JPH03234976A - 環状シーリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、弁ステムを包囲する環状体のような２つの部
材間の環状体を横切って、弁ステムおよび環状体を管状
ウェル・ストリング内で包囲しかつその内で支持された
シーリング集合体を包囲するバッキング・グランド内で
シールする改良された環状シーリング構造体または装置
に関するものである。

（ロ）従来技術 米国特許第４，３０２，０２０号は、同心に面した円筒
面間をシールするトロイダル・シーリング要素を開示し
ている。シーリング要素はＵ字形断面になっており、シ
ーリング内外面にシーリング係合するように腕を外方に
たわませるようにシーリング要素のギャップ内で係合１
−るテーパ付きノー（５） ズを有するアクチュエータ・リングを有している。

米国特許第４．１８４，６９０号は、外頂点で結合され
た２つの脚を有する環状シャフト・シールを開示してい
る。脚は、その端面でシャフトをシールしかつその外面
でシリンダおよびキャップをシールする。流体通路が脚
肉に設けられて、シールに圧力の均等化を与える。

米国特許第４．５１３，９４６号は、各旋回の頂点でシ
ールをするバタフライ弁用の旋回シール・リングを開示
している。

米国特許第４．５８５，２３８号は、宋広がり脚を有し
かつ可撓低摩擦材料の外ジャケットと脚間の内付勢スプ
リングとを有する本体を有するシールを開示している。

米国特許第３，２７９，８０６号は、内外円筒シーリン
グ面をシールする突起を有する脚を有するＵ字形メタル
・シールを開示している。

これらのいずれの先行技術も、シーリング要素がそのシ
ーリング面が最小厚みの点にあるようにその端から中央
に向かってテーパの付いた環状ア（６） チを有する環状メタル部材であるシールが設げられつる
ということを示唆していない。

ｅウ　　発明が解決しようとする課題 本発明の課題（よ、改良されたシーリング効率を有する
改良された環状メタル・シール装置を得ることにある。

本発明の別の課題ζま、シャフトから潤滑剤をかき取ら
ずに、往復シャフトをシールすることができる改良され
た環状メタル・シール装置を得ることにある。

本発明のさらに別の課題は、装着が簡単でかつ比較的に
長い使用寿命を有する改良された環状メタル・シール装
置を得ることにある。

に）課題を解決するための手段 本発明は、１対のフランジとそれらの間にあるテーパ付
きアーチとを有する本体をもち、その最薄部分がアーチ
の中間点にあるようにテーパな付けられている改良され
た環状メタル・シールを備えている。本発明の改良され
たシールが動作する環状体が、第１部材と第２部材上で
対向円筒面間（７） にある。第１部材の円筒シール面に対するシーリングが
、その中間点で環状アーチの凸側によってなされる。シ
ール本体は適当に支持されかつ第２部材とシーリング係
合をする。

（ホ）実施例 第１図に示すアクチュエータｌＯば、ピストン１６が往
復移動するように定置されたピストン室１４を画定する
本体１２を有している。ピストン・ロッド１８がピスト
ン１６を貫通し、また、ピストン・ロッド１８が接続さ
れる装置（例えば、弁部材または噴出防止ラム（図示せ
ず））に運動を伝達するように、ロッド１８がピストン
１６とともに動くように、そのような位置に固定される
。

本体１２（ま室１４の端において開口２０を有するよう
に成形され、また、ピストン・ロッド１８が開口２０を
貫通する。改良された環状シール２２は、開口２０の内
壁とピストン・ロッド１８の外面との間でシールする開
口２０内に定置される。

第１図および第２図に示すように、開１コ２０は、ピス
トン・ロッド１８の外面を密接に包囲する第（８） １穴２４、そこから間隔をあけた第２穴２６、肩３０を
与える第３穴２８、第４穴３２、第５穴３４（これらは
すべて後述する）を有する段付き穴を有している。改良
された環状シール２２は第２穴２６内に定置され、第１
フランジ３８が第１穴２４と第２穴２６との間の肩付近
に定置され、第１フランジ３８から軸方向に離隔されか
つ第２７ランジ４０が内方に延びるシーリング・アーチ
４２によって結合された環状本体３６を有している。外
シール・リップ４４は第２フランジ４０の外面から外方
および上方に延びていて第２穴２６の内面をシールし、
また、ガラ−４６は第２フランジ４０から外方に延びか
つプラグ４８によって第２穴と第３穴２８との間で肩３
０を杷持する。

