JP6338431B2 - 係合式の面シールアセンブリ及び、関連する方法 - Google Patents

Description

本開示は、面シールおよび、関連する方法に関するものであり、より具体的には、バッキング・リングを有するばね付勢式の面シールに関するものである。

ばね付勢式リップシールは、シーリング要素および、硬質バックアップ・リングもしくは支持リングを備えることがあり、それにより、シーリング要素の支持を、または、シーリング要素の押出しに対する抵抗をもたらす。しかしながら、かかるリップシールのためのシーリング要素は通常、当該バックアップに隣接して配置され、また、それらの二つは、シールリップの向きが動的表面に対してシールするためのものであることから係合しない。それにより、そのようなシールアセンブリの多くでは、シーリング要素および、バックアップ・リングもしくは支持リングは、機械的に取り付けられておらず、使用または組立ての間に、それらのコンポーネント間の分離が発生し得る。

本システム、装置および方法は、ばね付勢式の面シールアセンブリのシーリング要素および、バックアップ・リングもしくは支持リングをともに組み立てる手段を提案し、それにより、ワンピースの面シールアセンブリまたは、係合式の面シールアセンブリを実現する。

本開示の側面は、係合式の面シールアセンブリを組み立てるための方法を含む。この方法は、凸状外面を有するシーリング要素であって、シーリング・フランジおよび中央溝部によって画定されるばねキャビティ内に配置したばねを有するシーリング要素を形成すること、孔部を画定する内面を有するバックアップ・リングであって、該内面が凹状内面を備えるバックアップ・リングを形成すること、凹状内面が、シーリング要素の凸状外面の少なくとも一部を受容するとともに、シーリング要素が、バックアップ・リング内に保持されるように、バックアップ・リングの孔部内にシーリング要素を組み立てることを備え、ここでは、ばねが、二個のシーリング・フランジのそれぞれの内側面に対して付勢される。

この方法では、シーリング要素の凸状外面が、二個のテーパ面を備えることができ、それらの間に頂点を有する。

この方法では、シーリング要素の凸状外面が、二個のテーパ面および、それらの間の平坦面を備えることができる。

この方法では、バックアップ・リングが、第二バッキング・リング部分に取り付けられる第一バッキング・リング部分を備えることができる。

この方法では、第一バッキング・リング部分が、第二バッキング・リング部分にねじ込まれるものとすることができる。

この方法では、二個のシーリング・フランジが、装置ハウジングの二個の固定平坦面に対してシールするものとすることができ、それらは、一般に互いに平行である。

この方法では、ばねが、傾斜コイルばね、Ｖばね又はリボンばね（a ribbon spring）である。

この方法では、二個のシーリング・フランジが、バッキング・リングの幅より大きい幅を規定することができ、それにより、係合式の面シールアセンブリが、装置ハウジング内に取り付けられた場合に、バッキング・リングが二個の固定面によって圧縮される前に、二個のシーリング・フランジが二個の固定面によって圧縮される。

本開示のさらなる特徴は、係合式の面シールアセンブリにあり、この係合式の面シールアセンブリは、凸状外面または凹状外面を有するシーリング要素であって、シーリング・フランジおよび中央溝部によって画定されるばねキャビティ内に配置したばねを有するシーリング要素を備える。このシールアセンブリは、孔部を画定する内面を有するバックアップ・リングをさらに含むことができ、この内面は、凸状内面または凹状内面を備え、そしてここでは、バックアップ・リングの凹状内面が、シーリング要素の凸状外面の少なくとも一部を受容するか、または、バックアップ・リングの凸状内面が、シーリング要素の凹状外面の少なくとも一部を受容し、また、シーリング要素が、バックアップ・リング内に保持される。

係合式の面シールでは、シーリング要素の最外径が、バックアップ・リングの最内径より大きいものとすることができる。

係合式の面シールでは、バックアップ・リングの最外径が、シーリング要素の最内径より大きいものとすることができる。

係合式の面シールでは、シーリング要素またはバックアップ・リングの半径方向のたわみが、組立てのために生じることがある。

係合式の面シールアセンブリでは、凹状表面が、湾曲（radiused）、テーパまたは面取りの端部を備えることができる。

係合式の面シールアセンブリでは、ばねを、傾斜コイルばね、Ｖばね又はリボンばねとすることができる。

係合式の面シールアセンブリでは、バックアップ・リングが、第二バッキング・リング部分に取り付けられた第一バッキング・リング部分を備えることができる。

本開示のさらなる特徴は、係合式の面シールアセンブリを製造するための方法にあり、この方法は、凸状外面を有するばね付勢式のシーリング要素を形成すること、凹状内面を有するバックアップもしくは支持リングを形成すること、凹状内面が凸状外面の少なくとも一部を受容するとともに、シーリング要素がバックアップもしくは支持リング内に保持されるように、シーリング要素を、バックアップもしくは支持リングの内側孔部内に組み立てることを備える。

本開示のさらなる特徴は、係合式の面シールアセンブリを組み立てるための方法にあり、この方法は、凹状外面を有するばね付勢式のシーリング要素を形成すること、凸状内面を有するバックアップもしくは支持リングを形成すること、凹状外面が凸状内面の一部を受容するとともに、シーリング要素がバックアップもしくは支持リング内に保持されるように、シーリング要素を、バックアップもしくは支持リングの内側孔部内に組み立てることを備える。

本開示のさらなる特徴は、係合式の面シールアセンブリを組み立てるための方法にあり、この方法は、凸状内面を有するばね付勢式のシーリング要素を形成すること、凹状外面を有するバックアップもしくは支持リングを形成すること、凹状外面が凸状内面の一部を受容するとともに、バックアップもしくは支持リングが、シーリング要素内に保持されるように、バックアップもしくは支持リングを、シーリング要素の内側孔部内に組み立てることを備える。

本開示のさらなる特徴は、係合式の面シールアセンブリを組み立てるための方法にあり、この方法は、凹状内面を有するばね付勢式のシーリング要素を形成すること、凸状外面を有するバックアップもしくは支持リングを形成すること、凹状内面が凸状外面の一部を受容するとともに、バックアップもしくは支持リングがシーリング要素内に保持されるように、バックアップもしくは支持リングを、シーリング要素の内側孔部内に組み立てることを備える。

