(57)【要約】  運動用シールが、漏れた潤滑剤を捕捉して、シールの潤滑剤側へと流体力学的に送り返すために、シールの有効側または有効面の溝を有効的に利用する。溝は、潤滑剤側に面するシールの前端の手前で終了しており、したがって溝の終了点とシールの縁との間に固定された堰が形成されている。固定された堰の付近において溝内の流体の圧力がシールリップの開き圧力を超えると、溝内の潤滑剤が、シールの潤滑剤側へと送り返される。溝は、流体の圧力の上昇が緩やかである誘導ゾーン、および流体の圧力の上昇が誘導ゾーンよりも比較的急である増圧ゾーンを有することができる。増圧ゾーンは、固定された堰に隣接して配置される。
2009526170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑剤側と、
非潤滑剤側と、
シャフトに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できるシール部であって、前記非潤滑側に通じる有効面と、前記シール部の端部のシールリップとを有しており、前記シールリップが、前記潤滑剤側に面し、かつシャフトを配置することができる開口を定めており、前記有効面が、前記開口に配置されたシャフトに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できるシール部と、
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ており、開始点および終了点を有しており、前記シールリップを過ぎて漏れる潤滑剤を捕捉して、前記潤滑剤を前記有効面とシャフトとの間の相対回転によって前記潤滑剤側へと前記終了点の方向に送り返すべく動作できる少なくとも１つのポンプ要素と、
を備える運動用シール。
【請求項２】
前記少なくとも１つのポンプ要素が、前記有効面の少なくとも１つの溝である請求項１に記載の運動用シール。
【請求項３】
前記溝の第１の部位が、実質的に一定の断面積を有しており、前記溝の第２の部位が、前記溝が前記終了点に向かって延びるにつれて減少する断面積を有しており、前記溝の前記第２の部位が、前記終了点を含んでいる請求項２に記載の運動用シール。
【請求項４】
前記溝が、実質的に一定の幅を有している請求項３に記載の運動用シール。
【請求項５】
前記溝が、実質的に一定の深さを有している請求項３に記載の運動用シール。
【請求項６】
前記溝の前記第１および第２の部位の少なくとも一方が、前記溝が前記有効面に沿って延びるにつれて変化する形状を有している請求項３に記載の運動用シール。
【請求項７】
前記溝が、前記溝が前記有効面に沿って延びるにつれて変化するピッチを有している請求項３に記載の運動用シール。
【請求項８】
前記溝が、前記溝が前記有効面に沿って延びるときに一定のピッチを有している請求項３に記載の運動用シール。
【請求項９】
前記少なくとも１つの溝が、前記有効面の複数の交わることのない溝のうちの１つである請求項２に記載の運動用シール。
【請求項１０】
堰が、前記シールリップと前記ポンプ要素の前記終了点との間に配置され、前記堰が、前記開口に配置されたシャフトに対してシールを形成し、前記堰の部分が、潤滑剤が前記ポンプ要素によって前記潤滑剤側へと送られるときにシャフトから離れる請求項１に記載の運動用シール。
【請求項１１】
前記堰が、前記有効面の一部分である請求項１０に記載の運動用シール。
【請求項１２】
潤滑剤側と、
非潤滑剤側と、
シャフトに対してシールを形成するように動作できる有効面と、
前記有効面に沿って前記非潤滑剤側から前記潤滑剤側に向かって延びている少なくとも１つの溝であって、前記溝と前記潤滑剤側との間に前記有効面の一部分を位置させており
、前記有効面と前記シャフトとの間を漏れる潤滑剤を捕捉して、捕捉した潤滑剤を前記有効面の前記一部分を過ぎて前記潤滑剤側へと送るように動作できる少なくとも１つの溝、
第１の特徴を有する前記溝の第１の部位と、
前記第１の特徴とは異なる第２の特徴を有しており、前記溝の前記第１の部位よりも前記潤滑剤側に近い前記溝の第２の部位と、
を備えている運動用シール。
【請求項１３】
前記第１の特徴が、実質的に一定の断面積であり、前記第２の特徴が、変化する断面積である請求項１２に記載の運動用シール。
【請求項１４】
前記第１の特徴が、変化する断面積であり、前記第２の特徴が、前記第１の特徴とは異なる変化率で変化する断面積である請求項１２に記載の運動用シール。
【請求項１５】
前記第１の特徴が、実質的に一定の溝深さであり、前記第２の特徴が、変化する溝深さである請求項１２に記載の運動用シール。
【請求項１６】
前記第１の特徴が、実質的に一定の溝幅であり、前記第２の特徴が、変化する溝幅である請求項１２に記載の運動用シール。
【請求項１７】
