特許 6371888 一方向圧力駆動のピストンシール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6371888

(24)【登録日】2018年7月20日

(45)【発行日】2018年8月8日

(54)【発明の名称】一方向圧力駆動のピストンシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/48 20060101AFI20180730BHJP

   F16K 31/06 20060101ALI20180730BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/48

   F16K31/06 305N

【請求項の数】13

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-136008(P2017-136008)

(22)【出願日】2017年7月12日

(62)【分割の表示】特願2015-500465(P2015-500465)の分割

【原出願日】2013年3月7日

(65)【公開番号】特開2017-215043(P2017-215043A)

(43)【公開日】2017年12月7日

【審査請求日】2017年8月10日

(31)【優先権主張番号】61/611,506

(32)【優先日】2012年3月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500124378

【氏名又は名称】ボーグワーナー インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100093861

【弁理士】

【氏名又は名称】大賀 眞司

(74)【代理人】

【識別番号】100129218

【弁理士】

【氏名又は名称】百本 宏之

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・イー・ジョーンズ

(72)【発明者】

【氏名】ジェフリー・ジェイ・ウォーターストレッズ

【審査官】 杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】 特許第２６７６２５９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 欧州特許第１７９４４８２（ＥＰ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１２０５２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第６６４８３３７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第５１４３３８２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００６７６５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開昭６０−０８６６８０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／００ − １５／５６

Ｆ１６Ｋ ３１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方向圧力駆動のピストンシールであって、
２つの部材の一方（１０ａ）に形成された溝（１０ｃ）を有する互いに軸方向に移動可能な２つの部材（１０ａ、１０ｂ）と、
前記２つの部材の一方（１０ａ）に形成された前記溝（１０ｃ）内に配置され、非通電状態時に前記２つの部材の他方（１０ｂ）に対して接触しない関係が維持されるｏリング（１２）であって、前記２つの部材の間の初期移動に応答して解除可能であり、前記２つの部材（１０ａ、１０ｂ）間の相対運動中のドラグを最小化する、ｏリング（１２）と、
前記ｏリング（１２）に対する軸方向の往復運動のために前記溝（１０ｃ）内に配置されたエナージャイザリング（１４）であって、前記ｏリング（１２）の反対側の表面（１４ａ）に対する流体圧力に応答して前記ｏリング（１２）に向かって軸方向に移動可能なエナージャイザリング（１４）であり、通電状態時に、前記２つの部材（１０ａ、１０ｂ）が互いに対して静止しており、前記ｏリング（１２）を半径方向外側に拡張させ、前記２つの部材の他方（１０ｂ）とシール接触させるために、前記ｏリング（１２）はエナージャイザリング（１４）によって圧縮可能である、エナージャイザリング（１４）とを備える、
ピストンシール。

