JP3135914B2 - シール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２面間の間隙を充填するための請求項１記載
のシールに関する。

本発明の目的は作動シール（activable sealing）、
特に作動油または圧縮空気シールあるいは機械的に使用
されるシールであって、実質的な圧力、例えば、数百バ
ールの圧力にも耐えることができるが低い圧力にも十分
に適したシールを提供することである。本願明細書にお
いて、圧縮空気は通常のエアだけでなく全てのガスまた
はガス状混合物をも示す。本発明のシールは、例えば、
シーリングされる箇所の異なる面上でかなりの圧力差を
有するフラップ、ボールバルブ、ピストン等の機械部品
において多くの用途がある。この種のシールは、例え
ば、水中トンネルエレメントのジョイントの充填、並び
に種々のドアまたは窓構造物のシーリング、特に船舶向
けの物および類似の構造物にも使用できる。この目的を
達成するため、本発明のシールは請求項１記載のシール
により特徴ずけられる。

本発明のシールを使用するにあたり、エラストマーが
壁面に接着しないため、加圧状態下、エラストマーをエ
ラストマー空間（elastomer space）および／または通
路内で適当な程度まで変位させることが重要である。該
エラストマーの挙動は非圧縮性である点で流体と類似し
ているが、流体との相違点はエラストマーが減圧後に自
己復元することである。予備試験により、200バール以
上の圧力、例えば、直径約5mm、長さ約500mmの通路内で
は、全通路中で圧力の略完全な平衡が生じることが示さ
れた。通路の壁またはエラストマー空間へのエラストマ
ーの非接着性は、例えば、いずれの既知のエラストマー
とも相溶性を有する種々の滑剤の適用により増大でき
る。一般に、エラストマー通路および／または空間は対
応する流体通路より大きく加工される。

所望により、エラストマーは、例えば、幾分か硬い材
料からなるシール層に結合でき、また、メカニカルピス
トンを用いる場合、例えば、ヘンケルAG（FRG）社から
入手可能なケモシル（Chemosil）X5201等の適当な結合
剤の適用によりピストンのヘッドに結合できる。

本発明のシールにより得られる最も重要な利点は、す
でに組み立てられた装置内のある位置に対してシールを
注型または成形できるため、取り付け作業が容易にな
り、シールへの損傷を回避できることである。また、成
形操作後、シールを所望の圧力値に加圧／調節できる。

本発明のシールにより得られる他の利点は、選択され
る材料によっても異なるが、優れた耐圧性および優れた
耐熱性である。他の利点は、シールにより得られる系お
よびその加圧媒体が密閉系として設計でき、それによ
り、例えば、起こり得る作動油の流出を確実に防ぐこと
ができることである。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明す
る。

図１〜図４は本発明のシールの幾つかの具体例を示
す。

図５は本発明のシールに用いる作動油用加圧ユニット
を示す。

図6a〜図6cは本発明のシールに用いる「機械的」加圧
手段の幾つかの具体例を示す。

図7aおよび図7bは本発明のシールと「機械的」加圧手
段の組合せを示す。

図１は、例えば、本体またはジャケット部分２に対し
て回転可能なシャフトのシールを示す。図１の具体例で
は、エラストマー層3aは、その端部に内方に向いた突起
が設けられたシール空間３に嵌合される。これらの突起
４は、他のシール空間より実質的に狭いＡ部を挟んで設
けられる。該エラストマー層は狭いＡ部のどちらかの面
上で直接に成形され、塊状のシール層を形成する。シー
ル層3aの内面とシール空間３の底部の間には、加圧媒体
６、圧縮空気またはエラストマー媒体用の空間6aが設け
られる。シール層3aの頂部には、好ましくは、実際のシ
ーリングを行うための、例えば硬いエラストマーからな
るシール手段5aが設けられる。該シール手段5aは、好ま
しくは、加硫してシール層3aと一体化する。例えば、作
動流体によるシーリング操作は、後記の図５に示す加圧
ユニット20を用いることにより加圧媒体６を加圧し、そ
れにより、作動流体がシール層3aに圧力を加えた結果、
シール層が外方に向かって変位し、また、矢印のＡ部の
作用により、シール3aが変形し、かつ、シール3a中に形
成された力が突起４に対して実質的に配向する。このシ
ール3aの変形および突起４に対する力の配向により、加
圧下でシール3aがシール空間から外れるのを防ぐ。シー
ル層3aの移動により、本体部分とシャフト部分の間の間
隙５をシーリングまたは充填するために硬いシール手段
5aを本体部分に推しやる圧力作用が生じる。作動流体に
よる加圧が終了すると、該シール3aは、狭いＡ部の作用
により生じた戻り力の作用によりその形状を回復する。
もちろん、充填およびシーリングはシール層3aによって
直接行うこともできる。

