JP2020183792A

JP2020183792A - 密封装置

Info

Publication number: JP2020183792A
Application number: JP2019088432A
Authority: JP
Inventors: 学有泉; Manabu Ariizumi
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2020-11-12

Abstract

【課題】主リップおよび補助リップを備える密封装置において、両リップの緊迫力およびしめしろの相対的な関係を適切に設定し、密封装置のシール性を一層向上させる。【解決手段】密封装置１は、ハウジング１０１の軸孔１０２内周面に取り付けられる環状の取付部１１と、取付部１１の内周側に設けられ、軸孔１０２に挿通する軸２０１の外周面に摺動可能に接触する主リップ２１と、主リップ２１のリップ頭部２３に一体に設けられ、主リップ２１の密封流体側で軸２０１の外周面に摺動可能に接触する補助リップ３１と、を備える。補助リップ３１は、主リップ２１よりも小さな、軸２０１に対する緊迫力と、主リップ２１よりも大きな、軸２０１に対するしめしろと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、密封装置に関する。

ロボット等の作動機器における減速機には、グリースや潤滑油等の潤滑材の漏れを防止するため、密封装置が装着されている。減速機の潤滑材には、金属粉等の異物が含まれることがある。異物は、密封装置のシールリップの摩耗を促進する。そのため密封装置には主リップと共に補助リップが設けられている。

補助リップは、主リップのリップ頭部に設けられ、主リップの密封流体（潤滑材）側で主リップと同様に軸の外周面に摺動可能に接触する。したがってこのように主リップと共に補助リップを設けた密封装置によれば、補助リップが異物をシールするため、異物が主リップに到達するのが抑制される。したがって主リップの耐久性、延いては密封装置の耐久性を向上させることが可能とされる。

特開２０１１−８９６０９号公報特開２００５−１６６２７号公報

上記密封装置において、主リップおよび補助リップにはそれぞれシール作用を発揮するための、軸に対する緊迫力およびしめしろが設定される。主リップは主にグリースや潤滑油等の潤滑材をシールするので、潤滑材をシールするのに適した大きさの緊迫力およびしめしろが設定される。補助リップは主に金属粉等の異物をシールするので、異物をシールするのに適した大きさの緊迫力およびしめしろが設定される。

しかしながら、上記密封装置の設計・製造過程で、両リップの緊迫力およびしめしろの相対的な関係（大小関係）については未だ十分な考察がなされていない。したがってこの点を考察し最適設定を解明することで、密封装置のシール性を一層向上させることが期待される。

本発明は、主リップおよび補助リップを備える密封装置において、両リップの緊迫力およびしめしろの相対的な関係を適切に設定し、もって密封装置のシール性を一層向上させることを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の密封装置は、ハウジングの軸孔内周面に取り付けられる環状の取付部と、前記取付部の内周側に設けられ、前記軸孔に挿通する軸の外周面に摺動可能に接触する主リップと、前記主リップのリップ頭部に一体に設けられ、前記主リップの密封流体側で前記軸の外周面に摺動可能に接触する補助リップと、を備え、前記補助リップは、前記主リップよりも小さな、前記軸に対する緊迫力と、前記主リップよりも大きな、前記軸に対するしめしろと、を備えることを特徴とする。

本発明では、主リップおよび補助リップを備える密封装置において、両リップの緊迫力およびしめしろの相対的な関係を適切に設定することができ、密封装置のシール性を一層向上させることができる。

実施の形態に係る密封装置の要部断面図同密封装置に備えられる補助リップの拡大断面図（Ａ）および（Ｂ）とも補助リップの断面形状の他の例を示す要部断面図他の実施の形態に係る密封装置の要部断面図

