JP2017067244A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧下でも使用でき、かつＯリングの摺動摩耗の抑制を図ることのできる密封装置を提供する。【解決手段】相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置１００において、前記ハウジングの軸孔内周面に形成された環状の装着溝に装着され、かつ前記軸に対して摺動自在に設けられる樹脂製のシールリング１０と、前記装着溝に装着され、かつ該装着溝の溝底面とシールリング１０の外周面に密着するゴム状弾性体製のＯリング２０と、を備え、シールリング１０の外周面には、幅方向の中央に沿って形成され、Ｏリング２０が嵌る環状溝１１が設けられると共に、環状溝１１の側壁面と前記外周面における前記環状溝１１が設けられていない面との交わり部分に、Ｏリング２０の一部が食い込む凹部１２が周方向に間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、相対的に回転する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関する。

従来、建設機械や一般産業機械（例えば、工作機械ロータリージョイント、回転継手）などに備えられ、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置が知られている。図８及び図９を参照して、従来例に係る密封装置の一例を説明する。図８は従来例１に係る密封装置が備えられた密封構造の模式的断面図である。

従来例１に係る密封装置５００は、ハウジング３００の軸孔内周面に形成された環状の装着溝３１０に装着される樹脂製のシールリング５１０と、同じく装着溝３１０に装着されるゴム状弾性体製のＯリング５２０とから構成されている。シールリング５１０は、軸２００に対して摺動自在に設けられている。また、Ｏリング５２０は、装着溝３１０の溝底面とシールリング５１０の外周面に密着するように構成されている。以上のように構成される密封装置５００によって、相対的に回転する軸２００とハウジング３００との間の環状隙間を封止することができる。

ここで、軸２００とハウジング３００が相対的に回転している状態においては、軸２００とシールリング５１０との間でのみ摺動し、シールリング５１０とＯリング５２０との間では摺動しないのが望ましい。何故なら、シールリング５１０とＯリング５２０との間で摺動してしまうと、ゴム製のＯリング５２０に摺動摩耗が発生してしまうからである。しかしながら、従来例１に係る密封装置５００の場合には、軸２００とシールリング５１０が供回りして、シールリング５１０とＯリング５２０との間で摺動してしまうことがある。

図９は従来例２に係る密封装置が備えられた密封構造の模式的断面図である。従来例２に係る密封装置６００は、ハウジング３００の軸孔内周面に形成された環状の装着溝３１０に装着される樹脂製のシールリング６１０と、同じく装着溝３１０に装着される断面略矩形のゴム状弾性体製の角リング６２０とから構成されている。そして、この密封装置６００においては、シールリング６１０と角リング６２０とが接着により固定されている。この密封装置６００の場合には、シールリング６１０と角リング６２０とが固定されているため、シールリング６１０と角リング６２０との間で摺動してしまうことはない。

しかしながら、従来例２に係る密封装置６００の場合、高圧が作用した際に、シールリング６１０と角リング６２０とでは、剛性が異なるために、変形の度合いが異なり、接着部分が剥がれてしまう問題がある。そのため、この密封装置６００の場合には、最大使用圧力は１０ＭＰａ程度が推奨されている。従って、１０ＭＰａを超えるような高圧下で使用される場合には、従来例２に係る密封装置６００を用いるのが困難である。

なお、高圧下で用いられる場合には、上記従来例１に係る密封装置５００において、シールリング５１０の材料として、ポリアミド（ＰＡ）やポリエチレン（ＰＥ）を採用することがある。しかしながら、前者の場合には耐薬品性や組み付け性に劣っており、後者の場合には耐熱性に劣っている。そのため、物性や機能の面で総合的に優れているポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を採用するのが望まれるが、ＰＴＦＥの場合には、上述したように、Ｏリング５２０の摺動摩耗の問題が顕著になってしまうという問題がある。

特開昭６２−６８０７４号公報 実開昭６３−３５６５号公報 特開平３−７９８６８号公報

本発明の目的は、高圧下でも使用でき、かつＯリングの摺動摩耗の抑制を図ることのできる密封装置を提供することにある。

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、
相対的に回転する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、
前記ハウジングの軸孔内周面に形成された環状の装着溝に装着され、かつ前記軸に対して摺動自在に設けられる樹脂製のシールリングと、
前記装着溝に装着され、かつ該装着溝の溝底面と前記シールリングの外周面に密着するゴム状弾性体製のＯリングと、
を備え、
前記シールリングの外周面には、幅方向の中央に沿って形成され、前記Ｏリングが嵌る環状溝が設けられると共に、
前記環状溝の側壁面と前記外周面における前記環状溝が設けられていない面との交わり部分に、前記Ｏリングの一部が食い込む凹部が周方向に間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、シールリングの外周面に設けられた環状溝にＯリングが嵌るため、密封対象流体の圧力を受けた際に、装着溝の側壁面に対するシールリングによる押圧力を高めることができる。これにより、軸とシールリングとの供回りを抑制することができる。また、シールリングに設けられた複数の凹部にＯリングの一部がそれぞれ食い込むため、Ｏリングがシールリングに対して摺動してしまうことを抑制することができる。以上のように、複数の凹部による効果と、軸とシールリングとの供回りが抑制されることとが相俟って、シールリングとＯリングとの間で摺動してしまうことを相乗効果的に抑制することができる。また、Ｏリングは環状溝に嵌っており、シールリングに接着されている訳ではないので、高圧下において、接着部分が剥がれてしまうという問題もない。

