４は凹部７０内に収容され、凹部７０のほぼ全体と密接に対接する。詳細には、中間密封要素４０の端面５０は溝７０の床７２Ｃに接触し、傾斜した表面４８Ａ、４８Ｂは、溝７０の傾斜した表面７２Ａ、７２Ｂにそれぞれ接触する。組み合わせられた密封要素４０、６０、８０は、シール組立品３０を形成する。シール組立品３０は次に、溝２０内に取り付けられる。シール組立品３０の軸方向の長さが溝２０の長さ又は幅よりも長いため、シール組立品は溝２０内に押し込まれ、摩擦嵌合によってその中に保持される。溝２０内に取り付けられると、密封部材６０の平坦な外側表面６８は溝の壁２０Ａに接触し、密封部材８０の平坦な端面９０は、第２の端部密封部材６０とは反対側の壁２０Ｂに接触する。同様に、中間密封要素の壁４２Ｂ及びフランジ５２、５４Ｂは、溝の床２０Ｃに接触して流体シールを提供する。側壁６２Ｂも床２０Ｃと接触する。ロッド１２については、リブ５８及びフランジ５４Ａがロッドに接触して流体密シールを提供する。

フレア状の脚部の角度５６Ａ及び５６Ｂは、比較的浅い角度を形成するように構成されており、縁５４Ａ、５４Ｂ上に比較的薄い膜を形成させて、漏れの発生の防止に役立つ。更に、中間密封要素４０は、ロッド１２に接触して流体密シールを形成するために、密封縁部５４Ａに加えてリブ５８を更に含む。密封要素４０の接触領域は、従来のシール組立品と比較して大幅に削減され、シールの広い領域（例えば内側表面４２Ａなど）がシャフトに接触することを防止する。詳細には、リブ５８は、密封要素４０の半径方向内側表面４２Ａがロッド１２に広い接触面積にわたって接触することを防止するようにサイズ決めされている。これは、シール組立品３０が高圧に曝された場合に、リブ５８の接触面積が比較的小さいことが過剰な摩擦、ひいては熱の発生の防止に役立つことから重要である。

第３の環状密封要素８０の円形の端部８４Ａが中間密封要素４０の溝５５内に収容されると、嵌合している組立品、密封要素同士の係合、及び特に円形の端部８４Ａと溝の円形部分５５Ａとの係合が、シール組立品の外端に向かって印加されうる陰圧条件下で脚部５２、５４が潰れてしまうことを防止するのに役立つ。

密封要素は、密封要素の硬度がシール組立品の外端に向かって低くなるように更に構成されている。即ち、密封要素６０は最も高い硬度値を有し、中間密封要素４０は次に高い硬度値を有し、密封要素８０は最も低い硬度値を有する。詳細には、軸方向端部密封要素６０は、中間密封要素４０の硬度又はショア値よりも高い硬度又はショア値を有する。従って、第２の環状密封要素６０は、密封要素同士を組み合わせた時に中間密封要素４０が半径方向に変形することを防止するのに役立つ。詳細には、硬度値の違いは、中間密封要素４０が高圧条件下でロッド１２に平らに密着して摩擦を増加させることを防止するのに役立つ。更に、第２の環状密封要素６０は、中間密封要素４０などの材料が、ロッド１２とグランド１４との間に形成された隙間又は間隙内に高圧下で押し出されることを防止する。

密封要素８０の図示の棒状の端部８４Ｂ内に、使用中に端部８４Ｂの両側にかかる圧力を均等化するための１つ以上の開口部９４が形成されてもよい。圧力開口部９４は、端部８４Ｂの半径方向内側と半径方向外側とにかかる圧力を均等化することを可能にする。圧力の均等化は、端部８４Ｂの半径方向内側と半径方向外側とにかかる圧力の差に起因して発生しうる密封要素８０の端部８４Ｂの望ましくない変形を効果的に防止する。

従って、本発明は、これまでの記載から明らかとなった目的に含まれる、すでに記載した目的を有効に達成することが分かるはずである。本発明の範囲を逸脱することなく上記の構成に対して一定の変更を施すことが可能であるから、この説明に含まれ又は添付の図面に示された事項全ては、例示的なものとして解釈すべきであり、限定的な意味で解釈すべきではないことが意図されている。

さらに、次の特許請求の範囲は、ここに説明された本発明のすべての一般的特徴及び具体的特徴を網羅するものであり、また本発明の範囲に関するすべての言明をも網羅するものと理解すべきである。

本発明を説明してきたが、新規なものと主張し特許証による確保を望むものは以下の通りである。

Claims (14)

