JPH11508671A

JPH11508671A - ゆがみ及びねじれに対する耐久性を有する流体ロータリーシャフトシール

Info

Publication number: JPH11508671A
Application number: JP9504492A
Authority: JP
Inventors: ディートル，ラニー; カルシ，マンモハム・エス
Original assignee: カルシ・エンジニアリング・インコーポレーテッド
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 1999-07-27
Also published as: EP0835398A1; WO1997001721A1; DE69633923D1; US5873576A; EP0835398A4; CA2225702A1; CA2225702C; DE69633923T2; US6036192A; EP0835398B1

Abstract

(57)【要約】潤滑剤の保持と周囲環境の排除に適した流体潤滑式のスクイーズパッキンタイプのロータリーシャフトシールであり、弾性を有する一つあるいは複数の突起部２００を有している。この突起部はグランド壁と協働して、非加圧及び低圧力の潤滑剤保持において設置溝１０４の中でシールをまっすぐに保持する。それによって、周囲環境の中に存在する研磨性の汚染物質の侵入によって引き起こされるゆがみにより生じる摩耗を防止する。また、突起部は設置用のグランド内におけるシールの傾きを防止する半径方向のベヤリングとしても作用する。

Description

【発明の詳細な説明】名称：ゆがみ及びねじれに対する耐久性を有する流体ロータリーシャフトシール発明の分野この発明は、相対的に回転する表面とこの相対的に回転する表面を収容しているハウジングとの間にシールを形成するためのロータリーシャフトシールなどのロータリーシールに関する。さらに詳しくは、この発明はエラストマのシーリング材料から成るスクイーズパッキンタイプのリング状のロータリーシールであって、シール溝の中に受容されるとともに、このシール溝の中でゆがみやねじれを生じないようなシール構造を有するロータリーシールに関する。このゆがみやねじれに対して耐久性を有するシールは流体シール(hydrodynamic seal)の形態を有しており、シールと相対的に回転する表面との間に潤滑フィルムをくさびのように割り込ませてシールの摩耗を抑制し、動的なシーリング界面から汚染物質を排除する。この発明は特にシャフトシールに関連して説明されているが、これはこの発明の範囲を制限するものではない。この発明は他のタイプの動的シールにも同じように適用される。発明の背景産業界においては、米国特許第4,610,319号や第5,230,520号に開示されているような原理を用いた流体潤滑式の(hydrodyamically lubricated)リング状のスクイーズパッキンタイプのロータリーシャフトシールが多く利用されている。このようなシールはテキサス州シュガーランド(Sugar Land，TX)のカールシー・エンジニアリング・インコーポレーテッド(Kalsi Engineering，Inc.)によってカールシー・シールズ（Kalsi Seals，商標名）として販売されて。カールシー・シールズは、地下(downhole)の油田掘削現場などの非常に摩擦の大きい環境において、潤滑を維持し汚染物質を排除するために使用されている。現在市販されている油田用の装置としては、回転式円錐形ビット、マッドモータ、高速掘削スイベル、ロータリー掘削ヘッドがある。この明細書で流体力学的に潤滑される(hydrodyna mically lubricated)シールすなわち流体シールとして言及されているものはすべて上述した米国特許の原理を用いたシールに関係している。この明細書の図１、図２、図２Ａ、図３は従来のカールシー・シールズを示している。この従来のカールシー・シールズをここで説明することによって、従来のシールとこの発明との違いを読者が理解しやすいようにしている。ここで図１の従来の装置を参照する。図１には参照番号１によって表されている流体潤滑式のスクイーズパッキンタイプのロータリーシャフトシールアセンブリの断面図が示されている。このアセンブリはハウジング２を有しており、ハウジング２からはロータリーシャフト３が延びている。ハウジングの内部にはシール設置用の溝、シートすなわちグランド４が形成されている。グランド４の内側には、上述した特許に従って構成されたリング形状の流体ロータリーシャフトシール５が配置されている。この流体ロータリーシャフトシールは図２及び図２Ａの部分断面図に詳細に示されている。図２は、シール溝の中に設置され、ロータリーシャフトとシール溝の半径方向外側の壁との間で半径方向に圧縮された状態にある従来のシール５の断面構造を示している。また、図２Ａは半径方向に圧縮されていないときの従来のシールの形状を示している。流体シールは、潤滑剤６を周囲環境７から分離するために、また周囲環境の中に存在する汚染物質と潤滑剤との混合を防止するために使用される。周囲環境は通常は運搬流体の中に非常に研磨性の大きい粒子を含んでいる。そうした環境の例としては、油田の掘削流体がある。全体的な方向の観点からは、潤滑剤の方を向いているシール端部は表面８であり、周囲環境７の方を向いているシール端部は表面９である。シール５を円形のシール溝すなわちシート４の中に設置すると、円形の半径方向に突き出した静的シーリングリップ１０は、米国特許第5,230,520号の教示に従って溝の対向表面１１に対して圧縮される。円形のシール５の内側周辺には内側の周辺シーリングリップ１２が設けられている。このシーリングリップ１２はロータリーシャフト３の対向表面１４に対して圧縮される動的シーリング面１３を形成している。円形シール溝すなわちシート４の寸法は、弾性を有する円形のシール５を半径方向に圧縮した状態でシャフト３の円筒形状のシーリング面１４に対して保持することによって、Ｏリングなどの従来のスクイーズパッキンシールと同じようにハウジング及びシャフトと静的なシールを開始するようなものになっている。シャフトが回転していないときには、静的シーリングリップ１０とこれと対向するシートの対向表面１１との間と、動的シーリングリップ１２とシャフトの対向表面１４との間に液体の密なシールが維持される。シャフトの回転が起きても、流体シールはハウジングに対して固定されたままであり、このハウジングと静的なシーリング界面を維持するが、シールとシャフトとの界面は動的なシーリング界面となる。流体シールの内側リップ１２の内側周辺表面は、動的シールとシャフトとの界面領域を流体力学的に潤滑することによって、またシールとシャフトとの界面から周囲環境の汚染物質を排除することによって、シールの寿命を長くするような構造(geometry)を有している。内側の周縁の流体シーリングリップ１２はその潤滑剤側に軸方向に変動する波状のエッジ１５を有しており、その周囲環境側にまっすぐな鋭いエッジ１６を有している。図２及び図２Ａの半径方向の断面は、動的シーリングリップの平均的な幅を表す周辺部分におけるものである。