JP2001500596A - 防食ウェアインエクスクルーダ付き端面シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 クローラ型トラクタの軌条ピンや軌条ローラをシールするような過酷な使用環境での使用にことに適合された端面シール。このシールは半径方向に伸びるフランジ部５４を有する一次環状シールリング１２ならびに使用時に軸方向フランジ部の周りに位置付けされる二次環状シールリング１４を含むものである。この二次シールリングはシールリングと機械部品の間のシール接触帯域から初めにグリットを排除するように嵌合面で機械部品の一部と接触する摩耗する補助のエクスクルーダ型リップ９０を含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】 防食ウェアインエクスクルーダ付き端面シール 発明の背景 本発明は一般に機械的端面シール、より具体的にはシール領域からグリットを 排除し、また油、グリスあるいは他の流体をその領域に保持するよう意図された シールに係る。 その名が暗示するように、機械的端面シールとは二つの相対的に回転可能なエ レメントの対向端面が合う所に動的シールを形成したシールである。その一つの エレメントは相対的に固定されており、その他のものは摩耗、動的ふれ、あるい はその応用を特徴付ける他の状態によって起こる運動の予期される範囲と調和す るに必要な程度使用時に軸方向に動く。端面シールでは、シール帯は基本的に半 径方向平面にあるが、リップや軸のシールのシール体は円筒状パターンを成して いる。 本発明の利点はそれの半径方向レッグの前面にシール帯のある横断面が一般に Ｌ形の環状横断面一次シールリングとそれぞれ機械の座ぐりと一次リングの半径 方向レッグの後面と一次リングの軸方向レッグの半径方向外表面によって形成さ れるシールとそれぞれ係合する環状二次シール表面を有する二次シールリングで 立上りが半径方向レッグの半径方向外表面を覆い、またなるべく一次シール帯か ら半径方向外向きに第二の機械エレメントの一部の上にあってそれに接触する環 状の前方延長部の形の補助の摩耗するエクスクルーダリップも含む二次シールを 提供することによって実際得られる。 前述その他の本発明の目的、利点の実地で得られる明確な態様を付属図面を参 照しその実施例について詳細に説明する。図においては同じ照合番号は全部対応 する部分を示す。 図面の簡単な説明 第１図は本発明のシールアセンブリの分解斜視図で、応用においてそれの組立 て設置前の一次シールリングエレメント、ロード負荷／二次シールエレメント組 合せ、およびスペーサを示し 第２図は第１図のシールアセンブリの拡大垂直断面図で、シール部品がそれら の組立て関係位置だがスペーサの上に載せて応用に用いる前の状態が示しており 、 第３図は本発明のシールアセンブリの一部破断垂直断面図で、シールをシール 機構内に置いたところだが、この機構の使用前の状態を示しており、 第４図は第３図と同様な図で、シールの初めの使用中にウェアイン（ベッドイ ン）作用が少なくとも一部起こった後のシールを示しており、 第５図は第二シールリングのそれぞれ弛緩、圧縮状態にある形を示す略図であ る。 発明の好適な実施例の説明 本発明が異なった形でまた多少異なった材料で構成できると了解されているが 、ブルドーザ、起重機、バックホウ、および動力ショベルを含む建設機械類の軌 条ローラや軌条ピン、あるいは例えば回転／ピボット旋回運動せられる他の機構 の構成部品での使用のように重作業または過酷な使用環境で使用するよう意図さ れた現在好適とされる形のシールについて簡単に説明する。 さて図面を参照して詳述すれば、第１、２図は本発明によって作られた一般に １０で示すシールアセンブリを示す。このアセンブリの二つの主な構成部品には 一般に１２で示す一次シールリングと一般に１４で示すロード／二次シールリン グ組合せがある。本明細書でさらにより詳細に説明するようにこのようなリング は使用時にロード負荷機能を含む複数の機能を果たすことが知られており、一個 のエレメント１４を説明するのに明細書と請求項に「ロードリング」という表現 を時々用いる。 第３、４図を参照して、一般に１６で示すシール機構はシールアセンブリ１０ の環境として働き、この機構１６にその上にエンドキャップなどの部材２４の内 径表面２２がが圧力ばめあるいは他の液密関係に位置付けされる円筒状外形面２ ０を有する軌条ピンや軌条ローラ軸１８を含むものであることが分かる。エンド キャップ２４には一般に円筒状の座ぐり面２６、環状半径方向内側（座ぐり）端 面２８および環状、半径方向外側（主エンドキャップ）端面３０がある。 