JP4415600B2 - オイルシールによる密封構造 - Google Patents

Description

本発明は、歯車減速装置等における機器の内部の潤滑油等を密封対象とするオイルシールによる密封構造に関する。

図５は、産業用ロボットの旋回駆動装置等の差動式遊星歯車減速装置に用いられる従来のオイルシール１１０による密封構造を示す断面図である。この図５において、参照符号１００は、差動式遊星歯車減速装置の一部を示しており、１０１は、内周に回転駆動装置が装着されると共に、この回転駆動装置によって回転され軸端に太陽歯車を備える出力軸を回転可能に支持し、かつ前記太陽歯車と噛合する遊星歯車をそれぞれ備える複数のクランク軸を保持した外歯歯車（いずれも不図示）等を支持している支持ブロック、１０２は、内周に前記外歯歯車と噛合する内歯歯車（不図示）を有するハウジング、１０３は、支持ブロック１０１とハウジング１０２との間に介在されたボールベアリングである。オイルシール１１０は、ボールベアリング１０３の外側にあって支持ブロック１０１とハウジング１０２との間で機内潤滑油を封止するものである。

この種のオイルシール１１０は、主シール１１１と摩耗粉除去シール１１２からなる。主シール１１１は、補強環１１１ｂで補強された外周の基部１１１ａがハウジング１０２側に密嵌され、その内周に、支持ブロック１０１の外周面に摺動可能に密接されるラジアル型のシールリップ１１１ｃが設けられている。また、摩耗粉除去シール１１２は、主シール１１１の基部１１１ａの内周面に密嵌された補強環１１２ｂの内周に、前記主シール１１１の機内側で支持ブロック１０１の外周面に摺動可能に密接されるラジアル型の第二シールリップ１１２ｂが設けられている。

このオイルシール１１０によれば、外歯歯車とハウジング１０２との噛合や、太陽歯車と遊星歯車との噛合等によって発生し、密封対象の潤滑油に混入した摩耗粉が、主シール１１１のシールリップ１１１ｃに噛み込まれるのを、摩耗粉除去シール１１２によって防止することができる。しかしながら、主シール１１１及び摩耗粉除去シール１１２の双方が、補強環にゴム状弾性材料を一体的に加硫成形（加硫接着）したものであるため、二部品の加硫成形及びその組立によって製造コストが高いものとなっており、しかも、摩耗粉除去シール１１２の第二シールリップ１１２ｂが摩耗粉の噛み込みによって損傷を受けると、結局、主シール１１１側への摩耗粉の侵入を許してしまい、密封性の低下を来すおそれがあった。

そこで、このような欠点を解消するため、例えば下記の特許文献１に記載されたようなオイルシールが開発されている。
特開２００２−２２８００９号公報

図６は、特許文献１に記載されたものと同種のオイルシール１２０による密封構造を示す断面図である。この図６に示されるように、オイルシール１２０は、補強環１２４で補強された接着部１５３が、ハウジング１０２の軸方向一端内周に形成されたシール装着凹部１０２ａに密嵌固定され、前記補強環１２４の内周に、主リップ１２１と、摩耗粉除去リップ１２２を一体に有する。そして、主リップ１２１を、支持ブロック１０１の外周に密嵌したスリンガ１２５のスリーブ部１２５ａの外周面に摺動可能に密接されるラジアル型とし、主リップ１２１の外周側で円錐面状に開いた摩耗粉除去リップ１２２を、スリンガ１２５におけるフランジ部１２５ｂに摺動可能に密接される端面シール型としたものである。

しかしながら、特許文献１に記載された密封構造によれば、フランジ部１２５ｂの外周縁が、シール装着凹部１０２ａの機内側立上り面１０２ｂとオイルシール１２０の基部１２３との間にあって、一種のラビリンスシールを構成するものではあるが、機内側（図６における右側）から侵入した摩耗粉が、スリンガ１２５におけるフランジ部１２５ｂの周囲に回転時に作用する遠心力によって、シール装着凹部１０２ａとスリンガ１２５のフランジ部１２５ｂとの間の隙間の外周部（ラビリンス部Ａ）に蓄積されてしまい、その結果、摩耗粉除去リップ１２２の摺動部へ介入するおそれがあった。また、フランジ部１２５ｂの外周縁が、外周側へ向けて袋小路状となっているラビリンス部Ａに位置しているため、フランジ部１２５ｂの回転による摩耗粉に対する振り切り効果が小さいものであった。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、摩耗粉などの異物が含まれる流体を密封対象として、優れた密封性能を発揮し得るオイルシールによる密封構造を提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るオイルシールによる密封構造は、相対的に回転可能に配置された内周部材と外周部材との間に設けられ、前記外周部材の内周面に密嵌固定される外周基部と、この外周基部の内周側に一体的に設けられた主リップ及び異物除去リップからなるオイルシール本体を備え、前記主リップは、前記内周部材側に設けられた円筒面に摺動可能に密接され、前記異物除去リップは、前記主リップの外周側にあって機内側を向くと共に外周側へ展開し、先端部が前記内周部材側に設けられた軸心と略垂直な端面に摺動可能に密接され、前記端面の外周端が前記外周基部の内周面より内周側に位置し、前記外周基部の機内側に、前記外周部材の内周面とこの内周面に対して径方向に交差する前記外周基部の端部によって、前記外周基部の内周面より大径の段差状空間が形成され、前記外周基部の端部が、金属製の補強環に被着されたゴム状弾性材料からなるものである。