シャフトが相対的に回転すると、軸方向及び周辺方向においてシャフトに対して徐々に収束するような関係を有する動的シーリングリップの潤滑剤側に設けられた軸方向に変動する波状のエッジ１５は流体くさび作用を生じる。このくさび作用は、米国特許第4,610,319号の開示に従って、シールの内側表面１３とシャフトの対向表面１４との間に潤滑剤フィルムを形成する。この潤滑剤フィルムはシールとシャフトを物理的に分離することによって、従来の非流体力学的なスクイーズパッキンタイプのシールに関連した一般的な乾燥摩擦タイプの摩耗を防止し、それによってシールやそれと対向するシャフト表面の寿命を長くし、より大きな使用圧力を可能にしている。米国特許第4,61 0,319号に詳しく記載されているこの流体力学的作用は、図３を参照するとさらに理解しやすい。図３はシャフトの円筒形状のシーリング面１４を平面展開したものを示しており、シャフトのシーリング面１４に対するシールの動的な内側リップ１２の足跡(footprint)を描いている。方向の観点からは、潤滑剤は参照番号６で表されており、シールの足跡は参照番号１７で表されており、周囲環境は参照番号７で表されている。足跡の潤滑剤側はシールの波状のエッジ１５によって形成される波状のエッジ１８を有しており、足跡の泥側はシールの鋭い円形コーナ１６によって形成されるまっすぐなエッジ１９を有している。潤滑剤は回転速度Ｖの法線成分(normal component)Ｖ_Nによって動的シーリング界面の中へ圧送される。再び図２及び図２Ａを参照する。シールの周囲環境側の鋭い円形コーナ１６は軸方向には変化しておらず、また相対的な回転運動によって周囲環境との間に流体くさび作用を生じず、従って米国特許第4,610,319号の開示に従ってシールとシャフトの界面から粒子状の汚染物質を排除する働きをする。回転機械の多くのタイプにおいては、コンポーネントが有する柔軟性や種々の内部クリアランスのために、シャフトが軸方向に若干動く。排除サイドすなわち排除エッジとして一般的に知られている鋭いコーナ１６は、そうした軸方向のシャフト運動のときにシャフトスクレーピング機能を行うことによって汚染物質を排除する。従って、シャフトとシールの間に相対的な軸方向の運動が発生すると、堆積した汚染物質はシャフトのシーリング面から削り落とされ、その結果、動的シーリング界面は汚染物質がない状態が保たれる。この排除作用は米国特許第4,610,319号に記載されている。図２及び図２Ａは汎用のカールシー・シールズロータリーシャフトシールの一般的なタイプを示している。このシールは、シール５の排除エッジ１６と周囲環境側の端部９が主としてグランド壁２０によって支持されるような配置と構造を有している。ここでは、静的シーリング界面と動的シーリング界面との間の領域に作用する潤滑剤の圧力に起因する静流体力(hydrostatic force)がシールに加えられた場合に、シール材料の歪や突出(extrusion)を防止するようになっている。こうした力は、潤滑剤の圧力が周囲環境の圧力よりも高い場合に発生する。図１、図２、図２Ａは、静的シーリング界面と動的シーリング界面との間の領域に作用する潤滑剤圧力によって生じる静流体力によってグランド壁２０へ押し付けられたシールを示している。静的シーリングリップの突起２１は一般に呼び半径方向圧縮(nominal radial compression)の半分よりも小さいか等しい。従って、シールが圧縮されたとき、円形コーナ２３から円形コーナ２４までのシール面の大部分あるいはすべてがシート溝の対向表面１１に近接するか、又は直接接触する。円形コーナ２３の全体的な近傍(general vicinity)におけるシールとシート溝の間の近接及び／又は接触によって、グランド内におけるシールの時計方向のねじれに対する安定性が得られる。ここでの時計方向とは図２に関して見たものである。このシールの安定性という特徴は、過渡的な圧力変動が起きているときや、動的シーリング界面の排除エッジ１６が軸方向に運動するシャフトから汚染物質を積極的に削り落とす必要があるときなどに、シールの周囲環境側の端部９へ静流体力及び／又は機械力が加えられるような装置において重要である。動的シーリングリップ１２の寸法２２はシールの呼び半径方向圧縮の半分よりもかなり大きい。従って、半径方向内側の円形コーナ２５におけるシール面は、相対的に回転する対向表面１４とは接触しない。また、軸方向に変動する波状の流体インレット構造１５は相対的に回転する対向表面に対して過剰には平坦化されない。従って、動的シーリング界面内への、潤滑剤の意図したような流体くさび作用が、流体力学的構造の望ましくない大きな歪によって妨げられることはない。静的シーリングリップ１０は、短いことを除けば、一般に動的シーリングリップ１２の平均的な断面形状と同じ断面形状を有している。従って、シールが圧縮されたときには、界面の接触力のプロファイルや二つのリップの変形は大きさと位置の両方において非常に似ている。その結果、シールがグランドの中でねじれることはあまりない。このことは、断裂的な鋭いエッジ(abrupt sharp edge)１６はシャフトに対してしっかりと圧縮されたままであり、意図したようなそのスクレーピングと排除機能を行うことができ、周囲環境からの汚染物質が動的シーリング界面へ侵入することはないことを意味している。課題に関する記述再び図２を参照する。このあとすぐ詳しく説明するように、設置されたシールの軸方向の長さ２６は、公差、半径方向圧縮の変動、熱膨張の差などの多くの要因によってかなり変化する。まず第一に、シールの長さに関する製造の公差は、設置されたシールの軸方向の長さ２６の変動に直接寄与する。第二に、シールの半径方向圧縮によって、材料の体積が軸方向に変位する。その結果、シールの長さが増大する。ハウジングの溝の径、シャフトシーリング径、そしてシールの半径方向の断面の製造公差のすべてによって、シールの半径方向圧縮が変動する。ベヤリングのクリアランスや弾性を有するシャフトのたわみのためにハウジングに対してシャフトが横方向にずれることによっても、シールの半径方向圧縮は変動する。半径方向圧縮のこうした避けられない変動は設置されたシールの軸方向の長さ２６の変動に大きく寄与する。第三に、エラストマのシーリング部材の熱膨張係数は、通常は金属から形成されているハウジング及びシャフトのそれよりも通常は約10倍大きい。シールは高温環境において使用されることがしばしばあり、また、潤滑剤のシヤーと動的シーリング界面におけるざらざらした接触のために、それ自身が熱を発生する。シールは熱的に体積膨張する（熱的な線膨張係数の約３倍である）が、半径方向及び周辺方向に閉じ込められている。従って、熱膨張の大部分は軸方向に解放される。これはシールの軸方向の設置長さ２６の変動に大きく寄与する。上述した要因のすべてがシールの設置幅を正確に予測することを困難にしている。実際、この幅はある周辺位置と別の周辺位置とでは変わる。従って、グランドの長さ２７は最悪の設置シール長さに適応できるように設計されており、従ってグランドは詰め込み過ぎにはならない。