JP4927889B2 - 回転軸シール - Google Patents

Description

本発明は、回転軸シールに係り、特に空気圧に好適であって、しかも両圧が負荷される回転軸シールに関する。

従来から、回転軸シールとしては、Ｏリング、キャップＯリング、キャップシール等が広く使用されている。
Ｏリングはスクイーズパッキンであり、つぶし反力が大きいため摩擦抵抗が大きく、それに伴って発熱が大きく、油圧用途等のように常に潤滑油膜が形成され、かつ、流体（油）による放熱作用が期待可能な場合は適用できるが、空気圧用途では、潤滑の枯渇による早期摩耗や、発熱による硬化・劣化が発生するという問題があった。
キャップＯリングは、極めて肉薄のＣ字状キャップをＯリングの浅い凹部に嵌込んで横断面円形の一般のＯリングと同じ外面形状としたものであり、また、キャップシールは、横断面受皿状等としたキャップと弾性シール本体とを組み合わせたものであり、いずれも、回転軸外周面（摺動面）側に樹脂を使用している構造であり（例えば、特許文献１参照）、上記Ｏリングよりも低摩擦となる利点がある。

実開平６−８００５８号公報

しかしながら、キャップＯリングは、Ｏリング同様にスクイーズタイプであるので、空気圧用途での潤滑の枯渇による早期摩耗が発生し易いという問題があり、他方、キャップシールは、ゴム部品と樹脂部品とを組み合わせて、シール用凹溝に組込む作業が難しい場合があり、組込み性に劣る問題がある。また、特に早期摩耗に関しては、空気圧が高く、かつ、高周速の使用条件下において、一層顕著にあらわれる。

そこで、本発明は、使用条件が過酷な空気圧用途にも十分に適用でき、かつ、シール装着用凹溝への容易に正しい姿勢で装着しやすい（組込み性に優れた）回転軸シールの提供を目的とする。また、回転軸に対する摩擦抵抗が小さく、発熱も少なく、寿命が長く、シール性能に優れた回転軸シールの提供をさらなる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る回転軸シールは、シール装着用凹溝の溝底両隅部に対応する突隆リップ部を有するゴム部と、回転軸に摺接する摺接面に複数本の小凹溝を円環状に有する薄肉樹脂部とを、一体に接着した回転軸シールであって、上記ゴム部の横断面形状を略Ｘ字形として、かつ、該ゴム部の内周面に沿って上記薄肉樹脂部を、一体に接着し、さらに、上記薄肉樹脂部の肉厚寸法よりも小さい深さ寸法に上記小凹溝を形成すると共に、シール内周面の軸心方向中央部に、上記薄肉樹脂部の肉厚寸法よりも大きい深さ寸法のグリス溜り溝を形成したものである。
または、シール装着用凹溝の溝底両隅部に対応する突隆リップ部を有するゴム部と、回転軸に摺接する摺接面に複数本の小凹溝を円環状に有する薄肉樹脂部とを、一体に接着した回転軸シールであって、上記ゴム部の横断面形状を略Ｘ字形として、かつ、該略Ｘ字形のゴム部の内周面の軸心方向中央部を除いて、該内周面に沿って、上記薄肉樹脂部を一体に接着し、該薄肉樹脂部が２本の円環体に分割されて配設され、かつ、上記軸心方向中央部に上記薄肉樹脂部の肉厚寸法よりも大きい深さ寸法のグリス溜り溝を形成したものである。

また、上記ゴム部は、ＮＢＲ，Ｈ−ＮＢＲ，ＦＫＭ，ＥＰＤＭの内の一つから選定され、さらに、上記樹脂部は、フッ素樹脂、ポリアセタール樹脂，ポリアミド，ポリカーボネート，ポリエチレンの内の一つから成る。

本発明によれば、シール装着用凹溝として、Ｏリング用の一般溝（一体溝）を流用可能であり、しかも、容易かつ確実に、そのような凹溝に対して、装着でき、組込み性に優れている。横断面を対称形状とすることが可能であり、両圧が負荷される箇所へも適用できる。さらに、シール装着状態下で弾性圧縮されるゴム部は、つぶし反力（圧縮に伴う弾性的反発力）が（Ｏリングに比して、）小さく、低摩擦力が得られる。しかも、薄肉樹脂部が直接に回転軸に接触するので、一層、低摩擦となり、発熱を防止できる。複数本の小凹溝には、油やグリース等が溜まって、さらに潤滑性を向上可能である。

