JP6782600B2 - シール及びシール機構 - Google Patents

Description

本発明は、装置内に収容された流体の流出や装置内への流体の流入を防ぐためのシール技術に関する。

シールは、様々な技術分野で利用される。シールが組み込まれた装置が、高速で回転するならば、或いは、メンテナンス作業なしで、長期間に亘って稼動されるならば、シールと装置の表面との間の境界での高い耐摩耗性が要求される。シールが組み込まれた装置が、腐食性の気体或いは液体が充満する環境下で使用されるならば、シールと装置の表面との間での高い耐腐食性が要求される。特許文献１は、高い耐摩耗性及び／又は耐腐食性が要求される使用環境下で好適に利用され得る技術を開示する。

特許文献１は、シール部材とシール部材に取り囲まれたスリンガとを有するシールを開示する。スリンガは、シャフトを取り囲むスリーブと、シャフトを取り囲むハウジングに向けて折り曲げられたフランジと、を含む。フランジは、スリンガの剛性を向上させるので、作業者が、シールを装置に組み込むときにシールに力を加えても、シールは、変形しにくい。

特開２０１６−８４９１１号公報

特許文献１の技術は、フランジとハウジングとの間の接触を回避するために、大型のハウジングを必要とする。したがって、特許文献１の技術は、小型化を要求される装置には不向きである。

本発明は、小型化を要求される装置に好適に適用可能なシール技術を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係るシールは、所定の回転軸を取り巻くシール部材と、前記シール部材によって摺接されるスリーブ部と、前記スリーブ部から前記回転軸に向けて突出するフランジ部と、を含むスリンガと、を備える。

上記の構成によれば、シール部材は、スリーブ部と摺接するので、設計者は、スリーブ部に高い耐摩耗性及び／又は耐腐食性を有する材料を用いることによって、摩耗及び／腐食に強いシールを形成することができる。フランジ部は、スリーブ部から回転軸に向けて突出するので、フランジ部は、シールの外径寸法を増加させない。このことは、シール部材を取り囲む装置のハウジングの内径が、小さな値に設定され得ることを意味する。したがって、シールは、小型化を要求される装置に好適に組み込まれ得る。

本発明の他の局面に係るシール機構は、上述のシールと、前記スリーブ部によって囲まれる外周面を有するシャフト部材と、を備える。前記フランジ部は、前記外周面から凹設された凹部に収容される。

上記の構成によれば、フランジ部は、スリーブ部によって囲まれた外周面から凹設された凹部に収容されるので、設計者は、シャフト部材の表面からのフランジ部の突出量を非常に小さな値に設定することができる。この結果、シール機構が構築された装置は、回転軸の延設方向において、小さな長さ寸法を有することができる。加えて、フランジ部が凹部に収容される結果、シャフト部材とスリンガとの間の位置関係は略一定になる。すなわち、フランジ部は、シャフト部材に対するスリンガの位置決め機能を有することができる。したがって、スリンガは、シャフト部材に精度よく取り付けられる。

上記の構成に関して、前記シール部材は、前記スリーブ部に押しつけられるメインリップを含んでもよい。前記メインリップは、前記回転軸に対して直交する仮想平面上において、前記フランジ部と重なってもよい。

上記の構成によれば、メインリップは、スリーブ部に押しつけられるので、スリーブ部とメインリップとの間の境界を通じた流体の流通は生じにくい。メインリップは、回転軸に対して直交する仮想平面上において、フランジ部と重なるので、設計者は、メインリップの端面からのフランジ部の突出量を非常に小さな値に設定することができる。この結果、シール機構が構築された装置は、回転軸の延設方向において、小さな長さ寸法を有することができる。

上述のシール技術は、小型化を要求される装置に好適に適用可能である。

例示的なシール機構の概略的な断面図である。

図１は、例示的なシール機構１００の概略的な断面図である。図１を参照して、シール機構１００が説明される。

シール機構１００は、シール２００と、シャフト部材３００と、ハウジング４００と、を備える。シール２００、シャフト部材３００及びハウジング４００は、装置の一部を形成する。装置は、減速機であってもよいし、他の装置であってもよい。本実施形態の原理は、シール機構１００が構築される特定の装置に限定されない。

シャフト部材３００は、所定の回転軸ＲＡＸ上に配置される。シャフト部材３００は、円柱状の部材であってもよいし、円筒状の部材であってもよい。本実施形態の原理は、シャフト部材３００の特定の形状に限定されない。

回転軸ＲＡＸは、シャフト部材３００の中心軸に相当する。ハウジング４００は、シャフト部材３００と略同軸である。シャフト部材３００及びハウジング４００のうち少なくとも一方は、回転軸ＲＡＸ周りに回転する。すなわち、シャフト部材３００が、固定されているならば、ハウジング４００は、回転軸ＲＡＸ周りに回転してもよい。ハウジング４００が、固定されているならば、シャフト部材３００は、回転軸ＲＡＸ周りに回転してもよい。

