JP2018100733A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機器内部空間への異物の侵入をさらに低減することができる密封装置を提供する。【解決手段】機器内部空間の潤滑剤を機器内部空間に密封する密封装置は、相対回転する二部材のうちの内側の部材に固定される第１のシール部材８と、相対回転する二部材のうちの外側の部材の孔６の内面に固定され、第１のシール部材が摺動可能に接触する第２のシール部材１０とを備える。第１のシール部材は、内側の部材に固定されるスリーブ１２と、スリーブの大気側の端部に一体に連結されてその外側に放射状に広がるフランジ１４とを有する。フランジは、孔の大気側の端部よりも大気側に配置され、孔よりも大きな直径を有しており、孔の周囲の外側の部材の大気側の部分に重なる。【選択図】図１

Description

本発明は、相対回転する二部材を有する機器に用いられる密封装置に関する。

従来、この種の密封装置として、例えば特許文献１に記載されているように、相対回転する二部材の一方、例えば回転軸に固定されるスリンガと呼ばれる回転シール部材と、相対回転する二部材の他方、例えばハウジングの軸孔内面に固定される固定シール部材とを有する密封構造が知られている。このような密封装置は、機器内部空間の潤滑剤、例えばグリースを密封するために使用される。回転シール部材にはフランジが設けられ、このフランジが大気側から機器内部空間への泥およびダストの侵入を防止または低減するので、例えば、鉄道車両の台車、焼結パレットの台車、建設機械、トラックのトラニオン式サスペンション、農業機械のような泥またはダストの多い環境で使用される機器に、このような密封装置が用いられている。

特許第４９７８０７４号公報

この種の密封装置を有する機器については、機器内部空間への泥、泥水またはダストといった異物の侵入を可能な限り低減できることが望ましい。

そこで、本発明は、機器内部空間への異物の侵入をさらに低減することができる密封装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る密封装置は、相対回転する二部材のうちの内側の部材に固定される第１のシール部材と、相対回転する二部材のうちの外側の部材の孔の内面に固定され、前記第１のシール部材が摺動可能に接触する第２のシール部材とを備え、機器内部空間の潤滑剤を当該機器内部空間に密封する密封装置であって、前記第１のシール部材は、前記内側の部材に固定されるスリーブと、前記スリーブの大気側の端部に一体に連結されてその外側に放射状に広がるフランジとを有しており、前記フランジは、前記孔の大気側の端部よりも大気側に配置され、前記孔よりも大きな直径を有しており、前記孔の周囲の前記外側の部材の大気側の部分に重なることを特徴とする。

この密封装置においては、内側の部材に固定される第１のシール部材のフランジが孔の大気側の端部よりも大気側に配置され、孔よりも大きな直径を有しており、孔の周囲の外側の部材の大気側の部分を覆う。したがって、大気側から異物がフランジに向けて進行してきたとしても、フランジによって異物が跳ね返され、孔の内部への異物の侵入が大幅に低減される。

好ましくは、前記第１のシール部材の前記フランジは、弾性体から形成された弾性フランジ部を有し、前記弾性フランジ部は、前記孔よりも大きな直径を有しており、前記外側の部材の大気側の部分に重なり、前記弾性フランジ部の大気側と反対側の面には、前記弾性フランジ部よりも軟らかく、前記外側の部材に摺動可能に接触する多孔質部材が取り付けられている。この構成においては、多孔質部材がフランジと外側の部材の間に介在するため、異物が大気側から孔の内部に侵入しがたい。

好ましくは、前記第１のシール部材の前記フランジは、弾性体から形成された弾性フランジ部を有し、前記弾性フランジ部は、前記孔よりも大きな直径を有しており、前記外側の部材の大気側の部分に重なり、前記弾性フランジ部の大気側と反対側には、前記外側の部材に摺動可能に接触するリップ部が形成されていてもよい。この構成においては、フランジの弾性フランジ部の大気側と反対側の面に形成されたリップ部が外側の部材に摺動可能に接触するため、異物が大気側から孔の内部に侵入しがたい。

