特許 6074413 シャフトシールアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6074413

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】シャフトシールアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/3232 20160101AFI20170123BHJP

   F16J 15/18 20060101ALI20170123BHJP

   F16J 15/52 20060101ALI20170123BHJP

   F16J 15/447 20060101ALI20170123BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/3232 201

   F16J15/18 C

   F16J15/52 C

   F16J15/447

【請求項の数】15

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-514870(P2014-514870)

(86)(22)【出願日】2012年6月8日

(65)【公表番号】特表2014-519586(P2014-519586A)

(43)【公表日】2014年8月14日

(86)【国際出願番号】US2012041491

(87)【国際公開番号】WO2012170777

(87)【国際公開日】20121213

【審査請求日】2015年3月30日

(31)【優先権主張番号】61/495,075

(32)【優先日】2011年6月9日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】599058372

【氏名又は名称】フェデラル−モーグル コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ラーソン，リチャード・エム

(72)【発明者】

【氏名】ラップ，デイビッド・シィ

(72)【発明者】

【氏名】フェルナンデス，レイナルド

(72)【発明者】

【氏名】スターク，ジョン

(72)【発明者】

【氏名】グレーカ，ジェラルド・エイ

【審査官】 竹村 秀康

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−０９９５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４４４８４６１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８１１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０６０３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０８００６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０４８７４２６１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／１８

Ｆ１６Ｊ １５／３２０４−１５／３２３６

Ｆ１６Ｊ １５／４４７

Ｆ１６Ｊ １５／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステアリングナックルを車両の車軸にシールするためのシールアセンブリであって、
内ケースと、前記内ケースの径方向外側に配置された外ケースと、
前記内ケースおよび外ケースの一方に係合する少なくとも１つのエラストマー部材とを備え、前記エラストマー部材は、前記内ケースが回転すると前記内ケースと外ケースとの間に液密シールを確立するように、前記内ケースおよび外ケースの他方に係合する少なくとも１つのリップを含み、
前記外ケースまたは前記少なくとも１つのエラストマー部材は、ほぼ平坦な部分と、前記ほぼ平坦な部分の軸方向の一方側の菊型特徴とを含む外面を有し、前記菊型特徴は、前記シールアセンブリが前記ステアリングナックルの内部に位置決めされると前記シールアセンブリと前記ステアリングナックルとの間に空隙を提供するように、溝によって円周方向に互いに間隔をあけられた複数の径方向外向きに延在する突出部を含み、
前記空隙は、前記エラストマー部材の軸方向端面に開口する、シールアセンブリ。

【請求項2】

前記溝の各々はほぼＬ字形状であり、その１つの部分が径方向に延在しており、別の部分が軸方向に延在している、請求項１に記載のシールアセンブリ。

【請求項3】

前記少なくとも１つのエラストマー部材は、前記外ケースに係合する第１のエラストマー部材を含み、前記菊型特徴は前記外ケース上にある、請求項１に記載のシールアセンブリ。

【請求項4】

前記少なくとも１つのエラストマー部材は前記外ケースとオーバーモールド係合する、請求項３に記載のシールアセンブリ。

【請求項5】

前記内ケースに係合する第２のエラストマー部材をさらに備える、請求項３に記載のシールアセンブリ。

【請求項6】

前記第２のエラストマー部材は前記内ケースとオーバーモールド係合する、請求項５に記載のシールアセンブリ。

【請求項7】

前記外ケースは外リムを含み、前記第１のエラストマー部材の少なくとも一部は、前記外ケースの前記外リムの周りを円周方向に延在して前記車両の前記ステアリングナックルの内ボアに係合する、請求項５に記載のシールアセンブリ。

【請求項8】

前記第１のエラストマー部材は複数のロッキングリブを含む、請求項７に記載のシールアセンブリ。

【請求項9】

前記内ケースは軸方向に延在する部分を含み、前記第２のエラストマー部材の少なくとも一部は、前記内ケースの前記軸方向に延在する部分の内周に沿って延在して前記車両の前記車軸に係合する、請求項７に記載のシールアセンブリ。

【請求項10】

前記第２のエラストマー部材は複数のロッキングリブを含む、請求項９に記載のシールアセンブリ。

【請求項11】

前記第１のエラストマー部材は、径方向に延在して前記内ケースに摺動可能に当接する少なくとも１つのシールリップを含む、請求項５に記載のシールアセンブリ。

【請求項12】

前記第１のエラストマー部材の一部の周りを円周方向に延在して前記少なくとも１つのシールリップを前記内ケースに接して付勢するガータースプリングをさらに備える、請求項１１に記載のシールアセンブリ。

