(57)【要約】  シール縁を通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、潤滑剤をシールの潤滑剤側に戻すための双方向のパターンを有している動的シールを実現する。さらに、このような動的シールが従来技術の欠点を最小限に抑え、および／または回避するようにする。双方向の動的シールが、シールとシャフトとの間の相対的な回転の方向に関わらずに、捉えた潤滑剤を潤滑剤側に戻すことを有利に実現する。このシールは、対称形のポンプ要素のパターンを利用して、相対的な回転に応じた、捉えた潤滑剤に対する流体力学的なポンピングを促進する。対称形のポンプ要素は、シールのシール縁の手前で終了している終端点を有している。シールは、一次ポンプ要素と連通する二次ポンプ要素を利用して、一次ポンプ要素によって捉えられない潤滑剤を捉えることができる。
2009526951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
双方向の動的シールであって、
潤滑剤側と、
非潤滑剤側と、
前記非潤滑剤側と連通する有効面と、有効面の端部のシールリップとを有するシール部であって、前記シールリップが前記潤滑剤側に面し、かつシャフトを中に配置することができる開口を画定し、前記有効面が前記開口内に配置されたシャフトと係合し、シャフトに対してシールするように動作可能であるシール部と、
前記有効面に沿って延びて前記シールリップの手前で終了し、シールリップとの間に静的堰を備える複数のポンプ要素であって、前記有効面と前記開口内に配置されたシャフトとの間の相対的な回転によって、前記相対的な回転の方向に関わらず、前記シールリップを通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、前記捉えた潤滑剤を前記シールリップに向けて、前記静的堰を通り過ぎて、前記潤滑剤側に戻すようにポンピングするように動作可能である複数のポンプ要素とを備えているシール。
【請求項２】
前記ポンプ要素が前記有効面に沿って螺旋状に延びており、ポンプ要素の第１セットが時計回りに延び、ポンプ要素の第２セットが反時計回りに延びる請求項１に記載のシール。
【請求項３】
前記ポンプ要素がそれぞれ、第１端部と第２端部とを有し、前記第１端部が前記静的堰に近接し、前記第２端部が前記静的堰から遠隔にあり、開放されている請求項２に記載のシール。
【請求項４】
前記ポンプ要素の第１セットと第２セットに等しい数のポンプ要素がある請求項２に記載のシール。
【請求項５】
前記ポンプ要素の少なくとも２つが互いに交差している請求項１に記載のシール。
【請求項６】
交差しているポンプ要素が、ゼロよりも著しく大きな交差角を有している請求項５に記載のシール。
【請求項７】
前記ポンプ要素が、前記静的堰に近接した一対の終端点と、前記ポンプ要素に沿った前記シールリップから最も遠隔の位置の誘導点とをそれぞれが有している一次ポンプ要素であり、前記有効面に沿って延びる複数の二次ポンプ要素をさらに備え、前記一次ポンプ要素が前記二次ポンプ要素と前記シールリップとの間に配置されており、前記二次ポンプ要素が、前記一次ポンプ要素を通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、前記捉えた潤滑剤を、前記誘導点以外の位置で前記一次ポンプ要素に向けて送るように動作可能である請求項１に記載のシール。
【請求項８】
前記二次ポンプ要素の少なくとも１つが、他の二次ポンプ要素と交差する請求項７に記載のシール。
【請求項９】
前記ポンプ要素が、前記静的堰に近接した一対の終端点と、前記ポンプ要素に沿った前記シールリップから最も遠隔の位置の誘導点とを、それぞれが有している一次ポンプ要素であり、前記有効面に沿って延びる複数の二次ポンプ要素をさらに備え、前記一次ポンプ要素が前記二次ポンプ要素と前記シールリップとの間に配置されており、前記二次ポンプ要素が、前記一次ポンプ要素を通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、前記捉えた潤滑剤を、前記一次ポンプ要素の前記誘導点に向けて送るように動作可能である請求項１に記載のシール。
【請求項１０】
前記ポンプ要素同士が対称形である請求項１に記載のシール。
【請求項１１】
静的堰の付近で終端するポンプ要素が、前記ポンプ要素が前記静的堰に近づくにつれて縮小する断面積を有している請求項１に記載のシール。
【請求項１２】
前記ポンプ要素が溝である請求項１に記載のシール。
【請求項１３】
双方向の動的シールであって、
シャフトと係合し、シャフトに対してシールを形成するように動作可能な有効面と、
シャフトを受け入れるように動作可能な開口を画定するシールリップと、
前記シールリップ通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、捉えた潤滑剤を潤滑剤側にポンピングするように動作可能な、前記有効面上の双方向の流体ポンピングパターンであって、
（ｉ）前記有効面に沿って延び、捉えた潤滑剤を前記潤滑剤側にポンピングするように動作可能な複数の一次ポンプ要素であって、各一次ポンプ要素が前記シールリップに近接した一対の終端点を有し、各一次ポンプ要素が前記シールリップから遠隔の誘導点を有している複数の一次ポンプ要素と、
（ｉｉ）前記有効面に沿って延在する複数の二次ポンプ要素であって、前記一次ポンプ要素が前記二次ポンプ要素と前記シールリップとの間にあり、前記二次ポンプ要素が、前記一次ポンプ要素を通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、捉えた潤滑剤を前記一次ポンプ要素に向けて送るように動作可能である複数の二次ポンプ要素とを備える前記ポンピングパターンと、