詰め込み過ぎは界面の接触圧力を急激に増大させる。それによって、流体フィルムの劣化のために、またその結果としての摩耗や局所的な過熱のために、動的シーリングリップが損傷を受ける。すべての動作条件下においてシールとグランドの間には設計によって十分な軸方向のクリアランス２８が設けられていて、グランドの詰め込み過ぎが防止されている。シール５が圧縮されていない状態においては、静的シーリングリップ１０の外径は設置溝の対向表面１１よりも大きな径であり、組み付けを行ったときに意図したように半径方向の圧縮が生じる。シールの静的リップ１０と溝の対向表面１１との間の直径の差のために、設置したとき、シールは意図する半径方向の圧縮の他に周辺方向の圧縮も受ける。以下で詳しく説明するように、この周辺方向の圧縮によって、厄介な二次的な影響が生じる。シールがグランドによって拘束されていないと、使用温度におけるシール体積の熱膨張によってシールの周辺部はかなり大きくなる。例えば、（0.000093インチ／インチ／°F）の熱的な線膨張係数を有するエラストマＨＳＮでは、拘束されていない周辺部は230°Fの温度増加に対して約2.15%増大する。実際に使用するときのようにシールをグランドによって拘束したときには、周辺部の熱膨張は、周辺部をさらに圧縮した状態でシールを設置するような効果を与える。シールの周辺部はシールの断面に比べると比較的長いことから、設置によって加えられる負荷と、熱膨張で加えられる周辺部圧縮によって、長くて細い構造を有する柱が圧縮負荷を受けているときの屈曲あるいはたわみについての古典的な教科書の例と同じようにして、シールとグランドの間のクリアランス２８内においてシールが屈曲する、すなわちたわむ。潤滑剤６の圧力が周囲環境７の圧力よりも高いときには、潤滑剤の静流体圧(h ydrostatic pressure)がシールの周囲環境側の表面９をグランド壁２０へ押し付けて、上述した周辺部圧縮によって引き起こされるたわみに対してシールを支持する。また、排除エッジ１６は意図したように軸方向に変動しない位置に保持され、従って相対的な回転運動によって周囲環境との間に流体くさび作用を生じず、従って意図したようにシールとシャフトとの界面からの粒子状の汚染物質を排除する機能を果たす。潤滑剤６の圧力が周囲環境７の圧力とほぼ同じであるときには、上述した周辺部圧縮によって引き起こされるたわみに対してシールを支持する静流体圧は非常に小さいか、あるいは存在しない。そして、静的シーリングリップ１０と溝の対向表面１１との間の摩擦が前述したたわみを防止するのに不十分であると、たわみが生じる。（動的シーリングリップとシャフトの対向表面の間の十分に潤滑されている界面は、たわみに対してほとんど、あるいは全く抵抗力がない。）たわみが生じると、排除エッジ１６はグランド内において意図せずにゆがんで軸方向に位置が変動し、相対的な回転運動によって意図せずに周囲環境と流体くさび作用を発生する。これによって、粒子状の汚染物質がシールとシャフトの界面の中に押し込まれ、シールとシャフトの摩耗を生じる。理想的な条件においては、たわみが起きたときの排除エッジ１６の流体くさび作用は非常に小さい。これは、排除エッジの断裂的な形状(abrupt shape)によって行われるスクレーピング作用のためと、排除エッジにおいてシールとシャフトとの間に生じる対応する強い界面接触のためである。これによって、流体くさび作用の発生に対する理想よりも劣った条件を生じさせている。しかし、ある場合には、圧縮によって引き起こされたシールのたわみによって、シールのたわんだ部分がグランド内において（図２に関して見て）反時計方向にねじれて、シールの鋭いエッジがシャフトから傾斜して離れる。その結果、シールのたわんだ部分は（断裂的な関係ではなくて）シャフトに対して徐々に収束する関係になる。これが、たわみによって引き起こされる軸方向の変動といっしょになって、シャフトの相対的な回転に応じた流体くさび作用の発生に非常に適したものとなる。流体くさび作用は、シールとシャフトの界面の中へ汚染物質を押し込み、シール及びシャフトの急速な摩耗を引き起こす。発明の概要この発明は流体潤滑式の(hydrodyanamically lubricated)スクイーズパッキンタイプのロータリーシャフトシールに関する。この発明のシールは上に列挙したようなたわみによって引き起こされる摩耗問題を克服している。この発明の流体ロータリーシャフトシールにおいては、動的シーリング界面の流体潤滑(hydrody namic lubrication)を行うために、動的シーリング界面の潤滑剤側が軸方向に変動する形状に形成されており、汚染物質を排除するために、動的シーリング界面の周囲環境側がまっすぐな鋭いコーナから成る軸方向に変動しない排除形状に形成されている。より詳しく説明すると、この発明の流体シールは、米国特許第4, 610,319号及び第5,230,520号のもとに、テキサス州シュガーランドのカールシー・エンジニアリング・インコーポレーテッドによって製造及び販売されている流体ロータリーシャフトシールのような市販されているタイプのものを著しく改善している。この発明は、研磨性環境における、非加圧又は低圧力の潤滑剤の維持にシールを使用したときの、上述したタイプの流体シールの周囲環境排除性能を改善している。この改善は、現在存在している上述した圧縮によって引き起こされるたわみ作用や、場合によってはそれと同時に生じるねじれ作用もなくすことによって実現されている。ねじれ作用は、相対的な回転運動によって周囲環境との間に意図しない流体くさび作用を生じ、シールとシャフトの界面の中へ粒子状の汚染物質を押し込んで、シール及びシャフトの摩耗させる。シールの排除特性が改善されている結果、シールを研磨性環境において、非加圧又は低圧力の潤滑剤の維持にシールを使用したときに、シールの寿命をかなり伸ばすことができる。この発明は流体潤滑式のスクイーズパッキンタイプのロータリーシャフトシールであって、一つあるいは複数の弾性を有する突起部を有している。この突起部は軸方向の圧縮ばねとして作用し、グランド壁と協働して非加圧及び低圧力の潤滑剤の維持においてはシールを設置溝の中においてまっすぐに保持する。そうすることによって、周囲環境の中に存在する研磨性の汚染物質が侵入することによって生じるゆがみによって引き起こされる摩耗を防止する。この発明のシールはまた、一つあるいは複数の一体に成形された流体潤滑式のベヤリングを有している。このベヤリングはシールをねじれに抗して支持する。これらの特徴の相互作用によって、シール及びシャフトの早期の摩耗につながる前述した周辺方向の圧縮によって引き起こされるシールのたわみ及びねじれが防止される。図面の簡単な説明上述したこの発明の特徴、利点、及び目的を実現し、詳細に理解してもらうために、上で概要を述べたこの発明を、添付図面に示されている実施の形態を参照してより詳しく説明する。しかし、添付されている図面はこの発明の代表的な実施の形態を示しているだけである。従って、発明の範囲を制限するものではなく、この発明は他の同じように有効な実施の形態も可能である。