また、請求項２の発明に係るオイルシールによる密封構造は、請求項１に記載された円筒面が、内周部材に密嵌外挿されたスリンガのスリーブ部に形成され、請求項１に記載された軸心と略垂直な端面が、前記スリンガの外向きフランジ部に形成され、この外向きフランジ部における機内側の端面が、外周基部の機内側の端部に対して、軸方向略同位置又はそれより機内側にある。

また、請求項３の発明に係るオイルシールによる密封構造は、請求項１に記載された円筒面が内周部材の外周面からなり、請求項１に記載された軸心と略垂直な端面が、前記内周部材に設けられた機器側構成部品に形成されたものである。

請求項１の発明によれば、内周部材側に設けられた、軸心と略垂直な端面が回転することによって、この端面と異物除去リップとの摺動部へ介入しようとする摩耗粉等の異物が振りきられて排除され、主リップ側へ侵入するのを防止することができる。また、外周基部における機内側の端部と、外周部材の内周面との間の空間は、外周基部の内周面より大径であるため、この空間に前記振りきり作用によって蓄積された異物が、異物除去リップの摺動部へ侵入するのを防止することができる。

請求項２の発明によれば、スリンガの外向きフランジ部における機内側の端面が、外周基部の機内側の端部に対して、軸方向略同位置又はそれより機内側にあるため、これに接触する流体に、遠心力によって段差状空間へ向かう流れを生じ、この流れによって、異物の侵入を一層困難にすることができる。

請求項３の発明によれば、スリンガが不要であるため、部品数の減少及び組み立工数の減少によって、コストの低減を図ることができる。

図１は、本発明に係るオイルシールによる密封構造を、差動式遊星歯車減速装置の油封手段として適用した第一の形態を示す部分断面図、図２は、本形態による作用を示す説明図である。なお、以下の説明において、機内側とは図における右側のことであり、機外側とは、図における左側のことである。

まず図１において、参照符号１は、差動式遊星歯車減速装置における支持ブロック、参照符号２は内歯歯車（不図示）を有する筒状のハウジングの端部を示しており、参照符号３は、支持ブロック１とハウジング２との間に介在されたボールベアリングである。支持ブロック１は、請求項１に記載された「内周部材」に相当し、ハウジング２は、請求項１に記載された「外周部材」に相当する。

ボールベアリング３におけるインナーレース３ａは、支持ブロック１の外周部に形成された径方向段差部１ａの小径側の外周面１ｂに嵌着されており、アウターレース３ｂは、ハウジング２の円筒状内周面２ａに嵌着されている。

本形態に係るオイルシールは、ボールベアリング３の外側にあって支持ブロック１とハウジング２との間で機内潤滑油を封止するもので、オイルシール本体１０と、スリンガ２０とを有する。詳しくは、オイルシール本体１０は、ハウジング２側に密嵌固定される補強環１１と、この補強環１１に接着部１５を介して一体化された主リップ１２、異物除去リップ１３及びダストリップ１４とからなる。

補強環１１は、鋼板等の金属板を打ち抜きプレス成形したものであって、ハウジング２における内周面２ａに所定の締め代をもって圧入され密嵌される嵌合筒部１１ａと、その機外側となる一端から内周側へ延びる内向きフランジ部１１ｂからなる。主リップ１２、異物除去リップ１３及びダストリップ１４は、ゴム状弾性材料からなるものであって、互いに連続しており、接着部１５が、補強環１１の嵌合筒部１１ａの内周面及び内向きフランジ部１１ｂの内側面に一体的に加硫接着されている。そして、補強環１１における嵌合筒部１１ａと、これに被着された接着部１５の外周部１５ａが、オイルシール本体１０の外周基部１０ａを構成している。

