JPS5813776B2 - 複合シ−ルリング用ばねおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシールに関し、特に封止されるべき表面に係合
するフランジを設けられ且つ溝形横断面形状を有する可
撓性の環状封止ジャケットと、そのジャケノト内に配置
されてそのジャケットのフランジに圧着する環状のばね
とを有する型式の複合シールリングに関するものである
。

この種のシールリングにおいては、ジャケットは比較的
高い温度において封止機能を発揮しつるテフロンのよう
な桐料でもって形成されつるものであり、ばねは長時間
に亘ってブ定の封止力を維持する金属でもって形成され
る。

米国待許第３２２３４２６号に示されているよ２うな従
来のこの種シールリングにおいては、ばねはばね材料の
平坦なリボン状ストリップでもって形成された螺旋状の
ばねであった。

しかしながら、このような従来の構成は、特に小径のシ
ールリングを製造したい場合に難点がある。

即ち、そのような場合には、螺旋状のばねは剛度が大き
すぎて、能率的な装着及び使用のだめに十分な撓みを確
保することができない。

更に、螺旋状ばねでもって完全なループを形成するだめ
には、そのばねの端部を互いに溶接しなければならない
が、それは時間がかかり且つ高師な作業である。

本発明の目的は、所期の目的のためにばねの効率を阻害
することなしに、比較的小径のシールリングに使用でき
るようにするのに十分な可撓性を与える複合シールリン
グのだめの新規にして改良されたばね構造を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は、ラジアル・シール及びフェース・
シールの双方に対して利用されうるものであり、且つほ
とんどの場合においてばねの端部を溶接又は他の方法で
附着させる必要のない複合シールリングのだめの改良さ
れたばねを提供することである。

本発明の他の目的は製造が比較的簡単で且つ廉価な改良
されたばねを提供することである。

本発明の他の目的は、容易に入手できる材料と１具を用
いるものであり、従って経済的に実施できる複合シール
リングのだめのばねを製造する方去を提供することであ
る。

本発明の更に他の目的は、小径のシールに対して特に適
合するようになされた改良されたこの種ばねを提供する
ことである。

本発明の更に他の目的は、複合シールリングにνいて所
定の位置に装着された場合にジャケットから外にとび出
すようなことを少なくするようになされた新規にして改
良されたばねを提供することである。

簡単に言えば、本発明はＵ字状の横断面を有する環状の
リングよりなり、そのＵ字状のウエブぱジャケットのウ
エプに対接して休止しており、フランジはジャケットの
フランジに対して外方に圧着しており且つそのフランジ
は周囲方向に間隙をおいて設けられた多数の間隙を有し
ており、それにより、ばねをジャケットに装着した場合
、制限された調節が許容される。

一例においては、ばねは波形状ないし蛇行状の形状を有
しフランジだけではなくウエブにも間隙が設けられる。

この型式のものは、ラジブル型封止環に使用するのに特
に適合している。

他の型式のものでは、ウエプは連続であるが、フランジ
は互いに反対方向外方に延長したフインガよりなってい
る。

この型式のものは特にフェース・シールに使用するのに
適している。

本発明によるばねは、適当な長さに切断された平坦な素
拐で形成されることもできる。

フランジはウエブの平面から外に屈曲され、然る後、ば
ねがジャケットに装着される。

いずれの型式のものにおいても、平坦な素材はフオトエ
ノチ処理によって形成されうる。

波形状ないし蛇行状のものの素胴は、円形の横断面を有
するワイヤを正弦波状に屈曲させ、そのワイヤを平打ち
し、そしてそのワイヤをジャケントの周囲に合致する適
当な長さに切断することによっても形成されつる。

以下図面を参照しながら本発明の実施例について説明し
よう。

本発明を適用された複合シールリングが第５図及び６図
において全体として数字１１で示されている。

この図示されているシールリングは、部分的に数字１２
で示されている内側部材と部分的に数字１３で示されて
いる外側部材との間をシールするだめのラジアル型のも
のである。

このシールリングは全体として数字１４で示されている
ジャケットと、全体として数字１５で示されているばね
とよりなっている。

ジャケットは環状で且つ溝型の横断面形状を有しており
、そしてそれは所望の可撓性、密封特性、耐摩耗性、耐
温度特性を有しているテフロンのような材料でもって形
成されている。

