JP2013522563A

JP2013522563A - 潤滑剤の保持機構とデブリの排除機構とを有するラジアルシャフトのシールアセンブリおよびその構築方法

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Publication number: JP2013522563A
Application number: JP2013500098A
Authority: JP
Inventors: ハッチ，フレデリック・アール; トス，デイビッド・エム
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: EP2547933B1; JP5727586B2; BR112012023418A2; KR101737891B1; CN102893066A; KR20130016257A; EP2547933A1; US20110227293A1; US8235391B2; CN102893066B; WO2011115824A1

Abstract

ラジアルシャフトのシールアセンブリは外ケースを備える。外ケースは、軸方向に延在する円筒状の外リムと、軸方向に延在する円筒状の内リムとを有する。内リムは、環状ポケットによって外リムから半径方向の内側に間隔を空けて配置される。半径方向に延在する第１のレッグは、外リムを内リムに接続する。第２のレッグは、内リムから自由端に半径方向の内側に向かって延在する。アセンブリは、軸方向に延在する円筒状の壁を有する摩耗スリーブを備える。壁の外面は滑り面を与え、滑り面から半径方向の外側に向かってフランジが延在する。シールリップは自由端から半径方向の内側に延在し、滑り面に接してシールする。多孔質の第１のフィルタはポケットに設置される。多孔質の第２のフィルタは、外ケースの外リムと第２のレッグとに実質的に接して延在する。

Description

発明の背景
１．技術分野
この発明は主にシャフトシールに関し、より特定的には、潤滑剤の保持機構とデブリの排除機構とを有するシャフトシールに関する。

２．関連技術
シールアセンブリは、ハウジングとシャフトとの間の動的な流体のシールを与えることでよく知られている。シールアセンブリは、たとえば、自動車、機械、重機、建造物、農業および工業上の応用に用いられ得る。このようなシールアセンブリは一般に、ハウジングの開口部にシールアセンブリを支持するための剛体のキャリアと、シールアセンブリのシールリップのための滑り面を与える摩耗スリーブとを有する。シールアセンブリは、油のような潤滑剤をシールアセンブリの「油側」に封じ込めるとともに、汚染物質あるいはデブリを大気またはシールアセンブリの「大気側」に保つ機能を有する。

多くの従来のシールでは、潤滑剤を保持する主リップがデブリを排除する複数の機構と組み合せて用いられることが知られている。デブリを排除する複数の機構には、シャフトと係合するリップ、エラストマ排除部、ラビリンス通路、および多孔質のフィルタなどの形式が用いられ得る。しかしながら、これら従来のシールは、デブリの侵入を抑制するため、および潤滑剤の流出を防ぐための改良が可能である。デブリが侵入すると、最終的には主シールリップの性能が低下する可能性がある。潤滑剤が流出すると、最終的には潤滑剤が漏れ、その結果としてたとえば私道およびガレージに油が見苦しく溜った状態になる可能性がある。

発明の概要
本発明は、デブリの排除機構と潤滑剤の保持機構との特定の組合せおよび構成を有するシールアセンブリを提供する。これらの機構は相互に協調して、潤滑剤を保持するための主シールリップを「大気側」の汚染物質から保護する一方で、シールアセンブリの「油側」から潤滑剤が流出することを長期間抑制する。

この発明のある局面に従うと、ラジアルシャフトのシールアセンブリが提供される。シャフトのシールアセンブリは外ケースを含む。外ケースは、環状のポケットによって半径方向に互いに隔離された、軸方向に延在する円筒状の外リムと、軸方向に延在する円筒状の内リムとを有する。半径方向に延在する第１のレッグは、外リムを内リムに接続する。第２のレッグは、内リムから自由端に半径方向に内側へ向かって延在する。このアセンブリは、摩耗スリーブをさらに含む。摩耗スリーブは、軸方向に延在する円筒状の壁を含む。壁は、シャフトに固定するために構成された内面と、滑り面を与える外面とを有する。フランジは滑り面から半径方向に外側へ延在する。さらに、シールリップは、外ケースの第２のレッグの自由端から、摩耗スリーブの滑り面と接してシールされる箇所に、半径方向に内側へ延在する。第１の多孔質フィルタは、環状のポケットに設置される。第２の多孔質フィルタは、外ケースでの外リムおよび第２のレッグに実質的に接する箇所と、摩耗スリーブでの円筒状の壁に実質的に接する箇所とに向かって延在する。

