JP5152484B2

JP5152484B2 - 密封装置

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Publication number: JP5152484B2
Application number: JP2007275046A
Authority: JP
Inventors: 彰洋佐藤
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: JP2009103208A

Description

本発明は、例えば農業機械や建築機械における足回り等の軸封手段として用いられ、泥水や土埃等に曝される過酷な条件での使用に適した密封装置に関する。

トラクタや耕耘機などの農業機械や建築機械における足回り等の軸封手段として、泥水や土埃等に曝される過酷な条件で使用される密封装置は、従来、例えば特許文献１に記載のようなものが知られている。
特開２００３−１０６４６４号公報

図２は、上記特許文献１と同様の従来の密封装置を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。図２に示される密封装置１００は、回転軸（例えば車軸）２００に固定されてこの回転軸２００と一体に回転する回転側密封要素１１０と、軸外周のハウジング３００側に固定された非回転の静止側密封要素１２０とを備える。

このうち回転側密封要素１１０は、スリーブ１１１ａ及びその機外Ｂ側の端部から外径側へ展開した外向き鍔部１１１ｂからなる金属製の内環１１１と、前記スリーブ１１１ａの内周面に一体に設けられて回転軸２００の外周面に適当な締め代をもって密嵌される内周固定シール部１１２と、前記外向き鍔部１１１ｂにおける機外Ｂ側に一体に設けられて互いに同心の円周方向へ延びる複数のダストリップ１１３〜１１５とを備える。内周固定シール部１１２及びダストリップ１１３〜１１５は、ゴム状弾性材料で互いに連続して形成されている。

静止側密封要素１２０は、外周筒部１２１ａ及びその機内Ａ側の端部から内径側へ延びる内向き鍔部１２１ｂを有する金属製の外環１２１と、この外環１２１における前記外周筒部１２１ａの機外Ｂ側の端部から外径側へ凸の断面略Ｕ字形に屈曲形成された固定フランジ部１２１ｃに外径端部がカシメ固定された金属製の保護カバー１２２と、前記外環１２１の外周筒部１２１ａの外周面に一体に設けられてハウジング３００の内周面に適当な締め代をもって密嵌される外周固定シール部１２３と、前記外環１２１の内向き鍔部１２１ｂにおける機外Ｂ側及び内径側に一体に設けられて互いに同心の円周方向へ延びる複数のダストリップ１２４〜１２７と、前記内向き鍔部１２１ｂにおける内径側に一体に設けられて機内Ａ側を向いた対油リップ１２８と、この対油リップ１２８に嵌着されたガータスプリング１２９とを備える。外周固定シール部１２３、ダストリップ１２４〜１２７及び対油リップ１２８は、ゴム状弾性材料で互いに連続して形成されている。

上記構成の密封装置１００は、回転側密封要素１１０の複数のダストリップ１１３〜１１５が、静止側密封要素１２０の保護カバー１２２に摺動可能に密接され、また、静止側密封要素１２０の複数のダストリップ１２４〜１２７が、回転側密封要素１１０の内環１１１に摺動可能に密接されることによって、多段の密封摺動部を形成し、機外Ｂからの泥水や土埃等の侵入を遮断するものである。また、静止側密封要素１２０の対油リップ１２８が、回転側密封要素１１０の内環１１１に摺動可能に密接されることによって、機内Ａに存在するオイルやグリース等の機外Ｂへの漏洩を防止するものである。

この種の密封装置１００において、近年は更なる耐ダスト性向上、すなわちシール寿命の更なる長久化が要求されているが、上記従来技術のように、ゴム状弾性材料からなるダストリップを多段に設けたものは、ダストリップの摩耗による緊迫力の低下によって、長期使用のうちに泥水等の侵入を来してしまうことになり、これ以上の耐ダスト性の向上を図ることは困難であった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、多段のダストリップに依存したシール構造に比較して、更なる耐ダスト性の向上を図った密封装置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の発明に係る密封装置は、回転体に固定されてこの回転体と一体に回転する回転側密封要素と、非回転のハウジングに固定される静止側密封要素とを備え、前記回転側密封要素と静止側密封要素との間に、ダストシール及びその機内側に位置する対油シールが形成され、前記ダストシールが、前記静止側密封要素に気密的に取り付けられると共に前記回転側密封要素に平面同士で摺動可能に密接された合成樹脂リングと、この合成樹脂リングを前記回転側密封要素へ向けて軸方向へ付勢する弾性リングにより形成され、前記弾性リングがゴム状弾性材料からなるものであって、前記静止側密封要素に設けられた補強環に形成された環状凹部に遊嵌されると共に、この弾性リングに円周方向に連続して形成された突条が前記環状凹部の内面に密接され、前記合成樹脂リングに、先端が大径となるような円錐筒状をなして延びるリップ部が形成され、このリップ部は、前記平面同士で摺動可能に密接されることによる密封摺動部の外側で、前記回転側密封要素の外周縁部に摺動可能に密接されるものである。