さらに好ましくは、前記弾性フランジ部の大気側と反対側の面には、潤滑剤を保持するための凹部が形成されており、前記リップ部が前記凹部の壁部をなす。この場合には、潤滑剤を保持するための凹部がリップ部の近傍に存在するため、異物の侵入がさらに抑制されるとともに、リップ部の摩耗が低減され、外側の部材からフランジに与えられるトルクが低減される。

好ましくは、前記第２のシール部材は、前記孔と同心に配置され、前記第１のシール部材の前記フランジに対して摺動可能に接触する円筒状の突起を有する。この構成においては、第２のシール部材の突起がフランジに対して摺動可能に接触するため、異物が大気側から孔の内部に侵入しがたい。

本発明においては、内側の部材に固定される第１のシール部材のフランジが孔の大気側の端部よりも大気側に配置され、孔よりも大きな直径を有しており、孔の周囲の外側の部材の大気側の部分を覆う。したがって、大気側から異物がフランジに向けて進行してきたとしても、フランジによって異物が跳ね返され、孔の内部ひいては機器内部空間への異物の侵入が大幅に低減される。

本発明の第１実施形態に係る密封装置の断面図である。 回転軸および軸孔に取り付ける前の図１の密封装置の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る密封装置の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る密封装置の断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施形態を説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る図であり、相対回転する二部材を有する機器に用いられる密封装置を示す。本明細書において、「回転」とは３６０°以上回る運動だけでなく、３６０°未満の範囲内で回る運動も含み、さらには３６０°未満の範囲内で一方向および逆方向に回る運動も含む。

この密封装置１は、回転軸（半径方向内側の部材）４と、この回転軸４が挿入されたハウジング（半径方向外側の部材）５の軸孔６の内面との間を封止して、機器内部空間Ｓから大気Ａ側へ流体が漏出するのを防止または低減させるものである。回転軸４は円柱状であり、軸孔６は断面円形であり、密封装置１はほぼ環状であるが、図１においては、軸孔６および密封装置１の左側部分のみが示されている。

密封装置１は、回転軸４に固定されて回転軸４と一体的に回転するスリンガと呼ばれる回転シール部材８と、軸孔６に固定される固定シール部材１０との組み合わせであるアセンブリである。回転シール部材８と固定シール部材１０は協働して潤滑剤を機器内部空間Ｓに密封する。回転シール部材８は、固定シール部材１０に嵌め合わせられており、密封装置１の軸線方向に沿って大きな力を与えると、その嵌め合わせが解除されて取り外されうる。

回転シール部材８は、回転軸４に固定されるスリーブ１２と、スリーブ１２の大気Ａ側の端部に一体に連結されてその外側に放射状に広がるフランジ１４とを有する。回転軸４とスリーブ１２の固定の方式は、限定されないが、例えば締まり嵌めであってよい。回転シール部材８は二重構造であって、弾性体、例えばエラストマーで形成された弾性環１６と、弾性環１６に密着し弾性環１６を補強する剛体、例えば金属製の補強環１８とを有する。

スリーブ１２は、弾性環１６の一部であって回転軸４に密着させられる内側円筒部１６ａと、補強環１８の一部であって内側円筒部１６ａの外周に固着された外側円筒部１８ａとを有する。フランジ１４は、弾性環１６の一部であって大気Ａ側に配置される弾性フランジ部１６ｂと、補強環１８の一部であって機器内部空間Ｓ側に配置され弾性フランジ部１６ｂに固着された剛性フランジ部１８ｂとを有する。

固定シール部材１０も二重構造であって、弾性体、例えばエラストマーで形成された弾性環２０と、弾性環２０を補強する剛体、例えば金属製の補強環２２とを有する。補強環２２は、その大部分が弾性環２０に埋設されており、弾性環２０に密着している。

固定シール部材１０の補強環２２は、軸孔６に同心に配置される円筒部分２２ａと、円筒部分２２ａよりも半径方向内側に配置され軸孔６に対する垂直面に配置される円板部分２２ｂと、円筒部分２２ａおよび円板部分２２ｂを連結する断面Ｕ字形の連結部分２２ｃとを有する。

