JPH05231548A - パターン化されたマイクロダムシール面をもつリングを備えた非接触形のギャップ型シール - Google Patents
パターン化されたマイクロダムシール面をもつリングを備えた非接触形のギャップ型シールInfo
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- JPH05231548A JPH05231548A JP3176740A JP17674091A JPH05231548A JP H05231548 A JPH05231548 A JP H05231548A JP 3176740 A JP3176740 A JP 3176740A JP 17674091 A JP17674091 A JP 17674091A JP H05231548 A JPH05231548 A JP H05231548A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
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- F16J15/3412—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities
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Abstract
(57)【要約】
【目的】メカニカル面シールの両面の間のギャップを通
しての流体の漏れを最少限に抑えるような、シール面上
の隆起パターンの構成を確保する。 【構成】複数のみぞの表面領域の間に好ましくはそれぞ
れが約０．０２５インチの幅をもつマイクロダムを備え
た環状のみぞ領域を有する非接触形のギャップ型シール
に使用されるリングのシール面であって、マイクロダム
はみぞの表面領域に境界を与えることにより、マイクロ
ダムにより仕切られるそれぞれのみぞの表面領域の凹部
が単位圧力区域として作用し、リングの一方の円周から
他方の円周まで測定する場合、別々の区域における圧力
が一連の段階で低下する。
しての流体の漏れを最少限に抑えるような、シール面上
の隆起パターンの構成を確保する。 【構成】複数のみぞの表面領域の間に好ましくはそれぞ
れが約０．０２５インチの幅をもつマイクロダムを備え
た環状のみぞ領域を有する非接触形のギャップ型シール
に使用されるリングのシール面であって、マイクロダム
はみぞの表面領域に境界を与えることにより、マイクロ
ダムにより仕切られるそれぞれのみぞの表面領域の凹部
が単位圧力区域として作用し、リングの一方の円周から
他方の円周まで測定する場合、別々の区域における圧力
が一連の段階で低下する。
Description
【０００１】
【発明の背景】本発明は、一般的には、回転軸とそのハ
ウジングの間のスペースをシールするためのメカニカル
面（フェース：ｆａｃｅ）シールに関し、詳細には、相
対的に回転するシール部材間のギャップを維持するため
に、シール表面にみぞを備えた面シールに関連する。
ウジングの間のスペースをシールするためのメカニカル
面（フェース：ｆａｃｅ）シールに関し、詳細には、相
対的に回転するシール部材間のギャップを維持するため
に、シール表面にみぞを備えた面シールに関連する。
【０００２】回転軸とそのハウジングの間に非接触形の
シールを生み出すために、螺旋みぞのメカニカル面シー
ルが使用される。一方が他方に対して回転する２つのシ
ール面の間のギャップを維持するのは、これらのシール
面の少なくとも一方の螺旋みぞにより両面の間にポンピ
ングされる加圧流体の膜である。螺旋みぞの面シールの
例は、ガードナー（Ｇａｒｄｎｅｒ）に発行された米国
特許番号第３，８０４，４２４号ならびにセディー（Ｓ
ｅｄｙ）に発行された米国特許番号第４，２１２，４７
５号および米国特許番号第４，２９０，６１１号に見出
される。これらの特許は、すべて本発明の譲り受け人に
共通に譲渡される。
シールを生み出すために、螺旋みぞのメカニカル面シー
ルが使用される。一方が他方に対して回転する２つのシ
ール面の間のギャップを維持するのは、これらのシール
面の少なくとも一方の螺旋みぞにより両面の間にポンピ
ングされる加圧流体の膜である。螺旋みぞの面シールの
例は、ガードナー（Ｇａｒｄｎｅｒ）に発行された米国
特許番号第３，８０４，４２４号ならびにセディー（Ｓ
ｅｄｙ）に発行された米国特許番号第４，２１２，４７
５号および米国特許番号第４，２９０，６１１号に見出
される。これらの特許は、すべて本発明の譲り受け人に
共通に譲渡される。
【０００３】上記の特許に記述された螺旋みぞの面シー
ルならびに一般的に現在使用されている面シールは、環
状の対面リングの半径方向に拡がる面と密封関係にある
半径方向に拡がる面をもつ環状の主シールリングを備え
ている。動作時には、主リングまたは対面リングのいず
れかが軸とともに回転し、また主リングまたは対面リン
グは、それ自体がハウジングに対してシールされる他方
のリングの半径方向の面と密封関係にある、半径方向の
面を備えている。従来の接触形のシールでは、相対的回
転時の２面間の摩擦により熱が発生し、シール面の変
形、シール部品の老化の加速、およびその他の望ましく
ない状態が生じる。
ルならびに一般的に現在使用されている面シールは、環
状の対面リングの半径方向に拡がる面と密封関係にある
半径方向に拡がる面をもつ環状の主シールリングを備え
ている。動作時には、主リングまたは対面リングのいず
れかが軸とともに回転し、また主リングまたは対面リン
グは、それ自体がハウジングに対してシールされる他方
のリングの半径方向の面と密封関係にある、半径方向の
面を備えている。従来の接触形のシールでは、相対的回
転時の２面間の摩擦により熱が発生し、シール面の変
形、シール部品の老化の加速、およびその他の望ましく
ない状態が生じる。
【０００４】半径方向の両面の間の非常に狭いギャップ
またはスペースは、シールされる流体の一部が低圧側に
漏れるか、流れるのを可能にすること、しかも流体の流
れにより望ましくない発熱が防止されることが見出され
た。こうしたギャップは、主リングまたは対面リングの
いずれかの面の一連の螺旋みぞにより得ることができ、
これらのみぞは、リングの一方の回転時に両シール面の
間に流体を流し込むポンプとして作用する。この流体の
流れは両面を分離し、潤滑剤として作用することによ
り、ギャップを維持し、両面が接触することなく互いに
滑べり合えるようにする。
またはスペースは、シールされる流体の一部が低圧側に
漏れるか、流れるのを可能にすること、しかも流体の流
れにより望ましくない発熱が防止されることが見出され
た。こうしたギャップは、主リングまたは対面リングの
いずれかの面の一連の螺旋みぞにより得ることができ、
これらのみぞは、リングの一方の回転時に両シール面の
間に流体を流し込むポンプとして作用する。この流体の
流れは両面を分離し、潤滑剤として作用することによ
り、ギャップを維持し、両面が接触することなく互いに
滑べり合えるようにする。
【０００５】みぞ付きの表面を採用するその他のメカニ
