JP5894836B2 - 無限軌道駆動装置のシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の無限軌道駆動装置内を密封するシール構造に関するものである。

例えば油圧ショベル等の無限軌道車両は、土木工事現場等でぬかるんだ泥の上を走行するような場合に、無限軌道帯を駆動する無限軌道駆動装置が泥にまみれて回転作動することがある。このような無限軌道駆動装置には、泥等の異物が侵入することを防止するシール構造として、車両に取り付けられる固定ハウジングと無限軌道帯を駆動する回転ケーシングとの間にラビリンスシール及びフローティングシールを備えるものがある（特許文献１参照）。

この種のラビリンスシールは、フローティングシールのまわりに画成されるクランク状に曲折した断面形状の隙間を有し、泥等の異物がフローティングシールのまわりに侵入することを防止するようになっている。

フローティングシールは、固定ハウジングと回転ケーシングの内壁面の間に、一対のＯリングを介して装着される一対の金属製シールリングを備え、各Ｏリングに押される各シールリングが互いに摺接する。これにより、装置内の潤滑油が外部に漏出しないように密封するとともに、外部から異物が装置内に侵入することを防止するようになっている。

特開２００１−２４８７３５号公報

しかしながら、このような従来の無限軌道駆動装置のシール構造にあっては、軸受けのガタ等によって回転ケーシングが固定ハウジングに対して偏心し、フローティングシールが介装される回転ケーシング及び固定ハウジングの間隔が回転周方向について増減するため、フローティングシールによって泥等の異物の侵入を防止することが難しいという問題点があった。

また、フローティングシールは金属製シールリングどうしの摺接部に生じる摩擦熱の熱量が大きいため、装置内の潤滑油やシール材が過熱される心配があり、フローティングシールの摩擦損失が大きいという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、泥等の異物の侵入を防止し、摩擦損失を低減する無限軌道駆動装置のシール構造を提供することを目的とする。

本発明は、車両の無限軌道帯を駆動する回転ケーシングと固定ハウジングとの間を遮蔽する無限軌道駆動装置のシール構造であって、回転ケーシング及び固定ハウジングの一方に形成される環状のシール収容溝と、回転ケーシング及び固定ハウジングの他方に形成される環状のスライド面と、シール収容溝に収容されるシールリングと、シール収容溝に収容されシールリングをスライド面に押し付ける弾性部材と、シール収容溝にシールリングと並んで収容されるバックアップリングと、を備え、シールリングはシール収容溝の外部側に位置する溝側面に当接するように介装され、バックアップリングはシール収容溝の内部側に位置する溝側面に当接するように介装される。

本発明では、軸受けのガタ等によって回転ケーシングが軸固定ハウジングに対して偏心して回転作動するときに、弾性部材の弾性復元力によって押されるシールリングがシール収容溝にて移動することにより、シールリングがスライド面から離れないように摺接する追従性が確保され、回転ケーシングと固定ハウジングとの間を遮蔽する状態が維持される。

シールリングは、シール収容溝に収容され、スライド面に摺接するため、要求される剛性が低く抑えられ、低摩擦樹脂材を用いることが可能となる。そして、シールリング及び弾性部材の材質、形状を任意に設定してシールリングをスライド面に押し付ける力を適度に調節することが可能となる。これにより、シールリングとスライド面との摺接部に生じる摩擦損失を低減できるとともに、摩擦熱によって無限軌道駆動装置内の潤滑油やシール材が過熱されることを防止し、これらの寿命延長がはかれる。

本発明の第１実施形態に係る無限軌道駆動装置の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る無限軌道駆動装置のシール構造の断面図である。 本発明の第１実施形態に係るシールユニットの断面図である。 本発明の第２実施形態に係るシールユニットの断面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、例えば油圧ショベル等のクローラ式車両に設けられる無限軌道駆動装置１のシール構造を示す断面図である。無限軌道駆動装置１は、固定ハウジング１０に対して回転作動する回転ケーシング（ハブ）２０を備え、この回転ケーシング２０に図示しないスプロケット（クローラホイール）が連結される。回転ケーシング２０が回転作動することにより、スプロケットに噛み合う図示しない無限軌道帯（クローラベルト）が循環して、車両が走行するようになっている。

