JP3450368B2 - 2つの環状体を相互に中心位置を合わせるためのスプリング - Google Patents
2つの環状体を相互に中心位置を合わせるためのスプリングInfo
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Description
心位置を合わせるためのスプリングに関し、特に回転シ
ールに使用されるこの種のスプリングに関する。
わせをして取付けることが、種々の場合において必要と
される。多くの場合において、材料或いは構造上の相違
により2つのリングの間に不均一な熱的な又は遠心力に
よる膨張が起こるので、そのような膨張を考慮に入れて
それらのリングの間に間隙を設けるように2つのリング
を中心位置決めして取付けることが必要である。従来技
術において、リングを連結するリンク、リング間のスラ
イド連結、或いはリング間のスプリング、等を含む種々
の方法が試みられてきた。
位置決めリングを取付ける必要のある装置を開示してい
る。この特許では、回転シールリングが回転シールリン
グ・キャリア内に取付けられている。本願の図1に示す
指スプリングはリングキャリアとシールリングとの間に
設置され、シールリングを中心位置決めをするが、間隙
を残し、もって相対的な熱的或いは遠心力による膨張が
起こってもシールリングを破損することのないようにし
ている。
号に開示されている指スプリングを深く検討してみる
と、スプリングの中心位置決め能力が、摩擦力の作用に
より、スプリングの変位の作動範囲のほんの僅かな部分
に制限されてしまうということが分かる。したがって、
このようなシール又は2つのリング形状の物体を相互に
中心位置決めをする他の用途において使用する、改良し
たスプリングを開発することが望まれる。ただし、本発
明は、環状体はシャフトのような1つの固体環状物体も
含むものである。
を解決することを目的とする。更に、本発明は指スプリ
ングのばね作用による中心位置決め能力をスプリングの
変位の全作動範囲にまで拡張することを目的とする。
るために、本発明の一つの側面によれば、1つの軸に沿
って延長されている、接触面を形成する中心スピンと、
該スピンから延長され且つ前記接触面から離れてアーチ
状をなす多数の指とを具備し、該指はスピンの延長軸を
横切る軸に沿って延長されており、各指は該指自体の延
長軸を横切る断面を有し、該指の断面は、前記スピンの
延長軸を横切るスピンの断面よりも小さいことを特徴と
するスプリングが提供される。
において1つの軸を形成する中心線を具備するスプリン
グであって、該中心線と平行であるが、隔てている軸方
向に指向している要素であって、該軸方向に指向してい
る要素は相互に軸方向に隔てており、中心線に対し交互
の側に変位しており、中心線に対しそれぞれの側にて軸
方向要素と構造的に連続になっている連結要素は、中心
線に対し横切った延長軸を有し、その延長軸は中心線の
接触面から離れてアーチ状をなし、もって延長軸に沿っ
た連結要素の端部は中心線の接触面から隔てていること
を特徴とするスプリングが提供される。
位置決めをする場合において、スプリングの変位を有効
に使用することができる。
ついて詳細に説明する。この実施例の説明において、可
能な限り、同じ又は同様の部材は同一の符号で示す。本
発明の第1実施例では、スプリングは接触面を形成する
中央スピンを備え、該スピンはその1つの軸に沿って延
長されている。図3の実施例のように、スピン20はス
プリング22の中心軸に沿って延長されている。一方、
当業者に理解されるように、スプリングの寸法は、中心
の位置決めをされるべき環状体の状況及び所望の中心位
置決め力により変化するが、この実施例においては、ス
ピンは長さが少なくとも数インチで、矩形の断面を有す
る。好適なスピンの材料は17−7PH鋼である。しか
しながら、周囲の腐食状況により、スプリング鋼又はイ
ンコネル(Inconel)718等の他の材料を使用
してもよい。
は更に、スピンから延び接触面の外側にアーチ状をなし
た多数の指を備え、これらの指はスピンの長手軸に対し
ほぼ直角な軸に沿って延びており、各指はその延長軸を
横切る断面を有し、その長手軸を横切る断面は前記スピ
ンの軸を横切る断面より小さい。この実施例のように、
また図3に示すように、指24はスピン20から延長
