| 【発明の名称】 |
端面シール |
| 【発明者】 |
【氏名】スミス デイヴィッド ピー．
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| 【要約】 |
【課題】従来の端面シールは、もみ下げおよび座ぐり技術の利点を完全に利用しておらず、製造および組み立てコストが高く、より均一で完全なシール能力が得られない。
【解決手段】隙間６０を隔てて対向する２つの面５２，５４の間にシール状態を形成するための端面シール１０であって、内側シール保持部材１２と、この内側シール保持部材１２の半径方向外側に配置されて内側シール保持部材１２との間に空間３６を画成する外側シール保持部材２６と、空間３６に配置され、第１の軸線方向シール面４０およびこれと反対の第２の軸線方向シール面４２を有し、自由状態において２つのシール保持部材１２，２６の軸線方向長さよりも長く、隙間６０を隔てて対向する２つの面５２，５４によって加えられる圧縮力Ｆを受けた場合に空間３６の少なくとも１つの残留部５０に膨張するように変形可能なゴム状弾性シール部材３８とを具える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 隙間を隔てて対向する２つの面の間にシール状態を形成するための端面シールであって、軸線を有する領域を画成し、第１の軸線方向端部と、これと反対の第２の軸線方向端部と、前記第１の軸線方向端部と第２の軸線方向端部との間で示されるような軸線方向長さとを有する内側シール保持部材と、第１の軸線方向端部と、これと反対の第２の軸線方向端部と、前記第１の軸線方向端部と前記第２の軸線方向端部との間で示されるような軸線方向長さとを有し、前記内側シール保持部材の半径方向外側に配置されて前記内側シール保持部材との間に空間を画成する外側シール保持部材と、前記内側シール保持部材と前記外側シール保持部材との間の前記空間の所定部分に配置され、第１の軸線方向シール面と、これと反対の第２の軸線方向シール面と、自由状態において前記内側および外側シール部材の前記軸線方向長さよりも長く、前記第１の軸線方向シール面と前記第２の軸線方向シール面との間で示されるような軸線方向長さとを有し、前記シール状態を形成するために前記隙間を隔てて対向する面に追従し、前記隙間を隔てて対向する２つの面によって加えられる圧縮力を受けた場合に前記内側シール保持部材と前記外側シール保持部材との間に画成された前記空間の少なくとも１つの残留部に膨張するように変形可能なゴム状弾性シール部材とを具えたことを特徴とする端面シール。
【請求項２】 前記空間の前記少なくとも１つの残留部がコルゲーションによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の端面シール。
【請求項３】 前記内側シール保持部材が前記コルゲーションを有することを特徴とする請求項２に記載の端面シール。
【請求項４】 前記外側シール保持部材が前記コルゲーションを有することを特徴とする請求項２に記載の端面シール。
【請求項５】 前記内側および外側シール保持部材が複数の前記コルゲーションを具えたことを特徴とする請求項２に記載の端面シール。
【請求項６】 前記内側シール保持部材によって画成される前記領域が円形であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の端面シール。
【請求項７】 前記内側シール保持部材によって画成される前記領域が多角形であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の端面シール。
【請求項８】 前記外側シール保持部材は、前記隙間を隔てて対向する２つの面の一方を少なくとも部分的に取り囲んで延在する面と係止し合うようになっていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の端面シール。
【請求項９】 前記隙間を隔てて対向する２つの面の一方を少なくとも部分的に取り囲んで延在する前記面が座ぐり部を画成することを特徴とする請求項８に記載の端面シール。
【請求項１０】 前記外側シール保持部材の前記軸線方向長さが前記内側シール保持部材の前記軸線方向長さよりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の端面シール。
