満液軸受アイソレータ
回転軸と軸受ハウジングとの間に使用されるラビリンス密封装置が開示され、いくつかの実施形態では、内部ステータがハウジングと係合し、ロータが軸と係合する。潤滑剤および／または汚染物質の移動をどちらの方向にも阻止するために、ロータとステータとの間にラビリンス経路が形成される。ロータは、密封要素に対する作動面として働くが、潤滑剤を密封リップから油だめの方へ連続的に引き離すポンプとなるようにロータの研削面と共に働くこともできる。別の実施形態では、ステータおよび密封要素は、密封材料から形成された密封要素として組み合わされる。密封リップ内の凹所が密封面において圧力差を作り出し、摩耗を最小限に抑える。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００９年１１月１１日に出願された米国特許仮出願第６１／２６０，２８２号明細書、および２０１０年６月１日に出願された米国特許仮出願第６１／３５０，３７１号明細書の優先権を主張するものであり、両出願の全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
[0001]回転軸と軸受ハウジングとの間に動的シールを設けるために、ラビリンス密封装置が一般的に使用されている。密封装置は、軸受ハウジングから汚染物質を除去するとともに、軸受潤滑剤の喪失も防止する。いくつかの用途では、ハウジングの潤滑レベルがシールの最下点を超える。一般に、注油は最終的に、非接触シールが使用される場合にシールおよび漏れをうまく処理する。このような用途には接触型シールが望ましい。
【０００３】
[0002]典型的なロータとステータの構成では、ロータとステータを互いに接触しないようにすることが重要である。ロータは超高速で回転する。ロータの表面がステータの表面とこうした速度で接触した場合、摩擦熱が生じ、部品が摩耗し、装置の総合効率が低下する。したがって、ロータおよびステータを分離したままにすることが重要である。ロータとステータとの間のシールは、ロータとステータとの間に低摩擦接触部を設けることにより、ロータおよびステータを半径方向に分離したままにする。同一シールが軸線方向の接触も防止することができれば有益であろう。
【０００４】
[0003]ハウジングが潤滑剤で「あふれた（ｆｌｏｏｄｅｄ）」ときに別の問題が起こる。あふれたハウジングとは、過度の潤滑剤を有する、したがって潤滑剤で「あふれた」軸受空洞を意味する。従来の非接触シールは、あふれたハウジング内に使用されると正常に機能しない。
【０００５】
[0004]回転軸と軸受ハウジングとの間に動的シールを設けるために、様々なシール装置が以前に開発されている。しかしながら、これらの以前の設計は、このような種類のシールに伴う運転上の問題のすべてを解決してはいない。例えば、Ｏｒｌｏｗｓｋｉらの米国特許第６，２３４，４８９号明細書は、ロータおよびステータを具備するシールを開示している。ロータおよびステータ内には環状弾性部材を有するインサートが封入されていて、インサートの片側をロータの外側半径方向面としっかりと接触した状態にしておくようにする。この設計の欠点は、この設計の好ましい構成では環状弾性部材がＯリングとして設けられることである。
【０００６】
[0005]Ｆｅｄｏｒｏｖｉｃｈの米国特許第６，３８６，５４６号明細書内に開示されている別のシール設計は、ラビリンス部および接触部を作り出すように配置されたロータおよびステータを具備している。ステータは、シールの接触部を作り出すために、ロータ表面の方へ偏倚させられた１つまたは複数のフランジを具備している。この種のシールの固有の問題は、ロータの方へ偏倚させられた横たえたリップまたはフランジが位置合せ不良に対処できないことである。シールが正しく位置合せされていないと、リップは、シールの片側に曲げられ、そのとき永久に変形する。次いで、位置合せ不良が除去されると、注油は密封リップの下で漏れる可能性がある。
【発明の概要】
【０００７】
[0006]この概要は、詳細な説明において以下にさらに説明する概念を簡略化した形でまとめたものを紹介するために提供される。この概要、および前述の背景は、特許請求された主題の主要な態様または本質的な態様に特定されるものではない。さらに、この概要は、特許請求された主題の範囲を決定する際の補助として用いられるものでもない。
【０００８】
[0007]多くの実施形態で、回転軸と軸受ハウジングとの間に使用されるラビリンス密封装置が本明細書に開示される。このような実施形態では、設計には、ハウジングに係合する内部ステータと軸に係合するロータとが含まれる。潤滑剤および／または汚染物質の移動をどちらの方向にも阻止するために、ロータとステータとの間にラビリンス経路が形成される。いくつかの実施形態では、ロータは、密封要素の作動面として働くが、潤滑剤を密封リップから油だめの方へ連続的に引き離すポンプとして働くこともできる。
【０００９】
[0008]いくつかの実施形態では、ステータは密封要素と対になって係合し、密封要素は、ロータおよびステータの構成要素の一体化形態（ｕｎｉｔｉｚｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）としても働く。そのような実施形態では、リップシールが、ロータと接触する標準リップシールとして働くことができる。密封リップには、密封リップがロータと接触する平坦な境界面を設けることができる。密封要素境界面の一部はロータの滑らかな表面と接触するが、密封要素の残りの平坦な領域はロータ上のらせんポンピング形態（ｈｅｌｉｃａｌ ｐｕｍｐｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）の上に懸架される。
【００１０】
[0009]シール装置の様々な実施形態は、ＰＴＦＥから形成されうる定形外の密封リップと特異的に配置されたポンピング形状構成とをベースとしている。密封要素の平坦部およびロータの平坦部は静止時にシールするが、シール平坦部の残り部分の下のらせんポンピング形状構成が潤滑剤をリップシールから引き離す。
【００１１】
[0010]別の実施形態では、ステータおよび密封要素は、密封材料から形成されうる単一要素、すなわち密封ステータとして設けられる。リップシールがロータの作動面と封止係合するように設けられる。しかしながら、リップシールの密封面境界面部分には、密封面境界面部分において圧力差を作り出す凹所が設けられる。これは、流体およびごみの通路を制限するとともに摩耗を制限する。このような実施形態では、密封ステータは、半径方向外方に配置されたフランジから延びる突出部を具備する。突出部は、ロータの外縁から外方に延びる結合凸部を通って圧入することができる。ロータおよび密封ステータが、突出部と結合凸部が互いに係合する位置に置かれると、１つまたは複数の突条または摩耗ビードがロータと係合するように密封ステータの下面に沿って配置されることができ、それによって、ロータと密封ステータとの間に最小限の摩擦係合が達成される。
【００１２】
[0011]別の実施形態では、密封固定子およびロータは、潤滑剤および／または汚染物の移動をどちらの方向にも阻止するのに役立つラビリンス型の通路を密封ステータとロータとの間に形成するように配置される。ロータは、密封ステータの方へ突出するフランジを具備するとともに、密封ステータのリップシールの上方かつ密封ステータの半径方向外側面の下方の空間を占有する。密封ステータは、半径方向にロータの方へ延びるアセンブリの軸線方向内側にアームをさらに具備する。アームの端部には、対向型リップが軸線方向にロータの方へ突出するとともに、アセンブリを通るラビリンス通路の一端にシールを作り出すようにロータと接触する。アームは、対向型リップが密着シールを作り出すように、軸線方向にロータの方へ偏倚させることができる。この実施形態のアセンブリは、リップシールの密封面境界面部分内の凹所や突出部および結合凸部などの、前述のアセンブリからの形状構成を任意に具備することができる。
【００１３】
[0012]このシステムおよび方法のこれらおよびその他の態様は、本明細書において詳細な説明および図の検討後に明らかになるであろう。しかしながら、本発明の範囲は、発行された特許請求の範囲によって決定されるべきであり、所与の主題が背景において留意された任意またはすべての問題に対処するかこの概要に記載の任意の特徴または態様を含むかによって決定されるべきではないことを理解されたい。
【００１４】
[0013]好ましい実施形態を含む本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態について以下の図を参照して説明するが、特に断らない限り同様の参照番号は種々の図を通じて同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】満液シールアセンブリの一実施形態の部分断面図である。
【図２】図１に示されている満液シールアセンブリの密封接触部の一実施形態の部分断面図である。
【図３Ａ】満液シールアセンブリの別の実施形態の部分断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示されている満液シールアセンブリの密封接触部の一実施形態の部分断面図である。
【図３Ｃ】満液シールアセンブリの別の実施形態の部分断面図である。
【図４】満液シールアセンブリの別の実施形態の部分断面図である。
