JP2017067268A

JP2017067268A - 密封装置

Info

Publication number: JP2017067268A
Application number: JP2015196961A
Authority: JP
Inventors: 大森　武志; Takeshi Omori; 武志大森
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2017-04-06

Abstract

【課題】ガータスプリングを大径化しても、シールリングの回転軸に対する追従性を維持することで、回転速度の低い回転軸であっても密封性能を確保し、かつ密封装置全体を大型化する必要がない密封装置を提供する。【解決手段】密封装置１０は、ハウジング８０側に固定される第一円筒部２１及び第一円筒部２１の端部から内径方向へ向けて延びる第一フランジ部２２を有する第一金属環２０と、第一円筒部２１に固定される第二円筒部３１及び第二円筒部３１の端部から内径方向へ向けて延び、第一フランジ部２２と対向する位置に設けられた第二フランジ部３２を有する第二金属環３０と、第一及び第二金属環２０，３０によって囲まれる環状の装着空間５６に配置され、回転軸７０の外周面に摺動自在に密接するゴム状弾性体のシールリング５０と、シールリング５０の外周面に装着されるガータスプリング６０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関する。本発明の密封装置は、例えば減速機用の密封装置として用いられる。また、本発明の密封装置は、例えば歯車などの作動部品の摩耗による金属粉が機内で発生する環境下で用いられる。

ロボットの関節構造や、エレベータ等の搬送装置には、駆動モータからの回転運動を所定のトルクや速度に変更するための減速機が取り付けられている。減速機は、複数の歯車を噛み合わせることでトルクや速度を変更する。また、減速機には歯車を使用するため機内には潤滑油やグリースといった密封流体が封入される。機内の潤滑油やグリースは、出力軸や入力軸の外周に装着される密封装置で密封される。

ここで、従来からシールリップの摺動部にねじ突起を設けた密封装置が知られている。すなわち、前記ねじ突起を設けた密封装置は、回転軸の回転により発揮されるねじポンプ作用によって反密封空間側へ漏洩しようとする密封流体を密封空間へ押し戻し、密封流体の漏洩を抑制するものである（特許文献１）。

しかし、前記減速機では、出力軸が入力軸に対して低速で回転する。したがって、比較的低速で回転する出力軸に前記ねじ突起を設けた密封装置を装着した場合には、前記ねじ突起によるねじポンプ作用が十分に発揮されないおそれがある。

このため、図２に示すような密封装置１００を用いることで、ねじポンプ作用が十分に発揮されない環境であっても、前記密封流体を密封し、前記密封流体の漏洩を抑制していた（特許文献２）。

すなわち、前記密封装置１００は、軸方向に二箇所の摺動面１５１ａ、１５１ｂを設定したリップ頭部１５７と、前記リップ頭部１５７の軸方向であって、かつ反密封空間Ａ側に延在する弾性変形可能なリップ腰部１５８とを一体として備えるゴム状弾性体からなるシールリップ１５０を有し、前記リップ頭部１５７の外周面に設けた装着溝１６１にガータスプリング１６０が装着されている。

前記密封装置１００は、前記二箇所の摺動面１５１ａ、１５１ｂが回転軸１７０の外周面と摺動自在に密接することで、前記密封流体の漏洩を抑制するものである。また、回転軸１７０が偏心した場合に、前記リップ腰部１５８が弾性変形することで、リップ頭部１５７が回転軸１７０の偏心に追従する。したがって、二箇所の摺動面１５１ａ、１５１ｂが絶えず回転軸１７０の外周面と摺動自在に密接するため、回転速度が低い場合であっても、密封流体の漏洩を抑制することができる。

特開２００７−２７０８５７号公報特開２０１１−８９６０９号公報

しかし、昨今は食料品工場やクリーンルーム等といった微量の密封流体の漏洩も許されない環境で、密封装置１００が使用される機会が増えている。そのため、密封装置１００の密封性能のさらなる向上が求められている。

ここで、シールリップ１５０の回転軸１７０に対する緊迫力を増大させることで、前記二箇所の摺動面１５１ａ、１５１ｂが前記回転軸１７０により緊密に密接するため、前記密封装置１００の密封性能のさらなる向上を図ることができる。