【請求項１１】 前記内側シール保持部材の前記軸線方向長さが前記外側シール保持部材の前記軸線方向長さよりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の端面シール。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に端面型シール、より詳細には組み立て中にゴム状弾性部材のシールを保護し、分解時にこのシールを保持し、シール機能を高めるための内側および外側シール保持部材を有する端面型シールに関する。
【０００２】
【従来の技術】端面型シール、すなわち、対向する平坦面との組み合わせによってシール状態を形成するため、少なくとも１つの軸線方向シール面を有するシールがこの分野において周知である。一般に、Ｏリングが端面シールとして用いられる。他の周知の端面シールは、主シール部材と周縁リムとからなる二股のゴム状弾性シール部材を有し、主シール部材のリム側に対する急な圧力変化から主シール部材を隔離または保護し、主シール部材が押し出されないようにしている。また、このリムは取り扱いおよび取り付け中に主シール部材を保護する。高圧状態下で充分なシール機能をもたらすため、特に隣接する空間にゴム状弾性シール部材が押し出されるのを回避するため、周知の端面シールは対向面との比較的大きな接触面積を一般に有し、これはシール面積として知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大きなシール面積は、これに対応する大きな結合またはシール分離荷重、すなわちシール結合部を開くか、または切り離すように働くシールにより発生した力に付随する欠点を有している。結合分離荷重が大きいほど、結合部を閉じているように保つためにより大きな力が必要である。これは、より多くの締結具および／またはより大きな締結具が必要とし、コストを増大することを意味する。
【０００４】端面シールと共にシール状態を形成する対向面は、高い平面度を達成するために一般にラップ研摩，研削またはフライス加工が施される。しかしながら、ラップ研摩，研削およびフライス加工は、この面全体に亙って延在する非常に小さなかき傷を生ずる可能性があり、このかき傷はシール部材を貫通する可能性がある漏洩通路をもたらす。また、かき傷がシール部材の取り扱い中にその面の至るところに偶然に形成される可能性がある。これらの問題を回避するため、製造業者はこれらの面に厳しい表面仕上げ条件を一般に課しており、その製造コストを押し上げている。
【０００５】さらに、産業的に生産される多くのアセンブリィは、例えばそれらの間に１つ以上の端面シールを必要とする構成部品を有し、これら構成部品の間に延在する多数の流路または導管の周りにシール状態を形成するため、部品が組み立てられると同時にシール状態が形成されることが必要である。シール部材と共にシール状態を形成すべき対向面が均一な間隔に設定されていない場合、これは、構成部品が組み立てられる時に個々のシールのさまざまな圧縮度をもたらす可能性があるので、問題を生ずるおそれがある。
【０００６】上で言及したかき傷の問題を克服するため、座ぐりおよびもみ下げ技術を用いてシール部材と共にシール状態を形成すべき対向面の外側にのみかき傷が形成されるようにしたものが知られている。これは、平面度および表面仕上げ公差の緩和を可能にする。また、多くの周知の座ぐり機械が極めて接近した軸線あるいは深さ公差を維持することができ、構成部品に設けられる多数の座ぐり部を非常に接近させて同じ平面に位置させることができる。２つの構成部品を組み立てる場合、座ぐり部と対向面との間に極めて均一な間隔が形成された関係を達成できるので、これは重要である。構成部品がそれぞれの座ぐり部とシール状態を形成するために取り付けられる多数の端面シールと共に相互に締結された場合、予測可能なシール特性が達成可能である。
【０００７】
