ユニット化エレメントおよびシールの組み立て方法
ローター係合部材（３６）、ステーター係合部材（３２）、およびリア部材（３４）を備えた環状のユニット化エレメント（３０）である。前記ユニット化エレメントの半径方向の外表面は、その１つがローター係合部材、残りの１つが前記リア部材と対応する、異なる直径を有する２の領域を備えている。前記ステーター係合部材は、前記環状のユニット化エレメントの半径方向の内側から半径方向の中心に向けて伸長している。回転シャフトおよびベアリングハウジング（６８）をシールするためのシーリングアセンブリは、その半径側に溝（５４）を有し、軸方向に伸長する、環状係合フランジ（５２）を備えたローター（５０）と、その半径側に溝（１４）を有し、軸方向に伸長する、環状係合フランジ（１２）を備えたステーター（１０）と、さらに、ステータ係合部材、ローター係合部材、および、リア部材を備えた環状の一体化エレメント、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する分野】
【０００１】
本発明は、回転シャフトとベアリングハウジングとの間に動的なシールを提供するラビリンス・シーリング装置、ならびに、それを組み立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１．関連出願の記載
本出願は、”ラビリンス・シール”と題して２００２年９月３０日に出願され、その全体が参照のため取り込まれる、継続中の米国仮特許出願番号６０／４１４、８６２の優先権を主張する。
【０００３】
２．関連技術の説明
ラビリンスタイプのロータリーシャフトシールは、本技術分野でよく知られている。通常、これらの装置は、ローターおよびステーターを有する２つの同心円構造を含んでいる。ローターは、回転シャフトにシール可能に係合し、ステーターは、ベアリングハウジングにシール可能に係合する。回転ローターおよび固定ステーター間の空間をシールするため、多くの異なるタイプのシールが用いられてきた。これらには、Ｏリング、ゴムのリップシール、およびラビリンス・シールが含まれている。ラビリンス・シールは、最も効果的なタイプのシールである。具体的には、ベアリングハウジング外部とベアリングハウジング内部の間に伸びるラビリンスを作り出すため、シールリングの内表面上に成形経路(contoured pathways)あるいは溝が形成される。ラビリンス経路は、ベアリングハウジング内に流体の潤滑剤を保持するとともに、ベアリングハウジング内に汚染物質が侵入しないようにするための流体力学的なバリアとして機能する。経理を複雑にすればするほど、汚染された材料が前記構造を通過しベアリングハウジングに侵入する機会は少なくなる。
【０００４】
より複雑な経路を作る一つの方法は、汚染物質が横切る表面領域を増加させる、すなわち、経路の長さを長くすることである。効率的なラビリンス・シールを達成するため、その多くが、シールを形成するため連結｛するローターおよびステーターの両側に尾根と谷を有する、複雑なシーリング構造を作っている。尾根および谷(risges and valley)の数を増加させることにより、表面領域全体／経路長も増加し、これにより、上述の汚染物質の排除という目標も達成される。比較的小さい空間およびそれについての公差を与えると、これらのフィンガーの数ならびにサイズが限定される。
【０００５】
ロータリーシャフトシールの他の側面においては、できるだけ速やかにシステム内に侵入した汚染物質を排出する必要がある。特定の物質が蓄積すると、シールを傷つけ、および／又は、ローターおよびステーターの摩耗を増加させてしまう。さらに、システムから強制排出されたいずれの潤滑液も、同様に、回収し、ローター内部に戻さなければならない。潤滑液を失うことによって、パーツが傷み、システムの摩擦熱が上昇する。
【０００６】
典型的なローターおよびステーター構造において、ローターとステーターが互いに接触するのを防止するため、最低の間隔を維持しなければならない。航空機の着陸装置、等の用途においては、ローターが約５０００回転を超える速度で回転する。かかる速度において、ロータの表面がステーター表面と接触していると、摩擦熱が生じ、コンポーネントが摩耗し、装置全体の効率が低下すると共に、その寿命も短くなってしまう。したがって、ロータとステーターを分離しておくことが重要である。
【０００７】
２つのコンポーネント間に摩擦の小さいコンタクトを設けることにより、ローターとステーター間に、それらの半径方向での分離状態を保つためゴムあるいはプラスチック装置がしばしば用いられる。ローターがステーター方向押された場合に、同じシール装置が軸方向の接触を防止することができたら有益であろう。
【０００８】
ローターがステーターから離れるよう動く場合には、逆の問題が生じる。ローターが、軸方向にステーターから離れるよう動くにつれて、コンポーネント間のギャップは広がり、汚染物質がベアリングハウジング内に侵入し、あるいは、グリースが外部に漏れだしてしまうおそれが高くなってしまう。これらの好ましくないシナリオに対し、ローターとステーターを共に効率的に固定し”ユニット化する”シールが望ましい。かかるシールは、コンポーネントを簡単に組み立てることを可能にしなければならないが、半径方向において、ローターがステーターから外れることに抵抗し、防止するものでなくてはならない。
【０００９】
従前のラビリンス・シールは、上部で、摩耗に強く、ローターとステーターをユニット化し、軸方向の移動の際にローターとステーター間の接触を防止する、効率的なシールを提供することが出来ていない。
本発明は、これらの認識されたニーズに関する。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、回転シャフトとベアリングハウジング間で動的なシールを提供するラビリンス・シールのためのユニット化エレメントおよびアセンブリを提供する。かかるユニット化エレメントは、ベアリングの潤滑剤の漏れを防止すると共に、ベアリングハウジングから汚染物質を排出する。ユニット化された、非接触構造により、軸方向の移動がなされた場合に、ローターおよびステーターの摩耗を防止することも可能である。
【００１１】
本発明の第一の側面においては、ローター係合部材、ステーター係合部材、および、リア部材を備えた環状のユニット化エレメントが提供される。前記ユニット化エレメントの半径方向の外表面は、その１つがローター係合部材、残りの１つが前記リア部材と対応する、異なる直径を有する２の領域を備え、さらに、前記ステーター係合部材は、前記環状のユニット化エレメントの半径方向の内側から半径方向の中心に向かって伸長している。
【００１２】
本発明の他の側面においては、回転シャフトおよびベアリングハウジングをシールするためのシーリングアセンブリであって、その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたローターと、その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたステーターと、ステータ係合部材、ローター係合部材、および、リア部材を備えた環状のユニット化エレメントと、を備えたものが提供される。前記ローター係合部材は、前記ローター溝に係合し、前記ローター係合部材は、前記ステーター溝に係合するため、前記ユニット化エレメントから、半径方向に伸長する。
【００１３】
本発明の他の側面においては、 回転シャフトおよびベアリングハウジングをシールするシーリングアセンブリを組み立てる方法であって、その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたローターを提供するステップと、ステータ係合部材、ローター係合部材、前記ステータ係合部材および前記ローター係合部材間に領域を有する空間、および、リア部材を備えたユニット化エレメントを提供するステップと、前記ユニット化エレメントの前記ローター係合部材が、前記ローターの環状の係合フランジの前記溝内に保持されるよう、前記ユニット化エレメントと前記ローターを係合させるステップと、その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたステーターを提供するステップと、前記ユニット化エレメントが所定位置につくまで、前記ステーター係合部材が前記空間上に屈曲し、最後に、前記前記ステーター係合部材が、前記ステーター溝の前記領域内に伸長するよう、前記ローターおよび前記ユニット化エレメントと前記ステーターを係合させるステップと、を備えたものが提供される。
【００１４】
本発明の特徴は、独特の形状に形成されたユニット化エレメントの新たなデザインである。かかるユニット化エレメントは、ローターおよびステーターの溝領域にフィットさせるため、ほぼ長方形の断面を有する環状である。前記ユニット化エレメントは、さらに、ステーター上の溝に固定可能に係合するステーター係合部材、および、軸方向の運動を防止するため、ステーターのリアウオールに接触するよう伸びる、リア部材を備えている。軸方向の運動により、ローターがステーター方向に移動した場合、ローターとステーターの摩耗が少しでも発生する前に、ユニット化エレメントは接触する。このリング上のリア部材は、ローターがステーターに接触する前に、ステーターの後ウオールと接触するよう正確に設計されている。この特徴は、メインコンポーネントの摩耗を防止するとともに、ラビリンス経路の確保を行う。
【００１５】
当業者により認識されるように、本発明に基づく、ラビリンスユニット化エレメント、ならびに、組み立て方法には、多くの異なる実施形態が可能である。本発明の追加の用途、目的、効果、ならびに、新たな特徴については、以下の詳細な説明において述べられ、以下を検討すること、あるいは、実施することにより、当業者にとってより明確になる。
