| 【発明の名称】 |
シール及び保護用のシールド |
| 【発明者】 |
【氏名】ティモシー・ジェイ・エドワーズ
【氏名】カーミン・ジェイ・クォータペラ
【氏名】ケニス・マーフィー
【氏名】ロバート・エイ・レイ
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| 【要約】 |
【課題】エラストマー製のシールが流体と接触するのを阻止するシールドを有するシール装置を提供することである。
【解決手段】シール胴部１３が、第１の材料１０よりも全体的に硬質の第２の材料１２を含む。第２の材料１２は、シール胴部１３を断面方向から見た場合に、シール胴部１３の横方向の側部１７の少なくとも一部分に沿って全体的に配置され、シールド２５を形成する。シールド２５は第１の材料１０と面一の形態とされ、シール胴部１３の外側周囲部分は、シール胴部１３を非圧縮状況下に断面方向から見た場合に全体的に円形の円滑な形状を有する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１の胴部内のシールグランドにして、底面と、該底面から伸延する第１の側面及び第２の側面を有するシールグランドの内部で使用され、第１の胴部及び第２の胴部間にシールを形成するためのシール装置であって、シール胴部にして、該シール胴部を非圧縮状態で断面方向から見た場合に、全体的に最も上方の部分及び全体的に最も下方の部分を有する全体的に円形形状を有し、少なくとも部分的に変形自在の第１の材料と、該第１の材料よりも硬質の第２の材料とを含み、前記第１の材料が、全体的に、少なくとも部分的に前記最も上方の部分に沿って配置され且つ、少なくとも部分的に前記最も下方の部分に沿って配置され、シール胴部をシールグランド内に挿通し且つ少なくとも部分的に配置した場合にシールグランドの底面と接触し、前記第２の材料が、シール胴部を断面方向から見た場合にシール胴部の横方向の側部の少なくとも一部分に沿って全体的に配置されることにより、シールドにして、第１の材料と面一となる形態を有し、シール胴部を非圧縮状態で断面方向から見た場合に、シール胴部の外側周囲部分が、円滑な、全体的に円形の形状を呈するシールドを形成し、それにより、シール胴部をシールグランド内に位置決めし且つ圧縮した場合に、第１の胴部と第２の胴部との間に第１の材料によるシールが形成され、前記シールドによる追加のシールが形成され、かくして、シール装置の作動寿命が延長される一方で、第１の胴部及び第２の胴部間における流体流れが防止されるシール装置。
【請求項２】 シール胴部を非圧縮状態で断面方向から見た場合に、第１の材料が全体的にＣ字形状を形成する請求項１のシール装置。
【請求項３】 シール胴部を断面方向から見た場合に、シールドの少なくとも一部分が全体的に環の円弧の形状を有している請求項１のシール装置。
【請求項４】 シール胴部を断面方向から見た場合に、第２の材料の少なくとも一部分が、シールドから全体的に外側に且つ第１の材料の内部に伸延する突出部を形成する請求項１のシール装置。
【請求項５】 シール胴部を断面方向から見た場合に、突出部が、シールドから伸延し、次いで丸み付けされたアンカー部分を形成する狭幅の脚部を含んでいる請求項４のシール装置。
【請求項６】 シール胴部を断面方向から見た場合に、丸み付けされたアンカー部分が、狭幅の脚部よりも大きな幅を有している請求項５のシール装置。
【請求項７】 シール胴部を断面方向から見た場合に、第１の材料が第１の幾何学的重心を有し、第２の材料が第２の幾何学的重心を有し、第１の幾何学的重心及び第２の幾何学的重心が、異なる曲率半径に相当する請求項３のシール装置。
【請求項８】 第１の胴部内のシールグランドにして、底面と、該底面から伸延する第１の側面及び第２の側面を有するシールグランドの内部で使用され、第１の胴部及び第２の胴部間にシールを形成するためのシール装置であって、シール胴部にして、該シール胴部を非圧縮状態で断面方向から見た場合に、全体的に最も上方の部分及び全体的に最も下方の部分を有する全体的に円形形状を有し、少なくとも部分的に変形自在の第１の材料と、該第１の材料よりも硬質の第２の材料とを含み、前記第１の材料が、全体的に、少なくとも部分的に前記最も上方の部分に沿って配置され且つ、少なくとも部分的に前記最も下方の部分に沿って配置され、シール胴部をシールグランド内に挿通し且つ少なくとも部分的に配置した場合にシールグランドの底面と接触し、前記第２の材料が、シール胴部を断面方向から見た場合にシール胴部の横方向の側部の少なくとも一部分に沿って全体的に配置され、該第２の材料の少なくとも一部分が、前記第１の材料から離間する様式において配置された全体的に矩形形状のシールドを形成し、それにより、シール胴部をシールグランド内に位置決めし且つ圧縮した場合に、第１の胴部と第２の胴部との間に第１の材料によるシールが形成され、前記シールドによる追加のシールが形成され、かくして、シール装置の作動寿命が延長される一方で、第１の胴部及び第２の胴部間における流体流れが防止されるシール装置。
【請求項９】 シール胴部を非圧縮状態で断面方向から見た場合に、第１の材料が、平坦な側部を有する状態で全体的に円形形状を有する請求項８のシール装置。
【請求項１０】 シール胴部が、該シール胴部を圧縮した場合にシールグランドを占有し且つシールグランドの第２の側面と係合する請求項８のシール装置。
【請求項１１】 第２の材料が、シールドと第１の材料との間のスぺーサを形成する請求項８のシール装置。
【請求項１２】 シール胴部を断面方向から見た場合に、スぺーサが全体的に矩形形状を有する請求項１１のシール装置。
【請求項１３】 シール胴部を断面方向から見た場合に、第１の材料が第１の幾何学的重心を有し、第２の材料が第２の幾何学的重心を有し、第１の幾何学的重心及び第２の幾何学的重心が、異なる曲率半径に相当する請求項１２のシール装置。
