(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールされる物体（２）に面するシール面（４ａ）と、上記シールされる物体（２）から離れる方向に面する背面（４ｂ）とを有するシール部材（４）を有し、上記シールされる物体（２）をシールするためのデバイス（１）、特に回転シャフト（２ａ）をシールするためのデバイス（１）であって、
上記シール部材（４）は上記背面（４ｂ）に、上記シール部材（４）の剛性を変更し、かつ上記シール部材（４）とシールされる上記物体（２）との間の表面圧力を変更する少なくとも１つの構成要素（６）を有し、上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの上記構成要素（６）が上記シール部材（４）の長手軸に対して斜めに設けられ、
上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの上記構成要素（６）は、空洞として構成されることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
上記シール部材（４）の剛性を変更する複数の構成要素（６）は、上記シール部材（４）の周囲に分散されるように配設されたことを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
上記シール部材（４）の剛性を変更する上記少なくとも１つの構成要素（６）は、上記シール部材（４）の周縁端部（７）からスペースを有することを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの上記構成要素（６）は、上記シール部材（４）の材料の厚さの変更によって構成されることを特徴とする、請求項１、２、または３に記載のデバイス。
【請求項５】
上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの上記構成要素（６）は、凹部（６ａ）として構成されることを特徴とする、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
少なくとも１つの上記凹部（６ａ）は高さ分布を有することを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
上記凹部（６ａ）は、上記シール部材（４）の材料の厚さの１０〜９０％、好ましくは３０〜９０％の深さを有することを特徴とする、請求項５または６に記載のデバイス。
【請求項８】
上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの上記構成要素（６）は、隆起部（６ｂ）として構成されることを特徴とする、請求項４〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
少なくとも１つの上記隆起部（６ｂ）は高さ分布を有することを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
上記隆起部（６ｂ）は、上記シール部材（４）の材料の厚さを５〜１００％、好ましくは２５〜１００％超えることを特徴とする、請求項８または９に記載のデバイス。
【請求項１１】
上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの上記構成要素（６）は、上記シール部材（４）の材料とは異なる材料（６ｃ）によって形成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの上記構成要素（６）は、平面図において、上記シール部材（４）の長手軸に対して０．１°から８９．９°、または−８９．９°から−０．１°の角度で斜めに走ることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの上記構成要素（６）は、複数の幾何学的基本形状で構成されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１４】
上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素（６）が、平面図において、上記シール部材（４）の長手軸に対して正の角度で斜めに設けられ、かつ上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素（６）が平面図において前者の反対側に上記シール部材（４）の長手軸に対して負の角度で斜めに設けられることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１５】
上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの上記構成要素（６）は２つの傾斜を有し、その一方が、平面図において、上記シール部材（４）の長手軸に対して正の角度を有し、他方が、平面図において、上記シール部材（４）の長手軸に関対して負の角度を有することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１６】
上記シール部材（４）の剛性を変更し、かつ上記シール部材（４）の周囲に分散されるように配された上記構成要素（６）の少なくとも１つが、平面図において、上記シール部材（４）の剛性を変更するその他の構成要素（６）と反対の方向に、平面図において、上記シール部材（４）の上記長手軸に対して斜めに設けられることを特徴とする、請求項２〜１５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１７】
上記シール部材（４）の剛性を変更する少なくとも１つの上記構成要素（６）は、上記シール部材（４）の周縁端部（７）から離れながら広がっていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１８】
上記シール部材（４）はポリテトラフルオロチレン（polytetrafluoroethylene）を含むことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
