JP2012516424A

JP2012516424A - ラジアルシャフトシール、ラジアルシャフトシールアセンブリおよび設置方法

Info

Publication number: JP2012516424A
Application number: JP2011548284A
Authority: JP
Inventors: セドラー，ブレント・アール; トス，デイビッド・エム; ノートブーム，ロナルド・エム
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: WO2010088343A9; US20100187769A1; CN102356258B; KR20110113181A; JP5584703B2; KR101628057B1; EP2382407A2; JP5600689B2; KR101623752B1; CN102356258A; BRPI1007285A2; EP2382406B1; US8500130B2; CN102362108A; EP2382407A4; CN102362108B; JP2012516423A; KR20110115141A; BRPI1007286A2; EP2382406A4

Abstract

ハウジング内でシャフトの周りに収容されてシャフトシールの空気側をシャフトシールのオイル側から封止分離するように構成されたラジアルシャフトシールが提供される。シールは、台部分と、オイル側端部と空気側自由端との間に延びる環状のシール面を有するシールリップとを含む。環状のブリッジが、第１のヒンジによってシールリップのオイル側端部に接続され第２のヒンジによって台部分に接続される。ブリッジは、第１のヒンジから第２のヒンジまで、シールリップと径方向に重なる関係で延びる。突起が、第１のヒンジからシールのオイル側に向かってブリッジから遠ざかるように延び、オイル側設置組立中にシールリップが反転することを防止する。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２００９年１月２８日に提出された米国仮出願第６１／１４７，９３８号および２００９年７月１７日に提出された米国仮出願第６１／２２６，３６８号の利益を主張
する。これらはともに全体が本明細書に引用により援用される。

発明の背景
１．技術分野
本発明は概して回転軸とハウジングとの間に流体密封シールを形成することを目的とする種類のダイナミックオイルシールに関する。

２．関連技術
ダイナミックラジアルシャフトオイルシールは、シールのいわゆる「オイル側」と「空気側」とを有するように設計される。これらの名称は設置されたときのシールの向きに関連し、オイル側はハウジングの内側に面してオイルと接触し、空気側は外側に面して空気にさらされる。

ラジアルシャフトオイルシールは少なくとも２つの異なるやり方で設置できる。一方は「空気側設置」であり、最初にシールをハウジングの穴の中に設置し、その後シャフト（またはその装着スリーブ）を空気側から軸方向にシールアセンブリの中に（ハウジングの内側方向に）設置してシールを実現する。他方は「オイル側設置」であり、ハウジングおよびシャフトが既にある状態において、軸方向にシールアセンブリをハウジングの中にスライドさせ同時にシャフト（またはその装着スリーブ）の上にスライドさせることで、シャフトがシールのオイル側からシールアセンブリの中に入るようにする。そうでなければ、「オイル側」設置の場合、シールアセンブリをキャリアとも呼ばれるハウジングの中に設置した後、中にシールが設置されたハウジングを「所定の位置にある」シャフトの上で組立ててエンジンを完成することが必要である。

設置中、種類に拘らず、シールは、シールのシールリップが裏返る、さもなければ設置が完了した状態でシールリップが無効となる位置にずれることのないよう、設置中に生じる軸方向の負荷に耐えることができなければならない。

ラジアルシャフトシールは、リークテスト中または使用中に見られるさまざまな軸方向の圧力も受ける。シールを横断するように（シールのオイル側と空気側との間で）圧力差が生じると、シールに対して一方方向または他方方向に軸方向の負荷が加わる可能性があり（ハウジング内の真空または圧力増加）、シールが少なくともある程度シャフトから引き離される可能性があり、極端な場合では圧力を受けたシールが裏返り崩れて破損する可能性がある。

発明の概要
一般的な表現を用いると、この発明が提供するラジアルシャフトシールアセンブリの特徴は、たとえシャフトと穴が位置ずれした状態であっても適切なオイル側設置を行なうことが容易であり、さらに、設置の際にシールアセンブリのオイル側が正または負の圧力を受けたときにシールを破損させるような動きに対抗してシールアセンブリのシールリップを支持することである。

本発明の現在好ましいある局面に従い、ラジアルシャフトシールが提供され、このラジアルシャフトシールは、ハウジング内でシャフトの周りに収容されてシャフトシールの空気側をシャフトシールのオイル側から封止分離するように構成される。ラジアルシャフトシールは、環状の台部分と、オイル側端部と空気側自由端との間に延びる環状シール面を有するシールリップとを備える。このシール面はシャフトに対して軸方向に延びるように構成される。さらに、環状ブリッジが、第１のヒンジによってシールリップのオイル側端部に接続され第２のヒンジによって台部分に接続される。ブリッジは第１のヒンジから第２のヒンジまでシールリップと径方向に重なる関係で延在する。少なくとも１つの突起が、第１のヒンジからシールのオイル側に向かってブリッジから遠ざかるように延びる。この突起は、オイル側設置プロセス中にシールリップが反転することを防止することによって、シールリップを使用中に確実に滑り面と適切に封止接触させる。