固定ハウジング１０は、図示しない車両フレームに連結される。固定ハウジング１０の内部には、油圧モータ２が設けられる。この油圧モータ２は、例えば斜板式ピストンモータが用いられ、図示しない油圧源から供給される作動油によって回転軸Ｏを中心として回転作動する。

回転ケーシング２０は、固定ハウジング１０に対してベアリング３を介して回転可能に支持される。回転ケーシング２０は、回転軸Ｏを中心として回転作動する。

回転ケーシング２０の内部には、図示しない減速ギア機構５が設けられる。この減速ギア機構５は、油圧モータ２の出力回転を減速して回転ケーシング２０に伝達する。回転ケーシング２０の内側には減速ギア機構５を収容するギア室９が画成される。

円筒状の回転ケーシング２０には、その外壁部２２から環状に突出する回転フランジ部２５が形成される。この回転フランジ部２５は、回転軸Ｏと直交する半径方向に延びる回転フランジ端面２６を有し、この回転フランジ端面２６に開口する複数のネジ孔２９が形成される。前記したスプロケット（クローラホイール）は、回転フランジ端面２６に当接するように組み付けられ、ネジ孔２９に螺合するボルト（図示せず）を介して回転フランジ部２５に締結され、回転ケーシング２０と共に回転作動する。

固定ハウジング１０と回転ケーシング２０の間には、ラビリンスシール３０が設けられる。このラビリンスシール３０は、固定ハウジング１０に形成される環状凹部１３と、回転ケーシング２０に形成される環状凸部２３との間に画成される。これにより、ラビリンスシール３０は、クランク状に曲折した断面形状を有し、泥等の異物がギア室９に侵入することを防止するようになっている。

ラビリンスシール３０は、その一端が無限軌道駆動装置１の外部に開口する半径方向シール間隙３１と、この半径方向シール間隙３１の他端にその一端が接続する軸方向シール間隙３２と、この軸方向シール間隙３２の他端にその一端が接続する半径方向シール間隙３３とによって構成され、この半径方向シール間隙３３の他端にその一端が接続する軸方向シール間隙３４が設けられ、この軸方向シール間隙３４の他端がギア室９のベアリング３のまわりに開口している。半径方向シール間隙３１、３３は、回転軸Ｏと直交する半径方向に延びる円盤状の空間を画成している。軸方向シール間隙３２、３４は、回転軸Ｏ方向に延びる円筒状の空間を画成している。

ラビリンスシール３０の半径方向シール間隙３３を遮蔽するシールユニット４０が設けられる。このシールユニット４０は、固定ハウジング１０に形成される環状のスライド面４６と、回転ケーシング２０に形成される環状のシール収容溝４５と、このシール収容溝４５に収容されるシールリング５０と、このシールリング５０をスライド面４６に押し付けるＯリング４２と、シールリング５０のギア室９側に並んで介装されるバックアップリング４３と、を備える。

半径方向シール間隙３３は、固定ハウジング１０の環状凹部１３の底面１９と、回転ケーシング２０の環状凸部２３の端面２８との間に画成される。

環状凹部１３の底面１９にスライド面４６が設けられる。スライド面４６は、機械加工によって所定の表面粗度となるように形成される。なお、上述した構成に限らず、スライド面４６を固定ハウジング１０と別体で形成してもよい。

環状凸部２３の端面２８に環状のシール収容溝４５が開口する。シール収容溝４５は、スライド面４６に対峙するように配置される。

図２に示すように、シール収容溝４５は回転軸Ｏ方向に延びる溝側面４５Ａ、４５Ｂと、回転軸Ｏに直交する半径方向に延びる溝底面４５Ｃと、を有する。シールリング５０は、シール収容溝４５の外部側（ラビリンスシール３０を介して外部に連通する側）に位置する溝側面４５Ａに当接するように介装される。バックアップリング４３は、シール収容溝４５の内部側（ギア室９に連通する側）に位置する溝側面４５Ｂに当接するように介装される。シールリング５０は、溝側面４５Ａとバックアップリング４３の間に挟まれ、回転軸Ｏ方向について変位可能に支持される。

シールリング５０は、合い口を持たないリング状に形成され、その全周に渡ってシール収容溝４５に嵌合される。シールリング５０及びシール収容溝４５は、共に回転軸Ｏ方向に延びる環状に形成されているため、シールリング５０に合い口を持たせる必要がなく、シールリング５０をシール収容溝４５に嵌合させることができる。

