JP4104169B2 - 環状密封部材 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前提部に記載の環状密封部材に関する。
剛性を有する支持部材と、これに接して形成されているエラストマ部分とを有する密封部材は基本的に公知である。弁構成部材と共働する際に１つの問題が発生する、すなわち、弁開閉時点が正確に定められないことである、何故ならば弁構成部材であり変位して弁を開閉する構成部品は、この構成部品に作用する流体圧力に応じて多少密封部材のエラストマ材料の中に押込まれ、このことにより弁開閉時点が変動するからである。これは多くの用途において望ましくない、何故ならば弁は、一定であり正確に定められた開閉特性を有するように意図されているからである。
米国特許第３２８２５９４号明細書は請求項１の前提部に記載の環状密封部材を開示している。類似の密封部材は英国特許出願公開明細書第２２５６６８７号から公知である。双方の密封部材に共通な点は、密封部材のエラストマ構成部分が、剛性を有する支持体と一体的に射出成形されている点である。このことは、エラストマ材料と剛性支持体の材料との間の良好な密封性を保証する意図による。
本発明の目的は、弁における変位可能な弁体と共働するのに適する環状密封部材を、なかんずく、弁の開閉挙動が、できるかぎり一定であることを保証するのに適する環状密封部材を提供することにある。大量生産での製作に鑑みて密封部材は有利なコストで製造され、しかも密封部材の密封機能が不利な影響を受ける結果を招かないことが意図されている。
冒頭に記載のタイプの環状密封部材から出発してこの目的は本発明により、剛性材料製部分とエラストマ材料製部分とが取外し可能に互いに連結され、リング状に巡って剛性材料製の前記部分から突出して形成されている前記突出部が軸心方向でエラストマ材料製の前記部分にほぼ完全に貫入し、エラストマ材料製の前記部分が前記突出部の端面を完全に被覆し、壁厚Ｓ_iが壁厚Ｓ_aにほぼ等しいことにより達成される。本明細書において「ほぼ完全に」とは、剛性材料から成る部分上を周方向に巡ってリング形をなす突出部の軸心方向の自由端がエラストマ部分の端面に位置するのではなく、いくらかこの端面の下方に位置する、すなわち、突出部を被覆するエラストマ部分が該突出部を越えて突出していることを意味する。このことにより得られ突出部の自由端上にある薄肉エラストマ層は、可動な弁体が常に滑らかに、かつ、僅かに緩衝されて密封部材の、この可動弁体に向かう端面に位置させられ、次いで無視可能な圧縮段階に後続して実質的に遅延なしに、剛性材料製部分に形成されている前記突出部の上に支持されることを保証する。このようにして達成される支持は、弁が開放される際に抗しなければならない圧力とは無関係に、弁の、予め定められた開放特性を保証する。
本発明の密封部材の前述のデザインにより、変位可能弁体のための或る程度剛性的なストッパが、密封部材の密封機能が劣化させられる結果を招くことなしに得られる。他方では前記エラストマ部分が、前記密封部材の剛性部分に形成されている突出部を完全に被覆することにより、クリティカルな条件の下でさえも優れた密封性が保証される。環状突出部の最大半径方向厚さから例えば最大でも壁厚Ｓ_iとＳ_aとの和の７０％でしかなく、壁厚Ｓ_iと壁厚Ｓ_aとがほぼ等しいので、良好であり半径方向で弾性的でさえある密封のための充分なエラストマ材料が半径方向で前記突出部の内側及び外側に残る。前記環状突出部の半径方向厚さは、好ましくは前記壁厚Ｓ_iと前記壁厚Ｓ_aとの和Ｓ_i＋Ｓ_aの、最大でも約５０％でしかない。
剛性材料製の部分の突出部、すなわちリング状に巡っている突出部は、例えば、閉じたリングの形状を有することも可能である。代替的に、環状突出部が複数のリング部分区間により形成され、各リング部分区間の間には接続ウェブ（Verbindungsstege）のためのスペースが残されていることも可能である。１つの更に改変したものにおいては、少なくとも環状突出部の自由端が一連の、かつ、一群のピン状延長部により形成され、該ピン状延長部が互いに、好ましくは均一に、間隔を置いて円周方向に配置され、軸心方向に突出している。このような実施形態では、或る程度剛性を有するストッパが、ほぼ点状の当接表面を環状配置することにより形成される。