本発明の別の局面に従い、ラジアルシャフトシールアセンブリが提供される。ラジアルシャフトシールアセンブリは、中心軸に沿って延び予め定められた直径を有する滑り面が与えられたシャフトと、ラジアルシャフトシールとを備え、ラジアルシャフトシールは、ハウジング内でシャフトの周りに収容されてラジアルシャフトシールの空気側をラジアルシャフトシールのオイル側から封止分離するように構成される。ラジアルシャフトシールは、環状の台部分、および、環状のシール面と、オイル側端部と空気側自由端との間に延びる反対側の裏面とを有するシールリップを備える。シール面は滑り面と動的封止接触して軸方向に延びるように構成される。さらに、環状ブリッジが、第１のヒンジによってシールリップのオイル側端部に取付けられ第２のヒンジによって台部分に取付けられている。このブリッジは第１のヒンジから第２のヒンジまでシールリップと径方向に重なる関係で延在する。加えて、少なくとも１つの突起が第１のヒンジからシールのオイル側に向かって軸方向に延びている。

本発明のもう１つの局面に従い、ラジアルシャフトシールをシャフト上に設置する方法が提供される。この方法は、滑り面を有するシャフトを与えるステップと、自由状態においてオイル側端部から空気側自由端まで収束してゆく環状のシール面を有するシールリップを、ラジアルシャフトシールに与えるステップとを含む。さらに、第１のヒンジによってオイル側端部に取付けられ自由状態において第２のヒンジまで分岐してゆく環状ブリッジを、ラジアルシャフトシールに与える。第２のヒンジは、ブリッジがシールリップと径方向に重なる関係で延在するように、外側の台部分に取付けられる。ラジアルシャフトシールはさらに、第１のヒンジからシールのオイル側に向かって軸方向に延びる少なくとも１つの突起を含む。次に、シャフトおよびラジアルシャフトシールを軸方向に、互いに向かって移動させ、シールリップのオイル側端部をシャフトの端部と接触させる。さらに、突起をシャフトの滑り面と接触させ、シール面を滑り面と封止状態で係合させ、同時に突起が移動して滑り面から離れるようにする。

本発明の上記およびその他の局面、特徴および利点は、以下の現在好ましい実施の形態およびベストモードに関する詳細な説明、添付の請求項、および図面と関連付けて考慮されるとより容易に理解されるようになるであろう。

本発明のある局面に従い構成されたラジアルシャフトシールの断面図である。ハウジング内に配置された状態で示される図１のシールの断面図であり、シャフトはシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図１のシールの断面図であり、シャフトはシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図１のシールの断面図であり、シャフトはシールのオイル側から前進するようにして設置される。本発明の別の局面に従い構成されたラジアルシャフトシールの断面図である。本発明の別の局面に従うラジアルシャフトシール構造を示す図５において囲まれた領域５Ａ全体の部分の断面図である。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと同軸方向に位置合わせされた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと同軸方向に位置合わせされた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと同軸方向に位置合わせされた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと同軸方向に位置合わせされた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと同軸方向に位置合わせされた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと同軸方向に位置合わせされた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと軸方向の位置がずれた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと軸方向の位置がずれた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと軸方向の位置がずれた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと軸方向の位置がずれた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと軸方向の位置がずれた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと軸方向の位置がずれた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図５のシールの断面図であり、シャフトはシールと軸方向の位置がずれた関係でシールのオイル側から前進するようにして設置される。本発明の別の局面に従い構成されたラジアルシャフトシールの平面図である。図１９の線２０−２０にほぼ沿うように切取った断面図である。ハウジング内に配置された状態で示される図２０のシールの断面図であり、シャフトはシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図２０のシールの断面図であり、シャフトはシールのオイル側から前進するようにして設置される。ハウジング内に配置された状態で示される図２０のシールの断面図であり、シャフトはシールのオイル側から前進するようにして設置される。本発明の別の局面に従い構成されたラジアルシャフトシールの部分斜視図である。本発明の別の局面に従い構成されたラジアルシャフトシールの部分斜視図である。本発明の別の局面に従い構成されたラジアルシャフトシールの部分斜視図である。本発明に従い構成された３つのシールの所定の期間における回転トルク対ｒｐｍのグラフである。

好ましい実施の形態の詳細な説明
さらに詳しく図面を参照すると、図１は、本発明のある局面に従い構成された、以降シール１０と呼ぶラジアルシャフトシールを示す。限定ではなく一例として、このシールは、クランクケースに応用して使用するのに適しており、シール１０が中に設置されたクランクケース１６の穴１４を通して延びるラジアルシャフトシールアセンブリ１３（図２−図４）の中の回転可能なシャフト１２の周りを封止することを目的とする。そうでなければ、シール１０はキャリアハウジングの中に設置でき、このキャリアハウジングおよびシール１０はエンジンに取付けることができる。シール１０は、設置されたときのシール１０の向きとの関連で、オイル側Ｏと、軸方向に反対の空気側Ａとを有する。オイル側Ｏはクランクケース１６の内側に面する側であり、空気側Ａは外側の周囲に面する側である。シール１０は、エラストマーシール材料２０が装着された金属の輪または環状構造体として設けられた、コアまたはカラー１８とも呼ばれるケース等の台部分を含む。シール材料２０はエラストマーシール本体２２の少なくとも一部を形成する。軸方向に延びるシールリップ２４は、使用中シャフト１２との動的摩擦接触が小さいため、新たに設置されたとき、使用中および使用時の、シャフト１２とシールリップ２４との間のトルクは、約０．０７−０．３５Ｎ＊ｍ（ニュートンメートル）といったように低いトルクである。このように、シール１０が示す摩擦損失が最小である結果として、エンジン効率の損失も最小に保たれる。

