JP6551612B2 - 密封装置 - Google Patents

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Description

本発明は、回転軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置に関する。
回転軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置として、回転軸に対して設けられる回転環の端面と、ハウジングに対して設けられる固定環の端面とが摺動するように構成される密封装置が知られている。このような技術においては、回転環の端面と固定環の端面との間に異物が侵入してしまうと、摺動摩耗が促進され易く、また、シール性が低下してしまうおそれがある。
国際公開第2014/173424号 国際公開第2014/173495号
本発明の目的は、回転環の端面と固定環の端面との間への異物の侵入を抑制することのできる密封装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の密封装置は、
回転軸と、該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、
前記回転軸に対して設けられる回転環ユニットと、
前記ハウジングに対して設けられる固定環ユニットと、
を備える密封装置において、
前記回転環ユニットは、
前記回転軸に固定される円筒部と、該円筒部の端部に設けられる外向きフランジ部と、を有する環状部材と、
前記円筒部の外周面との間に環状の隙間を空けた状態で、前記環状部材に対して固定される回転環と、
を備えており、
前記固定環ユニットは、
前記ハウジングの軸孔に固定される補強環と、
前記回転環の端面に対して摺動自在に設けられる固定環と、
一端側が前記補強環に固定され、他端側が前記固定環に固定されており、該固定環を前記回転環に向けて押圧する環状弾性体と、
を備えると共に、
前記回転環における内周面側、及び前記円筒部の外周面側のうちの少なくともいずれか一方には、前記回転環ユニットが回転することによって、前記回転環側から前記固定環側に向けて気流を発生させる複数の突起が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、回転環ユニットが回転することによって、回転環側から固定環側に向けて気流が発生する。これにより、異物は固定環側から回転環側に向かって侵入し難くなり、回転環の端面と固定環の端面との間への異物の侵入を抑制することができる。
前記複数の突起は、いずれも、前記回転環ユニットにおける回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて、前記固定環側から前記回転環側に向かって傾斜しているとよい。
これにより、回転環ユニットが回転することによって、回転環側から固定環側に向けて、効果的に気流を発生させることができる。
前記回転環の内周面側には、前記固定環側に向かって突出し、該固定環の径方向内側の位置まで伸びる環状突出部が設けられており、該環状突出部の内周面に前記複数の突起が設けられているとよい。
この構成を採用すれば、回転環と固定環との摺動部分の径方向内側には、環状突出部が設けられているので、摺動部分への異物の侵入をより効果的に抑制することができる。また、固定環の径方向内側の位置で、回転環側から固定環側に向けて気流が発生するため、回転環と固定環との摺動部分まで異物が侵入してしまうことをより効果的に抑制することができる。
前記回転環における前記固定環に対する摺動面、及び前記固定環における前記回転環に対する摺動面のうちの少なくともいずれか一方には、前記回転環の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝が設けられているとよい。
これにより、回転環と固定環との摺動抵抗を減らす、またはなくすことができる。
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
以上説明したように、本発明によれば、回転環の端面と固定環の端面との間への異物の侵入を抑制することができる。
図1は本発明の実施例1に係る密封装置の模式的断面図である。 図2は本発明の実施例1に係る密封構造を示す模式的断面図である。 図3は本発明の実施例1に係る回転環の側面図の一部である。 図4は本発明の実施例1に係る回転環を内周面側から見た図の一部である。 図5は本発明の実施例1に係る回転環の変形例を内周面側から見た図の一部である。 図6は本発明の実施例2に係る密封装置の模式的断面図である。 図7は本発明の実施例3に係る密封装置の模式的断面図である。 図8は本発明の実施例4に係る密封装置の模式的断面図である。 図9は本発明の実施例5に係る密封構造を示す模式的断面図である。 図10は本発明の実施例5に係る回転環の側面図である。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
(実施例1)
図1〜図5を参照して、本発明の実施例1に係る密封装置について説明する。図1は本発明の実施例1に係る密封装置の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、一部の部材を除き略回転対称形状であり、図1においては、密封装置を、その中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図2は本発明の実施例1に係る密封構造を示す模式的断面図である。なお、図2中の密封装置については、図1と同様に、密封装置を、その中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図3は本発明の実施例1に係る回転環の側面図の一部である。なお、図3においては、側面図中のCC断面図も図中丸の中に示している。図4は本発明の実施例1に係る回転環を内周面側から見た図の一部である。図5は本発明の実施例1に係る回転環の変形例を内周面側から見た図の一部である。