また、シールリップ１５０の回転軸１７０に対する緊迫力は、密封装置１００におけるガータスプリング１６０の線径を大径化することで、増大させることができる。ところが、前記ガータスプリング１６０のみを大径化すると、前記ガータスプリング１６０が前記装着溝１６１からはみ出し、脱落するおそれがある。

これに対して、前記ガータスプリング１６０と共に前記装着溝１６１を大径化することで、前記装着溝１６１の溝内面と前記ガータスプリング１６０の内周面の接触面積を確保し、前記装着溝１６１から前記ガータスプリング１６０が脱落するのを阻止することができる。しかし、前記装着溝１６１を大径化することに比例して、前記リップ腰部１５８の軸方向長さが減少する。そのため、前記リップ腰部１５８の弾性変形可能な領域が減少し、回転軸１７０の偏心に対する追従性が低下する。前記追従性が低下すると、回転軸１７０が偏心したときに、回転軸１７０と前記二箇所の摺動面１５１ａ、１５１ｂとの間に隙間が生じ、前記隙間から密封流体が漏洩する。したがって、前記密封装置１００の密封性能が損なわれる。

さらに、前記リップ腰部１５８の軸方向長さを確保しつつ、前記ガータスプリング１６０と前記装着溝１６１とを大径化すると、必然的に密封装置１００全体が大型化するため、密封装置１００の取り扱い性が悪くなる。

以上により、上記従来技術に係る密封装置１００における構成では、ガータスプリング１６０の大径化に限界がある。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その技術的課題は、ガータスプリングを大径化しても、シールリングの回転軸に対する追従性を維持することで、回転速度の低い回転軸であっても密封性能を確保し、かつ密封装置全体を大型化する必要がない密封装置を提供することを目的とする。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１に記載の密封装置は、ハウジング側に固定される第一円筒部及び前記第一円筒部の端部から内径方向へ向けて延びる第一フランジ部を有する第一金属環と、前記第一円筒部に固定される第二円筒部及び前記第二円筒部の端部から内径方向へ向けて延び、前記第一フランジ部と対向する位置に設けられた第二フランジ部を有する第二金属環と、前記第一及び第二金属環によって囲まれる環状の装着空間に配置され、回転軸の外周面に摺動自在に密接するゴム状弾性体のシールリングと、前記シールリングの外周面に装着されるガータスプリングとを備える。

また、請求項２に記載の密封装置は、請求項１に記載の密封装置であって、当該密封装置は、減速機の出力軸用の密封装置として用いられることを特徴とする。

本発明の密封装置によれば、ガータスプリングを大径化しても、シールリングの回転軸に対する追従性を維持することができ、回転速度の低い回転軸であっても密封性能を確保し、かつ密封装置全体を大径化する必要がない。

本発明の実施例に係る密封装置の装着状態を示す断面図である。従来技術に係る密封装置の断面図である。

以下において、本発明の実施例に係る密封装置１０について図面に基づき詳細に説明する。なお、本実施例により本発明が限定されるものではない。図１は、本発明の実施例に係る密封装置１０の装着状態を示す断面図である。

本実施例に係る密封装置１０は、減速機の出力軸に装着される。また、前記密封装置１０は反密封空間側金属環２０（請求項に記載の第一金属環に相当する）と、前記反密封空間側金属環２０に嵌合された密封空間側金属環３０（請求項に記載の第二金属環に相当する）と、前記反密封空間側金属環２０及び密封空間側金属環３０によって囲まれる環状の装着空間５６に配置されるシールリング５０と、前記シールリング５０の外周面に装着されるガータスプリング６０とを備える。

前記反密封空間側金属環２０は、ハウジング８０の内周面に嵌合される反密封空間側円筒部２１（請求項に記載の第一円筒部に相当する）と、前記反密封空間側円筒部２１の軸方向一方（反密封空間Ａ側）の端部から内径方向へ向けて延びる反密封空間側フランジ部２２（請求項に記載の第一フランジ部に相当する）とを有する。また、前記反密封空間側金属環２０は、全体として断面略Ｌ字状を呈する。

