JP2015503045A - 耐熱性シール・システム - Google Patents

Abstract

酸化性環境に用いられる動流体シール・システムが、ロータとシール・ステータとを含んでいる。ステータが固体潤滑材若しくは表面処理を含みロータが硬化されているか、又はステータが硬化されてロータが固体潤滑材若しくは表面処理を含んでいる。ステータは、シールを形成するようにロータに近接して位置している。ステータ及びロータは、当該ステータ及びロータの少なくとも一方が当該ステータとロータとの間に作用間隙を保つのに十分な摩耗速度及び表面粗さを有するように、華氏（Ｆ）７００度よりも高い極端な温度において堅牢である。【選択図】図１

Description

本開示は一般的には、極端な温度環境に用いられる材料及び応用に関する。

炭素系要素を用いた要素が動作を保つことが不可能な多数の高温環境が存在する。典型的な炭素系要素は、華氏（Ｆ）約７００度以上で何らかの深刻な劣化を蒙る。

さらに明確に述べると、ピストン装置及びロータ装置を所要の構成要素と共に含む線形又は往復運動応用のような摺動構成要素が、極端な環境での動作を要求されることが増えている。

一例では、動流体（hydrodynamic）面シール及び動流体円周シールが、潤滑油漏れを最小にするシール技術である。動流体シールは非接触態様で主に作用し、従って緊密なシール・クリアランスを保ちつつコンパクトな軸方向空間においてシールの寿命を延ばしまた信頼性を高めるので、魅力ある解決法を提供する。動流体面シール及び動流体円周シールの両方とも、可能な限り小さい作用間隙を生成するために、回転シール面と固定シール面との間の圧力プロファイルの展開に頼っている。所要の圧力プロファイルを保存するためには、回転シール面及び固定シール面に良好な表面仕上げが保たれていなければならない。動流体シールは動作の大部分において非接触であるが、ロータの始動時及び停止時には摺動接触を受ける。接触動作の全体を通じて摩耗及び熱による浅割れを最小にし、結果的に高効率の動流体シールを保つために、シール構成要素は一般的には、優れた摩擦特性及び摩耗特性を呈する材料で製造される。

典型的に炭素で製造される従来の動流体シールは、華氏（Ｆ）７００度を上回るような温度では激しい劣化性酸化を起こすため、かかる温度での動作には適さない。かかる激しい劣化性酸化条件は、高マッハ・ターボ航空機エンジンのガス・タービン・サンプに生ずる。一旦、シールが劣化したら、サンプ全体が故障し得る。

もう一つの応用では、線形態様で動作するピストンを有するエンジンがリング及びシールを用いるが、上述と同じ問題を有する。

このように、健全性及び性能を保ちつつ高温動作を考慮したシステム及び動作方法が必要とされている。

本発明のシステムは一観点では、ロータとシール・ステータとを含む酸化性環境用シール・システムを提供する。ステータが固体潤滑材若しくは表面処理を含みロータが硬化されているか、又はステータが硬化されてロータが固体潤滑材若しくは表面処理を含んでいる。ステータは、シールを形成するようにロータに近接して位置している。ステータ及びロータは、当該ステータ及びロータの少なくとも一方が当該ステータとロータとの間に作用間隙を保つのに十分な摩耗速度及び表面粗さを有するように、華氏（Ｆ）７００度よりも高い極端な温度において堅牢である。

本発明のシステムは一観点では、摺動部とシール部とを含む酸化性環境用摺動システムを提供する。シール部が固体潤滑材若しくは表面処理を含み摺動部が硬化されているか、又は摺動部が固体潤滑材若しくは表面処理を含みシール部が硬化されている。シール部は、シールを形成するように摺動部に近接して位置している。シール部及び摺動部は、当該シール部及び摺動部の少なくとも一方が当該シール部と摺動部との間に作用間隙を保つのに十分な摩耗速度及び表面粗さを有するように、華氏（Ｆ）７００度よりも高い温度において堅牢である。