図面において図１は、従来の代表的な流体シールを用いたハウジング及びロータリーシャフト構造の部分断面図である。図２は及び図２Ａは、従来の技術を示す汎用流体シールの部分断面図である。図２には、流体シールがシーリンググランド内において半径方向に圧縮された状態で設置されていて、ロータリーシャフトと流体なシーリング係合を行っているところが示されている。図２Ａにおいてはシールは圧縮されていない状態が示されている。図３は、従来の流体シールのシーリング界面の構造を表す平面展開図であり、その流体くさび作用あるいはポンピング作用の発生理論を示している。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、この発明の実施の形態を示している流体ロータリーシャフトシールの部分図である。端面図４Ａと断面図４Ｂは圧縮されていない状態のシールを示しており、断面図４Ｃはグランドの中に設置されていてロータリーシャフトと流体シーリング係合を行っているシールの圧縮された状態を示している。図５Ａから図１０はスクイーズパッキンシールの部分断面図であり、この発明の様々な実施の形態について、その圧縮されていない状態が示されている。好ましい実施の形態の詳細な説明ここで図面を参照する。特に、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃを参照すると、この発明の実施の形態を表す改善された流体ロータリーシャフトシールの圧縮されていない構造を表す図面が二つと、この発明のスクイーズパキングタイプのシールの圧縮された構造を表す図面が一つ示されている。図４Ａは圧縮されていない状態のシールの潤滑剤側の部分端面図である。図４Ｂは圧縮されていない状態のシールの部分断面図である。図４Ａ及び図４Ｂは、米国において実施されるとともにＡＮＳＩＹ14.3-1975、ＡＳＭＥによって公表されている工業規格文書に記載されている多重及び断面図の正投影の標準的な規約によって一体に解釈できるように、相互に第３の投影角度方向に指向されている。第3-4.2.1節は、シールの円形本体は断面図において斜線が施されており、一方、突起部（以下で説明する）は周辺部の堅固さを誤って印象付けないないようにするために、斜線の施されていないアウトラインの形で描かれている必要があることを意味しているものと解釈されてきた。図４Ｃは、この発明のシールがそのシール溝の中に設置され、潤滑剤と周囲環境の圧力がほぼ同じであるような条件のもとでロータリーシャフトとシール溝の半径方向外側の壁との間で半径方向に圧縮されているときのシールの断面構造を示す部分断面図である。図４Ｃには、シールされたロータリーシャフトアセンブリの断面図が示されている。このアセンブリはハウジング１０２を有し、ハウジングからはロータリーシャフト１０３が延びている。ハウジングの内部にはシール設置用の溝、シートすなわちグランド１０４が形成されている。グランド１０４の内部にはリング状の流体ロータリーシャフトシール１０５が配置されている。流体シール１０５はこの発明の原理に従って構成されている。このシールは弾性を有するリング状のスクイーズパッキンであり、エラストマやゴムなどのシーリング材料、種々のポリマーシーリング材料、あるいはシールの一端と他端とが異なる硬さを有するような複合材料など、それらの任意の組合せを含んだ多くの任意の適当な材料から形成することができる。流体シール１０５は、ハウジング１０２の中に収容されている潤滑剤１０６を周囲環境１０７から分離したり、潤滑剤が周囲環境の中に存在する汚染物質と混合しないようにするためのパーティションとして使用されている。周囲環境は通常は非常に研磨性の大きい粒子状物質を搬送流体の中に含んでいる。全体的な方向の観点からは、円形のシール１０５の潤滑剤の方を向いた端部は表面１０８であり、周囲環境１０７の方を向いたシール端部は表面１０９である。シールの内径は参照番号１１３のところであり、外径は参照番号１１４で示されている。図４Ｃに示されているシールの圧縮された構造は、潤滑剤１０６と周囲環境１０７がほぼ同じ圧力であるときのその形状を代表している。シール１０５がその円形のシール溝すなわちシート１０４の中に設置されたとき、半径方向に突起した円形の静的シーリングリップ１１０は米国特許第5,230, 520号の開示に従って溝の対向表面１１１に対して圧縮される。円形のシール１０５の内側周辺には内側の周辺突起部１１２が設けられている。突起部１１２はロータリーシャフト１０３の対向表面１１４に対して圧縮される動的シーリング面１１３を形成している。ハウジング１０２の円形のシール溝すなわちシート１０４は弾性を有する円形シール１０５を半径方向に圧縮された状態でシャフト１０３の円筒状のシーリング面１１４に対して保持できる寸法に設定され、それによってＯリングなどの従来の任意のスクイーズパッキンシールと同じようにハウジング及びシャフトと静的シールを開始するようになっている。シャフトが回転していないときには、静的シーリングリップ１１０とこれと対向するシートの対向表面１１１の間と、動的シーリングリップ１１２とシャフト１０３の対向表面１１４の間の静的シーリング界面に液体の密なシールが維持される。シャフトの回転が起きても、流体シールはハウジングに対しては固定されたままであり、前記ハウジングとの静的なシーリング界面を維持するが、シールとシャフトの界面は動的シーリング界面となる。流体シールの内側リップ１１２の内側周辺表面は特許された特殊な構造を用いている。この構造は、動的なシールとシャフトの界面領域を流体力学的に潤滑することによって、またシールとシャフトの界面から周囲環境の汚染物質を排除することによって、シールの寿命を長くしている。この特殊な構造は、米国特許第4,610,319号の開示に従って、リップの潤滑剤側においては軸方向に変動する波状のエッジ１１５を有し、またリップの周囲環境側にはまっすぐな鋭いエッジ１１６を有している。図４Ｂ及び図４Ｃは動的シーリング界面の平均的な界面接触幅を表す周辺位置におけるものであり、潤滑剤のくさび作用を発生する米国特許第4,610,319号に記載されている構造の波の高さの中央点に対応している。シャフトの相対的な回転が起きると、リップの潤滑剤側における軸方向に変動する波状のエッジ１１５は流体くさび作用(hydrodynamic wedging action)を発生する。なお、エッジ１１５は軸方向及び周辺方向においてシャフトに対して徐々に収束する関係を有する。このくさび作用によって、米国特許第4,610,319号に従ってシールの内側表面１１３とシャフトの対向表面１１４の間に潤滑剤フィルムが形成される。この潤滑剤フィルムはシールとシャフトを物理的に分離することによって、従来の非流体力学的なスクイーズパッキンタイプのシールに関連した一般的な乾燥摩擦タイプの摩耗を防止し、それによってシールやそれと対向するシャフト表面の寿命を長くし、より大きな使用圧力を可能にしている。流体力学的インレットの構造は、この発明の精神あるいは本質を逸脱しない限り、動的シーリングリップの潤滑剤側において徐々に収束する軸方向に変動する形状を有するような任意の適当な形が可能である。