固定シール部材１０の弾性環２０は、円筒部分２２ａの外側に配置される外側円筒体２０ａを有する。外側円筒体２０ａは、軸孔６に固定される外側シール部である。固定の方式は、限定されないが、例えば締まり嵌めであってよい。補強環２２は、弾性環２０の外側円筒体２０ａに半径方向外側に向かう力を与え、外側円筒体２０ａを軸孔６に強固に押圧する。但し、補強環２２は必ずしも不可欠ではない。

また、弾性環２０は、外側円筒体２０ａと同心の内側円筒体２０ｂを有する。内側円筒体２０ｂの周囲には、内側円筒体２０ｂを半径方向内側に圧縮するためのガータースプリング３０が巻かれている。内側円筒体２０ｂにはガータースプリング３０を受け入れる受け溝が形成されている。

固定シール部材１０の弾性環２０の内側円筒体２０ｂは、シールリップ部３６、ダストリップ部３８、およびダストリップ部４０を有する。シールリップ部３６は、内側円筒体２０ｂから内側に突出し、周方向に連続している突起である。シールリップ部３６は、回転シール部材８のスリーブ１２の外周面に密封接触し、機器内部空間Ｓから大気Ａ側への流体の漏れを防止または低減する。回転シール部材８が回転軸４とともに回転する時、スリーブ１２の外周面はシールリップ部３６に対して摺動する。上記のガータースプリング３０は、シールリップ部３６を回転軸４に押し付ける力をシールリップ部３６に与える。図１は、シールリップ部３６およびその他のリップ部が回転シール部材８に押し付けられて変形した状態を示す。

ダストリップ部３８，４０は、内側円筒体２０ｂから大気Ａ側かつ内側に斜めに延びている。ダストリップ部３８，４０の先端は、回転シール部材８のスリーブ１２の外周面に密封接触し、回転シール部材８が回転軸４とともに回転する時、スリーブ１２の外周面はダストリップ部３８，４０に対して摺動する。

さらに、固定シール部材１０の弾性環２０は、ダストリップ部４２を有する。ダストリップ部４２は、内側円筒体２０ｂの近傍から大気Ａ側に延びており、屈曲してさらに半径方向外側かつ大気Ａ側に斜めに延びる。ダストリップ部４２の先端は、回転シール部材８のフランジ１４の剛性フランジ部１８ｂに接触し、回転シール部材８が回転軸４とともに回転する時、剛性フランジ部１８ｂはダストリップ部４２に対して摺動する。

ダストリップ部３８，４０，４２は、主に大気Ａ側から機器内部空間Ｓ側への異物（泥、泥水およびダスト）の侵入を防止する役割を担う。但し、ダストリップ部３８，４０，４２は、機器内部空間Ｓ側から大気Ａ側への潤滑剤の流出を防止してもよい。

この実施形態において、回転シール部材８のフランジ１４の弾性フランジ部１６ｂは、軸孔６よりも大きな直径を有しており、軸孔６の周囲のハウジング５の大気Ａ側の部分に重なる。剛性フランジ部１８ｂは、軸孔６よりも小さな直径を有するが、剛性フランジ部１８ｂも軸孔６よりも大きな直径を有し、軸孔６の周囲のハウジング５の大気Ａ側の部分に重なっていてもよい。フランジ１４の外端縁がハウジング５の大気Ａ側の部分を覆うため、大気Ａ側から異物がフランジ１４に向けて進行してきたとしても、フランジ１４によって異物が跳ね返され、軸孔６の内部ひいては機器内部空間Ｓへの異物の侵入が大幅に低減される。

不可欠ではないが、この実施形態においては、弾性フランジ部１６ｂの大気Ａ側と反対側の面には、多孔質部材４６が取り付けられ、多孔質部材４６が軸孔６の周囲のハウジング５の大気Ａ側の部分に摺動可能に接触する。多孔質部材４６は、フランジ１４の外端縁に取り付けられた円環である。多孔質部材４６がフランジ１４の外端縁とハウジング５の間に介在するため、異物が大気Ａ側から軸孔６の内部に侵入しがたい。