Ｏリング４２は、シールリング５０をスライド面４６に押し付ける弾性部材として設けられ、ゴム材によってリング状に形成される。Ｏリング４２は、円形状の断面を有する。Ｏリング４２は、シールリング５０の内側（背後側）にてシール収容溝４５に圧縮して介装され、シールリング５０のリング端面５２（図３参照）を押圧する。

バックアップリング４３は、矩形の断面形状を有し、例えばポリアミド等の樹脂材によって形成され、シールリング５０より高い剛性を有する。バックアップリング４３は、図示しない合い口端部によって画成される合い口隙間を有するリング状に形成される。バックアップリング４３は、合い口隙間を拡げた状態でシール収容溝４５に嵌め込まれる。

バックアップリング４３は、スライド面４６に押圧されるシールリング５０がギア室９側にはみ出さないように支持するバックアップ機能を果たす。

バックアップリング４３は、軸方向シール間隙３４側（図２において下側）に介装され、シール収容溝４５のギア室９側の溝側面４５Ｂに当接する。

なお、上述した構成に限らず、一対のバックアップリング４３がシールリング５０及びＯリング４２を挟むように介装される構成としてもよい。また、バックアップリングを用いないでシールリング５０の形状が維持される場合には、シールユニット４０はバックアップリングを備えない構成としてもよい。

図３に示すように、シールリング５０は、スライド面４６に対峙するシール部５１と、略矩形の断面形状に沿うリング端面５２及び両リング側面（外周面、内周面）５３、５４と、を有する。シール部５１は、スライド面４６に摺接する２つのリップ部５１Ａ、５１Ｂと、このリップ部５１Ａ、５１Ｂの間にて窪むリップ間凹部５１Ｃと、を有する。

なお、シールリング５０は、上述した構成に限らず、シール部５１の断面が直線状に延び、凹凸を持たない構成としてもよい。この場合に、シールリング５０は、シール部５１がスライド面４６に対して円筒面状に接触する。

シールリング５０は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の樹脂材によって形成されるが、これに限らず、他の低摩擦樹脂材を用いてもよい。

シールリング５０が低摩擦樹脂材によって形成されることにより、金属によって形成されるスライド面４６に対するシールリング５０の摩擦係数は、従来のフローティングシールにおける金属どうしの摺接部に比べて小さく抑えられる。

シールリング５０がスライド面４６に押し付けられる力は、Ｏリング４２の弾性復元力とシールリング５０自体の弾性復元力とによって得られる。Ｏリング４２及びシールリング５０の材質、形状を任意に設定することにより、シールリング５０とスライド面４６との間に生じる摩擦力が小さく抑えられる。

以下、無限軌道駆動装置１の動作について説明する。

車両の走行時に、無限軌道駆動装置１は油圧モータ２が回転ケーシング２０を回転作動させ、回転ケーシング２０と共に回転するスプロケットに噛み合う図示しない無限軌道帯（クローラベルト）を循環させる。例えば土木工事現場等で車両がぬかるんだ泥の上を走行するような場合に、無限軌道帯が泥にめり込みながら循環し、無限軌道駆動装置１も泥にまみれて作動する。

上記の作動時に、無限軌道駆動装置１はラビリンスシール３０によって泥等の異物が侵入することが防止されるとともに、ラビリンスシール３０の半径方向シール間隙３３がシールユニット４０によって密封されることによって、ギア室９の潤滑油が外部に洩れ出さないように封止される。

環状凸部２３の端面２８に環状のシール収容溝４５が開口するため、環状凸部２３内のシールユニット４０を囲むようにしてラビリンスシール３０の軸方向シール間隙３２が延びている。このようにシールユニット４０のまわりにラビリンスシール３０が配置されるため、シールユニット４０の介装スペースを利用してラビリンスシール３０の長さが十分に確保される。これにより、ラビリンスシール３０によって泥等の異物がシールユニット４０のまわりに侵入することを有効に抑えられることと、固定ハウジング１０及び回転ケーシング２０が大型化することを抑えられること、とを両立できる。

無限軌道駆動装置１が上記のように土砂や泥水等が存在する環境で使用される場合に、固定ハウジング１０の外壁部１２と回転ケーシング２０に付着した泥等がラビリンスシール３０に押し込まれることがある。

ラビリンスシール３０に入った泥等の異物が半径方向シール間隙３３に侵入しても、シールリング５０のリップ部５１Ａがスライド面４６に摺接することによって半径方向シール間隙３３が遮蔽されているため、異物がギア室９に侵入することが防止される。