スリンガ２０は、鋼板等の金属板を打ち抜きプレス成形したものであって、所定の締め代をもって支持ブロック１における径方向段差部１ａの大径側の外周面１ｃに密接状態に圧入嵌着されたスリーブ部２１と、その機内側となる端部から外周側へ展開した外向きフランジ部２２からなる。

主リップ１２は、接着部１５の内周部から機内側へ向けて突出し、その先端部が、スリンガ２０におけるスリーブ部２１の外周面２１ａに摺動可能に密接している。なお、スリーブ部２１の外周面２１ａは、請求項１に記載された「内周部材側に設けられた円筒面」に相当する。

異物除去リップ１３は、主リップ１２の外周側に位置して、接着部１５における機内側の面から円錐面状に開いた形状に突出し、その先端部が、スリンガ２０における外向きフランジ部２２の端面２２ａに摺動可能に密接している。なお、前記端面２２ａは、請求項１に記載された「内周部材側に設けられた軸心と略垂直な端面」に相当する。

ダストリップ１４は、主リップ１２の機外側に位置して、接着部１５の内周部から機内側かつ内周側へ向けて突出し、その先端部が、スリンガ２０におけるスリーブ部２１の外周面２１ａに摺動可能に密接している。

請求項１に記載された端面の外周端に相当する外向きフランジ部２２の外周端２２ｂは、オイルシール本体１０の外周基部１０ａの内周面、言い換えれば補強環１１の嵌合筒部１１ａに被着された接着部１５の外周部１５ａの内周面よりも内周側に位置し、前記外周基部１０ａの機内側を向いた端部１０ｂの内周面と径方向隙間Ｇをもって径方向に対向しており、外向きフランジ部２２の機内側の端面２２ｃと、外周基部１０ａの端部１０ｂは、ほぼ同じ軸方向位置にある。また、ハウジング２の内周面２ａは、ボールベアリング３のアウターレース３ｂとの嵌合部からオイルシール本体１０の外周基部１０ａとの嵌合部にかけて連続した円筒面をなしており、外周基部１０ａの端部１０ｂの機内側には、ハウジング２の内周面２ａと外周基部１０ａの端部１０ｂによって、外周基部１０ａの内周面よりも大径の段差状空間Ｓが形成されている。

以上の構成において、スリンガ２０は内周部材である支持ブロック１と共に回転するので、外周基部１０ａを介してハウジング２側に固定されたオイルシール本体１０の主リップ１２及びダストリップ１４の先端部は、スリンガ２０におけるスリーブ部２１の外周面２１ａと密封的に摺接し、異物除去リップ１３の先端部は、スリンガ２０における外向きフランジ部２２の端面２２ａと密封的に摺接する。

ここで、密封対象である機内の潤滑油には、図示されていない機内の減速機構における歯車の噛合等によって発生した摩耗粉が含まれており、異物除去リップ１３とスリンガ２０の外向きフランジ部２２との摺動部は、このような摩耗粉が主リップ１２側へ侵入するのを防止するものである。詳しくは、支持ブロック１と共に回転しているスリンガ２０の外向きフランジ部２２は、これと接触する流体等に対して遠心力を与えるので、オイルシール本体１０における外周基部１０ａの端部１０ｂとの径方向隙間Ｇから侵入して外向きフランジ部２２と異物除去リップ１３との摺動部へ潤滑油と共に介入しようとする摩耗粉は、前記遠心力によって振りきられて外周側へ排除される。このため、摩耗粉が異物除去リップ１３の内周側へ通過して主リップ１２側へ侵入するのを有効に防止することができる。

また、スリンガ２０における外向きフランジ部２２の機内側の端面２２ｃと、外周基部１０ａの端部１０ｂは、ほぼ同じ軸方向位置にあるため、図２に示されるように、前記機内側の端面２２ｃと接触する流体（空気及び潤滑油など）には、上述した遠心力によって、前記端部１０ｂの機内側の段差状空間Ｓへ向かう流れＦを生じる。したがって、異物除去リップ１３と外向きフランジ部２２との摺動部から、外向きフランジ部２２の回転によっての振りきられた摩耗粉は、前記流れＦに吸引されるようにして、前記段差状空間Ｓへ排出される。そして、この段差状空間Ｓの外周部は、オイルシール本体１０の外周基部１０ａの内周面よりも大径であるから、摩耗粉がこの段差状空間Ｓの外周部に蓄積されても、流れＦに逆らって異物除去リップ１３とスリンガ２０の外向きフランジ部２２との摺動部へ侵入すること自体を困難なものとすることができる。

