(57)【要約】  シールは、シール表面を画定するポリマーカバーおよびポリマーカバーの長さに沿ってポリマーカバー内に延在する内側キャビティを含む。シールは、内側キャビティ内に延在し、複数のレーザーカットばね要素を含むばねをさらに含む。シールは、静止構成要素と回転可能な構成要素との間に配置することができる。
2013515224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール表面を画定するポリマーカバーおよび前記ポリマーカバーの長さに沿って前記ポリマーカバー内に延在する内側キャビティと、前記内側キャビティ内に延在し、複数のレーザーカットばね要素を含むばねを含むシール。
【請求項２】
前記ばねのエッジに破断面がない、請求項１に記載のシール。
【請求項３】
前記ばねのエッジに分離がない、請求項１に記載のシール。
【請求項４】
前記ポリマーカバーが、ポリケトン、ポリアラミド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリアミドイミド、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性フルオロポリマー、ポリアミド、ポリベンズイミダゾール、液晶ポリマーまたはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるポリマー材料を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項５】
前記ポリマーカバーが、固体潤滑剤、セラミックまたはミネラルフィラー、ポリマーフィラー、ファイバーフィラー、金属微粒子フィラー、塩またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるフィラーをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項６】
前記ポリマーカバーが、約０．４以下の摩擦係数を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項７】
前記摩擦係数が、約０．２以下である、請求項６に記載のシール。
【請求項８】
前記ポリマーカバーが、少なくとも約０．５ＧＰａのヤング率を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項９】
前記ヤング率が、少なくとも約１．０ＧＰａである、請求項８に記載のシール。
【請求項１０】
前記ポリマーカバーが、少なくとも約２０％の伸びを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項１１】
前記伸びが、少なくとも約４０％である、請求項１０に記載のシール。
【請求項１２】
前記ばねが、ステンレス鋼、銅合金、ニッケル合金またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属合金で形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項１３】
前記ばねが、１０ミル以下の厚さを有するシート材料で形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項１４】
前記厚さが、５ミル以下である、請求項１３に記載のシール。
【請求項１５】
前記厚さが、３ミル以下である、請求項１４に記載のシール。
【請求項１６】
前記シールが、環状シールである、請求項１に記載のシール。
【請求項１７】
前記シールが、端面シールである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項１８】
環状カバーであって、ポリマー材料を含み、前記環状カバー内に延在する環状キャビティを画定する環状カバーと、前記環状キャビティ内に延在し、複数のレーザーカットばね要素を含む折ったシート金属を含むばねを含む、シール。
【請求項１９】
前記ばねのエッジに破断面がない、請求項１８に記載のシール。
【請求項２０】
前記ばねのエッジに分離がない、請求項１８に記載のシール。
【請求項２１】
前記ポリマー材料が、ポリケトン、ポリアラミド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリアミドイミド、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性フルオロポリマー、ポリアミド、ポリベンズイミダゾール、液晶ポリマーまたはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるポリマー材料を含む、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のシール。
【請求項２２】
前記環状カバーが、固体潤滑剤、セラミックまたはミネラルフィラー、ポリマーフィラー、ファイバーフィラー、金属微粒子フィラー、塩またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるフィラーをさらに含む、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のシール。
【請求項２３】
前記環状カバーが、約０．４以下の摩擦係数を有する、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のシール。
【請求項２４】
前記環状カバーが、少なくとも約０．５ＧＰａのヤング率を有する、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のシール。
【請求項２５】
前記環状カバーが、少なくとも約２０％の伸びを有する、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のシール。
【請求項２６】
前記ばねが、ステンレス鋼、銅合金、ニッケル合金またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属合金で形成されている、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のシール。
