ラジアルシールおよび製作方法
【課題】シール設計の限界を克服するＰＴＦＥ封止要素を有するラジアルシャフトシールを開発する。
【解決手段】ばね部材のシール取付部分は、シャフトの対になる表面で係合されると、その封止表面の全体に沿ってフッ素共重合体シールの封止接触を与えるよう動作可能である。フッ素共重合体シールはＰＴＦＥから形成されてもよく、シールの封止性を増強するために封止表面に形成される溝を含んでもよい。エラストマケーシングはさらに、工程間試験または汚れ排除を容易にするために静的シールまたは一時的な動的シール、および、シールの使用中に環境汚染物によって引起される損傷からフッ素共重合体シールを保護するための１つ以上の追加の汚れ排除機構を組込んでもよい。
【解決手段】ばね部材のシール取付部分は、シャフトの対になる表面で係合されると、その封止表面の全体に沿ってフッ素共重合体シールの封止接触を与えるよう動作可能である。フッ素共重合体シールはＰＴＦＥから形成されてもよく、シールの封止性を増強するために封止表面に形成される溝を含んでもよい。エラストマケーシングはさらに、工程間試験または汚れ排除を容易にするために静的シールまたは一時的な動的シール、および、シールの使用中に環境汚染物によって引起される損傷からフッ素共重合体シールを保護するための１つ以上の追加の汚れ排除機構を組込んでもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．技術分野
この発明は、概してラジアルシールに関する。より特定的には、この発明は、ラジアルシャフトシールなどの、エラストマケーシング層に直接接着される、向上したフッ素共重合体のラジアルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術
車両エアコン用コンプレッサ、過給機、パワーステアリングポンプおよびエンジンクランクシャフトの主回転軸を封止する際に用いられるよう設計されるラジアルシャフトシールは、封止すべき流体または気体に面する第１の封止要素が天然または合成のゴムなどのエラストマであるよう設計された、複数の封止要素を利用することができる。エラストマは、一般に、シャフトに対するシールを与えるのに十分な可撓性および弾性を有する。一般に、より堅く、摩擦がより小さく、かつ化学的耐性のある第２の封止要素がエラストマシールの後ろかつエラストマシールと並行して位置決めされ、より堅い耐摩耗性シールの封止縁部と後ろのより弾性のエラストマ封止要素の封止縁部との間に軸方向のギャップが与えられる。第２の封止要素は、一般には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素共重合体、または、ＰＴＦＥの機械特性、摩擦特性もしくは他の特性を制御するための１つ以上の公知の充填材を組込んだ充填ＰＴＦＥ材料から作られる。
【０００３】
一般に当該技術では、このようなシール構造の要素が典型的には一緒に組立てられ、次にクリンプ加工プロセスを用いて単一のユニットとして合わせてクランプ締めされる。このようなプロセスでは、ゴム要素およびＰＴＦＥ構成要素が２つの剛性ケーシング間でクリンプ加工されてシールを形成する。ＰＴＦＥ構成要素も典型的には、ゴム要素と剛性ケーシングの１つとの間でクリンプ加工される。シール全体を形成するために、接着されたりクランプ締めされたりする平らなＰＴＦＥ座金または予備成形された円錐形の構造体を利用することが当該技術で公知である。
【０００４】
他のラジアルシャフトシール設計も提案されており、これらはエラストマおよびＰＴＦＥ構成要素を剛性ケーシングに対してクリンプ加工またはクランプ締めすることを利用せず、エラストマ部材をＰＴＦＥ封止要素および金属ケーシングの両方に成型することによってＰＴＦＥ封止要素が取付けられる、金属ケーシングを利用するものである。このような設計ではＰＴＦＥ要素は、エラストマ封止要素の負荷を支持し制御するための軸受部材としてのみ用いられてもよく、その結果、封止機能はエラストマ封止要素によってのみ実行される。このようなシール構成の例は、キャサー（Cather）への米国特許番号第４，２７４，６４１号に示される。この構成では、ＰＴＦＥ軸受部材およびエラストマシールリップは並行して接着され、両方ともシャフト表面に接している。同様に、ジョンストン（Johnston）らへの米国特許番号第６，４２８，０１３号では、ＰＴＦＥ封止要素およびエラストマ要素の両方が封止がもたらされるシャフト表面に接しているような、いくつかのシール設計が開示される。
【０００５】
エラストマ封止要素を組込まず、ＰＴＦＥ封止要素のみに依存して流体シールを与えるさらに他のシール設計も提案されてきた。１つのこのようなラジアルシャフトシール設計は、ブッシャー（Bucher）らへの米国特許番号第４，６５０，１９６号に記載される。ブッシャーらの特許では、ＰＴＦＥ要素は、その長さの一部にわたってエラストマケーシングに接着され、それが次に剛性ケーシングに接着される。同様に、ジョンストンらの特許
では、ＰＴＦＥ封止要素を主要な封止要素として組込んだいくつかのシール設計が開示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような関連技術のラジアルシールシャフト設計の１つの制限は、ＰＴＦＥ封止要素がその全長にわたって封止しないことである。たとえば、ジョンストンらの設計では、ＰＴＦＥ封止要素はその全長に沿ってシャフトに接していない。これはブッシャーらのＰＴＦＥ部材にもあてはまり、利用可能なＰＴＦＥシール材を最適使用しないこととなる。さらに、これらのラジアルシール設計は、ＰＴＦＥの接触域が限られているので、ＰＴＦＥ封止要素自体によってシャフトもしくは他の封止表面に対して、またはエラストマケーシングおよびＰＴＦＥ封止要素の組合せによってシャフトもしくは他の封止表面に対して加えられる、封止圧力に対する制御が限定される。上述の制限に加えて、関連技術のラジアルシャフトシール設計では、シールをシャフトまたは封止すべき他の部材に設置することに関してさらに制限があることがわかっている。ＰＴＦＥリップが主要なシールリップである公知の設計の多くは、ラジアルシールリップの自由端を封止領域の流体側、通常は油側に有する。これらの構成は、ＰＴＦＥ材料の表面を傷つけたりそうでなければ破損したりしてシールの機能を破壊することを回避するために、このようなシールをシャフトに組立てるための特殊な取付具および設置工具と特殊な組立て上の注意または方法とを必要とし、環状シャフトなどに設置するのが困難であることが知られている。ＰＴＦＥなどのフッ素共重合体シール材は、封止表面への傷や他の表面損傷に非常に弱いことが知られており、有効に封止する能力を弱めかねない。このようなシールを設置する能力を増強し、設置中の傷、逆向きへの折曲げ、または湾曲に対する弱さを減じるために、封止要素の自由端が設置の油側の反対を向いた、ＰＴＦＥ封止要素の逆レイダウン構成がジョンストンらの特許などにおいて提案されてきた。しかしながら、このようなシール構成は依然として上述のものなどの他の制限を受ける考えられている。
【０００７】
したがって、関連技術のシール設計の限界を克服するＰＴＦＥ封止要素を有するラジアルシャフトシールを開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の概要
この発明は、ラジアルシャフトシールなどのラジアルシールであって、フッ素共重合体封止要素を有し、フッ素共重合体封止要素はエラストマケーシングに接着され、それが次に剛性の金属ケーシングなどの剛性ケーシングに接着されている。この発明のラジアルシールはさらに、シールの設置、試験（すなわち空気漏れ試験）または動作をさらに増強し得る、汚れ排除リップおよび静的な空気シールなどエラストマケーシングに成型された付加的な機構を組込んでいてもよい。
【０００９】
１つの局面では、この発明は剛性ケーシングを含むラジアルシールである。シールはさらに、剛性ケーシング内部に位置決めされて剛性ケーシングに接着されたエラストマケーシングを含む。エラストマケーシングは、剛性ケーシングから内径方向に延在し、かつ剛性ケーシングに沿って軸方向に延在する軸方向のばね部材を有する。軸方向のばね部材は、エラストマケーシングから延在するネック部分、およびネック部分に取付けられて接着表面を有するシール取付部分を含む。シールはさらに、接着表面および封止表面を有する予圧されたフッ素共重合体シールを含む。接着剤は、予圧されたフッ素共重合体シールの接着表面をシール取付部分の接着表面に接合する。ばね部材のシール取付部分は、シャフトの対になる表面で係合されると、その封止表面全体に沿ったフッ素共重合体シールの接触封止を与えるように動作可能である。
【００１０】
この発明の第２の局面では、ネック部分は、ほぼ線形のプロファイル、曲線から成るプロファイル、ベローズ状プロファイル、またはいくつかの他の公知の形状またはプロファイルのいずれかを含む、いくつかの形状またはプロファイルのうちのいずれを有していてもよい。これにより、エラストマケーシングのネック部および取付部分を含む軸方向のばね部材のばね特性および他の特性（すなわち、力、可撓性および従動性）を調整できるという利点がもたらされる。
【００１１】
この発明の第３の局面では、軸方向のばね部材の取付部分の厚さは、フッ素共重合体シール要素に概して一定の封止圧力を加えるために概して軸方向および径方向に一定であってもよく、または、フッ素共重合体シール要素の軸長に沿った変動する封止圧力を与えるために軸方向に可変であってもよい。
【００１２】
この発明の第４の局面では、フッ素共重合体封止要素は、フッ素共重合体要素の接着表面に、ねじ切られたもしくは他の連続した溝パターン、または外周溝もしくはチャネルもしくは他の不連続なパターン、または上記の組合せの１つ以上のさまざまな封止機構を任意に組込んでもよい。これらの溝パターンは、フッ素共重合体要素の長さに沿って一定の深さを有しても可変深さを有してもよい。溝はさらに、突起したリブを交互に構成してもよい。これらの溝は、たとえば封止表面の回転と連動して流体の流体力学的なポンプ作用を与えることなどのラジアルシールの作用によって封止すべき、油などの流体の保持を増強する利点を備える。
【００１３】
この発明の第５の局面では、ラジアルシールは、任意に、ラジアルシールの空気側のエラストマケーシングに空気リップまたはシールを含んでもよい。このシールは好ましくは静的シールであるが、ラジアルシールを組込んだ装置の製造中および／または使用中の初期試験もしくは工程間試験などの限られた期間の過渡的な、もしくは一時的な動的シールのコンテキストでも用いられ得る。内燃機関のコンテキストでは、エンジン製造および組立工程中のエンジンの工程間圧力試験を容易にするためにラジアルシールによって封止すべきシャフト表面にも一時的シールまたは工程間シールを与える必要なしに、この工程間圧力試験の利点をもたらし、エンジンの受入れまたは拒絶を容易にする。
【００１４】
この発明の第６の局面では、ラジアルシールは、フッ素共重合体封止要素が設置される装置の使用中にフッ素共重合体封止要素から汚れおよび他の汚染物質を除去することを有利に促進するために、シールの空気側のエラストマケーシングに１つ以上の組込型の汚れ排除リップを任意に組込んでもいてもよい。
【００１５】
この発明の第７の局面では、予圧されたフッ素共重合体要素は、一般に、フッ素共重合体要素の長さに沿って長手方向に大きさが異なる応力プロファイルを有する。有利には、この応力プロファイルは、ＰＴＦＥ要素を鋳型におけるその最終位置まで引伸ばした後にこの要素が受ける予圧の量と合わせて、要素の厚さおよび／または厚さプロファイルを制御することにより調整され得る。さらに、フッ素共重合体要素を引伸ばす方法により、伸ばされたシールがラジアルシールの他の要素とともにどのように鋳型に搭載されるかに基いて、要素が、一方が他方の逆である２つの配向のうちの１つに応力プロファイルで配向されることが可能になる。
【００１６】
この発明の第８の局面では、この発明のラジアルシールは、標準的構成または逆レイダウン構成のいずれかに構成され得る。いずれの構成においても、この発明のラジアルシールは、封止すべきシャフトまたは他の表面にシールを設置することに関連付けられる潜在的なシール損傷問題によっては、より影響を受けにくいと考えられる。実際、この発明のラジアルシールの構成は、基本的に２つの自由端を有するので、関連技術のシール設計に比べて、シールがまず自由端から設置されるか否かが特徴とはならないという理由で、従
来の設置構成シールと逆レイダウン設置構成シールとの相違を減じる。この発明のラジアルシールの構成はむしろ双方向レイダウン構成を示す。さらに、この特徴は、シールの設置端部に近い方であっても遠い方であっても、最高レベルの予圧と、したがって最大封止力とが封止すべき表面に加えられるように、フッ素共重合体要素において予圧レベルを配向する能力と組合わせることができる。たとえば、フッ素共重合体要素は、シールの設置を促進するために、封止表面に加えられる封止力が設置端部に近付くとより小さくなるように予圧レベルのプロファイルが配向されて、シールに位置してもよい。
【００１７】
この発明の第９の局面では、ラジアルシャフトシールを製作する新しい方法であって、内径および外径を有する予圧されたフッ素共重合体シールを形成するために、心棒装置を利用して、少なくとも内径について、内径および外径を有するフッ素共重合体シールプリフォームを引伸ばすステップと、接着表面および封止表面を有する予圧されたフッ素共重合体シールを鋳型キャビティを有する鋳型に配置するステップとを含み、接着表面は鋳型キャビティに露出され、さらに、剛性ケーシングを鋳型キャビティ内で予圧されたフッ素共重合体シールに近接して配置するステップと、前記剛性ケーシングの内部に位置決めされて剛性ケーシングに接着される、剛性ケーシングから内径方向に延在し、かつ剛性ケーシングに沿って軸方向に延在する軸方向のばね部材を有するエラストマケーシングを成型するために、エラストマ材料を鋳型キャビティに導入するステップとを含み、軸方向のばね部材は、エラストマケーシングから延在するネック部分と、ネック部分に取付けられて接着表面を有するシール取付部分とを含み、ネック部分は予圧されたフッ素共重合体シールの接着表面をシール取付部分の接着表面に接合する接着剤を有し、シール取付部分は、シャフトの対になる表面で係合されると封止表面全体に沿ってフッ素共重合体シールの封止接触を与えるよう動作可能である。
【００１８】
この発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付された図面に関して考慮されると、より容易に認識されるようになる。同様の要素は同様の名称を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明のラジアルシャフトシールの第１の実施例の断面図である。
