JP2007333141A - フローティングシール - Google Patents

Abstract

【課題】細粒土の侵入による弾性リングが早期に磨耗損傷するおそれを防止することができるフローティングシールを提供する。
【解決手段】ハウジング２０，２１間にそれぞれ弾性リング２３，２５を介してフローティングリング２２，２４を支持する。両弾性リングの弾性によりフローティングリング２２，２４同士を対接させ、両ハウジング間の相対回転時にフローティングリング２２，２４が摺動されるようにする。弾性リングに対するフローティングリング２２，２４及び両ハウジングの接触面において、フローティングリング２２，２４の対接部２２ａ，２４ａ側に位置する部分の接触面に、弾性リング２３，２５と密着させるための弾性層２８，２９を設ける。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば油圧ショベルやブルドーザ等の装軌式作業機械において、履帯を駆動するための駆動輪や、その履帯を支持するための上転輪及び下転輪等に組み込まれるフローティングシールに関するものである。

従来のこの種のフローティングシールとしては、例えば特許文献１に開示されるような構成のものが提案されている。この従来構成においては、固定側ハウジングの内周に金属材料よりなる固定側フローティングリングがニトリルゴム等よりなる弾性リングを介して弾性的に支持されるとともに、回転側ハウジングの内周には同様の金属材料よりなる回転側フローティングリングが同様の弾性材料よりなる弾性リングを介して弾性的に収容支持されている。

そして、各弾性リングの弾性によりフローティングリング同士がシール状態に保持され、回転側ハウジングが回転されたとき、両フローティングリングが摺動されるようになっている。この両フローティングリングにより、前記ハウジング内に収容されたオイルの漏洩が防止されるようになっている。

ところで、フローティングシールにおいては、弾性リングとフローティングリングとの接触面間に滑りが生じると、弾性リングが早期に磨耗損傷して、フローティングリングに対する弾性付与能力が低下して、フローティングリングのシール機能が低下するおそれがある。従って、このような問題が生じないようにするため、例えば図８に示すように、弾性リング４１に対するフローティングリング４２の接触面に摩擦係数を高くするための粗面４３を形成して、弾性リングとフローティングリングとの間に滑りが生じないようにされている。
実開昭６２−２５３７４号公報

図８に示す構成のフローティングシールにおいては、前記のようにフローティングリング４２の弾性リング４１との接触面が粗面４３になっているため、フローティングリング４２のまわりに細粒土Ｓ１ａや細粒土Ｓ１ａを含む土砂Ｓ１等が入り込むと、その細粒土Ｓ１ａが粗面４３からフローティングリング４２と弾性リング４１との接触面間に侵入しやすい。そして、この侵入により、フローティングリング４２と弾性リング４１との接触面における摩擦係数が低下して、両者間に滑りが生じやすくなり、その滑りのために弾性リングが磨耗損傷するという問題があった。

このような問題点に対処するため、従来構成においては、フローティングリングの外周側において固定ハウジングと回転ハウジングとのをシールするダストシールを設けた構成が提案されている。しかしながら、この従来構成においては、ダストシールが無潤滑状態になっているため、早期に磨耗しやすくて、細粒土の侵入防止効果を長期にわたって十分に発揮することができない。

一方，前記特許文献１においては、フローティングリングと弾性リングとの間に円環状のパッキングを介装し、パッキングの内周面をフローティングリングの外周面に密接させるとともに、パッキングの外周面をハウジングの内周面に密接させるようにしている。しかしながら、この特許文献１の構成においては、固定側及び回転側のハウジング内にパッキング用の収容空間を確保するために、ハウジングやフローティングリングの構造を大きく変更する必要があって、従前のフローティングシールの構成部品と共用することができない。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、弾性リングとフローティングリングとの接触面間に細粒土が侵入するのを抑制することができて、細粒土の侵入による弾性リングの磨耗損傷を防止することができるフローティングシールを提供することにある。

