JP2011524273A - 低トルクシャフトシールおよびその構築方法 - Google Patents

Abstract

シャフトシールアセンブリの構築方法は、ＰＴＦＥシール要素を外側金属ケースに付けることと、ＰＴＦＥシール要素のボアをマンドレル上に配置することとを含む。次に、ＰＴＦＥシール要素をマンドレル上のまま加熱する。さらに、ＰＴＦＥシール要素をマンドレル上のまま冷却し、シャフトシールアセンブリをマンドレルから取外す。結果として生じるシール要素は、使用中のシャフトの摺動面に対する信頼性のあるシールを提供し、一方それと同時に、シャフトの摺動面に対して低いランニングトルクを発生させる。さらに、シャフトシールアセンブリをシャフト上に取付けるのに必要とされる軸方向に押す力が最小限であることによって、取付け中のシール要素の破損またはシール要素の反転の可能性が減少される。

Description

関連出願の相互参照
この出願は、本明細書中にその全体が引用により援用される２００８年６月１３日に出願された米国仮特許出願連続番号第６１／０６１，３６６号の利益を主張する。

発明の背景
１．技術分野
この発明は、概してシールアセンブリに関し、より具体的には、回転シャフトシールアセンブリおよびその構築方法に関する。

２．関連技術
シャフトシールは、数多くの種類の車両用途にわたって一般的に用いられている。シャフトシールが回転シャフトに対する信頼性のあるシールを確立して、汚染の侵入と望ましい潤滑の侵出との両方を防止することの他に、シールがシャフトに対して最小限のランニングトルクを与えることが望ましい。シールのランニングトルクが減少されると、車両の全体燃費を向上させるのに役立つ。トルクが低いほどたとえばクランクシャフトなどのシャフトを回転させるのに必要な寄生馬力が少ないためであり、シャフトの摺動面に対してシャフトシールによって生成される抗力が少なくなることによる。シールが、シールが載るシャフトの端部の上方およびシャフト上に比較的簡単に最小限の押付ける力で取付けられることも望ましい。さらに、シールがシールリップを破損および／または反転させることなくシャフト上に取付けられることが望ましい。当然、簡単にし過ぎた場合、シールリップがシャフトの摺動面に対して信頼性のあるシールを維持する能力とのトレードオフがおこることがある。したがって、シールアセンブリの所望の局面を達成し、一方それと同時に、使用中のシャフトの摺動面に対する信頼性のあるシールをシールが維持する能力に悪影響を与えることを避けるために、たゆまぬ努力がなされている。

シャフトシールアセンブリの構築方法が提供される。この方法は、使用中のシャフトの摺動面に対して信頼性のあるシャフトを提供するのに最適な大きさに作られたシールリップを有するシールアセンブリをもたらす。さらに、この方法は、シャフトの摺動面に対するランニングトルクが低いシールアセンブリを提供する。さらにまた、この方法は、シールアセンブリをシャフト上に取付けるのに必要な軸方向の押す力が最小限になることによって、シールアセンブリのシャフト上への取付け中にシールリップを破損する可能性を減少させる。この方法は、金属ケースおよびＰＴＦＥシール要素を金型キャビティの中に互いに間隔を空けて分離された関係で入れることを含む。次に、エラストマー材料を金型キャビティの中に射出し、金属ケースをＰＴＦＥシール要素にエラストマー材料で付けて、ユニット化されたシャフトシールアセンブリを形成する。次に、シャフトシールアセンブリを金型キャビティから取外し、ＰＴＦＥシール要素のボアをマンドレルの周りに配置し、ＰＴＦＥシール要素をマンドレル上のまま加熱する。さらに、ＰＴＦＥシール要素をマンドレル上のまま冷却し、次にシャフトシールアセンブリをマンドレルから取外す。