この方法では、シーリング要素の最外径が、バックアップもしくは支持リングの最内径より大きくなるように、シーリング要素およびバックアップ・リングを形成することができる。

この方法では、バックアップもしくは支持リングの最外径が、シーリング要素の最内径より大きくなるように、シーリング要素およびバックアップ・リングを形成することができる。

この方法では、組立てのために、シーリング要素または、バックアップもしくは支持リングの半径方向のたわみを必要とすることができる。

この方法では、凹状表面が、湾曲、テーパまたは面取りの端部を含むことができる。

本開示はまた、面シールアセンブリを対象とする。係合式の面シールアセンブリが提供され、この係合式の面シールアセンブリは、凸状外面を有するばね付勢式のシーリング要素と、凹状内面を有するバックアップもしくは支持リングとを備え、ここでは、凹状内面が、凸状外面の一部を受容し、シーリング要素が、バックアップもしくは支持リング内に保持される。

他の係合式の面シールアセンブリが提供され、この係合式の面シールアセンブリは、凹状外面を有するばね付勢式のシーリング要素と、凸状内面を有するバックアップもしくは支持リングとを備え、ここでは、凹状外面が、凸状内面の一部を受容し、シーリング要素が、バックアップもしくは支持リング内に保持される。

本開示の他の特徴は、係合式の面シールアセンブリにあり、この係合式の面シールアセンブリは、凸状内面を有するばね付勢式のシーリング要素と、凹状外面を有するバックアップもしくは支持リングとを備え、ここでは、凹状外面が、凸状内面の一部を受容し、バックアップもしくは支持リングが、シーリング要素内に保持される。

また本開示のさらに他のアセンブリは、係合式の面シールアセンブリを含むものであり、この係合式の面シールアセンブリは、凹状内面を有するばね付勢式のシーリング要素と、凸状外面を有するバックアップもしくは支持リングとを備え、ここでは、凹状内面が、凸状外面の一部を受容し、バックアップもしくは支持リングが、シーリング要素内に保持される。

係合式の面シールアセンブリでは、シーリング要素の最外径が、バックアップもしくは支持リングの最内径より大きいものとすることができる。

係合式の面シールアセンブリでは、バックアップもしくは支持リングの最外径が、シーリング要素の最内径より大きいものとすることができる。

本装置、システムおよび方法の上記の、および他の特徴および利点は、明細書、特許請求の範囲および添付図面を参照しつつより一層理解されるのと同じように、理解されるだろう。

第１実施形態に従う装置ハウジングの溝内に取り付けられた支持面シールアセンブリの概略的な部分垂直断面図である。 第２実施形態に従う装置ハウジングの溝内に取り付けられた支持面シールアセンブリの概略的な部分垂直断面図である。 第３実施形態に従う装置ハウジングの溝内に取り付けられた支持面シールアセンブリの概略的な部分垂直断面図である。 第４実施形態に従う装置ハウジングの溝内に取り付けられた支持面シールアセンブリの概略的な部分垂直断面図である。 第５実施形態に従う装置ハウジングの溝内に取り付けられた支持面シールアセンブリの概略的な部分垂直断面図である。 第６実施形態に従う装置ハウジングの溝内に取り付けられた支持面シールアセンブリの概略的な部分垂直断面図である。 第７実施形態に従う装置ハウジングの溝内に取り付けられた支持面シールアセンブリの概略的な部分垂直断面図である。 第８実施形態に従う装置ハウジングの溝内に取り付けられた支持面シールアセンブリの概略的な部分垂直断面図である。 第９実施形態に従う装置ハウジングの溝内に取り付けられた支持面シールアセンブリの概略的な部分垂直断面図である。 第１０実施形態に従う装置ハウジングの溝内に取り付けられた支持面シールアセンブリの概略的な部分垂直断面図である。

添付図面に関して以下に説明する詳細な説明は、本装置、システムおよび方法の側面に従って与えられるばね付勢式の面シール又はばね付勢式の面シールアセンブリの現時点で好ましい実施形態の説明として意図しており、本装置、システムおよび方法が構成ないし利用され得る形態だけを示すことを意図するものではない。この説明は、図示の実施形態に関連する本装置、システムおよび方法の実施形態を構成するとともに利用する特徴およびステップを述べたものである。しかしながら、同一または均等の機能および構造は、本開示の主旨および範囲内に包含されることがまた意図される異なる実施形態で実現できることが理解されるべきである。ここの他の箇所で示されるように、類似の要素番号は、類似または同一の要素または特徴を示すことを意図している。

ここで図１を参照するに、ばね付勢式の面シールまたは面シールアセンブリ１００の部分垂直断面図は、二個の固定コンポーネント１０２、１０４の間に配置されて示されており、二個の固定コンポーネント１０２、１０４は、該二個の固定コンポーネントの間で、シーム１０６を、該シームを通って漏出し得る流体またはガスからシールするためのものである。二個の固定コンポーネント１０２、１０４は、装置ハウジングの一部、グランドとすることができ、又は、配管システムの二個のフランジを具体化することができる。内部にばね付勢式の面シール１００が配置されるハウジングは、ここでは装置ハウジング９０として称することが一般的であり、また、二つの平坦面の間のシームがシールされる任意の構造を示すものとすることができる。面シールアセンブリ１００は、図示の該シールアセンブリの断面の一部だけにおいて、環状の構造である。中心線ＣＬは、シールアセンブリ１００の中心線を示し、シールアセンブリ１００は、中心線の他方側において鏡像を有するものと理解される。シールアセンブリ中心線ＣＬはまた、多くの場合、該シールアセンブリ１００がシームをシールするために用いられる装置ハウジング９０の中心線とすることができる。