カル面シールが提案されている。たとえば、米国特許番
号第４，４２０，１６２号は、シール面の回転方向に対
して、ともに前方および後方に傾けられた、内側の円周
から外側の円周まで拡がる螺旋みぞをもつ面シールを記
述している。前方または後方のいずれかに傾けられた１
組のみぞは、両シール面の間のギャップから密封流体を
ポンピングする作用をなすのに対し、逆の傾きをもつ１
組のみぞは、ギャップ中に流体をポンピングする作用を
なす。
カル面シールが提案されている。たとえば、米国特許番
号第４，４２０，１６２号は、シール面の回転方向に対
して、ともに前方および後方に傾けられた、内側の円周
から外側の円周まで拡がる螺旋みぞをもつ面シールを記
述している。前方または後方のいずれかに傾けられた１
組のみぞは、両シール面の間のギャップから密封流体を
ポンピングする作用をなすのに対し、逆の傾きをもつ１
組のみぞは、ギャップ中に流体をポンピングする作用を
なす。
【０００６】とはいえ、上記のシール面の設計は、理想
的なシール構造をもたらすものではない。米国特許番号
第４，４２０，１６２号に記述されたシール面の螺旋み
ぞ構造は、接触形のシール面の環境においてシールを通
して流体をポンピングする。１方向でのみ流体をポンピ
ングするシール面では、両面の間の流体の膜の厚さが過
大になり、その結果望ましくない不必要な漏れが生じ
る。シールリングの内径または外径のいずれかに隣接し
たシールダムを設けると、この漏れはいくぶん減少す
る。ダムとは、みぞ付きの環状表面に隣接するみぞなし
の環状表面のことである。さらに、先行技術のシール面
の螺旋方向における非対称は、所期のギャップ生成機能
を生み出すような１方向のみのシール面の回転を可能に
する。反対方向の軸の回転やシールリングの不適当な据
え付けがなされると、ギャップの代わりに真空が生じ、
機器を運転するとシール面の一方または両方に重大な損
傷が生じるおそれがある。
的なシール構造をもたらすものではない。米国特許番号
第４，４２０，１６２号に記述されたシール面の螺旋み
ぞ構造は、接触形のシール面の環境においてシールを通
して流体をポンピングする。１方向でのみ流体をポンピ
ングするシール面では、両面の間の流体の膜の厚さが過
大になり、その結果望ましくない不必要な漏れが生じ
る。シールリングの内径または外径のいずれかに隣接し
たシールダムを設けると、この漏れはいくぶん減少す
る。ダムとは、みぞ付きの環状表面に隣接するみぞなし
の環状表面のことである。さらに、先行技術のシール面
の螺旋方向における非対称は、所期のギャップ生成機能
を生み出すような１方向のみのシール面の回転を可能に
する。反対方向の軸の回転やシールリングの不適当な据
え付けがなされると、ギャップの代わりに真空が生じ、
機器を運転するとシール面の一方または両方に重大な損
傷が生じるおそれがある。
【０００７】米国特許番号第４，２１２，４７５号にお
いてセディーが認めているように、漏れを減らし、それ
と同時に膜のこわさ（スチフネス：ｓｔｉｆｆｎｅｓ
ｓ）を高めることによりシール面とギャップの寸法に安
定性を与えるために、流体の膜の厚さはできるだけ小さ
い方が望ましい。セディーが提案する解決策は、ランド
（ｌａｎｄ）とダムの寸法に応じて、みぞの長さ、幅お
よび厚さの特定のパラメータを考慮するものである。こ
の解決策は流体の漏れが問題にならない場合には十分に
有効であるが、にもかかわらず必要以上の過大な漏れが
生じるだろう。
いてセディーが認めているように、漏れを減らし、それ
と同時に膜のこわさ（スチフネス：ｓｔｉｆｆｎｅｓ
ｓ）を高めることによりシール面とギャップの寸法に安
定性を与えるために、流体の膜の厚さはできるだけ小さ
い方が望ましい。セディーが提案する解決策は、ランド
（ｌａｎｄ）とダムの寸法に応じて、みぞの長さ、幅お
よび厚さの特定のパラメータを考慮するものである。こ
の解決策は流体の漏れが問題にならない場合には十分に
有効であるが、にもかかわらず必要以上の過大な漏れが
生じるだろう。
【０００８】
【発明の要旨】本発明の１つの目的は、メカニカル面シ
ールの両面の間のギャップを通しての流体の漏れを最少
限に抑えるような、シール面上の隆起パターンの構成を
確保することにある。
ールの両面の間のギャップを通しての流体の漏れを最少
限に抑えるような、シール面上の隆起パターンの構成を
確保することにある。
【０００９】本発明の別の目的は、回転リングと軸の回
転方向に関係なく、メカニカル端面シールの両シール面
の間にギャップを確保できる隆起パターンの構成をもた
らすことにある。
転方向に関係なく、メカニカル端面シールの両シール面
の間にギャップを確保できる隆起パターンの構成をもた
らすことにある。
【００１０】本発明の別の目的は、外部の液体潤滑を必
要とすることなく、高いスチフネスをもつ薄い流体の膜
を確保できる隆起パターンの構成をもたらすことにあ
る。
要とすることなく、高いスチフネスをもつ薄い流体の膜
を確保できる隆起パターンの構成をもたらすことにあ
る。
【００１１】本発明のさらに別の目的は、両シール面ご
しに流体をポンピングし、薄い流体の膜のギャップと最
少限の流体の漏れを確保できる非接触形かつ非摩耗形の
シールをもたらすことにある。
しに流体をポンピングし、薄い流体の膜のギャップと最
少限の流体の漏れを確保できる非接触形かつ非摩耗形の
シールをもたらすことにある。
【００１２】本発明の別の目的および重要な特徴は、静
的条件下と動的条件下の両方において、両シール面ごし
の流体の漏れを最少限に抑える静的および動的メカニカ
ル面シールにある。
的条件下と動的条件下の両方において、両シール面ごし
の流体の漏れを最少限に抑える静的および動的メカニカ
ル面シールにある。
【００１３】従って、メカニカル面シールにおいて、主
リングまたは対面リングの少なくとも一方にシール面が
備えられ、このシール面は、面の一方の円周から内側に
拡がる不連続のみぞを有する隆起パターン部分を備え、
その不連続性はみぞ付きの部分の周辺の回りに拡がりか
つマイクロダムと呼ばれる狭いダムを形成する一連の隆
起表面により画定され、それによりそれぞれの不連続の
みぞは複数のみぞ付きの多角形の表面から構成され、多
角形の表面は互いに隣接しかつマイクロダムにより分離
されるリングの面に配される。不連続のみぞは、所期の
軸の回転に対して後向きにしても、また軸の双方向の回
転に備えて後向きと前向きの両方にしてもよい。
リングまたは対面リングの少なくとも一方にシール面が
備えられ、このシール面は、面の一方の円周から内側に
拡がる不連続のみぞを有する隆起パターン部分を備え、
その不連続性はみぞ付きの部分の周辺の回りに拡がりか
つマイクロダムと呼ばれる狭いダムを形成する一連の隆
起表面により画定され、それによりそれぞれの不連続の
みぞは複数のみぞ付きの多角形の表面から構成され、多
角形の表面は互いに隣接しかつマイクロダムにより分離
されるリングの面に配される。不連続のみぞは、所期の
軸の回転に対して後向きにしても、また軸の双方向の回
転に備えて後向きと前向きの両方にしてもよい。
【００１４】それぞれの入口ランドの一方のへりをシー