多孔質部材４６は、弾性環１６の材料よりも軟らかい不織布（フェルト）、スポンジ、発泡樹脂、または発泡ゴムである。多孔質部材４６は、弾性フランジ部１６ｂに対して、接着剤で接着してもよいし、材料の架橋によって接合してもよい。あるいは、弾性環１６の成型時に弾性環１６の材料であるエラストマーの一部が多孔質部材４６に浸透することによって、多孔質部材４６が弾性フランジ部１６ｂに接合されてもよい。

図２に示すように、密封装置１を回転軸４および軸孔６に取り付ける前には、多孔質部材４６は大きな厚さを有しており、図１に示すように密封装置１を回転軸４および軸孔６に取り付けると、多孔質部材４６は多孔質部材４６がフランジ１４の外端縁とハウジング５の間で圧縮され、ハウジング５に密封接触する。したがって、多孔質部材４６がかなり磨滅するまで、軸孔６の周囲のハウジング５の大気Ａ側の部分と、回転シール部材８の間には隙間が生ぜず、異物の侵入が防止される。

この実施形態においては、単一の多孔質部材４６が設けられているが、多孔質部材４６の数は限定されず、複数の多孔質部材４６を設けてもよい。

不可欠ではないが、この実施形態においては、固定シール部材１０の弾性環２０は、軸孔６と同心に配置された円筒状の突起４４を有する。突起４４は、弾性環２０の外側円筒体２０ａの半径方向内側に存在して、外側円筒体２０ａと並行に延びる。突起４４の先端は、回転シール部材８のフランジ１４に接触し、回転シール部材８が回転軸４とともに回転する時、フランジ１４はダストリップ部４２に対して摺動する。この実施形態においては、固定シール部材１０の突起４４がフランジ１４に対して摺動可能に接触するため、異物が大気Ａ側から軸孔６の内部に侵入しがたい。このように、突起４４は、大気Ａ側から機器内部空間Ｓ側への異物の侵入を防止する役割を担う。

以上のように、密封装置１では、大気Ａ側から機器内部空間Ｓへの異物の侵入を防止または低減するための各種の方策が施されている。したがって、密封装置１は、例えば、鉄道車両の台車、焼結パレットの台車、建設機械、トラックのトラニオン式サスペンション、農業機械（耕耘機、トラクタ、田植機など）のような泥またはダストの多い環境で利用される機器でも、好適に密封機能を発揮する。但し、密封装置１の用途は、そのような機器に限定されず、他の機器であってもよい。

多孔質部材４６には、潤滑剤（すなわちオイルまたはグリース）を浸み込ませてもよい。この場合には、多孔質部材４６の耐摩耗性が向上するとともに、異物、特に泥水が大気Ａ側から機器内部空間Ｓ側に侵入するのをさらに防止することができる。

シールリップ部３６とダストリップ部３８の間の空間５０（図１参照）、ダストリップ部３８，４０の間の空間５２、およびダストリップ部４０，４２の間の空間５４に潤滑剤を配置してもよい。この場合には、これらのリップ部の耐摩耗性が向上する。

第２実施形態
図３は、本発明の第２実施形態に係る密封装置６１を示す。図３において、第１実施形態と共通する構成要素を示すため、同一の符号が使用され、それらの構成要素については詳細には説明しない。

密封装置６１は、第１実施形態の回転シール部材８と異なる回転シール部材６８を有する。第１実施形態の回転シール部材８と同様に、回転シール部材６８は、回転軸４に固定されるスリーブ１２と、スリーブ１２の大気Ａ側の端部に一体に連結されてその外側に放射状に広がるフランジ１４とを有する。また、回転シール部材６８は二重構造であって、弾性環１６と、補強環１８とを有する。