【本発明の詳細な説明】
【００１６】
本発明は、回転シャフト、および、ステーターを有するベアリングハウジングとの間で用いられる、新しいユニット化エレメントを備えている。このユニット化エレメントは、ローターならびにステーターに形成された溝にフィットするため、環状のリング形状である。ユニット化エレメントは、ローターおよびステーターを一体化するとともに、分離を阻止し、運動を制限するものである。また、このユニット化エレメントは、軸方向の運動が行われる際、ローターとステーターの接触を防止するため非金属部品を提供する、リア部材を含んでいる。
【００１７】
本発明の他の側面においては、ラビリンス・シーリングアセンブリが提供される。かかるラビリンス・シーリングアセンブリは、ベアリングハウジングに係合するステーター、ならびに、回転シャフトに係合するローターを備えている。ラビリンスの通路は、いずれの方向にも潤滑剤および／または有害物質が流出しないよう、２つのコンポーネント間に定義される。かかるステーターは、溝を有し半径方向に伸びる、フランジを備えている。この溝は、ローター上の類似する溝と嵌合する。こうして生じたキャビテイー内に含まれるのは、環状のユニット化エレメントである。
【００１８】
本発明の他の実施形態においては、シーリングアセンブリを組み立てる方法が提供される。ハウジングからの潤滑剤の漏れと、ハウジング内への有害物質の侵入を防止するため、回転シャフトとベアリングハウジング間に、ユニット化エレメントが採用される。また、ユニット化エレメントは、シーリングアセンブリを一体化するとともに、ローターとステーターとの接触を阻止する。
【００１９】
ここで、本開示が、本発明の原理を例示するものにすぎないという理解のもと、特定の実施形態を用いることにより、本発明に関し、さらに説明を行う。本発明の例示的な実施形態は、様々な実施形態の同じ側面に同じ符号が配された図面に示されている。
【００２０】
図１を参照すると、本発明のユニット化エレメントは、通常、Ｏリング６４によりベアリングハウジングと密閉可能に係合するステーター１０、Ｏリング６０によりシャフトと密閉可能に係合するローター５０、ならびに、ローター５０とステーター１０間に位置するユニット化エレメント３０を含むシーリングアセンブリ内に示されている。ローターが回転すると、ユニット化エレメント３０は、当該２のコンポーネント間に低接触バッファを提供し、さらに、内部に潤滑剤を保持するとともに、有害物質をベアリングハウジング外に排出することにより、ローターがステーターと接触することを防止する。
【００２１】
ユニット化エレメントの詳細については、前記アセンブリの切り欠き図、および、ユニット化エレメントの断面図をそれぞれ示している、図２および図４で見ることができる。断面を見ると、ユニット化エレメントは、ローター係合部材３６、リア部材３４、ならびに、ステーター係合部材３２を備えている。
【００２２】
本発明のある実施形態において、ユニット化エレメントの半径方向の外部表面には、異なる直径を有する２つの領域が設けらている。この異なる直径は、リア部材３４の領域における一の直径およびローター係合部材３６の領域それと異なる直径を含んでいる。ウオール３８は、リア部材３４とローター係合部材３６間の直径の差(disparity)により形成されている。このウオール３８は、組み立て中、ローター５０内にユニット化エレメントを保持し、組み立て後に、ローター５０とステーター１０を一体化するよう機能する。本発明の好ましい実施形態において、ウオール３８は、ユニット化エレメントの軸の中間点付近に位置する。しかし、当業者であれば、ウオール３８の位置は、ユニット化エレメントに要求される機能、ならびに、ローターおよびステーターアセンブリの構成によって変動することを認識する。本発明の好ましい実施形態において、ウオール３８の位置は、回転軸とほぼ垂直である。
【００２３】
ステーター係合部材３２は、ユニット化エレメント３０の内側から放射状(radially)に伸長している。かかるステーター係合部材３２は、ユニット化エレメント３０の中間点付近からある角をなして伸長している。ステーター係合部材の長さおよび正確な位置は、関係する組み立ての容易さを考慮するとともに、ローターおよびステーター特性により変化する。ステーター係合部材は、組み立て中、屈曲するよう十分に柔軟であるとともに、シーリングアセンブリを一体化するために十分な強度を有しなければならない。ローター係合部材３６とステーター係合部材３２との間の領域により形成される空間４０が存在する。この空間４０は、ローター、ステーター、およびユニット化エレメントがシーリングアセンブリ内に一緒に移動する場合に、ステーター係合部材３２が内部に屈曲するための領域を提供する。
【００２４】
ウオール３８、リア部材３４、ローター係合部材３６およびステーター係合部材３２を含む特定の形状のユニット化エレメント３０は、自身の動作に重要であるが、これらのコンポーネント、ならびに、ユニット化エレメント３０自体の正確な寸法は、意図されたユニット化エレメントの用途によって変化する。かかる寸法の調整は、当業者にとって明らかであり、本発明の範囲内にある。したがって、本発明のユニット化エレメントは、特定サイズのシーリングの用途に限定されることなく、広い用途にも同様に適用可能である。
【００２５】
本発明のユニット化エレメント３０は、特定の温度、圧力、摩擦係数、および他の動作特性に応じて、その用途に適した素材を備えることになる。本発明のユニット化エレメントに用いられる共通の素材は、フッ素ポリマー、あるいは、樹脂を有する。本発明のある実施形態において、ユニット化エレメント３０は、滑らかなプラスチック素材を有する。本発明の好ましい実施形態において、ユニット化エレメントは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を備えている。
【００２６】
本発明の最も好ましい実施形態において、ユニット化エレメント３０は、充てん剤入りの(filled)ＰＴＦＥを備える。かかる充てん剤入りのＰＴＦＥは、フィルタにより分散したスルーアウト(filter dispersed throughout)を有するＰＴＦＥを備える。フィルタは、ガラス等、および、グラファイト、モリブデンジスルフィド(molybdenum disulphide)等の構造的なフィルタ、ならびに、他の固体潤滑剤を含むが、それに限定されるものではない。
【００２７】
本発明の他の側面においては、本発明のユニット化エレメント３０を備えたシーリングアセンブリが提供される。本発明のシーリングアセンブリの一例は、図１および図２に最もよく表されている。かかるシーリングアセンブリは、ローター５０、ステーター１０、ならびに、ユニット化エレメント３０を備えている。かかるローター５０は、シーリングアセンブリの中央を貫通するシャフトにシール可能に係合している。また、かかるローター５０は、フランジ５２の半径方向の内側に位置するローター溝５４を有する、軸方向に伸びる環状のフランジ５２を備えている。ステーター１０は、ベアリングハウジング６８にシール可能に係合するとともに、フランジ１２の半径方向の外側に位置するステーター溝１４を有する、軸方向に伸びる環状フランジ１２を備えている。ユニット化エレメント３０は、環状のフランジ５２と環状のフランジ１２間の空間により形成された領域内に存する、ローター係合部材３６、ステーター係合部材３２、および、リア部材３４を備えている。より正確に言うと、ユニット化エレメント３０は、ステーターリアウオール２０に向かって伸びるリア部材３４を有し、その一部が、ローター溝５４およびローター溝１４内にそれぞれ存する。
【００２８】
図３は、所定位置にユニット化エレメントが存しない、図２の一部の詳細を示している。本発明の一実施形態において、シーリングアセンブリは、Ｏリング６０によりシャフトに対してシール可能に係合可能な、ローター５０を含んでいる。かかるローターは、その半径方向の内側に位置する溝５４を含む、環状フランジ５２を有する。かかる溝５４は、２つの対向するウオール５８aおよび５８bを備えている。同様に、ステーター１０は、溝１４を含む環状フランジ１２を有する。かかるステーター溝１４も、２の対向するウオール１８aおよび１８bを備えている。本発明の好ましい実施形態において、対向するウオール５８aおよび５８b、ならびに、対向するウオール１８aおよび１８bは、前記シャフトの軸に対してほぼ垂直である。
【００２９】
図３に示す本発明の一実施形態において、対向するウオール５８aが、対向するウオール１８aと軸方向に配され、対向するウオール５８bが、対向するウオール１８bと軸方向に配されるよう、ローター溝の対向する各対向ウオールは、ステーター溝の対応する対向ウオールに対して、軸方向に配置されている。この構造は、その中にローター係合部材３６とユニット化エレメント３０の内部係合部材３２が収納される、長方形の断面領域を形成する。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態において、ステーター溝の５４の少なくとも一のウオール、および、ローター溝１４の対応するウオールは、ローター溝ウオール５８aおよび５８bのペアのいずれかと、対応するステータ溝のウオール１８a又は１８bが、軸方向に配置されないよう、ずらしてある(are offset)。
【００３１】
かかるオフセットの一例であって、ステーター溝１８bの一のウオールが、ステーター２０のリアウオールを備えるものが図５に示されている。図５は、図３に示すようなローター溝ウオール５８bが存在しないよう、ローター溝の一のウオールが除去された、本発明の他の実施形態も示している。この実施液体において、ユニット化エレメントは、ローター内にフィットするよう押される。圧入による実施形態のユニット化エレメントは、ユニット化エレメントの長さにわたって同じ外寸を備えている。