【請求項２７】
前記ばねが、１０ミル以下の厚さを有するシート材料で形成されている、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のシール。
【請求項２８】
シート金属のリボンを分配することと、
前記リボンに沿って縦に分布する複数のばね要素をレーザーカットして、ばねワークピースを形成することと、
前記ばねワークピースを折って、ばねを形成することを含む、シールの製造方法。
【請求項２９】
前記レーザーカットすることが、ファイバーレーザーによってレーザーカットすることを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記レーザーカットすることが、前記複数のばね要素をレーザーカットして、前記リボンを横断するように延在させることを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記複数のばね要素が、前記リボンから形成されたばねワークピースの幅対前記リボンの幅の比が少なくとも０．９であるように延在する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記比が、少なくとも０．９５である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記比が、約１．０である、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ばねワークピースが、連続ピースであり、前記ばねワークピースを折ることが、前記ばねワークピースを連続的に折ることを含む、請求項２８〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記リボンをレーザーカットして、別個のばねワークピースを形成することをさらに含む、請求項２８〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記ばねワークピースを折ることが、前記ばねワークピースを配置することと、前記配置したばねワークピースを折ることとを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記ばねを、シールカバーへ挿入することをさらに含む、請求項２８〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
５ミル以下の厚さを有するシート金属のリボンを分配することと、ファイバーレーザーデバイスにより、前記リボンの長さに沿って分布し、前記リボンを横断するように延在する複数のばね要素を形成することと、前記レーザーカットリボンを、前記レーザーデバイスによりカットして、ばねワークピースを形成することと、前記ばねワークピースを、前記リボンの縦長さに沿って折ることを含む、シールを製造する方法。
【請求項３９】
前記複数のばね要素が、前記リボンから形成されたばねワークピースの幅対前記リボンの幅の比が少なくとも０．９であるように延在する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ばねワークピースを折ることが、前記ばねワークピースを配置することと、前記配置されたばねワークピースを折ることとを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記ばねを、シールカバーへ挿入することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
静止構成要素と、回転可能な構成要素と、シールであって、前記静止構成要素と前記回転可能な構成要素との間に配置され、前記シールが、シール表面を画定するポリマーカバーおよび前記ポリマーカバーの長さに沿って前記ポリマーカバー内に延在する内側キャビティと、前記内側キャビティ内に延在し、複数のレーザーカットばね要素を含むばねとを含むシールを含む、機械。
【請求項４３】
管を分配することと、前記管をレーザーカットして、ばねワークピースを形成することと、前記ばねワークピースをカバーへ挿入して、シールを形成することを含む、シールの製造方法。
【請求項４４】
前記管をレーザーカットすることが、スパイラルをカットすることを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記管をレーザーカットすることが、前記管の長さに沿って縦に分布するばね要素のパターンをカットすることを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
レーザーカットしながら、前記管を回転することをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
前記管が、金属または金属合金を含む、請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、ばね、かかるばねを用いるシールおよびかかるばねおよびシールを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ばねは、特定の方向に力を加えるのに様々な業種で用いられている。特に、ばねは、表面と接触するシーリング材料を付勢し、互いに対して動く部品間でのシールの形成を促進するシール用途に用いられている。かかるシールに有用なばねは、らせん状に丸めたリボン、または折った渦巻き板ばねを含むことができる。
【０００３】
折った渦巻き板ばねは、スタンピングプロセスにより従来から形成されている。渦巻き板は、従来、スタンピング機に供給されて、渦巻き板にパターンをスタンプし、その後、パターンの形成された渦巻き板を折って、渦巻き板ばねが形成される。かかるばねは、環状シールや端面シールのようなシールへ組み込むことができる。
【０００４】
しかしながら、従来のスタンピングプロセスでは、スタンプされた型、特に、エッジ周囲に応力がかかる。さらに、スタンピングの結果、かなりの量の廃棄材料が生じ、ばねのエッジにバリや望ましくない鋭突部が形成される可能性がある。また、かかる従来のスタンピングプロセスは、金属成分の連続処理には役に立たず、そのため、バッチプロセスで実施される傾向があるため、製造の効率が減じる。
