JP2014149054A - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リーク検査時にワークに圧接させるプレートの押圧力を低減できるシール装置を提供する。
【解決手段】一面（正面）に第一溝１１及び第二溝１２が形成されるプレート１０と、第一溝１１及び第二溝１２に嵌合される第一シール材１５及び第二シール材１６とを備え、
同一平面上に必要面圧の異なる第一開口部ＯＰ１及び第二開口部ＯＰ２を有するワークＷに対してプレート１０を圧接させて、第一シール材１５及び第二シール材１６により前記平面の第一開口部ＯＰ１及び第二開口部ＯＰ２をシールするシール装置１００であって、必要面圧の大きい第二開口部ＯＰ２をシールする第二シール材１６が嵌合される第二溝１２の深さが、必要面圧の小さい第一開口部ＯＰ１をシールする第一シール材１５が嵌合される第一溝１１の深さよりも浅く形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークのリーク検査を行う際に、ワークの開口部をシールするためのシール装置の技術に関する。

ワークをシールする構成として、形成された溝にシール部材を嵌合させたプレートをワークに圧接させる構成が公知である（例えば、特許文献１）。また、ワークに形成される開口部を閉塞し、ワーク内部にエア等の検査流体を供給してワークからの漏れを検査するリーク検査装置も公知である。

このようなリーク検査装置は、一面に溝が形成されたプレートと、溝に嵌合されたシール部材と、プレートをワークに対して進退させるアクチュエータと、を備えたシール装置を備えており、プレートのシール部材が嵌合された側の面をワークの開口部に圧接することで、開口部を閉塞するように構成されている。

例えば、エンジンのシリンダブロックには、形成された溝にシール部材を嵌合させたカバーが圧接され、ウォータージャケット、クランクケース又はオイルホール等が形成されている。

また、例えば、自動車工場のエンジンの製造ラインでは、シリンダブロックの一側面の開口部（ウォータージャケット、クランクケース及びオイルホール等の開口部）に対し、シール装置のプレートを圧接させて開口部をシールした状態で、シリンダブロック（ウォータージャケット、クランクケース及びオイルホール等）内にエア等を供給して、シリンダブロックからの漏れを検査している。

しかし、シリンダブロックでは、同一平面上に必要面圧（シール部を完全にシールするために必要なシール材に作用させる圧力）の異なるシール部を有する場合がある。必要面圧が異なるシール部を複数有する平面の開口部をシール装置によってシールする場合には、シール部材を嵌合させるためのプレートの溝を全て同じ形状に形成すると、最も必要面圧の高いシール部に必要面圧が作用するようにプレートをワークに圧接させる必要がある。

最も必要面圧の高いシール部に必要面圧が作用するようにプレートをワークに圧接させることによって、プレートをワークに圧接させる押圧力が大きなものとなる。プレートをワークに圧接させる押圧力が大きいことによって、プレートをワークに圧接させるシリンダ等のアクチュエータの推力が大きなものとなる。アクチュエータの推力が大きいことによって、シール装置自体が大型化する。

そこで、本発明に係るシール装置では、シール装置を小型化するために、アクチュエータの推力を小さくすること、すなわちワークに圧接させるプレートの押圧力を低減することが求められている。

特開２０１１−０８０６０７号公報

本発明の解決しようとする課題は、シール検査時にワークに圧接させるプレートの押圧力を低減できるシール装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、一面に溝が形成されるプレートと、前記溝に嵌合されるシール部材とを備え、同一平面上に必要面圧の異なる複数の被シール部を有するワークに対して前記プレートを圧接させて、前記シール部材により前記平面の複数の被シール部をシールするシール装置であって、必要面圧の大きい前記被シール部をシールするシール部材が嵌合される溝の深さが、必要面圧の小さい前記被シール部をシールするシール部材が嵌合される溝の深さよりも浅く形成されているものである。

請求項２においては、一面に溝が形成されるプレートと、前記溝に嵌合されるシール部材とを備え、同一平面上に必要面圧の異なる複数の被シール部を有するワークに対して前記プレートを圧接させて、前記シール部材により前記平面の複数の被シール部をシールするシール装置であって、必要面圧の大きい前記被シール部をシールするシール部材が嵌合される溝の幅が、必要面圧の小さい前記被シール部をシールするシール部材が嵌合される溝の幅よりも狭く形成されているものである。