前記第１の特徴が、第１の変化率での流体の圧力の増加であり、前記第２の特徴が、前記第１の速度よりも大きい第２の変化率での流体の圧力の増加である請求項１２に記載の運動用シール。
【請求項１８】
シャフト上の運動用シールを過ぎて漏れる潤滑剤を前記シールの潤滑剤側へと戻す方法であって、
（ａ）シールを過ぎて漏れる潤滑剤を、シールの有効面の溝であって、シールの潤滑剤側の手前で終了している溝で捕捉し、
（ｂ）溝に捕捉した潤滑剤をシールの潤滑剤側に向かって送り返し、
（ｃ）溝がシールの潤滑剤側に近付くにつれて溝内の流体の圧力を増加させ、
（ｄ）溝内の流体の圧力にて、潤滑剤側に隣接するシールの一部分をシャフトから持ち上げ、
（ｅ）溝に捕捉した潤滑剤を、シールの前記持ち上げられた一部分とシャフトとの間のすき間を通って、シールの潤滑剤側へと戻すこと
を含んでいる方法。
【請求項１９】
（ｄ）が、溝においてシールの潤滑剤側に近接する部位に、シール持ち上げ圧力を超える流体の圧力を生成することを含んでいる請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
（ｃ）が、溝の第１の部位の流体の圧力を第１の変化率で増加させ、溝の第２の部位の流体の圧力を前記第１の変化率よりも大きい第２の変化率で増加させることを含んでいる請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
（ｃ）が、実質的に一定の断面積を有している溝の第１の部位において、流体の圧力を第１の変化率で増加させ、溝がシールの潤滑剤側に近付くにつれて減少する断面積を有している溝の第２の部位において、流体の圧力を第２の変化率で増加させることを含んでいる請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
（ｃ）が、溝がシールの潤滑剤側に近付くにつれて減少する溝深さを有している溝の第２の部位において、流体の圧力を第２の変化率で増加させることを含んでいる請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
（ｃ）が、溝がシールの潤滑剤側に近付くにつれて減少する溝幅を有している溝の第２の部位において、流体の圧力を第２の変化率で増加させることを含んでいる請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
（ｄ）が、溝の第２の部位に、シール持ち上げ圧力を超える流体の圧力を生成することを含んでいる請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
（ｃ）が、溝がシールの潤滑剤側に近付くにつれて溝の断面積を減少させることを含んでいる請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
溝が、複数の溝のうちの１つであり、（ａ）〜（ｅ）が、複数の溝において実行される請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動用シャフト・シールに関し、さらに詳しくは、制御可能なポンプ速度を有する運動用シャフト・シールの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転シャフト・シールが、機械類、自動車産業、ならびに他の産業において利用されている。シールは、大気側および潤滑剤側を有している。シールは、潤滑剤側への潤滑剤（例えば、油）の維持を助けている。しかしながら、シールの有効面とシャフトとの相互作用を通じて、潤滑剤が潤滑されている側から潤滑されていない側（大気側）へと漏れる可能性がある。漏れた潤滑剤を捕捉して、密封されている側へと戻すために、さまざまな構成が考え出されている。１つには、シールの有効面に配置されたらせん溝または密集したリブ（以下では、まとめて溝と称する）が、漏れた潤滑剤を捕捉し、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、潤滑剤を潤滑側へと流体力学的に送り返す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
