特表 2025-504912 圧力スリーブを有する回転ユニオン

(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】2025-02-19

(54)【発明の名称】圧力スリーブを有する回転ユニオン

(51)【国際特許分類】

   F16L 27/087 20060101AFI20250212BHJP

   F16J 15/34 20060101ALI20250212BHJP

   F16J 15/32 20160101ALI20250212BHJP

   F16L 39/06 20060101ALI20250212BHJP

   F16L 17/02 20060101ALI20250212BHJP

【ＦＩ】

F16L27/087

F16J15/34 Z

F16J15/32

F16L39/06

F16L17/02

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024544409

(86)(22)【出願日】2023-01-11

(85)【翻訳文提出日】2024-09-11

(86)【国際出願番号】 US2023010596

(87)【国際公開番号】W WO2023146757

(87)【国際公開日】2023-08-03

(31)【優先権主張番号】63/303,434

(32)【優先日】2022-01-26

(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】524023963

【氏名又は名称】デユブリン カンパニー エルエルシー

(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】ペトロウ，アントン エー．

【テーマコード（参考）】

3H014

3H104

3J041

3J043

3J106

【Ｆターム（参考）】

3H014AA09

3H104JA04

3H104JB02

3H104JB04

3H104JC10

3H104LE03

3H104LE07

3H104LF10

3J041AA01

3J041BA09

3J041BD06

3J043AA16

3J043BA06

3J043CA01

3J043HA02

3J106FA05

(57)【要約】

回転ユニオンは、ボアを形成する非回転構成要素と、ボア内に摺動可能に配設された、非回転シールキャリアと、を含む。圧力スリーブは、非回転構成要素と非回転シールキャリアとの間でボア内に摺動可能に配設される。非回転シール部材は、非回転シールキャリア上に配設され、回転シールキャリアは、上部に回転シール部材が配設されている。回転シール部材は、非回転シールキャリアが流圧の存在下で回転シールキャリアに向かって摺動するときに非回転シール部材と回転シール部材との間に摺動メカニカル面シールが形成されるように、非回転シール部材に対して対向関係で配設される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボアを形成する非回転構成要素と、
前記ボア内に摺動可能に配設された非回転シールキャリアと、
前記非回転構成要素と前記非回転シールキャリアとの間で前記ボア内に摺動可能に配設された圧力スリーブと、
前記非回転シールキャリア上に配設された非回転シール部材と、
回転シールキャリアと、を備え、
前記回転シールキャリアは、当該回転シールキャリア上に配設された回転シール部材を有し、
前記回転シール部材は、前記非回転シールキャリアが流圧の存在下で前記回転シールキャリアに向かって摺動するときに前記非回転シール部材と前記回転シール部材との間に摺動メカニカル面シールが形成されるように、前記非回転シール部材に対して対向関係で配設されている、回転ユニオン。

【請求項2】

前記ボアに沿って形成された第１のチャネル内に配設された第１のラジアルシールと、
前記非回転シールキャリアの外面に沿って形成された第２のチャネル内に配設された第２のラジアルシールと、を更に備え、
前記第１のラジアルシールは、前記非回転構成要素と前記圧力スリーブとの間に摺動シールを形成しており、
前記第２のラジアルシールは、前記非回転シールキャリアと前記圧力スリーブとの間に摺動シールを形成している、請求項１に記載の回転ユニオン。

【請求項3】

前記第１のラジアルシール及び前記第２のラジアルシールに隣接して、前記第１のチャネル及び前記第２のチャネル内に配設されたシールリテーナを更に備える、請求項２に記載の回転ユニオン。

【請求項4】

円筒形ボアを有するハウジングと、
前記ハウジングの前記円筒形ボア内に回転可能に支持されたシャフトと、を更に備え、
前記円筒形ボアは、前記ハウジングの本体を通って延在し、実質的に直線状であり、前記非回転構成要素は、前記ハウジングの前記円筒形ボア内に配設されたキャリッジであり、
前記回転シールキャリアは、前記シャフトと共に回転するように回転可能に係合された環状プレートである、請求項１に記載の回転ユニオン。

【請求項5】

前記非回転構成要素、前記非回転シールキャリア、前記圧力スリーブ、前記非回転シール部材、及び前記回転シールキャリアは、一緒になってシール段を画定し、
前記ハウジングは、複数のシール段を積み重ねられた関係で更に含んで多流路回転ユニオンを画定している、請求項４に記載の回転ユニオン。

【請求項6】

前記圧力スリーブは、
前記ボアと前記非回転シールキャリアとの間に摺動シール関係で配設された円筒部と、
前記非回転シール部材に隣接して配設された肩部と、を含む、請求項１に記載の回転ユニオン。