１つの実施形態では、エラストマ部分の自由端面は、周方向に間隔を置いて配置された、好ましくはドーム状である隆起部を複数個有する。このような実施形態により変位可能弁体と密封部材とはより穏やかに、かつ、より良好に緩衝されて互いに係合する、何故ならば相互係合の開始時に弁体は点状にエラストマ部分と接触するにすぎないが、次いで直ちに急速に増加する抵抗に直面するからである。密封部材の剛性部分に形成されリング状に巡っている突出部が一連の、かつ、一群のピン状延長部により形成されている場合、エラストマ部分の自由端面に形成されている好ましくはドーム状の隆起部は、好ましくはピン状延長部の上方に、すなわちピン状延長部の軸心方向延長内に配置されている。
環状突出部のデザインとは無関係に突出部の半径方向厚さは突出部自由端に近づくにつれて縮小される。この場合には前記突出部の半径方向厚さは連続的に、又は階段状にも縮小される。半径方向厚さの縮小により密封作用は更に良好になる、何故ならば突出部の自由端に向かって増量されるエラストマ材料が半径方向で突出部の内側及び外側に存在し、このことによりエラストマ部分の領域内の密封部材の、半径方向の、より良好な補償能力が実現させられるからである。
エラストマ材料製の部分に対するとは反対側の、密封部材の剛性材料製の部分の端部が中空円筒状延長部を有することが好ましい。この延長部は変位可能なピストンの、より良好な案内に用いられる。
比較的高い圧力においてさえも密封部材の良好な密封作用を保証するために、密封部材の剛性材料製の部分は、エラストマ材料製の部分に当接する表面の領域内に特に貫通路を有しないことが意図されている。さもないと、エラストマ部分の領域が該貫通路付近における圧力負荷の下でこのような貫通路の中に押込まれることによりエラストマ材料が別の密封個所において不足することがある。
本発明の環状密封部材はなかんずく自動車搭載液圧式ブレーキ装置のマスターシリンダの中での使用に適する。マスタブレーキシリンダとしばしば称されるこのようなマスターシリンダはハウジングを有し、該ハウジングに形成されている孔が長手軸心に沿って延びており、該孔の一端は、該マスターシリンダの該ハウジングに所属する正面壁により閉鎖され、反対側の他端は環状密封部材により閉鎖されている。密封部材を貫通して密封的に案内されて、軸心方向に変位可能なピストンが設けられ、該ピストンは前記孔と同心に配置され、中央弁を有し、該中央弁により流体貯槽と圧力室との間の流体流通が実現され、該圧力室は前記孔の中に設けられて前記正面壁と前記ピストンとにより境界を定められている。ピストンが作動させられていない時には前記中央弁は開放状態に当接部材により維持され、該当接部材は前記密封部材に作用する。マスターシリンダの中で環状密封部材が、２つの、別個のものであり、環状であり、軸心方向で隣接した部分から成り、２つのこれらの部分のうちの第１の部分が前記孔の方に向かってエラストマ材料から成り、該孔とは反対側の第２の部分が剛性材料から成るというマスターシリンダはヨーロッパ特許出願公開明細書第０４６７０２１号から公知である。
このタイプのマスターシリンダは自動車の中に使用され、なかんずく、ブレーキ圧制御システムと共に使用され、これらのシステムは今日ではしばしば、ブレーキ作動中の車輪のロック（Blockieren）を阻止する機能（いわゆるアンチロックシステム）と、加速中の、なかんずく、滑りやすい路面での駆動輪のスピンすなわち空転を阻止する機能〔いわゆるトラクションコントロール（Antischlupfregelung）〕との双方の機能を有する。前述のように、マスターシリンダが作動させられていない時、すなわちピストンがその休止位置、すなわち初期位置に位置している時には、ピストンの中に設けられている中央弁は当接部材により開放状態に維持される。該当接部材は該中央弁に連結されており、直接的又は間接的に、密封部材の、エラストマ材料製の部分の端面の対面側に接して支持されている。