この発明の他の局面に従うと、ラジアルシャフトのシールアセンブリを構築する方法が提供される。この方法は、外ケースを形成するステップを含む。外ケースは、軸方向に延在する円筒状の外リムと、軸方向に延在する円筒状の内リムとを有する。内リムは、環状のポケットによって外リムから半径方向に内側へ間隔を空けて配置される。外ケースには、外リムを内リムに接続する、半径方向に延在する第１のレッグと、内リムから自由端へと半径方向に内側へ延在する第２のレッグとが設けられる。この方法は、摩耗スリーブを形成するステップをさらに含む。摩耗スリーブは、軸方向に延在する円筒状の壁を有する。壁は、シャフトに固定するために構成された内面と、滑り面を与える外面とを有する。滑り面には、滑り面から半径方向に外側へ延在するフランジが設けられる。また、この方法は、主シールリップをシールリップでケースに固定するステップと、多孔質の第１のフィルタを環状のポケットの中に非固定的に配置するステップとをさらに含む。シールリップは、第２のレッグの自由端から半径方向に内側へ延在する。この方法は、その後に、多孔質の第２のフィルタを外リムに固定するステップを含む。第２のフィルタは、第１のフィルタと軸方向に向き合うとともに、摩耗スリーブの円筒状の壁に実質的に接する。

図面の簡単な説明
現在の好ましい実施の形態およびベストモードの以下の詳細な説明、添付された特許請求の範囲、および添付された図面に関連して検討された場合に、この発明のこれらの局面およびその他の局面における特徴および利点は容易に理解されるであろう。

シャフトに配置されて示される、この発明のある局面に従って構成されたラジアルシャフトのシールアセンブリの軸方向の断面図である。シャフトから取り外すとともに、内側の摩耗スリーブをアセンブリの残りの部分から軸方向に分解したシールアセンブリを示す、図１と類似する図である。シャフトに配置して示される、この発明の他の局面に従って構成されたラジアルシャフトのシールアセンブリを示す、図１と類似する図である。シャフトに配置して示される、この発明の他の局面に従って構成されたラジアルシャフトのシールアセンブリの軸方向の断面図である。シャフトから取り外すとともに、内側の摩耗スリーブをアセンブリの残りの部分から軸方向に分解したシールアセンブリを示す、図２と類似する図である。

現在の好ましい実施の形態の詳細な説明
図面をより詳細に参照して、図１および図１Ａは、この発明のある局面に従って構成されたラジアルシャフトのシールアセンブリ１０を示す。シールアセンブリ１０は、動的な流体のシールを必要とする数多くの応用分野に適する。この応用には、たとえばクランク軸のシールのような産業上および自動車の応用用途を含む。シールアセンブリ１０は、環状で剛体の金属の外ケース１２と、環状の摩耗スリーブ１４とを含む。外ケース１２は、ハウジング１３に固定されるように構成される。摩耗スリーブ１４は、シャフト１５に固定されるように構成される。外ケース１２は、外ケース１２から半径方向に内側へ延在する主シールリップ１６を有する。主シールリップ１６は、摩耗スリーブ１４と係合してシールすることにより、シールアセンブリ１０の油側Ｏからシールアセンブリ１０の大気側Ａに向かって外側に潤滑剤、すなわちオイルが漏れることを抑制する。シールアセンブリ１０は、多孔質で環状の第１のフィルタ１８と、多孔質で環状の第２のフィルタ２２とをさらに含む。第１のフィルタ１８は、外ケース１２の環状でトロイダル形状をしたポケット２０に設けられる。第２のフィルタ２２は、外ケース１２と摩耗スリーブ１４との間に設けられる。第１および第２のフィルタ１８，２２は、互いに協調して、潤滑材を保持するための主シールリップ１６を大気側Ａの汚染物質から保護するとともに、シールアセンブリ１０の油側Ｏからの潤滑材の流出を抑制する。その結果、第１および第２のフィルタ１８，２２は、シールアセンブリ１０の耐用年数を延ばす。さらに、油側Ｏから大気側Ａにオイルが漏れて地表を見苦しく汚すことを抑制する。

