JP6377242B2 - 回転軸用ハウジングおよびシール - Google Patents

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Description

本発明は回転軸用シールのハウジングと回転軸用シールに関し、特に圧着フランジを有する回転軸用シールに関する。
回転または往復運動をする機械は、シャフトを駆動する内部機構に特徴がある。シャフトは機械のハウジング内の一端または両端を通過する場合があり、この場合、リップシールとも呼ばれる回転軸用シールは、油やグリース等の潤滑流体を保持するだけでなく、水分や埃等の汚染物質の侵入を防止するためにハウジング内の出口地点の近くに配置してもよい。この回転軸用シールは、ハウジングに対してシール性を発揮する外径と、シャフトに対するシール性を発揮するシーリングリップを有してもよい。このシーリングリップによりシャフトにラジアル荷重がかかり、これにより過度の摩擦や摩耗を生じさせずに十分なシール性が発揮される。
シール性を向上させた回転軸用シールの需要は今後も続くであろう。
以下、実施形態を実施例によって示すが、本実施形態は添付の図面に限定されるものではない。
図1は、本発明の本実施形態に係る回転軸用シールのハウジングの側断面図である。 図2は、本発明の別の実施形態に係る回転軸用シールのハウジングを示す断面図である。 図3は、本実施形態に係る、図4の線3−3に沿って見た未完成の回転軸用シールの断面図である。 図4は、本実施形態に係る未完成の回転軸用シールの上面図である。 図5は、本実施形態に係る回転軸用シールの断面図である。 当業者は、図中の要素は、簡単明瞭に示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解するであろう。例えば、図中の要素の一部の寸法は、本発明の実施形態のより一層の理解を図るため、他の要素に対して誇張して表現してもよい。
本発明に開示された教示の理解を補助するため、以下、図面を参照しながら説明する。以下の説明において特定の実施形態に焦点を当てるが、あくまでも説明の便宜を図るためであり、教示の範囲および適用可能性を限定するものとして解釈されるべきではない。その他の実施形態も本願に開示する教示に基づく限り使用してもよい。
「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」等の用語、またはその変形は、非排他的な表現を包含、網羅することを意図している。例えば、一連の機能を有する方法、物品、装置は、必ずしもこれら機能のみに限定されず、これら方法、物品、装置に明確に記載されず固有ではないその他の機能も有してよい。また、特に断らない限り、「または」は、排他的ではなく包括的な用語を意図する。例えば、「AまたはB」は次のいずれかの条件によって満たされる。Aが真であり(または存在し)Bが偽である(存在しない)。Aが偽であり(または存在せず)Bが真である(または存在する)。AとB両方共に真である(または存在する)。
また、不定冠詞は、本明細書中に記載される要素及び部品に対して使用するものとし、単に本発明の範囲の一般的な意味を与えるために便宜上使用する。本明細書においては、そうでないことが明記されない限り、単一の項目、少なくとも単一の項目、または複数の場合も含む単一の項目、またはその逆も含むものとして解釈されるべきである。例えば、単一の項目が本明細書中に記載されている場合、この単一の項目の代わりに1つ以上の項目を代用してもよい。同様に、本明細書中に1つ以上の項目が記載されている場合、この1つ以上の項目の代わりに単一の項目を代用してもよい。
本明細書中で使用する「実質的に」という用語は、全体値の約4%未満、または全体値の約2%未満等の、全体値の約5%未満の偏差を意味する。例えば、「実質的に含まない」という用語は、特徴の少なくとも約96%を欠くこと、または特徴の少なくとも約98%を欠くこと等の、特徴の少なくとも約95%以上を欠くことを意味する。
本明細書で使用するすべての規格は、本願発効日の時点における規格として解釈されるべきである。別段の定義がない限り、本明細書中で使用する全ての技術用語および科学用語は、一般的に、本発明が属する技術分野の当業者によって理解されるのと同じ意味を有するものとする。材料、方法、および実施例は例示にすぎず、限定を意図するものではない。本明細書中に特に記載されない限り、特定の材料及び処理行為に関する詳細はほぼ従来通りであり、シーリング技術分野の文献や情報源中に見出すことができるものである。
本明細書中に記載する一以上の実施形態に係る回転軸用シールのハウジングは、一般的に、中心軸を画定する開口を有する本体と、中心軸に向かって本体から延びるフランジを含む。
本明細書中に記載する一以上の実施形態に係る回転軸用シールは、一般的に、中心軸を画定する開口を有する本体と、中心軸に向かって本体から延びるフランジとを有するハウジングを含む。回転軸用シールは、ハウジングとフランジとの間に固定シーリング材をさらに含むことができ、このシーリング材はハウジングのキャビティ内に圧着してもよい。
フランジは、キャビティと連続する第1面、第1面に対向する第2面、第1面と第2面の間に延びる第3面を備える。特定の実施形態では、第1面はほぼ平滑でもよく、第3面は本体の内面を超えて中心軸に向けて延伸してもよい。更なる特定の実施形態では、第2面はほぼ滑らかでよい。稼働時には、回転軸用シールをシャフトと穴の間に設置してシールをその間に形成するようにしてもよい。
まず、図1及び図2を参照すると、本実施形態に係るハウジング100は、一般的に本体102とこの本体102から延びるフランジ110とを備える。本体は、開口104の中心軸106と中心軸106と同心のキャビティ108を画定する。フランジ110は本体102から中心軸106に向かって半径方向内側に延びている。
図1を参照すると、特定の実施形態において、開口104は本体102の内面118を更に画定する。内面118は、中心軸106とほぼ平行に延びる。本明細書中で使用する「ほぼ平行」および「実質的に平行」というフレーズは相互に交換可能であり、約0.5°未満、または約0.25°未満等の、約1°未満の2軸間または2面間の角度オフセット(角度の較正)を意味する。
フランジ110は、面112、面112と対向する面114、面112と面114の間に延びる面116とを備える。フランジ110の面112は、キャビティ108の軸端と同一平面上にあるようにキャビティ108と連続してもよい。このように、面112は、キャビティ108の境界壁として作用する。