本発明のシール装置によれば、ワークのリーク検査時にワークの開口部をシールするプレートのワークに対する押圧力を低減できる。

シール装置の全体的な構成を示した模式図。 第一実施形態のプレートを示す模式図。 同じく第一シール材及び第二シール材の圧縮特性を示すグラフ図。 第二実施形態のプレートを示す模式図。 同じく第一シール材及び第二シール材の圧縮特性を示すグラフ図。

図１を用いて、シール装置１００について説明する。
なお、図１では、シール装置１００を模式的に表している。

シール装置１００は、本発明のシール装置の第一実施形態に係るものである。シール装置１００は、ワークＷのリーク検査装置に設けられ、リーク検査装置によりワークＷのリーク検査を行う際に、ワークＷの被シール部（開口部）をシールして閉塞する装置である。シール装置１００は、一面（正面）に第一溝１１及び第二溝が形成されるプレート１０と、第一溝１１及び第二溝に嵌合される第一シール材１５及び第二シール材１６と、シリンダ５０と、を具備している。

プレート１０は、平板形状に構成されている。プレート１０は、後述するピストンロッド５１の一側に固設されている。プレート１０は、後述するシリンダ５０によって、ワークＷに対し進退可能に構成されている。

シリンダ５０は、空気圧シリンダであって、空気圧によって伸縮駆動するアクチュエータである。シリンダ５０は、ピストンロッド５１と、シリンダチューブ５２と、を具備している。シリンダ５０は、制御装置（図示略）によって、空気圧を制御され、プレート１０をワークＷに対し進退させるものである。ここで、シリンダ５０に発生させる推力を推力Ｆとする。シリンダ５０のピストンロッド５１を伸長することで、プレート１０をワークＷに押圧することができる。

ワークＷは、シール装置１００によって被シール部をシールされた状態でリーク検査装置により漏れを検査されるものである。リーク検査装置は、ワークＷの被シール部となる開口部をプレート１０によりシールして閉塞した状態で、ワーク内部にエア等の検査流体を供給してワークからの漏れを検査するものである。

ワークＷの一側面には、被シール部となる第一開口部ＯＰ１と第二開口部ＯＰ２とが形成されている。ワークＷは、第一開口部ＯＰ１及び第二開口部ＯＰ２に、一面に形成された溝にシール部材を嵌合させたカバーを装着することにより、最終製品として構成されるものとする。

ここで、特記すべき事項として、第一開口部ＯＰ１と第二開口部ＯＰ２とは、必要面圧が異なるものとする。必要面圧とは、第一開口部ＯＰ１又は第二開口部ＯＰ２を完全にシールするのに必要な後述する第一シール材１５又は第二シール材１６に作用させる圧力のことである。ここで、第一開口部ＯＰ１の必要面圧を面圧Ｐ１とし、第二開口部ＯＰ２の必要面圧を面圧Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）とする。

図２を用いて、プレート１０について説明する。
なお、図２（Ａ）では、プレート１０を正面視にて表している。また、図２（Ｂ）では、プレート１０を図２（Ａ）のＡＡ断面視にて表している。なお、プレート１０では、ワークＷと対向する側を正面側とする。

プレート１０は、上述したように平板形状に構成されている。プレート１０の正面側には、第一シール部Ｓ１と、第二シール部Ｓ２と、が構成されている。

第一シール部Ｓ１は、第一溝１１に第一シール材１５を嵌合させて構成されている。第一溝１１は、プレート１０の正面側に形成されている。第一溝１１は、断面視が矩形となるように形成されている。ここで、第一溝１１を深さＤ１の溝とする。

第一シール材１５は、ゴム材等の弾性部材で形成され、正面視にて一辺の一部を切り欠いた環状の矩形に形成され、断面視にて矩形に形成されている。第一シール材１５は、ワークＷにプレート１０が当接したときに、第一開口部ＯＰ１の周囲外側の縁部に当接するように構成されている。ここで、第一シール材１５のワークＷに当接する接触面積を接触面積Ａ１とする。