【請求項7】

前記圧力スリーブは、前記流圧が前記非回転シールキャリアに対して内部に存在するときに前記肩部が前記非回転シールキャリアの一部に当接するように、動水力又は空気力下で摺動するように構成されている、請求項４に記載の回転ユニオン。

【請求項8】

円筒形ボアを有するハウジングであって、前記円筒形ボアは前記ハウジングの本体を通って延在し実質的に直線状である、ハウジングと、
前記ハウジングの前記円筒形ボア内に回転可能に支持されたシャフトと、
ボア及び径方向流路を形成するキャリッジであって、前記キャリッジは前記ハウジングの前記円筒形ボア内にシールされた関係で配設されている、キャリッジと、
前記ボア内に摺動可能に配設された非回転シールキャリアと、
前記キャリッジと前記非回転シールキャリアとの間で前記ボア内に摺動可能に配設された圧力スリーブと、
前記非回転シールキャリア上に配設された非回転シール部材と、
回転シールキャリアと、を備え、
前記回転シールキャリアは、当該回転シールキャリア上に配設された回転シール部材と、追加の径方向流路と、を有し、
前記非回転シールキャリアは、前記シャフトと共に回転するように係合されており、
前記回転シール部材は、前記非回転シールキャリアが流圧の存在下で前記回転シールキャリアに向かって摺動するときに前記非回転シール部材と前記回転シール部材との間に摺動メカニカル面シールが形成されるように、前記非回転シール部材に対して対向関係で配設されて、前記径方向流路と前記追加の径方向流路との間に延在する、シールされた流体通路を設けている、多媒体用回転ユニオン。

【請求項9】

前記ボアに沿って形成された第１のチャネル内に配設された第１のラジアルシールであって、前記第１のラジアルシールは、前記キャリッジと前記圧力スリーブとの間に摺動シールを形成している、第１のラジアルシールと、
前記非回転シールキャリアの外面に沿って形成された第２のチャネル内に配設された第２のラジアルシールであって、前記第２のラジアルシールは、前記非回転シールキャリアと前記圧力スリーブとの間に摺動シールを形成している、第２のラジアルシールと、を更に備える、請求項８に記載の多媒体用回転ユニオン。

【請求項10】

前記第１のラジアルシール及び前記第２のラジアルシールに隣接して、前記第１のチャネル及び前記第２のチャネル内に配設されたシールリテーナを更に備える、請求項９に記載の多媒体用回転ユニオン。

【請求項11】

前記回転シールキャリアは、前記シャフトと共に回転するように回転可能に係合された環状プレートである、請求項９に記載の多媒体用回転ユニオン。

【請求項12】

前記圧力スリーブは、
前記ボアと前記キャリッジとの間に摺動シール関係で配設された円筒部と、
前記非回転シール部材に隣接して配設された肩部と、を含む、請求項８に記載の多媒体用回転ユニオン。

【請求項13】

前記圧力スリーブは、前記流圧が前記径方向流路内に存在するときに前記肩部が前記非回転シールキャリアの一部に当接するように、動水力又は空気力下で摺動するように構成されている、請求項１２に記載の多媒体用回転ユニオン。

【請求項14】

前記ハウジングの前記円筒形ボアに沿って交互に配設された、複数のキャリッジ及び複数の非回転シールキャリアを更に備え、
前記複数のキャリッジ及び前記複数の非回転シールキャリアのそれぞれは、上部にそれぞれの非回転シール部材及び回転シール部材を有して、前記ハウジングに沿ってそれぞれの摺動メカニカル面シールを画定している、請求項８に記載の多媒体用回転ユニオン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０２２年１月２６日に出願された米国特許仮出願第６３／３０３，４３４号の利益を主張するものであり、参照により組み込まれる。

【0002】

（発明の分野）
本開示は回転ユニオンに関し、より具体的には、多数の流路を有する回転ユニオンに関する。

【背景技術】

【0003】

多数の流路を有する回転ユニオンは、回転機械構成要素と非回転機械構成要素との間にシールされた流体通路又はシール可能な流体通路を形成することで知られている。それらの典型的な複雑さに起因して、多流路回転ユニオンは、多くの場合、摩耗、又はいくつかの事例では、不完全な又は不正確なデバイスの組み立てに起因して漏出する傾向にある。更に、そのようなユニオンの修理に関連する複雑な組み立てプロセス又は分解プロセスは、時間がかかり、費用のかかる作業を生じさせる。