ルリングの面の円周の円周方向のへりと一致させること
により画定される、一連の円周方向に配される入口ラン
ドも開示される。各入口ランドの半径方向に拡がるへり
は、前方に傾けられ、もうひとつの半径方向に拡がるへ
りは、シールリングの回転方向に対して後方に傾けられ
る。前方および後方に傾けられるへりは、それぞれ接線
に対して前記のシールリングの円周方向のへりと一定の
交差角を画定し、それぞれの交差角は約１０度から約３
０度までである。各入口ランドの軸の回転に対して前方
に傾けられた、それぞれの半径方向に拡がるへりの交差
角は、いずれかの方向での軸の回転時に前記のシールに
入口効果をもたらす。
ルリングの面の円周の円周方向のへりと一致させること
により画定される、一連の円周方向に配される入口ラン
ドも開示される。各入口ランドの半径方向に拡がるへり
は、前方に傾けられ、もうひとつの半径方向に拡がるへ
りは、シールリングの回転方向に対して後方に傾けられ
る。前方および後方に傾けられるへりは、それぞれ接線
に対して前記のシールリングの円周方向のへりと一定の
交差角を画定し、それぞれの交差角は約１０度から約３
０度までである。各入口ランドの軸の回転に対して前方
に傾けられた、それぞれの半径方向に拡がるへりの交差
角は、いずれかの方向での軸の回転時に前記のシールに
入口効果をもたらす。
【００１５】上記の代わりに、もしくは上記と合わせ
て、継続する不連続のみぞの間に多角形のランド領域が
配され、これらのランドは、マイクロダムの表面または
入口ランドの入口効果により、シール面の円周から内部
へ推進される流体の出口に対する流体のバリヤーを確保
する。
て、継続する不連続のみぞの間に多角形のランド領域が
配され、これらのランドは、マイクロダムの表面または
入口ランドの入口効果により、シール面の円周から内部
へ推進される流体の出口に対する流体のバリヤーを確保
する。
【００１６】
【好ましい実施例の詳細な説明】本発明の使用環境を図
１に示す。この環境は圧縮機（図示せず）のハウジング
１０およびハウジング中に配される回転軸１２から構成
される。
１に示す。この環境は圧縮機（図示せず）のハウジング
１０およびハウジング中に配される回転軸１２から構成
される。
【００１７】本発明に従うメカニカル面シールは、大気
Ａ中に漏れないようにスペース１４の内部の高圧をシー
ルするのに用いられる。
Ａ中に漏れないようにスペース１４の内部の高圧をシー
ルするのに用いられる。
【００１８】本発明の基本構成部品には、環状の対面リ
ング２６の半径方向に拡がる面２４と密封関係で、半径
方向に拡がる面２２をもつ環状の主シールリング２０が
ある。
ング２６の半径方向に拡がる面２４と密封関係で、半径
方向に拡がる面２２をもつ環状の主シールリング２０が
ある。
【００１９】その構造と動作については本発明と関連づ
けて述べてゆくが、メカニカルみぞシール一般のさらな
る説明については、米国特許番号第４，２１２，４７５
号を参照されたい。
けて述べてゆくが、メカニカルみぞシール一般のさらな
る説明については、米国特許番号第４，２１２，４７５
号を参照されたい。
【００２０】動作時には、対面リング２６が軸とともに
回転し、その半径方向の面２４が主リング２０の半径方
向の面２２と密封関係に置かれる。相対的回転による両
面間の摩擦のために熱が発生する。過大な発熱を防止す
るため、シールはギャップ型のシールとして動作する。
たとえば、半径方向の面２２および２４の間に非常に狭
いギャップまたはスペースを設けて、そのスペースから
低圧側への漏れまたは流れを可能にしたりなどである。
回転し、その半径方向の面２４が主リング２０の半径方
向の面２２と密封関係に置かれる。相対的回転による両
面間の摩擦のために熱が発生する。過大な発熱を防止す
るため、シールはギャップ型のシールとして動作する。
たとえば、半径方向の面２２および２４の間に非常に狭
いギャップまたはスペースを設けて、そのスペースから
低圧側への漏れまたは流れを可能にしたりなどである。
【００２１】ここで図２を参照すると、従来のリングの
シール面の端面図が示されている。図２に示された特定
の諸要素により、リング２０および２６のシール面の間
にギャップを維持するための手段が確保される。本技術
においてよく知られているように、このギャップは、主
リングもしくは対面リングのいずれかの面にみぞ７０を
形成することにより得られる。回転すると、これらのみ
ぞはポンプとして作用し、シール面の間のギャップに流
体を流し込む。流体は望ましい漏れが可能になるように
両面を分離する。現在使用されているみぞパターンの多
くは、螺旋形の設計をもち、このためシールは螺旋みぞ
形メカニカル面シールと呼ばれる。従来の螺旋みぞ形の
ギャップ型シールに関する一般的な設計の諸事項につい
ては、よく知られている。
シール面の端面図が示されている。図２に示された特定
の諸要素により、リング２０および２６のシール面の間
にギャップを維持するための手段が確保される。本技術
においてよく知られているように、このギャップは、主
リングもしくは対面リングのいずれかの面にみぞ７０を
形成することにより得られる。回転すると、これらのみ
ぞはポンプとして作用し、シール面の間のギャップに流
体を流し込む。流体は望ましい漏れが可能になるように
両面を分離する。現在使用されているみぞパターンの多
くは、螺旋形の設計をもち、このためシールは螺旋みぞ
形メカニカル面シールと呼ばれる。従来の螺旋みぞ形の
ギャップ型シールに関する一般的な設計の諸事項につい
ては、よく知られている。
【００２２】シール面の安定性は、米国特許番号第４，
２１２，４７５号に記述されているように、両シール面
の相互間の平行関係の維持に大きく依存する。シールの
安定性は、部分的に両面間の流体の膜のスチフネスに関
連する。螺旋みぞ形シールの場合、スチフネスつまりは
安定性は、流体の膜の厚さが減少すると増加する。この
ため、膜の厚さはできるだけ小さくするのが望ましい。
このためにはシールのバランスを高めればよい。ところ
が、圧力と温度の偏差のためにシール面の平面特性がゆ
がみ、面の接触、面の損傷、およびシールの破壊の可能
性のおそれが高まる。本発明の教えに従えば、非常に薄
いが高度に安定な流体の膜の厚さを維持し、にもかかわ
らず両シール面の平行性を保つことができるようなシー
ル面の独自のパターン設計により、こうした圧力と温度
の偏差が最少限に抑えられる。
２１２，４７５号に記述されているように、両シール面
の相互間の平行関係の維持に大きく依存する。シールの
安定性は、部分的に両面間の流体の膜のスチフネスに関
連する。螺旋みぞ形シールの場合、スチフネスつまりは
安定性は、流体の膜の厚さが減少すると増加する。この
ため、膜の厚さはできるだけ小さくするのが望ましい。
このためにはシールのバランスを高めればよい。ところ
が、圧力と温度の偏差のためにシール面の平面特性がゆ
がみ、面の接触、面の損傷、およびシールの破壊の可能
性のおそれが高まる。本発明の教えに従えば、非常に薄
いが高度に安定な流体の膜の厚さを維持し、にもかかわ
らず両シール面の平行性を保つことができるようなシー
ル面の独自のパターン設計により、こうした圧力と温度
