JP6231072B2 - 静的および流体力学的な封止機能を有するラジアルシャフトシール - Google Patents

Description

発明の背景
１．技術分野
本発明は、概して、回転するシャフトとハウジングとの間に流体密封シールを形成することを目的とする種類のダイナミックオイルシールに関する。

２．関連技術
ダイナミック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」と「空気側」とを有するように設計される。これらの名称は設置されたときのシールの向きに関連し、オイル側はハウジングの内側に面してオイルと接触し、空気側は外側に面して空気にさらされる。

効果的なシールを維持しながらの使用中、潤滑剤をシールのオイル側に維持しつつ、粉塵および他の汚染物質をシールの空気側に保持することが望ましい。シールリップのシール面上の静的バンドを、静的バンドからシールのオイル側に向かって延在する螺旋状の溝と結合させて、潤滑剤をシールのオイル側に押し戻すことが知られている。しかし、螺旋状の溝が静的バンドに合流している状態では、潤滑剤の少なくとも一部が、シールのオイル側に押し戻されるのではなく静的バンドを迂回することがあり、静的バンドの空気側に残存する傾向がある。これは、場合によってはシール内で負圧を生じさせて、静的バンドの空気側に潤滑剤を蓄積させることによって、望ましくない影響をシールに与え、ひいては付着物を生じさせ、静的バンドのオイル側の螺旋状の溝が潤滑剤をシールのオイル側に押し戻す能力を失わせる可能性がある。したがって、シールの耐用寿命、および場合によってはシールが保護している軸受または他の部品の耐用寿命が縮められる。

発明の概要
発明の１つの現在好ましい局面によれば、ハウジング内でシャフトの周りに収容されて、シャフトシールの空気側をシャフトシールのオイル側から封止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。シールは、環状のマウント部分と、マウント部分に接続されたエラストマーシール本体と、シール本体に接続されたシールリップとを含む。シールリップは、オイル側端部と自由空気側端部との間で軸方向に延在する環状の内側シール面を有する。内側シール面は、第１の溝領域と、環状の静的バンドとを有する。第１の溝領域は、静的バンドから軸方向に離間され、静的バンドとオイル側端部との間に延在して、潤滑剤をシールのオイル側に向かって送る。

発明の別の局面によれば、第２の溝領域が静的バンドからシールの空気側に向かって内側シール面に沿って延在して、潤滑剤をシールのオイル側に向かって押し戻す。

発明の別の局面によれば、第１の溝領域は、第１の方向に方向付けられた複数の第１の溝を有し、第２の溝領域は、第２の方向に方向付けられた複数の第２の溝を有し、第１の方向は第２の方向と同じである。

図面の簡単な説明
本発明の上記およびその他の局面、特徴および利点は、以下の現在好ましい実施の形態およびベストモードに関する詳細な説明、添付の請求項、および図面と関連付けて考慮されると、より容易に理解されるであろう。

本発明のある局面に従い構成されたラジアルシャフトシールの断面図である。 シャフト上に配置されたシールを示す図１と同様の図である。 発明のある局面に係る図１のシールのシール面の概略図である。 発明の別の局面に係る図１のシールのシール面の概略図である。 発明の別の局面に従い構成されたラジアルシャフトシールの断面図である。 発明の別の局面に係る図４のシールのシール面の概略図である。