前記中央弁が開放されるのは、ピストンが、マスターシリンダを作動させた後にその初期位置に戻ると、該中央弁に連結されている当接部材が、前記密封部材の、前記当接部材に面する端面に当接し、そこで支持され、このことにより前記中央弁が開放されることにより実現される。このことは該中央弁が、圧力室の中をこの時点に支配している圧力に抗して開放されなければならないことを意味する。通常の運転状態の間にしばしば、前記当接部材が前記密封部材に当接する時点において該圧力室の中には存在するにしても僅かな正圧しか存在しない。ある状況においては中央弁は依然として、かなり大きい正圧に抗して開放されていなければならないこともある、これはなかんずく、トラクションコントロールの直後にブレーキ作動が必要でマスターシリンダが作動させられている場合に当てはまる。このような場合、トラクションコントロールに関連してマスターシリンダの圧力室の中で形成された流体圧力は、直後に続くブレーキ作動の前には、圧力低減される機会を有しない、何故ならば、トラクションコントロールサイクル（Antischlupfregelzyklus）の間に圧力形成のために圧力室に付加的に供給された体積の流体は、貯蔵容器の中に戻されることが、直後に続くブレーキ作動に起因して不可能であるからである。しかし、圧力室の中を依然として支配する流体圧力に応じて中央弁の開放時点は変化する、何故ならば、圧力室の中を依然として支配する圧力が高ければ高い程、中央弁に接続されている当接部材は、より深く密封部材のエラストマ部分の方へ入込み、中央弁は、適切な反力が密封部材により当接部材に作用させられる場合にのみ開くことができるからである。従って、マスターシリンダの孔の中に設けられているピストンに関して、中央弁が開く時点を明確に定めることは不可能である。その代わりに中央弁は作動状態に応じて、ある時はより早期に、ある時はより遅くに開く。できるかぎり一定であるべきブレーキ応答挙動の観点からこれは望ましくない。
本発明の密封部材の２つの実施形態が、添付の図を用いて以下において、より詳細に説明される。
図１は本発明の密封部材の第１の実施形態が使用されるマスターシリンダの端部の長手方向断面を拡大して示す長手断面図、図２は図１で使用される密封部材の横断面を拡大して示す横断面図、図３は図１及び２に対して変更されている密封部材の図２に対応する概略図である。
図１はマスターシリンダの入力端部を示し、該マスターシリンダは全体的に１０として示され、マスターシリンダ１０は自動車搭載液圧式ブレーキ装置のためのものである。マスターシリンダ１０は細長いハウジング１２を有し、ハウジング１２は孔１４を有し、孔１４は長手軸心Ａに沿って走っており、本実施形態では階段状に形成されている。孔１４の、この図示されていない端部は通常は、マスターシリンダ１０のハウジング１２に所属する正面壁により密封されている。孔１４の、図示されていない一端に対向して位置する他端は、図示のように閉鎖又は密封部材１６により密封され、閉鎖又は密封部材１６の設計については後に詳細に説明される。
孔１４の中に密封的に、かつ、軸心方向に変位可能に収容され、密封部材１６に隣接してピストン１８が収容され、ピストン１８は前記密封部材１６により作動させられ得る。中央弁２０が弁座２２と、軸心方向に移動可能な弁体２４とを有し、弁体２４は弁座２２に向かって弾力的に賦勢され、中央弁２０はピストン１８の中に配置されている。図示の開放状態では中央弁２０は追従孔（Nachlaufbohrung）２６を介して、追従孔２６に接続されている流体貯槽（図示せず）と圧力室２８との間の流体接続を開放し、圧力室２８は孔１４の中でピストン１８と、孔１４の図示されていない閉鎖端との間に局限されている。ピストン１８は図においてその休止位置すなわち初期位置で示され、該休止位置すなわち初期位置をピストン１８は作動させられていない時に占め、該休止位置すなわち初期位置へとピストン１８は従来のように戻しばね３０により賦勢されている。マスターシリンダ１０の図示されていない部分は従来のもののように形成され、従って詳細に説明されない。図示のピストン１８の他に、マスターシリンダ１０の、図示されていない部分の中に第２のピストンが設けられていることもあり、同第２のピストンは同様のデザインのものであり、従って、二次ピストンとも称される。
