JP2016505792A - ギアボックス出力シール - Google Patents

Abstract

ギアボックスで使用するシールアセンブリが、シャフトに固定され且つ接触面を有する回転リングを有する。接触面は静止シールに当接する。静止シールは下部まで延びる溝を備えたリテーナを有する。フローティングシール部がリテーナ内に配置され、ばねがフローティングシール部の内端の内側に位置され且つフローティングシール部を外側に付勢する。フローティングシール部の外周から離間したリテーナの内孔がある。内孔と外周の一方は半径方向に位置する複数のピンを備える。内孔と外周の他方には複数の凹部が形成される。ピンは、リテーナ内でのフローティングシール部の回転を防ぐために凹部に入れられる。

Description

本出願は、ギアボックスに用いる出力シールの改良に関する。

関連出願
本出願は、２０１３年１月２４日に出願された米国特許出願第１３／７４８，７１７号の一部継続出願である。

ギアボックスは既知であり、通常は複数のギアを介して出力軸を駆動する入力軸を含む。ギアは、入力軸から出力軸への変速、又は単一の入力によって複数の部品を駆動するなどの様々な他の機能を提供することができる。ある既知のギアボックスでは、２つのギアボックスハウジングが互いに当接し、ギアを潤滑する油を収容する。ハウジングの底に位置するシールは通常、ハウジングの孔を通って延びる軸と共に回転する回転リングを含む。潤滑油がギアボックスの孔を通って漏れるのを防ぐシールを提供するために、静止シールがハウジング内に位置し、且つ回転リングと当接係合する面を有する。

従来技術は様々な異なるシールのデザインを有するが、機械的に頑丈で、適切に漏れを防ぎ、確実且つ予測可能な耐用年数をもたらす、シンプルなシーリングシステムを提供することがやや困難である。

ギアボックスに用いるシールアセンブリが、シャフトに固定され且つ接触面を有する回転リングを有する。接触面は静止シールに当接する。静止シールは下部まで延びる溝を備えたリテーナを有する。フローティングシール部がリテーナ内に配置され、ばねが溝内でフローティングシール部の内端の内側に配置され且つフローティングシール部を外側に付勢する。フローティングシール部の外周から離間したリテーナの内孔がある。内孔と外周の一方は半径方向に位置する複数のピンを有する。内孔と外周の他方には複数の凹部が形成される。ピンは、リテーナ内でのフローティングシール部の回転を防ぐために凹部に入れられる。

これら及び他の特徴は、以下の図面及び明細書から最も良く理解することができる。

ギアボックスを示す。 ギアボックスハウジングとシールとを示す。 シールの断面図である。 シールの上面図である。 シールに組み込まれたばねを示す。 回転リングを示す。 代替的なシールの実施形態の上面図である。 代替的なフローティングシールの上部を示す。 代替的なフローティングシールの下部を示す。 代替的なフローティングシールの断面を示す。 代替的なフローティングシールを備えたシールの断面を示す。

図１に示すように、ギアボックス２０が上側ハウジング２４と下側ハウジング２２とを含む。オイルレベル２３が通常は下側ハウジング２２内に設けられる。

図２は、下側ギアボックスハウジング２２を示す分解図である。示されるように、孔２１がハウジングの外側に延びる。Ｏリング４０と、回転リング２８と、静止シール部２６とを含むシールアセンブリ１９が、孔２１内に入れられる。回転リング２８は、ギアハウジング２２内に延び且つ概略的に示されるギア３１に接続される、シャフト３０と共に回転する。

組み合わせシール１９の目的は、シャフト３０を回転させながら孔２１を通して潤滑油が漏れるのを防ぐことである。

図３は、組み合わせシール１９の断面図である。示されるように、リテーナ３２が、フローティングシール部３６にある凹部４４内に延びる複数のピン４２（図４も参照）を含む。Ｏリング４０は、リテーナ３２に位置する孔３０１と、フローティングシール部３６に位置する座ぐり３００との間に捕捉される。リテーナ３２内の溝３８が、この図に概略的に示されるばね５０を受け入れる。

図４は、凹部４４内に延びるピン４２があることを示す。ピン４２は、フローティングシール部３６がリテーナ３２内で回転するのを防ぐ。ピン４２は、リテーナ３２とは別個の要素として開示されているが、一体的に形成されることもできる。しかしながら、ピン４２と凹部４４との間には、フローティングシール部３６が垂直方向に自由に移動すること及び限られた角度に関して軸方向中心線Ｘを中心に関節運動することを可能にする隙間がある。これにより、以下に説明するように、フローティングシール部３６が移動し且つ相手方の回転リング接触面に適合することができる。図４は、２つのピン４２が用いられるのを示す。代わりに、図７は、３つのピン４２が用いられるのを示す。当然ながら、より多いか又はより少ないピン４２を用いることができる。

