JP2010249144A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置において、高速で軸が偏心する場合であっても軸の外周にシールリップを確実に追従させて環状隙間を封止することが可能な密封装置を提供する。
【解決手段】ハウジングの内周に固定される環状の固定部１と、軸の外周にリップ先端部が接触するシールリップ３と、軸方向においてシールリップ３の腰部９と反対側にある固定部１の端部と腰部９とを接続し、軸の径方向に弾性変形可能な接続部２と、を備え、軸の偏心に対して接続部２が変形することによって、シールリップ３を軸に追従させることが可能に構成されている密封装置１０において、腰部９の内周側に軸受け部４が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸とハウジングの間の環状隙間を封止する密封装置に関する。

従来より、軸とそのハウジングとの間に形成された環状隙間を封止する密封装置が知られている。例えば、油圧ショベル等の建設機械は各可動部のジョイント部分がピン（軸）によって連結されており、このジョイント部分においてピンとボス（ハウジング）との間の環状隙間を封止すべく、かかる密封装置が適用されている。

しかしながら、例えば油圧ショベルの場合、掘削時にはジョイント部分に大きな衝撃が加わり、ピンが偏心する方向（ラジアル方向）に力が生じる。ピンが偏心すると、ピンと密封装置との間に隙間が生じてしまい、外部から該隙間を介して土砂等が侵入してしまう。さらに、ピンとボスの間には一般的にグリース等の潤滑油が充填されているが、隙間が形成されることで潤滑油がピンとボスの間から漏れ出す虞がある。

このような問題を解決すべく、ピンの偏心に対する密封装置の追従性能を向上させ、ピンがラジアル方向に力を受けて偏心する場合であってもピンと密封装置との間に隙間が生じることを抑制する構成が開示されている（特許文献１）。

国際公開番号ＷＯ２００６／０４９１５２号公報

しかしながら、上記従来例に係る密封装置では以下の課題がある。

図５に、従来例に係る密封装置１００の概略断面図を示す。図示するように、従来例に係る密封装置１００は、シールリップ１３０よりも剛性の低い（変形しやすい）接続部１２０によって、固定部１１０とシールリップ１３０の腰部とが接続されている。この構成によると、軸の偏心に対して接続部１２０が径方向に弾性変形することでシールリップ１３０を軸に追従させることができる。すなわち、軸の偏心が生じる場合でもシールリップ１３０自体は変形しないので、シールリップ１３０と軸との密着状態を保つことができる。また、シールリップ１３０の腰部には金属環１３５が埋設されており、これによりシールリップ１３０の姿勢を安定化することができるので、軸の偏心をシールリップ１３０で受けた時にシールリップ１３０が変形することを防止することができる。

しかし、近年の建設機械では４ｍ／ｓという高速で軸が偏心する場合がある。この場合、従来例に係る密封装置を適用した場合、軸の偏心によって生じる高速、高変位の衝撃がシールリップ１３０の偏心追従性能を上回ることになり、接続部１２０で軸の偏心を吸収しきれずにシールリップ１３０の変形を招いてしまう。すなわち従来例の構成は、高速で軸が偏心する場合にシールリップを軸に追従させることが困難になるといった課題がある。

そこで本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置において、高速で軸が偏心する場合であっても軸にシールリップを確実に追従させて環状隙間を封止することが可能な密封装置を提供することを目的とする
。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち本発明の密封装置は、軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、前記ハウジングの内周に固定される環状の固定部と、前記軸の外周にリップ先端部が接触するシールリップと、軸方向において前記シールリップの腰部と反対側にある前記固定部の端部と前記腰部とを接続し、前記軸の径方向に弾性変形可能な接続部と、を備え、前記軸の偏心に対して前記接続部が変形することによって、前記リップ先端を前記軸の外周に追従させることが可能に構成されている密封装置において、前記腰部の内周側に軸受け部が形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、固定部の軸方向の端部とシールリップの腰部とを接続する接続部を径方向に弾性変形可能であり、軸の偏心に対して接続部が変形することによってリップ先端を軸の外周に追従させるようにしたので、軸が偏心する場合でも、シールリップと軸の外周との密着状態を確保することが可能になる。さらに、シールリップの腰部の内周側に軸を受ける軸受け部が形成されていることにより、軸の偏心をこの軸受け部で受けることができる。よって、軸が高速で偏心する場合であっても、高速、高変位の衝撃を軸受け部で受けることで、シールリップに作用する衝撃を緩和することができ、シールリップが変形することを防止できる。つまり軸が高速で偏心する場合であっても、シールリップを軸に追従させ、両者の密着状態を保つことが可能になる。