【０００５】
このように、改善されたばね、およびかかるばねを製造する方法が必要とされているであろう。
【０００６】
本開示は、添付の図面を参照することにより、より良く理解され、その数多くの特徴および利点が当業者に明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示のシールの透視図を含む。
【図２】図１に示した例示のシールのような例示のシールの断面図を含む。
【図３】例示のシールの透視図を含む。
【図４】図３に示した例示のシールのような例示のシールの断面図を含む。
【図５】例示のばねパターンの図を含む。
【図６】例示のばねパターンの図を含む。
【図７】例示のばねパターンの図を含む。
【図８】例示のばねパターンの図を含む。
【図９】例示のレーザーカット装置の図を含む。
【図１０】ばねを製造する例示のシステムの図を含む。
【図１１】渦巻き板材料のカットエッジの図を含む。
【図１２】渦巻き板材料のカットエッジの図を含む。
【図１３】渦巻き板材料のカットエッジの図を含む。
【０００８】
異なる図面における同じ参照符号の使用は、同様または同一の品目を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
特定の実施形態において、ばねの製造方法は、渦巻き板またはシート金属のリボンを分配することと、渦巻き板またはシート金属をレーザーカット装置によりカットしてリボンに沿って縦に分布する複数のばね要素を形成することと、レーザーカットリボンを折ってばねを形成することとを含む。一例において、折ることには、縦の折り目を形成するために折ることが含まれる。特に、このように折ることにより、リボンまたは渦巻き板を、Ｖ形またはＵ形断面を有するばねへと形成することができる。さらに、ばね要素は、適所に配置すると、シールカバー等の他の物体に対して押圧する歯、ループまたはその他の構造を含むことができる。特定の例において、ばねは、環状カバー等のシールカバーのキャビティへ挿入して、シールを形成することができる。
【００１０】
他の実施形態において、ばねを製造する方法は、管を分配することと、レーザーにより管をカットして、ばねを形成することとを含む。一例において、レーザーカットの結果、管の周囲にスパイラルのカットが得られる。管は、カット中、回転させることができる。レーザーカット管は、シールカバーのキャビティへ挿入することができる。
【００１１】
図１に示す実施形態において、シール１００は、カバー１０２およびカバー１０２のキャビティ１０６内に配置されたばね１０４を含む。図示するとおり、シール１００は、例えば、軸周囲の環状空間に配置することのできる環状シールである。図２に示すとおり、シール１００は、構成要素２０８の環状領域２１４内に配置することができる。ばね１０４は、カバー１０２を付勢し、軸２１２周囲で回転する回転構成要素２１０と接触させる。ばね１０４の側壁１１０は、カバー１０２の側壁１１２を付勢して、可動および静止構成要素（２１０および２０８）との接触を維持させる。
【００１２】
カバー１０２は、ポリマー材料またはポリマー材料を含む複合材料で形成することができる。ポリマー材料は、エンジニアリングまたは高性能熱可塑性ポリマー等の熱可塑性材料を含むことができる。例えば、熱可塑性材料は、ポリマー、例えば、ポリケトン、ポリアラミド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリアミドイミド、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性フルオロポリマー、ポリアミド、ポリベンズイミダゾール、液晶ポリマーまたはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。一例において、熱可塑性材料は、ポリケトン、ポリアラミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルホン、フルオロポリマー、ポリベンズイミダゾール、その誘導体またはこれらの任意の組み合わせが含まれる。特定の例において、熱可塑性材料は、ポリマー、例えば、ポリケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアミドイミド、これらの誘導体またはこれらの任意の組み合わせを含む。さらなる例において、熱可塑性材料は、ポリケトン、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、その誘導体またはこれらの任意の組み合わせを含む。一例の熱可塑性フルオロポリマーは、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよびフッ化ビニリデンのターポリマー（ＴＨＶ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、エチレンクロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）、エチレンおよびフッ素化エチレンプロピレンのコポリマー（ＥＦＥＰ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよびエチレンのターポリマー（ＨＴＥ）あるいはこれらの任意の組み合わせを含む。例示の液晶ポリマーは、芳香族ポリエステルポリマー、例えば、ＸＹＤＡＲ（登録商標）（Ａｍｏｃｏ）、ＶＥＣＴＲＡ（登録商標）（Ｈｏｅｃｈｓｔ  Ｃｅｌａｎｅｓｅ）、ＳＵＭＩＫＯＳＵＰＥＲ（商標）またはＥＫＯＮＯＬ（商標）（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、ＤｕＰｏｎｔ  ＨＸ（商標）またはＤｕＰｏｎｔ  ＺＥＮＩＴＥ（商標）（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ）、ＲＯＤＲＵＮ（商標）（Ｕｎｉｔｉｋａ）、ＧＲＡＮＬＡＲ（商標）（Ｇｒａｎｄｍｏｎｔ）という商品名で入手可能なものあるいはこれらの任意の組み合わせを含む。さらなる例において、熱可塑性ポリマーは、超高分子量ポリエチレンとすることができる。
【００１３】
