JP5921581B2 - シールリング及び該シールリングを備えるシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム弾性材料（ｇｕｍｍｉｅｌａｓｔｉｓｃｈｅｒ Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆ）からなるシールリング、及び動的負荷を受ける少なくとも１つのシールリップと、シールリップに対して軸方向の間隔を置いて隣接配置されている少なくとも１つの前置シールと、を備えるシールリングに関する。

さらに本発明は、このようなシールリングを備えるシール装置に関する。

このようなシールリング、及びこのシールリングを備えるこのようなシール装置は、一般に公知である。その際、シールリングは、ラジアル軸封リングとして形成されていてもよい。ラジアル軸封リングの場合、シールリップが、シールすべき媒体に軸方向で面し、前置シールが、周囲に軸方向で面している。前置シールは、異物が周囲からシールリップに向かって侵入することを防止するという役割を担っている。このことから結果として、より長期の使用期間にわたってシールリングのより良好な使用特性が得られる。

本発明の課題は、帯電と、互いにシールすべき機械要素の、帯電から結果として生じる損傷とを、シールリングによって防止するように、シールリング及びシール装置をさらに改良することである。

上記課題を解決するために、ゴム弾性材料からなる本発明に係るシールリングでは、ゴム弾性材料が、導電性であるようにした。

さらに上記課題を解決するために、動的負荷を受ける少なくとも１つのシールリップと、シールリップに対して軸方向の間隔を置いて隣接配置されている少なくとも１つの前置シールと、を備える本発明に係るシールリングでは、前置シールが、導電性の材料からなるようにした。

さらに上記課題を解決するために、本発明に係るシール装置では、上述のようなシールリングを備え、シールリップ及び／又は前置シールが、シールすべき第１の機械要素のシールすべき表面に密に当接するように接触しており、シールすべき第１の機械要素は、第２の機械要素に対して、半径方向の間隔を置いて隣接配置されており、半径方向の間隔によって形成される間隙内に、シールリングが配置されており、第２の機械要素は、所定の接地電位にアースされ、シール及び／又は前置シールに当接するように接触しており、これにより第１の機械要素と第２の機械要素とが、互いに導電的に接続されているようにした。

好ましい態様は、それぞれの独立請求項を引用する請求項に係る発明である。

上記課題を解決するために、第１の態様では、シールリングのゴム弾性材料が、導電性であるようにした。

この場合、シールリングにより互いにシールすべき機械要素が、シールリングの導電性により互いに導電的に接続されているという利点が得られる。これにより、機械要素間の等電位化（ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅｒ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌａｕｓｇｌｅｉｃｈ）が達成される。したがって、複数ある機械要素のうちの１つの機械要素の帯電と、異なる電位を有するその他の機械要素への続いての電圧貫通あるいは絶縁破壊とによる機械要素の機械的損傷の可能性は、排除されている。

シール装置において、一方の機械要素は、所定の接地電位（例えば接地電位としての自動車のボデー）にアースされているので、導電性のシールリングによって、他方の機械要素に対する等電位化が実現されている。

シールリングは、動的負荷を受ける少なくとも１つのシールリップと、静的負荷を受ける少なくとも１つのシールとを備えていてもよい。動的負荷を受けるシールリップは、例えばシールすべき軸を包囲し、シールは、ハウジングの孔に密に接触することができる。

シールリップとシールとは、好ましくは一体的に、統一的な材料から形成されており、導電性のゴム弾性材料からなる。このように形成されていると、互いにシールすべき機械要素間に電位差が生じることはない。両機械要素の一方が所定の接地電位にアースされていると直ちに、これにより両機械要素は、アースされていることになり、両機械要素間の絶縁破壊は、これにより確実に防止される。

一般に、シールリップとシールとが、それぞれ１つの導電性のゴム弾性材料からなり、導電的に互いに接続されているようにしてもよい。シールリップの材料とシールの材料とは、導電接続をシールリップとシールとの間に形成し、機械要素間の等電位化を達成するために、互いに当接するように接触している。

