JP5999852B2 - ラジアルシャフトシール、ラジアルシャフトシールアセンブリおよび設置の方法 - Google Patents

Description

発明の背景
１．技術分野
本発明は、一般的に、回転シャフトとハウジングとの間に液密シールを形成するための型の動的オイルシールに関する。

２．関連技術
動的ラジアルシャフトオイルシールは、シールのいわゆる「オイル側」および「空気側」を有するように設計されている。これらの名称は、オイル側がハウジングの内部に面し、オイルと連通しており、一方、空気側が外側に面し、空気に晒された状態での、シールの設置されたときの向きに関係する。

ラジアルシャフトオイルシールが設置できる手段には、少なくとも２つの異なる手段がある。「空気側設置」は、シールがまずハウジングのボア内に設置され、その後、シャフト（またはその摩耗スリーブ）が空気側からシールアセンブリ内に軸方向に（ハウジングの内部の方向に）設置され、封止が行なわれる手段である。「オイル側設置」はもう一つの手段であり、ハウジングおよびシャフトが既に存在しており、シールアセンブリがハウジング内に軸方向に摺動され、同時にシャフト（またはその摩耗スリーブ）上に摺動されることにより、シャフトがシールのオイル側からシールアセンブリに入る。その他の手段では、シールアセンブリがハウジング内に設置され、次に、シャフトがシールの「オイル側」からシールを通して挿入される。

設置の間、型とは無関係に、シールは、シールのシールリップを逆方向に折れさせることなく、設置中に生じる軸方向の負荷に耐えることが可能でなければならず、さもなければ、シールは、完全に設置された状態においてシールリップが有効でない位置にずれてしまう。さらに、設置中、シールアセンブリは、シールリップがシャフト上の運転表面に対して同心関係に向けられた状態で設置されなければならない。さもなければ、シールリップの間に形成されたシールの完全性が損なわれてしまう。

ラジアルシャフトシールは、漏れ試験の間または使用中に見られ得る、異なる軸圧にも晒される。シールの両端（シールのオイル側と空気側との間）で発生する圧力差は、一方向または他方向におけるシールに対する軸方向の負荷（ハウジング中の真空または増加した圧力）を付与し、シールを少なくとも若干程度シャフトから引離してしまい、極端な場合には、シールを圧力下で逆方向に折れさせて、崩れさせることにより、シールが破損してしまう可能性がある。

発明の概要
一般的にいうと、本発明は、シャフト対ボアのミスアライメントの条件下においても、適切なオイル側設置を行なうことを容易化し、さらに、シールアセンブリが設置されたときに、シールアセンブリのオイル側で正圧または負圧に晒されたときの不都合なシール破損動作に対するシールアセンブリのシールリップへの支持を設ける特徴を有する、ラジアルシャフトシールアセンブリを提供する。

発明の一つの現在好ましい局面に従うと、ハウジング内に受けられ、かつ、シャフトの周りに受けられて、シャフトシールのオイル側からシャフトシールの空気側を封止するように分離するように構成されたラジアルシャフトシールが提供される。ラジアルシャフトシールは、環状の取付部と、オイル側端部と自由な空気側端部との間に延びる環状の封止表面を有するシールリップとを含み、封止表面は、シャフトに相対的に軸方向に延びるように構成されている。さらに、環状のブリッジは、第１のヒンジによりシールリップのオイル側端部に接続され、第２のヒンジにより取付部に接続されている。ブリッジは、シールリップに対して半径方向に重なる関係で、第１のヒンジから第２のヒンジに延びている。少なくとも１つの凸部は、ブリッジから離れるように第１のヒンジからシールのオイル側に向かって延びる。凸部は、シールリップがオイル側設置プロセスの間に反転することを防止することにより、シールリップが使用中に運転表面と適切な封止接触を達成することを確実にする。