【図５】満液シールアセンブリの別の実施形態の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0021]実施形態について、本明細書の一部を形成するとともに、特定の例示的な実施形態を例として示す添付の図を参照して以下により詳細に説明する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるようにするために十分詳細に開示される。しかしながら、実施形態が様々な形で実施されてもよく、本明細書に記述されている実施形態に限定されるものと解釈されるべきでない。したがって、以下の詳細な説明は限定された意味で受け取られるべきでない。
【００１７】
[0022]図１を参照すると、ラビリンス密封装置１０が、様々な実施形態で、回転軸と軸受ハウジングとの間に動的シールを設けるために提供される。したがって、密封装置１０の実施形態は、潤滑剤が軸受ハウジングから漏れること、および汚染物がハウジングに入ることを防止する働きをする。密封装置１０は一般に、１つまたは複数のＯリング１４によって軸（図示せず）と封止係合して配置されたロータ１２を具備する。ロータは、密封装置１０が使用されるアセンブリ全体の所期の目的での使用に適しているステンレス鋼、青銅、または他の材料から形成されると考えられる。同様に、Ｏリング１４は、類似用途で一般的に使用されている種々の材料で提供することができる。様々な実施形態では、ロータ１２は作動面１８を提供する環状フランジ１６を具備する。以下により詳細に説明するように、環状フランジ１６の作動面１８には、密封装置１０に１つまたは複数の所望の属性を与えるために、比較的滑らかな面もしくは成形面、またはそれらの面を組み合わせたものが設けられる。
【００１８】
[0023]密封装置１０は、類似のラビリンス密封装置に適していることで知られている青銅または他の材料から形成されうるステータ２０をさらに具備する。様々な実施形態では、ステータ２０は密封要素２２に結合される。いくつかの実施形態では、ステータ２０および密封要素２２は、回転防止ピン２６に隣接して圧入された止め輪２４で互いに結合される。止め輪２４および回転防止ピン２６は、予期されるすべての用途でステータ２０および密封要素２２を互いに連結することができる鋼材または他の類似の材料と、そのように使用される間に生成された力と、を用いて形成されうると考えられる。隣り合う回転防止ピン２６、ステータ２０、および密封要素２２は、静的シール領域３０を作り出すために圧入されたＯリング２８とともに対になって係合するように配置することができる。静的シール領域３０の反対面上には、ステータ２０がＯリング３２で軸受ハウジングと封止係合して置かれる。Ｏリング２８および３２は、Ｏリング１４と類似した構造でかつ類似した材料で提供することができる。しかしながら、シール装置１０の様々な使用目的には、追加のもしくはより少ないＯリングまたは異なる構造のＯリングを使用する必要がありうると考えられる。
【００１９】
[0024]図２を参照すると、密封装置１０のいくつかの実施形態には、密封要素２２に軸線方向外側位置から内方に延びるリップシール３４が設けられる。リップシール３４には、いくつかの実施形態で、一体化形状構成ならびに平坦な密封面境界面部分３６を設けることができる。このような実施形態では、密封面の境界面部３６の少なくとも一部がロータ表面１８ａの平坦部上にある。いくつかの実施形態では、リップシール３４は、リップシール３４がロータ表面１８に接触して置かれたときに、封止係合するために少なくともいくらかの圧力を加えるように半径方向内方へある程度まで偏倚させられる。シール要素２２は、所望の特性ならびにラビリンスシール装置の構造および使用に望ましい場合のある弾性的に変形可能な性質を与えるために、ＰＴＦＥまたは他の類似した材料から形成されうると考えられる。密封面境界面３６の残存部分または遠位端部は、リップシールがロータ表面１８に接触してリップシールの使用位置に置かれたときに、ロータ表面１８ｂ上のらせんポンピング形状構成３８の上に懸架される。
【００２０】
[0025]様々な実施形態では、らせんポンピング形状構成３８は、ロータ表面１８ｂの周りに概ねらせん形状の溝を形成することによって設けることができる。溝は、種々の成形技術または鋳造技術によるとともに、このような目的で設計された既知のツーリング機器を使用してロータ表面１８ｂの各部分を研削または除去することにより形成することができると考えられる。リップシール３４がロータ表面上にある状態で、らせん形状構成は潤滑剤を密封要素２２から連続的に引き離すが、シール装置１０が静止している間にシール要素２２が潤滑剤を密封することを可能にする。軸線方向運動が起こると、リップシール３４は、一体化形状構成のためにロータ上のリップシール３４の臨界位置にとどまり、密封し続ける。したがって、大体らせん形であるか、または正弦波、円形要素および他の幾何形状を含む様々なパターンをとる様々な溝パターンおよび構成は、構造が回転するときに流動材料を所与の領域から引き離す能力を得るために選択されうると考えられる。
【００２１】
[0026]密封要素２２のいくつかの実施形態は、リップシール３４の反対側に密封要素２２から延びる突出部４０を具備する。突出部４０には、図１に示されているような角度をつけたバーブ形状を与えることができる。このようにして、突出部４０は、ロータ表面１８から外方に延びる結合凸部４２を通り過ぎて圧入され、対向する構造の傾斜面は互いを滑って通過することができる。突出部４０および結合凸部の形状には、互いに係合するとともにロータ１８からの密封要素２２の意図的でない除去を防止するために、扁平な面または逆の角度の面を設けることができる。このようにして、ロータ１２とステータ２０との金属間接触を著しく制限することができる。
【００２２】
[0027]シール装置１０の設計を見直した後で、いくつかの従来技術の欠点が首尾よく対処されていることが明らかになるであろう。特に、軸と穴が位置ずれしている間に弾力性を保持しない他の装置のＯリング設計は、この設計で解決される。シール装置１０は、シールがロータから分離するのを防止する。さらに、シール装置１０の設計は、従来技術で頻繁に経験しているように、シール要素２２がロータ１８から分離するのを防止する。これらの利点は、フランジ１６を用いてシール要素２２をシール装置１０の固定部分に固定すること、および、リップシール３４が半径方向に浮動できるようにすることにより、少なくとも部分的に達成される。
【００２３】
[0028]図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、ラビリンス密封装置１００が、密封装置１０に対する一代替実施形態として提供される。密封装置１００の様々な実施形態は、回転軸と軸受ハウジングとの間に動的シールを設けるために用いることができる。密封装置１００は、１つまたは複数のＯリング１１４によって軸（図示せず）と封止係合して配置されたロータ１１２を具備する。ロータ１１２は、密封装置１００が使用されるアセンブリ全体の所期の目的での使用に適しているステンレス鋼、青銅または他の材料から形成することができる。同様に、Ｏリング１１４は、この種の用途で一般的に使用されている種々の材料で提供することができる。様々な実施形態では、ロータ１１２は作動面１１８を提供する環状フランジ１１６を具備する。
【００２４】
[0029]密封装置１００の実施形態は、ステータおよび密封要素をさらに具備する。いくつかの実施形態では、ステータおよび密封要素は、類似のラビリンス密封装置に適していることで知られているＰＴＦＥ、テフロンまたは他の材料から形成されうる密封ステータ１２０を設けるために、一体構造で形成することができる。様々な実施形態では、密封ステータ１２０を形成するために使用される材料は、対象とする特定の用途に所望される低摩擦性、低摩耗性、および密封特性を与える。密封ステータ１２０の半径方向外方に向けられた面上には、密封ステータ１２０は、Ｏリング１１４と類似した構造でかつ類似した材料で提供されうるＯリング１２２で軸受ハウジングと封止係合して置かれる。しかしながら、シール装置１００の様々な使用目的には、追加のもしくはより少ないＯリングまたは異なる構造のＯリングを使用する必要がありうると考えられる。
【００２５】
[0030]さらに図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、密封ステータ１２０のいくつかの実施形態は、軸線方向に内方へ延びるリップシール１２４を具備する。リップシール１２４には、いくつかの実施形態で、一体化形状構成ならびに平坦な密封面境界面部分１２６を設けることができる。このような実施形態では、密封面境界面部分１２６の少なくとも一部が作動面１１８の平坦部に乗る。いくつかの実施形態では、リップシール１２４は、リップシール１２４が滑らかな作動面または研削作動面１１８の形で提供されうる作動面１１８に接触して置かれたときに、封止係合するために少なくともいくらかの圧力を加えるように内方へある程度偏倚させられる。リッピシール１２４が偏倚させられたときに、リップシールはヒンジ点１２４ａを含む。ヒンジ点は、図３Ａに示されている厚みＴを有することができる。任意適当な厚みＴを用いることもできる。いくつかの実施形態では、厚みは、０．０１０〜０．１５０とすることができる。
【００２６】
[0031]図３Ａで分かるように、リップシール１２４の半径方向内側面の一部に角度がつけられている。この傾斜面１２５は、密封面境界面部分１２６から、作動面１１８から上方へ離れて延びる。傾斜面１２５と作動面１１８との間の接触点に角度Ａが形成される。任意適当な角度Ａを用いることもできる。いくつかの実施形態では、角度Ａは１０°〜４５°とすることができる。角度Ａおよび厚みＴを調節することにより、ヒンジ点１２４ａと、密封面境界面部分１２６と作動面１１８の間の第１の接触点と、の間の長さＬを変えることができる。
