JP2018155314A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】泥水等の侵入によるシール性の低下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】回転環ユニット１００は、回転軸５００に固定される内周側円筒部１１１を有する環状部材１１０と、環状部材１１０に対して固定される回転環１３０と、を備えており、固定環ユニット２００は、ハウジング６００の軸孔に固定される補強環２１０と、回転環１３０の端面に対して摺動自在に設けられる固定環２３０と、一端側が補強環２１０に設けられた内向きフランジ部２１２に固定され、他端側が固定環２３０に固定されており、固定環２３０を回転環１３０に向けて押圧する環状弾性体２２０と、を備えると共に、環状部材１１０における内周側円筒部１１１の端部には、固定環２３０よりも補強環２１０の内向きフランジ部２１２側に位置する大気側外向きフランジ部１１４が設けられていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、回転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。

回転軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置として、回転軸に対して設けられる回転環の端面と、ハウジングに対して設けられる固定環の端面とが摺動するように構成される密封装置が知られている。このような技術においては、回転環の端面と固定環の端面との間に異物が侵入してしまうと、摺動摩耗が促進され易く、また、シール性が低下してしまうおそれがある。従って、当該密封装置が泥水等の飛散する環境下で用いられる場合には、回転環の端面と固定環の端面との間に泥水等が侵入してしまい、シール性が低下してしまうおそれがある。

国際公開第２０１４／１７３４９５号

本発明の目的は、泥水等の侵入によるシール性の低下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、
回転軸と、該回転軸が挿通される軸孔を有する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、
前記回転軸に対して設けられる回転環ユニットと、
前記ハウジングに対して設けられる固定環ユニットと、
を備える密封装置において、
前記回転環ユニットは、
前記回転軸に固定される円筒部を有する環状部材と、
前記環状部材に対して固定される回転環と、
を備えており、
前記固定環ユニットは、
前記ハウジングの軸孔に固定される補強環と、
前記回転環の端面に対して摺動自在に設けられる固定環と、
一端側が前記補強環に設けられた内向きフランジ部に固定され、他端側が前記固定環に固定されており、該固定環を前記回転環に向けて押圧する環状弾性体と、
を備えると共に、
前記環状部材における前記円筒部の端部には、前記固定環よりも前記補強環の内向きフランジ部側に位置する外向きフランジ部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、固定環ユニットに備えられる補強環には内向きフランジ部が設けられており、回転環ユニットに備えられる環状部材には外向きフランジ部が設けられている。これらにより、いわゆるラビリンスシール構造が形成されることにより、泥水等が回転環と固定環との摺動部に向けて侵入してしまうことが抑制される。

前記環状弾性体は、径方向に突出する山部及び径方向に凹む谷部のうちの少なくともいずれか一つを有する、軸線方向に伸縮可能な伸縮部を備えているとよい。

これにより、環状弾性体の伸縮部によって、固定環を回転環に向けて安定的に押圧させることができる。

前記固定環における内周面と外周面との間の中心を通る仮想円柱面は、前記伸縮部における前記内向きフランジ部側の端部の径方向の範囲内に位置し、かつ前記伸縮部における前記固定環側の端部の径方向の範囲内に位置するとよい。

これにより、伸縮部が異常に変形してしまうことを抑制することができ、環状弾性体の伸縮部によって、固定環を回転環に向けて、より一層安定的に押圧させることができる。

前記環状弾性体は、前記内向きフランジ部側の端部から、前記外向きフランジ部よりも軸線方向において前記内向きフランジ部側の位置で、前記回転軸の表面に向かって伸び、かつ該表面には接しない位置まで伸びる外側環状リップを備えているとよい。

これにより、より一層経路が複雑なラビリンスシール構造を形成させることができ、泥水等の侵入をより抑制することができる。

前記環状弾性体は、前記固定環側の端部から前記外向きフランジ部の先端に向かって伸び、かつ該外向きフランジ部の先端には接しない位置まで伸びる内側環状リップを備えているとよい。

これにより、より一層経路が複雑なラビリンスシール構造を形成させることができ、泥水等の侵入をより抑制することができる。

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、本発明によれば、泥水等の侵入によるシール性の低下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模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係る密封構造を示す模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係る密封装置における固定環ユニットの模式的断面図である。 図４は本発明の実施例に係る回転環の側面図の一部である。 図５は本発明の実施例に係る環状弾性体における伸縮部の変形例を示す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５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。図１は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、一部の部材を除き略回転対称形状であり、図１においては、密封装置を、その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密封構造を示す模式的断面図である。なお、図２中の密封装置については、図１と同様に、密封装置を、その中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図３は本発明の実施例に係る密封装置における固定環ユニットの模式的断面図である。なお、図３においては、固定環ユニットを、その中心軸線を含む面で切断した切断面の図を示しており、奥行き線は省略している。図４は本発明の実施例に係る回転環の側面図の一部である。なお、図４においては、側面図中のＡＡ断面図も図中丸の中に示している。図５は本発明の実施例に係る環状弾性体における伸縮部の変形例を示す模式的断面図である。

