| 【発明の名称】 |
制御チッピングのための逃げ角を備えた回転シール |
| 【発明者】 |
【氏名】ジェフ バエル
【氏名】ラリー ジェー． キャッスルマン
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１の部材とその第１の部材に対して相対的に運動している第２の部材との間の隙間を密封するためのシールにおいて、外部圧力に応答する旋回点を備えた横断面を有するリング：を含むシール。
【請求項２】 請求項１のシールにおいて、前記横断面周辺が前記旋回点に隣接する二次的密封部分を含み、前記二次的密封部分が加圧状態の間第２の部材と係合し、非加圧状態の間第２の部材と離れることを特徴とするシール。
【請求項３】 請求項１のシールにおいて、前記横断面周辺が前記旋回点に隣接する第１のリムと、第２のリムと、その間に画定された陥凹を有することを特徴とするシール。
【請求項４】 請求項３のシールにおいて、前記陥凹が非加圧状態の間第２の部材に面することを特徴とするシール。
【請求項５】 請求項３のシールにおいて、前記第１のリムと前記第２のリムが非加圧状態の間第２の部材と係合することを特徴とするシール。
【請求項６】 請求項３のシールにおいて、前記第２のリムが加圧状態の間前記第２の部材から解放されることを特徴とするシール。
【請求項７】 請求項３のシールにおいて、前記陥凹が第１の部材に面することを特徴とするシール。
【請求項８】 請求項３のシールにおいて、前記陥凹が励起リングに面することを特徴とするシール。
【請求項９】 請求項１のシールにおいて、前記リングが第１の部材によって画定されたパッキン押さえ内に配置され、前記パッキン押さえが第２の部材に向いていることを特徴とするシール。
【請求項１０】 前記第１の部材とその第１の部材に対して相対的に運動している前記第２の部材との間の隙間を密封するためのシール配置において、周辺を備えた横断面と旋回点とを有し、前記シール配置に外部圧力が加えられたときに前記旋回点の周囲を旋回する第１のリングと；周辺を備えた横断面を有する第２のリング：とを含むシール配置。
【請求項１１】 請求項１０に記載のシール配置において、前記第１のリングと前記第２のリングが同心に配置されていることを特徴とするシール配置。
【請求項１２】 請求項１０に記載のシール配置において、第１の部材が前記第１のリングと第２のリングとを収納するための空洞を画定することを特徴とするシール配置。
【請求項１３】 請求項１０に記載のシール配置において、前記第１のリング周辺がさらに加圧されたシール部分を含み、前記加圧されたシール部分が加圧状態の間第２の部材と係合し、非加圧状態の間第２の部材から解放されることを特徴とするシール配置。
【請求項１４】 請求項１０に記載のシールにおいて、前記第１のリング周辺が前記旋回点に隣接した第１のリムと、その間に画定された陥凹を備えた第２のリムとを有することを特徴とするシール。
【請求項１５】 請求項１４のシールにおいて、前記陥凹が非加圧状態の間第２の部材に面することを特徴とするシール。
【請求項１６】 請求項１４のシールにおいて、前記第１のリムと前記第２のリムとが非加圧状態の間第２の部材と係合することを特徴とするシール。
【請求項１７】 請求項１４のシールにおいて、前記第２のリムが加圧状態の間前記第２の部材から解放されることを特徴とするシール。
【請求項１８】 請求項１４のシールにおいて、前記陥凹が前記第２のリングに面することを特徴とするシール。
【請求項１９】 請求項１４のシールにおいて、前記第２のリングの周辺が加圧状態の間前記陥凹内に突出することを特徴とするシール。
【請求項２０】 互いに対して相対的に運動している、第１の部材と第２の部材との間の隙間を密封するためのシールにおいて、第１の面と第２の面とを有し、前記シールに外部圧力が加えられたときに前記第２の面が第２の部材と係合し、前記第２の面が外部圧力を受けないときに前記第２の面が第２の部材から解放されるリング：を含むシール。
【請求項２１】 請求項２０のシールにおいて、前記第１の面が第１の部分と第２の部分とを含むことを特徴とするシール。
【請求項２２】 請求項２１のシールにおいて、前記第１の部分と第２の部分がその間に陥凹を画定することを特徴とするシール。