ここで、前記複数の凹部は、前記環状溝の両側壁面側に、それぞれ複数設けられているとよい。

これにより、シールリングを組み付ける際に、組み付け方向を考慮する必要がなくなる。また、密封装置に対して、密封対象流体の圧力を受ける方向が交互に変化する条件下でも、本発明のシールリングを用いることができる。

また、前記環状溝の一方の側壁面側に設けられる複数の凹部と、他方の側壁面側に設けられる複数の凹部は、中心軸線方向に見た場合に重ならない位置に配置されているとよい。

これにより、凹部に対してＯリングの一部が食い込み難くなってしまうことを抑制することができる。

また、前記環状溝は、前記シールリングを、中心軸線を含む面で切断した場合の断面形状が円弧形状であるとよい。この場合において、前記円弧形状における曲率半径は、前記Ｏリングの線径の半分となるように設計されていると好適である。

前記複数の凹部は、いずれも前記環状溝の側壁面から前記シールリングの側面に連通する溝により構成されるとよい。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明の密封装置によれば、高圧下でも使用でき、かつＯリングの摺動摩耗の抑制を図ることができる。

図１は本発明の実施例に係る密封装置の一部破断断面図である。 図２は本発明の実施例に係るシールリングの平面図である。 図３は本発明の実施例に係るＯリングの平面図の一部である。 図４は本発明の実施例に係る密封装置が備えられた密封構造の模式的断面図である。 図５は本発明の実施例に係る密封装置が備えられた密封構造の模式的断面図である。 図６は本発明の実施例に係る密封装置が備えられた密封構造の模式的断面図である。 図７は本発明の実施例に係る密封装置が備えられた密封構造の模式的断面図である。 図８は従来例１に係る密封装置が備えられた密封構造の模式的断面図である。 図９は従来例２に係る密封装置が備えられた密封構造の模式的断面図である。

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、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例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。

（実施例）
図１〜図７を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。本実施例に係る密封装置は、建設機械や一般産業機械（例えば、工作機械ロータリージョイント、回転継手）などに備えられ、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するために用いられる。

＜密封装置＞
特に、図１〜図５を参照して、本実施例に係る密封装置１００の構成について説明する。図１は本発明の実施例に係る密封装置１００の一部破断断面図であり、密封装置１００の一部を、中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図２は本発明の実施例に係るシールリング１０の平面図である。図３は本発明の実施例に係るＯリング２０の平面図の一部である。図４及び図５は本発明の実施例に係る密封装置１００が備えられた密封構造の模式的断面図である。なお、図４及び図５においては、密封装置１００が軸２００と
ハウジング３００との間の環状隙間に配置され、かつ無負荷状態（密封対象流体の圧力がかかっていない状態）における密封装置１００の様子を示している。また、図４においては、シールリング１０については図２中Ａ１Ａ１断面を示し、Ｏリング２０については図３中Ａ２Ａ２断面を示している。そして、図５においては、シールリング１０については図２中Ｂ１Ｂ１断面を示し、Ｏリング２０については図３中Ｂ２Ｂ２断面を示している。

本実施例に係る密封装置１００は、ハウジング３００の軸孔内周面に形成された環状の装着溝３１０に装着される樹脂製のシールリング１０と、同じく装着溝３１０に装着されるゴム状弾性体製のＯリング２０とから構成されている。シールリング１０は、軸２００に対して摺動自在に設けられている。また、Ｏリング２０は、装着溝３１０の溝底面とシールリング１０の外周面に密着するように構成されている。ここで、密封装置１００の中心軸線（つまりシールリング１０及びＯリング２０の中心軸線）は軸２００の中心軸線と一致する。以下の説明における「中心軸線」とは、これらの各種部材の中心軸線であることを意味する。

シールリング１０の外周面には、幅方向の中央に沿って形成され、Ｏリング２０が嵌る環状溝１１が設けられている。この環状溝１１は、シールリング１０を、中心軸線を含む面で切断した断面形状が円弧形状となっている。

