JPS61112865A - 高圧用ならいシヤフトシ−ル - Google Patents

高圧用ならいシヤフトシ−ル

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JPS61112865A
JPS61112865A JP60173974A JP17397485A JPS61112865A JP S61112865 A JPS61112865 A JP S61112865A JP 60173974 A JP60173974 A JP 60173974A JP 17397485 A JP17397485 A JP 17397485A JP S61112865 A JPS61112865 A JP S61112865A
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    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/20—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle specially adapted for particular type of steering gear or particular application
    • B62D5/22—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle specially adapted for particular type of steering gear or particular application for rack-and-pinion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3204—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/324—Arrangements for lubrication or cooling of the sealing itself

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、一般的には流体シールに関し、特に、被封
止部分がシール開口を通って軸方向に往復運動や摺動運
動を行う場合のような、高圧環境下において適用するシ
ールに関する。
例えば自動車のパワー　ステアリング　ユニットのよう
な最近の流体力学システムは、圧力がどんどん高くなり
、運転条件が厳しくなってきているため、従来の設計の
シールでは耐えられない場合が少なくなくなってきてい
る。
特定の圧力で使用する他の既知のメカニズムも、運動速
度が速くなり、また運動範囲が広く′なるに伴って条件
が次第に厳しくなってきている。例えば、いわゆるロン
ド　ワイパー　タイプ　ラジアル　リンフ“　シャフト
　シール（ｒｏｄ　ｗｉρｅｒ　ｔｙｐｅｒａｄｉａｌ
　ｌｉｐ　５ｈａｆｔ　５ｅａｌ）で封止するロンドそ
の他の部材がそうである。この場合の口・ノドは、シー
ルの開口を貫通して軸方向に運動し、シールのリップ部
分には、時には数百ポンド／平方インチから１０００ポ
ンド／平方インチを越える圧力の流体が作用する。
このような状況の下では、／ｌｉＩ滑が十分に行われな
かったり、漏洩を生じたりすると、被封止部分のシール
そのものに深刻な摩耗を生じる。油圧メカニズムのよう
に潤滑されるメカニズムは、漏洩を生じて潤滑流体や作
動流体が完全に枯渇すれば、必ず深刻な故障を起こす。
摩耗と引きずり（ｄｒａｇ）が少なく、封止効果が低下
することのないシールの開発が望まれている。
本発明は、シール　ケーシングの径方向内部に結合して
いるシール　リップ本体を形成している空気側と油側を
有しているリップ部分があり、シール　リップのいわゆ
る空気側がマルチ　リップ封止面を形成するように成形
されており、圧力がかかる時に撓み（ｄｅｆｌｅｃｔｉ
ｏｎ）が調節され、ａ滑液の保持性が優れている改良型
ラジアル　リップシールを提供しようとするものである
。
本発明は、シール　ケーシングと、該シールケーシング
に接着されたエラストマ製リップ本体とを備え、該リッ
プ本体が、環形状であり、ほぼ円形の周方向シール　バ
ンドに沿って円錐台形空気側面と交わる円錐台形油側面
を有しており、円錐台形空気側面に、輪郭が滑らかで、
内径が漸増しており、潤滑液保持溝をはさんで互いに離
間している軸方向に一定間隔をおいて配列されている一
連のリブがあり、封止領域内の圧力が上昇するのに伴っ
て該リブと被封止往復運動シャフトとの間の接触が強く
なり、これによってシール本体全体がシャフトと密着封
止係合する流体シールを提供する。
以下、添附図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説
明する。図面において同じ部材は同じ番号で示す。