金属のカラー１８は、図示のようなＬ字型、または、当該技術で周知のように特定の用途の要求に応じて環状、Ｃ字型またはＳ字型等、任意の数の構成を有していてもよい。Ｌ字型のカラー１８は、円筒形の外壁２６と、径方向内側に向かって延びる脚２８とを有する。示されている金属の強化リング構造体１８は、少なくとも一部が外壁２６の外面上のエラストマーシール材料２０で覆われる。エラストマーシール材料２０の輪郭に凹凸３０を設けることにより、クランクケース１６の穴１４にフィットした流体密封状態の設置を実現してもよい。エラストマーシール材料のカバー２０は、金属カラー１８を中心として成形されたエラストマーシール本体２２の一部を形成する。このシール本体２２は、空気側Ａではコア１８の径方向内側に向かって延びる脚２８に沿って延び、内側の端部３２の周りに延び、脚２８のオイル側の一部を覆い脚２８の真下の中央部分２３を与える。コア１８およびシール本体２２は比較的硬いが、シール材料２０はシールリップ２４を形成するのに十分な弾力を有する。

シールリップ２４は、弛緩し設置されていない状態（図１）のときは、シール１０の水平中心軸３３からたとえば約１−１０度の間の数度だけわずかに傾いて延びており、環状で径方向内側に面するシール面３４と、オイル側端部３８と空気側自由端４０との間に延びる、反対側の、径方向外側に面する裏面３６とを有する。シール面３４は、自由状態にある間、オイル側端部３８で最大の直径ＳＤを有し、この直径はシャフト１２の滑り面３５の外径ＯＤよりも小さいため、シール面３４全体は、組立完了時および使用中、確実に滑り面３５と封止状態で係合する。シール面３５は、シャフトの回転中オイルをシールのオイル側Ｏに押し戻すように作用する、リブまたはねじ山形状の流体力学的特徴４１を有するように構成できる。さらに、空気側端部４０には粉塵排除リップ３９を設けることができる。このリップにより、シールアセンブリ１０の空気側Ａからオイル側Ｏへの汚染物質の浸入の防止が容易になり、さらに、潤滑剤をアセンブリ１０のオイル側Ｏに留めることが容易になる。シールリップ２４は予め定められた厚みｔ１を有するように形成され（この厚みは以下に記載の他の寸法の特徴と同じく図面の煩雑化を避けるために図１のみに示される）、これにより、以下でより詳細に述べるようにシャフト１２に対する低トルクシールが容易に保たれる。

環状ブリッジ４２は、シールリップ２４をシール本体２２に、使用に適した状態で接続する。環状ブリッジ４２は、第１のヒンジ４４によってシールリップ２４のオイル側端部３８に接続されるとともに、第２のヒンジ４６によって台部分１８の中央部２３に接続される。ブリッジ４２は仮想線４５に沿い長さＬ１に亘って延びる。この仮想線は、ヒンジ４４、４６の間でこれらを通して延び、水平中心軸３３に対して、たとえば約２０−４０度の間の角度をなす。しかしながらこの角度の範囲は水平面から１−８９度に亘ることができる。第２のヒンジ４６は、台部分１８の径方向の脚２８に対して略平行かつシール１０の水平軸Ｈに対して略垂直の向きまで変化する。ブリッジ４２は、シールリップ２４に対し径方向において重なる関係をなして第１のヒンジ４４から第２のヒンジ４６まで延びる。このため、シールアセンブリ１０の空気側Ａに面する環状のポケット４８が設けられる。ブリッジ４２は厚みｔ２を有するように構成され、第１および第２のヒンジ４４および４６はそれぞれ厚みｔ３およびｔ４を有するように構成される。これらの厚みの相対的関係は、好ましくはｔ１≧ｔ３、ｔ２≧ｔ３、かつｔ２≧ｔ４であり、より好ましくはｔ１＞ｔ３、ｔ２＞ｔ３、かつｔ２＞ｔ４である。加えて、自由状態の間、第１のヒンジ４４は第１の直径Ｈ１Ｄを有し第２のヒンジ４６は第２の直径Ｈ２Ｄを有し、Ｈ１Ｄ＜Ｈ２Ｄである。

シール１０はさらに突起５０とも呼ばれるリブを有する。このリブは全体的に、第１のヒンジ４４から軸方向に、シールリップ２４およびブリッジ４２側からシール１０のオイル側Ｏに向かって延びる。突起５０は、以下でさらに説明するように、オイル側における設置を補助し、シールリップ２４およびブリッジ４２の間が設置中に開くことを防ぐように構成される。さらに、突起５０は、組立時および使用中、シャフトの滑り面３５と接触しない状態を保つように構成される。オイル側Ｏで圧力変化、たとえば負圧（相対的真空）が生じた場合、シールの両側の圧力差によってシール１０に軸方向内向きの力が加わる。突起５０は、少なくともある程度はシールリップ２４を補強するように作用し、したがって、シールリップ２４が浮き上がってシャフトの滑り面３５との封止接触を失うことを防止するように作用する。突起５０は内面５２と外面５４との間に延びる厚みを有し、この厚みは、設置中に突起５０が反り返るまたは巻き込まれることなくその形状および形態を実質的に保つのに十分である。円滑に設置し易くするために、内面５２は、自由端５６に向かって、徐々に先細りになるものとして示され、さらに凸状の輪郭を有するものとして示されているが、これは一例であって限定ではない。内面５２の最小の直径ＰＤは、シールリップ２４のシール面３４の内径よりも少なくとも僅かに大きいため、上記のように、シャフト１２上で組立てられる際、内面５２は滑り面３５から径方向外向きに離れ接触しない。突起５０の、ほぼ第１のヒンジ４４からおよび／またはシールリップ２４のオイル側端部３８から延びる長さＬ２は、ブリッジ４２を反転させる傾向があるどのような力にも対抗するのに十分である。長さＬ２はブリッジ４２の長さＬ１よりも小さい。このため、突起５０は、主として、設置中にシールリップ２４がシャフト１２上で適切な構成以外の状態になることを防止するにあたってこれを補助する役割を果たす。さらに図１に示されているように、突起５０は想像線４５よりも実質的に上に形成され、これにより、突起５０がシールブリッジ４２に対し「反転防止」特徴として作用する機能をさらに高める。加えて、突起５０は、第１のヒンジ４４を通り想像線４５に対して垂直に延びる想像線４７からオイル側Ｏに向かって軸方向内側に延びる。

