JP6043304B2

JP6043304B2 - 低トルクラジアル軸封止組立体

Info

Publication number: JP6043304B2
Application number: JP2013558230A
Authority: JP
Inventors: セドラー，ブレント・アール; トス，デイビッド・エム
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: US20120235362A1; WO2012125992A1; KR20140006042A; JP2014511978A; CN103502706B; EP2686586B1; EP2686586A1; KR101988267B1; US8800996B2; CN103502706A; BR112013022021A2

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１１年３月１７日に提出され、その開示全体が引用によりこの明細書中に援用される米国仮出願シリアル番号第６１／４５３，５７７号の利益を主張する。

発明の背景
１．技術分野
本発明は、一般的に封止組立体に関し、より詳しくは、回転軸封止組立体に関する。

２．関連技術
軸封止は、多くの種類の車両応用によく使用されている。軸封止は、回転軸または摩耗スリーブの運動面に対して信頼性のある封止を確立することによって汚染の侵入と望ましい潤滑剤の流出との両方を防ぐことに加え、軸に対して最小の回転トルクをもたらすことが望ましい。トルクが低くなると、軸の運動面に対して軸封止により生成された引張りが少なくなるため、たとえばクランク軸などのような軸を回すのに必要な寄生馬力が少なくなる。よって、封止の回転トルクが低減されると、車両全体の燃費の向上に役立つ。残念なことに、一般的には、最大の封止または軸との最小の摩擦のいずれかを達成するのに妥協が必要である。さらに、封止リップが容易かつ適切に軸上に設置されることも望ましい。残念なことに、設置時、封止リップは時々誤って反転し、その結果、使用上の問題を引起す。

本発明に従って構成された軸封止は、封止リップが誤って反転する心配がなく、空気側から軸に容易に設置することができ、信頼性のある封止と最小の摩擦との両方を達成する必要性に応えるものである。

発明の概要
軸封止組立体は、封止組立体の中心軸に向かって径方向内側へ自由端部まで延在する環状の脚部を有する環状の金属ケースを含む。脚部は、封止組立体のオイル側と空気側とにそれぞれ面する対向するオイル側面と空気側面とを有する。さらに、エラストマー材料が脚部に接合される。エラストマー材料は、脚部の自由端部に直接隣接する本体を形成し、本体から径方向内側へ延在する環状の主要封止リップをさらに与える。主要封止リップは、径方向外側に面する裏当て面と径方向内側に面する封止面との間に延在する厚さを有する。封止面は、空気側端部から、封止組立体のオイル側に向かって延在するオイル側自由端部までの主要封止リップの全長に沿って延在する。封止面は、軸の運動面に押付けている主要封止リップの長さに沿って中心軸と平行に延在するように構成される。空気側の端部は、第１ヒンジ部を介してエラストマー材料により形成された環状のブリッジ部に取付けられる。ブリッジ部は、第２ヒンジ部を介して本体に動作可能に取付けられる。ブリッジ部は、ブリッジ部の厚さをもって延在する対向する側面を有する。第１ヒンジ部と第２ヒンジ部との各々は、ブリッジ部の厚さより小さい厚さを有する。また、第１ヒンジ部は、主要封止リップの厚さより小さい厚さを有する。

よって、第１および第２ヒンジ部は協働し、主要封止リップの封止面が軸の運動面と適切に封止当接することを保証する。さらに、可撓性のある第１および第２ヒンジ部は、可撓性の低い主要封止リップと組合わせると、厚さが増加し、それによって、主要封止リップが軸の運動面に押付ける負荷の主な供給源を提供することは可能になる。

本発明の別の側面によれば、軸封止組立体は、本体に動作可能に取付けられ、軸の運動面に接触するように構成された自由端まで延在する補助リップを含む。自由端は、主要封止リップとともに、封止組立体のオイル側に面する。主要封止リップと補助封止リップとの両方が封止組立体のオイル側に面しているため、軸との適切な動作関係に組込まれるときに、封止組立体を通して軸を空気側で組立てる作業が容易になり、封止リップが誤って反転する心配がなくなる。

