(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に軸線周りに回転可能な第１の部材及び第２の部材、該２つの部材間で流体及び粒子体の通過を防止するシール装置を備える装置において、
前記シール装置が、
各部材の表面に接して部材間に配置され、その一側で流体及び粒子体に曝される第１のシールであって、
弾性を有する比較的硬い材料で作られ、前記軸線の周りに配置されるように形作られ、さらに、材料の弾性力の結果として２つの部材の表面上に、前記軸線に向かい、内側に向かって末広がりのシール力を提供するために、前記軸線に向かって内側に集束しＶ字形状を形成する、２つの部材の外周の隣接する第１及び第２の表面に接触するように形作られている環状の表面部分を有する前記第１のシールと、
各部材の表面に接して部材間に配置され、その一側で第１のシールを通り抜けた流体に曝される第２のシールであって、
第１のシールの材料より比較的柔らかい弾性材料で作られ、２つの部材のそれぞれ第３及び第４の表面に接して回転の前記軸線の周りに配置されるように形作られている前記第２のシールと、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１のシールは金属ないしは比較的硬質のプラスチック材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２のシールはゴムないしは比較的柔らかいプラスチック材料で作られていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のシールは緊密に巻かれたコイルスプリングの形態に作られていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記コイルスプリングは一端が先細で該先細の一端が開口する他端に挿入されてリングを形成する直線状のスプリングであることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記２つの相対的に回転可能な部材は工作機械の部品の２つの部分であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１及び第２のシールは、各々がリング形であり、軸線を取り囲んで配置され、所定位置に置かれたとき弾性を有するように、
２つの部材の間に配置され、第１のシールは粒子体の通過を防止し得る金属ないしは比較的硬質のプラスチックで作られ、第２のシールは流体の通過を防止し得る比較的柔らかいプラスチック材料で作られていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
第１のシールはリングに形成され、前記軸線の周りに僅かに伸長された状態で嵌め合わされ得る、緊密に巻かれたコイルスプリングを備えることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
第２のシールは面シールであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
金属ないしは硬質のプラスチック材料で作られ、緊密に巻かれたコイルスプリングであって、リングに形成され、部材の周りに僅かに伸長された状態でその各々の表面に接触して位置付けられ得るコイルスプリングを備える、請求項１に記載の装置に用いられるシール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、工作機械等の部品の部分等、相対的に回転可能で、同時に制限された相対的な並進運動を受けるべき部材間で流体および粒子体の通過を防止することのできるシール装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書の記述は本件出願の優先権の基礎たるイギリス国特許出願第ＧＢ９５１５８２３．４号（１９９５年８月２日出願）の明細書の記載に基づくものであって、当該イギリス国特許出願の番号を参照することによって当該イギリス国特許出願の明細書の記載内容が本明細書の一部分を構成するものとする。
【０００３】
【従来の技術】
従来、工作機械等の部品の部分等、相対的に回転可能で、同時に制限された相対的な並進運動を受けるべき部材間におけるシールは、単に、柔らかいゴムやプラスチックで成形されたシールを部材間に配置することにより行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
工作機械等の部品の部分等、相対的に回転可能で、同時に制限された相対的な並進運動を受けるべき部材間では、２つの部分間で軸線回りに相対的回転が存するのみならず、２つの部分間の相対的並進運動を同様に生じさせる。かくて、充分なクリアランスが２つの部分間に設けられねばならず、これは、スターフおよび流体が部材の内部に侵入するのを避けるために効果的にシールされねばならない。
【０００５】
