JP4674205B2 - 接合されたｐｔｆｅラジアルシャフトシール - Google Patents

Description

発明の分野
この発明は、改良されたＰＴＦＥラジアルシャフトシールに関し、特に、この発明は、直接的にエラストマーゴム層に接合される改良されたＰＴＦＥラジアルシャフトシールに関する。

発明の背景
乗物の空調装置のコンプレッサ、スーパーチャージャ、パワーステアリングポンプおよびエンジンのクランクシャフトの主回転軸をシールするのに使用するために設計されたラジアルシャフトシールは、シールされるべき流体または気体に面するシーリング要素がエラストマーであるように設計された複数のシーリング要素を用いることがある。エラストマーは一般に、シャフトに対してシールを提供するように十分な柔軟性および弾性を有する。第２のより硬くかつより耐性のあるシーリング要素が一般に、より硬い耐摩耗性のシールのシーリングエッジとより耐性のあるエラストマーのシーリング要素の後部のシーリングエッジとの間に軸方向のギャップが設けられるように、エラストマーシールの後ろおよびエラストマーシールと縦１列に並んで位置付けられる。第２のシーリング要素は一般に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または充填材入りＰＴＦＥ材料から作られる。

当該技術分野では一般に、典型的には異なる封止構造が共に組立てられ、次にひだ付けおよび接合プロセスを使用してユニットで共に締め付けられる。そのようなプロセスでは、ゴムの要素が２つの金属のケーシングの間でひだを付けられてシールを形成する。ＰＴＦＥ構成要素も典型的にはひだを付けられるか、またはゴムの構成要素に接合される。接合されるかまたは締め付けられて全体的なシールを形成する平坦なＰＴＦＥワッシャまたは予備成形された円錐形の構造を利用することが当該技術分野で既知である。

この発明の目的は、ＰＴＦＥ構成要素の材料の使用を最低限にすることによって低コストの製品および方法を提供することである。締め付けられシールされたさまざまな構成で必要な金属のケーシング構造の１つを排除すること、および現在当該技術分野で現在用いられている付加的な製造ステップを排除することも目的である。

発明の概要
ラジアルシャフトシールは、金属のケーシング、および金属のケーシングの内部に位置付けられたゴムのシーリング部分を含む。ゴムのシーリング部分は、形成および成形の動作中に金属のケーシングに接合される。外径を有するＰＴＦＥシールは、ゴムのシーリング部分の内面でゴムのシーリング部分に接合される。ＰＴＦＥシールは、その内面に沿って切頭錐台形に伸ばされ、ＰＴＦＥシールが伸ばされた状態のときにゴムのシーリング部分に接合される。

ラジアルシャフトシールを製造する方法も開示され、この方法は、マンドレル装置を使用してＰＴＦＥシールをその内面について円周方向に伸ばすステップと、伸ばされたＰＴＦＥシールを金型に置いてＰＴＦＥシールが金型のポスト面と係合するようにするステップと、金属のケーシングを金型内に置くステップと、ゴムエラストマーを金型に導入し、圧力下でゴムを成形して、金属のケーシングおよび伸ばされた状態のＰＴＦＥシールがゴムエラストマーに接合されるようにするステップとを含む。

好ましい実施例の説明
金属のケーシング１０、および金属のケーシング１０の内側または内部に位置付けられたゴムのシーリング部分１５を含むラジアルシャフトシール５が開示される。ゴムのシーリング部分１５は、少なくとも部分的に金属のケーシングの表面に沿って金属のケーシング１０に接合される。外径２５を有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シール２０は、ゴムのシーリング部分１５の内面９５でゴムのシーリング部分１５に接合される。ＰＴＦＥシール２０は、その内面８５で切頭錐台形に伸ばされ、ＰＴＦＥシール２０が伸ばされた状態ときにゴムのシーリング部分１５に接合される。

図１を参照すると、この発明によるラジアルシャフトシール５の第１の実施例が示される。ラジアルシャフトシール５は、半径方向部分３０および軸方向部分３５を有する金属のケーシング１０を含む。半径方向部分３０および軸方向部分３５は、それらが互いにほぼ垂直になるように形成されることが好ましいが、この発明の局面を離れることなく他の構成的および角度の関係を使用してもよい。図１に示されるように、軸方向部分３５は、それが平行かつ下方に続き、次にほぼ９０度で曲がって半径方向部分３０を形成するように、自分自身へとほぼ１８０度曲がるまで上方に延在する。