また、この発明の目的は、ハウジング等の構造をほとんど変更することなく前記の磨耗損傷防止を達成できるフローティングシールを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、同一軸線上において相対回転可能な一対のハウジングにそれぞれ弾性リングを介してフローティングリングを支持するとともに、その弾性リングの弾性によりフローティングリング同士を摺動可能にシーリングさせたフローティングシールであって、前記フローティングリングと弾性リングとの接触部において、かつ少なくとも前記フローティングリングのシーリング側に位置する部分において、フローティングリング及び弾性リングの少なくとも一方には前記接触部を密着状態にさせるための密着手段を設けたことを特徴としている。

従って、両ハウジング間の隙間を介して、弾性リングとフローティングリングとの間に細粒土が侵入することを密着手段によって抑制することができる。よって、細粒土の侵入により弾性リングが早期に磨耗損傷するおそれを防止することができる。また、フローティングリング及び弾性リングの少なくとも一方に密着手段を設ければよいため、前記特許文献１とは異なり、パッキング等の別部品のためのハウジング等の構造変更は不要である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記密着手段は、フローティングリングに固着された弾性層である。
このように構成した場合には、フローティングシールに弾性層を設けるのみでよく、ハウジング等の構成部品の構造を変更することなく密着構造を具現化することができる。なお、弾性層とは、弾力性と柔軟性とを有する材質により形成されるもの、例えばゴム系材料を指す。

請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、前記弾性層は、フローティングリングと弾性リングとの接触部の全体に設けられたことを特徴とする。
従って、弾性リングとフローティングリングの弾性層との間の接触部全体において高い摩擦係数を確保できる。このため、高い摩擦係数を確保するためのフローティングリングに対する研削加工が不要になる。

請求項４の発明においては、請求項１に記載の発明において、前記密着手段は、フローティングリングのシーリング側に位置する部分を他の部分よりも平滑にした平滑部であることを特徴とする。

従って、平滑部において弾性リングとフローティングリングとが密着状態に保持される。よって、細粒土が弾性リングとフローティングリングとの間に侵入するおそれを抑制することができる。また、平滑度を向上させた平滑部によって密着度を向上させるように構成したため、部品点数が増えることを回避できる。

請求項５の発明においては、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記ハウジングと弾性リングとの接触部において、かつ少なくとも前記フローティングリングのシーリング側に位置する部分において、ハウジングには前記接触部を密着状態にさせるための別の密着手段を設けたことを特徴とする。

従って、前記別の密着手段によりハウジングと弾性リングとの間においても、細粒土の侵入を抑制できる。
請求項６の発明においては、請求項５に記載の発明において、前記別の密着手段は、ハウジングに固着された弾性層である。

従って、ハウジングに弾性層を設けるのみでよく、ハウジング等の構成部品の構造を変更することなく密着構造を具現化することができる。
請求項７の発明は、請求項６に記載の発明において、前記弾性層は、ハウジングと弾性リングとの接触部の全体に設けられたことを特徴とする。

従って、弾性リングとハウジングの弾性層との間の接触部全体において高い摩擦係数を確保できる。このため、高い摩擦係数を確保するためのハウジングに対する研削加工が不要になる。

請求項８の発明においては、請求項５に記載の発明において、前記別の密着手段は、フローティングリングのシーリング側に位置する部分を他の部分よりも平滑にした平滑部であることを特徴とする。

従って、平滑部において弾性リングとハウジングとが密着状態に保持され、細粒土が弾性リングとハウジングとの間に侵入するおそれを抑制することができる。

以上のように、この発明によれば、フローティングリング等の構造をほとんど変更することなく、弾性リングとフローティングリングとの間に細粒土が侵入するのを抑制することができて、細粒土の侵入による弾性リングの早期磨耗損傷を防止することが可能になる。

以下、この発明を油圧ショベルやブルドーザ等の装軌式作業機械において履帯を支持するための上転輪に具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
まず、この発明の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。