【請求項２３】 請求項２２のシールにおいて、前記陥凹が第２の部材に面していることを特徴とするシール。
【請求項２４】 請求項２２のシールにおいて、前記陥凹が第１の部材の方を向いていることを特徴とするシール。
【請求項２５】 請求項２１のシールにおいて、前記第２の部分が前記第２の表面に隣接することを特徴とするシール。
【請求項２６】 請求項２１のシールにおいて、前記第１の部分が非加圧状態の間第２の部材と係合し、加圧状態の間第２の部材と離れることを特徴とするシール。
【請求項２７】 請求項２０のシールにおいて、前記リングが第１の部材内に画定された室内に配置されることを特徴とするシール。
【請求項２８】 請求項２０のシールにおいて、前記リングと第１の部材の間に配置された第２のリングをさらに備えていることを特徴とするシール。
【請求項２９】 第１の部材と、その第１の部材に対して相対的に運動している第２の部材の間の隙間を密封するためのシール配置において、周辺を備えた横断面と、第１のリップと、第２のリップと、前記第１のリップと前記第２のリップの間に画定され、第１の部材に面する陥凹とを有する第１のリングと；周辺を備えた横断面を有する第２のリングであって、第１のリングと第１の部材の間に配置され、第２のリングの周辺が加圧状態の間に前記陥凹内に突出し、前記第２のリングの周辺が非加圧状態の間前記陥凹をまたぐ第２のリング：とを含むシール配置。
【請求項３０】 請求項２９に記載のシール配置において、前記第２のリングが励起装置であることを特徴とするシール配置。
【請求項３１】 請求項２９に記載のシール配置において、前記第１のリングがシール要素であることを特徴とするシール配置。
【請求項３２】 請求項２９に記載のシール配置において、前記第１のリングと前記第２のリングが同心に整列していることを特徴とするシール配置。
【請求項３３】 請求項２９に記載のシール配置において、前記第１のリムと第２のリムが加圧状態の間前記第２のリングに変形応力をかけることを特徴とするシール配置。
【請求項３４】 請求項３３に記載のシール配置において、変形応力が前記第１のリングとと第２のリングの間の摩擦係数を増加させることを特徴とするシール配置。
【請求項３５】 互いの相対的運動のために配置された２つの機械部品の間の隙間を密封するための密封構造において、旋回点と、第１のリップと、第２のリップと、前記第１のリップと第２のリップ｛の間に｝画定される陥凹とを有し、第２の機械部品に面する内面と、第１の機械部品に向かって面した外面とを有する密封リングであって、外部圧力を受けたときに前記旋回点を中心とする旋回を提供する密封リングと；周辺を備えた横断面を有する励起リングであって、前記外面と前記第１の機械部品との間に配置された励起リング：とを含む密封構造。
【請求項３６】 請求項３５に記載の密封構造において、前記旋回点が第２の機械部部品と接触することを特徴とする密封構造。
【請求項３７】 請求項３５に記載の密封構造において、前記第１のリムと前記第２のリムが前記密封構造が非加圧状態にあるときに第２の機械部品と係合することを特徴とする密封構造。
【請求項３８】 請求項３５に記載の密封構造において、前記密封機構が加圧状態にあるときに前記第２のリムが第２の機械部品から解放されることを特徴とする密封構造。
【請求項３９】 請求項３５に記載の密封構造において、前記内部表面がさらに傾いた表面を有することを特徴とする密封構造。
【請求項４０】 請求項３９に記載の密封構造において、前記傾いた表面が第２の機械部品の表面から鋭角である平面を画定することを特徴とする密封構造。
【請求項４１】 請求項３９に記載の密封構造において、前記密封構造が加圧状態のときに前記傾いた表面と前記第１のリムとが第２の機械部品と係合することを特徴とする密封構造。
【請求項４２】 請求項３５に記載の密封構造において、前記シールパッキン押さえが第１の機械部品内にあって、第２の機械部品に面し、前記シールパッキン押さえが前記シールリングと前記励起リングとを収納することを特徴とする密封構造。
【請求項４３】 請求項４２に記載の密封構造において、前記密封リングがさらに壁を有し、前記壁が第２の機械部分と前記励起リングとの間にほぼ放射状に配置されていることを特徴とする密封構造。