このジャケットは中央のウエブ１６と、内側フランジ１
７及び外側フランジ１８とを有している。

フランジ１７は前述した部分１２に係合する環状の隆起
１９を有しており、フランジ１８は前述した部分１３に
係合する同様の隆起２１を有している。

このシールリングは、それの開放側がそれの表面間にお
ける流体圧力に露呈されるような態様でもって前記両部
分間に配置される。

ばね１５の目的はジャケットの変形に抵抗すること及び
フランジ１７及び１８に対して半径方向の力を加えるこ
とである。

このばねは環状の形状を有しており且つジャケット１４
によって形成されたポケットまたは溝２２内に嵌人して
いる。

ばね１５はステンレススチールまたは適当な弾性を有す
る他の多くの材料のような弾発性材料でもって製造され
る。

このばねはＵ字状の横断面を有しており、且つ全体とし
て数字２３で示された中央のウエブと、全体としてそれ
ぞれ数字２４及びｂによって示されている内側及び外側
フランジとを有している。

ウエブ２３はジャケット１４のウエブに対接しており、
一方、７ランジ２４及び２５はそれぞれフランジ１７及
び１８に係合してぃるばね１５は第１図乃至第４図に示
されているような波形状ないし蛇行状の形状を有してお
り、フランジ２４には間隙２６が、フランジ２５には間
隙２７がそれぞれ現われている。

これらの間隙はジャケット１４の材料が動作時にそれら
の間隙に相当に入り込むのを防止するのに十分なだけ狭
くなされている。

ぱね１５は、まず第１図及び第２図において全体として
数字２８で示されている平坦な素材を形成し、次にその
素拐を屈曲して第３図及び第４図に示されているような
ウェブ２３とフランジ２４及び２５とを形成することに
よって製造されるのが好ましい。

平坦な素桐２８を形成するための一つの方法としては公
知のフォトエッチ処理による方法がある。

その方法では、弾発性金属シートの一面を感光性にして
それを適当なパターンの光に露光させる。

次へそのシートを酸に浸漬して上記金属の適当な部分を
エッチング除宍し、かくして第１図及び第２図に示され
ているような平坦な素材が得られる。

フォトエッチ法は、比較的小径のシールリングのだめの
ばねを製造する場合に特に有用である。

素材２８はジヤケットのポケットまたは溝２２の周囲に
相当する長さに切断され、そして次に第３図及び第４図
に示されている形に屈曲され、その結果、ウエプ２３は
ジャケット・ウエブ１６の内表面形状に近似したものと
なり、フランジ２４及び２５は、シールが所定の位置に
装着された場合、フランジ１７及び１８に対してそれぞ
れ平坦な状態で対接するようになされる。

さもなくば、ばねの長さは、フランジがウエブから屈曲
されて後に決定されてもよい。

ほとんどの場合において、ばねの端部は、ポケットまた
は溝２２に挿入されて後、互いに単に当接するだけであ
る八それらの端部を固着するだめの他の方法について次
に説明する。

フランジ２４及び２５は、間に間隙２６及び２７を画定
している複数のＵ字状脚でもってそれぞれ構成されてお
り、且つウエブ２３も同様に間隙２９を有していること
が図面からわかるであろう。

これの間隙は溝２２に対するばねの挿入及びそれのまわ
りにおける屈曲を助長するものであり、この場合、ばね
の形成時に間隙２６が若干縮小し、間隙２７は若干拡大
するように、屈曲の中性軸線を溝の周囲長にほぼ等しく
しておくことが好ましい。

ばね材料の厚さ及びその他の寸法は特定の力及び他の要
件に適合するように変化されうること勿論である。

ばね端部の当接が第４図において数字羽で示されている
。

ばね１５の動作は第６図から明らかであろう。

このばねの撓みは、主としてウエプ２３と、そのウエブ
とフランジ２４及び２５との間の接合部分３１及び３２
とに沿って生ずるであろう。

かくして、密封作用を発生させるのに十分な力がジャケ
ット１４の部分１９及び３２に常に加えられている場合
には、各部分間における挿入を許容するのに十分な可撓
性が全組立体中に存在しているであろう。

このことは比較的小径の場合に特に有用である。

なぜならば、前述した米国特許第３２２３４２６号にお
けるような公知の螺旋ばねの場合には剛度が太きすぎて
適切な装置を実施することのできないことが多いという
ことがわかったからである。

