JP2020067106A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低速回転時においても、グリースの大気側への漏出を低減させる密封装置を提供する。【解決手段】密封装置１は、ハウジング２とハウジングの孔２Ａ内の回転体４との間の隙間を封止し、ハウジングの内部空間と大気側を隔てる。密封装置は、ハウジングに取り付けの固定シール部材１０と、回転体に取り付けの回転シール部材２０を有し、回転シール部材は、回転体に締まり嵌めの内側円筒部２１と、内側円筒部に重なる外側円筒部２２と、内側円筒部と外側円筒部よりも内部空間側に配置され、これらを連結する連結環部２３を有し、固定シール部材は、ハウジングに取り付けられる取付け円筒部１４と、取付け円筒部より内側に配置され、回転シール部材の内側円筒部の外周面に摺動可能に接触するシールリップ１６を有する。取付け円筒部は、回転シール部材の外側円筒部よりも外側に配置され、取付け円筒部と外側円筒部の間に円筒状の間隙２５が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、密封装置に関する。

関節型ロボットのリンク（例えばアーム）は、直接モーターで回転させることもできるが、モーターから歯車減速機を介して回転させることもできる。関節型ロボットのリンクを駆動するための歯車減速機に使用されるオイルシールが知られている（特許文献１）。このオイルシールは、ケースに配置された回転するシャフトとケースの間の隙間を封止する。

特開２０１１−８９６０９号公報

歯車減速機では、部品の回転に伴い、ハウジングの内部空間に封入されたグリースの流動圧が部分的に上昇する。この場合、グリースが内部空間から密封装置のシールリップを乗り越えて漏出するおそれがある。相対回転する部品間に配置されるシールリップには、所定の空間から漏出した液体を所定の空間に戻す効果（ポンピング効果）があることが知られている。しかし、一般に歯車減速機の最終出力軸など出力側の回転体の回転速度は非常に低いため、シールリップのポンピング効果が得られにくい。

そこで、本発明は、低速回転する回転体に適用され、グリースの大気側への漏出を低減させる密封装置を提供する。

本発明のある態様に係る密封装置は、ハウジングと、前記ハウジングに設けられた孔内に配置された回転体との間の隙間を封止し、前記ハウジングの内部空間と大気側とを隔てる密封装置であって、前記ハウジングに取り付けられる固定シール部材と、前記回転体に取り付けられる回転シール部材とを有する。前記回転シール部材は、前記回転体の円柱部分が締まり嵌めされる内側円筒部と、前記内側円筒部に径方向に重なり、前記内側円筒部よりも径方向外側に配置された外側円筒部と、前記内側円筒部と前記外側円筒部よりも前記内部空間側に配置されて、前記内側円筒部と前記外側円筒部を連結する連結環部とを有する。前記固定シール部材は、前記ハウジングに取り付けられる取付け円筒部と、前記取付け円筒部より径方向内側に配置され、前記回転シール部材の前記内側円筒部の外周面に摺動可能に接触させられるシールリップとを有する。前記取付け円筒部は、前記回転シール部材の前記外側円筒部よりも径方向外側に配置され、前記取付け円筒部と前記外側円筒部の間に円筒状の間隙が設けられている。

この態様においては、回転シール部材と固定シール部材の組み合わせを密封装置が有し、回転シール部材のシールリップが固定シール部材の内側円筒部の外周面に接触する。回転シール部材の内側円筒部は回転体に密接し、内側円筒部の内部空間側の端部からは連結環部が広がっているため、内部空間に封入されたグリースの流動圧が高まったとしても、固定シール部材のシールリップにグリースの流動圧が直接加わりにくい。内部空間内のグリースの流動圧は、回転シール部材の連結環部に加わるが、連結環部の外縁から外側円筒部が延びている。流動圧が高まったグリースは、回転シール部材の外側円筒部と固定シール部材の取付け円筒部との間の間隙に浸入しようとするが、この隙間が一定の長さを持つ円筒状であるため、グリースは固定シール部材のシールリップに到達しにくい。したがって、グリースが大気側に漏出するおそれが少ない。