【図２】この発明のラジアルシャフトシールの第２の実施例の断面図である。
【図３】この発明のラジアルシャフトシールの第３の実施例の断面図である。
【図４】この発明のラジアルシャフトシールの第４の実施例の断面図である。
【図５】この発明のラジアルシャフトシールの第５の実施例の断面図である。
【図６】この発明のラジアルシャフトシールの第６の実施例の断面図である。
【図７】ラジアルシャフトと封止接触する、この発明のラジアルシャフトシールの断面図である。
【図８】フッ素共重合体シールをエラストマケーシングに接着する前にフッ素共重合体シールを予圧するために用いられる鋳型核に搭載された心棒と、フッ素共重合体シールを心棒の上、次いで鋳型核に対して引伸ばすための設置工具との断面図である。
【図９Ａ】設置工具の動作によってフッ素共重合体シールを心棒の上に引伸ばす際の図８の心棒の領域９の拡大した断面図であって、鋳型内の第１のシール配向を例示する図である。
【図９Ｂ】設置工具の動作によってフッ素共重合体シールを心棒の上に引伸ばす際の図８の心棒の領域９の拡大した断面図であって、鋳型内の第２のシール配向を例示する図である。
【図１０】この発明のラジアルシャフトシールを形成し成型するために利用される鋳型内で、鋳型核において剛性ケーシングに隣接して位置決めされたフッ素共重合体シールの断面図である。
【図１１】鋳型をエラストマ材料で満たす前の図１０の領域１１の拡大した断面図である。
【図１２】鋳型をエラストマ材料で満たした後の図１０の鋳型の領域１１の拡大した断面図である。
【図１３】成型されたシールのトリミング前（想像線）および後のこの発明の成型されたシールの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
好ましい実施例の詳細な説明
この発明は、回転するラジアルシールシャフトについて流体の通過を封止するためのラジアルシャフトシールである。このラジアルシャフトシールは、主要な封止部材として、エラストマケーシングに接着され、それが次に剛性ケーシングに接着される、予圧されたフッ素共重合体シールを有する。使用において、予圧されたフッ素共重合体シールは、ラジアルシールシャフトの封止表面と流体気密で封止接触する。ラジアルシャフトシールは、流体の通過を封止するための多くのラジアル回転シャフトのシール用途、特にクランクシャフトシールを含むいくつかの自動車用途に適する。示されないが、この発明は、ユニット化する摩耗スリーブ要素が環状シャフトに配置される、摩耗スリーブ要素を備えたシールにも等しく適用されることも理解される。
【００２１】
図１−図６は、この発明に従って成型されトリミングされる、ラジアルシャフトシール１０のさまざまな実施例を示す。すなわち、シール１０が、射出成形プレスなどの適切な装置において形成され、完成または部分的に完成したシールをもたらすように、成形プレスから取除かれてトリミングされる。シール１０は、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形、もしくはこれらのプロセスの組合せ、または、予圧されたフッ素共重合体シールを中間エラストマ部材もしくはケーシングを用いて剛性のキャリアに接着する、シール１０を形成するための同様のプロセスを含む、いくつかの公知の方法のうちいずれで作られてもよい。
【００２２】
図１−図６では、ラジアルシャフトシール１０は、外表面１４と内表面１６とを有する
剛性ケーシング１２を含む。シール１０はまた、好ましくは少なくとも部分的に内表面１６内で剛性ケーシングに位置決めされ、好ましくは少なくとも部分的に内表面１６で剛性ケーシング１２に接着される、エラストマケーシング１８を含む。エラストマケーシング１８はまた、外表面１４上に部分的に配置され、外表面１４に接着されてもよい。エラストマケーシング１８はさらに、本願明細書にさらに記載されるように、フッ素共重合体シール要素が動的な封止要素として働くシャフトを収容する装置に対し、封止すべき流体に静的シールを与えるために利用されてもよい。エラストマケーシング１８は、ばね部材２０を有する。ばね部材２０は剛性ケーシング１２からから軸方向に延在しており、そして内径方向に延在している。ばね部材２０は、概して、剛性ケーシング１２の内表面１６に沿って軸方向に延在しており、そして内表面１６から離れるように内径方向に延在している。しかしながら、剛性ケーシング１２の形状および軸方向のばね部材２０の配向および形状に依存して、たとえば、剛性ケーシング１２が内径方向に湾曲するＪ形状を有する場合などは、軸方向のばね部材２０は、外表面１４から外径方向に延在し、かつ軸方向に沿って延在してもよい。軸方向のばね部材２０は、一方端２４および対向端２６においてエラストマケーシング１８から接着表面３０を有するシール取付部分２８まで延在するネック部分２２を有する。シール取付部分２８は、概して軸方向のばね部材２０のネック部分２２以外の残部を含む。シール１０はさらに、外部すなわち接着表面３４および内部すなわち封止表面３６を有する、予圧された、滑らかで摩擦係数が低いフッ素共重合体シール３２をも含む。軸方向のばね部材２０は、ラジアルシール１０の長手軸４０に沿って軸方向に延在し、封止される表面に対してばね部材２０およびフッ素共重合体シールを付勢しようとするばね力を概して及ぼす。径方向のネック部分２２は、いくつかのネック部形状および断面プロファイル、たとえば円錐台形の径方向要素を形成する概して線形または曲線から成るプロファイル（図１および図２）、回旋状の円錐台形の径方向要素を形成する回旋状のプロファイル（図３および図４）、収束するベローズ形状の径方向要素を形成する起伏のあるまたは波状のプロファイル（図４および図５）など、ならびに他の多くのネック部形状および断面プロファイルのいずれを有していてもよい。ネック部分２２により、ラジアルシール１０が、シールの長手軸およびシャフトの長手軸に対する、またはシャフトの回転時のシャフトの動的な偏心もしくは振れについての、僅かな誤整列に対応することが可能になる。これは、先行技術のシール設計に対してこの発明の著しい利点である。軸方向のばね部材２０には、ネック部分２２の対向端２６において、軸方向に延在する取付部分２８が取付けられる。取付部分２８は、フッ素共重合体シール３２の全長に沿って延在する。図３および図４において、取付部分２８の断面厚さ（ｔ）は、ネック部に接合するところ以外は、その長さに沿って概して一定として示される。これは、ラジアルシールがシャフトに設置されるとき、取付部分２８がフッ素共重合体シール３２に概して一定の封止圧力を与えることを可能にする。シール取付部分２８の厚さが、予圧されたフッ素共重合体シール３２の厚さの２分の１を越えることが好ましい。ラジアルシール１０の多くの用途について、約０．０１０−０．０６０インチの範囲の厚さが取付部分２８に好適であると考えられる。しかしながら、図２、図５および図６に示されるように、取付部分２８の厚さはその長さに沿って変動してもよく、その結果、ばね部材２０の一部として取付部分２８が与える封止圧力は、プロファイル厚さに従ってその長さに沿って同様に変動する。厚さはいかなる好適なプロファイルに従って変動してもよい。図２、図５および図６では、プロファイル厚さは、最大厚さｔ２から最小厚さｔｌまで直線的に変動する。厚さプロファイルは、示されるように直線的に変動してもよく、またはインボリュート状でも、回旋状でも、他の曲線から成るプロファイルであってもよい。断面厚さプロファイルは、当然、ばね部材２０のばね特性を変え、シール１０および予圧されたフッ素共重合体シール３２となるばね圧縮力が、本願明細書にさらに記載されるように、干渉状態でシャフト３８にわたって設置される。
【００２３】
予圧されたフッ素共重合体シール３２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から好ましくは形成される。当該技術において周知のように、フッ素共重合体シール３２に
用いられるＰＴＦＥなどのフッ素共重合体は、フッ素共重合体の機械特性、摩擦特性または他の特性を修正するため用いられるさらにいくつかの充填材または他の材料のうちいずれかを組込んでいてもよい。フッ素共重合体シール３２の予圧された状態は、好ましくはＰＴＦＥ座金または中空円板であるフッ素共重合体プリフォーム７２を塑性変形し、その結果の残余の内部応力レベルをフッ素共重合体シール３２における予圧として生成するのに十分に、プリフォーム７２を引伸ばすことによって生成される（図８を参照）。シールの長さに沿った予圧および予圧プロファイルの大きさは、本願明細書にさらに記載されるように影響を受けて変動してもよい。シール１０はさらに、予圧された、摩擦係数の低いフッ素共重合体シール３２の外部表面すなわち接着表面３４をシール取付部分２８の接着表面３０に接合する接着インターフェース３３を含む。シール取付部分２８は、対になるシャフト３８または他のシールがもたらされる表面で係合されると、予圧されたポリテトラフルオロエチレンシールなどの、予圧された、滑らかで、摩擦係数が低いフッ素共重合体シール３２の封止表面３６の全体に沿って封止接触を与えるように動作可能である。フッ素共重合体シール３２は、連続的なスパイラル、螺旋形、またはねじ切られた溝などの溝６０を封止表面３６に組込んでもよく、溝はシールの流体または油側に向って傾いているのが好ましい。このような溝または溝パターンは周知であり、ラジアルシール１０および封止表面の相対的な回転に応じて流体力学的なポンプ作用をもたらす。溝６０（または複数の溝６０）の深さはその長さに沿って一定でも、またはフッ素共重合体シールの一方端から他方端に向かって深さが変動してもよい。連続的な溝６０はさらに、封止すべき流体を止めるか蓄積するためにラジアルシール１０の動作中に用いられる、周知の１つ以上の不連続な外周溝またはチャネル（示されない）を単独で、または連続的な溝とともに含んでもよい。溝６０は、連続的でも不連続でもその組合せでも、コイニングまたは機械加工などの周知の成形加工方法を用いて形成され得る。溝６０は、封止表面３６上に形成される突起したリブを交互に構成してもよい。フッ素共重合体シール３２は、予圧されたフッ素共重合体シール３２の外表面上にエラストマの射出成形によってもたらされる接着などの従来の手段によって、接着インターフェース３３において、エラストマケーシング１８の取付部分２８の接着表面３０に化学的に直接に接着されるのが好ましい。エラストマケーシングを成型し、フッ素共重合体シール３２と取付部分２８との化学的接着をもたらすために用いられる方法は周知である。
【００２４】
剛性ケーシング１２、エラストマケーシング１８および予圧されたフッ素共重合体シール３２は、ラジアルシール１０の他の要素と同様に、シール１０の長手軸４０のまわりに径方向に配向される。ラジアルシール１０がシャフト３８に設置されるとき、ラジアルシール１０の長手軸４０はシャフト３８の長手軸とも一致する。しかしながら、製造許容誤差により、僅かな誤整列、軸のずれ、非平行またはその各々の組合せのいずれかが生じることが知られている。したがって、ラジアルシール１０は、封止表面３６の全長に沿った締りばめがシャフト３８のシャフト封止表面４６と予圧されたフッ素共重合体シール３２の封止表面３６との間に存在するように、シャフト３８に対して選択され、寸法決めされるのが望ましい。これを達成するために、シャフト３８は、典型的には面取り４２または斜面もしくは同様の導入端部４８を自由端または設置端部に組込み、シャフト３８へのラジアルシール１０の係合および設置を促進する。面取り４２の段階的な半径は一般に、導入縁部４８およびシャフト３８の自由端または設置端部の面取り４２の部分がラジアルシール１０の設置端部４４の半径に対して干渉しないように選択される一方で、面取り４２の対向端５０での半径はシャフト３８およびラジアルシール１０に対して上述の干渉を呈するように選択される。面取り４４の長さに沿ったどこかに干渉が生じるように一般に設計される。干渉の程度は、ＰＴＦＥなどのフッ素共重合体シール要素を組込んだシールのシール設計の技術において周知であるように、フッ素共重合体シール３２が封止表面３６においてシャフト３８の封止表面４６に対して所望の封止圧力を加えるように選択される。図１−図６に示されるように、ラジアルシール１０は、ラジアルシール１０の矢印５２の方向への動きか、または逆にシャフト３８の反対方向への動きによって、接着表面３６
全体が封止表面４６と封止接触するようにシャフト３８に設置される。フッ素共重合体封止要素３２の封止表面３６全体がシャフト３８の封止表面４６に沿って全面接触していることはこの発明の重要な特徴であり、関連技術のシール設計に対する著しく有利な向上を表す。図１に示されたこの発明の実施例は従来のラジアルシール１０の配向を表し、シールの自由端および設置端部４４は、シールの大気側から反対向きであって、シールの油側、またはより一般的には流体側２００に最も接近して配向される。ラジアルシール１０がシャフト３８に組立てられると、２００として示される領域は、囲まれた領域または封止された領域であって油側と呼ばれる一方、１００として示される領域は、封止された領域の外部にあって空気側と呼ばれる。
【００２５】
剛性ケーシング１２は、ラジアルシール１０についての全体的な用途要件および他のシール要素の所望の構成に依存して、いかなる好適な形状であってもよく、そのいくつかが図１−図６に示される。剛性ケーシング１２はいかなる適切な剛性の構造材料からであってもよい。剛性ケーシング１２は好ましくは金属ケーシングで、鋼などのいかなる適切な金属から形成されていてもよい。剛性ケーシング１２は、適切に剛性のエンジニアリングプラスティックまたはプラスチック複合物から形成されていてもよい。剛性ケース１２は一般に軸方向ケース部分１３および径方向ケース部分１５を有する。エラストマケーシングは、軸方向のケーシング部分１３および径方向のケーシング部分１５のいずれかまたは両方に接着されてもよい。
【００２６】