外ケース１２は、外リム２４とも言われる、軸方向に延在した最も外側の円筒状の外壁を有する。外ケース１２は、一般に、中心軸２５と、軸方向に延在する円筒状の内リム２６とに平行に延在する。内リム２６は、環状のポケット２０によって、平行あるいは実質的に平行に外リム２４から半径方向に内側へ間隔を空けて配置される。したがって、内リム２６は、半径方向の並びについて、外リム２４の少なくとも一部分の下側に配置されるように構成される。外リム２４は、半径方向に延在する第１のレッグ２８によって内リム２６に接続される。内リム２６は、ポケット２０を形成するために、外リム２４と反対向きに折り曲げられて設けられる。ポケット２０は、大気側Ａでは開状態であり、油側Ｏでは閉状態である。そのため、外リム２４の一部と、第１のレッグ２８と、内リム２６とは、環状の、通常はＵ字型の突起部２９を形成する。突起部２９はアセンブリ１０の油側Ｏへと延在する。内リム２６は第２のレッグ３０に軸方向に延在する。第２のレッグ３０は、内リム２６から自由端３２に向かって、第１のレッグ２８と平行あるいは実質的に平行に半径方向に内側へ延在する。さらに、外ケース１２は、外リム２４から半径方向に内側へ延在する環状のリップ３４を有する。リップ３４は、第２のフィルタ２２の最も外側の部分に対して半径方向に内側へ延在する。

潤滑材を保持するための主シール部材３６は、主シールリップ１６を与え、外ケース１２に取り付けられる。ここでは、シール部材３６は、第２のレッグ３０の油側に取り付けられて示される。この実施の形態におけるシール部材３６は環状のディスクまたはウエハとして提供される。ディスクまたはウエハは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）由来の材料を用いて製造される。この材料には一般的なフィラーなどが含まれる。しかしながら、本発明においては、たとえばエラストマのような他のシール材料も考えられる。シール部材３６は、第２のレッグ３０の全長に沿って延在し、そこにオーバーモールド成型されたゴム材料３８によって固定されるように示される。ゴム材料３８は、突起部２９の全体についてオーバーモールド成型するように示される。ゴム材料３８の半径方向についての最も外側の部分である表面４０は、シールアセンブリの外径の少なくとも一部を形成し、ハウジング１３の開口部の中にその外径が固定およびシールされた状態で圧入されることを容易にする。シール部材３６は、図１Ａに示されるように、摩耗スリーブ１４に取り付けられていない、すなわち摩耗スリーブ１４から分離された自由な状態のときには、第２のレッグ３０の自由端３２から実質的に半径方向に内側へ延在する。そこで、摩耗スリーブ１４の組立において、シールリップ３４は、摩耗スリーブ１４に接してシールする。摩耗スリーブ１４と接するシールリップ１６の少なくとも一部は、好ましくは、１個あるいは複数のらせん状の溝あるいはスリットが入った流体力学的な機構４２を有するものとして示される。これらの溝あるいはスリットは、回転する摩耗スリーブ１４と連携して、流体力学的なポンプ作用を生成する。これにより、シールの保護された油側Ｏからリップ１６の下を通って流れ出ようとする、たとえば油のような潤滑材を油側に戻す。図示するように、シールリップ１６は曲げられて、軸方向について油側Ｏに向かって摩耗スリーブ１４の滑り面４４の上になるように置かれる。これに代えて、公知の技術によってシール部材３６をケース１２の第２のレッグ３０に付着あるいは接着させることもできる。