また、ゴム部は、突隆リップ部を有するので、Ｕパッキンの如く自封作用をなし、受圧時に軸心方向高圧側の接触面圧のピーク値も高く、シール性も向上する。また、完全なスクイーズタイプでないので、未加圧時には低摩擦である。特に、シール装着用凹溝内において、常に姿勢が安定して保持でき、Ｏリングなどのように溝内で転動して摩耗粉が発生することがないため、自己の摩耗粉により摩耗を助長されることがない。

以上のように、本発明は、耐摩耗性に優れ、組込み性が良好で、寿命が長いという利点を備え、空気圧用途にも好適である。

本発明と関係の深い第１の参考例を示す要部断面図である。 第２の参考例を示す要部断面斜視図である。 第３の参考例を示す要部断面斜視図である。 各部寸法関係説明図である。 装着状態の一例を示す要部断面図である。 第４の参考例を示す要部横断面図である。 第５の参考例を示す要部横断面図である。 本発明の実施の一形態を示す要部横断面図である。 他の実施の形態を示す要部横断面図である。

以下、実施の形態及び参考例を示す図面に基づいて本発明を詳説する。
図５は、本発明と関係の深い参考例の回転軸シールＳの装着状態を示し、図１はその自由状態（未装着状態）を示す。１は、矢印Ａのように軸心Ｌ_１廻りに回転する回転軸であって（図５参照）、この回転軸１の外周面１ａに摺接しつつ密封作用をなすように回転軸シールＳが、ハウジング２の孔部の内周面２ａに形成された（一体溝型の）シール装着用凹溝３に組込まれ（装着され）ている。

本発明及び参考例のシールＳは、図１〜図９に於て、ゴム部10と、上記回転軸１に摺接する薄肉樹脂部20とを、一体に接着した構成である。
ゴム部10は、（図４と図５に示すように、）シール装着用凹溝３の溝底４の両隅部５，５に対応するように、突隆リップ部11，11を有する。また、上記薄肉樹脂部20は、回転軸１に摺接する摺接面21に複数本の小凹溝22を円環状かつ平行状に有している。

具体的には、樹脂部20の小凹溝22の本数は、使用条件・用途等に応じて増減可能であり、図１〜図５では４本を示し、図６では２本、図７では６本を示す。図８と図９は後述の独自の構成が付加されるが、小凹溝22は（合計）２本の場合を示す。

そして、図１〜図７の各参考例に於て、ゴム部10の横断面形状について説明すれば、その内周面12は、軸心Ｌ_１に平行なストレート状に形成され、また、シール装着用凹溝３の溝底隅部５，５に対応するように突出状に形成された突隆リップ部11，11によって、外周面側には浅い凹周溝13が形成されると共に、軸心方向両側面には、受圧用凹溝14，14が形成されている。従って、軸心方向側面には、いわばＵパッキンのように、外径寄りの突隆リップ部11と、内径寄りのリップ部15とを有し、受圧用凹溝14は半円弧状の横断面形状である。

自由状態に於て、両内径リップ部15, 15の軸心方向寸法Ｗ₁₅よりも、外径側の両突隆リップ部11、11の軸心方向寸法Ｗ₁₁の方が大きく設定され、Ｗ₁₁＞Ｗ₁₅とする。そして、1.0mm≦（Ｗ₁₁−Ｗ₁₅）≦ 2.0mmのように設定して、回転軸１の外周面１ａと、ハウジング２の内周面２ａの間の間隙31への受圧時の食い込みを防止している。
なお、樹脂部20の幅寸法は、上記両内径リップ部15、15の軸心方向寸法Ｗ₁₅に相等しい。また、図４に２点鎖線で示した凹溝３の溝幅Ｗ_３と比較して、上記寸法Ｗ₁₁は、次の関係にある。即ち、Ｗ_３＞Ｗ₁₁，かつ、 0.3mm≦（W_３−W₁₁）≦ 1.0mmとする。

