JP6165738B2 - 編組された両面圧縮パッキンシールおよびその製造方法ならびにその使用方法 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ａ Ｂｒａｉｄｅｄ Ｄｕａｌ−Ｓｉｄｅｄ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｐａｃｋｉｎｇ Ｓｅａｌ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ」と題する２０１１年９月２６日出願の米国特許仮出願第６１／５３９，１８３号に基づく優先権を主張する。上記出願の内容は、本願中に引用をもって援用されている。

発明の背景
幾つかの機械分野においては、機器の複数の部品間にシールを設けなければならない。例えば、シーリング技術の一般的な一用途は、一方の端部に流体１５を有するスピニングシャフトに関する。このような場合、図１Ａおよび１Ｂに図示するように、流体１５がシャフト１０の周囲に漏出しないようにすることが望ましい。

従って、スタフィングボックス２０がシャフト１０を包囲していてもよい。スタフィングボックス２０が、回転シャフトの周囲に巻き付けられて、回転シャフト１０とスタフィングボックス２０との間の境界面およびシーリング表面をなす、本願中で圧縮パッキンシール３０として言及されるパッキン材を有してもよい。圧縮パッキンシール３０を、軸方向に当接した一連のパッキンリングから構成してもよい。ランタンリング４０が一般的に用いられ、複数のパッキンリング３０が装着されている。ランタンリング４０は、シャフトおよびスタフィングボックス２０内に形成された流体供給流路４２と連通している。ランタンリングが、水または潤滑油などの流体を流路４２から回転シャフト１０に供給するための孔を有してもよい。

圧縮パッキンシール３０が、断面から見て通常は四角形または円形の編組材料の形状であってもよいが、圧縮パッキンシール３０が様々な断面形状を有してもよい。圧縮パッキンシール３０を、適切な大きさに切断し、シャフト１０の周囲に巻き付けて、リングを形成してもよい。シャフト１０の周囲にシールを施すために、複数のリングをシャフト１０の長さに沿って設けてもよい。圧縮パッキンシール３０をスタフィングボックス２０内に固定するために、パッキン押え５０を用いてもよい。

通常の場合、圧縮パッキンシール３０を形成するために、１つまたは複数の材料を互いに編組して、四角形のパターンまたは角部を補強したパターンなどの編組パターンとする。編組パターンは、２本またはそれ以上の糸をｘ−ｙ平面内で一連の材料経路に沿って動かして、ｚ−平面内でサイズが大きくなる編組構造を構築することによって実現される。図２Ａ−２Ｄは、従来の圧縮パッキンシールにおいて用いられる一般的な編組パターンを図示している。

例えば、図２Ａは、典型的には同種の材料の２本の糸を、（上述のｘ−ｙ平面内に描かれる）２軌道の材料経路６０に沿って編組することで形成される四角形のブレードとして知られているブレードを図示したものである。この結果、図２Ｂに示す、２本の糸が四角形の各角部で交差する編組構造７０が得られる。

図２Ｃは、３本の糸が３軌道の材料経路８０に沿って編組された、３軌道のインターブレードされた（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄｅｄ）四角形の構造を図示したものである。この結果、図２Ｄに示す、３本の糸が四角形の各辺上で交差する編組構造９０が得られる。図２Ｅは、図２Ｄの編組構造の三次元斜視図を図示したものである。

同様に、図２Ｆは、４本の糸が４軌道の材料経路１００に沿って編組された、４軌道のインターブレードされた（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄｅｄ）四角形の構造を図示したものである。この結果、図２Ｇに示す、４本の材料が四角形の各辺上で交差する編組構造１１０が得られる。

図２Ｈは、図２Ｆの４軌道のインターブレードされた（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄｅｄ）四角形の構造の特別な場合を図示したものである。図２Ｈでは、４軌道の材料経路１２０が設けられている。しかし、この４軌道の材料経路の糸には、２つの異なる種類の材料が用いられている。即ち、同一の材料が２本の「内部」材料経路上で反復され、これとは異なる材料が２本の「外部」材料経路上で反復されている。従って、図２Ｉに示すように、第１の材料は圧縮パッキンシールの側部に沿って存在し、第２の材料は圧縮パッキンシールの角部に存在する。この構造は、例えば圧縮パッキンシールの角部が側部と比較して摩耗の度合いが高いと予想される場合に有用であろう。従って、より丈夫な材料を使用して角部を補強し、側部にはより安価な材料を使用してもよい。

様々な材料を使用して圧縮パッキンシールを形成してもよく、また、スタフィングボックス／シャフト／流体システムの特性がパッキンシールの要件、ひいては圧縮パッキンシールに用いられる材料に影響を及ぼしてもよい。

但し、スタフィングボックス／シャフト／流体システムの特性が、質的にまたは量的に、システム全体にわたって均一に分散していなくてもよい。例えば、パッキンシールのシャフトに面している側が、前記シャフトの回転によって著しく摩耗する一方で、（スタフィングボックスに面している）反対の側が受ける負荷がこれよりも大幅に少ない場合があろう。更に、シール対象の流体に最も近いスタフィングボックスの角部のシール側面は、この位置ではシールがスタフィングボックスの底部とシャフトとの間の隙間を密閉しなければならないことから、より高い押出抵抗を有する必要があろう。シールの中間リングについては、そのような隙間を密閉する必要はないので、押出に関する懸念はない。

上述の従来の編組パターンには、それぞれ、上記の問題を解決するに当たっての欠点がある。具体的には、編組構造の異なる複数の材料が、編組構造全体にわたって均一に配分されてしまいやすい。例えば、図２Ｃの４軌道の構造に示されるように、４軌道の四角形の編組構造では、各側面に全ての材料が表出する。このため、この４軌道の編組構造で、特定の材料のみが特定の状態に曝されるようにすることは困難である。例えば、この４軌道の編組構造で、耐久性の高さから選択された１つの材料を、シャフト１０に面する側に表出させ、別の安価な材料をスタフィングボックス２０に面する側に表出させることは不可能であり、４つの材料全てが各方向に面して表出することになる。

