(57)【要約】【課題】シールリップ表面とシャフトとの間の潤滑剤を保持するシール能力を高めることを可能とするシャフトシールを提供する。【解決手段】  シャフトまたは回転可能な要素と密閉的に密着するためのシールは、潤滑剤側および非潤滑剤側を具備し、かつシールがシャフト上に取り付けられた場合、シャフトに向けて内側に伸長するシール部分を含む。シール部分は、シャフトと密着可能なシャフト密着表面および作動リップ部分の少なくとも１部分を貫いて伸長する潤滑剤ベントを含む作動リップ部分を具備する。潤滑剤ベントは、作動リップ部分の反対側どうしの間での流体連通を供し、シャフト密着表面とシャフトとの間で十分な潤滑を維持し、潤滑剤のコークス化または他の劣化を回避すると共に、シール寿命を拡大する。【選択図】図２
2013142474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに密着するように構成されたシャフトシールであって、
装着部分と、
前記装着部分に設けられ、かつ潤滑剤側および非潤滑剤側を有する作動リップ部分を具備するシールリップであって、前記シャフトシールがシャフトに取り付けられた場合、前記作動リップ部分は前記装着部分から前記シャフトに向けて内側に伸長し、前記作動リップ部分は前記シャフトと密着可能なシャフト密着表面を含むシールリップと、
前記作動リップ部分を貫くように設けられ、前記シャフト密着表面と前記潤滑剤側との間に流体の通路を形成する貫通孔と、
を有することを特徴とするシャフトシール。
【請求項２】
前記シールリップは、前記シャフト密着表面及び前記貫通孔を有する第１のリップ部分と、前記装着部分から第１のリップ部分の外周面側を覆うように伸び、第１のリップ部分における前記シャフト密着表面よりも非潤滑剤側でシャフト表面に密着する第２のリップ部分と、を備え、
第１のリップ部分と第２のリップ部分との間には前記貫通孔と繋がるように設けられる通路が備えられることを特徴とする請求項１に記載のシャフトシール。
【請求項３】
潤滑剤側から非潤滑剤側への潤滑剤流体の移動を防ぐための、回転可能なシャフト上に装着可能なシャフトシールであって、
ケース部材と、
前記ケース部材に装着される第１のシールリングであって、前記第１のシールリングは、前記シャフトに密着状態で装着可能な作動リップ部分を具備し、前記作動リップ部分は、シャフトの表面に密着するシャフト密着表面と、前記シャフト密着表面に形成される、螺旋状に伸びる流体力学的な溝とを具備する第１のシールリングと、
前記第１のシールリングを貫くように設けられ、前記シャフト密着表面と前記潤滑剤側との間に流体の通路を形成する貫通孔と、
を有することを特徴とするシャフトシール。
【請求項４】
潤滑剤側から非潤滑剤側への流体潤滑剤の移動を防ぐための、回転可能なシャフト上に装着可能なシャフトシールであって、
ケース部材と、
前記ケース部材に装着される第１のシールリングであって、前記第１のシールリングは、前記シャフトに密着状態で装着可能な作動リップ部分を具備し、前記作動リップ部分は前記潤滑剤側に向けて放射状に内側に伸長し、前記作動リップ部分は前記シャフトに密着可能なシャフト密着表面を具備し、前記シャフト密着表面は、螺旋状の溝に蓄積された流体が前記潤滑剤側に向けて逆に移動することを可能とする、前記潤滑剤側に向けて伸びる螺旋状の溝を具備する第１のシールリングと、
前記作動リップ部分を貫くように設けられ、前記シャフト密着表面と前記潤滑剤側との間に流体の通路を形成する貫通孔と、
を有することを特徴とするシャフトシール。
【請求項５】
潤滑剤側から非潤滑剤側への潤滑剤流体の移動を防ぐための、回転可能なシャフト上に装着可能なシャフトシールであって、
ケース部材と、
前記ケース部材に装着される第１のシールリングであって、前記第１のシールリングは、前記シャフトに密着状態で装着可能な作動リップ部分を具備し、前記作動リップ部分は前記非潤滑剤側に向けて放射状に内側に伸長し、前記作動リップ部分は前記シャフトに密着可能なシャフト密着表面を具備し、前記シャフト密着表面は、螺旋状の溝に蓄積された
流体が前記潤滑剤側に向けて逆に移動することを可能とする、前記潤滑剤側に向けて伸びる螺旋状の溝を具備する第１のシールリングと、
前記作動リップ部分を貫くように設けられ、前記シャフト密着表面と前記潤滑剤側との間に流体の通路を形成する貫通孔と、
を有することを特徴とするシャフトシール。
【請求項６】
回転可能に密着するように構成されたシールであって、
装着部分と
前記装着部分に設けられ、かつ潤滑剤側および非潤滑剤側を有する作動リップ部分を具備するシールリップであって、前記シールが前記回転可能な部材と密着して取り付けられた場合、前記作動リップ部分は前記潤滑剤側に伸長し、前記作動リップ部分は前記回転可能な部材と密着可能な密着表面を含むシールリップと、
前記作動リップ部分を貫くように設けられ、前記密着表面と前記潤滑剤側との間に流体の通路を形成する貫通孔と、
を有することを特徴とするシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、シャフトまたは他の回転可能な部材または要素のためのシャフトシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
シャフトシールは、回転可能なまたは滑り可能なシャフトに密閉的に密着するように、他の多くの産業におけるのと同様、自動車産業における様々なタイプの機械類および装置で使用される。そのようなシールは、通常、非潤滑剤（空気または他の雰囲気）側および潤滑剤（例えばオイル）側ならびに１つ以上のシールリップを具備するが、シールリップはシャフトに密着し、かつ潤滑剤側から非潤滑剤側に潤滑剤を漏れさせないのに役立つ（シャフトが回転性、滑り性、または静止性のいずれであろうとも）。これを達成し、かつ潤滑剤をシールの潤滑剤側に戻すように方向転換するために、様々なシール形状、構成、および配置が考えられてきた。
【０００３】