この発明の別の局面に従って、シャフトシールアセンブリの構築方法は、ＰＴＦＥシール要素を外側金属ケースに付けることと、ＰＴＦＥシール要素のボアをマンドレル上に配置することとを含む。次に、ＰＴＦＥシール要素をマンドレル上のまま加熱する。さらに、ＰＴＦＥシール要素をマンドレル上のまま冷却し、シャフトシールアセンブリをマンドレルから取外す。

この発明のこれらのおよび他の局面、特徴および利点は、現在好ましい実施例および最良の形態の以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲ならびに添付の図面に関連して考えるとより容易に理解されるようになるであろう。

この発明の１つの局面に従って構築されたシャフトシールアセンブリの断面図である。 この発明に従ったシャフトシールアセンブリの現在好ましい構築方法のフロー図である。 この発明の別の局面に従って構築されたシャフトシールアセンブリの断面図である。

現在好ましい実施例の詳細な説明
図面をより詳細に参照して、図１には、以下アセンブリと称される、この発明の１つの局面に従って構築されたシールアセンブリが一般的に１０に示されている。アセンブリ１０は、アセンブリ１０の中心軸１３に平行に延在する予め定められた高さＨと予め定められた直径Ｄ（２×Ｒ）とをシール用途のために所望されるように有する外側金属ケース１２を有する。ケース１２は、例として、おおむねＬ字形で外側円筒壁１４と径方向に内向きに延在する脚部１６とを有するものとしてここでは表わされているが、これに限定されない。ケース１２の形状は、例示される形状に限定されず、任意の適切な形状がこの発明の理念および範囲内であるよう企図されることが認識されるべきである。アセンブリ１０は、さらに、ＰＴＦＥシール要素１８を含む。ＰＴＦＥシール要素１８は、そのボアに形成され、シールリップ２０とも称される、シャフト２１の摺動面に対して信頼性のあるシールを確立するための摺動面を有する。アセンブリ１０は、さらにまた、たとえばゴムのようなエラストマー材料２４から成型された本体２２を含み、エラストマー材料２４は、ケース１２およびＰＴＦＥシール要素１８に合わせて成型されていて、ＰＴＦＥシール要素１８をエラストマー材料２４に接着された関係で付ける。本体２２は、例として、中心軸１３に向かってＰＴＦＥシール要素１８に隣接して垂れ下がってシールアセンブリ１０の空気側（Ａ）での汚染物質がＰＴＦＥシール要素１８に達することを阻止する排除リップ２６を有するものとしてここでは例示されているが、これに限定されない。本体２２も、ＰＴＦＥシール要素１８とケース１２との間に環状に延在してシャフト２１の摺動面に対するＰＴＦＥシール要素１８の所望のバイアスを与える、起伏するまたは波状の中間部分２８を有するものとして示されている。しかしながら、本体２２は、他の構成を有して成型され得るものであり、よってこの発明は例示された本体２２の構成によって限定されないことが認識されるべきである。アセンブリ１０の構築方法を完了すると、シャフト２１およびシールアセンブリ１０を互いに作用する関係に取付けると、シールリップ２０のシール直径ＳＤ（ＳＤは例示される１／２ＳＤの２倍である）が、使用中のシャフト２１の摺動面に対する信頼性のあるシールをもたらし、一方それと同時にシャフト２１の摺動面に対する低いランニングトルクを生じるよう、ＰＴＦＥシール要素１８のシールリップ２０は、弛緩しかつバイアスのかかっていない直径を得る。さらに、完成したシール要素１８は、アセンブリ１０をシャフト２１上に取付けるのに取付け中に必要な軸方向に押す力が最小限である。したがって、取付け中のシールリップ２０の破損またはシールリップ２０の反転の可能性が最小化される。

