JP2018071619A - シール構造、及び回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固定部と可動部との隙間を封止するシール構造において、簡単な構成で、異なる２方向から流体が侵入することを防止可能なシール構造、及び回転装置を提供する。【解決手段】本発明は、固定部１２０と回転体１１０との隙間を封止するシール構造１００であって、固定部１２０には、固定板１２３が設けられており、回転体１１０には、固定板１２３の端面１２４を囲む溝１１３が形成されており、溝１１３の第１側壁面１１３ａから固定板１２３の第１板面１２３ａに亘って封止する、内圧用シール１６０が設けられ、溝１１３の第１側壁面１１３ａと反対側の第２側壁面１１３ｂから固定板１２３の第２板面１２３ｂに亘って封止する、外圧用シール１７０が設けられたものである。【選択図】図２

Description

本発明は、固定部と可動部との隙間を封止するシール構造、及び当該シール構造を備える回転装置に関する。

回転動作や並進動作などの可動機構を有する装置には、可動側と固定側との間に生じる隙間を封止するとともに、可動側の動きに合わせて摺動可能なシール材が用いられている。例えば、特許文献１には、回転軸体と固定環との隙間に流れる潤滑液が隙間外部に侵入するのを防止しつつ回転動作に応じて摺動可能なシール構造に関する技術が開示されている。

また、可動機構を有する装置として、航空機やヘリコプター等に搭載する撮像用カメラを回転可能に保持するジンバル装置が広く用いられている。このようなジンバル装置では、シール構造として、可動側と固定側との隙間から雨などの浸水を防止するための外圧用シールと、結露を防止するため固定側に封入した窒素などの乾燥空気の漏れを防止するための内圧用シールとを備えている。

特開平０８−１６６０６５号公報

上述したジンバル装置のシール構造など、異なる２方向（内圧方向と外圧方向）からの流体の侵入を防止するシール構造は、例えば外圧用シールと内圧用シールとが同形状のシール材が使えるなど、より簡単な構成が望まれる。しかしながら、特許文献１では、回転軸と固定環との隙間から潤滑液が外部に漏れることを防止する構成が開示されているが、上述したジンバル装置のシール構造のような、異なる２方向からの流体の侵入を防止することについては何ら考慮されていなかった。

そこで、本発明の目的は、固定部と可動部との隙間を封止するシール構造において、簡単な構成で、異なる２方向から流体が侵入することを防止可能なシール構造、及び当該シール構造が組み込まれた回転装置を提供することにある。

本発明のシール構造は、固定部と可動部との隙間を封止するシール構造であって、前記固定部には、固定板が設けられており、前記可動部には、前記固定板の端面を囲む溝が形成されており、前記溝の第１側壁面から当該第１側壁面と相対する前記固定板の第１板面に亘って封止する、第１シールが設けられ、前記溝の第１側壁面と反対側の第２側壁面から当該第２側壁面と対向した前記固定板の第２板面に亘って封止する、第２シールが設けられたものである。

本発明の回転装置は、相対するように２つの固定板が設けられた固定部と、前記相対するように２つ設けられた前記固定板に挟持され、所定の回転軸として回転する回転体と、を備え、前記固定板には、前記回転軸を中心とした環状の開口部が形成され、前記回転体には、前記固定板の端面を囲む溝が形成されており、前記溝の第１側壁面から当該第１側壁面と対向した前記固定板の第１板面に亘って封止する、第１シールが設けられ、前記溝の第１側壁面と反対側の第２側壁面から当該第２側壁面と対向した前記固定板の第２板面に亘って封止する、第２シールが設けられたものである。
ものである。

本発明によれば、固定部と可動部との隙間を封止するシール構造において、簡単な構成で、異なる２方向から流体が侵入することを確実に防止することができる。なお、本発明により、当該効果の代わりに、又は当該効果とともに、他の効果が奏されてもよい。