そのようなシール配置の１つのタイプには、シールリップの中に凹所として設けられた、またはリップから一般に放射状に内側方向に突出する間隔をおいて離れたリブの間に交互に形成された１つ以上の螺旋状溝が含まれる（以下、両者をいずれも「溝」と称する）。これらの溝は、シールリップにおけるシャフトの作動密着表面上に配設され、かつ移動した（または「漏れた」）潤滑剤を捕捉し、かつシールとシールが周りに配設されるシャフトとの間の相対的回転の結果として、流体力学的に潤滑剤側に汲み戻す役割をする。そのような溝は、多くはシールの潤滑剤側に対して開放されており、したがって、溝上の潤滑剤との流体連通を供している。しかしながら、いくつかの応用において、そのような開放された溝の配置は、シャフトが静止している時、またはシールが使用されている機械類の加圧テストの間の空気漏れに対して、静的な潤滑剤漏れの可能性を生み出す場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−６７３７２号公報
【特許文献２】欧州特許第１４５５１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの漏れの可能性に対処するために、１つの典型的なシャフトシール配置における溝または複数溝は、潤滑剤側に面するまたは潤滑剤側の方に向いている、シールリップの先頭または自由端部の終わりまでは伸長していない構成が採用される。むしろ、溝は、例えば溝または複数溝とシールリップの自由端部との間に配設される静的なダムまたはバンドによって、自由端部の手前で中断されている。潤滑剤側のシールリップエッジを過ぎて移動するいかなる潤滑剤も溝の中に捕捉され、かつその流体圧力は、シールリップ吹き出し圧力を超える値に達するまで増大する。リップがこの増大した流体圧力の影響下で開く時、潤滑剤は、シールと上にシールが配設されるシャフトとの間の相対的回転によって、潤滑剤側に向かって戻るように導かれる。
【０００６】
潤滑剤はその後、シャフトが回転している時、またはシャフトが回転していない静的な状態の間に、再びシールリップとシャフトとの間を徐々に戻るように移動する。このタイプのシール配置のいくつかの実施形態において、溝または複数溝の形状または構成は、誘導ゾーンが複数溝の一部分によって形成され、ブースター・ゾーンが静的なダムに隣接す
る複数溝の異なった部分によって形成されるというものである。そのような配置では、吹き出し圧力を超えるまでは、流体圧力は誘導ゾーンで比較的遅く増大し、かつブースター・ゾーンで比較的速く増大する。
【０００７】
そのようなシールにおいて静的なバンドまたはダムを使用することは、不十分な流体流量に起因する問題（例えば、潤滑剤のコークス化すなわち炭化など）を減少させると共に、したがって静的または動的な漏れを有利に回避する、または少なくとも最小化する。静的なダムの離昇に先だって、シールリップの作動シール表面における溝または複数溝の中にある量の潤滑剤を維持することによって、シールリップ潤滑は改善され、それによって摩耗が減少し、かつシール寿命が延びる。このタイプのシャフトシール配置は良好に実行されてきたが、本発明は、ますます要求が厳しくなっているシャフトシール応用に合致させるために、シールリップ潤滑およびシール寿命におけるなお一層の改善を提供するべく努力するものである。
【０００８】
さらに他のタイプのラジアルシャフトシールは、金属ケースに接合されたエラストマー体を具備するタイプであり、ここでは、リップの作動シャフト密着部分はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または少なくともＰＴＦＥ部分を具備する、または他の材料で構成することができる。このタイプのそのようなシール設計においては、ＰＴＦＥリップ表面の先頭または自由端部、またはシールの空気（大気または非潤滑剤）側または潤滑側のいずれかと面するリップ部分を具備することができる。シールリップ表面の自由端部が潤滑剤側に面するそのような設計においては、しかしながら、取り付けの困難さが時々経験されており、組み立ての間にＰＴＦＥ材料の表面を傷つけるまたは損わないように、かつシールの機能性を破壊しないように特別な取り付け具の使用および特別な事前注意を必要としている。
【０００９】
そのような困難に応じて、ＰＴＦＥのシャフト密着表面を有するラジアルシャフトシールが開発されてきたが、そこでは、リップシールの自由端部が、潤滑剤側に向かうよりはむしろ、シールの空気（非潤滑剤）側に向かって伸長している。任意選択によって、このタイプのシールはまた、オイル側締め出しリップシール、空気（非潤滑剤）側のダスト締め出しリップシール、およびシールのエラストマー部分から伸長するエラストマー固定シールを具備することができる。このタイプのシールは一体の密閉的要素であり得るが、しかしまた有利なことには、第１のシャフト密着リップ部分のためのＰＴＦＥ材料を有する、複合的なまたは「サンドイッチの」構造でもあり得る。ここで、第１のシャフト密着リップ部分は、上で説明したように、その中に複数溝、および溝が付けられたシャフト密着リップ部分が好ましくは接合されたエラストマーリップ体のための別のエラストマー材料を具備する。米国特許第６，４２８，０１３号明細書に例を見出すことができるが、その開示全体は参照によって本明細書に組み込まれる。
【００１０】
上で議論された典型的なシール配置の全ては有効であり、かつ有利に実行されてきたが、本発明は、シールリップの作動シャフト密着表面とシャフトとの間に潤滑剤を保持するためのシールの能力をさらに改善することを図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、シャフトまたは他の回転可能な部材もしくは要素のためのシールは、シールリップ、シールの潤滑剤側の方に向けられかつその上にシャフト密着リップ表面部分を具備する作動リップ表面、およびシャフト密着表面部分と潤滑剤側との間を連通させる貫通孔（潤滑剤ベント）を含む。本発明によれば、シール配置のいくつかの例において、そのような貫通孔は、溝が付けられた（または溝さえも存在しない）シールリップの中に形成され、かつシャフト密着リップ表面とシールの潤滑剤側との間で流体の通路を形成する開口部またはオリフィスを含むことができる。代わりに、他のシール配置において、