一方、シールリング５０のリップ部５１Ｂがスライド面４６に摺接することによって半径方向シール間隙３３が遮蔽されるため、ギア室９の潤滑油が外部に洩れ出さないように封止される。

上記無限軌道駆動装置１の作動時に、ベアリング３のガタ等によって固定ハウジング１０に対して回転ケーシング２０が偏心し、半径方向シール間隙３３の間隙幅（回転軸Ｏ方向について環状凹部１３の底面１９と環状凸部２３の端面２８との距離）が回転周方向について例えば数ミリ程度増減する。このように固定ハウジング１０のスライド面４６に対して回転ケーシング２０のシール収容溝４５が変位することに対応して、Ｏリング４２の弾性復元力によって押されるシールリング５０がシール収容溝４５の溝側面４５Ａに沿って移動する。これにより、シールリング５０がスライド面４６から離れないように摺接し、泥等の異物がギア室９に侵入することを防止するとともに、ギア室９の潤滑油が外部に洩れ出さないように封止する。

上記ラビリンスシール３０に入ってシールユニット４０に遮蔽された泥等がシールリング５０とシール収容溝４５の溝側面４５Ａの隙間を通ってシール収容溝４５に入っても、この泥等はＯリング４２を介してシール収容溝４５内に閉じ込められ、泥等がギア室９に侵入することが防止される。シール収容溝４５内に入り込んだ泥等は、Ｏリング４２を圧縮し、Ｏリング４２によって押されるシールリング５０がスライド面４６に押し付けられ、シールリング５０とスライド面４６間の密封性が高まる。

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

〔１〕回転ケーシング２０に形成される環状のシール収容溝４５と、固定ハウジング１０に形成される環状のスライド面４６と、シール収容溝４５に収容されるシールリング５０と、シール収容溝４５に収容されシールリング５０をスライド面４６に押し付けるＯリング４２と、を備えるため、固定ハウジング１０のスライド面４６に対して回転ケーシング２０のシール収容溝４５が変位することに対応して、Ｏリング４２の弾性復元力によって押されるシールリング５０がシール収容溝４５にて移動することにより、シールリング５０がスライド面４６から離れないように摺接し、回転ケーシング２０と固定ハウジング１０との間を遮蔽する。

シールリング５０は、シール収容溝４５に収容され、スライド面４６に摺接するため、要求される剛性が低く抑えられ、低摩擦樹脂材を用いることが可能となる。さらに、シールリング５０及びＯリング４２の材質形状を任意に設定してシールリング５０をスライド面４６に押し付ける力を適度に調節することが可能となる。これにより、シールリング５０とスライド面４６との摺接部に生じる摩擦損失を低減して車両の燃費低減がはかれるとともに、摩擦熱によって無限軌道駆動装置１内の潤滑油やシール材が過熱されることを防止し、これらの寿命延長がはかれる。

なお、上述した構成に限らず、固定ハウジングにシール収容溝が設けられ、回転ケーシングにスライド面が設けられる構成としてもよい。この場合に、シールユニットのシールリング等は固定ハウジングに介装され、回転ケーシングと共に回転せず、密封性が維持される。

〔２〕シール収容溝４５は回転ケーシング２０の回転軸Ｏ方向に延びる溝側面４５Ａを有するため、回転ケーシング２０がベアリング３のガタ等によって回転軸Ｏに対して偏心すると、シールリング５０がシール収容溝４５の溝側面４５Ａに摺接して回転軸Ｏ方向に移動することにより、シールリング５０がスライド面４６から離れないように摺接し、回転ケーシング２０と固定ハウジング１０との間を遮蔽する。

なお、上述した構成に限らず、回転軸Ｏ方向に延びる軸方向シール間隙３４を遮蔽するシールユニットを備え、このシールユニットのシール収容溝は回転軸Ｏと直交する半径方向に延びる溝側面を有する構成としてもよい。この場合に、スライド面は回転軸Ｏ方向に延びる構成とし、シール収容溝に収容されるシールリングが半径方向に変位してスライド面に追従する。