摩耗スリーブ１４は、軸方向に延在する円筒状の壁４６を有する。壁４６は、シャフト１５に固定するために構成された内面４８と、シールリップ１６と接することによりシールされるための滑り面４４を与える外面５０とを有する。環状のフランジ５２は、スリーブの大気側の端５４から、滑り面４４から半径方向に外側へ延在する。一方で、滑り面４４は、円筒状の油側の自由端５６に軸方向に延在する。そのため、摩耗スリーブ１４は通常、軸方向の断面がＬ字型である。

多孔質の第１のフィルタ１８は、外ケース１２の環状のポケット２０に取り付ける、あるいは入れることにより、固定されずに配置される。フィルタ１８がポケット２０に取り付けられると、ポケットの体積がフィルタ１８によって満たされるあるいは実質的に満たされる。そのため、第１のフィルタ１８は、自由な状態では通常ポケット２０と同程度の寸法を有する。しかし、ポケット２０に取り付けられると、第１のフィルタ１８は、第１のレッグ２８の接する箇所と、第２のレッグ３０の油側の同一平面あるいは実質的に同一平面との間で軸方向に延在する。第１のフィルタ１８は、たとえばポリウレタン／ポリエステルの発泡体などの合成材料で製造されたようなオープンセルスポンジを有することが好ましい。しかし、これは一例であってこれに限定されるものではない。第１のフィルタ１８の孔は、空気については第１のフィルタを自由に通過させる一方で、空気に含まれるデブリを捕捉して除去することを支援する。

多孔質の第２のフィルタ２２は、摩耗スリーブ１４の外ケース１２への組立において、外リム２４に接する、あるいは実質的に接する箇所と、摩耗スリーブ１４の外壁４６にわずかな隙間を空けて近接する箇所との間で半径方向に延在する。その結果、第２のフィルタ２２と摩耗スリーブ１４との間には、小さな環状のギャップ５５が延在している。ギャップ５５は、第２のフィルタ２２と摩耗スリーブ１４との間の隙間がごくわずかになるように最小限にすることが好ましい。これにより、第２のフィルタ２２が汚染物質の侵入の障壁として機能すると同時に、第２のフィルタ２２と摩耗スリーブ１４との間の摩擦力が最小限になる。さらに、第２のフィルタ２２は、外ケース１２の第２のレッグ３０に接する箇所と、摩耗スリーブ１４のフランジ５２に近接する箇所との間で軸方向に延在する。ここでは、一例として、第２のフィルタ２２はフランジ５２に接するものとして示される。第２のフィルタ２２の軸方向の圧縮量は、使用中に相対的に回転するフランジ５２と第２のフィルタ２２との間に生じる動摩擦の量が最小となるように制御される。当然ながら、図１Ｂの別の実施の形態で示されるように、第２のフィルタ２２と摩耗スリーブ１４の円筒状の表面との間のギャップ５５と同様に、第２のフィルタ２２と摩耗スリーブ１４のフランジ５２との間の摩擦力を最小にするために平面のギャップ５５′を設けることもできる。

第２のフィルタ２２は、第１のフィルタ１８と分離した材料として構成されるにしても、第１のフィルタ１８と類似した材料で構成されることが好ましい。ここで類似の材料とは、たとえばポリウレタン／ポリエステルの発泡体などの合成材料で製造されたようなオープンセルスポンジである。しかし、これは一例であってこれに限定されるものではない。第２のフィルタ２２の孔は、自由に空気を通過させる一方で、空気に含まれるデブリを捕捉して除去することを支援する。大気側Ａからのデブリの侵入の障壁および油側Ｏからの潤滑材の流出の障壁の構築を促進するために、第２のフィルタ２２は、第１のフィルタ１８とともに、外ケース１２と摩耗スリーブ１４とによって内部に定められる領域のすべてを占有する、あるいは実質的に占有する。ただし、第２のフィルタ２２と摩耗スリーブ１４との間にはわずかなクリアランス５５が生じる。第２のフィルタ２２と摩耗スリーブ１４のフランジ５２との間にはわずかなクリアランス５５′が生じることがある。図１に図示された実施の形態によれば、第２のフィルタ２２の幅は、第２のレッグ３０とフランジ５２との間の組立幅よりもわずかに大きい。したがって、第２のフィルタ２２は、第２のレッグ３０とフランジ５２との間で軸方向にわずかに圧縮される。なお、組立に先立って、第２のフィルタ２２と摩耗スリーブ１４との間の相対的な回転運動を実現させるために、第２のフィルタ２２は外ケース１２に固定される。第２のフィルタ２２は、外ケース１２に任意の適切な手段によって固定される。たとえば、第２のフィルタ２２は、接着結合部５７において第２のレッグ３０の油側に直接接着される。これにより、第２のフィルタ２２は、デブリの侵入および潤滑材の流出に対する障壁を与える。