エラストマケーシング１８は、事実上、フルオロエラストマ、ポリアクリレート、ニトリル、水素化ニトリルもしくはシリコーンなどの熱硬化性ポリマエラストマ、または同様の熱硬化性エラストマ、または好適な熱可塑性エラストマを含むいかなるエラストマであってもよい。エラストマケーシング１８のエラストマ材料は、シールの動作温度、封止すべき流体に対する耐化学性または適合性、剛性ケーシング１８およびフッ素共重合体シール要素３２の材料との接着性および他の適合性などの用途要件、ならびに他の要因に関連して一般に選択される。エラストマケーシング１８はケーシングの外表面１４または内表面１６の少なくとも１つに接着され、取付けられてもよく、シールの設計に依存して両方に接着されてもよい。エラストマケーシング１８の剛性ケーシング１２における位置も、上述のように、および当該技術において一般に周知のように、エラストマケーシング１８に関連付けられた静的な封止要件に関連して決定される。図１−図６では、ラジアルシール１０の静的な封止部分５４は、エラストマケーシング１８の一部分を剛性ケーシング１２の外表面１４で接着することにより形成される。図２を参照して、エラストマケーシング１８は、フッ素共重合体シール３２に関連付けられる領域から汚れまたは他の汚染物を排除するための１つ以上のエラストマ性排除リップ５８、および１つ以上のエラストマ静的シールリップ５６を含む、ラジアルシール１０の他の機構をも任意に組込んでもよい。エラストマシールリップ５６は、ラジアルシール１０および予圧されたフッ素共重合体シール３２の空気側１００に位置し、シャフト３８に対して封止圧力を与えないか最小限の封止圧力を与えるよう、予圧されたフッ素共重合体の動的な封止作用に干渉しないように、特に設計されて寸法決めされるのが好ましい。シールリップ５６は、ラジアルシール１０を組込んだ内燃機関などの装置の組立て中に、プロセス中の加圧および空気漏れ（すなわち油側２００からの空気漏れ）試験を容易にするための静的シールとして一般に利用される。シールリップ５６は、シャフトに接しているので一時的な動的シールとしても作用し得るが、シールの空気側に位置しており油などの潤滑用流体に典型的にはさらされないので、装置の使用中にシャフトの回転によって早くすり減ってしまう。シールリップ５６はまた、予圧されたシール３２に近接するシャフト３８の部分から外部源からの汚れを排除するよう動作可能な、一次汚れ排除リップ５８としても機能する。シールリップ５６は、ラジアルシールが空気側１００から加圧される場合などの、装置に関連付けられた圧力試験に対する応答を除いては、シャフトに封止圧力をかけないように設計されることもできる。排除リップ５８は、予圧されたフッ素共重合体シール３２から汚れなどの汚染物質
を排除するよう動作可能であるような形状で位置決めされる。図２および図１３に示されるように、付加的な排除リップが組込まれてもよい。予圧されたフッ素共重合体シール３２の動的な封止特性に有害な影響を及ぼすことなくシールリップ５６および排除リップ５８を組込む能力は、この発明の別の重要な利点である。
【００２７】
図３は、この発明の別の実施例を示す。図３を参照して、ラジアルシール１０は、回旋状のネック部２２を備え、フッ素共重合体シール３２の自由端がラジアルシール１０の空気側１００により接近し、面していることにおいて、逆レイダウン構成である。
【００２８】
図４は、この発明のさらに別の実施例を示す。図４のラジアルシールは、図４のラジアルシール１０が、上述のようにシール１０の空気側１００に静的な空気シールを与えるためのエラストマシールリップ５６をも含む以外は、図３のラジアルシールと同一である。静的シール５６は汚れ排除リップ５８としても機能する。図４のシールは、取付部分２８の自由端に取付けられる１つまたはそれ以上の（示されない）追加の排除リップ５８をも任意に含んでもよい。シールリップ５６および付加的な排除リップ５８は、個別にまたは互いに組合わせて用いられてもよい。
【００２９】
図５は、この発明のさらに別の実施例を示す。図５を参照して、ラジアルシール１０は、ベローズ形のネック部２２を備え、フッ素共重合体シール３２の自由端がラジアルシール１０の油側により接近し、面していることにおいて、従来のレイダウン構成である。この実施例はさらに、取付部分２８の長さに沿った可変厚さをも示す。
【００３０】
図６は、この発明のさらに別の実施例を示す。図６のラジアルシールは、図６のラジアルシール１０が、上述のようなシールの空気側に静的シールを与えるためのエラストマシールリップ５６をも含む以外は、図５のラジアルシールと同一である。静的シール５６は汚れ排除リップ５８としても機能する。このシール構成はさらに上述のような１つ以上の追加の排除リップ５８（示されない）を組込んでもよい。
【００３１】
図７は、ラジアルシャフト３８上に設置されたこの発明のラジアルシール１０を示す。封止表面３６の全長は、油側２００の油と封止接触し、油側２００の油が空気側１００へと漏れることを封止するよう動作可能である。スパイラル溝６０は、ラジアルシール１０およびシャフト３８の相対的な回転に応答して自由端４４および空気側１００に向かって移動し、また油側１００に向かって戻りかねない油を、ポンプ送りするよう動作可能である。
【００３２】
図８−図１２にも、ラジアルシャフトシール１０の製作または製造方法３００がこの発明の局面として開示され、この方法は、内径および外径を有する予圧されたフッ素共重合体シール３２を形成するために、心棒装置６４を利用して、内径６２および外径７４を有するフッ素共重合体シールプリフォーム７２を少なくとも内径６２について引伸ばすステップ３１０と、接着表面３４および封止表面３６を有する予圧されたフッ素共重合体シール３２を鋳型キャビティ７０を有する鋳型６６に配置するステップ３２０とを含み、接着表面３４は鋳型キャビティ７０に露出され、さらに、剛性ケーシング１２を鋳型キャビティ７０内の予圧されたフッ素共重合体シール３２に近接して配置するステップ３３０と、前記剛性ケーシング１２内部に位置決めされ、前記剛性ケーシング１２に接着され、かつ剛性ケーシング１２から内径方向に延在し、かつ剛性ケーシング１２に沿って軸方向に延在する軸方向のばね部材２０を有するエラストマケーシング１８を成型するために、エラストマ材料を鋳型キャビティ７０へ導入するステップ３４０とを含み、軸方向のばね部材２０は、エラストマケーシング１８から延在するネック部と、ネック部に取付けられて接着表面３０を有するシール取付部２８とを含み、予圧されたフッ素共重合体シール３２の接着表面３４をシール取付部２８の接着表面３０に接合する接着剤３３を有し、シール取
付部分２８は、シャフト３８の対になる表面４６で係合されると、封止表面３６の全体に沿って、予圧されたフッ素共重合体シール３２の封止接触を与えるよう動作可能である。この方法３００は、２００３年２月１３日付けの同時係属する米国特許出願連続番号第１０／３６６，２５３号（事件整理番号７１０２４−２１１）に記載されるような予圧されたフッ素共重合体シール３２の形成方法と同様の方法を用い、引用によってその全体が本願明細書に援用される。この係属中の出願のシールは、これらのシールのエラストマ要素が動的ラジアルシールの一部を含むことと、フッ素共重合体封止要素はフッ素共重合体要素の全長に沿っては封止しないこととにおいてこの発明のシールとは異なるが、フッ素共重合体要素を引伸ばし、予圧する方法は、方法３００の局面との類似点を有する。
【００３３】
予圧されたフッ素共重合体シール３２は、平らな円筒状フッ素共重合体座金７２などのフッ素共重合体シールプリフォーム７２として、当初は応力を受けず、引伸ばされない状態である。座金は、好ましくは約０．０１０から０．０６０インチの範囲の厚さを有する。外径７４および内径６２は、その差異の半分がラジアルシール１０の第２の表面または封止表面３６の長さを決定するように選択される。第２の表面３６はいかなる適切な長さであってもよいが、典型的には約０．１５から０．２５インチの範囲である。図８、図９Ａおよび図９Ｂを参照して、平らなフッ素共重合体座金７２が心棒の上端部７６上に配置される。心棒６４の上端部７６の直径は、フッ素共重合体座金７２の内径６２よりも小さい。拡張可能なプッシャまたは設置工具７８は、複数の個別の拡張可能なフィンガ８０などの拡張可能な下部を有するプランジャの形をしている。拡張可能なフィンガ８０は、各々、設置工具が平座金７２および心棒６４と接触するように矢印８４が示す方向に動かされると平座金７２を係合するために用いられる、接触面８２を有する。図９Ａおよび図９Ｂに示されるように、拡張可能なプッシャまたは設置工具７８のフィンガ８０が心棒６４のテーパ状の外表面８６に沿って動くと、拡張可能なフィンガ８０の接触面８２はフッ素共重合体座金７２の上部表面８８を係合し、それが心棒６４の外表面８６を滑り落ちるようにする。心棒６４は１つ以上のテーパを有してもよく、心棒６４の下部表面８７の直径が少なくともフッ素共重合体座金の内径６２よりも大きいように構築される。テーパは線形のプロファイルを有するように示されるが、回旋状もしくはインボリュート状のプロファイルまたは他の、プリフォーム７２を予圧するのに適したテーパ状プロファイルであってもよい。プリフォーム７２の大きさは、心棒６４および鋳型６６のポスト表面など関連付けられた部分の大きさと合わせて、フッ素共重合体シールプリフォーム７２に行われる引伸ばしの量および予圧されたフッ素共重合体シール３２に与えられる予圧の量を決定する。座金７２と心棒６４は、心棒６４の下部表面８７の直径がフッ素共重合体シールプリフォーム７２の外径よりも大きいように選択される。したがって、座金７２は、内径６２および外径７４の両方で予圧されることが確実になる。座金７２が心棒６４の外表面８６を滑り落ちるので、塑性的に引伸ばされるか変形され、それによって、座金が予圧されるようになる。フッ素共重合体座金７２の内径６２に隣接する座金７２の部分が、外径７４に隣接する部分よりも引伸ばされる程度が大きいので、予圧されたフッ素共重合体シール３２の長さに沿って応力レベルが変動する。座金７２の内径６２は、好ましくはフッ素共重合体シール３２の内径６２を拡張して第１の端部９０を予圧するよう心棒６４に沿ってプランジャ７８を下げることにより、図９Ａまたは図９Ｂに示される円錐形状に引伸ばされるのが好ましい。外径７４も心棒に沿って下方に滑るにつれて拡張し、それによりフッ素共重合体シール３２の第２の端部９２を予圧する。図９Ａに示される例において、第１の端部９０の内部応力量は、より多くの変形を経るので、第２の端部９２の内部応力量よりも大きい。引伸ばすステップ３１０において、フッ素共重合体座金７２は予圧されたシール３２を形成するよう引伸ばされる。座金７２は、シール３２において所望の予圧量を生じるために、内径の本来の大きさの約５％から１８０％で、より好ましくは内径の本来の大きさの約５％から１２０％の範囲で引伸ばされる。予圧されたフッ素共重合体シール３２は、エラストマ材料で成型する以前に引伸ばされ、予圧された状態で維持され、概して、さまざまな形式のアニールまたは他の応力除去方法などの内部応力を除去するいかな
る工程も受けない。
【００３４】
次いで、方法３００は、予圧されたフッ素共重合体シール３２を鋳型６６のポスト表面６８を係合するように鋳型６６に配置するステップ３２０に進む。図９Ａにおいて、予圧されたフッ素共重合体シール３２の第２の端部９２は、第１の端部９０および予圧されたシール３２が示された配向に納まる前に、第１のショルダ９４を通過する。代替的に、図９Ｂでは、第１の端部９０が第１のショルダ９４の上に押出されている間に第１のショルダをフィンガの方へ上向きに巻き上げることによって第２の端部９２が第１のショルダ９４を通過するのを妨げるなど、シールが第１のショルダ９４を滑る間に注意深くシールを操作することにより、すでに予圧されたフッ素共重合体シール３２の第１の端部９０は、第２の端部９２および予圧されたフッ素共重合体シール３２が示された交互の配向になる前に、第１のショルダ９４を通過する。心棒６４および第１のショルダ９４は、第１の端部９０および第２の端部９２の配向を容易にするよう構成され得る。この配向変更能力は、予圧されたシールがより高いレベルの予圧で同じ鋳型を用いて反対の配向に配向されることが可能になるので特に有利であり、その結果、予圧されたフッ素共重合体シール３２の少なくとも２つの実施例または構成が、鋳型を変えることなく成型されることが可能となる。
【００３５】
予圧されたフッ素共重合体シールを配置するステップ３２０に続いて、シール３２は鋳型６６に位置し、ポスト表面６８に対して係合され、かつ好ましくは第２のショルダ９６に置かれる。心棒６４は鋳型６６の中央要素９８の部分（示されない）、または図８に示されるような個別の（かつ取外し可能な）要素を含んでもよいことに注意されたい。ポスト表面６８は、僅かに下向きに広がるテーパ部を有するよう図８、図９Ａおよび図９Ｂに示され、その結果、ポスト表面は第１の端部直径６９および第２の端部直径７１を有し、第２の端部直径は第１の端部直径より大きい。代替的に、ポスト表面は上向きに広がるテーパ（示されない）を有することができ、その結果、第１の端部直径６９は第２の端部直径７１の下に位置し、そこで第２の端部直径は依然第１の端部直径よりも大きい。予圧されたシール３２は上述の構成のいずれかのこのようなポスト表面に配置され得る。テーパ状の場合、ポスト表面６８は図９Ａおよび図９Ｂに示される線形のテーパを有することができ、またはインボリュートもしくは回旋状のテーパを有し得ると考えられる。代替的に、ポスト表面は、鋳型６６の長手軸６７におよそ平行な直線のプロファイル（示されない）、または、凹面、凸面もしくは他の湾曲したプロファイル、またはベローズ形状もしくは類似の複雑なプロファイルなどの他の複雑なプロファイルを有し得る。
【００３６】
方法３００は、引伸ばされたフッ素共重合体シールが鋳型内に配置される前後いずれかに、鋳型６６内に剛性ケーシング１２を配置するステップ３３０を含む。対になる鋳型要素（たとえば要素９８、１０２、１０４、１０６、１０８など）の１つ以上は、好ましくは、特に鋳型要素９８、１０２、１０４、１０６および１０８が鋳型キャビティ７０を形成する位置に動かされる間に剛性ケーシング１２を鋳型６６に配置する、ショルダ１１０などの１つ以上の配置機構を有する。
【００３７】
図１２に示されるように、方法３００は、剛性ケーシング１２が鋳型６６内に配置された後、次にいくつかの公知の成形技術のうちの１つを用いて、エラストマ材料を鋳型キャビティ７０へ導入するステップ３４０に進む。エラストマ材料は、剛性ケーシング、予圧されたフッ素共重合体シール３２、およびラジアルシール１０の意図される用途環境との適合性についての公知の基準を用いて選択される。適切なエラストマ材料が鋳型のキャビティ７０に導入され、高温および／または高圧で典型的には硬化されることができ、この発明のエラストマケーシング１８および一体型ラジアルシール１０を形成する。成型後のさらなる硬化後動作は任意である。
【００３８】
フッ素共重合体シール３２を、予圧され、または引伸ばされた状態に維持することによって、典型的にはクリンプ加工されたシール設計に用いられる第２の剛性ケーシングの必要性と同様、先行技術の設計よりも少ないフッ素共重合体を利用するラジアルシャフトシールを与えることとなり、より著しい節約ができる。
【００３９】