<密封装置の全体構成>
本実施例に係る密封装置10の全体構成について説明する。本実施例に係る密封装置10は、回転軸500と、回転軸500が挿通される軸孔を有するハウジング600との間の環状隙間を封止するために用いられる。本実施例においては、図2において、図中左側が、密封対象流体(油など)が密封された密封領域側(O)であり、図中右側が密封領域側(O)とは反対側の大気側(A)である。
本実施例に係る密封装置10は、回転軸500に対して設けられる回転環ユニット100と、ハウジング600に対して設けられる固定環ユニット200とを備えている。回転環ユニット100は、回転軸500と共に回転するように構成されている。
そして、回転環ユニット100は、金属製の環状部材110と、この環状部材110に対して固定される回転環130と、環状部材110に設けられ、回転環130を環状部材110に嵌合固定し易くするための弾性体製の被嵌合部材120とを備えている。環状部材110は、回転軸500の外周面に固定される内周面側円筒部111と、内周面側円筒部111の端部(密封領域側(O)の端部)に設けられる外向きフランジ部112と、外向きフランジ部112の先端に設けられる外周面側円筒部113とを有している。なお、内周面側円筒部111と外周面側円筒部113は、外向きフランジ部112の各端部から同じ方向(大気側(A)の方向)に向かって伸びるように構成されている。
被嵌合部材120は、ゴムなどの弾性体により構成される。そして、被嵌合部材120は、環状部材110の外周面側円筒部113の内周面に固定される円筒部121と、円筒部121の一端側(密封領域側(O))に設けられる内向きフランジ部122と、円筒部121の他端側(大気側(A))に設けられる外向きフランジ部123とを備えている。内向きフランジ部122は環状部材110における外向きフランジ部112に密着した状態で固定され、外向きフランジ部123は環状部材110における外周面側円筒部113の先端面に密着した状態で固定されている。
回転環130は、環状部材110に固定された被嵌合部材120における内向きフランジ部122に突き当たる位置まで挿入され、回転環130における外周面が被嵌合部材120における円筒部121の内周面に密着した状態で嵌合固定される。また、回転環130は、環状部材110における内周面側円筒部111の外周面との間に環状の隙間を空けた状態で、環状部材110に対して固定されている。なお、回転環130は、金属や樹脂(例えばPPS)などの剛性の高い材料により構成されている。
固定環ユニット200は、ハウジング600の軸孔に固定される補強環210と、回転環130の端面に対して摺動自在に設けられる固定環230と、固定環230を回転環130に向けて押圧する環状弾性体220とを備えている。この環状弾性体220は、一端側が補強環210に固定され、他端側が固定環230に固定されている。補強環210は、ハウジング600の軸孔の内周面に嵌合により固定される円筒部211と、円筒部211の端部(大気側(A)の端部)に設けられる内向きフランジ部212とを備えている。
環状弾性体220は、ゴムなどの弾性体により構成される。そして、環状弾性体220は、補強環210における内向きフランジ部212に固定される被固定部221と、被固定部221の内周面側から大気側(A)に向かって縮径するテーパ部222とを備えている。また、環状弾性体220は、テーパ部222の径方向内側の先端から密封領域側(O)に向かって伸びる円筒部223と、円筒部223の先端に設けられる内向きフランジ部224とを備えている。そして、この内向きフランジ部224が固定環230に接着により固定されている。固定環230は、環状部材110における内周面側円筒部111の外周面との間に環状の隙間を空けた状態で環状弾性体220に固定されている。なお、固定環230は、金属や樹脂(例えばPPS)などの剛性の高い材料により構成されている。
ここで、本実施例に係る回転環130の内周面側には、複数の突起140が設けられている(図3及び図4参照)。これら複数の突起140は、回転環ユニット100が回転することによって、回転環130側から固定環230側に向けて気流を発生させる機能を発揮する。より具体的には、回転環ユニット100が回転すると、複数の突起140によって、回転環130と内周面側円筒部111との間の環状隙間から固定環230と内周面側円筒部111との間の環状隙間側に向けて気流が発生する。複数の突起140は、周方向に対して等間隔に複数設けられている。なお、複数の突起140については、回転環130に一体に設けることもできるし、回転環130とは別の部材により構成して、回転環130に取り付けることもできる。後者の場合には、複数の突起140は、回転環130とは別の材料で構成することができる。従って、複数の突起140の材料としては、金属や樹脂に限らず、例えばゴム材料を用いることもできる。