潤滑剤を流体力学的に送るために使用される溝は、シールの油側において開いており、内部の潤滑剤に通じている。溝がシールの油側において開いていることで、問題が引き起こされる可能性がある。例えば、静的な油漏れが生じる可能性がある。さらには、シールが使用されている機械類の組み立て段階の終わりにおける加圧テストの際に、空気の漏れが生じる可能性もある。これらの欠点に対処する試みとして、らせん溝の油側の出口点が閉鎖されている。しかしながら、油側の出口点を閉鎖することで、シールの性能が低下して、そのようなシールの使用が非現実的および／または不可能になるほどに、ポンプ速度が大きく低下する。これらの欠点に対処するための別の試みは、送り溝を内側の出口点において閉鎖するのではなく、溝の大気側に向かって２〜３巻きの位置で閉鎖することにある。そのようにすることで、やはりポンプ速度は低下するが、シール性能が過剰に低下するほどではない。しかしながら、この閉鎖は、別の困難性をもたらす。最も目立った困難性は、出口点の付近における油の停滞である。これは、結果として、溝における油のコークス化につながり、最終的にシールの不具合につながる。したがって、潤滑剤を潤滑剤側へと流体力学的に送り返すために溝を効果的に使用しながら、上述の欠点を最少化および／または除去するシールを提供することが、有効であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の原理による制御可能なポンプ速度を有するシールは、漏れた潤滑剤を捕捉して、潤滑剤側へと流体力学的に送り返すために、シールの有効側または有効面の溝を有効的に利用する。溝は、シールの有効側の一部分に沿って延びている。しかしながら、溝は、潤滑剤側に面するシールのシール縁までは延びていない。むしろ、溝は、前縁の手前で終了しており、溝とシールの潤滑剤側のシール縁との間に、固定された堰またはバンドが形成されている。潤滑剤側のシール縁を過ぎて漏れる潤滑剤が、溝に捕捉され、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、再び潤滑剤側へと戻される。溝の内部の流体の圧力が、臨界値に達するまで上昇し、溝の流体の圧力がシールリップの開き圧力を超え、潤滑剤がシールの潤滑剤側へと逃げ出す。いくつかの実施形態においては、溝の構成が、溝の一部分によって誘導ゾーンが形成され、溝の別の部分によって増圧ゾーンが形成されるような構成である。増圧ゾーンが、固定された堰に隣接している。流体の圧力の上昇は、誘導ゾーンにおいて比較的ゆっくりであり、増圧ゾーンにおいて比較的速くなる。
【０００５】
好都合なことに、本発明のシールにおいては、固定された堰を使用することで、静的な漏れ、ならびに不充分な流体の流れに関連する諸問題（コークス化、炭化、など）が防止される。本発明の他の利点は、固定された堰が持ち上げられるまで、溝にある程度の潤滑剤が常に存在する点にある。この潤滑剤が、優れたシールリップの潤滑をもたらして、摩耗を少なくし、コークス化した潤滑剤およびくずを効果的に取り除き、結果としてシールの寿命を長くすることができる。
【０００６】
本発明の一態様においては、運動用シールが、潤滑剤側および非潤滑剤側を含んでいる。シール部が、シャフトに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できる。シール部は、非潤滑側に通じる有効面と、前記シール部の端部のシールリップとを備えている。シールリップが、潤滑剤側に面しており、シャフトを配置することができる開口を定めている。前記有効面が、前記開口に配置されたシャフトに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できる。少なくとも１つのポンプ要素が、前記有効面に沿って延び、シールリップの手前で終了している。ポンプ要素は、開始点および終了点を有している。ポンプ要素が、シールリップを過ぎて漏れる潤滑剤を捕捉し、潤滑剤を前記有効面とシャフトとの間の相対回転によって前記終了点の方向へ潤滑剤側に送り返すべく動作することができる。
【０００７】
本発明の別の態様においては、別の運動用シールが開示される。運動用シールが、潤滑剤側および非潤滑剤側の両者を有している。有効面が、シャフトに対してシールを形成するように動作できる。少なくとも１つの溝が、有効面に沿って非潤滑剤側から潤滑剤側に向かって延びており、有効面の一部分が、溝と潤滑剤側との間に位置している。溝は、有効面とシャフトとの間を漏れる潤滑剤を捕捉して、捕捉した潤滑剤を有効面の前記一部分を過ぎて潤滑剤側へと送るように動作することができる。溝の第１の部位が、第１の特徴を有している。溝の第２の部位が、第１の特徴とは異なる第２の特徴を有している。溝の第２の部位は、溝の第１の部位よりも潤滑剤側に近い。
【０００８】
本発明のまたさらなる態様においては、シャフト上の運動用シールを過ぎて漏れる潤滑剤を、シールの潤滑剤側へと戻す方法が開示される。この方法は、（１）シールを過ぎて漏れる潤滑剤を、シールの有効面の溝であって、シールの潤滑剤側の手前で終了している溝で捕捉し、（２）溝に捕捉した潤滑剤をシールの潤滑剤側に向かって送り返し、（３）溝がシールの潤滑剤側に近付くにつれて溝内の流体の圧力を増加させ、（４）溝内の流体の圧力にて、潤滑剤側に隣接するシールの一部分をシャフトから持ち上げ、（５）溝に捕捉した潤滑剤を、シールの前記持ち上げられた一部分とシャフトとの間のすき間を通って、シールの潤滑剤側へと戻すこと、を含んでいる。