上記シール部材（４）が上記シール面（４ａ）において実質的に平滑になるように構成されることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
上記空洞は、上記シール部材（４）の材料の厚さの２０％から８０％を占めることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２１】
上記空洞には付加的な材料が充填されることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールされる物体をシールするためのデバイス、特に回転シャフトをシールするためのデバイスに関し、シールされる物体に面したシール面と、シールされる物体から離れた方向に面した背面とを持ったシール部材を有する。
【背景技術】
【０００２】
このようなシールデバイスのさまざまな実施形態は、先行技術より公知である。いくつかの公知のデバイスを、以下に詳述する。
【０００３】
特許文献１は、シャフトに対する挿通開口部を構成する構造要素とこの挿通開口部を通るシャフトとの間をシールするためのカバー要素、またはシール要素を記載している。シール要素は、シャフトに対しるシールのための動的シール領域と、構造要素に対して静的方法で保持するための静的シール領域を含む。動的シール領域は、エラストマー材料により構成され、シャフト部に沿ってシールするシール部を有し、当該シール部の内部シェルに、シールされる空間内に漏洩流体を移送させて戻すための回帰移送構造を含んでいる。
【０００４】
硬化部と、硬化部に接続するエラストマー部とを有し、ハウジング部の挿通開口部において回転シャフトをシールするための類似のシール要素が、特許文献２に記載されている。上記シール要素は、静的なシール方法でハウジング部を保持する第１のシール領域と、シールリング方式でシャフトを保持するために構成され提供されたシール部を有する第２のシール領域を有しており、上記シール部は、漏洩流体を移送してシールされる空間内に戻すためのスレッド状の回帰移送構造を含んでいる。
【０００５】
特許文献３は、硬化リングと、この硬化リングに接続するエラストマー部とを有するラジアルシャフトシールリングを記載しており、上記エラストマー部は、回転シャフトにスレッド状の回帰移送構造が設けられている場合に漏洩流体を移送して戻すための第１のシール部分と、気密方式で静止シャフトを保持するために円柱形のシェル形状のシール面を有する第２のシール部分とを有するシールリップを有しており、上記シール面には微細構造が設けられている。
【０００６】
硬化リングと、この硬化リングに接続するエラストマー部とを有するラジアルシャフトシールリングは、特許文献４により公知である。上記エラストマー部は、ラジアルシールリップ部と軸方向シールリップ部とを有する動的シールリップを有しており、シーリング方式でシャフトを保持するための軸方向シールリップ部は、シャフトと対面する軸方向シールリップ部の内部シェル壁に配設されたシール端部を有している。
【０００７】
特許文献５は、補強リングと、この補強リングに接続するエラストマー部とを有するラジアルシャフトシールリングを記載している。上記エラストマー部は、ＰＴＦＥで構成されたシール端部を有し、ラジアルシャフトシールリングによってシールされたシャフトを保持する動的シールリップをサポートしている。
【０００８】
ラジアルシャフトシールシステムによってシールされた軸方向ピストン機器のドライブシャフトは、特許文献６から公知である。上記ラジアルシャフトシールシステムは、ラジアルシャフトシールリングと逆走行面とを有し、後者の表面は、硬質のダイヤモンド様表面コーティングが設けられた流体回帰移送構造を有している。
【０００９】
ダイヤフラムバネクラッチとして構成された摩擦クラッチの解放ベアリングが特許文献７に記載されている。上記解放ベアリングは、ベアリンググリースが充填されたベアリング内部空間を有し、このベアリング内部空間は、ベアリングの外部リングに強固に固着されたシール材、およびベアリングの内部リングのシール面上に保持されたシールリップのシール端部によって軸方向に閉じられている。シール効果を増加させるために、シール材のシールリップには、シール端部と軸方向において隣接するように配設され、指定シール面に連動する回帰移送構造が設けられている。
【００１０】
壁を通して回転シャフトの挿通位置をシールするための機械的シール材が特許文献８により公知である。この機械的シール材は、幾何学的に定められた位置にある複数の回帰移送点を有する回帰移送構造を有する。
【００１１】
特許文献９は、プラスチック材料で構成されたシール要素、特にＰＴＦＥ化合物で構成されたシール要素を有するラジアルシャフトシールリングを記載している。このシールリングは、シャフトの表面に中間側部においてシールリング方式で部分的に保持するシールリップを有している。シールリップの中間側部には、シャフトの表面において半径方向内側に向いた力による接触圧力によって、シールリップの一部分を保持する接触圧力デバイスが設けられている。
【００１２】
シール領域の背面が平滑ではない設計のエラストマーシャフトシールリングが特許文献１０に記載されている。
【００１３】
複数のリップを有するシャフトシール材であって、リップの１つが凹状の隙間を有するものが特許文献１１から公知である。
【００１４】
したがって、公知のラジアルシャフトシールリングには、流体の回帰移送およびシールが動的状態をもたらすように、回転シャフトに同調した流体をシール媒体側またはシールされる場所への方向において軸方向にそれぞれ逸らす効果を奏すべき、いわゆる回帰移送構造がしばしば設けられている。ある領域までゴムで構成されたラジカルシャフトシールリングの場合における当該原理は、ゴム材料自体が摩擦によって回帰移送構造を形成するので、明確に形成された回帰移送構造がなくても機能する。
【００１５】
シールされる物体に面するシール面にこのような回帰移送構造が設けられている公知のシールリング、または回帰搬送構造が自己作用形式で構成されているシールリングは、ほとんどの場合、ゴムに基づく材料で構成されている。しかし、ゴムシールリングの場合、ある程度高い接触圧力が要求とされている場合において、回転シャフトとの摩擦のために当該ゴムシールリングが非常に高温となり、損傷する可能性があるという事実状の問題があり。