また、回転環130における固定環230に対する摺動面には、回転環130の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝131が複数設けられている。つまり、回転環ユニット100が回転すると、動圧発生用溝131による動圧によって、固定環230は、環状弾性体220による押圧力に抗して、回転環130から離れる方向に移動する。なお、回転環130における固定環230に対する摺動面は、回転環130における固定環230側(大気側(A))の端面である。また、固定環230における回転環130に対する摺動面は、固定環230における回転環130側(密封領域側(O))の端面である。
ここで、動圧発生用溝131については、回転環130の回転によって、回転環130と固定環230との間の隙間に動圧を発生させる溝であれば、適宜、公知技術を採用することができる。本実施例では、図3中のCC断面図に示すように、動圧発生用溝131は、その溝底が滑らかな湾曲面で構成されている。また、回転環130は、図3中時計回り方向に回転するように構成されており、動圧発生用溝131は、回転方向の上流側に溝底の深い部分が偏るように構成されている。以上のように構成される動圧発生用溝131によって、回転環130が回転すると、流体(本実施例の場合には、気体または油)が図3中の矢印F方向に流れる。これにより、回転環130の摺動面と固定環230の摺動面とを離間させる方向の力が生じる。なお、回転環130の摺動面と固定環230の摺動面とが離間していても、これらの隙間においては、動圧発生用溝131によって、流体の周方向の流れが生じているため、密封対象流体が大気側(A)に漏れてしまうことはない。
なお、本実施例においては、回転環130に動圧発生用溝131を設ける場合を例にして説明した。しかしながら、固定環230における回転環130に対する摺動面に、回転環130の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝を設けてもよい。また、動圧発生用溝は、回転環130と固定環230の摺動面の双方に設けてもよい。
(気流を発生させる突起の変形例)
回転環130の内周面に設けられる複数の突起140は、図4に示すように、回転方向に対して垂直方向に伸びるように構成することができる。この場合には、回転環130が回転すると、突起140に当たった気体が、回転環130の中心軸線方向の両側及び径方向内側に向かって流れていく。ただし、回転環130よりも密封領域側(O)には閉空間が形成されているため、突起140に当たった気体は、主として、大気側(A)に向かって流れていく。
ここで、上記の通り、突起140は、回転環ユニット100が回転することによって、回転環130側から固定環230側(つまり、大気側(A))に向けて気流を発生させる役割を担っている。
そこで、図5に示すように、回転環130の内周面側に設けられる複数の突起141については、回転環ユニット100における回転方向の上流側から下流側(図中、矢印X方向)に向かうにつれて、固定環230側から回転環130側(大気側(A)から密封領域側(O))に向かって傾斜するように配置させるとよい。これにより、回転環130が回転すると、突起141に当たった気体の多くは、大気側(A)に向かって流れていく。
<本実施例に係る密封装置の優れた点>
本実施例に係る密封装置10によれば、回転環ユニット100が回転することによって、回転環130側から固定環230側(密封領域側(O)から大気側(A))に向けて気流が発生する。これにより、異物は固定環230側から回転環130側に向かって侵入し難くなり、回転環130の端面と固定環230の端面との間への異物の侵入を抑制することができる。また、気流によって、環状弾性体220等の部材を冷却させる効果もある。
また、本実施例に係る回転環130及び固定環230のうちの少なくともいずれか一方の摺動面には、回転環130の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝131が設けられている。これにより、回転環130と固定環230との摺動抵抗を減らす、またはなくすことができる。
(実施例2)
図6には、本発明の実施例2が示されている。上記実施例1では、気流を発生させる突起が、回転環の内周面側に設けられる場合の構成を示した。これに対して、本実施例においては、気流を発生させる突起が、円筒部の外周面側に設けられる場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例1と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
図6は本発明の実施例2に係る密封装置の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、一部の部材を除き略回転対称形状であり、図6においては、密封装置を、その中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。本実施例に係る密封装置10においては、気流を発生させる突起の構成のみが、上記実施例1の場合とは異なっている。すなわち、本実施例に係る密封装置10においては、回転環130の内周面側には、突起140は設けられていない。そして、本実施例に係る密封装置10においては、環状部材110における内周面側円筒部111の外周面側に、複数の突起150が設けられている。これら複数の突起150は、上記実施例1における複数の突起140と同様に、回転環ユニット100が回転することによって、回転環130側から固定環230側に向けて気流を発生させる機能を発揮する。なお、これら複数の突起150については、回転方向に対して垂直方向に伸びるように構成してもよいし、実施例1の変形例で説明したように、回転環ユニット100における回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて、大気側(A)から密封領域側(O)に向かって傾斜するように配置させてもよい。また、複数の突起150については、内周面側円筒部111に一体に設けることもできるし、内周面側円筒部111とは別の部材により構成して、内周面側円筒部111に取り付けることもできる。後者の場合には、複数の突起150は、内周面側円筒部111(環状部材110)とは別の材料で構成することができる。従って、複数の突起150の材料としては、金属に限らず、例えば樹脂材料やゴム材料を用いることもできる。