図１（Ａ）は、第１の実施形態に係るシール構造が組み込まれた回転装置の外観斜視図であり、図１（Ｂ）は、当該回転装置の外観正面図である。 図２（Ａ）は、回転装置の内部構成を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、シール構造の構成を拡大視した断面図である。 図３は、比較例に係るシール構造の構成を拡大視した断面図である。 図４（Ａ）は回転体を下向きにした状態の回転装置の外観斜視図であり、図４（Ｂ）は組立分解時に回転体からカバーを外した状態の回転装置の外観斜視図である。 図５（Ａ）は回転体の幅寸法を変化させたときの開口部の内径の変化について説明するための断面図であり、図５（Ｂ）は、回転体とカバーとの取り付け構造について説明するための断面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、同様に説明されることが可能な要素については、同一の符号を付することにより重複説明が省略され得る。

説明は、以下の順序で行われる。
１．第１の実施形態
１．１．回転装置の構成
１．２．技術的特徴
１．３．比較例
１．４．効果
１．５．変形例
２．第２の実施形態
２．１．シール構造の構成
２．２．技術的特徴と効果
３．第３の実施形態
３．１．回転装置の構成
３．２．技術的特徴と効果

＜＜１．第１の実施形態＞＞
図１〜図５を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。

＜１．１．回転装置の構成＞
図１を参照して、第１の実施形態に係るシール構造が組み込まれた回転装置１の構成の例を説明する。図１（Ａ）は回転装置１の外観斜視図であり、図１（Ｂ）は回転装置１の外観正面図である。回転装置１は、例えば、航空機やヘリコプター等に搭載する撮像用カメラを回転可能に保持するジンバル装置であって、図１（Ａ）の矢印Ｒで示す方向に回転可能な回転体１１０と、回転体１１０を回転可能に支持する固定部１２０ａ、１２０ｂ（総称した場合、固定部１２０という。）と、固定部１２０を支持する支持部１３０と、支持部１３０を回転可能に支持する基台１４０と、を含む。

回転体１１０は、開口部１１０ａが形成された枠体であって、相対する固定部１２０ａ、１２０ｂによって挟持され、図１の回転軸Ａを中心として矢印Ｒの方向に回転する。また、回転体１１０は、固定部１２０ａ、１２０ｂによって挟持されない側面部が曲面形状であり、枠体の開口部１１０ａに半球形状のカバー１５１、１５２が取り付けられることで、矢印Ｒに沿って面一の曲面形状が形成される。また、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す例では、カバー１５１の中央には、例えばカメラの撮像面を露出するための窓１５１ａが設けられている。

固定部１２０ａ、１２０ｂは、上述したように回転体１１０を回転可能に保持するため、その内部に、後述する軸受１２１を有し、軸受１２１を介して回転体１１０と機械的に接続されている。また、固定部１２０ａ、１２０ｂは、結露を防止するため内部に、窒素などの乾燥空気が封入されている。

支持部１３０は、固定部１２０を支持する柱状部材であり、基台１４０に回転可能に支持されている。

基台１４０は、例えば当該回転装置１が航空機やヘリコプターなどに搭載される場合、航空機やヘリコプターと機械的に接続される接続構造を有する。

なお、回転装置１は上述した例に限られない。たとえば、支持部１３０が基台１４０に対して固定されていてもよい。

＜１．２．技術的特徴＞
次に、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を参照して、第１の実施形態に係る技術的特徴、すなわち、回転体１１０と固定部１２０との隙間を封止するシール構造１００について説明する。

図２は、回転装置１の内部構成、具体的には回転体１１０と固定部１２０ａとの接続部分を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示された接続部分のうち、シール構造１００の構成を拡大視した断面図である。なお、回転体１１０と固定部１２０ｂとの接続部分については、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示した構成を左右反転した同様の構造であるため、その説明を省略する。以下では、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を参照して、固定部１２０ａと回転体１１０との接続部分に注目して説明する。