なお、このような流れＦによる作用は、スリンガ２０における外向きフランジ部２２の機内側の端面２２ｃが、オイルシール本体１０の外周基部１０ａの端部１０ｂより若干機内側に位置している場合も得ることができる。

密封対象の潤滑油も、スリンガ２０における外向きフランジ部２２と異物除去リップ１３との摺動部では、上述した振りきり作用によって外周側へ排除されるが、潤滑油の一部は、前記摺動部を内周側へ通過し、異物除去リップ１３のテーパ状の内側面１３ａを伝って主リップ１２側へ僅かに流入する。しかし、この漏油は、主リップ１２とスリンガ２０におけるスリーブ部２１の外周面２１ａとの摺動部において封止され、結局、スリンガ２０における外向きフランジ部２２の振りきり作用によって、外向きフランジ部２２と異物除去リップ１３との摺動部へ押し戻され、更に機内側へ排出される。

異物除去リップ１３は、軸方向の曲げ反力でスリンガ２０の外向きフランジ部２２に密接されるため、その面圧は小さい。したがって、外向きフランジ部２２との摺動による異物除去リップ１３の摩耗量も小さいものとなる。また、主リップ１２は、従来技術として示した図５及び図６のようなエキステンションスプリングを装着していないので、主リップ１２の摩耗も小さいものとなる。

ダストリップ１４は、その先端部が、スリンガ２０におけるスリーブ部２１の外周面２１ａに摺接することによって、外部から機内へのダスト等の侵入を防止するものである。なお、主リップ１２とダストリップ１４との間には、グリース等を充填して、前記スリーブ部２１との潤滑を図ることが好ましい。

次に図３は、本発明に係るオイルシールによる密封構造を、差動式遊星歯車減速装置の油封手段として適用した第二の形態を示す部分断面図である。この形態において、上述した第一の形態と異なるところは、オイルシール本体１０の主リップ１２の外周に、スリンガ２０におけるスリーブ部２１の外周面２１ａに対する緊迫力を補償するためのエキステンションスプリング（ガータスプリングともいう）１６を装着したものである。その他の部分は図１と同様であるので、図１と対応する部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

上記構成によれば、スリンガ２０におけるスリーブ部２１の外周面２１ａに対する主リップ１２の面圧が、エキステンションスプリング１６によって付加されるので、スリンガ２０における外向きフランジ部２２と異物除去リップ１３との摺動部を内周側へ通過した漏油に対する一層優れた密封効果を奏する。また、主リップ１２の内周部が、前記スリーブ部２１との摺動によって摩耗しても、これによる面圧（緊迫力）の低下が、エキステンションスプリング１６によって補償されるので、優れた密封性が維持される。

次に図４は、本発明に係るオイルシールによる密封構造を、差動式遊星歯車減速装置の油封手段として適用した第三の形態を示す部分断面図である。この形態において、上述した第一の形態と異なるところは、図１あるいは図３のようなスリンガ２０が存在しないことにある。

オイルシール本体１０は図１と同様の構成を有するものであるが、その主リップ１２及びダストリップ１４は、先端部が支持ブロック１の外周面１ｄに摺動可能に密接している。すなわちこの形態においては、支持ブロック１の外周面１ｄが、請求項１に記載の「内周部材側に設けられた円筒面」に相当するものであって、高精度に仕上げられている。

また、異物除去リップ１３は、先端部が、支持ブロック１の外周面に密封的に固定され又は一体的に形成された機器側構成部品４の機外側を向いた端面４ａに摺動可能に密接している。すなわちこの構成においては、機器側構成部品４の端面４ａが、請求項１に記載の「内周部材側に設けられた軸心と略垂直な端面」に相当するものであって、高精度に仕上げられている。

機器側構成部品４の端面４ａは、オイルシール本体１０における外周基部１０ａの機内側を向いた端部１０ｂの内周に位置しており、この端部１０ｂの内周面と機器側構成部品４の外周面４ｂの間には適当な径方向隙間Ｇが形成されている。また、前記外周基部１０ａの端部１０ｂの機内側には、この端部１０ｂとハウジング２の内周面２ａによって、外周基部１０ａの内周面よりも大径の段差状空間Ｓが形成されている。なお、ここでいう機器側構成部品４としては、軸受部材や、支持ブロック１の外周面に形成された段差部やフランジなどが考えられ、軸心と略垂直な端面が円周方向に連続して形成されたものが適用される。