図５は、複数のウェブ５２によって単一のばね５０が形成されることを示す。従来技術は一般に、フローティングシール部を回転リングに向かって付勢する複数のばねを含む。単一のばねの使用により、アセンブリが簡素化され、フローティングシールに均一な機械的負荷分布がもたらされる。一実施例のばねは、スモーリースチールリング社から入手可能である。イリノイ州、チューリッヒ湖の当然ながら、他のばねを用いることができる。

図３は、外側シール部５８の内周面１０１に対して一定の距離に形成された面又はシールノーズ５９を示す。シールノーズ５９を特定の位置に配置することにより、シールの動作が改善され、油圧負荷領域とシール界面領域との間に最適な圧力バランス比がもたらされる。

図３は、シールノーズ５９の半径方向内側と外側に形成された凹部６１を示す。シールノーズ５９は、回転リング２８の接触面８０と接触する。

フローティングシール部３６と回転リング２８は一般に、炭化珪素材料から形成することができる。当然ながら、これらの部品の各々の中に含まれる他の物質があってもよい。単なる一実施例として、図６に示すように、回転リング２８の接触面の面８０は硬化物で形成される。

図８から１０は、その中に画定された複数の冷却孔６０を有するフローティングシール３６の一実施例を示す。この実施例の孔６０は、外側シール部５８から画定され、且つ孔６０に流体を供給する下側環状部６２まで中心軸Ａに対して非平行な角度で延びる。この実施例の孔６０は、外側シール部５８にある開口部が下側環状部６２にある開口部よりも中心軸に近いように角度付けられる。各孔６０の入口と出口との間に圧力差が存在し、圧力差は流れとそれに続く基板からの熱除去を促進する。図１１は、複数の冷却孔６０を備えたフローティングシール３６を有する静止シール２６の実施例を示す。

図６は、回転リング２８の詳細を示す。接触面８０が、摩擦係数を減少させ、且つシールノーズ５９と接触する面の表面硬度を増大させる、ダイヤモンド材料を備える。一実施形態では、多結晶構造ダイヤモンド材料が面に塗布される。条件を満たしている１つの材料は、イリノイ州、ロメオヴィルのアドバンストダイヤモンドテクノロジーズ社から入手可能である。

Claims (31)