中央弁２０の弁体２４はピン状延長部３２を有し、該延長部３２はピストン１８を貫通し、該延長部３２の自由端には横ピン３４が締結され、該横ピン３４は当接部材として用いられる。横ピン３４は、ピストン１８より小さい直径の作動延長部３８の半径方向貫通穴３４の中に遊びを有して収容され、作動延長部３８は、ピストン１８と一体化され、密封部材１６を貫通し、マスターシリンダ１０のハウジング１２から突出し、ロッド状入力部材（図示せず）との連結のために設けられている。ピストン１８が休止位置（図示）を占めると横ピン３４は環状ストップディスク４０に当接し、該環状ストップディスク４０は、密封部材１６に所属するエラストマ部分４２の端面に接触し、このことにより中央弁２０は開放状態に維持される。
環状エラストマ部分４２に加えて密封部材１６は、密封部材１６に軸心方向で隣接する部分４４を有し、該軸心方向隣接部分４４は、別個に形成され、同様に環状であり、剛性材料、例えば適切な硬質プラスチックから成る。部分４４の、エラストマ部分４２に面する端面に剛性材料製部分４４は、軸心方向に突出部４６を有し、該突出部４６は部分４４の回りを巡って、リングを形成し、エラストマ部分４２により完全に被覆され、図示の例では突出部４６の自由端に向かって円錐形状に先細りし、図１及び２に示されている第１の実施形態では突出部４６の自由端は一群のピン状延長部４８により形成され、該延長部４８は円周方向で均等に互いから離れて配置され、同様に軸心方向に延びている。図２から更に良好に分かるように（突出部４６の延長部４８を含めて）突出部４６の軸心方向長さはエラストマ部分４２が突出部４６により軸心方向にほぼ完全に貫入されるように選択されている。環状ストップディスク４０に接触しているエラストマ部分４２の端面とそれぞれのピン状延長部４８の端面との間には厚さＤの薄肉層が設けられているにすぎない（図２参照）。図３から分かるように、エラストマ部分４２の半径方向内側に位置し突出部４６に隣接する部分は半径方向壁厚Ｓ_iを有し、エラストマ部分４２の半径方向外側に位置し突出部４６に隣接する部分は半径方向壁厚Ｓ_aを有し、Ｓ_i及びＳ_aはほぼ同一の値を有する。突出部４６の最大半径方向厚さＳは図示の実施形態では突出部４６の円錐形形状に起因して突出部４６の底部に位置し、この場合には壁厚Ｓ_iとＳ_aとの和のほぼ５０％である。同様に図３から分かるようにエラストマ部分４２の自由端面には一群のドーム状隆起部４９がエラストマ部分４２と一体に形成されている。それぞれのドーム状隆起部４９は突出部４６のピン状延長部４８のうちの１つの、正確に上方に配置されている。
密封部材１６の部分４２と４４とは、互いに別個に形成されていることに起因して別個に有利なコストで別個に製作されることが可能であり、部分４２と４４とは互いに嵌め合わせられることにより取外し可能に互いに結合させられている。密封部材１６の部分４４は図示の例では、作動延長部３８の更に良好な案内のために一体的な中空円筒状延長部５０を有し、密封部材１６は、環状溝の中に設けられている止め輪５２により、マスターシリンダ１０の孔１４の、階段状に広がっている端部区間の中に保持されている。
図示のマスターシリンダ１０は次のように働く。すべての部分の図示初期位置から出発してブレーキ装置が、ピストン１８の作動延長部３８に連結されているロッド状入力部材（図示せず）を介して運転者により作動させられることにより、ピストン１８が図の左側に向かってマスターシリンダ１０のハウジング１２に対して変位する。マスターシリンダ１０が作動させられていない時に中央弁２０を開放状態に維持する横ピン３４が、このようにして環状ストップディスク４０から解放され、閉じ状態では弾力的に賦勢されている中央弁２０が閉じ、このことにより、ピストン１８の軸心方向変位が継続するにつれて流体圧力が圧力室２８の中で蓄積される。マスターシリンダ１０のこのような作動の間に密封部材１６は、作動延長部３８に対して孔１４を密封し、作動延長部３８を案内する役目を負う。