図１３を参照して、この発明のラジアルシール１０’が成型されたままの状態で現れ得るような想像線で示される。典型的には鋳型６６からの抽出に続いて、ラジアルシールは、鋳型のばりを取除き、かつ図１３に例として示されるような完成したラジアルシール１０の形状を形成するために、トリミングされる。トリミングは、成型されたままのシール１０’からばりを削除したりトリミングしたりするための工具を用いて、シールをばりから切断、切削または他の方法で削除することによって実行され得る。代替的に、成型されたままのシール１０’は、切断用または他の削除用工具を必要とすることなくばりを引きはがしたり破ったりすることによりばりを除去するよう動作可能な薄くなった部分（示されない）を位置１２０などにおいて与えるよう適合されてもよい。
【００４０】
明らかに、この発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能である。したがって、この発明は、添付の請求項の範囲内で、特に記載された以外にも実行され得る。この発明は請求項によって規定される。
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．技術分野
この発明は、概してラジアルシールに関する。より特定的には、この発明は、ラジアルシャフトシールなどの、エラストマケーシング層に直接接着される、向上したフッ素共重合体のラジアルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術
車両エアコン用コンプレッサ、過給機、パワーステアリングポンプおよびエンジンクランクシャフトの主回転軸を封止する際に用いられるよう設計されるラジアルシャフトシールは、封止すべき流体または気体に面する第１の封止要素が天然または合成のゴムなどのエラストマであるよう設計された、複数の封止要素を利用することができる。エラストマは、一般に、シャフトに対するシールを与えるのに十分な可撓性および弾性を有する。一般に、より堅く、摩擦がより小さく、かつ化学的耐性のある第２の封止要素がエラストマシールの後ろかつエラストマシールと並行して位置決めされ、より堅い耐摩耗性シールの封止縁部と後ろのより弾性のエラストマ封止要素の封止縁部との間に軸方向のギャップが与えられる。第２の封止要素は、一般には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素共重合体、または、ＰＴＦＥの機械特性、摩擦特性もしくは他の特性を制御するための１つ以上の公知の充填材を組込んだ充填ＰＴＦＥ材料から作られる。
【０００３】
一般に当該技術では、このようなシール構造の要素が典型的には一緒に組立てられ、次にクリンプ加工プロセスを用いて単一のユニットとして合わせてクランプ締めされる。このようなプロセスでは、ゴム要素およびＰＴＦＥ構成要素が２つの剛性ケーシング間でクリンプ加工されてシールを形成する。ＰＴＦＥ構成要素も典型的には、ゴム要素と剛性ケーシングの１つとの間でクリンプ加工される。シール全体を形成するために、接着されたりクランプ締めされたりする平らなＰＴＦＥ座金または予備成形された円錐形の構造体を利用することが当該技術で公知である。
【０００４】
他のラジアルシャフトシール設計も提案されており、これらはエラストマおよびＰＴＦＥ構成要素を剛性ケーシングに対してクリンプ加工またはクランプ締めすることを利用せず、エラストマ部材をＰＴＦＥ封止要素および金属ケーシングの両方に成型することによってＰＴＦＥ封止要素が取付けられる、金属ケーシングを利用するものである。このような設計ではＰＴＦＥ要素は、エラストマ封止要素の負荷を支持し制御するための軸受部材としてのみ用いられてもよく、その結果、封止機能はエラストマ封止要素によってのみ実行される。このようなシール構成の例は、キャサー（Cather）への米国特許番号第４，２７４，６４１号に示される。この構成では、ＰＴＦＥ軸受部材およびエラストマシールリップは並行して接着され、両方ともシャフト表面に接している。同様に、ジョンストン（Johnston）らへの米国特許番号第６，４２８，０１３号では、ＰＴＦＥ封止要素およびエラストマ要素の両方が封止がもたらされるシャフト表面に接しているような、いくつかのシール設計が開示される。
【０００５】
エラストマ封止要素を組込まず、ＰＴＦＥ封止要素のみに依存して流体シールを与えるさらに他のシール設計も提案されてきた。１つのこのようなラジアルシャフトシール設計は、ブッシャー（Bucher）らへの米国特許番号第４，６５０，１９６号に記載される。ブッシャーらの特許では、ＰＴＦＥ要素は、その長さの一部にわたってエラストマケーシングに接着され、それが次に剛性ケーシングに接着される。同様に、ジョンストンらの特許
では、ＰＴＦＥ封止要素を主要な封止要素として組込んだいくつかのシール設計が開示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような関連技術のラジアルシールシャフト設計の１つの制限は、ＰＴＦＥ封止要素がその全長にわたって封止しないことである。たとえば、ジョンストンらの設計では、ＰＴＦＥ封止要素はその全長に沿ってシャフトに接していない。これはブッシャーらのＰＴＦＥ部材にもあてはまり、利用可能なＰＴＦＥシール材を最適使用しないこととなる。さらに、これらのラジアルシール設計は、ＰＴＦＥの接触域が限られているので、ＰＴＦＥ封止要素自体によってシャフトもしくは他の封止表面に対して、またはエラストマケーシングおよびＰＴＦＥ封止要素の組合せによってシャフトもしくは他の封止表面に対して加えられる、封止圧力に対する制御が限定される。上述の制限に加えて、関連技術のラジアルシャフトシール設計では、シールをシャフトまたは封止すべき他の部材に設置することに関してさらに制限があることがわかっている。ＰＴＦＥリップが主要なシールリップである公知の設計の多くは、ラジアルシールリップの自由端を封止領域の流体側、通常は油側に有する。これらの構成は、ＰＴＦＥ材料の表面を傷つけたりそうでなければ破損したりしてシールの機能を破壊することを回避するために、このようなシールをシャフトに組立てるための特殊な取付具および設置工具と特殊な組立て上の注意または方法とを必要とし、環状シャフトなどに設置するのが困難であることが知られている。ＰＴＦＥなどのフッ素共重合体シール材は、封止表面への傷や他の表面損傷に非常に弱いことが知られており、有効に封止する能力を弱めかねない。このようなシールを設置する能力を増強し、設置中の傷、逆向きへの折曲げ、または湾曲に対する弱さを減じるために、封止要素の自由端が設置の油側の反対を向いた、ＰＴＦＥ封止要素の逆レイダウン構成がジョンストンらの特許などにおいて提案されてきた。しかしながら、このようなシール構成は依然として上述のものなどの他の制限を受ける考えられている。
【０００７】
したがって、関連技術のシール設計の限界を克服するＰＴＦＥ封止要素を有するラジアルシャフトシールを開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の概要
この発明は、ラジアルシャフトシールなどのラジアルシールであって、フッ素共重合体封止要素を有し、フッ素共重合体封止要素はエラストマケーシングに接着され、それが次に剛性の金属ケーシングなどの剛性ケーシングに接着されている。この発明のラジアルシールはさらに、シールの設置、試験（すなわち空気漏れ試験）または動作をさらに増強し得る、汚れ排除リップおよび静的な空気シールなどエラストマケーシングに成型された付加的な機構を組込んでいてもよい。
【０００９】
１つの局面では、この発明は剛性ケーシングを含むラジアルシールである。シールはさらに、剛性ケーシング内部に位置決めされて剛性ケーシングに接着されたエラストマケーシングを含む。エラストマケーシングは、剛性ケーシングから内径方向に延在し、かつ剛性ケーシングに沿って軸方向に延在する軸方向のばね部材を有する。軸方向のばね部材は、エラストマケーシングから延在するネック部分、およびネック部分に取付けられて接着表面を有するシール取付部分を含む。シールはさらに、接着表面および封止表面を有する予圧されたフッ素共重合体シールを含む。接着剤は、予圧されたフッ素共重合体シールの接着表面をシール取付部分の接着表面に接合する。ばね部材のシール取付部分は、シャフトの対になる表面で係合されると、その封止表面全体に沿ったフッ素共重合体シールの接触封止を与えるように動作可能である。
【００１０】
この発明の第２の局面では、ネック部分は、ほぼ線形のプロファイル、曲線から成るプロファイル、ベローズ状プロファイル、またはいくつかの他の公知の形状またはプロファイルのいずれかを含む、いくつかの形状またはプロファイルのうちのいずれを有していてもよい。これにより、エラストマケーシングのネック部および取付部分を含む軸方向のばね部材のばね特性および他の特性（すなわち、力、可撓性および従動性）を調整できるという利点がもたらされる。
【００１１】
この発明の第３の局面では、軸方向のばね部材の取付部分の厚さは、フッ素共重合体シール要素に概して一定の封止圧力を加えるために概して軸方向および径方向に一定であってもよく、または、フッ素共重合体シール要素の軸長に沿った変動する封止圧力を与えるために軸方向に可変であってもよい。
【００１２】
この発明の第４の局面では、フッ素共重合体封止要素は、フッ素共重合体要素の接着表面に、ねじ切られたもしくは他の連続した溝パターン、または外周溝もしくはチャネルもしくは他の不連続なパターン、または上記の組合せの１つ以上のさまざまな封止機構を任意に組込んでもよい。これらの溝パターンは、フッ素共重合体要素の長さに沿って一定の深さを有しても可変深さを有してもよい。溝はさらに、突起したリブを交互に構成してもよい。これらの溝は、たとえば封止表面の回転と連動して流体の流体力学的なポンプ作用を与えることなどのラジアルシールの作用によって封止すべき、油などの流体の保持を増強する利点を備える。
【００１３】
この発明の第５の局面では、ラジアルシールは、任意に、ラジアルシールの空気側のエラストマケーシングに空気リップまたはシールを含んでもよい。このシールは好ましくは静的シールであるが、ラジアルシールを組込んだ装置の製造中および／または使用中の初期試験もしくは工程間試験などの限られた期間の過渡的な、もしくは一時的な動的シールのコンテキストでも用いられ得る。内燃機関のコンテキストでは、エンジン製造および組立工程中のエンジンの工程間圧力試験を容易にするためにラジアルシールによって封止すべきシャフト表面にも一時的シールまたは工程間シールを与える必要なしに、この工程間圧力試験の利点をもたらし、エンジンの受入れまたは拒絶を容易にする。
【００１４】
この発明の第６の局面では、ラジアルシールは、フッ素共重合体封止要素が設置される装置の使用中にフッ素共重合体封止要素から汚れおよび他の汚染物質を除去することを有利に促進するために、シールの空気側のエラストマケーシングに１つ以上の組込型の汚れ排除リップを任意に組込んでもいてもよい。
【００１５】
この発明の第７の局面では、予圧されたフッ素共重合体要素は、一般に、フッ素共重合体要素の長さに沿って長手方向に大きさが異なる応力プロファイルを有する。有利には、この応力プロファイルは、ＰＴＦＥ要素を鋳型におけるその最終位置まで引伸ばした後にこの要素が受ける予圧の量と合わせて、要素の厚さおよび／または厚さプロファイルを制御することにより調整され得る。さらに、フッ素共重合体要素を引伸ばす方法により、伸ばされたシールがラジアルシールの他の要素とともにどのように鋳型に搭載されるかに基いて、要素が、一方が他方の逆である２つの配向のうちの１つに応力プロファイルで配向されることが可能になる。
【００１６】
この発明の第８の局面では、この発明のラジアルシールは、標準的構成または逆レイダウン構成のいずれかに構成され得る。いずれの構成においても、この発明のラジアルシールは、封止すべきシャフトまたは他の表面にシールを設置することに関連付けられる潜在的なシール損傷問題によっては、より影響を受けにくいと考えられる。実際、この発明のラジアルシールの構成は、基本的に２つの自由端を有するので、関連技術のシール設計に比べて、シールがまず自由端から設置されるか否かが特徴とはならないという理由で、従
来の設置構成シールと逆レイダウン設置構成シールとの相違を減じる。この発明のラジアルシールの構成はむしろ双方向レイダウン構成を示す。さらに、この特徴は、シールの設置端部に近い方であっても遠い方であっても、最高レベルの予圧と、したがって最大封止力とが封止すべき表面に加えられるように、フッ素共重合体要素において予圧レベルを配向する能力と組合わせることができる。たとえば、フッ素共重合体要素は、シールの設置を促進するために、封止表面に加えられる封止力が設置端部に近付くとより小さくなるように予圧レベルのプロファイルが配向されて、シールに位置してもよい。
【００１７】
この発明の第９の局面では、ラジアルシャフトシールを製作する新しい方法であって、内径および外径を有する予圧されたフッ素共重合体シールを形成するために、心棒装置を利用して、少なくとも内径について、内径および外径を有するフッ素共重合体シールプリフォームを引伸ばすステップと、接着表面および封止表面を有する予圧されたフッ素共重合体シールを鋳型キャビティを有する鋳型に配置するステップとを含み、接着表面は鋳型キャビティに露出され、さらに、剛性ケーシングを鋳型キャビティ内で予圧されたフッ素共重合体シールに近接して配置するステップと、前記剛性ケーシングの内部に位置決めされて剛性ケーシングに接着される、剛性ケーシングから内径方向に延在し、かつ剛性ケーシングに沿って軸方向に延在する軸方向のばね部材を有するエラストマケーシングを成型するために、エラストマ材料を鋳型キャビティに導入するステップとを含み、軸方向のばね部材は、エラストマケーシングから延在するネック部分と、ネック部分に取付けられて接着表面を有するシール取付部分とを含み、ネック部分は予圧されたフッ素共重合体シールの接着表面をシール取付部分の接着表面に接合する接着剤を有し、シール取付部分は、シャフトの対になる表面で係合されると封止表面全体に沿ってフッ素共重合体シールの封止接触を与えるよう動作可能である。
【００１８】
この発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付された図面に関して考慮されると、より容易に認識されるようになる。同様の要素は同様の名称を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明のラジアルシャフトシールの第１の実施例の断面図である。
【図２】この発明のラジアルシャフトシールの第２の実施例の断面図である。
【図３】この発明のラジアルシャフトシールの第３の実施例の断面図である。
【図４】この発明のラジアルシャフトシールの第４の実施例の断面図である。
【図５】この発明のラジアルシャフトシールの第５の実施例の断面図である。