本発明のこれらの特徴、観点及び利点、並びに他の特徴、観点及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに十分に理解されよう。図面全体にわたり、類似の参照符号は類似の部材を表わす。
本発明のシステムの一実施形態による動流体シール・システムの側断面図である。 図１のシステムの一部の拡大図である。 一実施形態による動流体面シールの動作の概略図である。 ディスク対リング式試験装置を示す図である。 図４の装置による試験のためにステータ及びロータに用いられた材料の一覧表を示す図である。 図５のロータ及びステータについての試験前及び試験後の表面粗さのグラフ図である。 図５のロータ及びステータについての試験前及び試験後の重量変化のグラフ図である。 図５の材料についての試験時の平均トルクのグラフ図である。 図４の装置及び図５の材料による試験についての表データの一覧図である。 フェーズII試験の下で試験されたステータ及びロータの表を示す図である。 図１０のロータ及びステータについての試験前及び試験後の表面粗さのグラフ図である。 図１０のロータ及びステータについての試験前及び試験後の重量変化のグラフ図である。 図１０のステータ及びロータの試験時の平均トルクのグラフ図である。 図１０のステータ及びロータの試験結果の表を示す図である。 本発明のシステムの一実施形態によるピストン及びシリンダの上面図である。 図１５のシステムの側断面図である。

本発明の原理に従って極端な条件で動作するためのシステム及び方法が提供される。一例は、極端な環境での動作を可能にする被覆材料又は母材であって、特に摺動要素のための材料である。

一例では、シール・システムは気密シールを提供し、高温環境において摩耗及び表面粗さを低くした状態で微小間隙を保つ。

図１に示す実施形態の一例では、動流体シール・システム１０がロータ２０とシール３０とを含んでおり、ロータ２０は硬質皮膜で被覆されており、シール３０は、華氏７００度を超える温度において堅牢である固体潤滑材（例えばホウ化インコネル７１８）で構成されている。一例では、温度範囲は華氏（Ｆ）約１２００度に達する。「堅牢（robust）」とは本書では、ステータとロータとの間の作用間隙を約０．０００２インチに保つのに十分な摩耗速度及び表面粗さを有することと定義される。

オイル及びガス業界のような産業界で通常ドライ・ガス・シールと呼ばれる動流体面シールは、座（seat）又はロータ（例えばロータ２０）として知られる回転リングと、面（face）又はステータ（例えばシール３０）として知られる固定リングとから成っている。一例では、各々の面シールの表面仕上がりは０．１μｍ程度である。さらに他の例では、ロータの形状は、図３に示すようにシール面の中心から外径まで延在する半径方向溝２００を含んでいる。これらの溝の目的は、回転しつつ作動流体（典型的には気体状炭化水素又は乾燥窒素）に入り込み、結果的に動流体圧を溝の半径方向内側部分２１０へ向けて増大させて、二つのシール面を分離させることにある。動作時には、動流体シール部分は分離される（例えば作用間隙だけ）ことができ、分離されると、座（例えばロータ２０）は図３に示すように面（例えばシール３０）の上で気体クッションに乗る。上で示されているように、シールの各部は、特定のロータの始動時及び停止時には互いに接触し得る。一例によれば、座の溝は約６μｍ深さであり、面と座との間の間隙は約３μｍである。

システム１０は、極端な温度例えば華氏（Ｆ）７００度よりも高く一例では華氏（Ｆ）約１２００度までの温度で酸化性環境において堅牢である先進型動流体シールである。かかるシール・システムは、例えば図１から図２に示すような高マッハ・ターボ航空機エンジンのサンプ（例えばサンプ４０）に用いられ得る。サンプ４０は、軸受け５０、シール油切り６０、シール戻り（windback）ねじ山７０、及びシール・ハウジング８０を含み得る。固定シール９０及び回転ラビリンス・シール１００も図示されている。シール３０とロータ２０との間には作用間隙１１０が存在している。シール３０は、華氏（Ｆ）１０００度を上回り少なくとも華氏（Ｆ）１２００度までの温度で堅牢であるホウ化インコネル７１８のような表面処理を含み得る。動流体シールの適当な動作には、動作全体にわたり低い表面粗さを保つシール面が必要である。硬質ロータ皮膜（例えばロックウェル値がＨＲＣ７０以上）と、適当な表面処理（例えばホウ化インコネル７１８）を含むシール構成要素との組み合わせによって、低摩擦係数、低摩耗速度、及び動作全体にわたり許容可能な表面仕上げを保つ能力が得られる。もう一つの例では、ロータが所載のような表面処理材料を含み、シール構成要素が硬質皮膜を有するか又はロックウェル値がＨＲＣ７０以上となるように他の方法で硬化されたものであってもよい。