1. ギアボックスに用いるシールアセンブリであって、
   シャフトに固定され且つ接触面を有し、前記接触面が静止シールに面する回転リングと、
   下部まで延びる溝を有するリテーナと、前記リテーナ内に配置されたフローティングシール部とを含み、前記溝内で前記フローティングシール部の内端の内側に配置され且つ前記フローティングシール部を外側に付勢するばねを有する、前記静止シールと、
   前記フローティングシール部の外周から離間した前記溝にある前記リテーナの内孔であって、前記内孔と前記外周の一方には半径方向に位置する複数のピンが形成され、前記内孔と前記外周の他方には複数の凹部が形成され、前記ピンは前記リテーナ内での前記フローティングシール部の回転を防ぐために前記凹部に入れられる内孔と
   を備える、シールアセンブリ。
2. 前記ピンは前記リテーナの内周にあり、前記凹部は前記フローティングシール部の前記外周に形成される、請求項１に記載のシールアセンブリ。
3. 前記フローティングシール部は炭化珪素材料から形成される、請求項１に記載のシールアセンブリ。
4. 前記リテーナ孔と前記フローティングシール部に位置する座ぐりとの間にＯリングが捕捉される、請求項１に記載のシールアセンブリ。
5. 前記溝内で前記フローティングシール部の内側に入れられた単一のばねがある、請求項１に記載のシールアセンブリ。
6. 前記単一のばねは複数のウェブを有する、請求項５に記載のシールアセンブリ。
7. 前記フローティングシール部に前記軸方向中心線から一定の距離でシールノーズが形成される、請求項１に記載のシールアセンブリ。
8. 前記回転リングは炭化珪素材料から形成される、請求項１に記載のシールアセンブリ。
9. 前記回転リング接触面はダイヤモンド表面硬化材料を備える、請求項１に記載のシールアセンブリ。
10. 前記ダイヤモンド材料は多結晶構造ダイヤモンド材料である、請求項９に記載のシールアセンブリ。
11. 前記ピンは前記リテーナの内周にあり、前記凹部は前記フローティングシール部の前記外周に形成され、前記フローティングシール部は炭化珪素材料で作られ、前記リテーナ孔と前記フローティングシール部にある座ぐりとの間にＯリングが捕捉され、前記溝内で前記フローティングシール部の内側に単一のばねが入れられ、前記単一のばねは複数のウェブを有し、前記フローティングシール部に前記軸方向中心線から一定の距離でシールノーズが形成され、前記回転リングは炭化珪素材料で作られ、前記接触面はダイヤモンド表面硬化材料を備え、前記ダイヤモンド材料は多結晶構造ダイヤモンド材料である、請求項１に記載のシールアセンブリ。
12. 前記フローティングシール部はその内部に複数の孔が形成される、請求項１に記載のシールアセンブリ。
13. 静止シールであって、
    下部まで延びる溝を備えるリテーナと、前記リテーナ内に配置されたフローティングシール部とを含み、前記溝内で前記フローティングシール部の内端との間に配置され且つ前記フローティングシール部を外側に付勢するばねを有する静止シール部と、
    前記フローティングシール部の外周から離間した前記溝にある前記リテーナの内孔であって、前記内孔には半径方向に位置する複数のピンが形成され、前記外周は複数の凹部を有し、前記ピンは前記リテーナ内での前記フローティングシール部の回転を防ぐために前記凹部に入れられる内孔と
    を備える静止シール。
14. 前記ばねは複数のウェブを有する、請求項１３に記載の静止シール。
15. シールノーズが前記フローティングシール部に前記軸方向中心線から一定の距離で形成される、請求項１３に記載の静止シール。
16. 前記リテーナ孔とフローティングシール座ぐりとの間にＯリングが捕捉され、前記溝内で前記フローティングシール部の内側に単一のばねが入れられ、前記単一のばねは複数のウェブを有し、前記フローティングシール部に軸方向中心線から一定の距離でシールノーズが形成される、請求項１３に記載の静止シール。
17. 前記フローティングシール部は炭化珪素材料から形成される、請求項１３に記載の静止シール。
18. 前記フローティングシール部はその内部に複数の孔が形成される、請求項１３に記載の静止シール。
19. シールアセンブリに用いる回転リングであって、
    多結晶構造ダイヤモンド材料の表面処理が行われた接触面を有する炭化珪素材料の回転リングを備える、回転リング。
20. ギアボックスであって、
    複数のギア及び前記ギアの少なくとも１つに連結されたシャフトを備え、前記ギア及び前記シャフトは上側ギアボックスハウジングと下側ギアボックスハウジングとを含むギアボックスハウジング内に入り、前記下側ギアボックスハウジングは孔を含み、前記シャフトは前記孔を通って延び、シールアセンブリが前記孔において前記シャフトを封止する、複数のギア及びシャフトと、
    前記シャフトに固定され且つ接触面を有する回転リングを有する前記シールアセンブリであって、前記接触面は静止シール部に当接し、前記静止シール部は、下部まで延びる溝を有するリテーナと、前記リテーナ内に配置されたフローティングシール部とを含み、前記溝内で前記フローティングシール部の内端の内側に配置され且つ前記フローティングシール部を外側に付勢するばねを有し、前記溝にある前記リテーナの内孔が前記フローティングシール部の外周から離間し、前記内孔と前記外周の一方は半径方向に位置する複数のピンを有し、前記内孔と前記外周の他方には複数の凹部が形成され、前記ピンは前記リテーナ内での前記フローティングシール部の回転を防ぐために前記凹部に入れられる、シールアセンブリと
    を備える、ギアボックス。
21. 前記ピンは前記リテーナの内周にあり、前記凹部は前記フローティングシール部の外周に形成される、請求項２０に記載のギアボックス。
22. 前記フローティングシール部は炭化珪素材料から形成される、請求項２０に記載のギアボックス。
23. 前記リテーナ孔とフローティングシール部座ぐりとの間にＯリングが捕捉される、請求項２０に記載のギアボックス。
24. 前記ばねは前記フローティングシール部の内側に入れられた単一のばねである、請求項２０に記載のギアボックス。
25. 前記単一のばねは複数のウェブを有する、請求項２４に記載のギアボックス。
26. シールノーズが、前記フローティングシール部に前記軸方向中心線から一定の距離で形成され、且つ前記回転リング接触面と接触する、請求項２０に記載のギアボックス。
27. 前記回転リングは炭化珪素材料から形成される、請求項２０に記載のギアボックス。
28. 前記回転リングの接触面はダイヤモンド表面硬化材料を備える、請求項２０に記載のギアボックス。
29. 前記ダイヤモンド材料は多結晶構造ダイヤモンド材料である、請求項２８に記載のギアボックス。
30. 前記ピンは前記リテーナの内周にあり、且つ前記凹部は前記フローティングシール部の前記外周に形成され、前記フローティングシール部は炭化珪素材料で作られ、前記リテーナ孔と前記フローティングシール部にある座ぐりとの間にＯリングが捕捉され、前記溝内で前記フローティングシール部の内側に単一のばねが入れられ、前記単一のばねは複数のウェブを有し、前記フローティングシール部に前記軸方向中心線から一定の距離でシールノーズが形成され、前記回転リングは炭化珪素材料で作られ、前記接触面はダイヤモンド表面硬化材料を備え、前記ダイヤモンド材料は多結晶構造ダイヤモンド材料である、請求項２０に記載のギアボックス。
31. 前記フローティングシール部はその内部に複数の孔が形成される、請求項２０に記載のギアボックス。

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