特表 2024-519455 高圧シールアセンブリ

(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】2024-05-14

(54)【発明の名称】高圧シールアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/18 20060101AFI20240507BHJP

   F04B 53/14 20060101ALI20240507BHJP

   F16J 15/3204 20160101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

F16J15/18 A

F04B53/14 A

F16J15/3204 101

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023564085

(86)(22)【出願日】2022-04-28

(85)【翻訳文提出日】2023-12-13

(86)【国際出願番号】 US2022026821

(87)【国際公開番号】W WO2022232452

(87)【国際公開日】2022-11-03

(31)【優先権主張番号】63/182,670

(32)【優先日】2021-04-30

(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】523393405

【氏名又は名称】シェイプ テクノロジーズ グループ，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ホプキンズ，ジョーダン，ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】ロマノフ，イーサン，イー．

(72)【発明者】

【氏名】サイズモア，トーマス，ダブリュー．

(72)【発明者】

【氏名】ハントリー，マーク，エフ．

【テーマコード（参考）】

3H071

3J006

3J043

【Ｆターム（参考）】

3H071AA01

3H071BB01

3H071CC28

3H071DD52

3J006AE22

3J006AE38

3J043AA12

3J043BA08

3J043CA01

3J043CA02

3J043DA03

(57)【要約】

シールアセンブリは、シール本体及びエナジャイザを含む。シールアセンブリは、加圧動作中にエナジャイザの背後に入り込む加圧流体の逆噴射など、特定の故障モードの可能性を低減するように寸法設定される。エナジャイザの軸方向長さに対するシール本体の横方向距離の比は、０．４００～１．７０８７である。シール本体の内半径に対する横方向距離の比は、０．１０～０．４０１である。内半径に対するシール本体のウェブ厚さの比は、０．０６８～０．０８８１である。エナジャイザの半径方向高さに対するその半径方向高さとシール本体の溝高さとの間の差の比は、０．０５０～０．１５５である。内半径に対する半径方向高さと溝高さとの間の差の比は、０．０１５～０．３４８６である。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ある方向に沿って第１の端部から第２の端部まで延びるシール本体であって、少なくとも部分的にエナジャイザ当接面によって形成された溝を含み、前記方向に沿って前記エナジャイザ当接面から前記第１の端部まで測定される最小寸法である横方向距離をさらに含むシール本体と、
エナジャイザであって、前記エナジャイザが前記エナジャイザ当接面に面するように前記溝内に着座し、前記方向に沿って測定される前記エナジャイザの最大寸法である軸方向長さを含むエナジャイザと
を含むシールアセンブリであって、前記軸方向長さに対する前記横方向距離の比は、０．４００以上及び１．７０８７以下である、シールアセンブリ。

【請求項2】

前記シール本体の中心軸に沿って前記第１の端部から前記第２の端部まで前記シール本体を通して延びるボアを含み、及び前記中心軸は、前記方向に平行である、請求項１に記載のシールアセンブリ。

【請求項3】

前記シール本体は、前記中心軸の周りで半径方向に対称である、請求項２に記載のシールアセンブリ。

【請求項4】

前記シール本体の一部は、前記中心軸に垂直な方向に沿って測定される最大寸法を含み、及び前記一部は、前記中心軸に平行な方向に関して前記溝と前記第１の端部との間に位置決めされる、請求項３に記載のシールアセンブリ。

【請求項5】

前記エナジャイザ当接面の少なくとも一部は、前記方向に対して垂直であり、及び前記横方向距離は、前記エナジャイザ当接面の前記一部から測定される、請求項１～４のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項6】

前記エナジャイザ当接面は、前記エナジャイザの周囲の一部の曲率半径と一致する曲率半径を有する湾曲部分を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項7】

前記エナジャイザは、円形の断面形状を有するＯリングである、請求項１～６のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項8】

前記軸方向長さに対する前記横方向距離の前記比は、０．４００以上及び０．６００以下である、請求項１～７のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項9】

前記軸方向長さに対する前記横方向距離の前記比は、０．６００以上及び１．０００以下である、請求項１～７のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項10】

前記軸方向長さに対する前記横方向距離の前記比は、１．０００以上及び１．４００以下である、請求項１～７のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項11】

前記軸方向長さに対する前記横方向距離の前記比は、１．４００以上及び１．７０８７以下である、請求項１～７のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項12】

前記シール本体は、前記中心軸から、前記ボアの少なくとも一部を形成する前記シール本体の内面まで垂直に測定される内半径を含む、請求項２～４のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項13】