図２において、アセンブリ１０の現在好ましい構築方法が図表で示されている。各方法は、ケース１２とＰＴＦＥシール要素１８との両方の所望の構成を提供し、別個のケース１２とＰＴＦＥシール要素１８とを金型の金型キャビティに挿入することから開始し、するとＰＴＦＥシール要素１８とケース１２とは互いに間隔を空けた関係に固定される。構築工程は、金型の半分同士を閉じて互いに当接させることなどによって、ケース１２およびＰＴＦＥシール要素１８を金型キャビティ内に密閉することによって続く。次に、成型工程は、たとえばゴムのような所望のエラストマー材料２４を密閉された金型キャビティ中に射出することによって続けられる。エラストマー材料２４は、金型キャビティ中に射出されると、ケース１２の少なくとも一部分の周りおよびＰＴＦＥシール要素１８の一部分の周りに流れ、するとエラストマー材料２４は、ケース１２およびＰＴＦＥシール要素１８に予め定められた場所で付けられた状態になり、本体２２の所望の全体的な構成を形成する。したがって、本体２２は、ＰＴＦＥシール要素１８とケース１２との両方に接着された関係で付けられて、シールアセンブリ１０の初期構成を形成し、よってＰＴＦＥシール要素１８とケース１２とは、本体２２を介して互いに作用するように結合されている。シールアセンブリ１０の意図される構築のために所望される場合、ケース１２全体をエラストマー材料２４で金型キャビティ内に封入できることが認識されるべきである。

１つの構築方法に従って、次にシールアセンブリ１０の初期構成を、エラストマー材料が硬化する前に金型キャビティから取外し、シールリップ２０を予め定められた直径の円筒マンドレル上に配置する。このマンドレルは、たとえばアルミニウムなどの金属で形成されており、意図される用途のために所望される完成シール直径ＳＤと同じまたは実質的に同じ直径を有し、シール直径ＳＤは、シャフト摺動面直径と同じまたは実質的に同じであり、このシャフト摺動面直径は、シャフト半径ＳＲの２倍である。所望される場合、複数の初期構成シールアセンブリ１０を単一のマンドレル上に配置することによって、複数のシールアセンブリ１０を一まとめに同時に処理させることができることが認識されるべきである。シールアセンブリ１０をマンドレルの周りに配置する際、ＰＴＦＥシール要素１８およびエラストマー材料２４は応力を受け、一時的に応力を受けた状態のままでいるよう強いられる。したがって、ＰＴＦＥシール要素１８のボア２０は、マンドレルの外表面の上に嵌合するために、少なくともわずかに径方向に外向きの方向に伸張される。

次に、このマンドレルを、その上に１つまたは複数のアセンブリ１０が配置された状態で、炉の中に入れる。この炉を、その中にマンドレルおよびアセンブリ１０がある状態で、ＰＴＦＥのゲル範囲を下回る華氏約３００〜５００度の温度などの予め定められた温度に予め定められた時間維持する。エラストマー材料２４が完全にポストキュアー（後硬化）され、ＰＴＦＥシール要素１８の質量全体が炉の予め定められた温度に達するまで、アセンブリ１０を予め定められた温度の炉の中に置いておく。

次に、アセンブリ１０を、依然としてマンドレル上のまま炉から取出し、エラストマー材料２４およびＰＴＦＥシール要素１８が華氏約７０〜１００度などの周囲室温に達するまで、マンドレル上で冷却する。アセンブリ１０の冷却工程は、室温での自然冷却を介してなどゆっくりと行なうことができ、またはたとえば水焼入れによってなど何らかの急速な冷却工程によって行なうことができる。

アセンブリ１０が冷却されたら、次にアセンブリ１０をマンドレルから取外し、するとＰＴＦＥシール要素１８は、その元の予め応力をかけられた構成には戻らずに、そのシール直径ＳＤがマンドレルの直径と同じまたは実質的に同じ、したがってシャフト２１の摺動面直径２（ＳＲ）と同じまたは実質的に同じままの状態で、物理的硬化を維持する。シール直径ＳＤは、好ましくは、シャフト滑り直径の周りでラインツーラインの嵌合またはわずかに締り嵌めとなるような大きさに作られていることによって、使用中に信頼性のあるシールを維持することができることが認識されるべきである。加えて、エラストマー材料２４もこのエラストマー材料がその完全に予め応力をかけられた構成に戻らないように物理的に硬化するようにされている。たとえば、炉の中で行なわれた加熱成形工程を、エラストマー材料２４のその応力をかけられた構成である間の後硬化中に行なった場合、後硬化中に起こるエラストマー材料２４の架橋の最後の７％によって、このエラストマー材料が予め応力をかけられた構成である間に後硬化されていた場合生ずるであろう直径よりも大きい直径で硬化することが引起されることが発見された。