図示のように、シールアセンブリ１００は、シーリング要素１０８を備える。このシーリング要素１０８は、中央溝部１１０と、第一シールリップ１１４を備える第一フランジ１１２と、第二シールリップ１１８を備える第二フランジ１１６とを備え、それらはそれぞれ、第一固定面１２０および第二固定面１２２に対してシールするためのものである。シーリング要素１０８は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）またはエラストマーのような材料からなるものとすることができる。固定面１２０、１２２は両方とも、円弧の一部として形成されない平坦面を有することが一般的である。それ故、本開示の面シールアセンブリがシールするべく構成される平坦面は、ピン、ロッドまたはシャフトのような円形体上に形成される表面とは区別されるものである。なお、「第一」および「第二」との用語は、二個の異なるコンポーネントを区別することだけを意図しており、構造的に限定することを意図するものではない。たとえば、第一および第二のシールリップ１１６、１１８の形状および曲率は、「第一」および「第二」との用語を有するそれらの名称にもかかわらず、正確に同じものとすることができる。それ故に、文脈がそうでないことを示さない限り、「第一」および「第二」との用語は、構造的に限定するものではない。

中央溝部１１０及び二個のフランジ１１２、１１６は、配置される傾斜コイルばね１２６を有するばね保持スペース１２４を画定し、これはまた、ばね中心線を有する環状またはガータータイプ（garter-type）の構造であると理解される。図示の例では、傾斜コイルばねは、半径方向の傾斜コイルばねである。関連技術においてよく知られているように、傾斜コイルばね１２６は、複数のコイル１３０を有するものであり、これらは、一般に同じ方向に沿って傾斜するとともに、それぞれが長軸および短軸を備え、これは２つの軸のうちの短いほうである。図示のように、傾斜コイルばね１２６は、複数のコイル１３０が、第一フランジ１１２および第二フランジ１１６の内面に対して付勢し、第一固定面１２０および第二固定面１２２のそれぞれに対して第一シールリップ１１４および第二シールリップ１１８を押圧するべく構成され、それにより、シーム１０６を、二個の第一固定コンポーネントおよび第二コンポーネントの間でシールする。他の例では、ばねは、傾斜コイルばねに代えて、Ｖばね又はリボンばねである。Ｖばね及びリボンはまた、第一および第二シーリング・フランジ１１２、１１６に接触するとともに、それらに対して付勢することができる。

バックアップ・リングまたはバッキング・リング１３２は、シーリング要素１０８を、高圧力源１３４から支持するために設けられ、これは、本実施形態では、中心線ＣＬの近傍にある。それ故に、一の例では、シーリング要素１０８は、一般に平行な平坦面１２０、１２２に対してシールするための第一シーリング・フランジ１１２および第二シーリング・フランジ１１６を備え、ここでは、二個のフランジが、高圧力源１３４の方向に向くシーリング・リップ１１４、１１８を有する。バックアップ・リング１３２は、シーリング要素１０８を、高圧力源１３４から低圧力領域１３６への方向に押し出されることから支持するために設けられる。バックアップ・リング１３２は、シーリング要素の材料より硬質な材料、たとえば、金属または硬質プラスチックからなる。一の例では、当該プラスチックは、いくつかの非限定的な例を挙げれば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリエーテルエーテルケトン (ＰＥＥＫ)またはポリカーボネート（ＰＣ）のような人工的プラスチックである。バックアップ・リングとして利用可能な金属材料は、いくつかの非限定的な例を挙げれば、鋼、ステンレス鋼、鉄、クロム系およびニッケル系金属を含むことができる。

バックアップ・リング１３２は、ソリッドコアを有するリング本体１３８を有するものとして示されている。該本体１３８は、第一側面１４０、第二側面１４２、支持面１４６、および、シーリング要素から離れた遠隔面１４８を有する。バックアップ・リング１３２が、たとえばリング等の環状の形状であるので、支持面１４６は、バックアップ・リング１３２上に、シーリング要素１０８を支えるための孔部を画定する。一のコンポーネントが他の孔部内に収まる構成は、ここでは、テレスコーピング構造と称することがある。支持面１４６は、シーリング要素１０８の中央溝部１１０の外面に直接的に接触するとともに、それを支持するべく構成される。たとえば、シーリング要素１０８およびばね１２６は、バックアップ・リング１３２の上記の孔部内に収まるように、圧縮し、および／または操作することができ、そしてその後に膨張することが可能になり、それにより、シーリング要素１０８の外面１５０が、バッキング・リング１３２の支持面１４６に当接して支持される。バッキング・リング１３２の遠隔面１４８は、装置ハウジング９０に対して係合または押圧するべく構成される。遠隔面１４８の外形は、面シール１００を支える溝１５２の後壁１５１の外形に適合する任意の対応面を具現化することができる。

バッキング・リング１３２の支持面１４６は通常、凹状外形を備えるものとして示されている。一の例では、支持面１４６は、中央溝部１１０の外面１５０の外形に適合する外形を有する。図示のように、凹状外形の支持面１４６は、シーリング要素の中央溝部１１０の整合する凸状外面１５０を支持する。しかしながら、支持面１４６は、外面１５０とは僅かに異なる外形を有することができ、それにより、バッキング・リング１３２に対するシーリング要素の圧縮の方向ないし方法を形成する。図示のように、シーリング要素１０８は、バッキング・リングの凹状支持面１４６によって支持される凸状外面１５０を備える。二つの表面１４６、１５０の適合する外形、および、孔部を有するリング構造は、バックアップ・リング１３２内でシーリング要素１０８を保持する機械的係合を実現する。たとえば、シーリング要素１０８が、バッキング・リング１３２の孔部の内側に配置されて、支持面シールアセンブリ１５６を形成した後は、二個のコンポーネント間の整合面１４６、１５０は、シーリング要素１０８が、バックアップ・リング１３２の孔部からの飛び出し又は脱落することを防止する機械的係合をなす。このことは、支持面シールアセンブリ１５６が、取り付けないし修理の間のアセンブリ１５６の分離についての最小限のリスクで、装置ハウジング９０内に取り付けられることを可能にする。支持面シールアセンブリ１５６が、シーリング要素とバッキング・リングとの間の機械的係合を有するので、シールアセンブリは代わりに、係合式の面シールアセンブリ（an interlocking face seal assembly）と称することができる。

ここで使用されるように、凹状との用語は、内側に湾曲する輪郭または表面を意味するものと理解される。湾曲面は、滑らかなもの、あるいは、全体の輪郭が内側の外形を有する限り、まっすぐな端部および／または湾曲したセグメントの組合せにより形成されるものとすることができる。

