JPH0621664B2

JPH0621664B2 - 高圧用ならいシヤフトシ−ル

Info

Publication number: JPH0621664B2
Application number: JP60173974A
Authority: JP
Inventors: ウイリアム・エム・ライリ・ジユニア
Original assignee: Chicago Rawhide Manufacturing Co Inc
Current assignee: Chicago Rawhide Manufacturing Co Inc
Priority date: 1984-08-09
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1994-03-23
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: MX165918B; US4560177A; CA1256910A; GB8519886D0; DE3526699C2; AU4459985A; SE458470B; GB2162909B; FR2568970B1; SE8503461L; IT1183916B; FR2568970A1; AU583523B2; SE8503461D0; IT8567716A0; JPS61112865A; DE3526699A1; GB2162909A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、主に流体シールに関し、特に、被シール部
材がシール開口を通って軸方向に往復運動や摺動運動を
行う場合のような、高圧環境下において適用するシール
に関する。

例えば、自動車のパワーステアリング装置のように最近
の油圧装置は、高圧になり制御状態が厳しくなってきて
いるので、従来のシールでは耐えられない場合が少なく
ない。

特定の圧力で制御される他の装置も、運転速度が速くな
り、また運動範囲が広くなるに伴って条件が次第に厳し
くなってきている。例えば、軸とその軸の径方向にリッ
プを設けたシールがある。この場合の軸は、シールの開
口を通って軸方向に運動し、シールのリップ部分には、
時には３MPaから７MPaを越える圧力の流体が作用する。

この様な状況の下では、潤滑が十分に行われなかったり
漏洩を生じたりすると、被シール部分のシールそのもの
にシビヤ摩耗を生じる。油圧装置を含む潤滑される装置
は全て、漏洩を生じて潤滑流体や作動流体が完全に無く
なると、深刻な故障をもたらす。

摩耗と引きずり（drag）が少なく、シール効果が低下す
ることのないシールの開発が望まれている。

本発明は、シールケーシングの径方向内部に結合された
シールリップ本体を形成している空気側と油側を有する
リップ部分があり、シールリップのいわゆる空気側が多
数のリップによってシール面を形成するように成形され
ており、圧力がかかるとたわみが調節され、潤滑液の保
持性が優れている改良型ラジアルリップシールを提供し
ようとするものである。

本発明は、シールケーシングと、このシールケーシング
に結合されたエラストマ製リップ本体とを備え、このリ
ップ本体が環形状であり、ほぼ円形で周方向の帯状シー
ル部に沿って空気側円錐台形面と交わる油側円錐台形面
を有しており、空気側円錐台形面に、輪郭が滑らかで、
内径が漸増し、潤滑液保持溝をはさんで互いに離間して
軸方向に間隔をおいて配列されている一連のリブがあ
り、シール領域内の圧力が上昇するのに伴ってこのリブ
とシールされ往復運動する軸との間の接触が強くなり、
これによって本体全体が軸と密着してシール係合する流
体シールを提供する。

以下、添付図面に基づいて本発明をさらに詳しく説明す
る。図面において、同じ部材は、同じ番号で示す。

本発明に係るシール装置は、例えば、パワーステアリン
グ装置に適用される。このパワーステアリング装置で
は、加圧されるべきパワーステアリングハウジングの中
にシール装置が組付けられ、往復運動部材は、自動車用
パワーステアリングのラックとピニオン歯車列のラック
端部として機能する。

第１図に詳細に示したように、本発明のシール２０は、
ハウジング（第１部材）２２の中に組付けられている。
またシール２０は、ハウジング２２の中に形成されたシ
ールケーシング収納溝２４に保持され、また、固定リン
グ溝２８の中に配置された止め輪２６（または同等物）
によって収納溝に保持されている。

シール２０は、エラストマ製の環状シールリップ本体２
１と環状シールケーシング３０を備えており、この環状
シールケーシング３０は、軸方向環状フルンジ３２と、
終端が径方向内縁（つまりシール本体との接続部）３６
になっている径方向環状フランジ３４とを有している。

シールケーシングの外周３８は、ハウジング２２のシー
ルケーシング収納溝２４の中に流体密に受け入れられて
いる。シールケーシング収納溝２４での密な封止を実現
する為に、ゴム製の外周スリーブなどの補助的シール
（図示せず）を使用しても良い。環状シールリップ本体
２１には、結合部分４０と、シール領域内の流体に接触
する内面部分４２があり、この内面部分４２には、既知
の様式で環状シールリップ本体の周囲に広がり、ガータ
スプリング４６を嵌めるに適した形の環状スプリング溝
４４を備えている。