ここでアセンブリ１０は、使用のためにハウジングの中におよびシャフト２１上に取付けられる準備ができている。ＰＴＦＥシール要素１８のシールリップ２０がその拡張された構成のままであり、このシールリップが取付けられるシャフト摺動面２３の外径に実質的に近いシール直径ＳＤを有するので、シールリップ２０のシャフト２１上への取付けが単純化され、アセンブリ１０をシャフト２１に押付けるのに必要な軸方向の力が最小化される。さらに、取付け中にシールリップ２０が反転するおよび／または不注意で破損する危険性が減少される。さらにまた、使用中、シャフト２１の摺動面２３に対するシールリップ２０の動摩擦およびランニングトルクが減少される。

別の構築方法に従って、シールアセンブリ１０の初期構成を、金型の金型キャビティから取外すと、予め定められた温度に維持された炉に、エラストマー材料２４を後硬化するのに適した予め定められた時間入れる。後硬化工程の生産性を高めるために、２つ以上のシールアセンブリ１０を同時に後硬化できることが認識されるべきである。たとえば、複数のアセンブリ１０を、適切な大きさに作られた籠に入れ、またはトレイに載せて、この籠またはトレイを炉の中に挿入することができる。

エラストマー材料２４を炉の中で完全に硬化させると、アセンブリ１０を炉から取出し、シール要素１８のボア２０を、予め定められた直径の１つまたは複数のマンドレル上に配置し、この予め定められた直径は、上述のように、所望されるシール直径ＳＤに実質的に近いまたは同じである。マンドレルを、華氏約３００から５００度まで加熱することができるまたは予め加熱することができる加熱成形マンドレルとして提供することができる。アセンブリを、３００から５００°Ｆの加熱された温度の加熱成形マンドレル上に、たとえば約１分間以上など、ＰＴＦＥシール要素１８がその応力をかけられた構成を実質的にほぼマンドレルの直径で物理的に硬化することによって維持することを引起こすのに十分な時間、維持する。

次に、アセンブリ１０が依然としてマンドレル上にある状態で、工程は、マンドレルをおよそ室温まで冷却することによって続く。この冷却は、室温で行なうことができ、またはたとえば冷水をマンドレルの中空のコアを通して流すことによる冷水焼入れを介してなど、促進された方法でマンドレルを冷却することができる。

約７０から１００°Ｆなどの室温にされると、次にアセンブリ１０は、加熱成形マンドレルから取外される準備ができており、上述のように、使用のためにハウジングの中におよびシャフト２１上に取付けられる準備ができている。

上記で述べたように、ケース１２および本体２２の特定の構成は、図１に例示されるものに限定されない。たとえば、同じ参照番号を用いて上述の類似の特徴を示す図３に示されるように、上述し、図表で例示した方法の両方を用いて、逆に折り畳まれた構成を備えたケース１２を有し、ＰＴＦＥシール要素１８がエラストマー本体２２の中間の挟持された層を介してケース１２に接着されているシールアセンブリ１０を構築し得る。したがって、ＰＴＦＥシール要素１８およびケース１２を選択された金型キャビティ内に所望されるように位置決めして、所望されるシールアセンブリ１０の構成を構築することができることが認識されるべきである。さらに、図４に示されるように、クランプ型シールアセンブリ１０は、ケース１２を有し、ＰＴＦＥシール要素１８が保持部材３０を介してこのケースにクランプ締めされ得る。この実施例において、構築方法は、ＰＴＦＥシール要素１８を応力を受けた状態まで拡張させ、次にそれをその後加熱および冷却して、ＰＴＦＥシール要素１８のシール直径ＳＤを弛緩している間実質的に同じに維持することに関しては同じであるが、この構築は、エラストマー本体をケース１２とＰＴＦＥシール要素１８との間に成型することを含まない。この実施例は、エラストマー本体２２を含まないためである。