１つの好ましい実施態様は、往復運動部材が自動車のパ
ワー　ステアリング　ラック／ビニオン歯車装置のラッ
クの端部になっている、加圧すべきパワー　ステアリン
グ　ハウジングに装着するシールである。
第１図を参照して、本発明のシール２０は、ハウジング
２２に装着されており、ハウジング２２に形成されたカ
ウンタボア２４で保持され、ロッキング　リング溝２８
にはまっているスナップリング２６または同効手段で固
定されている。
シール２０は、エラストマ製シールリップ本体２１とシ
ール　ケーシング３０を備えており、該シール　ケーシ
ング３０は、軸方向環状フランジ３２と、終端が径方向
内縁（シール本体結合部分）３６になっている径方向環
状フランジ３４とを有する。
シール　ケーシングの外周３８はシール　ハウジングの
カウンタボア２４にはまっており、封止状態が維持され
ている。カウンタボアに密着封止ばめすることを目的と
して、ゴム製外周スリーブなどの第２シール（図示せず
）を使用することができる。シールリップ本体２１には
、結合部分４０および封止領域内、の流体に接触する内
面部分４２があり、該内面部分４２には、既知のごとく
シールリップ本体の周囲に削設され、ガータ　スプリン
グ４６がはまっている環状スプリング溝４４がある。
シールにはさらに、いわゆる“ピンク　トリム”残部（
”　ｐｉｃｋ　ｔｒｉｍ　ｒｅｓｉｄｕｅ　）　５０か
ら径方向内向きに向かっているほぼ円錐台形の油側面４
８があり、核油側面４８は、空気側円錐台形面５２と交
わって、ほぼ円形のシール　ハンド５４を形成している
。シールの空気側には、シール　ハンド５４から軸方向
外向きに第１補助リブ５６があり、該補助リブ５６は周
方向ｍ５８によってシール　バンド５４から隔てられて
いる。補助リブ５６から軸方向および径方向外側に設け
られている溝６０が補助リブ５６と第２補助リプ６２を
隔てている。好ましい実施態様としては、さらにもう１
つの溝６４を備えて第２補助リブ６２と第３補助リプ６
６を隔てる。
今度は第２図を参照して、補助リブ５６．６２．６６の
最内面６８．７０．７２は、シール　ハンド５４から軸
方向外側に遠ざかるにしたがって直径が漸増している。
「軸方向外向き」とは、封止領域（第１．２図の番号５
５）の内部から離間し、外部（すなわち空気側）（第゛
ｌ、２図の番号５７）に向かうことを意味する。
「径方向外向き」というのは自明であるが、特に、径方
向外側に働くり・ノブシールの場合のように、被封止部
材がシールの周囲ではなくシールの中心を通過する場合
に、直径が漸増していく方向を意味する。
もう一度第２図を参照して、補助リブ５６．６２．６６
の最内面６８．７０．７２はシール本体の主要部分く第
２図において点線と番号７５で示す）に全体的に平行で
ある。リブの接線である第２図の相手線７６はほぼこれ
に平行であり、被封上部材の軸に平行な想像水平軸線７
８と一定の角度（θ）を成している。シール関係の用語
としては、シール　リップ本体の空気側部分の角度はし
ばしば“バレル　アングル（ｂａｒｒｅｌ　ａｎｇｌｅ
）　”と呼ばれる。この場合のバレル　アングルは、シ
ール本体全体の角度、あるいは補助リブの各々の最内直
径上の一連の点によって形成される角度である。
もう一度第１図を参照して、この場合の被封止部材は、
シール　ハンド５４と接触して主シールを形成する外面
部分８２を有しているラックの往復運動ロッド部分８０
である。矢印８４で示すとおり、シールを必要とする運
動は軸方向運動であり、ワイピング　タイプの封止作用
を生じさせる。
今度は第３図を参照して、線７５．７６．７８の間の角
度の関係は、最内補助リブ５６は、図示のごとく、その
最内面６８を被封止ロッド（シャフト）８０の面からご
（わずかだけ離間させて位置させることができるという
ことを考えて図示しである。そのため主シール　ハンド
５４とシャフト面８２との間にはいわゆる“残存干渉（
ｒｅｓｉｄｕ−ａｌ　１ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　）　
　”がわずかに存在する。
今度は第４図を参照して、シール　バンド５４はシャフ
ト面８２に接触しており、第１補助リブ５６もやはりこ
の面に接しており、主シール　バンド５４と補助リブ５
６間の溝５２は幾分平坦になっている。第４図の状態は
中程度の圧力がかかっている状態であり、この状態で線
７５．７６はシール本体２２が全体的に円筒形の断面に
なるζこつれて角度が小さくなるように示されている。
第５図は、本発明のシール２０をロッド（シャツ１−）
８０に装着し、封止領域５５内に高い圧力が発生し、シ
ール　バンド５４ならびにすべての補助リブ５６．６２
．６６がシャフト８０の面８２に接触している状態を示
す。
第５図はまた、矢印で示すごとく液圧がシール本体２２
０面４２に作用するため、シール本体全体が撓み、その
角度が非常に小さく、シール本体全体がシャフトに密着
する状態を示している。溝５２．６０．６４には／ｒＪ