【０００９】
本発明の応用のさらなる領域が、以下に提示される詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および具体的な例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、あくまで例示を目的とするものであって、本発明の技術的範囲を限定しようとするものではないことを、理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解できるであろう。
【００１１】
以下の好ましい実施形態の説明は、あくまでも単なる例示にすぎず、決して本発明、本発明の応用、または使用を限定しようとするものではない。
【００１２】
図１〜３を参照すると、本発明の好ましい実施形態に係る運動用シール２０が示されている。シール２０が、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（図２に最もよく示されている）へと取り付けられている。シール２０が、回転シャフト２８に係合し、回転シャフト２８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、環状の凹所３２を有する取り付け部３０を備えている。ケーシング２２の取り付け部２２ａが、環状の凹所３２の中に位置している。取り付け部３０およびケーシング２２が、多数の形状および形態をとることができ、本発明にとく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３０は、プラスチックまたは金属からなるケーシング２２へと取り付けられ、取り付け部３０を、周知の取り付け技法によってケーシング２２へと接合することができる。
【００１３】
シール２０は、シャフト２８が貫いて配置される中央開口３６を備えている。開口３６の直径は、開口３６とシャフト２８との間に所望のはまり合いをもたらすために、シャフト２８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３６の付近の部位が、シール２０がシャフト２８へと配置されるときに変形する。シール２０の変形が抵抗され、シャフト２８に対して液体を漏らさないシールが形成される。
【００１４】
シール２０は、取り付け部３０から軸方向かつ径方向に伸びる円錐形のシール部４０を有している。開口３６は、シール部４０に位置している。シール部４０は、シャフト２８と係合する有効側／有効面４４を有している。さらに、シール部４０は、有効面４４の反対側である非有効側／非有効面４８を備えている。非有効面４８は、シャフト２８と係合することがない。シール前縁またはリップ５２が、有効面４４と非有効面４８とを隔てている。有効面４４が大気側４９に曝され、非有効面４８およびシール縁５２は潤滑剤（例えば、油）側５０に曝される。
【００１５】
少なくとも１つの溝６０（図８には、２つの溝が示されている）が、有効面４４に配置され、かつ有効面４４の部位６２を間に位置させつつシャフト２８を取り巻くように螺旋を形成している。溝６０は、有効面４４の部位６２を間に位置させつつシャフト２８を取り巻きつつ、有効面４４に沿って軸方向に延びている。溝６０のピッチは、さまざまであってよく、所望であれば、一様または一定であってよい。溝６０は、鋳造，切削、あるいは他の方法により有効面４４に沿って形成可能である。
【００１６】
溝６０が、流体力学的なポンプ要素である。溝６０が、シール縁５２を過ぎてしみ出る潤滑剤を捕捉し、捕捉した潤滑剤を潤滑剤側５０へと送り返す。後述されるとおり、有効面４４とシャフト２８との間の相対回転によって、溝６０に捕捉された潤滑剤が潤滑剤側５０へと案内され、シール縁５２を通過する。
【００１７】
次に図３を参照すると、有効面４４および有効面４４の溝６０の詳細が示されている。溝６０は、開始点６４と終了点６８との間を有効面４４に沿って、螺旋状（ｈｅｌｉｃａｌｌｙ  ｏｒ  ｓｐｉｒａｌｌｙ）に伸びる単一の溝であってよい。あるいは、図８に示されているように、シール２０は、有効面４４に沿って螺旋状（ｈｅｌｉｃａｌｌｙ  ｏｒ  ｓｐｉｒａｌｌｙ）に伸びる複数の溝６０を有してもよい。例えば、図示のとおり、第１の溝６０ａが開始点６４ａから終了点６８ａへと伸び、第２の溝６０ｂが開始点６４ｂから終了点６８ｂへと延びることができる。溝６０ａ，６０ｂは互いに交差していない。さらに、溝６０ａ，６０ｂは、有効面４４に沿って同じ方向に螺旋を描いている。溝６０ａ，６０ｂの螺旋の方向が、捕捉された潤滑剤がシール２０とシャフト２８との間の相対回転によって案内される方向を決定する。両方の溝６０ａ，６０ｂが同じ方向にらせんを描いているため、溝６０ａ，６０ｂは、両方の溝６０ａ，６０ｂが溝内の潤滑剤を同じ方向に送るような一方向のポンプ作用をもたらす。シール２０が１つまたは２つの溝６０を有するものとして示されているが、所望であれば３つ以上の溝も利用可能であることを、理解すべきである。