前記内半径に対する前記横方向距離の比は、０．１０以上及び０．４０１以下である、請求項１２に記載のシールアセンブリ。

【請求項14】

前記内半径に対する前記横方向距離の前記比は、０．１０以上及び０．２０以下である、請求項１３に記載のシールアセンブリ。

【請求項15】

前記内半径に対する前記横方向距離の前記比は、０．２０以上及び０．４０１以下である、請求項１３に記載のシールアセンブリ。

【請求項16】

前記シール本体は、前記シール本体の前記内面から前記エナジャイザ当接面まで前記中心軸に対して垂直に測定される最小距離であるウェブ厚さを含み、及び前記内半径に対する前記ウェブ厚さの比は、０．０６８以上及び０．０８８１以下である、請求項１２～１５のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項17】

前記ウェブ厚さは、０．０３０インチ以上及び０．０３８５インチ以下である、請求項１６に記載のシールアセンブリ。

【請求項18】

前記シール本体は、前記中心軸から、前記ボアの少なくとも一部を形成する前記シール本体の内面まで垂直に測定される内半径を含み、
前記シール本体は、前記シール本体の前記内面から前記エナジャイザ当接面まで前記中心軸に対して垂直に測定される最小距離であるウェブ厚さを含み、及び
前記内半径に対する前記ウェブ厚さの比は、０．０６８以上及び０．０８８１以下である、請求項２～４のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項19】

前記ウェブ厚さは、０．０３０インチ以上及び０．０３８５インチ以下である、請求項１８に記載のシールアセンブリ。

【請求項20】

前記シール本体は、前記エナジャイザ当接面から、シール本体の最外部上の点に接する平面まで前記中心軸に対して垂直に測定される最大距離である溝高さを含み、及び前記平面は、前記溝高さに対して垂直であり、
前記エナジャイザは、前記中心軸に対して垂直に測定される前記エナジャイザの最大断面寸法である半径方向高さを含み、及び
前記半径方向高さに対する前記半径方向高さと前記溝高さとの間の差の比は、０．０５０以上及び０．１５５以下である、請求項２～４又は１２～１９のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項21】

前記シール本体は、前記エナジャイザ当接面から、シール本体の最外部上の点に接する平面まで前記中心軸に対して垂直に測定される最大距離である溝高さを含み、及び前記平面は、前記溝高さに対して垂直であり、
前記エナジャイザは、前記中心軸に対して垂直に測定される前記エナジャイザの最大断面寸法である半径方向高さを含み、及び
前記内半径に対する前記半径方向高さと前記溝高さとの間の差の比は、０．０１５以上及び０．３４８６以下である、請求項１２～１９のいずれか一項に記載のシールアセンブリ。

【請求項22】

ある方向に沿って第１の端部から第２の端部まで延びるシール本体を含むシールアセンブリであって、前記シール本体は、
少なくとも部分的にエナジャイザ当接面によって形成された溝と、
前記方向に沿って前記エナジャイザ当接面から前記第１の端部まで測定される最小寸法である横方向距離と、
前記シール本体の中心軸に沿って前記第１の端部から前記第２の端部まで前記シール本体を通して延びるボアであって、前記中心軸は、前記方向に平行である、ボアと、
前記中心軸から、前記ボアの少なくとも一部を形成する前記シール本体の内面まで垂直に測定される内半径と
を含み、前記内半径に対する前記横方向距離の比は、０．１０以上及び０．４０１以下である、シールアセンブリ。

【請求項23】

エナジャイザであって、前記エナジャイザが前記エナジャイザ当接面に面するように前記溝内に着座するエナジャイザをさらに含む、請求項２２に記載のシールアセンブリ。

【請求項24】

前記内半径に対する前記横方向距離の前記比は、０．１０以上及び０．２０以下である、請求項２２又は２３に記載のシールアセンブリ。

【請求項25】

前記内半径に対する前記横方向距離の前記比は、０．２０以上及び０．４０１以下である、請求項２２又は２３に記載のシールアセンブリ。

【請求項26】

ある方向に沿って第１の端部から第２の端部まで延びるシール本体を含むシールアセンブリであって、前記シール本体は、
少なくとも部分的にエナジャイザ当接面によって形成された溝と、
前記シール本体の中心軸に沿って前記第１の端部から前記第２の端部まで前記シール本体を通して延びるボアであって、前記中心軸は、前記方向に平行である、ボアと、
前記中心軸から、前記ボアの少なくとも一部を形成する前記シール本体の内面まで垂直に測定される内半径と、
前記シール本体の前記内面から前記エナジャイザ当接面まで前記中心軸に対して垂直に測定される最小距離であるウェブ厚さと
を含み、前記内半径に対する前記ウェブ厚さの比は、０．０６８以上及び０．０８８１以下である、シールアセンブリ。