発明の概要
本発明は、機器／シールシステム全体にわたる負荷の不均一な配分に関する既存の圧縮パッキンシールの上述の欠点を克服するものである。

以下により詳細に記載するように、両面圧縮パッキンシールを提供する。前記圧縮パッキンシールは、表面領域を有する単一の編組構造である。前記表面領域のうちの第１の連続した概ね半分の部分は第１の材料からなり、前記表面領域のうちの第２の連続した概ね半分の部分は、前記第１の材料とは異なる第２の材料からなる。即ち、前記パッキンシールは非対称であり、それぞれの側に異なる材料を表出している。

従って、１つの圧縮パッキンシールを様々に異なる場合において使用することが可能であり、第１および第２の材料の構成に基づいて、様々に異なる利点を発揮しうる。例えば、比較的高価かつ丈夫な第１の材料を使用する一方で、比較的安価で弱い第２の材料も使用することが可能である。使用に際しては、圧縮パッキンシールをより著しく摩耗させる、例えば回転するシャフトなどの表面に、より丈夫な第１の材料が面するように、圧縮パッキンシールを配置してもよい。より弱い第２の材料がこれとは逆の側に面していてもよく、このことは多くの場合、第２の材料がスタフィングボックスの内側の静的な表面に面することを意味している。従って、第２の材料は、第１の材料ほどには摩耗しない。このような構成では、より丈夫な第１の材料がシールの寿命の長期化に役立つ一方で、より弱い第２の材料を用いることで、圧縮パッキンシールの製造コストが抑えられる。

前記圧縮パッキンシールを、第１及び第２の材料を単一の機械を用いて単一の経路で編組することによって製造すると有利であろう。この場合、製造コストは、例えばパッキンの異なる複数の部分を異なる複数の機械で別々に形成した後に、これらの部分を接着剤で接合する方法で製造された圧縮パッキンシールと比較すると、より低くなる。更に、インターブレードされた（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄｅｄ）圧縮パッキンシールの構造は、複数の材料を別々に編組して接着剤で接合した場合よりも頑丈である。

前記圧縮パッキンシールは、少なくとも第１の材料と、前記第１の材料とは異なる第２の材料とから形成されている。前記第１の材料は、前記第２の材料と編組されて、前記圧縮パッキンシールを形成している。前記第１の材料および前記第２の材料は、前記圧縮パッキンシールが、断面から見て、長手方向の軸に実質的に垂直かつ前記圧縮パッキンシールの一側面に実質的に垂直な第１の軸に対して非対称な構成となるように、相互に対して配置されている。

複数の実施例に、編組された両面圧縮パッキンシールの製造方法を示す。少なくとも第１の材料および第２の材料が、少なくとも４本の材料経路を辿る複数のキャリヤに供給されてもよい。前記複数の材料経路が、実質的に三角形状の第１の材料経路と、実質的に四角形状の第２および第３の材料経路と、実質的に三角形状の第４の材料経路とを含んでもよい。前記第１の材料と前記第２の材料とが、前記４本の材料経路に沿って編組されて、圧縮パッキンシールを形成してもよい。圧縮パッキンシールが、断面から見て、前記長手方向の軸に垂直な第１の軸に対して非対称な構成となるように、前記第１の材料および前記第２の材料が相互に対して配置されるような方法で、前記編組が行われてもよい。

複数の実施例に、両面圧縮パッキンシールを製造するための装置を更に記載する。前記装置が、前記第１および第２の材料を動かすための第１のホーンギヤ行、前記第１および第２の材料を動かすための第２のホーンギヤ行および、前記第１および第２の材料を動かすための第３のホーンギヤ行を有してもよい。前記第１の材料または前記第２の材料を、第１のホーンギヤから同じ行の第２のホーンギヤへ、または第１のホーンギヤから隣接する行の第２のホーンギヤへ動かすための１つまたは複数のキャリヤが設けられていてもよい。前記第１、第２および第３のホーンギヤ行を連結させて、１つまたは複数の材料軌道に沿った少なくとも４本の材料経路を形成してもよい。前記複数の材料経路が、実質的に三角形状の第１の材料経路と、実質的に四角形状の第２および第３の材料経路と、実質的に三角形状の第４の材料経路とを含んでもよい。

幾つかの実施例においては、編組された両面圧縮パッキンシールが、前記圧縮パッキンシールをスタフィングボックス内に配置することによって使用されてもよい。前記シールをシャフトの周囲に設けてもよい。異なる種類の複数の圧縮パッキンシールを単一のスタフィングボックスと組み合わせて用いてもよいし、同一の種類の圧縮パッキンシールを、同じまたは異なる構成で繰り返し使用してもよい。

図１Ａは、回転シャフトに対して固定するために用いられる従来のスタフィングボックスおよび圧縮パッキンシールの一例を図示したものである。 図１Ｂは、図１Ａのスタフィングボックスおよび回転シャフトの断面図である。 図２Ａは、従来の２軌道の四角形のブレードのための編組パターンの一例を図示したものである。 図２Ｂは、図２Ａに図示するパターンに従って編組された四角形のブレードの一側面の一例を図示したものである。 図２Ｃは、従来の３軌道の四角形のインターブレード（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄ）の編組パターンの一例を図示したものである。 図２Ｄは、図２Ｃに図示されたパターンに従って編組された四角形のインターブレード（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄ）の一側面の一例の二次元斜視図である。 図２Ｅは、図２Ｃに図示されたパターンに従って編組された四角形のインターブレード（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄ）の一側面の一例の三次元斜視図である。 図２Ｆは、従来の４軌道の四角形のブレードの編組パターンの一例を図示したものである。 図２Ｇは、図２Ｆに図示されたパターンに従って編組された四角形のインターブレード（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄ）の一側面の一例を図示したものである。 図２Ｈは、角部を補強した従来の４軌道の四角形のインターブレード（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄ）の編組パターンの一例を図示したものである。 図２Ｉは、図２Ｈに図示されたパターンに従って編組された、角部を補強した四角形のインターブレード（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄ）の２つの側面の一例を図示したものである。 図３は、本発明の一実施例に基づく編組された両面圧縮パッキンの側面図である。 図４Ａは、スタフィングボックスの内側に配置された本発明の圧縮パッキンシールの構成の第１の例を図示したものである。 図４Ｂは、スタフィングボックスの内側に配置された本発明の圧縮パッキンシールの構成の第２の例を図示したものである。 図４Ｃは、スタフィングボックスの内側に配置された本発明の圧縮パッキンシールの構成の第３の例を図示したものである。 図４Ｄは、スタフィングボックスの内側に配置された本発明の圧縮パッキンシールの構成の第４の例を図示したものである。 図５Ａは、本発明の教示に基づく編組された両面圧縮パッキンを製造するための、本発明の複数の実施例での使用に適した編組経路レイアウトの一例を図示したものである。 図５Ｂは、図５Ａの編組経路レイアウトのうちの第１の材料経路の一例を図示したものである。 図５Ｃは、図５Ａの編組経路レイアウトのうちの第２の材料経路の一例を図示したものである。 図５Ｄは、図５Ａの編組経路レイアウトのうちの第３の材料経路の一例を図示したものである。 図５Ｅは、図５Ａの編組経路レイアウトのうちの第４の材料経路の一例を図示したものである。 図５Ｆは、図５Ａの編組経路レイアウトの別の一実施例を図示したものである。 図６は、図５Ａ−５Ｅの編組レイアウトを用いた、本発明の両面圧縮パッキンを形成するための装置の一例を図示したものである。

