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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-07-31
(54)【発明の名称】バイメタルシール
(51)【国際特許分類】
   F16J 15/08 20060101AFI20230724BHJP
【FI】
F16J15/08 U
F16J15/08 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022577741
(86)(22)【出願日】2021-06-30
(85)【翻訳文提出日】2023-01-10
(86)【国際出願番号】 US2021039903
(87)【国際公開番号】W WO2022010711
(87)【国際公開日】2022-01-13
(31)【優先権主張番号】63/049,394
(32)【優先日】2020-07-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】500149223
【氏名又は名称】サン-ゴバン パフォーマンス プラスティックス コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】110003281
【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ジョージ、ダグラス
(72)【発明者】
【氏名】アーミテージ、マーク、ダブリュー.
【テーマコード(参考)】
3J040
【Fターム(参考)】
3J040AA01
3J040BA03
3J040EA03
3J040EA18
3J040EA25
3J040FA02
3J040HA30
(57)【要約】

システム及び方法は、アセンブリのための環状バイメタルシールを提供することを含む。バイメタルシールは、第1の材料から形成された第1のシーリング構成要素と、第1の材料とは異なる第2の材料から形成された第2のシーリング構成要素と、第1のシーリング構成要素と第2のシーリング構成要素との間に形成された接合部と、を含む。バイメタルシールは、異なる金属材料から形成された第1のアセンブリ構成要素と第2のアセンブリ構成要素との間に、半径方向シールを形成するように構成される。第1の材料及び第2の材料の熱膨張係数(CTE)は、極度の動作温度において、アセンブリの構成要素の異なる金属材料間に半径方向シールを維持するように構成されている。
【選択図】図1

【特許請求の範囲】
【請求項1】
環状バイメタルシールであって、
第1の材料から形成された第1のシーリング構成要素と、
前記第1の材料とは異なる第2の材料から形成された第2のシーリング構成要素と、
前記第1のシーリング構成要素と前記第2のシーリング構成要素との間に形成された接合部と、を備える、環状バイメタルシール。
【請求項2】
前記第1のシーリング構成要素が、(1)第1のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成する第1の弓状部分と、(2)第1の接合特徴部と、を備え、前記第2のシーリング構成要素が、(1)第2のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成する第2の弓状部分と、(2)第2の接合特徴部と、を備える、請求項1に記載のバイメタルシール。
【請求項3】
前記第1のシーリング構成要素及び前記第2のシーリング構成要素のうちの少なくとも1つが、前記弓状部分と前記接合特徴部との間に配置された直線状部分を備える、請求項2に記載のバイメタルシール。
【請求項4】
前記第1の接合特徴部及び前記第2の接合特徴部のうちの少なくとも一方が、接合空洞を備え、前記第1の接合特徴部及び前記第2の接合特徴部のうちの他方が、前記接合部を形成するように前記接合空洞内に受容される接合脚部を備える、請求項2に記載のバイメタルシール。
【請求項5】
前記接合脚部が直線状であり、前記接合脚部が、実質的に軸方向若しくは実質的に半径方向、又はこれらの組み合わせに延在する、請求項4に記載のバイメタルシール。
【請求項6】
前記接合脚部が、前記接合脚部の外周に沿って隆起部を形成する対向する弓状回旋部を備える、請求項4に記載のバイメタルシール。
【請求項7】
前記第1の接合特徴部が弓状接合部分を備え、前記第2の接合特徴部が、相補的な弓状接合部分を備え、前記弓状接合部分及び前記相補的な弓状接合部分が、少なくとも部分的に重なり合う、請求項2に記載のバイメタルシール。
【請求項8】
前記バイメタルシールが、前記第1の接合特徴部及び前記第2の接合特徴部を少なくとも部分的に受容するように構成された少なくとも1つの空洞を有するリテーナを備える、請求項2に記載のバイメタルシール。
【請求項9】
前記第1のシーリング構成要素の前記第1の材料が金属材料であり、前記第2のシーリング構成要素の前記第2の材料が金属材料であり、前記第1の材料が前記第2の材料とは異なる、請求項1に記載のバイメタルシール。
【請求項10】
前記第1のシーリング構成要素の前記第1の材料の熱膨張係数(CTE)が、前記第2のシーリング構成要素の前記第2の材料のCTEとは異なる、請求項9に記載のバイメタルシール。
【請求項11】
前記第1のシーリング構成要素の前記第1の材料の前記CTEが、前記第2のシーリング構成要素の前記第2の材料の前記CTEより高い、請求項10に記載のバイメタルシール。
【請求項12】
前記接合部に漏出経路が存在しない、請求項1に記載のバイメタルシール。
【請求項13】
前記第1のシーリング構成要素及び前記第2のシーリング構成要素のうちの少なくとも1つの内部に配置された支持リング又は支持ばねを更に備える、請求項1に記載のバイメタルシール。
【請求項14】
前記第1のシーリング構成要素が、環の内径(ID)を画定する第1のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成するように構成され、前記第2のシーリング構成要素が、環の外径(OD)を画定する第2のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成するように構成され、前記第1のアセンブリ構成要素が、第1の金属材料から形成され、前記第2のアセンブリ構成要素が、前記第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から形成される、請求項1に記載のバイメタルシール。
【請求項15】
前記第1のシーリング構成要素の前記第1の材料の前記CTEが、前記第1のアセンブリ構成要素の前記第1の金属材料の前記CTEより低く、前記第2のアセンブリ構成要素の前記第2の金属材料の前記CTEより高く、前記第2のシーリング構成要素の前記第2の材料の前記CTEが、前記第2のアセンブリ構成要素の前記第2の金属材料の前記CTEより高く、前記第1のアセンブリ構成要素の前記第1の金属材料の前記CTEより低い、請求項14に記載のバイメタルシール。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
シールは、アセンブリの構成要素間の漏れを防止するために、多くの産業用途で使用されている。高温航空宇宙用途及びモータースポーツ用途における進歩により、異なる熱膨張特性を有する異なる材料から形成される嵌合構成要素が次第に使用されるようになっている。これらの用途において高温に曝される場合、均質な金属材料から形成された従来の金属シールは、嵌合する構成要素の熱膨張特性の差に起因して、シールの内径又は外径上で過剰圧縮又は過小圧縮される場合があり、それによって、冷却時に漏れが生じる。したがって、産業界は、このような用途のためのシール技術の改善を要求し続けている。
【図面の簡単な説明】
【0002】
実施形態の特徴及び利点が達成され、より詳細に理解され得るように、添付の図面に示されるその実施形態を参照することによって、より具体的な説明が行われてもよい。しかしながら、図面は、いくつかの実施形態のみを示し、したがって、その他の同等に有効な実施形態が存在し得るため、範囲を限定するものと見なされるべきではない。
図1】本開示の一実施形態による、環状バイメタルシールを有するアセンブリの断面図である。
図2】本開示の一実施形態による、環状バイメタルシールを有するアセンブリの断面図である。
図3】本開示の一実施形態による、環状バイメタルシールを有するアセンブリの断面図である。
図4】本開示の一実施形態による、環状バイメタルシールを有するアセンブリの断面図である。
図5】本開示の一実施形態による、環状バイメタルシールを有するアセンブリの断面図である。
図6】本開示の一実施形態による、環状バイメタルシールを有するアセンブリの断面図である。
図7】本開示の一実施形態による、環状バイメタルシールを有するアセンブリの断面図である。
図8】本開示の一実施形態による、環状バイメタルシールを有するアセンブリの断面図である。
図9】本開示の一実施形態による、環状バイメタルシールを有するアセンブリの断面図である。
図10】本開示の一実施形態による、環状バイメタルシールを形成する方法の流れ図である。
図11】本開示の一実施形態による、アセンブリ内に配置された環状バイメタルシールの応力分布を示す断面図である。
【0003】
異なる図面における同じ参照符号の使用は、同様の又は同一の項目を示す。
【発明を実施するための形態】