ハウジング４００は、シャフト部材３００が部分的に収容される内部空間を形成する。装置の一部として用いられる様々な部品が、ハウジング４００の内部空間に更に収容されてもよい。たとえば、シャフト部材３００に連結された歯車部品が、ハウジング４００内に配置されてもよい。

シール２００は、上述の内部空間を、ハウジング４００の外側の外部空間から仕切る。シャフト部材３００及びハウジング４００は、内部空間と外部空間との間の境界に環状の空間を形成する。シール２００は、環状の空間に嵌め込まれる。

シャフト部材３００は、シール２００によって密着される外周面３１０を含む。シール性の接着剤は、外周面３１０に塗布され、接着層ＡＨＬを形成する。ハウジング４００は、シャフト部材３００の外周面３１０と協働してシール２００を挟む内周面４１０を含む。上述の環状の空間は、外周面３１０と内周面４１０との間に形成される。

シール２００は、シール部材２１０と、スリンガ２２０と、を含む。シール部材２１０は、ハウジング４００の内周面４１０に全体的に当接される外周面を有するリング状の部材である。シール部材２１０は、回転軸ＲＡＸを取り囲む。回転軸ＲＡＸは、シール部材２１０の中心軸に相当する。

スリンガ２２０は、円筒状のスリーブ部２２１と、スリーブ部２２１の内端（すなわち、内部空間に現れる端部）から屈曲され、回転軸ＲＡＸに向けて突出するフランジ部２２２と、を含む。スリーブ部２２１は、全周に亘って、シール部材２１０とシャフト部材３００とによって挟まれる。

スリーブ部２２１は、内周面２２３と、内周面２２３とは反対側の外周面２２４と、を含む。スリーブ部２２１の内周面２２３は、接着層ＡＨＬによって、シャフト部材３００の外周面３１０に全体的に接着される。したがって、シャフト部材３００の外周面３１０は、スリーブ部２２１によって囲まれる。シャフト部材３００及びハウジング４００のうち少なくとも一方が回転している間、スリーブ部２２１の外周面２２４は、シール部材２１０によって摺接される。

シャフト部材３００の外周面３１０から回転軸ＲＡＸに向けて凹没するリング状の凹部３２０が、シャフト部材３００に形成される。シャフト部材３００は、回転軸ＲＡＸに直交する仮想平面ＰＬＮに沿うリング状の第１面３２１を含む。シャフト部材３００は、第１面３２１の内周縁から内部空間に向けて、回転軸ＲＡＸに略平行に延びる母線によって形成される第２面３２２を更に含む。凹部３２０は、第１面３２１と第２面３２２とによって部分的に囲まれる空間である。

フランジ部２２２は、凹部３２０に相補的である。フランジ部２２２は、凹部３２０に収容される。

シャフト部材３００は、第２面３２２から回転軸ＲＡＸに向けて屈曲し、且つ、第１面３２１に略平行な第３面３２３を含む。図１に示される仮想平面ＰＬＮは、第１面３２１と第３面３２３との間で定義されている。図１は、凹部３２０の幅Ｗを示す。幅Ｗは、回転軸ＲＡＸの延設方向における第１面３２１と第３面３２３との間の距離として定義されてもよいし、第２面３２２を形成する母線の長さとして定義されてもよい。フランジ部２２２の厚さは、幅Ｗと等しくてもよいし、幅Ｗよりも小さくてもよい。この場合、フランジ部２２２は、回転軸ＲＡＸの延設方向において、第３面３２３から突出しない。この結果、ハウジング４００によって囲まれた内部空間は、様々な部品の配置のために有効に利用される。このことは、シール機構１００が構築された装置の軸長寸法（すなわち、回転軸ＲＡＸの延設方向における装置の寸法）の低減に貢献する。

シール部材２１０は、主リング部２１１と、環状のメインリップ２１２と、環状のダストリップ２１３と、スプリングリング２１４と、を含む。主リング部２１１は、第１部分２１５と、第２部分２１６と、を含む。第１部分２１５は、回転軸ＲＡＸに略一致する中心軸を有する円筒状の部位である。第１部分２１５の外周面は、ハウジング４００の内周面４１０に略全体的に当接される。第２部分２１６は、第１部分２１５の外端（すなわち、外部空間に現れる端部）から屈曲し、回転軸ＲＡＸに向けて突出するリング状の部位である。第２部分２１６は、スリーブ部２２１の外周面２２４に対向する内周端２１７を含む。ダストリップ２１３及びメインリップ２１２は、内周端２１７に接続される。

ダストリップ２１３は、主リング部２１１の内周端２１７から外部空間及び回転軸ＲＡＸに向けて斜めに突出する。ダストリップ２１３は、外部空間で浮遊する塵埃といった異物が内部空間に侵入することを防ぐために用いられる。