ここで使用されるように、凸状との用語は、外側に湾曲する輪郭または表面を意味するものと理解される。湾曲面は、滑らかなもの、あるいは、全体の輪郭が外側の外形を有する限り、まっすぐな端部および／または湾曲したセグメントの組合せにより形成されるものとすることができる。

一の例では、第一シーリング・リップ１１４および第二シーリング・リップ１１８との間の幅ないし長さは、バッキング・リング１３２の第一側面１４０と第二側面１４２との間の幅ないし長さより大きい。それにより、シーリング要素１０８および／またはバッキング・リング１３２の半径方向のたわみは、装置ハウジングの溝１５２内への、支持面シールアセンブリ１５６の取り付けの間に多少発生せざるを得ない。また、バッキング・リング１３２の凹状構成１４６は、内側端部上に、湾曲角部（a radiused corner）を備え、それにより、以下にいくつかの他の実施形態を参照しながら更に述べるように、組立てを容易なものとするとともに、凸状表面１５０のシーリング要素のヒールを、バッキング・リングの内側孔部内に案内することを補助する。

支持面シールアセンブリ１５６を取り付けるには、まず、装置ハウジング９０を準備することを備えることが含まれ得る。図示のように、第一固定構造１０２は、第二固定構造１０４から除去し、または分離することができ、それにより、溝１５２を露出させる。そして、開いた溝１５２内に、支持面シールアセンブリ１５６を降ろし、その後、第一固定面１０２を、第二固定面１０４に再び取り付けて配置する。他の実施形態では、まず、バッキング・リング１３２を、シーリング要素１０８なしで、開いた溝１５２内に取り付ける。バッキング・リング１３２を、開いた溝内に取り付けた後、シーリング要素１０８を、バッキング・リング１３２の孔部の内側に操作して取り付ける。傾斜コイルばね１２６は、シーリング要素１０８と同時に取り付けることができ、または、シーリング要素１０８を、バッキング・リング１３２の孔部内に配置した後に、ばね保持スペース１２４内に取り付けることができる。第一固定面１２４と第二固定面１２２との間の間隔は、第一および第二シーリング・リップ１１４、１１８で測定した幅より僅かに小さくし、それにより、二個のシーリング・フランジ１１２、１１６の適切な挟み込み又は圧縮を確保する。第一固定面１２４と第二固定面１２２との間の間隔は、第一側面１４０と第二側面１４２との間で測ったバッキング・リング１３２の幅と同一、または、該幅よりも、たとえば２０００〜２００００インチ程度と僅かに大きくすべきである。このことは、バッキング・リングに対するものではなく、シーリング要素１０８に対する圧縮係合を確保するだろう。しかしながら、バッキング・リング１３２の幅と、該バッキング・リングが配置される二個のコンポーネント１０２、１０４との間の公差が近づくほど、高圧力源１３４によってシーリング要素が押圧され得る潜在的な押出し間隔は小さくなる。それ故に、バッキング・リングと当該二個のコンポーネントとの間のクリアランスまたは圧縮は、特定の適用に応じて、適切に選択することができる。

説明したように、本装置、システムおよび方法の側面は、支持面シールアセンブリを含み、この支持面シールアセンブリは環状シーリング要素を備え、これは、中心線、該中心線の方向に向く二個のシーリング・フランジ、および、バッキング・リングの孔部内に取り付けられる中央溝部を備える。一の例では、バッキング・リングは、シーリング要素を支えるための孔部を画定する支持面を備え、ここでは、支持面が、凹状表面を有する。支持面シールアセンブリでは、シーリング要素の中央溝部が、バッキング・リングの凹状支持面に十分に接触する凸状表面を備える外面を備える。一の適用においては、支持面シールアセンブリは、シーリング要素が圧力源に向けて配置されるとともに、バッキング・リングが、圧力源からさらに離れて配置されるように、装置ハウジングの溝内に配置される。バッキング・リングおよびシーリング要素は機械的に係合し、また、バッキング・リングは、装置ハウジングのシームを介する高圧押出しからシーリング要素を支持する。

本開示の更なる側面は、支持面シールアセンブリを製造する方法であって、第一シールフランジと第二シールフランジとの間に位置する中央溝部を備えるシーリング要素を形成することを備える方法を開示する。この方法は、上記の中央溝部および二個のシーリング・フランジによって画定されるばね保持スペース内に、傾斜コイルばねを配置することを更に備えることができる。この方法は、シーリング要素を、傾斜コイルばねとともに、バッキング・リングの孔部内に配置すること、および、バッキング・リングの凹状表面に対し、シーリング要素上の凸状表面を位置合わせすることを更に備えることができる。この方法は、図１を参照して説明するとともに示すように、湾曲、構成および構造を製造することを更に含むことができる。この方法は、支持面シールアセンブリを用いることを更に備えることができる。この方法は、支持面シールアセンブリを、装置ハウジングの溝内に配置するとともに、二個のシーリング・フランジが高圧力源の方向を向くように、支持面シールアセンブリを位置合わせすることを備えることができる。他の実施形態では、バッキング・リングは凸状表面を有し、シーリング要素は凹状表面を有する。

ここで以下に開示される他の面シールアセンブリ、支持面シールアセンブリおよびシールアセンブリ・コンポーネント、たとえば、支持コンポーネントまたは他のシーリング要素では、構成が、後続の図面に示されているが明確には説明されていないもの、および、図１の支持面シールアセンブリを参照して上述したもののように、他の箇所で説明する一の構成または複数の構成と同一または、それに類似のものである場合、重複性に起因して、または、知識が先の開示によって説明された基礎の上に構築されることに起因して、後続の図面に示されて開示されているが明確に説明されていない一の部分または複数の部分は、それでもなお、当該一の構成または複数の構成が説明された、ここで明確に説明されるものと同一または、それに類似の構成によって説明ないし教示されると理解することができると理解される。言い換えれば、本出願の後続の開示は、文脈がそうではないことを示さない限り、先の開示の基礎の上に構築されるとともに、先の開示の教示を包含する。それ故に、熟練の技術者は、いくつかの前の段落でそれらについて読んだ同様の構造的構成を軽視せず、また同じ明細書で先の開示から得られる知識を無視することもないので、本開示は、開示された実施形態および、開示された実施形態の特徴を、全ての実施形態内の同様のコンポーネントおよび構成を繰り返すことなしに、当業者に教示するものと理解される。このように、以下のシールアセンブリで示す同一または類似の構成は、文脈がそうではないことを示さない限り、先の開示の教示を包含する。そのため、後に開示される実施形態は、文脈がそうではないことを示さない限り、先に明確に説明された実施形態の利益を享受することが考慮されている。