好ましい実施形態の詳細な説明
さらに詳しく図面を参照すると、図１および図１Ａは、本発明のある局面に従い構成された、以降シール１０と呼ぶラジアルシャフトシールを例示する。限定ではなく一例として、シール１０は、クランクケースに応用して使用するのに適しており、回転可能なシャフト１２の周りを封止してラジアルシャフトシールアセンブリ１３を形成することを目的とする。シール１０は、設置されたときのシール１０の向きとの関連で、オイル側Ｏと、軸方向に反対の空気側Ａとを有する。オイル側Ｏは封止されている適用物の内側に面する側であり、空気側Ａは封止されている適用物の外側の周囲に面する側である。シール１０は、エラストマーシール材料１６が装着された金属もしくはポリマーの輪または環状構造体１５として部分的に設けられたカラー１４とも呼ばれる外側ケース等のマウント部分を含む。エラストマー材料１６はシール本体１７を形成し、径方向内側に延在してシールリップ１８をもたらす。シールリップ１８は、オイル側端部２２と自由空気側端部２４との間で軸方向に延在する環状内側シール面２０を有する。内側シール面２０は、シャフト１２に沿ってシャフト１２と封止係合して延在する第１の溝領域２６と、シャフト１２に沿ってシャフト１２と封止係合して延在する第２の溝領域２８とを有する。第１の溝領域２６および第２の溝領域２８は、その間に延在する、バンド３０とも呼ばれる環状の周方向に連続したリブによって、互いに軸方向に離間されている。潤滑剤が偶然バンド３０を迂回した場合、第１の溝領域２６は、潤滑剤、たとえば油をオイル側Ｏの方に導くように構成され、第２の溝領域２８は、潤滑剤、たとえば油をバンド３０の方にかつオイル側Ｏに戻すように導くように構成される。バンド３０は、第１および第２の溝領域２６，２８それぞれの間に介在し、シールリップ１８とシャフト１２との間に相対的運動がない状態で固定シールをもたらす一方、潤滑剤がバンド３０の空気側Ａに流れることと空気側に存在することとを抑制するようにも作用する。したがって、オイル側Ｏから空気側Ａに潤滑剤が移動することが抑制され、負圧蓄積がシールのオイル側に生じるのを防ぐことが容易となり、潤滑剤がバンド３０を迂回する場合、潤滑剤は第２の溝領域２８を介して流され、強制的にバンド３０を迂回し、オイル側Ｏに戻される。それゆえ、潤滑剤がバンド３０の空気側に蓄積し残存することが防がれ、ひいては、分解された潤滑剤の堆積物および他の形態の汚染物質がバンド３０の空気側に不要に蓄積することが防がれる。

金属のカラー１４は、Ｌ字型、または、当該技術で周知のように特定の用途の要求に応じてＣ字型、Ｓ字型または図示のような環状等、任意の数の構成を有していてもよい。金属の強化リング構造体１５は、少なくとも一部が外面上のエラストマーシール材料１６で覆われて示され、輪郭に凹凸３２を設けることにより、クランクケースの穴（図示せず）にフィットした流体密封状態の設置をもたらしてもよい。

環状ブリッジ３１は、シールリップ１８をシール本体１７に、使用に適した状態で接続する。環状ブリッジ３１は、ブリッジ３１がシールリップ１８から概ね横方向に径方向外側に延在し、次いでシール１０の中心軸３４に対してある角度で重なる態様でシールリップ１８上を戻るように、シールリップ１８のオイル側端部２２とシール本体１７とに接続される。この角度はたとえば約２０〜４０度の間であるが、この角度の範囲は、意図される用途にとって望ましい場合は、水平面から１〜８９度に亘ることができる。このため、ブリッジ３１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３３をもたらす。

シールリップ１８は、弛緩し設置されていない状態のときは、シール１０の中心軸３４から約１〜１０度の間の数度だけわずかに傾いて延びている。シール面２０は、自由状態にある間、オイル側端部２２で最大の内径ＳＤを有し、この内径はシャフト１２の滑り面３６の外径ＯＤよりも小さいため、内側シール面２０全体は、組立後および使用中、確実に滑り面３６と封止係合される。さらに、空気側Ａ上に位置する汚染物質がシール１０のオイル側Ｏに入るのを防ぐことを容易にする、補助リップ３８とも呼ばれる非接触式粉塵排除リップを有する空気側端部２４が形成され得る。補助リップ３８は、シールリップ１８の空気側端部２４から空気側Ａに向かって延在し、第２の溝領域２８から離間されている。補助リップ３８は、シャフト１２と接触しないままであるように、内側シール面２０の内径ＳＤより大きな内径ＡＤを有する。それゆえ、補助リップ３８は、シールリップ１８とシャフト滑り面３６との間の滑りトルクに寄与しない。