図２−図４は、シール１０を通してシャフト１２のオイル側設置が進行する様子を示す。シャフト１２の中心軸５７は、シール１０の中心軸３３から僅かにずらされ（図２−図３）、その後図４では同軸で位置合わせされる。この設置では、シール１０をハウジング１６の中に予め設置し、その後シャフト１２をシール１０を通して穴１４の中に向かって入れる。シャフト１２が軸方向にスライドして穴１４の中に入ると、シャフト１２の端部５８が最初に突起の内面５２の少なくとも一部と係合する。組立を容易にするために、シャフト１２の端部５８は、導入テーパ面６０を与えるように構成される。シャフト１２の軸とシール１０の軸がずらされているので、シールとシャフトの直径方向反対側（図示せず）は相対的に変位しており、このため、最初はシャフト１２と突起５０との間に僅かな隙間が生じ得ることが認められるはずである。図３に示されるように、シャフト１２がシール１０を通して軸方向に前進する際、突起の内面５２の一部は、シャフトの導入テーパ面６０の上を滑り面３５上までスライドしながら、シャフト１２と接触した状態を保つ。この間、主シールリップ２４は径方向外向きに拡がり、シールリップ２４の空気側端部４０は径方向外側に傾くため、ポケット４８は部分的に崩れる。このため、シャフト１２の周りにシール１０を設置するのに必要な軸方向の設置力は減少する。したがって、突起５０はシールリップ２４をシャフト１２と軸方向に位置合わせする役割を果たす。加えて、シールリップ２４をシャフト１２と軸方向に位置合わせすること以外にも、予め定められた長さＬ２を有する突起５０は、シール１０とシャフト１２との摩擦によって生じたねじれの力がブリッジ４２に加わらないようにするレバーアームとして機能することにより、ブリッジ４２がシール１０の空気側Ａに向かって軸方向外向きに巻き込まれて反転することを防止する。したがって、図４に示されるように、シール１０を通したシャフト１２の設置が完了すると、シールリップ２４はシャフト１２の滑り面３５とともに適切な封止構成を実現する。

図５は、本発明の別の局面に従い構成されたシール１１０を示し、図６−図１１は、シャフト１１２上でシール１１０のオイル側設置が進行する様子を示す。先に用いた参照番号と同じ参照番号に１００を加えたものを使用して上記特徴と同様の特徴を識別する。先に述べたように、シール１１０は、ここでは限定ではなく一例として断面が矩形で金属の強化リング構造体１１８を有するものとして示される台部分と、エラストマーシール材料カバー１２０とを有する。示されているカバー１２０はリング構造体１１８を包むように成形されている。同じく先に述べたように、示されている材料カバー１２０は、ハウジング１１６の穴１１４にフィットさせて流体密封状態で設置するための、径方向外側に面したリブを備えた外側の輪郭面を有する。

エラストマーシール材料１２０は、コア１１８の径方向内側に向かって中央の垂直方向に延びる本体部１２３まで延びるシール本体１２２を与える。上記シール１０と同様に、シール１１０は、シールリップ１２４とブリッジ１４２とを有し、第１のヒンジ１４４はシールリップ１２４をブリッジ１４２に接続し、第２のヒンジ１４６はブリッジ１４２をシール本体１２２の中央部分１２３に接続する。相対的なシールリップの厚みｔ１、ブリッジの厚みｔ２、ならびに第１および第２のヒンジの厚みｔ３およびｔ４（図５）は、それぞれ先に述べたとおりである。さらに、第１および第２のヒンジ１４４および１４６の相対的な直径Ｈ１ＤおよびＨ２Ｄも先に述べたとおりである。したがって、ここまでは、台部分１１８の構成以外、シール１１０はシール１０と同一である。