【請求項13】

前記外ケースは、径方向内向きに延在する第１のレッグを含み、前記内ケースは、径方向外向きに延在する第２のレッグを含み、前記第１および第２のレッグは軸方向に互いに間隔をあけられている、請求項５に記載のシールアセンブリ。

【請求項14】

前記第１および第２のエラストマー部材の少なくとも一方は、前記第１のレッグと第２のレッグとの間を軸方向に延在して前記シールアセンブリを横切る汚染物質の通過を制限する少なくとも１つのシールリップを含む、請求項１３に記載のシールアセンブリ。

【請求項15】

前記第１および第２のエラストマー部材は、自身同士の間にラビリンスを提供するように成形される、請求項１４に記載のシールアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願との相互参照
本願は、２０１１年６月９日に出願された米国仮出願連続番号第６１／４９５，０７５号の利益を主張する。

【0002】

発明の背景
１．発明の分野
本発明は概してシャフトシールに関し、より特定的に、空気がシャフトシールの一部を通過することを可能にするための真空特徴を有するシャフトシールに関する。

【背景技術】

【0003】

２．関連技術
ラジアルリップシャフトシールアセンブリは、ホイールハブ、シャフトジャーナルおよび減摩軸受を含む多数の回転機械用途に用いられる。１つの特定の用途では、ラジアルリップシャフトシールアセンブリは、ステアリングナックルのボア内に一体として設置されて、ステアリングナックルと、４×４、すなわち四輪駆動車の前輪アセンブリの半車軸または車軸との間にシールを確立する。

【0004】

多くの４×４車両は、ロッキングハブと、真空信号によってロッキングハブを車両の駆動系に対して係合および解放する電子シフトオンザフライ（Electronic-Shift-On-the-Fly:ＥＳＯＦ）システムとを有する前輪アセンブリを含む。典型的に、高真空レベルではハブが車両の駆動系に係合するのに対し、低真空レベルではハブが車両の駆動系から解放される。真空が解除された後、ロッキングハブは、別の真空信号を受けるまで適切な（係合または解放）モードにあり続けるように構成される。ＥＳＯＦシステムが適切に機能していない場合、４×４システムは意図した通りに係合および／または解放しない場合がある。これは、車両の運転者にとって不都合であるだけでなく、ロッキングハブまたは前輪アセンブリの他の部品の損傷につながる恐れもある。

【0005】

ＥＳＯＦシステムを有する４×４車両のそのような前輪アセンブリのラジアルシールアセンブリは典型的に、ステアリングナックルの少なくとも１つの真空ポートの近くに配置される。ラジアルシールアセンブリは、真空ポートがロッキングハブから空気を選択的に抽出することを可能にすることによって、ＥＳＯＦシステムと協働する。時折、公知のラジアルシールアセンブリはステアリングナックルの真空ポートを部分的にまたは完全に塞ぎ、それによって車両のＥＳＯＦシステムを妨害する。このような妨害は、公知のシールアセンブリが誤った向きでステアリングナックル内に設置されたときに、またはシールアセンブリが車両の運転時にステアリングナックルに対して故意でなく動いたときに起こり得る。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

発明の要約
本発明の少なくとも１つの局面によると、ステアリングナックルを車両の車軸にシールするためのシールアセンブリが提供される。シールアセンブリは、車軸を受けるように構成された内ケースと、ステアリングナックルの内ボアの内部に受けられるように構成された外ケースとを含む。少なくとも１つのエラストマー部材が内ケースおよび外ケースの一方に係合し、車軸が回転すると車軸とステアリングナックルとの間に液密シールを確立するように内ケースおよび外ケースの他方に摺動係合する少なくとも１つのリップを含む。外ケースおよびエラストマー部材のいずれか一方は菊型特徴を含み、菊型特徴は、シールアセンブリがステアリングナックルの内ボアの内部に位置決めされるとシールアセンブリとステアリングナックルとの間に空隙を提供する、溝または流路によって円周方向に互いに間隔をあけられた複数の径方向外向きに延在する突出部を含む。空隙および溝は、空気がハブからステアリングナックルの真空ポートに流れることを可能にする。空隙はシールアセンブリの周りを円周方向に延在しているので、ハブから真空ポートへの空気の通過は、ステアリングナックルに対するシールアセンブリの向きに依存しない。これによって、アセンブリ作業員はシールアセンブリを予め定められた向きでステアリングナックルに挿入しなくてもよいため、他の公知のシールアセンブリと比べて製造上の利点が与えられ、また車両の運転時にシールアセンブリがステアリングナックルに対して回転してもシールアセンブリは適切に機能するため、信頼性の利点も与えられる。