【請求項１４】 第１の胴部内のシールグランドにして、底面と、該底面から伸延する第１の側面及び第２の側面を有するシールグランドの内部で使用され、第１の胴部及び第２の胴部間にシールを形成するためのシール装置であって、シール胴部にして、該シール胴部を非圧縮状態で断面方向から見た場合に、全体的に最も上方の部分及び全体的に最も下方の部分を有する全体的に円形形状を有し、少なくとも部分的に変形自在の第１の材料と、該第１の材料よりも硬質の第２の材料とを含み、前記第１の材料が、全体的に、少なくとも部分的に前記最も上方の部分に沿って配置され且つ、少なくとも部分的に前記最も下方の部分に沿って配置され、シール胴部をシールグランド内に挿通し且つ少なくとも部分的に配置した場合にシールグランドの底面と接触し、前記第２の材料が、シール胴部を断面方向から見た場合にシール胴部の横方向の側部の少なくとも一部分に沿って全体的に配置され、該第２の材料の少なくとも一部分が、前記第１の材料から離間する様式において配置された全体的にＬ字形状のシールドを形成し、それにより、シール胴部をシールグランド内に位置決めし且つ圧縮した場合に、第１の胴部と第２の胴部との間に第１の材料によるシールが形成され、前記シールドによる追加のシールが形成され、かくして、シール装置の作動寿命が延長される一方で、第１の胴部及び第２の胴部間における流体流れが防止されるシール装置。
【請求項１５】 シール胴部を非圧縮状態で断面方向から見た場合に、第１の材料が、平坦な側部を有する状態で全体的に円形形状を有する請求項１４のシール装置。
【請求項１６】 第２の材料が、シールド及び第１の材料間にスぺーサを形成する請求項１４のシール装置。
【請求項１７】 シール胴部を断面方向から見た場合に、スぺーサが全体的に矩形形状を有する請求項１６のシール装置。
【請求項１８】 シールドの一部分がリップを形成し、シール胴部を断面方向から見た場合、該リップがシールドの残余部分から全体的に外側方向に伸延し且つ第１の材料から全体的に離間する方向に突出される請求項１４のシール装置。
【請求項１９】 第２の側面が、リップと係合することによりシール装置の値じりを減少させる溝を含んでいる請求項１８のシール装置。
【請求項２０】 シール胴部が、該シール胴部を圧縮した場合に該シール胴部がシールグランドを占有し、シールドがシールグランドの第２の側面と係合し、リップが溝と係合するような寸法形状を有している請求項１９のシール装置。
【請求項２１】 シール胴部を断面方向から見た場合に、第１の材料が第１の幾何学的重心を有し、第２の材料が第２の幾何学的重心を有し、第１の幾何学的重心及び第２の幾何学的重心が、異なる曲率半径に相当する請求項２０のシール装置。
【請求項２２】 第１の胴部内のシールグランドにして、底面と、該底面から伸延する第１の側面及び第２の側面を有するシールグランドの内部で使用され、第１の胴部及び第２の胴部間にシールを形成するためのシール装置であって、シール胴部にして、該シール胴部を非圧縮状態で断面方向から見た場合に、全体的に最も上方の部分及び全体的に最も下方の部分を有する全体的に円形形状を有し、少なくとも部分的に変形自在の第１の材料と、該第１の材料よりも硬質の第２の材料とを含み、前記第１の材料が、全体的に、少なくとも部分的に前記最も上方の部分に沿って配置され且つ少なくとも部分的に前記最も下方の部分に沿って配置され、シール胴部をシールグランド内に挿通し且つ少なくとも部分的に配置した場合にシールグランドの底面と接触し、前記第２の材料が、シール胴部を断面方向から見た場合に、全体的に、シール胴部の横方向の側部の少なくとも一部分に沿って配置されることにより、シールの高圧側に面して位置付けられたシールドを形成し、それにより、シール胴部をシールグランド内に位置決めし且つ圧縮した場合に、第１の胴部と第２の胴部との間に第１の材料によるシールが形成され、前記シールドによる追加のシールが形成され、かくして、シール装置の作動寿命が延長される一方で、第１の胴部及び第２の胴部間における流体流れが防止されるシール装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本件出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１２０の下に、１９９９年９月２７日の“Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｓｅａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｓｈｉｅｌｄ”と題する、米国特許仮出願番号第６０／１５６，１５７号の優先権を主張するものである。本発明は、シール装置に関し、詳しくは、シールを、シール装置と隣接する第１表面及び第２表面間を流れる流体と接触させないように保護するシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】最も一般的なシールはＯ−リングである。Ｏ−リングは、円形断面の連続する環であり、代表的には、天然あるいは合成ゴムのような、弾性流動性の材料あるいはエラストマー材料から作成される。Ｏ−リングは、対向する静置表面あるいは比較的動的な、合致する一対の表面の一方に形成した、環状のシールグランド内に位置決めされるようになっている。対向して配置された２つの合致表面間を低い流体圧力下にシールするためには、通常、少なくとも幾分かの前負荷が必要とされる。ゴム製のＯ−リングは、主に、その簡単さ、初期費用の低さ、もっと硬質の材料で作成したシール環で必要とされるよりも実質的にずっと小さい合計力を合致表面間に加えるのみで、一般に満足されるシール効果が得られることから、シールとして傑出したものである。
【０００３】しかしながら、Ｏ−リングと隣接する２つの合致表面間には相対運動が生じ、そうした運動が反復して生じるとＯ−リングの外側表面が摩滅し、結局、摩滅部分が剥離する。この状況は金属構造物における摩損と類似するものであり、Ｏ−リングの急速な劣化を招く。Ｏ−リングと、被シール表面との間の距離を変化させる角度偏倚が生じると、生じた空間にＯ−リングが押し込まれてＯ−リングに厳しい変形が生じ、またある場合には、Ｏ−リングがシールグランドから外れ、あるいは押し出されることもある。更に、ゴム製のＯ−リングは摩擦係数が比較的高いこと、また、その固有の材料特性から、幾つかの高圧用途に対しては一般に不向きである。Ｏ−リングに関して特に議論したが、上述した問題は、弾性のゴム様材料から形成したシールのその他の多くの形式あるいは設計形状において共通したものである。