【００３２】
図７を参照すると、本発明の他の実施形態において、ステーター１０は、ユニット化エレメント領域内に入ったオイルの排出を促進するため、さらに、シールの内部シャフト側の上にオイル排出ポート２２を備えている。時間とともに、潤滑剤は、ステーターおよびユニット化エレメントを通って漏れ出す。前記のオイル・ドレインポート２２は、回転シャフトに油を差すため、シールのベアリング穴側にオイルを環流させるための経路を提供する。
【００３３】
本発明のさらに別の実施形態において、ステーター１０は、さらに、ステーターの大気側(atmospheric side)に位置する放出ポート２４を備えている。かかる放出ポート２４は、シール領域内に入った、どのような汚染物質をも、アセンブリ外に放出することを可能にする。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態において、シーリングアセンブリは、ローター５０、および、その中にユニット化エレメント３０を収納するステーター１０を備えている。ユニット化エレメント３０のローター係合部材３６は、ローター係合部材３６の軸の外側がローター溝５４の対向するウオールと接触するよう、ローター溝５４と係合する。本発明の最も好ましい実施形態において、ローター係合部材３６は、動作中の接触および摩擦を最小にするよう、ローター溝５４内で”浮く(floats)”。それぞれに対して、ローターおよびステーターの軸シャフトが存在する場合、次に、ローター係合部材３６は、ローター溝５４の対応するウオールと接触する。
【００３５】
同様に、ステーター係合部材３２は、ステーター溝、および／または、溝のウオール１８aと接触する。動作中、ユニット化エレメントは、ローターとステーター間に形成されたキャビテイー内で”浮く”。しかし、ユニット化エレメント３０に弾力的に取り付けられたステーター係合部材３２は、ステーター溝１４のウオール１８aを接触させることにより、動作中、ユニット化エレメント３０を所定位置に保持する手段を提供する。
【００３６】
本発明の、さらに別の実施形態においては、ユニット化エレメント３０が、リア部材３４も備えている。かかるリア部材３４は、互いが軸方向に運動する場合に、ローターとステーターが互いに直接接触することを防止する。ローターがステーターの方に移動すると、ユニット化エレメント３０のリア部材３４は、ローターとステーターが直接接触する前に、ステーター２０のリア部材と接触する。ローター５０は、ローター溝５４の対向ウオール５８aの一つを介して、ユニット化エレメント３０と接触し、圧迫する。このアクションは、ステーターのリア部材２０に向かって、ユニット化エレメントのリア部材３４を押すことになる。ユニット化エレメントは、滑らかなプラスチック材料で構成されていることが好ましいので、ユニット化エレメント３０とローター５０、ならびに、ユニット化エレメント３０とステーター１０間の摩擦力は、ローター５０とステーター１０が直接接触する場合と比べて著しく小さくなる。これにより、ユニット化エレメント３０は、ローターおよびステーター・コンポーネント間に耐摩耗性バッファを提供することになる。かかるユニットは、これら２つの部品の摩擦を最小化することにより、ローターおよびステーターの寿命を伸ばすものとして機能する。ユニット化エレメント３０がその寿命に達した場合、ローターおよびステーターに関連付けられているものを交換するよりも、短い停止時間、かつ、安いコストで簡単に取り替えることが可能である。
【００３７】
図６に示すように、本発明の他の実施形態において、ステーター１０は、Ｏリング６４を用いて、ベアリングハウジング６８にシール可能に係合する。かかるＯリング６４は、ステーターの半径方向の外側に形成された溝内に存する。かかる溝は、溝の片側が溝の反対側のよりも深くなるよう溝の底面が傾斜するような、独特の形状に形成されている。図６に示された構成において、ベアリングハウジング本体から最も近い方の側面は、ベアリングハウジングの本体から遠い方の側面よりも浅い(less deep)。このような構造の効果としては、Ｏリングを圧迫し、ベアリングハウジングにおける圧力を上昇させて、ベアリングハウジング本体から離れるようステーターを移動させ始めることである。このように圧力が上昇すると、ステーターの動きは停止する。
【００３８】
図６に示す特定角度および位置は、例示に過ぎない。様々な実施形態において、傾斜表面は、一部に溝状の底面を備えてもよいし、あるいは、全部を溝状の底面としてもよい。この原理、および、ローターの半径方向の内側に形成された同様の溝を介し、ローター５０を回転シャフトに固定するため、傾斜したＯリングの溝を用いることが可能であることが理解される。さらに、好ましくない軸方向の運動が生じた場合、Ｏリングの圧力を上昇させるため、複数の、実行可能な溝形状(possible groove shape)を用いることもできる。
【００３９】
本発明の他の側面においては、シーリングアセンブリを組み立てる方法が提供される。組み立て中、本発明の一実施形態のユニット化エレメント３０は、シーリングアセンブリを形成するため、ステーター１０とローター５０間に挿入される。かかるシーリングアセンブリの好ましい組み立方法は、まず、ユニット化エレメント３０とローター５０を係合させるステップ、次に、ユニット化エレメントおよびロテータを、ステーター１０およびベアリングハウジングと係合させるステップを備えている。
【００４０】
かかる方法は、さらに、ローター係合部材３６、ステーター係合部材３２、およびリア部材３４を有する、ユニット化エレメント３０を提供するステップと、その中に溝５４を有する軸方向に伸びる環状ローターフランジ５２を有するローターを提供するステップと、ならびに、ユニット化エレメントのローター係合部材３６が、ローターの環状フランジ内の溝５４に係合するよう、ユニット化エレメント３０をローター５０内に位置させるステップと、を備えている。ローター係合部材３６と、ローター溝５８、５８bの対向するウオール間の接触により、ユニット化エレメントが確実に所定位置に保持される。
【００４１】
組み立てられたローター５０およびユニット化エレメント３０は、ステーター１０と係合する。かかるステーター１０は、ローター５０に向かって伸び、その半径方向外側に溝１４を有する環状のフランジ１２を備えている。ユニット化エレメント３０が、環状のフランジ１２の周りをスライドするにつれ、ステーター係合部材３２は、歪められ、ユニット化エレメントがステーターの環状フランジ周囲の位置にスライド移動可能にするよう空間４０内に変形する。ステーター係合部材３２が、ステーターリップ１６を超えて押されると、ステーター係合部材３２は、ステーター溝１４内の伸長位置に自由に復元することができる。伸長位置における、かかるステーター係合部材３２は、ステーターリップ１６の外周を超えてステーター溝１４内に伸びている。この位置において、ステーター係合部材３２は、ステーターから遠ざかるローターの軸方向の運動を阻止ことにより、ローター１０にユニット化エレメント３０およびローター５０を保持する手段を提供するよう機能する。
【００４２】
この位置において、ユニット化エレメント３０は、その間の空間を満たすことにより、ローター５０とステーター１０を一体化し、ローター溝５８a、５８bの対向するウオールと接触する。係合部材３２は、ステーター１０上の溝１４内に存在するが、通常の動作においては、対向ウオール１８a、１８bと接触しない。軸方向の力であって、ステーター１０から離れるようローター５０を移動させる力が加えられた場合、対向ウオール５８bは、ウオール３８の領域においてローター係合部材３６と接触する。これにより、ユニット化エレメント３０は、ローター５０と一緒に移動するよう強制される。ユニット化エレメント３０の運動は、ステーター係合部材３２およびステーター溝１４の対向ウオール１８aとの接触により阻止される。このアクションにより、ローター、ユニット化エレメント、およびステーターを有するシーリングアセンブリがユニット化される。シーリングアセンブルを分解する唯一手段は、ユニット化エレメントに修復出来ない損傷(irreparably damaged)を負わせのに十分な軸方向の力を加えることである。
【００４３】
シーリングアセンブルにおけるユニット化の効果に加え、ユニット化エレメントは、ローターとステーター間にも非接触関係を生じさせる。ローター５０がステーター１０へ軸方向に運動した場合、ローターは、ユニット化エレメントに接触し、リア部材３４が、ステーターのリアウオール２０と接触するようにする。ユニット化エレメント３０は、リア部材３４が、ローターの環状フランジ５２よりも遠くステーター方向に伸びるように設計されている。したがって、ローターの環状フランジがステーターのリアウオールと接触するのが阻止され、これにより、過度の摩耗を防止することにより、ローターおよびステーターの寿命を伸ばすことが可能となる。
【００４４】
特定の実施形態を参照しつつ本発明を説明したが、これらの実施形態は、本発明の原理を説明したものにすぎないことを認識すべきである。当業者であれば、本発明のユニット化エレメントおよびアセンブリを、他の材料、他の方法によって構成し、他の実施形態において実施可能であることを理解する。したがって、ここでの開示が、本発明を限定するものとして理解されるべきでなく、他の実施形態も本発明の範囲内であると、理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の一実施例におけるシーリングアセンブリの等測分解図である。
【図２】図２は、ユニット化エレメントおよびそれを取り囲む領域の拡大図を含むシーリングアセンブリの断面を備えた、本発明の一実施例の断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例におけるユニット化エレメントのない、ローターおよびステーター構造の断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例におけるユニット化エレメントの断面図である。