複合材料はまた、フィラー、例えば、固体潤滑剤、セラミックまたはミネラルフィラー、ポリマーフィラー、ファイバーフィラー、金属微粒子フィラー、塩あるいはこれらの任意の組み合わせを含む。例示の固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、グラフェン、膨張グラファイト、窒化ホウ素、タルク、フッ化カルシウム、フッ化セリウムまたはこれらの任意の組み合わせを含む。例示のセラミックまたはミネラルは、アルミナ、シリカ、二酸化チタン、フッ化カルシウム、窒化ホウ素、マイカ、珪灰石、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、カーボンブラック、顔料またはこれらの任意の組み合わせを含む。例示のポリマーフィラーは、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリベンズイミダゾール、ポリテトラフルオロエチレン、上に挙げた熱可塑性ポリマーのいずれか、またはこれらの任意の組み合わせを含む。例示のファイバーは、ナイロンファイバー、ガラスファイバー、カーボンファイバー、ポリアクリロニトリルファイバー、ポリアラミドファイバー、ポリテトラフルオロエチレンファイバー、玄武岩ファイバー、グラファイトファイバー、セラミックファイバーまたはこれらの任意の組み合わせを含む。例示の金属は、青銅、銅、ステンレス鋼またはこれらの任意の組み合わせを含む。例示の塩は、硫酸塩、硫化物、リン酸塩またはこれらの任意の組み合わせを含む。
【００１４】
一実施形態において、複合材料は、弾性材料とすることができる。ヤング率は、複合材料の剛性の尺度となり得、材料の試料についての引張試験中、応力−歪み曲線の傾斜から求めることができる。複合材料は、少なくとも約０．５ＧＰａ、例えば、少なくとも約１．０ＧＰａ、少なくとも約３．０ＧＰａ、さらに少なくとも約５．０ＧＰａのヤング率を有することができる。
【００１５】
一実施形態において、複合材料は、比較的低い摩擦係数を有することができる。例えば、例えば、複合材料の摩擦係数は、約０．４以下、例えば、約０．２以下、さらに約０．１５以下とすることができる。
【００１６】
他の実施形態において、複合材料は、比較的高い伸びを有することができる。例えば、複合材料は、少なくとも約２０％、例えば、少なくとも約４０％、さらに少なくとも約５０％の伸びを有することができる。
【００１７】
図１に戻ると、ばね１０４は、折った、または曲げたレーザーカット渦巻き板材料で形成され、ばねを形成している。例示の渦巻き板材料は、金属または金属合金で形成されている。金属合金は、ステンレス鋼、銅合金、例えば、ベリリウム銅および銅−クロム−亜鉛合金、ニッケル合金、例えば、ハステロイ、Ｎｉ２２０、フィノックスまたはエルジロイ等またはこれらの組み合わせとすることができる。さらに、ばねは、めっき金属、例えば、金、錫、ニッケル、銀またはこれらの任意の組み合わせでめっきすることができる。
【００１８】
渦巻き板は、１０ミル以下、例えば、５ミル以下、さらに３ミル以下の厚さを有することができる。特に、渦巻き板の厚さは、１ミル〜５ミルの範囲、例えば、１ミル〜３ミル、さらに、１．５ミル〜２．５ミルの範囲とすることができる。他の例において、厚さは、２ミル〜１０ミルの範囲、例えば、３ミルから１０ミルまたは５ミル〜１０ミルとすることができる。一例において、渦巻き板は、１０インチ以下、例えば、５インチ以下の幅を有するリボンの形態で提供される。例えば、リボンは、０．５インチ〜１０インチの範囲、例えば、０．５インチ〜５インチの範囲、さらに、０．５インチ〜３インチの範囲の幅を有することができる。さらに、リボンから形成されたばねワークピースの幅対リボンの幅の比は、少なくとも０．９、例えば、少なくとも０．９５とすることができる。特定の例において、カットばねワークピースの幅対リボンの幅の比は、約１．０である。
【００１９】
カバー１０２は、ばね１０４が配置される環状キャビティ１０６を画定する。図１に示すとおり、カバー１０２内に延在するキャビティ１０６には、開口部１０８を介して到達可能である。図示するとおり、開口部１０８は、シール１００の軸側に位置する。軸側は、シール１００の軸に平行な線が延在する側である。あるいは、開口部１０８は、シール１００の半径側に形成することができる。半径側は、シール１００の軸から延在する半径線が延在する側である。一例において、開口部１０８は、軸に対向するシール１００の半径方向内向き表面に配置されている。あるいは、開口部１０８は、半径方向内向き表面よりも軸から離れたシール１００の半径方向外向き表面に配置される。
【００２０】
例えば、図３は、カバー３０２およびカバー３０２のキャビティ３０６に配置されたばね３０４を含む例示のシール３００の図を含む。図示するとおり、開口部３０８は、キャビティ３０６に対して、シール３００の半径方向内向き表面に配置されている。かかるシール構成は、図４に示す端面シールとして特に有用である。例えば、シール３００は、ブロック４０８の環状空間に、軸４１２を囲んで配置することができる。軸４１２の周囲を回転する回転構成要素４１０は、シール３００と接触配置することができる。ばね３０２は、回転構成要素４１０の面に対して、カバー３０２の側壁を付勢する。
【００２１】
ばねを形成するには、渦巻き板リボンにばねパターンをレーザーカットする。ばねパターンは、リボンに沿って縦に分布する複数のばね要素を含む。縦とは、リボンまたは管の最長寸法に平行な方向を指し、横とは、縦寸法および厚さに対して垂直に延在する、リボンまたは管を横断する寸法を指す。概して、横寸法は、リボンまたは管の第２の最長直交寸法である。一例において、ばね要素は、横に延在することができ、ばね本体に接続することのできる歯、ループまたはこれらの任意の組み合わせを含む。
【００２２】
図５に示す例において、ばね５００は、渦巻き板リボンの幅を横断するように延在するループ５０４を形成するレーザーカットパターンを有する。パターン形成後、ばね５００を、縦の折り目５０２に沿って曲げるとＵ形ばねを形成することができる。あるいは、ばね５００を、縦に延在する１つ以上の折り目に沿って曲げることができる。例えば、ばね５００は、単一の縦の折り目に沿って曲げるとＶ形を形成することができる。あるいは、ばね５００は、３つ以上の縦の折り目に沿って曲げると、断面で見たとき、より複雑な構造を形成することができる。