次に、樹脂部20を薄肉と呼ぶのは、その肉厚寸法T₂₀が、 0.2mm〜 0.8mmと十分に小さいためである。そして、この薄肉樹脂部20の横断面形状は、図１〜図７では、横断面一文字形状とする。小凹溝22の深さ寸法D₂₂は、薄肉樹脂部20の肉厚寸法T₂₀よりも小さく設定する。好ましくは、0.20×Ｔ₂₀≦Ｄ₂₂≦0.70×Ｔ₂₀のように設定する。下限値未満であると小凹溝22を設けた理由（油やグリースを貯えるという作用）が不十分となる。逆に上限値を越すと、強度が不足して、樹脂部20が破損する恐れが生ずる。
図１〜図７では、ゴム部10はいわゆるＸシールの略Ｘ字状の横断面の内周面を埋め込んで、ストレート状内周面12とした横断面形状であるといえる。いわば、軸の太いきの子型であるということもできる。

次に、図８に示す実施の一形態について説明すると、ゴム部10の内周面12の中央に大き目の円弧状凹溝16を形成し、ゴム部10の横断面形状を略Ｘ字形とする。そして、ゴム部10の内周面12に沿って薄肉樹脂部20を、一体に接着して、シール内周面７の軸心方向中央部に、薄肉樹脂部20の肉厚寸法Ｔ₂₀よりも大きい深さ寸法Ｈのグリス溜り溝８を形成している。つまり、Ｈ＞Ｔ₂₀とする。また、このグリス溜り溝８の軸心方向の幅寸法をＢとすると、ゴム部10の内周面12側の軸心方向寸法Ｗ₁₅に対して、次の関係式が成立するように設定するのがよい。
即ち、１／６×Ｗ₁₅≦Ｂ≦１／２×Ｗ₁₅

次に、図９に示す他の実施の形態について説明すると、図８と同様にゴム部10の横断面形状を、円弧状凹溝16を有する略Ｘ字形として、かつ、この略Ｘ字形のゴム部10の内周面12の軸心方向中央部を除いて、この内周面12に沿って、薄肉樹脂部20を一体に接着する。つまり、薄肉樹脂部20は、分断された２本の一文字形横断面を示すように、２本の円環体20Ａ，20Ａに分割形成されている。このようにして、内周面12の軸心方向中央部に、薄肉樹脂部20の肉厚寸法Ｔ₂₀よりも大きい深さ寸法Ｈのグリス溜り溝８を形成する。このように、図９では、ゴム部10をもって、グリス溜り溝８を形成しており、円弧状凹溝16自身がグリス溜り溝８に該当する。

ところで、図１〜図９のいずれの参考例及び実施の形態においても、ゴム部10は、ＮＢＲ，Ｈ−ＮＢＲ，ＦＫＭ，ＥＰＤＭ等から成る。また、樹脂部20は、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂、ポリアセタール樹脂，ポリアミド，ポリカーボネート，ポリエチレン等から成る。

そして、本発明のいずれの実施の形態及び参考例にあっても、ゴム部10と薄肉樹脂部20とは一体に接着されているが、この接着の方法としては、加硫接着等を挙げることができる。つまり、樹脂部20を、切削等の機械加工によって製作し、次に、加硫成形用金型内に、この樹脂部20及び未加硫ゴムとを設置し、加熱加圧して、未加硫ゴムを加硫してゴム部10を形成すると同時に樹脂部20と一体に接着させる。あるいは、ゴムと樹脂材料を接着できる接着剤を用いて相互に接着して一体化するも好ましい。また、ゴム部10と樹脂部20との一体接着強度を向上させるために、前もって樹脂部20の接着面を粗くして微小な凹凸を設けてもよい。
また、既述したように浅い凹周溝13を外周面に有するゴム部10と、薄肉樹脂部20を合わせた軸心方向中央部のラジアル方向厚さ寸法Ｔ_０が、シール装着用凹溝３の深さ寸法Ｔ_４の70％〜95％に設定するのが望ましい（図１〜図７参照）。つまり、0.70×Ｔ_４≦Ｔ_０≦0.95×Ｔ _４ のように設定する。このようにすれば、つぶし反力が比較的小さく、自封効果の得やすいリップタイプの特性をシールに付与可能である。

