JPH08501862A - 封止リップ部を有するシャフトシールリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 環状保持部（３）と環状封止部とを備え、この環状封止部が封止すべき圧力差に対抗してシャフト表面（１）に延びる封止リップ部と、この封止リップ部を上記保持部（３）に連結する、径方向に延びた連結部（１５）とからなるシャフトシールリングである。上記封止リップ部（４）と連結部（１５）は、封止すべき圧力差の下で予期されるそれらの屈曲が、シャフト表面（１）に当接する封止リップ部（４）の角度について正反対の影響を及ぼすように、寸法が決められる。これは、連結部（１５）の別の部分（７）よりもシャフト表面（１）に近い連結部（１５）の少なくとも一部分（８）が、連結部の他の部分（７）よりも封止すべき圧力差の下で低い圧力の側（Ｐ_N）に向かってさらに変形することによって可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】 封止リップ部を有するシャフトシールリング 本発明は、環状保持部と環状封止部とからなり、該環状封止部が封止すべき圧 力差に対抗してシャフトの表面に延びている封止リップ部と該封止リップ部を上 記保持部に連結している、ほぼ径方向に延びる連結部とを備えたシャフトシール リングに関する。この種（ＥＰ−Ａ １３３ ９２８）の公知のシールの場合、 上記連結部は、容易に曲がるようにするために、上記封止リップ部よりも曲げに くい構造からなるものではない。このことは、封止部が径方向のディスクとして 成型され得ることを確実にするとともに、取り付けの際の変形によってのみ、封 止されるべき圧力差に対抗する典型的な傾斜したリップ部の方向を憶断するもの である。圧力差の下で公知のシールがどのように変形するかは知られていない。 封止されるべき圧力差の下では、シャフト表面とで鋭い角度をなす封止リップ部 が、上記角度を減じるように屈曲作用を受けるということを憶断する必要がある 。さらに、連結部を含んでいる封止部が、封止されるべき圧力差の下で圧力の低 い側に向かって軸方向の変形を受けることを憶断する必要がある。その結果、連 結部の方向がなお一層径方向に向かうようになるので、この変形もまた、封止リ ップ部とシャフト表面との間の上記角度を減じる傾向にある。その結果、公知の シールは、封止されるべき圧力範囲を越えて、シャフト表面に当接している角度 の減少を受けるということがそれゆえに見いだされる。それによって、封止状態 は不利な状態に変化する。これは、ポリテトラフルオロエチレンのような、いわ ゆる低温流れとしての傾向を有する材料の場合に特に不利となる。このことは、 持続する力の作用の下で、材料が漸進する永久的な変形を受けやすいということ を意味する。公知のシールの場合、封止リップ部とシャフト表面との間の角度の 減少は、特に低温流れの作用下において、シャフト表面に当接する上記リップ部 の表面の不利な拡大につながる。もし、上記封止リップ部が予め決められた接触 面を形成するように、予め決められた横断面の幾何形状（geometry）を与えられ ているならば、この幾何形状は変形の結果、失われる。同時に、封止する圧力が 上がり、封止する間隙がより小さくなり、かつその中に発生する熱が高くなると 、 要求される柔軟性すなわち弾力性のために、封止リップ部は一般に高温に影響さ れやすい材料から構成されていることから、それらのことは封止リップ部を危険 な状態に置くことになる。そのうえ、予め決められた横断面形状の喪失は、この 目的のために特有の形状をもって予め形成された封止リップ部の環状面が、対応 する封止表面に当接することはもはやなく、この環状面の端部のみが対応する封 止表面に当接するという効果を有し、これにより、対応する封止表面に対して、 摩擦応力が増加し、かつ、その表面を損傷することになる。 本発明によれば、クレーム１の特徴によって、好ましくはサブクレームの特徴 によってもまた、これらの不利な点が減少するか、あるいは除去される。 本発明の特徴による動作の形態は、上記リップ部および連結部が圧力差の下で 反対方向に変形するという事実に基づいている。連結部の場合において、この変 形は、連結部の少なくとも一部分が低い圧力の側に径方向平面を越えて変形する という事実、または、換言すれば、径方向のより中心側に位置する連結部の部分 が、径方向のより外側に位置する連結部の部分よりも低い圧力の側により近い位 置を憶断するという事実によって区別される。この変形は、連結部の径方向の内 側領域が軸方向にだけでなく、径方向において僅かに外側へも移動するという効 果を有する。