本発明の別の側面によれば、補助リップは、本体に直接隣接した対向する側面の間に延在する厚さを有し、補助リップは、補助リップの厚さより小さい厚さを有する補助ヒンジ部を介して本体に動作可能に取付けられる。よって、補助ヒンジ部は、補助リップと軸の運動面との間に生じた回転摩擦の最小化を容易にする。

本発明の別の側面によれば、封止組立体はさらに、補助リップから延在する第２補助リップを含む。第２補助リップは、軸封止組立体の空気側に向かって自由端部まで延在する。第２補助リップは、封止組立体のオイル側に侵入する汚染をさらに抑える。

本発明の別の側面によれば、第２補助リップは、軸の運動面に当接するように構成される。よって、補助リップと第２補助リップとの間に密閉された環状のポケットが形成され、流体潤滑膜の形成を容易にし、封止組立体の空気側への潤滑剤の流出をさらに抑える。

本発明の上記および他の側面、特徴および利点は、以下の現時点で好ましい実施形態および最良実施形態の詳細な説明、特許請求の範囲および添付図面に関連して考えればより簡単に理解できるようになるであろう。

本発明の一側面に従って構成され、設置されていない状態の軸封止組立体を示す断面図である。図１の軸封止組立体の設置されていない状態を破線で、軸に設置された状態を実線で示す図である。本発明の別の側面に従って構成され、設置されていない状態の軸封止組立体を示す断面図である。図２の軸封止組立体が軸に設置された状態を示す図である。本発明の別の側面に従って構成され、設置されていない状態の軸封止組立体を示す断面図である。図３の軸封止組立体が軸に設置された状態を示す図である。本発明の別の側面に従って構成され、設置されていない状態の軸封止組立体を示す断面図である。図４の軸封止組立体が軸に設置された状態を示す図である。本発明の別の側面に従って構成され、設置されていない状態の軸封止組立体を示す断面図である。図５の軸封止組立体が軸に設置された状態を示す図である。本発明の別の側面に従って構成され、設置されていない状態の軸封止組立体を示す断面図である。図６の軸封止組立体が軸に設置された状態を示す図である。本発明の別の側面に従って構成され、設置されていない状態の軸封止組立体を示す断面図である。図７の軸封止組立体が軸に設置された状態を示す図である。

現在の好ましい実施形態の詳細な説明
図面をより詳細に参照すれば、本発明の一側面に従って構成された回転ラジアル軸封止組立体は、図１（設置されていない）および図１Ａ（設置された）に示されている。以下、回転ラジアル軸封止組立体を組立体１０と称する。組立体１０は、ケース１２とも呼ばれる環状の外側金属シェルを含む。限定することなく、例として示されたケース１２は、概ねＬ字状であって、組立体１０の中心軸１６（図１Ａ）の周りに周方向に延在する環状の円筒形または実質的に円筒形の外壁１４と、平面に沿って壁１４から中心軸１６に向かって径方向内側へ自由端部２０まで延在する環状の脚部１８とを有する。脚部１８は、封止組立体の空気側Ａとオイル側Ｏとにそれぞれ面する対向する空気側面１９とオイル側面２１とを有している。ケース１２の形状は、図示の形状に限定されず、任意の適切な形状は、特許請求の範囲内に含まれることが意図されていることを認識すべきである。組立体１０はさらに、脚部１８に接合されたエラストマー材料２２を含む。エラストマー材料２２は、たとえば低コストゴムであって、自由端部２０に直接隣接する本体２４を形成する。また、エラストマー材料２２は、本体２４から径方向内側へ延在する環状の主要封止リップ２６を形成する。主要封止リップ２６は、空気側で設置作業において、封止組立体１０を通した軸２８（図１Ａ）の円滑な設置を容易にするように構成されている。設置作業においては、軸２８は、封止組立体１０の空気側Ａから、封止組立体１０を通した封止組立体１０のオイル側Ｏに向かって挿入される（一般的に、設置作業は、封止組立体１０をハウジング２９（図１Ａ）に設置し、その後、封止組立体１０を通って軸２８を挿入することにより行われる。ただし、封止組立体１０は、最初からハウジング２９に設置される必要がない）。このような円滑な設置によって、主要封止リップ２６は、誤って反転する心配なく、軸２８の運動面３０と適切に封止当接することができる。

