JP5982154B2 - 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、フローティングシールの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。また、ラビリンスシール及び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。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ラビリンスシールと共同して無限軌道駆動装置を密封するシール構造の摩擦損失を低減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に環状のラビリンスシールが設けられる無限軌道駆動装置のシール構造であって、ラビリンスシールは回転ケーシングの回転軸方向に延びる軸方向シール間隙を有し、ラビリンスシールに軸方向シール間隙の中程を遮蔽するシールユニットが設けられ、シールユニットは、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、シール収容溝に収容されるシールリングと、回転ケーシング及び固定ハウジングの他方に形成されてシールリングが摺接する環状のスライド面と、を有し、固定ハウジング及び回転ケーシングの一方にはラビリンスシールを画成する環状凸部が形成され、固定ハウジング及び回転ケーシングの他方に環状凸部との間にラビリンスシールを画成する環状凹部が形成され、環状凹部の内周にはシール収容溝が開口し、環状凸部の内周にはスライド面が設けられ、環状凸部の内周端部にスライド面から離れるのにしたがって次第に拡径する環状のガイド面が形成されることを特徴とする。

本発明では、回転ケーシングが回転して無限軌道帯を駆動する車両の走行時に、ラビリンスシールによって外部から異物が無限軌道駆動装置内に侵入することを防止するとともに、シールユニットのシールリングが相対回転するスライド面に摺接して軸方向シール間隙を遮蔽し、無限軌道駆動装置内の潤滑油が外部に漏出しないように密封する。

シールユニットは、シール収容溝に収容されるシールリングを備えるため、シールリングに例えば低摩擦樹脂材を用いることが可能となり、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。

本発明の実施形態に係る無限軌道駆動装置の断面図である。 無限軌道駆動装置のシール構造の断面図である。 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。

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、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とによって構成され、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。

なお、ラビリンスシール３０は、上述した構成に限らず、半径方向シール間隙３３の一端が無限軌道駆動装置１の外部に開口し、Ｌ字形に曲折した断面形状を有する構成としてもよい。その場合に、固定ハウジング１０は環状凹部１３の外周壁部分を持たない形状となる。

ラビリンスシール３０の軸方向シール間隙３４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、回転ケーシング２０に形成される環状のスライド面４６と、固定ハウジング１０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。

軸方向シール間隙３４は、固定ハウジング１０の環状凹部１３の内周面１９と、回転ケーシング２０の環状凸部２３の内周面２８との間に画成される。

環状凸部２３の内周面２８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を回転ケーシング２０と別体で形成してもよい。

環状凹部１３の内周面１９にシール収容溝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と直交する半径方向に延びる溝側面４５Ａ、４５Ｂと、回転軸Ｏ方向に延びる溝底面４５Ｃと、を有する。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と直交する半径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、シール収容溝４５に介装された状態にて、図示しない矯正治具を用いて縮径され、その全周に渡ってシール収容溝４５に嵌合される。

なお、シールリング５０は、上述した構成に限らず、合い口を持ち、矯正治具を用いることなくシール収容溝４５に嵌合される構成としてもよい。

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る。Ｏリング４２は、円形状の断面を有し、ゴム材によってリング状に形成される。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のリング内周面５２（図３参照）を押圧する。

なお、シールリング５０をスライド面４６に押し付ける弾性部材は、Ｏリングに限らず、他の形状のものを用いてもよい。

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、シールリング５０及びＯリング４２のギア室９側（図２において右側）に介装される。

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。

環状凸部２３の内周端部には、テーパ状のガイド面２７が形成される。このガイド面２７は、スライド面４６から離れる方向（図２において左方向）にかけて次第に拡径している。

無限軌道駆動装置１の組み立て時に、シール収容溝４５にＯリング４２とシールリング５０とバックアップリング４３とが嵌め込まれた後に、固定ハウジング１０に回転ケーシング２０が組み付けられる。環状凹部１３に環状凸部２３が挿入される際に、ガイド面２７がシール収容溝４５から突出しているバックアップリング４３及びシールリング５０に摺接することにより、バックアップリング４３及びシールリング５０がテーパ状のガイド面２７に追従してシール収容溝４５に収まる。これにより、バックアップリング４３及びシールリング５０が環状凸部２３に当たって損傷することが防止されるとともに、ガイド面２７に連接するスライド面４６がバックアップリング４３とシールリング５０の内側へと円滑に挿入され、この組み付け作業が容易に行われる。

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内周面５２及び両リング端面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。

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。このような作動時に、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の軸方向シール間隙３４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。

シールユニット４０が軸方向シール間隙３４に介装されることにより、外部からシールユニット４０へと延びる半径方向シール間隙３１と軸方向シール間隙３２と半径方向シール間隙３３とによってラビリンスシール３０の長さが十分に確保され、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。また、こうしてシールユニット４０がラビリンスシール３０の奥側に介装されることにより、ラビリンスシール３０の長さを確保するために固定ハウジング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。

ラビリンスシール３０に入った泥等の異物が軸方向シール間隙３４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軸方向シール間隙３４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軸方向シール間隙３４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のガタ等によって回転ケーシング２０が固定ハウジング１０に対して偏心して回転作動するときに、半径方向シール間隙３３の間隙幅が回転周方向について増減する。固定ハウジング１０のシール収容溝４５に対して回転ケーシング２０のスライド面４６が変位することに対応して、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、シールユニット４０の密封性が維持される。