【図５】図５は、ローター、ステーター、およびユニット化エレメントを含むシーリングアセンブリの断面を備えた本発明の一実施例における断面図である。
【図６】図６は、のステーターのＯリングの拡大図を伴う、本発明の一実施例のシーリングアセンブリの断面図である。
【図７】図７は、潤滑剤排出ポートおよび有害物質排出ポートを示す、本発明のシーリングアセンブリの一実施形態の等測図である。
【発明の属する分野】
【０００１】
本発明は、回転シャフトとベアリングハウジングとの間に動的なシールを提供するラビリンス・シーリング装置、ならびに、それを組み立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１．関連出願の記載
本出願は、”ラビリンス・シール”と題して２００２年９月３０日に出願され、その全体が参照のため取り込まれる、継続中の米国仮特許出願番号６０／４１４、８６２の優先権を主張する。
【０００３】
２．関連技術の説明
ラビリンスタイプのロータリーシャフトシールは、本技術分野でよく知られている。通常、これらの装置は、ローターおよびステーターを有する２つの同心円構造を含んでいる。ローターは、回転シャフトにシール可能に係合し、ステーターは、ベアリングハウジングにシール可能に係合する。回転ローターおよび固定ステーター間の空間をシールするため、多くの異なるタイプのシールが用いられてきた。これらには、Ｏリング、ゴムのリップシール、およびラビリンス・シールが含まれている。ラビリンス・シールは、最も効果的なタイプのシールである。具体的には、ベアリングハウジング外部とベアリングハウジング内部の間に伸びるラビリンスを作り出すため、シールリングの内表面上に成形経路(contoured pathways)あるいは溝が形成される。ラビリンス経路は、ベアリングハウジング内に流体の潤滑剤を保持するとともに、ベアリングハウジング内に汚染物質が侵入しないようにするための流体力学的なバリアとして機能する。経理を複雑にすればするほど、汚染された材料が前記構造を通過しベアリングハウジングに侵入する機会は少なくなる。
【０００４】
より複雑な経路を作る一つの方法は、汚染物質が横切る表面領域を増加させる、すなわち、経路の長さを長くすることである。効率的なラビリンス・シールを達成するため、その多くが、シールを形成するため連結｛するローターおよびステーターの両側に尾根と谷を有する、複雑なシーリング構造を作っている。尾根および谷(risges and valley)の数を増加させることにより、表面領域全体／経路長も増加し、これにより、上述の汚染物質の排除という目標も達成される。比較的小さい空間およびそれについての公差を与えると、これらのフィンガーの数ならびにサイズが限定される。
【０００５】
ロータリーシャフトシールの他の側面においては、できるだけ速やかにシステム内に侵入した汚染物質を排出する必要がある。特定の物質が蓄積すると、シールを傷つけ、および／又は、ローターおよびステーターの摩耗を増加させてしまう。さらに、システムから強制排出されたいずれの潤滑液も、同様に、回収し、ローター内部に戻さなければならない。潤滑液を失うことによって、パーツが傷み、システムの摩擦熱が上昇する。
【０００６】
典型的なローターおよびステーター構造において、ローターとステーターが互いに接触するのを防止するため、最低の間隔を維持しなければならない。航空機の着陸装置、等の用途においては、ローターが約５０００回転を超える速度で回転する。かかる速度において、ロータの表面がステーター表面と接触していると、摩擦熱が生じ、コンポーネントが摩耗し、装置全体の効率が低下すると共に、その寿命も短くなってしまう。したがって、ロータとステーターを分離しておくことが重要である。
【０００７】
２つのコンポーネント間に摩擦の小さいコンタクトを設けることにより、ローターとステーター間に、それらの半径方向での分離状態を保つためゴムあるいはプラスチック装置がしばしば用いられる。ローターがステーター方向押された場合に、同じシール装置が軸方向の接触を防止することができたら有益であろう。
【０００８】
ローターがステーターから離れるよう動く場合には、逆の問題が生じる。ローターが、軸方向にステーターから離れるよう動くにつれて、コンポーネント間のギャップは広がり、汚染物質がベアリングハウジング内に侵入し、あるいは、グリースが外部に漏れだしてしまうおそれが高くなってしまう。これらの好ましくないシナリオに対し、ローターとステーターを共に効率的に固定し”ユニット化する”シールが望ましい。かかるシールは、コンポーネントを簡単に組み立てることを可能にしなければならないが、半径方向において、ローターがステーターから外れることに抵抗し、防止するものでなくてはならない。
【０００９】
従前のラビリンス・シールは、上部で、摩耗に強く、ローターとステーターをユニット化し、軸方向の移動の際にローターとステーター間の接触を防止する、効率的なシールを提供することが出来ていない。
本発明は、これらの認識されたニーズに関する。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、回転シャフトとベアリングハウジング間で動的なシールを提供するラビリンス・シールのためのユニット化エレメントおよびアセンブリを提供する。かかるユニット化エレメントは、ベアリングの潤滑剤の漏れを防止すると共に、ベアリングハウジングから汚染物質を排出する。ユニット化された、非接触構造により、軸方向の移動がなされた場合に、ローターおよびステーターの摩耗を防止することも可能である。
【００１１】
本発明の第一の側面においては、ローター係合部材、ステーター係合部材、および、リア部材を備えた環状のユニット化エレメントが提供される。前記ユニット化エレメントの半径方向の外表面は、その１つがローター係合部材、残りの１つが前記リア部材と対応する、異なる直径を有する２の領域を備え、さらに、前記ステーター係合部材は、前記環状のユニット化エレメントの半径方向の内側から半径方向の中心に向かって伸長している。
【００１２】
本発明の他の側面においては、回転シャフトおよびベアリングハウジングをシールするためのシーリングアセンブリであって、その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたローターと、その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたステーターと、ステータ係合部材、ローター係合部材、および、リア部材を備えた環状のユニット化エレメントと、を備えたものが提供される。前記ローター係合部材は、前記ローター溝に係合し、前記ローター係合部材は、前記ステーター溝に係合するため、前記ユニット化エレメントから、半径方向に伸長する。
【００１３】
本発明の他の側面においては、 回転シャフトおよびベアリングハウジングをシールするシーリングアセンブリを組み立てる方法であって、その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたローターを提供するステップと、ステータ係合部材、ローター係合部材、前記ステータ係合部材および前記ローター係合部材間に領域を有する空間、および、リア部材を備えたユニット化エレメントを提供するステップと、前記ユニット化エレメントの前記ローター係合部材が、前記ローターの環状の係合フランジの前記溝内に保持されるよう、前記ユニット化エレメントと前記ローターを係合させるステップと、その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたステーターを提供するステップと、前記ユニット化エレメントが所定位置につくまで、前記ステーター係合部材が前記空間上に屈曲し、最後に、前記前記ステーター係合部材が、前記ステーター溝の前記領域内に伸長するよう、前記ローターおよび前記ユニット化エレメントと前記ステーターを係合させるステップと、を備えたものが提供される。
【００１４】
本発明の特徴は、独特の形状に形成されたユニット化エレメントの新たなデザインである。かかるユニット化エレメントは、ローターおよびステーターの溝領域にフィットさせるため、ほぼ長方形の断面を有する環状である。前記ユニット化エレメントは、さらに、ステーター上の溝に固定可能に係合するステーター係合部材、および、軸方向の運動を防止するため、ステーターのリアウオールに接触するよう伸びる、リア部材を備えている。軸方向の運動により、ローターがステーター方向に移動した場合、ローターとステーターの摩耗が少しでも発生する前に、ユニット化エレメントは接触する。このリング上のリア部材は、ローターがステーターに接触する前に、ステーターの後ウオールと接触するよう正確に設計されている。この特徴は、メインコンポーネントの摩耗を防止するとともに、ラビリンス経路の確保を行う。
【００１５】
当業者により認識されるように、本発明に基づく、ラビリンスユニット化エレメント、ならびに、組み立て方法には、多くの異なる実施形態が可能である。本発明の追加の用途、目的、効果、ならびに、新たな特徴については、以下の詳細な説明において述べられ、以下を検討すること、あるいは、実施することにより、当業者にとってより明確になる。
【本発明の詳細な説明】
【００１６】
本発明は、回転シャフト、および、ステーターを有するベアリングハウジングとの間で用いられる、新しいユニット化エレメントを備えている。このユニット化エレメントは、ローターならびにステーターに形成された溝にフィットするため、環状のリング形状である。ユニット化エレメントは、ローターおよびステーターを一体化するとともに、分離を阻止し、運動を制限するものである。また、このユニット化エレメントは、軸方向の運動が行われる際、ローターとステーターの接触を防止するため非金属部品を提供する、リア部材を含んでいる。