【請求項４４】 請求項４３に記載の密封構造において、前記密封構造が非加圧状態にあるときに前記壁が前記シールパッキン押さえの表面によって画定された平面から鋭角にある平面を画定することを特徴とする密封構造。
【請求項４５】 請求項４３に記載の密封構造において、前記密封構造が加圧状態にあるとき前記壁が前記シールパッキン押さえの表面に係合することを特徴とする密封構造。
【請求項４６】 請求項３５に記載の密封構造において、前記励起リングが環状弾性エラストマ部材であることを特徴とする密封構造。
【請求項４７】 請求項３５に記載の密封構造において、前記密封リングがポリテトラフルオロエチレン、熱可塑性エラストマ、ポリエチレン、および超高分子量のポリエチレンを含む群から選択された熱可塑性材料を含むことを特徴とする密封構造。
【請求項４８】 請求項３５に記載の密封構造において、前記密封リングが前記内面上に面取りしたリップを備えることを特徴とする密封構造。
【請求項４９】 第２の部材が第１の部材に対して相対的に移動する、第１の部材と第２の部材との間の隙間を密封する方法において、外部圧力を受けたときに横断面点を中心に旋回することのできるリングを備えるステップを含む方法。
【請求項５０】 請求項４９に記載の方法において、さらに前記リングの表面上の陥凹を画定するステップを有する方法。
【請求項５１】 請求項５０に記載の方法において、前記陥凹が第２の部材に面していることを特徴とする方法。
【請求項５２】 請求項５０に記載の方法において、さらに前記リングと前記第１の部材の間に配置された、第２のリングを備えるステップを含む方法。
【請求項５３】 請求項５２に記載の方法において、前記第２のリングが加圧状態の間前記陥凹内に突出することを特徴とする方法。
【請求項５４】 請求項５２に記載の方法において、前記第２のリングが加圧状態の間前記陥凹内に突出することを特徴とする方法。
【請求項５５】 請求項４９に記載の方法において、さらに前記リング表面上に角度のある表面を提供するステップを含み、前記角のある表面が非加圧状態の間第２の部材から鋭角で平面を画定し、前記角のある表面が加圧状態の間第２の部材と係合する方法。
【請求項５６】 請求項４９に記載の方法において、前記リングの表面上に面取りしたリップを備えるステップを含み、前記面取りした表面がリングハウジングからの前記リングの押し出しをほぼ阻止する方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の分野】本発明は圧力均衡と改善された潤滑特性とを備えた改良された回転シールと励起装置に関するものである。
【０００２】
【関連技術の説明】先行技術のシールは圧力が印加され相対速度が与えられるとき、すなわち密封ロッドが回転したときに制約がある。動作中に、典型的圧力の印加は３００ＰＳＩ以上で、毎分１０から５０フィートのかなり低い表面速度運動において生ずる。
【０００３】回転運動と低い潤滑性のために、常に摩擦が生じて熱発生増大に至ることがあり、それによって摩耗を加速し、シールの押し出しと材料の損失を招くことがある。シールの加圧の間、シールは溝内を摺動し、励起装置が角に形成されて重い加重を発生し、高い摩擦を招くことがある。この高い摩擦が発熱、圧縮ひずみと、可能性としてシールリング励起の喪失を加速し、その結果として励起装置とシールリングの間に発生した不所望の動的中間面の発生を招き、それによって励起装置の不所望の研磨と摩耗を発生する。
【０００４】
【発明の概要】これらの状態を改善するために、本発明は動作中の全体的摩擦を減らし、シールリング下の潤滑を改善する圧力均衡設計を含む。中間結果は５０％を超えるトルクの減少を示している。発熱も５０％近く減少し、漏洩制御も明らかに改善された。
【０００５】本発明のシールリングは低中心溝を含んでいる。中心溝はシールリングとロッドの間の接触空間内にある。溝は底部接触領域を最小にし、それによって接触応力を増して、漏洩制御を向上させる。システムが加圧されたとき、シールリングは底部表面接触領域上の一転を中心に旋回して、それによってより大きな接触領域にそって加圧シールを提供しながら、押し出しに耐える面取りを維持する。