図２の具体例は２つのコンクリートエレメント７、８
間のジョイントの充填の例を示す。この具体例では、シ
ール９の内側には、加圧媒体用の空間10が設けられる。
この空間は、例えば、非強化の２成分系エラストマーチ
ューブの周囲にシール９を直接注型するか、あるいは、
予め製作したシール９に、それを貫通する穴と共に非強
化の２成分系エラストマーチューブを設けることにより
形成される。シール９は、シーリングされる両面に形成
されたシール空間中に配置されるまたは成形される。シ
ールは、該空間10に加圧された作動流体、圧縮空気また
は幾らかのエラストマー媒体を供給することにより耐圧
性とすることができ、それにより、作動流体の加圧は、
例えば、図５に示す加圧ユニット20により行うことがで
きる。

図3aおよび図3bの具体例はドアをシーリングするため
の本発明のシールの使用を示す。この具体例では、シー
ル空間14は、好ましくは、ドアの端部にあるＺ形溝とし
て設計され、ドアの全周にわたって伸びる。該シール空
間14は非強化の２成分系エラストマーチューブ13の周
囲、好ましくは、シール空間14の近傍に直接注型するこ
とによりシール層14aと嵌合され、それにより、作動流
体を適用した該チューブは図５に示す加圧ユニットによ
り加圧できる。加圧された作動流体がその中に供給され
ると、該チューブ13は膨張し、その結果、エラストマー
層14aが変形し、それが外方に向かって膨張／変位する
と同時にドア15とわき柱の間隙をシーリングする。

図４はフラップバルブにおける本発明のシールの使用
を示す。通常、フラップ55は、例えば、Ｕ形状の断面を
有する金属製ガスケット51によりシーリングされる。本
発明によれば、このガスケットの性能は金属製ガスケッ
ト51の溝内のエラストマー層52を注型することにより改
良できる。注型は、好ましくは、溝内に嵌合されたエラ
ストマーチューブ53の頂部で行われ、該チューブは、作
動油、圧縮空気またはエラストマー等の適当な媒体でチ
ューブを加圧するための加圧手段と連結される。エラス
トマー層53の頂部には、好ましくは、例えば、硬いエラ
ストマーからなるシール層54が設けられる。これは、例
えば、金属製ガスケットの溝内に嵌合されたエラストマ
ーチューブ53を実質的に該溝の寸法である断面にマッチ
させ、該エラストマーを該チューブの内側に注型し、該
チューブが該シール層54を担持する手段として機能する
ことにより解決できる。