好ましくは、前記シールリップは、前記回転シール部材の前記外側円筒部および前記固定シール部材の前記取付け円筒部に径方向に重なる位置で、前記内側円筒部に接触させられる。この場合には、シールリップが回転シール部材の内側円筒部に接触する接触位置が、円筒状の間隙の大気側の端部より内部空間側に配置されているので、グリースが回転シール部材の外側円筒部と固定シール部材の取付け円筒部との間の間隙を通過したとしても、グリースはシールリップの接触位置に到達しにくく、グリースが大気側に漏出するおそれがさらに少ない。また、このような配置により、密封装置の軸線方向の長さを小さくすることが容易である。

好ましくは、前記回転シール部材の全体が剛性材料から形成されている。この場合には、回転シール部材の剛性が高いため、内部空間に封入されたグリースの流動圧が高まったとしても、固定シール部材のシールリップを確実に保護することができる。

好ましくは、前記固定シール部材は、弾性材料から形成された弾性環と、剛性材料から形成された剛性環とを有しており、前記取付け円筒部は、前記剛性環のみから構成され、前記シールリップは、前記弾性環のみから構成されている。この場合には、取付け円筒部が剛性環のみから構成されるため、密封装置の寸法を小さくすることができる。

好ましくは、前記固定シール部材は、弾性材料から形成された弾性環と、剛性材料から形成された剛性環とを有しており、前記回転シール部材は、前記固定シール部材の前記剛性環よりも大気側に突出しない。この場合には、回転シール部材が固定シール部材の剛性環よりも大気側に突出しないため、密封装置の軸線方向の長さを小さくすることができる。

前記ハウジングは、歯車減速機のハウジングであってよく、前記回転体は前記歯車減速機の部品であってよい。上記の通り、一般に歯車減速機の最終出力軸など出力側の回転体の回転速度は非常に低いため、シールリップのポンピング効果が得られにくい。しかし、内部空間に封入されたグリースの流動圧が高まったとしても、固定シール部材のシールリップにグリースの流動圧が直接加わりにくいため、グリースが大気側に漏出するおそれが少ない。

本発明の第１実施形態に係る密封装置の部分断面図である。 本発明の第２実施形態に係る密封装置の部分断面図である。 本発明の第３実施形態に係る密封装置の部分断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る複数の実施形態を説明する。実施形態に係る密封装置は、関節型ロボットのリンクを駆動するための歯車減速機のハウジングの内部空間内にグリースを密封するために使用される。

第１実施形態
図１に示すように、第１実施形態に係る密封装置１は、歯車減速機のハウジング２と、ハウジング２に設けられた孔２Ａ内に配置された回転体４との間の隙間を封止し、ハウジング２の内部空間と大気側とを隔てる。回転体４は、ロボットのリンク（例えばアーム）を駆動するための回転体である。回転体４は、図示しない軸受により回転可能に支持され、孔２Ａに同軸に配置されている。回転体４は、歯車減速機の最終最終出力軸であってよいが、他の回転体であってもよい。

回転体４は円柱状であり、孔２Ａは断面円形であり、密封装置１は環状であるが、図１においては、それらの左半分のみが示されている。

密封装置１は、ハウジング２に取り付けられる固定シール部材１０と、回転体４に取り付けられる回転シール部材２０とを有する。

回転シール部材２０の全体は、剛性材料、例えば金属から形成されている。回転シール部材２０は、内側円筒部２１、外側円筒部２２、および連結環部２３を有する。内側円筒部２１には、回転体４の円柱部分が締まり嵌めされる。したがって、回転シール部材２０は、回転体４と共に回転させられる。外側円筒部２２は、内側円筒部２１と同軸に配置されている。外側円筒部２２は、内側円筒部２１に径方向に重なり、内側円筒部２１よりも径方向外側に配置されている。連結環部２３は、内側円筒部２１と外側円筒部２２よりも内部空間側に配置されて、内側円筒部２１の内部空間側の端部と外側円筒部２２の内部空間側の端部を連結する。連結環部２３は、回転体４の軸線方向に垂直に広がっている。

固定シール部材１０は、弾性環１１と剛性環１２を有する複合構造を有する。弾性環１１は、弾性材料、例えばエラストマーから形成されている。剛性環１２は、剛性材料、例えば金属から形成されている。

剛性環１２は、取付け円筒部１４と端壁部１５を有する。取付け円筒部１４は、ハウジング２に取り付けられる。取付け方式は限定されないが、例えば、取付け円筒部１４は孔２Ａに締まり嵌めされてもよい。端壁部１５は、取付け円筒部１４の大気側の端部から径方向内側に向けて、回転体４の軸線方向に垂直に広がっている。