本明細書中で意図するところは、例えば、突起、ノッチ、溝、チャネル、セレーション、バンプ、またはそれらの任意の組み合わせから免れて面112をほぼ滑らかに形成することである。回転軸用シールのハウジング100の通常の製造時に引き起こされる表面粗さから本明細書に記載する「ほぼ滑らか」が構成されることは、本願を通読すれば当業者であれば理解できるであろう。本明細書で使用する「滑らか」という用語は、例えば、研磨やバフなどの強化された表面仕上げを一般的に意味するものである。滑らかな、またはほぼ滑らかな面112は、回転軸用シールのハウジング100が穿刺を噛まないようにしたり、またはシーリング材をマークしたりすることによって、回転軸用シール1の稼働寿命を延長させることに有用である。
更に本明細書で意図するところは、回転軸用シールのハウジング100の通常の製造時に引き起こされる場合を除いて、例えば突起、ノッチ、溝、チャネル、セレーション、バンプ、またはこれらの任意の組み合わせから免れて面114、116をほぼ滑らかに形成することである。更に別の実施形態では、面114、116を滑らかに形成することを可能にしている。
また、特定の実施形態では、面112とフランジ110の面114は実質的に平行である。もしくは、面112及び114は、相対角度を挟んで互いにオフセットしてもよい。また、面116は、面112または面114に対して垂直に伸びてもよい。この場合、面116は中心軸106とほぼ平行に延びる。面116は、中心軸106と非平行になるように配置することができるが、このような配置により長時間稼働時のシーリング材に損傷を与えるような鋭角のエッジができてしまうことは当業者によって理解されるべきである。
特定の実施形態では、面116はハウジング100の最も内面を形成する。このように、ハウジング100は、第3面116上の正反対の位置との間で測定した最小半径DHMINを有する。本体102の内面118は、中心軸106に垂直な方向で測定したDHMINより距離DF1だけ大きい直径を有する。
特定の実施形態では、内面118の直径のDHMINに対する比率は、少なくとも約1.2:1.0、少なくとも約1.3:1.0、更に少なくとも約1.4:1.0等の、少なくとも約1.1:1.0であってもよい。更に、内面118の直径のDHMINに対する比率は、約2.5:1以下、約2.0:1.0以下等の、約3.0:1.0以下でよい。また、内面118の直径のDHMINに対する比率は、上記いずれかの値を含む範囲内であってもよい。例えば約1.2:1.0〜約1.3:1.0の範囲内であってもよい。
次に図2を参照する。特定の実施形態では、開口104は、中心軸106と平行でない方向に延びる本体102の内面120を画定する。この場合、内面120は、中心軸106に対して測定した相対角度βで配置される。βは、少なくとも約5°、少なくとも約15°、少なくとも約25°、更に少なくとも約45°等の、少なくとも約1°である。さらに、βは、約75°以下、約70°以下、約65°以下、約60°以下、約55°以下、または約50°以下等の、約80°以下でよい。また、βは、約20°〜約30°等の、上記値のいずれかの値を含む範囲内であってもよい。
更なる特定の実施形態では、βは約20°〜約25°の範囲内である。この範囲内であれば、内面120は最小直径DISMINと最大直径DISMAXを有しDISMAX:DISMINの比率は、少なくとも約1.15:1.0、または少なくとも約1.2:1.0等の、少なくとも約1.1:1.0である。さらに、DISMAX:DISMINの比率は、2.0:1.0以下、更に1.5:1.0以下等の、約3.0:1.0以下でもよい。更なる実施形態では、DISMAX:DISMINの比率は、上記値のいずれかの値を含む範囲内であればよい。例えば、約1.15:1.0〜約1.20:1.0の範囲内であればよい。上記比率内に収めることにより、回転軸用シールのハウジング100の内部に配置される内側部材を大きな開口部内で屈曲させ、同時に回転軸用シール1の稼働寿命を延長させることができる構造統合性を提供することによって、内側部材の軸ずれを調整することが可能な回転軸用シールのハウジング100を実現することができる。
さらに本明細書で意図するところは、図2に示すように、断面で見たときに、本体102の内面120を直線に沿って配置することである。この場合、内面120は略円錐台形状を有する。別の実施形態(図示せず)においては、内面120は、断面で見たときに、凹凸形状を有するように弓形の線に沿って配置されている。さらに別の実施形態(図示せず)においては、内面120は、断面で見たときに、階段状、または鋸歯状の形状を有している。当業者は、回転軸シール用1のシール性能を変えることなく、内面120が任意の数の形状またはそれらの組み合わせを有することができることを認識するであろう。
図1および図2に示すように、ハウジング100は材料の連続片から製造することができるモノリシックである。特定の実施形態では、ハウジング100は通常、銅−亜鉛合金からなる。更なる特定の実施形態では、ハウジング100は更に鉛を含む。
本実施形態では、ハウジング100は約75〜約145の範囲、約80〜約140の範囲、約85〜約135の範囲、約90〜約130の範囲、約95〜約125の範囲、約100〜約120の範囲、または約105〜約115等の、約70〜約150の範囲のブリネル硬度(HB)を有する材料からなる。
特定の実施形態では、ハウジング100は、少なくとも約360MPa、少なくとも約370MPa、少なくとも約380MPa、少なくとも約390MPa、少なくとも約400MPa、更に少なくとも約410MPa等の、少なくとも約350MPaの引張強度を有する材料からなる。さらに、ハウジング100は、約470MPa、460MPa、450MPa、440MPa、430MPa、420MPa、更に410MPa以下等の、約480MPa以下の引張強度を有する材料からなる。すなわち、回転軸用シールのハウジングは、上記いずれかの値を含む範囲内の引張強度を有する。例えば375MPa〜410MPaの範囲内の引張強度を有する。
更なる実施形態では、ハウジング100は、約90GPa以上、100GPa以上、110GPa以上、120GPa以上、更に130GPa以上等の、約80GPa以上の弾性率を有する材料からなる。また、ハウジング100は、約275GPa以上、250GPa以上、225GPa以上、200GPa以上、175GPa以上、更に150GPa以上等の、約300GPa以上の弾性率を有する材料からなる。さらに、ハウジング100は、上記いずれかの値を含む範囲内の弾性率を有する。例えば125GPa〜150GPaの範囲内の弾性率を有する。