請求項１の発明に係る密封装置によれば、ダストシールが、静止側密封要素に気密的に取り付けられた合成樹脂リングを、弾性リングの付勢力によって、回転側密封要素に平面同士で摺動可能に密接させてなるものであるため、ゴム状弾性材料からなるダストリップに比較して摩耗しにくく、しかも平面同士で密接することによって広い密封面が形成され、また、弾性リングが、円周方向に連続して形成された突条を介して、補強環による環状凹部の内面に支持されているので、安定的に支持されると共に、前記環状凹部の内面との間に、遊嵌によって隙間が存在するので、長期にわたって合成樹脂リングに対する安定した付勢力が得られ、しかも合成樹脂リングに形成された、先端が大径となるような円錐筒状をなして延びるリップ部が、前記平面同士で摺動可能に密接されることによる密封摺動部の外側で、回転側密封要素の外周縁部に摺動可能に密接されるので、泥水や土埃等、ダストの侵入を有効に遮断して対油シール側へのダストの介入を防止し、耐ダスト性の向上を図ることができる。

以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、本発明に係る密封装置の実施の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

図１に示される形態の密封装置は、ハウジング６の軸孔６１に挿通された回転軸（例えばトラクタなど農業機械の車軸）５に固定されてこの回転軸５と一体に回転する回転側密封要素１と、ハウジング６の軸孔６１の開口端部に軸孔６１より大径に形成されたシール装着凹部６２に固定される非回転の静止側密封要素２とを備え、前記回転側密封要素１と静止側密封要素２との間に、第一のダストシールＳ１とその内周（機内Ａ側）に位置する第二のダストシールＳ２、及びその更に機内Ａ側に位置する対油シールＳ３が形成され、前記第一のダストシールＳ１が、前記静止側密封要素２に気密的に取り付けられると共に前記回転側密封要素１に摺動可能に密接された合成樹脂リング３と、この合成樹脂リング３を前記回転側密封要素１へ向けて付勢する弾性リング４により形成されている。なお、第一のダストシールＳ１は請求項１に記載されたダストシールに相当する。

回転側密封要素１は、金属板のプレス加工等により製作されたものであって、回転軸５の外周面に所要の締め代をもって圧入嵌着される円筒状のスリーブ１１と、このスリーブ１１の機外Ｂ側を向いた端部から外径方向へ円盤状に展開したフランジ１２とを有する。

静止側密封要素２は、金属製の補強環２１と、これにゴム状弾性材料で一体成形された固定シール部２２、ダストリップ２３，２４及び対油リップ２５と、この対油リップ２５に嵌着されたガータスプリング２６とからなる。

静止側密封要素２における補強環２１は、金属板のプレス加工等により製作されたものであって、円筒状の外周筒部２１ａと、この外周筒部２１ａの機内Ａ側を向いた端部から内径方向へ延びる径方向部２１ｂと、この径方向部２１ｂの内径端部から機外Ｂ側へ延びる円筒状の中間筒部２１ｃと、さらにその機外Ｂ側を向いた端部から内径方向へ段差形状をなして延びる内向きフランジ２１ｄとからなる。

回転側密封要素１との間で第一のダストシールＳ１を形成する合成樹脂リング３は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）など、摩擦係数が低く耐摩耗性に優れたフッ素樹脂からなるものであって、軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状が方形をなしており、弾性リング４によって軸方向へ付勢されて、回転側密封要素１におけるフランジ１２の内側面に、軸心Ｏと略垂直な平面同士で摺動可能に密接されている。この合成樹脂リング３には、機外Ｂ側へ向けて、先端が大径となるような円錐筒状をなして延びるリップ部３１が形成され、このリップ部３１は、回転側密封要素１におけるフランジ１２の外周縁部１２ａに摺動可能に密接されている。