本発明のシールの加圧は、好ましくは、図５に示す加
圧ユニット20により行われる。加圧ユニット20は、好ま
しくは、本体部分36内に空間26を形成するための底部と
嵌合されたブッシュ状の本体部分36から構成される。該
底部40には、空間26の外方に向かってネジ切りされかつ
外方に向かって伸びる嵌合された突起39が設けられる。
突起39には、空間26内に伸びる穴が設けられ、好ましく
は、空間26から離れた突起39の端部で内部フランジ41と
嵌合する。本体部分36の空間26は、例えば、エラストマ
ー膜21および塊状のエラストマー層22により形成される
作動流体用の空間28を含む。該空間28をチューブ37に連
結するため、空隙２間の底部には、連結チューブ30から
構成される継ぎ手27が設けられ、該チューブは内部穴を
有し、かつ、その片端にはエクスパンション31が設けら
れ、その他端にはネジ部32が設けられる。該カップリン
グはさらに分離「ビード」部33および分離スリーブ部34
を含む。該継ぎ手27は、膜21の底部がチューブ部分35を
担持し、該チューブ部分がコネクタチューブ・エクスパ
ンション31の頂部上に押され、該エクステンションを越
えて長さ方向に伸びることにより組み立てられる。つぎ
に、該ビード部分33を該ネジ部32に対向する端部からコ
ネクタチューブ30の頂部に配置し、チューブ部分35の頂
部上で押してエクスパンション31と隣接させる。ビード
部分33は、好ましくは、その両端で内部が円錐状となる
ように設計される。その後、該スリーブ部分をネジ端部
32からコネクタチューブの頂部に配置し、該チューブ部
分35がビード33とスリーブ34の間に保持されるようにビ
ード部分33に対して押す。最後に、該コネクタチューブ
30を、突起39の穴を貫通して伸びるネジ部で固定される
ナット38で本体部分36に固定し、該ナットを適当な締ま
り具合で締める。エラストマー層22は完全に継ぎ手27に
至るまで膜21を包囲する。層22と本体部分36の外表面の
間の部分はさらにピストン23を含み、ピストン23と層22
の間にはテフロンまたは銅からなるガスケット25が設け
られる。また、ユニット20は、好ましくは、ピストン23
およびガスケット25を貫通してエラストマー層22まで伸
びるプランジャー24を有する。プランジャー24の内端に
は、層24への接着性を改善するための拡大部分24aが設
けられる。ピストン23およびプランジャー24の移動は、
例えば、通常の液圧または空気圧あるいは機械的装置等
により行われる。空間28は、分離膜21およびそのチュー
ブ部分を用いずに継ぎ手27を本体部分36上に取り付ける
ことにより形成できる。つぎに、空間28用の型として機
能する、例えば、ステアリンまたは類似の材料からなる
エレメントを空間26内に配置する。その後、エラストマ
ー層22を該空隙中に注型し、この層が凝固するまで圧力
下で維持する。圧力下、該エラストマーは、ビード部分
33の円錐状面とその箇所に位置するスリーブ部分34の間
の間隙中に浸透する。エラストマーを配置した後、空間
28中に形成されたステアリンブロックは加熱することに
より溶融し、コネクタチューブ30の内部穴に沿ってステ
アリンが流出する。最後に、例えば、分離本体エレメン
ト42中に設けられ、その底部に突起39用のネジ穴を有す
る空隙に加圧ユニットが取り付けられ、それにより、該
ネジ穴は通常の方法、例えば、テフロンストリップでシ
ーリングできる。本体エレメント42の空隙中のネジ穴の
底部には、さらに液圧チューブ37が設けられ、該液圧チ
ューブはさらに、例えば、前記カップリングによりシー
ル内のチューブに連結される。この装置は、系内の作動
油が塊状のエラストマー層により制限通路内で一定時間
収容される密閉系を提供することができ、実際に液漏れ
の生じる穴が全くない。

図6a〜図6cは本発明のシールに用いる機械的加圧手段
の幾つかの具体例を示す。機械的加圧手段とは、加圧エ
レメント（例えば、ピストン、ロッド等）が、シール層
を構成するエラストマーまたはエラストマー媒体の中で
直接に圧力作用を提供するものを意味する。該エラスト
マー媒体は該シール層と直接に接触させることができ、
作動油を介して接することもできる。その場合、系はハ
イドロメカニカルと呼ぶことができ、主として図５に示
す作動油加圧ユニットがこれに対応する。

図6aに示す具体例において、圧力手段61は、ネジ部62
を外周面に有し、ネジ部63で外部ピストン部材68に結合
されたスペーサーブロック65、これを貫通するスクリュ
ー部材66及び内部ピストン64を内側に有する外部ピスト
ン部材68で構成される。スペーサーブロック65とスクリ
ュー部材66とはネジの回転で移動できるように結合され
ており、スクリュー部材66の先端は内部ピストン64の内
部に一部差し込まれている。スクリュー部材66には、さ
らに通常はスクリュー部材66と一体化された操作ヘッド
67が設けられている。

外部ピストン部材68は圧力手段61を、例えば、シーリ
ングされる品物の本体部分に固定し、また、初期圧力調
整器としても機能する。

内部ピストン64は実際の加圧を行う。内部ピストン64
はスクリュー部材66により操作される。一般には、操作
ヘッド67を回転させるとスクリュー部材66に設けられた
ネジ部により、操作ヘッド67の回転運動がスクリュー部
材66及び内部ピストン64の推進運動に変換され、そのこ
とにより内部ピストン64の表面にエラストマー媒体に対
する圧力が生じる。内部ピストン64は公知の機械的エレ
メント（例えば、偏芯エレメント等）により操作するこ
ともできる。