エラストマー材料２２は、本体２４と主要封止リップ２６とを形成する以外に、ケース１２の外面３２の全体または実質的に全体を覆うように成形することができる。よって、エラストマー材料２２の径方向最外部３４は、外壁１４の外面３２を覆うように成形することができる。最外部３４の直径は、たとえばライン・ツー・ラインまたは若干干渉のあるプレス嵌めにより、ハウジング２９のボア内に受入られる大きさに構成される。また、エラストマー材料２２は、脚部１８の周りに少なくとも部分的に延在するように成形されることができる。図示では、エラストマー材料２２は、脚部１８の空気側面１９を完全に覆い、かつ、脚部１８のオイル側２１を部分的に覆うように延在し、本体２４は自由端部２０を横切る。したがって、エラストマー材料２０は、脚部１８の空気側外面１９の全体を覆うことができ、それによってケース１２を腐食されないように保護する。

主要封止リップ２６は、径方向外側に面する裏当て面４２と、径方向内側に面する封止面４４との間に延在する厚さｔ１（図１）を有するように成形される。封止面４４は、主要封止リップ２６の長さＬに沿って空気側端部４６から封止組立体１０のオイル側Ｏに面するオイル側自由端部４８まで延在する。設置時および使用中に、封止面４４の全体は、軸運動面３０に押付けている主要封止リップの全長Ｌに沿って中心軸線１６に平行に延在するように構成される。図示のように、封止面４４は、リブ４７とも称される、オイル側自由端部４８に直接隣接する環状の、周方向に連続するリップと、リブ４７のすぐ近隣から空気側端部４６に向かって延在する螺旋状の溝４９とを有する。したがって、リブ４７は、組立体１０のオイル側Ｏからの潤滑剤の流出を抑えるが、一部の潤滑剤がリブ４７を越えて流れた場合に、溝４９は、潤滑剤をオイル側Ｏに向かって送込むように構成される。空気側端部４６は、エラストマー材料２２から形成された環状のブリッジ部５０を介して本体２４に動作可能に取付けられる。ブリッジ部５０は、第１ヒンジ部５２を介して空気側端部４６に取付けられ、第２ヒンジ部５４を介して本体２４に取付けられる。環状のブリッジ部５０は、厚さｔ２（図１）を挟んで延在する対向する両側面５６、５８を有する。図示では、厚さｔ２は、ブリッジ部５０の全長に亘って一定または実質的に一定である。第１ヒンジ部５２と第２ヒンジ部５４は、厚さｔ３とｔ４（図１）をそれぞれ有する。厚さｔ３とｔ４の両者は、ブリッジ部５０の厚さｔ２より小さい。また、第１ヒンジ部５２の厚さｔ３は、主要封止リップ２６の厚さｔ１より小さい。

エラストマー材料２２はさらに、環状の補助リップ６０を形成するように成形される。補助リップ６０は、主要封止リップ２６に対して、本体２４から組立体１０の空気側Ａにある自由端部６２まで径方向内側へ延在する。補助リップ６０は、本体２４に直接隣接する両対向側面６４、６６の間に延在する厚さｔ５（図１）を有する。補助リップ６０は、補助ヒンジ部６８を介して本体２４に取付けられる。補助ヒンジ部６８は、補助リップ６０の厚さｔ５より小さい厚さｔ６を有する。よって、補助ヒンジ部６８は、補助リップ６０の主な屈曲ポイントとして機能し、補助リップ６０の他の部分よりも先にかつより大きい程度に屈曲する傾向がある。補助リップ６０は、自由端部６２が主要封止リップ２６に面する（向ける）状態になり、よって組立体１０のオイル側Ｏに面する（向いている）状態になることにより、軸に当接するように構成される。オイル側Ｏと空気側Ａとの間に圧力勾配を等しく維持することを容易にするために、補助封止リップ６０は、自由端部６２の内部に延在する、通気孔７０とも呼ばれる１つ以上の切込みを有してもよい。

