(57)【要約】【課題】Ｏリングを使用した低コストで信頼性が高い端面シールを提供すること。【解決手段】弁アセンブリは、第１のフェース面を持つ可動弁要素を有する。第１のフェース面と共に端面シールを形成するための第２のフェース面を有する弁座が設けられ、第１のフェース面および第２のフェース面のうちの１つは、その１つのフェース面内に凹んだ空洞を含む。この空洞は周囲軸受面を有する。Ｏリングはこの空洞内に挿入され、周囲軸受面と接触状態の外縁部を有する。保持器を空洞内にＯリングの内側に固定する。この保持器は傾斜した周縁部を有し、Ｏリングを周囲軸受面に対して押し付けてＯリングを変形させ、周囲軸受面と傾斜した周縁部の間の空洞を実質的に埋めるようにする。Ｏリングの一部は、空洞の外に１つのフェース面の上部に延びて、第１と第２のフェース面の間のシールを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のフェース面を有する可動弁要素と、
前記第１のフェース面と共に端面シールを形成するための第２のフェース面を有し、前記第１のフェース面および前記第２のフェース面のうちの１つが前記１つのフェース面内に凹んだ空洞を含み、前記空洞が周囲軸受面を有する、弁座と、
前記空洞内に挿入され、前記周囲軸受面と接触状態の外縁部を有するＯリングと、
前記空洞内に前記Ｏリングの内側に固定され、前記Ｏリングを前記周囲軸受面に対して押し付ける傾斜した周縁部を有する保持器とを備え、前記Ｏリングが変形されて前記周囲軸受面と前記傾斜した周縁部の間の前記空洞を実質的に埋め、前記Ｏリングの一部が前記空洞の外側に前記１つのフェース面の上部に延びて前記第１と第２のフェース面の間のシールを形成する、弁アセンブリ。
【請求項２】
前記保持器が、前記傾斜した周縁部に隣接する非傾斜周縁部分を有する、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項３】
前記空洞が、前記周囲軸受面に隣接する面取りした縁部を含み、密閉のために前記フェース面を接触させた場合に、前記Ｏリングの一部が前記面取りした縁部に隣接する空間内に偏位する、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項４】
前記可動弁要素がピストンを備える、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項５】
前記可動弁要素がポペットを備える、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項６】
前記空洞が、前記可動弁要素の前記第１のフェース面内で凹んでいる、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項７】
前記可動弁要素が成形樹脂からなる、請求項６に記載の弁アセンブリ。
【請求項８】
前記周囲軸受面が前記第１のフェース面に対して実質的に垂直である、請求項７に記載の弁アセンブリ。
【請求項９】
前記保持器の前記傾斜した周縁部が、前記周囲軸受面から角度約３０°で傾斜する、請求項８に記載の弁アセンブリ。
【請求項１０】
前記保持器が成形樹脂からなる、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項１１】
前記可動弁要素および前記保持器と同軸方向に延びる弁の軸をさらに備え、前記可動弁要素および前記保持器が前記弁の軸上で共に圧縮される、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項１２】
前記Ｏリングがトロイダル形であり、前記周囲軸受面が円筒形であり、前記保持器が円板形である、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項１３】
前記Ｏリングが弾性材料からなる、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項１４】
その中に凹んだ空洞を持つ第１のフェース面を有し、前記空洞が円筒形の周囲軸受面を有する可動弁要素と、
前記第１のフェース面と共に端面シールを形成するための第２のフェース面を有する弁座と、