【００１６】
この理由から、他の材料、特にたとえばポリテトラフルオロエチレンなどのより耐熱性の高い材料で構成されたシールリングを使用することが、ある程度試みられている。このことに関する例も上述している。これらの材料で構成されたシール材は、事実、熱および化学的な点でより耐性が高いが、ゴムシールリングよりも実質的に硬質であるため、これらのシールリングの場合における上記回帰搬送構造は、自己作用方式で形成されず、上記シールリングに組み込む必要があり、このことは製造および組み立て技術において非常に高い要求をもたらす。さらに、この材料のより高い硬度のために、適正状態から比較的わずかな幾何学的変形があった場合であっても、シール面または接触面がシールされる物体の上にもはや完全に保持できなくなり、そのために最適な密着性が達成されなくなり得る。
【００１７】
先行技術によると、こうしたＰＴＦＥシールリングの場合には、流体を移送して戻すための螺旋状の溝が、ある程度用いられる。上記螺旋状の溝は、回転シャフトの場合、すなわち動的シールの場合には、それなりに相応の効果を有するが、静止シャフトの場合、すなわち静的シールの場合には、流体が螺旋状の溝によって流体側またはシール媒体側の空間に流れるため、漏洩が起こり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０  ２００６  ０５８  ６９９  Ａ１号
【特許文献２】独国特許出願公開第１０  ２００７  ０３６  ６２５  Ａ１号
【特許文献３】独国特許出願公開第１０  ２０１０  ０４２  ５５５  Ａ１号
【特許文献４】独国特許出願公開第１０  ２０１０  ０６１  ８１９  Ａ１号
【特許文献５】国際公開第２０１２／０９５２２７  Ａ１号
【特許文献６】独国特許出願公開第１０  ２０１０  ０２６  １５７  Ａ１号
【特許文献７】独国特許出願公開第１０  ２００９  ０４９  ４６６  Ａ１号
【特許文献８】欧州特許第０  ５９２  ４６２  Ｂ１号
【特許文献９】独国特許出願公開第１０１  ０９  ３２０  Ａ１号
【特許文献１０】独国特許出願公開第１０  ２００５  ０３７  ５６８  Ａ１号
【特許文献１１】独国特許出願公開第１０２  ３３  ３９６  Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
したがって本発明の目的は、さまざまな動作状態においても信頼性のあるシールを保証する、シールされる物体をシールするためのデバイス、特に回転シャフトをシールするためのデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的は、本発明に従い、請求項１に記載する特徴によって達成される。
【００２１】
シール部材の剛性を変更するもので、シール部材の背面に配設される本発明による構成要素によって、本発明によるデバイスのシール部材とシールされる物体との間のシール間隙において表面圧力の不均一な分布が生じる。表面圧力の上記不均一な分布と、シール間隙内の動的状態をもたらす圧力差とによって、シール部材とシールされる物体との間の非常に狭くて一転に向かい集中する間隙がもたらされ、回転シャフトに同調する流体は、上記間隙によって軸方向に逸らされ、流体側またはシール媒体側に戻るように移送され得る。流体側またはシール媒体側の方向に目的とする方法で逸らされた流体がもたらす回帰ポンピング効果によって、動的シール効果が得られる。
【００２２】
加えて、前述のシール部材とシールされる物体との間隙の形成は、たとえばシャフトの回転の場合などの動的状態においてのみもたらされ得る。そのため、比較的小さい構成上の複雑さにより、具体的な動的応用において非常に効果的なシールを達成できる。
【００２３】
本発明によって、シール部材の剛性を変更する構成要素をシール部材の背面、すなわち上記シール部材のシール面とは反対の側面に配設することによって、シール面自体の表面は変更されないため、たとえば本発明によるデバイスを備えた機械がスイッチオフの状態にある場合など、具体的な静的応用において、上記シール面の表面は、シールされる物体の上に完全に保持され、高い密着性が達成される。
【００２４】
本発明による解決策は、その簡単な構成の設計により、それぞれの要求に容易に適用させ得るため、さまざまな応用目的で用いることができる。
【００２５】
シール部材の長手軸に対して斜めに設けられた、シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素によって、流体の流れは周縁端部から離れる方向に向けられる。「シール部材の長手軸に対して斜め」という表現は、シール部材の剛性を変更する構成要素の直線に加え円弧状または湾曲した形態を含む。ここでシールシステムの平面図では、シール部材の周縁端部がシール部材の長手軸と直交して設けられるように描かれる。
【００２６】
本発明の１つの非常に大きな利点を有する改良において、シール部材の剛性を変更する複数の構成要素を、シール部材の周囲に分散するように配設することが挙げられる。それによって、シールされる物体の周囲全体に均一なシール効果を達成でき、これは回転シャフトの場合に特別な利点が得られる。
【００２７】
シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素が、シール部材の周縁端部からスペースが空いているとき、静的シールの点で改善がもたらされる。この場合、シール部材の周縁端部は変更されないまま維持されるので、すべての具体的な応用において効果的なシールを保証する。しかし、上記スペースは必須ではなく、シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素は、シール部材の周縁端部まで設けてもよい。
【００２８】
非常に簡単な方法で実現され得る本発明の一実施形態として、シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素を、シール部材の材料の厚さの変更によって形成することが挙げられる。
【００２９】