【０００４】弾性材料から作製したシールの高圧下における性能を改善するべく、様々な構造改変シールが開発されている。例えば、ある改善形態ではシールの断面形状が変更され、他の例では、もっと硬質の材料、例えばポリウレタン及びポリテトラフルオエチレン（“ＰＴＦＥ”）からシールが作成された。硬質の材料は、ゴム材よりも比較的広い圧力範囲において安定した寸法特性を維持し、従って、より高圧のシステムに対して好適である。更に、工業材料として、ＰＴＦＥには、通常は従来の多くの金属及び高分子材料を劣化させる過酷な化学的環境の中で使用するための実用性がある。ＰＴＦＥは、２６０℃もの高温から−２７３℃もの低温までの広い温度範囲で使用することもできる。しかしながら、低圧下で適切なシールを創出する（硬質材料を使用して）ためには、初期負荷を、もっと軟質の材料の場合に必要とされるよりも実質的に高くする必要がある。
【０００５】弾性材料製のシールの損耗特性を改善するべく開発されたその他の構造改変例では、米国特許第３，９１８，７２６号に示されるようなシール環を構成するエラストマー材料に、材料挿入体（ＰＴＦＥ製の）が組み込まれる。材料挿入体は、シール材料の取り扱い及び組み立てを許容するに十分な柔軟性を有し、しかも、圧力、即ち、シールグランドと対向する合致表面の滑り運動や角度偏倚によって生じる摩滅、押し出し、変形に対する抵抗性がある。
【０００６】上述した材料挿入体は、それが第２表面を形成することでシール材料を摩滅から保護するものの、合致する２つの表面間を流れる流体からはシールを十分に保護しない。挿入体は、シールを、主に、シールグランドに対向する合致表面による損傷から保護するべく設計されたものであり、従って、半導体製造設備その他の、腐食性流体環境内で使用するためには適していない。斯くして、上述の材料挿入体は、流体の、シールを横断しての通過を防止することはできるが、流動する流体と、エラストマー製の比較的軟質のシールとの接触を防止することはできない。更には、材料挿入体は、合致する２つの表面間に形成された単一のシールの一部分であり、単一のシールは材料挿入体とエラストマー材料とを組み合わせて形成される。従って、材料挿入体は、シールを第２の表面との接触から保護するに過ぎない。また、材料挿入体は比較的軟質の、エラストマー製のシールを、それが捻り運動を受けるに際しては尚、第２の表面から保護するが、高温あるいは腐食性流体からの保護に関してはあまり有効ではない。本発明のシール装置は従来製品の上述した問題を解決するものである。本発明のシール装置の各実施例においては、シールドが、エラストマー製のシールと流体との接触を阻止するべく配向される。流体との接触を阻止することにより、シール装置の使用寿命が増大され、従って、本発明のシール装置を使用する製造者における休止時間及び関連する維持費が低減される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】エラストマー製のシールが流体と接触するのを阻止するシールドを有するシール装置を提供することである。解決しようとする他の課題は、流体との接触を阻止することにより、シール装置の使用寿命が増大され、従って、シール装置を使用する製造者における休止時間及び関連する維持費が低減されるシール装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】該略すれば、本発明の１実施例は、第１の胴部におけるシールグランド内で使用される、第１の胴部と第２の胴部との間にシールを形成するためのシール装置に関する。シールグランドは、底面と、底面から伸延する第１の側面及び第２の側面とを有する。シール装置は、圧縮しない状態で断面方向から見た場合に、全体的に最も上方の部分及び全体的に最も下方部分を備えた、全体的に円形形状のシール胴部を含む。シール胴部は、少なくとも部分的に変形自在である第１の材料を含み、第１の材料は、全体的に、少なくとも部分的に前記全体的に最も上方の部分に沿って配置され且つ少なくとも部分的に前記全体的に最も下方の部分に沿って配置され、シール胴部を、シールグランド内に挿通し且つ少なくとも部分的に配置した場合に、シールグランドの底面と接触する。シール胴部は、第１の材料よりも硬質の第２の材料を含む。第２の材料は、シール胴部を断面方向から見た場合にシール胴部の少なくとも横方向の側部の一部分に沿って全体的に配置され、それにより、シールドにして、第１の材料と面一となる形態を有し、シール胴部を非圧縮状態で断面方向から見た場合に、シール胴部の外側周囲部分が全体的に円形の円滑な形状を呈するシールドを形成する。かくして、シール胴部をシールグランド内に位置決めし且つ圧縮すると、第１の胴部と第２の胴部との間に第１の材料によるシールが形成されると共に、シールドによる追加のシールが形成され、それにより、第１の胴部と第２の胴部との間での流体流れが防止される一方で、シール装置の作動寿命が延長される。
【０００９】本発明は、その別態様において、第１の胴部内のシールグランド内で使用し、第１の胴部と第２の胴部との間にシールを形成するためのシール装置を指向する。シールグランドは、底面と、底面から伸延する第１及び第２の側面とを有する。シール装置は、シール胴部を非圧縮状態で断面方向から見た場合に、全体的に最も上方の部分と全体的に最も下方の部分とを有するシール胴部を含む。シール胴部は、少なくとも部分的に変形自在である第１の材料を含み、第１の材料は、全体的に、少なくとも部分的に前記全体的に最も上方の部分に沿って配置され且つ少なくとも部分的に前記全体的に最も下方の部分に沿って配置される。第１の材料は、シール胴部を、シールグランド内に挿通し且つ少なくとも部分的に配置した場合に、シールグランドの底面と接触する。シール胴部は、第１の材料よりも硬質の第２の材料を含む。第２の材料は、シール胴部を断面方向から見た場合に、全体的に、シール胴部の少なくとも横方向の側部の一部分に沿って配置され、また、第２の材料の少なくとも一部分が、第１の材料から離間する様式下に配置された全体的に矩形形状のシールドを形成する。かくして、シール胴部をシールグランド内に位置決めし且つ圧縮すると、第１の胴部と第２の胴部との間に第１の材料によるシールが形成され、また、シールドによる追加のシールが形成され、それにより、第１の胴部と第２の胴部との間での流体流れが防止される一方で、シール装置の作動寿命が延長される。