【請求項27】

前記ウェブ厚さは、０．０３０インチ以上及び０．０３８５インチ以下である、請求項２６に記載のシールアセンブリ。

【請求項28】

ある方向に沿って第１の端部から第２の端部まで延びるシール本体であって、少なくとも部分的にエナジャイザ当接面によって形成された溝を含むシール本体と、
前記シール本体の中心軸に沿って前記第１の端部から前記第２の端部まで前記シール本体を通して延びるボアであって、前記中心軸は、前記方向に平行である、ボアと、
エナジャイザであって、前記エナジャイザが前記エナジャイザ当接面に面するように前記溝内に着座し、前記中心軸に対して垂直に測定される前記エナジャイザの最大断面寸法である半径方向高さを含むエナジャイザと
を含むシールアセンブリであって、
前記シール本体は、溝高さであって、前記エナジャイザ当接面から、１）前記中心軸に対して前記シール本体の最外部上の点に接し、及び２）前記溝高さに対して垂直である平面まで前記中心軸に対して垂直に測定される最大距離である溝高さを含み、
前記半径方向高さに対する前記半径方向高さと前記溝高さとの間の差の比は、０．０５０以上及び０．１５５以下である、シールアセンブリ。

【請求項29】

ある方向に沿って第１の端部から第２の端部まで延びるシール本体であって、少なくとも部分的にエナジャイザ当接面によって形成された溝を含むシール本体と、
前記シール本体の中心軸に沿って前記第１の端部から前記第２の端部まで前記シール本体を通して延びるボアであって、前記中心軸は、前記方向に平行である、ボアと、
エナジャイザであって、前記エナジャイザが前記エナジャイザ当接面に面するように前記溝内に着座し、前記中心軸に対して垂直に測定される前記エナジャイザの最大断面寸法である半径方向高さを含むエナジャイザと
を含むシールアセンブリであって、
前記シール本体は、溝高さであって、前記エナジャイザ当接面から、１）前記中心軸に対して前記シール本体の最外部上の点に接し、及び２）前記溝高さに対して垂直である平面まで前記中心軸に対して垂直に測定される最大距離である溝高さを含み、
前記シール本体は、前記中心軸から、前記ボアの少なくとも一部を形成する前記シール本体の内面まで垂直に測定される内半径を含み、
前記内半径に対する前記半径方向高さと前記溝高さとの間の差の比は、０．０１５以上及び０．３４８６以下である、シールアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年４月３０日に提出された米国仮特許出願第６３／１８２，６７０号の利益を主張するものであり、この仮特許出願は、全体として参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

技術分野
本開示は、概して、高圧流体ポンプ及び容器のためのシールに関する。

【背景技術】

【0003】

背景
関連する技術分野の説明
現在利用可能な高圧流体ポンプは、高圧チャンバ内の流体を加圧するために高圧チャンバ内で往復運動するプランジャを含み得、高圧チャンバへの流体の出入りを可能にする逆止弁をさらに含み得る。ポンプは、通常、高圧流体がチャンバから漏れることを防ぐために、プランジャとチャンバの内壁との間及び逆止弁とチャンバの内壁との間にシールを含む。このようなポンプでは、シールは、高圧環境で機能し、１０，０００ｐｓｉを超える圧力に耐えることができなければならない。

【0004】

図１及び２を参照すると、高圧ポンプ１０は、反対側に位置する面２３を有する圧力容器２０と、面２３間に圧力容器２０を通して延びるボア２２とを含む。２つのインサート３０（プランジャ３０ａ及び逆止弁アセンブリ３０ｂとして示される）は、反対側に位置する端部からボア２２内に延びる。プランジャ３０ａは、圧力容器２０内の流体を加圧するために圧力容器２０内で往復運動する。プランジャ３０ａは、油圧作動式ピストン１１によって駆動され得るか、又は機械式アクチュエータによって駆動され得る。

【0005】

逆止弁アセンブリ３０ｂは、プランジャ３０ａの吸入ストローク中、加圧されていない流体が圧力容器２０内に入ることを許容し、プランジャ３０ａの動力ストローク後、加圧された流体が圧力容器２０から出ることを可能にするための逆止弁３３を有する。両方のインサート３０は、エンドキャップ１３を圧力容器２０に向かって付勢するねじ付きロッド１５で固定されたエンドキャップ１３を含むヨーク１２により、圧力容器２０に対して所定の位置に保持される。

