JP4873767B2

JP4873767B2 - リテーナ付きカートリッジ式のロータリシール

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Publication number: JP4873767B2
Application number: JP05697199A
Authority: JP
Inventors: ピーター・ジェイ・バルセルズ; ジョン・シュローダー
Original assignee: Bal Seal Engineering LLC
Current assignee: Bal Seal Engineering LLC
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: US6264205B1; DE69914392D1; US6161838A; EP0942209A2; EP0942209B1; EP0942209A3; JPH11315933A; US6050572A; DE69914392T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、概ね、ハウジング内に押圧され、種々の流体環境の下で比較的に低圧力でシャフトの周囲を封止する（すなわち、シールする）カートリッジ式のロータリシールに関する。特に、本願発明は、プラスチック製のリング（プラスチックリング）内に軸線方向及び径方向応力を提供する、別体のメタル保持リングを用いるカートリッジ式のシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カートリッジ式のロータリシールは、種々のタイプの流体やガスを封止できるように、種々の用途で、多年の間、使用されてきた。一般に、これらのシールは、メタルに包まれた種々のエラストマーを採用してきた。利用された典型的な材料には、種々のプラスチックやフルオロポリマー（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、すなわちＰＴＦＥ））がある。といのは、それらの材料は比較的低い摩擦を示し、また、化学的に不活性であり、さらに、大幅な範囲の温度に耐えることができ、したがって、潤滑油のない状態でも使用できるからである。
【０００３】
そのような従来のカートリッジ式のシールは、Ｕ字形状となっていることが多い円形の金属製のリング（メタルリング）と結合した関係で、前記エラストマーを用いている。前記シールの金属製の部分はハウジング内に押圧され、一方、前記エラストマーのシールは、前記シャフトの周囲を押す状態となっている。
【０００４】
上述したように、フルオロポリマー（ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）のようなプラスチックが用いられたとき、前記プラスチックは前記金属製のリング（メタルリング）に結合され、そのアセンブリ全体が、前記ハウジング内に押圧される。このとき、前記シールの外径（ＯＤ）と前記ハウジングとの間の干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：すなわち、インターフェアランス、締め代）の程度により、前記シールアセンブリが前記ハウジング内に保持され、同時に、前記シールアセンブリが前記ハウジングに対して静的に封止する。前記シールと前記シャフトとの間は、エラストマーとシャフトとの接触によって、動的に封止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらのシールによる共通の問題は、前記プラスチックと前記メタルとの間の結合が不適切になることである。前記プラスチックと前記メタルとの間の結合は、熱的且つ化学的攻撃を受けたりや高温状態になったとき、シール不良が引き起こされる可能性がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、カートリッジ式のロータリシールを提供するものである。前記カートリッジ式のロータリシールは、別体のプラスチック製のリング（プラスチックリング）及びリテーナを備えている。前記別体のプラスチック製のリング（プラスチックリング）及びリテーナは、一緒になって独自にロックされ、これにより、前記リングと前記リテーナとの間には残留力が提供され、前記構成要素が一定の温度パラメーター内に維持される。
【０００７】