発明の別の局面に従うと、ラジアルシャフトシールアセンブリが提供される。ラジアルシャフトシールアセンブリは、中心軸に沿って延び、かつ、既定の直径を有する運転表面を設けるシャフトと、ハウジング内に受けられ、かつ、シャフトの周りに受けられて、ラジアルシャフトシールのオイル側からラジアルシャフトシールの空気側を封止するように分離するように構成されたラジアルシャフトシールとを含む。ラジアルシャフトシールは、環状の取付部と、環状の封止表面、および、オイル側端部と自由な空気側端部との間に延びる反対側の裏張り表面を有するシールリップとを含み、封止表面は、運転表面と動的な封止接触状態で軸方向に延びるように構成されている。さらに、環状ブリッジは、第１のヒンジによりシールリップのオイル側端部に取付けられ、第２のヒンジにより取付部に取付けられる。ブリッジは、シールリップに対して半径方向に重なる関係で、第１のヒンジから第２のヒンジに延びる。さらに、少なくとも１つの凸部が、第１のヒンジからシールのオイル側に軸方向に向かって延びる。

発明の別の局面に従うと、ラジアルシャフトシールをシャフト上に設置する方法が提供される。方法は、運転表面を有するシャフトを設けるステップと、自由状態にある間に、オイル側端部から自由な空気側端部に集中する環状の封止表面を有するシールリップをラジアルシャフトシールに設けるステップとを含む。さらに、第１のヒンジによりオイル側端部に取付けられた環状のブリッジをラジアルシャフトシールに設け、ブリッジは、自由状態にある間に、第２のヒンジに反れる。第２のヒンジは、ブリッジがシールリップと半径方向に重なる関係で延びるように、外側取付部に取付けられる。ラジアルシャフトシールは、さらに、第１のヒンジからシールのオイル側に向かって軸方向に延びる少なくとも１つの凸部を含む。さらに、シャフトおよびラジアルシャフトシールを互いに向かって軸方向に動かし、シールリップのオイル側端部をシャフトの端部と当接状態にする。さらに、凸部をシャフトの運転表面と当接状態にし、封止表面を運転表面と封止係合状態にして、同時に、凸部を運転表面と当接しなくなるように動かす。

本発明のこれらおよび他の局面、特徴および利点は、以下の現在好ましい実施形態の詳細な説明および最良の形態、添付の請求項および付随の図面と関連して検討されると、より容易に認識されるであろう。

シールがシャフト上に配置された状態で示される、発明の一局面に従って構築されたラジアルシャフトシールの正面図である。 自由な、組立てられていない状態で示される、図１のシールの断面図である。 初めにシャフト上に配置された状態で示される、図１のシールの図である。 シールがシャフト上に完全に配置された状態で示される、図１の２Ｃ−２Ｃ線に沿って全体的に取られた図である。 シールの細片排除、反転防止ディスク上に半径方向に内側に延びるアライメント凸部特徴を示す、異なる箇所に沿って取られた図２Ａと同様の図である。 シールがまずシャフト上に配置された状態で示される、図２Ｂと同様の図である。 シールがシャフト上に完全に配置された状態で示される、図１の３Ｃ−３Ｃ線に沿って全体的に取られた図である。

好ましい実施形態の詳細な説明
図面をより詳細に参照して、図１は、発明の一局面に従って構築された、以下シール１０と呼ぶ、ラジアルシャフトシールを図示する。シールは、例示であって限定ではないが、ラジアルシャフトシールアセンブリ１３における回転可能なシャフト１２の周りを封止するための、クランクケースへの適用における用途に好適である。シール１０は、設置されたときのシール１０の向きと関連して、オイル側Ｏおよび軸方向に反対側の空気側Ａを有し、オイル側Ｏは、封止されている用途の内側に面し、空気側Ａは、封止されている用途の外側環境に面している。シール１０は、鍔１４とも呼ばれる、外側ケースなどの取付部を含み、取付部は、エラストマーシール材料１６が取付けられた金属もしくはポリマーの環状部または環構造１５として設けられる。エラストマー材料１６は、シール本体１７を形成し、半径方向に内側に延びてシールリップ１８を設ける。さらに、以下、ディスク２０と呼ぶ、環状かつ剛性の細片排除、反転防止ディスクが、シール本体１７の空気側Ａのシール本体１７および／または鍔１４に固定される。ディスク２０は平坦または実質的に平坦であり、シールリップ１８から軸方向に離間された関係で、鍔１４から半径方向に内側に延びてシールドを形成する。シールドは、細片がシールリップ１８に影響を与えないようにするバリアとも呼ばれる。そのため、シールリップ１８は、可能な細片からの損傷から保護され、細片は、シール１０のオイル側Ｏに達することが阻止される。さらに、ディスク２０は、シャフト１２の周りのシールリップ１８の半径方向のアライメントを容易化することにより、かつ、シャフト１２を覆う設置の間にシールリップ１８が反転することを防止することの両方により、シール１０の適切な設置を容易化するように作用する。