本書に記載されているように、従来の動流体シールは典型的には炭素で製造され、華氏（Ｆ）７００度を上回る温度での動作について、シールの突発的故障を招く激しい劣化性酸化の開始のため適さない。炭素よりも高温において堅牢な固体潤滑材から動流体シールを製造すると、動作温度を少なくとも華氏（Ｆ）１２００度に到達させることができる。

一例では、高マッハ・ターボ航空機エンジンの前方サンプ、中央サンプ、及び後方サンプは、マッハ３におけるラムジェットへの移行段階に近付くと華氏（Ｆ）１０００度から華氏（Ｆ）約１２００度という極端な温度に達する。かかる極端な温度は動流体シール製造者の現在の設計経験を大幅に超えている。上述のように、炭素から作製される現在のシールは、７００°Ｆを超える温度では酸化が速まる。

サンプ・シール（例えば高マッハ・ターボ航空機エンジン用のサンプ）のための様々な基材及び皮膜が華氏（Ｆ）１２００度での動作のために研究された。この環境で用いられるべき動流体シールについてのパラメータには、例えば華氏（Ｆ）１２００度での耐摩耗性、低摩擦係数、及び摺動境界面における低発熱等が含まれる。本書に記載されているように、従来の炭素シールでは華氏（Ｆ）７００度を超える温度で激しい劣化性酸化が典型的に生ずる。かかるシールに用いられる材料は、少なくとも華氏（Ｆ）７００度、華氏（Ｆ）１０００度及び華氏（Ｆ）１２００度の範囲において耐えて、低い漏れを与え、オイル環境に不感受性であることが望ましい。シミュレートされた試験は、動作領域に基づく定常状態漏れ（性能）を予測し、熱歪み及び性能に対する影響を予測し、性能に対する表面粗さの影響を特性決定した。

図４に示すように間隙１５０を挟んでロータ・ディスク１３０及びステータ・リング１４０を含む摺動摩耗試験機において高温材料試験が行なわれた。この摺動摩耗試験機はリング対ディスク試験用に設計されたものであり、この試験機ではロータが回転し、ステータ（シール）が固定している。この試験は、高マッハ・ターボ航空機エンジンのサンプ・シールのような高温（例えば１２００°Ｆまで）の環境において、エンジンの始動時及び停止時すなわち動流体揚力が生ずる前又は生じた後に生成する実際の条件（例えば温度及び速度）を模擬する。

シール（試験設定では固定ステータ）は一例では、図５に列挙した材料から成っていた。従来の動流体シール及び炭素シールに見られる材料を模擬するために、ＷＣ−Ｃｏ皮膜付きインコネル７１８ディスクをＭ？４５電気黒鉛に対して試験した。華氏（Ｆ）１２００度の動作温度を達成するために、ＣｒＣ？ＮｉＣｒロータ皮膜（華氏（Ｆ）１６５０度まで抗酸化性）を、現在用いられているＷＣ？Ｃｏ皮膜（華氏（Ｆ）１０００度まで抗酸化性）の代わりに置き換えた。図５は、タスク３及びタスク４で試験された材料をまとめている。

試験は二段階（フェーズ１及びフェーズ２）に分けて行なわれた。第一の試験フェーズは、可能性のあるシール材料候補を識別するために用いられた。フェーズ２試験は、構成要素の動作範囲の全体にわたる多数の等温線において行なわれた。フェーズ１試験は、２７５ｆｔ／ｓの線速度（試験標本の外径における線速度）で行なわれた。摺動境界面での温度は華氏（Ｆ）１０００度であった。試験全体を通じて接触圧は３．５ｐｓｉに保たれ、この圧力は従来のシール製造業者によって指定されている典型的な接触圧である。第二の試験フェーズも２７５ｆｔ／ｓにおいて行なわれ、華氏（Ｆ）７２度、華氏（Ｆ）４００度、華氏（Ｆ）６００度、華氏（Ｆ）８００度、華氏（Ｆ）１０００度、及び華氏（Ｆ）１２００度の等温線において行なわれた。