上記記載のハウジング100の材料特性として、ハウジング100の脆弱性や重量を不必要に増加させることなく回転軸用シール1の稼働寿命を延長させることができる構造統合性を提供することがあげられる。この場合、回転軸用シール1は機械的摩耗を抑制するように構成され、例えば、少なくとも約7百万サイクル、約1000万サイクル、1,500万サイクル、更に2,000万サイクルでの1%未満等の、少なくとも約6百万サイクルで1%未満の漏れ率を達成した。
また、回転軸用シール1の稼働寿命を更に延長させるため、疲労や故障を加速する構造的な割れや孔食をハウジング100からなくすこと、または実質的になくすことが望ましい。
用途によっては、ハウジングは苛性または潜在的に有害流体に露出される場合がある。このような用途では、ハウジングに対する流体の直接的な接触を緩和、または避けるため、表面コーティングをハウジングに施す。また、用途によっては、機械的または化学的プロセスを使用してハウジングに表面処理を施す必要がある場合もある。特定の実施形態では、例えばレーザー溶融またはアブレーション、機械サンドブラストや化学ピッキング等、1つまたは複数の技術を使用してハウジングに処理を施してもよい。更なる実施形態では、ハウジングに対し、リン酸塩処理、あるいは陽極酸化処理対、クロムめっき処理を施してもよい。尚、本開示に係る回転軸用シール1は、ハウジング100の材料の選択によって限定されるものではなく、上記説明は単なる例示であることを理解するべきである。
図1、2に示すように、ハウジング100は第1の軸端122と、この第1の軸端122と反対側の第2の軸端124とを備える。第1の軸端122と第2の軸端124はほぼ平行であり、さらに、中心軸106に対して垂直になるように第1、第2の軸端122と124を平面に沿って配向させてもよい。半径方向最も外側の面126が第1の軸端122と第2の軸端124の間に延び、長さLを有する。特定の実施形態では、半径方向最も外側の面126の直径DHMAX に対するLの比率を、少なくとも1:4、または少なくとも1:3等の、少なくとも約1:5に設定してもよい。更なる実施形態においては、L:DHMAX の比率を、約1:1以下、更に約1:2以下等の、約2:1以下に設定してもよい。また、L:DHMAX の比率を、例えば、約1.0:4.5〜1.0:3.5の範囲内等上記値のいずれかの範囲内に設定してもよい。
また、特定の実施形態では、例えば図3に示すように、半径方向の最も外側の面126は、本体102の第1の軸端122に斜面128、または本体102の第2の軸端124に斜面130を有する。本体102の周囲に部分的にまたは全部に斜面128、130を形成してもよい。斜面128、130は、ハウジング101の重量を軽減させ、導入部をつくることによって外側部品(図示せず)の穴にハウジング100を容易に組み込ませ、ハウジング100を組み込む際の影響に起因する外側部品に対する損傷を軽減させるとともにさらなる適切な効果、またはそれらの任意の組み合わせをもたらす。
図3に示すように、回転軸用シール1は上記のようにハウジング100を備えるとともに、ハウジング100のキャビティ108内に配置されるシーリング材200を備える。図4に示すように、シーリング材200をハウジング100内に少なくとも部分的に固定するため、フランジ110をシーリング材200に向かって軸方向に曲げてもよい。この場合、シーリング材200は、本体102とフランジ110に組み合わせて、キャビティ108内に圧着する。
図3及び図5を参照すると、シーリング材200は、ほぼ貫通する開口部204を有する本体202を備える。本体202は環状、または略環状であって、キャビティ108内に収めることができる。開口部204は、本体の中心軸106が開口部204の中心軸と同軸となるように本体202内中央に配置させてもよい。
図4に示すように、開口部204は直径Dを有する。特定の実施形態ではDは0.60DHMIN以下、または0.50DHMIN以下等の、0.75DHMIN以下である。更なる実施形態では、Dは、0.20DHMIN以上、または0.40DHMIN以上等の0.05DHMIN以上である。さらに、Dは上記値のいずれかの範囲内である。例えば約0.45DHMIN〜約0.55DHMINの範囲内等である。
再び図3を参照すると、シーリング材200は、キャビティ108内に圧着する前に測定した厚さであって、ハウジング100の中心軸106と平行に測定した厚さTSEを有する。特定の実施形態では、TSEは、0.45mm以下、または0.38mm以下等の、約0.5mm以下である。更に、TSEは、約0.32mm以上、約0.35mm以上、または約0.37mm以上等の、約0.30mm以上である。すなわち、TSEは上記値のいずれかの値を含む範囲内である。例えば約0.35mm〜約0.40mmの範囲内である。クリンプシールを使用した従来公知の回転軸用シールは、例えば突起、ノッチ、溝、チャネル、セレーション、バンプによって引き起こされる高い表面粗さのシーリング材把持面を有する。このような回転軸用シールは、回転軸用シールの製造時および稼働中の穿刺またはシーリング材の裂けを防止するために、より厚いシーリング材の使用を必要とする。そうでないと、製造時や稼働中にシーリング材にかかる異常に高い半径方向または軸方向の力が、シール特性や性能を低下させてしまう可能性がある。フランジ110の面112と116によって発揮される滑らかなシーリング材係合面が、シーリング材200に対する不要な咬傷または穿刺を低減させ、回転軸用シール1の稼働寿命を有効に延長させる。
SEが小さいシーリング材200(例えば、0.40mm未満)の利点は、シーリング材が小さくてより繊細な内部部材とともに動作できるように優れた柔軟性を発揮することである。この場合、本明細書に記載する本実施形態に係る回転軸用シール1は、約15mm以下、10mm以下、7mm以下、または6mm以下等の、約20mm以下の直径を有する内部部材との効果的なシール性を発揮する。
シーリング材200に十分な構造的統合性を供するため、特定の実施形態では、シーリング材200は、約0.05GPa以上、0.1GPa以上、または0.5GPa以上等の、約0.01GPa以上の弾性率を有する材料からなる。更なる実施形態では、シーリング材200は、約4GPa以下、3GPa以下、2GPa以下、1GPa以下、または約0.75GPa以下等の、約5GPa以下の弾性率を有する材料からなる。さらに、更なる他の実施形態では、シーリング材200は、上記値のいずれかを含む範囲内の弾性率を有する材料からなる。例えば、約0.6GPa〜約0.8GPaの範囲内の弾性率を有する材料からなる。