ところで、図２に示した参考例にあっては、小切欠部（ノッチ）17を複数個等配し、図５に示したシール装着用凹溝３の側面６への張付きを防止している。あるいは、図３に示した参考例にあっては、受圧用凹溝14内に、凹溝14を横切る方向（軸心Ｌ_１方向から見てラジアル方向）に、リッジ（小仕切壁）18を等配し、このリッジ18は突隆リップ部11の側面よりも僅かに突出状として、装着状態で、シール装着用凹溝３の側面６に複数個のリッジ18が当接して、シールＳの張付きを防止し、シールＳの姿勢を安定させ得る。また、図４に於て、Ｗ₁₁＞Ｗ₁₅として、各リップ部15と側面６との間に、 0.5mm以上の間隙23を形成し、シール受圧状態下で、シールＳが巻き込まれることを、防止するのが良い。

本発明は上述のように構成され、特に、空気圧用途として、小凹溝22内に潤滑油等が保持されて、樹脂部20の低摩擦係数と共に、摩擦抵抗が小さく、発熱が減少して、長寿命化が達成できる。また、樹脂部20は 0.8mm以下の肉厚寸法Ｔ₂₀であり、弾性変形容易なため、一体溝の凹溝３へ、本発明に係るシールＳを組込みしやすい（組込み性に優れる）。従って、従来の一般的なＯリング用の凹溝３へ、本発明のシールＳを装着可能である。また、図８，図９のように大き目にグリス溜り溝８を備える構成のシールＳでは、予めグリスをこの溝８に充填して組込めば、空気圧用途に於て、長期間、回転軸１との摺動面と円滑に摺接して、摩擦抵抗を低く抑えて発熱せず、一層の長寿命化を達成できる。

本発明は以上述べたように、シール装着用凹溝３の溝底両隅部５，５に対応する突隆リップ部11，11を有するゴム部10と、回転軸１に摺接する摺接面21に複数本の小凹溝22を円環状に有する薄肉樹脂部20とを、一体に接着した構成であるので、凹溝３への組込み性が良好であり、Ｏリング用凹溝等の一般的な一体溝にも、そのまま、組込み（装着）できる。また、装着状態で、つぶし反力が比較的小さく、自封効果も得やすい断面形状であり、良好なシール性能を発揮する。複数本の小凹溝22は油等が保持され易く、低摩擦となり、空気圧用途にも好適であり、長寿命である。

また、参考例は、上記ゴム部10の横断面形状においてその内周面12を軸心Ｌ_１に平行なストレート状に形成し、かつ、上記薄肉樹脂部20の横断面形状を一文字形状として、該薄肉樹脂部20の肉厚寸法Ｔ₂₀よりも小さい深さ寸法Ｄ₂₂に上記小凹溝22を形成したので、薄肉樹脂部20がシンプルな形状となり、機械加工等にて製作が容易でありながら、潤滑油等を保持する小凹溝22を形成できて、シール性と耐久性に優れる。また、シール装着用凹溝３への装着（組込み）も容易である。

また、本発明は、上記ゴム部10の横断面形状を略Ｘ字形として、かつ、該ゴム部10の内周面12に沿って上記薄肉樹脂部20を、一体に接着し、シール内周面７の軸心方向中央部に、上記薄肉樹脂部20の肉厚寸法Ｔ₂₀よりも大きい深さ寸法Ｈのグリス溜り溝８を形成したので、ゴム部10の弾発力が過大とならず、適切な接触面圧をもって回転軸１に摺接し、シール性が一層優れ、かつ、寿命も延びる。しかも、積極的にグリス溜り溝８にグリースを充填可能となり、空気圧用途に一層好適である。

また、本発明は、上記ゴム部10の横断面形状を略Ｘ字形として、かつ、該略Ｘ字形のゴム部10の内周面12の軸心方向中央部を除いて、該内周面12に沿って、上記薄肉樹脂部20を一体に接着し、該薄肉樹脂部20が２本の円環体20Ａ，20Ａに分割されて配設され、かつ、上記軸心方向中央部に上記薄肉樹脂部20の肉厚寸法Ｔ₂₀よりも大きい深さ寸法Ｈのグリス溜り溝８を形成したので、ゴム部10の弾発力が過大とならず、適切な接触面圧をもって回転軸１に摺接し、シール性が一層優れ、かつ、寿命も延びる。しかも、積極的にグリス溜り溝８にグリースを充填可能となり、空気圧用途に一層好適である。さらに、薄肉樹脂部20は簡易な形状であるので、切削等にて容易に製作可能となる。