このことは、上記連結部に連結されている上記リップ部の端が、対 応する封止表面から離れる方向に移動することを意味する。それによって、対応 する封止表面に向かう上記リップ部の変形移動が妨害される。このことは、圧力 差により上記リップ部に作用する力からの上記封止表面の緩和をもたらすだけで なく、上記リップ部の先端の傾きを妨害する。 このように、理想的な寸法を与えると、封止リップ部の封止圧および接触の幾 何形状を一定の状態に確保することができる。この効果は、連結部が上記リップ 部の軸方向長さに関して、少なくとも４０％、好ましくは少なくとも５０％であ って、さらに好ましくは多くても８０％、好ましくは多くても１００％の最小長 さを有するならば、最も容易に達成される。 径方向から上記リップ部の傾斜方向への連結部または連結部の大部分の屈曲は 望ましくない。なぜなら、これは、連結部の軸方向の変形がなお小さいときには 、 本発明による機能は低い圧力差の状態では生じないという事実から見れば、比較 的高い圧力の下で、連結部が低い圧力の側に径方向を越えて変形するときに、唯 一、本発明による機能が働く状態になるからである。しかしながら、このことは 、封止すべき圧力差が小さい場合には、最初に述べた有害な効果がまだあまり著 しくはないので、許容できる場合がある。重要なことは、連結部の本発明による 変形が、回避すべき不利な点が別に起こる所定の圧力差のときに生じるというこ とである。 本発明の着想は、その純正形状または付加物のための部分修正部をなしている 、例えばポリテトラフルオロエチレンや、そのほかではポリフルオロカーボンの ような比較的硬質である上記リップ部の材料のために非常に適している。これら の材料の低温流れの特性は、本発明の効力によって望まない変形の発生が僅かの 範囲でしか起こらなくなるので、影響がほとんどないか、または、全くないとい う有利な点も本発明は有している。 本発明の内容において、上記リップ部の屈曲作用は望ましくないが、連結部の 変形は望ましいので、連結部がリップ部よりも堅くないのであれば、例えば、連 結部の全体をリップ部より薄く形成するか、または、連結部に１つの曲げヒンジ （または、必要であれば複数の曲げヒンジ。）を含ませることによって、上記の ことを達成するのが都合がよい。連結部の曲げに対する抵抗は、リップ部におけ る曲げに対する平均抵抗の半分にすぎない大きさであるのが好都合である。 リップ部と連結部との概念の区別は、リップ部および連結部がそれらの全長に 亘ってそれら特有の堅さ、すなわち柔軟性を有することを必ずしも意味するもの でなく、これとは反対に、その移り変わりが滑らかであってもよい。このように 、連結部と同様に薄くなった、連結部に最も近いリップ部の領域の可能性は排除 されない。しかしながら、曲げに対する抵抗が比較的低い領域は、封止領域から 離れているリップ部の軸方向長さの小さな部分、好ましくは、リップ部の軸方向 の全長の２０％のみにすべきである。好ましい具体例は、曲げに対する抵抗が比 較的低い領域が、延長部分の軸方向成分を有しているリップ部のその部分の外側 にほとんど全部あるものの１つである。 上記リップ部が対応する封止表面に当接する角度が急であればあるほど、封止 作用に関する本発明の効果が大きくなる。したがって、本発明によれば、封止表 面に対するリップ部の角度は、３０°と６０゜の間にすべきであり、この角度は リップ部の付け根とリップ部の封止領域（対応する封止表面に接触する領域）と の間を結ぶ線に関するものである。 この手段によって、リップ部の封止領域に生ずる変形を減らすことができるの で、本発明によれば、リップ部の軸方向長さを出来るだけ小さく保つことができ 、さらに都合がよい。リップ部の軸方向長さ、換言すると、径方向に延びている 変わり目部分とリップ部の封止領域との間の軸方向の距離は、３ｍｍよりも大き くないのが好ましい。もう１つの寸法の規則によると、それはリップ部の平均厚 さの３倍よりも大きくないようにすべきである。 以下、本発明の好都合で典型的な実施例を示す図面を参照して、本発明をより 詳細に説明する。 図１は、第１の実施例を示す。 図２は、第２の実施例を示す。 なお、両図ともに縦方向断面で示している。 シャフト１はシャフトシールリングによって囲まれ、このリングは例えば金属 製の環状ホルダ２と、ＰＴＦＥ保持部３とからなっている。このＰＴＦＥ保持部 ３も、リップ部４とリップ部を上記保持部に連結する連結部５とから形成され、 これらはクレームにおいて封止部として言及されている。このリップ部４は、封 止領域６がシャフトに形成されて対応する封止表面に当接している。上記封止領 域６は、リップ部に関して所定の接触角度をもつように予め形成され、おおよそ ０．３−０．７ｍｍを越えている。