図１に示すように、実施の形態に係る密封装置１は、ロボット等の作動機器の減速機に装着され、機内側Ｉのグリースや潤滑油等の潤滑材（図示せず）が機外側Ｏへ漏洩しないようにシール作用を発揮する。減速機の潤滑材には、金属粉等の異物が含まれることがある。したがって密封装置１は、潤滑材に対するシール作用を発揮するとともに、異物に対するシール作用を発揮する。

密封装置１は、機器のハウジング１０１の軸孔１０２内周面に取り付けられる環状の取付部１１と、取付部１１の内周側に一体に設けられ、軸孔１０２に挿通する軸２０１の外周面に摺動可能に接触する主リップ２１と、主リップ２１のリップ頭部２３の機内側（密封流体側）Ｉに位置して一体に設けられ、主リップ２１の機内側Ｉで軸２０１の外周面に摺動可能に接触する補助リップ３１と、を備えている。また、主リップ２１のリップ腰部２２の機外側（反密封流体側）Ｏに位置して、軸２０１の外周面に対し非接触とされるダストリップ４１が一体に設けられている。

密封装置１は、その構成部品として、断面Ｌ字形の金属環５１と、この金属環５１に被着（架橋接着）されたゴム状弾性体６１と、を備えている。ゴム状弾性体６１は、上記主リップ２１および補助リップ３１ならびにダストリップ４１を一体に形成している。

また、ゴム状弾性体６１によって、金属環５１の外周面に被着され、ハウジング１０１の軸孔１０２内周面に接触する外周ゴム部７１が一体に設けられている。したがって当該密封装置１は、いわゆる外周ゴムタイプの密封装置（外周ゴムオイルシール）として構成されている。

主リップ２１は、そのリップ腰部２２からリップ頭部２３へかけて、機内側Ｉであってかつ径方向内方へ向けて斜めに形成されている。リップ頭部２３の内周面には、軸２０１の外周面に摺動可能に接触する尖端状のリップ先端２４と、機内側斜面２５および機外側斜面２６とが設けられている。機外側斜面２６には、軸２０１の回転時に遠心力に伴う流体ポンピング作用によって密封流体（潤滑材）を機内側Ｉへ押し戻すネジ２７が設けられている。

補助リップ３１は、主リップ２１のリップ頭部２３の機内側端面２３ａ（図２）よりも機内側Ｉへ突出するように設けられている。補助リップ３１は、機内側端面２３ａおよび機内側斜面２５から機内側Ｉであってかつ径方向内方へ向けて斜めに形成されている。補助リップ３１は、リップ内周面３１ａ、先端面３１ｂおよび外周面３１ｃを備える形状に形成されている。したがってリップ内周面３１ａと先端面３１ｂとがなす内周側の角部３１ｄが軸２０１の外周面に摺動可能に接触するリップ先端とされている。

主リップ２１は、軸２０１の外周面に摺動可能に接触するので、軸２０１に対する緊迫力およびしめしろを備えている。また同様に、補助リップ３１も軸２０１の外周面に摺動可能に接触するので、軸２０１に対する緊迫力およびしめしろを備えている。

ここに、緊迫力とは、リップ２１，３１が軸２０１と摺動して密封するために必要とする接触圧力のことを云い、緊迫力をＰｒ、リップ先端の半径をｒ、接触幅をｂ、接触面圧をｐとして、
Ｐｒ＝２π・ｒ・ｂ・ｐ
をもって表される。リップ頭部２３の外周面にガータばね（図示せず）が装着される場合には、ガータばねによるバネ力が加算される。

また、しめしろとは、装着前のリップ２１，３１の内径と、装着後にリップ２１，３１が接触する位置における軸２０１の外径との差のことを云う。

上記構成の密封装置１では、緊迫力およびしめしろについて、主リップ２１および補助リップ３１の相対的な関係（大小関係）が、以下のように設定されている。

すなわち、緊迫力についての相対的な関係として、主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１よりも補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２のほうが小さく設定されている（Ｐｒ_１＞Ｐｒ_２）。