シャフト密着リップ表面とシールの潤滑剤側との間の流体連通（単独またはリップを貫く開口部かオリフィスと連動してのいずれか）を可能とするために、少なくともリップの一部分を貫いて、または一部分に沿って伸長する通路が使用され得る。そのような通路構成は、リップがシールの空気（非潤滑剤）側に向かって突出する応用、および／または、上述のように、シールリップが複合的なまたはサンドイッチの構造である応用において特に有利である。
【００１２】
本発明による潤滑されたシールの１つのバージョンにおいて、潤滑剤の流体力学的汲み上げは、シールリップ自由端部または静的なダムの離昇の後で、真空（すなわち低圧力状態）を生み出すのに役立つが、このことは潤滑剤ベント開口部を通して潤滑剤を引き、またはシールリップのシャフト密着表面とシャフトとの間に潤滑剤の十分な供給を維持するのを促進すると共に、シャフト密着リップ部分がシャフトとの密閉的接触を維持するのを促進する。このことは、潤滑剤のコークス化および潤滑剤の劣化を実質的に最小にし、したがって、なお一層摩耗を低下させ、かつ要求の厳しい高温、高速の応用においてさえも、シール寿命を拡大する。
【００１３】
本発明のさらなる利点および適用可能性の付加的領域は、以下に提供される詳細な説明から明白となるであろう。しかしながら、本明細書で開示される詳細な説明および特定の例は、例証だけの目的のために意図されており、本発明の範囲を制限するようには意図されていないことは理解されるべきである。
【００１４】
本明細書で説明された図面は、選択された実施例を単に例証するために提示される。それらは、開示の全ての可能な実施を描いておらず、かつ本発明の範囲を制限するようには意図されていない。対応する参照数字は、図面のいくつかの図にわたって対応する部分または要素を指し示す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シールリップ表面とシャフトとの間の潤滑剤を保持するシール能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の原理によるシールの簡略化された斜視図である。
【図２】シャフトの周りに配設された図１のシールの断面図である。
【図３】図２の円３内のシールの作動部分の拡大された分割断面図である。
【図４】図３に示したシール配置に対して、距離の関数としての、溝における仮定的な潤滑剤圧力のグラフである。
【図５】本発明の原理によるシールで使用される溝に対する様々な代替的断面構成または幾何学的形状の断面図である。
【図６】ブースター・ゾーンを具備する異なった溝構成示す、図１のシールの別の代替的実施形態である。
【図７】図７（Ａ）はブースター・ゾーンの無い溝構成を示す、図１のシールのさらに別の代替的実施形態であり、図７（Ｂ）は静的なダムまたはバンドの無い溝構成を示す、図１のシールのさらに別の代替的実施形態であり、図７（Ｃ）は中央リップの静的ダムまたはバンドを有する溝構成を示す、図１のシールのさらに別の代替的実施形態である。
【図８】シールの作動表面に沿って伸びる１つ以上の別個の溝を示す、図１のシールの作動表面の簡略化された図である。
【図９】本発明によるシールの別の例の拡大された分割断面図であり、この図では、潤滑剤ベント通路が、シールの潤滑剤側との流体連通を供するために、複合シールリップを貫いて伸長している。
【図１０】シャフト上に取り付けた状態で例示される、図９のシール例の拡大された分割断面図である。
【図１１】一体の二叉に分けられたエラストマー・シールリップを具備する、本発明示によるシールの別の例の拡大された分割断面図であり、この図では、シールの潤滑剤側との流体連通を供するために、潤滑剤ベント通路がシールリップのリップ体部分を貫いて伸長している。
【図１２】上部が図１１と類似の拡大された分割断面図であるが、潤滑剤ベント通路および開口部が共にシールリップのシャフト密着部分にある変形例を示している。
【図１３】本発明によるシールのさらに他の代替例の拡大された分割断面図であり、これらの図で、それぞれ第２のリップ部分（図１３（Ａ））または第１のリップ部分（図１３（Ｂ））のいずれかによる潤滑剤ベント開口部を経由して、シールの潤滑剤側との流体連通を供するために、潤滑剤ベント通路が間隔を置いて離れた第１のリップ部分と第２のリップ部分との間のスペースによって形成されている。
【図１４】シールリップの作動シャフト密着部分に流体力学的な汲み上げ溝を具備しないシャフトシールを例示する拡大された分割断面図である。
【図１５】本発明によるシールのさらに他の代替例であり、これらの例では、流体力学的な汲み上げ溝が、シールリップと、シャフトと共に回転するためにそれぞれのシャフトに固定された放射状に伸長する部材との間に形成されており、潤滑剤ベント開口部は、放射状に伸長する部材と密閉的に密着するそれぞれのシールリップ部分を貫いて伸長している。
【図１６】本発明によるシールのさらに他の代替例であり、これらの例では、流体力学的な汲み上げ溝が、シールリップと、シャフトと共に回転するためにそれぞれのシャフトに固定された放射状に伸長する部材との間に形成されており、潤滑剤ベント開口部は、放射状に伸長する部材と密閉的に密着するそれぞれのシールリップ部分を貫いて伸長している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施例が、添付図面を参照して、より完全に説明されるであろう。そのような実施例が提供され、その結果、この開示が徹底的なものとなり、かつその範囲を当事者に完全に伝えるであろう。多くの特定の詳細が、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、特定の部品、装置および方法のそのような例として述べられる。いくつかの特定の詳細が使用される必要がないこと、実施例が多くの異なった代替形において具体化されてもよいこと、かついずれも本発明の範囲を制限すると解釈するべきではないことは、当事者にとって明白であろう。いくつかの実施例において、周知のプロセス、周知の装置構造および周知の技術は、詳細に説明されない。