【発明の目的】従って、本発明の目的は、上で説明したような１つ以上の問題を克服することにあり、利用可能なもみ下げおよび座ぐり技術の利点をより完全に利用するため、製造および組み立てコストを下げ、より均一で完全なシール能力をもたらす端面シールを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による端面シールは、隙間を隔てて対向する２つの面の間にシール状態を形成するための端面シールであって、軸線を有する領域を画成し、第１の軸線方向端部と、これと反対の第２の軸線方向端部と、前記第１の軸線方向端部と第２の軸線方向端部との間で示されるような軸線方向長さとを有する内側シール保持部材と、第１の軸線方向端部と、これと反対の第２の軸線方向端部と、前記第１の軸線方向端部と前記第２の軸線方向端部との間で示されるような軸線方向長さとを有し、前記内側シール保持部材の半径方向外側に配置されて前記内側シール保持部材との間に空間を画成する外側シール保持部材と、前記内側シール保持部材と前記外側シール保持部材との間の前記空間の所定部分に配置され、第１の軸線方向シール面と、これと反対の第２の軸線方向シール面と、自由状態において前記内側および外側シール部材の前記軸線方向長さよりも長く、前記第１の軸線方向シール面と前記第２の軸線方向シール面との間で示されるような軸線方向長さとを有し、前記シール状態を形成するために前記隙間を隔てて対向する面に追従し、前記隙間を隔てて対向する２つの面によって加えられる圧縮力を受けた場合に前記内側シール保持部材と前記外側シール保持部材との間に画成された前記空間の少なくとも１つの残留部に膨張するように変形可能なゴム状弾性シール部材とを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明による端面シールにおいて、空間の少なくとも１つの残留部がコルゲーションによって形成されるものであってもよい。この場合、内側シール保持部材または外側シール保持部材がコルゲーションを有してもよく、あるいは内側および外側シール保持部材が複数のコルゲーションを具えていてもよい。
【００１０】また、内側シール保持部材によって画成される領域が円形であってもよく、あるいは多角形であってもよい。
【００１１】さらに、外側シール保持部材は、隙間を隔てて対向する２つの面の一方を少なくとも部分的に取り囲んで延在する面と係止し合うようになっていることが好ましく、この場合、隙間を隔てて対向する２つの面の一方を少なくとも部分的に取り囲んで延在する面が座ぐり部を画成するものであってよい。
【００１２】外側シール保持部材の軸線方向長さが内側シール保持部材の軸線方向長さよりも大きくてもよく、逆に内側シール保持部材の軸線方向長さが外側シール保持部材の軸線方向長さよりも大きくてもよい。
【００１３】
【実施例】本発明による端面シールの実施例について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。なお、図中の符号で同一機能の部材には、これと同一符号が記されている。
【００１４】図１および図２には、本発明の教示により構成されて実施可能な端面シール１０が示されている。この端面シール１０は、アセンブリィの種々の部品や部材における隙間を隔てて対向する２つの面の間のシール状態を形成するようになっており、端面シール１０によって画成される領域から、あるいはこの領域外への加圧状態，流体などの漏洩を阻止する。前記アセンブリィとしては、例えばモータ，ポンプ，マニホールドの如き液圧アセンブリィ、あるいはエンジンなどの如き他のアセンブリィなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１５】端面シール１０は、鋼の如き一般に堅い材料で構成される環状の内側シール保持部材１２を有し、この内側シール保持部材１２は、これを貫通する中央軸線１６を持った領域１４を画成している。内側シール保持部材１２は、第１の軸線方向端部１８と、これと反対の第２の軸線方向端部２０と、領域１４の周りに延在する半径方向内側の周面２２と、これと反対の半径方向外側の周面２４とを有する。内側シール保持部材１２は、内側シール保持部材１２が自由状態にある時、すなわち、これが外部から軸線方向の圧縮荷重を受けていない時、所定の値を有する第１の軸線方向端部１８と第２の軸線方向端部２０との間で示されるような符号Ｘによって表される軸線方向長さを有する。
【００１６】また、端面シール１０は、鋼の如き堅い材料で一般に構成される環状の外側シール保持部材２６を有し、この外側シール保持部材２６は、第１の軸線方向端部２８と、これと反対の第２の軸線方向端部３０と、半径方向内側の周面３２と、これらの間に延在する半径方向外側の周面３４とを有する。外側シール保持部材２６が自由状態にある場合、所定の値を有する外側シール保持部材２６は、第１の軸線方向端部２８と第２の軸線方向端部３０との間で示されるような符号Ｙによって表される軸線方向長さを有する。外側シール保持部材２６は、内側シール保持部材１２の半径方向外側に位置を定められ、内側および外側シール保持部材１２，２６の間に環状の空間３６を画成するようになっている。