【0007】

本発明の別の局面によると、シールアセンブリは、外ケースに係合する第１のエラストマー部材と、内ケースに係合する第２のエラストマー部材とを含む。第１のエラストマー部材のみがステアリングナックルに摩擦係合し、第２のエラストマー部材のみが車軸に摩擦係合する。このため、シールアセンブリは、他の公知のシールアセンブリに必要とされる大きな力での押込を必要とせずにこれらの部品上に迅速に設置可能である。

【0008】

本発明のさらに別の局面によると、第１および第２のエラストマー部材は、シールアセンブリを横切るゴミ、水または他の汚染物質の通過を制限するための、自身同士の間に延在する複雑なラビリンスを提供する。

【0009】

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の図面に関連して考慮されると以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるため、容易に認識されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】発明の１つの局面に従って構成される例示的なシールアセンブリの断面図である。

【図2】車両の前輪アセンブリ内に設置される図１の例示的なシールアセンブリの部分断面図である。

【図3】図２とは異なる視点からとられた、車両の前輪アセンブリ内に設置される図１の例示的なシールアセンブリの別の部分断面図である。

【図4】図１の例示的なシールアセンブリの第１のエラストマー部材の菊型特徴の一部の正面拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施可能な実施形態の説明
いくつかの図全体にわたって同様の番号は対応の部分を示す図面を参照して、本発明の１つの局面に従って構成される例示的なシールアセンブリ２０が図１に全体的に示され、図２および図３に全体的に表示される。例示的なシールアセンブリ２０は、電子シフトオンザフライ（ＥＳＯＦ）システムを有する４×４（四輪駆動）車（ピックアップトラックまたはスポーツ汎用車など）の前輪アセンブリ（図２および図３に示される）内に用いられるように構成され、ＥＳＯＦシステムは、各前輪アセンブリのステアリングナックル２４の真空ポート２２を通って真空を引くように選択的に作動する真空ポンプ（図示せず）を有する。真空ポンプが作動するとロッキングハブ２６から空気が抽出され、これによってロッキングハブ２６の内部に圧力差が生じ、ハブ２６が車軸２８に係合するかまたは車軸２８から解放される。例示的なシールアセンブリ２０は、関連付けられたハブ２６からステアリングナックル２４の真空ポート２２に空気が通過することを可能にしつつ、前輪アセンブリの各々の内部でステアリングナックル２４を車軸２８にシールする。

【0012】

図１を参照して、例示的なシールアセンブリ２０は、ステアリングナックル２４の内ボアの内部に受けられるように構成された外ケース３０と、車軸２８の外面の周りに（直接的または間接的に）係合するように構成された内ケース３２とを含む。図１に示されるように、例示的な外ケース３０は曲げられて、軸方向に延在する外リム３４と、円弧状部分３６と、内リム３８と、第１のレッグ４０とを含む。外リムおよび内リム３４，３８は、内リム３８が外リム３４の径方向内側に間隔をあけられるように、円弧状部分３６を介して互いに一体に接続される。例示的なシールアセンブリ２０の第１のレッグ４０は、内リム３８の円弧状部分３６と反対の端から径方向内向きに延在する。外ケース３０は好ましくは鋼鉄製であり、深絞り加工で成形される。しかし、外ケース３０は任意の所望の方法（ロール成形、鋳造、機械加工など）で成形されてもよく、任意の好適な金属または非金属（鉄、アルミニウム、チタン、マグネシウム、複合物など）製であってもよいことを認識すべきである。例示的なシールアセンブリ２０は、外ケース３０に係合し、かつ外リム３４、円弧状部分３６および第１のレッグ４０に沿って延在する、第１のエラストマー部材４２をさらに含む。第１のエラストマー部材４２は好ましくはオーバーモールド加工によって外ケース３０に取付けられるが、代替的に、たとえば締結具、接着剤等の使用を含む任意の所望の方法によって外ケース３０に取付けられてもよい。