ゴムのシーリング部分１５は、シャフトシールで使用するために十分な弾性率および弾性を備えたゴムの化合物を含むことが好ましい。ゴムのシーリング部分１５は、半径方向部分３０の内面４０に沿って金属のケーシング１０に接合され、軸方向部分３５の外面４５に沿って延在する。軸方向部分３５の外面４５に沿って延在するゴムのシーリング部分１５は、リブまたは持ち上げられた隆起４６を含んでもよい。ゴムのシーリング部分１５は、半径方向部分３０の内面４０から延在する角部分（angular portion）５０を含む。角部分５０はＰＴＦＥシール２０に接合され、これは後に詳細に説明する。

ゴムのシーリング部分１５は、半径方向部分３０の内面４０から延在し、半径方向部分３０の内面４０に接合された平面部分６０から、半径方向部分３０の内面４０から延在する角部分５０への移行５５を含む。移行５５は、ゴム部分３０に形成された第１のくぼみ６５によって規定される。第１のくぼみ６５によって、ゴム部分５０はシャフトと係合するときに曲がることができる。ゴム部分１５はシーリング縁７０で終了してもよい。シーリング縁７０は、好ましい実施例では、シールされるべき気体または流体の媒体に面する乗物の空調装置のコンプレッサまたは他の乗物の構成要素で第１のシールの役割を果たす。

上述のように、ＰＴＦＥシール２０はゴム部分１５に接合される。ＰＴＦＥシール２０は、内面８５および外面９０に沿って間隔を空けられた対向する第１の端部７５および第２の端部８０を含む。ＰＴＦＥシールの第１の端部７５は、ゴム部分１５のシーリング縁７０の非常に近くに位置付けられる。ＰＴＦＥシール２０の第２の端部８０は、金属のケーシング１０の半径方向部分３０の内面に非常に近いことが好ましい。ＰＴＦＥシール２０は、その元の直径または円周のサイズの５パーセントから１２０パーセント伸ばされ、より好ましくはゴム部分１５と接合するために金型に導入される前にその元のサイズの３０パーセントから７０パーセント伸ばされる。このような態様で、ＰＴＦＥシール２０はその元の状態に戻るようにプリストレスされ、それによってこの発明のラジアルシャフトシールと接触するシャフトに対するシーリング作用が増加する。ＰＴＦＥシール２０は、ゴムシール１５の角部分５０の内面９５に接合される外面９０を含む。図１に示されるように、ＰＴＦＥシール２０は、ＰＴＦＥシール２０の第１の端部が軸方向のギャップ２２によってシーリング縁から分離されるようにゴムのシーリング部分１５の角部分５０に沿って位置付けられる。

図２を参照すると、この発明のラジアルシャフトシール５の第２の実施例が示される。第２の実施例は、後に詳細に説明する小さな違いはあるが、金属のケーシング１０および第１の実施例のものと類似の金属のケーシング１０に接合されたゴムのシーリング部分１５を含む。図２を参照すると、金属のケーシング１０は半径方向部分３０の端部の近くにアーチ型または曲がった部分１２を含むことがわかる。アーチ型または曲がった部分１２はＰＴＦＥシール２０の第２の端部８０を収容する。好ましい局面では、ＰＴＦＥシール２０は外面９０でゴムのシーリング面部分９５に接合される。ＰＴＦＥシールの内面８５は、金属１０のアーチ型または曲がった部分１２に接合されない。このような態様では、金属のケーシング１０の曲がった部分１２の領域のＰＴＦＥシール２０は、金属のケーシング１０に対して浮上がることが許容される。これによって、ＰＴＦＥシールは、金属のケーシング１０に接合されることなく、ゴム部分２０に確実に接合することができる。

第２の実施例の別の局面では、ＰＴＦＥシール２０は、ＰＴＦＥシール２０の内面８５に形成された溝１１５を含む。溝１１５は、ゴムの成形中にＰＴＦＥシール２０に形成され、ラジアルシャフトシール５によって係合されるシャフトに対して流体力学的なポンピングおよび／または静力学的なシーリング作用を提供する。ＰＴＦＥシール２０は、ＰＴＦＥシール２０の第１の端部７５および第２の端部８０に形成された支持部分１１０を含むことも好ましい。支持部分１１０は、ゴム部分１５へと角度を付けられ、高圧下に置かれたときにゴムのシーリング部分１５の突出防止用の支えを提供する。図２を参照すると、支持セクション１１０は、ＰＴＦＥシール２０の第１の端部７５および第２の端部８０の両方にある。しかしながら、ＰＴＦＥシール２０は、第１の端部７５または第２の端部８０のどちらかに個々にもしくは組合せて形成された支持部分１１０を含んでもよい。