＜密封装置の全体構成＞
本実施例に係る密封装置１０の全体構成について説明する。本実施例に係る密封装置１０は、回転軸５００と、回転軸５００が挿通される軸孔を有するハウジング６００との間の環状隙間を封止するために用いられる。本実施例においては、図２において、図中左側が、密封対象流体（油など）が密封された密封領域側（Ｏ）であり、図中右側が密封領域側（Ｏ）とは反対側の大気側（Ａ）である。

本実施例に係る密封装置１０は、回転軸５００に対して設けられる回転環ユニット１００と、ハウジング６００に対して設けられる固定環ユニット２００とを備えている。回転環ユニット１００は、回転軸５００と共に回転するように構成されている。

そして、回転環ユニット１００は、金属製の環状部材１１０と、この環状部材１１０に対して固定される回転環１３０と、環状部材１１０に設けられ、回転環１３０を環状部材１１０に嵌合固定し易くするための弾性体製の被嵌合部材１２０とを備えている。環状部材１１０は、回転軸５００の外周面に固定される内周面側円筒部１１１と、内周面側円筒部１１１における密封領域側（Ｏ）の端部に設けられる密封領域側外向きフランジ部１１２と、密封領域側外向きフランジ部１１２の先端に設けられる外周面側円筒部１１３とを有している。なお、内周面側円筒部１１１と外周面側円筒部１１３は、密封領域側外向きフランジ部１１２の各端部から同じ方向（大気側（Ａ）の方向）に向かって伸びるように構成されている。

また、環状部材１１０における内周面側円筒部１１１の大気側（Ａ）の端部にも、大気側外向きフランジ部１１４が設けられている。

被嵌合部材１２０は、ゴムなどの弾性体により構成される。そして、被嵌合部材１２０は、環状部材１１０の外周面側円筒部１１３の内周面に固定される円筒部１２１と、円筒部１２１の密封領域側（Ｏ）の端部に設けられる内向きフランジ部１２２と、円筒部１２１の大気側（Ａ）の端部に設けられる外向きフランジ部１２３とを備えている。内向きフランジ部１２２は環状部材１１０における密封領域側外向きフランジ部１１２に密着した状態で固定され、外向きフランジ部１２３は環状部材１１０における外周面側円筒部１１３の先端面に密着した状態で固定されている。

回転環１３０は、環状部材１１０に固定された被嵌合部材１２０における内向きフランジ部１２２に突き当たる位置まで挿入され、回転環１３０における外周面が被嵌合部材１２０における円筒部１２１の内周面に密着した状態で嵌合固定される。また、回転環１３０は、環状部材１１０における内周面側円筒部１１１の外周面との間に環状の隙間を空けた状態で、環状部材１１０に対して固定されている。なお、回転環１３０は、金属や樹脂（例えばＰＰＳ）などの剛性の高い材料により構成されている。

固定環ユニット２００は、ハウジング６００の軸孔に固定される補強環２１０と、回転環１３０の端面に対して摺動自在に設けられる固定環２３０と、固定環２３０を回転環１３０に向けて押圧する環状弾性体２２０とを備えている。この環状弾性体２２０は、一端側が補強環２１０に固定され、他端側が固定環２３０に固定されている。補強環２１０は、ハウジング６００の軸孔の内周面に嵌合により固定される円筒部２１１と、円筒部２１１の大気側（Ａ）の端部に設けられる内向きフランジ部２１２とを備えている。

環状弾性体２２０は、ゴムなどの弾性体により構成される。環状弾性体２２０は、伸縮部２２１と、外側環状リップ２２２と、内側環状リップ２２３とを一体に備えている。この環状弾性体２２０は、補強環２１０に一体成形されている。すなわち、補強環２１０をインサート部品として、インサート成形することにより環状弾性体２２０を設けることができる。

固定環２３０は、環状部材１１０における内周面側円筒部１１１の外周面との間に環状の隙間を空けた状態で環状弾性体２２０に固定されている。なお、固定環２３０は、金属や樹脂（例えばＰＰＳ）などの剛性の高い材料により構成されている。