し、スピンによって形成される接触面31(図9に示
す)の外側へ湾曲している。好適には、スプリング22
は、スピン20及び指24の両者を含み均一な厚さを有
し、指の厚さはスピンの幅より狭い。更に好ましくは、
スピン20及び指24を含むスプリング全体は、好まし
くは、上述した17−7PH鋼のような、同じ材料で同
時に成形される。
て図9に示すように、スピンの平面から離れた指のアー
チは、好ましくは式Y=KXn で定義される。図9にお
いて、スプリング20は環状体28内に、環状体30の
下側に設置される。図9は環状体28、30の断面のみ
を示していることに留意すべきであり、これらの環状体
は回転中心軸32に関し対称である。図9に示すように
値Xは中心線からその位置までの距離であり、Yはスプ
リングの接触面31からX位置までの距離であり、K及
びnは定数である。nは2に近いのが最も好ましい。
形成している中心軸を有するスプリングは、中心軸と平
行であるが、それから隔てている軸方向に指向した要素
を含み、この軸方向に指向した要素は互いに隔ててお
り、且つ中心軸の両側に交互に配置されている。この実
施例及び図6に示すように、軸方向に指向した要素34
は中心軸のいずれかの側に交互に配置されている。
に、中心軸にそれぞれの側に軸方向要素に構造的に連続
した連結要素を具備し、各連結要素は中心軸にほぼ直角
な長手軸を有し、もって長手軸に沿った各連結要素の端
部は中心軸の面から隔てている。これらの実施例及び図
6に示すように、連結要素24は軸方向に指向した要素
34に連結し、その中心軸の接触面(図9に示す)の外
側へ湾曲している。好ましくは、連結要素及び軸方向の
要素は、好ましくは17−7PH鋼から成るワイヤのよ
うな、同一の材料で形成される。しかしながら、第1実
施例で述べたように、他の材料を使用してもよい。第2
実施例のスプリングは環状体の周囲によって決定され、
好ましくは少なくとも数インチ長である。スプリングは
全長にわたり円形又は矩形のいずれかである。
プリング材の直径は0.0270インチ(約0.69mm)である。
このようなスプリングは好ましくは全幅(交互の軸方向
要素の分離)がほぼ0.325 〜0.449 インチ(8.3〜11.4m
m) であり、好ましくは連結要素間の間隔は0.167
インチ(4.2mm) である。この実施例のスプリングは、0.
018 〜0.031 インチ(0.46〜0.79mm) の厚さ、0.90〜0.
115 インチ(22.9〜2.9mm)の幅を有する矩形断面を有
する。このようなスプリングは好ましくは全幅が0.300
〜0.457 インチ(7.6〜11.6mm) であり、連結要素間の間
隔は好ましくは0.109 〜0.135 インチ(2.78〜3.43m
m) である。
関して述べたように、同じ式Y=K・Xn で定義され、
ここで、値Xは中心線から連結要素24までの距離であ
り、Yは中心線の位置Xにおける接触面から連結要素2
4までの距離であり、K及びnは定数である。nは2に
近いのが最も好ましい。作用において、本発明の第1又
は第2実施例のいずれの場合においても、スプリングは
2つの環状体の間に位置することができ、これは、19
91年8月13日にガードナー(Gardner) に発行された
米国特許第5,039,113 号、「螺旋溝ガス潤滑シール」に
開示されており、ここに引用する。
用いたシールの実施例を示す。シャフト36はハウジン
グ38の内部に実装され、固定シールリング・アッセン
ブリ40はハウジングに取付けられている。回転シール
リング・アッセンブリ42はシャフト36に取付けられ
ている。回転シールリング・アッセンブリにおいて、回
転シールリング44は回転シールリング・リテーナ46
内に実装されている。このようなシール・アッセンブリ
はシャフト36、リテーナ46及びシールリング44を
含む数個の回転環状体は、中心位置を合わせて実装する
ことが必要である。この実装は、本発明では好ましくは
溝48に取付スプリング22を装着することにより行わ
れる。
も、本発明はこの説明によるスプリングの作用に限定さ
れるものではない)、各スプリングが(図3及び6に矢
印50で示す)正接方向にフレキシブルに構成され、正
接方向の曲げ又は捩力は、スプリング指(又は軸方向に
指向した要素)24とそれが接触する(28、46)環