プラグ４８は第５穴３４内にねじ込まれ、第４穴３２内
でロッド１８の外面をシールされる。

シーリング・アーチ４２は、フランジ３８．４０付近に
厚い部分を有し、かつ、その中央部分に向かって薄（な
るように成形される。アーチ４２の凸側は、その中央部
分の内面とシーリング（９） 係合をするように設けられる。シール２２は、シーリン
グ・アーチ４２の内面とロッド１８の外面との間で干渉
嵌合をするように設計されている。

この構造においては、シール２２は干渉によって機械的
に変形され、さらに、シール２２の外面凸側に発生され
るピストン室１４からの流体圧によって変形される。シ
ール・リップ４４は、第２穴２６の内面とシール・リッ
プ４４とのシーリング係合を超えるこのような圧力の漏
れを防止する。

環状アーチ４２の形状および減少部分がそれをロッド１
８の外面との接触点において最小厚みを有する可撓部材
なつ（る。流体圧力による環状アーチ４２のそれ以上の
変形がロッド１８の外面を支持するようにもたらされる
アーチ４２の動作長さをさらに延ばし、また、最薄アー
チ部分の領域がロッド１８の外面に対するシールの最大
圧力領域を残す。

第３図に示すピストン５０は、往復移動をするように円
筒穴５２内に定置され、ロッド５４に接続される。ロッ
ド５４はその反対側にある流体圧（１０） 力に応答してピストン５０の運動を移動または作動され
るべき適当な手段（図示せず）に伝達する。

ピストン５０は、接続ロッド５４が貫通する穴５８を有
する本体５６と、上下外層６０．６２およびそこから内
方に離隔された上下内肩６４．６６を有する外面とを備
えている。

本発明の１対の改良された環状シール６８．７０は外層
６０．６２に対してそれぞれ定置され、また、図示する
キャップねじ７６によってピストン本体５６に固定され
たリング７２．７４によって穴５２の壁をシールするよ
うに定位置に保持される。リング７２．７４は環状突起
７８を有している。突起７８はシール６８．７０上で内
方に延びる環状スカートに係合してそれらを所望の位置
に保持し、アーチ８２の外部分が通常の軽い干渉嵌合に
よって穴５２の内面に係合する。シール６８．７０はシ
ール２２に類似しており、また、可撓アーチ８２のも端
においてフランジ８４．８６を有している。ピストン本
体５６は両側から延びる通路８８．９０を有している。

両通路８８．９０はシール６８．７０の間の位置で本体
５６の外周まで延びている。逆止弁９４．９６は通路８
８．９０内に定置されて、ピストン５０の移動をするよ
うに用いられる流体圧を受けない本体５６の側に向かう
方向にのみ流れを許す。この通路構造によって、シール
６８．７０間で収容する任意の圧力がピストン５０の排
出側に排出され、また、逆止弁９４．９６がピストン５
０の加圧側から流体の流れを防止する。ピストン５０は
、ロッド５４にねじ込まれたナツト９８およびカラー１
００によってロッド５４に保持される。

シール６８．７０はシール２２と同じ形状および形態を
しており、また、環状アーチ８２の内面に接近する圧力
がアーチ８２を外方により強く変形させ、穴５２の内面
により強力なシーリング係合をさせる点で同様に機能す
る。

第４図に示すピストン１０２はピストン５０に類似する
が、ピストン５０に用いられるシール６８．７０が穴１
０５の内面に対してシールする二重目的を達成する単独
の構造シール１０４に組み合されるという点を除外する
。シール１０４は、リング１１４上の突起１１２によっ
てピストン本体］１０上の肩１０９間で把持される内ス
カート１０８を有する本体１０６をもっている。キャッ
プねじ１１６はピストン本体］１０にリング１１４を固
定する。シール本体１０６は、上方アーチ１２０と下方
アーチ１２２との間で本体１］０の弁付き通路１１８α
、１１８ｂ、１１８Ｃからシール本体１０６の外面まで
連通する半径方向口１１８を有している。上方アーチ１
２０はスカート１０８の外部分間で上方フランジ１２４
まで延び、また、下方アーチ１２２はスカート１０８の
外部分と下方７ランジ１２６との間で延びている。