ここで実際的な使用において具体的に関連する実施形態は、シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素が凹部として構成することで達成し得る。この種の凹部は、シール部材の製造時においてすでにシール部材に組み込むことができ、よって、非常にわずかな製造上の複雑さしか顕現化しない。
【００３０】
本発明の１つの更なる利点のある実施形態において、少なくとも１つの凹部が高さ分布を有するとき、その高さ分布は、シールすることに関し異なる要求に適合させることができ、流体を所望の方向に搬送することを達成できる。原則として、この種の分布は、周囲方向に加え軸方向においても想定され得る。
【００３１】
シール部材の剛性を変更する構成要素の効果の点で、凹部がシール部材の材料の厚さの１０〜９０％、好ましくは３０〜９０％の深さを有することで特定の利点を奏することが、ここで実証された。
【００３２】
シール部材の剛性を変更する構成要素を凹部とした実施形態に対して、代替的または付加的に、シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素を隆起部とした構成を提供することができる。こうした隆起部もシール部材の製造時において生成でき、シール部材とシールされる物体との間に存在する表面圧力に対する所望の効果を奏し得る。
【００３３】
シールすることに関する異なる要求に対して隆起部を適合させることができるように、少なくとも１つの隆起部に高さ分布を持たせることを挙げることができる。よって、流体を所望の方向に搬送することを達成することができる。原則として、この種の分布は、周囲方向に加え軸方向においても想定され得る。
【００３４】
ここで隆起部がシール部材の材料の厚さを５〜１００％、好ましくは２５〜１００％超えているときに所望のシール効果が達成され得る。
【００３５】
シール部材の材料の厚さの変更に対して、付加的または代替的に、シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素を、シール部材の材料とは異なる材料によって形成することも可能である。こうした材料の置換によっても、シール部材とシールされる物体との間の表面圧力に対する影響を与えることができる。１つの同じシール部材に対して、ここでは、シール部材の剛性を変更する構成要素を形成するための異なる実施形態を組み合わせることが可能である。
【００３６】
「シール部材の長手軸に対して斜め」という表現は、特にシール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素が、平面図において、シール部材の長手軸に対して０．１°から８９．９°、または−８９．９°から−０．１°の角度で斜めに設けられるときに、具体的な効果を持って示される。この方法で、シールされる流体が軸方向に逸れることによって所望のシール効果が達成され得る。
【００３７】
特定の応用に対しては、シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素を複数の幾何学的基本形状で構成することが有利となり得る。上記幾何学的基本形状は、傾斜、円弧、円、または任意に想定され得る形状の１つまたは複数で構成され得る。
【００３８】
本発明の有利を有する更なる実施形態は、シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素が、平面図において、シール部材の長手軸に対して正の角度で斜めに設けられ、更にシール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素が、平面図において、前者とは反対側にシール部材の長手軸に対して斜めに設けられるよことで提供され得る。これは、本発明によるデバイスを特定のシーリング要求に適合させることを可能にする。
【００３９】
シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素が２つの傾斜を有し、その一方が、平面図において、シール部材の長手軸に対して正の角度を有し、他方が、平面図において、シール部材の長手軸に対して負の角度を有するとき、特定の応用の場合において、利点を有するシールを提供することができる。
【００４０】
さらに、シール部材の剛性を変更し、かつシール部材の周囲に分散されるように配設された構成要素の少なくとも１つが、平面図において、シール部材の剛性を変更するその他の構成要素と反対の方向においてシール部材の長手軸に対して斜めに設けられる場合、すなわち正および負の角度をもって設けられる場合、当該デバイスは、回転シャフトの２つの異なる回転方向に対して用いることができる。
【００４１】
シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素が、シール部材の周縁端部から離れながら広がっているとき、流体を所望の方向に搬送することに関して特別な利点を有する本発明の実施形態となる。原則として、シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素の２つの側方周辺部の平行な分布も想定され得る。
【００４２】
さらに、ポリテトラフルオロエチレンを含むシール部材を提供することができる。特に、ＰＴＦＥシール材の場合に流体の回帰搬送の点での問題がしばしば起こるので、本発明による解決策は、特にＰＴＦＥシール材において興味深いものである。原則として、シール材に通常用いられる他の材料においても、本発明による解決策が用いられ得る。
【００４３】
シール部材が、シール面において実質的に平滑になるように構成されるとき、これは、一方で、製造技術の点で簡単な実施形態であり、他方、シールすべき場所の確実な基本シールが保証する。「平滑」という表現は、シール部材のシール面における面に如何なる機構も組み込み或いは適用されていない実施形態を意味する。よって原則として、これは、元の状態においてそれぞれ平面または平坦であるシール面であり、使用または組み立てによって生じたシール部材の湾曲や屈曲は考慮しない。
【００４４】
加えて、凹部または隆起部としてのシール部材の剛性を変更する構成要素の実施形態に対して、代替的または付加的に、シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素が空洞として構成される場合、本発明によるデバイスの有利な効果を奏し得る。こうした空洞または中空部もシール部材の製造時において生成でき、シール部材とシールされる物体との間に存在する表面圧力に対し所望の効果を奏し得る。