図２に、本開示の他の側面に従って提供される支持面シールアセンブリ１５６の垂直断面図を示す。図１のアセンブリと同様に、この支持面シールアセンブリは、シーリング要素１０８およびバッキング・リング１３２を備える。しかしながら、本実施形態の二個のコンポーネントの向きおよび配置は変更されている。図示のように、支持面シールアセンブリ１５６は、外部の支持面シールアセンブリであり、ここでは、バッキング・リング１３２が、支持面１４６を有するリングを形成し、また、シーリング要素１０８が、バッキング・リング１３２の外径の周囲に配置される。シーリング要素上の二個のフランジ１１２、１１６は、圧力源１３４の方を向いており、これは中心線ＣＬから離れる向きである。言い換えれば、シーリング要素１０８は、その中に配置されるバッキング・リング１３２を有する孔部を画定する。バッキング・リングは支持面１４６を有し、これは、シーリング要素１０８の外部の外形面１５０に整合するように形成される。支持面シールアセンブリ１５６は、圧力源が、中心線ＣＬから離れる側の、より高いところで用いることができる。たとえば、真空適用では、外側雰囲気１３４が、中心線ＣＬでの、または中心線ＣＬの近傍の真空領域よりも高い圧力を有する。

従って、図示のように、バックアップ・リング１３２は凹状支持面１４６を備え、また、シーリング要素１０８は、凸状外面１５０を備え、それにより、凹状表面は、凸状表面が、シーリング要素１０８をバックアップ・リング１３２に保持させる機械的係合を実現することを受け入れることができる。他の例では、バッキング・リング１３２が凸状支持面１４６を有し、また、シーリング要素が、噛合ないし係合する凹状外面１５０を有する。

図２の支持面シールアセンブリを製造および使用する類似の方法は、ここに包含されると理解される。

図３は、さらに他の支持面シールアセンブリ１５６の垂直断面図であり、これは、本開示のさらに他の側面に従って提供される。図示のように、支持面シールアセンブリ１５６は、図１の支持面シールアセンブリ１５６と同様に、シーリング要素１０８を備える面シールアセンブリ１００を備え、このシーリング要素１０８は、バッキング・リング１３２によって支持された傾斜コイルばね１２６を有する。しかしながら、バッキング・リング１３２の凹状支持面１４６および、シーリング要素１０８の凸状外面１５０は、図１のアセンブリの比較可能な表面より湾曲し、または起伏がある。このことは、図１のアセンブリ内に包含される、より平坦な、またはより湾曲の小さな面と比較して、より大きな機械的係合を可能にするだろう。そして、このことは、より固定されたアセンブリに、より大きな機械的係合、および、バッキング・リング１３２とシーリング要素１０８との間の分離のより低い可能性をもたらすだろう。さらに他の実施形態では、支持面１４６および外面１５０は、より平坦で、より湾曲の小さいものであり、それにより、バッキング・リングの孔部内へのシーリング要素の配置を簡略化することができる。たとえば、整合面１４６、１５０が、より平坦なものである場合、機械的係合によってもたらされる干渉は小さくなり、それにより、二個のコンポーネントの取り付けはより容易なものとなる。

他の実施形態では、図３の支持面シールアセンブリ１５６は、逆さまであり、図２の支持面シールアセンブリと同様に、支持される外部の面シールアセンブリとして構成することができる。しかしながら、図３の他の実施形態の支持面１４６および外面１５０は同様に形成されるが、図３のそれとは逆向きである。

図３の支持面シールアセンブリを製造および使用する類似の方法は、ここに包含されると理解される。

図４は、さらに他の支持面シールアセンブリ１５６の垂直断面図であり、これは、本開示のさらに他の側面に従って提供される。図示のように、面シールアセンブリ１５６は、図１および３の支持面シールアセンブリ１５６と同様に、シーリング要素１０８を備える面シールアセンブリ１００を備え、このシーリング要素１０８は、バッキング・リング１３２によって支持された傾斜コイルばね１２６を有する。しかしながら、バッキング・リング１３２の凹状支持面１４６および、シーリング要素１０８の凸状外面１５０は、バッキング・リングの内側端部上に、湾曲角部１７０が設けられており、それにより、組立てを容易にし、また、バックアップ・リング１３２の内側孔部内に、シーリング要素１０８の凸状表面１５０のヒールを案内することを補助する。このことは、組立てを容易にしつつ、高い機械的係合を可能にするだろう。図示のように、外面１５０の中央部１７４および、支持面１４６の中央部１７６は一般に、中心線ＣＬに対して平坦もしくは真っ直ぐである。しかしながら、湾曲角部１７０は、適切な機械的係合を確保し、それにより、一般に平坦な中央部にかかわらず、バッキング・リング１３２の孔部内に、シーリング要素１０８を保持するだろう。

他の実施形態では、図４の支持面シールアセンブリ１５６は、逆さまであり、図２の支持面シールアセンブリと同様に、支持される外部の面シールアセンブリとして構成することができる。しかしながら、図４の他の実施形態の支持面１４６および外面１５０は同様に形成されるが、図４のそれとは逆向きである。