上記課題を解決するために、第２の態様では、シールリングの前置シールが、導電性の材料からなっているようにした。

この場合、シールリングの前置シールが、互いにシールすべき機械要素間に導電接続を形成し、これにより機械要素間の等電位化を達成するという利点が得られる。したがって、絶縁破壊による機械要素の機械的損傷の可能性は、排除されている。

シール装置において、一方の機械要素がアースされているので、シールリングの導電性の前置シールによって、他方の機械要素もアースされている。

等電位化に加え、前置シールは、周囲からの異物による負荷からシールリップを保護する。

好ましい一態様において、前置シールは、導電性のフリース材料からなっていてもよい。これにより前置シールは、空気透過性であり、例えば周囲の温度とシールすべき空間の温度とが互いに相対的に変化したときに、前置シールの軸方向の両側で不都合な圧力差が発生することを防止する。

別の一態様において、前置シールは、導電性のＰＴＦＥ材料からなっていてもよい。このような前置シールは、摩耗が極めて少なく、したがって特に長い耐用時間を有している。このシールリングは、長い使用期間にわたって一定した良好な使用特性を有している。シールリングの規定通りの使用中、まず、前置シールの、シールすべき機械要素との接触面の領域に、最小の初期摩耗が生じる。次に、前置シールの、動的負荷を受ける接触面は、膜を形成し、これによりアブレシブ摩耗に対して極めて高い耐性を示す。

前置シールがフリース材料からなる場合、このフリース材料は、導電性のＰＴＦＥにより含浸されていてもよい。

フリース材料又はＰＴＦＥ材料の導電性は、例えば前置シール内に分配されている導電性の粒子により達成可能である。粒子を形成する材料、前置シール内の粒子の量及び分布、そして粒子のサイズは、前置シールの導電性により、互いにシールすべき両機械要素間の等電位化が達成されるように、使用事例のその都度の所与の条件に適合されている。

前置シールは、円環状に形成されていてもよい。このような前置シールは、簡単かつ安価に製造可能であり、問題なく、動的負荷を受けるシールリップによって補完され、シールリングを形成可能である。シールリップにおける前置シールの結合は、例えば素材結合又は形状結合により実施可能である。

シールリップは、エラストマー材料からなっていてもよい。シールリップのためのシール材料としてのエラストマー材料は、一般に公知である。この場合、種々異なる材料が、種々異なる用途のために提供可能である。多くの使用事例のために、エラストマー材料は、安価に提供可能であり、容易に加工可能である。

軸方向でシールリップと前置シールとの間に、異物リップが配置されていてもよい。このような異物リップは、周囲からシールリップに向かう異物の侵入を防止するさらなる手段を形成している。シールリップに向かって前置シールを通過した異物は、異物リップによって堰き止められる。前置シールと異物リップとは、機能技術的に直列に配置されている。

好ましい一態様において、異物リップとシールリップとは、互いに一体的に移行するように、かつ統一的な材料から形成されていてもよい。シールリングの製造は、これにより簡単になる。

しかし、使用事例のその都度の所与の条件次第では、異物リップとシールリップとが、互いに異なるシール材料からなるようにしてもよい。これにより各リップは、機能技術的に個別に設定され得る。

シール装置は、上述したようなシールリングを備え、シールリップ及び／又は前置シールが、シールすべき第１の機械要素のシールすべき表面に密に当接するように接触しており、シールすべき第１の機械要素は、第２の機械要素に対して、半径方向の間隔を置いて隣接配置されており、半径方向の間隔によって形成される間隙内に、シールリングが配置されており、第２の機械要素は、アースされ、第１の機械要素と第２の機械要素とは、シール及び／又は前置シールがそれぞれに当接するように接触しており、これにより第１の機械要素と第２の機械要素とは、互いに導電的に接続されている。シールリングの導電性のゴム弾性材料及び／又は前置シールを通して両機械要素をこのように導電的に接続したことにより、両機械要素間の等電位化が達成され、絶縁破壊による機械要素の機械的損傷の可能性は排除されている。シール装置において、一方の機械要素がアースされているので、等電位化によって他方の機械要素もアースされている。等電位化及びシール装置のアースによって、絶縁破壊により惹起される機械要素の機械的損傷は、回避される。