【請求項2】

前記エナージャイザリング（１４）が長方形の断面を有する請求項１に記載のシール。

【請求項3】

前記エナージャイザリング（１４）がＬ字形の断面（１４ｂ）を有する請求項１に記載のシール。

【請求項4】

前記エナージャイザリング（１４）が、斜めのｏリング係合面（１４ｃ）を有するＬ字形の断面（１４ｂ）を有する請求項１に記載のシール。

【請求項5】

低漏洩のアキュムレータの圧力及び容積を保持するための、及び非常に低い電流消費で前記アキュムレータの流体内容を減衰するために、ソレノイド作動弁（１０）の解除行程の間に低作動ドラグを提供する方法であって、
互いに軸方向に移動可能な前記２つの弁部材（１０ａ、１０ｂ）の一方に溝（１０ｃ）を設けるステップと、
ｏリング（１２）を前記溝（１０ｃ）に位置決めするステップと、
非通電状態時に前記２つの弁部材の他方（１０ｂ）に対して接触しない関係に前記ｏリング（１２）を維持するステップであって、前記ｏリング（１２）は、前記ソレノイド作動弁（１０）の解除工程の初期移動に応答して解除可能であり、これによって、非常に低い電流消費で前記アキュムレータの流体内容を減衰するために、前記２つの弁部材（１０ａ、１０ｂ）の間の相対運動中に低作動ドラグを提供するステップと、
前記ｏリング（１２）に対する軸方向の往復運動のために前記溝（１０ｃ）内にエナージャイザリング（１４）を組み立てるステップであって、前記エナージャイザリング（１４）が、前記ｏリング（１２）の反対側の表面（１４ａ）に対する流体圧力に応答して前記ｏリング（１２）に向かって軸方向に移動可能であり、前記ｏリング（１２）が前記エナージャイザリング（１４）によって圧縮可能であり、これによって、通電状態時に、前記ｏリング（１２）の半径方向の拡張を引き起こし、前記２つの弁部材の他方（１０ｂ）とシール接触させ、これにより、前記２つの弁部材（１０ａ、１０ｂ）が互いに対して静止している間、低漏洩の前記アキュムレータの圧力及び容積を保持するために、流体圧力に応答して前記ソレノイド作動弁（１０）をシールするステップと、
を含む方法。

【請求項6】

前記エナージャイザリング（１４）に長方形の断面を設けるステップをさらに含む請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記エナージャイザリング（１４）にＬ字形の断面（１４ｂ）を設けるステップをさらに含む請求項５に記載の方法。

【請求項8】

前記エナージャイザリング（１４）に、斜めのｏリング係合面（１４ｃ）を有するＬ字形の断面（１４ｂ）を設けるステップをさらに含む請求項５に記載の方法。

【請求項9】

低漏洩のアキュムレータの圧力及び容積を保持するための、及び非常に低い電流消費で前記アキュムレータの流体内容を減衰するために、ソレノイド作動弁（１０）の解除行程の間に低作動ドラグを提供するためのソレノイド作動弁（１０）であって、
２つの弁部材の一方（１０ａ）に形成された溝（１０ｃ）を有する互いに軸方向に移動可能な２つの弁部材（１０ａ、１０ｂ）と、
前記２つの弁部材の前記一方（１０ａ）に形成された前記溝（１０ｃ）内に配置されたｏリング（１２）であって、非通電状態時に前記２つの弁部材の他方（１０ｂ）に対して接触しない関係に維持される前記ｏリング（１２）であり、前記ｏリング（１２）は、前記ソレノイド作動弁（１０）の解除工程の初期の移動に応答して前記接触しない関係になるように解除可能であり、これによって、非常に低い電流消費で前記アキュムレータの流体内容を減衰するために、前記２つの弁部材（１０ａ、１０ｂ）の間の相対運動中に低作動ドラグを提供する、ｏリング（１２）と、
前記ｏリング（１２）に対する軸方向の運動のために前記溝（１０ｃ）内に配置されたエナージャイザリング（１４）であって、前記ｏリング（１２）の反対側の表面（１４ａ）に対する流体圧力に応答して前記ｏリング（１２）に向かって軸方向に移動可能なエナージャイザリング（１４）であり、前記ｏリング（１２）は前記エナージャイザリング（１４）によって圧縮可能であり、これによって、通電状態時に、前記ｏリング（１２）の半径方向の拡張を引き起こし、前記２つの弁部材の他方（１０ｂ）とシール接触させ、これにより、前記２つの弁部材（１０ａ、１０ｂ）が互いに対して静止している間、前記低漏洩のアキュムレータの圧力及び容積を保持するために、流体圧力に応答して前記ソレノイド作動弁（１０）をシールする、エナージャイザリング（１４）と、
を備えるソレノイド作動弁（１０）。

【請求項10】

前記ソレノイド作動弁（１０）の作動により、前記Ｏリング（１２）に対する圧縮圧力が取り除かれ、前記半径方向外側に拡張された通電状態から前記非通電状態の前記２つの弁部材（１０ａ、１０ｂ）の他方に対する前記接触しない関係への後退を可能にする請求項９に記載の弁（１０）。