第二シール部Ｓ２は、第二溝１２に第二シール材１６を嵌合させて構成されている。第二溝１２は、プレート１０の正面側に形成されている。第二溝１２は、断面視が矩形となるように形成されている。ここで、第二溝１２を深さＤ２の溝とする。

第二シール材１６は、ゴム材等の弾性部材で形成され、正面視にて環状の矩形に形成され、断面視にて矩形に形成されている。第二シール材１６は、ワークＷにプレート１０が当接したときに、第二開口部ＯＰ２の周囲外側の縁部に当接するように構成されている。ここで、第二シール材１６のワークＷに当接する接触面積を接触面積Ａ２とする。

なお、第一シール材１５と第二シール材１６とは、同じ材質の弾性部材であって、断面視形状も同形状であるものとする。

ここで、特記すべき事項として、第二溝１２の深さＤ２は、第一溝１１の深さＤ１よりも差ΔＤだけ浅く形成されている。そのため、第二シール部Ｓ２における第二シール材１６のプレート１０の正面からの突出高さは、第一シール部Ｓ１における第一シール材１５のプレート１０の正面からの突出高さと比較して、差ΔＤだけ高い構成となる。なお、差ΔＤについては、以下の第一シール材１５及び第二シール材１６の圧縮特性により決定される。

図３を用いて、第一シール材１５及び第二シール材１６の圧縮特性について説明する。
なお、図３では、第一シール材１５及び第二シール材１６（以下、シール材）の圧縮特性をグラフ図によって表している。

シール材は、ゴム材等の弾性体であるため、プレート１０を第一シール部Ｓ１及び第二シール部Ｓ２に圧接させた場合、プレート１０の正面（ワークＷと対向する面）に作用する面圧Ｐの大きさに比例して、高さ方向の圧縮量Ｃが増加する。

ここで、シール材に第一開口部ＯＰ１の必要面圧である面圧Ｐ１を作用させたときの、シール材の圧縮量Ｃを圧縮量Ｃ１とする。同様に、シール材に第二開口部ＯＰ２の必要面圧である面圧Ｐ２を作用させたときの、シール材の圧縮量Ｃを圧縮量Ｃ２とする。

第二開口部ＯＰ２の必要面圧である面圧Ｐ２が、第一開口部ＯＰ１の必要面圧である面圧Ｐ１より大きいため、圧縮量Ｃ２は、圧縮量Ｃ１よりも大きくなる。ここで、圧縮量Ｃ２と圧縮量Ｃ１との差を上述した差ΔＤとして設定する。

シール装置１００の作用について説明する。
シール装置１００では、必要面圧が大きい第二開口部ＯＰ２をシールする第二シール部Ｓ２の第二溝１２の深さＤ２が、第一溝１１の深さＤ１よりも差ΔＤだけ浅く形成されている。そのため、プレート１０をワークＷに圧接したとき、第二シール材１６は第一シール材１５と比較して大きな圧縮量で圧縮される。

第二シール材１６は、第一シール材１５と比較して大きな圧縮量で圧縮するため、第二シール材１６は第一シール材１５と比較して大きな面圧をワークＷに対して作用させることができる。

具体的には、第二溝１２の深さＤ２と第一溝１１の深さＤ１との差ΔＤが圧縮量Ｃ２と圧縮量Ｃ１との差として設定されているため、第一シール材１５によりワークＷに面圧Ｐ１が作用するようにプレート１０をワークＷに圧接した際には、第二シール材１６によりワークＷには、面圧Ｐ２が作用する。

シール装置１００の効果について説明する。
シール装置１００によれば、第一シール材１５によりワークＷに面圧Ｐ１を作用させるだけの押圧力にて、プレート１０をワークＷに圧接することで、第二シール材１６によりワークＷに面圧Ｐ１よりも大きな面圧Ｐ２を作用させることができるため、ワークＷのリーク検査時にワークＷに圧接させるプレート１０の押圧力を低減できる。

従来のシール装置では、第一開口部ＯＰ１をシールする第一シール部と第二開口部ＯＰ２をシールする第二シール部とが同様に構成されるプレートを用いて第一開口部ＯＰ１及び第二開口部ＯＰ２をシールしていた。