【0004】
図1は、本開示の一実施形態による、環状バイメタルシール150を有するアセンブリ100の部分断面図である。いくつかの実施形態では、アセンブリ100は、航空宇宙エンジンのエンジンダクトアセンブリ又は排気構成要素を含んでもよい。その他の実施形態では、アセンブリ100は、ターボ及び排気構成要素、又は自動車エンジンの排気構成要素を含んでもよい。更にその他の実施形態では、アセンブリ100は、地上パワータービンオイルミストシステムを含んでもよい。代替実施形態では、アセンブリ100は、流体密封シールを必要とする任意のその他の好適な用途を備えてもよい。アセンブリ100は、一般に、第1のアセンブリ構成要素102及び第2のアセンブリ構成要素104を備えてもよい。第1のアセンブリ構成要素102は、一般に、環106の内径(ID)を画定してもよい。いくつかの実施形態では、第1のアセンブリ構成要素102は、プローブ、シャフト又は内管を備えてもよい。第2のアセンブリ構成要素104は、一般に、第1のアセンブリ構成要素102の周囲に環状に配置されてもよく、環106の外径(OD)を画定してもよい。いくつかの実施形態では、第2のアセンブリ構成要素104は、ハウジング又は外管を備えてもよい。
【0005】
高温用途における進歩により、異なる熱膨張特性を有する異なる材料から形成される嵌合構成要素が次第に使用される場合がある。いくつかの実施形態では、第1のアセンブリ構成要素102は、一般に、第1の金属材料から形成されてもよく、第2のアセンブリ構成要素104は、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から形成されてもよい。したがって、第1のアセンブリ構成要素102を形成する第1の金属材料の熱膨張係数(CTE)は、第2のアセンブリ構成要素104を形成する第2の金属材料のCTEと異なってもよい。いくつかの実施形態では、第1の金属材料のCTEは、第2の金属材料のCTEより高いものになり得る。しかしながら、その他の実施形態では、第1の金属材料のCTEは、第2の金属材料のCTE未満であり得る。特定の実施形態では、第1の金属材料は、鋼又はステンレス鋼を含んでもよい。したがって、第1の金属のCTEは、約8.5in/in-°F(15.3cm/cm-℃)、約8.75in/in-°F(15.75cm/cm-℃)、約9in/in-°F(16.2cm/cm-℃)、約9.25in/in-°F(16.65cm/cm-℃)、約9.5in/in-°F(17.1cm/cm-℃)、約9.75in/in-°F(17.55cm/cm-℃)又は約10in/in-°F(18.0cm/cm-℃)であってもよい。特定の実施形態では、第2の金属材料は、チタン又はチタン合金を含んでもよい。したがって、第2の金属材料のCTEは、約4in/in-°F(7.2cm/cm-℃)、約4.25in/in-°F(7.65cm/cm-℃)、約4.5in/in-°F(8.1cm/cm-℃)、約4.75in/in-°F(8.55cm/cm-℃)又は約5in/in-°F(9.0cm/cm-℃)であってもよい。
【0006】
環状バイメタルシール150は、一般に、環106内で、第1のアセンブリ構成要素102と第2のアセンブリ構成要素104との間に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、シール150は、第1のアセンブリ構成要素102と第2のアセンブリ構成要素104との間に締まり嵌めを含んでもよい。更に、シール150は、第1のアセンブリ構成要素102と第2のアセンブリ構成要素104との間に半径方向シールを提供するように、構成されてもよい。シール150は、一般に、第1のシーリング構成要素152、第2のシーリング構成要素154及び第1のシーリング構成要素152と第2のシーリング構成要素154との間に形成された接合部156を備えてもよい。したがって、第1のシーリング構成要素152は、第1のアセンブリ構成要素102と共に半径方向シールを形成するように構成されてもよく、一方で、第2のシーリング構成要素154は、第2のアセンブリ構成要素104と共に半径方向シールを形成するように構成されている。
【0007】
第1のシーリング構成要素152は、一般に、第1のアセンブリ構成要素102及び接合特徴部160と共に半径方向シールを形成する弓状部分158を備えてもよい。第2のシーリング構成要素154は、一般に、第2のアセンブリ構成要素104及び接合特徴部164と共に半径方向シールを形成する弓状部分162を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素152の接合特徴部160は、弓状屈曲部172によって接合された対向する直線状脚部168、170を備える接合空洞166を備えてもよく、第2のシーリング構成要素154の接合特徴部164は、接合部156を形成するために接合空洞166内に受容される接合脚部174を備えてもよい。いくつかの実施形態では、接合脚部174は直線状であってもよい。更に、いくつかの実施形態では、接合脚部174は、環106に対して実質的に軸方向に延在してもよい。しかしながら、代替実施形態では、接合特徴部160、164は、第1のシーリング構成要素152が接合特徴部164を備え、第2のシーリング構成要素154が接合特徴部160を備えるように、入れ替えられてもよい。
【0008】
いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素152及び第2のシーリング構成要素154のうちの1つ以上は、3D印刷されてもよい、又は任意のその他の好適なプロセスによって形成されてもよい。接合部156は、一般に、第1のシーリング構成要素152と第2のシーリング構成要素154との間に漏出経路が存在しないように、形成されてもよい。いくつかの実施形態では、接合部156は、第2のシーリング構成要素154の接合脚部174が第1のシーリング構成要素152の接合空洞166内へと挿入されるように、第1のシーリング構成要素152及び第2のシーリング構成要素154を3D印刷することによって、形成されてもよい。いくつかの実施形態では、接合部156は、第2のシーリング構成要素154の接合脚部174を第1のシーリング構成要素152の接合空洞166内へと物理的に挿入し、次に、接合部に、超音波溶接、レーザ焼結、機械的圧着、冷間圧延(クーロン接合)、ブレイジング又はこれらの組み合わせなどの1つ以上の接合部形成プロセスを施すことによって、形成されてもよい。いくつかの実施形態では、接合脚部174を接合空洞166内へと挿入する際に、また接合部形成プロセスを実行する前に、接合脚部174は、接合空洞166の対向する直線状脚部168、170のうちの1つ以上と接触していてもよい。更に、いくつかの実施形態では、接合部156は、超音波溶接、レーザ焼結、機械的圧着、冷間圧延(クーロン接合)、ブレイジング、3D印刷又はこれらの任意の組み合わせによって、形成されてもよい。
【0009】
均質な金属材料から形成された従来の金属シールは、アセンブリ100の嵌合構成要素102、104の熱膨張特性の差に起因して、シールの内径又は外径上で過剰圧縮される場合があるので、異なる金属材料間でのシール形成は、高い動作温度での特有の課題を引き起こす。しかしながら、いくつかの実施形態では、シール150は、アセンブリ100のそれぞれの嵌合構成要素102、104の熱膨張特性の差を補正するために、バイメタル構造から形成されてもよい。
【0010】
したがって、いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素152の第1の材料は金属材料であってもよく、第2のシーリング構成要素154の第2の材料は金属材料であってもよい。更に、いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素152の第1の材料は、第2のシーリング構成要素154の第2の材料と異なってもよい。異なる材料から形成されたシーリング構成要素152、154を有するバイメタルシールを有することによって、第1のシーリング構成要素152の第1の材料の熱膨張係数(CTE)は、第2のシーリング構成要素154の第2の材料のCTEとは異なってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第1のアセンブリ構成要素102の第1の金属材料のCTEが第2のアセンブリ構成要素104の第2の金属材料のCTEより高い場合、第1のシーリング構成要素152の第1の材料のCTEは、第2のシーリング構成要素154の第2の材料のCTEより高いものになり得る。しかしながら、第1のアセンブリ構成要素102の第1の金属材料のCTEが第2のアセンブリ構成要素104の第2の金属材料のCTEより低い実施形態では、第1のシーリング構成要素152の第1の材料のCTEは、第2のシーリング構成要素154の第2の材料のCTEより低いものになり得る。
【0011】
いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素152の第1の材料のCTEは、第1のアセンブリ構成要素102の第1の金属材料のCTEより低いものになり得、第2のアセンブリ構成要素104の第2の金属材料のCTEより高いものになり得る。いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素152の第1の材料は、Inconel(登録商標)などのニッケル-クロム系合金、ニッケル系合金、ニッケル、チタン又はタングステンを含んでもよい。したがって、第1のシーリング構成要素152の第1の材料は、第1のアセンブリ構成要素102の第1の金属材料に対して同様の、又は相対的な比率で、膨張及び/又は収縮するように、構成されてもよい。