金属鍔１４は、当該技術分野で知られているように、特定の用途の要件に依存して、図示するように、Ｌ型であってもよく、または、Ｃ型、Ｓ型、もしくは環状などの任意の数々の構成を採ってもよい。金属補強環構造１５は、外側表面上のエラストマーシール材料１６に少なくとも一部覆われた状態で示され、外側表面は、クランクケース（図示せず）のボア中でぴったりとフィットし、かつ液密な設置を設けるように起伏２２でカーブを付けられてもよい。

シールリップ１８は、緩められ、設置されていない状態にあるとき（図２Ａおよび図３Ａ）、シール１０の水平方向の中心軸２４から約１〜１０度の間など、数度だけ若干角度をなして延び、環状の半径方向に内側に面する内側封止表面２６と、オイル側端部３０と自由な空気側端部３２との間に延びる、反対側の、半径方向に外側に面する外側裏張り表面２８とを有する。封止表面２６は、自由な状態にある間、シャフト１２の運転表面３４の外径ＯＤ（２ × ｒ）未満のオイル側端部３０での最大内径ＳＤ（２ × １／２ ＳＤ）を有するため、全内側封止表面２６は確実に、使用中、運転表面３４と封止された係合状態となる。封止表面２６は、シャフトの回転中、オイルをシールのオイル側Ｏに汲み戻すように作用するリブまたはねじ山の形態の流体力学的特徴３６を有するように構成されることができる。さらに、空気側端部３２は、例示であって限定ではないが、埃排除リップ３８の形態で設けられることができ、埃排除リップ３８は、シールアセンブリ１０の空気側Ａからオイル側Ｏへの汚染物質侵入の防止を容易化し、さらに、シールアセンブリ１０のオイル側Ｏでの潤滑剤の維持を容易化する。

環状ブリッジ４０は、シールリップ１８をシール本体１７に動作可能に接続する。環状ブリッジ４０は、第１のヒンジ４２によりシールリップ１８のオイル側端部３０に接続され、第２のヒンジ４４によりシール本体１７に接続される。ブリッジ４０は、シールリップ１８から半径方向に外側に、おおむね横に延び、次に、約２０〜４０度の間など、水平方向の中心軸２４に対して角度をなして重なっている態様で、シールリップ１８を覆うように戻って延びる。しかし、角度は水平方向から１〜８９度の範囲であり得る。したがって、ブリッジ４０は、シールアセンブリ１０の空気側Ａに面する環状のポケット４６を設ける。

剛性のディスク２０は、最も外側の環状の周囲４８と、シールリップ１８の空気側端部３２から軸方向に離間された最も内側の環状の周囲５０とを有する。ディスク２０は、たとえば、圧着を介してなどして、鍔１４に機械的に固定されることにより、および／または、たとえば、接着剤を介してなどして、シール本体１７に固定されることによりなどして、鍔１４およびシール本体１７に対して相対的な動作に対抗して固定される。接着剤は、ディスク２０の当接している表面とシール本体１７との間に塗布され得、鍔１４は、スピン形成および／またはステーキングプロセスを介して、最も外側の周囲５０とロックされた係合状態にできることが認められるべきである。図１に最もよく示されるように、ディスク２０は、以下凸部５２と呼ぶ、複数の半径方向に内側に延びるシャフト／シールリップアライメント特徴を有する。凸部５２は、互いから円周方向に等距離に離間された状態で示され、互いから１２０度離れるとして示されるが、所望により、より多くの凸部を含むこともできる。図１に示されるように、凸部５２は、内径ＩＤ（２ × ｒ′）を定義する自由な先端を有し、ＩＤは、図３Ｃに示すように、シャフト運転表面３４のＯＤ（２ × ｒ）よりも若干大きい。したがって、シール１０を介したシャフト１２の設置の完了の際、凸部５２はシャフト運転表面３４と接触しないままである。しかしながら、シール１０を介したシャフト１２の設置の間、凸部５２は、シャフト運転表面３４に対するシールリップ１８の適切な同心アライメントを容易化し、シールリップ１８と運転表面３４との間に望ましいシールを完成させる。したがって、ディスク２０は、シール１０を介したシャフト１２の挿入の間およびその完了の際に、シールリップ１８が不慮の反転から防止され、かつ、封止された配列に適切に構成されることを確実にする。