また、特定の実施形態では、シーリング材200は、ASTM D790に準拠して測定された、約250MPa以上、約300MPa以上、約350MPa以上、または約400MPa以上等の、200MPa以上の曲げ弾性率を有する材料からなる。更なる実施形態では、シーリング材200は、約1,500MPa以下、約1,000MPa以下、または約750MPa以下等の2,000MPa以下の曲げ弾性率を有する材料からなる。さらに、更なる他の実施形態では、シーリング材200は、上記値のいずれかの値を含む範囲内の曲げ弾性率を有する材料からなる。例えば、約700MPa〜約750MPaの範囲内の曲げ弾性率を有する材料からなる。
更なる実施形態では、シーリング材200は、ASTM E228 に準拠して測定された約8x10−5mm/mm℃以上、約8.5x10−5mm/mm℃以上、約9x10−5mm/mm℃以上、約9.5x10−5mm/mm℃以上,または約10x10−5mm/mm℃以上の線膨張係数を有する材料からなる。更なる実施形態では、シーリング材は、約15x10−5mm/mm℃以下、約13x10−5mm/mm℃以下、約12x10−5mm/mm℃、または約11x10−5mm/mm℃以下の線膨張係数を有する材料からなる。さらに、更なる実施形態では、シーリング材200は、上記値のいずれかの値を含む範囲内の線膨張係数を有する材料からなる。例えば、約9.5x10−5mm/mm℃〜約10x10−5mm/mm℃の範囲内の線膨張係数を有する材料からなる。
本実施形態では、シーリング材200は、研磨されたスチールに対して測定された、約0.02〜約0.15の範囲内、または約0.04〜約0.10の範囲内等の、約0.01〜約0.20の範囲内の静摩擦係数を有する材料からなる。
さらに、シーリング材200は少なくとも部分的にポリマーを含む。本実施形態では、シーリング材200内のポリマーの量は、潤滑性を向上させ回転軸用シール1の摩耗度を低減させる充填剤を収容するために低減してもよい。例えば、ポリマーを95wt%以下、または92wt%以下等の、約98wt%以下の量でシーリング材200内に存在させてもよい。更なる実施形態では、ポリマーを、シーリング材200の構造的統合性を維持するのに十分な量だけシーリング材200内に存在させてもよい。例えば、ポリマーを少なくとも約70wt%、少なくとも約85wt%、またはさらに少なくとも約88wt%等の、少なくとも約60%のシーリング材200内に存在させてもよい。さらに、ポリマーを、上記値を含む範囲内の量だけシーリング材200内に存在させてもよい。例えば、85wt%〜92wt%の範囲内の量だけ存在させてもよい。尚、上記値はシーリング材200の全量に対する値である。
シーリング材200に使用する特定のポリマーはフルオロポリマーである。特定の実施形態では、フルオロポリマーはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を含む。
上記シーリング材200はさらに充填剤を含んでもよい。充填剤は、潤滑性とシーリング材200の摩耗度を向上させる。本実施形態では、充填剤は、少なくとも約5wt%、または少なくとも約8wt%の量等の、少なくとも約2wt%の量だけシーリング材200内に存在させてもよい。充填剤が多すぎると(例えば、40wt%以上)、シーリング材200のシール性能や構造的統合性に対し悪影響を及ぼす。回転軸用シールのストレッチと弾力性は、シーリング材次第で決まる。従って、充填剤をシーリング材200内に約30wt%以下、約25wt%以下、または約15wt%以下等の、約40wt%以下の量で存在させる。さらに、充填剤を上記いずれかの値を含む範囲内でシーリング材200内に存在させる。例えば、約8wt%〜約15wt%の範囲内等で存在させる。尚、上記値はシーリング材200の全量に対する値である。
充填剤は、金属充填剤、ガラス繊維、ポリマー粉末、セラミック、パンアラミド、カーボン、二硫化モリブデン、またはそれらの任意の組み合わせでよい。さらに、充填剤はwallonstonite、マイカ、硫酸バリウム、二硫化タングステン、ニッケル粉末、ポリフェニルスルフィド(PPS)、架橋されたポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド(PI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、青銅、炭化ケイ素、窒化ホウ素、炭素繊維、種々の金属で被覆された粉末、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、またはそれらの任意の組合せでもよい。
図5に示すように、シーリング材200は、本体100とフランジ110の面112の間に位置するハウジング102のキャビティ108内に配置してもよい。回転軸用シール1の製造時に、フランジ110をシーリング材200に向かって軸方向に圧着または曲げてもよい。この場合、シーリング材200は、本体102とフランジ110の面112の間の圧着嵌めを形成する。
また、特定の実施形態では、図5に示すように、フランジ110は中心軸106にほぼ垂直な向きに配置された部材134を画定し、部材134に対して測定された角度αで配置された部材136を画定する。本実施形態ではαは少なくとも約2°、少なくとも約3°、少なくとも約4°、少なくとも約5°、少なくとも約10°、少なくとも約15°、または少なくとも約20°等の、少なくとも約1°である。更なる実施形態では、αは、約40°以下、約35°以下、約30°以下、または約25°以下等の、約45°以下である。さらに、αは上記値のいずかを含む範囲内であればよい。例えば、10°〜15°の範囲内であればよい。
少なくとも1つのくぼみ132を、フランジ110の圧着後に残った箇所としてのフランジ110の表面114に配置してもよい。この少なくとも1つのくぼみ132はフランジ110の表面116から半径方向の直径Dだけ離間させる。図3を再び参照すると、表面114は、第3面116〜半径方向最も外側の面126までの距離を測定して得た半径方向の長さLSSを有する。特定の実施形態では、LSS/Dは少なくとも約3、少なくとも約4、少なくとも約5、少なくとも約10、またはさらに少なくとも15等の、少なくとも約2で有り得る。本実施形態では、LSS/Dは約25以下、または約20以下等の、約30以下である。さらに、LSS/Dは、上記値のいずれかを含む範囲内である。例えば、約4〜5の範囲内である。LSS/D比が低すぎたり(例えば、1.1)または高すぎたり(例えば、20)すると、フランジ110を圧着する力がハウジング100の端面に密接してかかるため、例えば、面116または半径方向の最も外側の面126にかかるため、製造時にハウジング100を損傷する可能性がある。