固定部１２０ａは、図２（Ａ）に示すように、回転体１１０を回転可能に保持する１組２個の軸受１２１、１２１と、軸受１２１、１２１の外周側（固定部１２０ａ側）を固定する軸受固定部１２２とを有する。軸受１２１は、玉軸受が環状に配列したものであり、図２（Ａ）に示すように回転体１１０の回転軸Ａを挟んで玉軸受が対象に配置される。軸受固定部１２２は、軸受１２１を固定するため軸受１２１を囲む環形状の部材である。また、固定部１２０の軸受固定部１２２には、回転体１１０側の端部には回転軸Ａに向けて立設した固定板１２３が設けられている。

固定板１２３は、回転軸Ａを中心とした略円形状の開口部が形成され、具体的には後述するように、内圧方向と外圧方向とから流体が侵入することを防止する仕切板として機能する。さらに、固定板１２３の端面１２４は、後述するようにシール構造１００によって封止される。

回転体１１０は、枠本体１１１と、軸受１２１の内周側（回転側）に接続される軸受接続部１１２とが、ボルトなどの締結手段により一体化されたものである。また、回転体１１０は、枠本体１１１と軸受接続部１１２との接続部分に、固定板１２３の端面１２４を囲む溝１１３が形成されている。具体的に、溝１１３は、軸受接続部１１２側の第１側壁面１１３ａと、固定板１２３を挟んで第１側壁面１１３ａと対向する第２側壁面１１３ｂと、第１側壁面１１３ａと第２側壁面１１３ｂとの間を結ぶ溝底面部１１３ｃとから構成される。

以上のような構成において、固定部１２０に対して回転体１１０が回転可能な状態で、回転体１１０の溝１１３と固定板１２３との隙間を封止するため、シール構造１００は、内圧用シール１６０と、外圧用シール１７０とを備える。

内圧用シール１６０は、図２（Ｂ）の矢印Ｄ１で示す方向から、固定部１２０に封入した乾燥空気の圧力（内圧）を受け、回転体１１０の回転動作により摺動可能な環状のシール材である。具体的に、内圧用シール１６０は、図２（Ｂ）の矢印Ｄ１から内圧を受け、第１側壁面１１３ａから当該第１側壁面１１３ａと相対する固定板１２３の第１板面１２３ａに亘って封止する。

外圧用シール１７０は、図２（Ｂ）の矢印Ｄ２で示す方向から、回転体１１０と固定部１２０との隙間から侵入する液体などの圧力（外圧）を受け、回転体１１０の回転動作により摺動可能な環状のシール材である。具体的に、外圧用シール１７０は、図２（Ｂ）の矢印Ｄ２の方向から外圧を受け、第２側壁面１１３ｂから当該第２側壁面１１３ｂと相対する固定板１２３の第２板面１２３ｂに亘って封止する。

内圧用シール１６０及び外圧用シール１７０は、例えばオムニシール、リップシールなどのような気圧差などによってシール面が筐体面に押し付けられシールされる形状のものが用いられる。すなわち、内圧用シール１６０及び外圧用シール１７０は、圧力が作用する向きが内側か外側かによって圧力を受けるシールの向きが決まる形状のものである。

上述したように、シール構造１００は、固定板１２３を間に挟んで、圧力を受ける向きが同方向、すなわち回転軸Ａに向かう方向となるように、内圧用シール１６０及び外圧用シール１７０を並列に配置したものである。

＜１．３．比較例＞
図３を参照して、比較例に係るシール構造２００を説明する。図３は、比較例に係るシール構造２００の構成を拡大視した断面図である。図３に示す構成のうち、図２と同様の構成については、同様の符号を付して、その説明を省略する。