弾性環１１は、剛性環１２の端壁部１５の内端に取り付けられている。弾性環１１は、端壁部１５よりも内部空間側に向けて延びる円筒部分（回転シール部材２０の連結環部２３に向けて延びる円筒部分）を有しており、この円筒部分にシールリップ１６が形成されている。シールリップ１６は、回転シール部材２０の内側円筒部２１の外周面に摺動可能に接触させられる。シールリップ１６は、内部空間側の傾斜面と大気側の傾斜面を有する、断面が三角形の突起である。図１においては、内側円筒部２１の外周面に接触させられて圧縮変形した状態のシールリップ１６が示されている。

弾性環１１の円筒部分の周囲には、シールリップ１６を径方向内側に圧縮するガータースプリング１８が巻かれている。但し、ガータースプリング１８は必ずしも不可欠ではない。

回転シール部材２０が回転体４と共に回転させられるのに対して、固定シール部材１０はハウジング２に固定されている。図１から明らかなように、固定シール部材１０の取付け円筒部１４は、剛性環１２のみから構成され、シールリップ１６は、弾性環１１のみから構成されている。

取付け円筒部１４は、回転シール部材２０の外側円筒部２２と同軸、かつ外側円筒部２２よりも径方向外側に配置されている。したがって、取付け円筒部１４と外側円筒部２２の間に円筒状の間隙２５が設けられている。

密封装置１は、ほぼＵ字形断面を有する回転シール部材２０の内部空間に、ほぼＵ字形断面を有する固定シール部材１０の一辺（弾性環１１の円筒部分）が嵌め込まれた概略形状を有する。固定シール部材１０のシールリップ１６は、回転シール部材２０の外側円筒部２２および固定シール部材１０の取付け円筒部１４に径方向に重なる位置で、回転シール部材２０の内側円筒部２１に接触させられる。

この実施形態においては、回転シール部材２０と固定シール部材１０の組み合わせを密封装置１が有し、回転シール部材２０のシールリップ１６が固定シール部材１０の内側円筒部２１の外周面に接触する。歯車減速機の部品の回転に伴い、ハウジング２の内部空間に封入されたグリースの流動圧が部分的に上昇することがある。しかし、回転シール部材２０の内側円筒部２１は回転体４に密接し、内側円筒部２１の内部空間側の端部からは連結環部２３が広がっているため、グリースの流動圧（図１に矢印Ｐで示す）が高まったとしても、固定シール部材１０のシールリップ１６にグリースの流動圧Ｐが直接加わりにくい。例えば、密封装置１で囲まれた小空間３０に空気が存在し、グリースと空気の境界面３２が、取付け円筒部１４と外側円筒部２２の間の円筒状の間隙２５に存在すると想定する。グリースの流動圧Ｐの上昇に伴い、境界面３２は内部空間側から大気側に移動するが、小空間３０の空気が緩衝し、シールリップ１６の変形を抑制する。

内部空間内のグリースの流動圧Ｐは、回転シール部材２０の連結環部２３に加わるが、連結環部２３の外縁から外側円筒部２２が延びている。流動圧Ｐが高まったグリースは、回転シール部材２０の外側円筒部２２と固定シール部材１０の取付け円筒部１４との間の間隙２５に浸入しようとするが、この隙間２５が一定の長さを持つ円筒状であるため、グリースは固定シール部材１０のシールリップ１６に到達しにくい。したがって、グリースが大気側に漏出するおそれが少ない。

シールリップ１６は、回転シール部材２０の外側円筒部２２および固定シール部材１０の取付け円筒部１４に径方向に重なる位置で、内側円筒部２１に接触させられる。したがって、シールリップ１６が回転シール部材２０の内側円筒部２１に接触する接触位置が、円筒状の間隙２５の大気側の端部より内部空間側に配置されているので、グリースが回転シール部材２０の外側円筒部２２と固定シール部材１０の取付け円筒部１４との間の間隙２５を通過したとしても、グリースはシールリップ１６の接触位置に到達しにくく、グリースが大気側に漏出するおそれがさらに少ない。