の偏差が最少限に抑えられる。
【００２３】米国特許番号第４，２１２，４７５号に記
述された従来の実施例では、指定の範囲内で３つのシー
ルパラメータの大きさを設定することにより、発明の自
己位置合わせの特徴で、両シール面の平行性を確保して
いた。３つのパラメータとは、（１）みぞの深さ、
（２）シールのバランス、（３）ダムの幅である。これ
らのパラメータの最適範囲の完全な説明については、こ
の場合も米国特許番号第４，２１２，４７５号を参照さ
れたい。
述された従来の実施例では、指定の範囲内で３つのシー
ルパラメータの大きさを設定することにより、発明の自
己位置合わせの特徴で、両シール面の平行性を確保して
いた。３つのパラメータとは、（１）みぞの深さ、
（２）シールのバランス、（３）ダムの幅である。これ
らのパラメータの最適範囲の完全な説明については、こ
の場合も米国特許番号第４，２１２，４７５号を参照さ
れたい。
【００２４】米国特許番号第４，２１２，４７５号に詳
細に記述された３つのパラメータで、シールのギャッ
プ、シールのギャップの厚さ、およびシールのギャップ
の安定性に影響する要素とパラメータが尽きるわけでは
ない。メカニカル面シールの機能に影響するパラメータ
は約７０あり、それらのパラメータのどれか１つを変更
すると、かならずシールの動作とシールのギャップに変
化が生じるだろう。本発明は、リングの一方のシール面
のみぞの修正に向けられる。すなわち、より狭く、より
安定なシールギャップを確保し、それと同時にシール面
間の分離を維持し、かつシール面間の接触を防止するも
のである。
細に記述された３つのパラメータで、シールのギャッ
プ、シールのギャップの厚さ、およびシールのギャップ
の安定性に影響する要素とパラメータが尽きるわけでは
ない。メカニカル面シールの機能に影響するパラメータ
は約７０あり、それらのパラメータのどれか１つを変更
すると、かならずシールの動作とシールのギャップに変
化が生じるだろう。本発明は、リングの一方のシール面
のみぞの修正に向けられる。すなわち、より狭く、より
安定なシールギャップを確保し、それと同時にシール面
間の分離を維持し、かつシール面間の接触を防止するも
のである。
【００２５】ここで図３および４を参照すると、本発明
の教示を採用するシール面７８を備えたシールリング７
６が示されている。図２に示した先行技術のシール面２
４と同様に、このシール面７８もみぞ部分８０とダム部
分８２を含んでいる。ダム部分８２は、図２に示したダ
ム部分とほぼ同じであり、みぞ部分８０とダム部分８２
の間に境界を画定する直径ＧＤをもつ円によってダム部
分８２は区切られる。
の教示を採用するシール面７８を備えたシールリング７
６が示されている。図２に示した先行技術のシール面２
４と同様に、このシール面７８もみぞ部分８０とダム部
分８２を含んでいる。ダム部分８２は、図２に示したダ
ム部分とほぼ同じであり、みぞ部分８０とダム部分８２
の間に境界を画定する直径ＧＤをもつ円によってダム部
分８２は区切られる。
【００２６】ただし、みぞ部分８０は、リング２６のみ
ぞ部分とはいくつかの相違点がある。これらの相違点は
本発明の重要な特徴であり、上記の利点を直接もたらす
ものである。
ぞ部分とはいくつかの相違点がある。これらの相違点は
本発明の重要な特徴であり、上記の利点を直接もたらす
ものである。
【００２７】１つの重要な相違点は、リング２６のみぞ
７０は、シール面の円周方向に対して非対称なことであ
る。すなわち、シールリング７６のみぞ部分８０は、１
組の前向きのみぞ８４ばかりでなく、１組の後向きのみ
ぞ８６も備えており、それぞれのみぞはランド領域８８
により分離される。これらの２組のみぞ８４、８６は、
みぞ部分８０の表面の領域を画定する個別多角形９０に
おいて相交わり、これらの交差領域を含む多角形９０の
それぞれはマイクロダム９２により区切られる。
７０は、シール面の円周方向に対して非対称なことであ
る。すなわち、シールリング７６のみぞ部分８０は、１
組の前向きのみぞ８４ばかりでなく、１組の後向きのみ
ぞ８６も備えており、それぞれのみぞはランド領域８８
により分離される。これらの２組のみぞ８４、８６は、
みぞ部分８０の表面の領域を画定する個別多角形９０に
おいて相交わり、これらの交差領域を含む多角形９０の
それぞれはマイクロダム９２により区切られる。
【００２８】マイクロダム９２は、各みぞがシールリン
グの両面間の流体の接続を維持できるという要件を満た
すならば、いかなる幅でもよい。４インチの直径をもつ
軸とともに使用されるシールの場合、マイクロダム９２
の好ましい幅は約０．０２５インチである。シールリン
グ７６の面に対するマイクロダム９２の高さは、図４に
示すように、ダム部分８２およびランド領域８８と同じ
高さであるのが好ましい。みぞのないすべての表面、す
なわちダム部分８２、ランド領域８８およびマイクロダ
ム９２は同一平面にある。
グの両面間の流体の接続を維持できるという要件を満た
すならば、いかなる幅でもよい。４インチの直径をもつ
軸とともに使用されるシールの場合、マイクロダム９２
の好ましい幅は約０．０２５インチである。シールリン
グ７６の面に対するマイクロダム９２の高さは、図４に
示すように、ダム部分８２およびランド領域８８と同じ
高さであるのが好ましい。みぞのないすべての表面、す
なわちダム部分８２、ランド領域８８およびマイクロダ
ム９２は同一平面にある。
【００２９】図３に示したシールパターンは、シール面
上の螺旋みぞのパターンを示すが、本発明で使用するた
めのその他のみぞ経路のパターンも考えられる。たとえ
ば、みぞを直線にし、内径の円周に接触するようにみぞ
を配することができる。また、みぞを内径の円周に対し
てさまざまな角度で配したり、さまざまなみぞを複数の
角度の組み合わせで配することもできる。
上の螺旋みぞのパターンを示すが、本発明で使用するた
めのその他のみぞ経路のパターンも考えられる。たとえ
ば、みぞを直線にし、内径の円周に接触するようにみぞ
を配することができる。また、みぞを内径の円周に対し
てさまざまな角度で配したり、さまざまなみぞを複数の
角度の組み合わせで配することもできる。
【００３０】本発明のもうひとつの好ましい実施例は、
ほぼ同一の平面に多数のマイクロダムをもつ１表面を確
保し、さらにマイクロダムの表面間にみぞ付きの複数の
表面のみをもつようなシール面のパターンである。図５
はこの実施例に従ったシール面のパターンをもつリング
７６’を例示しており、この場合は図３に示した実施例
の対応寸法８０、８２の場合よりも、みぞ部分８０’の
半径方向の寸法がダム部分８２’よりもかなり大きい。
この相対的な半径方向の寸法差は、環状のみぞ付き部分
８０’の表面積に反映することとなり、この表面積は環
状のダム部分８２’の表面積よりかなり大きくなる。
ほぼ同一の平面に多数のマイクロダムをもつ１表面を確
保し、さらにマイクロダムの表面間にみぞ付きの複数の
表面のみをもつようなシール面のパターンである。図５
はこの実施例に従ったシール面のパターンをもつリング
７６’を例示しており、この場合は図３に示した実施例