沿流体流体っている。；この潤滑流体の励きて高圧下に
おける摩耗が著しく抑制される。シール　バンド５４の
幅は“Ａ”であり、各々補助リブ５６．６２．６６で形
成されているシール　バンドは、幅“Ｂ”、“Ｃ”、“
Ｄ”が漸減している。そのため、直径の一番小さい補助
リブ５６は平たくなって“Ｂ”パターンになり、シャフ
トとの接触幅が相当大きい；第２袖助リブ６２も平たく
なってシャフトと接触するが、シール　ハンドの幅が幾
分小さく　（“足跡””　ｃ”）、直径が最大の第３補
助（リップ）（リブ）６６がシャフトと接触する部分で
はさらに接触幅が小さくなっている（”Ｄ”）。
以上の説明から、圧力が上昇するに伴ってシャフト　シ
ールが変形してシャフトに密着するが、独特な撓み作用
の故に、接触パターンが、漸増幅であり、かつ離間リブ
によって確保され、リブとリブの間に潤滑流体が保持さ
れることが分る。リブとリブの間に溜る潤滑流体の量は
多くはないが、測定可能であり、この潤滑流体は封止さ
れるシャフトの表面に沿ってほとんど常に°存在してい
る。
このような溝、リブがなければ、このような液圧封止シ
ステムにおいて発生する高圧によって流体が主リップの
下から押出され、封止力が大きくなって許容限界を越え
ることが確認されている。これと潤滑流体の枯渇が組合
わさると、既知のシールでは早期破損を生じる。
しかし本発明によれば、本発明のシールの段階的作用に
よって潤滑流体が保持され、この重要部分の下から／ｒ
ｉＩ清流体清掃体されるのが阻止されるのみならず、荷
重が段階的に配分され、所要の封上方が維持され、より
多くのリップ（リブ）に配分され、異常な昇圧や不当な
応力集中が阻止される。
次に、第１．２図に示されるような本発明の別の特徴と
して、米国特許第３．４９５，８４３号に開示されてい
るようなタイプのナイロン　リングなどの、ロッキング
　インサート（ｌｏｃｋｉｎｇ　１ｎ−ｓｅｒＬ）ある
いは押出し防止部材をはめる特異な逆テーパ溝９０を備
えることができる。このワッシャは、シールの固有の把
Ｉ屋作用によって、あるいはまた好ましい実施態様とし
ては補助ロッキングリングによって保持することができ
る。本発明のシールにこの補助リングを備えることはで
きるが、本発明の特許請求対象ではない。
本発明のシールは、性能、信頼性が著しく向上し、摩耗
が著しく少なく、本明細書に紹介したような高圧システ
ムにおいても十分な封止能力を維持することを確認した
。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のシールの部分拡大鉛直断面図である
。 第２図は、第１図のシールの部分図であり、成形時にお
けるシールの構成部材の位置を示す。 第３図は、第２図と同様の断面図であるが、さらに拡大
してあり、使用開始時の状態のシールを示す。 第４図は、第３図と同様の図であり、使用が進んだ状態
のシールを示す。 第５図は、最大圧力がかかっている状態のシールをさら
に拡大して示す。 ２０・・・シール、２１・・・シールリップ本体、２２
・・・ハウジング、２４・・・カウンタボア、３０・・
・シール　ケーシング、３２・・・軸方向環状フランジ
、３４・・・径方向環状フランジ、４４・・・スプリン
グ溝、４６・・・ガータ　スプリング、４８・・・油側
面、５２・・・空気側円錐台形面、５４・・・シール　
バンド、５５・・・封止領域、５６，６２．６６・・・
補助リプ、５８．６０．６４・・・溝、８０・・・ロン
ド（シャフト）二二二＝冥Ｉ− 二二巨至乙４−

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）相対的に剛直な材料を素材とし、封止すべき機械
    メカニズムの１つの部材内にはめて使用する環状シール
    ケーシングと、一部が該環状ケーシングの一方の縁に結
    合されているエラストマ製環状封止リップ本体とを備え
    ており、該リップ本体の少なくとも一部がほぼ円形の軌
    跡（ｌｏｃｕｓ）に沿って互いに交差する空気／油側円
    錐台形面で形成されており、該リップ本体が、該機械メ
    カニズムの領域内の流体に第１圧力がかかる時に該リッ
    プ本体が弛緩している状態で該機械メカニズムの別の部
    材と接触して密着封止状態を維持する主シールバンドを
    形成しており、該リップ本体の該空気側円錐台形面に、
    流体保持溝によって軸方向に互いに隔てられている複数
    の補助封止リブがあり、該補助リブには各々、該機械メ
    カニズムの該別の部材に接触し、把握されて、該主シー
    ルバンドから遠ざかる方向に該別の部材からの離間距離
    が漸増する部分があり、該シール本体空気側円錐台形面
    が、該第１圧力において該補助リブの縁が該他の部材か
    ら離間し、該領域内の圧力が上昇するにつれて該シール
    本体が径方向に撓み、追加リブの縁が該別の部材に接触
    してシールバンドの接触面積を増大させ、補助リブ間の