シールの周囲環境側の鋭い円形コーナ１１６は軸方向に変動せず、また相対的な回転によって周囲環境と流体くさび作用を発生せず、従って米国特許第4,610, 319号の前述した開示に従ってシールとシャフトとの界面から粒子状の汚染物質を排除する働きをする。回転機械の多くのタイプにおいては、コンポーネントが有する柔軟性と種々の内部クリアランスのために、シャフトが軸方向に若干動く。排除サイドすなわち排除エッジとして一般に知られている鋭いコーナ１１６は、そうした軸方向のシャフト運動のときにシャフトスクレーピング機能を行うことによって汚染物質を排除する。従って、シャフトとシールの間に相対的に軸方向の運動が発生すると、堆積した汚染物質はシャフトのシーリング表面から削り落とされ、その結果、動的シーリング界面は汚染物質がない状態が保たれる。この排除作用は米国特許第4,610,319号に詳しく記載されている。静的シーリングリップの突起１２１は一般に米国特許第5,230,520号に従って呼び半径方向圧縮の半分よりも小さいか又は等しい。従って、シールが圧縮されたとき、円形コーナ１２３から円形コーナ１２４までのシール面の大部分又はすべてがシート溝の対向表面１１１に近接するか、又は直接接触する。円形コーナ１２３の全体的な近傍(general vicinity)におけるシールとシート溝との間の近接及び／又は接触によって、グランド内におけるシールの時計方向のねじれに対する安定性が得られる。ここでの時計方向とは図４Ｃに関して見たものである。このシールの安定性という特徴は、過渡的な圧力変動が起きているときや、動的シーリング界面の排除エッジ１１６が軸方向に運動するシャフトから汚染物質を積極的に削り落とす必要があるときなどに、シールの周囲環境側の表面１０９へ静流体力及び／又は機械力が加えられるような装置において重要である。動的シーリングリップ１１２の寸法１２２は米国特許第5,230,520号に従ってシールの呼び半径方向圧縮の半分よりもかなり大きいため、軸方向に変動する波状の流体力学的インレット構造１１５は相対的に回転する対向表面に対して過剰には平坦化されない。従って、動的シーリング界面内へ及ぼされる潤滑剤の意図したような流体くさび作用が流体力学的構造の望ましくない大きな歪によって妨げられることはない。リップ１１２の半径方向内側の突起部は寸法１２２で示されている。静的シーリングリップ１１０は、短いことを除けば、一般に米国特許第5,230, 520号の開示による動的シーリングリップ１１２の平均的な断面形状と同じ断面形状を有している。従って、シールが圧縮されたときには、界面の接触力のプロファイルや二つのリップの変形は大きさと位置の両方において非常に似ている。その結果、大きい非対称圧縮のためにグランド内においてシールがねじれるという傾向はあまりない。この発明の基本的な構造上の特徴は弾性を有する複数の突起部２００が設けられていることである。突起部２００は軸方向の圧縮ばねとして作用するとともに半径方向のベヤリングとして作用する。突起部は軸方向の突起部の寸法２０１だけシールの円形本体から軸方向に突き出しており、また半径方向の突起部の寸法２０３だけシールの円形本体から半径方向内側へ突き出している。弾性を有する突起部２００の半径方向内側の突起部の寸法２０２は動的シーリングリップ１１２の半径方向内側の突起部の寸法１２２とほぼ等しく、リップ１１２の呼び圧縮より小さい。従って、シールがそのグランド内において圧縮されていると、半径方向内側の突起部は半径方向のベヤリング面２０４においてシャフト１０３の相対的に回転している対向表面１１４に対して呼び接触(nominal c ontact)を形成している。公差やシャフトとハウジングの間の横方向のずれに応じて、半径方向のベヤリング面２０４とシャフトの表面１１４の間の位置関係は、若干のクリアランスが存在する状態から半径方向に若干圧縮された状態まで変化する。半径方向のベヤリング面２０４とシャフトとの間の僅かな接触によって、グランド内におけるシールの反時計方向のねじれに対する安定性が得られる。ここでの反時計方向というのは、図４Ｃに関して見たものである。従って、断裂的な円形の排除コーナ１１６はシャフトに対してしっかりと接触したままであり、その意図する排除機能を果たすことができる。半径方向のベヤリング面２０４は、図４Ａの端面図に描かれている半径２０３によって示されるように、周辺方向においてシャフトに対して徐々に収束するような関係を実現するような構造を有している。半径方向のベヤリング面２０４とシャフトの対向表面１１４の間の徐々に収束する関係によって、シャフトの相対的な回転に応じて突起部とシャフトの間の接触領域の中に潤滑剤フィルムが流体力学的に押し込まれる。この潤滑剤フィルムは半径方向のベヤリング面２０４とシャフトを物理的に分離することによって、非潤滑の摩擦に起因する熱やトルク、すなわち乾燥摩擦タイプの摩耗に関連した熱やトルクを防止している。半径方向のベヤリングの寸法、形状、及び流体力学的インレット構造は、この発明の精神あるいは範囲を逸脱しない限り、徐々に収束する関係を生じるような多くの任意の形が可能である。円形のシール１０５がそのシール溝の中に設置され、ロータリーシャフトとシール溝の半径方向外側の壁との間で半径方向に圧縮されたとき、シールの半径方向の圧縮によって、圧縮された材料は軸方向に変位する。その結果、軸方向のシールの長さが増大する。弾性を有するシーリング部材の熱膨張係数は、通常は金属から形成されているハウジング及びシャフトのそれよりも通常は約10倍大きい。シールは高温環境において使用されることがしばしばあり、また、潤滑剤のシヤー(lubricant shear )と動的シーリング界面におけるざらざらした接触のために、それ自身が熱を発生する。シールは熱的に体積膨張する（熱的な線膨張係数の約３倍である）が、半径方向及び周辺方向には閉じ込められている。従って、熱膨張の大部分は軸方向に解放される。その結果、軸方向のシールの長さが増大する。室温における圧縮されていない状態のシールの全体の長さ２０５及びグランドの全体の長さ２０６は、設置されたシールの使用中の長さの増大のために、弾性を有する突起部２００が潤滑剤側のグランド壁２０７に対して軸方向に圧縮を受けるように設定され、またシールの周囲環境側の端部１０９が周囲環境側のグランド壁１２０に対して反作用するように設定されている。弾性を有する突起部２００はシールの円形本体よりもずっと軽い構造を有しているため、シールの上述した軸方向の圧縮は突起部２００の軸方向のたわみによって吸収される。突起部２００の軸方向の圧縮によって生じる力のために、シールの周囲環境側の端部１０９は周囲環境側のグランド壁１２０へしっかりと接触させられ、そうでない場合に発生する（前述した）周辺部の圧縮によって引き起こされるたわみに対してシールを支持する。従って、断裂的な排除コーナ１６は意図したように軸方向に変動しない位置に保持される。従って、相対的な回転運動によって周囲環境と流体くさび作用を発生しない。従って、意図したようにシールとシャフトの界面から粒子状の汚染物質を排除する機能を果たす。