【０００６】本発明において、第１の部材と第１の部材に対して移動する第２の部材の間の隙間を密封するシールは横断面を備えたリングを含み、横断面は旋回点と周辺を備えている。例えば、流体圧力が加わって、外部圧力がリングに加わったとき、リングは旋回点を中心に回転して応答する。くわえて、横断面と周辺を有する第２のリングが備えられる。
【０００７】本発明のさらに別の実施態様によれば、第１の部材と第１の部材に対して移動する第２の部材の間の隙間を密封するシールは第１の表面と第２の表面を有するリングを備え、第２の表面はシールに外力がかかったときに第２の部材と密封自在に係合し、第２の表面は外力がかからないときに第２の部材と離れる。
【０００８】本発明の別の実施態様によれば、シール配置は周辺と、第１のリップと、第２のリップと、第１のリップと第２のリップの間に画定された陥凹を有する第１のリングを含む。くわえて、第２のリングが備えられて第１の部材と第１のリングの間に配置され、第２のリングは加圧状態の間に第１のリングの陥凹内に突出し、非加圧状態の間に陥凹をまたぐ周辺を有する。
【０００９】本発明の代替実施態様において、互いの相対的運動のために配置された２つの機械部品の間の隙間を密封するための密封構造は、旋回点と、第１のリップと、第２のリップと、前記第１のリップと第２のリップの間に画定された陥凹を有する、第２の機械部品に面した内面と、第１の機械部品に向かって面した外面を有する密封リングであって、外力を受けたときに前記旋回点を中心とする旋回を提供する密封リングを含む。さらに、周辺を備えた横断面を有する励起リングであって、前記外面と前記第１の機械部品の間に配置された励起リングが備えられる。
【００１０】本発明のさらに別の実施態様は、第２の部材が第１の部材に対して移動している、第１の部材と第２の部材の間の隙間を密封する方法において、外部圧力を受けたときに横断面点を中心に旋回することのできるリングを備えるステップを含む方法として記載することができる。
【００１１】本発明が先行技術より有利なのは、シールに対する圧力が増大するにつれて表面積が増加する密封表面を提供し、他方で漏洩制御を改善するために密封頂点での高い接触圧力を提供することである。増加密封表面は加圧状態の間密封部材の回転によって達成され、それによってシールのより広い部分が一番必要なときに機械部分と接触する。
【００１２】本発明のさらに別の利点として、低圧動作の間、減少した密封表面が提供される。シールが低圧状態にあるとき、本発明はその密封表面にそって陥凹を有利に提供し、それによって機械部品とシールの間の摩擦量を減らす。
【００１３】本発明のさらに別の利点は、先細りの壁がシールの側面に備えられ、先細りの壁が、旋回点の周囲をシールが回転したときに、シールハウジングの表面に対して理想的な場所でシールを確実に保持するのに役立つことである。
【００１４】本発明のさらに別の利点として、励起リングと相互作用するために、シールの上面に陥凹が備えられている。表面積を増すと同時に、励起リングに面した、局部的高応力をもたらす陥凹、隆起、突出、またはその他の手段を備えることによって、シール陥凹のリップが加圧状態の間に励起リングの表面に変形圧力を伝達し、それによって摩擦および／または接触表面積を大幅に増大し、その結果、励起リングとシールの間の動的中間面をほぼ除去する。
【００１５】
【実施例】次に、図面とくに図１を参照して、そこには環状シール組立体１３，その中にシール組立体が取り付けられた環状のシール溝またはパッキン押さえ１７を有する外側部材１５を含む構造が図示されている。加圧流体は矢印ｐの方向にシール組立体１３内に満たされる。流体は環状隙間空間２０を通って、シール組立体１３に直接作用する。ここで部材１５と１９はシール組立体１３が有利に使用できる一つの環境を例示しているだけであることが理解されるべきである。図示した実施態様において、部材１５と１９は相対的回転運動のために取り付けられている。