上記ホルダはハウジング（図示せず。）内に 設置されてる。 上記リングの生産において、リップ部４および連結部５は、ほぼ半径方向に好 適に成型され、その後、図示されるように曲げられる。この曲げは、連結部５が 屈曲作用に対して柔らかい構造からなる一方、連結部４から上記封止領域６に延 びるリップ部４が屈曲作用に対して曲がりにくい構造からなるという事実によっ て促進される。その長さと厚さの条件は、リップ部が対応する封止領域に当接す る角度αが３０゜−６０゜、好ましくは４０゜−６０゜に、図示される例ではお よそ４５゜になるように選択する。この角度は、封止領域６の中心から、リップ 部４と連結領域との間の連結がヒンジのように集中すると仮想できる仮想点９に ついて測定される。リップ部の曲げに対する抵抗は、その厚さだけではなく周方 向の伸長量からも得られるので、仮想ヒンジ点は連結部５の中心ではなくリップ 部の付け根に接近して、ほぼ点９に位置する。連結部の径方向の長さ１０は、軸 方向に延びるリップ部の長さの成分１１の約５０−６０％である。リップ部４は 連結部５の厚さのおよそ２倍に達し、その厚さは連結部との境界からその縦方向 の長さのほぼ中心まで、連続的に増加している。その平均厚さは、連結部の厚さ の約１．８倍であり、そのために曲げに対する抵抗は平均して少なくとも３倍は 大きい。リップ部４の軸方向の長さ１１は、その平均厚さのおよそ１．８倍であ る。それは、平均厚さの３倍、好ましくは２倍より大きくすべきではない。これ は、この部分の軸方向の長さが短くなるに連れて、封止されるべき圧力差やリッ プ部の自由端部で予期される角度αの変化によって、リップ部に作用する曲げ力 が次第に小さくなることによるものである。 本発明による封止は、類似する公知の構造よりも、２，３バールから約２５バ ールまでの圧力の範囲でかなり抵抗力があることが見いだされた。 図２に示す典型的な具体例は、連結部１５がそのどこもが屈曲作用に対して柔 らかい構造を有するものではなく、保持部３に連結されているその上方端部と、 リップ部に変わるその下方端部とに曲げヒンジ部７，８を有し、これらの曲げヒ ンジ部がそれぞれの点で材料の適当な厚さをもって形成されているという点にお いて、図１に示すものとは異なっている。 本発明の特徴による機能を、この具体例を参照して以下に説明する。高い方の 圧力Ｐ_Hの側から低い方の圧力Ｐ_Nの側への圧力差がシールリングに作用するとき 、シールリングは、実線で示す最初の位置から鎖線で表される変形位置へと変形 する。その変形の間に、曲げヒンジ部８は曲げヒンジ部７の回りを円形経路上を おおよそ移動し、その過程においてシャフト１の対応する封止表面からの距離が 僅 かに増加する。連結部に連結されている端部において、リップ部４はこのように して対応する封止領域から移動する。この変形は封止領域６上の圧力負荷を軽減 する効果を有する。リップ部の曲げが妨害されることにもなる。このように、連 結部１５の曲げとリップ部４の曲げは、シャフト１に当接するリップ部４の自由 端部における角度について正反対の効果を有する。これら正反対の効果を、リッ プ部の封止領域６が対応する封止表面に当接する際の幾何学上の条件がおおよそ 一定に保たれるように、リップ部と連結部とを適当な寸法にすることよって、そ のようにして制御することが可能である。 リップ部４および連結部５の長さ、ならびに材料の厚さをどのようにすれば、 与えられた圧力と与えられた材料を用いて所望の結果を導けるかを試行錯誤によ って決定するのは容易である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年５月２４日 【補正内容】 請求の範囲 １． 環状保持部（３）と環状封止部とからなり、該環状封止部が封止すべき圧 力差に対抗してシャフトの表面（１）に延びている封止リップ部（４）と該封止 リップ部を上記保持部に連結するとともに、上記封止リップ部（４）よりも堅く ない、ほぼ径方向に延びている連結部（５、１５）とを備えたシャフトシールリ ングであって、 上記封止リップ部（４）がシャフト表面（１）とで鋭い角度をなし、封止すべ き圧力差の下で、上記角度を減じるように屈曲作用を受けており、 上記連結部（５、１５）が、封止すべき圧力差の下で、低い圧力の側（Ｐ_N） に向かって軸方向の変形を受け、 上記において上記連結部（５、１５）が上記封止リップ部（４）よりも屈曲作 用に対して堅くないので、上記連結部（５、１５）の別の部分（７）よりもシャ フト表面（１）の近くにある上記連結部（５、１５）の少なくとも一部分（８） が、連結部のその他の部分（７）よりも、封止すべき圧力差の下で低い圧力の側 （Ｐ_N）に向かってなお一層変形し、 シャフト表面（１）からより離れている封止リップ部（４）のその端部が、圧 力差がない状態の場合よりも、封止すべき圧力差の下ではシャフト表面（１）か らさらに離れており、上記封止リップ部の曲げによる上記角度の減少がこのよう にして少なくとも部分的に補償されるようにしたことを特徴とするシャフトシー ルリング。 ２． 上記連結部（５、１５）の長さ（１０）が上記リップ部の軸方向長さ（１ １）の少なくとも４０％であることを特徴とする請求項１に記載のシャフトシー ルリング。 ３． 上記リップ部（４）が曲がりにくく、弾性を有する材料からなることを特 徴とする請求項１または２に記載のシャフトシールリング。 ４． 上記リップ部（４）が低温流れの危険を受ける材料からなることを特徴と する請求項１から３のいずれかに記載のシャフトシールリング。 ５． 上記連結部（５、１５）が少なくとも１つの曲げヒンジ部（７、８）を形 成するか、または含んでいることを特徴とする請求項１に記載のシャフトシール リング。 ６． 上記連結部（５、１５）における曲げに対する抵抗が、上記リップ部（４ ）での曲げに対する平均抵抗の少なくとも半分の大きさであることを特徴とする 請求項１から５のいずれかに記載のシャフトシールリング。 ７． 上記リップ部（４）が対応する封止表面（１）に３０゜から６０゜の角度 αをもって延びていることを特徴とする請求項１から６のいずれに記載のシャフ トシールリング。 ８． 上記リップ部の軸方向の長さが３ｍｍよりも大きくないことを特徴とする 請求項１から７のいずれかに記載のシャフトシールリング。 ９． 上記リップ部の軸方向の長さが上記リップ部（４）の平均厚さの３倍より も大きくないことを特徴とする請求項１から８に記載のシャフトシールリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 環状保持部（３）と環状封止部とからなり、該環状封止部が封止すべき圧 力差に対抗してシャフトの表面（１）に延びている封止リップ部（４）と該封止 リップ部を上記保持部に連結するとともに、上記封止リップ部（４）よりも堅く ない、ほぼ径方向に延びている連結部（５、１５）とを備えたシャフトシールリ ングであって、 上記封止リップ部（４）がシャフト表面（１）とで鋭い角度をなし、封止すべ き圧力差の下で、上記角度を減じるように屈曲作用を受けており、 上記連結部（５、１５）が、封止すべき圧力差の下で、低い圧力の側（Ｐ_N） に向かって軸方向の変形を受け、 上記において封止部が、上記連結部（５、１５）の別の部分よりシャフト表面 （１）の近くにある連結部（５、１５）の少なくとも一部分が、封止すべき圧力 差の下で低い圧力の側（Ｐ_N）に向かって、連結部のその他の部分（７）よりさ らに変形するように寸法が決められており、 シャフト表面（１）からより離れている封止リップ部（４）のその端部が、圧 力差がない状態の場合よりも封止すべき圧力差の下ではシャフト表面（１）から さらに離れているので、上記封止リップ部の曲げによる上記角度の減少がこのよ うにして少なくとも部分的に補償されるようにしたことを特徴とするシャフトシ ールリング。 ２． 上記連結部（５、１５）の長さ（１０）が上記リップ部の軸方向長さ（１ １）の少なくとも４０％であることを特徴とする請求項１に記載のシャフトシー ルリング。 ３． 上記リップ部（４）が曲がりにくく、弾性を有する材料からなることを特 徴とする請求項１または２に記載のシャフトシールリング。 ４． 上記リップ部（４）が低温流れの危険を受ける材料からなることを特徴と する請求項１から３のいずれかに記載のシャフトシールリング。 ５． 上記連結部（５、１５）が上記リップ部（４）よりも堅くないことを特徴 とする請求項１から４のいずれかに記載のシャフトシールリング。 ６． 上記連結部（５、１５）が少なくとも１つの曲げヒンジ部を形成するか、 または含んでいることを特徴とする請求項５に記載のシャフトシールリング。 ７． 上記連結部（５、１５）における曲げに対する抵抗が、上記リップ部（４ ）での曲げに対する平均抵抗の少なくとも半分の大きさであることを特徴とする 請求項５または６に記載のシャフトシールリング。 ８． 上記リップ部（４）が対応する封止表面（１）に３０゜から６０゜の角度 αをもって延びていることを特徴とする請求項１から７のいずれに記載のシャフ トシールリング。 ９． 上記リップ部の軸方向の長さが３ｍｍよりも大きくないことを特徴とする 請求項１から８のいずれかに記載のシャフトシールリング。 １０． 上記リップ部の軸方向の長さが上記リップ部（４）の平均厚さの３倍よ りも大きくないことを特徴とする請求項１から９に記載のシャフトシールリング 。