前述したように、図４Ｃに示されているシールは、潤滑剤１０６と周囲環境１０７の圧力がほぼ同じであり、シールが弾性を有する突起部２００の軸方向の圧縮によって周囲環境側のグランド壁へ押し付けられているときの向きに描かれている。シールの周囲環境側の端部１０９は周囲環境側のグランド壁１２０と同じ形状を有しているため、またハウジングとシャフトとの間の突き出しギャップ２０８は小さいため、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示されているシールは、潤滑剤１０６の圧力が周囲環境のそれよりもかなり大きいような使用条件に対しても十分に適している。なぜなら、シールは差圧に対してグランド壁によって十分に支持されており、従ってシールの全体的な形状はそれに作用する差圧によって歪んでいないからである。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃにおいては、動的シーリングリップと静的シーリングリップは、シールが大きな差圧の潤滑剤維持状態において使用されても適切な支持を行うために、シールの周囲環境側の端部に配置されているところが示されている。しかし、小さい圧力差で使用されるときには、リップの配置ははこのような配置に限定されるものではなく、圧力の小さい状態でのシールの半径方向の圧縮がグランド内においてシールのねじれを引き起こさないようにリップが対向する用に配置されていればよい。いくつかの重要な機能を果たすために、弾性を有する突起部２００の間にはスペース２０５が設けられている。スペース２０５は突起部２００の熱膨張に対する余地を提供し、また突起部２００の軸方向の圧縮によって周辺方向に変位する材料に対する余地を提供している。スペース２０５が設けられていないと、シールがグランド内部に詰め込まれ過ぎて、界面における接触圧力を著しく増大させる。これはシールの性能に対して著しく悪い影響を与える。突起部２００の間のスペース２０５は動的シーリングリップ１１２の流体力学的インレット構造１１５への潤滑剤の連通も行う。突起部２００の間のスペース２０５は十分に狭く、従って、周囲環境１０７の圧力が潤滑剤１０６よりもおよそ150psiまで高いような条件にシールが曝されたときに、支持を行う突起部の間に存在するシールが過剰に屈曲することはない。こうした過剰な屈曲はコーナ１１６の位置に軸方向の変動を生じさせ、シャフトの相対的な回転運動によって周囲環境に流体くさび作用を発生する。（150psiは、摺動ピストンの中に取り付けられて、掘削モータでシールされたベヤリングアセンブリにおける潤滑剤と周囲環境との間のパーティション装置として作用するロータリーシールに加わる逆圧の上限と考えられる）。この発明は、ハウジングかシャフトのどちらかが回転部材であるようなときに、ロータリーシャフトをハウジングに対してシールするような用途を有している。突出している動的及び静的シーリングリップはシールを半径方向に圧縮したときのシール断面の内側及び外側に設けることができる。動的リップは内側周辺と外側周辺のどちらに設けることもできる。また、突出している動的及び静的シーリングリップは相対的に回転する平面状の対向表面に対してシールが軸方向に圧縮されたときのシール断面の両端に設けることもできる。別の実施の形態の説明図５は圧縮されていない状態のこの発明の別の実施の形態を示している。この場合には図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示されている弾性を有する突起部２００の二重の機能が図５の別々の突起部３００，３５０によって独立に行われることを除いて、流体シール３０５は図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示されている実施の形態とほぼ同じである。弾性を有する複数の突起部３００は軸方向の圧縮ばねとして作用し、断裂的な円形コーナ３１６を意図したように軸方向に変動しない位置に保持する。弾性を有する複数の突起部３５０は半径方向のベヤリングとして作用し、グランド内におけるシールの反時計方向のねじれに対する安定性を与えている。ここでの反時計方向とは図５に関して見たものである。図６は圧縮されていない状態のこの発明の別の実施の形態を示している。弾性を有する突起部４００は軸方向における圧縮ばねとして作用して断裂的な円形コーナ４１６を意図したように軸方向に変動しない位置に保持するというただ一つの機能しか有していないことを除いて、図の流体シール４０５は図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示されている実施の形態と非常に似ている。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに記載されている半径方向のベヤリング機能は組み込まれていない。突起部４００は図のように潤滑剤側に設けることもできるし、周囲環境側に設けることもできるし、潤滑剤側と周囲環境側の両方の対向する位置に設けることもでき、なおかつ軸方向の圧縮力を介して断裂的な円形コーナ４１６を意図したように軸方向に変動しない位置に保持する機能を果たすことができる。図７は圧縮されていない状態のこの発明の別の実施の形態を示している。弾性を有する突起部５００が半径方向におけるベヤリングとして作用してグランド内におけるシールの反時計方向のねじれに対する安定性を与えて排除エッジが使用中に傾斜しないようにするというただ一つの機能しか有していないことを除いて、図の流体シール５０５は図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示されている実施の形態と非常に似ている。ここでの反時計方向とは図７に関して見たものである。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに記載されている軸方向のばね機能は組み込まれていない。図８は圧縮されていない状態のこの発明の別の実施の形態を示している。流体シール６０５は、弾性を有する複数の突起部のかわりに、単一の弾性を有する円形の突起部６００を有している。この突起部６００は軸方向における圧縮ばねとして作用し、断裂的な円形コーナ６１６を意図したように軸方向に変動しない位置に保持する。円形の突起部６００の熱膨張のためと、円形の突起部６００の圧縮によって移動する材料のために、円形の突起部６００のＩＤとＯＤにはスペースが設けられている。図９は圧縮されていない状態のこの発明の別の実施の形態を示している。流体シール７０５は図６に示されている実施の形態と外形は同じである。弾性を有する突起部７００は軸方向における圧縮ばねとして作用して断裂的な円形コーナ７１６を意図したように軸方向に変動しない位置に保持するというただ一つの機能しか有していない。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに記載されている半径方向のベヤリング機能は組み込まれていない。この実施の形態と図６の実施の形態の違いは、完全に一つの材料から形成されているのではなく、この実施の形態は二つの異なる弾性材料の複合であることである。弾性材料を構成する長さ７６１は比較的硬い材料であり、回転させて使用するのに必要な耐摩耗性を有している。弾性材料を構成する長さ７６０は比較的軟らかい材料であり、完全に硬い材料から形成されているシールに比べて軸方向のばね力が小さい。当該分野に習熟した技術者には即座に明かなように、この発明はその精神あるいは本質から逸脱しない限り、他の形で実現することが可能である。従って、上述した実施の形態は単に説明のためのものであり、発明を制限するものではない。