【図６】この発明のラジアルシャフトシールの第６の実施例の断面図である。
【図７】ラジアルシャフトと封止接触する、この発明のラジアルシャフトシールの断面図である。
【図８】フッ素共重合体シールをエラストマケーシングに接着する前にフッ素共重合体シールを予圧するために用いられる鋳型核に搭載された心棒と、フッ素共重合体シールを心棒の上、次いで鋳型核に対して引伸ばすための設置工具との断面図である。
【図９Ａ】設置工具の動作によってフッ素共重合体シールを心棒の上に引伸ばす際の図８の心棒の領域９の拡大した断面図であって、鋳型内の第１のシール配向を例示する図である。
【図９Ｂ】設置工具の動作によってフッ素共重合体シールを心棒の上に引伸ばす際の図８の心棒の領域９の拡大した断面図であって、鋳型内の第２のシール配向を例示する図である。
【図１０】この発明のラジアルシャフトシールを形成し成型するために利用される鋳型内で、鋳型核において剛性ケーシングに隣接して位置決めされたフッ素共重合体シールの断面図である。
【図１１】鋳型をエラストマ材料で満たす前の図１０の領域１１の拡大した断面図である。
【図１２】鋳型をエラストマ材料で満たした後の図１０の鋳型の領域１１の拡大した断面図である。
【図１３】成型されたシールのトリミング前（想像線）および後のこの発明の成型されたシールの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
好ましい実施例の詳細な説明
この発明は、回転するラジアルシールシャフトについて流体の通過を封止するためのラジアルシャフトシールである。このラジアルシャフトシールは、主要な封止部材として、エラストマケーシングに接着され、それが次に剛性ケーシングに接着される、予圧されたフッ素共重合体シールを有する。使用において、予圧されたフッ素共重合体シールは、ラジアルシールシャフトの封止表面と流体気密で封止接触する。ラジアルシャフトシールは、流体の通過を封止するための多くのラジアル回転シャフトのシール用途、特にクランクシャフトシールを含むいくつかの自動車用途に適する。示されないが、この発明は、ユニット化する摩耗スリーブ要素が環状シャフトに配置される、摩耗スリーブ要素を備えたシールにも等しく適用されることも理解される。
【００２１】
図１−図６は、この発明に従って成型されトリミングされる、ラジアルシャフトシール１０のさまざまな実施例を示す。すなわち、シール１０が、射出成形プレスなどの適切な装置において形成され、完成または部分的に完成したシールをもたらすように、成形プレスから取除かれてトリミングされる。シール１０は、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形、もしくはこれらのプロセスの組合せ、または、予圧されたフッ素共重合体シールを中間エラストマ部材もしくはケーシングを用いて剛性のキャリアに接着する、シール１０を形成するための同様のプロセスを含む、いくつかの公知の方法のうちいずれで作られてもよい。
【００２２】
図１−図６では、ラジアルシャフトシール１０は、外表面１４と内表面１６とを有する
剛性ケーシング１２を含む。シール１０はまた、好ましくは少なくとも部分的に内表面１６内で剛性ケーシングに位置決めされ、好ましくは少なくとも部分的に内表面１６で剛性ケーシング１２に接着される、エラストマケーシング１８を含む。エラストマケーシング１８はまた、外表面１４上に部分的に配置され、外表面１４に接着されてもよい。エラストマケーシング１８はさらに、本願明細書にさらに記載されるように、フッ素共重合体シール要素が動的な封止要素として働くシャフトを収容する装置に対し、封止すべき流体に静的シールを与えるために利用されてもよい。エラストマケーシング１８は、ばね部材２０を有する。ばね部材２０は剛性ケーシング１２からから軸方向に延在しており、そして内径方向に延在している。ばね部材２０は、概して、剛性ケーシング１２の内表面１６に沿って軸方向に延在しており、そして内表面１６から離れるように内径方向に延在している。しかしながら、剛性ケーシング１２の形状および軸方向のばね部材２０の配向および形状に依存して、たとえば、剛性ケーシング１２が内径方向に湾曲するＪ形状を有する場合などは、軸方向のばね部材２０は、外表面１４から外径方向に延在し、かつ軸方向に沿って延在してもよい。軸方向のばね部材２０は、一方端２４および対向端２６においてエラストマケーシング１８から接着表面３０を有するシール取付部分２８まで延在するネック部分２２を有する。シール取付部分２８は、概して軸方向のばね部材２０のネック部分２２以外の残部を含む。シール１０はさらに、外部すなわち接着表面３４および内部すなわち封止表面３６を有する、予圧された、滑らかで摩擦係数が低いフッ素共重合体シール３２をも含む。軸方向のばね部材２０は、ラジアルシール１０の長手軸４０に沿って軸方向に延在し、封止される表面に対してばね部材２０およびフッ素共重合体シールを付勢しようとするばね力を概して及ぼす。径方向のネック部分２２は、いくつかのネック部形状および断面プロファイル、たとえば円錐台形の径方向要素を形成する概して線形または曲線から成るプロファイル（図１および図２）、回旋状の円錐台形の径方向要素を形成する回旋状のプロファイル（図３および図４）、収束するベローズ形状の径方向要素を形成する起伏のあるまたは波状のプロファイル（図４および図５）など、ならびに他の多くのネック部形状および断面プロファイルのいずれを有していてもよい。ネック部分２２により、ラジアルシール１０が、シールの長手軸およびシャフトの長手軸に対する、またはシャフトの回転時のシャフトの動的な偏心もしくは振れについての、僅かな誤整列に対応することが可能になる。これは、先行技術のシール設計に対してこの発明の著しい利点である。軸方向のばね部材２０には、ネック部分２２の対向端２６において、軸方向に延在する取付部分２８が取付けられる。取付部分２８は、フッ素共重合体シール３２の全長に沿って延在する。図３および図４において、取付部分２８の断面厚さ（ｔ）は、ネック部に接合するところ以外は、その長さに沿って概して一定として示される。これは、ラジアルシールがシャフトに設置されるとき、取付部分２８がフッ素共重合体シール３２に概して一定の封止圧力を与えることを可能にする。シール取付部分２８の厚さが、予圧されたフッ素共重合体シール３２の厚さの２分の１を越えることが好ましい。ラジアルシール１０の多くの用途について、約０．０１０−０．０６０インチの範囲の厚さが取付部分２８に好適であると考えられる。しかしながら、図２、図５および図６に示されるように、取付部分２８の厚さはその長さに沿って変動してもよく、その結果、ばね部材２０の一部として取付部分２８が与える封止圧力は、プロファイル厚さに従ってその長さに沿って同様に変動する。厚さはいかなる好適なプロファイルに従って変動してもよい。図２、図５および図６では、プロファイル厚さは、最大厚さｔ２から最小厚さｔｌまで直線的に変動する。厚さプロファイルは、示されるように直線的に変動してもよく、またはインボリュート状でも、回旋状でも、他の曲線から成るプロファイルであってもよい。断面厚さプロファイルは、当然、ばね部材２０のばね特性を変え、シール１０および予圧されたフッ素共重合体シール３２となるばね圧縮力が、本願明細書にさらに記載されるように、干渉状態でシャフト３８にわたって設置される。
【００２３】
予圧されたフッ素共重合体シール３２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から好ましくは形成される。当該技術において周知のように、フッ素共重合体シール３２に
用いられるＰＴＦＥなどのフッ素共重合体は、フッ素共重合体の機械特性、摩擦特性または他の特性を修正するため用いられるさらにいくつかの充填材または他の材料のうちいずれかを組込んでいてもよい。フッ素共重合体シール３２の予圧された状態は、好ましくはＰＴＦＥ座金または中空円板であるフッ素共重合体プリフォーム７２を塑性変形し、その結果の残余の内部応力レベルをフッ素共重合体シール３２における予圧として生成するのに十分に、プリフォーム７２を引伸ばすことによって生成される（図８を参照）。シールの長さに沿った予圧および予圧プロファイルの大きさは、本願明細書にさらに記載されるように影響を受けて変動してもよい。シール１０はさらに、予圧された、摩擦係数の低いフッ素共重合体シール３２の外部表面すなわち接着表面３４をシール取付部分２８の接着表面３０に接合する接着インターフェース３３を含む。シール取付部分２８は、対になるシャフト３８または他のシールがもたらされる表面で係合されると、予圧されたポリテトラフルオロエチレンシールなどの、予圧された、滑らかで、摩擦係数が低いフッ素共重合体シール３２の封止表面３６の全体に沿って封止接触を与えるように動作可能である。フッ素共重合体シール３２は、連続的なスパイラル、螺旋形、またはねじ切られた溝などの溝６０を封止表面３６に組込んでもよく、溝はシールの流体または油側に向って傾いているのが好ましい。このような溝または溝パターンは周知であり、ラジアルシール１０および封止表面の相対的な回転に応じて流体力学的なポンプ作用をもたらす。溝６０（または複数の溝６０）の深さはその長さに沿って一定でも、またはフッ素共重合体シールの一方端から他方端に向かって深さが変動してもよい。連続的な溝６０はさらに、封止すべき流体を止めるか蓄積するためにラジアルシール１０の動作中に用いられる、周知の１つ以上の不連続な外周溝またはチャネル（示されない）を単独で、または連続的な溝とともに含んでもよい。溝６０は、連続的でも不連続でもその組合せでも、コイニングまたは機械加工などの周知の成形加工方法を用いて形成され得る。溝６０は、封止表面３６上に形成される突起したリブを交互に構成してもよい。フッ素共重合体シール３２は、予圧されたフッ素共重合体シール３２の外表面上にエラストマの射出成形によってもたらされる接着などの従来の手段によって、接着インターフェース３３において、エラストマケーシング１８の取付部分２８の接着表面３０に化学的に直接に接着されるのが好ましい。エラストマケーシングを成型し、フッ素共重合体シール３２と取付部分２８との化学的接着をもたらすために用いられる方法は周知である。
【００２４】
剛性ケーシング１２、エラストマケーシング１８および予圧されたフッ素共重合体シール３２は、ラジアルシール１０の他の要素と同様に、シール１０の長手軸４０のまわりに径方向に配向される。ラジアルシール１０がシャフト３８に設置されるとき、ラジアルシール１０の長手軸４０はシャフト３８の長手軸とも一致する。しかしながら、製造許容誤差により、僅かな誤整列、軸のずれ、非平行またはその各々の組合せのいずれかが生じることが知られている。したがって、ラジアルシール１０は、封止表面３６の全長に沿った締りばめがシャフト３８のシャフト封止表面４６と予圧されたフッ素共重合体シール３２の封止表面３６との間に存在するように、シャフト３８に対して選択され、寸法決めされるのが望ましい。これを達成するために、シャフト３８は、典型的には面取り４２または斜面もしくは同様の導入端部４８を自由端または設置端部に組込み、シャフト３８へのラジアルシール１０の係合および設置を促進する。面取り４２の段階的な半径は一般に、導入縁部４８およびシャフト３８の自由端または設置端部の面取り４２の部分がラジアルシール１０の設置端部４４の半径に対して干渉しないように選択される一方で、面取り４２の対向端５０での半径はシャフト３８およびラジアルシール１０に対して上述の干渉を呈するように選択される。面取り４４の長さに沿ったどこかに干渉が生じるように一般に設計される。干渉の程度は、ＰＴＦＥなどのフッ素共重合体シール要素を組込んだシールのシール設計の技術において周知であるように、フッ素共重合体シール３２が封止表面３６においてシャフト３８の封止表面４６に対して所望の封止圧力を加えるように選択される。図１−図６に示されるように、ラジアルシール１０は、ラジアルシール１０の矢印５２の方向への動きか、または逆にシャフト３８の反対方向への動きによって、接着表面３６
全体が封止表面４６と封止接触するようにシャフト３８に設置される。フッ素共重合体封止要素３２の封止表面３６全体がシャフト３８の封止表面４６に沿って全面接触していることはこの発明の重要な特徴であり、関連技術のシール設計に対する著しく有利な向上を表す。図１に示されたこの発明の実施例は従来のラジアルシール１０の配向を表し、シールの自由端および設置端部４４は、シールの大気側から反対向きであって、シールの油側、またはより一般的には流体側２００に最も接近して配向される。ラジアルシール１０がシャフト３８に組立てられると、２００として示される領域は、囲まれた領域または封止された領域であって油側と呼ばれる一方、１００として示される領域は、封止された領域の外部にあって空気側と呼ばれる。
【００２５】
剛性ケーシング１２は、ラジアルシール１０についての全体的な用途要件および他のシール要素の所望の構成に依存して、いかなる好適な形状であってもよく、そのいくつかが図１−図６に示される。剛性ケーシング１２はいかなる適切な剛性の構造材料からであってもよい。剛性ケーシング１２は好ましくは金属ケーシングで、鋼などのいかなる適切な金属から形成されていてもよい。剛性ケーシング１２は、適切に剛性のエンジニアリングプラスティックまたはプラスチック複合物から形成されていてもよい。剛性ケース１２は一般に軸方向ケース部分１３および径方向ケース部分１５を有する。エラストマケーシングは、軸方向のケーシング部分１３および径方向のケーシング部分１５のいずれかまたは両方に接着されてもよい。
【００２６】