シールは、さらに、いわゆる「削り取り」残部（“pick
trim” residue）５０から径方向内側に向かってい
るほぼ円錐台形の油側円錐台形面４８があり、この油側
円錐台形面４８は、空気側円錐台形面５２と交わって、
ほぼ円形の帯状の主シール部５４を形成している。シー
ルの空気側で、帯状主シール部５４の軸方向外向きに
は、第１補助シールリブ５６があり、この第１補助シー
ルリブ５６は、周方向の流体保持溝５８によって帯状主
シール部５４から隔てられている。第１補助シールリブ
５６から軸方向および径方向外側に設けられている流体
保持溝６０は、第１補助シールリブ５６と第２補助シー
ルリブ６２とを隔てている。好ましくは、さらにもう１
つの流体保持溝６４を備えて第２補助シールリブ６２と
第３補助シールリブ６６を隔てるとよい。

次に、第２図に示したように、補助シールリブ５６，６
２，６６の最内側面６８，７０，７２は、帯状主シール
部５４から軸方向外向き遠ざかるに従って直径が漸増し
ている。「軸方向外向き」とは、シール領域（第１図，
第２図の５５番）の内部から隔てられ、外部である空気
側（第１図，第２図の５７番）に向かうことを意味す
る。

「径方向外向き」というのは自明であるが、径方向外側
に作用するリップシールではなく、シールされる部材が
シールの中心を通るような適用例において、直径が漸増
していく向きを特に意味する。

第２図に示したように、補助シールリブ５６，６２，６
６の最内面６８，７０，７２はシール本体の主要部分
（第２図において７５番の破線で示す）にほぼ平行であ
る。リブに接している第２図の対応線７６は、ほぼこれ
に平行であり、被シール部材の軸に平行な想像水平軸線
７８と所定の角度（θ）を成している。シール関係の用
語としては、シールリップ本体の空気側部分の角度はし
ばしば「バレル角（barrel angle）」と呼ばれる。こ
の場合のバレル角は、シール本体全体の角度、あるいは
補助シールリブの各々の最内直径上の一連の点によって
形成される角度である。

再び第１図を参照すると、図示された装置において、被
シール部材は、主帯状シール部５４と接触して主シール
部を形成する外面部分８２を有しているラックの往復運
動する軸（第２部材，シャフト，ロッド）８０である。
矢印８４で示すとおり、シールを必要とする運動は軸方
向運動であり、拭き取り型のシール作用を生じさせる。

さて、第３図を参照すると、そこには、線７５，７６，
７８の間の角度の関係が記載されている。同様に、組付
け時、最内側リブ５６を最内側面６８と共に被シール軸
８０の表面から僅かに隔てて位置させても良いという事
実も記載されている。そのため、主帯状シール部５４と
軸の面８２との間にはいわゆる「残存干渉（residual
interference）」がわずかに存在する。

第４図を参照すると、事実上、幾分、図式的ではある
が、主帯状シール部５４は軸の面８２に接触しており、
第１補助シールリブ５６もやはりこの面に接しており、
主帯状シール部５４と第１補助シールリブ５６間の流体
保持溝５８は幾分平坦になっていることが明らかとな
る。第４図は中程度の圧力がかかっている装置を示して
いるが、線７５，７６は環状シールリップ２１が全体的
に円筒形の断面になるにつれて角度が小さくなるように
示されている。

第５図は、本発明のシール２０を軸８０に装着し、シー
ル領域５５内に高い圧力が発生し、主帯状シール部５４
ならびにすべての補助シールリブ５６，６２，６６が軸
８０の面８２に接触している状態を示す。