このシール機構には一般にそれの外形表面３４がウェブ３６などのような支持 エレメントの円筒状表面３５に圧入されているブッシュ３２、および半径方向内 ／外側円筒状表面１７、１９を有する一般に１５で示すスペーサもある。ブッシ ュ３２の内側円筒状表面３８は作動間隙“Ｃ”（第４図）によって軸１８の外 径表面２０から隔てられて、そこに潤滑剤を収容し部品を相対的に運動できるよ うにしている。部品が軌条ピンのようなものであればその運動は振動であるが、 その部品１８が軌条ローラ支持軸などであれば、この相対運動はピン／ローラ軸 の周りの回転である。 例えば、第３、４図を再び参照して、ブッシュ３２には端面４２と面取り外側 隅４４がある。今述べた種々の部分によって一般に４６（第３図）で示すシール 受けポケットが画定されているが、これはシールによって一対の連接された内側 （シール）領域４８ａ、４８ｂとシールの外部の状態に触れる外部（露出）領域 ５０に分割されている。そのような状態には水、砂および各種のグリットの存在 が含まれる。 さて領域４６内に配設されるシールリング１２の構造と設置について述べ、ま た第１、２図も参照して、シールリング１２は軸方向フランジ５２、それが使用 時にきっちり液密にシール係合してブッシュ３２の端面４２と接触する時一次シ ール帯を形成する円形軌跡６０沿いにある先細前面５６、５８によって一部画定 される半径方向フランジ５４を有する一般に５１で示すボディを有するものが示 されている。半径方向フランジ５４もこれもブッシュ３２の端面４２と接触する ようになった端面６６を含む柔軟なボディ６４を有するものが示されている一般 に６２で示す補助シールリブはなるべくあった方がよいが、必ずしもなくてもよ い。 図示のように、半径方向フランジ５４にも半径方向に外側で周囲に延在する表 面６７がある。ロードリング１４の一般に６９（第１図）で示す座が半径方向フ ランジ５５４の環状の半径方向に延在する面７０によって一部形成されている。 軸方向フランジ５２の内径面７２はなるべく半径方向圧縮ロードを吸収する複数 の軸方向リブ７３によって一般に１５で示すスペーサの外径面１９から間隔を置 いて離れた関係位置に保持されている。スペーサ１５はブッシュ３２とエンドキ ャップ２４を離す働きをし、リブ７３と接触してそれを支持することによってフ ランジ５２の補強に与る。リブ７３は半径方向ロードをリング１４からスペーサ へ伝達し、また潤滑剤を領域４８ａ、４８ｂ間に通す軸方向通路７４も与える。 さて一般に１４で示すロード（力）負荷／二次シールリングについて述べれは 、 このユニットは第１、２図に最もよく示されている。リング１４は使用時有意に よじられるが、一般に７５で示すエラストマーボディを有し、これは使用時シー ルリング１２に相手の表面７０、７１に形成されている座６９と係合する半径方 向と軸方向に延在する環状面７６、７８のあるものが示されている。リング１４ には座ぐりと係合する外径面８０と一般に８２で示し、各々半径方向に外向きで 軸方向に内向きにシール領域に向い一次シールリングのシール帯部から離れて延 在するより急に傾斜した表面セグメント８４とよりゆるやかに傾斜した外側表面 セグメント８６を含むものが示された傾斜した自由表面もある。明細書と請求項 での用語として、「軸方向外側」とは一次シールリングのシール帯の方というこ とで、「軸方向内側」とはシール帯６０から離れて、すなわち図に見て左方へと いうことである。 第１、２図を第３、４図と対比することによって使用時ロードリングは組立て 過程で圧縮されるので半径方向ゆがみを受けることが分かる。設置力の下でリン グが軸方向に短くなるとリングがそれの内径に対して内方にとともにそれの外周 に対して外向きに半径方向にリングを膨張させ（または膨張させようとし）、そ れ自体を座ぐりに締め付けてシールリング１２に半径方向圧縮ロードを生じるよ うになる。これでエンドキャップからシールリング１２へのトルク伝達ができる ようになる。この半径方向ロードの発生を第５図に簡単な線図式に例示している が、これは相当な扁平化すなわち垂直扁平化に向う運動があると、平行四辺形の リング（「ベレビルばね」）はそれの横断面が一層平面的になりより切頭円錐的 でなくなるのでそれの内外径が相互から離れて動くようになる。第５図の例示で は、これらの表面は所定横断面積の無応力平行四辺形の四つの側Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ である。表面ＢとＤを半径方向に整合させようとしてベレビルを動かすと、エラ ストマーの形は半径方向に膨張しようとして、また横断面の半径／軸方向の寸法 がより大きくなるように表面Ａ、Ｃをゆがめて抵抗する。この形状の変化に対す る抵抗によって軸方向端面ロードと半径方向圧縮ロードがともに発生する。