しかしながら、単に、柔らかいゴムやプラスチックで成形されたシールを部材間に配置するのみでは、該シールがスターフにより傷つけられ充分なシール効果を得ることができないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、相対的に回転可能な部材間を効果的にシールすることのできるシール装置及び該シール装置を有する工作機械のような装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による装置は、相対的に軸線周りに回転可能な第１の部材及び第２の部材、該２つの部材間で流体及び粒子体の通過を防止するシール装置を備える装置において、前記シール装置が、各部材の表面に接して部材間に配置され、その一側で流体及び粒子体に曝される第１のシールであって、弾性を有する比較的硬い材料で作られ、前記軸線の周りに配置されるように形作られ、さらに、材料の弾性力の結果として２つの部材の表面上に内側に向かって末広がりのシール力を提供するために、前記軸線に向かって内側に集束しＶ字形状を形成する、２つの部材の外周の隣接する第１及び第２の表面に接触するように形作られている環状の表面部分を有する前記第１のシールと、各部材の表面に接して部材間に配置され、その一側で第１のシールを通り抜けた流体に曝される第２のシールであって、第１のシールの材料より比較的柔らかい弾性材料で作られ、２つの部材のそれぞれ第３及び第４の表面に接して回転の前記軸線の周りに配置されるように形作られている前記第２のシールと、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記第１のシールは緊密に巻かれたコイルスプリングの形態で金属ないしは比較的硬質のプラスチック材料で作られている。
【０００９】
さらに、前記第２のシールはゴムないしは比較的柔らかいプラスチック材料で作られている。
【００１０】
また、前記コイルスプリングは一端が先細で該先細の一端が開口する他端に挿入されてリングを形成する直線状のスプリングであってもよい。
【００１１】
なお、前記２つの相対的に回転可能な部材は工作機械の部品の２つの部分であってもよい。
【００１２】
本発明の他の形態では、相対的に軸線周りに回転可能な２つの部材間で流体および粒子体の通過を防止するのに用いられるシール装置において、各々が回転軸線周りに延在し所定位置に置かれたとき弾性を有する２つのシールを備え、２つのシールの第１のものは粒子体の通過を防止し得る金属ないしは比較的硬質のプラスチックで作られ、２つのシールの第２のものは流体の通過を防止し得る比較的柔らかいプラスチック材料で作られていることを特徴とする。
【００１３】
また、第１のシールはリングに形成され、前記軸線の周りに僅かに伸長された状態で嵌め合わされ得る、緊密に巻かれたコイルスプリングを備える。
【００１４】
さらに、第２のシールは面シールである。
【００１５】
また、上記シール装置は、金属ないしは硬質のプラスチック材料で作られ、緊密に巻かれたコイルスプリングであって、リングに形成され、部材の周りに僅かに伸長された状態でその各々の表面に接触して位置付けられ得るコイルスプリングを備えてもよい。
【００１６】
本発明の一実施の形態では、外側シールは無応力状態でコイルが接触するよう近接して巻かれたコイルを有する金属製スプリングの形態に作られている。該スプリングは円形状に形成されてシールの外周に亘り伸長され、それを受け入れるべく特にデザインされた溝内に入れられる。内側シールはゴムないしはプラスチックで成形された従来の面シールである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
添付の図面に記載された実施例に基づき、本発明の好ましい実施の形態につき詳細に説明する。
【００１８】
さて、図１および図２にを参照するに、参照番号１で全体として示された部品は、軸線４の回りに制限された量の相対回転が可能な第１部材２および第２部材３を含んでいる。第１部材２および第２部材３は、機械部品の相対回転可能な部分そのものであってもよく、または、それに取付られたものであってもよい。
【００１９】
本発明のシール装置は、粒子体を含有する流体に曝され部品に当接してシールする外側シール５およびこの外側シールを通過した流体に曝されるのみの内側シール６からなる。
【００２０】
内側シール６はゴムないしはプラスチック材料から成形された従来の面シールであってよい。
【００２１】
本発明の新規な特徴は、外側シール５の構造、および、流体と粒子体との両者に対し効果的なバリヤを形成するための、内側シール６との直列の組合せである。
【００２２】
外側シール５は、緊密に巻かれたスプリングの形態に形成され、その弛緩された状態においてコイルが接触している。スプリングは一端において先細にされ、その先細の一端が他端において中空部内に挿入されてリングに形成されている。先細の一端がスプリングのコイル内に押し込まれるとき、他端は拡張され、先細部分のコイルを把持し、それを適所にロックする。この把持は、スプリングのリングが分離されることなく第１部材２および第２部材３上を通過し、かつ、シールされるべき空間８への入り口において溝７内に僅かに拡張された状態で嵌まり合うようにされている。
【００２３】
溝７は傾むいた側壁を有し、かくてＶ形状を形成している。スプリングのリングは、その伸長された状態の故に、側壁に接触して溝内に着座しシールを形成する。しかしながら、スプリングの伸長された状態の故に、個々のコイル間に僅かな隙間が開き、結果として、スプリングのリングは流体に対しての完全なシールは形成しないが、注意深く設計することにより、コイル間の隙間はシールされている空間に粒子体が入らないよう小さくなる。
【００２４】
スプリングが曝されている流体の圧力および速度は、スプリングのコイル間をそれが通過するとき著しく低減される。かくて、第２のシール６が作用するに必要な条件が改善される。
【００２５】
我々はまた、コイル間の隙間を通ってスプリングのリングに侵入する流体はスプリングの中空内部周りを走行し最下点を通って排出する傾向にあり、第２のシールで取り扱われるべき流体量を減少させるということを見出した。
【００２６】
部品の第１部材２及び第２部材３間の相対的な半径方向および軸方向運動が、Ｖ形状の溝７の側壁の相対的運動を生じさせる。これらは、スプリングとＶ形状の溝との間の接触ロスを生じさせることなく、スプリングがそのテンションを増大または減少するかのいずれかに変形することにより吸収される。
【００２７】