図２Ｂおよび図３Ｂは、シール１０を介したシャフト１２のオイル側設置の進行を図示する。設置の間、シール１０は既にハウジング内に設置されており、シャフト１２はその後、オイル側Ｏから空気側Ａに向かってシール１０を通って延ばされるか、または、ハウジングは、シール１０がハウジングに固定された状態で、シャフト１２がシール１０の空気側を通って外側にシールのオイル側を通って延びるように、シャフト１２を覆うように組立てられる。シャフト１２がシール１０を通って軸方向に摺動されるにつれ、シャフト１２の端部６０は、まず、シール１０のオイル側端部３０に係合し、これが起きるにつれ、主なシールリップ１８は、半径方向に外側に拡大され、シールリップ２４の空気側端部３２は、半径方向に外側に傾斜されるため、ポケット４６が部分的に崩されることにより、シャフト１２の周りにシール１０を設置するのに必要な軸方向の設置力が減少される。設置が進行するにつれ、空気側端部３２は、シール１０の空気側Ａに向けて半径方向に外側にかつ軸方向に移動し続ける。結果的に、空気側端部３２が対向し、シールリップ１８がシール１０の空気側Ａに向かって軸方向に移動し続けることをディスク２０が防止するように、ディスク２０に影響を及ぼすようにされる。したがって、ディスク２０は、シールリップ１８およびブリッジ４０が、シール１０の空気側Ａに向けて軸方向に外側に巻かれ、反転されることを防止する。そのため、図２Ｃおよび図３Ｃに示すように、シール１０を介するシャフト１２の完全な設置の際、シールリップ１８は、半径方向に内側にかつディスク２０から軸方向に離れるように自動的に戻り、シャフト１２の運転表面３４と適切な封止構成を達成することが可能である。

上記の教示に照らして、本発明の多くの変更およびバリエーションが可能であることが明らかである。したがって、添付の請求項および最終的に許可される任意の請求項の範囲内であれば、具体的に記載された方法以外で本発明を実施してもよいことが理解されるべきである。

Claims (13)