図４の支持面シールアセンブリを製造および使用する類似の方法は、ここに包含されると理解される。

図５は、さらに他の支持面シールアセンブリ１５６の垂直断面図であり、これは、本開示のさらに他の側面に従って提供される。図示のように、支持面シールアセンブリ１５６は、図１、３および４の支持面シールアセンブリと同様に、シーリング要素１０８を備える面シールアセンブリ１００を備え、このシーリング要素１０８は、バッキング・リング１３２によって支持される傾斜コイルばね１２６を有する。しかしながら、バッキング・リング１３２の凹状支持面１４６、および、シーリング要素１０８の凸状外面１５０は変更されている。本実施形態では、支持面１４６は、二個のテーパ壁１８０が設けられており、これは、それらの間に頂点１８２を有し、シーリング要素１０８上に、外面１５０の該二個のテーパ壁１８４および頂点１８２を噛合ないし係合させるものである。このことは、組立てを容易にしつつ、高い機械的係合を可能にするだろう。バッキング・リング１３２の内側端部上の湾曲角部１７０は、シーリング要素１０８の凸状表面１５０のテーパヒール１７２に沿って設けることができる。

他の実施形態では、図５の支持面シールアセンブリ１５６は、逆さまであり、図２の支持面シールアセンブリと同様に、支持される外部の面シールアセンブリとして構成される。しかしながら、図５の他の実施形態の支持面１４６および外面１５０は同様に形成されるが、図５のそれとは逆向きである。図５の支持面シールアセンブリを製造および使用する類似の方法は、ここに包含されると理解される。

図６は、さらに他の支持面シールアセンブリ１５６の垂直断面図であり、これは、本開示のさらに他の側面に従って提供される。図示のように、支持される面シールアセンブ１５６は、図１および３〜５の支持面シールアセンブリ１５６と同様に、シーリング要素１０８を備える面シールアセンブリ１００を備え、このシーリング要素１０８は、バッキング・リング１３２によって支持される傾斜コイルばね１２６を有する。しかしながら、バッキング・リング１３２の凹状支持面および、シーリング要素１０８の凸状外面１５０は変更されている。本実施形態では、支持面１４６は、二個のテーパ壁１８０が設けられ、これは、それらの間に、一般には平坦面１９０によって内在されて、シーリング要素１０８上に、外面１５０の二個のテーパ壁１８４および平坦面１９２を噛合または係合させる。二個の平坦面１９０、１９２は、中心線Ｃｌに対して平坦である。このことは、組立てを容易にしつつ、高い機械的係合を可能にするだろう。バッキング・リング１３２の内側端部上の湾曲角部１７０は、シーリング要素１０８の凸状表面のテーパヒール１７２に沿って設けることができる。

他の実施形態では、図６の支持面シールアセンブリ１５６は、逆さまであり、図２の支持面シールアセンブリと同様に、支持される外部の面シールアセンブリとして構成される。しかしながら、図６の他の実施形態の支持面１４６および外面１５０は同様に形成されるが、図６のそれとは逆向きである。

図６の支持面シールアセンブリを製造および使用する類似の方法は、ここに包含されると理解される。

図７は、さらに他の支持面シールアセンブリ１５６の垂直断面図であり、これは、本開示のさらに他の側面に従って提供される。図示のように、支持面シールアセンブリ１５６は、図１および３〜５の支持面シールアセンブリ１５６と同様に、また図３の実施形態と大きな類似性をもって、シーリング要素１０８を備える面シールアセンブリ１００を備え、このシーリング要素１０８は、バッキング・リング１３２によって支持された傾斜コイルばね１２６を有する。それにより、バッキング・リング１３２上の支持面１４６は、シーリング要素１０８上に、同様に形成された外面１５０を支持する。しかしながら、本実施形態では、バッキング・リング１３２は、第一バッキング・リング部分２００および第二バッキング・リング部分２０２を備える二つの部分のバッキング・リングとして設けられており、それらは、シーム２０４に沿って互いを連結する。図示のように、シーム２０４は一般に、ジグザグまたは「Ｚ」字状である。ツーピースのバッキング・リング構造は、特に、形成された凹状および凸状表面１４６、１５０が、組立て困難であり得るものである場合に、組立てを容易にする。換言すれば、シーリング要素１０８及び傾斜コイルばねをバッキング・リング１３２の孔部内に配置するに十分な量で、シーリング要素１０８を曲げることが困難となる事例があり得る。本実施形態のツーピースのバッキング・リング設計では、ツーピース２００、２０２が分離されて、シーリング要素１０８の周囲でともに押圧されることができ、それにより、組立てを容易にする。いくつかの例では、二個のバッキング・リングピース２００、２０２は、ねじによって互いに連結される。図示のように、第一ピース２００は、第二ピース２０２からのねじ軸部を受けるためのねじ孔部を有する。

他の実施形態では、図７の支持面シールアセンブリ１５６は、逆さまであり、図２の支持面シールアセンブリと同様に、支持される外部の面シールアセンブリとして構成される。しかしながら、図７の他の実施形態の支持面１４６および外面１５０は同様に形成されるが、図７のそれとは逆向きである。

図７の支持面シールアセンブリを製造および使用する類似の方法は、ここに包含されると理解される。

図８は、さらに他の支持面シールアセンブリ１５６の垂直断面図であり、これは、本開示のさらに他の側面に従って提供される。図示のように、支持面シールアセンブリ１５６は、図１および３〜５の支持面シールアセンブリ１５６と同様に、また図４の実施形態と大きな類似性をもって、シーリング要素１０８を備える面シールアセンブリ１００を備え、このシーリング要素１０８は、バッキング・リング１３２によって支持された傾斜コイルばね１２６を有する。それにより、バッキング・リング１３２上の支持面１４６は、シーリング要素１０８上に、同様に形成された外面１５０を支持し、これは、湾曲角部１７０を有し、それにより、図４を参照して先述したように、テーパヒール１７２に整合する。しかしながら、本実施形態では、バッキング・リング１３２は、第一バッキング・リング部分２００および第二バッキング・リング部分２０２を備える二つの部分のバッキング・リングとして設けられ、それらは、シーム２０４に沿って互いを連結する。図示のように、シーム２０４は一般に、ジグザグまたは「Ｚ」状である。ツーピースのバッキング・リング構造は、特に、形成された凹状および凸状表面１４６、１５０が、組立て困難であり得る場合に、組立てを容易にする。換言すれば、シーリング要素１０８を、それをバッキング・リング１３２の孔部内に配置するに十分な量で曲げることが困難であることがある。ツーピースのバッキング・リング設計では、ツーピース２００、２０２が分離されて、シーリング要素１０８の周囲でともに押されることができ、それにより、組立てを容易にする。いくつかの例では、二個のバッキング・リングピース２００、２０２は、ねじによって互いに連結される。図示のように、第一ピース２００は、第二ピース２０２からのねじ軸部を受け入れるためのねじ孔部を有する。