等電位化なくしては、絶縁破壊により惹起される互いにシールすべき機械要素の機械的損傷が、機械要素のそれぞれ異なる大きさの電位が絶縁破壊によって補償されることにより生じてしまう場合がある。このような絶縁破壊の確率は、それぞれ異なる電位を有する機械要素が互いに近くに隣接配置されていればいるほど、上昇する。このような絶縁破壊は、相対的に低い電荷を有する機械要素における材料除去と、絶縁破壊がなされる領域における材料組織の変化とを招く場合がある。

前置シールは、シールリップの、シールすべき空間とは軸方向で反対側に配置されている。これにより前置シールは、シールすべき機械要素間の等電位化を実現するだけでなく、シールリップを、周囲からの異物による負荷から保護する。

シールリングは、好ましくは、第２の機械要素に摩擦力結合式に結合されている支持体を有している。このような支持体は、丈夫で靱性の高い材料、例えば金属薄板からなっており、Ｌ形に形成されていてもよい。支持体は、軸方向突出部及び半径方向突出部を有していてもよく、軸方向突出部は、第２の機械要素に圧入されており、半径方向突出部には、シールリップ及び場合によっては異物リップが固定されている。前置シールは、シールすべき空間とは軸方向で反対側において、半径方向突出部に直接又は間接に結合されていてもよい。

第１の機械要素は、電動モータの駆動軸により形成され、第２の機械要素は、電動モータに連結されていてかつ駆動軸を包囲している伝動装置のハウジングにより形成されていてもよい。シール装置のこの特別な使用は、特に有利である。電動モータと伝動装置とが相俟って１つの駆動ユニットを形成している場合、電動モータの運転によって、一般に、駆動ユニットの個々の構成部材の帯電、ひいては帯電されていない構成部分間の電位差が生じる。

一般に、比較的手間のかかる構造的な手段を用いて、それぞれ異なる電位を有する構成部分間の等電位化を実現する可能性が存在する。

本発明に係るシール装置では、この等電位化は、簡単な構造を有し、簡単かつ安価に製造可能な本発明に係るシールリングによって達成される。

電動モータの規定通りの使用中、電動モータの駆動軸は、一般に帯電される。電動モータの駆動軸は、電動モータに接続される伝動装置内へ延びている。等電位化がなされなければ、帯電している駆動軸と伝動装置の構成部分との間で絶縁破壊が発生し、伝動装置の機械要素が絶縁破壊によって機械的損傷を被る危険が生じる。このことを回避するために、本発明では、本発明に係るシールリングによって等電位化が達成される。駆動軸の帯電は、シールリングの導電性のゴム弾性材料及び／又はシールリングの導電性の材料からなる前置シールにより、所定の接地電位にアースされている隣接する機械要素に伝達される。したがって、駆動軸もアースされている。

駆動軸と、伝動装置の隣接する構成部分との間に電位差が生じないことにより、機械的損傷に至りかねない絶縁破壊も、発生し得ない。

本発明に係るシールリングを備える本発明に係るシール装置の３つの実施の形態を図１乃至図３に概略的に示し、以下に詳細に説明する。

シールリングが、導電性の材料からなる前置シールを有し、シールリングのシールリップが、環状コイルばねにより第１の機械要素のシールすべき表面に押し付けられるようになっている第１の実施の形態を示す図である。 シールリングが、導電性の材料からなる前置シールを有し、シールリップが、環状コイルばねなしに半径方向の弾性的なプリロードだけで第１の機械要素のシールすべき表面に押し付けられるようになっており、シールリップが、シールすべき空間に向かって軸方向でシールすべき媒体を押し戻す螺旋パターンを有する第２の実施の形態を示す図である。 シールリングのゴム弾性材料が導電性であり、前置シールが設けられていない、図１に示した第１の実施の形態に類似した第３の実施の形態を示す図である。