発明の詳細な説明
既存の圧縮パッキンシールは、負荷の不均一な分布およびその他の機械設備に一般に付随する要素への対処に適していない。従来の編組技術では、異なる種類の材料を組み合わせることは、通常は対象的な編組パターンにおいてのみ可能である。従って、従来の編組技術は、第１の材料が（例えばシールの表面領域のうちの連続した約５０％などの）一側面の実質的に全体にわたって配置され、第２の材料が（前記第１の面とは反対側の前記シールの表面領域のうちの連続した約５０％などの）別の面の実質的に全体にわたって配置された編組圧縮パッキンシールを製造することが通常は不可能であり、これに適していない。本願中で用いる「実質的に」という用語は、ブレードの側面の約半分（５０％）以上、好適にはブレードの側面の大部分、最も好適にはブレードの側面全体にわたって材料が連続的に配置されていることを意味することを意図されている。

一解決方法として、２つの異なる圧縮パッキンシールを別々に編組した後に、これら２つの異なる圧縮パッキンシールを（例えば接着剤を用いて）互いに接合することが可能である。しかし、そのような解決方法には、多くの問題が伴う。例えば、この解決方法では、２つの編組材料を形成することが必要である。従って、材料を編組するのに要する時間および、編組機上での摩耗は、ブレードが単一の材料からなる場合と比較して倍増する。更に、異なる複数のパッキンシールが接着剤で互いに接合されているだけなので、形成されたパッキン材料は、複数の構成材料が互いに編組されたパッキンほどには丈夫でない。

従って、複数の構成材料が、接着剤を用いずに、単一の編組機上で単一の経路を用いて編組された、非対称な特性を有する編組圧縮パッキンシールを製造可能であることが望ましく、有利である。以下により詳細に説明する技術を用いて製造された、そのような編組された圧縮パッキンシールの一例を、図３に示す。

図３に示すように、複数の実施例に、編組された両面圧縮パッキンシール１３０を記載する。前記編組が数多くの形態をとってもよく、例えば、圧縮パッキンシール１３０が、インターブレード（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄ）パターンで編組されてもよい。

長手方向軸「Ｌ」が、圧縮パッキンシール１３０の中心を通り、その長さに沿って延伸している。第１の軸「Ａ_１」が、前記長手方向軸Ｌに対して実質的に垂直であり、かつ圧縮パッキンシール１３０の一側面に対して実質的に垂直である。本願の圧縮パッキンシール１３０は、圧縮パッキンシール１３０が、断面形状で見たときに、前記第１の軸Ａ_１に対して非対称な構成となるように互いに編組された、少なくとも第１の材料および第２の材料１５０から構成されていてもよい。即ち、第１の材料１４０は、圧縮パッキンシール１３０の一外部側面の実質的に全体にわたって配置されており、第２の材料１５０は、これと対向する圧縮パッキンシール１３０の一外部側面の実質的に全体にわたって配置されている。一方、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸Ａ_２を、圧縮パッキンシール１３０が断面から見て第２の軸Ａ_２に対して対称な構成となるように規定してもよい。

換言すれば、圧縮パッキンシール１３０が複数の側面を有してもよく、また、圧縮パッキンシール１３０は、前記複数の側面に対して垂直な面で見たときに、非対称な構成を呈する。

断面形状で見たときに、第１および第２の材料１４０、１５０のうちの１つまたは複数が、圧縮パッキンシール１３０内において実質的に三角形の形状に形成されていてもよい。さらに、第１および第２の材料１４０、１５０のうちの１つまたは複数が、圧縮パッキンシール１３０内において実質的に四角形の形状に形成されていてもよい。

図３は、断面が実質的に長方形であり、両側面の長さの比が実質的に４：３である圧縮パッキンシール１３０を図示したものである。圧縮パッキンシール１３０の断面が長方形であることは、長方形の圧縮パッキンシール１３０が設置の際にねじれにくいか、または圧縮パッキンシール１３０から形成される、１個のスタフィングボックス２０を充填するのに要するリングの数が比較的少ない（従って迅速に設置可能な）、断面の小さいパッキンの場合に、特に有利であろう。

但し、材料、材料の厚さまたは密度、および／あるいは使用する編組パターンを変化させることで、様々に異なる圧縮パッキンシール１３０の形状を実現可能であることは、当業者に理解されよう。

図３は、前記シールの一点のみに沿った断面を図示していることに留意すべきである。前記材料内を長手方向軸Ｌに沿って移動した、別の複数の内部位置では、２つの材料が入れ替わっていることを、当業者は容易に理解するであろう。そのような互い違いの構成が、図４Ａに最も適切に図示されている。