【００１８】
溝６０は、シール縁５２に達する手前で終了している。具体的には、固定された堰７０が、シール縁５２と終了点６８との間に位置している。固定された堰７０は、シール縁５２に隣接し、シャフト２８に直接に接触し、シャフト２８に対してシールを形成している。漏れた潤滑剤の潤滑剤側５０への流体力学的な送り返しを促進するために、溝６０は、２つの別個の領域または部位７４，７６を含んでいる。第１の領域７４が誘導ゾーンと称され、第２の領域７６は増圧ゾーンと称される。誘導ゾーン７４は、溝６０が実質的に一定の断面積を有することを特徴とする。これに対して、増圧ゾーン７６は、溝６０が固定された堰７０に隣接する終了点６８へと近付くにつれて、ゼロへと減少する断面積を有することを特徴とする。好ましい実施形態においては、誘導ゾーン７４および増圧ゾーン７６の両方の溝６０の幅Ｗが同じであり、誘導ゾーン７４における溝６０の深さは、増圧ゾーン７６における溝６０の深さと相違している。具体的には、誘導ゾーン７４において、溝６０の深さが実質的に一定であり、増圧ゾーン７６においては、溝６０の深さが、溝６０が終了点６８へと近付くにつれて減少する。このようにして、誘導ゾーン７４の溝６０の断面積が実質的に一定であり、増圧ゾーン７６の溝６０の断面積は、溝６０が終了点６８へと近付くにつれてゼロへと近付く。増圧ゾーン７６の溝６０の断面積を変化させることで、後述されるとおり、溝６０から潤滑剤側５０への潤滑剤の戻りが、友好的に促進される。
【００１９】
次に図４を参照すると、溝６０内の流体の圧力の仮想例（曲線８２）が、溝６０内の位置の関数として示されている。潤滑剤が溝６０によって捕捉されると、シール２０とシャフト２８との間の相対回転によって、潤滑剤は終了点６８に向かって移動する。結果的に、溝６０内の流体の圧力は、終了点６８に近付くにつれて高くなる。本発明の溝構造においては、誘導ゾーン７４における流体の圧力の高まり（曲線８２ａ）が、増圧ゾーン７６における流体の圧力の高まり（曲線８２ｂ）よりも低い（遅い）変化率である。具体的には、誘導ゾーン７４においては、溝６０の断面積が実質的に一様であるため、流体の圧力は、一定の速度であっても、あるいは一定の速度でなくてもよい比較的ゆっくりとした変化率で高まる。しかしながら、潤滑剤が増圧ゾーン７６に進入すると、増圧ゾーン７６においては溝６０の断面積が減少しているため、流体の圧力は、溝６０が終了点６８に近付くにつれてより急激に上昇する。増圧ゾーン７６における流体の圧力の上昇率は、一定の速度であっても、一定の速度でなくてもよい。このように、流体の圧力の高まりは、誘導ゾーン７４において比較的ゆっくりであり、増圧ゾーン７６において比較的速くなる。
【００２０】
溝６０内の流体の圧力は、臨界値（線８４によって表わされているとおりのシールリップ５２の開き圧力）に達し、あるいは臨界値を超えるまで、高まり続ける。流体の圧力が臨界値に達し、あるいは臨界値を超えるとすぐに、増圧ゾーン７６に蓄積された流体の圧力がシールリップの開き圧力を超え、潤滑剤が潤滑剤側５０へと送られる。すなわち、増圧ゾーン７６の圧力が、固定された堰７０をシャフト２８から離れるように持ち上げて、溝６０内の潤滑剤を潤滑剤側５０へと戻るように流すことができる値へと増加する。ひとたび溝６０内の流体の圧力が臨界の圧力を下回って低下すると、固定された堰７０が元に戻ってシャフト２８に密着し、溝６０から潤滑剤側５０への潤滑剤の流れが停止する。潤滑剤が、再び溝６０内に集まり始め、溝６０内の流体の圧力を増加させる。流体の圧力が再び臨界値を超えると、固定された堰７０がシャフト２８から離れ、流体の圧力が臨界値を下回って低下するときまで、溝６０内の潤滑剤が潤滑剤側５０へと再び流れることができる。このプロセスが、シール２０の動作の間中ずっと続けられる。
【００２１】
溝６０の物理的な形状および寸法は、予想されるシール２０の寿命にわたって、シールリップ５２を過ぎる潤滑剤の漏れの予想の速度以上のポンプ速度をもたらすように選択される。すなわち、シール２０の生涯において、シールリップ５２を過ぎる漏れの速度が増大する可能性がある。溝６０の寸法は、シールリップ５２を過ぎる潤滑剤の漏れの予想の
速度に一致し、あるいは超えるポンプ速度をもたらしつつ、潤滑剤をシールの潤滑剤側へと送り返すことができるよう、臨界値を超える流体の圧力上昇をもたらすように選択される。
【００２２】