図１Ａに示すように、封止組立体１０を通して軸２８を組立てる際に、主要封止リップ２６および補助封止リップ６０のそれぞれの自由端部４８および６２の両方が組立体１０のオイル側Ｏに面した状態で、ブリッジ部５０および補助封止リップ６０が互いに平行または実質的に平行に延在する。図１に示すように、設置されていない状態では、補助リップ６０の自由端部６２は、概ね空気側Ａに向かって傾斜するが、組立体を通して軸２８を組立てる際に、補助リップ６０は、軸２８からの付勢によって、主に補助ヒンジ部６８でオイル側Ｏに向かって軸方向に屈曲され、設置された状態になる（図１Ａ）。補助リップ６０は、使用時に空気側Ａに向かって逆に折曲げられるのを防ぐのに十分な長さを有し、かつ、１つまたは複数の通気口７０は、補助リップ６０が空気側Ａに向かって誤って移動することをさらに防止する。

図２および図２Ａは、本発明の別の側面に従って構成された軸封止組立体１１０を示している。図において、上記と類似する特徴は、係数１００を足した同一の参照番号により示される。組立体１１０は、前述した組立体１０と同様であるため、顕著な違いのみを説明する。

前述した封止組立体１０と同様に、封止組立体１１０は、本体１２４と、主要封止リップ１２６と、補助封止リップ１６０とを含み、さらに、本体１２４から垂れ下がるネック領域７２を含む。主要および補助封止リップ１２６、１６０は、ネック領域７２から延在する。よって、図１および図１Ａに示された実施形態と異なり、補助封止リップ１６０は、本体１２４の端面７３から組立体１１０のオイル側Ｏに向かって軸方向内側へ延在するように構成されている。したがって、端面７３がハウジングに当接する応用において、補助封止リップ１６０は、ハウジングから軸方向に離れるように維持されているので、干渉する心配はない。その他の点では、封止１１０は、関連するヒンジ部および封止リップ厚さｔ１〜ｔ６を含む、前述した特徴を備える。

図３および図３Ａは、本発明の別の側面に従って構成された軸封止組立体２１０を示している。図において、上記と類似する特徴は、係数２００を足した同一の参照番号により示される。組立体２１０は、前述した組立体１０と同様であるため、顕著な違いのみを説明する。

封止組立体２１０は、前述した封止組立体１０と同様である。ただし、前述した補助リップ２６０に加えて、補助リップ２６０の両側面２６４、２６６のうち一側面、図示では組立体２１０の空気側Ａに面する側面２６４から延在する第２補助リップ７４を含む。第２補助リップ７４は、組立体２１０の空気側Ａに向かって自由端部７６まで延在する。図示では、第２補助リップ７４は、補助リップ２６０から空気側Ａに向かって外側へ分岐する。組立時に、第２補助リップ７４の自由端部７６は、軸２２８と密封当接するように下方へロールするように構成され、よって、補助リップ２６０と第２補助リップ７４との間に環状の密封チャネルを構築する。補助リップ２６０と第２補助リップ７４とは各々、少なくとも１つの切込みを有する。この切込みは、通気孔２７０（図３）とも呼ばれ、自由端部２６２、７６の内部に延在し、オイル側Ｏと空気側Ａとの間に圧力勾配が蓄積しないように、対応の補助リップ２６０および第２リップ７４を減圧または通気する。その他の点では、封止組立体２１０は、関連するヒンジ部および封止リップ厚さｔ１〜ｔ６を含む、前述したものと同様である。

図４および図４Ａは、本発明の別の態様に従って構成された軸封止組立体３１０を示している。図において、上記と類似する特徴は、係数３００を足した同一の参照番号により示される。組立体３１０は、前述した組立体２１０と同様であるため、顕著な違いのみを説明する。