シール装置は、一つの部分が他に対して異なる位置間で割り出し可能な部品、または、一つの部分が低速で、間欠的期間回転可能な部品に用いるのに適しているが、部品の部分間の連続的で高速な相対回転の状況には適していない。
【００２８】
我々は、本発明の上述の実施の形態は、特に、工作機械の環境において工作機械により生じさせられ、作動領域周りを循環する潤滑油の流れで運ばれるスワーフ（金属の削りくず）が作動領域に取り付けられている部品内に入るのを防ぐのに適していることを見出した。
【００２９】
図３はかかる部品を図解している。図３においては、工作機械の作動領域においてプローブを位置決めする電動アームの断面が示されている。電動アームは本出願人の第２７７５９３号として発行された英国特許明細書に説明されており、詳細はそれを参照されたい。この出願の目的のために、本発明がかかる電動アームのシールに適しているということを示すことのみが意図されている。
【００３０】
かかる電動アームを効果的にシールするという課題が生じている。というのも、アームを所定位置に揺動するのに２つの部分間で軸線回りに相対的回転が存するのみならず、アームは回転式の運動学的支持（カイネマチックサポート：kinematic support ）の２つの部分を付勢しているスプリングによって適所にロックされるからである。この動作は、２つの部分間の相対的並進運動を同様に生じさせる。かくて、充分なクリアランスが２つの部分間に設けられねばならず、これは、スターフおよび流体がアームの内部に侵入するのを避けるために効果的にシールされねばならない。
【００３１】
さて、図３を参照するに、アームはハウジング２０内を軸線１０Ａ回りに回転可能なハブ１０を備えている。ハブ１０は垂下スカート４６を含み、垂下スカート４６はハウジング２０の直立壁２０Ｂの内側に回転可能に嵌り合っている。垂下スカート４６は半径方向の内外方に突出する３本の円柱体４８を保持している。３本の円柱体４８は軸線１０Ａ周りに互いに１２０度、等しく離間されている。
【００３２】
回転可能な取付が達成される一つの方法は、各円柱体４８の外方に突出する端部をハウジング２０の直立壁２０Ｂの内側の溝５０内で走行させることである。軸線１０Ａ周りに等しく離間された３つの位置で、溝５０は軸線方向に離間された一対のボール５２により中断されている。各一対のボールは、周方向において互いに集束する（convergent) 一対の面を形成する。面は互いに軸線方向において向き合っている。ハブ１０が回転されたとき、３本の円柱体４８の外方に突出する部分は３つの対のボール５２にいずれは係合し、合計６つの接触点を与える。この６つの接触点は、この位置に位置されたとき、ハウジング２０に対するアームのハブ１０の位置を運動学的（カイネマチカリ）に定める。これは作動位置であり、この位置においてアームに取り付けられているプローブが工具設定または測定の目的のために用いられる。この位置において、ハブ１０およびハウジング２０間の回転方向マウントは、如何なる重大な付加的拘束をももたらすべきでないことが重要であり、これが上述した幾らか緩やかなマウントの理由である。
【００３３】
円柱体４８が一対のボール５２に着座すると、円柱体がボールによって形成されたＶ状の溝内に収まるとき、ハブとハウジングとの軸線方向および並進的相対運動を生ずることは避けられない。これらの相対運動は、ハブとハウジングとの間の相対的回転に付加されるものであり、相対的に移動する部分間に充分なクリアランス５４が残されていなければならない。
【００３４】
本発明のシールは、このような状況で特に効果的である。図３から理解できるように、ハブ１０およびハウジング２０はかかるシールを設けるために変更されている。
【００３５】
Ｖ溝５６が、ハブ１０およびハウジング２０間に、上述したような外側シールを形成するスプリングのリング５８を収容すべく、それぞれの部分を角度付けられた面を切除することにより形成されている。スプリングのリング５８を嵌め込む前に、内側の面シール６０がクリアランス５４内に位置され、シール装置の第２内側部分を形成している。
【００３６】
硬い金属製のスプリングのリングが、スワーフがクリアランスに侵入し柔らかい面シール６０を損傷するのを防止するのに効果的である。同時に、両シールは、アームの作動位置と非作動位置との間の割り出しの際に、ハブとハウジングとの間欠的な相対的回転を付加的に許容しながら軸線方向および横方向の相対的な運動を吸収すべく、充分なコンプライアンスを有している。
【００３７】
好ましい実施の形態における外側シールは緊密コイル状の金属製スプリングとして説明したが、他の代替も可能である。例えば、部分の一に固く接続され他に摺接するＶ状の金属製ワッシャーまたは金属製のベロー、あるいは、ブラシシールの形態の金属製または硬質プラスチック製剛毛のリングが用いられてもよい。
【００３８】
外側シールに要求される特性は、材料が金属のスワーフにより損傷を受けない、すなわち、相対回転の際、摩耗しないよう充分に硬いが、同時に、制限された並進、すなわち、シールの部分の軸線方向の相対運動を吸収するに充分なコンプライアンスを有することである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシール装置を含む部品の断面図である。
【図２】シール装置の外側シールの詳細を示す平面図である。
【図３】本発明のシール装置を含む機械部品の断面図である。
【符号の説明】
１  部品
２  第１部材
３  第２部材
５  外側シール
６  内側シール
７  溝
８  空間
１０  ハブ
２０  ハウジング
５４  クリアランス
５６  Ｖ溝
５８  スプリングのリング（外側シール）
６０  面シール（内側シール）
【図１】
0003930589.tif 000002
【図２】
0003930589.tif 000003
【図３】
0003930589.tif 000004