本実施形態では、少なくとも1つのくぼみ132は、ほぼ円形の経路に沿って形成される。更なる実施形態では、少なくとも1つのくぼみ132は、ハウジング102の中心軸106とほぼ同心であってよい。
様々な態様、実施形態が可能であり、そのいくつかを以下に記載するが、これら態様や実施形態はあくまでも例示であって、本発明の範囲を何ら制限するものではない。本実施形態は、以下に記載するアイテムのいずれか1つ以上に係るものである。
アイテム1
中心軸と内面を画定する開口を有する本体であって、前記開口の中心軸と同心で前記中心軸から前記本体内に外向きに延びるキャビティを画定する本体と、
前記内面を超えて中心軸に向かって内側の距離を延び、前記キャビティに連続する第1面とこの第1面と反対側の第2面とを有するフランジと、を備え、
前記キャビティはシーリング材を保持するように構成され、前記第1面はほぼ滑らかである、回転軸用シールのハウジング。
アイテム2
中心軸と内面を画定する開口を有する本体であって、前記開口の中心軸と同心で前記中心軸から前記本体内に外向きに延びるキャビティを画定する本体と、
中心軸に向かって内側に延び、前記キャビティと連続する第1面とこの第1面と反対側の第2面と、これら第1面と第2面の間に延びる第3面とを有するフランジと、
前記本体のキャビティ内に少なくとも部分的に位置するシーリング材、とを備えるハウジングを有し、
前記第1面と第3面はほぼ滑らかであり、前記第1面は前記シーリング材に圧着されている、回転軸用シール。
アイテム3
中心軸と内面を画定する開口を有する本体であって、前記中心軸から前記本体へ外側に延びるキャビティを画定する本体と、
前記中心軸に向かって内側に延び、前記キャビティと連続する第1面と、前記第1面と反対側の第2面とを有するフランジと、
前記本体のキャビティ内に固定され、前記開口の中心軸と平行な方向で測定した約0.5mm以下の変形前の厚さTSEを有するシーリング材、とを備えるハウジングを有し、
約500万サイクルで稼働するように構成されている、回転軸用シール。
アイテム4
前記中心軸から半径方向に延びる面で見た場合、少なくとも内面の一部が、前記中心軸に対して測定した角度βに配置され、βは少なくとも約1°、少なくとも約5°、少なくとも約10°、少なくとも約15°、少なくとも約20°、少なくとも約25°、少なくとも約30°、少なくとも約35°、少なくとも約40°、または少なくとも約45°である、アイテム1〜3のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム5
βが約80°以下、約75°以下、約70°以下、約65°以下、約60°以下、約55°以下、または約50°以下である、アイテム4に記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム6
内面が最小直径DISMINと最大直径DISMAXを有し、DISMAX:DISMINの比が3:1以下、2:1以下、または1.5:1以下である、アイテム1〜5のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム7
ISMAX:DISMINが少なくとも約1.1:1、少なくとも約1.15:1、または少なくとも約1.2:1である、アイテム6に記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム8
断面で見た場合、内面は直線に沿って配置されている、アイテム1〜7のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム9
前記フランジの第1面および第2面は実質的に平行である、アイテム1〜8のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム10
前記フランジは前記第1面と第2面の間に延びる第3面をさらに有する、アイテム1またはアイテム3〜9のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム11
前記第1面、第2面、第3面が、ほぼ滑らかである、アイテム2またはアイテム10のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム12
前記第1面、第2面、第3面が、滑らかである、アイテム2,10、またはアイテム11のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム13
前記中心軸が、前記ハウジングの内面より第3面に近接している、アイテム2または10〜12のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム14
前記第2面は少なくとも1つのくぼみを含む、アイテム1〜13のいずれかに記載の回転軸用シール。
アイテム15
前記少なくとも1つのくぼみは、前記フランジの第3面から離間して形成されている、アイテム14に記載の回転軸用シール。
アイテム16
前記中心軸から半径方向に延びる面で見た場合、前記第2面は前記第3面から測定した長さLSS を有し、前記少なくとも1つのくぼみは前記第3面から距離 Dだけ離間し、LSS/Dは少なくとも約2、少なくとも約3、少なくとも約4、少なくとも約5、少なくとも約10、または少なくとも約15である、アイテム14または15に記載の回転軸用シール。
アイテム17
SS/Dは、約30以下、約25以下、または約20以下である、アイテム16に記載の回転軸用シール。
アイテム18
前記少なくとも1つのくぼみは、ほぼ円形の経路に沿って形成されている、アイテム14〜17のいずれかに記載の回転軸用シール。
アイテム19
前記少なくとも1つのくぼみは前記中心軸とほぼ同心に形成されている、アイテム14〜18のいずれかに記載の回転軸用シール。
アイテム20
前記中心軸から半径方向に延びる面で見た場合、前記第2面は更に
前記中心軸とほぼ垂直な方向に配置される第1の部材と、
前記第1の部材に対して測定した角度αで配置された第2の部材、とを備えるアイテム2〜19のいずれかに記載の回転軸用シール。
アイテム21
αは少なくとも約1°、少なくとも約2°、少なくとも約3°、少なくとも約4°、少なくとも約5°、少なくとも約10°、少なくとも約15°、または少なくとも約20°である、アイテム20に記載の回転軸用シール。