【００１０】本発明は、その別態様において、第１の胴部内のシールグランド内で使用し、第１の胴部と第２の胴部との間にシールを形成するためのシール装置を指向する。シールグランドは、底面と、底面から伸延する第１及び第２の側面とを有する。シール装置は、シール胴部を圧縮しない状態で断面方向から見た場合に、全体的に最も上方の部分と、全体的に最も下方の部分とを有するシール胴部を含む。シール胴部は、少なくとも部分的に変形自在である第１の材料を含み、第１の材料は、全体的に、少なくとも部分的に前記全体的に最も上方の部分に沿って配置され且つ少なくとも部分的に前記全体的に最も下方の部分に沿って配置される。第１の材料は、シール胴部を、シールグランド内に挿通し且つ少なくとも部分的に配置した場合にシールグランドの底面と接触する。シール胴部は、第１の材料よりも硬質の第２の材料を含む。第２の材料は、シール胴部を断面方向から見た場合に、全体的に、シール胴部の少なくとも横方向の側部の一部分に沿って配置され、また、第２の材料の少なくとも一部分が、第１の材料から離間する様式下に配置された全体的にＬ字形状のシールドを形成する。かくして、シール胴部をシールグランド内に位置決めし且つ圧縮すると、第１の胴部と第２の胴部との間に第１の材料によるシールが形成され、また、シールドによる追加のシールが形成され、それにより、第１の胴部と第２の胴部との間での流体流れが防止される一方で、シール装置の作動寿命が延長される。
【００１１】本発明は、その別態様において、第１の胴部内のシールグランド内で使用し、第１の胴部と第２の胴部との間にシールを形成するためのシール装置を指向する。シールグランドは、底面と、底面から伸延する第１及び第２の側面とを有する。シール装置は、シール胴部を非圧縮状態で断面方向から見た場合に、全体的に最も上方の部分と、全体的に最も下方の部分とを有するシール胴部を含む。シール胴部は、少なくとも部分的に変形自在である第１の材料を含み、第１の材料は、全体的に、少なくとも部分的に前記最も上方の部分に沿って配置され且つ少なくとも部分的に前記全体的に最も下方の部分に沿って全体的に配置される。第１の材料は、シール胴部を、シールグランド内に挿通し且つ少なくとも部分的に配置した場合にシールグランドの底面と接触する。シール胴部は、第１の材料よりも硬質の第２の材料を含む。第２の材料は、シール胴部を断面方向から見た場合に、全体的に、シール胴部の少なくとも横方向の側部の一部分に沿って配置され、シールの高圧側に面して位置付けられたシールドを形成する。かくして、シール胴部をシールグランド内に位置決めし且つ圧縮すると、第１の胴部と第２の胴部との間に第１の材料によるシールが形成され、また、シールドによる追加のシールが形成され、それにより、第１の胴部と第２の胴部との間での流体流れが防止される一方で、シール装置の作動寿命が延長される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下で使用する用語は都合上のものであり、これに限定するものではない。“右”、“左”、“下方”、“上方”等の文言は図面内での方向を参照して使用される。“内側”及び“外側”とは、シール装置及びその関連部品の幾何学的中心に対し、夫々、向かう方向及び離れる方向を意味するものとする。用語には、上述の文言、その派生語、並びに類似の意味を持つものが含まれる。“流体”とは、“液体、気体、プラズマその他”を含むものとする。“高圧側”とは、シールの“高圧”の側に特定の最小圧力が存在しなければならないことを意味するものではない。“高圧側”とは、シールの２つの側部間における相対圧力差に対してのみ参照される。例えば、シールの第１の側部２７を“高圧側”として参照する場合、シールの第２の側部２９がシールの第１の側部２７よりも低圧であることのみが導出される。
【００１３】図１〜図６を参照するに、本発明に従うシール装置の好ましい実施例が全体を番号１１で示されている。一般に、シール装置１１の３つの実施例が第１の胴部１５内のシールグランド１４内で使用され、第１の胴部１５と第２の胴部１６との間にシールを形成する。シールグランド１４は、底面５８と、底面５８から伸延する、第１の側面６０Ａ及び第２の側面６０Ｂ、とを有する。
【００１４】シール装置１１の好ましい第１実施例はシール胴部１３を含み、シール胴部１３は、非圧縮状況下に断面方向から見ると（図１、図３及び図５）全体的に円形であり、全体的に最も上方の部分１９と、全体的に最も下方の部分２１とを有している。シール胴部１３は、一般に、少なくとも部分的に変形自在の第１の材料１０を含み、第１の材料１０は、少なくとも部分的に前記全体的に最も上方の部分１９に沿って配置され且つ少なくとも部分的に前記全体的に最も下方の部分２１に沿って配置される。第１の材料１０は、シール胴部１３をシールグランド１４内部に挿通し且つ少なくとも部分的に配置した場合に、シールグランド１４の底面５８と接触する。
【００１５】シール胴部１３は、第１の材料１０よりも全体的に硬質の第２の材料１２をも含む。第２の材料１２は、シール胴部１３を断面方向から見た場合に、シール胴部１３の横方向の側部１７の少なくとも一部分に沿って全体的に配置され、シールド２５を形成する。好ましい第１実施例において、シールド２５は第１の材料１０と面一の形態とされ、シール胴部１３の外側周囲部分は、シール胴部１３を非圧縮状況下に断面方向から見た場合に全体的に円形の円滑な形状を有する。
【００１６】シール胴部１３をシールグランド１４内に位置決めし且つ圧縮すると、第１の胴部１５と第２の胴部１６との間に、第１の材料１０によるシールが形成され、また、シールド２５によって追加のシールが形成され、かくして、第１の胴部１５と第２の胴部１６との間での流体流れが防止される一方で、シール装置１１の作動寿命が延長される。
【００１７】図１及び図２を参照するに、シール装置１１の好ましい第１実施例が示される。シール装置１１は、シールグランド１４内に位置決めされ、第２の材料１２がシールグランド１４の第２の側面６０Ｂに向けられている。断面方向から見た場合、そうである必要はないが、シール胴部１３は全体的に円形形状を有しているのが好ましい。従って、シール胴部１３は、本発明の範囲を逸脱することなく、円形、楕円、長円その他の形状を有し得る。