前記密封空間側金属環３０は、密封空間側円筒部３１（請求項に記載の第二円筒部に相当する）と、前記密封空間側円筒部３１の軸方向他方（密封空間Ｂ側）の端部から内径方向へ向けて延びる密封空間側フランジ部３２（請求項に記載の第二フランジ部に相当する）とを有する。また、前記密封空間側金属環３０は、全体として断面略Ｌ字状を呈する。

前記密封空間側円筒部３１は、前記反密封空間側円筒部２１の内周面に嵌合され、密封空間側フランジ部３２は、前記反密封空間側フランジ部２２と軸方向に対向する位置に配置されている。したがって、前記装着空間５６は反密封空間側金属環２０の反密封空間側フランジ部２２、密封空間側金属環３０の密封空間側フランジ部３２、及び密封空間側金属環３０の密封空間側円筒部３１に囲まれるようにして形成される。

前記反密封空間側金属環２０における反密封空間側円筒部２１の外周面には、ゴム状弾性体から構成される外周シール部４１が接合されている。前記反密封空間側円筒部２１は、前記外周シール部４１を介してハウジング８０の内周面に嵌合されるとともに、反密封空間側円筒部２１とハウジング８０との間を密封する。

また、反密封空間側金属環２０における反密封空間側フランジ部２２の内周端部には、ゴム状弾性体から構成されるダストリップ４２が接合されている。前記ダストリップ４２は回転軸７０の外周面と摺動自在に接触し、反密封空間Ａ側の外部異物が密封空間Ｂへ侵入することを抑制する。さらに、前記ダストリップ４２と前記外周シール部４１は、反密封空間側フランジ部２２の端面に接合した端面ゴム部４０を介して一体に成形されている。

前記シールリング５０は、ゴム状弾性体によって成形され、前記回転軸７０の外周面に摺動自在に密接するシールリング摺動部５１と、前記反密封空間側フランジ部２２と接触する反密封空間側接触部５２と、前記密封空間側フランジ部３２と接触する密封空間側接触部５３と、前記シールリング摺動部５１から前記反密封空間側接触部５２にかけて設けられた反密封空間側斜面５４と、前記シールリング摺動部５１から前記密封空間側接触部５３にかけて設けられた密封空間側斜面５５とを備え、前記シールリング５０の外周面に装着溝６１が形成されている。

前記シールリング摺動部５１は、回転軸７０の外周面と摺動自在に密接することで、密封空間Ｂにおける密封流体が反密封空間Ａ側への漏洩を抑制する。

前記反密封空間側接触部５２及び密封空間側接触部５３は、前記反密封空間側フランジ部２２及び前記密封空間側フランジ部３２と接触することで、シールリング５０を軸方向に位置決めをしている。また、反密封空間側接触部５２及び密封空間側接触部５３は、ガータスプリング６０の緊迫力によって径方向に移動可能であるとともに、密封空間Ｂ側の密封流体が前記装着空間５６を介して反密封空間Ａ側へ漏洩することを抑制する。

前記反密封空間側斜面５４は、前記シールリング摺動部５１から前記反密封空間側接触部５２に向けて漸次大径となり、前記密封空間側斜面５５は、前記シールリング摺動部５１から前記密封空間側接触部５３に向けて漸次大径となるように形成されている。シールリング摺動部５１は、回転軸７０の外周面との接触幅（軸方向幅）がわずかとする。

前記ガータスプリング６０は、環状を呈する金属製コイルバネよりなり、前記シールリング５０の外周面に設けられた装着溝６１に装着される。かかるガータスプリング６０を設けることで、シールリング５０に対し内径方向へ向けて緊迫力を付与する。また、前記緊迫力は、一般的にガータスプリング６０の大きさ（線径）によって変化し、前記ガータスプリング６０を大型化することで、シールリング５０に対する緊迫力を増大させることができる。ガータスプリング６０がシールリング５０におけるシールリング摺動部５１に対し、より大きな緊迫力を付与することで、シールリング摺動部５１が回転軸７０の外周面に強く密接する。したがって密封流体が反密封空間Ａ側へ漏洩するのが抑制される。