リン グ１４の形は真の平行四辺形以外の形であるが、それの挙動は類似している。 製造されたばかりの（それの無応力状態にある）エラストマーリング１４はそ の外形が座ぐり２６よりもわずかに小さいので、最初は座ぐりに自由に滑り込む 。 それで、ボディ５１にシール帯６０に向かって半径方向外向きに伸びる位置付け 心出しバーブがあるのが望ましい。軸方向圧縮によって一度ロードがかけられれ ばリング１４は座ぐり中にきっちり保持される。 上記の構成要素に加えて、本発明の二次シール／負荷リング１４にブッシュの 面取り部４４と接触するようになった可変形内面９２を有する可変形環状エクス クルーダがあり、シールボディ９０にウェア期間中に摩耗する防食端部９４（第 ４図）のあることが重要である。 本発明によれば、一次シールリング１２はジュロメータが８０のウレタンエラ ストマーのような耐久性の比較的剛性だが弾性の材料で造る。そのような硬いエ ラストマーは正常な状態でブッシュ３２の機械仕上げし給油した端面４２ときっ ちりした液密のシールをなすことができる。 しかし、そのようなシールを実地に行うにはウェアイン（ベッドイン）期間が 必要である。これには約１０時間と短い運転時間から恐らく５０〜２００時間ま でかかる。米国特許No.3,241,583に記載のシールのような硬い金属を用いる機械 的端面シールでは、構成部品を組み立てる前に満足だがとても高価なベッドイン （ラップ研磨）を行うことができる。しかし、本発明に用いられる耐久性ゴム製 品では二つの嵌合面が異なった供給者によって造られており、最終設置前に組み 立ててベッドインすることができない。他の理由でもそのような加工は不適当と 宣言される。 本発明の関わる種類の可酷な状態でシールを使って見てシールがそれに露出さ れるグリットは通例設けられる薄い、可撓性の第一エクスクルーダリップを透過 してベッドイン処理の完了前に界面（シール帯域）に入ることがはっきりしてい る。従って本発明に合わせて、それの端面４２上でなくブッシュ３２の面取り／ 先細面４４に初期のシールを設けるように意図された環状エクスクルーダボディ が提供される ブッシュ面取り、斜面やブッシュ外端面も含むブッシュの外表面で容易に変形 する比較的より柔らかいエラストマーから造られているので、二次シールリング は一次シールリングや補助シール６２の硬くこわばったエラストマーよりもより 柔軟である。それで、ロードリングには硬質エラストマーの耐摩耗性にとても欠 けているが、これはずっと柔軟である。 従って、シール帯域においてぐリット粒子に早尚にさらされることによって起 こる初期の不信頼性をほとんどなくすことのできることが示されている。取替え のためにシールを取り外すのは難しく費用がかかるので、信頼性と時折の「幼児 死亡」のないことが多くの応用で極めて重要であり、本発明はこれらの難点を解 消することのできるシールアセンブリを提供するものである。 指摘したように、環状エクスクルーダボディ９０は比較的柔らかいエラストマ ーで造られるので、シール機構の使用時によくある有意量のグリットさらしでも これはに防食特性がある。すなわち、第４図に示すように、エクスクルーダボデ ィの端部は二三百時間以内に摩耗してしまうが、そのような時までには一次シー ル帯にはブッシュの端面にグリッド密の耐摩耗軌条が出来ており、そのようなシ ールはその後数百運転時間と長時間に渡って信頼性がある。 この好適な構造は円筒状に形成され傾斜位置へ動いてブッシュに形成された先 細／斜面／面取り部によりかかって抵抗ロードを発生させるエラストマー環状エ クスクルーダボディに関連しているが、本発明の原理は形の多少異なった防食エ クスクルーダボディにも適用することができる。しかし、可変形体と組み合わし た上述の傾斜配置によって使用時とても望ましい自動心立て作用とエラストマー ロードの組合せが得られる。しかし他の配置でも一次シール帯から半径方向に外 方でエラストマー二次シールボディによって半径方向ロードの用意ができる。こ れらの防食エレメントは一次リング上に一つ以上の補助シール帯を付けても付け なくても用いることができる。