本願発明によるカートリッジ式のロータリシールは、低温流れ可能なプラスチック製のリング（プラスチックリング）を備えている。前記プラスチックリングは、ハウジングボアに封止可能に係合する本体と、前記ハウジングボア内で回転するシャフトに封止可能に係合するリップ部とを有している。重要なことは、後で詳細に説明するように、前記使用に適したプラスチック製の材料は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）すなわちＰＴＦＥやＰＴＦＥ及びＵＨＭＷ（ｕｌｔｒａｈｉｇｈｍｏｌｅｃｕｌａｒｗｅｉｇｈｔｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ超高分子量ポリエチレン）の混合物のように、低温流れ（コールドフロー）可能でなけれならないことである。これらの材料の使用により、プラスチックが適切に低温流れすることができ、これにより、前記ハウジングと前記シャフトとの間で、前記プラスチックリングの径方向及び軸線方向の安定性を維持することができる。
【０００８】
分離可能な金属製のリテーナ（メタルリテーナ）が、前記プラスチックリングを、前記ハウジングボア内で且つ前記シャフトの周囲で固定するための手段を提供している。前記分離可能なメタルリテーナは、円周面を備えている。前記円周面には、前記ハウジングボア内に圧入するのに適切な直径を有するリヤ部と、前記リヤ部の直径よりも小さい直径からなりリング部で終端するフロント部とが設けられている。
【０００９】
内部溝が、当該内部溝内に設けられる前記金属製のリング部（メタルリング）に係合できるように、前記プラスチックリングの本体に設けられている。これによって、軸線方向及び径方向での残留応力が前記プラスチックリングの本体に生じた状態で、前記プラスチックリングとメタルリングとを一緒にラッチ止めする（掛け止めする）ことができる。この残留応力は、特定の溝及びリング部の寸法及び形状によって、生成され且つ維持される。例えば、後で詳細に説明されるように、本願発明に係わるプラスチックリングは、比較的に厚いリヤ部を備えている。前記リヤ部によって、径方向の応力を当該リヤ部に維持することができる。この応力は、前記プラスチックリングと前記メタルリングとの間の結合を維持するのに十分になっている。比較的に薄いリヤ部を有するプラスチックリングが用いられたとき、径方向の応力は、前記メタルリングの特定の形状によって、前記プラスチックリングに維持される。
【００１０】
より詳細に説明すれば、前記プラスチックリングの内部溝は、前記リング部よりも大きな直径を備えている。前記メタルリテーナのフロント部の前記リング部に隣接する部分は、前記プラスチックリングの本体に前記径方向の応力を維持させるために、前記プラスチックリングの本体の前記内部溝に隣接する部分の接触内径よりも小さな外径を備えている。
【００１１】
さらに、前記内部溝の幅は、前記メタルリングの幅よりも大きくしてもよい。しかし、内部溝内への低温流れにより前記径方向の応力によって強制的に押し進められる過剰のプラスチックを受け入れるのに必要な幅よりも小さくなっている。それによって、前記軸線方向の応力を前記プラスチックリングに維持することができる。
【００１２】
さらに、本願発明は、前記シャフトに係合するヘッド部を備えることができる。前記ヘッド部は、前記リップ部の端部に配置されている。第２の溝を前記リップ部に隣接して設けてもよい。前記リップ部を前記シャフトに抗して偏倚させることができるように、ばねを前記リップ部に配置してもよい。さらに、前記金属製のリテーナ（メタルリテーナ）は、径方向内方に伸長する段部を備えることができる。前記段部により、前記ハウジングのボアから前記メタルリングを前記プラスチックリングと一緒に容易に分離することができるようになっている。
【００１３】
さらに、前記プラスチックリングは、その外面や周辺に、前記シャフトが回転したときに前記ハウジング内での前記プラスチックリングの回転運動を制限するための平坦部を備えることができる。
【００１４】
さらにより詳細に説明すると、前記内部溝は、当該内部溝内にプラスチック材料が「低温流れ（コールドフロー）」できるように、リヤサイドリングに面する長方形のサイド壁（側壁）やあり溝（ｄｏｖｅｔａｉｌ）のサイド壁（側壁）を備えた概ね長方形としてもよい。
【００１５】
さらに、本願発明の一実施例においては、前記メタルリテーナの前方部分は、径方向の力を前記プラスチックリングの本体に提供して、径方向応力を当該プラスチックリングの本体に引き起こすことができるように、薄い横断面を備えてもよい。この実施例においては、前記プラスチックリングは、比較的薄い本体を備えている。
【００１６】
さらに詳細に説明すると、この最後の実施例においては、前記メタルリテーナの前方部分は、前記プラスチックリングの本体での径方向応力を高めることができるように、その前方部分の内面に設けられた長尺状の溝を備えている。
【００１７】
本願発明の特徴や効果は、添付した図面と関連して考察されたとき、下記の詳細な説明によってより明らかとなるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
