JP4861193B2 - シールアセンブリ - Google Patents

Description

関連出願との相互参照
本願は、ここにその全体が引用により援用される、２００４年１月３０日に出願された「滑り面スリーブを有する、ばねで支持された二要素面シール」についての米国仮特許出願連続番号第６０／５４０，４６８号の利点を主張する。

発明の背景
１．技術分野
この発明は、相対的に可動な２つの部品間に配置され、部品のうちの少なくとも１つへの相対的に可動な関係を有するシールに関し、より具体的には、この発明は、回転可能なシャフトのためのシールに関する。

２．関連する先行技術
シールは、２つの部品、たとえば回転シャフトと相対的に静止したハウジングとの間に流体密封接続を提供するために、さまざまな用途において使用されている。シールの第１の部分は普通、回転シャフトを取り囲んでおり、第２の部分はハウジングに取付けられている。第１の部分は、第２の部分に関連付けられた非回転面と協働する回転面を含む。

締付け歪みがなく、かつシャフトに垂直にそれ自体を自由に整列できる、十分に浮動状態の機械的シャフトシールを提供することが望ましい、ということが既にわかっている。米国特許第３，９７２，５３６号は、シャフトに留めねじで取付けられた第１のリング部を含む回転シャフトシールアセンブリを開示している。この回転シャフトシールアセンブリはまた、ハウジングに取付けられた第２のリング部と、第２のリング部と第１のリング部との間に設けられたシールとを含んでいる。

発明の概要
この発明は、回転可能なシャフトを取り囲むよう動作可能な内側ケースを有する相対的に可動な部品のためのシールアセンブリを提供する。このケースは、本体と、本体から半径方向外向きに延びる第１および第２のフランジとを含む。このアセンブリはまた、第１のフランジと第２のフランジとの間で内側ケースを取り囲む第１および第２のシール板も含む。これらの板状部材は、第１および第２のフランジと密封係合するそれぞれの面を提供する。ばねも、第１のシール板と第２のシール板との間で内側ケースを取り囲み、第１および第２のシール板を第１および第２のフランジに押付ける。この発明の現在好ましい一実施例では、ばねは波形ばねである。

この発明に従ったシールアセンブリは、流体圧力降下が起こり得る環境においてシールを維持することができる。ばねは、相対的に一定の軸方向の力をシール板に及ぼして、内側ケースのフランジに押付ける。また、シール板は、シャフトの横方向の動きを可能にするよう寸法決めされた内側開口を含む。

この発明のこれらのおよび他の特徴ならびに利点は、以下の詳細な説明および添付図面に関連して検討されると、より容易に理解される。

好ましい実施例の詳細な説明
ここで図１および図２を参照すると、この発明は、相対的に可動な部品、たとえばハウジング１２とシャフト１４との間にシールを設けるためのシールアセンブリ１０を提供する。シャフト１４は、ハウジング１２に対し、軸１６の周りを回転可能である。ハウジング１２およびシャフト１４は、乗物に組立可能である。この発明の代替的な実施例では、シールは、回転シャフトと静止構造とを有するどの環境においても配置可能である。

アセンブリ１０は、回転可能シャフト１４の周りにそれと回転するために軸方向にかつ回転可能に固定された関係で配置可能な内側ケース１８を含む。内側ケース１８は、シャフト１４の軸１６周りの回転に応答して回転する。内側ケース１８は、本体２０と、本体２０の両端部２６、２８から延びる第１のフランジ２２および第２のフランジ２４とを含む。本体２０の長さは、第１の端部２６と第２の端部２８との間で規定される。本体２０は、シャフト１４に面する内面３０と、シャフト１４から離れる方に面する外面３２とを含む。第１のフランジ２２および第２のフランジ２４は、本体２０の外面３２から軸１６に対して半径方向外向きに延びている。第１のフランジ２２および第２のフランジ２４は、内向きに面するシール面３４、３６をそれぞれ規定している。

シールアセンブリ１０はまた、第１のフランジ２２および第２のフランジ２４に隣接して本体２０を取り囲む第１のシール板３８および第２のシール板４０も含む。シール板３８、４０は、軸１６に実質的に垂直に延びている。板材３８、４０は、面３４、３６とそれぞれ密封係合する面４２、４４をそれぞれ規定している。この発明の代替的な実施例では、シール板３８、４０は、シール面３４、３６と外側ケース４６との間で、円錐台形または任意の所望の形状であり得る。板材３８、４０は、シール面３４、３６との密封係合のためにディスク形状であることが好ましい。

シール板３８、４０は、ハウジング１２に実質的に固定されている。たとえば、シャフト１４の回転中、フランジ２２、２４は板材３８、４０に対して動く。この発明の例示的な実施例では、板材３８、４０は、ハウジング１２に取付けられた外側ケース４６に固定して関連付けられている。外側ケースは、第１のフランジ４８および第２のフランジ５０を含む。板材３８、４０はフランジ４８、５０にスペーサ要素５２で押付けられる。