状体との間の摩擦力より小さい、という次に述べる原理
により説明することができる。(図5及び7において矢
印52で示す)スプリングの半径方向の変位から自動的
に中心の位置決めをしようとするスプリング力をFRS、
スプリングと環状体との間の方向50における摩擦抵抗
力をFF 、及びスプリング脚の正接方向の変位から自動
的に中心の位置決めをしようとするスプリング力をFTS
とすると、その結果として本発明によるスプリングの中
心位置決め力はFR =FRS+FTSにより特徴づけられ
る。一方、図1に示す従来の指スプリングにおいて、指
の幅がスピンの幅より大きい場合、中心位置決め力は式
FR =FRS−FF で与えられる。これらの式から分かる
ように、本発明では、摩擦抵抗力FF が実質上消滅する
ことにより、実際のスプリング力の大部分が中心位置決
め力を構成することとなる。
間で知られているように、特定の用途に適合するように
選定することのできるスプリングの物理的な寸法により
調整される。また、図9に示すように、作用はスプリン
グ脚と支持リング部との間の間隙の態様によって調整さ
れる。所望の形態は上述のようにスプリングを形作る
か、又はそれに代えて環状体28及び30の支持壁を図
11に示すようなこの湾曲に形作ることにより、或いは
所望の間隙を得るようにスプリングの形態と支持壁の形
態との組み合わせにより達成することができる。
説明したが、当業者にとって本発明の精神又は範囲から
逸脱することなく、種々の変形例や変形態様を構成でき
ることに留意すべきである。特に、指スプリングは、上
述した特定のシールの実施例の他に、2つの環状体の中
心位置決めをする多数の適用例において使用することが
できることは当業者にとって明らかである。
な熱膨張差に関係なく中心の位置を決めることができ、
またスプリングの変形範囲を有効に利用することができ
る。
断面図である。
ある。
ある。
ある。
ある。
グの湾曲を示す図である。
ールアッセンブリの半分を示す断面図である。
を示す図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 1つの軸に沿って延長されている、接触
面を形成する中心スピンと、該スピンから延長され且つ
前記接触面から離れてアーチ状をなす多数の指とを具備
し、該指はスピンの延長軸を横切る軸に沿って延長され
ており、各指は該指自体の延長軸を横切る断面を有し、
該指の断面は、前記スピンの延長軸を横切るスピンの断
面よりも小さいことを特徴とするスプリング。 - 【請求項2】 前記指のアーチ状の形状は、式Y=kX
n によって決定されることを特徴とする請求項1に記載
のスプリング。ただし、Xは、前記スピンを貫通し且つ
前記接触面に対して直角な断面から、指の延長軸上の位
置までの距離、Yは距離Xの位置における、接触面から
の指の変位、n及びkは定数である。 - 【請求項3】 前記nはほぼ2に等しいことを特徴とす
る請求項2に記載のスプリング。 - 【請求項4】 前記スピン及び指はばね鋼から成ること
を特徴とする請求項1に記載のスプリング。 - 【請求項5】 前記スピン及び指の両者の断面はほぼ直
交することを特徴とする請求項1に記載のスプリング。 - 【請求項6】 接触面において1つの軸を形成する中心
線を有するスプリングであって、 該中心線と平行であるが、隔てている軸方向に指向して
いる要素と、該軸方向に指向している要素は相互に軸方
向に隔てており、中心線に対し交互の側に変位してお
り、 前記中心線に対しそれぞれの側にて軸方向要素と構造的
に連続になっている連結要素であって、該連結要素は中
心線に対し横切った延長軸を有し、その延長軸は中心線
の接触面から離れてアーチ状をなし、もって延長軸に沿
った連結要素の端部は中心線の接触面から隔てているこ
とを特徴とするスプリング。 - 【請求項7】 前記軸方向の要素及び連結要素の両者は
ばね鋼から成ることを特徴とする請求項6に記載のスプ
リング。 - 【請求項8】 前記軸方向の要素及び連結要素の両者は
円形断面を有することを特徴とする請求項6に記載のス
プリング。 - 【請求項9】 前記連結要素の延長軸のアーチ状の形状
は、式Y=kXn によって決定されることを特徴とする
請求項6に記載のスプリング。ただし、Xは、前記中心
線を貫通し且つ前記接触面に対して直角な断面から、連