また、回転環１３０における固定環２３０に対する摺動面には、回転環１３０の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝１３１が複数設けられている（図４参照）。つまり、回転環ユニット１００が回転すると、動圧発生用溝１３１による動圧によって、固定環２３０は、環状弾性体２２０による押圧力に抗して、回転環１３０から離れる方向に移動する。なお、回転環１３０における固定環２３０に対する摺動面は、回転環１３０における固定環２３０側（大気側（Ａ））の端面である。また、固定環２３０における回転環１３０に対する摺動面は、固定環２３０における回転環１３０側（密封領域側（Ｏ））の端面である。

ここで、動圧発生用溝１３１については、回転環１３０の回転によって、回転環１３０と固定環２３０との間の隙間に動圧を発生させる溝であれば、適宜、公知技術を採用することができる。本実施例では、図４中のＡＡ断面図に示すように、動圧発生用溝１３１は、その溝底が滑らかな湾曲面で構成されている。また、回転環１３０は、図４中時計回り方向に回転するように構成されており、動圧発生用溝１３１は、回転方向の上流側に溝底の深い部分が偏るように構成されている。以上のように構成される動圧発生用溝１３１によって、回転環１３０が回転すると、流体（本実施例の場合には、気体または油）が図４中の矢印Ｆ方向に流れる。これにより、回転環１３０の摺動面と固定環２３０の摺動面とを離間させる方向の力が生じる。なお、回転環１３０の摺動面と固定環２３０の摺動面とが離間していても、これらの隙間においては、動圧発生用溝１３１によって、流体の周方向の流れが生じているため、密封対象流体が大気側（Ａ）に漏れてしまうことはない。

なお、本実施例においては、回転環１３０に動圧発生用溝１３１を設ける場合を例にして説明した。しかしながら、固定環２３０における回転環１３０に対する摺動面に、回転環１３０の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝を設けてもよい。また、動圧発生用溝は、回転環１３０と固定環２３０の摺動面の双方に設けてもよい。

＜伸縮部付近の詳細構造＞
固定環ユニット２００における環状弾性体２２０の伸縮部２２１付近の詳細構造について説明する。

＜＜ラビリンスシール構造＞＞
本実施例に係る密封装置１０においては、伸縮部２２１付近に、いわゆるラビリンスシール構造が形成されている。このラビリンスシール構造について、以下に説明する。

上記の通り、回転環ユニット１００における環状部材１１０の内周面側円筒部１１１には、大気側外向きフランジ部１１４が設けられている。この大気側外向きフランジ部１１４は、固定環２３０よりも固定環ユニット２００における補強環２１０の内向きフランジ部２１２側に位置するように構成されている。

また、固定環ユニット２００における環状弾性体２２０には、上記の通り、外側環状リップ２２２が設けられている。この外側環状リップ２２２は、環状弾性体２２０において、補強環２１０の内向きフランジ部２１２側の端部から、環状部材１１０の大気側外向きフランジ部１１４よりも軸線方向において内向きフランジ部２１２側の位置で、回転軸５００の表面に向かって伸び、かつ、この表面には接しない位置まで伸びるように構成されている。

更に、固定環ユニット２００における環状弾性体２２０には、上記の通り、内側環状リップ２２３が設けられている。この内側環状リップ２２３は、環状弾性体２２０において、固定環２３０側の端部から環状部材１１０の大気側外向きフランジ部１１４の先端に向かって伸び、かつ、この大気側外向きフランジ部１１４の先端には接しない位置まで伸びるように構成されている。

以上の構成により、大気側（Ａ）から回転環１３０と固定環２３０との摺動部に至るまでには、複雑な経路が形成され、いわゆるラビリンスシール構造が形成される。これにより、大気側（Ａ）から、泥水等が回転環１３０と固定環２３０との摺動部に侵入してしまうことが抑制される。なお、外側環状リップ２２２と内側環状リップ２２３のうちのいずれか一方のみが設けられ、他方が設けられない場合でも、ある程度、複雑な経路が形成されるため、ラビリンスシール構造を形成させることができる。また、外側環状リップ２２２と内側環状リップ２２３の両者が設けられない場合でも、ある程度、複雑な経路が形成されるため、ラビリンスシール構造を形成させることができる。

＜＜伸縮部による押圧構造＞＞
本実施例に係る環状弾性体２２０の伸縮部２２１による押圧構造について、より詳細に説明する。本実施例に係る伸縮部２２１は、径方向に突出する山部が１箇所設けられた構成である。これにより、伸縮部２２１は、軸線方向に伸縮可能となっている。なお、本発明における伸縮部は、このような構成に限らず、径方向に突出する山部及び径方向に凹む谷部のうちの少なくともいずれか一つを有すればよい。これにより、伸縮部は、軸線方向に伸縮可能となる。例えば、図５に示す変形例に係る伸縮部２２１ａにおいては、２つの山部と、これら２つの山部の間に設けられる一つの谷部とを備えている。このような伸縮部２２１ａを採用してもよい。