を備えるシール。
【請求項１４】
二次ポンプ要素の第１セット内の各ポンプ要素が、前記一次ポンプ要素のうちの２つにおける誘導点の間に延び、捉えた潤滑剤を前記一次ポンプ要素の前記誘導点に向けて送る請求項１３に記載のシール。
【請求項１５】
二次ポンプ要素の第２セット内の各ポンプ要素が、前記第１セット内の前記二次ポンプ要素のうちの１つの誘導点と連通している請求項１４に記載のシール。
【請求項１６】
二次ポンプ要素の前記第２セット内の各ポンプ要素が、前記第１セット内の２つの近接する二次ポンプ要素の近接する誘導点と連通している請求項１５に記載のシール。
【請求項１７】
二次ポンプ要素の前記第２セット内の各ポンプ要素の一方端部が、前記第１セット内の前記二次ポンプ要素のうちの１つにおける誘導点と連通し、前記第２セット内の各ポンプ要素の第２端部が開放されている請求項１５に記載のシール。
【請求項１８】
前記一次ポンプ要素のそれぞれが弓形であり、対称形である請求項１３に記載のシール。
【請求項１９】
前記一次ポンプ要素のそれぞれが、その誘導点のまわりで対称形である請求項１８に記載のシール。
【請求項２０】
少なくとも１つの二次ポンプ要素が少なくとも１つの他の二次ポンプ要素と交差する請求項１３に記載のシール。
【請求項２１】
前記一次ポンプ要素のそれぞれが前記シールリップの手前で終了し、静的堰が各終端点と前記シールリップとの間に配置されている請求項１３に記載のシール。
【請求項２２】
前記一次ポンプ要素のそれぞれが、少なくとも２つの他の一次ポンプ要素と交差する請求項１３に記載のシール。
【請求項２３】
前記一次ポンプ要素と二次ポンプ要素とが溝である請求項１３に記載のシール。
【請求項２４】
前記二次ポンプ要素が、前記一次ポンプ要素を取り囲む少なくとも１つの環状のポンプ要素、ならびに前記環状のポンプ要素と前記誘導点との間に延び、このポンプ要素および誘導点と連通している実質的に真っ直ぐな複数のポンプ要素を含んでいる請求項１３に記載のシール。
【請求項２５】
各一次ポンプ要素の大部分が、シャフトと接触する前記有効面の一部分に沿って延び、各二次ポンプ要素の大部分が、前記シャフトから離隔された前記有効面の一部分に沿って延びている請求項１３に記載のシール。
【請求項２６】
前記一次ポンプ要素が、前記誘導点と前記終端点との間で縮小する断面積を有し、前記二次ポンプ要素が実質的に均一な断面積を有している請求項１３に記載のシール。
【請求項２７】
シャフト上のシールのシール縁を通り過ぎて漏出する潤滑剤を、シールの潤滑剤側に戻す方法であって、
（ａ）シールの有効面上の複数の一次ポンプ要素で、シール縁を通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、
（ｂ）シールの前記有効面上の複数の二次ポンプ要素で、シール縁と前記二次ポンプ要素との間に配置されている前記一次ポンプ要素を通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、
（ｃ）前記二次ポンプ要素内で捉えた潤滑剤を前記一次ポンプ要素の誘導点に移送し、
（ｄ）シールの前記有効面とシャフトとの間の相対的な回転によって、前記相対的な回転の方向に関わらず、前記一次ポンプ要素によって捉えられ、および／または前記一次ポンプ要素に移送された潤滑剤を、シールの潤滑剤側にポンピングすることを含んでいる、方法。
【請求項２８】
（ｃ）が、各二次ポンプ要素内で捉えた潤滑剤を、２つの近接した一次ポンプ要素の一方における誘導点に移送することを含んでいる、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
二次ポンプ要素の第１セットを通り過ぎて漏出する潤滑剤を、二次ポンプ要素の前記第１セットの外側の前記有効面上に配置された二次ポンプ要素の第２セットによって捉え、二次ポンプ要素の前記第２セットで捉えた潤滑剤を二次ポンプ要素の前記第１セットの誘導点に移送することをさらに含んでいる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
（ｂ）および（ｃ）が、同心であり、前記一次ポンプ要素を取り囲む弓形の二次ポンプ要素によって、ならびに前記弓形の二次ポンプ要素から前記一次ポンプ要素の誘導点に延びる真っ直ぐな二次ポンプ要素によって実行される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
（ｄ）が、潤滑剤を前記一次ポンプ要素の終端点に向けて、ならびに前記終端点とシール縁との間に配置された静的堰を通り過ぎるようにポンピングすることを含んでいる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