さて、図１を参照すると、本願発明に係わるカートリッジ式のロータリシール１０が示されている。カートリッジ式のロータリシール１０は、概ね、低温流れ（コールドフロー）可能なプラスチックリング１２を備えている。プラスチックリング１２は、本体１４とリップ部２０とを有している。本体１４は、ハウジング１８に形成された、ハウジングボアに封止可能に係合する手段を提供している。リップ部２０は、シャフト２６に封止可能に係合する手段を提供している。図１において、２０ａは、カートリッジ式のロータリシール１０がハウジング１８とシャフト２６との間に挿入される前のリップ部２０の位置を示している。一点鎖線２０ｂは、リップ部２０に関する効果的な封止範囲（シール範囲）を表している。
【００１９】
重要なことは、本願発明は、ＰＴＦＥ、種々の充填材又はＵＨＭＷ（ｕｌｔｒａｈｉｇｈｍｏｌｅｃｕｌａｒｗｅｉｇｈｔｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ超高分子量ポリエチレン）を備えたＰＴＦＥ混合物のような低温流れ（コールドフロー）可能なプラスチック材料を用いており、これによって、本願発明にしたがって前記プラスチック材料に適切に応力が加られたとき、前記プラスチック材料の低温流れが可能となっている。実際、前記残留応力により、一定の温度パラメーター内で構成要素（プラスチックリング１２とメタルリテーナ３０）を一緒に維持するための残留応力が発生する態様で、プラスチックリング１２が、分離可能なメタルリテーナ３０に密着する状態が維持される。
【００２０】
プラスチックリング１２とメタルリテーナ３０との間に永久結合は生じない。このとき、メタルリテーナ３０が、ハウジングボア１６内でシャフト２６の周囲にプラスチックリング１２を保持するための手段を提供している。図示されたように、分離可能なメタルリテーナ３０は円周面３４を備えており、円周面３４にはリヤ部３６とフロント部３８とが設けられている。リヤ部３６は、ハウジングボア１６内に圧入できるように適切な直径を備えている。フロント部３８は、リヤ部３６の直径よりも小さな直径を備えている。フロント部３８は、リング部４０で終端している。
【００２１】
プラスチックリングの本体１４内の内部溝４４は、図２により明瞭に示されているように、リング部４０の半径ｒ₂よりも大きな半径ｒ₁を備えており、その結果、クリアランス（隙間）Ｃ₁が形成されている。そのような隙間Ｃ₁によって、メタル部品を容易にプラスチックリングの本体の内部溝４４に組み立てることができる。メタルリングのフロント部３８のリング部４０に隣接する部分は、干渉部分（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：すなわち、インターフェアランス、締め代）Ｉ₁として示されているように、プラスチックリングの本体１４のうちフロント部３８と接触する部分の内側半径よりも小さな外側半径を備えている。これによって、径方向の応力をプラスチックリングの本体１４に維持することができるようになっている。
【００２２】
さらに、内部溝４４の幅は、クリアランス（隙間）Ｃ₂によって示されているようにリング部４０の幅よりも大きくなっている。そのようなクリアランスＣ₂によって、２つの部品（プラスチックリング１２とメタルリテーナ３０）を容易に組み立てることができる。しかしながら、ハウジング１８とシール外径（Ｏ．Ｄ．）１２との間にカートリッジ式のロータリシール１０を挿入することによって、内部溝４４内でリング部４０の周囲への前記ＰＴＦＥの低温流れが引き起こされ、これによって、軸線方向の応力がプラスチックリング１２に発生する。この変形力は、径方向、軸線方向、又は径方向及び軸線方向の力として加えられ、プラスチックリング１２とメタルリテーナ３０との間にロック作動が生じる。
【００２３】
プラスチックリング１２の壁の厚さに応じて、追加の径方向荷重が、メタルリテーナ３０によって提供される。これによって、軸線方向ばねような追加の力が及ぼされ、プラスチックリング１２とハウジング１８との間の密着がより大きく且つより長く維持される。本願発明の他の実施例に関してより詳細に後述するように、本願発明に係わるシールによって、より大幅な温度範囲にわたって封止することができる。メタルリテーナ３０は、温度が高くなって前記ＰＴＦＥの側圧支持応力（接触応力）が減少したとき、可撓性を加えることができるように、また、荷重力を増加させることができるように構成してもよい。この態様において、メタルリテーナ３０によって提供されるばね力は、前記シール外径（ＯＤ）とハウジング１８との間の接触を維持しながら、カートリッジ式のロータリシール１０の改善された封止能力を維持する。
【００２４】
メタルリテーナ３０をプラスチックリング１２内に強制的に押し込むことによって、プラスチックリングの本体１４の内部溝４４と、メタルリテーナ３０のリング部４０の部分とは、カートリッジ式のロータリシール１０として、組み立てられる。メタルリテーナ３０をプラスチックリング１２内に強制的に押し込むことにより、プラスチックリング１２が、径方向に膨張して「スナップ式に（換言すれば、パチンと）」嵌合し、これにより、プラスチックリング１２の内径（ＩＤ）とメタルリテーナ３０の外径（ＯＤ）との間で領域Ａに、直径方向の干渉が生じる。それによって、環状方向に残留応力が存続する。