【００４５】
ここで、空洞がシール部材の材料の厚さの２０％から８０％を占めているときに所望のシール効果を奏し得る。
【００４６】
空洞に対して、付加的または代替的に、空洞にも付加的な材料を充填することができる。
【００４７】
以下に、図面によって本発明の例示的実施形態を概略的に示す。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるデバイスの第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩにおける拡大図である。
【図３】本発明によるデバイスの第２の実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明によるデバイスとシールされる物体との間の接触領域を示す図である。
【図５】本発明によるデバイスの第３の実施形態を示す図である。
【図６】図５の線ＶＩにおける拡大図である。
【図７】本発明によるデバイスの第４の実施形態を示す図である。
【図８】図７の線ＶＩＩＩにおける拡大図である。
【図９】本発明によるデバイスの第５の実施形態を示す図である。
【図１０】図９の線Ｘにおける拡大図である。
【図１１】本発明によるデバイスの第６の実施形態を示す図である。
【図１２】図１１の線ＸＩＩにおける拡大図である。
【図１３】図１２の実施形態に対する代替案を示す図である。
【図１４】本発明によるデバイスをさらに示す図である。
【図１５】シール部材の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素を形成するためのさまざまな幾何学的基本形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１は、シールされる物体２、本件の場合、長手軸３の周りを回転するシャフト２ａをシールするためのデバイス１を示す。デバイス１は、シールされる物体２に面し、その物体と部分的に接触するシール面４ａと、シールされる物体２から離れる方向に向いた背面４ｂとを有するシール部材４を有する。シール部材４は、その物体２から離れる方向に向いた端部において、部品５（概略的にのみ示す）に保持される。部品５は、たとえば回転シャフト２ａが装着されるハウジングでもよい。もちろん、デバイス１に関する他の設置可能性や応用のタイプも想定され得る。
【００５０】
図１、４、６、８、および１０に示されるデバイス１のスリーブ型の設置態様は、純粋に例示的なものとみなされるべきであり、設置方向並びに部品５に対する上記デバイス１及び対象物２の配置の点で、デバイス１は、以下に記載されるシールを達成するために原則としてさまざまな方式で設置または配置され得る。原則として、シール部材４が広がることにより物体２において周囲に力が生じるようなシール部材４のすべての幾何学的形状が想定され得る。
【００５１】
図１および特に図３の斜視図にみられるとおり、シール部材４は、その背面４ｂに、シール部材４の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素６を有する。シール部材４の剛性を変更するものであって、簡略化のために以下においては単に構成要素６と称する構成要素６は、さまざまな方法で構成でき、そのいくつかを以下に説明する。本明細書に記載されるデバイス１のすべての実施形態において、複数の構成要素６が設けられている。これらの構成要素は、シール部材４の背面４ｂに配設されるため、上記構成要素は「背部構造」とも呼ぶことができる。原則として、デバイスが構成要素６を１つだけ有する実施形態も想定され得る。
【００５２】
よって、シールされる物体２と接触しているシール部材４の領域には、構成要素６によって剛性の変化が与えられ、上記剛性の変化は、シールされる物体２に作用するシール部材４の表面圧力に影響し、そして同様にシール部材４とシールされる物体２との間の間隙形成に影響する。このように、上記構成要素６が、シール部材４とシールされる物体２との間の表面圧力を変更するように構成されることは、すべての実施形態に共通する特徴である。よって、変動する表面圧力は、シール部材４の表面によってもたらされ、シールされる物体２との接触状態において生じる。構成要素６は、当該領域に特定のくさび形の間隙が局部的に生じるように、または、デバイス１によって特定の領域に保たれるべき液体であって、当該領域に運び戻され得る流体が、シャフト２ａの回転によりその周囲の方向に同調して流れることにより特定のくさび型の間隙が局部的に構成されるように、シールされる対象物２に対するシール部材４の表面圧力に影響を与える。この流体は、たとえば油または別の液体、選択的には気体であってもよい。図面における例示は、それぞれの場合においてもデバイス１の左側の領域である。この領域は、たとえば、ハウジングまたは部品５の内部空間５ａを形成する。さらに、シール部材４がシール面４ａにおいて実質的に平坦になるように構成されることは、すべての実施形態に共通する要素である。このことは必須ではなく、シール部材４は、シール面４ａにおいて特定の構造を持つこともできる。
【００５３】
シール部材４は、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）で構成される。しかし原則として、たとえばエラストマーなどの他の材料で構成されたシール部材４においても、シール部材４の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素６が用いられ得る。たとえば、シール部材４は、ポリウレタンでも構成され得る。他のものを排除するものではないが、可能性のあるさらなる材料または材料の組み合わせとしては、それぞれ、ＮＢＲ、ＦＫＭ、ＡＣＭ、ＶＱＭ、ＰＥ、ＰＥＥＫ、それぞれの場合における、それらの組み合わせおよびコーティング及び／または、たとえばカーボンブラック、プラスチック材料、ケイ酸塩、および類似物などの充填剤を有するものでものよい。
【００５４】