他の実施形態では、図８の支持面シールアセンブリ１５６は、逆さまであり、図２の支持面シールアセンブリと同様に、支持される外部の面シールアセンブリとして構成される。しかしながら、図８の他の実施形態の支持面１４６および外面１５０は同様に形成されるが、図８のそれとは逆向きである。

図８の支持面シールアセンブリを製造および使用する類似の方法は、ここに包含されると理解される。

図９は、さらに他の支持面シールアセンブリ１５６の垂直断面図であり、これは、本開示のさらに他の側面に従って提供される。図示のように、支持面シールアセンブリ１５６は、図１および３〜５の支持面シールアセンブリと同様に、また図５の実施形態と大きな類似性をもって、シーリング要素１０８を備える面シールアセンブリ１００を備え、このシーリング要素１０８は、バッキング・リング１３２によって支持される傾斜コイルばね１２６を有する。従って、バッキング・リング１３２上の支持面１４６は、シーリング要素１０８上に、同様に形成された外面１５０を支持し、これは、二個の傾斜面１８０および頂点１８２を有し、シーリング要素１０８上に、外面１５０の二個のテーパ壁１８４および頂点１８６を整合、噛合または係合させる。しかしながら、本実施形態では、バッキング・リング１３２は、第一バッキング・リング部分２００および第二バッキング・リング部分２０２を備える二つの部分のバッキング・リングとして設けられ、それらは、シーム２０４に沿って互いに連結する。図示のように、シーム２０４は一般に、ジグザグまたは「Ｚ」状である。ツーピースのバッキング・リング構造は、特に、形成された凹状および凸状表面１４６、１５０が、組立て困難であり得る場合に、組立てを容易にする。換言すれば、シーリング要素１０８を、それをバッキング・リング１３２の孔部内に配置するに十分な量で曲げることが困難である場合がある。ツーピースのバッキング・リング設計では、ツーピース２００、２０２は分離されて、シーリング要素１０８の周囲でともに押されることができ、それにより、組立てが容易になる。いくつかの例では、二個のバッキング・リング部分２００、２０２は、ねじによって互いに連結される。図示のように、第一ピース２００は、第二ピース２０２からのねじ軸部を受け入れるためのねじ孔部を有する。

他の実施形態では、図９の支持面シールアセンブリ１５６は、逆さまであり、図２の支持面シールアセンブリと同様に、支持される外部の面シールアセンブリとして構成される。しかしながら、図９の他の実施形態の支持面１４６および外面１５０は同様に形成されるが、図９のそれとは逆向きである。

図９の支持面シールアセンブリを製造および使用する類似の方法は、ここに包含されると理解される。

図１０は、さらに他の支持面シールアセンブリ１５６であり、これは、本開示のさらに他の側面に従って提供される。図示のように、支持面シールアセンブリ１５６は、図１および３〜５の支持面シールアセンブリと同様に、また図６の実施形態と大きな類似性をもって、シーリング要素１０８を備える面シールアセンブリ１００を備え、このシーリング要素１０８は、バッキング・リング１３２によって支持された傾斜コイルばね１２６を有する。従って、バッキング・リング１３２上の支持面１４６は、シーリング要素１０８上に、同様に形成された外面１５０を支持する。図６の実施形態に類似する本実施形態では、支持面１４６は、テーパ壁１８０が設けられ、これは、それらの間に、一般には平坦面１９０によって内在させ、それにより、シーリング要素１０８上に、外面１５０のテーパ壁１８４および平坦面１９２を噛合または係合させる。二個の平坦面１９０、１９２は、中心線ＣＬに対して平坦である。また、本実施形態では、バッキング・リング１３２は、第一バッキング・リング部分２００および第二バッキング・リング部分２０２を備える二つの部分のバッキング・リングとして設けられ、それらは、シーム２０４に沿って互いに連結する。図示のように、シーム２０４は一般に、ジグザグまたは「Ｚ」状である。ツーピースのバッキング・リング構造は、特に、形成された凹状および凸状表面１４６、１５０が組立て困難であり得る場合に、組立てを容易にする。換言すれば、シーリング要素１０８を、それをバッキング・リング１３２の孔部内に配置するに十分な量で曲げることが困難な場合がある。ツーピースのバッキング・リング設計では、ツーピース２００、２０２は分離されて、シーリング要素１０８の周囲でともに押圧されることができ、それにより、組立てを容易にする。いくつかの例では、二個のバッキング・リングピース２００、２０２は、ねじによって互いに連結される。図示のように、第一ピース２００は、第二ピース２０２からのねじ軸部を受け入れるためのねじ孔部を有する。

他の実施形態では、図１０の支持面シールアセンブリ１５６は、逆さまであり、図２の支持面シールアセンブリと同様に、支持される外部の面シールアセンブリとして構成される。しかしながら、図１０の他の実施形態の支持面１４６および外面１５０は、同様に形成されるが、図１０のそれとは逆向きである。

図１０の支持面シールアセンブリを製造および使用する類似の方法は、ここに包含されると理解される。

ここでは、面シールアセンブリおよび、支持された面シールアセンブリ、それらのコンポーネントならびに、関連する方法の限られた実施形態を特に説明するとともに示したが、当業者にとって多くの改良や変更がなされ得ることが明らかである。たとえば、凹状表面が、凸状表面を支持するために設けられ、または、その逆である限り、また、シーリング要素およびバッキング・リングが、テレスコーピング構成内に配置される限り、様々な形成される表面は変更することができる。また、特定の一の面シール実施形態のために説明した構成は、与えられる機能が両立すれば、他の面シール実施形態を含むものに採用することができることが理解され、また考慮されている。従って、開示された装置、システムおよび方法の本質に従って構成される面シールアセンブリおよび、支持面シールアセンブリ、それらのコンポーネントおよび、関連する方法は、ここに明確に説明したようなもの以外に具現化することができると理解される。本開示はまた、特許請求の範囲にも規定されている。