【００１８】当業者には、シール胴部１３は、本発明の範囲を逸脱することなく、断面方向から見た場合に、六角形、八角形、三角形、不定形その他の形状を有し得ることを認識されよう。第２の材料１２は、比較的軟質の第１の材料１０を保護するために、シール装置１１の外側表面に沿って位置決めするのが好ましい。
【００１９】シール胴部１３の好ましい第１実施例が、平面として見た場合に、Ｏ−リング形態を有するのが好ましいが、第１〜第３実施例におけるシール胴部１３は、本発明の範囲を逸脱することなく様々の形態を有し得るものとする。例えば、平面的に見た場合に、シール胴部１３は、製造用設備で使用する、Ｏ−リング、直線、台形その他の多角形、楕円、不定形、その他任意の形状（例えば、半導体製造設備におけるゲート弁には、一般に、全体的に矩形形状のシールが使用される）を有し得る。
【００２０】シールグランド１４は、シール装置１１を受けるための相当形状を有し且つ第１の胴部１５内に位置決めされるのが好ましい。シールグランド１４は、三つの好ましい実施例において、これを断面方向から見た場合に（図１〜６）、全体的に矩形形状であるのが好ましいが、当業者には、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、特定の用途条件次第において、その他の断面形状のシールグランド幾何学を使用し得ることを認識されよう。また、その他の用途において、シールグランド１４の断面幾何学に特定の差異を持たせることも可能である。例えば、そうした差異には、シールグランド１４の、第１の側面６０Ａ及び第２の側面６０Ｂと、底面５８との間の移行領域、湾曲したあるいは角度付けした第１の側面６０Ａ及び第２の側面６０Ｂ、湾曲させた底面５８、あるいは、表面模様付けした第１の側面６０Ａ及び第２の側面６０Ｂ、表面模様付けした底面５８、等が含まれ得る。シールグランド１４は、シール胴部１３を圧縮するに際して、第１の材料１０が、第２の材料１２によって占有されないシールグランド１４内の自由空間の殆どを埋めるような設計形状とするのが好ましい。
【００２１】本発明は半導体製造設備と共に要するのが好ましいが、シール装置１１を、半導体製造以外の数多くの任意の用途、例えば、飛行機の着陸用ギヤピストン及びシリンダアセンブリ用途に使用することができる。
【００２２】第１の材料１０は第２の材料１２よりも軟質であるのが好ましい。比較的軟質の第１の材料１０は、変形後にその寸法形状を復帰し得るのが好ましい。第１の材料１０はエラストマー材料を使用して形成するのが好ましい。第１の材料１０は、高分子材料、例えば、ニトリルゴムを使用して形成するのが好ましいが、その他の物質、例えば、フルオロエラストマー、エチレンプロピレンその他の、特定用途のための必要な摩耗抵抗及び材料特性を持つ任意形式の天然あるいは合成のエラストマー材料から形成することができる。材料は、ここでの開示事項との組み合わせにおいて好適に選択され得る。
【００２３】シール装置１１をシールグランド１４内に位置決めすると、第１の材料１０の第１の側部５４がシールグランド１４の第１の側面６０Ａに隣り合って位置決めされ、第１の材料１０の第２の側部５６が第２の材料１２を受ける。つまり、そうである必要はないが、第２の材料１２を第１の材料１０の横方向側部１７に近接して配置するのが好ましい。第２の材料１２は、シール装置を高温、高圧、あるいは腐食性流体に露呈させた場合に、比較的軟質の第１の材料１０の劣化を低減させる。
【００２４】第２の材料１２は、ＰＴＦＥを使用して形成するのが好ましいが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、他の材料を使用することができる。例えば、第２の材料を、充填ＰＴＦＥ、ナイロン材料、ＰＥＥＫ（ポリエチルエチルケトン）材料、ポリアミド材料その他の、適宜の耐熱性及び耐腐蝕性を有する材料で形成することができる。
【００２５】シール胴部１３を断面方向から見た場合、シールドは、そうである必要はないが、円弧形、環形、三角形、多角形、楕円形、台形、円形、の何れか任意の全体形状を有するのが好ましい。そうである必要はないが、シールドは断面方向から見て全体的に矩形形状を有するのがより好ましい。第２の材料１２は、第１の材料１０の外側部分に沿って伸延し、第１の材料１０を図２に示されるように圧縮した場合に、シールグランド１４の底面５８と接触し且つ第２の胴部１６の第２の表面４０と接触するために好適な長さを有する。
【００２６】第１の材料１０及び第２の材料１２を形成するために使用するものとして好ましい特定材料を挙げたが、シール装置１１を使用する用途に応じて、若干剛性の、あるいはもっと柔軟な材料を使用して第１の材料１０及び第２の材料１２を形成することができる。第２の材料１２破断面方向から見て環体の円弧を成す形状を有するのが好ましいが、第２の材料１２の形状は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変形させることができる。第２の材料１２における重要な様相は、比較的軟質の第１の材料１０を図２、図４、図６に示すように圧縮するに際して、第２の材料１２の下端６２がシールグランド１４の底面５８と接触することであり、また、第２の材料１２の上端６４が、第２の胴部１６の表面４０と接触して、第１の材料１０と、流動する高温及び高圧の流体との間に全体的に連続するバリヤを形成することにある。斯くして、第２の材料１２の断面形状は、第１の材料１０と流体との間にバリヤを形成することが可能である限りにおいて、環体の円弧に限定されない。例えば、第２の材料１２の断面形状は、三角形、多角形、楕円形、台形、円形、Ｌ字形その他であり得る。
【００２７】図１及び図２を参照するに、第２の材料１２は相互錠止用の突出部１８を使用して第１の材料１０に好ましく取り付けられている。つまり、シール胴部１３を断面方向から見た場合、第２の材料１２は、そうである必要はないが、シールド２５から全体的に外側方向に伸延して第１の材料１０に入る突出部１８を形成する。突出部１８は、狭幅の脚部４４と、丸み付けされたアンカー部分４２とを含むのが好ましい。丸み付けされたアンカー部分４２は、狭幅の脚部４４よりも幅が大きいのが好ましい。