また、軸とハウジングとの間に密封装置を装着した状態において、軸受け部と軸の外周との間には、軸径の０．５％以下の隙間が形成されていると好適である。このように軸受け部と軸の外周との間の隙間を軸径の０．５％以下に設定することで、軸の偏心を軸受け部で確実に受けることができる。なお、周方向に沿って軸受け部と軸の外周との間の隙間が一定でない場合は、両者間の最小隙間が０．５％以下であるとよい。また、軸受け部と軸の外周との間に隙間がない場合であってもよく、さらには軸受け部が軸の方向へ若干の「つぶし（軸受け部の径＜軸径）」を設ける構成であってもよい。「つぶし」を設ける場合は、軸の偏心を軸受け部でより確実に受けることが可能になる。

また、腰部において軸受け部が形成されている部分の径方向の厚さは、腰部から延びるシールリップの径方向の厚さよりも厚くなるように構成されていると好適である。軸が偏心した場合、軸受け部に高速、高変位の衝撃がかかる虞があるので、軸受け部の径方向の厚さを厚くすることで、シールリップの姿勢を安定させつつ、高速、高変位の衝撃に耐えることが可能になる。

また、軸受け部は、腰部の周方向に沿って間隔を設けて複数形成されていると好適である。軸受け部は腰部の周方向に沿って連続的に設けられなくともよく、例えば周方向に沿って間隔（切り欠き）を複数箇所形成し、間隔を設けて軸受け部が複数形成されていてもよい。かかる構成によると、軸とハウジングが相対的に移動した場合に、軸受け部と軸の外周との間で生じるフリクションを低減させることができる。

また、軸受け部の表面に溝が形成されていると好適である。かかる構成によると、軸とハウジングが相対的に移動した場合に、軸受け部と軸の外周との間で生じるフリクションを低減させることができる。

また、腰部には、装置本体と同心的である金属環が埋設されていると好適である。かかる構成によると、腰部の剛性を高めることができ、シールリップの姿勢をより安定させる
ことが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置において、高速で軸が偏心する場合であっても軸にシールリップを確実に追従させて環状隙間を封止することが可能な密封装置を提供することが可能になる。

実施の形態に係る密封装置の概略断面図。 実施の形態に係る密封装置の概略斜視図。 実施の形態に係る密封装置の装着状態を示す図。 他の実施の形態に係る密封装置の概略断面図。 従来例に係る密封装置の概略断面図。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施の形態）
図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態に係る密封装置について説明を行う。図１は、本実施の形態に係る密封装置の概略断面図である。図２は、本実施の形態に係る密封装置の概略斜視図である。図３は、本実施の形態に係る密封装置を軸とハウジングとの間に装着した状態を示す概略構成図である。

本実施の形態に係る密封装置１０は、互いに同心的に、かつ相対移動可能に組み付けられた軸３０とハウジング２０との間に形成される環状隙間を封止するものである（図３）。密封装置１０は、ハウジング２０の内周に固定（嵌合）される環状の固定部１と、リップ先端部が軸３０の外周に接触するシールリップ３とを備えている。さらに、固定部１とシールリップ３とが接続部２によって接続されている。また、シールリップ３の腰部９には密封装置１０と同心的である金属環５が埋設されている。なお、本実施の形態では、シールリップ３のリップ内径が約４３ｍｍ、固定部１の外径が約５５ｍｍに設定されている。