【0012】
いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素152の第1の材料のCTEは、第1のアセンブリ構成要素102の第1の金属材料のCTEより、少なくとも5%低い、少なくとも10%低い、少なくとも15%低い、少なくとも20%低い、少なくとも25%低い、少なくとも30%低い、少なくとも35%低い、少なくとも40%低い、又は少なくとも50%低いものと同じであってもよい。いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素152の第1の材料のCTEは、第1のアセンブリ構成要素の第1の金属材料のCTEより、95%以下で低い、90%以下で低い、85%以下で低い、80%以下で低い、75%以下で低い、65%以下で低い、60%以下で低い、55%以下で低い、又は50%以下で低いものになり得る。更に、第1のシーリング構成要素152の第1の材料のCTEは、第1のアセンブリ構成要素102の第1の金属材料のCTEより、少なくとも5%低い~95%以下で低い、あるいは少なくとも20%低い~30%以下で低いなど、これらの最小値と最大値とのいずれかの間であってもよいことが、理解されよう。
【0013】
いくつかの実施形態では、第2のシーリング構成要素154の第2の材料のCTEは、第2のアセンブリ構成要素104の第2の金属材料のCTEより高く、第1のアセンブリ構成要素102の第1の金属材料のCTEより低いものになり得る。なお、いくつかの実施形態では、第2のシーリング構成要素154の第2の材料は、Haynes(登録商標)242(登録商標)などのニッケル-モリブデンクロム合金、ステンレス鋼、ばね鋼、鋼、アルミニウム、亜鉛、銅、マグネシウム、スズ、白金、鉛、鉄又は青銅を含んでもよい。したがって、第2のシーリング構成要素154の第2の材料は、第2のアセンブリ構成要素104の第2の金属材料に対して同様の、又は相対的な比率で、膨張及び/又は収縮するように、構成されてもよい。
【0014】
いくつかの実施形態では、第2のシーリング構成要素154の第2の材料のCTEは、第2のアセンブリ構成要素104の第2の金属材料のCTEより、少なくとも5%高い、少なくとも10%高い、少なくとも15%高い、少なくとも20%高い、少なくとも25%高い、少なくとも30%高い、少なくとも35%高い、少なくとも40%高い、少なくとも45%高い、少なくとも50%高い、少なくとも55%高い、少なくとも60%高い、少なくとも65%高い、少なくとも70%高い、又は少なくとも75%高いものと同じであってもよい。いくつかの実施形態では、第2のシーリング構成要素154の第2の材料のCTEは、第2のアセンブリ構成要素104の第2の金属材料のCTEより、100%超以下、95%超以下、90%超以下、85%超以下、80%超以下、又は75超%以下であってもよい。更に、第2のシーリング構成要素154の第2の材料のCTEは、第2のアセンブリ構成要素104の第2の金属材料のCTEより、少なくとも5%高い~95%超以下、あるいは少なくとも65%高い~75%超以下など、これらの最小値と最大値とのいずれかの間であってもよいことが、理解されよう。
【0015】
図2は、本開示の一実施形態による、環状バイメタルシール250を有するアセンブリ100の部分断面図である。シール250は、一般に、シール150と実質的に同様であってもよく、第1のシーリング構成要素252、第2のシーリング構成要素254及び第1のシーリング構成要素252と第2のシーリング構成要素254との間に形成された接合部256を備えてもよい。第1のシーリング構成要素252は、一般に、第1のアセンブリ構成要素102及び接合特徴部260と共に半径方向シールを形成する弓状部分258を備えてもよい。第2のシーリング構成要素254は、一般に、第2のアセンブリ構成要素104及び接合特徴部264と共に半径方向シールを形成する弓状部分262を備えてもよい。なお、いくつかの実施形態では、第2のシーリング構成要素254は、弓状部分262と接合特徴部264との間に配置された直線状部分276を備えてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素252は、弓状部分258と接合特徴部260との間に配置された直線状部分276と実質的に同様の直線状部分を備えてもよい。
【0016】
いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素252の接合特徴部260は、弓状屈曲部272によって接合された対向する直線状脚部268、270を備える接合空洞266を備えてもよく、第2のシーリング構成要素254の接合特徴部264は、接合部256を形成するために接合空洞266内に受容される接合脚部274を備えてもよい。しかしながら、代替実施形態では、接合特徴部260、264は、第1のシーリング構成要素252が接合特徴部264を備え、第2のシーリング構成要素254が接合特徴部260を備えるように、入れ替えられてもよい。更に、シール250は、シール150と実質的に同様の様式で、アセンブリ100のそれぞれの嵌合部品102、104の熱膨張特性の差を補正するために、バイメタル構造から形成されてもよいことが、理解されよう。接合部256はまた、シール150に関して開示されるものと実質的に同様の様式で形成されてもよい。
【0017】
図3は、本開示の一実施形態による、環状バイメタルシール350を有するアセンブリ100の部分断面図である。シール350は、一般に、シール150と実質的に同様であってもよく、第1のシーリング構成要素352、第2のシーリング構成要素354及び第1のシーリング構成要素352と第2のシーリング構成要素354との間に形成された接合部356を備えてもよい。第1のシーリング構成要素352は、一般に、第1のアセンブリ構成要素102及び接合特徴部360と共に半径方向シールを形成する弓状部分358を備えてもよい。いくつかの実施形態では、弓状部分358は、接合特徴部が実質的に半径方向に配向される、及び/又は接合空洞366が第2のアセンブリ構成要素104に向かって開放されるように、可変半径を含んでもよい。第2のシーリング構成要素354は、一般に、第2のアセンブリ構成要素104及び接合特徴部364と共に半径方向シールを形成する弓状部分362を備えてもよい。なお、いくつかの実施形態では、第2のシーリング構成要素354は、弓状部分362と接合特徴部364との間に配置された対向する弓状部分378を備えてもよく、これによって、接合脚部374は、実質的に半径方向に配向される、及び/又は第1のアセンブリ構成要素102に向かって延在する。
【0018】
いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素352の接合特徴部360は、弓状屈曲部372によって接合された対向する直線状脚部368、370を備える接合空洞366を備えてもよく、第2のシーリング構成要素354の接合特徴部364は、接合部356を形成するために接合空洞366内に受容される接合脚部374を備えてもよい。いくつかの実施形態では、接合部356は、実質的に半径方向に配向されてもよい。しかしながら、代替実施形態では、接合特徴部360、364は、第1のシーリング構成要素352が接合特徴部364を備え、第2のシーリング構成要素354が接合特徴部360を備えるように、入れ替えられてもよい。更に、シール350は、1つ以上のシール150と実質的に同様の様式で、アセンブリ100のそれぞれの嵌合部品102、104の熱膨張特性の差を補正するために、バイメタル構造から形成されてもよいことが、理解されよう。接合部356はまた、シール150に関して開示されるものと実質的に同様の様式で形成されてもよい。シール350の代替実施形態は、アセンブリ100における動作に好適なバイメタルシールを形成するために、任意の数の弓状回旋部及び/又は直線状部分を備えてもよい。
【0019】
図4は、本開示の一実施形態による、環状バイメタルシール450を有するアセンブリ100の部分断面図である。
【0020】
シール450は、一般に、1つ以上のシール150、250と実質的に同様であってもよく、第1のシーリング構成要素452、第2のシーリング構成要素454及び第1のシーリング構成要素452と第2のシーリング構成要素454との間に形成された接合部456を備えてもよい。第1のシーリング構成要素452は、一般に、第1のアセンブリ構成要素102及び接合特徴部464と共に半径方向シールを形成する弓状部分458を備えてもよい。第2のシーリング構成要素454は、一般に、第2のアセンブリ構成要素104及び接合特徴部460と共に半径方向シールを形成する弓状部分462を備えてもよい。なお、いくつかの実施形態では、第2のシーリング構成要素454は、弓状部分462と接合特徴部460との間に配置された直線状部分476を備えてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素252は、弓状部分458と接合特徴部464との間に配置された直線状部分476と実質的に同様の直線状部分を備えてもよい。