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。これにより、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。また、無限軌道駆動装置１の摩擦損失を低減して車両の燃費低減がはかれる。

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〕ラビリンスシール３０は回転ケーシング２０の回転軸Ｏ方向に延びる軸方向シール間隙３４を有し、この軸方向シール間隙３４を遮蔽するシールユニット４０を備え、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、回転ケーシング２０に形成されてシールリング５０が摺接する環状のスライド面４６と、を有するため、回転ケーシング２０が回転して無限軌道帯を駆動する車両の走行時に、ラビリンスシール３０によって外部から異物が無限軌道駆動装置１内に侵入することを防止するとともに、シールユニット４０のシールリング５０が相対回転するスライド面４６に摺接して軸方向シール間隙３４を遮蔽し、無限軌道駆動装置１内の潤滑油が外部に漏出しないように密封する。

シールユニット４０は、シール収容溝４５に収容されるシールリング５０を備えるため、シールリング５０に低摩擦樹脂材を用いることが可能となり、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できる。

〔２〕シールリング５０をスライド面４６に押し付けるＯリング（弾性部材）４２がシール収容溝４５に介装され、シール収容溝４５は回転ケーシング２０の回転軸Ｏと直交する半径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のガタ等によって固定ハウジング１０に対して半径方向に変位すると、シールリング５０がシール収容溝４５の溝側面４５Ａに摺接して半径方向に移動し、シールリング５０がスライド面４６に追従することによって密封性が維持される。

〔３〕回転ケーシング２０にはラビリンスシール３０を画成する環状凸部２３が形成され、この環状凸部２３の内周にスライド面４６が設けられ、固定ハウジング１０には環状凸部２３との間にラビリンスシール３０を画成する環状凹部１３が形成され、この環状凹部１３の内周にシール収容溝４５が開口するため、ラビリンスシール３０は外部に対する開口端からシールユニット４０までの長さが十分に確保され、泥等の異物がラビリンスシール３０を通ってシールユニット４０のまわりに侵入することを有効に抑えられる。

〔４〕環状凸部２３の内周端部にスライド面４６から離れるのにしたがって次第に拡径する環状のガイド面２７が形成されるため、無限軌道駆動装置１の組み立て時において、環状凹部１３に環状凸部２３が挿入される際に、バックアップリング４３及びシールリング５０がテーパ状のガイド面２７に追従してシール収容溝４５に収まるとともに、ガイド面２７に連接するスライド面４６がバックアップリング４３とシールリング５０の内側へと円滑に挿入され、この組み付け作業が容易に行われる。

なお、上述した構成に限らず、固定ハウジングに設けられる環状凹部の内周にスライド面が設けられ、回転ケーシングに設けられる環状凸部の内周にシール収容溝が開口す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回転ケーシングと共に回転し、固定ハウジングに設けられるスライド面に摺接してラビリンスシールを遮蔽する。

また、上述した構成に限らず、固定ハウジングにラビリンスシールを画成する環状凸部が形成され、この環状凸部の内周にスライド面が設けられ、回転ケーシングに環状凸部との間にラビリンスシールを画成する環状凹部が形成され、この環状凹部の内周にシール収容溝が開口す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回転ケーシングと共に回転し、固定ハウジングに設けられるスライド面に摺接してラビリンスシールを遮蔽する。

また、上述した構成に限らず、固定ハウジングにラビリンスシールを画成する環状凸部が形成され、この環状凸部の内周にシール収容溝が開口し、回転ケーシングに環状凸部との間にラビリンスシールを画成する環状凹部が形成され、この環状凹部の内周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、回転ケーシング設けられるスライド面に摺接してラビリンスシールを遮蔽する。

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。

１ 無限軌道駆動装置
１０ 固定ハウジング
１３ 環状凹部
２０ 回転ケーシング
２３ 環状凸部
２７ ガイド面
２８ 内周面
３０ ラビリンスシール
３４ 軸方向シール間隙
４０ シールユニット
４２ Ｏリング（弾性部材）
４５ シール収容溝
４５Ａ 溝側面
４６ スライド面
５０ シールリング

Claims (2)

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との間に環状のラビリンスシールが設けられる無限軌道駆動装置のシール構造であって、
   前記ラビリンスシールは前記回転ケーシングの回転軸方向に延びる軸方向シール間隙を有し、
   前記ラビリンスシールに前記軸方向シール間隙の中程を遮蔽するシールユニットが設けられ、
   前記シールユニットは、
   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、
   前記シール収容溝に収容されるシールリングと、
   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て前記シールリングが摺接する環状のスライド面と、を有し、
   前記固定ハウジング及び前記回転ケーシングの一方には前記ラビリンスシールを画成する環状凸部が形成され、
   前記固定ハウジング及び前記回転ケーシングの他方に前記環状凸部との間に前記ラビリンスシールを画成する環状凹部が形成され、
   前記環状凹部の内周には前記シール収容溝が開口し、
   前記環状凸部の内周には前記スライド面が設けられ、
   前記環状凸部の内周端部に前記スライド面から離れるのにしたがって次第に拡径する環状のガイド面が形成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. 前記シールリングを前記スライド面に押し付ける弾性部材が前記シール収容溝に介装され、
   前記シール収容溝は前記回転ケーシングの回転軸と直交する半径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。

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