の対応寸法８０、８２の場合よりも、みぞ部分８０’の
半径方向の寸法がダム部分８２’よりもかなり大きい。
この相対的な半径方向の寸法差は、環状のみぞ付き部分
８０’の表面積に反映することとなり、この表面積は環
状のダム部分８２’の表面積よりかなり大きくなる。
【００３１】図３の実施例からのもうひとつの大きな相
違点は、図５の実施例のパターンは、図３および４に示
したランド領域８８のようなランド領域を欠いているこ
とである。みぞ部分８０’の表面は、平面のみぞ付き表
面上の前方および後方に傾いた螺旋形マイクロダムのレ
ース細工パターンであるのが効果的である。螺旋形マイ
クロダムは、ほぼダイヤモンドのような形をした４辺多
角形９４、およびほぼ三角のような形をした３辺多角形
９６などのような多角形の表面を画定する。これらの表
面は、マイクロダムの表面の平面の下に位置するくぼん
だ領域またはみぞ付きの領域である。これらのみぞ付き
の多角形の表面９４および９６の深さは約２００乃至４
００マイクロインチであり、これは図２に示した従来の
リング２６のみぞ７０のみぞの深さより深い。さまざま
な表面９４、９６の深さは均一でもよいが、みぞ付きの
表面が均一である必要はない。
違点は、図５の実施例のパターンは、図３および４に示
したランド領域８８のようなランド領域を欠いているこ
とである。みぞ部分８０’の表面は、平面のみぞ付き表
面上の前方および後方に傾いた螺旋形マイクロダムのレ
ース細工パターンであるのが効果的である。螺旋形マイ
クロダムは、ほぼダイヤモンドのような形をした４辺多
角形９４、およびほぼ三角のような形をした３辺多角形
９６などのような多角形の表面を画定する。これらの表
面は、マイクロダムの表面の平面の下に位置するくぼん
だ領域またはみぞ付きの領域である。これらのみぞ付き
の多角形の表面９４および９６の深さは約２００乃至４
００マイクロインチであり、これは図２に示した従来の
リング２６のみぞ７０のみぞの深さより深い。さまざま
な表面９４、９６の深さは均一でもよいが、みぞ付きの
表面が均一である必要はない。
【００３２】図５に示した実施例のもうひとつの特徴
は、シール面のへりにある３辺多角形の表面９８であ
る。これらの表面は、表面のへりと斜角をなすマイクロ
ダムにより画定される。これらの表面９８がみぞ付きで
はないが、マイクロダムの表面と同一平面にある場合
は、これらの表面が環状のみぞ付き部分８０’の中心に
向けて配されるならば、時計方向または反時計方向のい
ずれかでのリングの回転により、リングのへりから流体
をポンピングするリングの可能性がより大きくなると判
定された。この場合、ポンピングされた流体は、両シー
ル面の間に適正なギャップを維持するのに十分なスチフ
ネスと厚さを保つ。さらに、マイクロダムの構造と多角
４辺形の表面９４によりシール能力が維持され、これは
両シール面の間のギャップを通しての流体の漏れをかな
り減らす。
は、シール面のへりにある３辺多角形の表面９８であ
る。これらの表面は、表面のへりと斜角をなすマイクロ
ダムにより画定される。これらの表面９８がみぞ付きで
はないが、マイクロダムの表面と同一平面にある場合
は、これらの表面が環状のみぞ付き部分８０’の中心に
向けて配されるならば、時計方向または反時計方向のい
ずれかでのリングの回転により、リングのへりから流体
をポンピングするリングの可能性がより大きくなると判
定された。この場合、ポンピングされた流体は、両シー
ル面の間に適正なギャップを維持するのに十分なスチフ
ネスと厚さを保つ。さらに、マイクロダムの構造と多角
４辺形の表面９４によりシール能力が維持され、これは
両シール面の間のギャップを通しての流体の漏れをかな
り減らす。
【００３３】平面で測定する場合、マイクロダムの幅は
約０．００１乃至約０．１００インチの範囲をとりうる
が、この幅は約０．０２５インチであるのが好ましい。
また、先に述べたように、みぞ付きの表面の深さは約５
０乃至約８００マイクロインチであり、この深さは約３
５０マイクロインチであるのが好ましい。
約０．００１乃至約０．１００インチの範囲をとりうる
が、この幅は約０．０２５インチであるのが好ましい。
また、先に述べたように、みぞ付きの表面の深さは約５
０乃至約８００マイクロインチであり、この深さは約３
５０マイクロインチであるのが好ましい。
【００３４】好ましい実施例では、リングの材料は炭化
タングステンであり、リング７６’は図１に断面を示し
たシールのリング２６と同様の、回転する対面リングと
して使用される。みぞ付きの表面は当業者に周知の方法
により作成される。
タングステンであり、リング７６’は図１に断面を示し
たシールのリング２６と同様の、回転する対面リングと
して使用される。みぞ付きの表面は当業者に周知の方法
により作成される。
【００３５】図６Ａは、図５のシールリング７６’の拡
大断面図である。図６Ａの断面図を拡大したのは、図６
Ｂの圧力プロファイルの相対的近似プロットを与えるた
めである。図６Ａおよび図６Ｂは、互いに上下に配置し
たので、図５に示したリングの内径（Ｉ．Ｄ．）から外
径（Ｏ．Ｄ．）までとられた半径方向の位置と図６Ｂの
圧力プロファイルの間の縦座標（Ｘ軸）沿いには、一致
が存在する。図６Ｂの圧力プロファイルは使用時におけ
るリング７６’の物理モデルを例示するにすぎないこと
を理解する必要がある。個々の多角形のみぞ付き表面９
４は、３次元なので、みぞ付き表面９４の圧力プロファ
イルを単純な形式で表現することはできない。このた
め、図６Ｂの圧力プロファイルは、リング７６’を通し
てとった仮定的な断面スライスの近似的表現にすぎな
い。
大断面図である。図６Ａの断面図を拡大したのは、図６
Ｂの圧力プロファイルの相対的近似プロットを与えるた
めである。図６Ａおよび図６Ｂは、互いに上下に配置し
たので、図５に示したリングの内径（Ｉ．Ｄ．）から外
径（Ｏ．Ｄ．）までとられた半径方向の位置と図６Ｂの
圧力プロファイルの間の縦座標（Ｘ軸）沿いには、一致
が存在する。図６Ｂの圧力プロファイルは使用時におけ
るリング７６’の物理モデルを例示するにすぎないこと
を理解する必要がある。個々の多角形のみぞ付き表面９
４は、３次元なので、みぞ付き表面９４の圧力プロファ
イルを単純な形式で表現することはできない。このた
め、図６Ｂの圧力プロファイルは、リング７６’を通し
てとった仮定的な断面スライスの近似的表現にすぎな
い。
【００３６】図６Ｂの圧力プロファイルは、リング７
６’の表面沿いの複数の点で仮定的にとった相対圧力を
示す。内径（Ｉ．Ｄ．）における圧力は大気圧であり、
ＰATMで示す。外径（Ｏ．Ｄ．）における圧力は密封圧
力であり、ＰODで示す。
６’の表面沿いの複数の点で仮定的にとった相対圧力を
示す。内径（Ｉ．Ｄ．）における圧力は大気圧であり、
ＰATMで示す。外径（Ｏ．Ｄ．）における圧力は密封圧
力であり、ＰODで示す。
【００３７】従来のすべてのギャップ型シールと同様
に、この実施例でＯ．Ｄ．に位置する密封流体は、ギャ
ップを通して、高圧側（ここではＯ．Ｄ．）から大気圧
（ＰAT M）（Ｉ．Ｄ．にある）に向けてリングの表面上
を漏出する。Ｏ．Ｄ．にある流体は、ポンピング作用に