【００１７】
本発明の他の側面においては、ラビリンス・シーリングアセンブリが提供される。かかるラビリンス・シーリングアセンブリは、ベアリングハウジングに係合するステーター、ならびに、回転シャフトに係合するローターを備えている。ラビリンスの通路は、いずれの方向にも潤滑剤および／または有害物質が流出しないよう、２つのコンポーネント間に定義される。かかるステーターは、溝を有し半径方向に伸びる、フランジを備えている。この溝は、ローター上の類似する溝と嵌合する。こうして生じたキャビテイー内に含まれるのは、環状のユニット化エレメントである。
【００１８】
本発明の他の実施形態においては、シーリングアセンブリを組み立てる方法が提供される。ハウジングからの潤滑剤の漏れと、ハウジング内への有害物質の侵入を防止するため、回転シャフトとベアリングハウジング間に、ユニット化エレメントが採用される。また、ユニット化エレメントは、シーリングアセンブリを一体化するとともに、ローターとステーターとの接触を阻止する。
【００１９】
ここで、本開示が、本発明の原理を例示するものにすぎないという理解のもと、特定の実施形態を用いることにより、本発明に関し、さらに説明を行う。本発明の例示的な実施形態は、様々な実施形態の同じ側面に同じ符号が配された図面に示されている。
【００２０】
図１を参照すると、本発明のユニット化エレメントは、通常、Ｏリング６４によりベアリングハウジングと密閉可能に係合するステーター１０、Ｏリング６０によりシャフトと密閉可能に係合するローター５０、ならびに、ローター５０とステーター１０間に位置するユニット化エレメント３０を含むシーリングアセンブリ内に示されている。ローターが回転すると、ユニット化エレメント３０は、当該２のコンポーネント間に低接触バッファを提供し、さらに、内部に潤滑剤を保持するとともに、有害物質をベアリングハウジング外に排出することにより、ローターがステーターと接触することを防止する。
【００２１】
ユニット化エレメントの詳細については、前記アセンブリの切り欠き図、および、ユニット化エレメントの断面図をそれぞれ示している、図２および図４で見ることができる。断面を見ると、ユニット化エレメントは、ローター係合部材３６、リア部材３４、ならびに、ステーター係合部材３２を備えている。
【００２２】
本発明のある実施形態において、ユニット化エレメントの半径方向の外部表面には、異なる直径を有する２つの領域が設けらている。この異なる直径は、リア部材３４の領域における一の直径およびローター係合部材３６の領域それと異なる直径を含んでいる。ウオール３８は、リア部材３４とローター係合部材３６間の直径の差(disparity)により形成されている。このウオール３８は、組み立て中、ローター５０内にユニット化エレメントを保持し、組み立て後に、ローター５０とステーター１０を一体化するよう機能する。本発明の好ましい実施形態において、ウオール３８は、ユニット化エレメントの軸の中間点付近に位置する。しかし、当業者であれば、ウオール３８の位置は、ユニット化エレメントに要求される機能、ならびに、ローターおよびステーターアセンブリの構成によって変動することを認識する。本発明の好ましい実施形態において、ウオール３８の位置は、回転軸とほぼ垂直である。
【００２３】
ステーター係合部材３２は、ユニット化エレメント３０の内側から放射状(radially)に伸長している。かかるステーター係合部材３２は、ユニット化エレメント３０の中間点付近からある角をなして伸長している。ステーター係合部材の長さおよび正確な位置は、関係する組み立ての容易さを考慮するとともに、ローターおよびステーター特性により変化する。ステーター係合部材は、組み立て中、屈曲するよう十分に柔軟であるとともに、シーリングアセンブリを一体化するために十分な強度を有しなければならない。ローター係合部材３６とステーター係合部材３２との間の領域により形成される空間４０が存在する。この空間４０は、ローター、ステーター、およびユニット化エレメントがシーリングアセンブリ内に一緒に移動する場合に、ステーター係合部材３２が内部に屈曲するための領域を提供する。
【００２４】
ウオール３８、リア部材３４、ローター係合部材３６およびステーター係合部材３２を含む特定の形状のユニット化エレメント３０は、自身の動作に重要であるが、これらのコンポーネント、ならびに、ユニット化エレメント３０自体の正確な寸法は、意図されたユニット化エレメントの用途によって変化する。かかる寸法の調整は、当業者にとって明らかであり、本発明の範囲内にある。したがって、本発明のユニット化エレメントは、特定サイズのシーリングの用途に限定されることなく、広い用途にも同様に適用可能である。
【００２５】
本発明のユニット化エレメント３０は、特定の温度、圧力、摩擦係数、および他の動作特性に応じて、その用途に適した素材を備えることになる。本発明のユニット化エレメントに用いられる共通の素材は、フッ素ポリマー、あるいは、樹脂を有する。本発明のある実施形態において、ユニット化エレメント３０は、滑らかなプラスチック素材を有する。本発明の好ましい実施形態において、ユニット化エレメントは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を備えている。
【００２６】
本発明の最も好ましい実施形態において、ユニット化エレメント３０は、充てん剤入りの(filled)ＰＴＦＥを備える。かかる充てん剤入りのＰＴＦＥは、フィルタにより分散したスルーアウト(filter dispersed throughout)を有するＰＴＦＥを備える。フィルタは、ガラス等、および、グラファイト、モリブデンジスルフィド(molybdenum disulphide)等の構造的なフィルタ、ならびに、他の固体潤滑剤を含むが、それに限定されるものではない。
【００２７】
本発明の他の側面においては、本発明のユニット化エレメント３０を備えたシーリングアセンブリが提供される。本発明のシーリングアセンブリの一例は、図１および図２に最もよく表されている。かかるシーリングアセンブリは、ローター５０、ステーター１０、ならびに、ユニット化エレメント３０を備えている。かかるローター５０は、シーリングアセンブリの中央を貫通するシャフトにシール可能に係合している。また、かかるローター５０は、フランジ５２の半径方向の内側に位置するローター溝５４を有する、軸方向に伸びる環状のフランジ５２を備えている。ステーター１０は、ベアリングハウジング６８にシール可能に係合するとともに、フランジ１２の半径方向の外側に位置するステーター溝１４を有する、軸方向に伸びる環状フランジ１２を備えている。ユニット化エレメント３０は、環状のフランジ５２と環状のフランジ１２間の空間により形成された領域内に存する、ローター係合部材３６、ステーター係合部材３２、および、リア部材３４を備えている。より正確に言うと、ユニット化エレメント３０は、ステーターリアウオール２０に向かって伸びるリア部材３４を有し、その一部が、ローター溝５４およびローター溝１４内にそれぞれ存する。
【００２８】
図３は、所定位置にユニット化エレメントが存しない、図２の一部の詳細を示している。本発明の一実施形態において、シーリングアセンブリは、Ｏリング６０によりシャフトに対してシール可能に係合可能な、ローター５０を含んでいる。かかるローターは、その半径方向の内側に位置する溝５４を含む、環状フランジ５２を有する。かかる溝５４は、２つの対向するウオール５８aおよび５８bを備えている。同様に、ステーター１０は、溝１４を含む環状フランジ１２を有する。かかるステーター溝１４も、２の対向するウオール１８aおよび１８bを備えている。本発明の好ましい実施形態において、対向するウオール５８aおよび５８b、ならびに、対向するウオール１８aおよび１８bは、前記シャフトの軸に対してほぼ垂直である。
【００２９】
図３に示す本発明の一実施形態において、対向するウオール５８aが、対向するウオール１８aと軸方向に配され、対向するウオール５８bが、対向するウオール１８bと軸方向に配されるよう、ローター溝の対向する各対向ウオールは、ステーター溝の対応する対向ウオールに対して、軸方向に配置されている。この構造は、その中にローター係合部材３６とユニット化エレメント３０の内部係合部材３２が収納される、長方形の断面領域を形成する。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態において、ステーター溝の５４の少なくとも一のウオール、および、ローター溝１４の対応するウオールは、ローター溝ウオール５８aおよび５８bのペアのいずれかと、対応するステータ溝のウオール１８a又は１８bが、軸方向に配置されないよう、ずらしてある(are offset)。
【００３１】
かかるオフセットの一例であって、ステーター溝１８bの一のウオールが、ステーター２０のリアウオールを備えるものが図５に示されている。図５は、図３に示すようなローター溝ウオール５８bが存在しないよう、ローター溝の一のウオールが除去された、本発明の他の実施形態も示している。この実施液体において、ユニット化エレメントは、ローター内にフィットするよう押される。圧入による実施形態のユニット化エレメントは、ユニット化エレメントの長さにわたって同じ外寸を備えている。
【００３２】
図７を参照すると、本発明の他の実施形態において、ステーター１０は、ユニット化エレメント領域内に入ったオイルの排出を促進するため、さらに、シールの内部シャフト側の上にオイル排出ポート２２を備えている。時間とともに、潤滑剤は、ステーターおよびユニット化エレメントを通って漏れ出す。前記のオイル・ドレインポート２２は、回転シャフトに油を差すため、シールのベアリング穴側にオイルを環流させるための経路を提供する。