シール構造２００は、固定部１２０ａに封入した乾燥空気の漏れを防止するための内圧用シール２６０と、回転体１１０と固定部１２０との隙間から雨などの浸水を防止するための外圧用シール２７０と、を有するが、次の点で、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示したシール構造１００と異なる。つまり、内圧用シール２６０と外圧用シール２７０とが同一面、具体的には、固定板１２３の第２板面１２３ｂ上に共に配置される点で、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示したシール構造１００と異なる。

具体的に、内圧用シール２６０は、圧力を受ける向きが図３の矢印Ｄ２１で示す向きとなるように、第２側壁面１１３ｂから当該第２側壁面１１３ｂと相対する固定板１２３の第２板面１２３ｂに亘って封止する。また、外圧用シール２７０は、圧力を受ける向きが図３の矢印Ｄ２２で示す向きとなるように、第２側壁面１１３ｂから当該第２側壁面１１３ｂと相対する固定板１２３の第２板面１２３ｂに亘って封止する。このようにして内圧用シール２６０と外圧用シール２７０とを同一面に配置した場合には、内圧用シール２６０が圧力を受ける向きは回転軸Ａから離れる向きとなるのに対して、外圧用シール２７０が圧力を受ける向きは回転軸Ａに向かう向きとなる。

＜１．４．効果＞
次に、図４及び図５を参照して、比較例に係るシール構造２００と比較しながら本実施形態のシール構造１００に係る効果について説明する。図４（Ａ）は回転体を下向きにした状態の回転装置の外観斜視図であり、図４（Ｂ）は組立分解時に回転体からカバーを外した状態の回転装置の外観斜視図である。また、図５（Ａ）は回転体の幅寸法を変化させたときの開口部の内径の変化について説明するための断面図であり、図５（Ｂ）は、回転体とカバーとの取り付け構造について説明するための断面図である。

比較例に係るシール構造２００では、内圧用シール２６０の外径が、外圧用シール２７０と比べて小さい形状となるため、二種類の形状のシールが必要となる。特に、内圧用シール２６０及び外圧用シール２７０のような、回転動作に応じて摺動可能なシールは、一般的なＯリングのような固定用シールと異なり特殊な形状をしており、一つずつ切削加工が必要となるため、単価が高価であり、複数種類存在するとコスト高となってしまう。また、内圧用シール２６０と外圧用シール２７０とは、固定部１２０ａ、１２０ｂとで２組分必要となることから見ても、コスト高になることは明らかである。

また、比較例に係るシール構造２００では、上述したような内圧用シール２６０と外圧用シール２７０の配置関係から、カバー１５１、１５２に接する程度に外圧用シール２７０の外径が大きくなる場合がある。このような場合には、回転体１１０とカバー１５１、１５２の合わせ面の微小な隙間で、外圧用シール２７０のシール性能が弱くなってしまう。このため、図４（Ａ）に示すように回転体１１０を下に向けて図４（Ｂ）に示すようにカバー１５２を取り外した組立分解時では、外圧用シール２７０が回転体１１０の側面に全て覆われていないため、回転動作によって外圧用シール２７０がよれて噛み込むおそれがある。このような問題の対策として、例えば図５（Ａ）に示すように、回転体１１０の幅、すなわち、固定部１２０と接する側面部の幅をＬ１からＬ２（＞Ｌ１）に変更することにより外圧用シール２７０の外径よりも大きくした場合には、球体形状を維持しようとすると、回転体１１０の開口部１１０ａの内径をＨ１からＨ２（＜Ｈ１）に変更しなければならない。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、回転体１１０にカバー１５２を固定するねじ１８１とＯリングを内側に移動させる必要があるため、回転体１１０の内部（開口部１１０ａ）の空間が小さくなってしまう。

一方、本実施形態のシール構造１００では、固定板１２３を間に挟んで、圧力を受ける向きが同方向、すなわち回転軸Ａに向かう方向となるように、内圧用シール１６０及び外圧用シール１７０を並列に配置しているので、一種類の形状のシールを用いて内圧を受けるシールおよび外圧を受けるシールの両方を実現することができる。すなわち、シール構造を実現するために用いるシールが一種類のみとなるため、例えば比較例に係るシール構造２００と比べてコストダウンを図りながら、内圧方向と外圧方向との異なる２方向から流体が侵入することを確実に防止することができる。