【００２７】
[0032]いくつかの実施形態では、ロータ１１２と密封ステータ１２０との間に追加のシールを作り出すために、リップシール１２４の端部に半径方向に向けられた突出部１２９を具備することができる。図３Ｃに示されているように、半径方向に向けられた突出部１２９は、ロータ１１２が密封ステータ１２０に対になって係合されたときに、ロータ１１２の作動面１１８によってたわめられる。半径方向に向けられた突出部１２９は、ロータ１１２と密封ステータ１２０との間のシールにより良い効果を及ぼすように、軸線方向に外方へ偏倚することができる。やはり図３Ｃで分かるように、密封面境界面部分１２６の端部と半径方向に向けられた突出部１２９との間に空隙が存在することができる。密封面境界面部分１２６の長さは、半径方向に向けられた突出部１２９を含めるのに適合するように変えることができる。
【００２８】
[0033]様々な実施形態では、密封面境界面部分１２６は１つまたは複数の凹所１２８を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の凹所１２８は、密封面境界面部分１２６の両端の中間に位置することができ、他の実施形態では、１つまたは複数の凹所１２８は、密封面境界面部分１２６の一端または両端のより近くまたはすぐ近傍に位置することができる。そのような実施形態では、１つまたは複数の凹所１２８は、過度の摩耗を受けたり流体またはごみの通路がリップシール１２４を通れるようにしたりせずに、密封面境界面部分１２６が作動面１１８に乗り上げることを可能にする圧力差を作り出す。密封面境界面部分１２６の長さは、追加の凹所１２８を収容するために大きくすることができる。
【００２９】
[0034]密封ステータ１２０のいくつかの実施形態は、軸線方向外方に配置されたフランジから延びる突出部１３０を具備するが、この突出部１３０は密封性能には必要ない。突出部１３０には、図３Ａに示されているような角度をつけたバーブ形状を与えることができる。このようにして、突出部１３０は、ロータ１１２の外縁から外方に延びる結合凸部１３２を通って圧入され、対向する構造の傾斜面は互いを滑って通過することができる。突出部１３０および結合凸部１３２の形状には、互いに係合するとともに、ロータ１１２からの密封ステータ１２０の意図的でない除去を防止するために、扁平な表面または逆の角度の表面を設けることができる。結合凸部１３２と突出部１３０との間の空隙は、ロータ１１２のある程度の軸線方向の動きを可能にするために変えることができる。ロータ１１２および密封ステータ１２０が、突出部１３０と結合凸部１３２が互いに係合する位置に置かれると、１つまたは複数の突条または摩耗ビード１３４がロータ１１２と係合するように密封ステータ１２０の下面に沿って配置されうる。逆に、すなわち組み合わせて、突条または摩耗ビード１３４は、ロータ１１２の表面から突出し、密封ステータ１２０と係合することもできる。このような実施形態では、ロータ１１２と密封ステータ１２０との間に最小限の摩擦係合が達成される。
【００３０】
[0035]図４を参照すると、ラビリンス密封装置２００が、密封装置１０に対する別の代替実施形態として提供される。密封装置２００の様々な実施形態は、回転軸と軸受ハウジングとの間に動的シールを設けるために用いることができる。密封装置２００は、１つまたは複数のＯリング２１４によって軸（図示せず）と封止係合して配置されたロータ２１２を具備する。ロータ２１２は、密封装置２００が使用されるアセンブリ全体の所期の目的での使用に適しているステンレス鋼、青銅または他の材料から形成することができる。同様に、Ｏリング２１４は、この種の用途で一般的に使用されている種々の材料で提供することができる。様々な実施形態では、ロータ２１２は、作動面２１８を提供する、軸線方向に整列された環状フランジ２１６を具備する。ロータ２１２は、以下により詳細に説明する、ロータ２１２と密封ステータ２２０との間に密閉空間を形成するのに役立つ半径方向部分２１５も具備することができる。
【００３１】
[0036]密封装置２００の実施形態は、類似のラビリンス密封装置に適していることで知られているＰＴＦＥ、テフロンまたは他の材料から形成されうる密封ステータ２２０をさらに具備する。様々な実施形態では、密封ステータ２２０を形成するために使用される材料は、対象とする特定の用途に所望される低摩擦性、低摩耗性、および密封特性を与える。密封ステータ２２０の半径方向外方に向けられた面上には、密封ステータ２２０は、Ｏリング２１４と類似した構造でかつ類似した材料で提供されうるＯリング２２２で軸受ハウジングと封止係合して置かれる。しかしながら、様々な密封装置２００の意図された使用には、追加のもしくはより少ないＯリングまたは異なる構造のＯリングの使用が必要がありうると考えられる。図４で分かるように、密封ステータ２２０およびロータ２１２が結合されたときに、ラビリンス通路２１７が形成される。ラビリンス通路は、ラビリンス通路２１７内に乱流を引き起こす回転と屈曲を含み、それによってラビリンス通路２１７を通り抜ける潤滑剤または汚染物の通過をより困難にする。
【００３２】
[0037]図４に示されている密封装置２００のいくつかの実施形態は、密封ステータ２２０からロータ２１２の方へ軸線方向外方に延びるリップシール２２４を具備する。リップシール２２４には、いくつかの実施形態で、一体化形状構成ならびに平坦な密封面境界面部分２２６を設けることができる。図４に示されているように、密封面境界面部分２２６の全体が作動面２１８に乗る。いくつかの実施形態では、リップシール２２４は、リップシール２２４がロータ表面２１８に接触して置かれたときに、封止係合するために少なくともいくらかの圧力を加えるように半径方向内方へロータ２１２の方へある程度まで偏倚させられる。
【００３３】
[0038]いくつかの実施では、密封ステータ２２０は、半径方向にロータ２１２の方へ延びるアーム２３０を具備する。アーム２３０は、アーム２３０の少なくとも一部がロータ２１２の環状フランジ２１６と重なり合うまで、半径方向にロータ２１２の方へ延びることができる。いくつかの実施形態では、アーム２３０の端部は、環状フランジ２１６の半径方向内側面と実質的に同一平面である。アーム２３０の端部は、アーム２３０から離れて軸線方向に外方へ（すなわち、ロータ２１２の環状フランジ２１６の方へ）突出する対向型リップ２３２を具備する。対向型リップ２３２は環状フランジ２１６と接触し、潤滑剤および／または汚染物が密封ステータ２２０とロータ２１２との間に形成されたラビリンス通路２１７の内外へ通過するのを阻止することができる密封部を作り出す。環状フランジ２１６は、潤滑剤が環状フランジ２１６のところでラビリンス通路２１７に入らないようにされたときに、より低い圧力で密封し、したがって、対向型リップ２３２によって形成されたシールを有益にする。
【００３４】
[0039]アーム２３０は、対向型リップ２３２と環状フランジ２１６との間により強力なシールを形成するために、軸線方向に外方へ偏倚させることができる。対向型リップ２３２は、環状フランジ２１６と対向型リップ２３２の接触面が平行に配列されるように方形形状を有することが好ましいが、表面接触ではなく点接触または線接触を形成することができる形状を含む他の形状を対向型リップ２３２に使用することもできる。
【００３５】
[0040]環状フランジ２１６に対する対向型リップ２３２の圧力荷重は、密封ステータ２２０から軸線方向外方にロータ２１２の方へ突出する方形突条２３４を使用して、所定の値に設定することができる。図４に示されているように、方形突条２３４は、ラビリンス通路２１７内に、密封ステータ２２０の半径方向外側面に向かって位置する。密封ステータ２２０がロータ２１２と対になったときに、方形突条２３４は、密封ステータ２２０とロータ２１２がいかに密接に一体となるかを決定づける。方形突条２３４の長さは、アーム２３０がアーム２３０の偏倚に対して屈曲されるようにするほど密接に密封ステータ２２０とロータが結合されることを確実にし、対向型リップ２３２と環状フランジ２１６との間に堅固な境界面シールが形成される。さらに、方形突条２３４は、密封ステータ２２０およびロータ２１６がアーム２３０がアーム２３０の偏倚に対して過屈曲し、密封ステータ２２０のアーム２３０をポキッと折るようにさせる可能性があるほど密接には結合されないことを確実にする（それによって、環状フランジ２１６のところにシールを全く形成しない）。さらに、方形突条２３２は、ラビリンス通路２１７をさらに構築し、汚染物および／または潤滑剤がラビリンス通路２１７を通過するのをより困難にする。
【００３６】
[0041]ロータ２１２は、ロータ２１２の半径方向部分２１５から軸線方向内方に突出するフランジ２３６をさらに具備することができる。フランジ２３６は、フランジ２３６がリップシール２２４と密封ステータ２２０の半径方向外側面との間に形成された空間の中に延びるように、半径方向部分２１５上に配置される。このようにして、フランジ２３６は複雑なラビリンス通路２１７をもたらす。フランジ２３６は、ラビリンス通路２１７内にさらなる乱流の形成をもたらすとともに、反駆動側（ｏｕｔｂｏａｒｄ）側の圧力も上昇させる。反駆動側側の圧力は一般に駆動側（ｉｎｂｏａｒｄ）に比べて低いので、この圧力上昇は、反駆動側と駆動側との間の圧力を有利に低下させる。
【００３７】