上記構成の密封装置１０によれば、装着溝６１に装着されたガータスプリング６０がシールリング５０に対して緊迫力を付与する。したがって、シールリング摺動部５１と回転軸７０の外周面とが摺動自在に密接するため、密封空間Ｂにおける密封流体が反密封空間Ａ側への漏洩を抑制することができる。

また、ガータスプリング６０は、前記反密封空間側金属環２０及び前記密封空間側金属環３０に囲まれていることから、ガータスプリング６０が前記装着溝６１から脱落するおそれがない。したがって、従来技術より大径のガータスプリング６０を採用することができる。

さらに、径方向に自在に変位することが可能なシールリング５０が大型のガータスプリング６０によって径方向に強く弾性付勢されている。そのため、回転軸７０が偏心して円周上一部で回転軸７０の外周面がシールリング摺動部５１から離れようとしてもガータスプリング６０の緊迫力により、シールリング５０が回転軸７０の偏心に対して径方向に追従する。したがってシールリング摺動部５１と回転軸７０の外周面とが密接した状態が継続するため、これにより密封装置１０によるシール性能を向上することができる。

また、回転軸７０が偏心し、円周上一部で回転軸７０の外周面がシールリング摺動部５１から離れようとしたときには、離れようとするシールリング摺動部５１と対向する位置のシールリング摺動部５１は、回転軸７０に近づくこととなる。このため、図１に示すように、前記ガータスプリング６０と密封空間側円筒部３１との間に所定のクリアランスδを設定することが好ましい。前記クリアランスδを設けることで、密封空間側円筒部３１の内周面と回転軸７０の外周面の間でシールリング５０及びガータスプリング６０の内径・外径方向移動が容易となる。したがって、回転軸７０の偏心に対する追従性が向上する。

加えて、本実施例に係る密封装置１０は、回転速度が低いことで、ねじポンプ作用が十分に発揮されない環境であっても密封流体を確実に密封することができる。したがって、本実施例に係る密封装置１０は、減速機における入力軸よりも相対的に回転速度が低い減速機の出力軸用として用いることが好適である。

なお、本実施例においては、請求項に記載の第一金属環を反密封空間側金属環２０とし、請求項に記載の第二金属環を密封空間側金属環３０としたが、反対に、請求項に記載の第一金属環を密封空間側金属環３０とし、請求項に記載の第二金属環を反密封空間側金属環２０としても良い。

また、本実施例に係る密封装置１０は、ねじポンプ作用が十分に発揮されない環境下でも密封流体の漏洩を抑制するものであるが、ねじポンプ作用を発揮させるねじ突起を設けること自体を否定する趣旨ではない。そのため、前記反密封空間側斜面５４にねじ突起を設けてもよい。前記ねじ突起を設けることで、ねじポンプ作用によって反密封空間Ａ側へ漏洩しようとする密封流体を密封空間Ｂへ押し戻し、密封流体の漏洩を抑制しつつ、上記本発明の作用効果を奏する。

１０密封装置
２０反密封空間側金属環
２１反密封空間側円筒部
２２反密封空間側フランジ部
３０密封空間側金属環
３１密封空間側円筒部
３２密封空間側フランジ部
４０端面ゴム部
４１外周シール部
４２ダストリップ
５０シールリング
５１シールリング摺動部
５２反密封空間側接触部
５３密封空間側接触部
５４反密封空間側斜面
５５密封空間側斜面
５６装着空間
６０ガータスプリング
６１装着溝
７０回転軸
８０ハウジング
Ａ反密封空間
Ｂ密封空間
δ クリアランス

Claims

ハウジング側に固定される第一円筒部及び前記第一円筒部の端部から内径方向へ向けて延びる第一フランジ部を有する第一金属環と、
前記第一円筒部に固定される第二円筒部及び前記第二円筒部の端部から内径方向へ向けて延び、前記第一フランジ部と対向する位置に設けられた第二フランジ部を有する第二金属環と、
前記第一及び第二金属環によって囲まれる環状の装着空間に配置され、回転軸の外周面に摺動自在に密接するゴム状弾性体のシールリングと、
前記シールリングの外周面に装着されるガータスプリングとを備える密封装置。
請求項１に記載の密封装置であって、
当該密封装置は、減速機の出力軸用の密封装置として用いられることを特徴とする密封装置。