成功する材料候補を識別するのに評価された特性は、１）低摩擦係数、２）良好な耐摩耗性（表面粗さの劣化及び摩耗屑の型によって定量化される）、及び３）摺動境界面での低発熱であった。これらの特性が組み合わさって、シールの寿命にわたり指示された温度においてロータとステータとの間に適当な作用間隙（例えば０．０００２インチ）を生成する。従って、材料性能を比較するための特定的な試験測定規準は、１）摩擦係数データ、２）摩耗及び酸化によって生ずるような表面仕上げ劣化を評価するための形状測定、３）摺動境界面での温度レベル、並びに４）質量損（摩耗を評価するため）であった。

幾つかの材料が、フェーズ１条件すなわちチェンバ温度が華氏（Ｆ）１０００度、最大表面速度が２７５ｆｔ／ｓ、摩耗面の負荷が３．５ｐｓｉ、及び試験時間が１時間との条件の下で試験された。図６は、ロータ及びステータについて試験１から試験１０についての試験前及び試験後の表面粗さ（マイクロインチＲ_a）のグラフである。図７は、ロータ及びステータについての試験前及び試験後の重量変化のグラフであり、図８は、試験の各々での平均トルクのグラフである。図９は、試験からの表データを掲げる。

試験１は、Ｍ−４５電気黒鉛ステータ対ＷＣ？Ｃｏロータ（現在最新の材料の組み合わせ）の基準試験である。この材料の組み合わせの性能は、１時間摩耗試験時には優れていたが、望まれる温度では電気黒鉛ステータ材料が急速に酸化して長期動作には適さない。

試験２の材料の組み合わせは、動作条件に耐えることができなかった。選択されたＳｉＣ材料は優れた摩耗特性を提供するが、低摩擦係数を与えず、ステータの温度が急速に上昇した。２分後に、熱衝撃のため脆性のＳｉＣステータが粉々になった。

試験３の材料の組み合わせはＥＳＫ Ｅｋａｓｔｉｃ Ｔ窒化ケイ素及びＣｒＣＮｉＣｒ皮膜付きロータであって、基準以外の材料の組み合わせから最良の試験結果を与えた。試験３のトルク（摩擦）レベルは試験１のレベルに極く近く、試験３の重量損の値は試験１の値よりも良好である。この材料の組み合わせからのフェーズ１の結果は極めて有望であり、フェーズ２の動作条件の下での試験のために選択された。

試験４及び試験５のステータ材料は六方晶窒化ホウ素で部分的に構成されていた。この材料は摩擦係数が低い（例えば華氏（Ｆ）１０００度よりも高温で０．２未満である）が、黒鉛の摩擦係数はこの温度よりも高温では顕著に増大する（例えば０．８を上回る）。これらの材料の高温摩擦データは有望であるが、試験４及び試験５の材料の組み合わせはフェーズ１の試験条件の下では良好な成果を挙げなかった。これらの材料はフェーズ２試験には選択されなかった。

試験６の材料の組み合わせはＴｒｉｂａｌｏｙ Ｔ−８００皮膜及びＣｒＣ−ＮｉＣｒ皮膜付きロータであり、表面粗さ及び重量損に関して辛うじて成功と言える結果を与えた。試験６のトルク（摩擦）レベルは、試験されたタスク４皮膜の他のものよりも高く、フェーズ２試験には選択されなかった。

試験７の材料の組み合わせはホウ化インコネル及びＣｒＣ−ＮｉＣｒ皮膜付きロータであり、ステータ粗さが望まれるよりも増大したことを考慮すると表面粗さに関して辛うじて成功と言える結果を与えた。このことにも拘わらず、試験７のトルク（摩擦）レベルは試験１（炭素黒鉛）からの基準トルクよりも低かった。この材料の組み合わせからのこの低いトルク・レベルは極めて有望であり、フェーズ２試験のために選択された。

試験８の材料の組み合わせはＡｌｃｒｏｎａ皮膜付きステータ及びＣｒＣ−ＮｉＣｒ皮膜付きロータであり、表面粗さ、重量損、及びトルクに関して辛うじて成功と言える結果を与えた。この材料の組み合わせはフェーズ２試験には選択されなかった。

試験９の材料の組み合わせはＮＡＳＡ ＰＳ３０４皮膜付きステータ及びＣｒＣ−ＮｉＣｒ皮膜付きロータであり、表面粗さに関しては優れた結果を与え、重量損については限界的な（marginal）結果を与えた。試験９のトルク（摩擦）レベルは、試験１（炭素黒鉛）からの基準トルクよりも低かった。この低いトルク・レベル及び低い粗さ変化のため、この材料の組み合わせはフェーズ２試験のために選択された。