エラストマケーシング１８は、事実上、フルオロエラストマ、ポリアクリレート、ニトリル、水素化ニトリルもしくはシリコーンなどの熱硬化性ポリマエラストマ、または同様の熱硬化性エラストマ、または好適な熱可塑性エラストマを含むいかなるエラストマであってもよい。エラストマケーシング１８のエラストマ材料は、シールの動作温度、封止すべき流体に対する耐化学性または適合性、剛性ケーシング１８およびフッ素共重合体シール要素３２の材料との接着性および他の適合性などの用途要件、ならびに他の要因に関連して一般に選択される。エラストマケーシング１８はケーシングの外表面１４または内表面１６の少なくとも１つに接着され、取付けられてもよく、シールの設計に依存して両方に接着されてもよい。エラストマケーシング１８の剛性ケーシング１２における位置も、上述のように、および当該技術において一般に周知のように、エラストマケーシング１８に関連付けられた静的な封止要件に関連して決定される。図１−図６では、ラジアルシール１０の静的な封止部分５４は、エラストマケーシング１８の一部分を剛性ケーシング１２の外表面１４で接着することにより形成される。図２を参照して、エラストマケーシング１８は、フッ素共重合体シール３２に関連付けられる領域から汚れまたは他の汚染物を排除するための１つ以上のエラストマ性排除リップ５８、および１つ以上のエラストマ静的シールリップ５６を含む、ラジアルシール１０の他の機構をも任意に組込んでもよい。エラストマシールリップ５６は、ラジアルシール１０および予圧されたフッ素共重合体シール３２の空気側１００に位置し、シャフト３８に対して封止圧力を与えないか最小限の封止圧力を与えるよう、予圧されたフッ素共重合体の動的な封止作用に干渉しないように、特に設計されて寸法決めされるのが好ましい。シールリップ５６は、ラジアルシール１０を組込んだ内燃機関などの装置の組立て中に、プロセス中の加圧および空気漏れ（すなわち油側２００からの空気漏れ）試験を容易にするための静的シールとして一般に利用される。シールリップ５６は、シャフトに接しているので一時的な動的シールとしても作用し得るが、シールの空気側に位置しており油などの潤滑用流体に典型的にはさらされないので、装置の使用中にシャフトの回転によって早くすり減ってしまう。シールリップ５６はまた、予圧されたシール３２に近接するシャフト３８の部分から外部源からの汚れを排除するよう動作可能な、一次汚れ排除リップ５８としても機能する。シールリップ５６は、ラジアルシールが空気側１００から加圧される場合などの、装置に関連付けられた圧力試験に対する応答を除いては、シャフトに封止圧力をかけないように設計されることもできる。排除リップ５８は、予圧されたフッ素共重合体シール３２から汚れなどの汚染物質
を排除するよう動作可能であるような形状で位置決めされる。図２および図１３に示されるように、付加的な排除リップが組込まれてもよい。予圧されたフッ素共重合体シール３２の動的な封止特性に有害な影響を及ぼすことなくシールリップ５６および排除リップ５８を組込む能力は、この発明の別の重要な利点である。
【００２７】
図３は、この発明の別の実施例を示す。図３を参照して、ラジアルシール１０は、回旋状のネック部２２を備え、フッ素共重合体シール３２の自由端がラジアルシール１０の空気側１００により接近し、面していることにおいて、逆レイダウン構成である。
【００２８】
図４は、この発明のさらに別の実施例を示す。図４のラジアルシールは、図４のラジアルシール１０が、上述のようにシール１０の空気側１００に静的な空気シールを与えるためのエラストマシールリップ５６をも含む以外は、図３のラジアルシールと同一である。静的シール５６は汚れ排除リップ５８としても機能する。図４のシールは、取付部分２８の自由端に取付けられる１つまたはそれ以上の（示されない）追加の排除リップ５８をも任意に含んでもよい。シールリップ５６および付加的な排除リップ５８は、個別にまたは互いに組合わせて用いられてもよい。
【００２９】
図５は、この発明のさらに別の実施例を示す。図５を参照して、ラジアルシール１０は、ベローズ形のネック部２２を備え、フッ素共重合体シール３２の自由端がラジアルシール１０の油側により接近し、面していることにおいて、従来のレイダウン構成である。この実施例はさらに、取付部分２８の長さに沿った可変厚さをも示す。
【００３０】
図６は、この発明のさらに別の実施例を示す。図６のラジアルシールは、図６のラジアルシール１０が、上述のようなシールの空気側に静的シールを与えるためのエラストマシールリップ５６をも含む以外は、図５のラジアルシールと同一である。静的シール５６は汚れ排除リップ５８としても機能する。このシール構成はさらに上述のような１つ以上の追加の排除リップ５８（示されない）を組込んでもよい。
【００３１】
図７は、ラジアルシャフト３８上に設置されたこの発明のラジアルシール１０を示す。封止表面３６の全長は、油側２００の油と封止接触し、油側２００の油が空気側１００へと漏れることを封止するよう動作可能である。スパイラル溝６０は、ラジアルシール１０およびシャフト３８の相対的な回転に応答して自由端４４および空気側１００に向かって移動し、また油側１００に向かって戻りかねない油を、ポンプ送りするよう動作可能である。
【００３２】
図８−図１２にも、ラジアルシャフトシール１０の製作または製造方法３００がこの発明の局面として開示され、この方法は、内径および外径を有する予圧されたフッ素共重合体シール３２を形成するために、心棒装置６４を利用して、内径６２および外径７４を有するフッ素共重合体シールプリフォーム７２を少なくとも内径６２について引伸ばすステップ３１０と、接着表面３４および封止表面３６を有する予圧されたフッ素共重合体シール３２を鋳型キャビティ７０を有する鋳型６６に配置するステップ３２０とを含み、接着表面３４は鋳型キャビティ７０に露出され、さらに、剛性ケーシング１２を鋳型キャビティ７０内の予圧されたフッ素共重合体シール３２に近接して配置するステップ３３０と、前記剛性ケーシング１２内部に位置決めされ、前記剛性ケーシング１２に接着され、かつ剛性ケーシング１２から内径方向に延在し、かつ剛性ケーシング１２に沿って軸方向に延在する軸方向のばね部材２０を有するエラストマケーシング１８を成型するために、エラストマ材料を鋳型キャビティ７０へ導入するステップ３４０とを含み、軸方向のばね部材２０は、エラストマケーシング１８から延在するネック部と、ネック部に取付けられて接着表面３０を有するシール取付部２８とを含み、予圧されたフッ素共重合体シール３２の接着表面３４をシール取付部２８の接着表面３０に接合する接着剤３３を有し、シール取
付部分２８は、シャフト３８の対になる表面４６で係合されると、封止表面３６の全体に沿って、予圧されたフッ素共重合体シール３２の封止接触を与えるよう動作可能である。この方法３００は、２００３年２月１３日付けの同時係属する米国特許出願連続番号第１０／３６６，２５３号（事件整理番号７１０２４−２１１）に記載されるような予圧されたフッ素共重合体シール３２の形成方法と同様の方法を用い、引用によってその全体が本願明細書に援用される。この係属中の出願のシールは、これらのシールのエラストマ要素が動的ラジアルシールの一部を含むことと、フッ素共重合体封止要素はフッ素共重合体要素の全長に沿っては封止しないこととにおいてこの発明のシールとは異なるが、フッ素共重合体要素を引伸ばし、予圧する方法は、方法３００の局面との類似点を有する。
【００３３】
予圧されたフッ素共重合体シール３２は、平らな円筒状フッ素共重合体座金７２などのフッ素共重合体シールプリフォーム７２として、当初は応力を受けず、引伸ばされない状態である。座金は、好ましくは約０．０１０から０．０６０インチの範囲の厚さを有する。外径７４および内径６２は、その差異の半分がラジアルシール１０の第２の表面または封止表面３６の長さを決定するように選択される。第２の表面３６はいかなる適切な長さであってもよいが、典型的には約０．１５から０．２５インチの範囲である。図８、図９Ａおよび図９Ｂを参照して、平らなフッ素共重合体座金７２が心棒の上端部７６上に配置される。心棒６４の上端部７６の直径は、フッ素共重合体座金７２の内径６２よりも小さい。拡張可能なプッシャまたは設置工具７８は、複数の個別の拡張可能なフィンガ８０などの拡張可能な下部を有するプランジャの形をしている。拡張可能なフィンガ８０は、各々、設置工具が平座金７２および心棒６４と接触するように矢印８４が示す方向に動かされると平座金７２を係合するために用いられる、接触面８２を有する。図９Ａおよび図９Ｂに示されるように、拡張可能なプッシャまたは設置工具７８のフィンガ８０が心棒６４のテーパ状の外表面８６に沿って動くと、拡張可能なフィンガ８０の接触面８２はフッ素共重合体座金７２の上部表面８８を係合し、それが心棒６４の外表面８６を滑り落ちるようにする。心棒６４は１つ以上のテーパを有してもよく、心棒６４の下部表面８７の直径が少なくともフッ素共重合体座金の内径６２よりも大きいように構築される。テーパは線形のプロファイルを有するように示されるが、回旋状もしくはインボリュート状のプロファイルまたは他の、プリフォーム７２を予圧するのに適したテーパ状プロファイルであってもよい。プリフォーム７２の大きさは、心棒６４および鋳型６６のポスト表面など関連付けられた部分の大きさと合わせて、フッ素共重合体シールプリフォーム７２に行われる引伸ばしの量および予圧されたフッ素共重合体シール３２に与えられる予圧の量を決定する。座金７２と心棒６４は、心棒６４の下部表面８７の直径がフッ素共重合体シールプリフォーム７２の外径よりも大きいように選択される。したがって、座金７２は、内径６２および外径７４の両方で予圧されることが確実になる。座金７２が心棒６４の外表面８６を滑り落ちるので、塑性的に引伸ばされるか変形され、それによって、座金が予圧されるようになる。フッ素共重合体座金７２の内径６２に隣接する座金７２の部分が、外径７４に隣接する部分よりも引伸ばされる程度が大きいので、予圧されたフッ素共重合体シール３２の長さに沿って応力レベルが変動する。座金７２の内径６２は、好ましくはフッ素共重合体シール３２の内径６２を拡張して第１の端部９０を予圧するよう心棒６４に沿ってプランジャ７８を下げることにより、図９Ａまたは図９Ｂに示される円錐形状に引伸ばされるのが好ましい。外径７４も心棒に沿って下方に滑るにつれて拡張し、それによりフッ素共重合体シール３２の第２の端部９２を予圧する。図９Ａに示される例において、第１の端部９０の内部応力量は、より多くの変形を経るので、第２の端部９２の内部応力量よりも大きい。引伸ばすステップ３１０において、フッ素共重合体座金７２は予圧されたシール３２を形成するよう引伸ばされる。座金７２は、シール３２において所望の予圧量を生じるために、内径の本来の大きさの約５％から１８０％で、より好ましくは内径の本来の大きさの約５％から１２０％の範囲で引伸ばされる。予圧されたフッ素共重合体シール３２は、エラストマ材料で成型する以前に引伸ばされ、予圧された状態で維持され、概して、さまざまな形式のアニールまたは他の応力除去方法などの内部応力を除去するいかな
る工程も受けない。
【００３４】
次いで、方法３００は、予圧されたフッ素共重合体シール３２を鋳型６６のポスト表面６８を係合するように鋳型６６に配置するステップ３２０に進む。図９Ａにおいて、予圧されたフッ素共重合体シール３２の第２の端部９２は、第１の端部９０および予圧されたシール３２が示された配向に納まる前に、第１のショルダ９４を通過する。代替的に、図９Ｂでは、第１の端部９０が第１のショルダ９４の上に押出されている間に第１のショルダをフィンガの方へ上向きに巻き上げることによって第２の端部９２が第１のショルダ９４を通過するのを妨げるなど、シールが第１のショルダ９４を滑る間に注意深くシールを操作することにより、すでに予圧されたフッ素共重合体シール３２の第１の端部９０は、第２の端部９２および予圧されたフッ素共重合体シール３２が示された交互の配向になる前に、第１のショルダ９４を通過する。心棒６４および第１のショルダ９４は、第１の端部９０および第２の端部９２の配向を容易にするよう構成され得る。この配向変更能力は、予圧されたシールがより高いレベルの予圧で同じ鋳型を用いて反対の配向に配向されることが可能になるので特に有利であり、その結果、予圧されたフッ素共重合体シール３２の少なくとも２つの実施例または構成が、鋳型を変えることなく成型されることが可能となる。
【００３５】
予圧されたフッ素共重合体シールを配置するステップ３２０に続いて、シール３２は鋳型６６に位置し、ポスト表面６８に対して係合され、かつ好ましくは第２のショルダ９６に置かれる。心棒６４は鋳型６６の中央要素９８の部分（示されない）、または図８に示されるような個別の（かつ取外し可能な）要素を含んでもよいことに注意されたい。ポスト表面６８は、僅かに下向きに広がるテーパ部を有するよう図８、図９Ａおよび図９Ｂに示され、その結果、ポスト表面は第１の端部直径６９および第２の端部直径７１を有し、第２の端部直径は第１の端部直径より大きい。代替的に、ポスト表面は上向きに広がるテーパ（示されない）を有することができ、その結果、第１の端部直径６９は第２の端部直径７１の下に位置し、そこで第２の端部直径は依然第１の端部直径よりも大きい。予圧されたシール３２は上述の構成のいずれかのこのようなポスト表面に配置され得る。テーパ状の場合、ポスト表面６８は図９Ａおよび図９Ｂに示される線形のテーパを有することができ、またはインボリュートもしくは回旋状のテーパを有し得ると考えられる。代替的に、ポスト表面は、鋳型６６の長手軸６７におよそ平行な直線のプロファイル（示されない）、または、凹面、凸面もしくは他の湾曲したプロファイル、またはベローズ形状もしくは類似の複雑なプロファイルなどの他の複雑なプロファイルを有し得る。
【００３６】
方法３００は、引伸ばされたフッ素共重合体シールが鋳型内に配置される前後いずれかに、鋳型６６内に剛性ケーシング１２を配置するステップ３３０を含む。対になる鋳型要素（たとえば要素９８、１０２、１０４、１０６、１０８など）の１つ以上は、好ましくは、特に鋳型要素９８、１０２、１０４、１０６および１０８が鋳型キャビティ７０を形成する位置に動かされる間に剛性ケーシング１２を鋳型６６に配置する、ショルダ１１０などの１つ以上の配置機構を有する。
【００３７】
図１２に示されるように、方法３００は、剛性ケーシング１２が鋳型６６内に配置された後、次にいくつかの公知の成形技術のうちの１つを用いて、エラストマ材料を鋳型キャビティ７０へ導入するステップ３４０に進む。エラストマ材料は、剛性ケーシング、予圧されたフッ素共重合体シール３２、およびラジアルシール１０の意図される用途環境との適合性についての公知の基準を用いて選択される。適切なエラストマ材料が鋳型のキャビティ７０に導入され、高温および／または高圧で典型的には硬化されることができ、この発明のエラストマケーシング１８および一体型ラジアルシール１０を形成する。成型後のさらなる硬化後動作は任意である。
【００３８】
フッ素共重合体シール３２を、予圧され、または引伸ばされた状態に維持することによって、典型的にはクリンプ加工されたシール設計に用いられる第２の剛性ケーシングの必要性と同様、先行技術の設計よりも少ないフッ素共重合体を利用するラジアルシャフトシールを与えることとなり、より著しい節約ができる。
【００３９】
図１３を参照して、この発明のラジアルシール１０’が成型されたままの状態で現れ得るような想像線で示される。典型的には鋳型６６からの抽出に続いて、ラジアルシールは、鋳型のばりを取除き、かつ図１３に例として示されるような完成したラジアルシール１０の形状を形成するために、トリミングされる。トリミングは、成型されたままのシール１０’からばりを削除したりトリミングしたりするための工具を用いて、シールをばりから切断、切削または他の方法で削除することによって実行され得る。代替的に、成型されたままのシール１０’は、切断用または他の削除用工具を必要とすることなくばりを引きはがしたり破ったりすることによりばりを除去するよう動作可能な薄くなった部分（示されない）を位置１２０などにおいて与えるよう適合されてもよい。