アイテム22
αは約45°以下、約40°以下、約35°以下、約30°以下、または約25°以下である、アイテム16または17に記載の回転軸用シール。
アイテム23
前記ハウジングは銅−亜鉛合金からなる、アイテム1〜22のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム24
前記ハウジングはさらに鉛を含む、アイテム23に記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム25
前記ハウジングは、約70〜約150の範囲内、約75〜約145の範囲内、約80〜約140の範囲内、約85〜約135の範囲内、約90〜約130の範囲内、約95〜約125の範囲内、約100〜約120の範囲内、または約105〜約115の範囲内のブルネル硬度(HB)を有する材料からなる、アイテム1〜24のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム26
前記ハウジングは、少なくとも約350メガパスカル(MPa)少なくとも約360MPa、少なくとも約370MPa、少なくとも約380MPa、少なくとも約390MPa、少なくとも約400MPa、または少なくとも約410MPaの引張強度を有する材料からなる、アイテム1〜25のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム27
前記ハウジングは、約480MPa以下、約470MPa以下、約460MPa以下、約450MPa以下、約440MPa以下、約430MPa以下、約420MPa以下、または約410MPa以下の引張強度を有する材料からなる、アイテム1〜26のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム28
前記ハウジングは、約80ギガパスカル(GPa)以上、約90GPa以上、約100GPa以上、約110GPa以上、約120GPa以上、または約130GPa以上の弾性率を有する材料からなる、アイテム1〜27のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム29
前記ハウジングは、約300GPa以下、約275GPa以下、約250GPa以下、約225GPa以下、約200GPa以下、約175GPa以下、または約150GPa以下の弾性率を有する材料からなる、アイテム1〜28のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム30
前記ハウジングは、構造的な割れが実質的にない、アイテム1〜29のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム31
前記ハウジングは、構造的な割れがない、アイテム1〜30のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム32
前記ハウジングは、さらに表面コーティングを備えている、アイテム1〜31のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム33
前記ハウジングは、表面処理されている、アイテム1〜32のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム34
前記ハウジングは、さらに
第1の軸端と、
第2の軸端と、
前記第1の軸端と第2の軸端の間に半径方向に延びる最も外側の面、とを備える、アイテム1〜33のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム35
前記半径方向の最も外側の面は、前記第1の軸端に第1の斜面を有する、アイテム34に記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム36
前記半径方向の最も外側の面は、前記第2の軸端に第2の斜面を有する、アイテム35に記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム37
前記半径方向の最も外側の面は、前記第1の軸端から前記第2の軸端までを測定した軸長Lを有し、前記ハウジングの半径方向の最も外側の面は直径DHMAXを有し、L:DHMAXは少なくとも約1:5、少なくとも約1:4、または少なくとも約1:3である、アイテム34〜36のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム38
:DHMAXは約2:1以下、約1:1以下、または約1:2以下である、アイテム37に記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム39
前記シーリング材は、約0.01ギガパスカル(GPa)以上、約0.05GPa以上、約0.1GPa以上、または約0.5GPa以上の弾性率を有する材料からなる、アイテム1〜38のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム40
前記シーリング材は、約5GPa以下、約4GPa以下、約3GPa以下、約2GPa以下、約1GPa以下、または約0.75GPa以下の弾性率を有する材料からなる、アイテム1〜39のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム41
前記シーリング材は、ASTM D790に準拠して測定した約200メガパスカル(MPa)以上、約250MPa以上、約300MPa以上、約350MPa以上、または約400MPa以上の曲げ弾性率を有する材料からなる、アイテム1〜40のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム42
前記シーリング材は、ASTM D790に準拠して測定した約2,000MPa以下、約1,500MPa以下、約1,000MPa以下、または約750MPa以下の曲げ弾性率を有する材料からなる、アイテム1〜41のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム43
前記シーリング材は、ASTM E228に準拠して測定した約8x10−5mm/mm℃以上、約8.5x10−5mm/mm℃以上、約9x10−5mm/mm℃以上、約9.5x10−5mm/mm℃以上、または約10x10−5mm/mm℃以上の線熱膨張係数を有する材料からなる、アイテム1〜42のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム44
