JP6857082B2

JP6857082B2 - メカニカルシール装置

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Publication number: JP6857082B2
Application number: JP2017105386A
Authority: JP
Inventors: 友彦岩波; 勇人益田; 智大植木
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-05-29
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2037-05-29
Also published as: JP2018200078A

Description

本発明は、例えば油圧ショベル、ホイールローダ、ダンプトラック等の建設機械に搭載された走行装置、履帯案内ローラ等に好適に用いられるメカニカルシール装置に関する。

建設機械の代表例である油圧ショベルには、下部走行体を走行させる走行装置、下部走行体の走行時に履帯を案内する履帯案内ローラ等が搭載されている。油圧ショベルの走行装置は、一般に、固定側ハウジングに収容された回転源となる油圧モータと、固定側ハウジングに対して回転可能に取付けられた回転側ハウジングと、回転側ハウジングに収容され、油圧モータの回転を減速して下部走行体の駆動輪に伝達する減速機構と、減速機構を潤滑する潤滑油を回転側ハウジング内に封止するメカニカルシール装置とを含んで構成されている。

ここで、メカニカルシール装置は、固定側ハウジングと、回転側ハウジングと、固定側ハウジングと回転側ハウジングとの間に形成された軸方向の隙間をシールするフローティングシールとを備えている。フローティングシールは、固定側ハウジングと回転側ハウジングの内部にそれぞれ配置された一対の円筒状の鉄リングと、固定側ハウジングおよび回転側ハウジングと各鉄リングとの間にそれぞれ設けられた一対のＯリングとを含んで構成されている。

一対の鉄リングは、Ｏリングが当接する傾斜面と、軸方向端面が互いに摺接するシール面となった大径鍔部と、傾斜面を挟んで大径鍔部とは反対側に設けられた小径鍔部とを有している。そして、各鉄リングの傾斜面に当接した各Ｏリングの弾性力によって各鉄リングのシール面が摺接することにより、固定側ハウジングと回転側ハウジングとの間の隙間をシールし、回転側ハウジング内に潤滑油を封止することができる（特許文献１）。

特開平１１−５１１９８号公報

しかし、長期に亘って油圧ショベルが稼働する間に、固定側ハウジングと回転側ハウジングとの間に形成された隙間には微細な土砂が侵入し、この土砂はフローティングシールの周囲に徐々に堆積する。さらに、寒冷地においては、フローティングシールの周囲に堆積した土砂が、雨水、雪解け水、泥濘地の水分等を吸収した状態で凍結することにより、フローティングシールの周囲に凍土が堆積する。フローティングシールの周囲に堆積した凍土は、油圧ショベルの走行時に回転側ハウジングが固定側ハウジングに対して回転するときに砕けて氷塊となり、回転側ハウジングの回転に伴って移動、凝集することにより、例えばフローティングシールのＯリングを軸方向に押圧する。

Ｏリングは、氷塊によって軸方向に押圧されることにより、各鉄リングの傾斜面に沿って小径鍔部側へと移動する。これにより、Ｏリングは、固定側ハウジングおよび回転側ハウジングの内周面と各鉄リングの小径鍔部との間の隙間にはみ出して小径鍔部に乗上げるようになり、各鉄リングの小径鍔部に径方向内向きの荷重を付与する。

これにより、Ｏリングによって一対の鉄リングに作用する径方向の荷重のバランスが崩れ、各鉄リングの軸中心が偏心することにより、各鉄リングのシール面に適正な油膜が形成されなくなり、フローティングシールのシール性が低下してしまう。また、Ｏリングは、固定側ハウジングおよび回転側ハウジングの内周面と各鉄リングの小径鍔部との間の隙間にはみ出すことにより損傷し、Ｏリングの表面に亀裂が生じる。この亀裂が成長することにより油漏れを起こす。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、フローティングシールのシール性を長期に亘って適正に保つことができるようにしたメカニカルシール装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため本発明は、固定体側シール収容部を有する固定体と、回転体側シール収容部を有し前記固定体に対して回転可能に設けられた回転体と、前記固定体と前記回転体との間に形成された軸方向の隙間をシールするフローティングシールとを備え、前記固定体側シール収容部は、軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜した固定体側傾斜面と、前記固定体側傾斜面の奥部に配置され前記回転体の軸中心に対して直交した固定体側奥壁面とを有し、前記回転体側シール収容部は、軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜した回転体側傾斜面と、前記回転体側傾斜面の奥部に配置され前記回転体の軸中心に対して直交した回転体側奥壁面とを有し、前記フローティングシールは、前記固定体側シール収容部と前記回転体側シール収容部とにそれぞれ配置され互いに摺接するシール面を有する一対の円筒状の鉄リングと、前記一対の鉄リングのうち前記固定体側の鉄リングの外周面と前記固定体側傾斜面との間および前記回転体側の鉄リングの外周面と前記回転体側傾斜面との間にそれぞれ設けられた一対のＯリングとからなるメカニカルシール装置に適用される。