【0006】

２つのシールアセンブリ４０（動的シールアセンブリ４０ａ及び静的シールアセンブリ４０ｂとして示される）は、圧力容器２０から流体が漏れることを防ぐために、インサート３０とボア２２の内壁２５との間の隙間２１をシールし得る。動的シール４０ａは、往復動プランジャ３０ａと内壁２５との間の隙間２１の一部をシールし、静的シール４０ｂは、静止逆止弁本体３０ｂと内壁２５との間の隙間２１の一部をシールする。シールアセンブリ４０間の内壁２５に隣接するスリーブ１４は、隙間２１の容積を減少させる。

【0007】

動的シールアセンブリ４０ａは、両方ともプランジャ３０ａとボア２２の内壁２５との間の隙間２１に位置決めされた環状シール４１及びＯリング４３を含み得る。シール４１は、圧力容器２０が加圧されたときに隙間２１から押し出されることなく隙間２１を満たす、超高分子量ポリエチレンなどの弾力性のある材料を含み得る。したがって、シール４１は、低圧で比較的硬くなり得る。Ｏリング４３は、圧力容器２０内の圧力が比較的低いとき、例えばプランジャ３０ａのパワーストロークの開始時に隙間２１をシールするために、低圧においてシール４１よりも柔軟であり得る。

【0008】

動的シールアセンブリ４０ａは、シール４１とエンドキャップ１３との間に取り外し可能なシールシート４２をさらに含み得る。シールシート４２は、シール４１に係合し、シール４１を圧力容器２０のボア２２と面２３との間の縁部２４から離間させるスペーサ部分４４を含み得る。一実施形態では、スペーサ部分４４の軸方向寸法は、隙間２１の半径方向寸法にほぼ等しい。他の実施形態では、スペーサ部分４４は、他の寸法を有し得る。

【0009】

シールシート４２は、スペーサ部分４４を所定の位置に支持し、圧力容器２０が加圧されたときにシール４１が隙間２１から移動することを防止するために、スペーサ部分４４に接続された支持部分４５をさらに含み得る。シールシート４２は、プランジャ３０ａに向かうか又はプランジャ３０ａから離れる方向への変形に抵抗するように半径方向に比較的硬くてもよいか、又はシールシート４２は、シールシート４２が軸方向に圧縮されるにつれて、スペーサ部分４４がプランジャ３０ａに向かって撓み、プランジャ３０ａと内壁２５との間に追加のシールを提供することを可能にするように半径方向に十分に柔軟であり得る。

【0010】

動的シールアセンブリ４０ａは、シール４１の周囲に配置された押し出し防止リング４６も含み得る。一実施形態では、押し出し防止リング４６は、概ね三角形の断面形状を有し、軸方向表面３５及び半径方向表面３６を含む。押し出し防止リング４６は、圧力容器２０が加圧されると、ボア２２の内面２５に対して半径方向に膨張するように構成される。したがって、押し出し防止リングの半径方向表面３６は、膨張するボア２２の内面２５と、圧力容器２０が加圧されるにつれて半径方向に膨張する傾向がないスペーサ部分４４との間に生じる可能性のある半径方向の隙間を埋めるサイズにすることができる。

【0011】

シールアセンブリを通過して漏れる流体は、高圧ポンプ１０の構成部品の動作及び寿命に有害な影響を及ぼす可能性がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0012】

簡単な概要
本開示は、高圧容器アセンブリの構成部品をシールするための方法及び装置を対象とする。具体的には、加圧時にシールアセンブリのエナジャイザを通過する（又は背後に入り込む）流体（例えば、水）の量に関連する問題に対処するシールアセンブリが開示される。減圧中、エナジャイザ（例えば、Ｏリング）は、この流体をシールする役割を果たし、圧力が低下するにつれて圧力容器アセンブリのチャンバに戻ることを防止する。この結果、エナジャイザにわたって圧力差が生じ、この圧力差が解放されると（例えば、エナジャイザが圧力差の増大に対して流体を保持できなくなると）、シール及びエナジャイザの一方又は両方が損傷する可能性がある。エナジャイザの背後に入り込む流体の量を低減／制限することにより、エナジャイザ及びシールを損傷させるエネルギーが少なくなり、シールアセンブリの寿命が長くなる。

【0013】

一次シール及びエナジャイザの両方を含むシールアセンブリの場合、一次シールに対するエナジャイザの位置は、作動するＯリングの背後に最終的にその経路を見つけることができる流体の量に影響を与える１つの要因である。したがって、本明細書に開示されるシールアセンブリの実施形態は、エナジャイザと、一次シールのシール領域（エナジャイザの「背後」に位置する）との間の一定の（最小化された）横方向の静止変位を採用する。一実施形態によれば、シール本体は、エナジャイザを受ける溝を含み、溝は、公知のシールアセンブリよりも一次シールのシール領域に近い位置に配置される。