図１に示すように、装軌式作業機械における下部走行体のフレーム１１の側面には、固定支持軸１２が突出固定され、その固定支持軸１２には上転輪１３がベアリング１４を介して回転可能に支持されている。前記フレーム１１には図示しない駆動輪及び遊動輪が所定の間隔をおいて配置され、その駆動輪及び遊動輪間には履帯１５が巻き掛けられている。そして、この履帯１５の非接地面側に突設されたリンク１５ａが上転輪１３の外周上面に支持されている。

図１に示すように、前記上転輪１３内において固定支持軸１２の外周には、ベアリング１４を含む回転部分を潤滑するためのオイルＯが収容されている。固定支持軸１２の外周面と上転輪１３の基端内周面との間にはフローティングシール１６が装着され、このフローティングシール１６により、上転輪１３の基端面側がシールされて、前記潤滑用のオイルＯが外部へ漏洩しないようになっている。

そこで、次に、前記フローティングシール１６の構成について詳細に説明する。図１及び図２に示すように、固定支持軸１２の外周には固定側である第１ハウジング２０が外嵌固定されている。その第１ハウジング２０と所定間隔をおいて対応するように、上転輪１３の基端内周には回転側である第２ハウジング２１が嵌合固定されている。第１及び第２ハウジング２０，２１の対向面には、収容凹部２０ａ，２１ａが形成されている。

前記固定側の第１ハウジング２０の収容凹部２０ａ内には、金属材料よりなる固定側のフローティングリング２２が弾性材料よりなる弾性リング２３を介して弾性的に支持されている。その固定側のフローティングリング２２と同一軸線上において対接するように、回転側の第２ハウジング２１の収容凹部２１ａ内には、同じく金属材料よりなる回転側のフローティングリング２４が弾性材料よりなる弾性リング２５を介して弾性的に収容支持されている。前記弾性リング２３，２５は、ニトリルゴム（ＮＢＲ），フッ素ゴム（ＦＫＭまたはＦＦＫＭ），シリコーンゴム（ＶＭＱまたはＦＶＭＱ），エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭまたはＥＰＤＭ），クロロプレンゴム（ＣＲ）等のゴム材料よりなる。

前記両弾性リング２３，２５は、それぞれ図２に示す矢印方向への弾性反発力が蓄勢されるように、組み付け時において前記矢印方向の反対方向に捩れ変形されて、その捩れ変形状態が維持される。この両弾性リング２３，２５の弾性反発力により、固定側及び回転側のフローティングリング２２，２４が対接部２２ａ，２４ａにおいて密接状態，つまりシーリング状態に保持されて、前記オイルＯの漏洩が防止される。そして、前記上転輪１３の回転にともなって回転側の第１ハウジング２０が固定側の第２ハウジング２１に対して相対回転されたときには、回転側のフローティングリング２４も回転されて、両フローティングリング２２，２４間に対接部２２ａ，２４ａにおいてシーリング状態が保持されながら相対回転が生じて、対接部２２ａ，２４ａが互いに摺動される。

図２及び図３に示すように、前記両弾性リング２３，２５に対する両フローティングリング２２，２４の外周の接触面には、弾性リング２３，２５に対する摩擦係数を高めるための粗面２６が形成されている。同様に、両弾性リング２３，２５に対する両ハウジング２０，２１の内周の接触面にも、弾性リング２３，２５に対する摩擦係数を高めるための粗面２７が形成されている。そして、これらの粗面２６，２７により、各弾性リング２３，２５と各フローティングリング２２，２４との接触面間、及び各弾性リング２３，２５と各ハウジング２０，２１との接触面間に滑りが生じるのが抑制されるようになっている。なお、両ハウジング２０，２１及び両フローティングリング２２，２４は鋳造された後に所定の表面粗さ（例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１における算術平均高さＲａが１５〜２０μｍ）となるように仕上げられる。あるいは、両フローティングリング２２，２４は鋳放しで前記と同様に算術平均高さＲａが１５〜２０μｍの表面粗さとし、仕上げを省略してもよい。そして、前記粗面２６，２７は、その表面粗さが他の部分の表面粗さよりも粗くなるように（例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１における算術平均高さＲａが２５〜５０μｍ）、研削される。