【0004】

典型的な回転ユニオンは、ユニオンの媒体チャネルとハウジング又はボアとの間にシールを有する非回転シールキャリアを含み、非回転シールキャリアは、ハウジング又はボア内に摺動可能かつシール可能に配設される。回転ユニオンの一例は、Ｆｏｒｄらの米国特許第７，８１５，２２４号（以下、「Ｆｏｒｄ」）に見ることができる。Ｆｏｒｄに記載されているように、回転ユニオンは、典型的にはバランス比を有し、バランス比は、回転シールと非回転シールとの間でシール面に、シールされた内部圧力によって加えられる平均負荷の比として定義され、代数的にＢ＝Ｐ_ｆ／Ｐとして表すことができ、式中、Ｐ_ｆは、一次シールアセンブリのシール面にかかるシール圧力、すなわち、回転シール部材と非回転シール部材との間で界面に沿って作用するシール圧力であり、Ｐは、ユニオンの媒体チャネル内に存在するシール圧力である。

【0005】

Ｆｏｒｄのデバイスでは、非回転シールキャリアがシール係合位置とシール非係合位置との間を移動するときに非回転シールキャリアを摺動可能にシールするために使用されるシールはＵカップシールとして示されており、これは、シールの凹面に圧力が加えられたときに有効なシールを設けるのに有効であることが分かる。しかしながら、このようなシールは、圧力がシールの両側に加えられる場合、すなわち、回転ユニオンが外部加圧だけでなく内部加圧の状態でも動作している場合には有効ではない。

【発明の概要】

【0006】

本開示は、独立型デバイス、又は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１９年１０月５日に出願された同時係属中の米国特許出願第１６／１５２，７４９号に記載のユニオンなどの多流路回転ユニオンの一部、として使用される回転ユニオンに関する。本開示による回転ユニオンでは、ハウジングは、モジュール式アセンブリのユニオンを可能にする略直線状のボアを形成する。これは、既知の回転ユニオン構成に対する改善である。回転ユニオン構成要素は、ハウジングに対して回転しないように構成されており、少なくとも１つの非回転シールキャリアとハウジングとの間に配設された中間カラーを含む、１つ以上の摺動シールキャリアを含む。一対のシールが中間カラーの両側に配設される。カラー及びシールは、非回転シールキャリア上に配設された非回転シール部材又はシールリングと、回転シールキャリア上に配設された、対応する回転シールキャリア又はシールリングとの間に形成されたメカニカル面シールを相応に開閉する開閉水圧面又は開閉空気圧面を画定することに関与する。中間リングは、一対のシールの間で軸方向に移動して、特定の状況下でシールリングを一緒に押す傾向がある、少なくとも追加の閉鎖力を与える。本開示による回転ユニオンは、有利には、流圧の内部印加又は外部印加下で動作するように構成されている（configured）か、又は構成されている（arranged）。

【0007】

一態様では、本開示は回転ユニオンについて説明する。回転ユニオンは、ボアを形成する非回転構成要素と、ボア内に摺動可能に配設された、非回転シールキャリアと、を含む。圧力スリーブは、非回転構成要素と非回転シールキャリアとの間でボア内に摺動可能に配設される。非回転シール部材は、非回転シールキャリア上に配設され、回転シールキャリアは、回転シールキャリア上に回転シール部材が配設されている。回転シール部材は、非回転シールキャリアが流圧の存在下で回転シールキャリアに向かって摺動するときに非回転シール部材と回転シール部材との間に摺動メカニカル面シールが形成されるように、非回転シール部材に対して対向関係で配設される。

【0008】

別の態様では、本開示は、多媒体用回転ユニオンについて説明する。多媒体用回転ユニオンは、円筒形ボアが本体を通って延在するハウジングであって、円筒形ボアは実質的に直線状である、ハウジングと、ハウジングの円筒形ボア内に回転可能に支持されたシャフトと、を含む。キャリッジは、ボア及び径方向流路を形成し、ハウジングの円筒形ボア内にシールされた関係で配設される。非回転シールキャリアは、ボア内に摺動可能に配設される。圧力スリーブは、キャリッジと非回転シールキャリアとの間でボア内に摺動可能に配設される。非回転シール部材は、非回転シールキャリア上に配設され、回転シール部材を有する回転シールキャリアは、非回転シールキャリア上に配設されて、追加の径方向流路を形成する。非回転シールキャリアは係合されて、シャフトと共に回転する。回転シール部材は、非回転シールキャリアが流圧の存在下で回転シールキャリアに向かって摺動するときに非回転シール部材と回転シール部材との間に摺動メカニカル面シールが形成されるように、非回転シール部材に対して対向関係で配設されて、径方向流路と追加の径方向流路との間に延在する、シールされた流体通路を設ける。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示による多流路回転ユニオンの前方から見た概略図である。