図３において、シール部材４の剛性を変更する複数の構成要素６は、シール部材４の周囲に分散されるように配設されている。しかし、図３による構成要素６の数および分布は、純粋に例示的なものとみなされるべきであり、それぞれの特定の応用によって異なる態様で具現化され得る。
【００５５】
さらに、図面に示されるすべての実施形態の場合において、構成要素６は、部品５の内部空間５ａに向かうシール部材４の周縁端部７から上記構成要素６がスペースを空けて配設されている。しかし、これは必須ではなく、構成要素６は、選択的にシール部材４の周縁端部７まで配設してもよい。周縁端部７の領域におけるシール部材４は、シールされる物体２上に均一に載っているため、構成要素６と周縁端部７とのスペースによって、流体の漏洩が防止される。
【００５６】
図１〜３ならびに図４および図５に示される実施形態の場合においては、構成要素６は、シール部材４の材料の厚さの変更によって構成される。
【００５７】
図１〜３の実施形態の場合においては、シール部材４の剛性を変更する構成要素６は、凹部６ａとして具現化されている。少なくとも１つの凹部６ａによって、またはシール部材４の周囲に分散されるように配設された凹部６ａによって、この領域におけるシール部材４の剛性の低下が達成される。凹部６ａ、および上記凹部６ａの領域において凹部６ａによってもたらされる剛性の低下とにより、構成要素６の間のそれぞれの領域は、より大きな剛性を有することになる。少なくとも１つの凹部６ａは（図示されていない形態で）、高さ分布を有することができ、たとえば、上記凹部６ａの高さまたは深さにおいて異なるレベルを有し得る。こうした分布は、軸方向に加え周囲方向でも想定され得る。
【００５８】
凹部６ａは、好ましくはシール部材４の材料の厚さの１０〜９０％、より具体的には３０〜９０％の深さを有する。たとえば、シール部材４が２ｍｍの材料の厚さを有するとき、凹部６ａの深さは１〜１．６ｍｍである。シール面４ａの領域を保持し、かつシールされる物体２と接触しているシール部材４の材料は、この場合において、０．４〜１ｍｍとなる。本明細書におけるこれらの事項は、もちろん純粋に例示的な表示である。
【００５９】
構成要素６を形成するこのような凹部６ａは、シール部材４の製造時において、すなわちその一次成形において生成することができる。シール部材４の一次成形は、たとえば焼結または射出成形などによって行われ得る。代替的に、構成要素６はエンボス加工、フォーミング加工、除去機械加工、またはレーザー機械加工によっても生成できる。
【００６０】
図２において、構成要素６によってもたらされるシール部材４とシールされる物体２との間の表面圧力の変化は、等圧線、すなわち同一圧力の線、またはこの場合においては同一表面圧力の線により拡大して示されている。この図２は、図１に示される構成要素６によってもたらされる等圧線を示す。等圧線からは、シール部材４とシールされる物体２との間の圧力分布によって、漏洩流体または漏洩しそうな流体が、それぞれ内部空間５ａの方向に逸らされ、運び戻され得ることが分かる。図２の拡大図において、構成要素６の分布も示されている。上記分布は、さらに図１からも得ることができ、図１〜３の実施形態の場合には、図３の斜視図からも得ることができる。シール部材４の剛性を変更する構成要素６は、シール部材４の周縁端部７から離れながら広がっていることが分かる。反対に、構成要素６、または図１〜３の実施形態の場合の凹部６ａは、周縁端部７に向かって先細りになっている。これは、シール部材４の剛性を変更する構成要素６の特に効果的な実施形態である。しかし、シール部材４の剛性を変更する構成要素６の２つの側方周辺部が、互いに平行となるように構成される実施形態も想定され得る。
【００６１】
さらに、凹部６ａは、平面図において、回転シャフト２ａの長手軸３に対して斜めに設けられており、この場合の上記長手軸３はシール部材４の長手軸も表している。構成要素６のこのような分布によって、シール部材４とシールされる物体２との間にくさび形状の間隙がもたらされ、それによって流体が運び戻され得る。言い換えると、構成要素６のこの実施形態によって、流体の流れが周縁端部７に向かう方向に向けられる。選択的には、デバイス１を回転シャフト２ａの２つの異なる回転方向に対して用いることができるように、構成要素６のいくつかを、図示される構成要素６の斜めの位置とは反対に配設することも可能である。
【００６２】
特別な応用に関しては、シール部材４の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素６が、複数の幾何学的基本形状で構成すされることが有効となり得る。上記幾何学的基本形状は、傾斜、円弧、円、または任意の想定され得る形状の１つまたは複数で構成され得る。他のものを排除するものではないが、可能性のある幾何学的形状を図１５に示す。図ａ〜ｄは、シール部材４の剛性を変更する構成要素６がどのように設計され得るかに関し、簡単な幾何学的形状を示す。図ｅ〜ｈは、組合された円弧または組合された直線で構成されるシール部材４の剛性を変更する構成要素６を示す。図ｉは、平面図において、シール部材４の長手軸に対し正または負の角度によって確率的方式で分散されるように配設されたシール部材４の剛性を変更する構成要素６を示す。図ａ〜ｉは、平面図において、シール部材４の長手軸に対して非対称である。他のものを排除するものではないが、図ｊ〜ｏに示されるような、シール部材４の剛性を変更するものであって、例示的に示される非対称の構成要素から組み立てることができる対称な構成要素６も想定され得る。図ｐは、シール部材４の剛性を変更するものであって、平面図において、シール部材４の長手軸に対する正および負の角度によって確率的方式で分散されるように配設された構成要素６を示す。他のものを排除するものではないが、図ｑおよびｒに対応する組み合わせも想定され得る。構成要素６は、重なり合ってもよく、連続的であってもよく、また、さまざまな幾何学的形状から形成されてもよい。
【００６３】
長手軸３の方向における構成要素６の長さの機能である、結果として得られるシール間隙の高さと長手軸３の方向におけるシール間隙の長さとの比率は、非常に低くでき、それはたとえば１：１００から１：１００００の間とすることができる。したがって、長手軸３の方向における構成要素６の長さは数ｍｍとなり得る。
【００６４】