（ｂ）および（ｃ）が、シャフトから離間された前記有効面の一部分上に主に位置付けられた二次ポンプ要素によって実行され、（ａ）および（ｄ）が、シャフトと接触した前記有効面の一部分上に主に位置付けられた一次ポンプ要素によって実行される、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動的シールに関し、より詳しくは動的シールのための双方向のポンピングパターンに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転シャフトシールが機械装置、自動車産業、ならびに他の産業で使用されている。例えば、このような用途には、対称的に機能する動的シール（即ちこのシールは、シャフトの回転の両方向に効果的に機能しなければならない）を必要とする変速装置、ピニオン、歯車、車軸などでの使用が含まれる。このシールは大気側と潤滑剤側とを有している。このシールは、潤滑剤側で潤滑剤（例えば油）を維持する助けとなる。しかし、潤滑剤は、シールの有効面のシャフトとの相互作用によって、潤滑化側から非潤滑化（大気）側に漏出する場合がある。シールの有効側に配置された螺旋溝または密集したリブ（以下総称して溝と呼ぶ）が、漏出した潤滑剤を捉え、シールとシールが配置されてなるシャフトとの間の相対回転によって、潤滑剤を流体力学的にポンピングして潤滑化側に戻す。
【特許文献１】米国特許第６，８０６，３０６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に溝は、シールのシャフトと接触している側で、渦巻状または螺旋状の構成で配置されている。捉えた潤滑剤を流体力学的にポンピングすることを可能にするために、これらの溝は、シャフトとシールとの間の相対的な回転に、相対的な回転の方向に関わらず対応するように、シールの有効面に沿って相反する方向に螺旋をなしている。溝はシールの潤滑剤側で開いており、シール内の潤滑剤と連通している。溝をシールの潤滑剤側で開けることによって潜在的な問題が生じる。例えば、静的な油の漏出が起こる可能性がある。さらに、シールが使用されている機械の組立段階の最後の加圧検査中に、空気の漏出が起こる可能性もある。したがって、シール縁を通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、潤滑剤をシールの潤滑剤側に戻すための双方向のパターンを有している動的シールを実現すれば有利であろう。さらに、このような動的シールが上述の欠点を最小限に抑え、および／または回避すれば有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の原理による動的シールは、シールとシャフトとの間の相対的な回転の方向に関わらず、捉えた潤滑剤の潤滑剤側への帰還を有利に実現する。このシールは、対称形のポンプ要素を使用して、相対的な回転に応じて、捉えた潤滑剤に対する流体力学的なポンピングを促進する。これらの対称形のポンプ要素は、シールのシール縁の手前で終了する終了点を有している。このシールは、一次ポンプ要素によって捉えられない潤滑剤を捉えるように一次ポンプ要素と連通している二次ポンプ要素を利用することもできる。二次段ポンプ要素は、余分の潤滑剤を捉え、潤滑剤を一次段ポンプ要素に送り移し、これに引き続いて、シールの潤滑剤側に戻すように流体力学的にポンピングする。
【０００５】
本発明の一態様では、双方向の動的シールが潤滑剤側と非潤滑剤側とを含んでいる。非潤滑剤側と連通する有効面と、有効面の端部のシールリップとを有しているシール部がある。シールリップは潤滑剤側に面している。シールリップは、シャフトを中に配置することができる開口を画定している。有効面は、開口内に配置されたシャフトと係合し、シャフトに対して密封を行うように動作可能である。複数のポンプ要素が有効面に沿って延びている。これらのポンプ要素はシールリップの手前で終了し、ポンプ要素およびシールリップの間には静的な堰が存在している。ポンプ要素は、シールリップを通り過ぎて漏出す
る潤滑剤を捉え、有効面と開口内に配置されたシャフトとの間の相対的な回転によって、捉えた潤滑剤をシールリップに向けて、静的堰を通り過ぎて潤滑剤側に戻るようにポンピングするように動作可能である。このポンピングは、相対的な回転の方向に関わらずに起こる。
【０００６】
本発明の他の態様では、双方向の動的シールが、シャフトと係合してシャフトに対してシールを形成するように動作可能な有効面を備えている。シャフトを受け入れるように動作可能な開口を画定しているシールリップが存在する。双方向の流体のポンピングパターンが有効面に位置付けられており、これが、シールリップを通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、捉えた潤滑剤を潤滑剤側にポンピングするように動作可能である。このポンピングパターンは、有効面に沿って延びる複数の一次ポンプ要素を含んでいる。各一次ポンプ要素は、シールリップの付近に一対の終端点を有している。各一次ポンプ要素は、シールリップから遠離の誘導点も有している。このポンピングパターンは、有効面に沿って延びる複数の二次ポンプ要素も有している。一次ポンプ要素は、二次ポンプ要素とシールリップとの間に配置されている。二次ポンプ要素は、一次ポンプ要素を通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、捉えた潤滑剤を一次ポンプ要素の誘導点に向かって送るように動作可能である。
【０００７】
本発明のさらに他の態様では、シャフト上のシールのシール縁を通り過ぎて漏出する潤滑剤をシールの潤滑剤側に戻す方法が開示されている。この方法は、（１）シール縁を通り過ぎて漏出する潤滑剤を、シールの有効面上の複数の一次ポンプ要素によって捉え、（２）シール縁と二次ポンプ要素との間に配置されている一次ポンプ要素を通り過ぎて漏出する潤滑剤を、シールの有効面上の複数の二次ポンプ要素によって捉え、（３）二次ポンプ要素で捉えた潤滑剤を一次ポンプ要素の誘導点に移送し、（４）一次ポンプ要素によって捉えられ、および／またはこれに移送される潤滑剤を、シールの有効面とシャフトとの間の相対的な回転によって、相対的な回転の方向とは関係なく、シールの潤滑剤側にポンピングすることを含んでいる。