【００２５】
この例において、「スナップ式嵌合」は、通常の位置への復帰を許容し、しかも、前記膨張した表面の周囲に径方向又は軸線方向の残留応力を発生する、プラスチックの径方向及び／又は軸線方向の膨張を参照している。
【００２６】
ハウジングボア１６内で且つシャフト２６上にプラスチックリング１２及びメタルリテーナ３０を組み立てることによって、上述したような「直径方向に沿った力」が引き起こされ、この力がプラスチックリング１２に加えられる。プラスチックリング１２の外径とハウジングボア１６との間の干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：インターフェアランス、締り嵌め）によって、径方向の荷重がプラスチックリング１２に加えられ、メタルリテーナ３０の領域Ａの外径とプラスチックリング１２との間の密着を維持することができる。
【００２７】
この干渉が、前記２つの表面の間に維持される応力に加えられる限り、メタルリテーナ３０とプラスチックリング１２とは、軸線方向及び径方向の両方向でロックされる。過剰のプラスチックは、プラスチックシールの外径ｒ₃の周囲に流れ、それによって、図２のＢで示されたハウジングと干渉する。さらに、ＰＴＦＥの使用によって可能となるこの低温流れにより、リング部４０と内部溝４４との間のギャップクリアランスＣ₂が充填され、これによって、軸線方向の応力が提供されると共に、メタルリテーナ３０とプラスチックリング１２とが確実にラッチ止めされ、あるいは、ロックする。もちろん、この点に関して、例えば、好ましくはステンレススチール（ステンレス鋼）のようなばねのようなメタルリテーナ３０材料を適切に用いなければならない。
【００２８】
軸線方向のロック作用、径方向のロック作用、又はこれらの作用の組み合わせによって、プラスチックリング１２とメタルリテーナ３０とを適所でロックしなければならないということを理解すべきである。すなわち、組み立てによる軸線方向のクリアランス（そのクリアランスは、図２のＣ₂のように、材料の低温流れによって充填されたり充填されなかったりする可能性がある。）、あるいは、Ｃ₁のような組み立てによる径方向のクリアランスが生じる可能性がある。そのようなクリアランスは、材料の低温流れの後も、存続したり残存しなかったりする可能性がある。しかし、全ての場合において、軸線方向の、径方向の、又は軸線方向及び径方向が組み合わされた何らかの残留応力が引き起こされるであろう。
【００２９】
単に具体例を通してより具体的に説明すると、前記プラスチック製のＰＴＦＥリングは、約１９．０００ｍｍないし約１９．１２６ｍｍの範囲の外側半径を備えることができる。このとき、ハウジングは、約１９．０６３ｍｍないし約１９．０３７ｍｍの範囲の半径を有する状態となっている。これによって、約０．０８９ｍｍ−０．００３５インチないし約０．０６３ｍｍ−０．００２４インチの間の範囲にわたる径方向の干渉部分が空けられる。
【００３０】
プラスチックリング１２の内部溝４４は、約１７．９０７ｍｍないし約１７．８８２ｍｍの範囲の半径ｒ₁を備えることができる。このとき、約１７．８３２ｍｍないし約１７．３５６ｍｍの範囲のメタルリング溝の直径ｒ₂は、約０．０００ｍｍないし約０．０５１ｍｍの範囲の径方向クリアランスを備えた状態になっている。
【００３１】
プラスチックリング溝の半径ｒ₅は、約１７．５２６ｍｍないし約１７．５００ｍｍの範囲の半径を備えることができる。このとき、約１７．５９７ｍｍないし約１７．５５１ｍｍの範囲のメタルリングの半径ｒ₄は、約０．０９２ｍｍないし約０．０２５ｍｍの範囲の半径方向の干渉部分（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：インターフェアランス、締め代）を備えた状態になっている。
【００３２】
さらに、内部溝４４の幅とリング部４０の幅の相違によって、約０．０００ｍｍないし約０．０５１ｍｍの範囲のクリアランスＣ₂を提供できる。
この形状によって、（例えば、２０％炭素、５％グラファイト、７８％ＰＴＦＥを含む）ＰＴＦＥ混合物を使用するとき、約−２０°Ｃないし約１００°Ｃの範囲の温度で、また、最大で５０００ＲＰＭのシャフト回転速度で、ハウジング１８とシャフト２６との間を封止（シーリング）することが可能となる。
【００３３】
本願発明にかかわる他の実施例のカートリッジ式のロータリシール６０が、図３に示されている。この実施例においては、プラスチックリング６２は、リップ部６６に隣接して第２の溝６４を備えている。第２の溝６４は、シャフト２６に対してリップ部６６を偏倚させるためのばね６８を受け入れることができるように設けられている。
【００３４】