前記空洞内に挿入され、前記周囲軸受面と接触状態の外縁部を有するＯリングと、
前記空洞内に前記Ｏリングの内側に固定され、前記Ｏリングを前記周囲軸受面に対して押し付ける傾斜した周縁部を有する円板形の保持器とを備え、前記Ｏリングが変形されて前記周囲軸受面と前記傾斜した周縁部の間の前記空洞を実質的に埋め、前記Ｏリングの一部が前記空洞の外側に前記第１のフェース面の上部に延びて前記第１と第２のフェース面の間のシールを形成する、弁アセンブリ。
【請求項１５】
第２のフェース面と共に弁座を密閉し、その中に凹んだ空洞を持つ第１のフェース面を有し、前記空洞が周囲軸受面を有する、可動弁要素を形成するステップと、
Ｏリングを前記空洞内に挿入して、前記Ｏリングの外縁部が前記周囲軸受面に隣接するようにするステップと、
保持器を前記空洞内に前記Ｏリングの内側に挿入して、前記保持器の傾斜した周縁部が前記Ｏリングを前記周囲軸受面に対して押し付けて、前記Ｏリングを変形させて、前記周囲軸受面と前記周縁部の間の前記空洞を実質的に埋めるようにし、前記Ｏリングの一部が前記空洞の外に前記第１のフェース面の上部に延びて前記第１と第２のフェース面の間のシールを形成するステップとを含む、弁アセンブリの端面シールを提供する方法。
【請求項１６】
前記可動弁要素および前記保持器と同軸の弁の軸を提供するステップと、
少なくとも１つの前記可動弁要素および前記保持器を前記弁の軸上に取り付けて、前記可動弁要素および前記保持器を共に圧縮するステップとをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記Ｏリングを有する前記可動弁要素および前記保持器を弁本体内に挿入して、前記Ｏリングが前記弁座に対して選択的に配置可能であるようにするステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、弁シール（ｖａｌｖｅ  ｓｅａｌ）に関し、より詳細には、空気圧弁など流体弁の面間の密閉に関する。
【背景技術】
【０００２】
端面シールは、２つの実質的に平坦な表面を選択的に接触させて流体の流路を閉塞する場合に、弁内に形成される。表面は、たとえば金属または成形プラスチックで構成することができる。通常、１つの表面はオリフィスを含み、オリフィスはこの表面が接触している場合は閉じられている。密閉を増強するには、通常、弾性シールを１つの表面上で維持して、もう一方の表面上の弁座領域とオリフィスの周囲で同心状に接触するようにする。シールは、１つの表面から延び、密閉中は２つの表面の間で圧縮される。
【０００３】
Ｏリングは、様々なタイプの弁で使用される通常のタイプのシールである。Ｏリングは、最も一般的には、トロイダル形のゴムまたは他の弾性材料で作成される。Ｏリングは、しばしば円筒形の表面内の環状の溝の中に挿入されて、移動するシリンダと穴の間のシールを形成する。Ｏリングは、多様なサイズが市販されており、広範な特性（たとえば、温度範囲、様々な化学的環境における安定性、および弾性）を備えた多様な組成物で形成される。Ｏリングは広範に使用されるため、大量に製造される。したがって、Ｏリングは、より特殊な密閉用途のために作成される他のシールと比較して低コストである。
【０００４】
端面シールにＯリングを使用するには、Ｏリングを確実に保持し、比較的高コストの機械加工または他の製造プロセスを用いない方法を見いだすのが難しいという問題がある。Ｏリングを配置する好ましい方法がないため、多くの弁の適用例では、周縁部を拡張した成形ゴム製円板（すなわち平座金と組合わせたＯリング）など、他のシール形状が使用されている。しかし、こうした特別に成形した部品は、Ｏリングの５倍から１０倍コストが高くなる。
【０００５】
標準のＯリングを端面シールに使用するには、側部をアンダーカットしたシール面に溝を形成し、溝の頂部の横方向の幅を溝の底部よりも小さくし、Ｏリングをその溝内に捉えることができるようにする。Ｏリングの溝の中への挿入は、Ｏリングを挿入した後、（たとえば、溝が形成された金属弁本体の縁部をローリングして溝の頂部を閉鎖することによって）溝の片側または両側を適合させ、またはＯリングを挿入中に変形させることによって行うことができる。しかし、ローリングは、製造プロセスの費用を追加することになり、また金属製構成部品でしか行うことができない。したがって、より低コストで軽量のプラスチック製成形部品は、この方法ではＯリングと共に組み立てることができない。また、弁要素の縁部をローリングしてＯリングを捉える場合、Ｏリングのための溝はこの要素の縁部に非常に近接していなければならない。したがって、溝の側壁の強度が制限される。