【図2】本開示による多流路回転ユニオンの後方から見た概略図である。

【図3】図１及び図２に示された多流路回転ユニオンの断面図である。

【図4】それぞれ図３の断面の拡大詳細図である。

【図5】それぞれ図３の断面の拡大詳細図である。

【図面の詳細な説明】

【0010】

本明細書に記載の例示的な実施形態では、多チャネル回転ユニオンは、円筒形ボアが本体を通って延在するハウジングを含み、円筒形ボアは実質的に直線状である。回転ユニオンは、円筒形ボア内に回転可能に取り付けられたシャフトを更に含み、シャフトは、ボアの中心線に沿って延在する長手方向軸を有する。複数の環状プレートがシャフトに取り付けられ、複数の環状プレートは、長手方向軸に沿って一定間隔で互いに離間され、複数の環状プレートのそれぞれは、ボア内でシャフトから径方向距離を延在し、内部を通って延在する径方向流路を有し、複数の環状プレートは、シャフトと共に回転するように回転可能かつシール可能に係合される。複数のスプールは、複数の環状プレートの間に交互に配設される。複数のスプールは、円筒形ボアにシール可能に係合し、シャフトと共に回転しないようにハウジングによって軸方向に拘束される。複数のスプールのそれぞれは、複数の環状プレートからの２つの隣接する環状プレートの間に配設され、対応する摺動シールキャリアを含み、この摺動シールキャリアは、ボアの中心線に沿って一方向又は他方向に軸方向に移動して、摺動シールキャリアによって担持されたシールリングと、シールキャリアに面する、隣接した環状プレートの片側との間で対応するメカニカルシール面に対して係合及び係合解除を行う。

【0011】

回転ユニオン１００の前方及び後方から見た概略図がそれぞれ図１及び図２に示されている。ユニオン１００の内部の一部の拡大断面図が図３に示されている。図示された実施形態における回転ユニオン１００は、８つの流体通路を含むが、そのモジュール式構造は、単一の流体通路を有するユニオンなど８よりも少ない、又は多い流路を有する回転ユニオンに好適であることを理解されたい。ここに示される多流路ユニオン１００において、ユニオンを通って延在する各流体通路（複数の流体通路が存在する場合）は、以下の段落で説明されるように、対応するメカニカル面シール構成を有することを理解されたい。

【0012】

図に示される例示的な実施形態に示されるように、回転ユニオン１００は、ロータシャフト１０４を取り囲むハウジング１０２を含み、ロータシャフト１０４は、図示される残りの構造を不明瞭にしないように、図３の断面において部分的に、断面で見ることができる。一般的に言えば、ロータシャフト１０４及びシャフトに結合された任意の関連構造体は、ハウジング１０２及びハウジングに関連するか、又は概して結合された構造体に対して回転するように構成されている。ロータシャフト１０４及びハウジング１０２を通って延在する流体通路は、ユニオン１００が、内部を通る、シールされた、又はシール可能な流体通路を流体に提供することができるように、それぞれの回転機械部品及び非回転機械部品に接続される。既知の方法では、ユニオン１００内で動作するシール構成が、回転しているか否かにかかわらず、流体通路の一部へのシール可能な接続を提供する。図示の実施形態では、ロータシャフト１０４は、一端でフランジ１０８（図１）に接続されており、このフランジは、回転ユニオン１００を通って延在する様々な流体通路に流体インターフェースを提供する。ハウジング１０２はまた、流体インターフェース、すなわち流体ポート１２０、１５２、又は１６０を提供する。シャフト上の流体インターフェースはハウジング上の流体インターフェースに接続可能であり、動作中にそれらの間で流体接続を連通させる。ユニオン内部の流体通路の回転部分と非回転部分との間でのシールの形成は、圧力下の流体が流路の回転部分又は非回転部分のいずれかに導入されたときに自動的に行われるように構成されている。これらの流体通路は、以下で更に詳細に説明されるように、ユニオンを通って延在し、回転可能なロータシャフト１０４とハウジング１０２との間に取り付けられた構成要素の摺動界面に沿って形成された摺動メカニカル面シールを使用することによって、互いから、及び環境から流体的に隔離されている。

【0013】

図示の実施形態では、フランジ１０８は、フランジ１０８の後面１１２上の回転軸１１０の周りに構成された１つ以上の回転流体ポートを含む。構成は対称であっても非対称であってもよい。フランジ１０８の形状は、回転機械構成要素（図示せず）に接続するために構成された円形状を有する平坦なプレートとして示されている。フランジ１０８は、ユニオン１００の様々な機械への接続を容易にする位置に配設された、様々な他の流路及び流体ポートを含むようにする柔軟性又は機会を提供する。例えば、フランジ１０８上の回転流体ポートのそれぞれは、回転流体ポートに対して径方向外向きに配設された、軸方向に延在するポート１１６を有するハウジングに、及び／又はフランジ１０８の外周に沿って配設された、径方向に面する流体ポート１２０に内部で接続することができる。これら及び他の構成により、回転機械構成要素の流体通路をユニオン１００に柔軟かつ便利に接続することが可能になる。