【請求項11】

前記エナージャイザリング（１４）が長方形の断面を有する請求項９に記載の弁（１０）。

【請求項12】

前記エナージャイザリング（１４）がＬ字形の断面（１４ｂ）を有する請求項９に記載の弁（１０）。

【請求項13】

前記エナージャイザリング（１４）が、斜めのＯリング係合面（１４ｃ）を有するＬ字形の断面（１４ｂ）を有する請求項９に記載の弁（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一方向圧力駆動のピストンシール、及び圧力によって駆動されないときに低ドラグ、及び圧力によって駆動されるときに低漏洩を提供する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

当業界は、ｏリング及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）リングを使用するピストンシール、時に銘柄名テフロン（登録商標）の使用と称される多くの変形例を有する。例えば、様々な種類及び構造のピストンシールが、米国特許第７，８１５，１９５号明細書、米国特許第６，５０２，８２６号明細書、米国特許第６，１２９，３５８号明細書、米国特許第５，１４０，９０４号明細書、米国特許第５，０８２，２９５号明細書、米国特許第４，２９１，８９０号明細書、米国特許第４，１０９，９２１号明細書、及び米国特許第３，５９２，１６４号明細書に開示されている。これらのピストンシールは、それらの意図する目的に適切であると思われるが、これらの構造のいずれも、低作動ドラグを有する圧力駆動の低漏洩シールを提供しない。

【0003】

図６に最善に示されているように、従来公知のソレノイド作動の液圧流体弁３０は、互いに移動可能な第１及び第２の弁部材３０ａ、３０ｂを含む。弁部材３０ａの一方は、その中に形成された溝３０ｃを含む。標準ｏリング３２は、溝３０ｃ内に配置され、ＰＴＦＥリング３４を付勢して、他方の弁部材３０ｂとシール係合させる。このシールシステムは、ｏリング３２を使用して、第２の弁部材３０ｂによって画定されたピストン孔３６の内径（ＩＤ）に対してＰＴＦＥベースのシールリング３４を装填する。

【0004】

従来公知のシステムは優れたシールを形成してきたが、望ましいと思われるよりも高いドラグをもたらしてきた。一方向のシールのみで済み、かつ作動ドラグの量を最小にするか又は排除するために作動中にシールを解除する解決方法が必要であった。一方向にシールされたときに低漏洩のソレノイド作動の液圧流体弁を提供することが望ましいであろう。反対方向では低作動ドラグのソレノイド作動の液圧流体弁を提供することが望ましいであろう。流体圧力に応答して低漏洩のシールと、流体圧力がないときに低作動ドラグとを有するソレノイド作動の液圧流体弁を提供することが望ましいであろう。

【0005】

アキュムレータの圧力及び容積を保持するために、液圧ソレノイド弁は、非常に要求が厳しい漏洩要件を有する。さらに、液圧ソレノイド弁は、低作動ドラグを必要とする非常に低い電流消費でアキュムレータを打って、減衰できる必要がある。一方向圧力駆動のピストンシールは、流体圧力に応答して弁をシールすることによって、かつ低作動ドラグを提供する初期のソレノイドアクチュエータ運動に応答してシールを解除することによって、液圧ソレノイド弁用に低漏洩及び低作動ドラグの二重の目標を達成することができる。低漏洩の加圧式液圧アキュムレータを閉鎖しかつ保持し、次に、要求されたときに低作動ドラグのアキュムレータを解除して、減衰するために、高流量、双方向、オン／オフの液圧ソレノイド弁を提供することが望ましいであろう。

【0006】

一方向圧力駆動のピストンシールは、２つの部材の一方に形成されたグランド又は溝を有する互いに軸方向に移動可能な２つの部材を含むことができる。ｏリングは、非通電状態時に２つの部材の他方に接触しない関係で溝内に配置することができる。エナージャイザリングは、ｏリングに対する軸方向の往復運動のために溝内に配置することができ、この場合、エナージャイザリングは、ｏリングの反対側の表面に対する流体圧力に応答してｏリングに向かって軸方向に移動して、ｏリングを圧縮し、ｏリングを半径方向外側に拡張させて２つの部材の他方とシール接触させる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