図４は、デバイス１またはシール部材４のそれぞれと、シールされる物体２またはシャフト２ａとの間の接触領域を示す。図４における等圧線Ａとして識別される不均一な圧力分布は、シール部材４の背面４ｂにおける上述した背面構造によってもたらされる。シャフト２ａの回転に同調する流体は、この不均一な圧力分布によって軸方向に逸らされ、シールされる空間の方向、この場合はシール面の方向に運ばれ得る。これは、「Ｂ」を付した矢印によって示される。それによって、動的状態すなわちシャフト２ａの回転中のシール効果が確実になる。
【００６５】
図５および図６に示される実施形態の場合、シール部材４の剛性を変更する構成要素６は、隆起部６ｂとして構成される。少なくとも１つの隆起部６ｂによって、またはシール部材４の周囲に分散して配設された隆起６ｂによって、この領域におけるシール部材４の剛性の増加がもたらされる。剛性が増加する場合、シールされる物体２に対するシール部材４の表面圧力の増加がもたらされ、構成要素６の間に回帰搬送構造が生成される。少なくとも１つの隆起６ｂは（図示されていない形態で）、高さ分布を有することができ、たとえば、上記隆起部６ｂの高さまたは深さに関して異なるレベルとすることができる。こうした分布は、軸方向に加え周囲方向でも想定され得る。
【００６６】
図１〜３の実施形態による凹部６ａと類似の態様で、隆起部６ｂも周縁端部７から離れるに従い広がっている。さらに、隆起部６ｂも回転シャフト２ａの長手軸３に対して斜めに設けられており、上記長手軸３はシール部材４に対する長手軸も表している。
【００６７】
シールされる物体２に対するシール部材４の表面圧力の変更に関連して所望の効果が達成されるように、隆起部６ｂは、好ましくは、シール部材４の材料の厚さを５〜１００％、より具体的には２５〜１００％上回る。２ｍｍの材料の厚さを有するシール部材４の場合、これは隆起部６ｂの高さが０．５〜２．０ｍｍであることを意味する。したがって、この場合の隆起部６ｂの領域におけるシール部材４の材料の厚さは、２．５ｍｍから４．０ｍｍとなる。もちろん、これらの示唆は純粋に例示的なものとみなされるべきである。シール部材４の実際の材料の厚さを超える超過隆起部も想定され得る。
【００６８】
図６は、図２と類似の方法で、シール部材４とシールされる物体２との間の表面圧力を示す等圧線を示す。この図面には、構成要素６を形成する隆起部６ｂの分布も現れている。
【００６９】
隆起部６ｂは、凹部６ａと類似の方法で、上述のとおりシール部材４の一次成形においてすでに生成され得る。隆起部６ｂは、シール部材４に付加的な材料を用いることによっても生成することができる。
【００７０】
図７および図８に示されるデバイス１の実施形態の場合においては、シール部材４の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素６は、シール部材４の材料とは異なる材料６ｃによって形成されている。この場合の材料６ｃは、構成要素６の領域におけるシール部材４の剛性の増加がもたらされるように、シール部材４の材料よりも高い剛性を有する材料である。それによって、隆起部６ｂと類似の形態で、シール部材４とシールされる物体２との間の表面圧力への影響を奏し得る。
【００７１】
材料６ｃを組入れるために、たとえば、シール部材４に隙間を生成してもよく、材料６ｃはこの隙間に組入れいることができる。しかし、たとえば鋳造、焼結、加硫、または任意のその他の好適な方法により、上記シール部材４の製造時においてすでに材料６ｃをシール部材４に組入れることも可能である。選択的には、繊維状の材料を材料６ｃに用いることもでき、上記繊維状の材料も同様に一次成形において上記材料６ｃに組入れることができる。材料６ｃは、隆起部６ｂと類似の方法で、シール部材４に付加的な材料を組入れるることによっても生成され得る。
【００７２】
シール部材４とシールされる物体２との間の表面圧力、および長手軸３に対して斜めに周縁端部７から離れながら広がっている構成要素６の分布を示すことができる等圧線が、図８において図２と同様の方法で示されている。
【００７３】
一方の図５および図６の実施形態と、他方の図７および図８の実施形態とを組み合わせたものを図９および図１０に示す。シール部材４の剛性を変更する構成要素６は、ここでも隆起部６ｂによって形成され、この場合の隆起部６ｂは材料６ｃを含むか、または材料６ｃで構成される。そのため、すでに上述したとおり、シール部材４とシールされる物体２との間の表面圧力に影響を与える剛性の増加が、ここでも構成要素６の領域、またはシール部材４の周囲に分散されるように配設される構成要素６の領域にもたらされる。シール部材４の基本材料よりも高い剛性を有する材料６ｃを用いることによって、隆起部６ｂの高さが潜在的に低減され得る。
【００７４】
シール部材４とシールされる物体２との間の表面圧力を表す等圧線が、図１０において同様に示されており、ここでも長手軸３に対して斜めに周縁端部７から離れながら広がるように具現化された構成要素６の分布が再び示されている。
【００７５】
図１１〜１３に示されるデバイス１の実施形態は、シール部材４の剛性を変更する構成要素６が、シール部材４の材料とは異なる材料６ｃによって形成されているので、図７および図８による実施形態と類似するものである。ここで、それぞれの領域においては、使用される材料によって、シール部材４の剛性の低下または増加が達成され得る。シール部材４の材料よりも低い剛性を有する材料６ｃが用いられるときは、それぞれの構成要素６の領域における剛性の低下がもたらされる。反対に、シール部材４の材料よりも高い剛性を有する材料６ｃが用いられるときは、それぞれの構成要素６の領域における剛性の増加がもたらされる。
【００７６】
ここで図１２は、それぞれの場合においてすでに上述した等圧線によって、剛性の増加、すなわちシール部材４とシールされる物体２との間の表面圧力が増加する場合を示しており、図１３は剛性の低下、すなわちシール部材４とシールされる物体２との間の表面圧力が低下する場合を示している。図１１、図１２、および図１３の実施形態の場合にも、構成要素６は、周縁端部７から離れながら広がっており、さらに長手軸３に対して斜めに配設されている。
【００７７】