第１の材料１４０および第２の材料１５０を、ブレードの所望の特性と、ブレードが曝される環境とに基づいて、容易に選択可能である。例えば、当業者は、前記第１および第２の材料を、任意の数の異なる所望の特性に基づいて容易に選択可能であろう。第１の材料１４０の選択に際して配慮する事項の例には、第１の材料１４０を、第２の材料１４０よりも高い潤滑性を有するように選択可能であること、第１の材料１４０を、第２の材料１５０よりも高いシール性を有するように選択可能であること、第１の材料１４０を、第２の材料１５０とは異なる構造（長繊維構造対短繊維構造など）を有するように選択可能であること、第１の材料１４０を、第２の材料１５０よりも高い押出抵抗を有するように選択可能であることおよび、第１の材料１４０を、第２の材料１５０よりも高い熱伝導性を有するように選択可能であることが含まれるが、これらに限定されることはない。第１の材料１４０が、例えば、炭素、ＰＴＦＥ、パラアラミド合成繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維（ＰＢＩ）または９５％＋炭素アッセイあるいはその他の、意図された目的に適した材料から構成されていてもよい。

同様に、第２の材料１５０が、第１の材料１４０よりも低いコスト、第１の材料１４０よりも高い可鍛性または第１の材料１４０よりも高い弾性率を有するか、あるいは第１の材料１４０よりも少量のＰＴＦＥを含有するように選択されてもよい。第２の材料１５０が、例えば、アクリル、レーヨン、炭素、グラファイトまたはガラス繊維から構成されていてもよい。

図３に図示するように、１つまたは複数の経糸１４２が、圧縮パッキンシール１００の強化のために、圧縮パッキンシール１００内で長手方向に延伸していてもよい。前記経糸が、例えば、高品位炭素、金属線またはパラアラミド合成繊維および／または圧縮パッキンシール１００の編組部分の形成に使用されているのと同じ材料から構成されていてもよい。本願の教示に照らして当業者が容易に定めることのできるその他の材料も、使用可能である。

第１および第２の材料１４０、１５０を、圧縮パッキンシール１３０の異なる複数の用途に基づいて選択および配備してもよい。第１及び第２の材料１４０、１５０の双方の特性を、単一の機械を用いて単一の工程で編組することの可能な単一の単体圧縮パッキンシール１３０において活用すると有利であろう。

一例においては、第１の材料１４０を、スタフィングボックス２０の内壁に接して配置してもよい。第２の材料１５０を、回転シャフト１０に接して配置してもよい。従って、第１の材料１４０よりも高価な強靭な材料を、第２の材料１５０として選択することが望ましいであろう。この構成では、第１の材料１４０は第２の材料１５０よりも摩耗の度合いが少ないであろうことから、より安価な材料１を第１の材料１４０として用いて、圧縮パッキンシール１３０の全体的なコストを抑えることが望ましいであろう。

例えば、そのような材料の組み合わせを、図４Ａに図示したのと同様の構成において使用してもよい。図４Ａに示すように、第１の材料１４０を、第２の材料１５０よりも低コストとなるように選択してもよい。加えてまたは代わりに、第１の材料１４０が、回転していないかまたは静止しているスタフィングボックス２０に対してより良好な静的シールを施すために、第２の材料１５０よりも高い可鍛性を有してもよい。また、第１の材料１４０を、圧縮制御のために比較的高い弾性率を有するように選択してもよいし、または、最小限のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含有するように選択することにより、圧縮パッキンシール１３０の構造全体におけるＰＴＦＥ含有量を抑えてもよい。

圧縮パッキンシール１３０の第２の材料１５０を、圧縮パッキンシール１３０のシャフト１０に面している側に設けてもよい。この場合、第２の材料１５０を、第１の材料１４０よりも高い潤滑性および／または熱伝導性を有するように選択してもよい。

図４Ｂに図示する別の一例においては、異なる複数の材料を選択してもよく、また、圧縮パッキンシールを、圧縮パッキンシールがランタンリング４０のいずれの側に使用されるのかに基づいて、様々に異なる構成で配置してもよい。圧縮パッキンシール１３０が、例えば第２の材料１５０よりも高い潤滑性、高い熱伝導性または高いシール性を有するように選択された第１の材料１４０を含んでもよい。これに対し、第２の材料１５０が、第１の材料１４０よりも高い強度または耐摩耗性を有するように選択されてもよい。ランタンリング４０の流体１５に最も近い側において、流体１５に対してより良好なシールを施すために、第１の材料１４０がシャフト１０に面していてもよい。ランタンリング４０のパッキン押え５０に最も近い側において、材料の全体的な摩耗を軽減するために、第２の材料１５０がシャフトに面していてもよい。圧縮パッキンシール１３０がスラリーに対してシールを施す、図４Ｂに図示する構成を用いた別の一例においては、第１の材料１４０が摩耗に耐える比較的強い材料であるのに対し、第２の材料１５０が、漏出を軽減する比較的高いシール性、比較的高い潤滑性および比較的高い耐熱性を発揮してもよい。

更なる複数の例が、図４Ｃおよび図４Ｄに図示されている。図４Ｃでは、スタフィングボックス２０の両端で第１の材料１４０がシャフトに面していることにより、角部の隙間におけるより高い強度が材料に付与され、押出が防止される。第２の材料１５０が、優れたシーリング特性を有することにより、押出が重要な要因ではない各位置において、強力なシーリング表面を供するように選択されてもよい。図４Ｄは、回転しているシャフトの両端の圧縮パッキンシール１３０が、他方の圧縮パッキンシール１３０から９０度回転している、同様な押出防止構成を図示している。このような方法で、これらの特定の圧縮パッキンシール１３０の第１の材料１４０の押出防止特性を、この特性が非常に有用である場合には的確に活用する一方で、第２の材料１５０のシーリング特性の幾つかも活用してもよい。