試験１０の材料の組み合わせはＴｉＡｌ合金皮膜付きステータ及びＣｒＣ−ＮｉＣｒ皮膜付きロータであり、表面粗さ、重量損、及びトルクに関して辛うじて成功と言える結果を与えた。この材料の組み合わせはフェーズ２試験には選択されなかった。

図１０に掲げられた材料の組み合わせがフェーズ２条件すなわちチェンバ温度が華氏（Ｆ）１２００度まで変化し、最大表面速度が２７５ｆｔ／ｓであり、摩耗面の負荷が３．５ｐｓｉであり、試験時間が１時間との条件の下で試験された。図１１は、ロータ及びステータについての試験前及び試験後の表面粗さのグラフであり、図１２は、ロータ及びステータについての試験前及び試験後の重量変化のグラフであり、図１３は、試験の各々での平均トルクのグラフである。図１４は、試験１１、１２、１３及び１１Ａに対する表データを掲げる。

試験１１の材料の組み合わせはホウ化インコネル・ステータ及びＣｒＣ−ＮｉＣｒ皮膜付きロータであり、フェーズ２の全試験マトリクスに耐えることができた。表面粗さ及び標本が受けた重量変化は、フェーズ１において測定されたものと類似している。華氏（Ｆ）１０００度等温線において測定された平均トルクは、０．５７ｉｎ・ｌｂであり、フェーズ１試験における同じ等温線で測定された平均トルク（０．１３ｉｎ・ｌｂ）よりも遥かに高い。このずれは、試験機の再構成の後の変動による可能性がある。

試験１２及び試験１３において試験された材料の組み合わせは、華氏（Ｆ）７２度等温線を越えると試験に耐えることができなかった。両試験とも、試験機シャフトの過剰な振れのため停止された。これらの失敗が材料性能によるものであり試験機の再構成によるものではないことを確認するために、試験１１の材料の組み合わせを再試験して試験１１Ａとした。１１Ａから収集されたデータは試験１１からのデータと非常によく似ていた。この一致から、試験機は試験１２及び試験１３の失敗には寄与しなかったことが確かめられる。

フェーズ２の試験結果に基づくと、ホウ化インコネル７１８及びＣｒＣ−ＮｉＣｒ皮膜付きインコネル７１８がそれぞれステータ又はシール（例えばシール３０）及びロータ（例えばロータ２０）に適している。具体的には、平均トルクは試験１１Ａにおいて他の材料よりも低く、一方ホウ化インコネル７１８の粗さの増大は図１４に列挙された他のステータのうち最小であった。このように、議論されたように用いられたこれらの材料は、高温適合性、良好な摩耗特性（突発的とは対照的に漸次的）、及び良好な表面仕上げを保つ能力を提供した。ステータに適した他の材料としては、六方晶窒化ホウ素及びＮＡＳＡ ＰＳ３０４皮膜付きインコネル７１８がある。フェーズ２試験におけるＮＡＳＡ ＰＳ３０４皮膜の品質は試験ステータの小形状のため限界的であり、この形状がフェーズ２試験における重量損についての限界的な結果に寄与したと考えられる。フェーズ１からのデータは、この材料がステータ（例えばシール３０）としての利用に適することを示している。利用可能な高温摩擦係数データに基づくと、六方晶窒化ホウ素も高温応用におけるシール（例えばシール３０）について炭素黒鉛の代わりとなる適当な置換物であるようである。例えば、シール又はステータは、六方晶窒化ホウ素のような固体潤滑材を埋め込んだ結合剤で完全に製造され得る。動流体シールのステータに含まれる材料は、華氏（Ｆ）１２００度までの動作温度（例えば上述のような高温航空機エンジン）において適当な作用間隙（例えば０．０００２インチまで）の保持を可能にするものとする。さらに、ロータ及びステータについての材料の選択は、各々の特定の状況ではステータ材料がロータに用いられ、ロータからの材料がステータに用いられ得るように反転させてもよい。