前記シーリング材は、ASTM E228に準拠して測定した約15x10−5mm/mm℃以下、約13x10−5mm/mm℃以下、約12x10−5mm/mm℃以下、または約11x10−5mm/mm℃以下の線熱膨張係数を有する材料からなる、アイテム1〜43のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム45
前記シーリング材は、約0.01〜0.20の範囲内、約0.02〜0.15の範囲内、または約0.04〜0.10の範囲内の研磨鋼に対する静摩擦係数を有する材料からなる、アイテム1〜44のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム46
前記シーリング材は、フルオロポリマーからなる、アイテム1〜45のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム47
前記シーリング材は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる、アイテム1〜46のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム48
前記シーリング材は、環状形状を有している、アイテム1〜47のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム49
上面から見た場合、前記シーリング材は、開口部を有する、アイテム1〜48のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム50
前記開口部は直径Dを有し、ハウジングは、フランジで測定した最小直径DHMINを有し、Dは約0.75DHMIN以下、約0.60DHMIN以下、または約0.50DHMIN以下である、アイテム1〜49のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム51
は約0.05DHMIN 以上、約0.20DHMIN 以上、または0.40DHMIN以上である、アイテム1〜50のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム52
前記シーリング材は、開口の中心軸と平行な方向で測定した変形前の厚さTSEを有し、TSEは0.5mm以下である、アイテム1または2に記載の回転軸用シール。
アイテム53
SEが約0.45mm以下、約0.40mm以下、または約0.38mm以下である、アイテム3〜52に記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム54
SEが約0.30mm以上、約0.32mm以上、約0.35mm以上、または約0.37mm以上である、アイテム3〜53に記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム55
前記ハウジングは、20mm以下、15mm以下、10mm以下、7mm以下、または6mm以下の直径を有するシャフトを、開口を通して収容するように構成されている、アイテム1〜54のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
アイテム56
前記回転軸用シールは、少なくとも約600万サイクル、少なくとも約700万サイクル、少なくも約1000万サイクル、少なくとも約1500万サイクル、または少なくとも約2000万サイクルで稼働するように構成されている、アイテム1〜55のいずれかに記載の回転軸用シール。
従来の回転軸用シールと比較すると、本明細書に記載の回転軸用シールは、より延長された稼働寿命の期間中ずっとシール特性の増強を図ることができる。また、本明細書に記載の回転軸用シールは、低摩耗率を有しながら、より高いシール性能を発揮することができる。
本発明は、さまざまな態様、実施形態が可能であるが、そのうちのいくつかの態様、実施形態を以下に記載する。これら態様や実施形態はあくまでも例示であって、本発明の範囲を何ら制限するものではない。
第1の態様では、回転軸用シールのハウジングは中心軸と内面を画定する開口を有する本体であって、前記開口の中心軸と同心で前記中心軸から前記本体内に外向きに延びるキャビティを画定する本体とを備えてもよい。前記回転軸用シールのハウジングは、前記本体の内面を超えて中心軸に向かって内側の距離を延び、前記キャビティと連続する第1面とこの第1面と反対側の第2面とを有するフランジと、をさらに備えてもよい。前記回転軸用シールのハウジングは、前記キャビティがシーリング材を保持するように構成されてもよい。さらに、前記フランジの第1面はほぼ滑らかであってもよい。
第1の態様の一実施形態では、前記中心軸から半径方向に延びる面で見た場合、少なくとも前記本体の内面の一部が前記中心軸に対して測定した角度δに配置され、δは少なくとも約1°、少なくとも約5°、少なくとも約10°、少なくとも約15°、少なくとも約20°、少なくとも約25°、少なくとも約30°、少なくとも約35°、少なくとも約40°、または少なくとも約45°であり、さらなる実施形態では、δは、約75°以下、約70°以下、約65°以下、約60°以下、約55°以下、または約50°以下等の、約80°以下であってもよい。
第2の態様では、回転軸用シールはハウジングを備えてもよい。前記回転軸用シールはさらに、中心軸と内面を画定する開口を有する本体であって、前記開口の中心軸と同心で前記中心軸から前記本体内に外向きに延びるキャビティを画定する本体と、前記中心軸に向かって内側に延び、前記キャビティに連続する第1面とこの第1面と反対側の第2面と、これら第1面と第2面の間に延びる第3面とを有するフランジと、を備てもよい。前記ハウジングは、さらに前記本体のキャビティ内に少なくとも一部が位置するシーリング材を含んでもよい。前記第1面と第3面はほぼ滑らかであって、前記第1面は前記シーリング材に圧着されていてもよい。
第3の態様では、回転軸用シールはハウジングとシーリング材を備えてもよい。前記ハウジングは、中心軸と内面を画定する開口を有する本体であって、前記開口の中心軸と同心で前記中心軸から前記本体内に外向きに延びるキャビティを画定する本体と、中心軸に向かって内側に延び、前記キャビティに連続する第1面とこの第1面と反対側の第2面と、を有するフランジ、とを備えてもよい。前記シーリング材は前記本体のキャビティ内に固定されてもよく、前記シーリング材は前記開口の中心軸と平行な方向で測定された変形前の厚さTSE を有し、TSE は、約0.5mm以下である。前記回転軸用シールは少なくとも約500万サイクルでの機械的摩耗を抑制するように構成されてもよい。