【0014】

一実施形態によれば、シールされる流体の最も遠い到達点（ＵＨＰシールの地点）とエナジャイザとの間の横方向の距離は、エナジャイザの軸方向の長さの０．４００倍～１．７０８７倍であり得る。

【0015】

さらに、本明細書に開示されるシールアセンブリの実施形態は、１つ又は複数の故障モードが顕在化する可能性を減少させる。シールアセンブリの一実施形態は、一次シール内径と、シールされるシャフトとの間の特定の間隙を維持する一方、シールアセンブリ内の応力が剪断破壊を防止するために十分に低いことを保証する。シールアセンブリの「ウェブ」部分は、応力が一次シール内で分散されるように十分に柔軟である一方、シールアセンブリが、シールされるシャフトと十分なシールを形成することを保証するのに十分な剛性を保ち得る。さらに、エナジャイザは、適切な作動を可能にするために十分に圧縮されるべきである。

【0016】

図面の簡単な説明
図面において、同一の参照番号は、同様の要素又は行為を識別する。図面中の要素のサイズ及び相対位置は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。例えば、様々な要素及び角度の形状は、縮尺通りに描かれておらず、これらの要素の一部は、図面の読みやすさを向上させるために任意に拡大され、位置決めされる。さらに、描かれた要素の特定の形状は、特定の要素の実際の形状に関する情報を伝えることを意図するものではなく、図面での認識を容易にするためにのみ選択されたものである。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】シールアセンブリを有する公知の高圧ポンプの部分断面立面図である。

【図2】図１に示される高圧ポンプ及びシールアセンブリの一部の側面立面図である。

【図3】一実施形態によるシールアセンブリの前面等角図である。

【図4】図３に示されるシールアセンブリの背面等角図である。

【図5】図３に示されるシールアセンブリの上面図である。

【図6】図３に示されるシールアセンブリの側面立面図である。

【図7】図３に示されるシールアセンブリの線Ａ－Ａに沿った断面図である。

【図8】別の実施形態によるシールアセンブリの断面図である。

【図9】別の実施形態によるシールアセンブリの断面図である。

【図10】高圧ポンプの一部内に位置決めされた、図８に示されるシールアセンブリの断面立面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

詳細な説明
以下の記載では、様々な開示される実施形態の詳細な理解を提供するために特定の具体的な詳細を示す。しかしながら、当業者であれば、これらの特定の詳細の１つ若しくは複数なしに又は他の方法、構成要素、材料等を用いて実施形態が実施され得ることを認識するであろう。

【0019】

文脈が別の意味を要求する場合を除き、本明細書及びそれに続く特許請求の範囲全体を通して、「含む（comprise）」及びその変形語（「含む（comprises）」及び「含んでいる」など）は、オープンで包括的な意味において、すなわち「含むが、限定されない」と解釈される。

【0020】

本明細書全体を通して、「一実施形態」又は「実施形態」への言及は、その実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な箇所で「一実施形態において」又は「実施形態において」という語句が現れるが、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わされ得る。

【0021】

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（a）」、「１つの（an）」及び「その」は、内容が別段に明確に命じない限り、複数の指示対象を含む。「又は」という用語は、内容が別段に明確に命じない限り、一般に「及び／又は」を含む意味で使用されることにも留意されたい。

【0022】

本明細書において、互いに「向き合う」又は「向かい合う」２つの要素への言及は、介在する固体構造に接触することなく、要素の一方から要素の他方に直線を引くことができることを示す。ある方向に沿った２つの要素に関して本明細書で使用される「整列した」という用語は、要素の一方を通過し、その方向に平行な直線が２つの要素の他方も通過することを意味する。ある方向に関して第２の要素と第３の要素との間にある第１の要素に関して本明細書で使用される「間」という用語は、その方向に沿って測定された場合に第３の要素が第２の要素に近いよりも、その方向に沿って測定された場合に第１の要素が第２の要素に近いことを意味する。「間」という用語は、第１、第２及び第３の要素が方向に沿って整列されることを含むが、その必要はない。

【0023】

本明細書における値の範囲の記述は、本明細書において別段の指示がない限り、範囲の記載された両端を含む範囲内に入るそれぞれの別個の値に個別に言及する簡単な方法として機能することを単に意図し、それぞれの別個の値は、本明細書において個別に記述されるかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載されるすべての方法は、本明細書において別段の指示のない限り又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行され得る。