また、本実施形態のシール構造１００では、上述した比較例に係るシール構造２００の外圧用シール２７０と比べて外圧用シール１７０の外径を小さくすることができる。このため、組立分解時に回転体１１０からカバー１５１、１５２を外した状態でも、外圧用シール１７０が回転体１１０の幅内に容易に収まるのでシール性能が向上し、回転動作時に外圧用シール１７０を噛み込むことも無いため、耐久性および信頼性が高い。さらに、シールは小径の方が低コストで製作することができ、コストダウンを図ることができる。

＜１．５．変形例＞
本実施形態の上述した例では、シール構造１００が左右両方の固定部１２０ａ、１２０ｂに存在するが、例えば、固定部１２０ａのみ、固定部１２０ｂのみなど、片側のみに存在してもよい。また、本実施形態に係るシール構造は、回転装置１だけでなく、例えば固定部に対して可動部が並進動作するような並進装置の固定側と可動側との隙間をシールすることにも適用可能である。

さらに、シール形状は、気圧差などによってシール面が筐体面に押し付けられてシールされる形状のものであれば、オムニシール及びリップシール以外のシール形状でもよい。

＜＜２．第２の実施形態＞＞
続いて、本発明の第２の実施形態を説明する。上述した第１の実施形態は、具体的な実施形態であるが、第２の実施形態は、より一般化された実施形態である。

＜２．１．シール構造の構成＞
第２の実施形態は、固定部と可動部との隙間を封止するシール構造であって、固定部には、固定板が設けられており、可動部には、固定板の端面を囲む溝が形成されており、溝の第１側壁面から当該第１側壁面と対向した固定板の第１板面に亘って封止する、第１シールが設けられ、溝の第１側壁面と反対側の第２側壁面から当該第２側壁面と対向した固定板の第２板面に亘って封止する、第２シールが設けられたものである。

＜２．２．技術的特徴と効果＞
第２の実施形態によれば、固定板を間に挟んで、圧力を受ける向きが同方向となるように、第１シール及び第２シールを並列に配置したシール構造となるため、例えば同一のシール形状からなるシールを用いることができるなど簡単な構成で、異なる２方向から流体が侵入することを確実に防止することができる。

＜＜３．第３の実施形態＞＞
続いて、本発明の第３の実施形態を説明する。上述した第１の実施形態は、具体的な実施形態であるが、第３の実施形態は、より一般化された実施形態である。

＜３．１．回転装置の構成＞
第２の実施形態は、相対するように２つの固定板が設けられた固定部と、相対するように２つ設けられた固定板に挟持され、所定の回転軸として回転する回転体と、を備える回転装置であって、固定板には、回転軸を中心とした環状の開口部が形成され、回転体には、固定板の端面を囲む溝が形成されており、溝の第１側壁面から当該第１側壁面と対向した固定板の第１板面に亘って封止する、第１シールが設けられ、溝の第１側壁面と反対側の第２側壁面から当該第２側壁面と対向した固定板の第２板面に亘って封止する、第２シールが設けられたものである。

＜３．２．技術的特徴と効果＞
第３の実施形態によれば、固定板を間に挟んで、圧力を受ける向きが同方向となるように、第１シール及び第２シールを並列に配置したシール構造となるため、例えば同一のシール形状からなるシールを用いることができるなど簡単な構成で、異なる２方向から流体が侵入することを確実に防止することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は例示にすぎないということ、及び、本発明のスコープ及び精神から逸脱することなく様々な変形が可能であるということは、当業者に理解されるであろう。