図１５及び図１６に示されるもう一つの例では、摺動要素１００（例えばエンジンのピストン）が、間隙１２０によって離隔されているシール部１１０（例えばエンジンのシリンダ内壁）に対して移動自在であり得る。システム１０に対して上で述べたように、これらの要素は、当該摺動要素及び／又はシール要素が上述の材料で形成されて当該摺動要素とシール要素との間の作用間隙を約０．０００２インチに保つのに十分な摩耗速度及び表面粗さを有し得るように極端な温度環境において用いられ得る。例えば、摺動要素はＣｒＣ−ＮｉＣｒで形成されるか又は被覆されていてよく、シール要素は、例えばホウ化インコネル７１８、六方晶窒化ホウ素又はＮＡＳＡ ＰＳ３０４皮膜付きインコネル７１８を含み得る。代替的には、シール要素対摺動要素のこれらの材料選択を反転させてもよい。

当業者には、所載の材料は、低い漏れ及びオイル環境への不感受性、低耐摩耗性、低摩擦係数、並びに摺動境界面における低発熱を有しつつ、華氏（Ｆ）７００度よりも高い温度、華氏（Ｆ）約１０００度、華氏（Ｆ）約１２００度及び華氏（Ｆ）１２００度よりも高い温度のような極端な環境に晒される摺動境界面（線形又は回転）に適することが理解されよう。

以上の記載は例示説明のためのものであって制限するものではないことを理解されたい。例えば、上述の各実施形態（及び／又は各実施形態の諸観点）を互いに組み合わせて用いてよい。加えて、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の状況又は材料を様々な実施形態の教示に合わせて適応構成する多くの改変を施すことができる。本書に記載されている材料の寸法及び形式は、様々な実施形態の各パラメータを定義するためのものであるが、限定するものではなく例示する実施形態である。以上の記載を吟味すれば、当業者には他の多くの実施形態が明らかとなろう。従って、様々な実施形態の範囲は、特許請求の範囲に関連して、かかる特許請求の範囲が網羅する均等構成の全範囲と共に決定されるものとする。特許請求の範囲では、「including包含する」との用語は「comprising含む」の標準英語の同義語として、また「in whichこのとき」との用語は「whereinここで」の標準英語の同義語として用いられている。さらに、以降の特許請求の範囲では、「第一」、「第二」及び「第三」等の用語は単にラベルとして用いられており、これらの用語の目的語に対して数値的要件を課すものではない。さらに、以降の特許請求の範囲の制限は、「手段プラス機能（means-plus-function）」形式で記載されている訳ではなく、かかる特許請求の範囲の制限が、「〜のための手段」に続けて他の構造を含まない機能の言明を従えた文言を明示的に用いていない限り、合衆国法典第３５巻第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されるべきではない。上述のような全ての目的又は利点が任意の特定の実施形態に従って必ずしも達成される訳ではないことを理解されたい。従って、例えば当業者は、本書に記載されるシステム及び手法が、本書に教示するような一つ又は一群の利点を達成する又は最適化するような態様で具現化され又は実施され得るのであって、本書に教示され又は示唆され得るような他の目的又は利点を必ずしも達成しない場合もあることを認められよう。

発明を限られた数の実施形態にのみ関連して詳細に記載したが、本発明はかかる開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されよう。寧ろ、本発明は、本書では記載されていないが発明の要旨及び範囲に沿った任意の数の変形、変更、置換又は均等構成を組み入れるように改変され得る。加えて、発明の様々な実施形態について記載したが、発明の各観点は所載の実施形態の幾つかのみを含み得ることを理解されたい。従って、本発明は、以上の記載によって制限されると看做されるべきではなく、特許請求の範囲によってのみ制限されるものとする。

この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が発明を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。

１０：動流体シール・システム
２０：ロータ
３０：シール
４０：サンプ
５０：軸受け
６０：シール油切り
７０：シール戻りねじ山
８０：シール・ハウジング
９０：固定シール
１００（図１）：回転ラビリンス・シール
１００（図１５、図１６）：摺動要素
１１０（図１）：作用間隙
１１０（図１５、図１６）：シール部
１２０：間隙
１３０：ロータ・ディスク
１４０：ステータ・リング
１５０：間隙
２００：半径方向溝
２１０：半径方向内側部分

Claims (29)