【００４０】
明らかに、この発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能である。したがって、この発明は、添付の請求項の範囲内で、特に記載された以外にも実行され得る。この発明は請求項によって規定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性ケーシングと、
前記剛性ケーシング内部に位置決めされて前記剛性ケーシングに接着されたエラストマケーシングとを含み、前記エラストマケーシングは、前記剛性ケーシングから内径方向に延在し、かつ前記剛性ケーシングに沿って軸方向に延在する軸方向のばね部材を有し、前記軸方向のばね部材は、前記エラストマケーシングから延在するネック部分および前記ネック部分に取付けられて接着表面を有するシール取付部分を含み、さらに
接着表面および封止表面を有する予圧されたフッ素共重合体シールと、
予圧されたフッ素共重合体シールの前記接着表面を前記シール取付部分の前記接着表面に接合する接着剤とを含み、前記シール取付部分は、シャフトの対になる表面で係合されると前記封止表面全体に沿ってフッ素共重合体シールの封止接触を与えるよう動作可能である、ラジアルシール。
【請求項２】
前記剛性ケーシングは金属を含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項３】
前記金属は鋼を含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項４】
前記剛性ケーシングは剛性プラスチックまたは剛性プラスチック複合物を含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項５】
前記剛性ケーシングは径方向の部分および軸方向の部分を含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項６】
前記剛性ケーシングは、前記径方向の部分の少なくとも内部表面に沿って前記エラストマケーシングに接着される、請求項５に記載のラジアルシール。
【請求項７】
前記エラストマケーシングは前記径方向の部分の少なくとも外部表面に沿って前記剛性ケーシングに接着される、請求項５に記載のラジアルシール。
【請求項８】
前記予圧されたフッ素共重合体シールはポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項９】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは前記封止表面に形成された封止溝を有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１０】
前記封止溝は、前記封止表面の径方向のまわりに延在し、前記封止表面の軸方向に沿って延在する連続的な溝であり、連続的な溝および／または外周溝の少なくとも１つである、請求項９に記載のラジアルシール。
【請求項１１】
前記封止溝は前記封止表面に沿って軸方向に異なる深さを有する、請求項１０に記載のラジアルシール。
【請求項１２】
前記封止溝は外周溝である、請求項８に記載のラジアルシール。
【請求項１３】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは前記封止表面に形成された複数の封止溝を含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１４】
前記ネック部分は実質的に線形のプロファイルを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１５】
前記ネック部分は実質的に曲線から成るプロファイルを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１６】
前記ネック部分は実質的に回旋状のプロファイルを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１７】
前記ネック部分は実質的にベローズ形状のプロファイルを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１８】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは、内径を有するフッ素共重合体座金を前記内径の約５％−１８０％の範囲で径方向に引伸ばすことにより予圧される、請求項１のラジアルシール。
【請求項１９】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは前記封止表面に沿って軸方向に異なる内部応力を有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２０】
前記シール取付部分および前記予圧されたフッ素共重合体シールは、対になるシャフト上の前記封止表面に締りばめを与えるよう動作可能であり、前記シール取付部分は、シャフトに径方向の圧縮力を加えることによって対になるシャフトで係合されると前記封止表面の全体に沿ってフッ素共重合体シールの封止接触を与えるよう動作可能である、請求項１のラジアルシール。
【請求項２１】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは厚さを有し、前記シール取付部分は厚さを有し、前記シール取付部分の前記厚さは前記予圧されたフッ素共重合体シールの前記厚さの４分の１を越える、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２２】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは約０．０１０−０．０６０インチの範囲の厚さを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２３】
前記シール取付部分は、前記予圧されたフッ素共重合体シールの前記接着表面にわたって実質的に同じ厚さを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２４】
前記シール取付部分は、前記予圧されたフッ素共重合体シールの前記接着表面にわたって軸方向に異なる厚さを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２５】
前記シール取付部分は、前記予圧されたフッ素共重合体シールの前記接着表面のまわりで径方向に異なる厚さを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２６】
前記エラストマケーシングは、前記シールリップに適用される軸方向力に応答してシャフトの対になる表面との静的な封止接触を与えるよう動作可能なシールリップをさらに含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２７】
前記エラストマケーシングは、前記予圧されたフッ素共重合体シールの前記封止表面および前記シャフトからの異物の排除をもたらすよう動作可能な、内径方向および軸方向に延在する排除部をさらに含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２８】
エラストマケーシングは、鋳型のばりの除去のための引裂き線を与えるよう動作可能な、少なくとも１つの薄くなった部分を含む、請求項１に記載のラジアル。
【請求項２９】
ラジアルシャフトシールを製作する方法であって、
内径および外径を有する予圧されたフッ素共重合体シールを形成するために、心棒装置を利用して、少なくとも内径について、内径および外径を有するフッ素共重合体シールプリフォームを引伸ばすステップと、
接着表面および封止表面を有する予圧されたフッ素共重合体シールを鋳型キャビティを有する鋳型に配置するステップとを含み、接着表面は鋳型キャビティに露出され、
剛性ケーシングを予圧されたフッ素共重合体シールに近接して鋳型キャビティ内に配置するステップと、
前記剛性ケーシングの内部に位置決めされて前記剛性ケーシングに接着され、剛性ケーシングから内径方向に延在しかつ剛性ケーシングに沿って軸方向に延在する軸方向のばね部材を有する、エラストマケーシングを成型するために、エラストマ材料を鋳型キャビティに導入するステップとを含み、軸方向のばね部材は、エラストマケーシングから延在するネック部分と、ネック部分に取付けられて接着表面を有するシール取付部分とを含み、ネック部分は予圧されたフッ素共重合体シールの接着表面をシール取付部分の接着表面に接合する接着剤を有し、シール取付部分は、シャフトの対になる表面で係合されると封止表面全体に沿ってフッ素共重合体シールの封止接触を与えるよう動作可能である、方法。
【請求項３０】
フッ素共重合体シールプリフォームを少なくとも内径について引伸ばす前記ステップは、内径の約５％−１８０％の範囲でプリフォームを引伸ばすステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
フッ素共重合体シールプリフォームを引伸ばす前記ステップは外径についてプリフォームを引伸ばすステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
フッ素共重合体シールプリフォームを少なくとも内径について引伸ばす前記ステップは、心棒装置のテーパ状の外表面に沿ってフッ素共重合体シールプリフォームを滑らせるステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
テーパ状の外表面に沿ってフッ素共重合体シールプリフォームを滑らせる前記ステップは、テーパ状の表面に沿って拡張し、かつフッ素共重合体シールプリフォームの接着表面および封止表面のうち１つとの接触を維持するよう適合された、拡張可能なプッシャ工具を用いて実行される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
心棒装置が鋳型に分離可能に取付けられる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
鋳型は一体型心棒装置を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
接着表面および封止表面を有する予圧されたフッ素共重合体シールを鋳型に配置する前記ステップは、予圧されたフッ素共重合体シールを鋳型のポスト表面に配置するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
ポスト表面は、第１の端部直径および対向する第２の端部直径を有するテーパ状の円筒状表面であり、第２の端部直径は第１の端部直径よりも大きい、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
配置する前記ステップは、予圧されたフッ素共重合体シールを、内径は第１の端部直径に近接して、外径は第２の端部直径に近接してポスト表面に配置する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
第２の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの外径よりも大きい、請求項４０
に記載の方法。
【請求項４０】
第１の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの内径よりも大きい、請求項４０に記載の方法。
【請求項４１】
第２の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの外径よりも大きく、第１の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの内径よりも大きい、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
第２の端部直径および第１の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの外径よりも各々大きい、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
配置する前記ステップは、予圧されたフッ素共重合体シールを、内径は第２の端部直径に近接して、外径は第１の端部直径に近接してポスト表面に配置する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
第２の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの外径よりも大きい、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
第１の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの内径よりも大きい、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
第２の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの外径よりも大きく、第１の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの内径よりも大きい、請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
第２の端部直径および第１の端部直径はそれぞれフッ素共重合体シールプリフォームの外径より大きい、請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
鋳型キャビティにエラストマ材料を導入する前記ステップは射出成形を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４９】
エラストマの射出成形は周囲気温および圧力よりも高い圧力および圧力で実行される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
周囲気温および温度圧力よりも大きい温度および圧力の少なくとも１つにおいて硬化するステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項１】
剛性ケーシングと、