【0021】
いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素452の接合特徴部464は、接合脚部474の外周の周囲にシーリング隆起部を形成する複数の対向する弓状回旋部480を有する接合脚部474を備えてもよく、第2のシーリング構成要素454の接合特徴部460は、弓状屈曲部472によって接合された対向する直線状脚部468、470を備える接合空洞466を備えてもよい。いくつかの実施形態では、対向する弓状回旋部480は、接合部456を強化し得る。いくつかの実施形態では、接合部456は、実質的に軸方向に配向されてもよい。しかしながら、代替実施形態では、接合部特徴460、464は、シール250に関して示されるように、第1のシーリング構成要素452が接合部特徴460を備え、第2のシーリング構成要素454が接合特徴部164を備えるように入れ替えられてもよい。更に、シール450は、1つ以上のシール150、250と実質的に同様の様式で、アセンブリ100のそれぞれの嵌合部品102、104の熱膨張特性の差を補正するために、バイメタル構造から形成されてもよいことが、理解されよう。接合部456はまた、シール150に関して開示されるものと実質的に同様の様式で形成されてもよい。シール450の代替実施形態は、アセンブリ100における動作に好適なバイメタルシールを形成するために、任意の数の弓状回旋部及び/又は直線状部分を備えてもよい。
【0022】
図5は、本開示の一実施形態による、環状バイメタルシール550を有するアセンブリ100の部分断面図である。シール550は、一般に、シール150と実質的に同様であってもよく、第1のシーリング構成要素552、第2のシーリング構成要素554及び第1のシーリング構成要素552と第2のシーリング構成要素554との間に形成された接合部556を備えてもよい。第1のシーリング構成要素552は、一般に、第1のアセンブリ構成要素102及び接合特徴部560と共に半径方向シールを形成する弓状部分558を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素552はまた、弓状部分558と接合特徴部560との間に配置された直線状部分582を備えてもよい。第2のシーリング構成要素554は、一般に、第2のアセンブリ構成要素104及び接合特徴部564と共に半径方向シールを形成する弓状部分562を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第2のシーリング構成要素554は、弓状部分562と接合特徴部564との間に配置された直線状部分576を備えてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素552及び/又は第2のシーリング構成要素554は、それぞれ、直線状部分580、576を含まなくてもよい。
【0023】
いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素552の接合特徴部560は、弓状接合部分を備えてもよく、第2のシーリング構成要素554の接合特徴部564は、相補的な弓状接合部分を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素552の弓状接合部分及び第2のシーリング構成要素554の相補的な弓状接合部分は、少なくとも部分的に重なり合ってもよい。したがって、いくつかの実施形態では、シーリング構成要素552、554のそれぞれは、均一な厚さを備えてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素552及び第2のシーリング構成要素554の重なり合う弓状接合部は、個々のシーリング構成要素552、554の厚さより高い厚さを含んでもよい。更に、シール550は、シール150と実質的に同様の様式で、アセンブリ100のそれぞれの嵌合部品102、104の熱膨張特性の差を補正するために、バイメタル構造から形成されてもよいことが、理解されよう。接合部556はまた、シール150に関して開示されるものと実質的に同様の様式で形成されてもよい。
【0024】
図6は、本開示の一実施形態による、環状バイメタルシール650を有するアセンブリ100の断面図である。シール650は、一般に、1つ以上のシール150、550と実質的に同様であってもよく、第1のシーリング構成要素652、第2のシーリング構成要素654及び第1のシーリング構成要素652と第2のシーリング構成要素654との間に形成された接合部656を備えてもよい。第1のシーリング構成要素652は、一般に、第1のアセンブリ構成要素102及び接合特徴部560と共に半径方向シールを形成する弓状部分658を備えてもよい。第2のシーリング構成要素654は、一般に、第2のアセンブリ構成要素104及び接合特徴部664と共に半径方向シールを形成する弓状部分662を備えてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素652及び/又は第2のシーリング構成要素654は、それらのそれぞれの弓状部分658、662と接合特徴部660、664との間に配置された直線状部分を備えてもよい。
【0025】
いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素652の接合特徴部660は、弓状接合部分を備えてもよく、第2のシーリング構成要素654の接合特徴部664は、相補的な弓状接合部分を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素652の弓状接合部分及び第2のシーリング構成要素654の相補的な弓状接合部分は、少なくとも部分的に重なり合ってもよい。更に、いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素652の弓状接合部分及び第2のシーリング構成要素654の相補的な弓状接合部分は、シール650が実質的に均一な厚さを備え得るように、テーパ状又は弓状のテーパ状であってもよい。更に、シール650は、1つ以上のシール150、550と実質的に同様の様式で、アセンブリ100のそれぞれの嵌合部品102、104の熱膨張特性の差を補正するために、バイメタル構造から形成されてもよいことが、理解されよう。接合部656はまた、シール150、550のうちの1つ以上に関して開示されるものと実質的に同様の様式で形成されてもよい。
【0026】
図7は、本開示の一実施形態による、環状バイメタルシール750を有するアセンブリ100の断面図である。シール750は、一般に、シール150と実質的に同様であってもよく、第1のシーリング構成要素752、第2のシーリング構成要素754及び第1のシーリング構成要素752と第2のシーリング構成要素754との間に形成された接合部756を備えてもよい。第1のシーリング構成要素752は、一般に、第1のアセンブリ構成要素102及び接合特徴部760と共に半径方向シールを形成する弓状部分758を備えてもよい。第2のシーリング構成要素754は、一般に、第2のアセンブリ構成要素104及び接合特徴部764と共に半径方向シールを形成する弓状部分762を備えてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素752及び/又は第2のシーリング構成要素754は、それらのそれぞれの弓状部分758、762と接合特徴部760、764との間に配置された直線状部分を備えてもよい。
【0027】
いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素752の接合特徴部760は、直線状接合部分を備えてもよく、第2のシーリング構成要素754の接合特徴部764は、直線状接合部分を備えてもよい。なお、接合部756は、第1のシーリング構成要素752の接合特徴部760の直線状接合部分を少なくとも部分的に受容するように構成される第1の空洞792を有し、また第1の空洞792の反対側にあり、第2のシーリング構成要素754の接合特徴部764の直線状接合部分を少なくとも部分的に受容するように構成される第2の空洞794を有する、リテーナ790を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素752の直線状部分及び第2のシーリング構成要素754の直線状接合部分は、半径方向に位置合わせされてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、リテーナ790は、第1のシーリング構成要素752と第2のシーリング構成要素754との間に、少なくとも部分的に半径方向に配置されてもよい。更に、シール750は、シール150と実質的に同様の様式で、アセンブリ100のそれぞれの嵌合部品102、104の熱膨張特性の差を補正するために、バイメタル構造から形成されてもよいことが、理解されよう。接合部756はまた、シール150に関して開示されるものと実質的に同様の様式で形成されてもよい。
【0028】