図２および図２Ａに、この発明の他の局面に従って構成されたラジアルシャフトのシールアセンブリ１１０を示す。同様の構成を特定するためには、以上において使用された参照符号に１００を加えた参照符号が使用される。シールアセンブリ１１０は、上述のシールアセンブリ１０と実質的に同様である。シールアセンブリは、ハウジング１１３に固定されるように構成された外ケース１１２と、シャフト１１５に固定されるように構成された摩耗スリーブ１１４とを含む。ケース１１２と摩耗スリーブ１１４とは上述の説明と同様に成型されるため詳細な説明を繰り返さない。さらに、シールアセンブリ１１０は第１のフィルタ１１８と第２のフィルタ１２２とを含む。これらのフィルタは、上述の第１および第２のフィルタ１８，２２と同様に構成され組み立てられる。しかしながらアセンブリは、それらに加えて、主シールリップ１１６と、補助シールリップ５８とも呼ばれる第２のシールリップとを含む。主シールリップ１１６および補助シールリップ５８によって、上述のアセンブリ１０と比べて最も顕著な相違点が生じる。

シールアセンブリは、上述と同様にオーバーモールド成型されたゴム材料１３８を含む。しかしながら、オーバーモールド成型されたゴム材料１３８は、第２のレッグ１３０の油側に直接接着されて、そこから半径方向に内側へ延在する。これにより、くびれ、あるいは厚みを減少させた屈曲したヒンジ領域６０と、平面状あるいは実質的に平面状であるシールリップ取付領域６２とが形成される。これらの領域は、図２Ａに示されるように、主シールリップ１１６を取り付けるために構成される。主シールリップ１１６は、上述のとおり、ＰＴＦＥウエハあるいはその他の適切なシール用エラストマのシール材料として提供されてもよい。さらに、必要に応じて、ゴム材料１３８自身が主シールリップ１１６を与えるように構成されてもよい。それに加えて、ゴム材料１３８は、主シールリップ１１６と補助シールリップ５８とが類似しない材料で構成されるように、主シールリップ１１６の大気側に補助シールリップ５８を形成する。その結果、組立において、補助シールリップ５８は、軸方向について主シールリップ１１６と第２のフィルタ１２２との間に位置する。さらに、環状のボイド６４が、第２のフィルタ１２２と主シールリップ１１６との間に形成される。ボイド６４には、汚染物質の侵入および潤滑材の流出の防止をさらに支援するために、環状のボイド６４を実質的に満たすグリースパック６６を組み込むことができる。

シールアセンブリ１１０のそれ以外の構成は、上述のアセンブリ１０に関する構成と概ね同等である。

上記の教示を踏まえると、本発明の多くの変形例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、添付された特許請求の範囲の範囲内で、本発明は具体的に記載された以外にも実施されてもよいことが理解されるべきである。