第５図はまた、矢印で示したように油圧が環状シールリ
ップ本体２１の面４２に作用するため、シール本体が撓
み、その角度が非常に小さく、シール本体全体が軸に密
着する状態を示している。更に、この図は、流体保持溝
５８，６０，６４が相当量の液体をその中に蓄積し、潤
滑の目的でこの液体を保有している旨を示している。こ
のことは、特に高圧力下において、摩耗を好ましく減少
させる。主帯状シール部５４の幅は“Ａ”であり、各々
補助シールリブ５６，６２，６６で形成されている帯状
シール部は、幅“Ｂ”、“Ｃ”、“Ｄ”が漸減してい
る。そのため、内側に最も近く、直径の一番小さい第１
補助シールリブ５６は平たくなって“Ｂ”のようにな
り、軸との接触幅が相当大きい。第２補助シールリブ６
２も平たくなって軸と接触するが、帯状シール部の幅が
幾分小さく“Ｃ”のようになり、直径が最大の第３補助
リップ（リブ）６６は軸と接触する部分の接触幅が
“Ｄ”のようにさらに小さくなっている。

以上の説明から、圧力が上昇するのに伴って軸シールが
変形して軸に接触するが独特な撓み作用の故に、接触パ
ターンが、漸増幅であり、かつ離間リブによって確保さ
れ、リブとリブの間に潤滑流体が保持されることが分か
る。リブとリブ間に溜まる潤滑流体の量は多くはない
が、相当量であり、この潤滑流体はシールされる軸の表
面に沿ってほとんど常に存在している。このような溝や
リブがなければ、このような油圧装置において発生する
高圧によって流体が主リップの下から押し出され、シー
ル力が大きくなって許容限界を越えることが知られてい
る。これと潤滑流体の枯渇が組合わさると、既知のシー
ルでは早期破損を生じる。

しかし本発明によれば、本発明のシールの段階的作用に
よって潤滑流体が保持され、この重要部分から潤滑流体
が押し出されるのが阻止されるのみならず、荷重が段階
的に配分され、所要のシール力が維持され、より多くの
リップ（リブ）に配分されることにより異常な昇圧や不
当な応力集中が阻止される。

さらに、第１図、第２図に示されるような本発明の別の
特徴として、米国特許第３４９５８４３号に開示されて
いるようなタイプのナイロンリングなどの固定用嵌め込
み（locking insert）部材あるいは環状押出し防止部
材を嵌める特異な逆テーパ状の環状押出し防止部材溝９
０を備えることができる。このリングは、シール固有の
保持作用によって、また好ましくは補助固定リングによ
って保持することができる。本発明のシールにこの補助
リングを備えることができる。