[0042]図５に示されているように、ラビリンス密封装置２００は、図３Ａおよび図３Ｂに示されているようなラビリンス密封装置１００に具備されている形状構成のうちの１つまたは複数を具備することができる。例えば、ラビリンス密封装置２００は、凹所２２８を有するリップシール２２４を具備することができ、密封ステータ２２０およびロータが互いに対になって係合されたままにするために、突出部２４０および結合凸部２４２を具備することもできる。これらの形状構成を対向型リップ２３２、方形突条２３４、およびフランジ２３６とともに組み合わせることにより、潤滑剤および／または汚染物がラビリンス通路２１７を通って移動しないようにするのに非常に適しているラビリンス密封装置２００になることができる。
【００３８】
[0043]密封装置１０、１００、および２００は、いくつかの構造、材料、および方法論的ステップに特有の言語で記述されているが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明は、記述されている特定の構造、材料、および／またはステップには必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、特定の態様およびステップは、特許請求される発明を実施する形として記述されている。本発明の多くの実施形態は本発明の精神および範囲から逸脱することなく実施されうるので、本発明は以下に添付される特許請求の範囲に存在する。特に指示がない限り、本明細書（特許請求の範囲以外）に使用されている寸法、物理的特性などを表すようなすべての数または表現は、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という用語によってすべての例で変更されるものとして理解されたい。少なくとも、特許請求の範囲への均等論の適用を制限しようとするものではなく、「約」という用語によって変更される本明細書または特許請求の範囲に記載されているそれぞれの数値パラメータは、少なくとも、記載されている有効数字の数に照らしてかつ通常の丸め手法を適用することによって解釈されるべきである。さらに、本明細書で開示されているすべての範囲は、中に組み込まれているありとあらゆる部分的範囲およびありとあらゆる個々の値を列挙する特許請求の範囲を包含しかつ支援するものと理解されたい。例えば、１〜１０という規定の範囲は、最小値１と最大値１０の間にありかつ／または最小値１および最大値１０を含むありとあらゆる部分範囲または個々の値、すなわち、１以上の最小値で始まり１０以下の最小値で終わるすべての部分範囲（例えば、５．５〜１０、２．３４〜３．５６など）あるいは１から１０までの任意の値（例えば、３、５．８、９．９９９４など）を列挙する特許請求の範囲を含みかつ支援するものと見なされるべきである。
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００９年１１月１１日に出願された米国特許仮出願第６１／２６０，２８２号明細書、および２０１０年６月１日に出願された米国特許仮出願第６１／３５０，３７１号明細書の優先権を主張するものであり、両出願の全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
[0001]回転軸と軸受ハウジングとの間に動的シールを設けるために、ラビリンス密封装置が一般的に使用されている。密封装置は、軸受ハウジングから汚染物質を除去するとともに、軸受潤滑剤の喪失も防止する。いくつかの用途では、ハウジングの潤滑レベルがシールの最下点を超える。一般に、注油は最終的に、非接触シールが使用される場合にシールおよび漏れをうまく処理する。このような用途には接触型シールが望ましい。
【０００３】
[0002]典型的なロータとステータの構成では、ロータとステータを互いに接触しないようにすることが重要である。ロータは超高速で回転する。ロータの表面がステータの表面とこうした速度で接触した場合、摩擦熱が生じ、部品が摩耗し、装置の総合効率が低下する。したがって、ロータおよびステータを分離したままにすることが重要である。ロータとステータとの間のシールは、ロータとステータとの間に低摩擦接触部を設けることにより、ロータおよびステータを半径方向に分離したままにする。同一シールが軸線方向の接触も防止することができれば有益であろう。
【０００４】
[0003]ハウジングが潤滑剤で「あふれた（ｆｌｏｏｄｅｄ）」ときに別の問題が起こる。あふれたハウジングとは、過度の潤滑剤を有する、したがって潤滑剤で「あふれた」軸受空洞を意味する。従来の非接触シールは、あふれたハウジング内に使用されると正常に機能しない。
【０００５】
[0004]回転軸と軸受ハウジングとの間に動的シールを設けるために、様々なシール装置が以前に開発されている。しかしながら、これらの以前の設計は、このような種類のシールに伴う運転上の問題のすべてを解決してはいない。例えば、Ｏｒｌｏｗｓｋｉらの米国特許第６，２３４，４８９号明細書は、ロータおよびステータを具備するシールを開示している。ロータおよびステータ内には環状弾性部材を有するインサートが封入されていて、インサートの片側をロータの外側半径方向面としっかりと接触した状態にしておくようにする。この設計の欠点は、この設計の好ましい構成では環状弾性部材がＯリングとして設けられることである。
【０００６】
[0005]Ｆｅｄｏｒｏｖｉｃｈの米国特許第６，３８６，５４６号明細書内に開示されている別のシール設計は、ラビリンス部および接触部を作り出すように配置されたロータおよびステータを具備している。ステータは、シールの接触部を作り出すために、ロータ表面の方へ偏倚させられた１つまたは複数のフランジを具備している。この種のシールの固有の問題は、ロータの方へ偏倚させられた横たえたリップまたはフランジが位置合せ不良に対処できないことである。シールが正しく位置合せされていないと、リップは、シールの片側に曲げられ、そのとき永久に変形する。次いで、位置合せ不良が除去されると、注油は密封リップの下で漏れる可能性がある。
【発明の概要】
【０００７】
[0006]この概要は、詳細な説明において以下にさらに説明する概念を簡略化した形でまとめたものを紹介するために提供される。この概要、および前述の背景は、特許請求された主題の主要な態様または本質的な態様に特定されるものではない。さらに、この概要は、特許請求された主題の範囲を決定する際の補助として用いられるものでもない。
【０００８】
[0007]多くの実施形態で、回転軸と軸受ハウジングとの間に使用されるラビリンス密封装置が本明細書に開示される。このような実施形態では、設計には、ハウジングに係合する内部ステータと軸に係合するロータとが含まれる。潤滑剤および／または汚染物質の移動をどちらの方向にも阻止するために、ロータとステータとの間にラビリンス経路が形成される。いくつかの実施形態では、ロータは、密封要素の作動面として働くが、潤滑剤を密封リップから油だめの方へ連続的に引き離すポンプとして働くこともできる。
【０００９】
[0008]いくつかの実施形態では、ステータは密封要素と対になって係合し、密封要素は、ロータおよびステータの構成要素の一体化形態（ｕｎｉｔｉｚｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）としても働く。そのような実施形態では、リップシールが、ロータと接触する標準リップシールとして働くことができる。密封リップには、密封リップがロータと接触する平坦な境界面を設けることができる。密封要素境界面の一部はロータの滑らかな表面と接触するが、密封要素の残りの平坦な領域はロータ上のらせんポンピング形態（ｈｅｌｉｃａｌ ｐｕｍｐｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）の上に懸架される。
【００１０】
[0009]シール装置の様々な実施形態は、ＰＴＦＥから形成されうる定形外の密封リップと特異的に配置されたポンピング形状構成とをベースとしている。密封要素の平坦部およびロータの平坦部は静止時にシールするが、シール平坦部の残り部分の下のらせんポンピング形状構成が潤滑剤をリップシールから引き離す。
【００１１】
[0010]別の実施形態では、ステータおよび密封要素は、密封材料から形成されうる単一要素、すなわち密封ステータとして設けられる。リップシールがロータの作動面と封止係合するように設けられる。しかしながら、リップシールの密封面境界面部分には、密封面境界面部分において圧力差を作り出す凹所が設けられる。これは、流体およびごみの通路を制限するとともに摩耗を制限する。このような実施形態では、密封ステータは、半径方向外方に配置されたフランジから延びる突出部を具備する。突出部は、ロータの外縁から外方に延びる結合凸部を通って圧入することができる。ロータおよび密封ステータが、突出部と結合凸部が互いに係合する位置に置かれると、１つまたは複数の突条または摩耗ビードがロータと係合するように密封ステータの下面に沿って配置されることができ、それによって、ロータと密封ステータとの間に最小限の摩擦係合が達成される。
【００１２】
[0011]別の実施形態では、密封固定子およびロータは、潤滑剤および／または汚染物の移動をどちらの方向にも阻止するのに役立つラビリンス型の通路を密封ステータとロータとの間に形成するように配置される。ロータは、密封ステータの方へ突出するフランジを具備するとともに、密封ステータのリップシールの上方かつ密封ステータの半径方向外側面の下方の空間を占有する。密封ステータは、半径方向にロータの方へ延びるアセンブリの軸線方向内側にアームをさらに具備する。アームの端部には、対向型リップが軸線方向にロータの方へ突出するとともに、アセンブリを通るラビリンス通路の一端にシールを作り出すようにロータと接触する。アームは、対向型リップが密着シールを作り出すように、軸線方向にロータの方へ偏倚させることができる。この実施形態のアセンブリは、リップシールの密封面境界面部分内の凹所や突出部および結合凸部などの、前述のアセンブリからの形状構成を任意に具備することができる。