図8は、本開示の一実施形態による、環状バイメタルシール850を有するアセンブリ100の断面図である。シール850は、一般に、1つ以上のシール150、750と実質的に同様であってもよく、第1のシーリング構成要素852、第2のシーリング構成要素854及び第1のシーリング構成要素852と第2のシーリング構成要素854との間に形成された接合部856を備えてもよい。第1のシーリング構成要素852は、一般に、第1のアセンブリ構成要素102及び接合特徴部860と共に半径方向シールを形成する弓状部分858を備えてもよい。第2のシーリング構成要素854は、一般に、第2のアセンブリ構成要素104及び接合特徴部864と共に半径方向シールを形成する弓状部分862を備えてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素852及び/又は第2のシーリング構成要素854は、それらのそれぞれの弓状部分858、862と接合特徴部860、864との間に配置された直線状部分を備えてもよい。
【0029】
いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素852の接合特徴部860は、直線状接合部分を備えてもよく、第2のシーリング構成要素854の接合特徴部864は、直線状接合部分を備えてもよい。なお、接合部856は、第1のシーリング構成要素852の接合特徴部860の直線状接合部分及び第2のシーリング構成要素854の接合特徴部864の直線状接合部分を少なくとも部分的に受容するように構成される、空洞896を有する、リテーナ890を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素852の直線状部分及び第2のシーリング構成要素854の直線状接合部分は、リテーナ890によって接触状態を維持されてもよい。更に、シール850は、1つ以上のシール150、750と実質的に同様の様式で、アセンブリ100のそれぞれの嵌合部品102、104の熱膨張特性の差を補正するために、バイメタル構造から形成されてもよいことが、理解されよう。接合部856はまた、シール150、750のうちの1つ以上に関して開示されるものと実質的に同様の様式で形成されてもよい。
【0030】
図9は、本開示の一実施形態による、環状バイメタルシール950を有するアセンブリ100の断面図である。シール950は、一般に、本明細書に開示されるシール150、250、350、450、550、650、750、850のうちのいずれかを表してもよく、第1のシーリング構成要素952と、第2のシーリング構成要素954と、接合部956と、を備えてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、シール950は、1つ以上の支持リング992、994を備えてもよい。いくつかの実施形態では、シール950は、第1のシーリング構成要素952内に配置された支持リング992を備えてもよい。いくつかの実施形態では、支持リング992は、アセンブリ100の環106の内径(ID)に隣接して配置されてもよい。いくつかの実施形態では、支持リング992は、一般に、IDに向かって第1のシーリング構成要素952上に半径方向力を及ぼすように、構成されてもよい。いくつかの実施形態では、シール950は、第2のシーリング構成要素954内に配置された支持リング994を備えてもよい。いくつかの実施形態では、支持リング994は、アセンブリ100の環106の外径(OD)に隣接して配置されてもよい。いくつかの実施形態では、支持リング994は、一般に、ODに向かって第2のシーリング構成要素954上に半径方向力を及ぼすように、構成されてもよい。更に、いくつかの実施形態では、シール950は、両方の支持リング992、994を備えてもよい。
【0031】
いくつかの実施形態では、支持リング992、994は中実リングを含んでもよい。いくつかの実施形態では、支持リング992、994は中空リングを含んでもよい。いくつかの実施形態では、支持リング992、994は、「キーリング」ばね又はその他の弾性ばねを含んでもよい。更に、いくつかの実施形態では、支持リング992、994は、中実リング、中空リング、キーリングばね又はその他の弾性ばねの任意の組み合わせを含んでもよい。支持リング992、994は、一般に、Haynes(登録商標)242(登録商標)などのニッケル-モリブデンクロム合金、ステンレス鋼、ばね鋼、鋼、アルミニウム、亜鉛、銅、マグネシウム、スズ、白金、鉛、鉄又は青銅などの弾性金属材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、支持リング992、994は、窒化又は炭素窒化表面処理などのコーティング及び/又は表面処理を含んでもよい。
【0032】
いくつかの実施形態では、支持リング992は、第1のアセンブリ構成要素102、第1のシーリング構成要素952又はこれらの組み合わせと同じ材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、支持リング994は、第2のアセンブリ構成要素104、第2のシーリング構成要素954又はこれらの組み合わせと同じ材料から形成されてもよい。例えば、第1のアセンブリ構成要素102が300系ステンレス鋼から形成される場合、支持リング992もまた300系ステンレス鋼から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、支持リング992は、第1のアセンブリ構成要素102、第1のシーリング構成要素952又はこれらの組み合わせとは異なる材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、支持リング994は、第2のアセンブリ構成要素104、第2のシーリング構成要素954又はこれらの組み合わせとは異なる材料から形成されてもよい。例えば、第1のアセンブリ構成要素102が300系ステンレス鋼から形成される場合、支持リング992は718ステンレス鋼から形成されてもよい。したがって、支持リング992、994は、本明細書で開示されるシール150、250、350、450、550、650、750、850の実施形態に従って機能するために、それらのそれぞれの構成要素102、952、104、954のうちの1つ以上と実質的に同様のCTEを含んでもよいことが、理解されよう。
【0033】
支持リング992、994は、一般に、第1のアセンブリ構成要素952及び/又は第2のアセンブリ構成要素954が、300系ステンレス鋼などの十分な強度を提供しない材料から形成される場合に、利用されてもよい。これは、第1のシーリング構成要素952及び/又は第2のシーリング構成要素952の材料がCTEに基づいて選択される場合に、生じ得る。本明細書に開示されるように、材料は、種々のアセンブリ構成要素102、104及びそれぞれのシーリング構成要素952、954のCTEを厳密に整合させるように、CTEに基づいて選択されてもよい。したがって、支持リング992、994は、少なくとも華氏1000度(摂氏約535度)以上の温度などの高温でシールが確実に機能することも可能にしながら、シール950に高い剛性を提供し得る。
【0034】
シール150、250、350、450、550、650、750、850、950の実施形態は、アセンブリ100における特定の用途に好適な任意の寸法を含んでもよい。いくつかの実施形態では、環106のID及び/又はバイメタルシール150、250、350、450、550、650、750、850、950のIDは、少なくとも5mm、少なくとも6mm、少なくとも7mm、少なくとも8mm、少なくとも9mm、少なくとも10mm、少なくとも25mm、少なくとも50mm、少なくとも75mm、少なくとも100mm、少なくとも150mm、少なくとも200mm、少なくとも250mm、少なくとも300mm、あるいはそれ以上であってもよい。いくつかの実施形態では、環106のOD及び/又はバイメタルシール150、250、350、450、550、650、750、850、950のODは、少なくとも10mm、少なくとも11mm、少なくとも12mm、少なくとも13mm、少なくとも14mm、少なくとも15mm、少なくとも25mm、少なくとも50mm、少なくとも75mm、少なくとも100mm、少なくとも150mm、少なくとも200mm、少なくとも250mm、少なくとも300mm、少なくとも500mm、少なくとも1000mm、あるいはそれ以上であってもよい。
【0035】