従ってブレーキをゆるめる間の圧力解放運動は逆の順序で行われる、すなわちピストン１８が戻しばね３０の作用により図の右側へ変位させられ、横ピン３４が、ピストン１８の休止位置が到達される直前に環状ストップディスク４０に当接し、このことにより中央弁２０が再び開き、圧力室２８の中になおも残り得るいかなる圧力も追従孔２６と通じて流体貯槽（図示せず）の中に排出される。
以下において、ブレーキ作動が運転者により惹起される直前にトラクションコントロールサイクルが実行され、このトラクションコントロールサイクルの間に付加的体積の流体が自動的に圧力室２８に流体貯槽から供給され、このことによりブレーキ圧が形成されて、タイヤスリップが低減させられる。運転者がこのようなトラクションコントロールサイクルに続いて直ちにブレーキ作動を惹起すると中央弁２０は、ブレーキ作動の終了における部分的に非常に大きい正圧に抗して開放されなければならない、何故ならば、トラクションコントロールサイクルの間に供給された付加的体積の流体が流体貯槽の中に戻ることによる圧力室２８の中の圧力の解放はもはや、運転者により惹起される、直後に続くブレーキ作動の前に可能でないからである。このようにして、トラクションコントロールサイクルの間に供給された流体の体積の大きさに応じて或る程度高い正圧が依然として圧力室２８の中を支配し、この支配はピストン１８が、運転者により惹起されたブレーキ操作の完了に続いて再びピストン１８の初期位置に戻ったときにさえ継続する。しかしこのような場合でさえも中央弁２０が開く時点は僅かしか変化しない、何故ならば、突出部４６に配置されている薄肉エラストマ材料層Ｄの圧縮性が非常に低いことに起因して、圧力室２８からエラストマ部分４２の端面に横ピン３４及び環状ストップディスク４０を介して伝達される圧力が、部分４４に形成されている突出部４６のピン状延長部４８の頭部表面に実質的に遅延なしに作用するからである。部分４４の剛性材料は、環状ストップディスク４０が更に軸心方向に変位させられることを許さず、従って、横ピン３４が更に軸心方向に変位させられることも許さず、このことにより中央弁２０は高信頼性を以て開き、他方、ピストン１８の位置に関して正確に定められている開放点を、高い正圧に抗してさえ維持する。
図３に示されている密封部材１６′が前述の第１の実施形態で使用されている密封部材１６と異なる点は、ピン状延長部４８の代りに単一延長部５４が設けられ、該単一延長部５４がリングの形に閉じられ、単一延長部５４の下方に配置されている突出部４６より小さい横断面寸法を有する点だけである。ドーム状隆起部４９は円周方向に互いに均等な間隔を置いて配置され、延長部５４に沿ってエラストマ部分４２の端面から隆起して形成されている。密封部材１６′の機能は密封部材１６の機能と同じである。

Claims (9)

1. 円筒状壁の内面と、前記壁に関して軸心方向に変位可能で、前記壁と軸心を共有して配置されている円筒状ピストンとの間の環状間隙を密封する環状密封部材であって、
   前記環状密封部材が、環状であり軸心方向に相隣接した２つの第１、第２の部分（４２，４４）を有し、該第１、第２の部分（４２，４４）のうちの該第１の部分（４２）がエラストマ材料から成り、前記第２の部分（４４）が剛性材料から成り、剛性材料製の前記第２の部分（４４）が環状の突出部（４６）を有し、
   該突出部（４６）が、前記第２の部分（４４）と一体的に形成されるとともに、軸心方向に突出して前記第１の部分（４２）の中に入込み、かつ底部位置における半径方向の厚さＳを有し、更に、前記第１の部分（４２）の部分区間で、前記突出部（４６）の半径方向内側に位置する側面に当接する底部位置から該側面とは反対側の側面までの部分区間が、半径方向の壁厚Ｓiを有し、前記第１の部分（４２）の部分区間で、前記突出部（４６）の半径方向外側に位置する側面に当接する底部位置から外周面までの部分区間が、半径方向の壁厚Ｓaを有し、前記突出部（４６）の半径方向の前記厚さＳが前記壁厚ＳiとＳaとの和Ｓi＋Ｓaの多くとも７０％であるような前記環状密封部材であり、