1. ラジアルシャフトシールであって、前記ラジアルシャフトシールは、ハウジング内に受けられ、かつ、シャフトの周りに受けられて、前記シャフトシールのオイル側から前記シャフトシールの空気側を封止するように分離するように構成され、前記ラジアルシャフトシールは、
   環状の取付部と、
   オイル側端部と自由な空気側端部との間に延びる環状の内側封止表面を有するシールリップとを備え、前記内側封止表面は、前記シャフトと封止された係合状態で前記シャフトに沿って軸方向に延びるように構成され、前記ラジアルシャフトシールはさらに、
   前記シールリップの前記オイル側端部に接続され、かつ、前記取付部に接続される環状ブリッジを備え、前記ブリッジは、前記シールリップに対して半径方向に重なる関係で延びており、前記ラジアルシャフトシールはさらに、
   前記取付部から前記シールリップの前記空気側の最も内側の周囲まで半径方向に内側に延びる剛性の環状ディスクを備え、前記最も内側の周囲は、前記シャフトと接触しないままとなるように、前記シールリップの前記内側封止表面の直径よりも大きい内径を有し、前記シールリップが付勢されず、弛緩した状態で前記シャフト上に設置されたときには前記ディスクは前記シールリップと軸方向に離間され完全に前記シールリップと接触せず、前記シールリップが設置の間に前記ラジアルシャフトシールの前記空気側に向かって軸方向に動いたときには、前記ディスクは前記シールリップに突き合わされ、前記シールリップが巻かれ設置の間に前記ラジアルシャフトシールが前記空気側に向かって軸方向に反転することが防止される、ラジアルシャフトシール。
2. 前記ディスクの前記最も内側の周囲は、複数の半径方向に内側に延びる凸部を有する、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
3. 前記複数の凸部は、互いから円周方向に等距離に離間される、請求項２に記載のラジアルシャフトシール。
4. 前記ディスクは、実質的に平坦である、請求項３に記載のラジアルシャフトシール。
5. 前記ディスクの前記最も内側の周囲は、前記シールリップの前記自由な空気側端部から軸方向に離間される、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
6. ラジアルシャフトシールアセンブリであって、前記ラジアルシャフトシールアセンブリは、
   中心軸に沿って延び、かつ、規定の直径を有する運転表面を設けるシャフトと、
   ハウジング内に受けられ、かつ、前記シャフトの周りに受けられて、前記ラジアルシャフトシールのオイル側から前記ラジアルシャフトシールの空気側を封止するように分離するように構成されたラジアルシャフトシールとを備え、前記ラジアルシャフトシールは、
   環状の取付部と、
   オイル側端部と自由な空気側端部との間に延びる環状の内側封止表面を有するシールリップとを備え、前記内側封止表面は、前記シャフトと封止された係合状態で前記シャフトの前記運転表面に沿って軸方向に延びるように構成され、前記ラジアルシャフトシールはさらに、
   前記シールリップの前記オイル側端部に接続され、かつ、前記取付部に接続された環状のブリッジを備え、前記ブリッジは、前記シールリップに対して半径方向に重なる関係で延びており、前記ラジアルシャフトシールはさらに、
   前記取付部から前記シールリップの前記空気側の最も内側の周囲まで半径方向に内側に延びる剛性の環状ディスクを備え、前記最も内側の周囲は、前記シャフトと接触しないままとなるように、前記内側封止表面の内径よりも大きい内径を有し、前記シールリップが付勢されず、弛緩した状態で前記シャフト上に設置されたときには、前記ディスクは前記シールリップと軸方向に離間され完全に前記シールリップと接触せず、前記シールリップが設置の間に前記ラジアルシャフトシールアセンブリの前記空気側に向かって軸方向に動いたときには、前記ディスクは前記シールリップに突き合わされ、前記シールリップが巻かれ前記ラジアルシャフトシールアセンブリが前記空気側に向かって軸方向に反転することが防止される、ラジアルシャフトシールアセンブリ。
7. 前記ディスクの前記最も内側の周囲は、複数の半径方向に内側に延びる凸部を有する、請求項６に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
8. 前記複数の凸部は、互いから円周方向に等距離に離間されている、請求項７に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
9. 前記ディスクは実質的に平坦である、請求項８に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
10. 前記ディスクの前記最も内側の周囲は、前記シールリップの前記自由な空気側端部から軸方向に離間されている、請求項６に記載のラジアルシャフトシールアセンブリ。
11. ラジアルシャフトシールをシャフト上へと設置する方法であって、前記方法は、
    運転表面を有するシャフトを設けるステップと、
    自由状態にある間に、オイル側端部から自由な空気側端部に集中する環状の封止表面を有するシールリップを前記ラジアルシャフトシールに設けるステップとを含み、環状のブリッジは、第１のヒンジにより前記オイル側端部に取付けられ、前記自由状態にある間に第２のヒンジに反らされ、前記第２のヒンジは、前記ブリッジが前記シールリップに対して半径方向に重なる関係で延びるように、外側取付部に取付けられ、前記シールはさらに、前記ブリッジから軸方向に離れるように前記取付部から延びる環状の凸部を含み、前記凸部は、前記シールリップに面するオイル側を有し、前記方法はさらに、
    前記シャフトおよび前記ラジアルシャフトシールを互いに向かって軸方向に動かすステップと、
    前記シールリップの前記オイル側端部を前記シャフトの端部と当接状態にし、前記シールリップの前記空気側端部を前記凸部の前記オイル側と当接状態になるように動かすステップと、
    前記封止表面を前記運転表面と封止係合状態にし、同時に、前記シールリップの前記空気側端部を動かして、前記凸部と当接状態でなくなるように動かすステップとを含む、方法。
12. 前記運転表面の直径よりも大きい直径を有する自由端部まで延びる規定の長さを有する前記凸部を設けるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記封止表面を、前記第１のヒンジを介して集中している構成から反れている構成へと少なくとも部分的に旋回させるステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

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