次に、特に、図３を参照して、伸縮部２２１と固定環２３０との配置関係について説明する。固定環２３０における内周面と外周面との間の中心を通る仮想円柱面は、伸縮部２２１における内向きフランジ部２１２側の端部の径方向の範囲Ｓ１内に位置し、かつ伸縮部２２１における固定環２３０側の端部の径方向の範囲Ｓ２内に位置するように構成されている。なお、図３中、一点鎖線Ｃは、固定環２３０における内周面と外周面との間の中心を通る仮想円柱面の位置に相当する。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
本実施例に係る密封装置１０によれば、大気側（Ａ）から回転環１３０と固定環２３０との摺動部に至るまでには、複雑な経路が形成され、いわゆるラビリンスシール構造が形
成されている。従って、泥水等が回転環１３０と固定環２３０との摺動部に向けて侵入してしまうことが抑制される。

また、環状弾性体２２０は、径方向に突出する山部及び径方向に凹む谷部のうちの少なくともいずれか一つを有する、軸線方向に伸縮可能な伸縮部２２１を備えている。これにより、環状弾性体２２０の伸縮部２２１によって、固定環２３０を回転環１３０に向けて安定的に押圧させることができる。更に、固定環２３０における内周面と外周面との間の中心を通る仮想円柱面は、伸縮部２２１における内向きフランジ部２１２側の端部の径方向の範囲Ｓ１内に位置し、かつ伸縮部２２１における固定環２３０側の端部の径方向の範囲Ｓ２内に位置するように構成されている。従って、伸縮部２２１に対しては、両側から軸線方向に圧縮される力が加わるものの、伸縮部２２１が異常に変形してしまうことを抑制することができる。従って、環状弾性体２２０の伸縮部２２１によって、固定環２３０を回転環１３０に向けて、より一層安定的に押圧させることができる。

１０ 密封装置
１００ 回転環ユニット
１１０ 環状部材
１１１ 内周面側円筒部
１１２ 密封領域側外向きフランジ部
１１３ 外周面側円筒部
１１４ 大気側外向きフランジ部
１２０ 被嵌合部材
１２１ 円筒部
１２２ 内向きフランジ部
１２３ 外向きフランジ部
１３０ 回転環
１３１ 動圧発生用溝
２００ 固定環ユニット
２１０ 補強環
２１１ 円筒部
２１２ 内向きフランジ部
２２０ 環状弾性体
２２１，２２１ａ 伸縮部
２２２ 外側環状リップ
２２３ 内側環状リップ
２３０ 固定環
５００ 回転軸
６００ ハウジング

Claims (5)

1. 回転軸と、該回転軸が挿通される軸孔を有する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、
   前記回転軸に対して設けられる回転環ユニットと、
   前記ハウジングに対して設けられる固定環ユニットと、
   を備える密封装置において、
   前記回転環ユニットは、
   前記回転軸に固定される円筒部を有する環状部材と、
   前記環状部材に対して固定される回転環と、
   を備えており、
   前記固定環ユニットは、
   前記ハウジングの軸孔に固定される補強環と、
   前記回転環の端面に対して摺動自在に設けられる固定環と、
   一端側が前記補強環に設けられた内向きフランジ部に固定され、他端側が前記固定環に固定されており、該固定環を前記回転環に向けて押圧する環状弾性体と、
   を備えると共に、
   前記環状部材における前記円筒部の端部には、前記固定環よりも前記補強環の内向きフランジ部側に位置する外向きフランジ部が設けられていることを特徴とする密封装置。
2. 前記環状弾性体は、径方向に突出する山部及び径方向に凹む谷部のうちの少なくともいずれか一つを有する、軸線方向に伸縮可能な伸縮部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記固定環における内周面と外周面との間の中心を通る仮想円柱面は、前記伸縮部における前記内向きフランジ部側の端部の径方向の範囲内に位置し、かつ前記伸縮部における前記固定環側の端部の径方向の範囲内に位置することを特徴とする請求項２に記載の密封装置。
4. 前記環状弾性体は、前記内向きフランジ部側の端部から、前記外向きフランジ部よりも軸線方向において前記内向きフランジ部側の位置で、前記回転軸の表面に向かって伸び、かつ該表面には接しない位置まで伸びる外側環状リップを備えてい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. 前記環状弾性体は、前記固定環側の端部から前記外向きフランジ部の先端に向かって伸び、かつ該外向きフランジ部の先端には接しない位置まで伸びる内側環状リップを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の密封装置。