   前記第１、第２の部分（４２，４４）が取外し可能に互いに連結され、
   剛性材料製の前記第２の部分（４４）から突出して形成されている前記環状の突出部（４６）が軸心方向でエラストマ材料製の前記第１の部分（４２）にほぼ完全に貫入し、
   エラストマ材料製の前記第１の部分（４２）が前記環状の突出部（４６）の端面を完全に被覆し、
   前記壁厚Ｓiが前記壁厚Ｓaにほぼ等しいことを特徴とする環状密封部材。
2. 前記突出部（４６）の半径方向の前記厚さＳが前記壁厚Ｓiと前記壁厚Ｓaとの和の５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の環状密封部材。
3. エラストマ材料製の前記第１の部分（４２）の端面が、周方向に間隔を置いて配置されたドーム状隆起部（４９）を複数個有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の環状密封部材。
4. 前記突出部（４６）の半径方向の前記厚さＳが、前記突出部（４６）の自由端に近づくに従って縮小することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つの請求項に記載の環状密封部材。
5. 前記突出部（４６）の半径方向の前記厚さＳの前記縮小が連続的に又は階段状に行われることを特徴とする請求項４に記載の環状密封部材。
6. 前記突出部（４６）の前記自由端が一群のピン状延長部（４８）により形成され、前記ピン状延長部（４８）が互いに間隔を置いて周方向に配置され、軸心方向に延びていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つの請求項に記載の環状密封部材。
7. 前記ドーム状隆起部（４９）が前記ピン状延長部（４８）の軸心方向延長空間内に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の環状密封部材。
8. エラストマ材料製の前記第１の部分（４２）に対する面とは反対側の、剛性材料製の前記第２の部分（４４）の端部が中空円筒状延長部（５０）を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちのいずれか１つの請求項に記載の環状密封部材。
9. ハウジング（１２）を有する、自動車搭載液圧式ブレーキ装置のためのマスターシリンダ（１０）であって、
   前記ハウジング（１２）が、長手軸心（Ａ）に沿って延びた孔（１４）を有し、前記孔（１４）の一端が、前記マスターシリンダ（１０）の前記ハウジング（１２）に所属する正面壁により密封され、反対側の他端が密封部材（１６）により密封され、ピストン（１８）が前記孔（１４）の中に密封され軸心方向に変位可能に収容され前記密封部材（１６）に隣接して設けられ、前記密封部材（１６）を貫通して作動させられることができ、かつ、中央弁（２０）を有し、流体貯槽と圧力室（２８）との間の流体流通が前記中央弁（２０）により可能であり、前記圧力室（２８）が前記孔（１４）の中に前記正面壁と前記ピストン（１８）とによって境界付けられて形成され、前記中央弁（２０）が、前記ピストン（１８）が作動させられていない際には当接部材すなわち横ピン（３４）により開放状態に維持され、該横ピン（３４）が前記密封部材（１６）に作用するマスターシリンダにおいて、
   前記密封部材（１６）が請求項１ないし請求項８のうちのいずれか１つの請求項に記載の環状密封部材であることを特徴とする自動車搭載液圧式ブレーキ装置のためのマスターシリンダ。

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