シールリップ５２を過ぎる潤滑剤の漏れの速度に応じて、潤滑剤を潤滑剤側５０へと送り返す溝６０の定常状態の体制が可能である。すなわち、溝６０の構造、シールリップ５２の性能、およびシール２０とシャフト２８との間の相対回転に依存して、固定された堰７０の付近の溝６０内の圧力を臨界圧力以上に保つことによって、シールリップ５２を過ぎて漏れていく潤滑剤の連続的な流れに対して、潤滑剤を溝６０によって捕捉し、潤滑剤側５０へと送り返すようにすることが可能であると考えられる。このように、捕捉された潤滑剤の潤滑剤側５０への戻りが、非定常状態で発生しても、定常状態で発生してもよいことを、理解すべきである。
【００２３】
誘導ゾーン７４の溝６０の実質的に一定の断面積および増圧ゾーン７６の溝６０の減少する断面積が、捕捉された潤滑剤の潤滑剤側５０への戻りを、有効的に円滑にする。誘導ゾーン７４の実質的に一定の断面積が、潤滑剤が増圧ゾーン７６に近付くにつれて誘導ゾーン７４内の流体の圧力が徐々に増加することを可能にする。シール２０の基準動作（すなわち、シール２０においてシールリップ５２を過ぎる潤滑剤の漏れが通常予想される最大の漏れである状態）においては、臨界圧力に達しないように、誘導ゾーン７４を構成することができる。誘導ゾーン７４において臨界圧力に達しないことで、有効面４４の大部分（誘導ゾーン７４とシールリップ５２との間の部分）が、シャフト２８との接触を維持し、シール２０を通る潤滑剤の漏れの防止を助けることができる。増圧ゾーン７６における溝６０の断面積の減少は、増圧ゾーン７６の流体の圧力を、固定された堰７０に隣接する位置において臨界圧力８４を超えるように有効的に増加させる。この位置において固定された堰７０とシャフト２８との間の接触が中断されることで、捕捉された潤滑剤を潤滑剤側５０へと戻す際に、シャフト２８との密な接触から外れる有効面４４の量が少なくなる。誘導ゾーン７４の溝６０の断面積は、実質的に一定であることが好ましいが、断面積が変化してもよいことを理解すべきである。すなわち、本発明のすべての利点を実現することはできないかもしれないが、流体の圧力の上昇速度が増圧ゾーン７６よりもゆっくりとした上昇速度となり、かつ／または誘導ゾーン７４において流体の圧力が臨界圧力を超える可能性が回避または最少化される断面積の変化を、採用することが可能である。
【００２４】
溝６０の断面形状は、さまざまであってよい。例えば、図３に示されているように、溝６０の断面形状または幾何学は、三角形であってよい。しかしながら、図５Ａ〜５Ｅに示されているように、他の幾何学または断面形状も使用可能である。例えば、断面形状は、図５Ａに示されているように正方形または矩形であってよく、図５Ｂに示されているように曲線を描き、あるいは丸められていてもよく、図５Ｃに示されているように台形であってよく、さらには／あるいは図５Ｄおよび５Ｅにそれぞれ示されているように、シールリップ５２に向かって斜めになり、あるいはシールリップ５２から離れるように斜めになっていてよい。誘導ゾーン７４において溝６０の断面積を実質的に一定に保つことが好ましいが、溝６０の形状が、断面積を実質的に一体に保ちつつ変化してもよいことを、理解すべきである。すなわち、所望であれば、溝６０の形状が、断面積を実質的に一定に保って、誘導ゾーン７４における流体の圧力の緩やかな高まりをもたらしつつ、変化（例えば、三角形から矩形へと）してもよい。また、増圧ゾーン７６の溝６０の形状も、断面積の減少が達成されて、終了点においてゼロに近付く限りにおいて、変化してよい。このように、溝６０の形状は、断面積に関する要件が満たされる限りにおいて、変更可能である。
【００２５】
次に図６を参照すると、本発明の原理によるシール１２０の第１の別の実施形態が示されている。シール１２０においては、増圧ゾーン１７６の断面積の減少が、好ましい実施形態における断面積の減少と相違している。具体的には、誘導ゾーン１７４および増圧ゾ
ーン１７６の両者において、溝１６０の深さＤが、実質的に一定のままである。増圧ゾーン１７６において溝１６０の断面積を減少させるために、有効面１４４の接触面における溝１６０の幅が、溝１６０が終了点１６８に近付くにつれて減少している。増圧ゾーン１７６の溝１６０の断面積が減少することで、増圧ゾーン１７６において流体の圧力が急速に高まり、シール１２０がシール２０に関して上述した原理と同じ原理に沿って動作することができる。増圧ゾーン１７６における溝１６０の断面積の減少の様相が、図示の様相と異なっていてもよいことを理解すべきである。例えば、増圧ゾーン１７６の溝１６０の断面積を溝１６０が終了点１６８に近付くにつれて小さくするために、溝１６０の深さの減少および幅の減少の組み合わせを使用することができる。さらに、溝１６０の形状の変化も、上述のとおり利用することが可能である。
【００２６】