図２及び図３に示すように、前記両弾性リング２３，２５に対する両フローティングリング２２，２４の接触面において、フローティングリング２２，２４の対接部２２ａ，２４ａ側（シーリング側）に位置する部分の接触面には、密着手段としての薄膜状の弾性層２８が固着されている。同様に、両弾性リング２３，２５に対する両ハウジング２０，２１の接触面において、フローティングリング２２，２４の対接部２２ａ，２４ａ側（シーリング側）に位置する部分の接触面にも、別の密着手段としての薄膜状の弾性層２９が固着されている。

これらの弾性層２８，２９は、弾性リング２３，２５と同じ弾性材料により構成されているが、分子量を変更することにより、弾性リング２３，２５よりも若干柔らか目に調製した材料を使用して、コーティングにより固着されている。フローティングリング２２，２４またはハウジング２０，２１の粗面２６，２７を含む接触面上に被覆固着されている。そして、これらの弾性層２８，２９が変形することにより、弾性層２８，２９と弾性リング２３，２５の外周面との接触部が密着される。

そして、弾性層２８，２９と弾性リング２３，２５の外周面との密着により、両弾性リング２３，２５と両フローティングリング２２，２４との接触面間、及び両弾性リング２３，２５と両ハウジング２０，２１との接触面間が閉塞される。従って、図２及び図３に示すように、第１及び第２ハウジング２０，２１間の隙間を介して、弾性リング２３，２５とフローティングリング２２，２４及びハウジング２０，２１との間の前記シーリング側の細粒土Ｓ１ａや細粒土Ｓ１ａを含む土砂Ｓ１等が入り込んだとしても、その細粒土Ｓ１ａがそれらの接触面間に侵入するのを抑止できる。よって、細粒土Ｓ１ａの侵入にともなう粗面２６，２７の摩擦係数の低下を防ぐことができ、接触面間の滑りに起因した弾性リング２３，２５の早期損傷や、滑りに起因した弾性リング２３，２５の捩れ変形の復元を防止できる。このため、弾性リング２３，２５の弾性反発力の低下を防止でき、フローティングリング２２，２４間のシール能力を維持できる。

また、このフローティングシール１６においては、弾性リング２３，２５に対する密着構造として、フローティングリング２２，２４及びハウジング２０，２１の接触面に対して、弾性層２８，２９をコーティングしただけである。このため、従前のフローティングシールにおけるフローティングリングやハウジング等の構成部品の構造をほとんど変更することなく、その構成部品を用いて密着構造を具現化することができる。

以上に述べた第１実施形態の効果は以下の通りである。
（１） 弾性リング２３，２５とフローティングリング２２，２４及びハウジング２０，２１との間に細粒土Ｓ１ａが侵入するのを抑制でき、弾性リング２３，２５の早期の磨耗損傷や弾性反発力の低下を防止することが可能になる。従って、フローティングリング２２，２４間のシール能力を長期間にわたって良好に保つことができる。

（２） 弾性層２８，２９をフローティングリング２２，２４及びハウジング２０，２１の接触面に対してコーティングすればよいだけであるため、フローティングリング２２，２４等の構成部品の構造を変更する必要がほとんどない。従って、製造工程にほとんど変更を加える必要がないばかりでなく、既存の上転輪であっても、ハウジングとフローティングリングとを交換するのみで、前述のシール能力維持等の効果を得ることができる。

（３） 弾性層２８，２９として弾性リング２３，２５より低硬度のものを用いているため、弾性層２８，２９の変形による弾性層２８，２９と弾性リング２３，２５との密着性が高くなり、細粒土Ｓ１ａの侵入防止を効果的に達成できる。

（４） 弾性層２８，２９として弾性リング２３，２５と同材質のものを用いているため、それらの間の良好な親和性により両者間の摩擦係数が高くなる。従って、このことは、弾性リング２３，２５の捩れ変形の保持に有効であり、フローティングリング２２，２４間のシール能力の維持に有効である。