【００３３】
本発明のさらに別の実施形態において、ステーター１０は、さらに、ステーターの大気側(atmospheric side)に位置する放出ポート２４を備えている。かかる放出ポート２４は、シール領域内に入った、どのような汚染物質をも、アセンブリ外に放出することを可能にする。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態において、シーリングアセンブリは、ローター５０、および、その中にユニット化エレメント３０を収納するステーター１０を備えている。ユニット化エレメント３０のローター係合部材３６は、ローター係合部材３６の軸の外側がローター溝５４の対向するウオールと接触するよう、ローター溝５４と係合する。本発明の最も好ましい実施形態において、ローター係合部材３６は、動作中の接触および摩擦を最小にするよう、ローター溝５４内で”浮く(floats)”。それぞれに対して、ローターおよびステーターの軸シャフトが存在する場合、次に、ローター係合部材３６は、ローター溝５４の対応するウオールと接触する。
【００３５】
同様に、ステーター係合部材３２は、ステーター溝、および／または、溝のウオール１８aと接触する。動作中、ユニット化エレメントは、ローターとステーター間に形成されたキャビテイー内で”浮く”。しかし、ユニット化エレメント３０に弾力的に取り付けられたステーター係合部材３２は、ステーター溝１４のウオール１８aを接触させることにより、動作中、ユニット化エレメント３０を所定位置に保持する手段を提供する。
【００３６】
本発明の、さらに別の実施形態においては、ユニット化エレメント３０が、リア部材３４も備えている。かかるリア部材３４は、互いが軸方向に運動する場合に、ローターとステーターが互いに直接接触することを防止する。ローターがステーターの方に移動すると、ユニット化エレメント３０のリア部材３４は、ローターとステーターが直接接触する前に、ステーター２０のリア部材と接触する。ローター５０は、ローター溝５４の対向ウオール５８aの一つを介して、ユニット化エレメント３０と接触し、圧迫する。このアクションは、ステーターのリア部材２０に向かって、ユニット化エレメントのリア部材３４を押すことになる。ユニット化エレメントは、滑らかなプラスチック材料で構成されていることが好ましいので、ユニット化エレメント３０とローター５０、ならびに、ユニット化エレメント３０とステーター１０間の摩擦力は、ローター５０とステーター１０が直接接触する場合と比べて著しく小さくなる。これにより、ユニット化エレメント３０は、ローターおよびステーター・コンポーネント間に耐摩耗性バッファを提供することになる。かかるユニットは、これら２つの部品の摩擦を最小化することにより、ローターおよびステーターの寿命を伸ばすものとして機能する。ユニット化エレメント３０がその寿命に達した場合、ローターおよびステーターに関連付けられているものを交換するよりも、短い停止時間、かつ、安いコストで簡単に取り替えることが可能である。
【００３７】
図６に示すように、本発明の他の実施形態において、ステーター１０は、Ｏリング６４を用いて、ベアリングハウジング６８にシール可能に係合する。かかるＯリング６４は、ステーターの半径方向の外側に形成された溝内に存する。かかる溝は、溝の片側が溝の反対側のよりも深くなるよう溝の底面が傾斜するような、独特の形状に形成されている。図６に示された構成において、ベアリングハウジング本体から最も近い方の側面は、ベアリングハウジングの本体から遠い方の側面よりも浅い(less deep)。このような構造の効果としては、Ｏリングを圧迫し、ベアリングハウジングにおける圧力を上昇させて、ベアリングハウジング本体から離れるようステーターを移動させ始めることである。このように圧力が上昇すると、ステーターの動きは停止する。
【００３８】
図６に示す特定角度および位置は、例示に過ぎない。様々な実施形態において、傾斜表面は、一部に溝状の底面を備えてもよいし、あるいは、全部を溝状の底面としてもよい。この原理、および、ローターの半径方向の内側に形成された同様の溝を介し、ローター５０を回転シャフトに固定するため、傾斜したＯリングの溝を用いることが可能であることが理解される。さらに、好ましくない軸方向の運動が生じた場合、Ｏリングの圧力を上昇させるため、複数の、実行可能な溝形状(possible groove shape)を用いることもできる。
【００３９】
本発明の他の側面においては、シーリングアセンブリを組み立てる方法が提供される。組み立て中、本発明の一実施形態のユニット化エレメント３０は、シーリングアセンブリを形成するため、ステーター１０とローター５０間に挿入される。かかるシーリングアセンブリの好ましい組み立方法は、まず、ユニット化エレメント３０とローター５０を係合させるステップ、次に、ユニット化エレメントおよびロテータを、ステーター１０およびベアリングハウジングと係合させるステップを備えている。
【００４０】
かかる方法は、さらに、ローター係合部材３６、ステーター係合部材３２、およびリア部材３４を有する、ユニット化エレメント３０を提供するステップと、その中に溝５４を有する軸方向に伸びる環状ローターフランジ５２を有するローターを提供するステップと、ならびに、ユニット化エレメントのローター係合部材３６が、ローターの環状フランジ内の溝５４に係合するよう、ユニット化エレメント３０をローター５０内に位置させるステップと、を備えている。ローター係合部材３６と、ローター溝５８、５８bの対向するウオール間の接触により、ユニット化エレメントが確実に所定位置に保持される。
【００４１】
組み立てられたローター５０およびユニット化エレメント３０は、ステーター１０と係合する。かかるステーター１０は、ローター５０に向かって伸び、その半径方向外側に溝１４を有する環状のフランジ１２を備えている。ユニット化エレメント３０が、環状のフランジ１２の周りをスライドするにつれ、ステーター係合部材３２は、歪められ、ユニット化エレメントがステーターの環状フランジ周囲の位置にスライド移動可能にするよう空間４０内に変形する。ステーター係合部材３２が、ステーターリップ１６を超えて押されると、ステーター係合部材３２は、ステーター溝１４内の伸長位置に自由に復元することができる。伸長位置における、かかるステーター係合部材３２は、ステーターリップ１６の外周を超えてステーター溝１４内に伸びている。この位置において、ステーター係合部材３２は、ステーターから遠ざかるローターの軸方向の運動を阻止ことにより、ローター１０にユニット化エレメント３０およびローター５０を保持する手段を提供するよう機能する。
【００４２】
この位置において、ユニット化エレメント３０は、その間の空間を満たすことにより、ローター５０とステーター１０を一体化し、ローター溝５８a、５８bの対向するウオールと接触する。係合部材３２は、ステーター１０上の溝１４内に存在するが、通常の動作においては、対向ウオール１８a、１８bと接触しない。軸方向の力であって、ステーター１０から離れるようローター５０を移動させる力が加えられた場合、対向ウオール５８bは、ウオール３８の領域においてローター係合部材３６と接触する。これにより、ユニット化エレメント３０は、ローター５０と一緒に移動するよう強制される。ユニット化エレメント３０の運動は、ステーター係合部材３２およびステーター溝１４の対向ウオール１８aとの接触により阻止される。このアクションにより、ローター、ユニット化エレメント、およびステーターを有するシーリングアセンブリがユニット化される。シーリングアセンブルを分解する唯一手段は、ユニット化エレメントに修復出来ない損傷(irreparably damaged)を負わせのに十分な軸方向の力を加えることである。
【００４３】
シーリングアセンブルにおけるユニット化の効果に加え、ユニット化エレメントは、ローターとステーター間にも非接触関係を生じさせる。ローター５０がステーター１０へ軸方向に運動した場合、ローターは、ユニット化エレメントに接触し、リア部材３４が、ステーターのリアウオール２０と接触するようにする。ユニット化エレメント３０は、リア部材３４が、ローターの環状フランジ５２よりも遠くステーター方向に伸びるように設計されている。したがって、ローターの環状フランジがステーターのリアウオールと接触するのが阻止され、これにより、過度の摩耗を防止することにより、ローターおよびステーターの寿命を伸ばすことが可能となる。
【００４４】
特定の実施形態を参照しつつ本発明を説明したが、これらの実施形態は、本発明の原理を説明したものにすぎないことを認識すべきである。当業者であれば、本発明のユニット化エレメントおよびアセンブリを、他の材料、他の方法によって構成し、他の実施形態において実施可能であることを理解する。したがって、ここでの開示が、本発明を限定するものとして理解されるべきでなく、他の実施形態も本発明の範囲内であると、理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の一実施例におけるシーリングアセンブリの等測分解図である。
【図２】図２は、ユニット化エレメントおよびそれを取り囲む領域の拡大図を含むシーリングアセンブリの断面を備えた、本発明の一実施例の断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例におけるユニット化エレメントのない、ローターおよびステーター構造の断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例におけるユニット化エレメントの断面図である。
【図５】図５は、ローター、ステーター、およびユニット化エレメントを含むシーリングアセンブリの断面を備えた本発明の一実施例における断面図である。