また、環状溝１１の側壁面とシールリング１０の外周面における環状溝１１が設けられていない面との交わり部分に、Ｏリング２０の一部が食い込む凹部１２，１３が周方向に間隔を空けて複数設けられている。本実施例においては、これら複数の凹部１２，１３は、いずれも環状溝１１の側壁面からシールリング１０の側面に連通する溝により構成されている。なお、この連通する溝は、中心軸線と平行に真っ直ぐに伸びている。

また、複数の凹部１２，１３は、環状溝１１の両側壁面側に、それぞれ複数設けられている。すなわち、環状溝１１の一方の側壁面側に複数の凹部１２が設けられ、他方の側壁面側に複数の凹部１３が設けられている。また、本実施例においては、複数の凹部１２，１３は、シールリング１０の外周面側から見て、千鳥足状に配置されている。従って、複数の凹部１２，１３は、中心軸線方向に見た場合に重ならない位置に配置されている。なお、本実施例においては、中心軸線方向に見た場合に、凹部１２は中心軸線を中心にして９０°ごとに計４か所に設けられ、凹部１３も中心軸線を中心にして９０°ごとに計４か所に設けられている。そして、凹部１２と凹部１３は、中心軸線を中心にして４５°ずれるように配置されている。

以上のように構成される密封装置１００においては、Ｏリング２０はシールリング１０の外周面に設けられた環状溝１１に嵌った状態となり、かつ、複数の凹部１２，１３にＯリング２０の一部がそれぞれ食い込んだ状態となる。なお、図５においては、凹部１２にＯリング２０の一部（図中、矢印Ｘで示す部分）が食い込んだ状態を示している。

＜密封装置の動作説明＞
特に、図６及び図７を参照して、本実施例に係る密封装置１００の動作について説明する。図６及び図７は本発明の実施例に係る密封装置１００が備えられた密封構造の模式的断面図である。なお、図６及び図７においては、密封装置１００が軸２００とハウジング３００との間の環状隙間に配置され、かつ高圧下の状態（密封対象流体の圧力がかかった状態）における密封装置１００の様子を示している。なお、図６及び図７中、左側が低圧側（Ｌ）で右側が高圧側（Ｈ）である。また、図６においては、シールリング１０については図２中Ａ１Ａ１断面を示し、Ｏリング２０については図３中Ａ２Ａ２断面を示している。そして、図７においては、シールリング１０については図２中Ｂ１Ｂ１断面を示し、Ｏリング２０については図３中Ｂ２Ｂ２断面を示している。

高圧下においては、密封装置１００は、装着溝３１０内において、低圧側（Ｌ）に移動した状態となる。これにより、シールリング１０及びＯリング２０は、装着溝３１０の低圧側（Ｌ）の側壁面に密着した状態となる。また、Ｏリング２０がシールリング１０の外周面に設けられた環状溝１１に嵌っているため、シールリング１０は、密封対象流体からの圧力だけでなくＯリング２０からの押圧力も受ける。従って、上述した図８に示す密封装置５００の場合に比べると、密封装置の材料が同じで寸法も同等で、かつ密封対象流体の圧力も等しい条件下において、シールリング１０による装着溝３１０の側壁面に対する押圧力は１．２倍程度となる。また、Ｏリング２０は密封対象流体の圧力によって変形し、シールリング１０に設けられた複数の凹部１２，１３のうち、低圧側の複数の凹部（図７に示す例の場合には凹部１２）の内部全体を埋めるように、Ｏリング２０の一部（図中、矢印Ｙで示す部分）がそれぞれ食い込んだ状態となる。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
以上のように構成される本実施例に係る密封装置１００によれば、シールリング１０の外周面に設けられた環状溝１１にＯリング２０が嵌るため、密封対象流体の圧力を受けた際に、装着溝３１０の側壁面に対するシールリング１０による押圧力を高めることができる。これにより、軸２００とシールリング１０との供回りを抑制することができる。また、シールリング１０に設けられた複数の凹部１２，１３にＯリング２０の一部がそれぞれ食い込むため、Ｏリング２０がシールリング１０に対して摺動してしまうことを抑制することができる。以上のように、複数の凹部１２，１３による効果と、軸２００とシールリング１０との供回りが抑制されることとが相俟って、シールリング１０とＯリング２０との間で摺動してしまうことを相乗効果的に抑制することができる。また、Ｏリング２０は環状溝１１に嵌っており、シールリング１０に接着されている訳ではないので、高圧下において、接着部分が剥がれてしまうという問題もない。以上のように、高圧下で用いられる場合においても、Ｏリング２０に摺動摩耗が発生してしまうことを抑制できる。これに伴い、Ｏリング２０の材料として、物性や機能の面で総合的に優れているポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を採用することが可能となる。ただし、本発明においては、Ｏリング２０の材料は限定されることなく、例えば、ナイロンやポリエチレンなども採用し得る。