図10は、本開示の一実施形態による、環状バイメタルシール150、250、350、450、550、650、750、850、950を形成する方法1000の流れ図である。方法1000は、ブロック1002において、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852を形成することによって、開始されてもよい。いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852を形成することは、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852を3D印刷することを含んでもよい。方法1000は、ブロック1004において、第2のシーリング構成要素154、254、354、454、554、654、754、854を形成することによって、継続されてもよい。いくつかの実施形態では、第2のシーリング構成要素を形成することは、第2のシーリング構成要素を3D印刷することを含んでもよい。方法1000は、ブロック1006において、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552と第2のシーリング構成要素154、254、354、454、554との間に接合部156、256、356、456、556、656、756、856を形成することによって、継続されてもよい。いくつかの実施形態では、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852と第2のシーリング構成要素154、254、354、454、554、654、754、854との間に接合部156、256、356、456、556、656、756、856を形成することは、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852を第2のシーリング構成要素154、254、354、454、554、654、754、854に超音波溶接することと、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852を第2のシーリング構成要素154、254、354、454、554、654、754、854にレーザ焼結することと、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852を第2のシーリング構成要素154、254、354、454、554、654、754、854に機械的に圧着することと、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852を第2のシーリング構成要素154、254、354、454、554、654、754、854に冷間圧延(クーロン接合)することと、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852を第2のシーリング構成要素154、254、354、454、554、654、754、854にブレイジングすることと、その他については、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852若しくは第2のシーリング構成要素154、254、354、454、554、654、754、854を3D印刷すること、又はこれらの組み合わせと、を含んでもよい。
【0036】
いくつかの実施形態では、方法1000はまた、異なる金属材料から形成された第1のアセンブリ構成要素102と第2のアセンブリ構成要素104との間にバイメタルシール150、250、350、450、550、650、750、850を設置し、これによって、第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852が第1のアセンブリ構成要素102と共に半径方向シールを形成し、第2のシーリング構成要素154、254、354、454、554、654、754、854が第2のアセンブリ構成要素104と共に半径方向シールを形成することを含んでもよい。いくつかの実施形態では、方法1000はまた、バイメタルシール150、250、350、450、550、650、750、850、950を、少なくとも華氏500度(摂氏約260度)、少なくとも華氏600度(摂氏約315度)、少なくとも華氏700度(摂氏約370度)、少なくとも華氏800度(摂氏約425度)、少なくとも華氏900度(摂氏約480度)、又は少なくとも華氏1000度(摂氏約535度)の動作温度に曝すことと、第1のアセンブリ構成要素102と第2のアセンブリ構成要素104との間に流体密封シールを維持することと、を含んでもよい。
【0037】
図11は、本開示の一実施形態による、アセンブリ100内に配置された環状バイメタルシール250の応力分布を示す断面図である。シール250が示されているが、シール150、350、450、550、650、750、850、950の実施形態のいずれかの応力分布は、実質的に同様の性能を示し得ることが、理解されよう。図示の実施形態では、第1のアセンブリ構成要素102は、約10μin/in-°FのCTEを有するステンレス鋼304から形成されてもよく、第2のアセンブリ構成要素104は、約4μin/in-°FのCTEを有するチタン6242から形成されてもよい。代表的実施形態では、第1のシーリング構成要素252は、約7.8μin/in-°FのCTEを有するInconelから形成され、第2のシーリング構成要素は、6.5μin/in-°FのCTEを有するHaynes(登録商標)242(登録商標)から形成されてもよい。代表的実施形態は、1000°Fで試験された。このような様式で試験された均質な金属材料から形成された従来のシールは、内側シール脚部又は外側シール脚部において1平方インチ当たり100,000ポンド(約690MPa)を超える場合があるが、他方のシール脚部は、約50,000psi(約345MPa)の応力、約50,000psi(約345MPa)の差を受ける場合があり、これは、シールの損失及び/又は従来のシールの全体的な破損をもたらす場合がある。
【0038】
第1のシーリング構成要素252が第1のアセンブリ構成要素102に接触する場所で測定された応力は、約46,000psi(約317MPa)であり、第2のシーリング構成要素254が第2のアセンブリ構成要素104に接触する場所で測定された応力は、約53,000psi(約365MPa)であった。接合部256における応力は、シール250に存在する最も低い応力の一部であってもよい。応力の差は約7,000psi(約48MPa)である。これらの動作温度において、シール150、250、350、450、550、650、750、850、950は、第1のアセンブリ構成要素102と第2のアセンブリ構成要素104との間に適切な半径方向シールを維持し得る。これは、部分的には、図示されているように、シーリング構成要素252、254のそれぞれにおいて応力が実質的に同様であることに起因し得る。いくつかの実施形態では、シール150、250、350、450、550、650、750、850、950における第1のシーリング構成要素152、252、352、452、552、652、752、852の応力と第2のシーリング構成要素154、254、354、454、554、654、754、854の応力との間の差は、100kpsi(約690MPa)以下、90kpsi(約620MPa)以下、80kpsi(約550MPa)以下、70kpsi(約480MPa)以下、60kpsi(約415MPa)以下、50kpsi(約345MPa)以下、25kpsi(約175MPa)以下、20kpsi(約140MPa)以下、15kpsi(約105MPa)以下、10kpsi(約70MPa)以下、7kpsi(約50MPa)以下、又は5kpsi(約35MPa)以下であってもよい。したがって、本明細書で開示されるバイメタルシール150、250、350、450、550、650、750、850、950の実施形態は、アセンブリ100内の嵌合構成要素102、104の異なる金属材料間に形成された環内に高温で流体密封シールを提供するのに好適であり、したがって、アセンブリ100のそれぞれの嵌合構成要素102、104の熱膨張特性における差を補正し得ることが、理解されよう。
【0039】
アセンブリ100、環状バイメタルシール150、250、350、450、550、650、750、850、950及び/又は方法1000の実施形態は、以下の1つ以上を含んでもよい。
実施形態1.環状バイメタルシールであって、第1の材料から形成された第1のシーリング構成要素と、第1の材料とは異なる第2の材料から形成された第2のシーリング構成要素と、第1のシーリング構成要素と第2のシーリング構成要素との間に形成された接合部と、を備える、環状バイメタルシール。
実施形態2.第1のシーリング構成要素が、第1のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成するように構成され、第2のシーリング構成要素が、第2のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成するように構成されている、実施形態1に記載のバイメタルシール。
実施形態3.アセンブリであって、第1のアセンブリ構成要素と、第1のアセンブリ構成要素の周囲に配置された第2のアセンブリ構成要素と、第1のアセンブリ構成要素と第2のアセンブリ構成要素との間に配置された環状バイメタルシールと、を備え、シールが、第1の材料から形成され、第1のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成するように構成された第1のシーリング構成要素と、第1の材料とは異なる第2の材料から形成され、第2のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成するように構成された第2のシーリング構成要素と、第1のシーリング構成要素と第2のシーリング構成要素との間に形成された接合部と、を備える、アセンブリ。
実施形態4.第1のアセンブリ構成要素が環の内径(ID)を画定し、第2のアセンブリ構成要素が環の外径(OD)を画定する、実施形態1~2のいずれかに記載のバイメタルシール又は実施形態3に記載のアセンブリ。