Claims

【特許請求の範囲】１．第１及び第２の離間されたシール溝壁と周辺のシール溝壁とによって限定されたハウジングの円形のシール溝の中に受容可能に設定され、このハウジングとハウジング内部の相対的に回転する表面とのシールを行うためのゆがみ及びねじれに対して耐久性を有するロータリーシールであって、（ａ）弾性材料から形成された円形本体と、（ｂ）前記弾性材料から形成された円形本体から半径方向に延びる少なくとも一つの円形の動的シーリング突起部と、（ｃ）弾性部材と、（ｄ）ベヤリング手段と、を有し、前記円形本体が前記ハウジングの前記シール溝の中に受容可能に設定されるとともに第１及び第２の軸方向端部を形成し、前記動的シーリング突起部が前記相対的に回転する表面とシール係合し、前記弾性部材が前記第１の軸方向端部から軸方向に突出して前記第１のシール溝壁と係合するとともに前記第２の軸方向端部を前記第２のシール溝壁と係合させた状態に維持し、それによって前記シール溝内における前記ロータリーシールのゆがみを防止し、前記ベヤリング手段が前記弾性材料の円形本体から半径方向に突出するとともに前記第１の軸方向端部の領域に配置されることによって前記相対的に回転する表面と動的ベヤリング係合し、それによって前記シール溝内における前記ロータリーシールのねじれを防止しているロータリーシール。２．前記弾性部材が軸方向に延びる環状の突起部を有し、この突起部が前記弾性材料から形成された円形本体の前記第１の端部と一体化されるとともに前記第１のシール溝壁と円接触する方向に配向されている請求項１記載のロータリーシール。３．前記弾性部材が軸方向に延びる弾性を有する複数の突起部を有し、この突起部の各々が前記弾性材料から形成された円形本体の前記第１の端部と一体化されるとともに相互に離間され、さらに、前記第１のシール溝壁と接触する方向に配向されている請求項１記載のロータリーシール。４．前記ベヤリング手段が複数のベヤリング部材を有し、これらのベヤリング部材が前記弾性材料から形成された円形本体から半径方向に突出して前記相対的に回転する表面とベヤリング係合するとともに相互に離間されている請求項１記載のロータリーシール。５．前記複数のベヤリング部材の各々が前記相対的に回転する表面に対して徐々に収束する関係を形成する構造を有し、前記相対的に回転する表面の回転に応じて前記ベヤリング面と前記ロータリーシャフトの間に潤滑剤フィルムの流体くさびを形成する請求項４記載のロータリーシャフト。６．前記弾性材料から形成された円形本体の前記第１の端部から軸方向及び半径方向に突出した弾性を有する複数の突起部が設けられ、この突起部が前記弾性部材と前記ベヤリング手段を形成するとともに前記円形のシール溝の前記第１の端部表面に対して力伝達係合可能に設定されることによって前記弾性材料から形成された円形本体の前記第２の端部表面を前記円形のシール溝の前記第２の端部表面と係合状態に維持し、それによって前記シール溝内における前記ロータリーシールのゆがみを防止し、さらに、前記相対的に回転する表面とベヤリング係合可能に設定され、それによって前記シール溝内における前記ロータリーシールのねじれを防止している請求項１記載のロータリーシール。７．前記ハウジングがその内部に潤滑剤チャンバを形成し、この潤滑剤チャンバに前記相対的に回転する表面が曝され、さらに、前記ハウジングが汚染物質を含んでいる周囲環境の中に配置可能に設定され、前記ロータリーシールが前記潤滑剤チャンバと前記周囲環境の間にシールを形成することができるように設定され、前記動的シーリング突起部が、（ａ）円形のシーリングリップと、（ｂ）軸方向に変動する波状の流体力学的インレット構造と、（ｃ）鋭いエッジの円形の排除構造と、を有し、前記シーリングリップが前記弾性シーリング材料から形成された円形本体と一体化されるとともにそこから半径方向に突出して前記相対的に回転する表面とシール係合する周辺シーリング面を形成し、前記流体力学的インレット構造が前記円形のシーリングリップの一方の軸方向端部によって限定されるとともに前記潤滑剤チャンバに曝され、前記相対的に回転する表面の回転に応じて前記周辺シーリング面と前記相対的に回転する表面との間に潤滑剤フィルムの流体くさびを形成し、前記排除構造が前記円形のシーリングリップの他方の軸方向端部によって限定されるとともに前記周囲環境に曝され、前記周辺シーリング面と前記相対的に回転する表面との界面での周囲環境との接触を排除している請求項１記載のロータリーシール。８．弾性シーリング材料から形成された前記円形本体から半径方向に延びる静的シーリング突起部が設けられ、この静的シーリング突起部が前記ハウジングとシール係合可能に設定され、前記静的シーリング突起部が前記円形のシーリングリップに対してほぼ直径を挟んで対向する位置に配置されている請求項７記載のロータリーシール。９．前記静的シーリング突起部と前記円形のシーリングリップの各々が弾性シーリング材料から形成された前記円形本体の一方の軸方向端部に配置されている請求項８記載のロータリーシール。１０．前記静的シーリング突起部と前記円形のシーリングリップの各々が弾性シーリング材料から形成された前記円形本体の軸方向端部の中間に配置されている請求項８記載のロータリーシール。１１．第１及び第２の離間されたシール溝壁と周辺のシール溝壁とによって限定されたハウジングの円形のシール溝の中に受容可能に設定され、このハウジングとハウジング内部の相対的に回転する表面とのシールを行うためのゆがみ及びねじれに対して耐久性を有するロータリーシールであって、（ａ）弾性材料から形成された円形本体と、（ｂ）前記弾性材料から形成された円形本体から半径方向に延びる少なくとも一つの円形の動的シーリング突起部と、（ｃ）弾性を有する少なくとも一つの突起部と、を有し、前記円形本体が前記ハウジングの前記シール溝の中に受容可能に設定されるとともに第１及び第２の軸方向端部を形成し、前記動的シーリング突起部が前記相対的に回転する表面とシール係合し、前記突起部が前記第１の軸方向端部から軸方向に延びて前記第１のシール溝壁と係合するとともに前記第２の軸方向端部を前記第２のシール溝壁と係合した状態に維持することによって前記シール溝内における前記ロータリーシールのゆがみを防止しているロータリーシール。１２．