第７図及び第８図は第５図及び第６図に示されでいるば
ねのだめの平坦な素材を製造する他の方法を示している
。

この方法によれば、１点鎖線おで示されている加工硬化
可能な軟かい丸いワイヤが、短い弧状部分によって連結
された比較的長い平行な脚部分を有する波形状ないし蛇
行状に形成され、次に、第８図及び第９図において実線
で示されている厚さ及び形状に平坦化される。

かくして、脚部３４は間隙３６を保持してブリッジ３５
によって連結された形となるであろう。

ワイヤの初期直径、前述のようにそれを波形状ないし蛇
行状に屈曲する場合のピンチ、及びそれが平坦化される
べき厚さは、その平坦化によって得られたものが間隙３
６を所望の寸法まで閉塞するようにすべて規制される。

更に、平坦化工程時においては、軟かいワイヤかばね硬
度まで作用し、熱処理の必要をなくする。

材料の粒子構造は、ばねに対して理想的なワイヤの原軸
線に従うであろう。

第１０図乃至第１３図は本発明の第２の実施例を示して
おり、これは基本的には前述した実施例と同様であるが
、この実施例においては、ばねのウエブ部分が連続して
いる。

第１２図でみられるように、ばねは全体として数字１０
１で示されており、且つそれは横断面がＵ字状の環状構
造をなしていて、全体として数字１０２で示されている
ウエブと、全体としてそれぞれ数字１０３及び１０４で
示されている一対のフランジとを有している。

後述するところから明らかな理由のために、この実施例
のばねは、ラジアル・シールとしてではなくてフェース
・シールとして用いられる始シール・リングに特に適し
ている。

そのようなばねが第１２図において数字１０５で示され
ておりそれは部分１０９及び１１１に係合するうね１０
７及び１０８を有する全体として数字１０６で示された
ジャケットよりなっている。

ぱね１０１は第１０図及び第１１図において全体として
数字１１２で示されている平坦な素材でもって形成され
る。

前述したフォトエッチ法によって製造されうろこの素桐
は、連続した中央部分１１３と、間に間隙１１５を有す
る複数の外方に突出しだフィンガー１１４とよりなって
いる。

フィンガー１１４はフランジ１０３及び１０４を形成す
るように屈曲され、そして素材はジャケット・スロノト
の周囲に合致する所望の長さに切断される。

ばね１０１を装着するだめには、それの一端がスロット
に挿入され、且つばねの残部が漸次挿入される。

それらの端部は第１３図において数字１１６で示されて
いるように当接するであろう。

ウエブ１０２がジャケットのウエブによって支持されて
おり従ってそれの曲率を変化しないから、ばねの端部を
溶接又はその他の方法によって固着することは通常不必
要であろう。