【0013】

次に図２を参照して、ステアリングナックル２４の真空ポート２２はステアリングナックル２４の内ボアの内部へと径方向に延在する。例示的なシールアセンブリ２０がステアリングナックル２４内に設置されると、外ケース３０の外リム３４、および外リム３４に取付けられる第１のエラストマー部材４２の部分の両方が、真空ポート２２の両側で軸方向に延在する。例示的な実施形態では、第１のエラストマー部材４２の一部が外ケース３０の外リム３４の周りを円周方向に延在する。このため、例示的なシールアセンブリ２０では、第１のエラストマー部材４２のみがステアリングナックル２４と直接接触する。これによって、例示的なシールアセンブリ２０は、アセンブリ作業員または機械工によって手動でステアリングナックル２４内に設置可能である。これは、例示的なシールアセンブリ２０を、金属製の外面を有し、したがって大きな力で押込んでステアリングナックル２４内に促す必要がある多くの他の公知のシールアセンブリから区別する。第１のエラストマー材料は好ましくはゴム材料製であるが、ステアリングナックル２４を摩擦係合し得る任意の他の材料製であってもよい。真空ポート２２の軸方向の一方側において、第１のエラストマー部材４２は、ステアリングナックル２４に対するシールアセンブリ２０の摩擦取付を向上させるように軸方向に互いに間隔をあけられた複数のロッキングリブ４４をさらに含む。

【0014】

ロッキングリブ４４と反対の真空ポート２２の軸方向の側において、第１のエラストマー部材４２は、複数の溝５０または流路によって互いに間隔をあけられた複数の径方向外向きに延在する突出部４８を有する菊型の（castellated）特徴４６を含む。第１のエラストマー部はロッキングリブ４４と菊型特徴４６との間でほぼ平坦であり、したがって、シールアセンブリ２０がステアリングナックル２４内に設置されると、ステアリングナックル２４と第１のエラストマー部材４２との間に空隙５２が存在する。空隙５２は第１のエラストマー部材４２の周りを円周方向に延在し、ステアリングナックル２４の真空ポート２２と流体連結する。好ましくは、ステアリングナックル２４の内ボアもこの領域内で膨張して空隙５２のサイズをさらに拡大する。ロッキングリブ４４と菊型特徴４６との間の第１のエラストマー部材４２の部分を引込めて空隙５２のサイズをさらに拡大してもよい。

【0015】

次に、菊型特徴４６の溝５０のうち１つを貫通してとられた断面図である図３を参照して、各溝５０は、軸方向成分および径方向成分を有するほぼＬ字形状である。空気経路（複数の矢印として示される）がハブ２６から、ハブ２６とシールアセンブリ２０との間を、菊型特徴４６の溝５０の径方向および軸方向成分の両方を通り、空隙５２を通り、ステアリングナックル２４の真空ポート２２に延在する。運転時、空気はこの空気経路を通ってハブ２６から抽出され、ロッキングハブ２６を車両の駆動系に対して選択的に係合および解放する。空隙５２は第１のエラストマー部材４２の周りを円周方向に延在しているので、空気経路はステアリングナックル２４に対するシールアセンブリ２０の向きに関わらず存在する。したがって、アセンブリ作業員または機械工はシールアセンブリ２０を任意の所望の向きに挿入することができる。これによって、車輪アセンブリを組立てるのに必要な時間を短縮することができ、不良車輪アセンブリの数も減らすことができる。また、車両の運転時にシールアセンブリ２０がステアリングナックル２４の内部で向きを変えても、車両のＥＳＯＦシステムの性能を妨害しない。

【0016】

再び図２を参照して、径方向外向きに延在する突出部４８の領域では、菊型特徴４６がステアリングナックル２４と摩擦接触してこれら２つの部品同士の間の取付を向上させる。菊型特徴４６の別の図が、菊型特徴４６の一部の正面拡大図である図４に示される。例示的な菊型特徴４６は、ほぼ均一にサイズ決めされ、かつ４つの溝５０によってほぼ均一に互いに間隔をあけられた、約４つの突出部４８を含む。しかし、菊型特徴４６は任意の所望の数の突出部４８を含んでもよく、突出部は異なるサイズを有してもよく、および／または互いに異なる距離の間隔をあけられてもよいことを認識すべきである。