【００１８】
本明細書で使用される用語は、特別な実施例だけを説明する目的のためであり、かつ制限的であることを意図したものではない。本明細書で使用されるように、単数形の「１つの」および「その」は、文脈が明瞭に他のことを示さないならば、同様に複数形を含むことが意図されている。用語の「有する」、「含む」および「具備する」は包括的であり、したがって、指定された特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または部品を規定するが、しかし１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、部品、および／またはそのグループの存在または付加を排除しない。本明細書で説明される方法のステップ、プロセス、および操作は、パフォーマンスの順序として特に同一視されなければ、議論されたまたは例示された特別な順序におけるそれらのパフォーマンスを必ずしも要求するものではないと解釈される。付加的または代替的ステップが使用されてもよいことも、また理解されるはずである。
【００１９】
ある要素または層が、別の要素または層に対して、「の上に」、「に係合して」、「に接続して」または「に結合して」のように言及される場合、それは他の要素または層に対して、直接的に上に、直接的に係合して、直接的に接続してまたは結合してもよく、また
は介在する要素または層が存在してもよい。対照的に、ある要素が別の要素または層に対して、「直接上に」、「直接係合して」、「直接接続して」、または「直接結合して」のように言及される場合、介在する要素または層は無くてもよい。要素間の関係を説明する他の単語は、１つの流儀におけるように解釈されるべきである（例えば、「の間に」に対して「直接〜の間に」、「隣接して」に対して「直接隣接して」など）。本明細書で使用されるように、用語「および／または」は、関連するリスト上の項目の１つ以上の、いかなるおよび全ての組み合わせを含む。
【００２０】
用語「第１の」、「第２の」、「第３」のなどは、様々な要素、部品、領域、層、および／または部分を説明するために本明細書で使用される可能性があるが、これらの要素、部品、領域、層、および／または部分は、これらの用語によって制限されるべきではない。これらの用語は、１つの要素、部品、領域、層または部分を別の領域、層または部分から区別するためにのみ使用してもよい。「第１の」、「第２の」のような用語および他の数字用語は、本明細書で使用される場合、文脈によって明確に示されなければ、連続または順序を意味しない。したがって、以下で議論される第１の要素、部品、領域、層または部分は、実施例の教示から逸脱することなく、第２の要素、部品、領域、層または部分と名付けることができるであろう。
【００２１】
「内側の」、「外側の」、「下に」、「下方に」「より低い」、「上方に」、「上部の」、などの空間的に相対的な用語は、図で例示するように、１つの要素のまたは特徴の別の要素または特徴に対する関係を説明するための記述の容易さのために、本明細書で使用されてもよい。そのような空間的に相対的な用語はまた、図に描かれた向きに加えて、使用中または動作中の装置の異なった向きを包含してもよい。例えば、もし図中の装置が反転された場合、他の要素または特徴の「下方に」または「下に」として説明される要素は、そのときは、他の要素または特徴の「上方に」と方向付けられるであろう。したがって、例としての用語「下方に」は、図面での装置の描かれた向きに依存して、上方にまたは下方に、の向きを包含することができる。装置は別の方法で方向付けられてもよく（９０度回転される、または他の向きで）、かつ本明細書で使用される空間的に相対的な記述子が適宜に解釈されてもよい。
【００２２】
図１〜図３を参照すると、本発明による動的シール２０の一例が代表的な構成の中で示されている。シール２０は、固定ハウジング２４（図２に最も良く示されている）に配設されるケーシング２２に技術的に周知の方法で装着される。シール２０は回転シャフト２８と密着し、かつ回転シャフト２８と、ケーシング２２が配設されるハウジング２４との間の密閉された関係を提供する。図２を参照すると、シール２０は、ケーシングの装着部分２２ａを受け入れるための環状凹部３２を具備する装着部分３０を含む。装着部分３０およびケーシング２２は多くの周知の形状および形態をとることができ、しかもシール設計に特に重要とは考えられていないことに注目するべきである。ケーシング２２はプラスチック、金属、または他の適切な材料で構成することができ、かつ装着部分３０は、接合、成形、または他の方法で周知の手法により、ケーシングに固定することが可能である。
【００２３】
シール２０は中央開口部３６を含み、それを通してシャフト２８が配設される。開口部３６の直径は、その間で流体緊密なシールを提供するために、シャフト２８の直径未満となるような寸法に形成されており、シール２０がシャフト２８上に位置付けられると、開口部３６に最も近いシール２０の部分が変形するようになっている。
【００２４】
シール２０は、シャフト２８に向かって軸状および放射状に伸長する、円錐形に形作られたシールリップ４０を具備する。シールリップ４０は、シャフト２８と密着するシール密着表面部分４５を有する作動側面すなわち表面４４、作動表面４４と反対に位置しかつシャフト２８と密着しない非作動側面すなわち表面４８、および自由なすなわち先頭シー
ルリップ・エッジ５２を具備する。作動表面４４の一部は空気（非潤滑剤）側４９に露出されているのに対して、非作動表面４８およびシールリップ・エッジ５２は潤滑剤側５０に露出されている。