【０００８】
本発明の用途のさらなる領域が、以下に提供する詳しい説明によって明らかになろう。いうまでもなく、詳しい説明および具体的な実施例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例証することのみを目的としており、本発明の範囲を限定することを目的としているのではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
詳しい説明および添付の図面から、本発明がより完全に理解されるであろう。
【００１０】
好ましい実施形態についての以下の説明は、本質的に例示的なものに過ぎず、決して本発明、その用途、または使用法を限定することを意図していない。本明細書では参照表示を、本発明の特定の構成要素、特徴、または態様を指摘または記述するために使用している。先の（複数の）実施形態で既述の構成要素、特徴、または態様と同じまたは類似の、様々な実施形態の構成要素、特徴、または態様を記述する際には、同じ参照表示、または元の参照表示に１００の位の数字を加えた同じ参照表示を使用している。例えばシールを、本明細書で開示している様々な実施形態について、２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、および６２０と呼んでいる。
【００１１】
図１および２を参照すると、本発明の原理による双方向の動的シールが示されている。シール２０は、この技術分野において周知のやり方で固定されたハウジング２４に配置されたケーシング２２に取り付けられている。シール２０は、回転シャフト２６と係合し、回転シャフト２６とケーシング２２が配置されたハウジング２４との間を密封する関係をもたらしている。図２を参照すると、シール２０は、環状凹部３０を有する取り付け部２
８を備えている。ケーシング２２の取り付け部２２ａが環状凹部３０の中に位置している。尚、取り付け部２８およびケーシング２２は、多数の形状および形態をとることができ、本発明に特に関係するとは考えられないことに注意すべきである。取り付け部２８は、プラスチックまたは金属からなるケーシング２２に取り付けられている。取り付け部２８を、周知の取り付け技法によってケーシング２２に取り付けることができる。
【００１２】
シール２０は、シャフト２６が配置される中央開口３２を備えている。開口３２の直径は、開口３２とシャフト２６との間に所望のはまり合いをもたらすために、シャフト２６の直径よりも小さくなるように寸法が設定されている。すなわち、シール２０の開口３２の付近の部位が、シール２０がシャフト２６へと配置されるときに変形する。シール２０の変形は抵抗を受け、シャフト２６に対してシールが形成される。
【００１３】
シール２０は、取り付け部２８から軸方向かつ径方向に延びる円錐形のシール部３４を有している。開口３２はシール部３４に位置している。シール部３４は有効側／面３６を有している。有効面３６は、シャフト２６と係合する係合部３８と、非係合部４０とを有している。シール部３４は、有効面３６の反対側の非有効側／面４２も備えている。非有効面４２はシャフト２６と係合しない。シール前縁またはリップ４４が、有効面３６と非有効面４２とを隔てている。有効面３６は、シール２０の非潤滑剤側または大気側４６に曝され、非有効面４２およびシール縁４４は、シール２０の潤滑剤（例えば、油）側４８に曝される。
【００１４】
シール２０の有効面３６は、係合部分３８に、また実施形態によっては非係合部分４０にも配置された複数のポンプ要素５０を含んだ双方向のポンピングパターンを有している。ポンプ要素５０は、シール縁４４を通り過ぎてシャフト２６と有効面３６の係合部分３８との間を漏出する潤滑剤を捉えるように動作可能である。以下に説明するように、ポンプ要素５０は、漏出した潤滑剤を捉え、シール２０とシャフト２６との間の相対的な回転の結果、潤滑剤を潤滑剤側４８に向けて、その中へと流体力学的にポンピングする。静的堰５２がシール縁４４とポンプ要素５０との間に配置され、シャフト２６に対してシールする。静的堰５２は、有効面３６において加工が施された領域（ポンピングパターンを含んだ領域）をシール縁４４から分離している。ポンプ要素５０は、有効面３６に沿って鋳造、切削、または他の方法により形成された複数の溝であることができる。あるいは、ポンプ要素５０は、隆起したリブであって、これらリブの間に通路を形成して、漏出した潤滑剤を捉え、シール２０とシャフト２６との間の相対的な回転によって潤滑剤を潤滑剤側４８に向かって、その中へと流体力学的にポンピングするリブとしてもよい。これらのリブを有効面３６に沿って成形し、鋳造し、または他の手段によって製作することができる。したがって、いうまでもなく、ポンプ要素という用語は、シール２０の有効面３６に沿った溝、リブ、またはその両方を指すことができる。
【００１５】
ポンプ要素５０は、漏出した潤滑剤を捉え、これを潤滑剤側４８に向けて、その中へと送ることになる所望のパターンをもたらすように有効面３６に配置されている。ポンプ要素５０は、双方向のパターンが形成されるように、またポンプ要素５０が、シャフト２６とシール２０との間の相対的な回転が起こる方向に関わらず動作可能であるように配置されている。これを達成するために、ポンプ要素５０は、以下に説明するように、有効面３６上に実質的に対称的な配向で配置されている。ポンプ要素５０は、シール縁４４からの距離との関係で段分けされている。１つまたは複数の段を設けることが可能である。シール縁４４に最も近い段は一次段５４と呼ばれ、シール縁４４からより遠隔のポンプ要素５０は二次段５６と呼ばれている。例えば、図３で示しているように、このシールは、４つの一次段ポンプ要素５４を備え、二次段ポンプ要素は備えないということが可能である。これに対して図４のシールは、以下で述べるように、一次段ポンプ要素（図３と同じ）と、複数の二次段ポンプ要素との両方を備えている。一次段ポンプ要素の機能は、漏出した