【0017】

再び図１を参照をして、内ケース３２は断面に見られるようにＬ字形状に曲げられており、軸方向に延在する軸方向部分５４と、軸方向部分５４から径方向外向きに延在する第２のレッグ５６とを有する。外ケース３０と同様に、内ケース３２は好ましくは深絞り加工で成形され、金属製である。しかし、内ケース３２は任意の所望の方法で成形されてもよく、任意の好適な金属または非金属製であってもよいことを認識すべきである。

【0018】

第２のエラストマー部材５８が内ケース３２の一方側においてＬ字形状に取付けられ、これを通って延在する。例示的な実施形態では、第２のエラストマー部材５８の一部が内ケース３２の軸方向部分５４の径方向内側に配置される。このため、例示的なシールアセンブリ２０が車両の車輪アセンブリ内に設置されると、内ケース３２ではなく、第２のエラストマー部材５８のみが車軸２８に係合する。こうして、例示的なシールアセンブリ２０はアセンブリ作業員または機械工によって手動で車軸２８上に設置可能である。これは、例示的なシールアセンブリ２０ ２０を、大きな力で押込んで車軸上に促す必要がある他の公知のシールアセンブリから区別する。第１のエラストマー部材４２と同様に、第２のエラストマー部材５８も好ましくはゴム材料製であるが、代替的に、車軸２８を摩擦係合し得る任意の他の材料製であってもよい。例示的な実施形態では、第２のエラストマー部材５８の軸方向部分５４は、例示的なシールアセンブリ２０と車軸２８との間の取付を向上させるように軸方向に互いに間隔をあけられた複数のロッキングリブ４５を含む。

【0019】

再び図１を参照して、第１のエラストマー部材４２は、軸方向に延在して内ケース３２の第２のレッグ５６に接して係合してシールする複数のシールリップ６０ａ，ｂと、径方向外向きに延在して内ケース３２の軸方向部分５４に接してシールする複数のシールリップ６０ｃ，ｄとを含む。例示的なシールアセンブリ２０は、第１のエラストマー部材４２の一部の周りを円周方向に延在してシールリップ６０ｄのうち少なくとも１つを内ケース３２に接して付勢してそれらの間のシールを向上させるガータースプリング６１をさらに含む。グリースまたは何らかの他の種類の潤滑油が典型的に、シールアセンブリ２０のハブ２６を有する側に配置される。さらに、径方向に延在するシールリップ６０ｃ，ｄのうち２つの間にグリースパック６３が配置され、それらのシールリップ６０ｃ，ｄと内ケース３２との間に確立されたシールを損なうことなくこれらの間の摩擦を減少させる。

【0020】

例示的なシールアセンブリ２０の第１および第２のエラストマー部材４２，５８はさらに組合わさって、複数の曲げ部および湾曲部を含むラビリンス６２を提供し、汚染物質はシールアセンブリ２０を横切るためにはラビリンス６２を通り抜けなければならなくなる。具体的に、第２のエラストマー部材５８は、内ケース３２の第２のレッグ５６から離れるように軸方向にかつ径方向外向きに延在するほぼＬ字形状の特徴６４を含み、第１のエラストマー部材４２は、第２のエラストマー特徴のＬ字形状の特徴６４の端に隣接した自由端に突出する突起部６６を含む。シールリップ６０および複雑なラビリンス６２はともに、汚染物質が例示的なシールアセンブリ２０を横切ることを十分防止する。

【0021】

運転時、車軸２８および内ケース３２がステアリングナックル２４に対して回転すると、シールリップ６０が内ケース３２に接して摺動して、グリースがシールアセンブリ２０を通って逃げることを防止する。第１および第２のエラストマー部材４２，５８によって形成されるシールリップ６０および複雑なラビリンス６２は、水、ゴミまたは他の汚染物質がシールを通って漏れることを防止する。また、第１のエラストマー部材４２の菊型特徴４６およびそれに隣接して形成される空隙５２によって、ステアリングナックル２４の真空ポート２２がロッキングハブ２６から空気を抽出してロッキングハブ２６を車両の駆動系に対して係合または解放することができる。他の公知のシールアセンブリとは異なり、例示的なシールアセンブリ２０は、ステアリングナックル２４に対する自身の向きに関わらずこれらの目的のすべてを達成する。

【0022】

上記教示に照らして本発明の多数の修正例および変形例が可能であり、添付の請求項の範囲内で、具体的に記載されたもの以外の態様で実践され得ることが明らかである。また、請求項中の参照番号は便宜上に過ぎず、いかなる意味でも限定的であると解釈されるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】