尚、上記特徴のすべてが必要ではなく、特定の特徴の一部は必要としなくてもよい。また、上記記載の特徴に加えて1つ以上の特徴を追加してもよい。さらに、特徴の表記順は必ずしもそれらの設置順とは限らない。
明確化を図るため、別個の実施形態の文脈に記載されている特徴を単一の実施形態に組み合わせて提供してもよい。反対に、簡略化を図るため、単一の実施形態の文脈に記載されているさまざまな特徴を別個に、または任意のサブコンビネ−ションで提供してもよい。
本実施形態に係る効果、その他の利点、問題の解決策を上記のように記載した。しかしながら、これら効果、その他の利点、問題の解決策、また、効果、その他の利点、問題の解決策をもたらすことが明らかないかなる特徴も、任意のまたはすべての本請求項の必要欠くべからず本質的な特徴として解釈されるべきではない。
本明細書に記載の図面や実施形態は様々な実施形態の構造の一般的な理解を提供することを意図している。本明細書や図面は、本明細書に記載する構造や方法を使用する装置やシステムのあらゆる要素及び特徴の全面的包括的な記載として機能するように意図されていない。明確化を図るため、別個の実施形態の文脈に記載されている特徴を単一の実施形態に組み合わせて提供してもよい。反対に、簡略化を図るため、単一の実施形態の文脈に記載されているさまざまな特徴を別個に、または任意のサブコンビネ−ションで提供してもよい。さらに、ある範囲内の数値に言及する場合は、その範囲内のすべての値を含む。その他多くの実施形態も、本明細書の記載によって当業者に明らかとなるであろう。本開示の範囲から逸脱することなく構造置換、論理的な置換、または任意の変更が可能なように、他の実施形態も本開示に使用され、また、本開示から誘導することができる。従って、本開示は、限定的というより例示的であるとみなすべきである。

Claims (15)

  1. 中心軸と内面を画定する開口を有する本体であって、前記開口の前記中心軸と同心で前記中心軸から前記本体内に外向きに延びるキャビティを画定する本体と、
    前記面を超えて前記中心軸に向かってある距離内側延び、前記キャビティと隣接する第1面とこの第1面と反対側の第2面とを有するフランジと、を備え、
    前記キャビティはシーリング材を保持するように構成され、前記1面はほぼ滑らかである、回転軸用シールのハウジング。
  2. 中心軸と内面を画定する開口を有する本体であって、前記開口の前記中心軸と同心で前記中心軸から前記本体内に外向きに延びるキャビティを画定する本体と、
    中心軸に向かって内側に延び、前記キャビティと隣接する第1面とこの第1面と反対側の第2面と、これら第1面と第2面の間に延びる第3面とを有するフランジと、を備えるハウジングと、
    前記本体の前記キャビティ内に少なくとも部分的に位置するシーリング材と、を有し、
    前記第1面と第3面はほぼ滑らかであり、前記第1面は前記シーリング材に圧着されている、回転軸用シール。
  3. 中心軸と内面を画定する開口を有する本体であって、前記中心軸から前記本体へ外側に延びるキャビティを画定する本体と、前記中心軸に向かって内側に延び、前記キャビティと隣接する第1面と、前記第1面と反対側の第2面とを有するフランジであって、前記第1面はほぼ滑らかであるフランジと、を備えるハウジングと、
    前記本体の前記キャビティ内に固定され、前記開口の前記中心軸と平行な方向で測定した約0.5mm以下の変形前の厚さTSEを有するシーリング材と、を有する、回転軸用シール。
  4. 断面で見た場合、少なくとも前記内面の一部が、前記中心軸に対して測定した角度βに配置され、βは少なくとも約1°ある、請求項1、2、および3のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
  5. 前記内面が最小直径DISMINと最大直径DISMAXを有し、DISMAX:DISMINの比が約3:1以下ある、請求項1、2、および3のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
  6. 断面で見た場合、前記内面は直線に沿って配置されている、請求項1、2、および3のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
  7. 前記フランジは前記第1面と第2面の間に延びる第3面をさらに有する、請求項1および請求項3のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
  8. 前記第1面、第2面、第3面が、ほぼ滑らかである、請求項2に記載の転軸用シール。
  9. 前記中心軸が、前記ハウジングの内面より前記第3面に近接している、請求項2に記載の転軸用シール。
  10. 前記第2面は少なくとも1つのくぼみを含む、請求項1、2、および3のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
  11. 前記第2面は少なくとも1つのくぼみを含み、前記少なくとも1つのくぼみは、前記フランジの前記第3面から離間して形成されている、請求項に記載の回転軸用シール。
  12. 前記中心軸から半径方向に延びる面で見た場合、前記第2面は更に
    前記中心軸とほぼ垂直な方向に配置される第1の部材と、
    前記第1の部材に対して測定した角度αで配置された第2の部材、とを備える請求項2に記載の回転軸用シール。
  13. 前記ハウジングは、表面処理されている、請求項1、2、および3のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
  14. 前記シーリング材は、前記開口の前記中心軸と平行な方向で測定した変形前の厚さTSEを有し、TSEは約0.5mm以下である、請求項1および2のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
  15. 前記ハウジングは、約20mm以下直径を有するシャフトを、前記開口を通して収容するように構成されている、請求項1、2、および3のいずれかに記載の回転軸用シールのハウジングまたは回転軸用シール。
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