弾性リング４は、ゴム状弾性材料で成形されたものであって、その軸方向一端が合成樹脂リング３と互いに密嵌され、外周面及び内周面にはそれぞれ側部突条４１，４２が円周方向へ連続して形成され、軸方向他端（合成樹脂リング３と反対側の端部）には一対の脚部突条４３，４３が円周方向へ連続して形成されている。そしてこの弾性リング４は、静止側密封要素２における補強環２１の外周筒部２１ａ、径方向部２１ｂ及び中間筒部２１ｃによって形成された断面略コ字形の環状凹部２ａに遊嵌されると共に、側部突条４１，４２が補強環２１の外周筒部２１ａ及び中間筒部２１ｃの内面に密接され、脚部突条４３，４３が補強環２１の径方向部２１ｂの内面に密接されることによって、前記環状凹部２ａに対して内外周の隙間Ｇを有する状態で支持されている。また、軸心Ｏを通る平面で切断した弾性リング４の断面積及び軸方向長さは、合成樹脂リング３の断面積及び軸方向長さより大きいものとなっている。

静止側密封要素２における固定シール部２２は、補強環２１における外周筒部２１ａの外周側に形成されており、ハウジング６のシール装着凹部６２の内周面に、径方向に適宜圧縮された状態で密嵌されることによって、ハウジング６との間を密封すると共に、このハウジング６に対する静止側密封要素２の固定力を得るものである。

静止側密封要素２におけるダストリップ２３，２４は、この静止側密封要素２の補強環２１における内向きフランジ２１ｄの内周位置からそれぞれ機外Ｂ側へ向けて、先端が小径となるような円錐筒状をなして延びており、このダストリップ２３，２４の先端部内周面が、回転側密封要素１のスリーブ１１の外周面に対して摺動可能に密接されることによって、第二のダストシールＳ２が構成されている。

静止側密封要素２における対油リップ２５は、この静止側密封要素２の補強環２１における内向きフランジ２１ｄの内周位置からダストリップ２３，２４と反対側、すなわち機内Ａ側へ向けて、先端が小径となるような円錐筒状をなして延びており、この対油リップ２５の先端部内周面が、回転側密封要素１のスリーブ１１の外周面に対して摺動可能に密接されることによって、対油シールＳ３が構成されている。また、ガータスプリング２６は金属製のコイルスプリングを環状に繋げたものであって、対油リップ２５の外周面に形成された環状溝に嵌着され、前記スリーブ１１に対する対油リップ２５の所要の緊迫力を補償するものである。

なお、静止側密封要素２におけるダストリップ２３，２４及び対油リップ２５は、補強環２１の径方向部２１ｂ、中間筒部２１ｃ及び内向きフランジ２１ｄの機外Ｂ側の面に沿って被着された被覆層２７を介して、固定シール部２２と互いに連続している。

回転軸５の外周面には、機内Ａ側で相対的に大径となるような径方向段差面５ａが、図示の組立状態においてハウジング６のシール装着凹部６２の径方向立ち上がり面６２ａと互いに同一の平面上に位置するように形成されている。そして前記シール装着凹部６２に静止側密封要素２の固定シール部２２を圧入し、補強環２１の径方向部２１ｂを覆っている被覆層２７の外径部２７ａの端面が前記径方向立ち上がり面６２ａと当接するように位置決めする一方、回転軸５における径方向段差面５ａより小径側の外周面５ｂに回転側密封要素１を圧入し、そのスリーブ１１の先端１１ａが前記径方向段差面５ａと当接するように位置決めした時に、弾性リング４が、回転側密封要素１のフランジ１２に当接された合成樹脂リング３と、静止側密封要素２の補強環２１の径方向部２１ｂとの間で軸方向に所定の圧縮率で圧縮され、合成樹脂リング３に対する所定の付勢力を生じるように、静止側密封要素２の環状凹部２ａの軸方向深さ、補強環２１の径方向部２１ｂ及びこれを覆う被覆層２７の外径部２７ａの肉厚、合成樹脂リング３及び弾性リング４の軸方向長さ、回転側密封要素１のスリーブ１１の軸方向長さなどが設定されている。

また、弾性リング４の軸方向長さが合成樹脂リング３の軸方向長さより十分に大きいので圧縮永久歪が起こりにくく、しかもこの弾性リング４と補強環２１の環状凹部２ａ（外周筒部２１ａ及び中間筒部２１ｃの内面）との間には隙間Ｇを有するので、僅かな圧縮率の誤差によって付勢力が大きく変化することがない。

