JPH11509606A - 改良された傾斜コイルスプリングおよびシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 互いに直列に接続された複数のコイルを含むコイルスプリング（３０）であり、各コイルは前方部分（３４）と後方部分（３６）とを有する。コイルの少なくとも１つの前方部分は、スプリングの中心線に対して直行する平面に対し、第１の所定角度に配置された第１のセクション（３４ｍ）と、スプリングの中心線に対して第２の所定角度に配置された第２のセクション（３４ｔ）とを含む。このコイルスプリングは、シール（これのみに限定されず）を含む種々の用途に使用するのに適す。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された傾斜コイルスプリングおよびシール 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、一般的には傾斜コイルスプリングに関し、より詳細には、シールに おいて負荷分布をほぼ均一とするように改良された傾斜コイルスプリングに関す る。 ２．関連技術の説明 相対的に往復動する表面、例えばピストン・シリンダ装置、並びに液圧ラムで 存在する表面、並びに相対的に回転する表面、例えば回転シャフト・ハウジング 装置で存在する表面をシールするのに、従来、コイルスプリングを含むシールが 、使用されている。 このシールは一般に、ほぼＵ字形の断面を有する環状カップと、カップ内に設 けられた環状コイルとから構成されている。このカップは、一般に耐久性のある 弾性エラストマー材料から形成され、コイルスプリングが環状カップの外側部分 を径方向外側に押圧し、シリンダすなわちハウジングに係合するとともに、内側 部分を径方向内側に押圧し、ピストンすなわち回転部品に係合するようになって いる。１９６５年１２月１４日に発行された米国特許第3,223,436号明細書には 、このタイプのシールの一例が開示されている。 もともと、これらのシールには、従来どおりのコイルスプリングが設けられて いる。このスプリングは、スプリングの軸線に対して個々のコイルが傾斜し、ス プリングに予負荷を加え、径方向の力を発生するように、シールの組み立て中に 変形されていた。もしこのようにコイルスプリングが変形させらると、個々のコ イルによって発生される圧力は有効に制御されず、そのひずみの量も異なること となる。従って、スプリングの作用は全体に均一ではなく、広い範囲の屈曲にわ たって制御され、ほぼ均一な負荷を必要とする用途では、シールを使用すること はできなかった。 コイルスプリングの予負荷に関連する問題を解決する試みとして、いわゆる傾 斜コイルスプリングが開発された。この傾斜コイルスプリングは、スプリングの 軸線に対して傾斜した部分を有するコイルである。かかるスプリングは、均一で 、かつ予測できる負荷特性を生じる性質がある。１９９１年７月１１日に公開さ れた特許協力条約出願 PCT/US90/07682号には、かかるスプリングの一例が開示 されている。 従来の傾斜コイルスプリングは予負荷コイルスプリングに関連した問題の多く を解消したが、特にシールの分野で新しい組の問題を引き起こした。特に、従来 の傾斜コイルスプリングにおける個々のコイルは、エラストマー材料との鋭角の 接触部を形成する。 これは、特に従来の傾斜コイルスプリングが環状シールで使用するために環状 に曲げられる時に深刻である。ここで、個々のコイルとカップの内外の部分との 間に鋭角が形成される。その結果、スプリングによって発生される負荷は弾性材 料全体にわたって均一に分散されず、むしろ負荷は、一連の点に加えられ、その 間には負荷がかからない部分が生じる。負荷が不均一に分布し、力が集中するこ とにより、弾性材料は不均一に摩耗し、最終的にシールの完全性が低下する。 発明の概要 本発明の一般的な課題は、実用的な目的のために従来の傾斜コイルスプリング に関連した上記問題を解消した、改良された傾斜コイルスプリングを提供するこ とにある。 本発明の別の課題は、スプリングが当接する対象に対して相対的な鋭角を形成 しないコイルを有する改良された傾斜コイルスプリングを提供することにある。 本発明の別の目的は、従来の傾斜コイルスプリングよりも、スプリングに当接 する対象全体にわたって、より均一に負荷を分散させる改良された傾斜コイルス プリングを提供することにある。 本発明の更に別の課題は、従来の傾斜コイルスプリングよりも、接触面積がよ り広い改良された傾斜コイルスプリングを提供することにある。 