【００１３】
[0012]このシステムおよび方法のこれらおよびその他の態様は、本明細書において詳細な説明および図の検討後に明らかになるであろう。しかしながら、本発明の範囲は、発行された特許請求の範囲によって決定されるべきであり、所与の主題が背景において留意された任意またはすべての問題に対処するかこの概要に記載の任意の特徴または態様を含むかによって決定されるべきではないことを理解されたい。
【００１４】
[0013]好ましい実施形態を含む本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態について以下の図を参照して説明するが、特に断らない限り同様の参照番号は種々の図を通じて同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】満液シールアセンブリの一実施形態の部分断面図である。
【図２】図１に示されている満液シールアセンブリの密封接触部の一実施形態の部分断面図である。
【図３Ａ】満液シールアセンブリの別の実施形態の部分断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示されている満液シールアセンブリの密封接触部の一実施形態の部分断面図である。
【図３Ｃ】満液シールアセンブリの別の実施形態の部分断面図である。
【図４】満液シールアセンブリの別の実施形態の部分断面図である。
【図５】満液シールアセンブリの別の実施形態の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0021]実施形態について、本明細書の一部を形成するとともに、特定の例示的な実施形態を例として示す添付の図を参照して以下により詳細に説明する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるようにするために十分詳細に開示される。しかしながら、実施形態が様々な形で実施されてもよく、本明細書に記述されている実施形態に限定されるものと解釈されるべきでない。したがって、以下の詳細な説明は限定された意味で受け取られるべきでない。
【００１７】
[0022]図１を参照すると、ラビリンス密封装置１０が、様々な実施形態で、回転軸と軸受ハウジングとの間に動的シールを設けるために提供される。したがって、密封装置１０の実施形態は、潤滑剤が軸受ハウジングから漏れること、および汚染物がハウジングに入ることを防止する働きをする。密封装置１０は一般に、１つまたは複数のＯリング１４によって軸（図示せず）と封止係合して配置されたロータ１２を具備する。ロータは、密封装置１０が使用されるアセンブリ全体の所期の目的での使用に適しているステンレス鋼、青銅、または他の材料から形成されると考えられる。同様に、Ｏリング１４は、類似用途で一般的に使用されている種々の材料で提供することができる。様々な実施形態では、ロータ１２は作動面１８を提供する環状フランジ１６を具備する。以下により詳細に説明するように、環状フランジ１６の作動面１８には、密封装置１０に１つまたは複数の所望の属性を与えるために、比較的滑らかな面もしくは成形面、またはそれらの面を組み合わせたものが設けられる。
【００１８】
[0023]密封装置１０は、類似のラビリンス密封装置に適していることで知られている青銅または他の材料から形成されうるステータ２０をさらに具備する。様々な実施形態では、ステータ２０は密封要素２２に結合される。いくつかの実施形態では、ステータ２０および密封要素２２は、回転防止ピン２６に隣接して圧入された止め輪２４で互いに結合される。止め輪２４および回転防止ピン２６は、予期されるすべての用途でステータ２０および密封要素２２を互いに連結することができる鋼材または他の類似の材料と、そのように使用される間に生成された力と、を用いて形成されうると考えられる。隣り合う回転防止ピン２６、ステータ２０、および密封要素２２は、静的シール領域３０を作り出すために圧入されたＯリング２８とともに対になって係合するように配置することができる。静的シール領域３０の反対面上には、ステータ２０がＯリング３２で軸受ハウジングと封止係合して置かれる。Ｏリング２８および３２は、Ｏリング１４と類似した構造でかつ類似した材料で提供することができる。しかしながら、シール装置１０の様々な使用目的には、追加のもしくはより少ないＯリングまたは異なる構造のＯリングを使用する必要がありうると考えられる。
【００１９】
[0024]図２を参照すると、密封装置１０のいくつかの実施形態には、密封要素２２に軸線方向外側位置から内方に延びるリップシール３４が設けられる。リップシール３４には、いくつかの実施形態で、一体化形状構成ならびに平坦な密封面境界面部分３６を設けることができる。このような実施形態では、密封面の境界面部３６の少なくとも一部がロータ表面１８ａの平坦部上にある。いくつかの実施形態では、リップシール３４は、リップシール３４がロータ表面１８に接触して置かれたときに、封止係合するために少なくともいくらかの圧力を加えるように半径方向内方へある程度まで偏倚させられる。シール要素２２は、所望の特性ならびにラビリンスシール装置の構造および使用に望ましい場合のある弾性的に変形可能な性質を与えるために、ＰＴＦＥまたは他の類似した材料から形成されうると考えられる。密封面境界面３６の残存部分または遠位端部は、リップシールがロータ表面１８に接触してリップシールの使用位置に置かれたときに、ロータ表面１８ｂ上のらせんポンピング形状構成３８の上に懸架される。
【００２０】
[0025]様々な実施形態では、らせんポンピング形状構成３８は、ロータ表面１８ｂの周りに概ねらせん形状の溝を形成することによって設けることができる。溝は、種々の成形技術または鋳造技術によるとともに、このような目的で設計された既知のツーリング機器を使用してロータ表面１８ｂの各部分を研削または除去することにより形成することができると考えられる。リップシール３４がロータ表面上にある状態で、らせん形状構成は潤滑剤を密封要素２２から連続的に引き離すが、シール装置１０が静止している間にシール要素２２が潤滑剤を密封することを可能にする。軸線方向運動が起こると、リップシール３４は、一体化形状構成のためにロータ上のリップシール３４の臨界位置にとどまり、密封し続ける。したがって、大体らせん形であるか、または正弦波、円形要素および他の幾何形状を含む様々なパターンをとる様々な溝パターンおよび構成は、構造が回転するときに流動材料を所与の領域から引き離す能力を得るために選択されうると考えられる。
【００２１】
[0026]密封要素２２のいくつかの実施形態は、リップシール３４の反対側に密封要素２２から延びる突出部４０を具備する。突出部４０には、図１に示されているような角度をつけたバーブ形状を与えることができる。このようにして、突出部４０は、ロータ表面１８から外方に延びる結合凸部４２を通り過ぎて圧入され、対向する構造の傾斜面は互いを滑って通過することができる。突出部４０および結合凸部の形状には、互いに係合するとともにロータ１８からの密封要素２２の意図的でない除去を防止するために、扁平な面または逆の角度の面を設けることができる。このようにして、ロータ１２とステータ２０との金属間接触を著しく制限することができる。
【００２２】
[0027]シール装置１０の設計を見直した後で、いくつかの従来技術の欠点が首尾よく対処されていることが明らかになるであろう。特に、軸と穴が位置ずれしている間に弾力性を保持しない他の装置のＯリング設計は、この設計で解決される。シール装置１０は、シールがロータから分離するのを防止する。さらに、シール装置１０の設計は、従来技術で頻繁に経験しているように、シール要素２２がロータ１８から分離するのを防止する。これらの利点は、フランジ１６を用いてシール要素２２をシール装置１０の固定部分に固定すること、および、リップシール３４が半径方向に浮動できるようにすることにより、少なくとも部分的に達成される。
【００２３】
[0028]図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、ラビリンス密封装置１００が、密封装置１０に対する一代替実施形態として提供される。密封装置１００の様々な実施形態は、回転軸と軸受ハウジングとの間に動的シールを設けるために用いることができる。密封装置１００は、１つまたは複数のＯリング１１４によって軸（図示せず）と封止係合して配置されたロータ１１２を具備する。ロータ１１２は、密封装置１００が使用されるアセンブリ全体の所期の目的での使用に適しているステンレス鋼、青銅または他の材料から形成することができる。同様に、Ｏリング１１４は、この種の用途で一般的に使用されている種々の材料で提供することができる。様々な実施形態では、ロータ１１２は作動面１１８を提供する環状フランジ１１６を具備する。
【００２４】