上述の特性、材料および構成は、例示的なものに過ぎず、他の種類の材料、特性および構成を、用途に応じて選択可能であることは、当業者に理解されよう。

図５Ａ−５Ｅを参照しながら以下により詳細に示すように、圧縮パッキンシール１３０の編組に用いられる編組パターンは、２つの材料に限定されない。代わりに、圧縮パッキンシール１３０が、さらに第３または第４の材料から形成されていてもよく、またこれらが、第１および第２の材料とは異なり、相互にも異なっていてもよい。あるいは、１つ、２つまたは３つの異なる材料を用いてもよい。

図５Ａは、圧縮パッキンシール１３０の第１のおよび第２の材料１４０、１５０の編組に用いることの可能な全体的な編組経路レイアウトおよびその中に形成される材料経路を図示したものである。当業者は、図５Ａに図示される材料経路が、例えば図６に図示される装置のような編組装置で用いられる複数の材料軌道によって規定されてもよいことを容易に理解するであろう。以下により詳細に記載するように、第１および第２の材料１４０、１５０を相互に編組するために、１つまたは複数のキャリヤが、これらの軌道を使用した材料経路に沿って第１および第２の材料１４０、１５０を動かしてもよい。

図５Ａに図示する材料を用いて編組された圧縮パッキンシール１３０が、長手方向軸Ｌに実質的に垂直かつ圧縮パッキンシールの一側面に実質的に垂直な第１の軸Ａ_１に対して、圧縮パッキンシール１３０が断面形状で見たときに非対称な構成となるように相互に対して配置された第１の材料１４０および第２の材料１５０を有してもよい。

前記複数の材料経路が、実質的に三角形状の第１の材料経路１６０と、実質的に四角形状の第２の第２の材料経路１７０および第３の材料経路１８０と、実質的に三角形状の第４の材料経路１９０とを含んでもよい。第１の材料１４０および第２の材料１５０が、前記複数の材料経路に沿って編組されるかまたは噛み合わせられて、圧縮パッキンシール１３０を形成してもよい。

図５Ａは、編組装置上に描かれる４つの材料経路全てを図示したものである。図５Ｂ−５Ｅは、さらなる明瞭化および理解のために、前記第１、第２、第３および第４の材料経路を個別に図示したものである。

材料経路１６０、１７０、１８０および１９０を、第１の材料１４０および第２の材料１５０を互いに編組する編組装置２００中に実現または具現してもよい。編組装置が、第１の材料１４０および第２の材料１５０を、前記複数の材料経路の周りで複数のキャリヤ２２０を動かす複数のホーンギヤ２１０の助けによって動かしてもよい。

各ホーンギヤ２１０が、キャリヤ２２０を差し込むための１つまたは複数のスロット２３０を有してもよい。スロット２３０が、キャリヤ２２０をその中に固定可能であるように、キャリヤ２２０の対応する嵌合部が差し込まれる形状および大きさを有してもよい。また、スロット２３０を、（例えば図５Ａに図示された点２３２における例のように）キャリヤが第１のスロット内に存在すると同時に第２のスロットが前記第１のスロットと隣接している場合に、前記キャリヤを前記第１のスロットから前記第２のスロットへと動かすことが可能である大きさおよび配置としてもよい。即ち、複数のホーンギヤ２１０のスロット２３０が適切な時点において整列している場合には、隣接するホーンギヤ２１０間でキャリヤ２２０を移動させることが可能であってもよい。

ホーンギヤ２２０が、キャリヤ２２０を、これらのキャリヤ間で衝突を起こさせることなく前記材料経路に沿って動かすような大きさおよび構成の、１つまたは複数の大きさの一連のギヤであってもよい。より詳細には、ホーンギヤ２１０の回転に伴い、キャリヤ２２０が、前記材料経路に沿って新たな位置へと移動する。キャリヤ２２０は、隣接する複数のホーンギヤの複数のスロット２３０が適切な時点において整列している場合に、１つのホーンギヤ２１０から隣接するホーンギヤ２１０へと移動する。即ち、ホーンギヤ２１０およびスロット２３０は、キャリヤ２２０が特定の時点でのみ１つのギヤから別のギヤへと移動することにより、特定のキャリヤ２２０に、前記キャリヤ２２０によって搬送される材料用に指定された材料経路に対応する特定の経路のみを辿らせるように構成されている。このように、あるキャリヤ２２０が、当該キャリヤ２２０によって搬送される材料専用の経路に沿って移動するように形成されていてもよい。

適切な大きさのホーンギヤ２１０を選択することにより、材料経路１６０、１７０、１８０、１９０を実現する一方で、キャリヤ２２０同士の衝突を回避することが可能である。例えば、複数のホーンギヤ２１０を、３つの行２０２、２０４、２０６に配列してもよい。第１の行２０２のホーンギヤ２１０の大きさが、第３の行２０６のホーンギヤ２１０の大きさと同じであってもよい。第２の行２０４のホーンギヤ２１０の大きさが、第１の行２０２および第３の行２０６のホーンギヤの大きさとは異なっていてもよい。

例えば、図５Ａに図示するように、第１のホーンギヤ行２０２のホーンギヤ２１０と第３のホーンギヤ行２０６のホーンギヤ２１０とが実質的に同じ大きさであってもよく、さらに、第２のホーンギヤ行２０４のホーンギヤ２１０よりも大きくてもよい。大きさを、例えばホーンギヤ２１０の直径または円周によって規定してもよい。より詳細には、第２のホーンギヤ行２０４のホーンギヤ２１０の大きさに対する第１および第３のホーンギヤ行２０２、２０６のホーンギヤ２１０の大きさの比が、６：４、６：５または４：３であってもよい。

ホーンギヤ２１０の大きさを、ホーンギヤ２１０の直径または円周によって規定する代わりに、ホーンギヤ内のスロット２３０の数によって規定してもよい。例えば、第１のホーンギヤ２１０の大きさが「６」であり、第２のホーンギヤ２１０の大きさが「４」である場合には、このことが、第１のホーンギヤ２１０が、キャリヤ２２０が差し込まれるスロットを６つ有し、第２のホーンギヤ２１０が、キャリヤ２２０が差し込まれるスロットを４つ有することを示してもよい。この場合のホーンギヤ２１０の大きさの比が、６：４、６：５または４：３であってもよい。