本発明の別の課題は、環状シールに使用するのに特に適した改良された傾斜コ イルスプリングを提供することにある。 本発明の更に別の課題は、改良された傾斜コイルスプリングを含むシールを提 供することにある。 上記およびそれ以外の課題を達成するため、本発明の傾斜コイルスプリングは 、互いに直列に接続された複数のコイルを含んでいる。各コイルは、前方部分と 後方部分とを有する。コイルの少なくとも１つの前方部分はスプリングの中心線 に対して垂直な平面に対し、第１の所定角度に配置された第１のセクションと、 スプリングの中心線に対して第２の所定角度に配置された第２のセクションとを 含む。 本傾斜コイルスプリングは、従来のものよりも多数の利点を有する。例えば、 第１の角度よりも第２の角度が大きいと、第２セクションは従来の傾斜スプリン グよりも接触角度を小さくする。また第２セクションは、ほぼ平らな表面を構成 でき、これによりスプリングに接触する装置全体に負荷をより均一に分散できる 。 装置がシールの弾性部材である場合、かかる負荷の分散の改善により、弾性部 材が不均一に摩耗するのが防止され、スプリングの力が加えられる面積を広くす ることにより、材料に加えられる圧力を低減し、かつ長期間に亘るシールの完全 性を改善する。 添付図面を参照し、次の詳細な説明を読むことにより、本発明をより良好に理 解することができ、かつ本発明の上記およびそれ以外の多くの特徴および利点が 明らかとなろう。 図面の簡単な説明 添付図面を参照し、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。 図１は、従来の傾斜コイルスプリングの側面図である。 図２は、従来の傾斜コイルスプリングを含む環状シールの正面部分断面図であ る。 図３は、本発明の好ましい実施例における傾斜コイルスプリングの側面図であ る。 図４は、本発明による傾斜コイルスプリングを含む環状シールの正面部分断面 図である。 図５は、図４に示す環状シールの部分側断面図である。 図６は、本発明の傾斜コイルスプリングを形成できるワイヤタイプの複数の断 面図である。 図７ａ、図ｂは、本発明の傾斜コイルスプリングの端部図である。 好ましい実施例の詳細な説明 次に、現時点で考えられる本発明を実施する上の最良の態様について、詳細に 説明する。なおこの説明は、限定的な意味に解釈するべきでなく、単に本発明の 一般的な原理を説明するためのものである。本発明の範囲は、添付した請求の範 囲のみによって定義すべきである。 図１における符号の付けられた部品について説明する。従来通りの傾斜コイル スプリング１０は、直列に配置された複数のコイル１２を含む。各コイルは、前 方部分１４と後方部分１６とを側面から見ると、前方部分および後方部分は頂部 から底部に直線上に延び、接合部１８で接合している。前方部分１４の各々は中 心線ＣＬに垂直な平面Ｐに対して、所定の角度ａをなしており、後方部分１６の 各々は、平面と角度ｂをなしている。これらの角度は、前方部分および後方部分 のそれぞれの長手方向部分に沿って一定となっている。 図２は、従来の傾斜コイルスプリング１０（一部しか示されず）を含む環状シ ール２０を示す。このシールは、エラストマー材料から形成された内側壁２２と 外側壁２４から成る環状シール２０である。スプリング接合部１８は、内側壁２ ２の外周部および外側壁２４の内周部に当接する。 図２で明瞭に示すように、従来の傾斜コイルスプリング１０の形状の結果とし て、スプリングと内外壁との間の接触角度は鋭角となっている。従って、一連の 円周方向に隔置されたスプリングと壁との接触点が形成されている。これらの接 触点の各々に、スプリングによる負荷が加えられるが、これらの接触点の間のス ペースでは負荷は加えられない。上記のようにエラストマー壁材料に力が不均一 に加えられる結果、不均一な摩耗が生じ、シールの完全性が低下する。 例えば図３に示すように、本発明による傾斜コイルスプリング３０の一例は複 数のコイル３２を有し、各コイルは、前方部分３４と後方部分３６を有する。前 方部分３４の中間部分３４ｍは、中心線ＣＬに垂直な平面Ｐと共に角度Ａをなし 、後方部分３６の中間部分３６ｍは、平面と角度Ｂをなす。前方部分および後方 部分は、頂部から底部へ直線状に延長せず、実施例では、前方部分３４の頂部セ クション３４ｔは中間部分３４ｍと共に角度Ｃをなし、底部セクション３４ｂは 中 間部分と所定の角度をなす。この角度は、角度Ｃと等しくすることもできるし、 また特定の用途の場合には、若干異なる角度とすることができる。 