従って、ワークＷのように同一平面上の第一開口部ＯＰ１及び第二開口部ＯＰ２の必要面圧が異なる場合には、第一シール部と第二シール部との両方を必要面圧Ｐ２でワークＷに圧接するように、プレートを押圧する必要があった。

ここで、第一開口部ＯＰ１の必要面圧が面圧Ｐ１であって、第二開口部ＯＰ２の必要面圧が面圧Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）であって、第一シール材１５が接触面積Ａ１であって、第二シール材１６が接触面積Ａ２であるため、ワークＷに圧接させるプレートの押圧力、すなわちプレートを押圧するシリンダに必要な推力Ｆ´は以下のように表される。

一方、第一実施形態のシール装置１００では、第二シール部Ｓ２における第二シール材１６の突出高さが、第一シール部Ｓ１における第一シール材１５の突出高さよりも高くなるように構成されており、第一シール材１５によりワークＷに面圧Ｐ１が作用するように、プレート１０をワークＷに圧接した際には、第二シール材１６によりワークＷには面圧Ｐ２が作用する。

このとき、ワークＷに圧接させるプレート１０の押圧力、すなわちシリンダに必要な推力Ｆは以下のように表される。

数式２を展開すると、以下のように表される。

つまり、シール装置１００では、従来の推力Ｆ´と比較して（Ｐ２−Ｐ１）Ａ１だけ推力を低減できることになる。これにより、シール装置を小型化することが可能となる。

次に、本発明のシール装置の第二実施形態に係るシール装置２００について説明する。シール装置２００は、プレート２０を備えている。シール装置２００については、プレート２０以外は第一実施形態のシール装置１００と同様であるため説明を省略する。

図４を用いて、プレート２０について説明する。
なお、図４（Ａ）では、プレート２０を正面視にて表している。また、図４（Ｂ）では、プレート２０を図４（Ａ）のＡＡ断面視にて表している。なお、プレート２０では、ワークＷと対向する側を正面側とする。

プレート２０は、平板形状に構成されている。プレート２０の正面側には、第一シール部Ｓ１と、第二シール部Ｓ２と、が構成されている。

第一シール部Ｓ１は、第一溝２１に第一シール材２５を嵌合させて構成されている。第一溝２１は、プレート２０の正面側に形成されている。第一溝２１は、断面視が矩形となるように形成されている。ここで、第一溝２１を幅Ｂ１の溝とする。

第一シール材２５は、ゴム材等の弾性部材で形成され、正面視にて一辺の一部を切り欠いた環状の矩形に形成され、断面視にて矩形に形成されている。第一シール材２５は、ワークＷにプレート２０が当接したときに、第一開口部ＯＰ１の周囲外側の縁部に当接するように構成されている。ここで、第一シール材２５のワークＷに当接する接触面積を接触面積Ａ１とする。

第二シール部Ｓ２は、第二溝２２に第二シール材２６を嵌合させて構成されている。第二溝２２は、プレート２０の正面側に形成されている。第二溝２２は、断面視が矩形となるように形成されている。ここで、第二溝２２を幅Ｂ２（Ｂ２＜Ｂ１）の溝とする。

第二シール材２６は、ゴム材等の弾性部材で形成され、正面視にて環状の矩形に形成され、断面視にて矩形に形成されている。第二シール材２６は、ワークＷにプレート２０が当接したときに、第二開口部ＯＰ２の周囲外側の縁部に当接するように構成されている。ここで、第二シール材２６のワークＷに当接する接触面積を接触面積Ａ２とする。

なお、第一シール材２５と第二シール材２６とは、同じ材質の弾性部材であって、断面視形状も同形状であるものとする。

ここで、特記すべき事項として、第二溝２２の幅Ｂ２は、第一溝２１の幅Ｂ１よりも差ΔＢだけ狭く形成されている。なお、差ΔＢについては、以下の第一シール材２５及び第二シール材２６の圧縮特性により決定する。

図５を用いて、第一シール材２５及び第二シール材２６の圧縮特性について説明する。
なお、図５では、第一シール材２５及び第二シール材２６（以下、シール材）の圧縮特性をグラフ図によって表している。