シール部材４の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素６は、空洞として構成することもできる。こうした空洞は、たとえば、シール部材４の材料の厚さの２０％から８０％を占めることができる。空洞には、さらに、付加的な材料を充填するようにしてもよい。
【００７８】
図１４は、シール部材４の長手軸を構成する回転シャフト２ａの長手軸３に対して斜めになっている凹部６ａの分布を強調する図面として、再度、図３のデバイスを示している。ここでシールシステムの平面図は、シール部材４の周縁端部がシール部材４の長手軸と直交して設けられていることを明確に示す。上述したシール部材４の長手軸に対する傾斜角度の定義は、上記図面から得ることができる。図１４の例示はもちろん、シール部材４の剛性を変更する構成要素６として隆起部６ｂまたは空洞が用いられる場合にも容易に転用され得る。
【００７９】
ここで平面図におけるシール部材４の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素６は、好ましくは、シール部材４の長手軸に対して０．１〜８９．９°、または−８９．９°から−０．１°の角度で斜めに設けられる。
【００８０】
シール部材４の剛性を変更する構成要素６は、平面図において（図示していない形態で）シール部材４の長手軸に対して正の角度で斜めに設けてもよく、更にシール部材４の剛性を変更する構成要素６は、平面図において、前者の反対側にシール部材の長手軸に対して負の角度で斜めに配設されてもよい。
【００８１】
さらに、シール部材４の剛性を変更する少なくとも１つの構成要素６が、２つの傾斜を有し、その一方が、平面図において、シール部材４の長手軸に関して正の角度を有し、他方が、平面図において、シール部材４の長手軸に関して負の角度を有することは想到し得る。
【００８２】
図示されていないが容易に想到し得るデバイス１の実施形態としては、連動して回転するシールリングに加え外部シールリング、すなわち部品５またはハウジングに関してシールするリングも含む。さらなる実施形態としては、軸方向にシールできるように設計され得る。直進運動の場合には、間接的構造によるシール効果の改善も想定され得る。
【００８３】
シール部材４は、異なる製造方法によって生産され得る。一次成形法の場合は、焼結、鋳造、たとえば射出成形、加硫、露出、エッチング、および重合、ならびにすべてのラピッドプロトタイピングおよび付加製造法が適切である。成形の点で、シールリングは、エンボス加工、スタンプ、鍛造、真空成形、ブロー成形、またはプレス加工され得る。可能なサブトラクティブ製造法としては、ミリング、ボーリング、レーザー機械加工、切削、接着結合、パンチングを含む。可能な接合方法としては、接着結合、ラミネート、メッキ、はんだ付け／ロウ付け、または溶接を含む。
【００８４】
デバイス１の機能的原理は、材料の除去、材料の添加、材料の再分配、たとえばエンボス加工、材料の改変や、補強、軟化、充填剤の使用、織布補強、発泡構造、さらに、たとえば補強、軟化、充填剤の使用、織布補強、発泡構造、異なる材料の使用や、たとえばラミネート、および／または、たとえばバネもしくは圧縮部材などの外力の効果などによっても実現し得る。
【００８５】
ここで記載されるシール部材４の実施形態の詳細は、原則として特定の組み合わせに対する明白な理由がない限り、任意の形態で互いに組み合わせることができる。したがって、１つの同じシール部材４上で、構成要素６の一部が凹部６ａとして具現化され、別の部分が隆起部６ｂとして具現化されることも可能である。シール部材４の材料とは異なる材料６ｃとの組み合わせも想定できる。構成要素６の数、配置、および実施形態は、それぞれの具体的な応用に適合され得る。
【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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【図９−１０】
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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１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１５ｄ】
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【図１５ｅ】
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【図１５ｆ】
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【図１５ｇ】
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【図１５ｈ】
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【図１５ｉ】
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【図１５ｊ】
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【図１５ｋ】
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【図１５ｌ】
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【図１５ｍ】
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【図１５ｎ】
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【図１５ｏ】
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【図１５ｐ】
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【図１５ｑ】
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【図１５ｒ】
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