シール１１０と上記シール１０の顕著な違いは、シール１１０上の突起１５０の位置であることがわかる。シール１１０の場合、突起１５０は上記突起５０よりも径方向外側にある位置から延びているが、突起５０および１５０の形状は同様である。したがって、突起１５０は全体的に、第１のヒンジ１４４から、シール１１０のオイル側Ｏに向かって、シールリップ１２４およびブリッジ１４２から軸方向に遠ざかるように延びている。しかしながら、上記実施の形態と少し異なる点は、突起１５０が第１のヒンジ１４４よりも径方向外側の位置から延びている点である。先に述べた突起５０と同様、突起１５０は内面１５２と外面１５４との間に延びる厚みを有し、この厚みは、設置中に突起１５０が巻き込まれるまたは反り返ることなくその形状および形態を実質的に保つのに十分な厚みである。円滑に設置し易くするために、内面１５２は、次第に先細りになり径方向外側に向かって分岐してゆき、さらに、図示のように、自由端１５６に向かって径方向外向きに延びる凸型の輪郭を有する。内面１５２の最小の直径ＰＤは、少なくともシールリップ１２４のシール面１３４の内径よりも僅かに大きいため、突起５０に関して先に述べたように、シャフト１１２上で組立てられたとき、内面１５２は、シャフトの滑り面１３５から径方向外側に間隔を隔てて非接触状態にある。突起の上または外面１５４は、ブリッジ１４２からスムーズに移行し、ブリッジ１４２を反転させようとする力に対抗するのに十分な長さＬ２だけ延びている。この長さＬ２はブリッジ１４２の長さＬ１よりも小さい。したがって、上記突起５０と同様、突起１５０は主として設置中にシールリップ１２４がシャフト１１２上で適切な構成以外の状態になることを防止する役割を果たす。さらに、突起５０と比較して、突起１５０は全体的に第１のヒンジ１４４と第２のヒンジ１４６との間に延びる想像線１４５よりも上に形成される。これにより、突起１５０がシールブリッジ１４２に対して「反転防止」レバーアームという特徴として作用する機能がさらに向上する。加えて、突起１５０は、第１のヒンジ１４４を通り想像線１４５に対して垂直に延びる想像線１４７から、オイル側Ｏに向かって軸方向内向きに延びる。先に述べたように、突起１５０の、その内径、厚みおよび長さを含む寸法の特徴は、ブリッジ１４２が組立中に反転することを防止する機能を与える。

図５Ａは、突起１５０を通して周方向に延びる補強部材４９を有するシール１１０を示す。補強部材４９は、シール材料１２０よりも比較的硬い材料で形成される。補強部材４９は、限定ではなく一例として、たとえばワイヤといった金属、プラスチック、またはシール材料とは異なるより硬いゴム材料で形成することができる。したがって、この補強部材は突起１５０に対して径方向の剛性を付加する。

図６−図１１は、シール１１０を通してシャフト１１２のオイル側設置が進行する様子を示す。シャフト１１２の中心軸１５７は、シール１１０の中心軸１３３と同軸方向に位置合わせされている。この設置では、シール１１０をハウジング１１６内に予め設置し、その後シャフト１１２をシール１１２を通して穴１１４の中に入れる。シャフト１１２が軸方向にスライドして穴１１４の中に入ると、シャフト１１２の先細り形状の端部１５８が最初にシールリップ１２４のオイル側端部１３８と係合する。これは、突起１５０の内面１５２の直径がシャフト１１２よりも大きくかつシャフト１１２から径方向外側にあるので、内面１５２は最初はシャフト１１２と接触しないからである。シールリップ１２４の端部１３８がシャフト１１２の端部１５８と係合すると、シールリップ１２４は径方向外側に傾くため、ポケット１４８は部分的に崩れる。その一方で、同時に突起は径方向内側に傾く。この傾きの動きは、突起１５０の内面１５２がシャフト１１２の外面と係合するまで自由に継続し、突起１５０の剛性によってさらなる傾きは実質的に防止される。したがって、内面１５２は一連の進行図に示されるようにシャフト１１２に沿ってスライドし、最終的にはシール面１３４の全体がシャフト１１２の上に嵌まる。このとき、この突起の内面１５２は移動してシャフト１１２との周方向の接触を失う。

図１２−図１８は、図６−図１１について述べたのと同じ進行に従って、シール１１０を通したシャフト１１２のオイル側設置が進行する様子を示すが、シャフト１１２の中心軸１５７とシール１１０の中心軸１３３はずらされている。シャフト１１２が軸方向にスライドして穴１１４の中に入ると、シャフト１１２の先細り形状の端部１５８が最初に突起１５０の内面１５２と係合し、突起１５０は、滑り面１３５と接触するまでかつシールリップ１２４の端部１３８がシャフト１１２の端部１５８と係合するまで、先細り形状の端部１５８に沿ってスライドする。シールリップ１２４の端部１３８がシャフト１１２の端部１５８と係合すると、シールリップ１２４は径方向外側に傾くため、ポケット１４８は部分的に崩れる。その一方で、同時に突起は径方向内側に傾き滑り面１３５との接触を保つ。内面１５２が一連の進行図に示されるようにシャフト１１２に沿ってスライドしシャフト１１２の上に完全に嵌まると、突起の内面１５２はシャフト１１２との周方向の接触を失う。

図１９および図２０は、本発明の別の局面に従い構成されたシール２１０を示し、図２１−図２３は、シャフト２１２上でシール２１０のオイル側設置が進行する様子を示す。先に用いた参照番号と同じ参照番号に２００を加えたものを使用して上記特徴と同様の特徴を識別する。シール２１０は、全体的に図５に関して上述したものと同じよう構成され、台部カラー２１８を含み、クランクケースハウジング２１６の穴２４２の中にフィットさせて流体密封状態で設置するための、径方向外側に面したリブを備えた輪郭を有する。さらに、シール本体２２２は、コア２１８から径方向内側に向かって中央の垂直方向に延びる本体部分２２３まで延びる。シール２１０はシールリップ２２４とブリッジ２４２とを有し、第１のヒンジ２４４はシールリップ２２４をブリッジ２４２に接続し、第２のヒンジ２４６はブリッジ２４２をシール本体２２２の中央部２２３に接続する。相対的なシールリップの厚みｔ１、ブリッジの厚みｔ２、ならびに第１および第２のヒンジの厚みｔ３およびｔ４は、先に述べたとおりである。さらに、第１および第２のヒンジ２４４、２４６の相対的な直径Ｈ１ＤおよびＨ２Ｄも先に述べたとおりである。したがって、ここまでは、台部分２１８の構成以外、シール２１０はシール１１０と同一である。加えて、突起２５０は全体的に第１のヒンジ２４４およびブリッジ２４２からオイル側Ｏに向かって延びる。突起２５０の厚みは内面２５２と外面２５４との間に延び、この突起の形状は上記突起５０、１５０に関して述べたものとほぼ同じである。内面２５２の最小の直径ＰＤは、シールリップ２２４のシール面２３４の最大の内径よりも大きいため、突起５０に関して先に述べたように、シャフト２１２上で組立てられたとき、内面２５２は、シャフトの滑り面２３５から径方向外側に間隔を隔てて非接触状態にある。突起の外面２５４はブリッジ２４２からスムーズに移行し、ブリッジ２４２を反転させようとする力に対抗するのに十分な長さＬ２だけ延びている。この長さＬ２はシール１１０に関して先に述べたようにブリッジ２４２の長さＬ１よりも小さい。