1. グランド及び可動ロッドを有する固定装置用のシール組立品であって、前記シール組立品は、前記固定装置の前記グランド内に形成された溝内に収容される複数の密封要素を備え、前記複数の密封要素は、
   第１の端部領域及びこれに対向する第２の端部領域を有する本体を有する第１の環状中間密封要素であって、前記本体は、半径方向内側の壁表面及びこれに対向する半径方向外側の壁表面を有し、前記本体の前記第１の端部領域は、比較的平坦な端面へと移行する、互いに対向する第１及び第２の傾斜壁表面を有し、前記第２の端部領域は、凹部が間に形成された、互いに対向する第１及び第２のフレア状の脚部を含み、前記本体の前記半径方向内側の壁表面は、その上に形成されたリブを有する、第１の環状中間密封要素と、
   前記第１の中間密封要素の前記第１の端部領域に隣接して配置された第２の環状密封要素であって、前記第２の密封要素は、比較的平坦な端面で終端する第１の端部領域と、前記第１の中間密封要素の前記第１の端部領域に隣接して配置された、これに対向する第２の端部領域とを有する本体を有し、前記第２の端部領域は、前記第１の中間密封要素の前記第１の端部領域の形状に相補的な形状の凹部を含む、第２の環状密封要素と、
   前記第１の中間密封要素の前記第２の端部領域に隣接して配置された第３の環状密封要素であって、前記第３の密封要素は、前記第１の中間密封要素の前記第２の端部領域に隣接して配置された第１の端部領域及びこれに対向する第２の端部領域を有し、前記第３の密封要素の前記第１の端部領域は、前記第１の密封要素の前記第２の端部領域内に形成された前記凹部の前記形状に相補的な形状を有する、第３の環状密封要素と、
   を含む、シール組立品。
2. 前記第１の中間密封要素の前記第１の端部の前記第１及び第２の傾斜壁表面は、それぞれ約４５度の角度を有する、請求項１に記載のシール組立品。
3. 前記第１の中間密封要素の前記第１及び第２のフレア状の脚部は、それぞれの密封縁部を有し、前記第１の中間密封要素の前記リブで測定された幅並びに前記第１及び第２のフレア状の脚部で測定された幅は、前記第２及び第３の密封要素のそれぞれの幅よりも大きい、請求項１に記載のシール組立品。
4. 前記それぞれの密封縁部は、前記第１の中間密封要素の中心軸に直交する端面に対して上方に延伸するように構成された、それぞれの傾斜表面を有する、請求項３に記載のシール組立品。
5. 前記傾斜表面はそれぞれ、前記端面に対して約１０度の角度をなす、請求項４に記載のシール組立品。
6. 前記第１の中間密封要素の前記凹部は、第１の実質的に円形の部分を含む、請求項１に記載のシール組立品。
7. 前記凹部は、互いに対向し軸方向に延伸する概ね平坦な第１及び第２の壁部分を有する、前記凹部への入口に隣接した第２の軸方向外側部分を更に含む、請求項６に記載のシール組立品。
8. 前記第３の密封要素の前記第１の端部領域は実質的に円形の形状を有し、前記第２の端部領域は、互いに対向し軸方向に延伸する第１及び第２の壁表面を有する棒状の形状を有する、請求項１に記載のシール組立品。
9. 前記第１の中間密封要素の前記凹部は、第１の実質的に円形の部分と、互いに対向し軸方向に延伸する概ね平坦な第１及び第２の壁部分を有する、前記凹部への入口に隣接した第２の軸方向外側部分とを含み、前記凹部の前記第１の実質的に円形の領域は、前記第３の密封要素の前記実質的に円形の第１の端部領域に相補的な形状であり、前記凹部の前記第２の軸方向外側部分は、前記第３の密封要素の前記第２の端部領域の少なくとも一部分に相補的な形状である、請求項８に記載のシール組立品。
10. 前記第２の密封要素の前記第２の端部領域の前記凹部は、互いに対向する第１及び第２の壁部分と比較的平坦な床とを含み、組み合わせると、前記第１の中間密封要素の前記平坦な端面は、前記第２の密封要素の前記凹部の前記床に接触し、前記第１の中間密封要素の前記第１及び第２の傾斜壁表面は、前記第２の密封要素の前記第１及び第２の傾斜壁部分にそれぞれ接触する、請求項１に記載のシール組立品。
11. 前記複数の密封要素はそれぞれの硬度値を有し、前記複数の密封要素の前記硬度値は相互に異なる、請求項１に記載のシール組立品。
12. 前記第１の中間密封要素は第１の硬度値を有し、前記第２の密封要素は第２の硬度値を有し、前記第３の密封要素は第３の硬度値を有し、前記第１、第２及び第３の硬度値は相互に異なり、前記複数の密封要素の前記硬度値は、前記第２の密封要素から前記第３の密封要素へと軸方向に低くなる、請求項１に記載のシール組立品。
13. 前記シール組立品は第１の長さを有し、前記グランドの前記溝は第２の長さを有し、前記第１の長さは前記第２の長さよりも長い、請求項１に記載のシール組立品。
14. 前記傾斜表面はそれぞれ、前記端面に対して角度をなす、請求項４に記載のシール組立品。

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