前述した封止組立体２１０と同様に、封止組立体３１０は、本体３２４と、主要封止リップ３２６と、補助封止リップ３６０と、第２補助封止リップ３７４とを含み、さらに、本体３２４から垂れ下がるネック領域３７２を含む。主要および補助封止リップ３２６、３６０は、ネック領域３７２から直接延在する。よって、軸３２８上における封止組立体３１０の組立てが完了すると、図３および図３Ａに示された実施形態と異なり、補助封止リップ３６０および第２補助封止リップ３７４は、本体３２４の端面３７３から組立体３１０のオイル側Ｏに向かって軸方向内側へ延在するように構成されている。したがって、封止組立体１１０と同様、補助封止リップ３６０および第２補助封止リップ３７４は、ハウジングから軸方向に離れるように維持されているので、干渉する心配はない。その他の点では、封止３１０は、関連するヒンジ部および封止リップ厚さｔ１〜ｔ６を含む、前述した特徴を備える。

図５および図５Ａは、本発明の別の態様に従って構成された軸封止組立体４１０を示している。図において、上記と類似する特徴は、係数４００を足した同一の参照番号により示される。組立体４１０は、前述した組立体１０と同様であるため、顕著な違いのみを説明する。

封止組立体４１０は、前述した封止組立体１０と本質的に同様である。ただし、ブリッジ部４５０は、本体４２４に直接取付けられる代わりに、第２ヒンジ部４５４を介して補助リップ４６０に直接取付けられる。設置されていない状態において、ブリッジ部４５０と補助リップ４６０とは、互いに分岐することにより、それらの間に概ね環状のＶ字形チャネル７８を形成する（図５）。その後、組立体４１０を通して軸４２８を設置するときに、Ｖ字形チャネル７８は、大幅に狭くなり（図５Ａ）、ブリッジ部４５０と補助リップ４６０とが互いに平行または実質的に平行にされる。その他の点では、封止４１０は、関連するヒンジ部および封止リップ厚さｔ１〜ｔ６を含む、前述した特徴を備える。

図６および図６Ａは、本発明の別の態様に従って構成された軸封止組立体５１０を示している。図において、上記と類似する特徴は、係数５００を足した同一の参照番号により示される。組立体５１０は、前述した組立体４１０と同様であるため、顕著な違いのみを説明する。

前述した封止組立体４１０と同様に、封止組立体５１０は、本体５２４と、主要封止リップ５２６と、補助封止リップ５６０とを含み、さらに、本体５２４から垂れ下がるネック領域５７２を含む。主要および補助封止リップ５２６、５６０は、ネック領域５７２から延在する。よって、軸５２８上における封止組立体５１０の組立てが完了すると、図５および図５Ａに示された実施形態と異なり、補助封止リップ５６０は、本体５２４の端面５７３から組立体５１０のオイル側Ｏに向かって軸方向内側へ延在するように構成されている。したがって、封止組立体１１０および３１０と同様、補助封止リップ５６０は、ハウジングから軸方向に離れるように維持されているので、干渉する心配はない。その他の点では、封止５１０は、関連するヒンジ部および封止リップ厚さｔ１〜ｔ６を含む、前述した特徴を備える。

図７および図７Ａは、本発明の別の側面に従って構成された軸封止組立体６１０を示している。図において、上記と類似する特徴は、係数６００を足した同一の参照番号により示される。組立体６１０は、前述した組立体１０と同様であるため、顕著な違いのみを説明する。

封止組立体６１０は、前述した封止組立体１０と同様である。ただし、補助リップ６６０は、組立体６１０を通して軸６２８を挿入するときに、軸６２８と当接するように延在し、組立体６１０のオイル側Ｏに向かって延在するように構成されるのではなく、補助リップ６６０の長さは、軸６２８と回転接触しないように短くされている。よって、組立体６１０を通して軸６２８を挿入するときに、補助リップ６６０の自由端部６６２は、軸６２８から軸方向に離れるように維持される。したがって、補助リップ６６０は、本体６２４からオイル側Ｏに向かって自由端部６６２まで径方向内側へ収束する。このとき、自由端部６６２は、組立時に組立体の空気側Ａに面するように維持され、よって、組立体６１０を通して軸６２８を挿入するときに、ヒンジ部でオイル側Ｏに向かって折曲がらない。したがって、補助リップ６６０は、汚染がオイル側Ｏに侵入しないように防止する非接触型の隔離装置として機能する。