【０００６】
挿入中にＯリングを変形させる（たとえば伸ばす）場合、挿入中に可能な変形の程度が限られているため、溝の上部の開口は、Ｏリングの厚さの大部分の大きさのままでなければならない。したがって、Ｏリングの保持は、所望されるほど確実なものではない。さらに、溝の寸法がＯリングの形に簡単に一致しないため、溝内に塞がれていない空間が残る。弁が加圧された場合、弁内の高圧の流体がこの塞がれていない空間に入る可能性がある。後に弁を減圧した場合、Ｏリングの背後の塞がれていない空間内に入った高圧流体がＯリングを溝から外し、それによってシールが損なわれることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来技術の問題を回避する、Ｏリングを使用した低コストで信頼性が高い端面シールを提供する利点を有する。成形構成部品が好ましいが、機械加工可能な金属弁構成部品または成形可能なプラスチック弁構成部品も使用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様では、弁アセンブリは、第１のフェース面（ｆａｃｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）を有する可動弁要素を備える。第１のフェース面と共に端面シールを形成するための第２のフェース面（ｆａｃｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）を有する弁座が設けられ、第１のフェース面および第２のフェース面のうちの１つは、その１つのフェース面内に凹んだ空洞を含む。この空洞は、周囲の軸受面を有する。Ｏリングはこの空洞内に挿入され、周囲の軸受面と接触状態の外縁部を有する。保持器を空洞内にＯリングの内側に固定する。この保持器は、傾斜した周縁部を有し、Ｏリングを周囲軸受面に対して押し付けて、Ｏリングを変形させ、周囲軸受面と傾斜した周縁部の間の空洞を実質的に埋めるようにする。Ｏリングの一部は、空洞の外に１つのフェース面の上部に延びて、第１と第２のフェース面の間のシールを形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照すると、弁１０は、可動弁要素（ｍｏｖａｂｌｅ  ｖａｌｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）１１および固定弁要素（ｆｉｘｅｄ  ｖａｌｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）１２を備えており、固定弁要素１２は弁座を提供し、矢印１５で示したように可動弁要素１１の位置によって制御される流体の流れ１４を受けるオリフィス１３を有する。Ｏリング１６は、可動弁要素１１内に捕獲され、弁座１２に接触して位置する場合にシールを形成する。
【００１０】
Ｏリング１６を保持するための構造は、周囲の軸受面１８を備えたボウル形の空洞１７を含む。組立て中は、Ｏリング１６を空洞１７内に挿入して、Ｏリングの外縁部が周囲の軸受面と接触するようにする。Ｏリング保持器１９は、実質的に円板形であり、空洞１７内にＯリング１６の内側に嵌められる。保持器１９は、傾斜した周縁部２０を有して、Ｏリング１６を空洞１７の周囲軸受面に対して押し付ける。Ｏリング１６の径は、空洞１７の深さよりも大きいことが好ましい。保持器１９の傾斜した周縁部２０と空洞１７の周囲軸受面との間の平均距離も同様に、Ｏリング１６の径よりも小さい。保持器１９は、Ｏリング１６を変形させるのに十分な力を加えて、Ｏリング１６が周囲軸受面と周縁部２０の間の空洞１７の部分を実質的に埋めるようにする。この変形は、空洞１７の外に弁座１２に向かうＯリング１６の拡張をさらに大きくする。Ｏリング１６の底面は変形して、そうでなければ空いている空洞１７を埋めるため、Ｏリング１６を定位置から外す傾向があるかなりの量の高圧流体が空洞１７内に入ることは予測されない。