以上詳述したように、本発明のシールは、性能、信頼性
が著しく向上し、摩耗が著しく少ないものであり、本明
細書に紹介したような高圧装置においても十分なシール
能力を維持することが確認されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のシールの部分拡大縦断面図である。第２図は、第１図のシールの部分図であり、成形時にお
けるシールの構成部材の位置を示す。第３図は、第２図と同様の断面図であるが、さらに拡大
してあり、使用開始時の状態のシールを示す。第４図は、第３図と同様の図であり、使用途中の状態の
シールを示す。第５図は、最大圧力がかかっている状態のシールをさら
に拡大して示す。２０……シール、２１……環状シールリップ本体、２２
……ハウジング（第１部材）、２４……シールケーシン
グ収納溝、３０……環状シールケーシング、３２……軸
方向環状フランジ、３４……径方向環状フランジ、４０
……結合部分、４４……環状スプリング溝、４６……ガ
ータスプリング、４８……油側円錐台形面、５２……空
気側円錐台形面、５４……主帯状シール部、５５……シ
ール領域、５６，６２，６６……補助シールリブ、５
８，６０，６４……流体保持溝（帯状シール部）、８０
……軸（第２部材，シャフト，ロッド）、９０……環状
押出し防止部材溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】比較的剛性のある材料で形成され、シール
すべき機械装置の第１部材の内部に嵌めて使用される環
状シールケーシング(30)と、この環状シールケーシング
の端部と接続されるエラストマ製の環状シールリップ本
体(21)との結合からなる流体シール装置(20)であって、前記シールリップ本体(21)は、ほぼ円形の軌跡に沿って
互いに会合して帯状の主シール部(54)を形成する、空気
側と油側の円錐台形面(52,48)を一部に有しており、前記シールリップ本体(21)は、前記機械装置のシール領
域(55)の流体が初圧を受けて前記シールリップ本体が弛
緩している状態で、流体密な封止係合によって、前記帯
状の主シール部に沿って、前記機械装置の第２部材と接
触しており、前記空気側円錐台形面(52)は、流体保持溝によって軸方
向に互いに離間される複数の補助シールリブ(56,62,66)
を更に備えており、この補助シールリブの個々は、前記第２部材に接触する
のに適した部分を持ち、前記帯状の主シール部(54)から
遠ざかる方向に前記第２部材からの距離が漸増するよう
形成されており、前記空気側円錐台形面(52)は、前記初圧では、前記補助
シールリブの各々の端が前記第２部材から離間するよう
に構成されており、また、前記シール領域の圧力が上昇
するにつれて、前記シールケーシングとの接続点と前記
帯状の主リップ部との間において、前記環状シールリッ
プ本体が径方向にたわみ、前記補助シールリブの端が前
記第２部材に順次に接触して、帯状シール部の接触面積
を増大させて前記補助シールリブ間の前記流体保持溝に
流体を保持するように構成されていることを特徴とする高圧用流体シール装置。
【請求項２】前記環状シールリップ本体は、前記帯状の
主シール部の径方向にほぼ一致する環状スプリング溝(4
4)と、この環状スプリング溝に嵌められるガータスプリ
ング(46)とを更に備えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体シー
ル装置。
【請求項３】前記補助シールリブの前記接触部分は、そ
の端部において、前記第２部材に接触するに適した滑ら
かな外形になっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体シー
ル装置。
【請求項４】前記シールリップ本体は、前記補助シール
リブの軸方向外側で、少なくとも一部は前記シールケー
シングの端から軸方向内側にある環状押出し防止部材溝
(90)を更に備えており、この環状押出し防止部材溝は、前記シールケーシングの
端に隣接する前記シールリップ本体の過度のたわみを防
止するべく固定用嵌め込み部材を嵌めるようにされてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体シー
ル装置。
【請求項５】前記環状シールケーシング(30)は、略Ｌ字
形の断面を有しており、前記環状シールケーシング(30)は、シールケーシング収
納溝(24)に嵌まる面を有する軸方向環状フランジ(32)
と、前記シールリップ本体と接続される前記シールケー
シングの前記端部を有する径方向環状フランジ(34)とを
備えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体シー
ル装置。
【請求項６】前記機械装置の前記第１部材(22)は、前記
第２部材(80)の径方向の外側に存在しており、前記補助シールリブの内径は、前記環状シールリップ本
体の前記帯状の主シール部から軸方向に遠ざかるにつれ
て漸増するようにされていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体シー
ル装置。
【請求項７】前記複数の補助シールリブは、少なくとも
３つの補助シールリブからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体シー
ル装置。
【請求項８】シャフト受入れ開口とシールケーシング収
納溝を有する第１部材(22)と、前記開口を通して延びるシャフトである第２部材(80)と
を備える流体機械装置であって、この流体機械装置は、前記シールケーシング収納溝内(2
4)に密に嵌められるシール取付け用フランジ部分と、シ
ール本体との接続部分とを、有する環状シールケーシン
グ(30)を備える流体シール(20)を更に備えており、この流体シール(20)は、前記接続部分(36)と結合する面
を有しているエラストマ製の環状シールリップ本体(21)
を更に備えており、このシールリップ本体(21)は、ほぼ円形の軌跡に沿って
互いに会合して帯状の主シール部(54)を形成する、空気
側と油側の円錐台形面(52,48)を有しており、この帯状
の主シール部(54)は、前記シールリップ本体が弛緩して
いる状態で前記シャフトに接触しており、前記空気側円錐台形面(52)は、軸方向に互いに離間され
る複数の補助シールリブ(56,62,66)を更に備えており、この補助シールリブの個々は、内側のシャフト接触面を
持ち、少なくとも一つの流体保有溝によって隣接するリ
ブと隔てられており、前記内側のシャフト接触面は、前記帯状の主シール部(5
4)から遠ざかる方向に直径が漸増するよう形成されてお
り、前記シールリップ本体(21)は、十分な可とう性により、
シール領域(55)内の流体の圧力が増大すると徐々にたわ
み、前記シャフト表面の潤滑を高めるべく前記流体保持
溝に流体を保持しつつ、順次に前記接触面が前記シャフ
ト表面に接触することを特徴とする流体機械装置。
【請求項９】前記環状シールリップ本体がさらに環状ス
プリング溝(44)を備え、その環状スプリング溝にガータ
スプリング(46)が嵌まっていることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の流体機械
装置。
【請求項１０】前記複数の補助シールリブが、少なくと
も３つの補助シールリブからなることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の流体機械
装置。
【請求項１１】前記環状シールケーシングが、略Ｌ字形
の断面を有することを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の流体機械
装置。