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

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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内面に沿って隔てられたその第1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。
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