また、シールリップ１６は、回転シール部材２０の外側円筒部２２および固定シール部材１０の取付け円筒部１４に径方向に重なる位置で、内側円筒部２１に接触させられるため、密封装置１の軸線方向の長さを小さくすることが容易である。特に、この実施形態では、回転シール部材２０は、固定シール部材１０の剛性環１２の端壁部１５よりも大気側に突出しない。また、固定シール部材１０においては、剛性環１２の端壁部１５よりも大気側にある部分は、弾性環１１の一部だけである。したがって、密封装置１の軸線方向の長さを小さくすることができる。

回転シール部材２０の全体は剛性材料から形成されており、回転シール部材２０の剛性が高いため、内部空間に封入されたグリースの流動圧Ｐが高まったとしても、固定シール部材１０のシールリップ１６を確実に保護することができる。

また、固定シール部材１０の取付け円筒部１４が剛性環１２のみから構成されるため、密封装置１の寸法を小さくすることができる。

さらに、この実施形態では、密封装置１は、ほぼＵ字形断面を有する回転シール部材２０の内部空間に、ほぼＵ字形断面を有する固定シール部材１０の一辺が嵌め込まれた概略形状を有する。したがって、大気側から内部空間への異物（水または塵埃を含む）の侵入を低減させることができる。

第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態に係る密封装置４１を示す。図２以降の図面において、すでに説明した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４１は、第１実施形態の固定シール部材１０と異なる固定シール部材５０と、第１実施形態の回転シール部材２０と同じ回転シール部材２０とを有する。固定シール部材５０は、第１実施形態の剛性環１２と同じ剛性環１２と、第１実施形態の弾性環１１と異なる弾性環５１を有する。

弾性環５１は、弾性材料、例えばエラストマーから形成され、剛性環１２の端壁部１５の内端に取り付けられている。弾性環５１には、シールリップ５６が形成されている。シールリップ５６は、弾性環５１の剛性環１２に取り付けられた部分から径方向内側かつ内部空間側に向けて斜めに延びる円錐台状の板であり、シールリップ５６の先端は、回転シール部材２０の内側円筒部２１の外周面に摺動可能に接触させられる。図２においては、内側円筒部２１の外周面に接触させられて圧縮変形した状態のシールリップ５６が示されている。固定シール部材５０の取付け円筒部１４は、剛性環１２のみから構成され、シールリップ５６は、弾性環５１のみから構成されている。

密封装置４１は、ほぼＵ字形断面を有する回転シール部材２０の内部空間に、ほぼＵ字形断面を有する固定シール部材５０の一辺（シールリップ５６）が嵌め込まれた概略形状を有する。固定シール部材５０のシールリップ５６は、回転シール部材２０の外側円筒部２２および固定シール部材１０の取付け円筒部１４に径方向に重なる位置で、回転シール部材２０の内側円筒部２１に接触させられる。

この実施形態においても第１実施形態と同じ効果が達成される。

第３実施形態
図３は、本発明の第３実施形態に係る密封装置６１を示す。密封装置６１は、第１実施形態の固定シール部材１０と類似する固定シール部材６２と、第１実施形態の回転シール部材２０と類似する回転シール部材７０とを有する。固定シール部材６２は、第１実施形態の剛性環１２と同じ剛性環１２と、第１実施形態の弾性環１１と類似する弾性環６５を有する。

固定シール部材６２の弾性環６５は、第１実施形態と同じシールリップ１６を有する。不可欠ではないが、ガータースプリング１８がシールリップ１６を径方向内側に圧縮するために設けられている。さらに、弾性環６５は、ダストリップ６６を有する。ダストリップ６６は、弾性環６５の剛性環１２に取り付けられた部分から径方向内側かつ大気側に向けて斜めに延びる円錐台状の板であり、ダストリップ６６の先端は、回転シール部材７０の内側円筒部７１の外周面に摺動可能に接触させられる。シールリップ１６が主にグリースの密封のために設けられているのに対して、ダストリップ６６は大気側から異物の侵入を低減させるために設けられている。

回転シール部材７０は、第１実施形態の回転シール部材２０と類似し、回転シール部材７０の全体は、剛性材料、例えば金属から形成されている。回転シール部材２０は、内側円筒部７１、外側円筒部２２、および連結環部２３を有する。内側円筒部７１には、回転体４の円柱部分が締まり嵌めされる。ダストリップ６６の先端が接触するため、回転シール部材７０の内側円筒部７１は、第１実施形態の回転シール部材２０の内側円筒部２１よりも大気側に延びている。