【００１１】
保持器１９を、任意の適した方法で可動弁要素１１に取り付けることができる。図１で示したように、ねじ穴２１を保持器１９内に設けて、ねじ２２を受けることができる。弁要素１１内のねじ付きアパーチャ２３は、ねじ２２をしっかりと受けて保持器１９を定位置に保持する。保持器１９は、たとえば、超音波溶接、接着剤、または圧入によって要素１１に固定することもできる。
【００１２】
Ｏリング１６が任意の鋭利な縁部と接触して損傷を受ける可能性を回避するため、保持器１９の傾斜縁部２０は非傾斜（たとえば垂直な円筒形の）部分２４で終端する。さらに、面取り部２５を空洞１７の外縁部の頂部に沿って形成する。面取り部２５は、空洞１７の接触外縁部をやわらげる他に、密閉のためにフェース面を接触させた場合に、その中にＯリング１６の一部が偏位することができる空間を提供する。
【００１３】
傾斜周縁部２０は、空洞の周囲軸受面に対して、好ましくは角度約１５°〜４５°、最も好ましくは約３０°を形成して、Ｏリング１６を最適に保持できるようにする。図で示したように、周囲軸受面をシール面に対して垂直にしてもよく、そうすることで、弁要素をプラスチックから成形し、さらなる変更を加えることなく使用することができるようになる。あるいは、成形プラスチック要素を機械加工して、勾配を付けた壁またはアンダーカットを提供することもできる。傾斜縁部２０は、軸受面と形成する角度を約３０°に維持するように適合させることが好ましい。
【００１４】
図２で示したように、別法で、Ｏリング・シールを固定（すなわち非可動の）フェース面上で保持し、可動弁要素が弁座を提供することもできる。したがって、オリフィス１３と同心の回状チャネルまたは溝２６が、弁要素１２内に形成される。Ｏリング２７は、Ｏリング２７を押し付けるための傾斜した縁部を持つ座金形の保持器２８によって溝２６内に変形して保持される。保持器２８は、接着剤２９によって溝２６内に固定される。
【００１５】
図３は、本発明のシールを用いた制御弁を示す。弁本体３０は、可動弁アセンブリ３２を備えた、不規則な形状の全般的に円筒形の長手方向の穴３１を含む。弁本体３０は、弁座３３および３４を備えて、それぞれＯリング３５および３６と接触させ、第１および第２のポペットを形成する。可動アセンブリ３２は、Ｏリング３５および３６を担持する弁の軸３７、第１の可動要素３８、両口保持器（ｄｏｕｂｌｅ−ｅｎｄｅｄ  ｒｅｔａｉｎｅｒ）３９、第２の可動要素４０、スペーサ４１、および軸３７のねじ付き端部と係合してアセンブリを共に保持するナット４２と４３を備える。穴３１内のいくつかの空間は、外部の弁ポート（図示せず）に通じており、電磁弁（図示せず）を誘導圧力源（ｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  ｐｉｌｏｔ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）として使用して、当技術分野で周知の方法で可動弁アセンブリ３２の位置を選択的に制御することができる。
【００１６】
可動弁要素３８および４０は、それぞれＯリング３５および３６を受けるための空洞４４および４５を含む。両口保持器３９は、アセンブリ３２をナット４２および４３で共に締め付けた場合に、Ｏリング３５および３６を変形させて保持する第１の円板４６および第２の円板４７を備える。したがって、面シール・ポペットを備えた制御弁で、低コストで信頼性が高い密閉を行うことができる。
【００１７】
図４〜６は、代替実施形態の可動弁要素５０を示す。空洞５１は、要素５０の上部シール面内に形成される。この実施形態では、要素５０は、機械加工されてアンダーカット５２を提供する空洞５１を有する金属製本体を備えることができる。穴（ｂｏｒｅ）５３は、弁要素５０を通って軸方向に延びる。図７および８は、Ｏリングを（図４〜６で示した）弁要素５０の空洞５１内に保持するための保持器５５を示す。保持器５５は、傾斜した周縁部５７を持つ保持用円板５６を備える。第１の軸部分５８および第２の軸部分５９は、円板５６の反対側に延びている。
【００１８】