さらに、メタルリテーナ７０の構造は、メタルリテーナ３０と同様になっている。しかし、メタルリテーナ７０は、内方に伸長する段部７２を備えている。内方に伸長する段部７２は、ハウジングボア１６からメタルリテーナ７０をプラスチックリング６２と共に容易にに分離させるための手段を構成している。
【００３５】
本願発明のさらに別の実施例に係わるカートリッジ式のロータリシール７８が、図４に示されている。この実施例において、共通の参照符号は、図１に示された同じあるいは実質的に同じ要素を参照している。このカートリッジ式のロータリシール７８において、プラスチックリング８０は、リップ部８２を備えている。リップ部８２にはヘッド部８４が設けられている。ヘッド部８４は、より大きな面積にわたってシャフト２６と接触するための手段を提供している。
【００３６】
図５を参照すると、さらに本願発明に係わる別の実施例のカートリッジ式のロータリシール９０が示されており、カートリッジ式のロータリシール９０は、プラスチックリング９２とメタルリテーナ９４とを備えている。この実施例において、プラスチックリング９２は、比較的に薄い壁の厚さｔ₁を備えている。したがって、この地点でのプラスチックリング９２の可撓性のため、径方向のスナップ式の嵌合は生じないようになっている。しかしながら、スナップ式の嵌合は、図１−４に示された実施例にしたがって説明されたように、軸線方向で生じるようになっている。
【００３７】
図５に示されたカートリッジ式のロータリシール９０において、プラスチックリング９２の内径（ＩＤ）は、組み立ての間、径方向に膨張する。これによって、メタルリテーナ９４の一部をプラスチックリング９２の溝９６内に入れることができる。十分な力が軸線方向に加えられると、これによって、プラスチックリング９２は、溝９６の箇所で軸線方向に変形を引き起こす。これによって、溝９６領域の周囲で軸線方向にプラスチックリング９２が圧縮され変形することにより、軸線方向にスナップ式の嵌合作用が生じる。
【００３８】
プラスチックリング９２の軸線方向の変形によって、残留応力が引き起こされると、かかる残留応力により、溝９６との、径方向だけでなく軸線方向の接触が維持され、プラスチックリング９２とメタルリテーナ９４とが一緒にロックされる。この形状により、プラスチックリング９２に残存する結合された軸線方向の残留応力と径方向の残留応力とによって、より高温であっても、カートリッジ式のロータリシール９０の信頼性と能力とを増すことができる。
【００３９】
メタルリテーナ９４の溝リング部１００は、図６に示されているように、あり溝形（すなわち、鳩尾形）とすることができ、又は、四角にすることができる。あり溝構造により、メタルリテーナ９４をプラスチックリング９２内に容易に組み立てることができる。さらに、プラスチックリング９２の対応するあり溝１０４だけでなくあり溝１０２によって、プラスチックリング９２のＰＴＦＥ材料のその間への低温流れの量をより多くすることが可能となる。これによって、プラスチックリング９２とメタルリテーナ９４とをより実質的にロックすることができる。
【００４０】
図７を参照すると、本願発明に係わる別のカートリッジ式のロータリシール１１０が示されており、かかるカートリッジ式のロータリシール１１０の構造は、図１との関連で上述したカートリッジ式のロータリシール１０と同様になっている。
【００４１】
プラスチックリング１１２が、メタルリテーナ１１４と一緒に設けられている。しかしながら、この実施例において、メタルリテーナ１１４は、肉厚が薄くなっている。メタルリテーナ１１４は、長い片持ち梁フロント部１２０を備えている。これによって、図７の一点鎖線１２２によって示されているように、片持ち梁フロント部１２０の径方向の撓みを増長するようになっている。この加えられたばねの撓みによって、プラスチックリング１１２の本体１２２上での径方向の荷重が増加する。それによって、既に存在する残留力に加えて追加の力が提供され、その結果、カートリッジ式のロータリシールとしてのシールアセンブリ１１０をより高温で用いることができる。
【００４２】
メタルリテーナ１１４の全周に亘る撓みによって、プラスチックリング１１２の内径とメタルリテーナ１１４との間の密着を十分に維持することができる。組み立ての間に径方向及び軸線方向に生じる残留応力は、温度が増加するにしたがって、減少するといことを理解すべきである。したがって、薄い断面の片持ち梁１２２によって引き起こされる、この追加された径方向のばね力は、高温で、残留応力のそのような損失を補い、また、そのような追加された径方向の撓みのため、シールアセンブリ１１０が、より高い温度で作動するのを許容する。シールアセンブリ１１０は、メタルリングの外径とハウジング１２６との間で生じる干渉によって押圧され、ハウジング１２６内に維持されている。
【００４３】