実施形態5.第1のシーリング構成要素が、(1)第1のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成する弓状部分と、(2)接合特徴部と、を備える、実施形態1~4のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態6.第1のシーリング構成要素が、弓状部分と接合特徴部との間に配置された直線状部分を備える、実施形態5に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態7.第2のシーリング構成要素が、(1)第2のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成する弓状部分と、(2)接合特徴部と、を備える、実施形態1~6のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態8.第2のシーリング構成要素が、弓状部分と接合特徴部との間に配置された直線状部分を備える、実施形態7に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態9.第1のシーリング構成要素の接合特徴部が接合空洞であり、第2のシーリング構成要素の接合特徴部が、接合部を形成するために接合空洞内に受容される接合脚部である、実施形態7~8のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態10.接合脚部が直線状である、実施形態9に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態11.接合脚部が、接合脚部の外周に沿って隆起部を形成する対向する弓状回旋部を備える、実施形態9に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態12.接合脚部が、実質的に軸方向に又は実質的に半径方向に延在する、実施形態10~11のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態13.第1のシーリング構成要素の接合特徴部が弓状接合部分を含み、第2のシーリング構成要素の接合特徴部が相補的な弓状接合部分を含み、弓状接合部分及び相補的な弓状接合部分が少なくとも部分的に重なり合う、実施形態7~8のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態14.バイメタルシールが、第1のシーリング構成要素を少なくとも部分的に受容するように構成された第1の空洞を有し、第1の空洞の反対側にあり、第2のシーリング構成要素を少なくとも部分的に受容するように構成された第2の空洞を有するリテーナを備え、リテーナが、第1のシーリング構成要素と第2のシーリング構成要素との間に少なくとも部分的に半径方向に配置されている、実施形態7~8のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態15.バイメタルシールが、第1のシーリング構成要素及び第2のシーリング構成要素を少なくとも部分的に受容するように構成された空洞を有するリテーナを備え、第1のシーリング構成要素及び第2のシーリング構成要素がリテーナによって接触状態を維持される、実施形態14に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態16.第1のアセンブリ構成要素が、第1の金属材料から形成され、第2のアセンブリ構成要素が、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から形成される、実施形態1~15のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態17.第1の金属材料の熱膨張係数(CTE)が、第2の金属材料のCTEとは異なる、実施形態16に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態18.第1の金属材料のCTEが、第2の金属材料のCTEより高い、実施形態17に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態19.第1の金属材料が、鋼又はステンレス鋼を含む、実施形態18に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態20.第2の金属材料が、チタン又はチタン合金を含む、実施形態19に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態21.第1のシーリング構成要素の第1の材料が金属材料であり、第2のシーリング構成要素の第2の材料が金属材料であり、第1の材料が第2の材料とは異なる、実施形態1~20のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態22.第1のシーリング構成要素の第1の材料の熱膨張係数(CTE)が、第2のシーリング構成要素の第2の材料のCTEとは異なる、実施形態21に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態23.第1のシーリング構成要素の第1の材料のCTEが、第2のシーリング構成要素の第2の材料のCTEより高い、実施形態22に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態24.第1のシーリング構成要素の第1の材料のCTEが、第1のアセンブリ構成要素の第1の金属材料のCTEより低く、第2のアセンブリ構成要素の第2の金属材料のCTEより高い、実施形態23に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態25.第2のシーリング構成要素の第2の材料のCTEが、第2のアセンブリ構成要素の第2の金属材料のCTEより高く、第1のアセンブリ構成要素の第1の金属材料のCTEより低い、実施形態24に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態26.第1のシーリング構成要素の第1の材料が、Inconel(登録商標)などのニッケル-クロム系合金、ニッケル系合金、ニッケル、チタン又はタングステンを含む、実施形態21~25のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態27.第2のシーリング構成要素の第2の材料が、Haynes(登録商標)242(登録商標)などのニッケル-モリブデンクロム合金、ステンレス鋼、ばね鋼、鋼、アルミニウム、亜鉛、銅、マグネシウム、スズ、白金、鉛、鉄又は青銅を含む、実施形態21~26のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態28.第1のシーリング構成要素の第1の材料のCTEが、第1のアセンブリ構成要素の第1の金属材料のCTEより、少なくとも5%低い、少なくとも10%低い、少なくとも15%低い、少なくとも20%低い、少なくとも25%低い、少なくとも30%低い、少なくとも35%低い、少なくとも40%低い、又は少なくとも50%低いものと同じである、実施形態17~27のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態29.第1のシーリング構成要素の第1の材料のCTEが、第1のアセンブリ構成要素の第1の金属材料のCTEより、95%以下で低い、90%以下で低い、85%以下で低い、80%以下で低い、75%以下で低い、65%以下で低い、60%以下で低い、55%以下で低い、又は50%以下で低い、実施形態17~28のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態30.第2のシーリング構成要素の第2の材料のCTEが、第2のアセンブリ構成要素の第2の金属材料のCTEより、少なくとも5%高い、少なくとも10%高い、少なくとも15%高い、少なくとも20%高い、少なくとも25%高い、少なくとも30%高い、少なくとも35%高い、少なくとも40%高い、少なくとも45%高い、少なくとも50%高い、少なくとも55%高い、少なくとも60%高い、少なくとも65%高い、少なくとも70%高い、又は少なくとも75%高いものと同じである、実施形態17~29のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態31.第2のシーリング構成要素の第2の材料のCTEが、第2のアセンブリ構成要素の第2の金属材料のCTEより、100%超以下、95%超以下、90%超以下、85%超以下、80%超以下、又は75%超以下である、実施形態17~30のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態32.接合部が、超音波溶接、レーザ焼結、機械的圧着、冷間圧延(クーロン接合)、ブレイジング、3D印刷又はこれらの組み合わせによって形成される、実施形態1~31のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態33.接合部に漏出経路が存在しない、実施形態32に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態34.環のIDが、少なくとも5mm、少なくとも6mm、少なくとも7mm、少なくとも8mm、少なくとも9mm、少なくとも10mm、少なくとも25mm、少なくとも50mm、少なくとも75mm、少なくとも100mm、少なくとも150mm、少なくとも200mm、少なくとも250mm、少なくとも300mm、少なくとも500mm、あるいはそれより高い、実施形態4~33のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態35.