反対方向の低ドラグを提供しつつ、低漏洩の１方向に互いに軸方向に移動可能な２つの部材の間をシールするための方法は、２つの部材の一方にグランド又は溝を設けるステップと、非通電状態時に２つの部材の他方に接触しない関係でｏリングを溝に位置決めするステップと、第１及び第２の位置の間の溝内でエナージャイザリングをｏリングに対して軸方向に移動させるステップとを含み、この場合、エナージャイザリングは、ｏリングの反対側の表面に対する流体圧力に応答してｏリングに向かって軸方向に移動して、ｏリングを圧縮し、これによって、ｏリングの軸方向の圧縮及びｏリングの半径方向の拡張を引き起こし、２つの部材の他方とシール接触させる。

【0008】

低漏洩のアキュムレータの圧力及び容積を保持するための、及び非常に低い電流消費でアキュムレータの流体内容を減衰するために、ソレノイド作動弁の解除行程の間に低作動ドラグを提供するためのソレノイド作動弁は、２つの弁部材の一方に形成されたグランド又は溝を有する互いに軸方向に移動可能な２つの弁部材と、非通電状態時に２つの弁部材の他方に接触しない関係で溝内に配置されたｏリングと、ｏリングに対する軸方向の往復運動のために溝内に配置されたエナージャイザリングとを含むことができ、この場合、エナージャイザリングは、ｏリングの反対側の表面に対する流体圧力に応答してｏリングに向かって軸方向に移動して、ｏリングを圧縮し、ｏリングを半径方向外側に拡張させて２つの弁部材の他方とシール接触させる。

【0009】

本発明の他の用途は、本発明を実施するために考慮された最善の様式の以下の説明を添付図面と関連して読み取られるとき、当業者に明らかになるであろう。

【0010】

本明細書の説明は添付図面を参照し、同様の参照番号は複数の図面を通して同様の部分を指す。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】ｏリング及び通電リングを収容する外径（ＯＤ）にグランドを有するソレノイドアーマチュア（ピストンとして作用）を有するソレノイド作動弁用の一方向圧力駆動のピストンシールの断面図であり、この場合、流体圧力なしに、ｏリングはグランドに着座し、ピストン孔から離して配置される。

【図2】図１によるソレノイド作動弁用の一方向圧力駆動のピストンシールのｏリング及びエナージャイザリングの詳細断面図であり、この場合、ｏリング及びエナージャイザリングは、緩んだ非通電状態にあり、ｏリングはピストン孔から離れて配置される。

【図3】図１によるソレノイド作動弁用の一方向圧力駆動のピストンシールのｏリング及びエナージャイザリングの詳細断面図であり、この場合、ｏリング及びエナージャイザリングは通電状態にあり、ｏリングは軸方向に圧縮されかつ半径方向に拡張されて、ピストン孔をシールする。

【図4】図１によるソレノイド作動弁用の一方向圧力駆動のピストンシールのｏリング及びエナージャイザリングの詳細断面図であり、この場合、ソレノイド作動弁は矢印の方向に移動し、ｏリングの圧縮を緩和し、ｏリング及びエナージャイザリングを図２の緩んだ非通電状態に戻す。

【図5A】エナージャイザリングの代わりの断面図である。

【図5B】エナージャイザリングの代わりの断面図である。

【図6】標準ｏリングの通電されたＰＴＦＥピストンシールリングを有する従来技術のソレノイド弁の図面であり、この場合、ｏリングは、ピストン孔の内径（ＩＤ）に対してＰＴＦＥベースのシールリングを装填するために使用される。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に図１〜図４を参照すると、低漏洩のアキュムレータの圧力及び容積を保持するための、及び非常に低い電流消費でアキュムレータの流体内容を減衰するために、ソレノイド作動弁の解除行程の間に低作動ドラグを提供するためのソレノイド作動の流体弁１０が示されている。流体弁１０は、２つの弁部材１０ａの一方に形成されたグランド又は溝１０ｃを有する互いに軸方向に往復運動できる２つの細長い弁部材１０ａ、１０ｂを含むことができる。