フランジ１０３及び１０４は常にジャケットの部分１０
７及び１０８を押してそれらの各部分１０９及び１１１
に対接させるであろう。

第１３図は、ばねが装着された場合のフランジ１０３及
び１０４の形状を示している。

ウエブ１０２が撓んでジャケット１０６のウエプに係合
した場合に、フィンガー１１４間の間隙１１５が狭くな
ることがわかるであろう。

第１４．１５．１６及び１７図は、特定の装着時にばね
の端部を固着することが必要な場合に、それを行なうだ
めの種々の方法を示している。

第１４図は、端部を数字２０２で示されているように溶
接されたばね２０１を示している。

第１５図及び第１６図は、あり溝及びありによる連結部
分３０２，３０３を有しているばね３０１を示している
。

第１７図は当接端が数字４０２で示されているように連
結部材によって連結されたばね４０１を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は波形状ないし蛇行状のばねを製造するために用
いられる平坦な素材の断片的な平面図、第２図は第１図
の矢印２の方向でみた側立面図、第３図は第４図の線３
−３に沿ってみた断面図であって、フランジがウエブの
平面から外に屈曲せしめられて後における状態を示して
おり、第４図はジャケソトに挿入される前におけるばね
の断片的な正面立面図、第５図は本発明のばねを利用し
たラジアル型複合シールリングの正面立面図、第６図は
第５図の線６−６に沿ってみた断片的な拡大断面図であ
って、ジャケット内におけるばねの位置を示しており、
第７図はワイヤを用いて波形状ないし蛇行状のものを作
る場合を示す断片的な概略平面図、第８図は第７図のば
ねをそれの矢印８の方向でみた場合の側立面図、第９図
は第７図の矢印９の方向でみた端面立面図、第１０図は
、特ニフェース型シールリングに対して有用な本発明の
第２の実施例を形成するために用いられる平坦な素材を
示す断片的な平面図、第１１図ぱ第和図の矢印１１の方
向でみた端面立面図、第１２図は第１０図及び第１１図
のばねをジャケットに装着した状態で示す断片的な断面
図、第１３図はフインガーの形状を示す断片的な側面図
、第１４，１５，１６及び１７図は、ばねの端部を必要
に応じて互いに固着させるだめの種々の方法を示す断片
的な一部断面立面図である。 １１・・・複合シールリング、１４・・・ジャケット、
１５・・・ばね、１６・・・ジャケットのウエブ、１７
・・・ジャケットの内側フランジ、１８・・・ジャケッ
トの外側フランジ、２３・・・ばねの中央ウエブ、２４
・・・ばねの内側フランジ、２５・・・ばねの外側フラ
ンジ、２８・・平坦な素材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ウエブと、封止せられるべき部分に係合する一対の
   フランジとを設けられた溝形横断面形状の可撓性環状封
   止ジャケットを有する形式の複合シールリングに用いら
   れるばねであって、前記ジャケットのウエプの形状に合
   致しかつこれに係合する平坦なウエブと、前記ジャケッ
   トのフランジに係合する一対の平坦なフランジとを有す
   る横断面Ｕ字状の環状部材よりなり、該環状部材のウエ
   プは、前記ジャケットの溝の底と同じ幅を有し、前記環
   状部材のフランジは、前記ジャケットのフランジと係合
   して前記ジャケットのフランジを外方に押圧しており、
   前記環状部材は、前記ジャケット溝内に装着された状態
   において、該環状部材のウエプに隣接したフランジ部分
   間が該ウエブから遠隔のフランジ部分間に対し少なくと
   も同じ程度だけ離間せしめられるようになされており、
   前記環状部材のフランジは周囲方向に間隔をおいて設け
   られた多数の間隙を有しており、該間隙の幅は、動作時
   に前記ジャケットが該間隙内に認められうる程度に突入
   するのを阻止すべく、間隙間の前記環状部材の部分の幅
   よりも実質的に狭くなされていることを特徴とする複合
   シールリング用ばね。 ２ ウエプと、封止せられるべき部分に係合する一対の
   フランジとを設けられた溝形横断面形状の可撓性環状封
   止ジャケットを有する形式の複合シールリングに用いら
   れるばねであって、前記ジャケットのウエブに係合する
   ウエプと、前記ジャケットのフランジに係合しかつ該フ
   ランジを外方に押圧する一対の７ランジとを有する横析
   面Ｕ字状の環状部材よりなり、前記一対のフランジは周
   囲方向に間隙をおハて設けられた多数の間隙を有してお
   り、前記環状部材は、その前記フランジおよびウエブを
   一体的に連結して波状に延長した平坦な板状部材より形
   成されていて、前記間隙が１つおきのフランジから前記
   ウエブを貫通して廷長して各間隙が一方の側の前記フラ
   ンジおよび前記ウエブを完全に貫通しかつ他方の側のフ
   ランジを部分的に貫通しており、前記間隙の幅は、前記
   環状部材のウエブおよびフランジの幅よりも実質的に狭
   くなされておりかつ使用時に前記ジャケットが該間隙内
   に認められうる程度に突入するのを阻止するのに十分な
   だけ狭くなされていることを特徴とする複合シールリン
   グ用ばね。 ３ ウエブと、封止せられるべき部分に係合する一対の
   フランジとを設けられた溝形横断面形状の可撓性環状ジ
   ャケットを有する形式の複合シールリングに用いられる
   ばねの製造方法であって、比較的短い多数の弧状部分に
   よって連結された比較的長い平行な多数の脚部分を有す
   る波形状にワイヤを屈曲サ？、該波形状に屈曲せしめら
   れたワイヤを平坦化して平坦な波形状素材を形成し、該
   素材を２本の平行な線に沿って屈曲して該素材をウエプ
   と２つの対向したフランジとを有するＵ字状部材となし
   、該Ｕ字状部桐を前記項状ジャケットの溝内に挿入して
   該Ｕ字状部材のウエブを前記環状ジャケットのウエプに
   係合せしめかつ該Ｕ字状部材のフランジを前記環状ジャ
   ケットのフランジに係合せしめることにより環状とする
   ことを特徴とする複合シールリング用ばねの製造方法。