また、本実施例においては、複数の凹部１２，１３は、環状溝１１の両側壁面側に、それぞれ複数設けられている。従って、シールリング１０を組み付ける際に、組み付け方向を考慮する必要がなくなる。また、密封装置１００に対して、密封対象流体の圧力を受ける方向が交互に変化する条件下（図６，７において、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）が図中左右交互に入れ替わる条件下）でも、本実施例に係るシールリング１０を用いることができる。

そして、本実施例においては、環状溝１１の一方の側壁面側に設けられる複数の凹部１２と、他方の側壁面側に設けられる複数の凹部１３は、中心軸線方向に見た場合に重ならない位置に配置されている。これにより、凹部１２，１３に対してＯリング２０の一部が食い込み難くなってしまうことを抑制することができる。つまり、環状溝１１の両側の側壁面に設けられる凹部１２，１３が、中心軸線方向に見た場合に重ならない位置に設けた方が、Ｏリング２０の肉が逃げにくいため、より確実に凹部１２，１３にＯリング２０の一部を食い込ませることが可能となる。ただし、凹部１２，１３の配置について、中心軸線方向に見た場合に重ならない位置に配置させることは、本発明においては必ずしも必須ではない。

また、本実施例においては、環状溝１１は、シールリング１０を、中心軸線を含む面で切断した場合の断面形状が円弧形状となるように構成されている。これにより、Ｏリング
２０を環状溝１１に対して、十分に嵌らせることができる。なお、上記の円弧形状における曲率半径を、Ｏリング２０の線径の半分となるように設計することで、Ｏリング２０を、環状溝１１に対して、より一層十分に嵌らせることができる。ただし、本発明において、環状溝１１の形状については、本実施例で示した形状とは異なる形状も採用し得る。例えば、環状溝が、シールリングを、中心軸線を含む面で切断した場合の断面形状が矩形となるような構成も採用し得る。

更に、本実施例においては、複数の凹部１２，１３は、いずれも環状溝１１の側壁面からシールリング１０の側面に連通する溝により構成されている。これにより、Ｏリング２０の一部を、より確実に凹部１２，１３に食い込ませることができる。ただし、本発明における凹部は、必ずしもそのような構成に限られることはなく、環状溝の側壁面からシールリングの側面には届かないような凹部により構成してもよい。

＜寸法関係について＞
本実施例に係る密封装置１００において、上記のような作用効果がより確実に発揮されるための密封装置１００の寸法関係等の具体例について説明する。シールリング１０における環状溝１１の溝深さをＨ１とし、凹部１２，１３の深さをＨ２とする（図２参照）。また、シールリング１０の幅（中心軸線方向の幅）をＴとする（図１参照）。更に、Ｏリング２０の線径をＷとする（図１，３参照）。この場合、シールリング１０における環状溝１１及び凹部１２，１３に対するＯリング２０の充填率の観点から、Ｈ１≦Ｗ／３，Ｈ２≦Ｈ１／２を満たすのが望ましい。また、Ｏリング２０の硬度については、凹部１２，１３への食い込み性の観点からショア硬さでＨＳ５０以上ＨＳ７０以下とするのが望ましい。更に、Ｏリング２０の環状溝１１内での挙動を抑制しつつシール性を維持する観点から、Ｗ≧０．９Ｔを満たすのが望ましい。

１０ シールリング
１１ 環状溝
１２，１３ 凹部
２０ Ｏリング
１００ 密封装置
２００ 軸
３００ ハウジング
３１０ 装着溝

Claims (6)

1. 相対的に回転する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、
   前記ハウジングの軸孔内周面に形成された環状の装着溝に装着され、かつ前記軸に対して摺動自在に設けられる樹脂製のシールリングと、
   前記装着溝に装着され、かつ該装着溝の溝底面と前記シールリングの外周面に密着するゴム状弾性体製のＯリングと、
   を備え、
   前記シールリングの外周面には、幅方向の中央に沿って形成され、前記Ｏリングが嵌る環状溝が設けられると共に、
   前記環状溝の側壁面と前記外周面における前記環状溝が設けられていない面との交わり部分に、前記Ｏリングの一部が食い込む凹部が周方向に間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする密封装置。
2. 前記複数の凹部は、前記環状溝の両側壁側に、それぞれ複数設けら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. 前記環状溝の一方の側壁面側に設けられる複数の凹部と、他方の側壁面側に設けられる複数の凹部は、中心軸線方向に見た場合に重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の密封装置。
4. 前記環状溝は、前記シールリングを、中心軸線を含む面で切断した場合の断面形状が円弧形状であることを特徴とする請求項１，２または３に記載の密封装置。
5. 前記円弧形状における曲率半径は、前記Ｏリングの線径の半分となるように設計されていることを特徴とする請求項４に記載の密封装置。
6. 前記複数の凹部は、いずれも前記環状溝の側壁面から前記シールリングの側面に連通する溝により構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の密封装置。

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