また、しめしろについての相対的な関係として、主リップ２１のしめしろＳ_１よりも補助リップ３１のしめしろＳ_２のほうが大きく設定されている（Ｓ_１＜Ｓ_２）。

これらの設定は、本願発明者らによる鋭意研究・考察の結果としてその技術的優位性が判明したものであって、主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１よりも補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２を小さくするのは、以下の理由にもとづく。

軸２０１の外周面に摺動可能に接触するリップ２１，３１において、緊迫力は接触面圧が高いほど大きくなる。接触面圧はリップ２１，３１の剛性が大きいほど高くなる。リップ２１，３１の剛性はリップ２１，３１の厚みやゴムの硬度等に依存する。

ここで、比較例として上記設定とは反対に、主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１よりも補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２を大きくする場合には、密封装置１の内周に軸２０１を挿入した際に補助リップ３１が変形しにくく（内径が拡がりにくく）、補助リップ３１が主リップ２１を持ち上げやすくなる。

これに対し、上記設定のように主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１よりも補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２を小さくする場合には、密封装置１の内周に軸２０１を挿入した際に補助リップ３１が変形しやすく（内径が拡がりやすく）、補助リップ３１が主リップ２１を持ち上げにくくなる。

したがって、主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１よりも補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２を小さくすることにより、主リップ２１が軸２０１の外周面から浮き上がるのを抑制することができ、これにより主リップ２１のシール性を向上させることができる。

主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１よりも補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２を小さくするには、以下の構成（Ａ）〜（Ｄ）とするのが好適である。

（Ａ）
補助リップ３１の厚みｔに対する長さｌの比率（ｔ／ｌ）を０．６以下の数値とする。

すなわち、図２に拡大して示すように、補助リップ３１の外周面３１ｃと主リップ２１のリップ頭部２３の機内側端面２３ａとが接続する点を点Ａとする。点Ａから軸２０１と直交する線と補助リップ３１の内周面３１ａとが交差する点を点Ｂとする。点Ａと点Ｂとを結んだ線の長さを補助リップ３１の厚みｔとする。補助リップ３１の外周面３１ｃおよび先端面３１ｂがなす角部３１ｅと補助リップ３１の内周面３１ａおよび先端面３１ｂがなす角部３１ｄとの中間位置を点Ｃとする。点Ａと点Ｂの中間位置を点Ｄとする。点Ｃと点Ｄとを結んだ線の長さを補助リップ３１の長さｌとする。そして、補助リップ３１の厚みｔに対する長さｌの比率（ｔ／ｌ）を０．６以下の数値（例えば、０．５７）に設定する。

この構成によれば、補助リップ３１が細長い形状となって、補助リップ３１の剛性が低くなるため、補助リップ３１の接触面圧を下げることができ、また、補助リップ３１の接触幅を大きくすることができる。したがって、主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１よりも補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２を小さくすることができる。

（Ｂ）
補助リップ３１に、その厚みがリップ頭部３３へ向けて徐々に小さくなる先細形状を設ける。図３（Ａ）の例では、厚みがリップ腰部３２からリップ頭部３３へかけて徐々に小さくなる先細形状が設けられている。

この構成によれば、補助リップ３１の先端の剛性が低くなるため、補助リップ３１の接触面圧を下げることができ、また、補助リップ３１の接触幅を大きくすることができる。したがって、主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１よりも補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２を小さくすることができる。

（Ｃ）
補助リップ３１に、その厚みがリップ頭部３３の厚みよりも小さな、くびれ形状を設ける。図３（Ｂ）の例では、厚みがリップ腰部３２からリップ頭部３３へかけて徐々に大きくなる先太形状が設けられ、これによりリップ腰部３２に、くびれ形状が設けられている。

この構成によれば、補助リップが剛性の低いくびれ形状を起点として容易に変形するため、補助リップ３１の接触面圧を下げることができ、また、補助リップ３１の接触幅を大きくすることができる。したがって、主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１よりも補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２を小さくすることができる。