図２において、発明のある局面に従って構成された内側シール面２０が示される。内側シール面２０の周方向に連続した環状の静的封止バンド３０は、第１および第２の溝領域２６，２８の間に周方向に延在して示される。第１の溝領域２６は、静的封止バンド３０からシールリップ１８のオイル側端部２２に離間された関係で延在する複数の第１の溝４０を有する。したがって第１の溝４０はバンド３０の手前で停止し、ゆえにバンド３０に合流しない。そのため、溝のない領域４１が第１の溝４０とバンド３０との間に延在し、ゆえにオイル側Ｏからある程度の潤滑剤がバンド３０に到達して、バンド３０とシャフト１２の滑り面３６との間の滑り摩擦を低減することを容易にすることになると予期されるものの、第１の溝領域２６内の潤滑剤は、かなりの量がバンド３０に到達するほど推進されない。

第２の溝領域２８は、静的封止バンド３０からシールリップ１８の空気側端部２４に向かって延在する複数の第２の溝４２を有する。したがって、第２の溝４２はバンド３０まで延在し、ゆえにバンド３０に合流する。したがって、第２の溝４２が第１の溝４０と同じ方向に潤滑剤を送るように構成されている場合、バンド３０を迂回して第２の溝４２に入るいずれの潤滑剤もバンド３０と直接接触するように押し戻され、バンド３０を迂回して第１の溝４０に戻る傾向がある。第１の溝４０は、オイル側Ｏに潤滑剤を押し戻し続ける。

第１の溝４０は第１の方向に方向付けられ、第２の溝４２は第２の方向に方向付けられる。第１の方向は、第２の方向と同じかまたは実質的に同じである。したがって、上では理解されないが、第１および第２の溝４０，４２の螺旋またはヘリックスの角方向は同じであり、それによって、潤滑剤を同じ方向に、すなわちシール１０のオイル側Ｏに向かって送る傾向がある。第１および第２の溝４０，４２は、例として、線状に直線的であり、シャフト１２による相対的なシール回転Ｒの方向に対して傾斜した関係で互いに平行または実質的に平行に延在しているものとして示される。中間バンド３０からオイル側Ｏに向かう第１および第２の溝４０，４２の傾斜角は、シャフト１２とシールリップ１８との間の相対的な回転Ｒ中に、第１および第２の溝４０，４２に到達するオイル側Ｏ上の潤滑剤がオイル側Ｏに向かって押し戻されるようなものである。

図３では、発明の別の局面に従い構成された内側シール面１２０が示される。同様の特徴を識別するために、上記で用いたのと同じ参照符号に１００を付したものを用いる。内面１２０は、第１の溝領域１２６と、第２の溝領域１２８と、第１および第２の溝領域１２６，１２８の間の、周方向に連続した環状の静的封止バンド１３０とを含む。第１の溝領域１２６は、上述した第１の溝４０と同じように構成された複数の第１の溝１４０を有する。さらに、第２の溝領域１２８は複数の第２の溝１４２を有するが、上述した第２の溝４２とは異なり、第２の溝１４２は、シール面２０の周囲に約１８０〜３６０度の間で延在するねじ山として構成される。したがって、第２の溝１４２が静的バンド１３０に対して延在する傾斜角は、第２の溝４２よりも小さい。第１および第２の溝１４０，１４２は、例として、線状に直線的であり、シャフトによる相対的なシール回転Ｒの方向に対して傾斜した関係で互いに平行または実質的に平行に延在しているものとして示される。中間バンド１３０からオイル側Ｏに向かう第１および第２の溝１４０，１４２の傾斜角は、シャフトとシールリップとの間の相対的な回転Ｒ中に、第１および第２の溝４０，４２に到達するオイル側Ｏ上の潤滑剤がオイル側Ｏに向かって押し戻されるようなものである。