【００２８】図１及び図２に示される好ましい第１実施例の別態様は、これを断面方向から見た場合に且つ非圧縮状況において、シール装置１１を断面方向から見た場合の円弧に沿って、第１の材料１０の外側表面の一部分に沿って第２の材料１２を位置決めした、全体的に円形形状を有するのが好ましい。そうである必要はないが、第１の材料が全体的にＣ字形状を呈し、シールド２５の少なくとも一部分が、全体的に環体の円弧の形状を呈するのが好ましい。図１を参照するに、第１の材料１０の一部分が、第２の材料１２をそこに取り付けた場合に、第１の材料と第２の材料との組み合わせによって全体的に円形の断面形状を呈するシール胴部が好ましく形成される形状を有し、あるいはそのように形成されている。
【００２９】第２の材料１２は第１の側部４６及び第２の側部４８を有する。第１の側部４６は作用流体の流れ方向（矢印Ａで示される）に向けて配置され、第２の側部４８は、第１の材料１０の第２の側部５６と合致し且つしっかりと係合され、相互錠止用の突出部１８を使用して然るべき位置に好ましく保持される。相互錠止による嵌合状態を逆転させることもできる。つまり、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、比較的軟質の第１の材料１０の狭幅の脚部（図示せず）を第２の材料１２内に伸延させ、丸み付けされたアンカー部分４２をシールド２５の内側に形成することができる。
【００３０】第１の材料１０の溝５２を、第２の材料１２の突出部１８を受けるための相補的形状とするのが好ましい。詳しく説明すると、溝５２は、丸み付けされたアンカー部分４２に対する相補形状を有する丸み付けされた合致面を有し、斯くして、第１の材料１０と第２の材料１２とを、相互錠止用の突出部１８及び溝５２を連結することによって相互に錠止することができる。そうした連結は、相互錠止用の突出部１８を溝５２内に挿通し、第１の材料１０と第２の材料１２とを相互に押圧あるいは摺動させて、第１の材料１０と第２の材料１２とを図示されるように連結させることにより達成される。
【００３１】本発明の好ましい第１実施例では、相互錠止による嵌合を使用して第２の材料１２を第１の材料１０に固着するが、第２の材料１２を第１の材料１０に接着し、非圧縮状況下で断面方向から見た場合に面一となる円形形状とさせることができる。あるいは、第２の材料１２を第１の材料１０の一部分の外側表面を覆って形成し且つ接着し、それにより、第１の材料１０の外側周囲に沿ってキャップ部分を形成することができる。第２の材料１２と第１の材料１０との接着は、そうする必要はないが、斯界に既知の接着材によって形成するのが好ましい。
【００３２】３つの実施例におけるシール胴部１３を断面方向から見た場合、第１の材料は第１の幾何学的重心を有し、第２の材料は第２の幾何学的重心を有するのが好ましい。第１の幾何学的重心と第２の幾何学的重心とは、そうである必要はないが、異なる曲率半径に全体的に一致するのが好ましい。
【００３３】図１及び図２を参照するに、シール装置１１の第１実施例が、非圧縮状況下に断面方向から見た場合において全体的に円形の領域を好ましく占有している。非圧縮状況下において、シール装置１１は第１の胴部１５の第１の表面３８の上方に伸延される。シール装置１１が圧縮されると、第２の材料１２がシールグランド１４内を第２の側面６０Ｂに向けて全体的に右側方向に移動し、第１の材料１０が変形されてシールグランド１４の残余の空間の実質的に全てを占有する。
【００３４】図３〜図６を参照するに、シール装置１１の好ましい第実施例及び第３実施例が示される。シール装置１１の特定の断面幾何学、シールグランド１４の幾何学、第１の材料を形成するために使用する材料、そして、第２の材料を形成するために使用する材料は、第１実施例のシール装置１１に関して説明したそれと全体的に同じである。
【００３５】第２実施例でのシール装置１１は、非圧縮状態で断面方向から見た場合に、全体的に最も上方の部分１９と、全体的に最も下方の部分２１とを有するシール胴部１３を好ましく含んでいる。シール胴部１３は、少なくとも部分的に変形自在の第１の材料１０を有し、第１の材料１０は、全体的に、少なくとも部分的に前記全体的に最も上方の部分１９に沿って配置され且つ少なくとも部分的に前記全体的に最も下方の部分２１に沿って配置される。第１の材料１０は、シール胴部１３をシールグランド１４内部に挿通し且つ少なくとも部分的に配置した場合にシールグランド１４の底面５８と接触する。第２の材料１２は第１の材料１０よりも硬質である。第２の材料１２は、シール胴部１３を断面方向から見た場合に、シール胴部１３の横方向の側部１７の少なくとも一部分に沿って全体的に配置され、また、第２の材料１２の少なくとも一部分が、第１の材料１０から離間する様式で配置された、全体的にＬ字型のシールド２５を形成する。
【００３６】好ましい第３実施例のシール装置１１は、そうである必要はないが、シール胴部を非圧縮状況下に断面方向から見た場合に、シール胴部１３が、全体的に最も上方の部分１９と、全体的に最も下方の部分２１とを有することが好ましい。シール胴部１３は、少なくとも部分的に変形自在の第１の材料１０を有する。第１の材料１０は、全体的に、少なくとも部分的に前記全体的に最も上方の部分１９に沿って配置され且つ少なくとも部分的に前記全体的に最も下方の部分２１に沿って配置される。第１の材料１０は、シール胴部１３をシールグランド１４内に挿通し且つ少なくとも部分的に配置した場合に、シールグランド１４の底面５８と接触する。シール胴部１３は、第１の材料１０よりも硬質の第２の材料１２を含む。第２の材料１２は、シール胴部１３を断面方向から見た場合に、シール胴部１３の横方向の側部１７の少なくとも一部分に沿って全体的に配置され、また、第２の材料１２の少なくとも一部分が、第１の材料１０から離間する様式で配置された全体的にＬ字型のシールド２５を形成する。
【００３７】図３及び図５を参照するに、第２及び第３実施例のシール胴部１３を非圧縮状態で断面方向から見た場合、第１の材料１０は、そうである必要はないが、側方が平坦な、全体的に円形形状を有するのが好ましい。しかしながら、本発明の範囲を逸脱することなく、第１の材料１０は全体的にＣ字形状（図１のそれと類似の）あるいは円形形状とすることができる。第１の材料１０は、本発明の範囲を逸脱することなく、断面方向から見た場合に、六角形、八角形、三角形、不定形その他の形状をも有し得る。