【図６】図６は、のステーターのＯリングの拡大図を伴う、本発明の一実施例のシーリングアセンブリの断面図である。
【図７】図７は、潤滑剤排出ポートおよび有害物質排出ポートを示す、本発明のシーリングアセンブリの一実施形態の等測図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローター係合部材、ステーター係合部材、および、リア部材を備えた環状のユニット化エレメント(annular unitized element)であって、
前記ユニット化エレメントの半径方向の外表面は、その１つがローター係合部材、残りの１つが前記リア部材に相当する、異なる直径を有する２の領域を備え、さらに、
前記ステーター係合部材は、前記環状のユニット化エレメントの半径方向の内側から半径方向内側に向けて伸長(extends radially inward)していること、
を特徴とするもの。
【請求項２】
請求項１のユニット化エレメントにおいて、前記異なる直径の２の領域間の接合は、回転軸に対し、ほぼ垂直であること、
を特徴とするもの。
【請求項３】
請求項１のユニット化エレメントにおいて、前記ステーター係合部材は、前記ユニット化エレメントの軸のほぼ中間点から伸長していること、
を特徴とするもの。
【請求項４】
請求項１のユニット化エレメントにおいて、前記ユニット化エレメントは、フッ素ポリマー(fluorinated polymer)又は樹脂(resin)を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項５】
請求項１のユニット化エレメントにおいて、前記ユニット化エレメントは、充てん剤入りのポリテトラフルオロエチレン(filled polytetrafluoroethylene)を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項６】
回転シャフトおよびベアリングハウジングをシールするためのシーリングアセンブリであって、
その半径側に溝を有し軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたローター、
その半径側に溝を有し軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたステーター、および
ステータ係合部材、ローター係合部材、および、リア部材を備えた環状のユニット化エレメント、を備え、
前記ローター係合部材は、前記ローターの溝に係合し、
前記ステーター係合部材は、前記ステーターの溝に係合するため、前記ユニット化エレメントから、半径方向に伸長すること、
を特徴とするもの。
【請求項７】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ローター溝およびステーター溝は、その間に空間(void)を形成するよう、少なくとも一部が軸方向に配されること、
を特徴とするもの。
【請求項８】
請求項７のシーリングアセンブリにおいてさらに、前記ユニット化エレメントは、少なくともその一部が、前記ローター溝およびステーター溝の配置により形成される前記空間内に保持されること、
を特徴とするもの。
【請求項９】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントは、さらに、１つの領域がローター係合部材に相当し、残りの１つの領域が前記リア部材に相当する、異なる直径を有する２の隣接する領域を備えること、
を特徴とするもの。
【請求項１０】
請求項9のシーリングアセンブリにおいて、前記異なる直径を有する２の領域間の接合は、ウオール部を備えること、
を特徴とするもの。
【請求項１１】
請求項１０のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントは、前記ステーター溝のウオールとステーター係合部材とを係合させ、前記ローター溝のウオールを前記ユニット化エレメントの異なる直径の前記領域を接続する前記ウオール部に係合させることにより軸方向の運動がなされた場合に、前記ローターおよびステーターの分離を防止すること、
を特徴とするもの。
【請求項１２】
請求項１１のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントの前記ウオール部は、回転軸に対してほぼ垂直であること、
を特徴とするもの。
【請求項１３】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ローターの前記ステーターへ軸方向の運動が行われた場合、前記ユニット化エレメントは、前記ステーターの外側ウオールと前記ローターの内側ウオールとを係合させることにより、前記ローターとステーター間の接触を防止すること、
を特徴とするもの。
【請求項１４】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントは、フッ素ポリマー又は樹脂を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項１５】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントは、滑らかなプラスチック素材(lubricious plastic material)を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項１６】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントは、充てん剤入りのポリテトラフルオロエチレンを有すること、
を特徴とするもの。
【請求項１７】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ステーターは、さらに、前記シールの内側に排出ポート(drainage port)を備え、潤滑剤は、前記シールから排出され、前記ベアリングハウジング内に環流可能であること、
を特徴とするもの。
【請求項１８】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ステーターは、さらに、前記シールの大気側に放出ポート(expulsion port)を備え、前記シールから汚染物質(contaminants)を放出すること、
を特徴とするもの。
【請求項１９】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ステーターは、さらに、前記ステーターをベアリングハウジングにシール可能に係合するためのＯリングを備え、前記Ｏリングは、前記ステーターの半径方向の外周に形成された溝内に存し、前記溝は、前記ステーターが前記ベアリングハウジングから離れる方向の運動を防止するためのロッキング機構を提供するため、内表面の対向端部より浅く形成された内表面を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項２０】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ローターは、さらに、前記ローターをシャフトにシール可能に係合するためのＯリングを備え、前記Ｏリングは、前記ステーターの半径方向の内周に形成された溝内に存し、前記溝は、前記ローターが前記ベアリングハウジングから離れる方向の運動を防止するためのロッキング機構を提供するため、内表面の対向端部より浅く(less deep)形成された内表面を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項２１】
回転シャフトおよびベアリングハウジングをシールするシーリングアセンブリを組み立てる方法であって、
その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する環状の係合フランジ、を備えたローターを提供するステップ、
ステータ係合部材、ローター係合部材、前記ステータ係合部材および前記ローター係合部材間に領域を有する空間およびリア部材、を備えたユニット化エレメントを提供するステップ、
前記ユニット化エレメントの前記ローター係合部材が、前記ローターの環状の係合フランジの前記溝内に保持されるよう、前記ユニット化エレメントと前記ローターを係合させるステップ、
その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する環状の係合フランジ、を備えたステーターを提供するステップ、および
前記ユニット化エレメントが所定位置につくまで、前記ステーター係合部材が前記空間上に屈曲し、次に、前記前記ステーター係合部材が、前記ステーター溝の前記領域内に伸長するよう、前記ローターおよび前記ユニット化エレメントと前記ステーターを係合させるステップ、を備えること、
を特徴とするもの。
【請求項２２】
請求項２１の方法において、前記ユニット化エレメントは、さらに、充填剤入りのポリテトラフルオロエチレンを有すること、
を特徴とするもの。
【請求項２３】
請求項２１の方法において、前記ローター溝およびステーター溝は、その間に空間を形成するよう、少なくとも一部が軸方向に配され、前記ユニット化エレメントは、前記空間内に存すること、
を特徴とするもの。
【請求項１】
ローター係合部材、ステーター係合部材、および、リア部材を備えた環状のユニット化エレメント(annular unitized element)であって、
前記ユニット化エレメントの半径方向の外表面は、その１つがローター係合部材、残りの１つが前記リア部材に相当する、異なる直径を有する２の領域を備え、さらに、
前記ステーター係合部材は、前記環状のユニット化エレメントの半径方向の内側から半径方向内側に向けて伸長(extends radially inward)していること、