【００１６】図示した実施態様において、外側部材１５は各種の異なる形状とすることができるが、シールパッキン押さえ１７を画定するために軸方向壁２５によって相互連結された軸方向に間隔をおいて、放射状に延長している壁２１と２３を含んでいる。シールパッキン押さえ１７は内部部材１９を完全に囲繞する。図示した実施態様において、シールパッキン押さえ１７は軸方向断面がほぼ長方形である。外側部材１５はそこを貫通して延長する通路２７を有し、その中に内部部品１９が位置づけられている。
【００１７】内部部材１９は各種の異なる形状を有することができる；しかしながら、図示した実施態様において、それは円筒状シャフトの形である。内部部材１９は円筒状の外面２９を有し、それが密封される表面の一つを画定する。
【００１８】シール組立体１３はシール要素３０ろ、図示した実施態様では、Ｏリングエラストマ３３の形である環状弾性エラストマ部材を有する。エラストマ励起装置は、図８に示したごとく、ほぼどんな共通の形でも使用できる。シール要素３０はこの目的のために通常使用されるどんな材料ででも製作可能であり、例えば、熱可塑性などの適切なプラスチック、を使用することができる。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、熱可塑性エラストマ（ＴＰＷ）、ポリウレタン（ＰＵ）、および高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）は使用できる熱可塑性プラスチックの例である。異なる上面を備えた要素３０を有する、システムの代替実施態様を図８に示した。
【００１９】シール要素３０の構造は、分離された要素自体を示す、図３を参照して一番よく理解できるだろう。一般的にシールは低圧密封のための溝３４を含む底部表面Ａを有する環状形状のものである。
【００２０】説明を簡単にするために、シール表面３０の外リップ表面は図３との関連において、異なる角、リップと表面を記載する反時計回りに記載するものとする。左下側から開始して、リップ点１，２，３，４，４’、５，６と７は表面要素３０の下底表面の概略を一般的に示し、他方点８，９，１０，１１，１２，１３，１４と１５はシール要素３０の上面Ｔの上の変化する輪郭を表す。一般的に底表面Ａは点３と４、４’と５の間に位置づけられる。この表面Ａは密封組立体１３の非加圧状態の間に内部部材１３と接触する。点５と６の間に位置するのは表面Ｂで、密封加圧の間に増加した加圧接触を作り出す。点６と７の間にあるのは押し出し抵抗面取りである。加圧の間に、密封要素３０は点５で傾斜または回転子、表面Ｂを部材１９と接触させる。
【００２１】点７と８の間に表面Ｃがあって、逃がし角度となって密封要素３０がリップシール加圧の間にリップ５上に傾くことを可能にする。本発明において、表面Ｂと表面Ｃはもっとも好適には互いに垂直であり。別の好適実施態様において、表面Ｂと表面Ｃの間の角度は８５度から９５度の間であるが、もっと好適には８９から９１度である。リップ８と９およびリップ１４と１５の間に配置された上面面取りはエラストマの噛み取りを除去するために備えられている。
【００２２】先行技術とは異なる本発明の一つの特徴は、圧力と摩擦アスペクトの均衡を取る能力である。加圧の間、流体圧力は密封要素３０の点１から５の領域に作用し、エラストマを通して発生した圧力に対して均衡させるので、シール要素３０は点５から点６０の幅にそって要素３０を密封する。加圧されたときに、トルクを発生するすべての力は点５から６を通ってだけ駆動される。この点５を中心とする転倒はトルク現象が起きる場所である。この圧力均衡によってトルク減少が発生する。この圧力均衡がシールとロッドの間の不可の量を減少させる。押し出しを防止するために、点６と７の間に面取りが生み出される。
【００２３】転倒またはチッピング作用を容易にするのを助けるために、シール要素３０は背面角を備えている。角またはリップＣはリップＢに垂直などのシールが溝内を転がるのを助ける。リップＣはロッドに垂直に転がり、ついで加圧の間にパッキン押さえ壁２３と平行になるだろう。エラストマ３３がシール要素３０の上面を励起するとき、それはエラストマ３３とシール要素３０の間３３の間の摩擦を増し、シールリングが部材１９とともに回転せずに、それをパッキン押さえ１７の中に保とうとする。