以上の構成を備える図１の形態の密封装置は、第一のダストシールＳ１において、静止側密封要素２側に保持された合成樹脂リング３が回転側密封要素１のフランジ１２の内側面に摺動可能に密接されることによって、機外Ｂからの泥水や土埃等の侵入を遮断し、その内側にある第二のダストシールＳ２において、静止側密封要素２のダストリップ２３，２４が、回転側密封要素１のスリーブ１１の外周面に摺動可能に密接されることによって、前記泥水や土埃等の侵入を二次的にシールする一方、対油シールＳ３において、静止側密封要素２に設けられた対油リップ２５が、回転側密封要素１のスリーブ１１に摺動可能に密接されることによって、機内Ａに存在するオイルやグリース等の機外Ｂへの漏洩を防止するものである。

ここで、合成樹脂リング３は、ＰＴＦＥなど、摩擦係数が低くかつ耐摩耗性に優れたフッ素樹脂からなるものであると共に、回転側密封要素１のフランジ１２に、軸心Ｏと略垂直な平面同士で摺動可能に密接するものであるため、摩耗が有効に抑制される。しかも、平面同士で密接することによって径方向幅の広い密封摺動面が形成されるので、機外Ｂからの泥水や土埃等、ダストの侵入を確実に遮断して第二のダストシールＳ２及び対油シールＳ３側へのダストの介入を有効に防止し、耐ダスト性が大幅に向上する。

また、合成樹脂リング３を付勢する弾性リング４が、円周方向に連続して形成された突条４１〜４３を介して安定的に支持され、しかも先に説明したように、弾性リング４は、僅かな圧縮率の誤差によって付勢力が大きく変化することがないため、合成樹脂リング３に長期使用に伴う摩耗を生じても、弾性リング４の付勢力の低下が抑えられ、したがって、長期にわたって合成樹脂リング３の安定した密封面圧が保持される。

なお、静止側密封要素２の補強環２１による環状凹部２ａと、弾性リング４との間の隙間Ｇを介しての泥水や土埃等の侵入は、弾性リング４に形成された側部突条４１，４２及び脚部突条４３，４３が前記環状凹部２ａの内面と密接されていることによって阻止される。

また、第一のダストシールＳ１は、合成樹脂リング３が回転側密封要素１のフランジ１２に軸心Ｏと略垂直な平面同士で密接されることによる密封摺動部の外側で、リップ部３１とフランジ１２の外周縁部１２ａとの摺動部により、予備的な密封機能を奏するため、機外Ｂからのダストに対する一層優れた密封性を得ることができる。

なお、図示の形態では、弾性リング４には一対の脚部突条４３が形成されているが、この脚部突条４３は一本でも良い。但し、弾性リング４の安定性を考慮すれば、脚部突条４３は複数設けることが好ましい。

本発明に係る密封装置の実施の形態を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。従来の密封装置を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

符号の説明

１回転側密封要素
１１スリーブ
１２フランジ
１２ａ外周縁部
２静止側密封要素
２１補強環
２２固定シール部
２３，２４ダストリップ
２５対油リップ
３合成樹脂リング
３１リップ部
４弾性リング
４１，４２側部突条（突条）
４３脚部突条（突条）
５回転軸（回転体）
６ハウジング
Ａ機内
Ｂ機外
Ｓ１第一のダストシール
Ｓ２第二のダストシール
Ｓ３対油シール

Claims

回転体に固定されてこの回転体と一体に回転する回転側密封要素と、非回転のハウジングに固定される静止側密封要素とを備え、前記回転側密封要素と静止側密封要素との間に、ダストシール及びその機内側に位置する対油シールが形成され、前記ダストシールが、前記静止側密封要素に気密的に取り付けられると共に前記回転側密封要素に平面同士で摺動可能に密接された合成樹脂リングと、この合成樹脂リングを前記回転側密封要素へ向けて軸方向へ付勢する弾性リングにより形成され、前記弾性リングがゴム状弾性材料からなるものであって、前記静止側密封要素に設けられた補強環に形成された環状凹部に遊嵌されると共に、この弾性リングに円周方向に連続して形成された突条が前記環状凹部の内面に密接され、前記合成樹脂リングに、先端が大径となるような円錐筒状をなして延びるリップ部が形成され、このリップ部は、前記平面同士で摺動可能に密接されることによる密封摺動部の外側で、前記回転側密封要素の外周縁部に摺動可能に密接されることを特徴とする密封装置。