図８は、本願発明に係わるさらに別の実施例のカートリッジ式のロータリシール１３０を示している。カートリッジ式のロータリシール１３０は、プラスチックリング１３２と、ハウジング１３６内に挿入できるメタルリテーナ１３４とを備えている。メタルリテーナ１３４の薄い断面の片持ち梁１４０には、矢じり形状のヘッド部１４２が設けられている。矢じり形状のヘッド部１４２は、対応する形状の溝１４４と強制的に密着され、これによって、プラスチックリング１３２とメタルリテーナ１３４とが軸線方向でロックされるようになっている。矢じり形状のヘッド部１４２は、ロック作動を改善できるように、図６に示されたようなあり溝構造を備えてもよい。径方向の干渉部分が、シールの外径とハウジング１３６との間に設けられ、これによって、封止（シール）能力が改善されている。
【００４４】
図９に示された長尺状の（すなわち、長手方向に伸長する）スロット１５０を設けることによって、図７に示されたメタルリテーナ１１４の片持ち梁部１２０の可撓性を改善することができる。スロット１５０によって、撓みが付加され、この故に、メタルリテーナ１１４の可撓性がより大きくなり、所望されたようなより大きな温度範囲に適応させることができる。
【００４５】
さらに、図１０に示されたように、プラスチックリング１３２は、周辺部１５６に複数の平坦部１５４を備えることができる。これによって、作動の間、プラスチックリング１３２の回転を防止することができる。上述したように、プラスチックリング１３２で使用されるＰＴＦＥ材料の低温流れ特性によって、材料を平坦部内に流入させ、それによって、プラスチックリング１３２の回転を防止することができる。
【００４６】
さらに、本願発明の他の実施例に係わるカートリッジ式のロータリシール１６０が、図１１及び図１２に示されている。カートリッジ式のロータリシール１６０の構造によって、該ロータリシール１６０をハウジング１６２とシャフト１６４との間に挿入でき、図１１及び図１２に対応して表されたように両方向において、ロータリシール１６０をハウジング１６２とシャフト１６４との間で用いることができる。メタルリテーナ１６６は、図１に示されたメタルリテーナ３０との関連で上述したメタルリテーナと同様になっている。リップ部１７２を有するプラスチックリング１７０は、その構造及び機能において、図３と関連して説明したプラスチックリング６２とリップ部６６と同様になっている。この実施例において、プラスチックリング１７０はＵ字形状となっており、ばね１８０が、リップ部１７２とメタルリテーナ１６６との間で、プラスチックリング１７０に配置されている。そして、ばね１８０は、メタルリテーナフロント部１８２と圧接する位置に配置されている。この形状によって、封止（シーリング）能力が向上している。
【００４７】
なお、図１及び図４に示された封止用のリップ部構造を、図１１及び図１２に示された構造の代わりに使用してもよい。
上述したカートリッジ式のロータリシール１０、６０、７８、９０、１１０、１３０、及び１６０は、残留応力を発生して、一定の温度（例えば、約−２０°ないし約１００°）内で、プラスチックリングとメタルリテーナとの間の密着状態を維持させることができるアセンブリを構成しているということを理解すべきである。封止面（シール面）と封止面との間を密着させることによって、特に、高温で使用の間、前記ＰＴＦＥ材料に生じる可能性のある変形に適応することができる。上述したクリアランスに関する具体的に説明した寸法及び形状によって、前記ＰＴＦＥの低温流れを制御し、また、そのＰＴＦＥの収縮（縮み）を制限し、一方、残留応力を維持しながら、前記プラスチックリングと、対応するメタルリテーナとの間の密着を維持することができる。
【００４８】
本願発明を効果的に使用する態様を図示しながら、本願発明にしたがって、カートリッジ式のロータリシールの特定の実施例を説明したが、本願発明はその特定の実施例に限定されるものではないということを理解すべきである。したがって、当業者にとって考え得る任意の且つ全ての変形例、変更例又は同等の構造は、請求範囲に定義された本願発明の範囲内にあると考慮するべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ハウジングとシャフトとの間に配置されたカートリッジ式のロータリシールを示す本願発明の一実施例の断面図であり、前記シールは、前記ハウジング内で前記シャフトの周囲に前記プラスチックリング固定するための分離可能なメタルリテーナを備えたプラスチックリングを備えている。
【図２】図２は、前記メタルリテーナと前記プラスチックリングとの間のより詳細な係合を示している、図１に示された実施例の一部を拡大した断面図である。
【図３】図３は、本願発明のさらに他の実施例の断面図であり、その実施例においては、前記プラスチックリングのリップ部をシャフトに向けて偏倚できる位置にばねが配置されており、メタルリテーナは、前記ハウジングボアから前記メタルリテーナを容易に分離させるための段部を備えている。
【図４】図４は、図１に示された実施例と同様な本願発明の他の実施例であり、前記プラスチックには、拡大ヘッド部を備えたリップ部が設けられている。