【００２３】
図６に示す他の例において、ばね６００は、図５に示すパターンよりも薄い断面を有するループ６０４を有することができる。形成されると、パターン６００はループ６０４を形成する。パターンに沿って縦に延在する折り目の線６０２に沿って折るとばねを形成することができる。
【００２４】
図７に示す変形例において、パターン７００は、横方向に本体７０６から延在する歯７０４を含むことができる。パターン７００を縦の折り目の線７０２に沿って折るとばねを形成することができる。
【００２５】
図８に示す追加の例において、パターン８００は、クロスピース８０６により接続された連続ストリップ８０４により実施することができる。かかるパターン８００を縦の折り目の線８０２に沿って折ると、Ｕ形またはＶ形ばね等のばねを形成することができる。
【００２６】
あるいは、ばねは、レーザーカット管で形成することができる。管は、渦巻き板に関して上述した金属または金属合金で形成することができる。一例において、得られるばねは、スパイラル構造を有することができる。他の例において、ばねの縦の長さに沿って分布する複数のばね要素は、管からカットすることができる。例えば、図５、図６、図７および図８に関して上述した要素と同様の要素を管からカットすると、ばねを形成することができる。管は、１０ミル以下、例えば、５ミル以下、さらに３ミル以下の厚さを有することができる。特に、渦巻き板の厚さは、１ミル〜５ミルの範囲、例えば、１ミル〜３ミル、さらに１．５ミル〜２．５ミルの範囲とすることができる。他の例において、厚さは、２ミル〜１０ミルの範囲、例えば、３ミル〜１０ミル、または５ミル〜１０ミルとすることができる。管の外径（ＯＤ）は、５０ミル〜１０インチの範囲、例えば、５０ミル〜５インチ、５０ミル〜２インチの範囲、５０ミル〜１０００ミルの範囲、または５０ミル〜５００ミルの範囲とすることができる。
【００２７】
例示の方法において、リボンまたは管は、レーザーカット装置に分配または供給される。レーザーカット装置は、パターン、例えば、図５、図６、図７または図８に示したパターンを、リボンまたは管に、あるいは、らせんまたはスパイラルパターンを管に形成することができる。得られるばねワークピースはダイへ連続的に供給される。ダイは、折り目の線に沿って、ばねワークピースを折る。その後、ワークピースを、カバーのキャビティに挿入すると、シールを形成することができる。特に、シールは、環状シールとすることができ、キャビティは、カバー内で環状に延在し得る。
【００２８】
図９は、リボン９０２をフィードブロック９１０へ供給する例示のカットデバイス９００の図を含む。レーザーヘッド９０６が、ポジショニングシステム９０４に取り付けられている。リボン９０２を、フィードブロック９１０へ供給するにつれて、ポジショニングシステム９０４は、９１０でレーザーの位置を操作して、リボン９０２をカットし、ばねワークピースのパターンを形成する。特に、パターンは、リボン９０２を横断するように延在し、リボン９０２の長さに縦に沿って分布する歯、ループ、クロスピースまたはこれらの任意の組み合わせのような複数のばね要素を含む。
【００２９】
特定の例において、カットデバイスは、レーザーヘッド９０６およびレーザーコア（図示せず）を含む。レーザーコアはファイバーレーザーとすることができる。ファイバーレーザーは、活性利得媒体がエルビウム、イッテルビウム、ネオジミウム、ジスプロシウム、プラセオジムおよびツリウム等の希土類元素でドープされた光ファイバーであるレーザーである。レーザー放射線がファイバー活性利得媒体に生成されると、放射線を、追加の光ファイバー、ガイド、リフレクタまたはレンズを用いてターゲットのリボンに導くことができる。
【００３０】
かかるカットデバイス９００は、ばねワークピースを連続的に形成するシステムにおいて特に有用である。図１０に示すとおり、システム１０００は、リボン１００８をレーザーカットデバイス１００２に供給し、ばねワークピース１０１０が生成される。あるいは、管を、レーザーカットデバイス１００２に供給することができる。レーザーカットデバイス１００２が、リボン１００８または管にパターンをカットすると、ばねワークピース１０１０が形成される。パターンは、リボン１００８を横断するように延在し、ばねワークピース１０１０に縦に沿って分布する、複数のばね要素を含むことができる。特に、ばね要素は接続されて、隣接ばねワークピースを形成する。例えば、ばね要素は、蛇行パターンとして形成されたループとすることができる。他の例において、ばね要素は、ばね本体から延在する歯として形成することができる。さらなる例において、ばね要素は、リボンのエッジに接続することができる。
【００３１】
一例において、ばねワークピースは、単一連続ストリップとしてレーザーカットデバイス１００２から分配することができる。他の例において、レーザーカットデバイスは、リボンを横断するようにばねワークピースをさらにカットして、隣接パターンから別々のばねワークピースを形成することができる。
【００３２】
フィーダー１０１４は、ばねワークピースをダイ１００４へ導く。一例において、廃棄材料は、ダイ１００４へ導かれる前に、ばねワークピース１０１０から除去される。ダイ１００４は、縦の折り目に沿ってばねワークピースを折って、折ったばねワークピース１０１２を形成する。ばねワークピース１０１０が、連続ストリップの形態にあるときは、ストリップがダイ１００４に供給されるにつれて、折り目を連続的に形成するようにダイ１００４を構成することができる。ダイ１００４は、折る前か、折った後のいずれかに、ストリップをカットして、個々の折ったばねワークピース１０１２を形成するためのカッターを含むことができる。
【００３３】
あるいは、ばねワークピース１０１０が、別々のばねワークピースの形態にあるときは、フィーダー１０１４は、各別個のばねワークピースをダイ１００４へ供給するように構成することができる。ダイ１００４は、ばねワークピース１０１０を配置し、ばねワークピース１０１０が適所にあるとき、ばねワークピース１０１０を、例えば、単一工程で折るために、センサ、および機構を含むことができる。
【００３４】