明らかに、この発明の多くの変形例および変更例が上記の教示に鑑みて可能である。したがって、添付の特許請求の範囲内で、この発明を、具体的に記載されたのと異なるように実施してもよいことが理解されるべきである。

Claims (15)

1. シャフトシールアセンブリの構築方法であって、
   金属ケースおよびＰＴＦＥシール要素を金型キャビティに入れるステップと、
   エラストマー材料を前記金型キャビティの中に射出し、前記金属ケースを前記ＰＴＦＥシール要素に前記エラストマー材料で付けて、前記シャフトシールアセンブリのユニット化された初期構成を形成するステップと、
   前記シャフトシールアセンブリの前記ユニット化されたされた初期構成を前記金型キャビティから取外し、前記ＰＴＦＥシール要素のボアをマンドレル上に配置するステップと、
   前記ＰＴＦＥシール要素を前記マンドレル上のまま加熱するステップと、
   前記ＰＴＦＥシール要素を前記マンドレル上のまま冷却するステップと、
   前記シャフトシールアセンブリを前記マンドレルから取外すステップとを備える、方法。
2. 前記エラストマー材料を硬化させる前に前記ＰＴＦＥシール要素を前記マンドレル上に配置するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記エラストマー材料を前記マンドレル上のまま硬化させるステップをさらに備える、請求項２に記載の方法。
4. 前記ＰＴＦＥシール要素を加熱する前記ステップの間に前記エラストマー材料を硬化させるステップをさらに備える、請求項３に記載の方法。
5. 前記ＰＴＦＥシール要素を華氏約３００〜５００度の温度まで加熱するステップをさらに備える、請求項４に記載の方法。
6. 複数の前記シールアセンブリを前記マンドレル上に配置し、前記シールアセンブリを前記マンドレル上のまま炉の中で加熱するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
7. 前記ＰＴＦＥシール要素を前記マンドレル上で加熱する前記ステップの前に前記エラストマーを硬化させるステップをさらに供える、請求項１に記載の方法。
8. 前記シールアセンブリを炉に入れて、前記エラストマーを硬化させるステップをさらに備える、請求項７に記載の方法。
9. 前記マンドレルを加熱して前記ＰＴＦＥシール要素を加熱するステップをさらに備える、請求項８に記載の方法。
10. シャフトシールアセンブリの構築方法であって、
    ＰＴＦＥシール要素を外側金属ケースに付けるステップと、
    前記ＰＴＦＥシール要素のボアをマンドレル上に配置するステップと、
    前記ＰＴＦＥシール要素を前記マンドレル上のまま加熱するステップと、
    前記ＰＴＦＥシール要素を前記マンドレル上のまま冷却するステップと、
    前記シャフトシールアセンブリを前記マンドレルから取外すステップとを備える、方法。
11. 前記ＰＴＦＥシール要素を前記ケースにエラストマー材料で接着するステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
12. 前記エラストマー材料を硬化させるステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
13. 前記エラストマー材料を硬化させる前記ステップの前に前記ＰＴＦＥシール要素を前記マンドレル上に配置するステップをさらに備える、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ＰＴＦＥシール要素を前記マンドレル上で加熱する前記ステップの間に前記エラストマー材料を硬化させるステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
15. 前記エラストマー材料を硬化させる前記ステップの後に前記ＰＴＦＥシール要素を前記マンドレル上に配置するステップをさらに備える、請求項１２に記載の方法。

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