スロット２３０が、ホーンギヤ２１０の周囲に均等に分散していてもよい。例えば、一つのホーンギヤ２１０が６つのスロット２３０を有している場合に、これらのスロット２３０が、ホーンギヤ２１０の円周に沿って互いに６０度の間隔で離間していてもよい。

好適には、第１および第３のホーンギヤ行２０２、２０６のホーンギヤ２１０のそれぞれが、キャリヤ２２０を差し込むための６つのスロット２３０を有し、第２のホーンギヤ行２０４のホーンギヤ２１０のそれぞれが、キャリヤ２２０を差し込むための４つまたは５つのアクティブなスロットを有してもよい。幾つかの実施例においては、装置２００の各ホーンギヤ２１０が、同じ数のスロット２３０を有する。例えば、各ギヤ２１０に６つのスロット２３０が設けられていてもよい。ただし、各ギヤに６つのスロットが設けられているにもかかわらず、第２の行２０４のギヤ２１０が、編組プロセスの間、４つまたは５つのスロット２３０のみを利用してもよい。即ち、ギヤ２１０の大きさおよび形状が、キャリヤ２２０が第２の行２０４のギヤ２１０の６つのスロットのうちの４つまたは５つのスロットのみによって搬送されるような大きさおよび形状であってもよい。編組プロセスの間に、第２の行２０４のホーンギヤ２１０のスロット２１０のうちの１つまたは２つにキャリヤが差し込まれなくてもよい。従って、第２の行２０４のギヤ２１０の４つまたは５つのスロット２３０のみが、編組プロセスの間にキャリヤ２２０が差し込まれるという点で「アクティブ」である。編組プロセスの間にキャリヤ２２０がパッシブなスロット内に移動しないように、ホーンギヤ２１０の相対的な大きさおよびホーンギヤ２１０の回転速度によって、１つまたは２つの「パッシブ」なスロットが隣接するホーンギヤと概ね整列しないようにすることが可能である。

複数のホーンギヤ２１０を行２０２、２０４および２０６に分割することに加えて、複数のホーンギヤ２１０を複数の列に分割してもよい。例えば、第１、第２および第３のホーンギヤ列のそれぞれが、第１のホーンギヤ、第２のホーンギヤ、第３のホーンギヤおよび第４のホーンギヤを有してもよい。従って、装置が、ホーンギヤ２１０の第１の列２１２、第２の列２１４、第３の列２１６および第４の列２１８を有してもよい。各列が、第１の比較的大きなホーンギヤ、第２の比較的小さなホーンギヤおよび、前記第１の比較的大きなホーンギヤと同じ大きさの第３のホーンギヤを有してもよい。列内の第２のホーンギヤが、前記列内の第１のホーンギヤおよび第３のホーンギヤの間に配置されていてもよい。

回転方向の一例が、各ホーンギヤ２１０について５Ａに図示されている。図５Ａに示す例では、各ホーンギヤ２１０が、隣接するホーンギヤ２１０とは反対の方向に回転する。言い換えれば、各行２０２、２０４、２０６の第１のホーンギヤおよび第３のホーンギヤが同じ方向に回転し、各行２０２、２０４、２０６の第２のホーンギヤおよび第４のホーンギヤが、前記第１のホーンギヤおよび前記第３のホーンギヤとは反対の方向に回転してもよい。その他の回転の仕方を採用してもよいことは、当業者に容易に理解されよう。

図５Ａ−６が、特定の構成のホーンギヤ２１０およびキャリヤ２２０を図示していることに留意すべきである。この構成は、編組サイクル中の特定の一時点におけるホーンギヤ２１０およびキャリヤ２２０の位置を表している。従って、編組サイクル中の別の時点では、ホーンギヤ２１０およびキャリヤ２２０は、図５Ａ−６に図示する構成とは異なる構成となりうる。

編組プロセスにおいて、第１の材料経路１６０（図５Ｂを参照）および第２の材料経路１７０（図５Ｃを参照）が第１の材料１４０を搬送し、第３の材料経路１８０（図５Ｄを参照）および第４の材料経路１９０（図５Ｅを参照）が第２の材料１５０を搬送してもよい。このようにして、完成した圧縮パッキンシール１００が、第１の材料１４０の第１の外側面および第２の材料１５０の第２の外側面を表出する。

言い換えれば（図５Ａに関し）、装置２００が４つのホーンギヤ列２１２、２１４、２１６および２１８に分割されている場合に、ホーンギヤ２１０の第１の列２１２が第１の材料１４０のみを動かし、第１の材料１４０が第１の材料経路１６０および第２の材料経路１７０に沿って搬送されてもよい。ホーンギヤ２１０の第２の列２１４が、第１の材料１４０および第２の材料１５０の双方を動かし、第１の材料１４０が第１及び第２の材料経路１６０、１７０に沿って、第２の材料１５０が第３の材料経路１８０に沿って動いてもよい。ホーンギヤ２１０の第３の列２１６が、第１の材料１４０および第２の材料１５０の双方を動かし、第１の材料１４０が第１及び第２の材料経路１７０に沿って、第２の材料１５０を第３の材料経路１８０および第４の材料経路１９０に沿って動いてもよい。ホーンギヤ２１０の第４の列２１０が、第２の材料１５０のみを動かし、第２の材料１５０が、第３の材料経路１８０および第４の材料経路１９０に沿って動いてもよい。

材料を別の構成に配置することによって、圧縮パッキンシール１３０のその他の構造を達成してもよい。例えば、第１の材料１４０を第１および第４の経路１６０、１９０で使用し、第２の材料１５０を第２および第３の経路１７０、１８０で使用することにより、角部に第１の材料１４０、中間部に第２の材料１５０を有する圧縮パッキンシール１００を作成できることが分かる。このことは、例えば強度の高い第１の材料１４０および安価な第２の材料１５０を用いて角部を強化した圧縮パッキンシール１００を提供するのに有用であろう。

さらなる編組経路レイアウトを図５Ｆに示す。図５Ｆの編組経路のレイアウトは、中間行２０４の軌道が、図５Ａの円形の経路ではなく楕円形または長円形の経路を形成するという点を除いては、図５Ａに図示されたレイアウトと同様である。このことが、例えば、中間行２０４内に材料経路を規定するための楕円形の溝２０９（図６を参照）によって達成されてもよい。