【００１７】環状のゴム状弾性シール部材３８は空間３６に配置され、このゴム状弾性シール部材３８は第１の軸線方向シール面４０と、これと反対の第２の軸線方向シール面４２と、第１および第２の軸線方向シール面４０，４２の間に延在する半径方向内側の周面４４および半径方向外側の周面４６とを有している。ゴム状弾性シール部材３８は、これが自由状態にある時、すなわち、外部からの軸線方向の力または荷重のない状態がゴム状弾性シール部材３８にもたらされた場合、シール部材３８が所定の値を有する第１および第２の軸線方向シール面４０，４２の間で示されるような符号Ｚによって表される軸線方向長さを有し、これは内側シール保持部材１２の自由状態における軸線方向長さＸおよび外側シール保持部材２６の自由状態における軸線方向長さＹの両方よりも大きく、ゴム状弾性シール部材３８は内側および外側シール保持部材１２，２６の両方の軸線方向を越えて延在するようになっている。内側および外側シール保持部材１２，２６は、これらの周りに環状に延在する複数のコルゲーション４８を有し、それぞれ内側および外側シール保持部材１２，２６とゴム状弾性シール部材３８との間に位置が定められる空間３６の一部である環状のキャビティ５０、すなわち残留部を画成する。
【００１８】また、図３に示すように、端面シール１０のゴム状弾性シール部材３８が、例えば部材５６，５８の隙間を隔てて対向する２つの面によって、矢印Ｆで示される軸線方向の圧縮荷重を受けると、ゴム状弾性シール部材３８の軸線方向シール面４０，４２が対向面５２，５４にほぼ追従するように空間３６に隣接する部分へと変形し、これによって軸線方向シール面４０，４２と対向面５２，５４とにシール状態を形成する。同時に、ゴム状弾性シール部材３８は、部材５６，５８が相互に軸線方向により接近できるようにするため、キャビティ５０内に変形または変位しよう。この点に関し、軸線方向圧縮荷重が内側および外側シール保持部材１２，２６ではなく、ゴム状弾性シール部材３８に対してのみ作用している場合、内側および外側シール保持部材１２，２６と比較してゴム状弾性シール部材３８のより長い軸線方向長さＺおよび相対的な柔軟性のため、結合分離負荷は、内側シール保持部材１２および／または外側シール保持部材２６に対して作用していた負荷の場合よりも小さくなると理解することが重要である。これは、より少ないおよび／またはより小さいボルトなどの如き相互に結合部をもたらすための部材の使用を可能とし、コストの面で利点となる。また、図３に示すように、対向面５２，５４が内側および外側シール保持部材１２，２６の軸線方向端部１８，２０，２８，３０と少なくとも実質的な接合状態をもたらされることを可能にするため、空間３６の残留部であるキャビティ５０により十分な容積を与えることができる。これは、その反対側が高い差圧状態にさらされている場合、領域１４に向けて半径方向内側へのゴム状弾性シール部材３８のはみ出し、および隙間６０の如き部材５６，５８の間の任意の空間に向けて半径方向外側へのゴム状弾性シール部材３８のはみ出しを阻止するため、内側および外側シール保持部材１２，２６と対向面５２，５４との間にゴム状弾性シール部材３８を取り囲むのに役立つ。隙間６０は、完全または単に部分的に端面シール１０の周りに延在可能であり、シール１０の存在の確認および／または漏洩や端面シール１０に伴う他の問題が存在しているか否かを決定することを視覚的に可能にするため、点検口を設けることができる。内側および外側シール保持部材１２，２６は、ゴム状弾性シール部材３８を損傷または劣化させる可能性がある領域１４内に含まれる物質、または隙間６０を介して環境から浸透可能な物質からゴム状弾性シール部材３８を保護するのに役立つ。このゴム状弾性シール部材３８がはみ出さないので、シール面積に対する要求が軽減され、さらに結合分離負荷および締結具に対する必要性を軽減する。
【００１９】ここで、内側および外側シール保持部材１２，２６が対向面５２，５４と接触できるようにゴム状弾性シール部材３８が対向面５２，５４に追従するため、ゴム状弾性シール部材３８の膨張または変位のための領域をもたらすように、図示されたような空間３６の残留部であるキャビティ５０が十分に大きな結合容積を有するけれども、このような容積は、希望に応じてより大きくまたはより小さくすることが任意に可能であることを認識および理解すべきである。さらに、この点に関し、内側シール保持部材１２および／または外側シール保持部材２６が希望に応じて対向面５２，５４の如き対向する２つの面の間で圧縮されるように、軸線方向長さＸ，Ｙをより大きくすることが任意に可能である。