[0029]密封装置１００の実施形態は、ステータおよび密封要素をさらに具備する。いくつかの実施形態では、ステータおよび密封要素は、類似のラビリンス密封装置に適していることで知られているＰＴＦＥ、テフロンまたは他の材料から形成されうる密封ステータ１２０を設けるために、一体構造で形成することができる。様々な実施形態では、密封ステータ１２０を形成するために使用される材料は、対象とする特定の用途に所望される低摩擦性、低摩耗性、および密封特性を与える。密封ステータ１２０の半径方向外方に向けられた面上には、密封ステータ１２０は、Ｏリング１１４と類似した構造でかつ類似した材料で提供されうるＯリング１２２で軸受ハウジングと封止係合して置かれる。しかしながら、シール装置１００の様々な使用目的には、追加のもしくはより少ないＯリングまたは異なる構造のＯリングを使用する必要がありうると考えられる。
【００２５】
[0030]さらに図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、密封ステータ１２０のいくつかの実施形態は、軸線方向に内方へ延びるリップシール１２４を具備する。リップシール１２４には、いくつかの実施形態で、一体化形状構成ならびに平坦な密封面境界面部分１２６を設けることができる。このような実施形態では、密封面境界面部分１２６の少なくとも一部が作動面１１８の平坦部に乗る。いくつかの実施形態では、リップシール１２４は、リップシール１２４が滑らかな作動面または研削作動面１１８の形で提供されうる作動面１１８に接触して置かれたときに、封止係合するために少なくともいくらかの圧力を加えるように内方へある程度偏倚させられる。リッピシール１２４が偏倚させられたときに、リップシールはヒンジ点１２４ａを含む。ヒンジ点は、図３Ａに示されている厚みＴを有することができる。任意適当な厚みＴを用いることもできる。いくつかの実施形態では、厚みは、０．０１０〜０．１５０とすることができる。
【００２６】
[0031]図３Ａで分かるように、リップシール１２４の半径方向内側面の一部に角度がつけられている。この傾斜面１２５は、密封面境界面部分１２６から、作動面１１８から上方へ離れて延びる。傾斜面１２５と作動面１１８との間の接触点に角度Ａが形成される。任意適当な角度Ａを用いることもできる。いくつかの実施形態では、角度Ａは１０°〜４５°とすることができる。角度Ａおよび厚みＴを調節することにより、ヒンジ点１２４ａと、密封面境界面部分１２６と作動面１１８の間の第１の接触点と、の間の長さＬを変えることができる。
【００２７】
[0032]いくつかの実施形態では、ロータ１１２と密封ステータ１２０との間に追加のシールを作り出すために、リップシール１２４の端部に半径方向に向けられた突出部１２９を具備することができる。図３Ｃに示されているように、半径方向に向けられた突出部１２９は、ロータ１１２が密封ステータ１２０に対になって係合されたときに、ロータ１１２の作動面１１８によってたわめられる。半径方向に向けられた突出部１２９は、ロータ１１２と密封ステータ１２０との間のシールにより良い効果を及ぼすように、軸線方向に外方へ偏倚することができる。やはり図３Ｃで分かるように、密封面境界面部分１２６の端部と半径方向に向けられた突出部１２９との間に空隙が存在することができる。密封面境界面部分１２６の長さは、半径方向に向けられた突出部１２９を含めるのに適合するように変えることができる。
【００２８】
[0033]様々な実施形態では、密封面境界面部分１２６は１つまたは複数の凹所１２８を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の凹所１２８は、密封面境界面部分１２６の両端の中間に位置することができ、他の実施形態では、１つまたは複数の凹所１２８は、密封面境界面部分１２６の一端または両端のより近くまたはすぐ近傍に位置することができる。そのような実施形態では、１つまたは複数の凹所１２８は、過度の摩耗を受けたり流体またはごみの通路がリップシール１２４を通れるようにしたりせずに、密封面境界面部分１２６が作動面１１８に乗り上げることを可能にする圧力差を作り出す。密封面境界面部分１２６の長さは、追加の凹所１２８を収容するために大きくすることができる。
【００２９】
[0034]密封ステータ１２０のいくつかの実施形態は、軸線方向外方に配置されたフランジから延びる突出部１３０を具備するが、この突出部１３０は密封性能には必要ない。突出部１３０には、図３Ａに示されているような角度をつけたバーブ形状を与えることができる。このようにして、突出部１３０は、ロータ１１２の外縁から外方に延びる結合凸部１３２を通って圧入され、対向する構造の傾斜面は互いを滑って通過することができる。突出部１３０および結合凸部１３２の形状には、互いに係合するとともに、ロータ１１２からの密封ステータ１２０の意図的でない除去を防止するために、扁平な表面または逆の角度の表面を設けることができる。結合凸部１３２と突出部１３０との間の空隙は、ロータ１１２のある程度の軸線方向の動きを可能にするために変えることができる。ロータ１１２および密封ステータ１２０が、突出部１３０と結合凸部１３２が互いに係合する位置に置かれると、１つまたは複数の突条または摩耗ビード１３４がロータ１１２と係合するように密封ステータ１２０の下面に沿って配置されうる。逆に、すなわち組み合わせて、突条または摩耗ビード１３４は、ロータ１１２の表面から突出し、密封ステータ１２０と係合することもできる。このような実施形態では、ロータ１１２と密封ステータ１２０との間に最小限の摩擦係合が達成される。
【００３０】
[0035]図４を参照すると、ラビリンス密封装置２００が、密封装置１０に対する別の代替実施形態として提供される。密封装置２００の様々な実施形態は、回転軸と軸受ハウジングとの間に動的シールを設けるために用いることができる。密封装置２００は、１つまたは複数のＯリング２１４によって軸（図示せず）と封止係合して配置されたロータ２１２を具備する。ロータ２１２は、密封装置２００が使用されるアセンブリ全体の所期の目的での使用に適しているステンレス鋼、青銅または他の材料から形成することができる。同様に、Ｏリング２１４は、この種の用途で一般的に使用されている種々の材料で提供することができる。様々な実施形態では、ロータ２１２は、作動面２１８を提供する、軸線方向に整列された環状フランジ２１６を具備する。ロータ２１２は、以下により詳細に説明する、ロータ２１２と密封ステータ２２０との間に密閉空間を形成するのに役立つ半径方向部分２１５も具備することができる。
【００３１】
[0036]密封装置２００の実施形態は、類似のラビリンス密封装置に適していることで知られているＰＴＦＥ、テフロンまたは他の材料から形成されうる密封ステータ２２０をさらに具備する。様々な実施形態では、密封ステータ２２０を形成するために使用される材料は、対象とする特定の用途に所望される低摩擦性、低摩耗性、および密封特性を与える。密封ステータ２２０の半径方向外方に向けられた面上には、密封ステータ２２０は、Ｏリング２１４と類似した構造でかつ類似した材料で提供されうるＯリング２２２で軸受ハウジングと封止係合して置かれる。しかしながら、様々な密封装置２００の意図された使用には、追加のもしくはより少ないＯリングまたは異なる構造のＯリングの使用が必要がありうると考えられる。図４で分かるように、密封ステータ２２０およびロータ２１２が結合されたときに、ラビリンス通路２１７が形成される。ラビリンス通路は、ラビリンス通路２１７内に乱流を引き起こす回転と屈曲を含み、それによってラビリンス通路２１７を通り抜ける潤滑剤または汚染物の通過をより困難にする。
【００３２】
[0037]図４に示されている密封装置２００のいくつかの実施形態は、密封ステータ２２０からロータ２１２の方へ軸線方向外方に延びるリップシール２２４を具備する。リップシール２２４には、いくつかの実施形態で、一体化形状構成ならびに平坦な密封面境界面部分２２６を設けることができる。図４に示されているように、密封面境界面部分２２６の全体が作動面２１８に乗る。いくつかの実施形態では、リップシール２２４は、リップシール２２４がロータ表面２１８に接触して置かれたときに、封止係合するために少なくともいくらかの圧力を加えるように半径方向内方へロータ２１２の方へある程度まで偏倚させられる。
【００３３】
[0038]いくつかの実施では、密封ステータ２２０は、半径方向にロータ２１２の方へ延びるアーム２３０を具備する。アーム２３０は、アーム２３０の少なくとも一部がロータ２１２の環状フランジ２１６と重なり合うまで、半径方向にロータ２１２の方へ延びることができる。いくつかの実施形態では、アーム２３０の端部は、環状フランジ２１６の半径方向内側面と実質的に同一平面である。アーム２３０の端部は、アーム２３０から離れて軸線方向に外方へ（すなわち、ロータ２１２の環状フランジ２１６の方へ）突出する対向型リップ２３２を具備する。対向型リップ２３２は環状フランジ２１６と接触し、潤滑剤および／または汚染物が密封ステータ２２０とロータ２１２との間に形成されたラビリンス通路２１７の内外へ通過するのを阻止することができる密封部を作り出す。環状フランジ２１６は、潤滑剤が環状フランジ２１６のところでラビリンス通路２１７に入らないようにされたときに、より低い圧力で密封し、したがって、対向型リップ２３２によって形成されたシールを有益にする。
【００３４】
[0039]アーム２３０は、対向型リップ２３２と環状フランジ２１６との間により強力なシールを形成するために、軸線方向に外方へ偏倚させることができる。対向型リップ２３２は、環状フランジ２１６と対向型リップ２３２の接触面が平行に配列されるように方形形状を有することが好ましいが、表面接触ではなく点接触または線接触を形成することができる形状を含む他の形状を対向型リップ２３２に使用することもできる。
【００３５】