アーチ１２０，１２２はシール２２とシール６８．７０
に関して記載されたように可撓テーパ付きアーチである
。

第５．６．７．８図に示す環状シール手段１３０は、管
状ハンガ１４０またはケーシング・ノ１ンガのような他
のウェル装置に着座されるシール本体１３８上でウェル
ヘッド１３４の内面と直立リム（１３） １３６の外面との間で環状体１３２内に定置される。環
状シーリング手段はシール・リング１４２、設定リング
１４４、設定スリーブ１４６を有している。スナップ・
リング１５２が上方（ぼみ１４８内に受けられた後に、
上方移動を阻止するように設定スリーブ１４６を鎖錠す
るようにスナップ・リング１５２と共同する環状くぼみ
１４８，１５０を有している。これは、設定スリーブ１
４６、シール・リング１４２、設定リング１４４をそれ
らの設定位置に鎖錠する。下方（ぼみ１５０は、環状シ
ーリング手段を環状体１３２内の位置まで下降中に移動
を阻止するように設定スリーブ１４６を固定する。

環状シーリング手段１３０は、設定スリーブ１４６の下
降前に、第６Ａ図に示すように、その非設定位置に示さ
れている。この位置においては、設定リング１４４上に
延びる設定リム１５４が定置される。設定リム１５４の
上方端は図示するように内外テーパな有しているので、
リム１５４がフランジ１５６と１５８との間の空間内に
動かさ（１４） れりどキ、リム１５４ｆ！フランジに外方に食い込んで
、可撓内外アーチ１６０．１６２を環状体１３２の内外
面に対して変形させる。図示するように、シール・リン
グ１４２は、内フランジ１５６まで延びる内可撓アーチ
１６０および外フランジ１５８まで延びる外可撓アーチ
１６２を有する上方リング本体１６４を有している。ア
ーチ１６０．１６２は前述したシーリング・アーチに類
似し、また、中央最薄シーリング部分に接近する部分の
減少厚みを有している。内アーチ１６０はリム１３６の
外面に係合するように内方に面した凸側またはシーリン
グ面を有し、また、外アーチ１６２はウェルヘッド１３
４の内面に係合するように外方に面した凸側また（まシ
ーリング面を有している。

シール・リング１４２のシーリング位置は第６Ｂ図に示
されている。

環状シーリング手段１３０の変形例は、それが各シール
・リング１６８．１７０の内外フランジ１８０．１８２
間で開口内に配置された設定リング１７２．１７４のリ
ム１７６．１７８を有するように定置された１対のシー
ル・リング１６８゜１７０および１対の設定リング１７
２．１７４を有していることを除いて、シーリング手段
１３０に類似した環状シーリング手段１６６として第７
図に示されている。このようにして、設定スリーブ１８
４が下方に押されたとき、それはリム１７６．１７８を
押して各シール自リング１６８．１７０の外フランジに
食い込んで可撓アーチ１８６．１８８を環状体の両面上
の各シーリング面とシーリング係合させる。シーリング
手段１６６とともに用いられる１つの追加要素は、図示
するシーリング・リング１６８，１７０間に定置された
リング１９０である。各可撓シーリング・アーチ１８４
゜１８６は、シール・リング・アーチ１６０．１６２．
１２０．１２２．８２．４２に関して前述したように機
能する。

第８Ａ、８Ｂ図に示すシール−リング１９２は、部材１
９８の面１９６と部材２０２の面２００との間で環状体
１９４内に定置される。リング１９２の本体２０４は部
材１９８上の肩２０６に対して支持され、可撓アーチ２
０８は本体２０４からフランジ２１０まで延び、中央シ
ーリング部分までテーパの付いた好ましい可撓アーチ形
状になっている。設定リング２１２はシール・リング１
９２と共同するように設けられ、また、図示するように
テーパを付けられた面２１６を有するリム２１４をもっ
ている。本体２０４は隣接面１９６であるリップ部分２
１８を有し、また、作動されたときにリップ部分２１８
のチップに係合しかつ面１９６に向かってそれに食い込
む設定リング２１２のテパ付き面２１６と共同する。ま
た、設定リング２１２は、その設定位置にあるとき、シ
ール・リング本体２０４を肩２０６に押し付けて肩２０
６とのシーリング係合を与えることを助ける。