折ったばねワークピース１０１２は、折ったばねワークピースをシールカバーのキャビティに挿入するために、連続的またはバッチプロセスで、デバイス１００６に供給することができる。特定の例において、折ったばねワークピース１０１２は、デバイス１００６に連続的に供給され、ばねワークピースはさらに曲げて、環状シールのキャビティに挿入される円形形態が形成される。
【００３５】
特定の例において、レーザーカット装置１００２は、光ファイバー活性利得媒体を有するファイバーレーザーである。かかるファイバーレーザーは、気体または固体コアの形態の活性利得媒体を含むレーザーと対照をなす。ファイバーレーザーおよび他のレーザーはそれぞれ、追加の光ファイバーにより放出されたパルスを伝達することができる。しかしながら、光ファイバーの存在は、レーザーがファイバーレーザーであることを必ずしも意味するものではない。
【００３６】
本出願人らは、ファイバーレーザーは、他のレーザーデバイスにより示される薄い渦巻きばね板材料におけるばねパターンのレーザーカットに関連する問題を克服することを見出した。特に、本出願人らは、かかるファイバーレーザーによって、１０ミル以下の厚さ、例えば、１ミル〜８ミルの範囲、または１ミル〜３ミルの範囲の厚さを有する渦巻き板にばねパターンを形成できることを見出した。代替のレーザー技術は、不正確なカットを生成し、ばね要素の歪みにつながる過熱の傾向があった。不正確なカットまたは過熱は、ばね内の不一致につながる恐れがあり、これは、可変の摩耗または粗悪なシーリングにつながる。さらに、ファイバーレーザーにより、薄い渦巻き板の正確なカットが可能となり、リボンの大きな部分を横断するように延在するばね要素を形成することができる。例えば、ばね要素は、リボンの横幅を横断するように少なくとも９０％、例えば、リボンの横幅を横断するように少なくとも９５％、さらに約１００％延在し得る。このように、かかる正確なカットにより、廃棄材料の減少が達成できる。
【００３７】
さらに、かかるファイバーレーザーは、パターンの形成されたワークピースのエッジに導入される歪みおよび応力を減じる。図１１に示すとおり、エルジロイ材料のレーザーカットエッジは、１０マイクロメートルより大きい間隔のあいた、浅いうねりのみを有する比較的平滑なカットを与える。対照的に、図１２は、例示のスタンプ形成されたエッジの図を含み、異なるパターンを有する表面１２０４と１２０６との間の分離部１２０２を示す。表面１２０４は、圧縮力により形成された塑性変形を示し、その後、表面１２０６に破断が生じた。中間分離部１２０２が、２つの表面１２０４と１２０６の間に形成される。
【００３８】
図１３に示すエッジングは、２つの異なる表面１３０２および１３０４が変形の後、破断を示す同様の結果を与える。２つの表面１３０２と１３０４間の横溝１３０６により示される応力は、図１２に示すものよりはあまり目立たないが、エッジングおよびスタンピングは、レーザーカット試料にはない対象物のエッジでの応力が明らかに引き起こされている。スタンピングおよびエッジングされた表面とは対照的に、レーザーカット表面には、破断面がなく、カットされたリボンの表面に平行に延在するうねりも分離もない。
【００３９】
スタンピングは、特に、３ミル〜８ミルの範囲の金属厚さについては、レーザーカットの際にはない、ばね材料の硬化を生じると考えられる。かかる硬化は、ばね構造の早期の疲労を生じ得る。
【実施例】
【００４０】
疲労試験は、Ｕ形ばねの試料について行う。Ｕ形ばねは、渦巻き板材料で形成され、ファイバーレーザーデバイスによるカットまたはスタンピングのいずれかによりパターン形成される。パターンの形成された渦巻き板材料は、Ｕ形ばねへと折られる。得られるＵ形スプリングは、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎより入手可能なＯｍｎｉｓｅａｌ４００Ａのばねと同様のカンチレバーフィンガーばね設計である。試料ばねは、厚さ２ミルの３０４ステンレス鋼および厚さ５ミルの３０１ステンレス鋼から作製する。
【００４１】
試験は、屈曲位と弛緩位間で、ばねのフィンガーをサイクルさせることにより行う。フィンガーのエッジで、屈曲位は、弛緩位に対して、ばねの中心に向かって約２０ミル〜３０ミル内側に向く。試料は、疲労による不具合となるまで、または１００万サイクルまでサイクルさせる。
【００４２】
表１に示すとおり、レーザーカットまたはスタンピングのいずれかによりパターンの形成された２ミルのステンレス鋼試料は、１００万サイクルの屈曲に耐えた。５ミルの試料については、レーザーカット試料は２００，０００サイクル、サイクルされ、スタンプサイクルの２倍長かった。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
第１の態様において、シールは、シール表面を画定するポリマーカバーおよびポリマーカバーの長さに沿ってポリマーカバー内に延在する内側キャビティと、内側キャビティ内に延在し、複数のレーザーカットばね要素を含むばねとを含む。
【００４５】
第１の態様の例において、ばねのエッジには破断面がない。他の例においては、ばねのエッジに分離がない。
【００４６】
さらなる例において、ポリマーカバーは、ポリケトン、ポリアラミド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリアミドイミド、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性フルオロポリマー、ポリアミド、ポリベンズイミダゾール、液晶ポリマーまたはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるポリマー材料を含む。他の例において、ポリマーカバーは、固体潤滑剤、セラミックまたはミネラルフィラー、ポリマーフィラー、ファイバーフィラー、金属微粒子フィラー、塩またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるフィラーをさらに含む。
【００４７】
さらなる例において、ポリマーカバーは、約０．４以下、例えば、約０．２以下の摩擦係数を有する。
【００４８】
他の例において、ポリマーカバーは、少なくとも約０．５ＧＰａ、例えば、少なくとも約１．０ＧＰａのヤング率を有する。ポリマーカバーは、少なくとも約２０％、例えば、少なくとも約４０％の伸びを有する。