固定部１は金属材料によって構成されており、図１に示すダスト側の端部には、固定部１の中心軸方向に向かって略直角に折曲された環状のフランジ部８が形成されている。また、接続部２、シールリップ３は共にゴム・合成樹脂等の弾性材料によって一体的に成形されており、接続部２が固定部１の内周側の表面のほぼ全域に対して固着されていると共に、固定部１のダスト側の端部（フランジ部８が形成されている端部）から、ダスト側とは反対側のグリス側にあるシールリップ３の腰部９まで延びている。なお、固定部１には高剛性の材料が用いられればよく、金属材料の他に、高剛性のプラスチック、カーボン等の材料を用いる構成であってもよい。

接続部２は、シールリップ３と比して薄肉になるように構成されている。かかる構成によれば、軸３０が偏心する場合であっても接続部２が径方向に弾性変形することで、軸３０の偏心による衝撃、変位を吸収することが可能になる。つまり、軸３０が偏心する場合でもシールリップ３を軸３０に追従させ、シールリップ３と軸３０との密着状態を保持することが可能になる。さらに本実施の形態では、接続部２が、固定部１のダスト側の端部からシールリップ３のグリス側の端部（腰部９）まで延びている。かかる構成によると、
軸３０とハウジング２０との環状隙間にダストが侵入してきた場合は、ダストがシールリップ３と接続部２との環状隙間２５に入り込むことになるが、接続部２と固定部１との環状隙間１５はフリー（ダストが入りこまない）の状態を保つことができるので、外部からダストが侵入した場合であっても、接続部２は径方向に弾性変形することができ、シールリップ３の軸３０に対する追従性を確保することができる。

また、本実施の形態では、シールリップ３の腰部９の内周側に、腰部９の中心軸方向に凸の軸受け部４が形成されていることが特徴である。このように腰部９に軸受け部４を設けることによって、軸３０が高速で偏心し、径方向に高速、高変位の衝撃が生じる場合でも、その衝撃を軸受け部４で受けることができるので、軸３０の偏心によりシールリップ３が変形することを防止でき、シールリップ３と軸３０の外周との密着状態を安定させることができる。なお、軸３０の偏心に伴う高速、高変位の衝撃に耐えうるべく、シールリップ３の腰部９において軸受け部４が形成されている部分の径方向の肉厚はシールリップ３の径方向の肉厚よりも十分に厚くなるように構成されている。

また、本実施の形態では密閉装置１０の装着状態において、軸受け部４と軸３０の外周との間に若干の隙間を設けている（図３）。しかし、軸受け部４と軸３０の外周との間に隙間を設けない構成であってもよく（図４（ａ））、さらには軸受け部４に若干の「つぶし（０．５ｍｍ以下）」を設ける構成であってもよい。このように軸受け部４の内径をさらに狭めることによって、より確実に軸受け部４によって軸３０の偏心を受けることが可能になる。発明者らの鋭意検討によれば、軸受け部４と軸３０の外周との間には、軸径の０．５％以下の隙間が形成されていると、十分な軸受け機能を得られることがわかっている。

以上より、本実施の形態に係る密封装置によれば、シールリップ３の腰部９の内周側に軸受け部４を設け、軸受け部４において軸３０の偏心を受けるようにしているので、軸３０が高速に偏心する場合もシールリップ３が変形することなく、シールリップ３を軸３０の偏心に追従させることが可能になる。つまり、高速で軸３０が偏心する場合であっても、軸３０とハウジング２０との間の環状隙間を確実に封止することが可能な密封装置を提供することができる。

（他の実施の形態）
図４（ａ）〜（ｄ）を参照して、本発明の他の実施の形態に係る密封装置について説明を行う。図４は、本発明の他の実施の形態に係る密封装置の概略断面図であり、図中の一点鎖線は軸径を示している。

＜図４（ａ）：軸受け部４と軸３０の外周との間に隙間を設けない場合＞
上記で説明したように、軸受け部４と軸３０の外周との間に隙間を設けない場合は、軸受け部４においてより確実に軸３０の偏心を受けることができ、シールリップ３の軸３０に対する追従性を保持することができる。