より生み出される入口効果で、三角形のみぞなし隆起表
面９８により内部へ推進される。図５を参照すれば、表
面９８の所期の“ポンピング”機能に理想的に適した
Ｏ．Ｄ．の円周と三角形の表面９８のへり１００の間に
は、鋭角ａが存在するのがわかるだろう。配備状況に有
効なａの好ましい角度範囲は１０゜乃至３０゜であり、
好ましい実施例の場合の角度ａは約１５゜に等しいだろ
う。リングが回転すると、隆起表面またはオフセット表
面９８の前縁が高圧側において流体上のスキマー（ｓｋ
ｉｍｍｅｒ）として作用し、円周から内部へ流体をポン
ピングまたは推進させる。
に、この実施例でＯ．Ｄ．に位置する密封流体は、ギャ
ップを通して、高圧側（ここではＯ．Ｄ．）から大気圧
（ＰAT M）（Ｉ．Ｄ．にある）に向けてリングの表面上
を漏出する。Ｏ．Ｄ．にある流体は、ポンピング作用に
より生み出される入口効果で、三角形のみぞなし隆起表
面９８により内部へ推進される。図５を参照すれば、表
面９８の所期の“ポンピング”機能に理想的に適した
Ｏ．Ｄ．の円周と三角形の表面９８のへり１００の間に
は、鋭角ａが存在するのがわかるだろう。配備状況に有
効なａの好ましい角度範囲は１０゜乃至３０゜であり、
好ましい実施例の場合の角度ａは約１５゜に等しいだろ
う。リングが回転すると、隆起表面またはオフセット表
面９８の前縁が高圧側において流体上のスキマー（ｓｋ
ｉｍｍｅｒ）として作用し、円周から内部へ流体をポン
ピングまたは推進させる。
【００３８】再び図６Ａおよび図６Ｂを参照するなら
ば、Ｏ．Ｄ．からポンピングされる流体は、流体バリヤ
ーとして作用する最初のマイクロダム、またはもっとも
外側のマイクロダム９６に達する。相対圧力は、マイク
ロダム９６の外壁にもっとも近い点の方がより大きくな
る。ついで、次のみぞ付き表面９４を画定するマイクロ
ダムの内壁に達するまで、圧力はマイクロダム９６によ
り形成されるバリヤーごしに降下する。
ば、Ｏ．Ｄ．からポンピングされる流体は、流体バリヤ
ーとして作用する最初のマイクロダム、またはもっとも
外側のマイクロダム９６に達する。相対圧力は、マイク
ロダム９６の外壁にもっとも近い点の方がより大きくな
る。ついで、次のみぞ付き表面９４を画定するマイクロ
ダムの内壁に達するまで、圧力はマイクロダム９６によ
り形成されるバリヤーごしに降下する。
【００３９】各マイクロダム９６は、所定の半径でシー
ル面の円周に接触する、当の所定の半径に垂直な接線に
対して鋭角をなすのがわかる。こうして、みぞ付き表面
９４のそれぞれにおける流体はリング７６’が回転する
とマイクロダム９６により内部へポンピングされ、内部
へのポンピングの結果圧力が軽く増加する。各マイクロ
ダム９６はバリヤーとして作用するので、それに応じて
各マイクロダム９６ごしに圧力が降下する。外径の近く
から内径部に向けて表面で測定値をとると、みぞ付き表
面９４における相対圧力も低下する。図６Ｂの圧力プロ
ファイルに示されているように、マイクロダム９６によ
り生み出される段階的低下から生じる圧力バリヤーのた
めに、リング７６’の表面ごしの流体の漏れが最少限に
抑えられる。
ル面の円周に接触する、当の所定の半径に垂直な接線に
対して鋭角をなすのがわかる。こうして、みぞ付き表面
９４のそれぞれにおける流体はリング７６’が回転する
とマイクロダム９６により内部へポンピングされ、内部
へのポンピングの結果圧力が軽く増加する。各マイクロ
ダム９６はバリヤーとして作用するので、それに応じて
各マイクロダム９６ごしに圧力が降下する。外径の近く
から内径部に向けて表面で測定値をとると、みぞ付き表
面９４における相対圧力も低下する。図６Ｂの圧力プロ
ファイルに示されているように、マイクロダム９６によ
り生み出される段階的低下から生じる圧力バリヤーのた
めに、リング７６’の表面ごしの流体の漏れが最少限に
抑えられる。
【００４０】従来のみぞ面シールと同様に、ダム部分８
２’で表面ごしの最大の圧力降下が生じ、その圧力は大
気圧ＰATMまで降下できる。とはいえ、ダム８２’ごし
の圧力降下はより小さい。なぜなら、段階的低下のため
に、ダム８２’により形成される外壁と内径の間の相対
圧力が低下したからである。圧力降下量の減少により、
本発明のマイクロダム構造を採用するシールからの全体
的な流体の漏出量がさらに減少する。
２’で表面ごしの最大の圧力降下が生じ、その圧力は大
気圧ＰATMまで降下できる。とはいえ、ダム８２’ごし
の圧力降下はより小さい。なぜなら、段階的低下のため
に、ダム８２’により形成される外壁と内径の間の相対
圧力が低下したからである。圧力降下量の減少により、
本発明のマイクロダム構造を採用するシールからの全体
的な流体の漏出量がさらに減少する。
【００４１】図５および図６Ａに示した実施例に関する
上記の流体の圧力の分析は、図３および図４の実施例で
示したシール面のパターンにも適用できるだろう。構造
における相違点、たとえば図３および図４の実施例で与
えたランドの表面８８は、図３および図４に示したリン
グ７６の回転が始まるときの螺旋方向の流体の流れの経
路設定以上のことを、考慮するものである。さもなけれ
ば、外径から内径に向けて測った場合、マイクロダムは
圧力の一連の段階的低下をもたらすという同一の機能を
果たす。
上記の流体の圧力の分析は、図３および図４の実施例で
示したシール面のパターンにも適用できるだろう。構造
における相違点、たとえば図３および図４の実施例で与
えたランドの表面８８は、図３および図４に示したリン
グ７６の回転が始まるときの螺旋方向の流体の流れの経
路設定以上のことを、考慮するものである。さもなけれ
ば、外径から内径に向けて測った場合、マイクロダムは
圧力の一連の段階的低下をもたらすという同一の機能を
果たす。
【００４２】また、マイクロダムは時計方向または反時
計方向のいずれかでシールリングを回転させることもで
きる。マイクロダムは、バリヤーにおいて圧力を強める
ばかりでなく、大気側から高圧側への空気流のような流
体の流れも制限する。
計方向のいずれかでシールリングを回転させることもで
きる。マイクロダムは、バリヤーにおいて圧力を強める
ばかりでなく、大気側から高圧側への空気流のような流
体の流れも制限する。
【００４３】本発明を完全に理解したならば、当業者に
はその他の代替の配置が明らかだろう。たとえば、マイ
クロダムは、単方向の螺旋みぞ型のシール面に採用でき
る。また、静止リング上への螺旋みぞの配置、または外
径部における大気圧でのダム８２または８２’の配置、
および内径部におけるポンピング表面９８の配備などの
ような、その他の変更もまた本発明の範囲内にある。
はその他の代替の配置が明らかだろう。たとえば、マイ
クロダムは、単方向の螺旋みぞ型のシール面に採用でき
る。また、静止リング上への螺旋みぞの配置、または外
径部における大気圧でのダム８２または８２’の配置、
および内径部におけるポンピング表面９８の配備などの
ような、その他の変更もまた本発明の範囲内にある。
【図１】本発明に従って使用されるメカニカル面シール
の断面の側面図である。
の断面の側面図である。
【図２】従来の螺旋形のみぞのパターンをもつシールリ
ングの端面図である。