図４では、発明の別の局面に従って構成されたシール２１０が示される。同様の特徴を識別するために、上記で用いたのと同じ参照符号に１００を付したものを用いる。シール２１０は、第２の溝領域を除いて、先のシール構造に関して上述したのと同じ特徴をすべて含む。したがって、シール２１０は、上記のようなカラー（図示せず）と、径方向内側に延在してシールリップ２１８をもたらすシール本体２１７とを含む。シールリップ２１８は、オイル側端部２２２と自由空気側端部２２４との間で軸方向に延在する環状の内側シール面２２０を有する。内側シール面２２０は、上記のように、シャフトに沿ってシャフトと封止係合して延在するように構成された第１の溝領域２２６と、第１の溝領域２２６から隣接する空気側端部２２４に向かって離間された、環状の周方向に連続したバンド２３０とを有する。第１の溝領域２２６は、潤滑剤をオイル側Ｏに向かって送るように構成され、バンド２３０は、潤滑剤がバンド２３０を迂回するのを防ぐように構成される。第１の溝領域２２６は、上記のように第１の溝２４０を含み、第１の溝２４０は、バンド２３０から軸方向に離間され、バンド２３０の手前で停止し、それによりバンド２３０と第１の溝２４０との間で周方向に延在する、溝のない環状の領域２４１を形成する。

上記教示に照らし本発明には数多くの変形および変更が可能であることは明らかである。したがって、以下の請求項および最終的に許可される請求項の範囲内で、具体的に記載されたものとは異なるやり方で本発明を実施し得ることが理解されるはずである。

Claims (5)

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、ハウジング内でシャフトの周りに収容されて、前記シャフトシールの空気側を前記シャフトシールのオイル側から封止分離するように構成され、
   環状のマウント部分と、
   前記マウント部分に接続されたエラストマーシール本体と、
   前記シール本体に接続されたシールリップとを備え、前記シールリップは、オイル側端部と自由空気側端部との間で軸方向に延在する環状の内側シール面を有し、前記内側シール面は、前記シャフトに沿って前記シャフトと封止係合して延在する第１の溝領域と、周方向に連続した静的リブとを有し、前記第１の溝領域は、前記静的リブから軸方向に離間され、前記静的リブと前記オイル側端部との間に延在して、潤滑剤を前記シールの前記オイル側に向かって送り、前記第１の溝領域は、第１の方向に沿って前記静的リブに対して傾斜した複数の第１の溝を含み、前記第１の方向は、前記シャフトに対する前記ラジアルシャフトシールの相対的な回転中に、前記潤滑剤を前記シールの前記オイル側に向かって送るように構成されており、
   前記内側シール面は、前記静的リブから前記シールの前記空気側に向かって前記内側シール面に沿って延在して、前記潤滑剤を前記シールの前記オイル側に向かって押し戻す第２の溝領域をさらに含み、前記第２の溝領域は、第２の方向に沿って前記静的リブに対して傾斜した複数の第２の溝を有し、前記第２の方向は、前記シャフトに対する前記ラジアルシャフトシールの相対的な回転中に、前記潤滑剤を前記シールの前記オイル側に向かって送るように構成されており、
   前記複数の第２の溝は、前記複数の第１の溝と比べて、前記静的リブに対してより小さな傾斜角に沿って延在している、ラジアルシャフトシール。
2. 前記第１の溝は前記静的リブに合流しない、請求項１に記載のラジアルシャフトシール。
3. 前記第１の溝は線状に直線的であり、前記第２の溝は線状に直線的である、請求項１または請求項２に記載のラジアルシャフトシール。
4. 前記シールの前記空気側端部から前記空気側に向かって延在する補助リップをさらに含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のラジアルシャフトシール。
5. 前記オイル側端部は、前記シャフトの滑り面の径よりも小さい第１の径を有し、前記自由空気側端部は、前記第１の径よりも小さい第２の径を有し、それによって、前記内側シール面の全体が前記シャフトの前記滑り面に封止係合することを確実にする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のラジアルシャフトシール。

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