【0024】

本明細書で提供される本開示の見出し及び要約は、便宜のためのものであり、実施形態の範囲及び意味を解釈するものではない。

【0025】

図３～９を参照すると、シールアセンブリ１００は、シール本体１０２とエナジャイザ１０４とを含む。図示のように、シール本体１０２は、管状、リング状又は環状であり得る。一実施形態によれば、シール本体１０２は、シール本体１０２の中心軸１０６の周りで半径方向に対称である。シールアセンブリ１００は、シール本体１０２を通して（例えば、中心軸１０６に平行に）延びるボア１０８を含み得る。シール本体１０２は、中心軸１０６に平行な方向に関して互いに反対側の第１の端部１１０及び第２の端部１１２を含み得る。図示のように、第１の端部１１０、第２の端部１１２又はその両方は、シール本体１０２のいずれの部分も中心軸１０６に平行な方向に関してそれぞれの第１及び第２の端部１１０、１１２を越えて延びないように、シール本体１０２の末端であり得る。第１の端部１１０は、ボア１０８の第１の開口部１１４を形成し得、第２の端部１１２は、ボア１０８の第２の開口部１１６を形成し得る。シール本体１０２は、中心軸１０６に面し、第１の端部１１０と第２の端部１１２との間に延び、ボア１０８を少なくとも部分的に画定する内面１１８を含み得る。

【0026】

シール本体１０２は、外面１２０を含み得、その少なくとも一部は、中心軸１０６から垂直に延びる半径方向の線１２２に関して内面１１８の反対側にある。外面１２０の少なくとも一部は、シールアセンブリ１００が位置決めされる圧力容器の内面に接触してシールを形成するシールアセンブリ１００の当接面１２４を形成する。

【0027】

シール本体１０２は、エナジャイザ１０４を支持する溝１１７を含み得る。一実施形態によれば、溝１１７の少なくとも一部は、シール本体１０２の少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６によって画定され得る。溝１１７の形状は、溝１１７内に支持されるエナジャイザ１０４に基づいて選択され得る。

【0028】

例えば、図７に示すように、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６は、湾曲している。少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６は、１つの一定の曲率半径を有し得る。別の実施形態によれば、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６は、異なる曲率半径又は連続的に変化する曲率半径を有する部分を有し得る。一実施形態によれば、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６の少なくとも一部の曲率半径は、エナジャイザ１０４の両側の圧力が等しいとき（すなわちエナジャイザ１０４が付勢されない状態であるとき及び／又はシールアセンブリ１００が現在加圧動作を受けないとき）、エナジャイザ１０４の外面１２８の曲率半径に対応する（例えば、一致する）。一実施形態によれば、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６の周囲の一部は、エナジャイザ１０４の周囲の一部と一致する。一実施形態によれば、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６の周囲の一部は、エナジャイザ１０４の周囲の少なくとも１５％に一致する。一実施形態によれば、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６の周囲の一部は、エナジャイザ１０４の周囲の少なくとも２５％に一致する。

【0029】

図８に示すように、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６は、中心軸１０６に対してそれぞれ非平行である第１の肩部１３０及び第２の肩部１３２を含み得る。一実施形態によれば、第１の肩部１３０及び第２の肩部１３２は、中心軸１０６に平行な方向に沿ったシール本体１０２に対するエナジャイザ１０４の移動を抑制する。少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６は、第１の肩部１３０と第２の肩部１３２との間に延びるベース面１３４を含み得る。ベース面１３４は、中心軸１０６に平行な部分を含み得る。

【0030】

図７及び８の両方に示されるように、第１の肩部１３０の少なくとも一部は、中心軸１０６に対して垂直であり得る。図９に示すように、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６は、Ｖ字形ノッチを含み得る。一実施形態によれば、溝１１７及びエナジャイザ１０４の断面形状は、不一致であり得る（例えば、溝１１７は、Ｖ字形ノッチを含み得、エナジャイザ１０４は、円形であり得る）。

【0031】

シール本体１０２は、横方向距離Ｌを最小にするように寸法決めされ得、この横方向距離Ｌは、一実施形態によれば、エナジャイザ１０４の「背後」の距離に相当する（例えば、エナジャイザ１０４がシール本体１０２によって支持され、シールアセンブリ１００が取り付けられた圧力容器が加圧動作を受けるとき）。示されるように、エナジャイザ１０４がシール本体１０２によって支持されるとき、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６の少なくとも一部は、エナジャイザ１０４に面する（例えば、直接接触する）ことができる。一実施形態によれば、横方向の距離Ｌは、シールされる流体の最も遠い到達点（例えば、第１の端部１１０）からエナジャイザ１０４まで測定される。一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、シールされる流体の最も遠い到達点（例えば、第１の端部１１０）から、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６（例えば、第１の肩部１３０）と当接面１２４との交点１３５まで測定される。