シール材は、ゴム材等で形成される弾性体であるため、プレート１０を第一シール部Ｓ１及び第二シール部Ｓ２に圧接させた場合、プレート１０の正面（ワークＷと対向する面）に作用する面圧の大きさに比例して、高さ方向の圧縮量が増加する。同時に、シール材は、正面に面圧が作用して高さ方向に圧縮したときには、幅方向に伸張する。

例えば、シール材が溝に嵌合された状態で高さ方向に圧縮され、シール材の溝に嵌合された部分の幅方向への伸張が溝によって規制された場合には、シール材の溝に嵌合されている部分は、幅方向への伸張が溝幅の範囲内に制限され、それ以上圧縮することができない。言い換えれば、シール材が溝に嵌合され、幅方向への伸張が規制された場合には、溝に嵌合されていない部分のみが圧縮されることになる。

従って、シール材を幅の異なる溝に嵌合させた場合、シール材の高さ方向の圧縮量が同じであっても、幅の狭い溝に嵌合されたシール材の方が、幅の広い溝に嵌合されたシール材よりも高い面圧が発生する。

本実施形態では、幅Ｂ２（Ｂ２＞Ｂ１）に規制される第二シール材２６は、幅Ｂ１に規制される第一シール材２５と比較して、同じ圧縮量Ｃ１であっても発生する面圧が高いものとなる。ここで、第一溝２１の幅は、圧縮量Ｃ１のときに、第一シール材２５のワークＷとの当接面に発生する面圧が必要面圧Ｐ１となるように設定されている。同時に、第二溝２２の幅は、圧縮量Ｃ１のときに、第二シール材２６のワークＷとの当接面に発生する面圧が必要面圧Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）となるように設定されている。

シール装置２００の作用について説明する。
シール装置２００では、必要面圧が大きい第二開口部ＯＰ２をシールする第二シール部Ｓ２の第二溝２２の幅Ｂ２が第一溝２１の幅Ｂ１よりも狭く形成されている。そのため、プレート１０をワークＷに圧接したとき、第二シール材２６は第一シール材２５と比較して大きな面圧をワークＷに作用させることができる。

具体的には、第一溝２１の溝幅は、第一シール材２５が圧縮量Ｃ１のときに、第一シール材２５に面圧Ｐ１が作用するように設定されている。同時に、第二溝２２の溝幅は、第二シール材２６が圧縮量Ｃ１のときに、第二シール材２６に面圧Ｐ２が作用するように設定されている。

そのため、第一シール材２５によりワークＷに面圧Ｐ１が作用するように、プレート１０をワークＷに圧接した際には、第二シール材２６には、ワークＷに面圧Ｐ２が作用する。

シール装置２００の効果について説明する。
シール装置２００によれば、第一シール材２５によりワークＷに面圧Ｐ１を作用させるだけの押圧力にて、プレート２０をワークＷに圧接することで、第二シール材２６によりワークＷに面圧Ｐ１よりも大きな面圧Ｐ２を作用させることができるため、ワークＷのリーク検査時にワークＷに圧接させるプレート２０の押圧力を低減できる。

第二実施形態のシール装置２００では、第二シール材２６が嵌合される溝の幅Ｂ２が、第一シール材２５が嵌合される溝の幅Ｂ１よりも狭く形成されており、第一シール材２５によりワークＷに面圧Ｐ１が作用するように、プレート２０をワークＷに圧接した際には、第二シール材２６によりワークＷに面圧Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）が作用する。

このとき、ワークＷに圧接させるプレート２０の押圧力、すなわちシリンダに必要な推力Ｆは、第一の実施形態の場合と同様に、前述の数式２、数式３に示すように表される。つまり、シール装置２００では、従来の推力Ｆ´（数式３参照）と比較して（Ｐ２−Ｐ１）Ａ１だけ推力を低減できる。これにより、シール装置を小型化することが可能となる。

前述の第一実施形態におけるシール装置１００や第二実施形態におけるシール装置２００は、例えば、ウォータージャケット、クランクケース及びシリンダ等が形成されるシリンダブロックの開口部をシールする際に用いることができる。

具体的には、シリンダブロックに形成されるウォータージャケット、クランクケース及びシリンダ等のリーク検査を行う際に、ウォータージャケット、クランクケース及びシリンダ等の開口部にシール装置１００・２００のプレート２０を圧接して、当該開口部を閉塞することができる。