[0040]環状フランジ２１６に対する対向型リップ２３２の圧力荷重は、密封ステータ２２０から軸線方向外方にロータ２１２の方へ突出する方形突条２３４を使用して、所定の値に設定することができる。図４に示されているように、方形突条２３４は、ラビリンス通路２１７内に、密封ステータ２２０の半径方向外側面に向かって位置する。密封ステータ２２０がロータ２１２と対になったときに、方形突条２３４は、密封ステータ２２０とロータ２１２がいかに密接に一体となるかを決定づける。方形突条２３４の長さは、アーム２３０がアーム２３０の偏倚に対して屈曲されるようにするほど密接に密封ステータ２２０とロータが結合されることを確実にし、対向型リップ２３２と環状フランジ２１６との間に堅固な境界面シールが形成される。さらに、方形突条２３４は、密封ステータ２２０およびロータ２１６がアーム２３０がアーム２３０の偏倚に対して過屈曲し、密封ステータ２２０のアーム２３０をポキッと折るようにさせる可能性があるほど密接には結合されないことを確実にする（それによって、環状フランジ２１６のところにシールを全く形成しない）。さらに、方形突条２３２は、ラビリンス通路２１７をさらに構築し、汚染物および／または潤滑剤がラビリンス通路２１７を通過するのをより困難にする。
【００３６】
[0041]ロータ２１２は、ロータ２１２の半径方向部分２１５から軸線方向内方に突出するフランジ２３６をさらに具備することができる。フランジ２３６は、フランジ２３６がリップシール２２４と密封ステータ２２０の半径方向外側面との間に形成された空間の中に延びるように、半径方向部分２１５上に配置される。このようにして、フランジ２３６は複雑なラビリンス通路２１７をもたらす。フランジ２３６は、ラビリンス通路２１７内にさらなる乱流の形成をもたらすとともに、反駆動側（ｏｕｔｂｏａｒｄ）側の圧力も上昇させる。反駆動側側の圧力は一般に駆動側（ｉｎｂｏａｒｄ）に比べて低いので、この圧力上昇は、反駆動側と駆動側との間の圧力を有利に低下させる。
【００３７】
[0042]図５に示されているように、ラビリンス密封装置２００は、図３Ａおよび図３Ｂに示されているようなラビリンス密封装置１００に具備されている形状構成のうちの１つまたは複数を具備することができる。例えば、ラビリンス密封装置２００は、凹所２２８を有するリップシール２２４を具備することができ、密封ステータ２２０およびロータが互いに対になって係合されたままにするために、突出部２４０および結合凸部２４２を具備することもできる。これらの形状構成を対向型リップ２３２、方形突条２３４、およびフランジ２３６とともに組み合わせることにより、潤滑剤および／または汚染物がラビリンス通路２１７を通って移動しないようにするのに非常に適しているラビリンス密封装置２００になることができる。
【００３８】
[0043]密封装置１０、１００、および２００は、いくつかの構造、材料、および方法論的ステップに特有の言語で記述されているが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明は、記述されている特定の構造、材料、および／またはステップには必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、特定の態様およびステップは、特許請求される発明を実施する形として記述されている。本発明の多くの実施形態は本発明の精神および範囲から逸脱することなく実施されうるので、本発明は以下に添付される特許請求の範囲に存在する。特に指示がない限り、本明細書（特許請求の範囲以外）に使用されている寸法、物理的特性などを表すようなすべての数または表現は、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という用語によってすべての例で変更されるものとして理解されたい。少なくとも、特許請求の範囲への均等論の適用を制限しようとするものではなく、「約」という用語によって変更される本明細書または特許請求の範囲に記載されているそれぞれの数値パラメータは、少なくとも、記載されている有効数字の数に照らしてかつ通常の丸め手法を適用することによって解釈されるべきである。さらに、本明細書で開示されているすべての範囲は、中に組み込まれているありとあらゆる部分的範囲およびありとあらゆる個々の値を列挙する特許請求の範囲を包含しかつ支援するものと理解されたい。例えば、１〜１０という規定の範囲は、最小値１と最大値１０の間にありかつ／または最小値１および最大値１０を含むありとあらゆる部分範囲または個々の値、すなわち、１以上の最小値で始まり１０以下の最小値で終わるすべての部分範囲（例えば、５．５〜１０、２．３４〜３．５６など）あるいは１から１０までの任意の値（例えば、３、５．８、９．９９９４など）を列挙する特許請求の範囲を含みかつ支援するものと見なされるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、ステータと、密封要素とを具備するラビリンス密封装置であって、
前記ロータが、
半径方向に向けられたベースと、
半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有し、前記半径方向外側面が作動面である、軸線方向に向けられたフランジと
を備え、
前記ステータが、前記ロータの前記半径方向に向けられたベースと対になって係合され、
前記密封要素が、前記ステータと前記軸線方向に向けられたフランジとの間に配置され、
前記密封要素が、軸線方向内方に延びかつ半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有するリップシールであり、前記半径方向内側面が前記作動面に乗る境界面である、リップシールを備える、ラビリンス密封装置。
【請求項２】
前記作動面が平坦部および溝付き部分を含む、請求項１に記載のラビリンス密封装置。
【請求項３】
前記境界面が、前記作動面の前記平坦部と前記溝付き部分の両方に乗る、請求項２に記載のラビリンス密封装置。
【請求項４】
前記溝付き部分がらせん状溝付き部分である、請求項２に記載のラビリンス密封装置。
【請求項５】
前記作動面の前記平坦部が前記軸線方向外側にあり、前記作動面の前記溝付き部分が前記軸線方向内側にある、請求項２に記載のラビリンス密封装置。
【請求項６】
前記密封要素から前記環状フランジの方へ突出する一体化突出部と、
前記環状フランジから前記一体化突出部と対になって係合する前記密封要素の方へ突出する結合凸部と、
をさらに備える、請求項１に記載のラビリンス密封装置。
【請求項７】
ロータと、密封ステータとを具備するラビリンス密封装置であって、
前記ロータが、
半径方向に向けられたベースと、
半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有し、前記半径方向外側面が作動面である、軸線方向に向けられたフランジと
を備え、
前記密封ステータが、 軸線方向内方に延びかつ半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有するリップシールであり、前記半径方向内側面が前記作動面に乗る境界面である、リップシールを備える、ラビリンス密封装置。
【請求項８】
前記境界面が少なくとも１つの凹所を含む、請求項７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項９】
前記密封ステータが、前記密封ステータから突出しかつ前記ロータの前記半径方向に向けられたベースと接触する少なくとも１つの摩耗ビードをさらに備える、請求項７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１０】
前記ステータが、前記ロータの前記半径方向に向けられたベースから突出しかつ前記密封ステータと接触する少なくとも１つの摩耗ビードをさらに備える、請求項７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１１】
前記密封ステータが、
前記ロータの前記半径方向に向けられたベースの上に延びる、前記密封ステータの半径方向外側にある軸線方向に向けられたフランジと、
前記軸線方向に向けられたフランジの軸線方向内端に配置されかつ半径方向に内方へ突出する一体化突出部と
をさらに備える、請求項７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１２】
前記リップシールが、前記リップシールの端部に位置しかつ半径方向内方へ突出する密封突出部をさらに備える、請求項７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１３】
前記密封突出部が前記作動面に当たってたわむ、請求項１２に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１４】
ロータと、密封ステータとを具備するラビリンス密封装置であって、
前記ロータが、
半径方向外端および前記半径方向外端の反対側の半径方向内端を有する半径方向に向けられたベース部と、
前記半径方向外端と前記半径方向内端との間に位置する第１の軸線方向に向けられたフランジと、
前記半径方向内端に位置する第２の軸線方向に向けられたフランジであり、半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有し、前記半径方向外側面が作動面である、第２の軸線方向に向けられたフランジ
を備え、
前記第１の軸線方向に向けられたフランジおよび前記第２の軸線方向に向けられたフランジが同じ軸線方向に延び、前記第１の軸線方向に向けられたフランジが前記第２の軸線方向に向けられたフランジより短く、