【図５】図５は、本願発明の他の実施例の断面図であり、その実施例においては、前記プラスチックリングは、薄い前方部分を備えており、下記で詳細に説明されるような径方向の応力が、前記メタルリングの伸長部分又は片持ち梁部分によって提供されている。
【図６】図６は、プラスチック材料の低温流れ（コールドフロー）を容易にするための溝及びあり溝構造を示す、図５の線６−６に沿って取った拡大断面図である。
【図７】図７は、径方向応力の前記プラスチックリングへの適用を図示する、本願発明の他の実施例の断面図である。
【図８】図８は、概ね矢印形状をした断面を有するメタルリテーナのリング部分を示す、本願発明のさらに別の実施例の断面図である。
【図９】図９は、前記メタルリテーナに設けられた長尺状のスロットを示している、図７の線９−９に沿って取った図面である。
【図１０】図１０は、前記ハウジング内での前記プラスチックリングの回転を防止できるように前記プラスチックリングの前方部分に設けられた平坦部分を示す、図８の線１０−１０に沿って取った図である
【図１１】図１１は、前記リップ部を偏倚させ且つ前記メタルリテーナに支持される、前記プラスチックリング内に配置されたばねの使用を図示する、本願発明のさらに別の実施例である。
【図１２】図１２は、シャフトとハウジングとの間で反対方向に配置できることを示している、図１１に示された実施例の別の図である。
【符号の説明】
１０カートリッジ式のロータリシール
１４プラスチックリングの本体１８ハウジング
２０リップ部２６シャフト
３０分離可能なメタルリテーナ３４円周面
３６リヤ部３８フロント部
４０リング部４４内部溝
６０カートリッジ式のロータリシール
６２プラスチックリング６４第２の溝
６６リップ部６８ばね
７０メタルリテーナ７２内方に伸長する段部
７８カートリッジ式のロータリシール
８０プラスチックリング８２リップ部
８４ヘッド部
９０カートリッジ式のロータリシール
９２プラスチックリング９４メタルリテーナ
９６溝１００溝リング部
１０２あり溝（ｄｏｖｅｔａｉｌ）１０４あり溝（ｄｏｖｅｔａｉｌ）
１１０カートリッジ式のロータリシール（シールアセンブリ）
１１２プラスチックリング
１１４メタルリテーナ
１２低温流れ（コールドフロー）可能なプラスチックリング
１２０長い片持ち梁フロント部１２２本体
１２２一点鎖線１２６ハウジング
１３０カートリッジ式のロータリシール
１３２プラスチックリング１３４メタルリテーナ
１３６ハウジング１４０薄い断面の片持ち梁
１４２矢じり形状のヘッド部１４４対応する形状の溝
１５０スロット１５４平坦部
１５６周辺部１６ハウジングボア
１６０カートリッジ式のロータリシール
１６２ハウジング１６４シャフト
１６６メタルリテーナ

Claims

カートリッジ式のロータリシールであって、
ハウジングボアに封止可能に係合する本体と、前記ハウジングボア内で回転するシャフトに封止可能に係合するリップ部とを有する、低温流れ可能なプラスチックリングと、
前記ハウジングボア内で前記シャフトの周囲に、前記プラスチックリングを固定するための、分離可能なメタルリテーナとを備えており、
前記分離可能なメタルリテーナは、円周面を有しており、
前記円周面は、
前記ハウジングボア内に圧入するのに適した半径を有するリヤ部と、
リング部で終端している、前記リヤ部の半径よりも小さなフロント部とを備えており、
前記カートリッジ式のロータリシールは、さらに、
前記本体に内部溝を備えており、前記内部溝は、前記内部溝内に設けられる前記リング部と係合し、これによって、前記プラスチックリングと前記メタルリテーナとが一緒にラッチ止めされ、前記内部溝と前記リング部の寸法及び形状に応じて発生する前記リング部の周囲へのプラスチックリングの低温流れに起因する軸線方向且つ径方向の応力が、前記プラスチックリング内で発生した状態になっており、
前記メタルリテーナの前方部分は、その内面に、前記プラスチックリングの本体に、高められた径方向の応力を提供するための長尺状の溝を備えていることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
請求項１に記載のカートリッジ式のロータリシールにおいて、
前記内部溝は、前記リング部よりも大きな半径を備えており、
前記メタルリテーナのフロント部の前記リング部に隣接する部分は、前記プラスチックリングの本体の前記フロント部の前記内部溝に隣接する部分の内径よりも小さな外径を備えており、これによって、前記径方向の応力が、前記プラスチックリングの本体に維持されていることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
請求項２に記載のカートリッジ式のロータリシールおいて、
前記内部溝の幅は、前記リング部の幅よりも大きくなっており、しかし、前記内部溝内への低温流れによる前記径方向の応力によって強制的に押し込まれる過剰のプラスチック