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 半径方向に伸びる端面シール面付きの第一機械部と半径／軸方向環状シ ール座面部付きの相対的に可動の第二機械部を備えたシール機構における、重作 業用シールアセンブリであって、該機構の部分と該シールアセンブリの部分の間 に横たわシール領域内に潤滑剤を保持し、また該シール領域から汚染物を排除す るようになっており、該シールアセンブリが一次シールリングと該一次シールリ ングと連携したロード負荷／二次シールリング組合せを組み合わせて備えており 、該一次シールリングが耐摩耗性で剛性だが弾性的な材料で造られた環状体を有 し半径／軸方向フランジを含むように横断面が一般にＬ形であり、該半径方向フ ランジがすくなくともその一つの軸方向に外の端面で該第一機械部の外端面シー ル面に一次シール体を形成する部分のあるものと半径方向に伸び軸方向に内の座 面を含み、該軸方向フランジが半径方向に外向きで軸方向に伸びる円筒状座面と 該機械部の一つに面する関係位置に配設された半径方向で内向きの円筒状表面を 有し、該二次シールリングがエラストマーで造られ該一次シールリングの該軸方 向に内の座面と少なくとも一部接触して一般に半径方向に伸びる軸方向に外の座 面、該一次シールリング軸方向フランジに座させた半径方向に内向きの表面、半 径方向に外方へそして該第二機械部シール座面の一つに向かって伸びる傾斜面、 および該第二機械部シール座面の他方と接触する半径方向に外の円筒状面を含ん でおり、該シールアセンブリがさらに使用時該第二シールリング体から軸方向に 外方へ伸びて該一次シール帯から半径方向に外方へ横たわる該第一機械部の一つ の部分にシール接触する柔軟で摩耗するエクスクルーダリップを含むものである 重作業用シールアセンブリ。 ２． 請求項１において該柔軟で摩耗するエクスクルーダリプを該ロード負荷 ／二次シールリング組合せと一体に形成したシールアセンブリ。 ３． 請求項２において該柔軟で摩耗するエクスクルーダリプと該ロード負荷 ／二次シールリング組合せの該ボディを一体に形成したシールアセンブリ。 ４． 請求項１において該ロード負荷／二次シールリングを剛性エラストマー で造ったシールアセンブリ。 ５． 請求項１において該一次シールリングを強靱で耐久性のある剛性樹脂状 物質で造ったシールアセンブリ。 ６． 請求項１において該第一機械部が面取り隅面を有するブッシュを含み、 該エクスクルーダリップが該ブッシュの面取り隅面と接触するシールアセンブリ 。 ７． 該一次シールリング軸方向フランジの該半径方向に内向きの面に該機械部 の一つに係合するようになった第一部分と該シールリングと該機械部の該一つの 間に溝を形成する周囲に間隔を置いて離れた第二部分があって、該一次リングが 該機械部と接触して構造的に支持され、また該溝が潤滑通路となるシールアセン ブリ。 ８．請求項１において該一次シールリング半径方向フランジの該半径方向に内 向き面が鋸歯面であるシールアセンブリ。 ９． 請求項１において該一次シールリングがウレタンエラストマーで造った ものであるシールアセンブリ。 １０． 該端面シールを形成する該端面部分が浅い角度であって一次シール帯域 を画定する一対の環状、切頭円錐面を備えているシールアセンブリ。 １１． 請求項１０において該一次シールリングが該シールボディから半径方向 に外方へ横たわる補助シールボディをさらに含み、該補助シールの自由端部分が 伸びて該シールボディから半径方向に丁度外で該シール機構の一部と接触してい る重作業用シールアセンブリ。 １２． 一般に円筒状の軸ユニット、きっちりはまり液密の関係位置に該軸ユニ ット上に位置付けられたエンドキャップ、円筒状座ぐりと該キャップに形成され てシールアセンブリの一部を受ける座ぐり端面、該軸上に位置付けられ半径方向 作動間隙によってそれから隔てられて潤滑剤を収容するブッシュで、該ブッシュ の環状端面がシールリングと接触して動的流体シールをなすよう意図されたもの 、および該キャップ座ぐりによって画定される領域内に位置付けられるシ−ルア センブリ、一次シールリングと該一次シールリングと連携されたロード負荷／二 次シールリング組合せを組み合わせて備えたシール機構であって、該一時シール リングが耐摩耗性で、剛性だが弾性のある材料で造った環状体を有し、半径／軸 方向フランジを含むように横断面を一般にＬ形にしたもので、該半径方向フラン ジが一部が該ブッシュの該環状端面上に一次シール帯を形成する少なくとも 一つの軸方向外端面と半径方向に伸びる軸方向内座面を含み、該軸方向フランジ は半径方向外向きで軸方向に伸びる円筒状座面と該機械部の一つに面する関係位 置に配設された半径方向内向き円筒状面を有し、該二次シールリングがエラスト マーで造られたもので該一次シールリングの該軸方向内座面と少なくとも一部接 触して一般に半径方向に伸びる軸方向に外の座面、該一次シールリング軸方向フ ランジに座される円筒状の半径方向内向き面、半径方向外向きに該座ぐり端面に 向かって伸びる傾斜面および該円筒上座ぐりと接触する半径方向に外の円筒状面 を含み、該シールアセンブリが使用時該二次シールリングボディから半径方向外 向きに伸びて該一次シール帯から半径方向外向きに横たわる該ブッシュの一部分 とシール接触をなす柔軟で摩耗するエクスクルーダリップをさらに含むものであ るシール機構。