ングの端面図である。
【図３】本発明に従う隆起パターンの構成をもつシール
リングの端面図である。
リングの端面図である。
【図４】ほぼＩＶ−ＩＶ線に沿ってとった図３のシール
リングの断面図である。
リングの断面図である。
【図５】本発明に従う隆起パターンの構成をもつシール
リングの別の実施例の端面図である。
リングの別の実施例の端面図である。
【図６】図６Ａは、ほぼＶＩ−ＶＩ線に沿ってとった図
５のシールリングの実施例の拡大断面図であり、図６Ｂ
は、Ｘ軸沿いのほぼ同じ寸法に従う図６Ａの隆起パター
ンの圧力プロファイルの近似プロットである。
５のシールリングの実施例の拡大断面図であり、図６Ｂ
は、Ｘ軸沿いのほぼ同じ寸法に従う図６Ａの隆起パター
ンの圧力プロファイルの近似プロットである。
１０ ハウジング １２ 回転軸 １４ スペース ２０ 主シールリング ２２ 面 ２４ 面 ２６ 対面リング ７０ みぞ ７６ シールリング ７６’ シールリング ７８ シール面 ８０ みぞ部分 ８０’ みぞ部分 ８２ ダム部分 ８２’ ダム部分 ８４ みぞ ８６ みぞ ８８ ランド領域 ９０ 多角形 ９２ マイクロダム ９４ 多角形 ９６ 多角形 ９８ 表面
Claims (38)
- 【請求項１】 半径方向に拡がる対向する面を備えた静
止状態のシールリングと相対的に回転するシールリング
を有し、該リングの一方は密封状態でハウジングに取り
付けられ、他方は密封状態で軸に取り付けられるギャッ
プ型のみぞ付き面シールにおいて、該リングの少なくと
も一方は、 少なくとも一方の該リングの面の一方の円周から内側に
拡がる複数の不連続のみぞ付き表面を有するみぞ付き部
分であって、該みぞ付き表面は不連続パターンで該リン
グの面ごしに拡がり、かつ該みぞ付き表面の間に拡がる
複数のマイクロダムにより画定され、該マイクロダムは
みぞ付き表面からオフセットされ、かつもっとも外側の
接触表面における該マイクロダムの幅は複数のみぞ付き
表面により形成される凹部の幅よりかなり小さく、該マ
イクロダムは該みぞ付き表面のそれぞれの境界沿いに配
され、それにより複数の不連続の該みぞ付き表面は互い
に隣接するリング面上に配される複数のみぞ付き多角形
の表面をほぼ構成し、個々のマイクロダムは該みぞ付き
多角形の表面のそれぞれと該みぞ付き多角形の隣接表面
の間に配されるものを有することと、 少なくとも一方の該リングの面の他方の円周から内側に
拡がるみぞなし部分を有することを含むシール面を有す
るギャップ型シール。 - 【請求項２】 前記みぞ付き部分は、前記面の外側の円
周から前記面の中心に向けて拡がる環状の帯であること
を特徴とする請求項１記載のシール。 - 【請求項３】 前記みぞ付き部分は、前記面の内側の円
周から前記面の中心に向けて拡がる環状の帯であること
を特徴とする請求項１記載のシール。 - 【請求項４】 前記複数のみぞ付き表面は、さらに複数
の螺旋みぞのパターンを含み、予め定められた数の螺旋
みぞは、２つの隣接する螺旋みぞの間に配される複数の
多角形のランド表面により画定かつ分離され、該ランド
表面のそれぞれは、じかに隣接する螺旋マイクロダムの
２対により仕切られ、かつオフセットされた複数のマイ
クロダムの表面のほぼ平面にその表面を有し、隣接する
マイクロダムの該対の一方は軸の回転方向に対して後方
に傾けられ、隣接するマイクロダムの該対の他方は前方
に傾けられることを特徴とする請求項１記載のシール。 - 【請求項５】 前記複数のランドは、交互のみぞとラン
ドの表面を有する複数の多角形の表面領域により画定さ
れるパターンをとり、それにより面の平面にあるそれぞ
れのランドの表面が複数のみぞ付き表面により完全に取
り囲まれることを特徴とする請求項４記載のシール。 - 【請求項６】 前記みぞ付き部分は、さらに複数のみぞ
付き表面を含み、該みぞ付き表面は、螺旋経路において
該リングの一方の面の一方の円周から内側に拡がる複数
の不連続の螺旋みぞを画定し、複数の不連続の該螺旋み
ぞは、該みぞの該螺旋経路ごしに複数のマイクロダムを
含み、該螺旋みぞのそれぞれは複数の螺旋形のランド領
域により隣接する各螺旋みぞから分離されることを特徴
とする請求項１記載のシール。 - 【請求項７】 前記複数の不連続の螺旋みぞは、該シー
ル面の回転方向に対してともに前方および後方に傾けら
れ、それにより複数の不連続の該螺旋みぞは該みぞ部分
の表面ごしに交差区画を画定し、前記複数のランド領域
は、セグメント化され、さらに前記の複数のマイクロダ
ムは、軸の回転方向に対して前方および後方に傾けられ
た複数の螺旋みぞにより形成される該区画ごしに、該ラ
ンド領域のセグメントのそれぞれから隣接するランド領
域のセグメントまで拡がることを特徴とする請求項６記
載のシール。 - 【請求項８】 前記複数のみぞ付き表面に対する前記複
数のランド領域を画定する表面の高さは、該みぞ付き表
面に対する前記複数のマイクロダムの表面の高さとほぼ
同じであることを特徴とする請求項７記載のシール。 - 【請求項９】 前記高さは、約２５マイクロインチから
約１５００マイクロインチまでの範囲にあることを特徴
とする請求項８記載のシール。 - 【請求項１０】 前記高さは、約３５０マイクロインチ
であることを特徴とする請求項９記載のシール。 - 【請求項１１】 前記複数のマイクロダムの幅は、前記
複数のみぞ付き表面からオフセットされた高さにあるマ
イクロダムの表面で測定した場合、約０．００１乃至約
０．１００インチであることを特徴とする請求項１０記
載のシール。 - 【請求項１２】 前記マイクロダムの幅は、約０．０２
５インチであることを特徴とする請求項１１記載のシー
ル。 - 【請求項１３】 前記複数のみぞ付き表面に対する前記
複数のランド領域を画定する表面の高さは、該みぞ付き
表面に対する前記の複数のマイクロダムの表面の高さと
ほぼ同じであることを特徴とする請求項６記載のシー
ル。 - 【請求項１４】 前記面の前記一方の円周に配される複
数の入口ランド領域をさらに含み、前記複数のみぞ付き
多角形表面領域の表面に対する該入口ランド領域の高さ
は、前記複数のマイクロダムの高さにほぼ等しく、該入
口ランド領域のそれぞれは、該シール面の円周および少
なくとも２つのマイクロダムにより区切られ、それによ
り該入口ランド領域のそれぞれは、該円周における接線
に対する少なくとも１つの鋭角により画定され、かつそ
れにより該リングが回転すると、少なくとも１つの該鋭
角が該一方の円周から内部へ密封流体を推進させる前縁
を形成することを特徴とする請求項１記載のシール。 - 【請求項１５】 前記複数の不連続の螺旋みぞは、該シ
ール面の回転方向に対してともに前方および後方に傾け
られ、それにより前記複数の入口ランド領域はほぼ三角
の形状をもち、その２つの鋭角は円周における接線に対
して配置され、それにより一方向にリングが回転すると
前記一方の鋭角が前縁を形成し、反対方向にリングが回
転すると前記他方の鋭角が前縁を形成し、これらの前縁
は前記一方の円周から密封流体を内部へ推進させるよう
にすることを特徴とする請求項１４記載のシール。 - 【請求項１６】 前記複数のみぞ付き表面に対する前記