図３を参照すると、この発明のラジアルシャフトシール５の第３の実施例が示される。第３の実施例は、第２の実施例に関して既に説明したように、ＰＴＦＥシール２０に支持部分１１０を含むことが好ましい。繰返すが、支持部分１１０は、高圧下でエラストマーゴムが押出される可能性を低減し、ＰＴＦＥシール２０の磨耗も低減する。しかしながら、第３の実施例では、金属のケーシング１０は、第２の実施例に関して既に説明したようなアーチ型または曲がった部分１２を含まないことが好ましい。第３の実施例のゴムシーリング部分１５は、ゴムのシーリング部分１５のための柔軟な領域１２５を提供するために第１のくぼみ６５に対向して形成された第２のくぼみ１２０を含む。このような態様で、ゴムのシーリング部分１５は、シャフトと係合したときにより大きな柔軟性を有する。

図４を参照すると、この発明のラジアルシャフトシール５の第４の実施例が示される。第４の実施例は、その第１の端部７５のシーリング縁７０の非常に近くに支持部分１１０を有するが、第２の端部８０の金属のケーシング１０の半径方向部分３０の非常に近くに支持部分１１０を含まないＰＴＦＥシール２０を含むことが好ましい。ゴムのシーリング部分１５は、しかしながら、第３の実施例に関して既に説明したような第２のくぼみ１２０を含む。他のすべての局面では、第４の実施例は、第１、第２および第３の実施例のものと類似である。

ＰＴＦＥシール２０の第１の端部７５が、その高い剛性および強度のために架橋支持を提供し、それによってシーリング縁７０の係合を強化するように、ＰＴＦＥシール２０をゴムのシーリング部分１５のシーリング縁７０のより近くに位置付けてもよい。シーリング縁７０のより近くまたは非常に近くにＰＴＦＥシール２０を移動することは、上述の以前の４つの実施例のどれで利用してもよいことが理解される。

図６を参照すると、この発明によるラジアルシャフトシール５の第５の実施例が示される。ラジアルシャフトシール５は、半径方向部分３０および軸方向部分３５を有する金属のケース１０を含む。半径方向部分３０および軸方向部分３５は、それらが互いにほぼ垂直になるように形成される。

図６に示されるように、軸方向部分３５は上方に延在し、次に約９０度で内部に曲がって半径方向部分３０を形成する。

この発明の或る局面として、ラジアルシャフトシール５を製造する方法も開示され、この方法は、マンドレル装置を用いてＰＴＦＥシール２０をその内径８５について伸ばすステップと、伸ばされたＰＴＦＥシール２０を金型に置いて、ＰＴＦＥシール２０が金型のポスト面に係合するようにするステップと、金属のケーシング１０を金型内に置くステップと、その後にゴムエラストマーを金型に導入し、ゴムを圧力下で成形して、金属のケーシング１０および伸ばされた状態のＰＴＦＥシール２０がゴムエラストマーに接合されるようにするステップとを含む。

図５を参照すると、この発明のラジアルシャフトシール５が金型内に示される。ＰＴＦＥシール２０は、初め平坦なワッシャ状の状態であり、好ましくはＰＴＦＥシール２０の内径８５および端部７５を広げるようにマンドレルに沿ってプランジャを下げることによって図に示される円錐形に伸ばされる。外径９５はそれがマンドレルに沿って滑るときに広げられる。プランジャは、マンドレルの長さに沿ってＰＴＦＥワッシャ２０またはシールを押すときに、プランジャが下げられるにつれて広がる拡大可能なフィンガーを含むことが好ましい。マンドレルは、ゴム材料を成形するために用いられるツールの一部分に適合することが好ましい。好ましい局面では、押込み機構のフィンガーは、伸ばされたＰＴＦＥシール２０を工具へと案内して、ＰＴＦＥシール２０の内径がその元のサイズの５パーセントから１８０パーセント伸ばされ、より好ましくは、５パーセントから１２０パーセントの範囲で伸ばされるようするために用いられる。ＰＴＦＥシールは、エラストマーゴム材料との成形の前に伸ばされるかまたは応力を与えられた状態で維持される。伸ばされたＰＴＦＥシールが金型内に置かれる前または後に、金属のケーシングは金型内に置かれ、ゴムエラストマーが金型に導入され、高い圧力および温度の下で硬化して、この発明のラジアルシャフトシール５を形成する。ＰＴＦＥシール２０をその応力を与えられるかまたはその伸ばされた状態で維持することによって、より少ないＰＴＦＥを利用し、かつひだを付けられた設計に典型的に見られる付加的な金属のケーシングを排除するラジアルシャフトシールを提供することにより、大きな節約が可能である。

この発明を或る好ましい実施例に関して説明してきたが、当業者には、この発明の局面を離れることなく変更が可能であることが理解されるであろう。したがって、この発明の範囲を決定するためには特許請求の範囲を参照されたい。