第９．１０図に示す弁ステム・シール２２２は、第１．
２図に示す環状シール２２に類似している。

それは、ボンネット２２８内で弁ステム２２６に関して
取り囲んで弁２２４上に装着されるように図示され、ま
た、グランド・リング２３０によって保持される。ボン
ネット２２８の内面は、弁ス（１７） テム２２６が貫通する第１穴２３２と、第２穴２３４と
、第３穴２３６と、第３穴２３６と第４穴２３８との間
に成形された肩２４０を有する第４穴とを有する段付き
開口２３１を有している。

ステムｅシール２２２は、外方に延びるフランジ２４４
と可撓アーチ２４６（前述した可撓アーチの構造に類似
している）を有する本体２４２を有している。可撓アー
チ２４６は、弁ステム２２６にシーリング係合するよう
に内方に対面しかつ外フランジ２４８まで延びる画部分
を有している。

シーリング・リップ２５０は本体２４２の外面に設けら
れ、かつ、第３穴２３６の穴をシールするように下方外
方にテーパを付けられている。

弁ステム・シール２２２は、それが回転式のステムであ
る場合、すなわち、それが回転して弁部材２５２にその
位置を変えさせる場合に、弁ステム２２６をシールする
のに適している。図示するように装着されたとき、グラ
ンド・リング２３０の内端はシール・リング本体２４２
の上方端に係合しかつフランジ２４４を肩２４０に掴む
。ポー（１８） ト２５４がフランジ２４８を貫通して圧力を弁室２５６
から可撓アーチ２４６の外面に伝達させるので、それは
可撓アーチ２４６の中央部分押じ伺けて弁ステム２２６
の外面と緊密なシーリング係合をさせる。弁ステム・シ
ールは、回転よりもむしろ弁移動を生じる往復移動をす
る弁ステムの外面のまわりでシールをするように用いら
れうろことに注意されたい。各場合において、シーリン
グ・リップ２５０は第３穴２３６にシールを付えるので
、加圧流体（ま弁ステム・シール２２２の内面または外
面のまわりを通過できない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ま本発明の改良された環状シールを有する本体
内の往復ピストン・ロッドの縦断面図。第２図は第１図
に示す改良された環状シールの拡大縦断面図。第３図は
改良された環状シールを有する往復ピストンの縦断面図
であって、ピストンの外面と円筒壁との間をシールし、
２つの改良された環状シールがいずれの方向からも圧力
をシールするために用いられることを示す。第４図はい
ずれの方向からも圧力をシールするための組合せ形体の
改良された環状シールの別の形体を有する往復ピストン
の縦断面図。第５図は本発明の改良された環状シールを
有するウェル・ス）　ＩＪングの縦断面図であって、環
状シールが外管状部材の内面と内管状部材の外面との間
の環状空間を横断じてシールするように定置されている
ことを示す。第６Ａ図は第５図に示す改良された二重環
状シールが非設定位置にあることを示す拡大断面図。第
６Ｂ図は第５図および第６Ａ図に示す改良された環状シ
ールが設定位置にあることを示す拡大断面図。 第７図はウェル環状体を横切ってシールするように用い
られた改良二重環状シールの変更例の拡大断面図。第８
Ａ図は改良された環状シールおよびそのアクチュエータ
の非設定位置にある詳細断面図。第８Ｂ図は第８Ａ図に
示す改良された環状シルの設定位置にある詳細断面図。 第９図は弁ステムのまわりに装着された本発明の改良さ
れた環状シールを有するゲート弁の断面図。第１０図は
第９図に示す改良された環状シールの拡大詳細断面図。 １０：アクチュエータ １４：ピストン室 １８：ピストン・ロッド ２２：環状シール ２６：第２穴 ３０：肩 ３４：第５穴 ３６：環状本体 ４２ニジ−リング・アーチ ４６：カラ ５０：ピストン １０２：ピストン １３０：環状シール手段 ２２２：弁ステム・シール １２：本体 １６：ピストン ２０：開口 ２４：第１穴 ２８：第３穴 ３２：第４穴 ３８：第１フランジ ４０：第２フランジ ４４：外シール・リップ ４８ニブラグ ６８．７０：シール １０４：シール １６６：シーリング手段 （２１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１部材と第２部材との間の環状体を横切ってシー