【００４９】
一例において、ばねは、ステンレス鋼、銅合金、ニッケル合金またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属合金で形成されている。他の例において、ばねは、１０ミル以下、例えば、５ミル以下、または３ミル以下の厚さを有するシート材料で形成されている。
【００５０】
特定の例において、シールは、環状シールまたは端面シールである。
【００５１】
第２の態様において、シールは、環状カバーであって、ポリマー材料を含み、環状カバー内に延在する環状キャビティを画定する環状カバーと、環状キャビティ内に延在し、複数のレーザーカットばね要素を含む折ったシート金属を含むばねとを含む。
【００５２】
第２の態様の例において、ばねのエッジには破断面がない。他の例において、ばねのエッジには分離がない。
【００５３】
さらなる例において、ポリマー材料は、ポリケトン、ポリアラミド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリアミドイミド、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性フルオロポリマー、ポリアミド、ポリベンズイミダゾール、液晶ポリマーまたはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される。さらなる例において、環状カバーは、固体潤滑剤、セラミックまたはミネラルフィラー、ポリマーフィラー、ファイバーフィラー、金属微粒子フィラー、塩またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるフィラーをさらに含む。
【００５４】
他の例において、環状カバーは、約０．４以下の摩擦係数を有する。さらなる例において、環状カバーは、少なくとも約０．５ＧＰａのヤング率を有する。さらなる例において、環状カバーは、少なくとも約２０％の伸びを有する。
【００５５】
さらなる例において、ばねは、ステンレス鋼、銅合金、ニッケル合金またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属合金で形成されている。さらなる例において、ばねは、１０ミル以下の厚さを有するシート材料で形成されている。
【００５６】
第３の態様において、シールの製造方法は、シート金属のリボンを分配することと、リボンに沿って縦に分布する複数のばね要素をレーザーカットして、ばねワークピースを形成することと、ばねワークピースを折って、ばねを形成することとを含む。
【００５７】
第３の態様の例において、レーザーカットすることは、ファイバーレーザーによってレーザーカットすることを含む。他の例において、レーザーカットすることは、複数のばね要素をレーザーカットして、リボンを横断するように延在させることを含む。
【００５８】
追加の例において、複数のばね要素は、リボンから形成されたばねワークピースの幅対リボンの幅の比が少なくとも０．９、例えば、少なくとも０．９５である。特定の例において、比は約１．０である。
【００５９】
さらなる例において、ばねワークピースは、連続ピースであり、ばねワークピースを折ることには、ばねワークピースを連続的に折ることが含まれる。他の例において、リボンをレーザーカットして、別個のばねワークピースを形成することをさらに含む。
【００６０】
追加の例において、ばねワークピースを折ることには、ばねワークピースを配置することと、配置したばねワークピースを折ることとが含まれる。一例において、方法は、ばねを、シールカバーへ挿入することをさらに含む。
【００６１】
第４の態様において、シールを製造する方法は、５ミル以下の厚さを有するシート金属のリボンを分配することと、ファイバーレーザーデバイスにより、リボンの長さに沿って分布し、リボンを横断するように延在する複数のばね要素を形成することと、レーザーカットリボンを、レーザーデバイスによりカットして、ばねワークピースを形成することと、ばねワークピースを、リボンの縦長さに沿って折ることとを含む。
【００６２】
第４の態様の一例において、複数のばね要素は、リボンから形成されたばねワークピースの幅対リボンの幅の比が少なくとも０．９のであるように延在する。
【００６３】
追加の例において、ばねワークピースを折ることには、ばねワークピースを配置することと、配置されたばねワークピースを折ることとが含まれる。さらなる例において、方法は、ばねを、シールカバーへ挿入することを含む。
【００６４】
第５の態様において、機械は、静止構成要素と、回転可能な構成要素と、シールであって、静止構成要素と回転可能な構成要素との間に配置されたシールとを含む。シールは、シール表面を画定するポリマーカバーおよびポリマーカバーの長さに沿ってポリマーカバー内に延在する内側キャビティと、内側キャビティ内に延在し、複数のレーザーカットばね要素を含むばねとを含む。
【００６５】
第６の態様において、シールの製造方法は、管を分配することと、管をレーザーカットして、ばねワークピースを形成することと、ばねワークピースをカバーへ挿入して、シールを形成することとを含む。
【００６６】
第６の態様の例において、管をレーザーカットすることは、スパイラルをカットすることを含む。他の例において、管をレーザーカットすることは、管の長さに沿って縦に分布するばね要素のパターンをカットすることを含む。
【００６７】
追加の例において、方法は、レーザーカットしながら、管を回転することをさらに含む。さらなる例において、管は、金属または金属合金を含む。
【００６８】
概要または実施例に上述した動作の全てが必要ではなく、特定の動作の一部は必要でない場合があり、１つ以上のさらなる動作を、記載したものに加えて行ってよいことに留意する。さらに、動作を挙げた順番は、必ずしも、それらを実施する順番ではない。
【００６９】
上述の本明細書において、概念を特定の実施形態を参照して記載してきた。しかし、当業者であれば、以下の請求項に規定した発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更が行えることは理解される。従って、本明細書および図面は、限定する意味よりも例示と見なすべきであり、かかる全ての修正は、本発明の範囲内に含まれるものとする。