（Ｄ）
主リップ２１にガータばねを装着する。図４の例では、主リップ２１のリップ頭部２３の外周面に装着溝２８が設けられ、この装着溝２８にガータばね８１が装着されている。

この構成によれば、主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１が大きくなって相対的に補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２が小さくなるため、主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１よりも補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２を小さくすることができる。

また、主リップ２１のしめしろＳ_１よりも補助リップ３１のしめしろＳ_２を大きくするのは、以下の理由による。

比較例として上記設定とは反対に、主リップ２１の緊迫力Ｐｒ_１よりも補助リップ３１の緊迫力Ｐｒ_２を小さくする場合には、密封装置１の内周に軸２０１を挿入した際に主リップ２１のみが軸２０１に接触し、補助リップ３１が軸２０１から浮き上がって軸２０１に接触しないと云う事態が発生することがある。

これに対し、上記設定のように主リップ２１のしめしろＳ_１よりも補助リップ３１のしめしろＳ_２を大きくする場合には、補助リップ３１が軸２０１から浮き上がって軸２０１に接触しないと云う事態が発生することがない。

したがって、主リップ２１のしめしろＳ_１よりも補助リップ３１のしめしろＳ_２を大きくすることにより、補助リップ３１が軸２０１の外周面から浮き上がるのを抑制することができ、これにより補助リップ３１のシール性を向上させることができる。

尚、上記密封装置１では、ダストリップ４１が軸２０１の外周面に対し非接触とされているが、ダストリップ４１は軸２０１の外周面に摺動可能に接触するものであっても良い。また、ダストリップ４１は省略されても良い。

上記密封装置１では、主リップ２１の内周面にポンピング作用を発揮するネジ２７が設けられているが、ネジ２７は省略されても良い。

本発明の密封装置は、ロボット用減速機に用いられる。本発明の密封装置は、自動車、建設機械または搬送装置等の減速機に用いられる。本発明の密封装置は、グリースや潤滑油に異物が含まれる環境であれば、減速機以外にも用いることができる。

１密封装置
１１取付部
２１主リップ
２２，３２リップ腰部
２３，３３リップ頭部
２３ａ機内側端面
２４リップ先端
２５機内側斜面
２６機外側斜面
２７ネジ
２８装着溝
３１補助リップ
３１ａリップ内周面
３１ｂリップ先端面
３１ｃリップ外周面
３１ｄ，３１ｅ角部
４１ダストリップ
５１金属環
６１ゴム状弾性体
７１外周ゴム部
８１ガータばね
１０１ハウジング
１０２軸孔
２０１軸
Ｉ機内側（密封流体側）
Ｏ機外側（反密封流体側）

Claims

ハウジングの軸孔内周面に取り付けられる環状の取付部と、
前記取付部の内周側に設けられ、前記軸孔に挿通する軸の外周面に摺動可能に接触する主リップと、
前記主リップのリップ頭部に一体に設けられ、前記主リップの密封流体側で前記軸の外周面に摺動可能に接触する補助リップと、
を備え、
前記補助リップは、
前記主リップよりも小さな、前記軸に対する緊迫力と、
前記主リップよりも大きな、前記軸に対するしめしろと、
を備えることを特徴とする密封装置。
請求項１記載の密封装置において、
前記補助リップは、その厚みに対する長さの比率を０．６以下の数値とすることを特徴とする密封装置。
請求項１または２記載の密封装置において、
前記補助リップは、その厚みがリップ頭部へ向けて徐々に小さくなる先細形状を備えることを特徴とする密封装置。
請求項１または２記載の密封装置において、
前記補助リップは、その厚みがリップ頭部の厚みよりも小さな、くびれ形状を備えることを特徴とする密封装置。
請求項１ないし４の何れかに記載の密封装置において、
前記主リップは、ガータばねを装着されていることを特徴とする密封装置。