【0032】

一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、エナジャイザ１０４の軸方向長さＷの０．４００倍～１．７０８７倍である。換言すると、シールアセンブリ１００は、０．４００～１．７０８７の、軸方向長さＷに対する横方向距離Ｌの比（Ｌ／Ｗ）を含み得る。図示のように、軸方向長さＷは、エナジャイザ１０４が溝１１７に着座するとき、中心軸１０６に平行な方向に沿って、エナジャイザ１０４の最大断面寸法に沿って測定され得る。例えば、（図９に示すような）円形断面形状のエナジャイザ１０４の軸方向長さＷは、エナジャイザ１０４の直径である。

【0033】

一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、エナジャイザ１０４の軸方向長さＷの０．４００倍～０．６００倍である。一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、エナジャイザ１０４の軸方向長さＷの０．６００倍～１．０００倍である。一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、エナジャイザ１０４の軸方向長さＷの１．０００倍～１．４００倍である。一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、エナジャイザ１０４の軸方向長さＷの１．４００倍～１．７０８７倍である。一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、エナジャイザ１０４の軸方向長さＷの０．４００倍～１．０００倍である。一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、エナジャイザ１０４の軸方向長さＷの０．４００倍～１．４００倍である。

【0034】

一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、シールされる流体の最も遠い到達点（例えば、第１の端部１１０）からエナジャイザ１０４まで測定される。一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、シールされる流体の最も遠い到達点（例えば、第１の端部１１０）から、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６（例えば、第１の肩部１３０）と当接面１２４との交点まで測定される。

【0035】

一実施形態によれば、シール本体１０２は、中心軸１０６から内面１１８まで垂直に測定される内半径Ｒを含む。ボア１０８の断面形状が円である実施形態では、内半径Ｒは、円の直径の半分である。一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、内半径Ｒの０．１００倍～０．４０１倍である。換言すると、シールアセンブリ１００は、０．１００～０．４０１の、内半径Ｒに対する横方向距離Ｌの比（Ｌ／Ｒ）を含み得る。一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、内半径Ｒの０．１００倍～０．２００倍である。一実施形態によれば、横方向距離Ｌは、内半径Ｒの０．２００倍～０．４０１倍である。

【0036】

溝１１７を含み、エナジャイザ１０４を支持するシール本体１０２の一部は、ウェブ１３６と呼ばれ得る。一実施形態によれば、ウェブ１３６は、適切なボア潤滑を確保するために十分な剛性を有し、破壊的な剪断力を受けないように十分な柔軟性を有する必要がある。シールアセンブリ１００の寿命を延ばすウェブ１３６の所望の剛性は、ウェブの厚さＴの寸法設定によって達成され得る。

【0037】

一実施形態によれば、ウェブ厚さＴは、中心軸１０６に垂直な方向に沿って内面１１８から少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６まで測定される。示されるように、ウェブ厚さＴは、中心軸１０６に垂直な方向に沿って、内面１１８と少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６との間の最小距離であり得る。例えば、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６が（図９に示すように）Ｖ字形ノッチを含む実施形態では、ウェブ厚さＴは、中心軸１０６に垂直な方向に沿って内面１１８からＶ字形ノッチの最下点まで測定され得る。

【0038】

一実施形態によれば、シール本体１０２のウェブ厚さＴは、０．０３０インチ～０．０３８５インチである。一実施形態によれば、ウェブ厚さＴは、内半径Ｒの０．０６８倍～０．０８８１倍である。換言すると、シールアセンブリ１００は、０．０６８～０．０８８１の、内半径Ｒに対するウェブ厚さＴの比（Ｔ／Ｒ）を含み得る。

【0039】

一実施形態によれば、シール本体１０２は、エナジャイザ１０４の半径方向の圧縮に抵抗する一方、エナジャイザ１０４の適切な低圧シールを確保し、内面１１８と、ボア１０８を通して移動する往復動プランジャとの間の［［公称隙間］］をさらに保持するように寸法決めされ得る。

【0040】

示されるように、シール本体１０２は、少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６（例えば、中心軸１０６に最も近い少なくとも１つのエナジャイザ当接面１２６上の点）から、当接面１２４に接し、及び中心軸１０６に垂直な方向に垂直である平面Ｐまで中心軸１０６に垂直な方向に沿って測定される溝高さＨを含み得る。

【0041】

一実施形態によれば、シールアセンブリ１００は、エナジャイザ圧縮量（例えば、半径方向エナジャイザ圧縮量）を含む。エナジャイザ圧縮量は、半径方向高さＪに対するエナジャイザ１０４の半径方向高さＪと溝高さＨとの間の差の比（（Ｊ－Ｈ）／Ｊ）であり得る。エナジャイザ１０４の半径方向高さＪは、中心軸１０６に垂直な方向に沿って測定され得る。半径方向高さＪは、軸方向長さＷと等しい場合がある（例えば、エナジャイザ１０４の断面形状が円形又は高さと長さとが等しい別の形状である場合）。一実施形態によれば、エナジャイザ圧縮比は、０．０５０～０．１５５である。