潤滑剤を捉え、これをシールの潤滑剤側４８に向けて、その中へと送り込むことである。二次段ポンプ要素の機能は、以下に述べるように、一次段ポンプ要素を通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、捉えた潤滑剤を一次段ポンプ要素に戻すように移送して、続いて潤滑剤側４８に戻るようにポンピングし、送るようにすることである。
【００１６】
各段は、有効面３６に沿って中央開口３２のまわりで対称的に位置決めされた同一のポンプ要素から成ることが好ましい。一次段には、各ポンプ要素５０が中央開口３２のまわりの完全な１つの円よりも小さな範囲しか囲まないように、互いに交差する一次段ポンプ要素５４が僅か２つしか存在しないことが可能であり、また必要に応じた数が存在することも可能である。一次段のポンプ要素の数の、考慮すべき要因の１つは、シールの高さとシャフトの直径との関係である。二次段の使用は、以下に述べるように任意選択による。二次段が使用されるときは、二次段ポンプ要素５６の数には上限がないが、僅か１つであることも可能である。
【００１７】
一次段ポンプ要素５４は、その大部分が有効面３６の係合部３８の中にある（即ち、大部分が有効面３６とシャフト２６との間の直接接触の領域内にある）ことが好ましいが、非係合部４０にあることも可能である。二次段ポンプ要素５６は、その大部分が非係合部４０の中にある（即ち大部分が有効面３６とシャフト２６との間のギャップの領域内にある）ことが好ましいが、係合部３８内にあることも可能である。
【００１８】
好ましくは、各一次段ポンプ要素５４は、変化可能な高さ（リブの場合）または変化可能な断面積（溝の場合）を有するが、これらは、各ポンプ要素が、静的堰５２に近接したその終端点５８に接近するにつれてゼロへと縮小する。この変化の目的は、終端点５８付近で、一次段ポンプ要素５４の中の流体圧力に好ましい増加をもたらすことにある。終端点５８で到達される最高圧力は、流体が充填されたポンプ要素の長さ（溝の長さ、またはリブによって形成された楔様形状の容積）に応じて決まる。圧力がシール縁の開口圧力を超えると、有効面３６の係合部３８のシール縁４４と静的堰５４とはシャフト２６から離昇し、一次段ポンプ要素５４によってポンピングされている潤滑剤は、潤滑剤側４８に送り戻される。捉えた潤滑剤が潤滑剤側４８に戻るようにポンピングするこのサイクルの力学は、漏出潤滑剤が生じる流量、溝／リブの幾何学的形状、シール縁の開口圧力、材料の記憶特性などが含まれる多数の要因によって決まる。２つの基本的なレジーム、即ち、定常状態と力学的状態とを想定することができる。定常状態は、漏出量とポンプ流量とが静的に釣り合ったときに成立する。その場合、有効面３６において終端点５８に最も近い領域（静的堰５２およびシール縁４４）は、一次段ポンプ要素５４によって形成された溝／楔内で恒久的な流体抵抗を維持するのに充分な流れ抵抗を生成するのに過不足のない程度に連続的に開いている。力学的状態では、終端点５８に近接したシール縁４４および静的堰５２は、シャフト２６からの周期的な離昇を起こして、溝／楔の貯留部を空にし、捉えた潤滑剤を潤滑剤側４８に戻す。このような構造の利点は、一次段ポンプ要素５４の溝／楔領域内に潤滑剤が存在する限り、縁４４および静的堰５２をシールするように潤滑が実現されるということである。
【００１９】
次に図３を参照すると、シール２０の有効面３６上のポンプ要素の双方向パターンの第１の好ましい実施形態を示している。第１の好ましい実施形態では、ポンプ要素の全てが一次段ポンプ要素５４である。各一次段ポンプ要素５４は互いに同一であり、有効面３６上で対称的に位置決めされていることが好ましい。各一次段ポンプ要素５４は、シール縁４４に近接した２つの終端点５８を有しており、これらの終端点の間に静的堰５２を備えている。第１実施形態には、４つの同一の弓形の一次段ポンプ要素５４が存在し、それぞれが単一の誘導点６０のまわりに対称的に位置決めされた２つの終端点５８を有している。誘導点６０は、シール縁４４から最も遠隔のポンプ要素の部分である。誘導点６０と終端点５８との間の距離（図３〜７で半径方向）がポンプ要素のピッチを画定する。一次段
ポンプ要素５４では、ピッチが小さいほど終端点５８における流体圧力は高いが、流体の軸推力は低くなる。逆に、ピッチが高いほど終端点５８における流体圧力は低く、流体の軸推力は高くなる。したがって、ピッチはシール縁の設計４４と、材料の特性と、必要なポンプ流量との相互作用に基づいて選択される。各一次段ポンプ要素５４は、各ポンプ要素がシール縁４４のまわりの完全な１つの円よりも小さな範囲しか囲まないように有効面３６上に配置されている。一次段ポンプ要素５４は、シール縁４４を通り過ぎて逃げる潤滑剤が、有効面３６の係合部３８を越えて延びる前に１つまたは複数の一次段ポンプ要素５４と必ず遭遇するように配置されていることが好ましい。一次段ポンプ要素５４は、これらが終端点５８同士の間で延びるなかで互いとの交差部を有している。一次段ポンプ要素５４の中に捉えた潤滑剤は、シャフト２６とシール２０との間の相対的な回転の方向に基づいて終端点５８の一方に向けてポンピングされる。他の一次段ポンプ要素５４との相互交差部を介した終端点への滑らかな流体流れを促進するために、ポンプ要素同士の間の交差角αは、ゼロ度よりも著しく大きな鋭角であることが好ましい。捉えた潤滑剤が終端点５８の一方に到達すると、終端点内の流体圧力が、シール離昇圧力（シール縁４４と静的堰５２とがシャフト２６から離昇する圧力）のレベルを超えたレベルに上昇し、潤滑剤は静的堰５２およびシール縁４４を通り過ぎて潤滑剤側４８に流れ込む。