また、本発明は、上記ゴム部10は、ＮＢＲ，Ｈ−ＮＢＲ，ＦＫＭ，ＥＰＤＭ等のゴム材料から成り、さらに、上記樹脂部20は、フッ素樹脂、ポリアセタール樹脂，ポリアミド，ポリカーボネート，ポリエチレン等の樹脂材料から成り、ゴム部10は弾性特性と耐久性等から好適なものを、また、樹脂部20は低摩擦係数と加工性と接着特性等から好適なものを、各々選定可能となり、密封流体に対応できる。
また、参考例は、上記ゴム部10の軸心方向中央部のラジアル方向厚さ寸法Ｔ₁₀と上記薄肉樹脂部20の肉厚寸法Ｔ₂₀との合計厚さ寸法Ｔ_０が、シール装着用凹溝３の深さ寸法Ｔ_４の70％〜95％に設定されているので、未加圧状態下では低摩擦となり好ましく、かつ、つぶし反力も小さく、自封効果が得やすい。

１ 回転軸
３ シール装着用凹溝
４ 溝底
５ 隅部
６ 側面
７ シール内周面
８ グリス溜り溝
10 ゴム部
11 突隆リップ部
12 内周面
15 内径リップ部
20 薄肉樹脂部
20Ａ 円環体
21 摺接面
22 小凹溝
23 間隙
Ｄ₂₂ 深さ寸法
Ｈ 深さ寸法
Ｌ_１ 軸心
Ｔ_０ 合計厚さ寸法
Ｔ_４ 深さ寸法
Ｔ₁₀ ラジアル方向厚さ寸法
Ｔ₂₀ 肉厚寸法
Ｗ_３ 溝幅
Ｗ₁₁ 両突隆リップ部の軸心方向寸法
Ｗ₁₅ 両内径リップ部の軸心方向寸法

Claims (3)

1. シール装着用凹溝（３）の溝底両隅部（５）（５）に対応する突隆リップ部（11）（11）を有するゴム部（10）と、
   回転軸（１）に摺接する摺接面（21）に複数本の小凹溝（22）を円環状に有する薄肉樹脂部（20）とを、
   一体に接着した回転軸シールであって、
   上記ゴム部（10）の横断面形状を略Ｘ字形として、かつ、該ゴム部（10）の内周面（12）に沿って上記薄肉樹脂部（20）を、一体に接着し、
   さらに、上記薄肉樹脂部（20）の肉厚寸法（Ｔ ₂₀ ）よりも小さい深さ寸法（Ｄ ₂₂ ）に上記小凹溝（22）を形成すると共に、シール内周面（７）の軸心方向中央部に、上記薄肉樹脂部（20）の肉厚寸法（Ｔ ₂₀ ）よりも大きい深さ寸法（Ｈ）のグリス溜り溝（８）を形成したことを特徴とする回転軸シール。
2. シール装着用凹溝（３）の溝底両隅部（５）（５）に対応する突隆リップ部（11）（11）を有するゴム部（10）と、
   回転軸（１）に摺接する摺接面（21）に複数本の小凹溝（22）を円環状に有する薄肉樹脂部（20）とを、
   一体に接着した回転軸シールであって、
   上記ゴム部（10）の横断面形状を略Ｘ字形として、かつ、該略Ｘ字形のゴム部（10）の内周面（12）の軸心方向中央部を除いて、該内周面（12）に沿って、上記薄肉樹脂部（20）を一体に接着し、該薄肉樹脂部（20）が２本の円環体（20Ａ）（20Ａ）に分割されて配設され、かつ、上記軸心方向中央部に上記薄肉樹脂部（20）の肉厚寸法（Ｔ ₂₀ ）よりも大きい深さ寸法（Ｈ）のグリス溜り溝（８）を形成したことを特徴とする回転軸シール。
3. 上記ゴム部（10）は、ＮＢＲ，Ｈ−ＮＢＲ，ＦＫＭ，ＥＰＤＭの内の一つから選定され、さらに、上記樹脂部（20）は、フッ素樹脂、ポリアセタール樹脂，ポリアミド，ポリカーボネート，ポリエチレンの内の一つから選定される請求項１又は２記載の回転軸シール。

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