【００２５】
少なくとも１つの溝６０（２つの溝が、例えば図８に示されている）が、少なくとも作動表面４４のシャフト作動表面部分４５に沿って、かつシャフト２８の周りに、円周状かつ軸状に螺旋を描き、ランド部分６２が溝の間に配設されている。溝６０の螺旋状ピッチは一定または可変のいずれかが可能であるが、それは応用に最も適したように決定される。溝６０は鋳造、成形、切り込みで、または他の方法で、作動表面４４に沿って形成することができ、または作動表面４４から突出し、かつランド部分６２を形成する螺旋状リブの間に交互に形成することができる。
【００２６】
作動表面４４のシャフト密着表面部分４５とシャフト２８との間の相対的回転により、溝６０は、漏出するまたはシールリップ・エッジ５２を過ぎて移動する潤滑剤を捕捉し、かつそれをシールリップ・エッジ５２を過ぎて潤滑剤側５０に流体力学的に汲み戻す。
【００２７】
図３に示すように、溝６０は、作動表面４４に沿って開始点６４と終了点６８との間を螺旋状にまたは渦巻状に伸長する単一の溝であり得る。その代わりに、図８に示すように、シール２０は、作動表面４４に沿って螺旋状にまたは渦巻状に伸長する複数の溝を具備することもでき、この状態では、第１溝６０ａが開始点６４ａから終了点６８ａまで伸長しているのに対し、第２溝６０ｂが開始点６４ｂから終了点６８ｂまで伸長している。図面で示された例では、溝６０ａと６０ｂは互いに交差せず、かつ作動表面４４に沿って同じ方向に螺旋を描く。溝６０すなわち溝６０ａおよび６０ｂが螺旋を描く方向は、捕捉された潤滑剤がシール２０とシャフト２８との間の相対的回転によってたどる方向を決定する。シール２０は様々な図で１つまたは２つの溝６０（すなわち６０ａおよび６０ｂ）のいずれかを具備するものとして示されている一方で、２つ以上の溝が作動シール密着表面４４に沿って提供され得ることは認識されるべきである。
【００２８】
溝６０はシールリップ・エッジ５２にまでは到達せず、かつ、シールリップ・エッジ５２と終了点６８との間に配設された静的なバンドまたはダム７０によって中断される。静的なダム７０は好ましくはシールリップ・エッジ５２に隣接して配設され、かつシャフト２８と直接密閉接触の状態にある。潤滑剤側５０への潤滑剤の流体力学的汲み戻しをさらに促進するために、溝６０は２つの異なった領域７４および７６を含む。第１の領域７４は誘導ゾーンとして機能するのに対して、第２の領域７６はブースター・ゾーンとして機能する。他の均一なまたは不均一な断面形状もまた採用されることが可能ではあるが、例示の目的で示された誘導ゾーン７４では、溝６０は実質的に一定である断面積を具備する。対照的に、溝６０が静的なダム７０に隣接する終了点６８まで伸長するにつれて、ブースター・ゾーン７６は、縮小し、最終的にゼロにまで減少する断面積を具備する。誘導ゾーン７４における溝６０の深さはブースター・ゾーン７６における溝６０の深さと異なっているのに対して、一実施形態において、誘導ゾーン７４およびブースター・ゾーン７６の両方において溝６０の幅Ｗは同じであり得る。具体的には、ブースター・ゾーン７６において、溝６０が終了点６８に近づくにつれて、溝６０の深さが縮小するのに対し、誘導ゾーン７４においては、溝６０の深さは実質的に一定である。したがって、溝６０が終了点６８に近づくにつれて、ブースター・ゾーン７６における溝６０の断面積がゼロに近づくのに対し、誘導ゾーン７４における溝６０の断面積は実質的に一定である。以下で説明するように、ブースター・ゾーン７６における溝６０のこの縮小していく断面積は、有利なことに溝６０から潤滑剤側５０へ潤滑剤が戻ることを促進する。
【００２９】
図４を参照すると、溝６０内での位置の関数としての、溝６０内の流体圧力の仮定的な例が示されている。潤滑剤が溝６０によって捕捉されるにつれて、シール２０とシャフト
２８との間の相対的な回転によって、潤滑剤は終了点６８に向かって汲み上げられる。その結果、終了点６８に近づくにつれて、溝６０内の流体圧力は増加する。図面に示された例証的な溝において、誘導ゾーン７４における流体圧力の増大（曲線８２ａ）は、ブースター・ゾーン７６内での流体圧力の増大（曲線８２ｂ）よりも低いものであり、かつより遅い割合で増加する。これは誘導ゾーン７４における溝６０の実質的に均一な断面積によるものであり、誘導ゾーンでは、流体圧力は比較的遅い割合で増大するが、この割合は一定であってもよく、または一定でなくてもよい。しかしながら、潤滑剤がブースター・ゾーン７６に入る場合、縮小していく溝６０の断面積は、溝６０が終了点６８に近づくにつれて、流体圧力をより急激に増加させる原因となる。ブースター・ゾーン７６における流体圧力増大のこの増加割合は、溝６０のサイズ、形状または他の構成によって、一定の割合であってもよく、または一定の割合でなくてもよい。
【００３０】
運転中は、したがって溝内６０の流体圧力は臨界値まで、すなわちシールリップ・エッジ５２および静的ダム７０の吹き出し圧力（図４で線８４によって表現される）と一致するまたはこれを超えるまで、上昇し続ける。ブースター・ゾーン７６での増大した流体圧力がこの臨界値に一致するまたはこれを超えるとすぐに、シールリップ・エッジ５２および静的ダム７０が開くまたはシャフト６８から離昇し、潤滑剤が潤滑剤側５０に逆流することが可能となる。いったん溝６０内の流体圧力がこの臨界圧力以下に低下すると、シールリップ・エッジ５２および静的なダム７０はシャフト２８とのシール密着に戻り、かつ溝６０から潤滑剤側５０への潤滑剤の流れが停止する。潤滑剤は再び溝６０内に集まり始め、その中での流体圧力が増加する原因となるであろう。流体圧力が再び臨界値を超えると、静的なダム７０はシャフト２８から分離し、溝６０内の潤滑剤が再び潤滑剤側５０に流入することが可能となるであろう。
【００３１】
溝６０の物理的な形状および寸法は、シール２０の予想寿命に対してシールリップ５２を過ぎる、潤滑剤の予想される漏れ速度と等しいまたはそれよりも大きい汲み上げ速度を提供するように選択されるが、それには、シールの摩耗またはシールの寿命における他の要素によって、この漏れ速度において予想される増加が考慮に入れられる。