図１及び図２は、それぞれ、シールリングを有するシール装置を示している。シールリングは、第１の機械要素６と第２の機械要素８との間の間隙９内に配置されている。間隙９は、半径方向の間隔７により形成されている。

第１の機械要素６は、電動モータの駆動軸により形成され、第２の機械要素８は、電動モータとともに１つの駆動ユニットを形成する伝動装置のハウジングにより形成されている。

シールリングは、シールリップ１及び前置シール２を有している。前置シール２は、導電性の材料、図示の実施の形態では、ＰＴＦＥ含浸フリース材料からなっている。前置シール２は、円環状のディスクとして形成されており、シールリップ１の、シールすべき空間１０とは軸方向で反対側に配置されている。

前置シール２は、半径方向で第１の機械要素６のシールすべき表面５から第２の機械要素８にかけて延在している。両機械要素６，８は、前置シール２にそれぞれが当接して接触するようになっており、これにより互いに導電的に接続されている。

図示の実施の形態では、第２の機械要素８にアース１２が設けられているので、第１の機械要素６が前置シール２によって第２の機械要素８に導電的に接続されていることにより、やはり第１の機械要素６のアース、ひいては等電位化が実現されている。この等電位化に加え、前置シール２によってさらに、異物が周囲１３からシールリップ１に向かって侵入することも防止される。

軸方向でシールリップ１と前置シール２との間には、軸方向の間隔３内に、異物リップ４が配置されている。異物リップ４は、図示の実施の形態ではシールリップ１に一体的に移行するように、かつシールリップ１と統一的な材料から形成されている。異物リップ４と前置シール２とは、機能技術的に直列に配置されており、それぞれ、異物が周囲１３から軸方向でシールリップ１に向かって侵入することを防止する。

両実施の形態において、支持体１１は、屈曲するように形成された軸方向片１７を有している。軸方向片１７の、シールすべき空間１０とは軸方向で反対側の部分は、相対的に減径された外径を有している。軸方向片１７は、この領域で半径方向内向きに変向され、半径方向片１８に移行するように形成されている。この移行領域には、静的シール１９が配置されている。静的シール１９は、第２の機械要素８に対してシールしている。静的シール１９は、シールリップ１及び異物リップ４に一体的に移行するように、かつシールリップ１及び異物リップ４と統一的な材料から形成されている。

一般に、導電性の前置シールは、あらゆる従来慣用のラジアル軸封リングと組み合せ可能である。

図１に示したシールリングは、半径方向で環状コイルばね１４により第１の機械要素６のシールすべき表面５に押し付けられるシールリップ１を有している。これにより、仮に、シールすべき空間１０内に周囲１３に対して高い相対圧力が存在していなくても、シールリップ１が、シールすべき表面５の外周を十分な押付け圧で密に包囲することが保証される。

図２は、これに対して、改変された構成を有するシールリップ１を示している。シールリップ１は、シールすべき表面５に半径方向で対面する側に、シールすべき媒体１６を軸方向で、シールすべき空間１０に向かって押し戻す螺旋パターン（Ｒｕｅｃｋｆｏｅｒｄｅｒｄｒａｌｌ）１５を有している。

図３は、図１に示した第１の実施の形態に類似した、シール装置の第３の実施の形態を示している。

しかし、第３の実施の形態では、第１の機械要素６と第２の機械要素８との間の導電接続が、導電性の材料からなる前置シールによってではなく、シールリングを形成するゴム弾性材料が導電性であることによって達成される。

図１と同様、第３の実施の形態でも、シールリングは、動的負荷を受けるシールリップ１の外周面を包囲する環状コイルばね１４を有している。

しかし、これとは異なり、環状コイルばねを省略して、図２に示したシールリングに類似したシールリングとすることも可能である。

動的負荷を受けるシールリップ１と、静的負荷を受けるシール１９とは、互いに一体的に移行するように、かつ統一的な材料から形成されており、１つの導電性のゴム弾性材料からなっている。