〔３〕シール収容溝４５にシールリング５０と並んで収容されるバックアップリング４３を備え、シールリング５０はシール収容溝４５の外部側に位置する溝側面４５Ａに当接するように介装され、バックアップリング４３はシール収容溝４５の内部側に位置する溝側面４５Ｂに当接するように介装されるため、シールユニット４０に遮蔽された泥等がシール収容溝４５に入ってもバックアップリング４３を介してシール収容溝４５内に閉じ込められ、泥等がギア室９に侵入することが防止されるとともに、シールリング５０がスライド面４６に押し付けられる力が高まり、シールリング５０とスライド面４６間の密封性が高まる。

（第２実施形態）
次に図４に示す本発明の第２実施形態を説明する。図４は、シールユニット４１の断面図である。この構成は第１実施形態と基本的に同じであるため、以下では、第１実施形態と相違する点のみについて説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付す。

シールユニット４１は、固定ハウジング１０に形成される環状のスライド面４６と、回転ケーシング２０に形成される環状のシール収容溝４５と、このシール収容溝４５に収容されるシールリング５０と、このシールリング５０をスライド面４６に押し付けるＸリング４７と、シールリング５０のギア室９側に並んで介装されるバックアップリング４３と、を備える。

Ｘリング４７は、シールリング５０をスライド面４６に押し付ける弾性部材として設けられ、ゴム材によってリング状に形成される。Ｘリング４７は、４つの凸部４７Ａ〜４７ＤからなるＸ字状の断面を有する。

Ｘリング４７は、シールリング５０の内側（背後側）にてシール収容溝４５に圧縮して介装され、その弾性復元力によってシールリング５０のリング端面５２（図３参照）を押圧し、シールリング５０をスライド面４６に押し付ける。

シール収容溝４５内には断面矩形の収容空間が画成され、この収容空間を画成する部位はシール収容溝４５の溝側面４５Ａと溝底面４５Ｃとバックアップリング４３の側面とシールリング５０のリング端面５２によって４つの環状角部を有する。Ｘリング４７の凸部４７Ａ〜４７Ｄは、上記収容空間を画成する４つの環状角部に当接し、シールリング５０とシール収容溝４５の間を密封する。シール収容溝４５内の圧力が高まるのに伴って、Ｘリング４７の凸部４７Ａ〜４７Ｄが当接部に押圧され、シールリング５０とシール収容溝４５間の密封性が高まるとともに、シールリング５０がスライド面４６に押し付けられる力が高まり、シールリング５０とスライド面４６間の密封性が高まる。

以上の第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に前記〔１〕〜〔３〕の作用効果を奏するとともに、以下に示す作用効果を奏する。

〔４〕弾性部材として断面がＸ字形のＸリング４７が設けられるため、Ｘリング４７がシール収容溝４５内の圧力によって弾性変形することにより、シールリング５０とシール収容溝４５間の密封性が高まるとともに、シールリング５０とスライド面４６間の密封性が高まる。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の無限軌道駆動装置のシール構造は、無限軌道帯（履帯）を循環して走行する例えば油圧ショベル等の建設機械や他の車両に利用できる。

１１ 無限軌道駆動装置
１０ 固定ハウジング
２０ 回転ケーシング
４２ Ｏリング（弾性部材）
４５ シール収容溝
４５Ａ、４５Ｂ 溝側面
４６ スライド面
４７ Ｘリング（弾性部材）
５０ シールリング

Claims (3)

1. 車両の無限軌道帯を駆動する回転ケーシングと固定ハウジングの間を遮蔽する無限軌道駆動装置のシール構造であって、
   前記回転ケーシング及び前記固定ハウジングの一方に形成される環状のシール収容溝と、
   前記回転ケーシング及び前記固定ハウジングの他方に形成される環状のスライド面と、
   前記シール収容溝に収容されるシールリングと、
   前記シール収容溝に収容され前記シールリングを前記スライド面に押し付ける弾性部材と、
   前記シール収容溝に前記シールリングと並んで収容されるバックアップリングと、を備え、
   前記シールリングは前記シール収容溝の外部側に位置する溝側面に当接するように介装され、
   前記バックアップリングは前記シール収容溝の内部側に位置する溝側面に当接するように介装されることを特徴とする無限軌道駆動装置のシール構造。
2. 前記シール収容溝は前記回転ケーシングの回転軸方向に延びる溝側面を有することを特徴とする請求項１に記載の無限軌道駆動装置のシール構造。
3. 前記弾性部材として断面がＸ字形のＸリングが設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の無限軌道駆動装置のシール構造。

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