の複数の入口ランド領域を画定する表面の高さは、該み
ぞ付き表面に対する前記のマイクロダムの表面の高さと
ほぼ同じであり、この高さは約２５マイクロインチから
約１５００マイクロインチまでの範囲にあることを特徴
とする請求項１５記載のシール。 - 【請求項１７】 前記高さは、約３５０マイクロインチ
であることを特徴とする請求項１６記載のシール。 - 【請求項１８】 前記マイクロダムの幅は、前記複数の
みぞ付き表面からオフセットされた高さにあるマイクロ
ダムの表面で測定した場合、約０．００１乃至約０．１
００インチであることを特徴とする請求項１７記載のシ
ール。 - 【請求項１９】 前記マイクロダムの幅は、約０．０２
５インチであることを特徴とする請求項１８記載のシー
ル。 - 【請求項２０】 メカニカル面シールにおける一方のリ
ングの面に対するみぞの配置において、 リングの面の一方の円周から内側に拡がる環状のみぞな
しダム部分と、 リングの面ごしに他方の円周から内側に拡がるみぞ付き
部分であって、このみぞ付き部分は軸の回転に対して前
方および後方に傾けられたみぞを含み、みぞ付き部分は
該みぞの間に複数のランドを含み、前方に傾けられた該
みぞは、後方に傾けられた該みぞと交差し、かつどちら
のタイプのみぞにも共通した該みぞ部分の複数の第１個
別領域ならびに該みぞの一方のみに関連する複数の第２
個別領域を画定し、かつさらに複数の該第１個別領域と
複数の該第２個別領域の間に複数のマイクロダムとを含
むメカニカル面シールにおける一方のリングの面に対す
るみぞの配置。 - 【請求項２１】 前記複数のマイクロダムは、前記複数
のランドにより画定される複数の表面と同一平面にある
複数の表面をさらに含むことを特徴とする請求項２０記
載のみぞの配置。 - 【請求項２２】 前記複数のマイクロダムの幅は、前記
マイクロダムの表面を含む前記平面で測定した場合、約
０．００１乃至約０．１００インチであることを特徴と
する請求項２１記載のみぞの配置。 - 【請求項２３】 前記複数のマイクロダムの幅は、約
０．０２５インチであることを特徴とする請求項２２記
載のみぞの配置。 - 【請求項２４】 半径方向に拡がる対向する面を備えた
静止状態のシールリングと主シールリングとを有し、該
リングの一方は密封状態でハウジングに取り付けられ、
他方は軸に取り付けられるみぞシールにおいて、 交差する内向きおよび外向きのみぞを有するみぞ付き部
分であって、前記内向きおよび外向きの螺旋みぞの間の
表面交差領域は、複数のマイクロダムにより区切られる
複数の多角形のみぞ付き表面を含み、複数のマイクロダ
ムは前記みぞ交差領域をみぞ非交差領域から分離し、該
みぞ非交差領域がランドを画定するものと、 リングの面の他方の円周から内側に拡がるみぞなしダム
部分とを有するシール。 - 【請求項２５】 前記みぞ付き部分は、前記面の外側の
円周から前記面の中心に向けて拡がることを特徴とする
請求項２４記載のシール。 - 【請求項２６】 前記みぞ付き部分は、前記面の内側の
円周から前記面の中心に向けて拡がることを特徴とする
請求項２５記載のシール。 - 【請求項２７】 前記複数のマイクロダムは、前記複数
のランドにより画定される複数の表面と同一平面にある
複数の表面をさらに含むことを特徴とする請求項２４記
載のみぞの配置。 - 【請求項２８】 前記複数のマイクロダムの幅は、前記
マイクロダムの表面を含む前記平面で測定した場合、約
０．００１乃至約０．１００インチであることを特徴と
する請求項２７記載のみぞの配置。 - 【請求項２９】 前記複数のマイクロダムの前記幅は、
約０．０２５インチであることを特徴とする請求項２８
記載のみぞの配置。 - 【請求項３０】 リングの面の一方の円周から内側に拡
がる環状のみぞなしダム部分と、 リングの面の他方の円周から内側に拡がる一連の個別に
交差する前方および後方に傾けられた複数のマイクロダ
ムを含むマイクロダム部分であって、各マイクロダムは
他のマイクロダムとほぼ同じ平面に表面を有し、前記複
数のマイクロダムは、マイクロダムの表面の平面とは異
なる少なくとも１つの平面において軸方向にくぼんだ複
数の多角形の表面を画定するものとを有するメカニカル
面シールにおける一方のリングの面に対するみぞの配
置。 - 【請求項３１】 前記複数のマイクロダムの表面の平面
は、前記くぼんだ複数の多角形の表面に対して一定の高
さにあり、この高さは約２５乃至約１５００マイクロイ
ンチの範囲にあることを特徴とする請求項３０記載のみ
ぞの配置。 - 【請求項３２】 前記高さは、約３５０マイクロインチ
であることを特徴とする請求項３１記載のみぞの配置。 - 【請求項３３】 前記複数のマイクロダムの幅は、前記
マイクロダムの表面で測定した場合、約０．０２５イン
チであることを特徴とする請求項３２記載のみぞの配
置。 - 【請求項３４】 半径方向に拡がる対向する面を備えた
静止状態のシールリングと相対的に回転するシールリン
グを有し、前記リングの一方は密封状態でハウジングに
取り付けられ、他方は密封状態で軸に取り付けられるギ
ャップ型のみぞ付き面シールにおいて、前記リングの少
なくとも一方は、 前記リングの少なくとも一方の面の一方の円周から内側
に拡がる複数のみぞ付き表面を含むみぞ付き部分であっ
て、該複数のみぞ付き表面は、該みぞ付き表面の間に拡
がる複数のランドにより画定されるパターンで該リング
の面ごしに拡がり、該複数のランドは複数のみぞ付き表
面からオフセットされ、かつ該みぞ付き部分の面ごしに
配され、該複数のランドは、シールリングの面の前記の
一方の円周の円周方向のへりと該入口ランドのそれぞれ
の一方のへりを一致させることにより画定される複数の
入口ランドをさらに含み、該入口ランドのそれぞれの半
径方向に拡がるへりは、シールリングの回転方向に対し
て前方に傾けられ、別の半径方向に拡がるへりは後方に
傾けられ、それにより前記前方および後方に傾むけられ
たへりが、それぞれ接線に対する該シールリングの円周
方向のへりと一定の交差角を画定し、該交差角のそれぞ
れは約１０度乃至約３０度であり、それにより該入口ラ
ンドのそれぞれの前方に傾けられた半径方向に拡がるへ
りのそれぞれの該交差角が、いずれかの方向での軸の回
転時に該シールリング面に入口効果をもたらすものと、 該リングの面の他方の円周から内側に拡がるみぞなし部
分と含むシール面を有するシール。 - 【請求項３５】 前記みぞ付き部分は、前記面の外側の
円周から前記面の中心に向けて拡がる環状の帯であるこ
とを特徴とする請求項３４記載のシール。 - 【請求項３６】 前記みぞ付き部分は、前記面の内側の
円周から前記面の中心に向けて拡がる環状の帯であるこ
とを特徴とする請求項３４記載のシール。 - 【請求項３７】 前記みぞ付き部分は、複数の入口ラン
ドをさらに含み、前記の交差角は約１５度であることを
特徴とする請求項３４記載のシール。 - 【請求項３８】 前記みぞ付き部分は、複数の入口ラン
ドをさらに含み、前記の交差角は約１５度であることを
特徴とする請求項３５記載のシール。
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