【００３８】図４及び図６を参照するに、第２及び第３実施例のシール胴部１３は、そうである必要はないが、シール胴部１３を圧縮した場合に、シール胴部１３がシールグランド１４の実質的に全てを占有する寸法形状を有するのが好ましい。図３及び図５において、第２及び第３実施例のシールド２５は、そうである必要はないが、スぺーサ５０を使用して第１の材料１０から離間されるのが好ましい。スぺーサ５０を使用することにより、シールド２５の、シールグランド１４の底面５８と全体的に平行な方向で測定される厚さが増大する。この厚さの増大により、第１の材料１０におけるシールド２５の、シールグランド１４内を占有する容積が減少する。かくして、スぺーサ５０は、第１の材料１０の変形量を減少させ、第１の材料１０と、シールグランド１４の底面５８及び第２の胴部１６の第２の表面４０の各々との間に行使されるシール力を増大させる。
【００３９】第２の材料１２の一部が、そうである必要はないが、シールド２５と、第１の材料１０との間におけるスぺーサ５０を形成するのが好ましい。断面方向から見て、スぺーサ５０は全体的に矩形形状を有するのが好ましい。スぺーサ５０は、その垂直方向長さが、第２の材料１２の残余部分よりも短いのが好ましく、また、当業者に既知の態様において、好ましくは平坦部分に沿って第１の材料１０に接着されるのが好ましい。シール装置１１の第２及び第３実施例において、スぺーサ５０と第１の材料１０とを接着し、第１の材料１０及び第２の材料１２間の正しい方向及び接続を維持するのが好ましいが、本発明の範囲を逸脱することなく、スぺーサ５０を省略することもできる。スぺーサ５０が使用されると否とに関わらず、前記第２及び第３実施例において、第１の材料１０及び第２の材料１２間を相互接着することに加えて、あるいはそれに代えて、好ましい第１実施例に関連して説明したと類似の相互錠止用の突出部（図示せず）を使用することができる。
【００４０】図３及び図５を参照するに、第１の材料１０が、第２の材料１２が圧縮される以前に圧縮され得るよう、第１の材料１０の垂直方向寸法は、第２の材料１２のそれよりも大きいのが好ましい。これにより、シール装置の第１の表面３８及び第２の表面４０間に、行使される圧縮力が僅かである状態下にシールが形成されるようになる。非圧縮状況下において、第１の材料１０及び第２の材料１２の一部分は第１の胴部１５の第１の表面３８の上方に伸延される。圧縮状況下では、図４及び図６に示されるように、第１の材料１０は変形し、シールグランド１４の自由空間の殆どを占有し、且つ、第２の材料１２を右方向に押し出し、これを第２の側面６０Ｂと、シールグランド１４の底面５８とに接触せしめる。
【００４１】第１の胴部１５の第１の表面３８と、第２の胴部１６の第２の表面４０との間の距離“Ｘ”は、シール装置を使用する特定用途によって決定される。第２の材料１２を、所定距離“Ｘ”及びシールグランド１４の高さの合計寸法よりも若干大きく設計し、第１の胴部１５の第１の表面３８と第２の胴部１６の第２の表面４０との間に追加的なシールを形成させるようにするのが好ましい。第２の材料１２を形成するために選択された材料、そして、第２の材料が全体的に受ける変形及び歪みの相当量に依存して、第２の材料１２の高さと、所定距離“Ｘ”及びシールグランド１４の高さの合計寸法との差を、シールド２５によって形成される、第１の胴部１５及び第２の胴部１６間の追加的シールを維持しつつ、意図する用途のためにシール装置１１を使用し得るように調節することができる。
【００４２】図３及び図４を参照して、本発明に従うシール装置１１の第２実施例の作動を説明する。シール装置１１をシールグランド１４内部に位置決めすると、第１の材料１０及び第２の材料１２の一部分が第１の胴部１５の第１の表面３８の上方に突出される。図３に示すように、非圧縮状態で断面方向から見た場合に、第１の材料１０は、平坦な側部及び第２の材料１２とが実質的に矩形形状を有する状態で実質的に円形形状を有している。第２の材料１２はスぺーサ５０に関して対称的に位置決めされているが、本発明の範囲を逸脱することなく、第２の材料１２を非対称的にスぺーサ５０と整列させることができる。第２の材料１２において重要な様相は、その高さあるいは深さが、シール装置１１を圧縮するに際し、第２の材料１２の下端６２がシールグランド１４の下方の右側角部（図４で見て）と接触し、上端６４が第２の胴部１６の第２の表面４０と接触するように確立されることである。シールド２５及び任意のスぺーサ５０（シールグランド１４の底面５８と全体的に平行な方向での）の厚みが大きいほど第１の材料の変形量が小さくなり、第１の材料１０と、第１の胴部１５及び第２の胴部１６との間におけるシール力が大きくなる。
【００４３】図５及び図６を参照するに、本発明に従うシール装置１１の好ましい第３実施例が例示される。シールグランド１４は、シールグランド１４の第２の側面６０Ｂに溝２０が設けられている点を除き、第１及び第２実施例のシール装置のそれと類似している。溝２０の底面は、シールグランド１４の底面５８と面一であるのが好ましい。溝２０は第２の側面６０Ｂの一部分に沿って上方に伸延される。
【００４４】図５及び図６を参照するに、シールド２５の一部分が、そうである必要はないが、リップ２６を形成する。リップ２６は、シール胴部１３を断面方向から見た場合に、シールド２５の残余部分から全体的に外側に伸延し、第１の材料１０から全体的に離間する方向にして突出するのが好ましい。また、リップ２６は、シールグランド１４の第２の側面の溝２０と係合する寸法形状を有するのが好ましい。溝２０の断面は、図５及び図６に示すように全体的に矩形形状であるのが好ましいが、本発明の範囲を逸脱することなく様々の形状のものとすることができる。例えば、溝２０は、断面方向から見て、不等辺四辺形、部分六角形、上方に伸延するシュート、相互錠止するフィットその他の形状を有し得る。溝２０における重要な様相は、シールド２５から突出するリップ２６を相補的に受けることである。