シール２１０と上記シール１１０の顕著な違いは、シール本体２２２と一体的に成形された複数の補強リブ６０が追加されている点であることがわかる。リブ６０は、組立を容易するとともに、組立中および組立時にシールリップ２２４のシール面２３４とシャフト２１２の滑り面２３５との適切な封止関係を維持する。リブ６０は、ブリッジ２４２に沿って軸方向に延び、ここでは突起２５０の上または外面２５４に沿ってかつブリッジ２４２の全長に沿って延びシール本体２２２の中央の本体部分２２３で終端をなすものとして示される。ブリッジ２４２および主シールリップ２２４が組立中に裏向きに折れることを防止するのに十分な、任意の適切な数のリブ６０を設ければよい。図１９では限定ではなく一例として６０個のリブを示している。各リブ６０は隣のリブ６０から径方向に間隔をおいて設けられ、リブ６０はシール本体２２２の周囲に互いに等間隔で設けられる。リブ６０の高さは、組立てられているときにリブ６０の最上端の面６２がシール本体２２２から離れた状態を保つような高さである。したがって、リブ６０は第２のヒンジ２４６が使用時に曲がる機能を妨げない。

シール２１０を通したシャフト２１２のオイル側設置の進行は、同軸で位置合わせした状態での設置については図６−図１０に関して述べたものとほぼ同じであり、軸をずらした状態での設置については図１２−図１８に関して述べたものとほぼ同じである。しかしながら、シールアセンブリ１１０が軸方向にシャフト２１２の上に移動し、突起２５０の内面２５２がシャフト２１２と係合すると、リブ６０は、わずかな張力を受け、シールリップ２２４およびブリッジ２４２が反転して開くことを防止するという機能を果たす。さらに、リブ６０は突起２５０に剛性を付加するため、シール２１０のオイル側Ｏが真空になったときなどに、シールリップ２２４がシャフト２１２と封止係合状態を保つ機能がさらに向上する。したがって、組立プロセス中も組立プロセスの終了時も、シールリップ２２４は確実にシャフト２１２上で適切な封止の向きを保つ。

図２４は、本発明の別の局面に従い構成されたシール３１０の一部を示し、先に用いた参照番号と同じ参照番号に３００を加えたものを使用して上記特徴と同様の特徴を識別する。

シール３１０はシール２１０と同様であり、すべての特徴は、複数の隙間６４が突起３５０の中に軸方向に延びていること以外同じである。これにより、径方向に間隔が置かれた複数の突起３５０は隙間６４によって互いに径方向に隔てられている。隙間６４および突起３５０の間隔および大きさは均一化されているため、シール３５０の外観は円周対称である。隙間６４は、シールリップ２２４のオイル側端部２３８から、軸方向に隣接する突起３５０の自由端２５６まで貫通する。図２４に示される実施の形態では、隙間６４はシール本体３２２の全周（隙間６４＋突起３５０）の約２０％を占める。隙間６４は、組立中、突起３５０が各々他の突起に対して撓むことができるようにすることによって、個々に隔てられた突起３５０の径方向の可撓性を高める。その間、突起３５０は、ブリッジ３４２の反転およびシールリップ３２４が開くことを防止する機能を保つ。示されている実施の形態では、一例として、各突起３５０は、その上で中央に延びる、リブ３６０のうち１つを有し、その軸方向の剛性を高めている。しかしながら、応用例によっては使用するリブを少なくすることによりリブのない突起３５０を少なくともいくつか残すことができることがわかるはずである。

図２５は、本発明の別の局面に従い構成されたシール４１０の一部を示し、先に用いた参照番号と同じ参照番号に４００を加えたものを使用して上記特徴と同様の特徴を識別する。シール４１０はシール３１０と同様であるが、複数の隙間４６４はシール本体４２２の全周（隙間４６４＋突起４５０）の約５０％を占める。その他の構成は同じである。

図２６は、本発明の別の局面に従い構成されたシール５１０の一部を示し、先に用いた参照番号と同じ参照番号に５００を用いたものを使用して上記特徴と同様の特徴を識別する。シール５１０はシール４１０と同様であるが、複数の隙間５６４はシール本体５２２の全周（隙間５６４＋突起５５０）の約６６％を占める。その他の構成は同じである。