環のODが、少なくとも10mm、少なくとも11mm、少なくとも12mm、少なくとも13mm、少なくとも14mm、少なくとも15mm、少なくとも25mm、少なくとも50mm、少なくとも75mm、少なくとも100mm、少なくとも150mm、少なくとも200mm、少なくとも250mm、少なくとも300mm、少なくとも500mm、少なくとも1000mm、あるいはそれより高い、実施形態4~34のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態36.バイメタルシールが、少なくとも華氏500度(摂氏約260度)、少なくとも華氏600度(摂氏約315度)、少なくとも華氏700度(摂氏約370度)、少なくとも華氏800度(摂氏約425度)、少なくとも華氏900度(摂氏約480度)、又は少なくとも華氏1000度(摂氏約535度)の動作温度で、第1のアセンブリ構成要素と第2のアセンブリ構成要素との間に流体密封シールを維持するのに好適である、実施形態1~35のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態37.第1のシーリング構成要素における応力と第2のシーリング構成要素における応力との間の差が、100kpsi(約690MPa)以下、90kpsi(約620MPa)以下、80kpsi(約550MPa)以下、70kpsi(約480MPa)以下、60kpsi(約415MPa)以下、50kpsi(約345MPa)以下、25kpsi(約175MPa)以下、20kpsi(約140MPa)以下、15kpsi(約105MPa)以下、10kpsi(約70MPa)以下、又は5kpsi(約35MPa)以下である、実施形態1~36のいずれか一項に記載のバイメタルシール又はアセンブリ。
実施形態38.シールを形成する方法であって、第1のシーリング構成要素を形成することと、第2のシーリング構成要素を形成することと、第1のシーリング構成要素と第2のシーリング構成要素と、を接合することと、を含む、方法。
実施形態39.第1のシーリング構成要素を形成することが、第1のシーリング構成要素を3D印刷することを含む、実施形態38に記載の方法。
実施形態40.第2のシーリング構成要素を形成することが、第2のシーリング構成要素を3D印刷することを含む、実施形態38~39のいずれか一項に記載の方法。
実施形態41.第1のシーリング構成要素と第2のシーリング構成要素とを接合することが、第1のシーリング構成要素を第2のシーリング構成要素に超音波溶接することと、第1のシーリング構成要素を第2のシーリング構成要素にレーザ焼結することと、第1のシーリング構成要素を第2のシーリング構成要素に機械的に圧着することと、第1のシーリング構成要素を第2のシーリング構成要素に冷間圧延(クーロン接合)することと、第1のシーリング構成要素を第2のシーリング構成要素にブレイジングすることと、第1のシーリング構成要素若しくは第2のシーリング構成要素を、もう一方の周辺に3D印刷すること、又はこれらの組み合わせと、を含む、実施形態38~40のいずれか一項に記載の方法。
実施形態42.第1の材料が第2の材料とは異なる、実施形態38~41のいずれか一項に記載の方法。
実施形態43.第1のシーリング構成要素の第1の材料の熱膨張係数(CTE)が、第2のシーリング構成要素の第2の材料のCTEとは異なる、実施形態42に記載の方法。
実施形態44.異なる金属材料から形成された第1のアセンブリ構成要素と第2のアセンブリ構成要素との間にバイメタルシールを設置し、これによって、第1のシーリング構成要素が第1のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成し、第2のシーリング構成要素が第2のアセンブリ構成要素と共に半径方向シールを形成することを更に含む、実施形態43に記載の方法。
実施形態45.バイメタルシールを、少なくとも華氏500度(摂氏約260度)、少なくとも華氏600度(摂氏約315度)、少なくとも華氏700度(摂氏約370度)、少なくとも華氏800度(摂氏約425度)、少なくとも華氏900度(摂氏約480度)、又は少なくとも華氏1000度(摂氏約535度)の動作温度に曝すことと、第1のアセンブリ構成要素と第2のアセンブリ構成要素との間に流体密封シールを維持することと、を更に含む、実施形態44に記載の方法。
実施形態46.第1のシーリング構成要素における応力と第2のシーリング構成要素における応力との間の差が、100kpsi(約690MPa)以下、90kpsi(約620MPa)以下、80kpsi(約550MPa)以下、70kpsi(約480MPa)以下、60kpsi(約415MPa)以下、50kpsi(約345MPa)以下、25kpsi(約175MPa)以下、20kpsi(約140MPa)以下、15kpsi(約105MPa)以下、10kpsi(約70MPa)以下、又は5kpsi(約35MPa)以下である、実施形態38~45のいずれか一項に記載の方法。
【0040】
本明細書は、最良の形態を含む実施形態を開示するために、また、当業者が本発明を作成及び使用することを可能にするために、実施例を使用する。特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含み得る。このようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの文体と相違しない構造要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文字通りの文体と実質的に相違しない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることが意図される。
【0041】
一般的な説明又は実施例で上述した活動の全てが必要とされるわけではなく、特定の活動の一部が必要とされなくてもよく、記載した活動に加えて1つ以上の更なる活動が行われてもよいことに、留意されたい。更に、活動が列挙される順序は、必ずしもそれらが行われる順序ではない。
【0042】
前述の明細書では、特定の実施形態を参照して概念を説明してきた。しかしながら、当業者であれば、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、種々の修正及び変更を行い得ることを理解する。したがって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考慮されるべきであり、全てのこのような修正は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【0043】
本発明で使用する場合、用語「備える(comprises)」、「備える(comprising)」、「含む(includes)」、「含む(including)」、「有する(has)」、「有する(having)」、又はそれらの任意のその他の変形形態は、非排他的包含を網羅することを意図している。例えば、特徴のリストを含むプロセス、方法、物品又は装置は、必ずしもそれらの特徴に限定されるものではないが、明示的に列挙されていないその他の特徴、あるいはそのようなプロセス、方法、物品又は装置に固有のその他の特徴を含み得る。更に、矛盾する記載がない限り、「又は」は、包含的なorを指し、排他的なorを指すものではない。例えば、条件A又はBは、以下のいずれか1つによって満たされる:Aが真であり(又は存在し)、Bが偽である(又は存在しない)、Aが偽であり(又は存在せず)、Bが真である(又は存在する)、及び、AとBとの両方が真である(又は存在する)。
【0044】
また、「1つの(a)」又は「1つの(an)」の使用は、本明細書に記載の要件及び構成要素を説明するために用いられる。これは、単に便宜上、及び本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行われる。本説明は、1つ又は少なくとも1つを含むように読まれるべきであり、別の意味であることが明らかでない限り、単数形は複数形も含む。
【0045】
利点、その他の利点、及び問題の解決策は、特定の実施形態に関して上述されている。しかしながら、利益、利点、問題の解決策、及び任意の利益、利点、又は解決策をもたらす、あるいはより顕著にする可能性がある任意の特徴は、請求項のいずれか又は全ての重要な、必要な、又は本質的な特徴として解釈されるべきではない。
【0046】
本明細書を読んだ後、当業者は、明確にするために、別個の実施形態の文脈において本明細書に記載されている特定の特徴が、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことを、理解するであろう。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈において説明されている種々の特徴が、別々に又は任意の部分的組み合わせで提供されてもよい。更に、範囲に記載された値への言及は、その範囲内のそれぞれの値全てを含む。
図1
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【国際調査報告】