【００３２】
シール２０の寿命および性能をさらに改善するために、シールリップ４０は１つまたは好ましくは多数の潤滑剤ベント（貫通孔）６５を、作動表面４４のシャフト密着表面部分４５でシールリップ４０を貫通する開口部またはオリフィスの形態で備える。例えば、６つのそのような潤滑剤ベント６５が、円周方向に均一に間隔をおいた状態で、図８に示されている。しかしながら、代わりに、他の数の潤滑剤ベント６５を、他の均一なまたは不均一な円周上の位置に設けることも可能である。図１〜図４の例では潤滑剤ベント６５が誘導ゾーン７４に配置されていることを示しているが、潤滑剤ベント６５はまた（または代替において）ブースター・ゾーン７６に配置され得ることもまた指摘されるべきである。
【００３３】
シール２０のシャフト密着部分４５に１つ以上の潤滑剤ベント６５を提供することによって、シール２０は、より長い耐久性およびより高いシャフト速度に対する絶えず市場で増大している需要を満たすことが可能になる。上で説明された動的な状態において、第１のシール要素の流体力学的な汲み上げは、シール密着部分４５とシャフト２８との間に真空を生み出すであろう。この真空は、シール密着表面部分４５がシャフト２８との接触を維持するのを促進すると共に、潤滑剤ベント６５を介して潤滑剤を引くのを促進するであろう。潤滑剤ベント６５を介するこの潤滑剤の流れは、シールリップ温度を低下させると共に、シャフトと接触している汲み上げ領域での潤滑剤の劣化および炭化をさらに回避しかつ最小にするために、潤滑およびシール密着表面部分４５の潤滑および冷却を保証するのを促進する。これらの改良の全ては、シール２０の耐久性および寿命が拡大されることに寄与する。
【００３４】
図５に示されるように、他の溝の幾何学的形状および断面形状も、代替的な潤滑剤ベント位置と同様、採用することができる。例えば、溝または複数溝６０の断面形状は、それぞれ、図５（Ａ）に示すように正方形または長方形の可能性があり、図５（Ｂ）に示すように曲線的または丸みのある形状である可能性があり、図５（Ｃ）に示すように台形的である可能性があり、かつ／または、図５（Ｄ）および図５（Ｅ）に示すようにシールリップ・エッジ５２に向かって、またはシールリップ・エッジ５２から離れるように傾けられている可能性がある。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一方で、溝６０の幾何学的形状は、断面積を実質的に一定に維持しながら変化することができ、したがって、誘導ゾーン７４内での流体圧力の漸進的な増加をなおも達成できることは認識されるべきである。上で議論された溝断面積の減少が起こり、かつそれぞれの終了点６８、６８ａまたは６８ｂでゼロに近づく限りにおいて、ブースター・ゾーン７６における溝６０の幾何学的形状もまた変化することができる。
【００３５】
図５（Ｆ）および図５（Ｇ）は、潤滑ベント６５の代替的位置付けを例示している。図５（Ａ）〜（Ｅ）での例証目的のために示された実施例において、潤滑ベント６５は、異なった溝断面形状を具備する実施形態において、溝６０内のかつランド６２間のある位置でシールリップ４０を貫いて伸長する。潤滑ベント６５はまた、ランド部分６２（図５（Ｆ））で、または、図５（Ａ）〜（Ｅ）に示されたいかなる例も含めて、いかなる溝断面形状を有する、ランド部分６２と溝６０の重なり部分においてさえも（図５（Ｇ））、シールリップ４０を貫いて伸長することができる。
【００３６】
さて、図６を参照すると、本発明の原理によるシール１２０の別の実施例が示されている。シール１２０において、ブースター・ゾーン１７６の減少していく断面積は、これまでの実施形態のそれとは異なっている。具体的には、誘導ゾーン１７４およびブースター・ゾーン１７６の両方において、溝または複数溝１６０の深さＤは、実質的に一定に留められている。ブースター・ゾーン１７６内での溝１６０の断面積を減少させるために、作動表面１４４のシール密着表面１４５での溝１６０の幅は、溝１６０が終了点１６８に近づくにつれて減少する。ブースター・ゾーン１７６における溝１６０の減少していく断面積は、シール密着表面１４５とシャフト（図６に示されていない）との間の溝領域に潤滑剤ベント（貫通孔）１６５を通って流入する潤滑剤の流体圧力をブースター・ゾーン１７６において急激に増加させる原因となり、上で議論したように、シール１２０の動作が可能となる。それぞれのブースター・ゾーン７６または１７６内で、溝または複数溝６０または１６０の断面積を減少させる方法は、図面に例示した様々な実施例で示されたものとは異なる可能性があることは認識されるべきである。例えば、溝６０または１６０の減少していく深さおよび減少していく幅の組み合わせは、溝６０または１６０がそれぞれの終了点６８、６８ａ、６８ｂ、または１６８に近づくにつれて、ブースター・ゾーン１７６における溝断面積を減少させるように採用することが可能である。
【００３７】
図７（Ａ）を参照すると、本発明の原理によるシール２２０Ａの別の典型的な代替的実施形態が示されている。この実施形態において、ブースター・ゾーンは存在しない。むしろ、溝２６０は、終了点２６８と自由端すなわちシールリップ・エッジ２５２との間に配設された静的なダム２７０を有する終了点２６８で終了している。溝２６０の断面積は一般にその長さにわたって均一なので、シール密着表面２４５とシャフト（図７には示されていない）との間の溝領域に潤滑剤ベント（貫通孔）２６５を通って流入する潤滑剤の流体圧力は、結局は臨界圧力（シールリップ・エッジ２５２での静的ダム２７０の吹き出し圧力）に打ち勝つまで、より漸進的なペースで増大し、かつ捕捉された潤滑剤を潤滑剤側２５０へと戻すように導く。
【００３８】
図７（Ｂ）を参照すると、本発明の原理によるシール２２０Ｂのさらに別の典型的な代