＜図４（ｂ）：軸受け部４の周方向の箇所に切り欠き７を設ける場合＞
腰部９の内周側に形成される軸受け部４は、周方向に沿って連続して形成される必要はない。例えば周方向の複数箇所に切り欠き（間隔）７を形成し、周方向に断続的に複数の軸受け部４を形成する構成であってもよい。この場合、軸受け部４と軸３０の外周との間で生じるフリクションを低減させることができ、軸受け部４が磨耗することによって軸受け部４の軸受け機能が大きく低下することを回避できる。

＜図４（ｃ）：軸受け部４の表面に溝６を形成する場合＞
図示するように軸受け部４の表面に溝６を形成すると、軸受け部４と軸３０の外周との
間で生じるフリクションを低減させることができ、軸受け部４が磨耗することによって軸受け部４の軸受け機能が大きく低下することを回避できる。

＜図４（ｄ）：腰部９に金属環を設けない場合＞
上記実施の形態では、腰部９に金属環５を埋設することでシールリップ３の姿勢の安定化を図っていた。しかしながら、腰部９に軸受け部４を設けた場合、軸３０の偏心によって生じる衝撃を軸受け部４で受けることができるので、衝撃によってシールリップ３が変形することを防止できる。つまり、軸受け部４はシールリップ３の姿勢を安定させる機能を有しているので、軸３０の偏心の度合いによっては、金属環５を設ける必要がない。従って装置本体の小型化、部品数の低減、製造コストの低減を達成できる。

なお、ここで説明した構成は、可能な限り組み合わせることができる。例えば、図４（ｂ）で示す「切り欠きを設けた構成」と図４（ｃ）で示す「溝を形成する構成」を組み合わせてもよい。また、上記の（実施の形態）、（他の実施の形態）では、接続部２をシールリップ３と比して薄肉になるようにすることで、接続部２が径方向に弾性変形できるように構成しているが、互いに弾性の異なる材質によって接続部２とシールリップ３とを形成し、接続部２が弾性変形できるように構成してもよい。なお、上記で説明した密封装置は、揺動用パッキンとしてのみならず、大偏心用途であれば往復運動用途、固定用途にも適用可能である。また、シールリップと固定部の構成を逆にすることで、ピストン用途としても適用可能である。

以上より、ここで説明した（他の実施の形態）によると、軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置において、高速で軸が偏心する場合であっても軸の外周にシールリップを確実に追従させて環状隙間を封止することが可能な密封装置を提供することが可能になる。

１ 固定部
２ 接続部
３ シールリップ
４ （腰部の）軸受け部
５ 金属環
６ 溝
７ 切り欠き
８ フランジ部
９ 腰部
１０ 密封装置
２０ ハウジング
３０ 軸

Claims (6)

1. 軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、
   前記ハウジングの内周に固定される環状の固定部と、
   前記軸の外周にリップ先端部が接触するシールリップと、
   軸方向において前記シールリップの腰部と反対側にある前記固定部の端部と前記腰部とを接続し、前記軸の径方向に弾性変形可能な接続部と、を備え、
   前記軸の偏心に対して前記接続部が変形することによって、前記リップ先端を前記軸の外周に追従させることが可能に構成されている密封装置において、
   前記腰部の内周側に軸受け部が形成されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記軸と前記ハウジングとの間に密封装置を装着した状態において、
   前記軸受け部と前記軸の外周との間には、前記軸の軸径の０．５％以下の隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記腰部において前記軸受け部が形成されている部分の径方向の厚さは、
   前記腰部から延びる前記シールリップの径方向の厚さよりも厚くなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
4. 前記軸受け部は、
   前記腰部の周方向に沿って間隔を設けて複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の密封装置。
5. 前記軸受け部の表面には、溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の密封装置。
6. 前記腰部には、
   装置本体と同心的である金属環が埋設されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の密封装置。

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