を受け入れるのに必要な幅よりも小さくなっており、
それによって、前記プラスチックリング内に前記軸線方向の応力が維持されることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
請求項３に記載のカートリッジ式のロータリシールにおいて、
前記プラスチックリングは、さらに、
前記リップ部に隣接する第２の溝と、
前記第２の溝に配置され、前記シャフトに対して前記リップ部を偏倚させるばねとを備えていることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
請求項４に記載のカートリッジ式のロータリシールにおいて、
前記リング部は、前記ハウジングボアから前記メタルリテーナを容易に分離する、径方向内方に伸長する段部を備えていることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
請求項５に記載のカートリッジ式のロータリシールにおいて、
前記プラスチックリングは、その外面に、当該プラスチックリングの回転運動を制限する平坦部を備えていることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
カートリッジ式のロータリシールであって、
ハウジングボアに封止可能に係合する本体と、前記ハウジングボア内で回転するシャフトに封止可能に係合するリップ部とを有する、低温流れ可能なプラスチックリングと、
前記ハウジングボア内で前記シャフトの周囲に、前記プラスチックリングを固定するための、分離可能なメタルリテーナとを備えており、
前記分離可能なメタルリテーナは、円周面を有しており、
前記円周面は、
前記ハウジングボア内に圧入するのに適した直径を有するリヤ部と、
リング部で終端している、前記リヤ部の直径よりも小さなフロント部とを備えており、
前記カートリッジ式のロータリシールは、さらに、
前記本体に内部溝を備えており、前記内部溝は、前記内部溝内に設けられる前記リング部と係合し、これによって、前記プラスチックリングと前記メタルリテーナとが一緒にラッチ止めされ、内部溝とリング部の寸法及び形状に応じて発生する前記リング部の周囲へのプラスチックリングの低温流れに起因する軸線方向の応力が前記プラスチックリング内で発生した状態になっており、
前記メタルリテーナの前方部分は、その内面に、前記プラスチックリングの本体に、高められた径方向の応力を提供するための長尺状の溝を備えていることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
請求項７に記載のカートリッジ式のロータリシールにおいて、
前記内部溝は、前記リング部よりも大きな直径を備えており、
前記内部溝の幅は、前記リング部の幅よりも小さくなっており、これによって、軸線方向の応力が前記プラスチック本体に維持されることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
請求項８に記載のカートリッジ式のロータリシールにおいて、
前記内部溝は、前記リング部のリヤサイドに面するあり溝の側壁を備えたほぼ長方形になっていることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
請求項８に記載のカートリッジ式のロータリシールにおいて、
前記メタルリテーナの前方部分は、前記プラスチックリングの本体に径方向の力を提供して、当該プラスチックリングの本体に径方向の応力を引き起こすために、薄い横断面を備えていることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
請求項１に記載のカートリッジ式のロータリシールにおいて、
前記プラスチックリングは、その外面に、前記プラスチックリングの回転運動を制限するための平坦部を備えていることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
請求項１０に記載のカートリッジ式のロータリシールにおいて、
前記プラスチックリングはＵ字形状をしており、
前記プラスチックリングは、さらに、前記リップ部と前記本体との間に配置されたばねであって、前記シャフトに対して前記リップ部を偏倚させるためのばねを備えており、
前記ばねは、前記メタルリテーナのフロント部と圧接する位置に配置されていることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。
請求項１に記載のカートリッジ式のロータリシールにおいて、
前記プラスチックリングはＵ字形状をしており、
前記プラスチックリングは、さらに、前記リップ部と前記本体との間に配置されたばねであって、前記シャフトに対して前記リップ部を偏倚させるためのばねを備えており、
前記ばねは、前記メタルリテーナのフロント部と圧接する位置に配置されていることを特徴とする、カートリッジ式のロータリシール。