従って、頂部セクション３４ｔは、平面Ｐに対して、角度Ａと角度Ｃとの合計 に等しい角度をなす。底部セクション３４ｂによって同様な角度が形成される。 また後方部分３６の頂部セクション３６ｔおよび底部セクション３６ｂは、中間 部分３６ｍとそれぞれの角度をなす。これらの角度は、角度Ａ、ＢおよびＣのそ れぞれの値に従って異なる。 図示の実施例によれば、角度Ａは約２０度〜約５０度に亘って変わることがで き、角度Ｂは、約０度〜約４０度に亘って変わることができ、角度Ｃは、約５度 〜約３０度に亘って変わることができる。 前方部分の頂部セクション３４ｔと後方部分の頂部セクション３６ｔは、ほぼ 平らな表面３８を形成し、底部セクション３４ｂと３６ｂは、ほぼ平らな表面４ ０を形成する。これらの平らな表面は、本スプリングと例えばシール内の弾性部 材との間の接触面積を増す。スプリング３０は、接触面積を増すことにより、従 来知られているスプリングよりも、スプリングの力をより均一に分散させる。更 により広い面積にわたって力が分散されるので、スプリング３０と接触する弾性 部材部分に対する圧力も低減される。 例えば図４および図５に示すように、スプリング３０（一部しか示されていな い）は、環状になるように曲げることができ、環状シール４２の一部を形成する 。この環状シールは、外側壁４６および内側壁４８を有する弾性部材４４を含み 、スプリングの平らな表面３８および４０は、それぞれ内側壁および外側壁に当 接する。この平らな表面は、従来のスプリング、例えば図１および２に示されて いるスプリングよりも個々のコイル３２と弾性部材４４との間に、より広い接触 面積を形成する。このようにして、本スプリングの力は弾性部材全体により均一 に分散される。 スプリング３０は、種々の断面形状を有するワイヤから構成できる。図５に示 すように、この断面の形状として、円形５０ａ、卵形５０ｂ、楕円形５０ｃおよ び四角形５０ｄおよび５０ｅ（長方形５０ｅは正方形である）が含まれる。 スプリング３０も、種々の形状に製造できる。図７ａ、図ｂには、この形状の 例として、楕円形および円形が示されている。このスプリングは、従来シール力 増強部材を形成するのに使用されている弾性金属材料のうちの任意のものから製 造できる。スプリング材料として好ましいものには、弾性金属材料、例えばステ ンレススチール、ハステロイ、エルジロイおよびインコーネルがあるが、他の適 当な任意の材料からも製造できる。 前方部分および後方部分の傾斜度、ワイヤおよびスプリングの大きさ、単位長 さ当たりのコイルの数のみならず、コイルを形成する材料を、スプリングを用い る用途に応じて変えることができる。弾性部材４４は、ゴム、熱可塑性ポリウレ タン、フッ素ポリマー、ブロックコポリマー、熱可塑性加硫ゴム、およびプラス チックとゴムのアロイを含む種々の材料から形成できるが、これら材料のみに限 定されるものではない。弾性材料の選択は、シールの用いられる用途に応じて決 まり、かかるシールに使用されている従来の材料の任意のものを含むことができ る。 以上、好ましい実施例により本発明について説明したが、当業者であれば、上 記の好ましい実施例に対する多数の変形例または付加例を、容易に考え付くと思 う。例えば、熱または物理的な誤用によってドアとハウジングとの間にある種の 不整合が生じ得るような用途において発生するような、２つの不均一または非平 行の表面の間でのシールを提供するのに、コイルスプリングを有するシールが従 来も使用されており、このようなシールは、一般に長手方向に延びる弾性本体と 、この弾性本体内に設けられたコイルスプリングとを含んでいる。本発明の傾斜 コイルスプリングは、かかるシールでも使用することができる。 本発明の範囲は、かかる変更例または付加例に拡張されるものであり、本発明 の範囲は、請求の範囲のみによって限定されるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．互いに直列に接続され、スプリングの中心線を構成する多数のコイルを備 え、直列内の各コイルが、前方部分および後方部分を有し、コイルのうちの少な くとも１つの前方部分が、スプリングの中心線に垂直な平面に対して、ゼロより も大きい第１の所定角度に配置された第１の前方セクションと、平面に対して、 ゼロよりも大きい第２の所定角度に配置された第２の前方セクションとを含み、 第２の所定角度が、第１の所定角度よりも実質的に大きく、コイルの後方部分が 、平面に対して第３の所定角度に配置された第１の後方セクションと、平面に対 して第４の所定角度に配置された第２の後方セクションとを含み、第４の所定角 度が、第３の所定角度よりも実質的に大きくなっているコイルスプリング。 ２．（キャンセル）第１の所定角度が、第２の所定角度よりも実質的に小さい 、請求項１記載のコイルスプリング。 ３．第１の所定角度が、約２０度〜５０度の間に実質的にあり、第２の所定角 度が、約２５度〜８０度の間に実質的にある、請求項１記載のコイルスプリング 。 ４．各コイルの第２前方セクションが実質的に平らな表面を構成している、請 求項１記載のコイルスプリング。 ５．スプリングが、実質的に環状をなし、内側円周部と外側円周部とを構成す るように、スプリングの両端部におけるコイルが互いに接続されている、請求項 １記載のコイルスプリング。 ６．各コイルの第２前方セクションが内側円周部に対してほぼ接線方向に延び るほぼ平らな表面を構成している、請求項５記載のコイルスプリング。 ７．コイルが、ほぼ円形の断面を有するワイヤを含む、請求項１記載のコイル スプリング。 ８．コイルが、ほぼ長方形の断面を有するワイヤを含む、請求項１記載のコイ ルスプリング。 ９．各コイルの前方部分が、平面に対して第５の所定角度に配置された第３の 前方セクションを含み、第５の所定角度が、第１の所定角度よりも大きい、請求 項１記載のコイルスプリング。 １０．各コイルが、ほぼ円形をなしている、請求項１記載のコイルスプリング 。 １１．各コイルが、ほぼ楕円形をなしている、請求項１記載のコイルスプリン グ。 １２．（キャンセル）少なくとも１つのコイルが、複数のコイルを含む、請求 項１記載のコイルスプリング。 １３．（キャンセル）少なくとも１つのコイルが、ほぼすべてのコイルを含む 、請求項１記載のコイルスプリング。 １４．弾性部材と、 弾性部材の少なくとも一部に当接するコイルスプリングとを備え、 コイルスプリングが、互いに直列に接続され、スプリング中心線を構成する多 数のコイルを含み、各コイルが、前方部分と後方部分とを有し、コイルの少なく とも１つの前方部分が、スプリングの中心線と直行する平面に対して第１の所定 角度に配置された第１部分と、この平面に対して第２の所定角度に配置された第 ２のセクションとを有し、前方部分第２の所定角度が、第１の所定角度と異なっ てるシール。 １５．弾性部材が、１対の側壁と、これらの側壁の間に設けられたチャンネル とを含み、ほぼこのチャンネル内にコイルスプリングが位置している、請求項１ ４記載のシール。 １６．チャンネルが、ほぼ環状のチャンネルであり、コイルスプリングがほぼ 環状をなしている、請求項１５記載のシール。 １７．少なくとも１つのコイルの前方部分の第２セクションが側壁のうちの１ つに当接している、請求項１６記載のシール。 １８．少なくとも１つのコイルの前方部分の第２セクションがほぼ平らな表面 を構成している、請求項１４記載のシール。 １９．コイルが、ほぼ円形の断面を有するワイヤからなる、請求項１４記載の シール。 ２０．コイルがほぼ長方形の断面を有するワイヤからなる、請求項１４記載の シール。 ２１．第１の所定角度が、第１の所定角度よりもほぼ小さい、請求項１４記載 のシール。 ２２．少なくとも１つのコイルの前方部分が、平面に対して第３の所定角度に 配置された第３のセクションを含み、第３の所定角度が第１の所定角度と異なっ ている、請求項１４記載のシール。 ２３．各コイルがほぼ円形をなしている、請求項１４記載のシール。 ２４．各コイルがほぼ楕円形をなしている、請求項１４記載のシール。 ２５．（キャンセル）少なくとも１つのコイルが、複数のコイルを含む、請求 項１４記載のシール。 ２６．（キャンセル）少なくとも１つのコイルがほぼすべてのコイルを含む、 請求項１４記載のシール。 ２７．弾性部材と、 該弾性部材の少なくとも一部に当接するコイルスプリングとを備え、 このコイルスプリングが、互いに直列に接続され、スプリングの中心線を構成 する多数のコイルを備え、直列内の各コイルが、前方部分および後方部分を有し 、コイルのうちの少なくとも１つの前方部分が、スプリングの中心線と直行する 平面に対して、ゼロよりも大きい第１の所定角度に配置された第１の前方セクシ ョンと、この平面に対して、ゼロよりも大きい第２の所定角度に配置された第２ の前方セクションとを含み、第２の所定角度が、第１の所定角度よりも実質的に 大きく、コイルの後方部分が、前記平面に対して第３の所定角度に配置された第 １の後方セクションと、前記平面に対して第４の所定角度に配置された第２の後 方セクションとを含み、第４の所定角度が、第３の所定角度よりも実質的に大き くなっているシール。