アセンブリ１０はまた、第１のシール板３８および第２のシール板４０を第１のフランジ２２および第２のフランジ２４にそれぞれ絶えず押付けるためのばね５４を含む。ばね５４は、第１のシール板３８と第２のシール板４０との間で、本体２０を取り囲んでいる。この発明の現在好ましい一実施例では、ばね５４は波形ばねである。ばね５４のばね定数は、面３４と面４２、面３６と面４４との間の密封力を調節するよう調節される。アセンブリの摩耗の速度は、密封力を調節することによって調節可能である。たとえば、ばね力が大きくなるにつれて、密封力は大きくなり、アセンブリの寿命は短くなる。

スペーサ要素５２は、板材３８、４０の半径方向最外端同士が互いに対して実質的に固定され、一方、板材３８、４０の半径方向最内端同士が互いに対して可動であるように、ばね５４と協働する。その結果、動くシャフト１４に最も近いシールアセンブリ１０の部分は相対的により頑強であり、一方、動くシャフト１４から最も遠いシールアセンブリ１０の部分は相対的により不動である。動くシャフト１４に最も近いシールアセンブリ１０の部分は、軸１６に沿ったシャフト１４の若干の動きに対処可能である。スペーサ要素５２は、外側ケース４６と一体型であり得る。

また、板材３８、４０とフランジ２２、２４との間の摩擦力に打ち勝つために必要な回転トルクの割合は、ばね５４のばね定数を調節することによって調節可能である。たとえば、ばね定数が大きくなるにつれて、摩擦力に打ち勝つために必要な回転トルクは大きくなる。この発明の現在好ましい一実施例では、アセンブリ１０は、ばね５４と第１のシール板３８および第２のシール板４０との係合を強化するために、第１のワッシャ５６および第２のワッシャ５８を含む。ワッシャ５８は、ばね５４とシール板３８との間に位置付けられる。ワッシャ５６は、ばね５４とシール板４０との間に位置付けられる。

ばね５４は、シール板３８、４０とフランジ２２、２４との間のシールの頑強さを強化する。たとえば、アセンブリ１０によって密封された流体が圧力降下にさらされる動作環境では、ばね５４は、相対的に一定の密封力を提供することによって圧力降下を埋め合わせることができる。ばね５４は、面３４と面４２、および面３６と面４４との間の密封協働に同時に作用する。

第１のシール板３８および第２のシール板４０は、本体２０の外面３２に面する開口６０、６２を規定している。開口６０、６２は外面３２の外径よりも大きく寸法決めされており、開口６０、６２と外面３２との間には間隙が規定されている。この間隙は、軸１６に対して横方向のシャフト１４の動きに対処する。

フランジ２２、２４とシール板３８、４０との半径方向または横方向の重なりは、シャフト１４の横方向の動きの程度に鑑みて決定される。たとえば、フランジ２２と第１のシール板３８とは、開口６０と、フランジ２２により規定された面６４との間で、半径方向に重なっている。この半径方向の重なりの程度は、シャフト１４が軸１６から最大限可能な距離ずれている場合に開口６０と面６４との間の半径方向距離が面３４を面４２で密封するのに十分であるよう、選択される。

明らかに、この発明の多くの変更および変形が、上述の教示に鑑みて可能である。したがって、添付された特許請求の範囲内で、この発明が具体的に述べられたもの以外の態様で実践されてもよい、ということが理解されるべきである。この発明は特許請求の範囲によって定義される。

この発明の例示的な実施例に従ったシールアセンブリの斜視部分断面図である。 図１で示すシールアセンブリの例示的な実施例の、動作環境における断面図である。

Claims (6)

1. 相対的に可動な部品間にシールを設けるためのシールアセンブリであって、
   回転可能なシャフトの回転に応答して回転可能となるように前記シャフトを取り囲み、長さを規定する第１の本体と前記第１の本体の両端から延びる第１および第２のフランジとを有する内側ケースと、
   前記第１の本体を取り囲み、前記第１および第２のフランジにそれぞれ隣接して配置された第１および第２のシール板と、
   前記第１の本体を取り囲み、前記第１および第２のシール板を前記第１および第２のフランジにそれぞれ押付けるばねとを含み、
   前記第１および第２のシール板を取り囲み、第２の本体と前記第２の本体の両端から延びる第３および第４のフランジとを有する外側ケースをさらに含み、前記第１のシール板は前記第３のフランジに隣接し、前記第２のシール板は前記第４のフランジに隣接している、シールアセンブリ。
2. 前記内側ケースは、前記第１および第２のシール板に対して回転可能である、請求項１に記載のシールアセンブリ。
3. 前記ばねは、波形ばねとしてさらに定義される、請求項１に記載のシールアセンブリ。
4. 前記波形ばねの両側にそれぞれ配置された第１および第２のワッシャをさらに含み、前記第１のワッシャは、前記波形ばねと前記第１のシール板との間に配置され、前記第２のワッシャは、前記波形ばねと前記第２のシール板との間に配置されている、請求項３に記載のシールアセンブリ。
5. 前記第１のシール板と第２のシール板との間、および前記第３のフランジと前記第４のフランジとの間に配置されて、前記第１のシール板と前記第３のフランジとが互いに接触するよう保ち、かつ、前記第２のシール板と前記第４のフランジとが互いに接触するよう保つスペーサ要素をさらに含む、請求項１に記載のシールアセンブリ。
6. 前記第１および第２のシール板は、前記本体から半径方向に間隔をおかれた第１および第２の開口をそれぞれ含む、請求項１に記載のシールアセンブリ。

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