結要素の延長軸上の位置までの距離、Yは距離Xの位置
における、接触面からの連結要素の延長軸の距離、n及
びkは定数である。 - 【請求項10】 前記nはほぼ2に等しいことを特徴と
する請求項9に記載のスプリング。 - 【請求項11】 リングを保持するリングキャリアであ
って、該リングキャリアは、 環状体と、 リングを保持するために前記環状体の内部に形成された
環状ポケットと、該ポケットは底部と、半径方向の内壁
と、半径方向の外壁とを有し、 前記ポケットの前記半径方向内壁に形成された環状溝
と、 前記環状溝内のスプリングと、から成り、該スプリング
は中心スピンを具備し、該スピンはその1つの軸に沿っ
て延長されており、且つ多数の指はスピンから延びてお
り、これらの指はスピンの延長軸に対しほぼ直角な軸に
沿って延長されており、各指は該指自体の延長軸を横切
る断面を有し、該指の断面はスピンの延長軸を横切るス
ピンの断面より小さく、 もってスプリングは、リングとキャリアとの間の相対的
な熱膨張に関係なくリングの中心の位置決めをすること
を特徴とするリングキャリア。 - 【請求項12】 環状体をシャフトに取付けるシャフト
取付装置であって、該取付装置は、 環状体の環状部分と、該環状部分はシャフトに沿って延
び且つシャフトを越えて嵌合するのに適しており、該環
状部分はシャフトに隣接するが隔てている半径方向の内
面を有し、 環状体のシャフトへの嵌合を、それらの間の相対的な熱
的又は遠心力による膨張に関係なく維持する手段と、を
具備し、 前記嵌合を維持する手段は、前記半径方向内面に形成さ
れた環状ポケットと、前記シャフト及び環状部分の半径
方向内面に抗して押圧するようにポケット内に設置され
たスプリングと、を具備し、該スプリングは中心スピン
を備え、該スピンは1つの軸に沿って延長されており、
且つ多数の指が該スピンから延びており、これらの指は
スピンの延長軸に対しほぼ直角な軸に沿って延長されて
おり、各指は該指自体の延長軸を横切る断面を有し、該
指の断面はスピンの延長軸を横切るスピンの断面より小
さいことを特徴とするシャフト取付装置。 - 【請求項13】 リングを保持するリングキャリアであ
って、該リングキャリアは、 環状体と、 リングを保持するために前記環状体の内部に形成された
環状ポケットと、該ポケットは底部と、半径方向の内壁
と、半径方向の外壁とを有し、 前記ポケットの前記半径方向内壁に形成された環状溝
と、 前記環状溝内のスプリングと、から成り、該スプリング
は中心軸と平行であるが、隔てている軸方向に指向され
た要素を具備し、該軸方向指向要素は相互に軸方向に隔
てており、且つ中心軸の両側に交互に配置されており、
且つ連結要素は中心軸のそれぞれの側にて軸方向要素に
構造的に連続しており、該連結要素は前記中心軸に対し
てほぼ直角な延長軸を有し、 もってスプリングは、リングと環状体との間の相対的な
熱膨張に関係なくリングの中心の位置決めをすることを
特徴とするリングキャリア。 - 【請求項14】 環状体をシャフトに取付けるシャフト
取付装置であって、該取付装置は、 環状体の環状部分と、該環状部分はシャフトに沿って延
び且つシャフトを越えて嵌合するのに適しており、該環
状部分はシャフトに隣接するが隔てている半径方向の内
面を有し、 環状体のシャフトへの嵌合を、それらの間の相対的な熱
的又は遠心力による膨張に関係なく維持する手段と、を
具備し、 前記嵌合を維持する手段は、中心軸と平行であるが、隔
てている軸方向に指向された要素を具備し、該軸方向指
向要素は相互に軸方向に隔てており、且つ中心軸の両側
に交互に配置されており、且つ連結要素は、中心線に対
しほぼ直角な長手軸と、半径方向内面にスプリングをシ
ャフト及び半径方向内面に抗して押圧するスプリングを
受け入れる環状ポケットと、を有することを特徴とする
シャフト取付装置。
Applications Claiming Priority (2)
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US842000 | 1992-02-28 |
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1993
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