   ルをし、該両部材の一方が円筒シーリング面を有してい
   る環状シーリング装置であって、１対の間隔をあけた環
   状フランジと、該フランジ間で延びかつ前記両部材の一
   方の円筒シーリング面に向かって延びる環状アーチとを
   有する環状メタル・シール本体を備え、前記アーチが前
   記フランジに隣接して比較的厚くかつその頂部に向かつ
   て漸次薄くなるので、前記両部材の一方の円筒面とのシ
   ーリング接触の領域がアーチの薄い部分内にあり、前記
   環状メタル・シール本体が前記両部材の他方の部分との
   シーリング係合をするシーリング係合手段を有している
   ことを特徴とした環状シーリング装置。 ２、前記第１および第２部材の一方が外面に円筒シーリ
   ング面を有するシャフトであり、前記他方の部材は前記
   シャフトの一部を包囲しかつ前記シャフトと環状ハウジ
   ングとの間でシーリング係合状態で前記環状シール本体
   を支持する環状ハウジングであることを特徴とした請求
   項１記載の装置。 ３、前記第１および第２部材の一方が外面に円筒シーリ
   ング面を有する弁ステムであり、前記他方の部材は前記
   弁ステムの一部を包囲しかつ該弁ステムと環状グランド
   との間でシーリング係合状態で環状シール本体を支持す
   る環状グランドであることを特徴とした請求項１記載の
   装置。 ４、前記第１および第２部材の一方が管状ウェル・スト
   リングの一部であり、該両部材の他方が前記管状ウェル
   ・ストリング内のハンガ・シール集合体であり、また、
   前記管状ウェル・ストリングの内面上の前記円筒シーリ
   ング面と前記ハンガ・シール集合体の外面との面でシー
   リング係合状態で前記環状シール本体を支持することを
   特徴とした請求項１記載の装置。 ５、前記他方の部材によって支持されていて前記第１部
   材と第２部材との間のシーリング係合状態で前記環状シ
   ール本体を支持する手段を有することを特徴とした請求
   項１記載の装置。 ６、圧力が前記円筒シーリング面に向けて前記アーチを
   押し付けるように該アーチの凸側に加圧流体を導通する
   手段を前記環状シール本体に設けたことを特徴とする請
   求項１記載の装置。 ７、前記他方の部材とシーリング係合をするように前記
   フランジの一方から延びる環状シーリング・リムを有し
   ていることを特徴とした請求項１記載の装置。 ８、内面内で往復する構造に対して内面にシールを与え
   る環状シーリング装置であって、前記内面内で軸方向に
   離隔された第１、第２、第３環状フランジ、前記第１フ
   ランジと前記第２フランジとの間で延びかつ前記内面に
   対面している凸面を有する第１環状アーチ、前記第２フ
   ランジと前記第３フランジとの間で延びかつ前記内面に
   対面する凸面を有する第２環状アーチからなり、前記各
   アーチは前記フランジに隣接して比較的厚く、かつ、そ
   の頂点に向かつて漸次薄くなるので、前記内面に接触す
   るシーリングの領域がアーチの薄い部分内にあり、前記
   環状メタル・シール本体が前記往復構造体とシーリング
   係合をするシーリング係合手段を有していることを特徴
   とした環状シーリング装置。 ９、前記往復構造体を通って半径方向に向かって延びる
   通路と、前記往復構造体を通つて半径方向に延びかつ前
   記半径方向に延びる通路の内端と連通する１対の通路と
   、前記半径方向に延びる対の通路を通り前記半径方向に
   延びる通路内への加圧流体の流れを防止しかつ反対方向
   への流れを許す手段とからなり、前記半径方向に延びる
   通路が前記内面に隣接して前記シーリング・アーチ間の
   空間に連通して、そこの圧力の増加が前記往復構造体の
   排出側に流されることを特徴とした請求項８記載の装置
   。 １０、前記第２および第３環状フランジ間に定置されか
   つ前記第３環状フランジから反対端にある前記第２環状
   アーチに接続された第４環状フランジを有し、前記第２
   環状フランジが前記第４環状フランジから軸方向に離隔
   されていて、その間の半径方向空間が前記通路の他端か
   ら前記第１および第２環状アーチ間の空間まで連通する
   ことを特徴とした請求項９記載の装置。