【００４５】図６を参照するに、好ましい第３実施例のシール胴部１３は、そうである必要はないが、シール胴部１３を圧縮した場合にシールグランド１４を占有して第２の側面６０Ｂを全体的に押し付け、リップ２６を溝２０と係合させるような寸法を有するのが好ましい。リップ２６は全体的に矩形形状を有するのが好ましいが、リップ２６は、全体的に矩形形状において第２の材料１２から伸延することに限定されないことを認識されたい。リップ２６における重要な様相は、それが、シール装置１１のシールグランド１４内での正しい位置における固定を補助し、また、リップ２６及び溝２０の特定の形態に依存して、第１の材料１０の捻りをも防止し得ることである。更には、リップ２６はシールド２５の底部とは整列されない。例えば、リップ２６は第２の材料１２の中間位置に位置決めすることができる（従って、相当する溝２０は第２の側面６０Ｂに沿って位置決めされる）。
【００４６】図５を参照するに、シール装置１１は非圧縮状態にあり、第１の材料１０及び第２の材料１２は第１の胴部１５の第１の表面３８の上方に突出されている。リップ２６の、第２の材料１２から伸延する一部分は、そうである必要はないが、シール装置が圧縮されない状態においても、溝２０の内部に部分的に挿通されているのが好ましい。シール装置１１の好ましい第３実施例は、第２実施例と類似の態様下に作動する。第２の胴部１６がシール装置１１と係合すると、シール装置１１によって第１の表面３８及び第２の表面４０間にシールが形成される。更に、第１の材料１０が変形してシールグランド１４内の自由空間の実質的に殆どを占有し、シールド２５（関連するスぺーサ５０及びリップ２６を含む）を図で右側方向に押圧し、それにより、第２の側面６０Ｂの、溝２０の無い部分と接触する。第２の材料１２から伸延する一部分が右側方向に押し出されるに従い、第２の材料１２から伸延する一部分のリップ２６が溝２０と更に係合する。リップ２６と溝２０とが係合することで、シール装置１１はシールグランド１４内部において一段と固定され、シール装置１１は然るべき位置に保持される。
【００４７】図６を参照するに、第１の胴部１５の第１の表面３８と、第２の胴部１６の第２の表面４０との間の所定距離“Ｘ”は、シールを使用する特定用途により予め決定される。距離“Ｘ”の特定寸法は本発明と関与しない。第２の材料１２の重要な様相は、それが、比較的軟質の第１の材料１０と、第１の表面３８及び第２の表面４０間（矢印“Ａ”で示す）を流動する流体との間にバリヤを形成する（追加のシールを形成することにより）ことである。図６では第２の材料１２はリップ２６が溝２０の第２の側面６０Ｂ’と接触する以前に第２の側面６０Ｂの一部分と係合する状態が示されるが、リップ２６と溝２０との寸法は、リップ２６と、第２の材料１２の第１の側部４６とが、溝２０の第２の側面６０Ｂ’及び第２の側面６０Ｂの夫々と接触するような設計のものとすることができる。
【００４８】第２の材料１２を（関連するスぺーサ５０、相互錠止用の突出部１８、リップ２６と共に）図１〜図６に示すような一体のものとして好ましく形成することができるが、シールド２５（及び関連する相互錠止用の突出部１８、スぺーサ５０、リップ２６）を別個の部品で形成し、既知の態様で相互に連結することもできる。更には、シール装置１１の第３実施例は、シールド２５を第１の材料１０の一方の横方向の側部に位置決めしたものとして示されるが、第１の材料１０の他方の側部に第２のシールド（図示せず）を使用することも可能である。シール装置１１において多数のシールド２５をする場合、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の異なる実施例における相当するシールド２５を同時に使用することができる。例えば、シール装置１１は、相互錠止用の突出部１８を備えたシールド２５（即ち、第１実施例のシールド２５）を一方の側に有し、第１の材料１０の他方の側に、リップ２６を設けた第２のシールド２５（即ち、第３実施例におけるシールド２５）を有し得る。
【００４９】上述の３つの実施例の任意のものであり得るシールド２５は、シール（幾つかの半導体用途で使用するような）の低圧側かあるいはシールの高圧側の何れかに配向することができる。上述の実施例ではシールド２５は、一層、あるいは一形式の材料を使用して好ましく構成されるが、シールド２５は一層の材料を使用して形成することに限定されるものではない。例えば、上述の任意の実施例を、種々の材料を重ね置きし、特定形式の加工あるいは用途のために好適な、様々の特性及びあるいは複数の材料層を有する、大型の、積層した（あるいは多層の）シールド２５を使用して形成することができる。以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【００５０】
【発明の効果】エラストマー製のシールが流体と接触するのを阻止するシールドを有するシール装置が提供される。流体との接触を阻止することにより、シール装置の使用寿命が増大され、従って、シール装置を使用する製造者における休止時間及び関連する維持費が低減されるシール装置が提供される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５００４４１６１１
【氏名又は名称】グリーン・トウィード・オブ・デラウェア・インコーポレイテッド
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| 【出願日】 |
平成１２年９月２１日（２０００．９．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６７８１７
【弁理士】
【氏名又は名称】倉内 基弘 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２４２１３（Ｐ２００１−１２４２１３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１１日（２００１．５．１１） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２８６６８４（Ｐ２０００−２８６６８４） |
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