【００２０】
次に図４を参照すると、本発明の第２の好ましい実施形態によるシール１２０用のポンプ要素１５０の双方向のパターンを示している。第２の好ましい実施形態では、一次段ポンプ要素１５４に加えて、二次段ポンプ要素１５６が使用されている。二次段ポンプ要素１５６は、一次ポンプ要素１５４を通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、捉えたその潤滑剤を一次段ポンプ要素１５４の中に送り戻して、さらに潤滑剤側４８へと戻すようにポンピングするように機能する。二次段ポンプ要素１５６は、その中に捉えた潤滑剤を一次段ポンプ要素１５４の誘導点１６０に向けて送る。これは、相対的な回転によって、相対的な回転の方向に応じて誘導点内の潤滑剤が終端点１５８の一方に向かって流れるようになる遷移である。これは、誘導点１６０が、終端点１５８同士の間で、一次段ポンプ要素１５４の最も遠隔の部分であることによる。二次段ポンプ要素１５６の数は、第１の好ましい実施形態のようなゼロから、図４で示しているような多数の二次段ポンプ要素１５６まで様々であることが可能である。使用され得る二次段ポンプ要素１５６の数には上限はない。
【００２１】
二次段ポンプ要素１５６は、主に有効面３６の非係合部４０に沿って延びるが、二次段ポンプ要素１５６の一部が、有効面３６の係合部３８に沿って延びることも可能である。高さ（リブの場合）および断面積（溝の場合）は、一次段ポンプ要素の好ましい実施形態のように変化する必要はない。むしろ、二次段ポンプ要素１５６は、全体的に均一な高さまたは断面積を有することができる。しかし、いうまでもなく、必要な場合は、二次段ポンプ要素１５６の中で好ましい流体圧力の勾配をもたらすために、高さ（リブの場合）および断面積（溝の場合）を変化するように構成することもできる。二次段ポンプ要素１５６によって生成されるポンピング力の大部分は、シャフトとシールとの間の相対的な回転による非潤滑化側４６内の空気の移動によって付勢される。二次段ポンプ要素１５６によって作り出されるポンプ流量は、一次段ポンプ要素によって作り出されるポンプ流量よりも小さいことが予想される。これは、二次段ポンプ要素が、一次段ポンプ要素よりも小さな流量で潤滑剤を受け取る／捉えることが予想されることから、容認することができる。
【００２２】
第２の好ましい実施形態では、二次段ポンプ要素１５６は、軸方向に延びる複数のポンプ要素１６６によって相互連結された半径方向に延びる同心の２つのポンプ要素１６４を備えている。一部の軸方向に延びるポンプ要素１６６は、一次段ポンプ要素１５４上の誘導点１６０とも連通している。これによって二次段ポンプ要素１５６は、一次段ポンプ要素１５４の誘導点１６０と連通して、二次段ポンプ要素１５６内で捉えた潤滑剤を一次段ポンプ要素１５４に戻るよう経路付けする。
【００２３】
次に図５を参照すると、本発明の第３の好ましい実施形態によるシール２２０用のポンプ要素２５０のための双方向のパターンを示している。第３の好ましい実施形態では、第１および第２の好ましい実施形態を参照して先に論じたものと同じ一次段ポンプ要素２５０が使用されている。しかし、二次段ポンプ要素２５６は異なっている。具体的に述べると、二次段ポンプ要素２５６は弓形であり、２セットの特徴的な二次段ポンプ要素２５６を含んでいる。二次段ポンプ要素の第１セット２６８は、近接し合った一次段ポンプ要素２５４内の近接し合った誘導点２６０同士の間に延び、この誘導点と連通している。二次段ポンプ要素の第２セット２７０は、第１セット２６８の近接し合ったポンプ要素の近接し合った誘導点２７２の間に延びている。
【００２４】
二次段ポンプ要素２５６の弓形状によって、その中の潤滑剤は、二次段ポンプ要素の第２セット２７０から、二次段ポンプ要素の第１セット２６８の誘導点２７２に流れる。二次段ポンプ要素の第１セット２６８の中の潤滑剤は、一次段ポンプ要素２５４の誘導点２６０に流れ、その後終端点２５８に流れる。二次段ポンプ要素２５６の中の潤滑剤の滑らかな移送を促進するために、二次段ポンプ要素の第１セット２６８と第２セット２７０との間、ならびにポンプ要素の第１セット２６８と一次段ポンプ要素２５４との間の交差角αは、ゼロ度よりも著しく大きな鋭角であることが好ましい。いうまでもなく、二次段ポンプ要素の第１セット２６８と第２セット２７０との間の交差角は、二次段ポンプ要素の第１セット２６８と一次段ポンプ要素２５４との間の交差角とは異なることが可能である。
【００２５】
第３の好ましい実施形態では、一次段ポンプ要素２５４の数が、二次段ポンプ要素の第１セット２６８と第２セット２７０とのポンプ要素の数を決定する。即ち、二次段ポンプ要素の第１セット２６８が、近接し合った一次段ポンプ要素２５４の近接し合った誘導点２６０の間に延びることから、一次段ポンプ要素２５４の数と同じ数のポンプ要素が第１セット２６８で必要となるということである。同様に、二次段ポンプ要素の第２セット２７０が、第１セット２６８内の近接し合ったポンプ要素上の誘導点２７２同士の間に延びた状態で、第２セット２７０のポンプ要素の数は、第１セット２６８のポンプ要素の数と同じである。
【００２６】