この発明のラジアルシャフトシールの第１の実施例の断面図である。 この発明のラジアルシャフトシールの第２の実施例の断面図である。 この発明のラジアルシャフトシールの第３の実施例の断面図である。 この発明のラジアルシャフトシールの第４の実施例の断面図である。 この発明のラジアルシャフトシールの形成および成形に用いられる金型内に位置付けられたラジアルシャフトシールを詳細に示す断面図である。 この発明のラジアルシャフトシールの第５の実施例の断面図である。

Claims (19)

1. ラジアルシャフトシールであって、
   金属のケーシングと、
   前記金属のケーシングの内部に位置付けられたゴムのシーリング部分とを含み、前記ゴムのシーリング部分は前記金属のケーシングに接合され、前記ラジアルシャフトシールはさらに、
   内径を有するポリテトラフルオロエチレンシールを含み、前記ポリテトラフルオロエチレンシールは前記ゴムのシーリング部分の内面で前記ゴムのシーリング部分に接合され、
   前記ポリテトラフルオロエチレンシールは内面が切頭錐台形になるように円周方向に伸ばされ、前記ポリテトラフルオロエチレンシールは前記ポリテトラフルオロエチレンシールが伸ばされた状態のときに前記ゴムのシーリング部分に接合されてこの接合後に内部引張り応力を伴う前記伸ばされた状態に維持されている、ラジアルシャフトシール。
2. 金属のケースは半径方向部分および軸方向部分を含む、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
3. 前記ゴムのシーリング部分は、少なくとも半径方向部分の内面に沿って前記金属のケーシングに接合され、軸方向部分の外面に沿って延在してもよい、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
4. 前記ゴムのシーリング部分は、半径方向部分の内面から延在する角部分を含む、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
5. 前記ゴムのシーリング部分は、半径方向部分の内面に接合された平面の部分から角部分への移行を含み、前記移行は前記ゴムのシーリング部分に形成された第１のくぼみによって規定される、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
6. 前記ゴムのシーリング部分の角部分はシーリング縁で終了する、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
7. 前記ポリテトラフルオロエチレンシールはその外面と内面に沿って隔てられたその第１と第２の互いに対向する端部を含む、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
8. 第１の端部はシーリング縁の非常に近くにあり、第２の端部は前記金属のケーシングの半径方向部分の内面の非常に近くにある、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
9. 前記ポリテトラフルオロエチレンシールの外面は角部分の内面に接合される、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
10. 金属のケースの半径方向部分は前記ポリテトラフルオロエチレンシールの端部で終了するアーチ型の部分を含む、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
11. 前記ポリテトラフルオロエチレンシールは、その外面で前記ゴムのシーリング部分に接合され、前記ポリテトラフルオロエチレンシールの内面はアーチ型の金属部分に接合されない、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
12. 前記ポリテトラフルオロエチレンシールは第１の端部に形成された支持部分を含み、前記支持部分は前記ゴムのシーリング部分へと角度を付けられる、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
13. 前記ポリテトラフルオロエチレンシールは第２の端部に形成された支持部分を含み、前記支持部分は前記ゴムのシーリング部分へと角度を付けられる、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
14. 前記ポリテトラフルオロエチレンシールは第１および第２の端部に形成された支持部分を含み、前記支持部分は前記ゴムのシーリング部分へと角度を付けられる、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
15. 前記ポリテトラフルオロエチレンシールは前記ポリテトラフルオロエチレンシールの内面に形成された流体力学的または静力学的なシーリング溝を含む、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
16. 前記ポリテトラフルオロエチレンシールの第１の端部は、前記ポリテトラフルオロエチレンシールがシーリング縁に架橋支持を提供するように前記ゴムのシーリング部分のシーリング縁の非常に近くに位置付けられる、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
17. 前記ゴムのシーリング部分は、前記ゴムのシーリング部分のための柔軟な領域を提供するために第１のくぼみに対向して形成された第２のくぼみを含む、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
18. ラジアルシャフトシールを製造する方法であって、
    マンドレル装置を用いてポリテトラフルオロエチレンシールをその内面について円周方向に伸ばすステップと、
    伸ばされたポリテトラフルオロエチレンシールを前記金型に置いて、前記ポリテトラフルオロエチレンシールが金型のポスト面に係合するようにするステップと、
    金属のケーシングを前記金型内に置くステップと、
    ゴムエラストマーを前記金型に導入し、その後、ゴムを熱および圧力の下で成形して、前記金属のケーシングおよび伸ばされた状態のポリテトラフルオロエチレンシールが前記ゴムエラストマーに接合されるようにするステップとを含む、方法。
19. 前記ポリテトラフルオロエチレンシールは、その元の直径サイズの５パーセントから１２０パーセント伸ばされる、請求項１８に記載の方法。

Images