【００２４】動的インターフェイスを除去するために、溝、リップ、突起その他の機械的連動装置４０が、図４Ｂから４Ｄに示したごとく、上面に備えられている。溝内には要素３３を支える要素はないので、要素は溝内に変形して、１１と１２に高応力集中を生み出す。これによってエラストマ要素３３と密封リング要素３０の間の摩擦特性および／またはトルクが増し、エラストマ要素３３と密封リング要素３０の間に非摺動および連動関係が発生する。増強摩擦を発生する他の態様は要素３０から３３の間の接触表面を増すことである。かかる増強は形状変化によって達成される。
【００２５】エラストマ３３はシール要素３０がチッピングするときに曲がり、応力集中がそこに発生する。転１０から点９まで励起装置にとって応力除去の役割を果たす角または表面がある。正面側点１３から１４に別のかかる表面が存在する。これらの角はエラストマが励起されるときにその応力を除去する。そこでエラストマの応力が除去されると、エラストマ３３は加えられた圧力から一部のエネルギーを吸収することができる。加えられた圧力からのエネルギーは上面と点８と９の間に配置された面取りリップによって形成された面取り上の溝４０内へのエラストマ要素３３の変形によっても吸収される。
【００２６】図４Ａから５Ｄは先行技術のシールと対照して本発明の通常の接触応力の有限要素解析を示している。図５Ｂから５Ｄはシール配置が加圧されたとき接触面積の有利な減少を示している。接触面積の５０％以上の減少によって先行技術のシール製品と比較してトルク、発熱および摩擦の改善が提供される。
【００２７】図６から１２は先行技術のシールを本発明に比較する有限要素分析の結果とともに本発明の利点を示している。分析は一定回転を有し、２０万サイクルの間低、中、高圧を受ける低、中、高表面速度を含むシール上の試験される表面速度を備えた試験パッキン押さえを用いて実施された。表面は０．１から０．２μｍの間で仕上げられた。
【００２８】図６は先行技術に対する本発明の改善されたブレイク・アウトトルク結果を示している。図７は低速での先行技術に対する本発明の動的トルク改善を示している。図９Ａから９Ｃは高圧での本発明と先行技術の間の累積漏洩比較を示している。図１０Ａと１０Ｂは中圧での本発明と先行技術の間の累積漏洩比較を示している。図１１Ａと１１Ｂは中圧での本発明と先行技術の間の摩耗結果比較を示している。図１２Ａと１２Ｂは高圧での本発明と先行技術の間の摩耗結果比較を示している。
【００２９】本発明は好適設計を有するものとして記載したが、本発明はさらに変更が可能であるが、それをもって本発明の精神と範囲を逸脱することはできない。したがって、本発明はその一般的原理を用いる本発明のいっさいの変型、使用、または応用を含むものとする。さらに本出願は本発明が属し、付属の請求の範囲の限度内に当てはまる技術の既知または一般慣行内に収まるような本開示からの逸脱も含むものとする。
【００３０】本発明の上述およびその他の特徴と利点、ならびにその達成の仕方は付属の図面を参照して本発明の実施態様の以下の読むことによって明らかになり、本発明がいっそうよく理解されるだろう。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９９１６０１１４
【氏名又は名称】ブサク プラス シャンバン インク．
【氏名又は名称原語表記】Ｂｕｓａｋ ＋ Ｓｈａｍｂａｎ Ｉｎｃ．
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月１２日（１９９９．１１．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８８０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】福森 久夫
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２４０８０４（Ｐ２０００−２４０８０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月８日（２０００．９．８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３２３３６１ |
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