前記剛性ケーシング内部に位置決めされて前記剛性ケーシングに接着されたエラストマケーシングとを含み、前記エラストマケーシングは、前記剛性ケーシングから内径方向に延在し、かつ前記剛性ケーシングに沿って軸方向に延在する軸方向のばね部材を有し、前記軸方向のばね部材は、前記エラストマケーシングから延在するネック部分および前記ネック部分に取付けられて接着表面を有するシール取付部分を含み、さらに
接着表面および封止表面を有する予圧されたフッ素共重合体シールと、
予圧されたフッ素共重合体シールの前記接着表面を前記シール取付部分の前記接着表面に接合する接着剤とを含み、前記シール取付部分は、シャフトの対になる表面で係合されると前記封止表面全体に沿ってフッ素共重合体シールの封止接触を与えるよう動作可能である、ラジアルシール。
【請求項２】
前記剛性ケーシングは金属を含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項３】
前記金属は鋼を含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項４】
前記剛性ケーシングは剛性プラスチックまたは剛性プラスチック複合物を含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項５】
前記剛性ケーシングは径方向の部分および軸方向の部分を含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項６】
前記剛性ケーシングは、前記径方向の部分の少なくとも内部表面に沿って前記エラストマケーシングに接着される、請求項５に記載のラジアルシール。
【請求項７】
前記エラストマケーシングは前記径方向の部分の少なくとも外部表面に沿って前記剛性ケーシングに接着される、請求項５に記載のラジアルシール。
【請求項８】
前記予圧されたフッ素共重合体シールはポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項９】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは前記封止表面に形成された封止溝を有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１０】
前記封止溝は、前記封止表面の径方向のまわりに延在し、前記封止表面の軸方向に沿って延在する連続的な溝であり、連続的な溝および／または外周溝の少なくとも１つである、請求項９に記載のラジアルシール。
【請求項１１】
前記封止溝は前記封止表面に沿って軸方向に異なる深さを有する、請求項１０に記載のラジアルシール。
【請求項１２】
前記封止溝は外周溝である、請求項８に記載のラジアルシール。
【請求項１３】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは前記封止表面に形成された複数の封止溝を含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１４】
前記ネック部分は実質的に線形のプロファイルを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１５】
前記ネック部分は実質的に曲線から成るプロファイルを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１６】
前記ネック部分は実質的に回旋状のプロファイルを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１７】
前記ネック部分は実質的にベローズ形状のプロファイルを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項１８】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは、内径を有するフッ素共重合体座金を前記内径の約５％−１８０％の範囲で径方向に引伸ばすことにより予圧される、請求項１のラジアルシール。
【請求項１９】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは前記封止表面に沿って軸方向に異なる内部応力を有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２０】
前記シール取付部分および前記予圧されたフッ素共重合体シールは、対になるシャフト上の前記封止表面に締りばめを与えるよう動作可能であり、前記シール取付部分は、シャフトに径方向の圧縮力を加えることによって対になるシャフトで係合されると前記封止表面の全体に沿ってフッ素共重合体シールの封止接触を与えるよう動作可能である、請求項１のラジアルシール。
【請求項２１】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは厚さを有し、前記シール取付部分は厚さを有し、前記シール取付部分の前記厚さは前記予圧されたフッ素共重合体シールの前記厚さの４分の１を越える、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２２】
前記予圧されたフッ素共重合体シールは約０．０１０−０．０６０インチの範囲の厚さを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２３】
前記シール取付部分は、前記予圧されたフッ素共重合体シールの前記接着表面にわたって実質的に同じ厚さを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２４】
前記シール取付部分は、前記予圧されたフッ素共重合体シールの前記接着表面にわたって軸方向に異なる厚さを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２５】
前記シール取付部分は、前記予圧されたフッ素共重合体シールの前記接着表面のまわりで径方向に異なる厚さを有する、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２６】
前記エラストマケーシングは、前記シールリップに適用される軸方向力に応答してシャフトの対になる表面との静的な封止接触を与えるよう動作可能なシールリップをさらに含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２７】
前記エラストマケーシングは、前記予圧されたフッ素共重合体シールの前記封止表面および前記シャフトからの異物の排除をもたらすよう動作可能な、内径方向および軸方向に延在する排除部をさらに含む、請求項１に記載のラジアルシール。
【請求項２８】
エラストマケーシングは、鋳型のばりの除去のための引裂き線を与えるよう動作可能な、少なくとも１つの薄くなった部分を含む、請求項１に記載のラジアル。
【請求項２９】
ラジアルシャフトシールを製作する方法であって、
内径および外径を有する予圧されたフッ素共重合体シールを形成するために、心棒装置を利用して、少なくとも内径について、内径および外径を有するフッ素共重合体シールプリフォームを引伸ばすステップと、
接着表面および封止表面を有する予圧されたフッ素共重合体シールを鋳型キャビティを有する鋳型に配置するステップとを含み、接着表面は鋳型キャビティに露出され、
剛性ケーシングを予圧されたフッ素共重合体シールに近接して鋳型キャビティ内に配置するステップと、
前記剛性ケーシングの内部に位置決めされて前記剛性ケーシングに接着され、剛性ケーシングから内径方向に延在しかつ剛性ケーシングに沿って軸方向に延在する軸方向のばね部材を有する、エラストマケーシングを成型するために、エラストマ材料を鋳型キャビティに導入するステップとを含み、軸方向のばね部材は、エラストマケーシングから延在するネック部分と、ネック部分に取付けられて接着表面を有するシール取付部分とを含み、ネック部分は予圧されたフッ素共重合体シールの接着表面をシール取付部分の接着表面に接合する接着剤を有し、シール取付部分は、シャフトの対になる表面で係合されると封止表面全体に沿ってフッ素共重合体シールの封止接触を与えるよう動作可能である、方法。
【請求項３０】
フッ素共重合体シールプリフォームを少なくとも内径について引伸ばす前記ステップは、内径の約５％−１８０％の範囲でプリフォームを引伸ばすステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
フッ素共重合体シールプリフォームを引伸ばす前記ステップは外径についてプリフォームを引伸ばすステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
フッ素共重合体シールプリフォームを少なくとも内径について引伸ばす前記ステップは、心棒装置のテーパ状の外表面に沿ってフッ素共重合体シールプリフォームを滑らせるステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
テーパ状の外表面に沿ってフッ素共重合体シールプリフォームを滑らせる前記ステップは、テーパ状の表面に沿って拡張し、かつフッ素共重合体シールプリフォームの接着表面および封止表面のうち１つとの接触を維持するよう適合された、拡張可能なプッシャ工具を用いて実行される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
心棒装置が鋳型に分離可能に取付けられる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
鋳型は一体型心棒装置を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
接着表面および封止表面を有する予圧されたフッ素共重合体シールを鋳型に配置する前記ステップは、予圧されたフッ素共重合体シールを鋳型のポスト表面に配置するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
ポスト表面は、第１の端部直径および対向する第２の端部直径を有するテーパ状の円筒状表面であり、第２の端部直径は第１の端部直径よりも大きい、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
配置する前記ステップは、予圧されたフッ素共重合体シールを、内径は第１の端部直径に近接して、外径は第２の端部直径に近接してポスト表面に配置する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
第２の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの外径よりも大きい、請求項４０
に記載の方法。
【請求項４０】
第１の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの内径よりも大きい、請求項４０に記載の方法。
【請求項４１】
第２の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの外径よりも大きく、第１の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの内径よりも大きい、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
第２の端部直径および第１の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの外径よりも各々大きい、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
配置する前記ステップは、予圧されたフッ素共重合体シールを、内径は第２の端部直径に近接して、外径は第１の端部直径に近接してポスト表面に配置する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
第２の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの外径よりも大きい、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
第１の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの内径よりも大きい、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
第２の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの外径よりも大きく、第１の端部直径はフッ素共重合体シールプリフォームの内径よりも大きい、請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
第２の端部直径および第１の端部直径はそれぞれフッ素共重合体シールプリフォームの外径より大きい、請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
鋳型キャビティにエラストマ材料を導入する前記ステップは射出成形を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４９】
エラストマの射出成形は周囲気温および圧力よりも高い圧力および圧力で実行される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
周囲気温および温度圧力よりも大きい温度および圧力の少なくとも１つにおいて硬化するステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２１１７０１（Ｐ２０１２−２１１７０１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６２５２５（Ｐ２０１２−１６２５２５）
【出願日】平成２４年７月２３日（２０１２．７．２３）
【分割の表示】特願２００８−５３００１６（Ｐ２００８−５３００１６）の分割
【原出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（５９９０５８３７２）フェデラル−モーグル コーポレイション (234)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２３日（２０１２．７．２３）
【分割の表示】特願２００８−５３００１６（Ｐ２００８−５３００１６）の分割
【原出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（５９９０５８３７２）フェデラル−モーグル コーポレイション (234)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]