上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

（付記１）
固定部と可動部との隙間を封止するシール構造であって、
前記固定部には、固定板が設けられており、
前記可動部には、前記固定板の端面を囲む溝が形成されており、
前記溝の第１側壁面から当該第１側壁面と相対する前記固定板の第１板面に亘って封止する、第１シールが設けられ、
前記溝の第１側壁面と反対側の第２側壁面から当該第２側壁面と対向した前記固定板の第２板面に亘って封止する、第２シールが設けられた、シール構造。
（付記２）
前記第１シールと前記第２シールとは略同一形状である、付記１記載のシール構造。
（付記３）
前記固定部は、相対するように前記固定板が２つ設けられており、
前記可動部は、前記相対するように２つ設けられた前記固定板に挟持され、所定の回転軸として回転する回転体であり、
前記固定板には、前記端面に沿って、前記回転軸を中心とした環状の開口部が形成されている、付記１又は２記載のシール構造。
（付記４）
前記回転体は開口部が形成された枠体であり、
前記開口部を覆うカバーが設けられている、付記３記載のシール構造。
（付記５）
相対するように２つの固定板が設けられた固定部と、
前記相対するように２つ設けられた前記固定板に挟持され、所定の回転軸として回転する回転体と、を備え、
前記固定板には、前記回転軸を中心とした環状の開口部が形成され、
前記回転体には、前記固定板の端面を囲む溝が形成されており、
前記溝の第１側壁面から当該第１側壁面と対向した前記固定板の第１板面に亘って封止する、第１シールが設けられ、
前記溝の第１側壁面と反対側の第２側壁面から当該第２側壁面と対向した前記固定板の第２板面に亘って封止する、第２シールが設けられた、回転装置。

固定部と可動部との隙間を封止するシール構造において、簡単な構成で、異なる２方向から流体が侵入することを確実に防止することができる。

１ 回転装置
１００、２００ シール構造
１１０ 回転体
１１３ 溝
１１３ａ 第１側壁面
１１３ｂ 第２側壁面
１２０、１２０ａ、１２０ｂ 固定部
１２３ 固定板
１２３ａ 第１板面
１２３ｂ 第２板面
１２４ 端面
１６０、２６０ 内圧用シール
１７０、２７０ 外圧用シール

Claims (5)

1. 固定部と可動部との隙間を封止するシール構造であって、
   前記固定部には、固定板が設けられており、
   前記可動部には、前記固定板の端面を囲む溝が形成されており、
   前記溝の第１側壁面から当該第１側壁面と相対する前記固定板の第１板面に亘って封止する、第１シールが設けられ、
   前記溝の第１側壁面と反対側の第２側壁面から当該第２側壁面と対向した前記固定板の第２板面に亘って封止する、第２シールが設けられた、シール構造。
2. 前記第１シールと前記第２シールとは略同一形状である、請求項１記載のシール構造。
3. 前記固定部は、相対するように前記固定板が２つ設けられており、
   前記可動部は、前記相対するように２つ設けられた前記固定板に挟持され、所定の回転軸として回転する回転体であり、
   前記固定板には、前記端面に沿って、前記回転軸を中心とした環状の開口部が形成されている、請求項１又は２記載のシール構造。
4. 前記回転体は開口部が形成された枠体であり、
   前記開口部を覆うカバーが設けられている、請求項３記載のシール構造。
5. 相対するように２つの固定板が設けられた固定部と、
   前記相対するように２つ設けられた前記固定板に挟持され、所定の回転軸として回転する回転体と、を備え、
   前記固定板には、前記回転軸を中心とした環状の開口部が形成され、
   前記回転体には、前記固定板の端面を囲む溝が形成されており、
   前記溝の第１側壁面から当該第１側壁面と対向した前記固定板の第１板面に亘って封止する、第１シールが設けられ、
   前記溝の第１側壁面と反対側の第２側壁面から当該第２側壁面と対向した前記固定板の第２板面に亘って封止する、第２シールが設けられた、回転装置。