但し、回転シール部材７０の代わりに、第１実施形態の回転シール部材２０を使用し、ダストリップ６６の先端が回転体４の外周面に接触するようにしてもよい。

この実施形態では、回転シール部材７０の内側円筒部７１および固定シール部材６２のダストリップ６６は、固定シール部材６２の剛性環１２の端壁部１５よりも大気側に突出するので、第１実施形態よりも密封装置６１の軸線方向の長さが大きい。

しかし、第１実施形態と同じ理由により、グリースの大気側への漏出を低減させることができる。

第３実施形態は、第１実施形態の変形であるが、第２実施形態の弾性環５１にダストリップ６６を設けてもよい。

他の変形例
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、上記の実施形態において、密封装置は、関節型ロボットのリンクを駆動するための歯車減速機のハウジングの内部空間内にグリースを密封するために、歯車減速機のハウジング２と、ハウジング２に設けられた孔２Ａ内に配置された回転体４との間の隙間を封止する。しかし、密封装置は、他の歯車減速機のハウジングの内部空間内にグリースを密封するために使用されてもよい。

また、密封装置は、歯車減速機以外の装置のハウジングの内部空間内にグリースを密封するために、ハウジングと、ハウジングに設けられた孔内で低速回転する回転体との間の隙間を封止する使用されてもよい。例えば、精密機械のターンテーブルの回転軸と、回転軸のハウジングとの間の隙間を封止するために、密封装置が使用されてもよい。あるいは、旋回型カメラまたは旋回型送風機の回転軸と、回転軸のハウジングとの間の隙間を封止するために、密封装置が使用されてもよい。

１，４１，６１ 密封装置
２ ハウジング
２Ａ 孔
４ 回転体
１０，５０，６２ 固定シール部材
１１，５１，６５ 弾性環
１２ 剛性環
１４ 取付け円筒部
１５ 端壁部
１６，５６ シールリップ
２０，７０ 回転シール部材
２１，７１ 内側円筒部
２２ 外側円筒部
２３ 連結環部
２５ 間隙

Claims (6)

1. ハウジングと、前記ハウジングに設けられた孔内に配置された回転体との間の隙間を封止し、前記ハウジングの内部空間と大気側とを隔てる密封装置であって、
   前記ハウジングに取り付けられる固定シール部材と、前記回転体に取り付けられる回転シール部材とを有し、
   前記回転シール部材は、前記回転体の円柱部分が締まり嵌めされる内側円筒部と、前記内側円筒部に径方向に重なり、前記内側円筒部よりも径方向外側に配置された外側円筒部と、前記内側円筒部と前記外側円筒部よりも前記内部空間側に配置されて、前記内側円筒部と前記外側円筒部を連結する連結環部とを有し、
   前記固定シール部材は、前記ハウジングに取り付けられる取付け円筒部と、前記取付け円筒部より径方向内側に配置され、前記回転シール部材の前記内側円筒部の外周面に摺動可能に接触させられるシールリップとを有し、
   前記取付け円筒部は、前記回転シール部材の前記外側円筒部よりも径方向外側に配置され、前記取付け円筒部と前記外側円筒部の間に円筒状の間隙が設けられている
   ことを特徴とする密封装置。
2. 前記シールリップは、前記回転シール部材の前記外側円筒部および前記固定シール部材の前記取付け円筒部に径方向に重なる位置で、前記内側円筒部に接触させられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記回転シール部材の全体が剛性材料から形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
4. 前記固定シール部材は、弾性材料から形成された弾性環と、剛性材料から形成された剛性環とを有しており、
   前記取付け円筒部は、前記剛性環のみから構成され、
   前記シールリップは、前記弾性環のみから構成されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の密封装置。
5. 前記固定シール部材は、弾性材料から形成された弾性環と、剛性材料から形成された剛性環とを有しており、
   前記回転シール部材は、前記固定シール部材の前記剛性環よりも大気側に突出しない
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の密封装置。
6. 前記ハウジングは、歯車減速機のハウジングであり、前記回転体は前記歯車減速機の部品である
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の密封装置。

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