ダストリップ２１３の先端は、スリーブ部２２１の外周面２２４に当接する。シャフト部材３００及びハウジング４００のうち少なくとも一方が回転している間、ダストリップ２１３の先端は、スリーブ部２２１に擦れる。スリンガ２２０は、シャフト部材３００よりも耐摩耗性に優れた材料から形成されるので、スリーブ部２２１へのダストリップ２１３の摺接下においても、スリンガ２２０は、ほとんど摩耗しない。

メインリップ２１２は、圧接リング２１８と、連結リング２１９と、を含む。圧接リング２１８は、ダストリップ２１３と内部空間との間で、スリーブ部２２１の外周面２２４に当接する。連結リング２１９は、圧接リング２１８を、主リング部２１１の内周端２１７に連結させる。

スプリングリング２１４は、圧接リング２１８に取り付けられる。圧接リング２１８を取り囲むスプリングリング２１４は、回転軸ＲＡＸに向かう力を、圧接リング２１８の全周に亘って、圧接リング２１８に加える。この結果、圧接リング２１８は、スリーブ部２２１の外周面２２４に密着され、圧接リング２１８とスリーブ部２２１の外周面２２４との間の境界にシール構造が形成される。内部空間に収容された液体（たとえば、潤滑液）は、圧接リング２１８とスリーブ部２２１の外周面２２４との間の境界に形成されたシール構造によって阻まれ、外部空間に漏出しない。

シャフト部材３００及びハウジング４００のうち少なくとも一方が回転している間、圧接リング２１８は、スリーブ部２２１に強く擦れる。スリンガ２２０は、シャフト部材３００よりも耐摩耗性に優れた材料から形成されるので、スリーブ部２２１への圧接リング２１８の摺接下においても、スリンガ２２０は、ほとんど摩耗しない。

図１に示される如く、仮想平面ＰＬＮは、フランジ部２２２と圧接リング２１８とに重なる。このことは、幅Ｗによって表される領域が、フランジ部２２２に配設だけでなく、圧接リング２１８の配設にも利用されることを意味する。

ハウジングに向けて屈曲するフランジ部を有する従来のスリンガに関して、圧接リング２１８が、幅Ｗによって表される領域へ突出するならば、フランジ部は、圧接リング２１８に干渉することになる。一方、本実施形態の原理によれば、フランジ部２２２は、回転軸ＲＡＸに向けて屈曲するので、フランジ部２２２は、圧接リング２１８に干渉しない。幅Ｗによって表される領域が、フランジ部２２２及び圧接リング２１８の配設に有効に利用されるので、設計者は、シール機構１００が構築された装置の軸長寸法（すなわち、回転軸ＲＡＸの延設方向における装置の寸法）に小さな値を与えることができる。

上述の実施形態に関して、シール性を有する接着層ＡＨＬが、シール２００とシャフト部材３００の外周面３１０との間に形成され、これらの境界をシールする。しかしながら、接着層ＡＨＬに代えて、シール性を有するゴム部材が、シール２００とシャフト部材３００の外周面３１０との間に配置されてもよい。上述の実施形態の原理は、シール２００とシャフト部材３００の外周面３１０との間に配置される特定のシール性部材に限定されない。

上述の実施形態の原理は、様々な機械設備に好適に利用される。

１００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・シール機構
２００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・シール
２１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・シール部材
２１２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・メインリップ
２２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・スリンガ
２２１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・スリーブ部
２２２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・フランジ部
３００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・シャフト部材
３１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・外周面
３２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・凹部
ＰＬＮ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・仮想平面
ＲＡＸ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・回転軸

Claims (3)

1. 内部空間を形成するハウジングと、
   前記内部空間に部分的に収容されるシャフト部材と、
   前記ハウジングと前記シャフト部材とにより形成された空間に嵌め込まれるシールと、を備え、
   前記シールは、
   前記ハウジング及び前記シャフト部材のうち少なくとも一方の回転軸を取り巻くシール部材と、
   前記シール部材によって摺接されるスリーブ部と、前記スリーブ部から前記回転軸に向けて突出するフランジ部と、を含み、前記回転軸から離れる方向に突出するフランジ部を含まないスリンガと、を備え、
   前記ハウジングには、前記スリーブ部から前記回転軸に向けて突出する前記フランジ部に向かって張り出す段差部が形成され、
   前記シール部材は、前記段差部により規定される段差空間に収容されている
   シール機構。
2. 前記シャフト部材は、前記スリーブ部によって囲まれる外周面を有し、
   前記フランジ部は、前記外周面から凹設された凹部に収容される
   請求項１に記載のシール機構。
3. 前記シール部材は、前記スリーブ部に押しつけられるメインリップを含み、
   前記メインリップは、前記回転軸に対して直交する仮想平面上において、前記フランジ部と重なる
   請求項１又は２に記載のシール機構。

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