前記密封ステータが、軸線方向外方に延びかつ半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有するリップシールであり、前記半径方向内側面が前記作動面に乗る境界面である、リップシールを備え、
前記リップシールの少なくとも一部が、前記第１のフランジの下に延びるが前記第１のフランジと接触していない、ラビリンス密封装置。
【請求項１５】
前記境界面が少なくとも１つの凹所を含む、請求項１４に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１６】
前記密封ステータが、前記密封ステータから突出しかつ前記ロータの前記半径方向に向けられたベースと接触する少なくとも１つの方形突条をさらに備える、請求項１４に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１７】
前記密封ステータが、前記第２の軸線方向に向けられたフランジの軸線方向内端の前に突出する、半径方向に内方へ突出する半径方向に向けられたアームをさらに備える、請求項１４に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１８】
前記半径方向に向けられたアームが、前記第２の軸線方向に向けられたフランジの前記軸線方向内端と接触する対向型リップを具備する、請求項１７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１９】
前記半径方向に向けられたアームが軸線方向に外方へ偏倚させられる、請求項１８に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１】
ロータと、ステータと、密封要素とを具備するラビリンス密封装置であって、
前記ロータが、
半径方向に向けられたベースと、
半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有し、前記半径方向外側面が作動面である、軸線方向に向けられたフランジと
を備え、
前記ステータが、前記ロータの前記半径方向に向けられたベースと対になって係合され、
前記密封要素が、前記ステータと前記軸線方向に向けられたフランジとの間に配置され、
前記密封要素が、軸線方向内方に延びかつ半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有するリップシールであり、前記半径方向内側面が前記作動面に乗る境界面である、リップシールを備える、ラビリンス密封装置。
【請求項２】
前記作動面が平坦部および溝付き部分を含む、請求項１に記載のラビリンス密封装置。
【請求項３】
前記境界面が、前記作動面の前記平坦部と前記溝付き部分の両方に乗る、請求項２に記載のラビリンス密封装置。
【請求項４】
前記溝付き部分がらせん状溝付き部分である、請求項２に記載のラビリンス密封装置。
【請求項５】
前記作動面の前記平坦部が前記軸線方向外側にあり、前記作動面の前記溝付き部分が前記軸線方向内側にある、請求項２に記載のラビリンス密封装置。
【請求項６】
前記密封要素から前記環状フランジの方へ突出する一体化突出部と、
前記環状フランジから前記一体化突出部と対になって係合する前記密封要素の方へ突出する結合凸部と、
をさらに備える、請求項１に記載のラビリンス密封装置。
【請求項７】
ロータと、密封ステータとを具備するラビリンス密封装置であって、
前記ロータが、
半径方向に向けられたベースと、
半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有し、前記半径方向外側面が作動面である、軸線方向に向けられたフランジと
を備え、
前記密封ステータが、 軸線方向内方に延びかつ半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有するリップシールであり、前記半径方向内側面が前記作動面に乗る境界面である、リップシールを備える、ラビリンス密封装置。
【請求項８】
前記境界面が少なくとも１つの凹所を含む、請求項７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項９】
前記密封ステータが、前記密封ステータから突出しかつ前記ロータの前記半径方向に向けられたベースと接触する少なくとも１つの摩耗ビードをさらに備える、請求項７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１０】
前記ステータが、前記ロータの前記半径方向に向けられたベースから突出しかつ前記密封ステータと接触する少なくとも１つの摩耗ビードをさらに備える、請求項７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１１】
前記密封ステータが、
前記ロータの前記半径方向に向けられたベースの上に延びる、前記密封ステータの半径方向外側にある軸線方向に向けられたフランジと、
前記軸線方向に向けられたフランジの軸線方向内端に配置されかつ半径方向に内方へ突出する一体化突出部と
をさらに備える、請求項７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１２】
前記リップシールが、前記リップシールの端部に位置しかつ半径方向内方へ突出する密封突出部をさらに備える、請求項７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１３】
前記密封突出部が前記作動面に当たってたわむ、請求項１２に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１４】
ロータと、密封ステータとを具備するラビリンス密封装置であって、
前記ロータが、
半径方向外端および前記半径方向外端の反対側の半径方向内端を有する半径方向に向けられたベース部と、
前記半径方向外端と前記半径方向内端との間に位置する第１の軸線方向に向けられたフランジと、
前記半径方向内端に位置する第２の軸線方向に向けられたフランジであり、半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有し、前記半径方向外側面が作動面である、第２の軸線方向に向けられたフランジ
を備え、
前記第１の軸線方向に向けられたフランジおよび前記第２の軸線方向に向けられたフランジが同じ軸線方向に延び、前記第１の軸線方向に向けられたフランジが前記第２の軸線方向に向けられたフランジより短く、
前記密封ステータが、軸線方向外方に延びかつ半径方向外側面および前記半径方向外側面の反対側の半径方向内側面を有するリップシールであり、前記半径方向内側面が前記作動面に乗る境界面である、リップシールを備え、
前記リップシールの少なくとも一部が、前記第１のフランジの下に延びるが前記第１のフランジと接触していない、ラビリンス密封装置。
【請求項１５】
前記境界面が少なくとも１つの凹所を含む、請求項１４に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１６】
前記密封ステータが、前記密封ステータから突出しかつ前記ロータの前記半径方向に向けられたベースと接触する少なくとも１つの方形突条をさらに備える、請求項１４に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１７】
前記密封ステータが、前記第２の軸線方向に向けられたフランジの軸線方向内端の前に突出する、半径方向に内方へ突出する半径方向に向けられたアームをさらに備える、請求項１４に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１８】
前記半径方向に向けられたアームが、前記第２の軸線方向に向けられたフランジの前記軸線方向内端と接触する対向型リップを具備する、請求項１７に記載のラビリンス密封装置。
【請求項１９】
前記半径方向に向けられたアームが軸線方向に外方へ偏倚させられる、請求項１８に記載のラビリンス密封装置。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１３−５１１００９（Ｐ２０１３−５１１００９Ａ）
【公表日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３８９７６（Ｐ２０１２−５３８９７６）
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５６３６４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６０１５４
【国際公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（５０２４３０３７８）ガーロック・シーリング・テクノロジーズ・エルエルシー (9)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５６３６４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６０１５４
【国際公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（５０２４３０３７８）ガーロック・シーリング・テクノロジーズ・エルエルシー (9)
【Ｆターム（参考）】
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