次に図６を参照すると、本発明の第４の好ましい実施形態によるシール３２０用のポンプ要素３５０のための双方向のパターンを示している。第４の好ましい実施形態では、６つの一次段ポンプ要素３５４が利用されており、各一次段ポンプ要素３５４は、前述の実施形態よりも、シール３２０の有効面３３６の小さな部分に沿ってしか延びていない。さらに、一次段ポンプ要素３５４同士は互いに交差しない。他の点では、一次段ポンプ要素３５４は、第１、第２、および第３の好ましい実施形態を参照して先に論じた一次段ポンプ要素と実質的に同じである。二次段ポンプ要素３５６は弓形であり、３セットの特徴的な二次段ポンプ要素３５６を含んでいる。二次段ポンプ要素の第１セット３６８は、近接し合った一次段ポンプ要素３５４内の近接し合った誘導点３６０同士の間に延び、これら誘導点３６０と連通している。二次段ポンプ要素の第２セット３７０は、第１セット３６８内の近接し合ったポンプ要素の近接し合った誘導点３７２の間に延びる。二次段ポンプ要素の第３セット３７１は、第２セット３７０内の近接し合ったポンプ要素の近接し合った誘導点３７２同士の間に延びる。
【００２７】
二次段ポンプ要素３５６の弓形状によって、その中の潤滑剤は、二次段ポンプ要素の第３セット３７１から、二次段ポンプ要素の第２セット３７０上の誘導点３７２に流れる。二次段ポンプ要素の第２セット３７０の中の潤滑剤は、二次段ポンプ要素の第１セット３６８上の誘導点３７２に流れる。二次段ポンプ要素の第１セット３６８の中の潤滑剤は、一次段ポンプ要素３５４の誘導点３６０に流れ、次いで終端点３５８に流れる。二次段ポ
ンプ要素３５６の中の潤滑剤の滑らかな移送を促進するために、二次段ポンプ要素の第１セット３６８と第２セット３７０と第３セット３７１との間、ならびにポンプ要素の第１セット３６８と一次段ポンプ要素３５４との間の交差角αは、ゼロ度よりも著しく大きな鋭角であることが好ましい。いうまでもなく、二次段ポンプ要素の第１セット３６８と第２セット３７０と第３セット３１７との間の交差角はそれぞれ互いに異なることが可能であり、また二次段ポンプ要素の第１セット３６８と一次段ポンプ要素３５４との間交差角とも異なることが可能である。
【００２８】
第４の好ましい実施形態では、一次段ポンプ要素３５４の数がここでも、二次段ポンプ要素の第１セット３６８、第２セット３７０、第３セット３７１のポンプ要素の数を決定する。即ち、二次段ポンプ要素の各セットが、近接し合った一次段ポンプ要素３５４または近接し合った二次段ポンプ要素３５６の近接し合った誘導点の間に延びることから、一次段ポンプ要素３５４の数と同じ数のポンプ要素が二次段ポンプ要素３５６の各セットで必要となることによる。
【００２９】
次に図７を参照すると、本発明の第５の好ましい実施形態によるシール４２０用のポンプ要素４５０の双方向のポンピングパターンを示している。第５の好ましい実施形態は、第３の好ましい実施形態と同様であるが、その差異は、二次段ポンプ要素の第２セット４７０が開放端部４７４を有し、そこには誘導点がないということである。第１セット４６８および第２セット４７０はここでも、本質的に弓形状であり、対称形である。したがって、シャフトとシールとの間の相対的な回転の結果として、第１セットおよび第２セットの中の潤滑剤を一次段ポンプ要素４５４に向けて動かす。第３の好ましい実施形態と全く同様に、二次段ポンプ要素の第２セット４７０の中の流体は、二次段ポンプ要素の第１セット４６８の誘導点４７２に向かって送られることになる。二次段ポンプ要素の第１セット４６８の中の流体は、一次段ポンプ要素４５４の誘導点４６０に向けて、次いで終端点４５８に、シール４２０の潤滑剤側の中に動かされることになる。二次段ポンプ要素の第２セット４７０の開放端部４７４は、その中の潤滑剤の一部を逃す場合がある。したがって、第５の好ましい実施形態では、第２、第３、および第４の好ましい実施形態の全ての利点を実現されない場合がある。
【００３０】
次に図８Ａおよび８Ｂを参照すると、二次段ポンプ要素５５６と、他の二次段ポンプ要素５５６および／または一次段ポンプ要素５５４との相互連結のための代替え的な配置を示している。前述の好ましい実施形態では、ポンプ要素同士の交差部は結果的に、１つのポンプ要素の終端点が、捉えた潤滑剤が中に向けて送られるポンプ要素の誘導点に対応することとなった。図８Ａで示している実施形態では、二次段ポンプ要素５５６を、それぞれの誘導点５６０、５７２以外の場所で、一次段ポンプ要素５５４および／または二次段ポンプ要素５５６内の閉鎖部と相互連結する終端点５８０を有しているものとして示している。これらの代替え的な実施形態では、二次段ポンプ要素５５６の中の潤滑剤は、一次段ポンプ要素５５４に、あるいは、後で一次段ポンプ要素５５４に移送するように二次段ポンプ要素５５６内の他の閉鎖部に移送される。ここでも、様々なポンプ要素同士の間の滑らかな潤滑剤の移送を促進するために、交差角αがゼロ度よりも著しく大きな鋭角であることが好ましい。
【００３１】
次に図８Ｂを参照すると、二次段ポンプ要素５５６’と他の二次段ポンプ要素５５６’または一次段ポンプ要素５５４’との相互接続の第２の代替え的な構成を示している。この代替え的な配置では、二次段ポンプ要素５５６’はここでも、それぞれの誘導点５６０’、５７２’以外の場所で、一次段ポンプ要素５５４’または二次段ポンプ要素５５６’内の閉鎖部と相互連結する終端点５８０’を有している。さらに、二次段ポンプ要素５５６’は、終端点５８０’の手前で、交差部５８２’で互いと交差する。二次段ポンプ要素５５６’の中で捉えた潤滑剤は、一次段ポンプ要素５５４’に移送され、あるいは後で一