前記ハウジングがその内部に潤滑剤チャンバを形成し、この潤滑剤チャンバに前記相対的に回転する表面が曝され、さらに、前記ハウジングが汚染物質を含んでいる周囲環境の中に配置可能に設定され、前記ロータリーシールが前記潤滑剤チャンバと前記周囲環境の間にシールを形成することができるように設定され、前記動的シーリング突起部が、（ａ）円形のシーリングリップと、（ｂ）軸方向に変動する波状の流体力学的インレット構造と、（ｃ）鋭いエッジの円形の排除構造と、を有し、前記シーリングリップが前記弾性シーリング材料から形成された円形本体と一体化されるとともにそこから半径方向に突出して前記相対的に回転する表面とシール係合する周辺シーリング面を形成し、前記流体力学的インレット構造が前記円形のシーリングリップの一方の軸方向端部によって限定されるとともに前記潤滑剤チャンバに曝され、前記相対的に回転する表面の回転に応じて前記周辺シーリング面と前記相対的に回転する表面との間に潤滑剤フィルムの流体くさびを形成し、前記排除構造が前記円形のシーリングリップの他方の軸方向端部によって限定されるとともに前記周囲環境に曝され、前記周辺シーリング面と前記相対的に回転する表面との界面での周囲環境との接触を排除している請求項１１記載のロータリーシール。１３．前記弾性を有する少なくとも一つの突起部が環状構造を有し、前記第１のシール溝表面に対して力伝達接触するように配置された環状表面を形成している請求項１１記載のロータリーシール。１４．前記弾性を有する少なくとも一つの軸方向の突起部が軸方向に延びる相互に離間された複数の突起部であり、これらの突起部の各々が前記第１のシール溝表面に対して力伝達係合可能に設定されている請求項１１記載のロータリーシール。１５．複数のベヤリング部材がさらに設けられ、これらのベヤリング部材が前記弾性材料から形成された円形本体から半径方向に突出して前記相対的に回転する表面とベヤリング係合するとともに相互に離間されている請求項１１記載のロータリーシール。１６．（ａ）軸方向に延びる相互に離間された複数の突起部と、（ｂ）複数のベヤリング部材と、がさらに設けられ、前記突起部の各々が前記第１のシール溝表面に対して力伝達係合可能に設定され、前記ベヤリング部材の各々が前記相対的に回転する表面に対して徐々に収束する関係を有し、前記相対的に回転する表面の回転に応じて前記ベヤリング面と前記ロータリーシャフトの間に潤滑剤フィルムの流体くさびを形成する請求項１５記載のロータリーシール。１７．前記弾性材料から形成された円形本体の前記第１の端部表面から軸方向に延びる相互に離間された複数の突起部がさらに設けられ、これらの突起部が前記第１のシール溝表面に対して力伝達係合して前記弾性材料から形成された円形本体の前記第２の端部表面を前記第２のシール溝表面に対して着座させた状態で支持できるように設定され、前記相互に離間された複数の突起部の少なくともいくつかが半径方向にも延びて前記相対的に回転する表面とベヤリング係合するベヤリング面を形成し、さらに、前記相対的に回転する表面に対して徐々に収束する関係を形成する構造を有し、前記相対的に回転する表面の回転に応じて前記ベヤリング面と前記ロータリーシャフトの間に潤滑剤フィルムの流体くさびを形成する請求項１１記載のロータリーシール。１８．（ａ）前記弾性材料から形成された円形本体が予め決められた弾性係数を有し、（ｂ）前記弾性材料から形成された円形本体から軸方向に延びる円形の小係数の本体部分が延び、この本体部分が前記弾性材料から形成された円形本体に比べて小さい弾性係数を有し、（ｃ）前記弾性を有する少なくとも一つの突起部が前記小係数の本体部分によって支持されるとともにこの本体部分から軸方向に延びている請求項１１記載のロータリーシール。１９．第１及び第２の離間されたシール溝壁と周辺のシール溝壁とによって限定されたハウジングの円形のシール溝の中に受容可能に設定され、このハウジングとハウジング内部の相対的に回転する表面とのシールを行うためのゆがみ及びねじれに対して耐久性を有するロータリーシールであって、（ａ）弾性材料から形成された円形本体と、（ｂ）前記弾性材料から形成された円形本体から半径方向に延びる少なくとも一つの円形の動的シーリング突起部と、（ｃ）複数のベヤリング部材とを有し、前記円形本体が前記ハウジングの前記シール溝の中に受容可能に設定されるとともに第１及び第２の軸方向端部を形成し、前記動的シーリング突起部が前記相対的に回転する表面とシール係合し、前記ベヤリング部材が前記弾性材料から形成された円形本体から半径方向に突出して前記相対的に回転する表面とベヤリング係合するとともに相互に離間されているロータリーシール。２０．前記ハウジングがその内部に潤滑剤チャンバを形成し、この潤滑剤チャンバに前記相対的に回転する表面が曝され、さらに、前記ハウジングが汚染物質を含んでいる周囲環境の中に配置可能に設定され、前記ロータリーシールが前記潤滑剤チャンバと前記周囲環境の間にシールを形成することができるように設定され、前記動的シーリング突起部が、（ａ）円形のシーリングリップと、（ｂ）軸方向に変動する波状の流体力学的インレット構造と、（ｃ）鋭いエッジの円形の排除構造と、を有し、前記シーリングリップが前記弾性シーリング材料から形成された円形本体と一体化されるとともにそこから半径方向に突出して前記相対的に回転する表面とシール係合する周辺シーリング面を形成し、前記流体力学的インレット構造が前記円形のシーリングリップの一方の軸方向端部によって限定されるとともに前記潤滑剤チャンバに曝され、前記相対的に回転する表面の回転に応じて前記周辺シーリング面と前記相対的に回転する表面との間に潤滑剤フィルムの流体くさびを形成し、前記排除構造が前記円形のシーリングリップの他方の軸方向端部によって限定されるとともに前記周囲環境に曝され、前記周辺シーリング面と前記相対的に回転する表面との界面での周囲環境との接触を排除している請求項１９記載のロータリーシール。２１．弾性を有する少なくとも一つの突起部がさらに設けられ、この突起部が前記第１の軸方向端部から軸方向に延びて前記第１のシール溝壁と係合するとともに前記第２の軸方向端部を前記第２のシール溝壁と係合した状態に維持することによって前記シール溝内における前記ロータリーシールのゆがみを防止している請求項２０記載のロータリーシール。２２．前記弾性を有する少なくとも一つの突起部が環状構造を有し、前記第１のシール溝表面に対して力伝達接触するように配置された環状表面を形成している請求項２１記載のロータリーシール。２３．前記弾性を有する少なくとも一つの軸方向の突起部が軸方向に延びる相互に離間された複数の突起部であり、これらの突起部の各々が前記第１のシール溝表面に対して力伝達係合可能に設定されている請求項２１記載のロータリーシール。２４．前記弾性材料から形成された円形本体の前記第１の端部表面から軸方向に延びる相互に離間された複数の突起部がさらに設けられ、これらの突起部が前記第１のシール溝表面に対して力伝達係合して前記弾性材料から形成された円形本体の前記第２の端部表面を前記第２のシール溝表面に対して着座させた状態で支持できるように設定され、前記相互に離間された複数の突起部の少なくともいくつかが半径方向にも延びて前記相対的に回転する表面とベヤリング係合するベヤリング面を形成し、さらに、前記相対的に回転する表面に対して徐々に収束する関係を形成する構造を有し、前記相対的に回転する表面の回転に応じて前記ベヤリング面と前記ロータリーシャフトの間に潤滑剤フィルムの流体くさびを形成する請求項１９記載のロータリーシール。