以上のように構成される本実施例に係る密封装置10においても、上記実施例1に係る密封装置10と同様の効果を得ることができる。なお、回転環130の内周面側に複数の突起140を設け、かつ内周面側円筒部111の外周面側に複数の突起150を設ける構成を採用してもよい。なお、特に図示はしないが、本実施例においても、回転環130における固定環230に対する摺動面、及び固定環230における回転環130に対する摺動面のうちの少なくともいずれか一方には、回転環130の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝が設けられている。
(実施例3)
図7には、本発明の実施例3が示されている。上記実施例1では、回転環が、環状部材に対して、この環状部材に設けられた被嵌合部材に嵌合されることにより固定される場合の構成を示した。これに対して、本実施例においては、回転環が、環状部材に対して接着により直接的に固定される場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例1と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
図7は本発明の実施例3に係る密封装置の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、一部の部材を除き略回転対称形状であり、図7においては、密封装置を、その中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。本実施例に係る密封装置10においては、回転環130の環状部材110aに対する固定方法のみが、上記実施例1の場合とは異なっている。すなわち、本実施例に係る密封装置10においては、環状部材110aには、上記実施例1における被嵌合部材120が設けられていない。そして、回転環130は、環状部材110aにおける外向きフランジ部112と外周面側円筒部113に対して、接着剤によって接着により固定されている。その他の構成については、実施例1と同様の構成であるので、その説明は省略する。以上のように構成される本実施例に係る密封装置10においても、上記実施例1に係る密封装置10と同様の効果を得ることができる。なお、気流を発生させるための突起については、実施例1で示した構成、実施例1の変形例で示した構成、及び実施例2で示した構成のいずれも採用し得る。
(実施例4)
図8には、本発明の実施例4が示されている。上記実施例1では、回転環が、環状部材に対して、この環状部材に設けられた被嵌合部材に嵌合されることにより固定される場合の構成を示した。これに対して、本実施例においては、回転環が、環状部材に対して加締めにより直接的に固定される場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例1と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
図8は本発明の実施例4に係る密封装置の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、一部の部材を除き略回転対称形状であり、図8においては、密封装置を、その中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。本実施例に係る密封装置10においては、回転環130の環状部材110bに対する固定方法のみが、上記実施例1の場合とは異なっている。すなわち、本実施例に係る密封装置10においては、環状部材110bには、上記実施例1における被嵌合部材120が設けられていない。そして、回転環130は、環状部材110bにおける外周面側円筒部113の先端が加締められることによって、環状部材110bに固定されている(加締め部114参照)。その他の構成については、実施例1と同様の構成であるので、その説明は省略する。以上のように構成される本実施例に係る密封装置10においても、上記実施例1に係る密封装置10と同様の効果を得ることができる。なお、気流を発生させるための突起については、実施例1で示した構成、実施例1の変形例で示した構成、及び実施例2で示した構成のいずれも採用し得る。
(実施例5)
図9及び図10には、本発明の実施例5が示されている。本実施例においては、気流を発生させる突起に関する構成が、実施例1の場合とは異なる場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例1と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
図9は本発明の実施例5に係る密封構造を示す模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、一部の部材を除き略回転対称形状であり、図9においては、密封装置を、その中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図10は本発明の実施例5に係る回転環の側面図である。