次段ポンプ要素５５４’に移送するように二次段ポンプ要素５５６’内の他の閉鎖部に移送される。ポンプ要素５５０’同士の間の潤滑剤の滑らかな移送を促進するために、交差角αがゼロ度よりも著しく大きな鋭角であることが好ましい。いうまでもなく、図８Ａおよび８Ｂで示しているポンプ要素５５０、５５０’の代替的構成の全体を利用することも、様々な好ましい実施形態とともに部分的に利用することも可能である。
【００３２】
次に図９を参照すると、本発明の第６の好ましい実施形態によるシール６２０用のポンプ要素６５０の双方向のパターンを示している。第６の好ましい実施形態では、一次段ポンプ要素６５４だけが利用される。一次段ポンプ要素６５４は、静的堰６５２およびシール縁６４４に近接した終端点６５８から開放端部６７６に延びる螺旋状または渦巻状に延びる複数のポンプ要素を含んでいる。一次段ポンプ要素６５４は、終端点６５８から開放端部６７６に延びる際に、中央開口６３２の全円周よりも小さな範囲、または大きな範囲に延びることができる。一次段ポンプ要素６５４の半分が中央開口６３２のまわりで時計回りに、一次段ポンプ要素６５４の他方の半分が反時計回りに延び、これによってポンプ要素６５４内の潤滑剤の双方向へのポンピングを実現する。一次段ポンプ要素６５４が互いに交差する角度αは、交差部を一直線に通る流体移送を促進するように、ゼロ度よりも著しく大きい鋭角であることが好ましい。一次段ポンプ要素６５４が終端点６５８に近づくにつれて高さ（リブの場合）または断面積（溝の場合）がゼロに縮小してゆくことが好ましい。これによって、潤滑剤が終端点６５８に近づくにつれて流体圧力が増大し、静的堰６５２およびシール縁６４４の離昇と、シール６２０の潤滑剤側６４８への潤滑剤の帰還とが促進される。ここでも、開放端部６７６を使用することによって、潤滑剤の一部が逃げる場合がある。したがって、他の好ましい実施形態のうちのいくつかの全ての利点が第５の好ましい実施形態で実現されない場合がある。
【００３３】
本発明の原理によるシールを、多様な材料組成から製作することができる。例えばこの動的シールは、プラスチック、ゴム、あるいはＰＴＦＥ、ＴＰＥ（熱可塑性エラストマー）、ＴＰＶ（熱可塑性加硫剤）、中でも特許文献１に記載されている組成であるフルロプレン（登録商標）（ＦｌｏｕｒｏｐｒｅｎｅＴＭ）材料などの周知の多種多様なエラストマーのうちの任意のものを含むことができる。
【００３４】
したがって、ポンプ要素に双方向のパターンのうちの１つを使用したシールは有利に、シール縁を通り過ぎて漏出する潤滑剤を捉え、その潤滑剤をシールの潤滑剤側に戻す。対称形のポンプ要素を使用することによって、シールとシャフトとの間の相対的回転の方向に関わらず、実質的に等しいポンプ能力が実現される。さらに、静的堰を使用することによって、シールの潤滑剤側に潤滑剤が排出されて戻ってくるたびに、静的堰の接触部分の潤滑化が可能になる。二次段ポンプ要素を使用することによって、潤滑剤が一次段ポンプ要素を通り過ぎて漏出する場合に、有利に追加の能力が実現される。
【００３５】
本発明を具体的な実施形態を参照して以上に述べ、示したが、いうまでもなく、これらの実施形態は本質的に例示的なものにすぎず、ここに示している実施形態から逸脱した変化形態も本発明の範囲に入るものである。例えば、様々なポンプ要素の弓形状は、ここに示しているものとは異なることが可能である。さらに、この弓形形状は、ポンプ要素が有効面に沿って延びるにしたがって変化することが可能であって、一定に弓形形状となっている必要はない。さらに、ポンプ要素は、ここに示しているものよりも大きな、または小さな範囲で中央開口のまわりに延びることが可能である。また、各段を形成するポンプ要素の数は、ここに示しているものとは異なることが可能である。したがって、本発明の趣旨から逸脱しない変化形態は、本発明の範囲に入るものである。そのよう変化形態は、本発明の精神および範囲から逸脱したものとは見なされない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のシールの斜視簡略図である。
【図２】シャフトの周りに配置された、図１のシールの断面図である。
【図３】シールの有効面上の双方向パターンの第１の好ましい実施形態を示している、図１のシールの有効面の上面図の概略的簡略図である。
【図４】シールの有効面上の双方向パターンの第２の好ましい実施形態を示している、図１のシールの有効面の上面図の概略的簡略図である。
【図５】シールの有効面上の双方向パターン第の３の好ましい実施形態を示している、図１のシールの有効面の上面図の概略的簡略図である。
【図６】シールの有効面上の双方向パターンの第４の好ましい実施形態を示している、図１のシールの有効面の上面図の概略的簡略図である。
【図７】シールの有効面上の双方向パターンの第５の好ましい実施形態を示している、図１のシールの有効面の上面図の概略的簡略図である。
【図８Ａ】一次段および二次段のポンプ要素の連結、および／または二次段ポンプ要素の様々なセットの連結に対する代替え的な配置を示している、図１のシールの有効面の上面図の一部分の概略的簡略図である。
【図８Ｂ】一次段および二次段のポンプ要素の連結、および／または二次段ポンプ要素の様々なセットの連結に対する代替え的な配置を示している、図１のシールの有効面の上面図の一部分の概略的簡略図である。
【図９】シールの有効面上の双方向パターンの第６の好ましい実施形態を示している、図１のシールの有効面の上面図の概略的簡略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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