エラストマー空間またはエラストマー媒体に面する外
部ピストン68の前面には溝69が設けられることが好まし
い。該内部ピストン64が外部ピストン68の該前面を越え
て進行する際にエラストマーが内部ピストン64と外部ピ
ストン68の内側面との間に進入するのを防ぐために、外
部ピストン68の内側端部にはリップ部分70が形成されて
いる。逆に、該内部ピストン64が外部ピストン68内に収
納される際にエラストマーが内部ピストンと外部ピスト
ンとの間に進入するのを防ぐために、内部ピストン64に
はリップ部分71が設けられている。内部ピストン64のエ
ラストマーに面する端部は、エラストマー媒体に加えら
れる圧力をより均一に分配させるため、例えば、楔形に
設計することもできる。

図6bは温度の変化により生ずるエラストマーの容積／
圧力の変化を補正するためのスプリング72が装着された
図6aと同様の圧力手段を示す。この種の容積／圧力制御
は、例えば、電気抵抗等により温度を制御することによ
り達成される。

図6cは連結された複数の異なった寸法のピストンから
構成される具体例を示す。本体部分100とスペーサーブ
ロック101とがネジ部により固定されており、スペーサ
ーブロック101にはその先端に第１のピストンを有する
ロッド102がネジの回転で移動できるように貫通されて
いる。ロッド102を回転させるとそのネジ部により、ロ
ッド自身が推進し、そのことにより第１のピストンの表
面にエラストマー媒体103に対する圧力が生じる。

第１のピストンは第１のエラストマー層103を加圧す
る。次いで、該エラストマー層は実質的に第１のピスト
ンより大きい表面積を有する第２のピストン104に圧力
を伝達する。第１のエラストマー層103と反対方向に位
置する第２のピストン104の面には、第２のピストン104
より小さい加圧面を有する第３のピストン105が設けら
れている。この第３のピストン105は内部チューブ107内
の第２のエラストマー層106を加圧する。つまり該第２
のピストン104及び該第３のピストン105でなるピストン
組立体は圧力ブースターまたはアンプリファイヤーとし
て機能する。増圧の程度は互いのピストンの加圧面の面
積比に依存する。

図１に示す具体例では、例えば、第２のエラストマー
層106は、その中でシール層3aを加圧するためのエラス
トマー空間３内に含まれる。この場合、エラストマー層
106は、好ましくは、シール3aと同じエラストマーで作
製され、一体コンパウンドとして注型される。

図7aおよび図7bは機械的加圧手段とシールの組合せを
示す。図7aは初期位置での該組合せを示し、図7bは活性
化位置での該組合せを示す。図7aおよび図7bに示す密閉
系は加圧エレメントと、本体部分87に連結されたシール
組立体とから構成され、該本体部分は、好ましくは、軸
方向で交互に取り付けられた２つの部品から形成され
る。加圧エレメントは、ネジで本体部分80に固定された
シリンダー部材86から構成される。該シリンダー部材86
の内部には、ネジ部84が設けられたピストン83が嵌合さ
れる。本体部分80のネジ穴の底部にはエラストマー媒体
用のテーパーの付いたエラストマー空間87が設けられ
る。該エラストマー空間87に隣接するシリンダー部材86
の前面にはガスケット部材88が設けられ、エラストマー
がピストン84とシリンダー部材86の間の空隙を通過し、
シリンダー部材86と本体部分80の間の空隙を通過するの
を防ぐ。エラストマー媒体は通路89でシール空間３に連
結される。シール組立体はシール層3aと、より硬い材料
からなるシール部材5aから構成される。図7aおよび図7b
の組立体は、例えば、シール部材5aを本体部分80の半分
の位置に置き、半分の本体部分を、例えば、ネジ連結
（図示せず）で互いに接合することにより組み立てるこ
とができる。つぎに、シリンダー部材86をその位置に嵌
合し、ピストンの助けをかりてエラストマーを注型し
て、その箇所にエラストマーを配置する。かくして、エ
ラストマー媒体はシール層3aと同じ材料から構成され
る。また、シール層3aは、例えば、シール空間３に通ず
る分離注型を設け、シール層を設けた後で除去できるワ
ックスプラグで通路89を遮断することにより別々に注型
することもできる。該ワックスプラグは、例えば、蒸発
させるかまたは適当な薬品を用いることにより除去でき
る。この場合、媒体は作動油から構成することもでき、
それにより、シール層が注型され、ワックスプラグが除
去され、通路89が油で満たされ、エラストマー層が媒体
−エラストマー空間87内に注型される。

本発明のシールの加圧は、例えば、減圧前に設けられ
る幾らかの２成分系材料をシール内の空間に供給するこ
とにより行うこともできる。かくして、シールは連続し
たシーリング効果のための作動状態に維持することがで
きる。