本実施例に係る密封装置10においては、回転環130aの構成のみが、上記実施例1の場合とは異なっている。すなわち、本実施例に係る回転環130aにおいては、その内周面側に、固定環230側に向かって突出し、固定環230の径方向内側の位置まで伸びる環状突出部140aが設けられている。そして、この環状突出部140aの内周面に複数の突起140a1が設けられている。
これら複数の突起140a1においても、上記実施例1における複数の突起140と同様に、回転環ユニット100が回転することによって、回転環130a側から固定環230側に向けて気流を発生させる機能を発揮する。なお、これら複数の突起140a1については、回転方向に対して垂直方向に伸びるように構成してもよいし、実施例1の変形例で説明したように、回転環ユニット100における回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて、大気側(A)から密封領域側(O)に向かって傾斜するように配置させてもよい。
以上のように構成される本実施例に係る密封装置10においても、上記実施例1に係る密封装置10と同様の効果を得ることができる。また、本実施例の場合には、回転環130aと固定環230との摺動部分の径方向内側には、環状突出部140aが設けられているので、摺動部分への異物の侵入をより効果的に抑制することができる。また、本実施例の場合には、固定環230の径方向内側の位置で、回転環130a側から固定環230側に向けて気流が発生する。つまり、上記各実施例の構成の場合よりも、固定環230側の位置で気流が発生する。従って、回転環130aと固定環230との摺動部分まで異物が侵入してしまうことをより効果的に抑制することができる。
なお、本実施例で示したように、回転環130aの内周面側に設けた環状突出部140aに複数の突起140a1を設け、かつ実施例2で示したように、内周面側円筒部111の外周面側に複数の突起150を設ける構成を採用してもよい。また、実施例3,4で示したように、回転環130aを環状部材に対して、接着や加締めによって直接的に固定する構成を採用することもできる。また、特に図示はしないが、本実施例においても、回転環130aにおける固定環230に対する摺動面、及び固定環230における回転環130aに対する摺動面のうちの少なくともいずれか一方には、回転環130aの回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝が設けられている。
10 密封装置
100 回転環ユニット
110,110a,110b 環状部材
111 内周面側円筒部
112 外向きフランジ部
113 外周面側円筒部
114 加締め部
120 被嵌合部材
121 円筒部
122 内向きフランジ部
123 外向きフランジ部
130,130a 回転環
131 動圧発生用溝
140,141,150,140a1 突起
140a 環状突出部
200 固定環ユニット
210 補強環
211 円筒部
212 内向きフランジ部
220 環状弾性体
221 被固定部
222 テーパ部
223 円筒部
224 内向きフランジ部
230 固定環
500 回転軸
600 ハウジング

Claims (4)

  1. 回転軸と、該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、
    前記回転軸に対して設けられる回転環ユニットと、
    前記ハウジングに対して設けられる固定環ユニットと、
    を備える密封装置において、
    前記回転環ユニットは、
    前記回転軸に固定される円筒部と、該円筒部の端部に設けられる外向きフランジ部と、を有する環状部材と、
    前記円筒部の外周面との間に環状の隙間を空けた状態で、前記環状部材に対して固定される回転環と、
    を備えており、
    前記固定環ユニットは、
    前記ハウジングの軸孔に固定される補強環と、
    前記回転環の端面に対して摺動自在に設けられる固定環と、
    一端側が前記補強環に固定され、他端側が前記固定環に固定されており、該固定環を前記回転環に向けて押圧する環状弾性体と、
    を備えると共に、
    前記回転環における内周面側、及び前記円筒部の外周面側のうちの少なくともいずれか一方には、前記回転環ユニットが回転することによって、前記回転環側から前記固定環側に向けて気流を発生させる複数の突起が設けられていることを特徴とする密封装置。
  2. 前記複数の突起は、いずれも、前記回転環ユニットにおける回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて、前記固定環側から前記回転環側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の密封装置。
  3. 前記回転環の内周面側には、前記固定環側に向かって突出し、該固定環の径方向内側の位置まで伸びる環状突出部が設けられており、該環状突出部の内周面に前記複数の突起が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の密封装置。
  4. 前記回転環における前記固定環に対する摺動面、及び前記固定環における前記回転環に対する摺動面のうちの少なくともいずれか一方には、前記回転環の回転に伴って、これらの摺動面同士を離間させる動圧を発生させる動圧発生用溝が設けられていることを特徴とする請求項1,2または3に記載の密封装置。
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