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第２実施形態においては、図４に示すように、各弾性リング２３，２５に対する各フローティングリング２２，２４の接触面の全体を被覆するように、弾性層２８が被覆固着され、前記第１実施形態の粗面２６は形成されていない。同様に、各弾性リング２３，２５に対する各ハウジング２０，２１の接触面の全体を被覆するように、弾性層２９が被覆固着されていて、前記第１実施形態の粗面２７は形成されていない。

従って、この第２実施形態においても、前記第１実施形態の場合とほぼ同様に、弾性層２８，２９が弾性リング２３，２５の外周面に密着することにより、弾性リング２３，２５とフローティングリング２２，２４及びハウジング２０，２１との接触面間に細粒土Ｓ１ａが侵入するのを抑制することができて、それらの接触面間に滑りが生じるおそれを防止することができる。

特に、この第２実施形態においては、前記第１実施形態の効果に加えて以下の効果がある。
（５） 前記第１実施形態の粗面２６，２７に代えて、ゴム材料よりなる弾性層２８，２９が設けられている。従って、粗面２６，２７が存在しなくても、各弾性リング２３，２５とハウジング２０，２１やフローティングリング２２，２４との間に高い摩擦係数が形成される。このため、粗面２６，２７の加工が不要となり、製造工程を簡略化できる。

（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第３実施形態においては、図５及び図６に示すように、前記両弾性リング２３，２５に対する両フローティングリング２２，２４の接触面において、フローティングリング２２，２４のシーリング側に位置する部分の接触面の表面粗さの値が、他の部分よりも低くなるように構成されている。すなわち、フローティングリング２２，２４のシーリング側の部分には粗面２６よりも表面粗さの低い平滑部としての平滑加工部３１が形成されている。同様に、両弾性リング２３，２５に対する両ハウジング２０，２１の接触面において、フローティングリング２２，２４のシーリング側に位置する部分にも、粗面２７よりも表面粗さの値が低い平滑部としての平滑加工部３２が形成されている。ここで、平滑加工部３２の表面粗さは、例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１における算術平均高さＲａにおいて２〜６μｍ程度である。この平滑加工部３２は研磨加工により形成される。

従って、この第３実施形態では、弾性リング２３，２５とフローティングリング２２，２４及びハウジング２０，２１との接触面が、平滑加工部３１，３２において密着状態に保持される。よって、弾性リング２３，２５とフローティングリング２２，２４及びハウジング２０，２１との隙間が小さくなり、前記第１実施形態の場合とほぼ同様に、細粒土Ｓ１ａが弾性リング２３，２５とフローティングリング２２，２４及びハウジング２０，２１との接触面間に侵入するのを抑制することができて、それらの接触面間に滑りが生じるおそれを防止することができる。

この第３実施形態においては、前記第１実施形態の（１）（２）の効果に加えて、以下の効果がある。
（６） フローティングリング２２，２４やハウジング２０，２１に対して研磨加工を施すことにより、細粒土Ｓ１ａの侵入を防止するようになっているため、そのための専用部材が不要であり、構成部材を少なくすることができる。つまり、従前の加工工程において研磨加工の工程を追加するのみでよく、製造が容易である。

（第４実施形態）
次に、この発明の第４実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
この第４実施形態においては、図７に示すように、弾性リング２３，２５が本体部２３ａ，２５ａと、その外周の被覆層２３ｂ，２５ｂとにより構成されている。そして、被覆層２３ｂ，２５ｂは、本体部２３ａ，２５ａと同材質で、かつ本体部２３ａ，２５ａよりも、軟質のゴム材料から構成されている。フローティングリング２２，２４及びハウジング２０，２１の構成は従来構成と同様である。

従って、この第４実施形態においては、前記被覆層２３ｂ，２５ｂにより弾性リング２３，２５とハウジング２０，２１及びフローティングリング２２，２４との間の接触部の密着性を確保でき、細粒土Ｓ１ａが弾性リング２３，２５とハウジング２０，２１及びフローティングリング２２，２４との接触面間に侵入するのを抑制することができて、それらの接触面間に滑りが生じるおそれを防止することができる。