【００７０】
本明細書で用いる「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」、「持つ」、「持っている」またはその他変形の用語は、非排他的な包括をカバーすることとする。例えば、特徴のリストを含むプロセス、方法、物品または装置は、それらの特徴に必ずしも限定されず、明示的にリストされていない、またはかかるプロセス、方法、物品または装置に固有の他の特徴も含んでよい。さらに、明示的にそれには反するとした場合を除き、「または」は、包括的なまたはであり、排他的なまたはでない。例えば、条件ＡまたはＢを満足するのは次のうちのいずれかである。Ａが真（または存在する）でＢが偽（または存在しない）、Ａが偽（または存在しない）でＢが真（または存在する）、およびＡとＢの両方が真（または存在する）。
【００７１】
また、単数形（「ａ」または「ａｎ」）の使用は、本明細書に記載した要素および成分を記載するために使用される。これは、単に便宜上のために、かつ本発明の一般的な意味を与えるために使用される。この記載は、１つまたは少なくとも１つを含めるように読まれるべきであり、他の意味であることが明白でない限り、単数形には複数形も含まれる。
【００７２】
恩恵、その他利点および問題解決策について、特定の実施形態に関して上述してきた。しかし、恩恵、利点、問題解決策および何らかの恩恵、利点または解決がなされる、またはより顕著となるであろう何らかの特徴は、いずれか、または全ての請求項の重要、必要または必須の特徴とは解釈されないものとする。
【００７３】
本明細書を読めば、当業者であれば、特定の特徴は、明瞭にするために、別個の実施形態に関連して本明細書に記載され、単一の実施形態において組み合わせで提供されてもよいことが理解されるであろう。逆に、簡潔にするために、単一の実施形態に関連して記載された様々な特徴はまた、別個に、または任意のサブコンビネーションで提供されてもよい。さらに、範囲で示された値の参照には、その範囲内の全ての値が含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年6月20日(2012.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール表面を画定するポリマーカバーおよび前記ポリマーカバーの長さに沿って前記ポリマーカバー内に延在する内側キャビティと、前記内側キャビティ内に延在し、複数のレーザーカットばね要素を含むばねを含むシール。
【請求項２】
前記ばねのエッジに破断面がない、請求項１に記載のシール。
【請求項３】
前記ばねのエッジに分離がない、請求項１に記載のシール。
【請求項４】
前記ポリマーカバーが、ポリケトン、ポリアラミド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリアミドイミド、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性フルオロポリマー、ポリアミド、ポリベンズイミダゾール、液晶ポリマーまたはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるポリマー材料を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項５】
前記ポリマーカバーが、固体潤滑剤、セラミックまたはミネラルフィラー、ポリマーフィラー、ファイバーフィラー、金属微粒子フィラー、塩またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるフィラーをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項６】
前記ポリマーカバーが、約０．４以下の摩擦係数を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項７】
前記ポリマーカバーが、少なくとも約０．５ＧＰａのヤング率を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項８】
前記ポリマーカバーが、少なくとも約２０％の伸びを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項９】
前記ばねが、ステンレス鋼、銅合金、ニッケル合金またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属合金で形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール。
【請求項１０】
環状カバーであって、ポリマー材料を含み、前記環状カバー内に延在する環状キャビティを画定する環状カバーと、前記環状キャビティ内に延在し、複数のレーザーカットばね要素を含む折ったシート金属を含むばねを含む、シール。
【請求項１１】
シート金属のリボンを分配することと、前記リボンに沿って縦に分布する複数のばね要素をレーザーカットして、ばねワークピースを形成することと、前記ばねワークピースを折って、ばねを形成することを含む、シールの製造方法。
【請求項１２】
前記レーザーカットすることが、ファイバーレーザーによってレーザーカットすることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザーカットすることが、前記複数のばね要素をレーザーカットして、前記リボンを横断するように延在させることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のばね要素が、前記リボンから形成されたばねワークピースの幅対前記リボンの幅の比が少なくとも０．９であるように延在する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記リボンをレーザーカットして、別個のばねワークピースを形成することをさらに含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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