【0014】

例えば、ラジアルシール（図示せず）又は任意の他の種類のシール又はガスケットを収容するシール溝１２２を、ユニオン１００の後部のフランジ１０８の平坦面、並びにフランジ、したがってユニオン１００を回転機械構成要素（図示せず）に取り付けるための取り付け穴１２４に組み込むこともできる。ハウジング１０２は、中空円筒に積み重ねられたセグメント１４２からなる。フランジ１０８内の回転ポートは、ハウジング１０２内に形成された、対応する非回転流体ポート１５２に流体接続可能である。

【0015】

ここで特に図３を参照すると、シャフト１０４がハウジング１０２（その一部が示されている）を通って延在することが分かる。ハウジング１０２は、構成要素が内部に取り付けられるボア２０４を形成する、略中空円筒形の外側シェル、すなわちハウジング２０２を含み得る。示されるように、シェル２０２内には、シェル２０２と回転不能に係合されるキャリッジ２０６が含まれる。キャリッジ２０６は、周方向に延在するチャネル２０８と、１つ以上の径方向に延在するチャネル２１０と、を含む。１つ以上の径方向に延在するチャネル２１０は、キャリッジ２０６の内部の環状に延在する媒体チャネル２１２をボア２０４の内部と流体接続し、それにより、流体を、例えば、ハウジング１０２内のポート１５２、１２０、又は１６０を通して移送することができる。シール、例えばラジアルシール（図示せず）を、周方向に延在するチャネル２０８内に配置して、媒体チャネル２１２内に存在する流体を、同じ又は隣接するキャリッジ２０６内の隣接するチャネル内に存在し得る流体からシールすることができる。ユニオン１００を完全に組み立てるときに、積み重ねられた順序でキャリッジ２０６を組み立てることによって、ユニオン１００を通る、２つ以上の流体経路を作り出すことができる。

【0016】

各キャリッジは、その内側部分に沿って１つ以上のシールチャネル２１４を含む。図示されるように、第１のシールチャネル２１４（符号なし）は、その内部にシール２１６を収容する。第２のシールチャネル２１４は、同一キャリッジ２０６内に収容された第２の回転ユニオン構成（図示せず）のために第２のシール２１６をその内部に収容するように構成されている。シールチャネル２１４は、媒体チャネル２１２の両側に配設される。各シールチャネル２１４は、環状シールリテーナ２１８が軸方向の両側に位置するラジアルシール２１６を含む。シールリテーナ２１８は、図示の実施形態ではОリングであるシール２１６の適切な圧縮を確実にし、ユニオン１００の動作中の運動又は圧力印加条件下でのシール２１６の変形を低減する。

【0017】

外側ラジアルシール２１６は、圧力スリーブ２２０に対してシールするように配設され、図示の実施形態では、円筒部２２２と、フランジ部、すなわち肩部２２４と、を含む略中空円筒形状を有する。肩部２２４は、キャリッジ２０６の一部に形成された内側停止面２２６に接して、機械的停止部として一方向に作用する。円筒部は、中心線１１０に垂直な径方向に厚さｔ（図４を参照）を有する。圧力スリーブ２２０は、カートリッジ２０６によって形成されたボア内に摺動可能に配設され、また、円筒部２２２の外周及び円筒面と外側ラジアルシール２１６との接触を介して摺動するときにシール可能に配設される。

【0018】

非回転シールキャリア２２８は、円筒部２２２の内周及び円筒面内に摺動可能かつシール可能に配設される。非回転シールキャリア２２８は、２つの環状シールリテーナ２３２によってフランジが付けられた内側非回転ラジアルシール２３０を収容する、周方向に延在するチャネルを含む。外側非回転ラジアルシール２１６と同様に、内側非回転ラジアルシール２３０では、リテーナ２３２による摺動運動又は圧力印加による過度の変形が防止される。非回転シールキャリア２２８は、媒体チャネル２１２の一部を形成し、媒体チャネル２１２に対して流体的に開放されている内部ボア２３４を含む。非回転シールキャリア２２８は、キャリッジ２０６に形成されたポケット２３８内に配設された、１つ以上の径方向に延在するキー２３６を更に含み、非回転シールキャリア２２８がキャリッジ２０６に対して、ひいては外側シェル２０２及びハウジング１０２全体に対して回転することを防止する。