もちろん、シール組立体は前記のものと異なってもよ
い。例えば、図１において、シャフト１ではなくジャケ
ット部材にシールを嵌合することもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16J 15/46 - 15/52

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】全体または一部分が塊状のエラストマー層
   （3a、14a）で形成され、機械的におよび／または、作
   動流体；圧縮空気；又はエラストマーのいずれかである
   加圧媒体（６）の作用により圧力が加えられると、かか
   る圧力が、少なくとも一つのシールされる表面の中に設
   けられたシール空間（３、14）中の変位可能であるエラ
   ストマー層の変位および／または変形／膨張を引き起こ
   し、そのことにより該エラストマー層が間隙（５、12）
   のシーリングを行う２面間の間隙（５、12）をシーリン
   グするためのシールであって、 該エラストマー層（3a、14a）が、シール空間（３、1
   4）の壁に接着しないような方法で該シール空間（３、1
   4）内においてその場で注型されたものであり、そして
   エラストマー層（3a）には更に別のシール部材（5a）が
   提供されており、このシール部材が、シール空間に対向
   する表面に押し付けられて実際のシールを行うことを特
   徴とするシール。
2. 【請求項２】該シール部材（5a）がエラストマー（3a）
   を注型する前に配置されていることを特徴とする請求項
   １記載のシール。
3. 【請求項３】シール空間の加圧側とシール側との間に少
   なくとも１つ以上のシール空間の他の部分より狭い箇所
   が設けられており、そのことが、シール空間（３）の加
   圧側からシール（3a）に圧力が加えられた場合に、シー
   ル（3a）の変位および／または変形及びシール（3a）の
   該狭い箇所の壁に対抗する力を引き起こして圧力下でシ
   ール（3a）がシール空間（３）から外れるのを防ぎ、更
   に、該狭い箇所が、圧力作用の終了時にシール（3a）を
   元の位置に戻す力を生じさせることを特徴とする請求項
   ２記載のシール。
4. 【請求項４】シール空間（３）内にシール空間の他の部
   分より狭い箇所（Ａ）を得るために、内側を向いた突起
   （４）が設けられているシール空間（３）内においてそ
   の場でエラストマー層（3a）が注型されることを特徴と
   する請求項３記載のシール。
5. 【請求項５】非強化の２成分系エラストマーチューブの
   周囲にその場でエラストマー層を注型することにより、
   作動流体、圧縮空気またはエラストマー媒体のための空
   間（10、13）をシール（９、14a）内部に設け、該空間
   （10、13）またはチューブの加圧を、作動流体加圧ユニ
   ット（20）、空気圧装置または機械的加圧手段で行うこ
   とを特徴とする請求項１記載のシール。
6. 【請求項６】作動流体加圧ユニット（20）が、底部（4
   0）及び本体部（36）で囲まれた空間（26）内部に構成
   され、底部（40）が外側ネジ部を設けた突起（39）を有
   し、該突起（39）には該空間（26）内に伸びる穴が設け
   られ、該空間（26）には塊状エラストマー層（22）およ
   び／または膜（21）により作動流体のための空間（28）
   が設けられ、該突起（39）内部の穴の中には該空間（2
   8）をシール内空間（10、13）に至る液圧チューブ（3
   7）に連結するための継ぎ手（27）が設けられているこ
   とを特徴とする請求項５記載のシール。
7. 【請求項７】エラストマー層（22）と空間（26）の入口
   との間に、ガスケット（25）によりエラストマー層（2
   2）から分離されたピストン（23）が備えられており、
   該ピストン（23）およびガスケット（25）がプランジャ
   ー（24）によりエラストマー層（22）まで貫通されてい
   ることを特徴とする請求項６記載のシール。
8. 【請求項８】空間（26）の入口方向へのピストンの移動
   の間におけるエラストマー層（22）によるプランジャー
   （24）の嵌合を維持するため、プランジャー（24）の内
   端に拡大部分（24a）が設けられていることを特徴とす
   る請求項７記載のシール。
9. 【請求項９】シールの加圧を液圧装置加圧手段、空気圧
   装置加圧手段または機械的加圧手段で行い、該加圧手段
   をエラストマー層と直接接触させることを特徴とする請
   求項１〜５のいずれか記載のシール。
10. 【請求項１０】シールの加圧が機械的加圧手段により行
    われることを特徴とする請求項９記載のシール。