次に図７を参照すると、本発明の原理によるシール２２０の第２の別の実施形態が示されている。この実施形態においては、増圧ゾーンが使用されていない。代わりに、溝２６０が終了点２６８を終端とし、終了点２６８とシールリップ２５２との間に配置された固定された堰２７０を備えている。溝２６０の断面積は、全長にわたっておおむね一様である。結果として、溝２６０内の流体の圧力は、最終的に臨界圧力（シールリップ２５２の開き圧力）に打ち勝って、捕捉した潤滑剤を潤滑剤側５０へと案内するまで、緩やかな速度で高まる。溝２６０の構造は、終了点２６８における溝２６０内の流体の圧力が臨界圧力を超え、捕捉された潤滑剤を潤滑剤側５０へと送り返すための充分なポンプ速度が維持されることを、保証するように構成される。このように、この実施形態においては、有効面２４４が溝２６０を備えており、溝２６０の終了点２６８が、シールリップ２５２に達する手前で終了して、シールリップ２５２との間に固定された堰２７０を形成している。この第２の別の実施形態は、潤滑剤をシール２０の潤滑剤側５０へと戻すように動作することができるが、好ましい実施形態を使用する利益をすべては実現できないことを、理解すべきである。
【００２７】
シール２０、１２０、２２０は、さまざまな材料組成で製作可能である。例えば、運動用シールは、ＰＴＦＥ、ＴＰＥ（熱可塑性エラストマー）、ＴＰＶ（架橋型熱可塑性エラストマー）、およびＦｌｏｕｒｏｐｒｅｎｅ（登録商標）材料（とりわけ、ＵＳ６，８０６，３０６に記載の組成）など、プラスチック、ゴム、あるいは任意の幅広くさまざまな公知のエラストマーを含むことができる。
【００２８】
本発明の原理によるシールは、多数の利点を有している。第１に、静的な漏れ、ならびに不充分な流体の流れに関連する諸問題（コークス化、炭化、など）を、設計パラメータを適切に調節することによって容易に抑え、信頼できるシール機能をもたらすことができる。別の利点は、固定された堰がシャフトから持ち上げられるまで、溝に或る程度の潤滑剤が常に存在する点にある。この潤滑剤が、優れたシールリップの潤滑をもたらし、摩耗を少なくし、コークス化した潤滑剤および摩耗くずを効果的に取り除き、結果としてシールの寿命を長くする。このように、本発明の原理によるシールは、多数の利点を提供する。
【００２９】
本発明を、特定の実施形態に関して説明および図示したが、これらの実施形態があくまでも例示にすぎず、図示の実施形態から離れる変形も本発明の技術的範囲に包含されるべきものであることを、理解すべきである。例えば、溝の断面の構成についてさまざまな形状を示したが、これらの断面形状が単なる例示であり、他の断面形状も使用可能であることを、理解すべきである。有効面４４，１４４，２４４の部位６２，１６２，２６２の形状も、さまざまであってよい。例えば、部位６２，１６２，２６２が、変化する幅を有することができ、所望であれば、幅が減らされても、あるいは点であってもよい。さらには、シールについて、特定のシール部４０，取り付け部３０、およびケーシング２２を参照して示したが、これらが単なる例示であり、シールの有効面をシャフトに係合させること
ができる他の構成も使用可能であることを、理解すべきである。さらに、シール２０，１２０，２２０は、必ずしもシャフト２８の外径に対するシールである必要はない。代わりに、シール２０，１２０，２２０は、軸方向のスリンガーまたはフランジの平坦な領域または表面など、シャフト２８に取り付けられた構成部品に対して密着する有効面４４，１４４，２４４を有することができる。そのような応用は、径方向にポンプ作用をもたらすことができる。さらに、図８に示した複数の溝では、それぞれの溝の終端および終了点が互いに正反対の側にあるが、必ずしもこのような相対配置を有する必要はなく、お互いから傾けられていてもよいことを理解すべきである。さらに、シール２０について本明細書で示した寸法が、本発明の原理および機能の理解を促進するための単なる例示であることを、理解すべきである。したがって、本明細書に示した寸法を、本発明の技術的思想および技術的範囲から離れることなく、変更することが可能である。さらに、特定の構成材料を、シールにおける使用に適したものとして開示したが、そのような列挙があくまで例示にすぎず、本発明の原理によるシールを形成するために使用できる材料の種類をすべて述べ尽くしたものではないことを、理解すべきである。また、ポンプ要素を溝として説明したが、シールの有効面の隆起リブの使用も、本発明の利益をすべては実現できないかもしれないが、溝の代わりに利用可能であることを、理解すべきである。さらに、シャフト２８を回転シャフトであるとして説明したが、シャフト２８が静止していて、シール２０がシャフト２８の周囲を回転してもよいことを、理解すべきである。このように、本発明の主旨から離れることのない変形は、本発明の技術的範囲に包含されるべきものである。そのような変形は、本発明の技術的思想および技術的範囲から離れるものではないと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のシールの概略の斜視図である。