Claims

ラジアルシャフトのシールアセンブリであって、
軸方向に延在する円筒状の外リムと、環状ポケットによって前記外リムから半径方向の内側に間隔を空けて配置され、前記軸方向に延在する円筒状の内リムとを有する外ケースを備え、
前記外ケースは、前記外リムを前記内リムに接続する、前記半径方向に延在する第１のレッグと、前記内リムから自由端に前記半径方向の内側に延在する第２のレッグとを有し、
前記軸方向に延在する円筒状の壁を有し、前記壁には、シャフトに固定するために構成された内面と滑り面を与える外面とが設けられ、前記外面において、前記滑り面から前記半径方向の外側にフランジが延在する摩耗スリーブと、
前記第２のレッグの前記自由端から前記半径方向の内側に延在し、前記摩耗スリーブの前記滑り面に接してシールする主シールリップと、
前記環状ポケットに設置される、多孔質の第１のフィルタと、
前記外ケースの前記外リムと前記第２のレッグとに実質的に接して延在する、多孔質の第２のフィルタとをさらに備える、ラジアルシャフトのシールアセンブリ。
前記第２のフィルタは、前記外ケースに固定される、請求項１に記載のラジアルシャフトのシールアセンブリ。
前記第２のフィルタは、前記第２のレッグに固定される、請求項２に記載のラジアルシャフトのシールアセンブリ。
前記第１のフィルタは、前記ケースから完全に分離される、請求項２に記載のラジアルシャフトのシールアセンブリ。
前記第１のフィルタは、前記第２のフィルタに隣接する、請求項４に記載のラジアルシャフトのシールアセンブリ。
前記第２のフィルタと前記主シールリップとの間には、環状ボイドが設けられ、
前記環状ボイドを実質的に満たすグリースパックをさらに備える、請求項１に記載のラジアルシャフトのシールアセンブリ。
前記第２のフィルタと前記主シールリップとの間には、環状ボイドが設けられ、
前記主シールリップと前記第２のフィルタとの間に延在する補助シールリップをさらに備える、請求項１に記載のラジアルシャフトのシールアセンブリ。
前記外ケースは、前記外リムから前記半径方向の内側に延在する環状リップを有する、請求項１に記載のラジアルシャフトのシールアセンブリ。
前記環状リップは、前記第２のフィルタの一部と相対的に前記半径方向の内側に延在する、請求項８に記載のラジアルシャフトのシールアセンブリ。
前記第２のフィルタと前記摩耗スリーブの前記滑り面との間に環状ギャップが形成される、請求項１に記載のラジアルシャフトのシールアセンブリ。
前記摩耗スリーブの前記フランジと前記第２のフィルタとの間に平面ギャップが形成される、請求項１０に記載のラジアルシャフトのシールアセンブリ。
前記摩耗スリーブの前記フランジと前記第２のフィルタとの間に平面ギャップが形成される、請求項１に記載のラジアルシャフトのシールアセンブリ。
ラジアルシャフトのシールアセンブリを構築する方法であって、
軸方向に延在する円筒状の外リムと、環状ポケットによって前記外リムから半径方向の内側に間隔を空けて配置され、前記軸方向に延在する円筒状の内リムとを有する外ケースを形成するステップを備え、
前記外リムを前記内リムに接続する、前記半径方向に延在する第１のレッグと、前記内リムから自由端に前記半径方向の内側に向かって延在する第２のレッグとが前記外ケースには設けられ、
前記軸方向に延在する円筒状の壁を有し、前記壁には、シャフトに固定するために構成された内面と滑り面を与える外面とが設けられ、前記外面において、前記滑り面から前記半径方向の外側にフランジが延在する摩耗スリーブを形成するステップと、
主シールリップが前記第２のレッグの前記自由端から前記半径方向の内側に延在するように、前記主シールリップを前記ケースに固定するステップと、
前記環状ポケットの中に多孔質の第１のフィルタを非固定的に設置するステップと、
第２のフィルタが前記第１のフィルタと前記軸方向に向かい合うように、多孔質の前記第２のフィルタを前記外リムに固定するステップとをさらに備える、方法。
前記第２のフィルタを前記外ケースの前記第２のレッグに固定するステップを備える、請求項１３に記載の方法。
前記外ケースの前記第２のレッグと前記摩耗スリーブの前記フランジとの間で前記第２のフィルタを前記軸方向に圧縮するステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
前記第２のフィルタと前記主シールリップとの間の環状ボイドをグリースで満たすステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
前記主シールリップと前記第２のフィルタとの間に補助シールリップを設けるステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
前記主シールリップと前記補助シールリップとを異なる材料で形成するステップをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
前記摩耗スリーブの前記フランジと前記第２のフィルタとの間に平面ギャップを設けるステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
前記第２のフィルタと前記摩耗スリーブの滑り面との間に環状ギャップを設けるステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。