第１実施形態の回転シール部材８と同様に、回転シール部材６８のフランジ１４の弾性フランジ部１６ｂは、軸孔６よりも大きな直径を有しており、軸孔６の周囲のハウジング５の大気Ａ側の部分に重なる。剛性フランジ部１８ｂは、軸孔６よりも小さな直径を有するが、剛性フランジ部１８ｂも軸孔６よりも大きな直径を有し、軸孔６の周囲のハウジング５の大気Ａ側の部分に重なっていてもよい。フランジ１４の外端縁がハウジング５の大気Ａ側の部分を覆うため、大気Ａ側から異物がフランジ１４に向けて進行してきたとしても、フランジ１４によって異物が跳ね返され、軸孔６の内部ひいては機器内部空間Ｓへの異物の侵入が大幅に低減される。

この実施形態では、多孔質部材４６が設けられず、その代わりに、フランジ１４の弾性フランジ部１６ｂの大気Ａ側と反対側の面には、外縁リップ部７０が形成されている。外縁リップ部７０は、円環であって、弾性フランジ部１６ｂの外縁から半径方向外側かつ機器内部空間Ｓ側に斜めに延び、その先端が軸孔６の周囲のハウジング５の大気Ａ側の部分に摺動可能に接触する。図３は、外縁リップ部７０がハウジング５に接触して変形した状態を示す。外縁リップ部７０がハウジング５に密封接触するように、外縁リップ部７０の寸法が定められている。この外縁リップ部７０のため、異物が大気Ａ側から軸孔６の内部に侵入しがたい。

弾性フランジ部１６ｂの大気Ａ側と反対側の面には、潤滑剤を保持するための凹部７２が形成されている。外縁リップ部７０が凹部７２の壁部をなす。このように、潤滑剤を保持するための凹部７２が外縁リップ部７０の近傍に存在するため、異物の侵入がさらに抑制されるとともに、外縁リップ部７０の摩耗が低減され、ハウジング５からフランジ１４に与えられるトルクが低減される。

この実施形態においては、単一の外縁リップ部７０が設けられているが、このようなリップ部の数は限定されない。

第３実施形態
図４は、本発明の第３実施形態に係る密封装置８１を示す。図４において、第１実施形態と共通する構成要素を示すため、同一の符号が使用され、それらの構成要素については詳細には説明しない。

密封装置８１は、第１実施形態の回転シール部材８と異なる回転シール部材８８を有する。第１実施形態の回転シール部材８と同様に、回転シール部材８８は、回転軸４に固定されるスリーブ１２と、スリーブ１２の大気Ａ側の端部に一体に連結されてその外側に放射状に広がるフランジ１４とを有する。また、回転シール部材８８は二重構造であって、弾性環１６と、補強環１８とを有する。

第１実施形態の回転シール部材８と同様に、回転シール部材８８のフランジ１４の弾性フランジ部１６ｂは、軸孔６よりも大きな直径を有しており、軸孔６の周囲のハウジング５の大気Ａ側の部分に重なる。剛性フランジ部１８ｂは、軸孔６よりも小さな直径を有するが、剛性フランジ部１８ｂも軸孔６よりも大きな直径を有し、軸孔６の周囲のハウジング５の大気Ａ側の部分に重なっていてもよい。フランジ１４の外端縁がハウジング５の大気Ａ側の部分を覆うため、大気Ａ側から異物がフランジ１４に向けて進行してきたとしても、フランジ１４によって異物が跳ね返され、軸孔６の内部ひいては機器内部空間Ｓへの異物の侵入が大幅に低減される。

この実施形態では、多孔質部材４６が設けられず、その代わりに、フランジ１４の弾性フランジ部１６ｂの大気Ａ側と反対側には、外縁リップ部９０が形成されている。外縁リップ部９０は、円環であって、弾性フランジ部１６ｂの外縁から機器内部空間Ｓ側に軸孔６と同心に延びる。外縁リップ部９０の外周には、機器内部空間Ｓ側ほど直径が小さくなるテーパ面９２が形成されている。