【図２】シャフトの周囲に配置された図１のシールの断面図である。
【図３】図２の円３の内側のシールの有効側の一部分の拡大断面図である。
【図４】図３に示したシールの構成について、距離に対する溝内の潤滑剤の仮想圧力の関数を示すグラフである。
【図５】図５Ａ−図５Ｅは本発明の原理によるシールにおいて使用される溝について、断面の構成および形状のさまざまな選択肢の一部分の図である。
【図６】図１のシールの第１の代案の実施形態であり、相違する溝の構成が示されている。
【図７】図１のシールの第２の代案の実施形態であり、増圧ゾーンを利用しない溝の構成が示されている。
【図８】図１のシールの有効面の上面視を簡略化した概念図であり、シールの有効面に沿って延びる２つの別個の溝が示されている。
【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８】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月6日(2009.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに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できるシール部であって、非潤剤滑側に通じる有効面と、前記シール部の端部のシールリップとを有しており、前記シールリップが、潤滑剤側に面し、かつシャフトを配置することができる開口を定めており、前記有効面が、前記開口に配置されたシャフトに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できるシール部と、
前記非潤滑剤側に設けられた開始点から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する終了点を有する少なくとも一つの溝であって、前記シールリップを過ぎて漏れる潤滑剤を捕捉して、捕捉した潤滑剤を前記有効面とシャフトとの間の相対回転によって前記潤滑剤側へと前記終了点の方向に送り返す動作を行う溝と、
を備え、
前記溝は、略一定の断面積を有する第１の部位と、前記終了点まで延び、かつ終了点に向かって延びるにつれて断面積が減少する第２の部位とを有しており、
前記溝における前記終了点と前記シールリップとの間に配置される堰であって、前記開口に配置されたシャフトに対してシールを形成し、前記溝によって潤滑剤が前記潤滑剤側へと送られるときにシャフトから離れるように構成された堰が、前記有効面の一部分を構成することを特徴とする運動用シール。
【請求項２】
前記溝が、略一定の幅を有している請求項１に記載の運動用シール。
【請求項３】
前記溝が、略一定の深さを有している請求項１に記載の運動用シール。
【請求項４】
前記溝が、前記溝が前記有効面に沿って延びるにつれて変化するピッチを有している請求項１に記載の運動用シール。
【請求項５】
前記少なくとも１つの溝が、前記有効面の複数の交わることのない溝のうちの１つである請求項１に記載の運動用シール。
【請求項６】
シャフトに対してシールを形成するように動作できる有効面と、
前記有効面に沿って非潤滑剤側から潤滑剤側に向かって延びている少なくとも１つの溝であって、前記溝と前記潤滑剤側との間に前記有効面の一部分を位置させており、前記有効面と前記シャフトとの間を漏れる潤滑剤を捕捉して、捕捉した潤滑剤を前記有効面の前
記一部分を過ぎて前記潤滑剤側へと送るように動作できる少なくとも１つの溝を備え、
前記溝は、
第１の変化率で流体の圧力を増加させる第１の部位と、
第１の部位よりも前記潤滑剤側に近い位置に設けられ、第１の変化率よりも大きな第２の変化率で流体の圧力を増加させる第２の部位と、
を備えていることを特徴とする運動用シール。
【請求項７】
第１の部位においては、溝の断面積が略一定であることによって第１の変化率で流体の圧力を増加させるように構成され、第２の部位においては、溝の断面積が変化することによって、第２の変化率で流体の圧力を増加させるように構成されている請求項６に記載の運動用シール。
【請求項８】
第１の部位においては、溝の断面積が変化することによって第１の変化率で流体の圧力を増加させるように構成され、第２の部位においては、第１の部位における溝の断面積の変化率とは異なる変化率で溝の断面積が変化することによって第２の変化率で流体の圧力を増加させるように構成されている請求項６に記載の運動用シール。
【国際調査報告】
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