図２７は、図５に従い構成されシャフト上に組立てられた、ある範囲のｒｐｍで特定の期間テストされた３つの異なるシールのグラフである。測定され記録されたトルクは垂直軸に示され、ｒｐｍおよび期間は水平軸に沿って示される。新しいシールの最初のトルクは約０．２７Ｎ＊ｎで始まり、１つは最初より高く約０．３７Ｎ＊ｎであり、時間の経過とｒｐｍの増加に伴いトルクは低下し始め、約０．０７から０．１５Ｎ＊ｎの間まで低下していることがわかる。したがって、シールは低い初期トルクを「新しい」ものとして示し、ならし運転時されるとトルクはさらに低くなる。与えられたシールは、オイル側端部での公称滑り面直径が９６．７２ｍｍ（＋／−０．３８ｍｍ）であり、空気側端部での公称滑り面直径が９６．０１ｍｍ（＋／−０．３８ｍｍ）であった。与えられたシャフトの公称滑り面直径は９８．００ｍｍ（＋／−０．０５ｍｍ）であった。したがって、シャフトとシールリップとの間の最大の干渉は、シールリップの空気側端部の直径において約２．４２ｍｍであり、シールリップのオイル側端部の直径において約１．７１ｍｍである。一方、シャフトとシールリップとの間の最小の干渉は、シールリップの空気側端部の直径において約１．５６ｍｍであり、シールリップのオイル側端部の直径において約０．８５ｍｍである。

上記教示に照らし本発明には数多くの変形および変更が可能であることは明らかである。したがって、以下の請求項および最終的に許可される請求項の範囲内で、具体的に記載されたものとは異なるやり方で本発明を実施し得ることが理解されるはずである。