替的実施形態が示されている。この実施形態では、シール２２０Ｂが、静的なダムまたはバンドを必要としない応用に適合していることを除いて、シール２２０Ｂは図７（Ａ）のシール２２０Ａと類似である。
【００３９】
さらに別の典型的な代替的実施形態を参照すると、シール密着表面２４５上の中間的位置で螺旋状溝２６０を中断する、中央リップの静的ダムまたはバンド２７０Ｃを除いて、図７（Ｃ）のシール２２０Ｃは、それぞれ図７（Ａ）および図７（Ｂ）のシール２２０Ａおよび２２０Ｂと類似である。中央リップの静的ダムまたはバンド２７０Ｃは、シャフト（図７（Ａ）〜（Ｃ）に示されていない）と接触した状態にあることが可能であり、シャフトが回転していないまたはそうでなければ移動している場合、静的なシールとして主に機能する。代わりに、静的なダム２７０Ｃがシャフトから非常にわずかに間隔を置くことが可能であり、この場合には、静的ダム２７０Ｃとシャフトとの間の潤滑剤の表面張力は静的密閉を生み出す、または少なくとも静的密閉に寄与することは注目されるべきである。
【００４０】
図９および図１０は、シャフト４２８に対して密閉するためのケーシング４２２、装着部分４３０、およびシールリップ４４０を含むシール４２０の別の例を例示している。シールリップ４４０は、空気（非潤滑剤）側４４９に向かって伸長し、かつ潤滑剤ベント通路４４７を含む複合的なまたはサンドイッチの構造であり、ここで潤滑剤ベント通路４４７は、好ましくはエラストマー・リップ体部分すなわち層４４１と、シールリップを貫く潤滑剤ベント開口部（貫通孔）４６５を有する、好ましくはＰＴＦＥの第１のリップ部分すなわち層４５１との間を伸長している。リップ体部分４４１の自由端での第２の静的ダムすなわち第２のリップ部分４５３は、静的状態の下でシャフトに対して密閉する。より具体的には、シールリップ４４０は、作動シャフト密着表面４４４及び貫通孔である潤滑剤ベント開口部４６５を有する第１のリップ部分４５１と、装着部分４３０から第１のリップ部分４５１の外周面側を覆うように伸び、第１のリップ部分４５１における作動シャフト密着表面４４４よりも非潤滑剤側４４９でシャフト表面に密着する第２のリップ部分４５３とを備えている。そして、第１のリップ部分４５１と第２のリップ部分４５３との間には潤滑剤ベント開口部４６５と繋がるように設けられる潤滑剤ベント通路４４７が備えられている。
【００４１】
本発明によるシールの他の例と関連して、上で議論された潤滑の恩恵および利点を得るために、作動シャフト密着表面４４４におけるシャフト４２８と溝４６０との間の潤滑剤は、動的状態の下で、第１のリップ部分４５１の端部でのギャップ４５９を通り、潤滑剤ベント通路４４７を通り、潤滑剤ベント開口部４６５を通って汲み上げられ、かつシール４２０の潤滑剤側４５０へと汲み戻される。このことはまた、ギャップ４５９において真空を生み出すのみ役立ち、その結果、動的状態の下で第２のリップ部分４５３がシャフトとの接触を維持することが促進される。
【００４２】
図１１および図１２では、図９および図１０と類似のシール配置例を描いているが、しかしさらなる変形例が含まれる。そういうものとして、図１１および図１２でそれぞれ５００台および６００台の接頭部を具備する参照数字によって示される要素は、４００台の接頭部を具備する参照数字によって示される、図９および図１０の類似要素を有する機能に一般に相当する。
【００４３】
図１１では、第１のＰＴＦＥリップ部分すなわち層４５１と図９および図１０のエラストマー・リップ部分すなわち層４４１との複合的なサンドイッチ構造は、第１のリップ部分または層５５１と第２のリップ部分すなわち層５４１とを具備する、一体の二叉に分けられたシールリップ配置５４０に置き換えられ、ここで、潤滑剤ベント通路５４７は、第２のリップ部分５４１に沿ってその間を伸長しており、その結果、潤滑剤ベント開口部（
貫通孔）５６５を経由してシール５２０の潤滑剤側５５０との連通が提供される。しかしながら、図１２では、潤滑剤ベント通路６４７は、第２のリップ部分６４１上ではなく、第１のリップ部分６５１上にある。潤滑剤の流れは、したがって、シャフト密着シール表面６４５とシャフトとの間の領域からの流体連通を経由し、ギャップ６５９を通り、潤滑剤ベント通路６４７を通り、潤滑剤ベント開口部（貫通孔）６６５を通り、かつシール６２０の潤滑剤側６５０に戻るように提供される。
【００４４】
図１３（Ａ）および（Ｂ）は、本発明によるシール７２０の代替的変形例の２つの例を例示しており、これらの図で、第１のシールリップ部分７５１および第２のリップ部分７４１は共に、図１３（Ａ）においては潤滑剤側７５０の方を向いており、または図１３（Ｂ）においては非潤滑剤側７４９の方を向いており、かつ間隔をおいて離れており、それらの間に潤滑剤ベント通路７４７を形成する。潤滑剤ベント通路は、潤滑剤ベント開口部（貫通孔）７６５を経由し、それぞれ第２のリップ部分７４１（図１３（Ａ））または第１のリップ部分７５１（図１３（Ｂ））のいずれかを通って、シール７２０の潤滑剤側との流体連通を、本発明の他の例に関連して上で説明されたのと類似の方法で提供する。
【００４５】
図１４はシールリップ部分８５１を具備するシール８２０を示し、ここで、潤滑剤ベント（貫通孔）８６５はシールリップ部分８５１を貫いて伸長して、本発明による他のシールの他の例に関連して上で議論されたように、潤滑剤の放出および流体連通を提供する。上で説明された流体力学的な溝は明瞭な恩恵および改善を提供してはいるが、本発明の原理はまた有利なことに、図面に示されるまたは本明細書で議論されるリップ部分の密閉のいずれについての代替的溝なしのシャフト密着表面と同様、リップ部分８５１（図１４に概略的に例示されている）のシャフト密着表面８４５上に溝を具備しないシールに採用される。
【００４６】