    溝に流体を保持するように設計されている高圧用流体シ
    ールユニット。
  2. （２）クレーム１に記載したとおりの流体シールユニッ
    トにて、該シール本体に、該主シールバンドの一部と全
    体的に軸方向に整合している環状スプリング溝と、該溝
    にはめられているガータスプリングがさらに備えられて
    いるユニット。
  3. （３）クレーム１に記載したとおりの流体シールユニッ
    トにて、該補助リブの該接触部分の縁が、該別の部材に
    接触するように滑らかな輪郭になっているユニット。
  4. （４）クレーム１に記載したとおりの流体ユニットにて
    、該補助リブから軸方向外側に向かっており、少なくと
    も一部が該シールケーシングの縁から軸方向内側に向か
    っている環状押出し防止部材溝がさらに備えられており
    、該環状押出し防止部材溝に、該シールケーシングの縁
    に隣接する部分における該シール本体の不当な撓みを防
    止するインサート部材をはめる流体シールユニット。
  5. （５）クレーム１に記載したとおりの流体シールユニッ
    トにて、該シールケーシングが、断面が全体的にＬ字形
    であり、該第１機械メカニズム部材のカウンタボアには
    まる面を有している軸方向フランジと、該シールリップ
    本体を結合する該環状ケーシングの該縁を形成している
    少なくとも１つの面である径方向フランジとを備えてい
    るユニット。
  6. （６）クレーム１に記載したとおりの流体シールユニッ
    トにて、該機械メカニズムの該一方の部材が該他方の部
    材の径方向外側にあり、該補助リブの内径が、該シール
    リップ本体の該主シールバンド部分から軸方向に遠ざか
    るにつれて漸増するユニット。
  7. （７）クレーム１に記載したとおりの流体シールユニッ
    トにて、該複数の補助リブの数が最低３つであるユニッ
    ト。
  8. （８）シャフトが貫入する開口とシールがはまるカウン
    タボアを備えている第１機械部材と、該開口に貫入する
    シャフトとしての第２機械部材とを備えており、さらに
    流体シールも備えており、該流体シールが、該カウンタ
    ボアに密着ばめされたシール装着フランジを備えている
    環状ケーシング部分と、シール本体結合部分とを備えて
    おり、該シールがさらに、少なくとも１つの面が該結合
    部分に結合されているエラストマ製環状シール本体部分
    を備えており、該シール本体部分がさらに、ほぼ円形の
    軌跡に沿って互いに交差して主シールバンドを形成する
    空気側／油側円錐台形面を有しており、該主シールバン
    ドが、該シール本体部分が弛緩している状態で該シャフ
    トに接触して封止状態を維持し、該空気側封止面に、軸
    方向に一定間隔をおいて離間している複数の補助封止リ
    ブがあり、該補助封止リブに各々シャフトに接触する内
    面があり、該補助封止リブが各々少なくとも流体保持溝
    によって互いに隔てられており、該シャフト接触面の直
    径が該主シールバンドから遠ざかる方向に向かって漸増
    し、該リップ本体が、十分な可撓性を有しているために
    上記封止領域内の流体圧力が増加すると徐々に撓み、接
    触面が該シャフト面に徐々に接触し、該溝に流体が捕獲
    されて該シャフト面の潤滑が促進される、流体封止液圧
    メカニズム。
  9. （９）クレーム８に記載したとおりの流体封止メカニズ
    ムにて、該シール本体にガータスプリング溝があり、ガ
    ータスプリングが該溝にはまっているメカニズム。
  10. （１０）クレーム８に記載したとおりのメカニズムにて
    、該複数の補助リブの数が最低３つであるメカニズム。
  11. （１１）クレーム８に記載したとおりのメカニズムにて
    、該ケーシングが全体的にＬ字形であるメカニズム。
JP60173974A 1984-08-09 1985-08-06 高圧用ならいシヤフトシ−ル Expired - Lifetime JPH0621664B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US639120 1984-08-09

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JPS61112865A true JPS61112865A (ja) 1986-05-30
JPH0621664B2 JPH0621664B2 (ja) 1994-03-23

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GB (1) GB2162909B (ja)
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