【0019】

非回転シールキャリア２２８は、非回転シール部材２４０を更に支持し、非回転シール部材２４０は、断面が略矩形状を有するシール本体部２４２を含み、シール部材２４０の外面の周りを周方向に延在する隆起部２４４を形成する。これに関連して、シール部材の外面は、キャリッジ２０６内のキャリア２２８の軸方向運動の方向に外向きに、シールキャリア２２８から離れる方向に面する本体部分の表面である。図示の実施形態では、非回転シール部材２４０は、非回転シールキャリア２２８が（図３に示される向きで右に向かって）伸長位置にあるとき、回転シールキャリア２４８上に配設される回転シール部材２４６に当接するように構成されている。

【0020】

回転シール部材２４６と非回転シール部材２４０との間での当接接触は、隆起部２４４と回転シール部材２４６の露出面との間に摺動メカニカル面シールを形成して、メカニカル面シールの内部及び／又は外部に存在する流体をシールする。キャリッジ２０６と同様に、非回転シールキャリア２４８は、径方向に延在する流路２５０を含み、２つの軸方向に対向するシールリングチャネル２５２内で、図示のように、２つ以上の回転シール部材２４６を対向する面上で支持するように構成され得る。回転シールキャリア２４８は、シャフト１０４上に係合され、シャフト１０４と共に回転するように構成される。シャフト内に形成された流体通路（図示せず）は、流路２５０に流体的に接続されて、動作中に加圧媒体が存在する状態で、ハウジング２０２内に形成された、シールされたチャンバと、非回転シール部材２４０と回転シール部材２４６との間に形成された、係合したメカニカル面シールとの間で流体を通過させる。

【0021】

２つの動作状態及び位置における回転シール部材及び非回転シール部材の概略図が図４及び図５に示されている。これらの図では、先に説明した対応する構造体及び特徴と同じであるか、又は類似の構造体及び特徴は、簡略化及び説明のために同じ参照番号によって示されている。図４に示される動作状態では、加圧流体又は媒体が、メカニカル面シールの外部、すなわち、ハウジング２０２（図２）内であるが、媒体チャネル２１２の外部に提供される。この動作状態では、（液体又は気体である流体の性質に応じて）開閉水圧面又は開閉空気圧面が、非回転シールキャリア２２８、キャリッジ２０６、及び圧力スリーブ２２０の表面に作用する。より具体的には、圧力分布３００は、非回転シール部材２４４と回転シール部材２４６（説明のために、図３及び図４の破線輪郭に示される）との間で摺動接触の界面３０２に沿って存在する環状面に沿って開方向（図４に示されるように左）に作用する。図４に示されるように、分布３００の径方向外方縁部における圧力は最大であり、外部から加えられる流体の圧力Ｐに等しい。次いで、圧力は、最大値Ｐから内圧値ｐまで界面３０２に沿って減少し、内圧値ｐは、大気圧であり得るか、又はＰよりも低い（ｐ＜Ｐ）別の圧力であり得る。分布３００の形状は、液体に適用される線形として示されているが、ガス又は高粘度を有する液体など他の種類の流体に対しては、例えば対数又は多項式など別の形状をとり得る。

【0022】

正味開水圧面領域３０４は、非回転シールキャリア２２８を開方向に（図４の左に向かって）押すように作用する正味圧力が印加される、存在する全構造体の圧力不均衡面の総面領域として定義することができる。同様に、正味閉水圧面領域３０６は、非回転シールキャリア２２８を閉方向に（図４の右に向かって）押すように作用する正味圧力が印加される、存在する全構造体の圧力不均衡面の総面領域として定義することができる。

【0023】

図４に見られるように、正味閉領域３０６は正味開領域３０４よりも小さいが、それに作用する圧力は大きい（すなわち、閉領域全体に作用する圧力Ｐを有する圧力分布のプロファイルが存在する）。これは、内圧ｐよりも大きい外圧Ｐが存在する場合、外圧Ｐの存在下では、非回転シールキャリア２２８及び圧力スリーブ２２０に対する閉方向の正味力が、それらを閉方向（図４の向きでは左）に押す傾向があり、その結果、非回転シール部材２４４及び回転シール部材２４６が係合してメカニカル面シール３０２を形成することを意味する。

【0024】

示されるように、正味閉領域３０６は、正味開領域３０４の約７５％である。このため、開領域３０４の約２５％が残り、シール部材が当接し、メカニカル面シール３０２が形成されるまで、非回転シールキャリア２２８及び圧力スリーブ２２０の組み合わせを閉方向に付勢する。図４に示される構造体の構成では、正味閉領域３０６は、主に圧力スリーブ２２０によって形成され、より具体的には、円筒部２２２の厚さｔ及び円筒部２２２の外面とキャリッジ２０６の内側ボア面との間のギャップ厚さによって形成されることが分かる。ラジアルシール２１６及び２３０は、圧力スリーブ２２０の円筒部２２２の両側で外部から加圧され、図示のように内側（左側）リテーナ２１８に接して変形し得る。有利には、メカニカル面シール３０２が形成されるときの閉方向（右）への非回転シールキャリア２２８の運動は、非回転シールキャリア２２８と圧力スリーブ２２０との間で分割され、これにより、ラジアルシール２１６及び２３０がさらされる摺動運動全体が低減され、摩耗を低減し、シールリングが回転する傾向も低減する。