1. ロータとシール・ステータとを備えた酸化性環境用シール・システムであって、
   前記ステータが固体潤滑材又は表面処理を含み前記ロータが硬化されていること、及び前記ロータが前記固体潤滑材又は前記表面処理を含み前記ステータが硬化されていることの一方であり、
   前記ステータは、シールを形成するように前記ロータに近接して位置し、前記ロータ及び前記ステータは、当該ステータ及び当該ロータの少なくとも一方が当該ステータと当該ロータとの間に作用間隙を保つのに十分な摩耗速度及び表面粗さを有するように、華氏７００度よりも高い温度において堅牢である、シール・システム。
2. 前記作用間隙が約０．０００２インチである、シール・システム。
3. 前記ロータはＣｒＣ？ＮｉＣｒ皮膜付きインコネル７１８から成っている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ステータはホウ化インコネル７１８を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
5. 前記ステータは熱間圧縮型六方晶窒化ホウ素を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ステータはＮＡＳＡ ＰＳ３０４皮膜付きインコネル７１８を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
7. 前記ロータ及び前記ステータは耐熱性動流体揚力シールを含んでいる、請求項１に記載のシステム。
8. 前記ロータ及び前記ステータは航空機エンジン用のサンプ・シールを含んでいる、請求項１に記載のシステム。
9. 前記ステータの粗さは、華氏約１２００度までの温度で約１時間にわたり約３．５ｐｓｉの負荷を受けるときに１２マイクロインチＲａ未満である、請求項１に記載のシステム。
10. 前記ステータは、約２．０マイクロインチＲａ未満の表面粗さを含んでいる、請求項１に記載のシステム。
11. 前記ステータは華氏約１２００度までの温度において堅牢である、請求項１に記載のシステム。
12. 前記ステータは華氏約１０００度までの温度において堅牢である、請求項１に記載のシステム。
13. 前記ステータは華氏１２００度を超える温度において堅牢である、請求項１に記載のシステム。
14. 前記ロータは、硬度が少なくともＨＲＣ７０の硬質皮膜を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
15. 摺動部とシール部とを備えた酸化性環境用シール・システムであって、
    前記シール部が固体潤滑材又は表面処理を含み前記摺動部が硬化されていること、及び前記摺動部が前記固体潤滑材又は前記表面処理を含み前記シール部が硬化されていることの一方であり、
    前記シール部は、シールを形成するように前記摺動部に近接して位置し、前記シール部及び前記摺動部は、当該シール部及び当該摺動部の少なくとも一方が当該シール部と当該摺動部との間に作用間隙を保つのに十分な摩耗速度及び表面粗さを有するように、華氏７００度よりも高い温度において堅牢である、シール・システム。
16. 前記作用間隙は約０．０００２インチである、シール・システム。
17. 前記摺動部はＣｒＣ？ＮｉＣｒ皮膜付きインコネル７１８から成っている、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記シール部はホウ化インコネル７１８を含んでいる、請求項１５に記載のシステム。
19. 前記シール部は熱間圧縮型六方晶窒化ホウ素を含んでいる、請求項１５に記載のシステム。
20. 前記シール部はＮＡＳＡ ＰＳ３０４皮膜付きインコネル７１８を含んでいる、請求項１５に記載のシステム。
21. 前記摺動部及び前記シール部は耐熱性動流体揚力シールを含んでいる、請求項１５に記載のシステム。
22. 前記摺動部及び前記シール部は、航空機エンジン用のサンプ・シールを含んでいる、請求項１５に記載のシステム。
23. 前記シール部の粗さは、華氏約１２００度までの温度で約１時間にわたり約３．５ｐｓｉの負荷を受けるときに１２マイクロインチＲａ未満である、請求項１５に記載のシステム。
24. 前記シール部は、約２．０マイクロインチＲａ未満の表面粗さを含んでいる、請求項１５に記載のシステム。
25. 前記シール部は華氏約１２００度までの温度において堅牢である、請求項１５に記載のシステム。
26. 前記シール部は華氏約１０００度までの温度において堅牢である、請求項１５に記載のシステム。
27. 前記シール部は華氏１２００度を超える温度において堅牢である、請求項１５に記載のシステム。
28. 前記摺動部は、硬度が少なくともＨＲＣ７０の硬質皮膜を含んでいる、請求項１５に記載のシステム。
29. 前記摺動部及びシール部は、動作全体にわたり互いに接触した状態に留まる、請求項１５に記載のシステム。