を特徴とするもの。
【請求項２】
請求項１のユニット化エレメントにおいて、前記異なる直径の２の領域間の接合は、回転軸に対し、ほぼ垂直であること、
を特徴とするもの。
【請求項３】
請求項１のユニット化エレメントにおいて、前記ステーター係合部材は、前記ユニット化エレメントの軸のほぼ中間点から伸長していること、
を特徴とするもの。
【請求項４】
請求項１のユニット化エレメントにおいて、前記ユニット化エレメントは、フッ素ポリマー(fluorinated polymer)又は樹脂(resin)を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項５】
請求項１のユニット化エレメントにおいて、前記ユニット化エレメントは、充てん剤入りのポリテトラフルオロエチレン(filled polytetrafluoroethylene)を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項６】
回転シャフトおよびベアリングハウジングをシールするためのシーリングアセンブリであって、
その半径側に溝を有し軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたローター、
その半径側に溝を有し軸方向に伸長する、環状の係合フランジを備えたステーター、および
ステータ係合部材、ローター係合部材、および、リア部材を備えた環状のユニット化エレメント、を備え、
前記ローター係合部材は、前記ローターの溝に係合し、
前記ステーター係合部材は、前記ステーターの溝に係合するため、前記ユニット化エレメントから、半径方向に伸長すること、
を特徴とするもの。
【請求項７】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ローター溝およびステーター溝は、その間に空間(void)を形成するよう、少なくとも一部が軸方向に配されること、
を特徴とするもの。
【請求項８】
請求項７のシーリングアセンブリにおいてさらに、前記ユニット化エレメントは、少なくともその一部が、前記ローター溝およびステーター溝の配置により形成される前記空間内に保持されること、
を特徴とするもの。
【請求項９】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントは、さらに、１つの領域がローター係合部材に相当し、残りの１つの領域が前記リア部材に相当する、異なる直径を有する２の隣接する領域を備えること、
を特徴とするもの。
【請求項１０】
請求項9のシーリングアセンブリにおいて、前記異なる直径を有する２の領域間の接合は、ウオール部を備えること、
を特徴とするもの。
【請求項１１】
請求項１０のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントは、前記ステーター溝のウオールとステーター係合部材とを係合させ、前記ローター溝のウオールを前記ユニット化エレメントの異なる直径の前記領域を接続する前記ウオール部に係合させることにより軸方向の運動がなされた場合に、前記ローターおよびステーターの分離を防止すること、
を特徴とするもの。
【請求項１２】
請求項１１のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントの前記ウオール部は、回転軸に対してほぼ垂直であること、
を特徴とするもの。
【請求項１３】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ローターの前記ステーターへ軸方向の運動が行われた場合、前記ユニット化エレメントは、前記ステーターの外側ウオールと前記ローターの内側ウオールとを係合させることにより、前記ローターとステーター間の接触を防止すること、
を特徴とするもの。
【請求項１４】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントは、フッ素ポリマー又は樹脂を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項１５】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントは、滑らかなプラスチック素材(lubricious plastic material)を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項１６】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ユニット化エレメントは、充てん剤入りのポリテトラフルオロエチレンを有すること、
を特徴とするもの。
【請求項１７】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ステーターは、さらに、前記シールの内側に排出ポート(drainage port)を備え、潤滑剤は、前記シールから排出され、前記ベアリングハウジング内に環流可能であること、
を特徴とするもの。
【請求項１８】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ステーターは、さらに、前記シールの大気側に放出ポート(expulsion port)を備え、前記シールから汚染物質(contaminants)を放出すること、
を特徴とするもの。
【請求項１９】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ステーターは、さらに、前記ステーターをベアリングハウジングにシール可能に係合するためのＯリングを備え、前記Ｏリングは、前記ステーターの半径方向の外周に形成された溝内に存し、前記溝は、前記ステーターが前記ベアリングハウジングから離れる方向の運動を防止するためのロッキング機構を提供するため、内表面の対向端部より浅く形成された内表面を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項２０】
請求項６のシーリングアセンブリにおいて、前記ローターは、さらに、前記ローターをシャフトにシール可能に係合するためのＯリングを備え、前記Ｏリングは、前記ステーターの半径方向の内周に形成された溝内に存し、前記溝は、前記ローターが前記ベアリングハウジングから離れる方向の運動を防止するためのロッキング機構を提供するため、内表面の対向端部より浅く(less deep)形成された内表面を有すること、
を特徴とするもの。
【請求項２１】
回転シャフトおよびベアリングハウジングをシールするシーリングアセンブリを組み立てる方法であって、
その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する環状の係合フランジ、を備えたローターを提供するステップ、
ステータ係合部材、ローター係合部材、前記ステータ係合部材および前記ローター係合部材間に領域を有する空間およびリア部材、を備えたユニット化エレメントを提供するステップ、
前記ユニット化エレメントの前記ローター係合部材が、前記ローターの環状の係合フランジの前記溝内に保持されるよう、前記ユニット化エレメントと前記ローターを係合させるステップ、
その半径側に溝を有し、軸方向に伸長する環状の係合フランジ、を備えたステーターを提供するステップ、および
前記ユニット化エレメントが所定位置につくまで、前記ステーター係合部材が前記空間上に屈曲し、次に、前記前記ステーター係合部材が、前記ステーター溝の前記領域内に伸長するよう、前記ローターおよび前記ユニット化エレメントと前記ステーターを係合させるステップ、を備えること、
を特徴とするもの。
【請求項２２】
請求項２１の方法において、前記ユニット化エレメントは、さらに、充填剤入りのポリテトラフルオロエチレンを有すること、
を特徴とするもの。
【請求項２３】
請求項２１の方法において、前記ローター溝およびステーター溝は、その間に空間を形成するよう、少なくとも一部が軸方向に配され、前記ユニット化エレメントは、前記空間内に存すること、
を特徴とするもの。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００６−５０１４２２（Ｐ２００６−５０１４２２Ａ）
【公表日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５４１８１３（Ｐ２００４−５４１８１３）
【出願日】平成１５年９月２９日（２００３．９．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３０６２５
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３１６２８
【国際公開日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【出願人】（５０４３１５８６４）ガーロック シーリング テクノロジィーズ エルエルシー (4)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年９月２９日（２００３．９．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３０６２５
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３１６２８
【国際公開日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【出願人】（５０４３１５８６４）ガーロック シーリング テクノロジィーズ エルエルシー (4)
【Ｆターム（参考）】
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