【0025】

図５に示される動作状態では、加圧流体又は媒体は、メカニカル面シールの内部、すなわち、キャリッジ２０６及び非回転シールキャリア２２８の内部の媒体チャネル２１２（図２）内に提供される。この動作状態では、外圧状態（図４）と同様に、（液体又は気体である流体の性質に応じて）開閉水圧面又は開閉空気圧面が、非回転シールキャリア２２８、キャリッジ２０６、及び圧力スリーブ２２０の表面に作用する。

【0026】

より具体的には、圧力分布３００’は、メカニカル面シール３０２界面に沿って開方向（図４に示されるように左）に作用する。図５に示されるように、分布３００’の径方向内方縁部における圧力は最大であり、外部から加えられる流体の圧力Ｐに等しい。次いで、圧力は、最大値Ｐから外圧値ｐまで界面３０２に沿って減少し、外圧値ｐは、大気圧であり得るか、又はＰよりも低い（ｐ＜Ｐ）別の圧力であり得る。分布３００’の形状は、ここでも液体に適用される線形として示されているが、ガス又は更には高粘度を有する液体など他の種類の流体に対しては、例えば対数又は多項式など別の形状をとり得る。

【0027】

正味開水圧面領域３０４’は、非回転シールキャリア２２８を開方向に（図５の左に向かって）押すように作用する正味圧力が印加される、存在する全構造体の圧力不均衡面の総面領域として定義することができる。同様に、正味閉水圧面領域３０６’は、非回転シールキャリア２２８を閉方向に（図４の左に向かって）押すように作用する正味圧力が印加される、存在する全構造体の圧力不均衡面の総面領域として定義することができる。

【0028】

図５に見られるように、正味開領域３０４’は正味閉領域３０６’よりも大きい。図４に示される状態と同様に、閉領域３０６’に作用する総圧力は、その面にわたって一定であり、したがって、圧力分布は、大きさＰを有する正味閉領域３０６’にわたって一定である。正味開領域に作用する圧力は、例えば、三角形又は別の形状のプロファイルを有する分布３００’に従う。例えば、分布が三角形である場合、分布によって印加される正味力は、圧力Ｐの一定の印加に対する力よりも低いか、又は約１／２である。正味閉領域３０６’が小さい、例えば正味開領域３０４’の７５％又は他の値などであっても、正味閉力は、非回転シールキャリア２２８、そしてまた圧力スリーブ２２０の両方に作用し、非回転シールキャリア２２８の肩部を延ばして押し、全体として正味開力よりも大きい。

【0029】

一例では、閉領域が開領域の７５％であるが、圧力分布（例えば、三角形）が開領域に適用されると仮定すると、開領域は、圧力分布が開領域にわたって均一であれば、その全体の５０％となり、これは、全体として、閉方向に２５％の力の優位性があることを意味する。したがって、非回転シールキャリア２２８に作用する正味閉力は、非回転シールキャリア２２８及び圧力スリーブ２２０を閉方向に付勢し、その結果、非回転シール部材２４４及び回転シール部材２４６が係合して、メカニカル面シール３０２を形成する。

【0030】

図５に示される動作状態では、正味閉領域３０６’は、主に圧力スリーブ２２０によって形成され、より具体的には、シール２１６と２３０との間で圧力にさらされる円筒部２２２の厚さｔ及び円筒部２２２の内面とシール２３０の周りの非回転シールキャリア２２８の外面との間のギャップ厚さによって形成されることが分かる。この状態では、圧力スリーブ２２０のフランジ部、すなわち肩部２２４はまた、非回転シールキャリア２２８を閉方向（図の右側）に押す。ラジアルシール２１６及び２３０は、圧力スリーブ２２０の円筒部２２２の両側で内部から加圧され、図示のように外側（右側）リテーナ２１８に接して変形し得る。有利には、メカニカル面シール３０２が形成されるときの閉方向（右）への非回転シールキャリア２２８の運動は、非回転シールキャリア２２８と圧力スリーブ２２０との間で分割され、これにより、ラジアルシール２１６及び２３０がさらされる摺動運動全体が低減され、摩耗を低減し、シールリングが回転する傾向も低減する。