装置２００を、図６により詳細に示す。図６に図示するように、ホーンギヤ２１０をプレート２０８上に載置してもよい。プレート２０８には、キャリヤ２２０が１つのホーンギヤ２１０から所定の材料経路に沿って隣接するホーンギヤ２１０へと移動することを可能にする複数の材料軌道または溝２０９が設けられている。

図６に図示するように、ホーンギヤ２１０および溝２０９が円形であってもよい。別の複数の実施例においては、溝２０９が互いに異なる形状であってもよい。例えば、第１および第３の行２０２、２０６の溝２０９が円形である一方で、第２の行２０４の溝２０９が楕円形または長円形であってもよい。キャリヤ２１０の内側の経路を溝２０９の楕円形の部分と適合させるために、中間行２０４のホーンギヤ２１０のスロット２３０が、最上行２０２及び最下行２０６のホーンギヤ２１０のスロット２３０よりも深くてもよい。各行２０２、２０４および２０６のホーンギヤ２１０が同じ大きさであってもよいし、互いに異なる大きさであってもよい。

ホーンギヤ２１０の第１、第２および第３の行が互いに連結して、１つまたは複数の材料軌道に沿った少なくとも４つの材料経路を形成してもよい。図４Ａと関連させながら上述したように、前記複数の材料経路が、実質的に三角形状の第１の材料経路と、実質的に四角形状の第２および第３の材料経路と、実質的に三角形状の第４の材料経路とを含んでもよい。各材料経路用の材料軌道を形成するために、装置２００がホーンギヤを支持するためのプレートを有してもよく、また前記材料軌道が、例えば前記プレートに溝または貫通孔を形成することによって形成されてもよい。

複数の実施例においては、装置２００が、３つの行ではなく、４つのホーンギヤ列を有することも考えられる。第１のホーンギヤ列が第１の材料のみを動かし、第２および第３の列が第１および第２の材料を動かし、第４の列が第２の材料のみを動かしてもよい。

動作に際しては、第１の材料１４０または第２の材料１５０が装着されたスプールを、キャリヤ２２０上の支持要素２２２に取り付けてもよい。第１の材料１４０または第２の材料１５０を、前記スプールからキャリヤ２２０の適切な支持位置へと供給してもよい。従って、キャリヤ２２０が、材料経路１６０、１７０、１８０、１９０のうちの１つの周りで動くのに伴って、支持要素２２２上に取り付けられた前記材料のスプールを搬送してもよい。このようにして、キャリヤ２２０が材料経路に沿って互いにすれ違うのに伴い、材料がｘ−ｙ平面に沿って編組されてもよい。さらに、プレート２０８を貫通するパッセージ２２４が設けられていてもよい。編組方向に対して垂直な方向（即ち図６のｚ−平面内）で経糸１４２がプレート２０８を貫通することを、パッセージ２２４が可能にしてもよい。編組プロセスの間、キャリヤ２２０が経糸１４２の周りで動く一方で、経糸１４２が静止したままであってもよい。

図５Ａおよび図６に図示された装置２００および材料経路１６０、１７０、１８０、１９０を用いて、編組された両面圧縮パッキンシール１３０を実現してもよい。

上記に鑑み、本発明が、上述の記載から明らかとされるものの中でも、上記の目的を効率的に達成することが理解されよう。上記の構成において、本発明の範囲を逸脱することなく幾つかの変更を加えることが可能であることから、上述の記載に含まれるかまたは添付の図面に図示される全ての事項が例示的なものであり、限定的なものではないことが意図されている。

特別に指定がない限り、単数形で用いられる用語は複数形を包含し、逆も同様である。「または」という用語は、非排他的であることを意味し、特別に指定がない限り、排他的ではない。

また、以下の請求項は、本願に記載の発明の全ての包括的なおよび具体的な特徴ならびに、言語上これに含まれると言うことのできる請求の範囲の全ての記載を包含することが理解されるべきである。

Claims (21)