軸孔６の周囲のハウジング５の大気Ａ側の部分には、機器内部空間Ｓ側ほど直径が小さくなるテーパ面９３が形成されている。フランジ１４の外縁リップ部９０のテーパ面９２は、ハウジング５のテーパ面９３に摺動可能に面接触する。図４は、外縁リップ部９０がハウジング５に接触して変形した状態を示す。外縁リップ部９０がハウジング５に密封接触するように、外縁リップ部９０の寸法が定められている。この外縁リップ部９０のため、異物が大気Ａ側から軸孔６の内部に侵入しがたい。

外縁リップ部９０と突起４４の間の空間９４に潤滑剤を配置してもよい。この場合には、外縁リップ部９０と突起４４の耐摩耗性が向上するとともに、ハウジング５からフランジ１４に与えられるトルクが低減される。

この実施形態の回転シール部材８８に、さらに第２実施形態の外縁リップ部７０を設けてもよい。

他の変形
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。
例えば、固定シール部材１０のリップ部の形状および数は、上記のものに限定されない。

上記実施形態では、軸４が回転軸であり、軸孔６を有するハウジングが静止部材である。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、互いに相対回転する二部材の間の密封に適用されうる。例えば軸４（およびシール部材８）が静止し、ハウジング（およびシール部材１０）がその周囲を回転してもよいし、軸４もハウジングも回転してもよい。

Ａ 大気
Ｓ 機器内部空間
１，６１，８１ 密封装置
４ 回転軸（内側の部材）
５ ハウジング（外側の部材）
６ 軸孔（孔）
８，６８，８８ 回転シール部材（第１のシール部材）
１０ 固定シール部材（第２のシール部材）
１２ スリーブ
１４ フランジ
１６ 弾性環
１８ 補強環
１６ａ 内側円筒部
１６ｂ 弾性フランジ部
１８ａ 外側円筒部
１８ｂ 剛性フランジ部
２０ 弾性環
２０ａ 外側円筒体
２０ｂ 内側円筒体
２２ 補強環
２２ａ 円筒部分
２２ｂ 円板部分
２２ｃ 連結部分
３０ ガータースプリング
３６ シールリップ部
３８，４０，４２ ダストリップ部
４４ 突起
４６ 多孔質部材
５０，５２，５４，９４ 空間
７０，９０ 外縁リップ部
７２ 凹部
９２ テーパ面
９３ テーパ面

Claims (5)

1. 相対回転する二部材のうちの内側の部材に固定される第１のシール部材と、
   相対回転する二部材のうちの外側の部材の孔の内面に固定され、前記第１のシール部材が摺動可能に接触する第２のシール部材とを備え、
   機器内部空間の潤滑剤を当該機器内部空間に密封する密封装置であって、
   前記第１のシール部材は、
   前記内側の部材に固定されるスリーブと、
   前記スリーブの大気側の端部に一体に連結されてその外側に放射状に広がるフランジとを有しており、
   前記フランジは、前記孔の大気側の端部よりも大気側に配置され、前記孔よりも大きな直径を有しており、前記孔の周囲の前記外側の部材の大気側の部分に重なることを特徴とする密封装置。
2. 前記第１のシール部材の前記フランジは、弾性体から形成された弾性フランジ部を有し、
   前記弾性フランジ部は、前記孔よりも大きな直径を有しており、前記外側の部材の大気側の部分に重なり、
   前記弾性フランジ部の大気側と反対側の面には、前記弾性フランジ部よりも軟らかく、前記外側の部材に摺動可能に接触する多孔質部材が取り付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. 前記第１のシール部材の前記フランジは、弾性体から形成された弾性フランジ部を有し、
   前記弾性フランジ部は、前記孔よりも大きな直径を有しており、前記外側の部材の大気側の部分に重なり、
   前記弾性フランジ部の大気側と反対側には、前記外側の部材に摺動可能に接触するリップ部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。
4. 前記弾性フランジ部の大気側と反対側の面には、潤滑剤を保持するための凹部が形成されており、前記リップ部が前記凹部の壁部をなすことを特徴とする請求項３に記載の密封装置。
5. 前記第２のシール部材は、前記孔と同心に配置され、前記第１のシール部材の前記フランジに対して摺動可能に接触する円筒状の突起を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の密封装置。

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