【0031】

本開示による１つの例示的な実施形態では、本開示は、ボアを形成する非回転構成要素と、ボア内に摺動可能に配設された非回転シールキャリアと、非回転構成要素と非回転シールキャリアとの間でボア内に摺動可能に配設された圧力スリーブと、非回転シールキャリア上に配設された非回転シール部材と、回転シールキャリアと、を含む回転ユニオンについて説明する。回転シールキャリアは、当該回転シールキャリア上に配設された回転シール部材を有し、流圧の存在下で非回転シールキャリアが回転シールキャリアに向かって摺動するときに非回転シール部材と回転シール部材との間に摺動メカニカル面シールが形成されるように、回転シール部材が非回転シール部材に対して対向関係で配設される。

【0032】

説明したように、回転ユニオンは、ボアに沿って形成された第１のチャネル内に配設され、非回転構成要素と圧力スリーブとの間に摺動シールを形成する、第１のラジアルシールと、非回転シールキャリアの外面に沿って形成された第２のチャネル内に配設され、非回転シールキャリアと圧力スリーブとの間に摺動シールを形成する、第２のラジアルシールと、を含む。回転ユニオンは、第１のラジアルシール及び第２のラジアルシールに隣接して、第１のチャネル及び第２のチャネル内に配設されたシールリテーナを更に備え得る。

【0033】

一実施形態では、回転ユニオンは、円筒形ボアが本体を通って延在するハウジングであって、円筒形ボアは実質的に直線状であり、非回転構成要素は、ハウジングの円筒形ボア内に配設されたキャリッジである、ハウジングと、ハウジングの円筒形ボア内に回転可能に支持されたシャフトであって、回転シールキャリアは、シャフトと共に回転するように回転可能に係合された環状プレートである、シャフトと、を更に含む。回転ユニオンは、多媒体用回転ユニオンのハウジング内に積み重ねられた関係で複数のメカニカル面シール構成を更に含み得る。

【0034】

一実施形態では、圧力スリーブは、ボアと非回転シールキャリアとの間に摺動シール関係で配設された円筒部と、非回転シール部材に隣接して配設された肩部と、を含み、圧力スリーブは、流圧が非回転シールキャリアに対して内部に存在するときに肩部が非回転シールキャリアの一部に当接するように、動水力又は空気力下で摺動するように構成されている。

【0035】

本明細書に引用される刊行物、特許出願、及び特許など全ての参考文献は、各参考文献が参照により組み込まれることが個々にかつ具体的に示され、その全体が本明細書に記載されているのと同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。

【0036】

本発明を説明する文脈における（特に以下の特許請求の範囲の文脈における）用語「１つ（a）」及び「１つ（an）」及び「その（the）」及び「少なくとも１つ（at least one）」並びに類似の指示対象の使用は、本明細書において別段の指示がない限り、又は明らかに文脈に矛盾しない限り、単数及び複数の両方を包むと解釈されるべきである。１つ以上の項目のリストが続く「少なくとも１つ」という用語（例えば、「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」）の使用は、本明細書において別段の指示がない限り、又は明らかに文脈に矛盾しない限り、列挙された項目から選択される１つの項目（Ａ又はＢ）、又は列挙された項目のうちの２つ以上の任意の組み合わせ（Ａ及びＢ）を意味すると解釈されるべきである。「備える（comprising）」、「有する（having）」、「含む（including）」及び「含有する（containing）」という用語は、別段の記載がない限り、オープンエンドの用語（すなわち、「含むが、それに限定されない」を意味する）として解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書において別段の指示がない限り、その範囲内に入る各個別の値を個別に言及する簡易な方法としての役割を果たすことが単に意図されており、各個別の値は、本明細書において個別に引用された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全ての方法は、本明細書において別段の指示がない限り、又は明らかに文脈に矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行され得る。本明細書で提供される任意及び全ての例、又は例示的な言語（例えば、「など」）の使用は、単に本発明をより良く説明することを意図しており、別段の請求がない限り、本発明の範囲に制限を課すものではない。本明細書中のいかなる言語も、特許請求されていない任意の要素が本発明の実施に不可欠であることを示すものとして解釈されるべきではない。

【0037】

本発明者らに既知の本発明を実施するための最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態が本明細書に記載されている。これらの好ましい実施形態の変形は、前述の説明を読んだ当業者に明らかとなり得る。本発明者らは、当業者が必要に応じてそのような変形を使用することを予想しており、本発明者らは、本発明が本明細書に具体的に記載されているものとは別の方法で実施されることを意図している。したがって、本発明は、本明細書に添付の特許請求の範囲に記載されている主題の、適用法によって許容されるあらゆる修正及び均等物を含む。更に、上述した要素の全ての可能な変形での任意の組み合わせが、本明細書において別段の指示がない限り、又は明らかに文脈に矛盾しない限り、本発明に包含される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】