例えば、シリンダブロックの一側面（前面）には、リーク検査が行われる複数の検査系統であるクランクケース及びウォータージャケットの開口部がそれぞれ存在している。この場合、ウォータージャケットの開口部をシールするための必要面圧は、クランクケースの開口部をシールするための必要面圧よりも大きい。

クランクケースの開口部及びウォータージャケットの開口部をシールするためにシール装置１００を用いた場合、ウォータージャケットの開口部をシールするシール部の溝の深さを、クランクケースの開口部をシールするシール部の溝の深さよりも浅く形成して、クランクケースの開口部をシールするために必要な押圧力にてプレート１０をシリンダブロックの一側面に圧接することで、ウォータージャケットの開口部をも確実にシールすることが可能となる。

また、クランクケースの開口部及びウォータージャケットの開口部をシールするためにシール装置２００を用いた場合、ウォータージャケットの開口部をシールするシール部の溝の幅を、クランクケースの開口部をシールするシール部の溝の幅よりも狭く形成して、クランクケースの開口部をシールするために必要な押圧力にてプレート１０をシリンダブロックの一側面に圧接することで、ウォータージャケットの開口部をも確実にシールすることが可能となる。

また、シリンダブロックの上面には、リーク検査が行われる複数の検査系統であるクランクケース、ウォータージャケット、及びオイルホールの開口部がそれぞれ存在している。この場合、オイルホールの開口部をシールするための必要面圧は、ウォータージャケットの開口部をシールするための必要面圧よりも大きく、ウォータージャケットの開口部をシールするための必要面圧は、クランクケースの開口部をシールするための必要面圧よりも大きい。

クランクケースの開口部、ウォータージャケットの開口部、及びオイルホールの開口部をシールするためにシール装置１００を用いた場合、オイルホールの開口部をシールするシール部の溝の深さを、ウォータージャケットの開口部をシールするシール部の溝の深さよりも浅く形成し、ウォータージャケットの開口部をシールするシール部の溝の深さを、クランクケースの開口部をシールするシール部の溝の深さよりも浅く形成し、クランクケースの開口部をシールするために必要な押圧力にてプレート１０をシリンダブロックの一側面に圧接することで、ウォータージャケットの開口部及びオイルホールの開口部をも確実にシールすることが可能となる。

また、クランクケースの開口部、ウォータージャケットの開口部、及びオイルホールの開口部をシールするためにシール装置２００を用いた場合、オイルホールの開口部をシールするシール部の溝の幅を、ウォータージャケットの開口部をシールするシール部の溝の幅よりも狭く形成し、ウォータージャケットの開口部をシールするシール部の溝の幅を、クランクケースの開口部をシールするシール部の溝の幅よりも狭く形成し、クランクケースの開口部をシールするために必要な押圧力にてプレート１０をシリンダブロックの一側面に圧接することで、ウォータージャケットの開口部及びオイルホールの開口部をも確実にシールすることが可能となる。

１０ プレート
１１ 第一溝
１２ 第二溝
１５ 第一シール材
１６ 第二シール材
５０ シリンダ
１００ シール装置
Ｓ１ 第一シール部
Ｓ２ 第二シール部

Claims (2)

1. 一面に溝が形成されるプレートと、前記溝に嵌合されるシール部材とを備え、
   同一平面上に必要面圧の異なる複数の被シール部を有するワークに対して前記プレートを圧接させて、前記シール部材により前記平面の複数の被シール部をシールするシール装置であって、
   必要面圧の大きい前記被シール部をシールするシール部材が嵌合される溝の深さが、必要面圧の小さい前記被シール部をシールするシール部材が嵌合される溝の深さよりも浅く形成されている、
   シール装置。
2. 一面に溝が形成されるプレートと、前記溝に嵌合されるシール部材とを備え、
   同一平面上に必要面圧の異なる複数の被シール部を有するワークに対して前記プレートを圧接させて、前記シール部材により前記平面の複数の被シール部をシールするシール装置であって、
   必要面圧の大きい前記被シール部をシールするシール部材が嵌合される溝の幅が、必要面圧の小さい前記被シール部をシールするシール部材が嵌合される溝の幅よりも狭く形成されている、
   シール装置。

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