上記の教示を考慮すると、本発明に多くの修正および変更ができることは明らかである。したがって、理解すべきことは、最終的に許可された請求の範囲に属する本発明は、詳細説明以外の方法で実施することが可能であることである。

Claims

軸封止組立体であって、
前記封止組立体の中心軸に向かって径方向内側へ自由端部まで延在する環状の脚部を有する環状の金属ケースを含み、
前記脚部は、前記封止組立体のオイル側と空気側とにそれぞれ面する対向するオイル側面と空気側面とを有し、
前記脚部に接合されたエラストマー材料を含み、
前記エラストマー材料は、前記脚部の前記自由端部に隣接する本体と、前記本体から径方向内側へ延在する環状の主要封止リップとを形成し、
前記主要封止リップは、径方向外側に面する裏当て面と径方向内側に面する封止面との間に延在する厚さを有し、
前記封止面は、空気側端部からオイル側自由端部までの前記主要封止リップの長さに沿って延在し、かつ、軸の運動面に押付けている前記長さに沿って前記中心軸と平行に延在するように構成され、
前記空気側端部は、第１ヒンジ部を介して前記エラストマー材料により形成された環状のブリッジ部に取付けられ、
前記ブリッジ部は、第２ヒンジ部を介して前記本体に動作可能に取付けられ、前記ブリッジ部は、前記ブリッジ部の厚さを挟んで延在する対向する側面を有し、
前記第１ヒンジ部と前記第２ヒンジ部との各々は、前記ブリッジ部の前記厚さより小さい厚さを有し、
前記第１ヒンジ部は、前記主要封止リップの前記厚さより小さい厚さを有し、軸封止組立体はさらに、
前記主要封止リップに対して、前記本体から空気側の自由端部まで径方向内側へ延在する補助リップをさらに含み、
前記補助リップは、前記本体に直接隣接する対向側面の間に延在する厚さを有し、
前記補助リップは、補助ヒンジ部を介して前記本体に取付けられ、
前記補助ヒンジ部は、前記補助リップの前記厚さより小さい厚さを有し、
前記エラストマー材料は、単一の前記補助リップを形成する、軸封止組立体。
前記補助リップは、前記補助リップの前記自由端部が前記主要封止リップに面するとともに、前記軸に当接するように構成される、請求項１に記載の軸封止組立体。
前記補助リップは、前記補助リップの前記自由端部内に延在し、前記補助リップに通気孔を形成する切込みを少なくとも１つ有する、請求項２に記載の軸封止組立体。
前記補助リップは、前記本体に直接隣接する対向側面の間に延在する厚さを有し、
前記補助リップは、補助ヒンジ部を介して前記本体に取付けられ、
前記補助ヒンジ部は、前記補助リップの前記厚さより小さい厚さを有する、請求項２に記載の軸封止組立体。
前記補助リップは、対向側面を有し、
前記軸封止組立体はさらに、前記補助リップの前記側面のうち１つの側面から直接延在する第２補助リップを含む、請求項２に記載の軸封止組立体。
前記第２補助リップは、前記軸封止組立体の前記空気側に向かって自由端部まで延在する、請求項５に記載の軸封止組立体。
前記第２補助リップは、前記軸に当接するように構成される、請求項６に記載の軸封止組立体。
前記補助リップと前記第２補助リップとの各々は、それぞれの自由端部内に延在し前記補助リップと前記第２補助リップとの間の環状のチャネルを通気させる切込みを少なくとも１つ有する、請求項７に記載の軸封止組立体。
前記ブリッジ部は、前記第２ヒンジ部を介して前記本体に直接取付けられる、請求項１に記載の軸封止組立体。
前記ブリッジ部は、前記第２ヒンジ部を介して前記補助リップに直接取付けられる、請求項１に記載の軸封止組立体。