1. 編組された両面圧縮パッキンシールであって、長手方向軸が前記両面圧縮パッキンシールの中心を通って前記両面圧縮パッキンシールの長さに沿って延伸し、前記両面圧縮パッキンシールが少なくとも第１の材料および前記第１の材料とは異なる第２の材料を備え、
   前記第１の材料がインターブレード（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄ）パターンを用いて前記第２の材料と編組されることによって、前記両面圧縮パッキンシールが、断面形状で見たときに、長手方向軸に実質的に垂直かつ前記圧縮パッキンシールの一側面に実質的に垂直な第１の軸に対して非対称な構成となるように、前記第１の材料および前記第２の材料が相互に対して配置されており、
   前記両面圧縮パッキンシールが相互に対向する第１および第２の外側面を備え、前記第１の外側面が実質的に前記第１の材料から構成され、前記第２の外側面が実質的に前記第２の材料から構成され、
   前記編組の結果として、前記第１の材料が前記両面圧縮パッキンシールの実質的に半分を形成し、前記第２の材料が前記両面圧縮パッキンシールの実質的に残り半分を形成している、両面圧縮パッキンシール。
2. 前記両面圧縮パッキンシールが複数の側面を有し、前記両面圧縮パッキンシールが、前記複数の側面に垂直な平面で見たときに非対称な構成を呈する、請求項１に記載の両面圧縮パッキンシール。
3. 前記両面圧縮パッキンシールが、断面形状で見たときに、前記第１の軸に垂直な第２の軸に対して対称な構成となるように、前記第１の材料および前記第２の材料が相互に対してさらに配置されている、請求項１に記載の両面圧縮パッキンシール。
4. 前記第１の材料が、炭素、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パラアラミド合成繊維またはポリベンゾイミダゾール繊維（ＰＢＩ）を含有する、請求項１に記載の両面圧縮パッキンシール。
5. 前記第２の材料が、アクリル、レーヨン、炭素、グラファイトまたはガラス繊維を含有する、請求項１に記載の両面圧縮パッキンシール。
6. 前記第１の材料および前記第２の材料が互いに異なる特性を有する、請求項１に記載の両面圧縮パッキンシール。
7. 前記第１の材料が、前記第２の材料よりも高い潤滑性、前記第２の材料よりも高いシール性、前記第２の材料とは異なる構造、前記第２の材料よりも高い押出抵抗または、前記第２の材料よりも高い熱伝導性を有する、請求項１に記載の両面圧縮パッキンシール。
8. 前記パッキン材料を長手方向に貫通する、前記両面圧縮パッキンシールを強化するための１つまたは複数の経糸をさらに備えた、請求項１に記載の両面圧縮パッキンシール。
9. 前記第１の材料および前記第２の材料とは異なる第３の材料をさらに備えた、請求項１に記載の両面圧縮パッキンシール。
10. 前記第１の材料、前記第２の材料および前記第３の材料とは異なる第４の材料をさらに備えた、請求項９に記載の両面圧縮パッキンシール。
11. 前記第１および第２の材料の１つまたは複数が、断面形状で見たときに、前記両面圧縮パッキンシール内で実質的に三角形状に形成されており；
    前記第１および第２の材料の１つまたは複数が、断面形状で見たときに、前記両面圧縮パッキンシール内で実質的に四角形状に形成されている；
    請求項１に記載の両面圧縮パッキンシール。
12. 前記両面圧縮パッキンシールが、断面形状で見たときに、前記両面圧縮パッキンシールの一辺と前記両面圧縮パッキンシールの別の辺との比が実質的に４：３の長方形である、請求項１に記載の両面圧縮パッキンシール。
13. シャフトを実質的に包囲してシーリングシステムを形成するスタフィングボックスを充填する方法であって：
    請求項１に従って両面圧縮パッキンシールを設けることと；
    前記両面圧縮パッキンシールを前記スタフィングボックス内に配置することと；
    を含む方法。
14. 前記第１の材料が前記シャフトに面し、前記第２の材料が、外側に面して前記スタフィングボックスの半径方向内壁に接するように、前記両面圧縮パッキンシールが前記スタフィングボックス内で配置される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の材料が、前記シーリングシステムの以下の複数の特性：シール対象の流体の種類、使用中の前記シャフトの表示速度、前記シャフトまたはスタフィングボックスと組み合わせてシールされる研磨剤の種類、使用中のパッキン材料に対する表示圧力のうちの１つに基づいて選択される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１の材料が、以下の複数の特性：前記第２の材料よりも高い潤滑性、前記第２の材料よりも高いシール性、前記第２の材料よりも高い押出抵抗または前記第２の材料よりも高い熱伝導性のうちの少なくとも１つを発揮する、請求項１４に記載の方法。
17. 前記スタフィングボックスがランタンリングをさらに備え、前記両面圧縮パッキンシールが、前記ランタンリングとシール対象の流体との間に設けられた第１の両面圧縮パッキンシールである、請求項１４に記載の方法であって：
    請求項１に基づく第２の両面圧縮パッキンシールを、前記ランタンリングの前記第１の両面圧縮パッキンシールと対向する側に設けることをさらに含み、
    前記第１の両面圧縮パッキンシールが、以下の複数の特性：前記第２の両面圧縮パッキンシールよりも高い潤滑性、前記第２の両面圧縮パッキンシールよりも高い熱伝導性または前記第２の両面圧縮パッキンシールよりも高いシール性のうちの少なくとも１つを発揮するか、あるいは；
    前記第２の両面圧縮パッキンシールが、以下の複数の特性：前記第１の両面圧縮パッキンシールよりも高い強度または前記第１の両面圧縮パッキンシールよりも高い耐摩耗性のうちの少なくとも１つを有する；
    方法。
18. 前記両面圧縮パッキンシールが第１の両面圧縮パッキンシールである、請求項１３に記載の方法であって：
    請求項１に基づく第２の両面圧縮パッキンシールを設けることをさらに含み：
    前記第１の両面圧縮パッキンシールが、前記スタフィングボックスの長手方向の少なくとも一端に設けられ、前記第１の両面圧縮パッキンシールが、以下の複数の特性：前記第２の両面圧縮パッキンシールよりも高い強度、前記第２の両面圧縮パッキンシールよりも高いシール表面速度能力または前記第２の両面圧縮パッキンシールよりも高いシール性のうちの少なくとも１つを発揮する、
    方法。
19. 前記両面圧縮パッキンシールが、シャフトの周囲の複数の層内に設けられ、前記スタフィングボックス内の長手方向に外側の位置に最も近い層が、前記スタフィングボックス内の長手方向に内側の位置にある層とは異なる構成で設けられる、請求項１３に記載の方法。
20. 編組された両面圧縮パッキンシールであって、長手方向軸が前記両面圧縮パッキンシールの中心を通って前記両面圧縮パッキンシールの長さに沿って延伸する前記両面圧縮パッキンシールの製造方法において：
    第１の材料および、前記第１の材料とは異なる第２の材料を設け、
    前記両面圧縮パッキンシールが、断面形状で見たときに前記長手方向軸に実質的に垂直かつ前記両面圧縮パッキンシールの一側面に実質的に垂直な第１の軸に対して非対称な構成を有するように、前記第１の材料と前記第２の材料とを相互に対して配置し、
    前記第１の材料をインターブレード（ｉｎｔｅｒｂｒａｉｄ）パターンを用いて前記第２の材料と編組し、前記両面圧縮パッキンシールの相互に対向する第１および第２の外側面のうち、前記第１の外側面を実質的に前記第１の材料で構成するとともに、前記第２の外側面を実質的に前記第２の材料で構成し、
    前記編組の結果として、前記第１の材料により前記両面圧縮パッキンシールの実質的に半分を形成し、前記第２の材料により前記両面圧縮パッキンシールの実質的に残り半分を形成する、方法。
21. 前記両面圧縮パッキンシールが、断面形状で見たときに前記第１の軸に垂直な第２の軸に対して対称な構成を有するように、前記第１の材料および前記第２の材料が相互に網組される、請求項２０に記載の方法。