この第３実施形態においては、前記第１実施形態の（１）〜（３）とほぼ同様な効果を得ることができる。
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・ 前記第１，第２実施形態において、フローティングリング２２，２４のみに弾性層２８を設けること。
・ 前記第３実施形態において、フローティングリング２２，２４のみに平滑加工部３１，３２を設けること。

・ 前記第４実施形態と第１〜第３実施形態とを組み合わせること。すなわち、第１〜第３実施形態の弾性リング２３，２５として第４実施形態の弾性リング２３，２５を用いること。

・ 弾性層２８，２９を構成する材質として、適当なコンパウンド等の添加物が混合された摩擦係数の高いゴムを用いること。
・ この発明のフローティングシールを、前記各実施形態の上転輪のほかに、駆動輪，遊動輪、あるいは履帯の下側走行部を支持するための下転輪等の他の回転体のオイルシール構成に具体化すること。

（他の技術的思想）
請求項には記載されないが、前記実施形態から把握される技術的思想を以下に述べる。
（Ａ） 密着手段は、弾性リング２３，２５の外周に被覆されたゴム材よりなる被覆層２３ｂ，２５ｂであることを特徴とする請求項１に記載のフローティングシール。

（Ｂ） 弾性層２８，２９を弾性リング２３，２５と同種のゴム材により構成したことを特徴とする請求項３〜７のうちのいずれか一項に記載のフローティングシール。

この発明を装軌式作業機械における下部走行体の履帯を支持するための上転輪に具体化した第１実施形態を示す要部破断側面図。 図１の上転輪のフローティングシールを拡大して示す部分断面図。 図２のフローティングシールの一部をさらに拡大して示す部分断面図。 第２実施形態のフローティングシールを示す部分断面図。 第３実施形態のフローティングシールを示す部分断面図。 図６のフローティングシールの一部を拡大して示す部分断面図。 第４実施形態のフローティングシールを示す部分断面図。 従来のフローティングシールを示す部分断面図。

符号の説明

１１…車体フレーム、１２…固定支持軸、１３…上転輪、１６…フローティングシール、２０…固定側の第１ハウジング、２１…回転側の第２ハウジング、２２…固定側のフローティングリング、２２ａ…対接部、２３…固定側の弾性リング、２４…回転側のフローティングリング、２４ａ…対接部、２５…回転側の弾性リング、２６，２７…粗面、２８，２９…密着手段としての弾性層、３１，３２…平滑加工部、Ｓ１ａ…細粒土。

Claims (8)

1. 同一軸線上において相対回転可能な一対のハウジングにそれぞれ弾性リングを介してフローティングリングを支持するとともに、その弾性リングの弾性によりフローティングリング同士を摺動可能にシーリングさせたフローティングシールであって、
   前記フローティングリングと弾性リングとの接触部において、かつ少なくとも前記フローティングリングのシーリング側に位置する部分において、フローティングリング及び弾性リングの少なくとも一方には前記接触部を密着状態にさせるための密着手段を設けたことを特徴とするフローティングシール。
2. 前記密着手段は、フローティングリングに固着された弾性層である請求項１に記載のフローティングシール。
3. 前記弾性層は、フローティングリングと弾性リングとの接触部の全体に設けられたことを特徴とする請求項２に記載のフローティングシール。
4. 前記密着手段は、フローティングリングのシーリング側に位置する部分を他の部分よりも平滑にした平滑部であることを特徴とする請求項１に記載のフローティングシール。
5. 前記ハウジングと弾性リングとの接触部において、かつ少なくとも前記フローティングリングのシーリング側に位置する部分において、ハウジングには前記接触部を密着状態にさせるための別の密着手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のフローティングシール。
6. 前記別の密着手段は、ハウジングに固着された弾性層である請求項５に記載のフローティングシール。
7. 前記弾性層は、ハウジングと弾性リングとの接触部の全体に設けられたことを特徴とする請求項６に記載のフローティングシール。
8. 前記別の密着手段は、フローティングリングのシーリング側に位置する部分を他の部分よりも平滑にした平滑部であることを特徴とする請求項５に記載のフローティングシール。

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