上記構成によれば、機器側構成部品４の端面４ａが、図１〜図３に示されるスリンガ２０の外向きフランジ部２２と同様、振りきり作用を発生するものである。すなわち、支持ブロック１と共に回転する機器側構成部品４は、これに接触する流体等に対して遠心力を与えるので、オイルシール本体１０における外周基部１０ａの端部１０ｂとの径方向隙間Ｇから侵入して機器側構成部品４の端面４ａと異物除去リップ１３との摺動部へ潤滑油と共に介入しようとする摩耗粉は、遠心力によって外周側へ振りきられ、径方向隙間Ｇからオイルシール本体１０における外周基部１０ａの端部１０ｂの機内側に形成された段差状空間Ｓへ排除される。このため、摩耗粉が異物除去リップ１３の内周側へ通過して主リップ１２側へ侵入するのを有効に防止することができる。

また、段差状空間Ｓの外周部は、オイルシール本体１０の外周基部１０ａの内周面よりも大径であるから、摩耗粉がこの段差状空間Ｓの外周部に蓄積されても、異物除去リップ１３と機器側構成部品４の端面４ａとの摺動部へ容易に侵入することができない。

またこの形態によれば、図１〜図３のようなスリンガ２０が不要であるため、部品数の減少、ひいては組立工数の減少によるコスト低減を図ることができる。

本発明に係るオイルシールによる密封構造を、差動式遊星歯車減速装置の油封手段として適用した第一の形態を示す部分断面図である。 第一の形態による作用を示す説明図である。 本発明に係るオイルシールによる密封構造を、差動式遊星歯車減速装置の油封手段として適用した第二の形態を示す部分断面図である。 本発明に係るオイルシールによる密封構造を、差動式遊星歯車減速装置の油封手段として適用した第三の形態を示す部分断面図である。 従来のオイルシール１１０による密封構造を示す断面図である。 従来のオイルシール１２０による密封構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 支持ブロック（内周部材）
２ ハウジング（外周部材）
２ａ 内周面
３ ボールベアリング
４ 機器側構成部品
４ａ 端面（軸心と略垂直な端面）
１０ オイルシール本体
１０ａ 外周基部
１０ｂ 端部
１１ 補強環
１１ａ 嵌合筒部
１１ｂ 内向きフランジ部
１２ 主リップ
１３ 異物除去リップ
１４ ダストリップ
１５ 接着部
２０ スリンガ
２１ スリーブ部
２１ａ 外周面（円筒面）
２２ 外向きフランジ部
２２ａ 端面（軸心と略垂直な端面）
２２ｂ 外周端
２２ｃ 機内側の端面
Ｇ 径方向隙間
Ｓ 段差状空間

Claims (3)

1. 相対的に回転可能に配置された内周部材（１）と外周部材（２）との間に設けられ、前記外周部材（２）の内周面（２ａ）に密嵌固定される外周基部（１０ａ）と、この外周基部（１０ａ）の内周側に一体的に設けられた主リップ（１２）及び異物除去リップ（１３）からなるオイルシール本体（１０）を備え、前記主リップ（１２）は、前記内周部材（１）側に設けられた円筒面（２１ａ，１ｄ）に摺動可能に密接され、前記異物除去リップ（１３）は、前記主リップ（１２）の外周側にあって機内側を向くと共に外周側へ展開し、先端部が前記内周部材（１）側に設けられた軸心と略垂直な端面（２２ａ，４ａ）に摺動可能に密接され、前記端面（２２ａ，４ａ）の外周端が前記外周基部（１０ａ）の内周面より内周側に位置し、前記外周基部（１０ａ）の機内側に、前記外周部材（２）の内周面（２ａ）とこの内周面（２ａ）に対して径方向に交差する前記外周基部（１０ａ）の端部（１０ｂ）によって、前記外周基部（１０ａ）の内周面より大径の段差状空間（Ｓ）が形成され、前記外周基部（１０ａ）の端部（１０ｂ）が、金属製の補強環（１１）に被着されたゴム状弾性材料からなることを特徴とするオイルシールによる密封構造。
2. 円筒面（２１ａ）が、内周部材（１）に密嵌外挿されたスリンガ（２０）のスリーブ部（２１）に形成され、軸心と略垂直な端面（２２ａ）が、前記スリンガ（２０）の外向きフランジ部（２２）に形成され、この外向きフランジ部（２２）における機内側の端面（２２ｃ）が、外周基部（１０ａ）の機内側の端部（１０ｂ）に対して、軸方向略同位置又はそれより機内側にあることを特徴とする請求項１に記載のオイルシールによる密封構造。
3. 円筒面（１ｄ）が内周部材（１）の外周面からなり、軸心と略垂直な端面（４ａ）が、前記内周部材（１）に設けられた機器側構成部品（４）に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のオイルシールによる密封構造。

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