【0042】

一実施形態によれば、エナジャイザ圧縮量は、内半径Ｒに対するエナジャイザ１０４の半径方向高さＪと溝高さＨとの間の差の比（（Ｊ－Ｈ）／Ｒ）であり得る。一実施形態によれば、エナジャイザ圧縮比は、０．０１５～０．３４８６である。

【0043】

図１０を参照すると、高圧ポンプ１５０（以下では「ポンプ」という）は、それを通して延びるボア１５４を有する圧力容器１５２を含む。プランジャ１５６がボア１５４内に延び、圧力容器１５２内で往復運動して、圧力容器１５２内の流体を加圧する。プランジャ１５６は、例えば、油圧作動ピストン又は機械的アクチュエータによって駆動され得る。

【0044】

シールアセンブリ１００は、プランジャ１５６と、ボア１５４を少なくとも部分的に画定する圧力容器１５２の内壁１６０との間の隙間１５８をシールして、圧力容器１５２から流体が漏れることを阻止し得る。図示されるように、シールアセンブリ１００は、可動部材（例えば、往復動プランジャ１５６）と内壁１６０との間の動的シールとして機能し得る。さらに又は代替的に、シールアセンブリ１００（例えば、第２のシールアセンブリ１００）は、静止部材（例えば、逆止弁本体）と内壁１６０との間の隙間１５８の一部をシールする静的シールとして機能し得る。ポンプ１５０は、隙間１５８の容積を減少させる（例えば、第１及び第２のシールアセンブリ１００間の）内壁１６０に隣接するスリーブ（図示せず）を含み得る。

【0045】

シール本体１０２は、圧力容器１５２が加圧されたときに隙間１５８から押し出されることなく隙間１５８を満たす、超高分子量ポリエチレンなどの弾力性のある材料を含み得る。したがって、シール本体１０２は、低圧で比較的硬くなり得る。エナジャイザ１０４は、圧力容器１５２内の圧力が比較的低いとき、例えばプランジャ１５６のパワーストロークの開始時、隙間１５８をシールするために、低圧においてシール本体１０２よりも柔軟であり得る。

【0046】

シールアセンブリ１００は、シール本体１０２に係合し、シール本体１０２を圧力容器１５２の面１６３から離間させる取り外し可能なシールシート１６２をさらに含み得る。シールシート１６２は、プランジャ１５６に向かうか又はプランジャ１５６から離れる方向への変形に抵抗するように半径方向に比較的硬くてもよいか、又はシールシート１６２は、シールシート１６２が軸方向に圧縮されるにつれて、シールシート１６２の少なくとも一部がプランジャ１５６に向かって撓み、プランジャ１５６と内壁１６０との間に追加のシールを提供することを可能にするように半径方向に十分に柔軟であり得る。

【0047】

上述したように、シールアセンブリ１００は、加圧動作中にエナジャイザ１０４の背後に入り込む流体の体積を最小化するように寸法決めされ得る。図示された実施形態に示されるように、エナジャイザ１０４の「背後」の容積は、隙間１６４によって表される。隣接する構成要素間の間隙／間隔が、図の明瞭さ及び構成要素の識別の容易さを向上させるために図面で拡大されていることは、当業者に理解されるであろう。

【0048】

流体は、通常、加圧動作中（例えば、プランジャのパワーストローク中）にエナジャイザの背後に入り込み、その結果、エナジャイザの背後に入り込んだあらゆる流体は、高圧になる。パワーストロークが完了すると、圧力チャンバの主容積（すなわちエナジャイザの前方）内の圧力が低下する。主容積内の圧力が低下すると、閉じ込められた流体が逃げて（例えば、エナジャイザにわたって「噴出」して）主容積に再び入るまで、エナジャイザの前側及び後側で圧力の不均衡が形成される。この噴出は、エナジャイザを損傷させ、シールアセンブリの寿命に悪影響を及ぼす可能性がある。

【0049】

本明細書に記載されるシールアセンブリ１００の実施形態は、エナジャイザ１０４の背後に入り込んで隙間１６４に入る流体の体積を制限し、したがってそのような流体が圧力容器１５２の主容積に再び入るときに引き起こされる潜在的な損傷を制限する。

【0050】

一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は、特許請求の範囲を本明細書及び特許請求の範囲に開示される特定の実装形態及び実施形態に限定するように解釈されるべきではなく、そのような特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲と共に、すべての可能な実装形態及び実施形態を含むように解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は、本開示によって限定されるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】