Claims

ラジアルシャフトシールであって、前記ラジアルシャフトシールは、ハウジング内でシャフトの周りに収容されて前記シャフトシールの空気側を前記シャフトシールのオイル側から封止分離するように構成され、
環状の台部分と、
オイル側端部と空気側自由端との間に延びる環状シール面を有するシールリップとを備え、前記シール面は前記シャフトに対して軸方向に延びるように構成され、
第１のヒンジによって前記シールリップの前記オイル側端部に接続され第２のヒンジによって前記台部分に接続された環状ブリッジを備え、前記ブリッジは前記第１のヒンジから前記第２のヒンジまで前記シールリップと径方向に重なる関係で延在し、
前記第１のヒンジから前記シールの前記オイル側に向かって前記ブリッジから遠ざかるように延びる少なくとも１つの突起を備える、ラジアルシャフトシール。
前記突起は最小の内径を有し、前記シール面は最大の内径を有し、前記最小の内径は前記最大の内径よりも大きい、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
前記シールリップは、最大の直径を有する径方向外側に面した表面を有し、前記突起の前記最小の内径は、前記シールリップの前記外側に面した最大の内径よりも大きい、請求項２に記載のラジアルシャフトシール。
前記突起は前記第１のヒンジから延びる長さを有し、前記ブリッジの長さは前記突起の前記長さよりも大きい、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
前記第１のヒンジは厚みを有し、前記シールリップは前記第１のヒンジの前記厚みよりも大きい厚みを有する、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
前記ブリッジは前記第１のヒンジの前記厚みよりも大きい厚みを有する、請求項５に記載のラジアルシャフトシール。
前記シールリップの前記厚みは前記ブリッジの前記厚みよりも大きい、請求項６に記載のラジアルシャフトシール。
前記ブリッジの前記厚みは前記第２のヒンジの前記厚みよりも大きい、請求項６に記載のラジアルシャフトシール。
前記ブリッジは前記第２のヒンジの前記厚みよりも大きい厚みを有する、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
前記ブリッジは前記第１のヒンジの前記厚みよりも大きい厚みを有する、請求項９に記載のラジアルシャフトシール。
前記シールリップは前記第２のヒンジの前記厚みよりも大きい厚みを有する、請求項９に記載のラジアルシャフトシール。
前記シールリップは前記ブリッジの前記厚みよりも大きい厚みを有する、請求項９に記載のラジアルシャフトシール。
前記第１のヒンジは前記シールリップと前記突起との間に延びる、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
前記突起および前記ブリッジに沿って軸方向に延びる周方向に間隔が置かれた複数のリブをさらに備える、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
前記リブは前記台部分から径方向に間隔を置いて設けられる、請求項１４に記載のラジアルシャフトシール。
前記リブは前記シールの周りに等間隔で設けられる、請求項１４に記載のラジアルシャフトシール。
前記突起は周方向に連続する、請求項１４に記載のラジアルシャフトシール。
隙間によって互いに隔てられた複数の前記突起をさらに備える、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
直立するリブが、前記ブリッジに沿ってかつ前記突起のうちの少なくともいくつかに沿って軸方向に延びる、請求項１８に記載のラジアルシャフト。
前記リブは前記突起各々に沿って延びる、請求項１９に記載のラジアルシャフトシール。
前記隙間は、前記突起と前記隙間とを組合せたものの全周の少なくとも２０％を占める、請求項１８に記載のラジアルシャフトシール。
前記隙間は、前記突起と前記隙間とを組合せたものの全周の少なくとも５０％を占める、請求項２１に記載のラジアルシャフトシール。
前記隙間は、前記突起と前記隙間とを組合せたものの全周の少なくとも６６％を占める、請求項２２に記載のラジアルシャフトシール。
前記第１のヒンジは第１の直径を有して延び前記第２のヒンジは前記第１の直径よりも大きな第２の直径を有する、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
ラジアルシャフトシールアセンブリであって、
中心軸に沿って延び予め定められた直径を有する滑り面が与えられたシャフトと、
ラジアルシャフトシールとを備え、前記ラジアルシャフトシールは、ハウジング内で前記シャフトの周りに収容されて前記ラジアルシャフトシールの空気側を前記ラジアルシャフトシールのオイル側から封止分離するように構成され、
環状の台部分と、
環状のシール面と、オイル側端部と空気側自由端との間に延びる反対側の裏面とを有するシールリップとを備え、前記シール面は前記滑り面と動的封止接触して軸方向に延びるように構成され、
第１のヒンジによって前記シールリップの前記オイル側端部に取付けられ第２のヒンジによって前記台部分に取付けられた環状ブリッジを備え、前記ブリッジは前記第１のヒンジから前記第２のヒンジまで前記シールリップと径方向に重なる関係で延在し、
前記第１のヒンジから前記シールの前記オイル側に向かって軸方向に延びる少なくとも１つの突起を備える、ラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記突起は、前記滑り面の前記直径よりも大きな最小の直径を有する径方向内側に面した内面を有する、請求項２５に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記シールリップの前記裏面は外径を有し、前記突起の前記最小の直径は前記外径よりも大きい、請求項２６に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記突起の前記径方向内側に面した内面は、前記第１のヒンジから前記滑り面から遠ざかるように径方向外向きに分岐してゆく、請求項２６に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記突起は前記第１のヒンジから自由端まで延びる長さを有し、前記ブリッジは、前記第１のヒンジと前記第２のヒンジとの間に延びる、前記突起の前記長さよりも大きい長さを有する、請求項２５に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記第１のヒンジは前記シールリップと前記突起との間で径方向に延びる、請求項２５に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記第１のヒンジは厚みを有し、前記シールリップは厚みを有し、前記ブリッジは厚みを有し、前記ブリッジおよび前記シールリップそれぞれの厚みは前記第１のヒンジの前記厚みよりも大きい、請求項２５に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記突起および前記ブリッジに沿って軸方向に延びる複数のリブをさらに備える、請求項２５に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記リブは前記ブリッジの周りにおいて周方向に等間隔で設けられる、請求項３２に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記少なくとも１つの突起は、隙間によって互いに隔てられた複数の前記突起を含む、請求項３３に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記隙間は前記第１のヒンジから軸方向に前記ブリッジから遠ざかるように延びる、請求項３４に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記リブのうち少なくとも１つは各前記突起に沿い軸方向に延びる、請求項３４に記載のラジアルシャフトアセンブリ。
前記隙間は、前記突起と前記隙間とを組合せたものの全周の少なくとも２０％を占める、請求項３４に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記隙間は、前記突起と前記隙間とを組合せたものの全周の少なくとも５０％を占める、請求項３７に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記隙間は、前記突起と前記隙間とを組合せたものの全周の少なくとも６６％を占める、請求項３８に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記第１のヒンジは第１の直径を有し、前記第２のヒンジは前記第１の直径よりも大きい第２の直径を有する、請求項２５に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記シールリップは、使用時において約０．０７から０．３７Ｎ＊ｎの間のトルクを保つ、請求項２５に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
前記トルクは、直径上における約０．８５ｍｍの前記シャフトと前記シールリップとの間の干渉とともに得られる、請求項４１に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
ラジアルシャフトシールをシャフト上に設置する方法であって、
滑り面を有するシャフトを与えるステップと、
自由状態においてオイル側端部から空気側自由端まで収束してゆく環状のシール面を有するシールリップと、第１のヒンジによってオイル側端部に取付けられ自由状態において第２のヒンジまで分岐してゆく環状ブリッジとを、前記ラジアルシャフトシールに与えるステップとを含み、前記第２のヒンジは、前記ブリッジが前記シールリップと径方向に重なる関係で延在するように、外側の台部分に取付けられ、前記シールはさらに、前記第１のヒンジから前記シールのオイル側に向かって軸方向に延びる少なくとも１つの突起を含み、
前記シャフトおよび前記ラジアルシャフトシールを軸方向に、互いに向かって移動させるステップと、
前記シールリップのオイル側端部を前記シャフトの端部と接触させるステップと、
前記突起を前記シャフトの滑り面と接触させるステップと、
前記シール面を前記滑り面と封止状態で係合させ、同時に前記突起が移動して前記滑り面から離れるようにするステップとを含む、方法。
前記シャフトに先細り形状の端部を与え、前記突起を前記先細り形状の端部と接触させるステップをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
前記突起を前記先細り形状の端部の上でスライドさせて前記滑り面と接触させるステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
前記突起に予め定められた長さおよび厚みを与えることにより前記突起が設置中前記ラジアルシャフトシールのオイル側に面する状態を保つようにするステップをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
前記シール面を、少なくとも部分的に前記第１のヒンジを介して旋回させて、前記シャフトの端部に接触しながら前記収束してゆく状態から分岐してゆく状態にするステップをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
前記ラジアルシャフトシールに前記ブリッジに沿って軸方向に延びる複数のリブを設け、前記リブのうちの少なくともいくつかに設置中張力が加わるようにするステップをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
前記ラジアルシャフトシールに周方向に間隔が置かれた複数の突起を設けるステップをさらに含む、請求項４８に記載の方法。
前記リブのうちの少なくとも１つが各前記突起に沿って軸方向に延びるようにするステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
前記ブリッジの少なくとも一部が径方向外向きに湾曲し前記第２のヒンジを中心として旋回するようにするステップをさらに含む、請求項４３に記載の方法。