電位差は、第２の機械要素８がアースされており、かつ導電性のシールによって第１の機械要素６に対する等電位化が達成されることにより補償される。

１ シールリップ、 ２ 前置シール、 ３ １と２の間の軸方向の間隔、 ４ 異物リップ、 ５ ６のシールすべき表面、 ６ 第１の機械要素（軸）、 ７ ６と８の間の半径方向の間隔、 ８ 第２の機械要素（ハウジング）、 ９ 間隙（７に相当）、 １０ シールすべき空間、 １１ 支持体、 １２ アース、 １３ 周囲、 １４ 環状コイルばね、 １５ 螺旋パターン、 １６ シールすべき媒体、 １７ 軸方向片、 １８ 半径方向片、 １９ 静的シール

Claims (10)

1. 第１の機械要素（６）と第２の機械要素（８）との間の間隙（９）においてシールすべき媒体をシールする、動的負荷を受ける少なくとも１つのシールリップ（１）と、
   異物が周囲（１３）から前記シールリップ（１）に向かって侵入することを防止する、前記シールリップ（１）に対して軸方向の間隔（３）を置いて隣接配置されている少なくとも１つの前置シール（２）と、
   を備えるシールリングであって、
   前記前置シール（２）は、導電性のフリース材料からなり、かつ
   前記前置シール（２）は、半径方向で前記第１の機械要素（６）から前記第２の機械要素（８）にかけて延在する円環状に、平板として形成されており、平板として形成された前記前置シール（２）の内周面が前記第１の機械要素（６）に、平板として形成された前記前置シール（２）の外周面が前記第２の機械要素（８）にそれぞれ当接して接触するようになっており、これにより前記第１の機械要素（６）と前記第２の機械要素（８）とは、互いに導電的に接続されていることを特徴とする、シールリング。
2. 前記前置シール（２）は、導電性のＰＴＦＥ材料からなる、請求項１記載のシールリング。
3. 前記シールリップ（１）は、エラストマー材料からなる、請求項１又は２記載のシールリング。
4. 軸方向で前記シールリップ（１）と前記前置シール（２）との間の前記軸方向の間隔（３）内に、異物リップ（４）が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のシールリング。
5. 前記異物リップ（４）と前記シールリップ（１）とは、互いに一体的に移行するように、かつ統一的な材料から形成されている、請求項４記載のシールリング。
6. 前記シールリングは、静的負荷を受ける少なくとも１つのシール（１９）を備える、請求項１から５までのいずれか１項記載のシールリング。
7. 前記シールリップ（１）と前記シール（１９）とは、一体的に、統一的な材料から形成されている、請求項６記載のシールリング。
8. シール装置であって、
   請求項１から７までのいずれか１項記載のシールリングを備え、
   前置シール（２）が、半径方向で第１の機械要素（６）から第２の機械要素（８）にかけて延在する円環状に、平板として形成されており、平板として形成された前記前置シール（２）の内周面が、シールすべき第１の機械要素（６）のシールすべき表面（５）に密に当接するように接触しており、該シールすべき第１の機械要素（６）は、第２の機械要素（８）に対して、半径方向の間隔（７）を置いて隣接配置されており、該半径方向の間隔（７）によって形成される間隙（９）内に、前記シールリングが配置されており、前記第２の機械要素（８）は、所定の接地電位にアースされ、平板として形成された前記前置シール（２）の外周面に当接するように接触しており、これにより前記第１の機械要素（６）と前記第２の機械要素（８）とは、互いに導電的に接続されていることを特徴とする、シール装置。
9. 前記シールリングは、前記第２の機械要素（８）に摩擦力結合式に結合されている支持体（１１）を有する、請求項８記載のシール装置。
10. 前記第１の機械要素（６）は、電動モータの駆動軸により形成され、前記第２の機械要素（８）は、前記駆動軸を介して前記電動モータに連結されていてかつ前記駆動軸を包囲している伝動装置のハウジングにより形成されている、請求項８又は９記載のシール装置。

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