【0013】

図２に最善に示されているように、ｏリング１２は、非通電状態時に２つの弁部材１０ｂの他方に接触しない関係で溝１０ｃ内に配置される。エナージャイザリング１４は、ｏリング１２に対する軸方向の往復運動のためにグランド又は溝１０ｃ内に配置される。エナージャイザリング１４は、長方形断面又は正方形断面を有するものとして示され、表面１４ａはｏリング１２の反対側にある。しかし、エナージャイザリング１４は、任意の所望の断面を有することができることを認識すべきである。一例としてかつ限定なしに、エナージャイザリング１４は、図５Ａに示したようなＬ字形の断面１４ｂ、又は図５Ｂに示したような斜めのｏリングの係合面１４ｃを有するＬ字形の断面、又は湾曲したｏリングの係合面を有するＬ字形の断面、又は三角形状の断面、又はそれらの任意の組み合わせを有することができる。いずれにしろ、通電したリング１４は、ｏリング１２の反対側の表面１４ａを含み、流体圧力がエナージャイザリング１４の表面１４ａに作用し、エナージャイザリング１４を駆動して、ｏリングと圧縮係合させることを可能にする。

【0014】

図３に最善に示されているように、流体圧力に応答して、エナージャイザリング１４は、ｏリング１２の反対側の表面１４ａに対してｏリング１２に向かって軸方向に移動する。流体圧力によって通電された状態の間、エナージャイザリング１４は、ｏリング１２を圧縮し、ｏリング１２を半径方向外側に拡張させて、２つの弁部材１０ｂの他方とシール接触させる。ｏリング１２は、表面１４ａに作用する流体圧力に応答して、エナージャイザリング１４によって半径方向外側に拡張された通電状態に保持される。

【0015】

図４に最善に示されているように、ソレノイド１８が通電して、矢印１６の方向に弁部材１０ａの移動を開始するとき、弁部材１０ａの移動により、エナージャイザリング１４によるｏリング１２に対する圧縮の圧力が解除されるか又は取り除かれ、ｏリング１２が、図３に示した半径方向に拡張した状態から後退するか又は移行して、図２に示した非通電状態に戻ることを可能にする。

【0016】

一方向圧力駆動のピストンシール組立体２０は、低漏洩、高流量、２方向、オン／オフ、ソレノイド作動の液圧流体弁に関するシールの課題を解決するために開発された。ソレノイド作動の流体弁１０は、加圧式液圧アキュムレータを閉鎖しかつ保持し、次に、要求されたときにアキュムレータを解除して、減衰するために使用される。アキュムレータの圧力及び容積を保持するために、ソレノイド作動の流体弁１０は、非常に要求が厳しい漏洩要件を有する。さらに、ソレノイド作動の流体弁１０は、非常に低い電流消費でアキュムレータを打って、減衰できる必要があり、したがって、低作動ドラグを有する必要がある。

【0017】

再び図１を参照すると、ソレノイド作動の流体弁１０は、ピストンとして作用するソレノイドアーマチュア１０ａを有し、またｏリング１２及び通電リング１４を収容する外径（ＯＤ）にグランド１０ｃを有することが示されている。圧力がない場合、ｏリング１２は、グランド１０ｃに着座し、弁本体１０ｂの内径（ＩＤ）によって画定されたピストン孔２６から離れている。エナージャイザリング１４は、同様に孔２６に対して隙間嵌めとして設計され、したがって、シールドラグはほとんどない。圧力差（通電リング側でより高い圧力）があるとき、エナージャイザリング１４は、ｏリング１２を圧縮し、ｏリング１２の外径（ＯＤ）を強制して、ピストンリング１０ｂとの接触を解除し、また接触させ、ピストン孔２６をシールする。ソレノイド１８がアキュムレータを作動して、減衰するように命令されると、ピストン１０ａは上に移動して、ｏリング１２の負荷を取り除き、ｏリング１２がピストン孔２６から後退して、ドラグを除去することを可能にする。

【0018】

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関連して本発明について説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されず、反対に、添付した特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる様々な修正及び等価の構成を包含するように意図されることを理解すべきであり、その範囲は、法律の下に許容されるようなすべての修正及び等価の構造を包含するように最も広義な解釈に準じるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】