【００２０】部材５６，５８の組み立てを容易にするため、一方の対向面５２および／または他方の対向面５４は、部材５６，５８の対向面６２，６４から極めて正確な軸線方向の距離に位置決めされるように、従来のもみ下げまたは座ぐり技術を用いて形成可能である。この正確な能力のため、対向面５２，５４の如き多数の面が部材５６，５８の如き部材の異なる場所に画成可能であり、部材５６，５８と共にこれらの間にシール状態を同時に形成するために用いられる複数の端面シール１０が組み立てられる。さらなる特徴として、内側シール保持部材１２および／または外側シール保持部材２６は、図示されるような部材５８の如き他の部材と共に組み立ておよび分解中に端面シール１０を掴むまたは保持するため、部材５６の半径方向を向く面６６の如き半径方向を向く面をこれに利用することができるようになっている。
【００２１】本発明の他の実施例を表す図４に示すように、端面シール１０は、アセンブリィの２つの異なる部材６８，７０の間に組み込まれ、これら部材６８，７０の隙間を隔てて対向する２つの面５２，５４の間にシール状態を形成している。対向面５２，５４は、外側面７２，７４から正確な所定距離に位置を定められており、部材６８，７０が組み立てられた場合、外側面７２，７４が当接状態となるように設定されている。ここで、部材６８，７０が組み立てられた場合、内側シール保持部材１２および／または外側シール保持部材２６は、これらが対向面５２，５４と当接状態になるか、これら対向面５２，５４の間で圧縮されるか、またはこれら対向面５２，５４との間に隙間が形成されることを可能とする軸線方向長さＸ，Ｙを有することができることを理解すべきである。同様に、空間３６およびキャビティ５０は、対向面５２，５４とで望ましいシール状態がもたらされるようにシール部材３８の変形を可能にする積算容積を有することができる。同様に、図４の実施例において、端面シール１０の周りに部分的に延在する図３に示す如き隙間６０を有することも可能である。
【００２２】なお、本発明の端面シールは、エンジンや動力伝達機構などと同様に、弁本体，ポンプおよびモータハウジング，マニホールドなどを持った広範囲に亙る多種多様な部材の隙間を隔てて対向する２つの面をシールするために有用であるが、これらの部材に限定されるものではない。また、この端面シールは、図示された環状以外にだ円形，長方形，他の多角形などの広範囲に亙る多種多様な形状を有することができるが、このような形状に限定されるものでもない。
【００２３】
【発明の効果】本発明の端面シールによると、シール保持部材によってもたらされるゴム状弾性シール部材に対する配置および保護のため、もみ下げ部および座ぐり部を使用する場合に有用であり、多数の端面シールが使用される場合、均一なシール状態が達成可能である。また、シールされるべき対向面の一方または両方にラップ研摩，研削，またはフライス加工を施す必要がなくなったので、製造および組み立てコストの削減が可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９１０２０１９３
【氏名又は名称】キャタピラー インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
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| 【出願日】 |
平成１２年５月１日（２０００．５．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７４８１
【弁理士】
【氏名又は名称】谷 義一 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２０６７９（Ｐ２０００−３２０６７９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１３２１３７（Ｐ２０００−１３２１３７） |
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