図１５および図１６は、本発明によるさらに別の代替的シール構成例の２つの典型的なバージョンを例示している。図１５には、本開示によるシールリップ９４０を有するシール９２０が示されている。図１５において、流体力学的な汲み上げ用溝（または上で説明したような複数溝）９６０が、シャフト９２８と共に回転するために、シャフト９２８に固定された回転可能な部材９９０のフランジ部分９８０に形成される。潤滑剤ベント開口部（貫通孔）９６５は、フランジ９８０と密閉的に密着するフランジ密着部分を具備するシールリップ部分９５１を貫いて伸長する。潤滑剤ベント開口部９６５は、シールリップ部分９５１とフランジ部分９８０との間の流体力学的な溝９６０における潤滑剤のために流体連通を供して、（それらの間の回転する相互作用を経由して）潤滑剤をシール９２０の潤滑剤側９５０に戻す。フランジ部分９８０は、シャフトの中心線に対して、一般的には半径方向に、または他の横方向に伸長することができる。回転可能な部材９９０およびフランジ部分９８０のいずれかまたは両方は、多くの金属、プラスチックまたはエラストマーの、天然または合成であれ、特定応用および環境に適した材料のいずれかで形成するころができる。
【００４７】
図１５に多少は類似した典型的シール構成の別のバージョンが、図１６に示されている。しかしながら、図１６では、流体力学的な溝（または複数溝）１０６０は、シールリップ部分１０５１（図１５の回転可能なフランジ部分９８０にではなく）に形成され、ここで、潤滑剤ベント開口部（貫通孔）１０６５はシールリップ部分１０５１を貫いて伸長している。この例では、フランジ１０８０は、好ましくはその中に形成された流体力学的な溝を具備しない。
【００４８】
本発明は、具体的な実施例を参照しながら説明されかつ例示されてきたが、これらの実施形態が単に例示的かつ典型的であること、かつ示された実施形態から逸脱する変形例は本発明の範囲内にあることは認識されるべきである。例えば、溝または複数溝の断面形状
に対して様々な幾何学的形状が示される一方で、これらの断面形状は単に典型的なものであり、かつ他の断面形状が採用され得ることは、認識されるべきである。作動シャフト密着表面のランド部分の形状は、例えば幅が変化する、かつ／または一般に「点」または「線」の形状または構成へと減少するかもしれないというように変化し得る。
【００４９】
加えて、シールが、様々なシールリップ、装着部分、ケーシング配置を参照しながら示されてきた一方で、これらが単に典型的なものであり、かつシールの作動表面がシャフトまたは他の回転可能な要素または部材と密着することを可能にする他の構成が、代わりに採用され得ることは、認識されるべきである。そのうえ、本発明によるシールは、シャフトの外形に対して直接密閉することを必要とせず、しかし代わりに、軸性の油切りまたはフランジの平坦領域または表面のような、シャフトに装着される部品に対して密閉するシャフト密着表面部分を具備し、この状態で潤滑剤が一般には半径方向に汲み上げられる。さらに、図８における複数の溝の描写は、互いに直接横切るそれぞれの溝に対する終了および終止点を示している一方で、それらはそれほどの相対的位置決めを必要とせず、かつ互いに斜めになり得ることは認識されるべきである。そのうえ、本発明によるシールに対して、本明細書で示されたまたは暗に示されたいかなる寸法も、本発明の原理および機能性の理解を容易にするための単に典型的なものであることは認識されるべきである。そういうものとして、本明細書で示された寸法は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、変化し得る。
【００５０】
さらに、上で述べたように、汲み上げ要素が溝として説明される一方で、シールの作動表面上に突起したリブは、本発明の恩恵のすべてが実現されないかもしれないが、溝の代わりとして利用してもよいことは認識されるべきである。そのうえ、シャフトが回転シャフトであるとして説明された一方で、シャフトは静止している可能性もあるであろうし、かつシールまたはシールに装着された部品がシャフトの周りを回転する可能性もあるであろうことは認識されるべきである。
【００５１】
発明の原理によるシールは、種々様々な材料組成から構成され得る。例えば、動的シールの材料は、プラスチック、合成または天然のゴム、またはＰＴＦＥ、ＴＰＥ（熱可塑性エラストマー）のような広く種々様々な既知のエラストマー、ＴＰＶ（熱可塑性加硫ゴム）、および特に米国特許第６，８０６，３０６号で説明された組成であるフルオロエックスプレン（ＦｌｕｏｒｏＸｐｒｅｎｅ）（登録商標）材料を含み得る。シールでの使用に適した材料の中にあるものとして特別の構成材料が開示されてきた一方で、そのようなリストは単に例証的であり、かつ本発明の原理によるシールを形成するために使用され得る材料のタイプを網羅していないことは認識されるべきである。
【００５２】
したがって、発明の要旨から逸脱しない変形例は、発明の範囲内にあることが意図されている。そのような変形例は、発明の精神および範囲からの逸脱とは見做されない。
【００５３】
本発明の適用可能性のさらなる領域は、以下に提供される詳細な説明から明白になるだろう。実施例のこれまでの記述は、例示および記述の目的のために提供されてきた。それは、網羅的であるようには、または発明を制限するようには意図されていない。特別な実施形態の個別の要素または特徴は、一般にその特別な実施形態に制限されないが、しかし、適用可能なところでは、交換可能であり、かつ、たとえもし具体的に示されないまたは説明されなくても、選択された実施形態において使用することができる。同じことは、多くのやり方で変化させてもよい。そのような変形例は発明からの逸脱と見做されず、かつそのような全ての変更例は発明の範囲内に含まれるように意図されている。
【符号の説明】
【００５４】
２０  シール
２８  シャフト
３０  装着部分
４０  シールリップ
５０  潤滑剤側
６０  溝
６５  潤滑剤ベント（貫通孔）
７４  誘導ゾーン
７６  ブースター・ゾーン
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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