図９および１０は、可動弁要素５０、およびＯリング５４を捉えている保持器５５を備えたアセンブリを示す。軸部分５９は、穴５２内に部分的に延びており、接着または他の周知の方法で固定することができる。他方の軸のセクション（図示せず）は、反対側から穴５２内に延びることができ、たとえば完全なポペット・アセンブリが形成される。図１１は、Ｏリング５４の形が自然なトロイダル形から変形されている、図９および１０のアセンブリを示す分解図である。
【００１９】
図１２は、円板６１および軸延長部６２を備えたＯリング保持器６０の他の実施形態を示す。ねじを受ける穴６３は、軸延長部６２内に含まれる。図１３は、弁要素６４の中央穴内に挿入され、上記の実施形態と同様にＯリング６５を保持している保持器６０を示す。弁要素６４は、穴６３と整列したねじ穴６７を有するフランジ付き端部６６を備える。ねじ６８は、穴６７を通過して穴６３内に入り、締め付けられて保持器６０を弁要素６４に固定し、それによってＯリング６５を変形させて捉える。
【００２０】
図１４は、本発明の好ましい方法を示す。ステップ７０で、弁要素の第１のフェース面内に空洞を凹ませて、弁要素を形成する。ステップ７１で、Ｏリングを空洞内に挿入し、空洞の周囲軸受面に接触させる。ステップ７２で、保持器を空洞内に挿入して、Ｏリングを周囲軸受面に対して圧縮し変形させる。ステップ７３で、機械的手段（たとえばねじ込み、ステーキング、圧入、溶接）または化学的接着によって、弁要素および保持器を定位置に固定する。ステップ７４で、可動弁要素、Ｏリング、および保持器のサブアセンブリを弁座と位置合せして弁本体内に取り付ける。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のＯリング・シール保持器を使用する弁の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明のＯリング・シール保持器を使用する弁の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明のＯリング・シール保持器を使用する例示の弁システムを示す断面図である。
【図４】本発明による可動弁要素を示す側面図である。
【図５】図４の可動弁要素を示す側断面図である。
【図６】図４の可動弁要素を示す斜視図である。
【図７】本発明によるＯリング保持器を示す側面図である。
【図８】図７の保持器を示す斜視図である。
【図９】部分的に破線で示したＯリングと図７の保持器を組み立てた図４の可動弁要素を示す側面図である。
【図１０】図９のアセンブリを示す斜視図である。
【図１１】図９のアセンブリを示す分解図である。
【図１２】代替実施形態の保持器を示す側断面図である。
【図１３】図１２の保持器を備えたアセンブリを示す側断面図である。
【図１４】本発明の好ましい実施形態を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  弁
１１  可動弁要素
１２  固定弁要素
１３  オリフィス
１４  流体の流れ
１６  Ｏリング
１７  空洞
１８  周囲の軸受面
１９  保持器
２０  傾斜した周縁部
２１  ねじ穴
２２  ねじ
２３  ねじ付きアパーチャ
２４  非傾斜部分
２５  面取り部
２６  溝
２７  Ｏリング
２８  保持器
２９  接着剤
３０  弁本体
３１  穴
３２  可動弁アセンブリ
３３、３４  弁座
３５、３６  Ｏリング
３７  軸
３８  第１の可動要素
３９  保持器
４０  第２の可動要素
４１  スペーサ
４２、４３  ナット
４４、４５  空洞
４６  第１の円板
４７  第２の円板
５０  可動弁要素
５１  空洞
５２  アンダーカット
５３  穴
５４  Ｏリング
５５  保持器
５６  保持用円板
５７  傾斜した周縁部
５８  第１の軸部分
５９  第２の軸部分
６０  保持器
６１  円板
６２  軸延長部
６３  穴
６４  弁要素
６５  Ｏリング
６６  フランジ付き端部
６７  穴
６８  ねじ
【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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【図１４】
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