Claims (16)

1. 係合式の面シールアセンブリを組み立てるための方法であり、該方法が、
   凸状外面を有するシーリング要素であって、ばねを有し、該ばねが、二個のシーリング・フランジおよび中央溝部により画定されるばねキャビティ内に配置されるシーリング要素を形成すること、
   孔部を画定する内面及び、前記内面の反対側の遠隔面を有するバックアップ・リングであって、前記内面が、凹状内面を備えるバックアップ・リングを形成すること、
   前記シーリング要素を、前記バックアップ・リングの前記孔部内に、前記凹状内面と接触するよう組み立てること、
   前記バックアップ・リングの前記孔部内に前記シーリング要素を保持するべく、前記バックアップ・リングの前記凹状内面に対する前記シーリング要素の弾性的な復元を許容することにより、前記バックアップ・リングの前記凹状内面で、前記シーリング要素の前記凸状外面を押圧すること、
   前記係合式の面シールアセンブリを受容する溝の後壁に、前記バックアップ・リングの、前記シーリング要素から離れた前記遠隔面を押し付けること
   を備え、
   前記ばねが、前記二個のシーリング・フランジのそれぞれの内側面に対して付勢される、方法。
2. 前記シーリング要素の前記凸状外面が、二個のテーパ面を備え、該二個のテーパ面が、それらの間に頂点を有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記シーリング要素の前記凸状外面が、二個のテーパ面および、それらの間の平坦面を備える、請求項１に記載の方法。
4. 前記バックアップ・リングが、第二バッキング・リング部分に取り付けられた第一バッキング・リング部分を備える、請求項１に記載の方法。
5. 第一バッキング・リング部分が、前記第二バッキング・リング部分にねじ込まれる、請求項４に記載の方法。
6. 前記二個のシーリング・フランジが、一般に互いに平行な装置ハウジングの二個の固定平坦面に対してシールされる、請求項１に記載の方法。
7. 前記ばねが、傾斜コイルばね、Ｖばね又はリボンばねである、請求項１に記載の方法。
8. 前記二個のシーリング・フランジが、前記バッキング・リングの幅より大きい幅を規定し、それにより、装置ハウジング内に、前記係合式の面シールアセンブリが取り付けられるとき、前記バッキング・リングが、二個の固定面により圧縮される前に、前記二個のシーリング・フランジが、前記二個の固定面により圧縮される、請求項１に記載の方法。
9. 係合式の面シールアセンブリであり、
   凸状外面または凹状外面を有するシーリング要素であって、ばねを有し、該ばねが、二個のシーリング・フランジおよび中央溝部により画定されるばねキャビティ内に配置されるシーリング要素と、
   孔部を画定する内面及び、前記内面の反対側の遠隔面を有するバックアップ・リングであって、前記内面が、凸状内面または凹状内面を備えるバックアップ・リングと
   を備え、
   前記バックアップ・リングの前記孔部内に前記シーリング要素を保持するべく、前記バックアップ・リングの前記凸状内面に対する前記シーリング要素の弾性的な復元を許容することにより、前記シーリング要素の前記凹状外面が、前記バックアップ・リングの前記凸状内面で押圧され、または、前バックアップ・リングの前記孔部内に前記シーリング要素を保持するべく、前記バックアップ・リングの前記凹状内面に対する前記シーリング要素の弾性的な復元を許容することにより、前記シーリング要素の前記凸状外面が、前記バックアップ・リングの前記凹状内面で押圧され、
   前記バックアップ・リングの、前記シーリング要素から離れた前記遠隔面が、前記係合式の面シールアセンブリを受容する溝の後壁を押すものとした、係合式の面シールアセンブリ。
10. 前記シーリング要素の最外径が、バックアップ・リングの最内径より大きい、請求項９に記載の係合式の面シールアセンブリ。
11. 前記バックアップ・リングの最外径が、前記シーリング要素の最内径より大きい、請求項９に記載の係合式の面シールアセンブリ。
12. 組立てのために、前記シーリング要素またはバックアップ・リングの半径方向のたわみが必要とされる、請求項９に記載の係合式の面シールアセンブリ。
13. 当該凹状表面が、湾曲、テーパまたは面取りの端部を備える、請求項９に記載の係合式の面シールアセンブリ。
14. 前記ばねが、傾斜コイルばね、Ｖばね又はリボンばねである、請求項９に記載の係合式の面シールアセンブリ。
15. 前記バックアップ・リングが、第二バッキング・リング部分に取り付けられた第一バッキング・リング部分を備える、請求項９に記載の係合式の面シールアセンブリ。
16. 係合式の面シールアセンブリを組み立てるための方法であり、該方法が、
    凹状外面または凸状外面を有するシーリング要素であって、ばねを有し、該ばねが、二個のシーリング・フランジおよび中央溝部により画定されるばねキャビティ内に配置されるシーリング要素を形成すること、
    孔部を画定する内面及び、前記内面の反対側の遠隔面を有するバックアップ・リングであって、前記内面が凸状内面または凹状内面を備えるバックアップ・リングを形成すること、
    前記シーリング要素を、前記バックアップ・リングの前記孔部内に組み立てること、
    前記バックアップ・リングの前記孔部内に前記シーリング要素を保持するべく、前記バックアップ・リングの前記凸状内面に対する前記シーリング要素の弾性的な復元を許容することにより、前記バックアップ・リングの前記凸状内面で、前記シーリング要素の前記凹状外面を押圧すること、または、前記バックアップ・リングの前記孔部内に前記シーリング要素を保持するべく、前記バックアップ・リングの前記凹状内面に対する前記シーリング要素の弾性的な復元を許容することにより、前記バックアップ・リングの前記凹状内面で、前記シーリング要素の前記凸状外面を押圧すること、
    前記係合式の面シールアセンブリを受容する溝の後壁に、前記バックアップ・リングの、前記シーリング要素から離れた前記遠隔面を押し付けること
    を備え、
    前記ばねが、前記二個のシーリング・フランジのそれぞれの内側面に対して付勢される、方法。