本発明の特徴は、弾性体を用いて環状に形成され前記固定体側奥壁面に前記固定体側のＯリングとの間に間隔をもって設けられた固定体側バックアップリングと、弾性体を用いて環状に形成され前記回転体側奥壁面に前記回転体側のＯリングとの間に間隔をもって設けられた回転体側バックアップリングとを備え、前記固定体側バックアップリングは、前記固定体側傾斜面の奥部側に当接する固定体側傾斜面当接部と前記固定体側奥壁面に当接する固定体側奥壁面当接部とを含んで構成され、前記回転体側バックアップリングは、前記回転体側傾斜面の奥部側に当接する回転体側傾斜面当接部と前記回転体側奥壁面に当接する回転体側奥壁面当接部とを含んで構成され、前記一対の鉄リングのうち前記固定体側の鉄リングは、前記固定体側のＯリングを挟んで前記固定体側傾斜面と対面した傾斜面と、前記傾斜面から前記隙間寄りの部位に形成され軸方向端面が前記シール面となった大径鍔部と、傾斜面を挟んで前記大径鍔部とは反対側に形成された小径鍔部とを含んで構成され、前記一対の鉄リングのうち前記回転体側の鉄リングは、前記回転体側のＯリングを挟んで前記回転体側傾斜面と対面した傾斜面と、前記傾斜面から前記隙間寄りの部位に形成され軸方向端面が前記シール面となった大径鍔部と、傾斜面を挟んで前記大径鍔部とは反対側に形成された小径鍔部とを含んで構成され、前記固定体側バックアップリングのうち前記固定体側のＯリングと対向するＯリング側端面は、前記固定体側の鉄リングの前記小径鍔部の軸方向端面よりも前記大径鍔部側に寄った位置に配置され、前記回転体側バックアップリングのうち前記回転体側のＯリングと対向するＯリング側端面は、前記回転体側の鉄リングの前記小径鍔部の軸方向端面よりも前記大径鍔部側に寄った位置に配置され、前記固定体側奥壁面および前記回転体側奥壁面には軸方向に凹陥する凹陥部がそれぞれ設けられ、前記固定体側バックアップリングおよび前記回転体側バックアップリングの内径寸法は、前記各鉄リングの前記小径鍔部の外径寸法よりも大きく設定され、前記固定体側バックアップリングの前記固定体側奥壁面当接部および前記回転体側バックアップリングの前記回転体側奥壁面当接部には、前記各凹陥部に挿入される円筒状の軸方向突起がそれぞれ一体的に設けられ、前記固定体側バックアップリングの前記固定体側奥壁面当接部および前記回転体側バックアップリングの前記回転体側奥壁面当接部に、前記各凹陥部に挿入される軸方向突起がそれぞれ一体的に設けられていることにより、前記各軸方向突起の内周側に前記各鉄リングの前記小径鍔部が配置され、前記各軸方向突起に前記各鉄リングの前記小径鍔部の外周面が当接可能な内周面が設けられ、かつ前記各軸方向突起における前記各鉄リングの前記小径鍔部と対面する範囲が大きくなるように構成されていることにある。

本発明によれば、フローティングシールの周囲に堆積した凍土が砕けて氷塊となり、この氷塊が回転体の回転によって移動、凝集してフローティングシールのＯリングを軸方向に押圧したとしても、固定体側のＯリングは固定体側バックアップリングに当接することにより固定体側奥壁面への移動が制限され、回転体側のＯリングは回転体側バックアップリングに当接することにより回転体側奥壁面への移動が制限される。これにより、各Ｏリングによって一対の鉄リングに作用する径方向の荷重のバランスを良好に保つことができ、フローティングシールのシール性を長期に亘って適正に保つことができる。

本発明の実施の形態によるメカニカルシール装置を備えた油圧ショベルを示す正面図である。下部走行体の油圧モータ、減速装置、駆動輪、メカニカルシール装置等を図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。図２中の固定側ハウジング、回転側ハウジング、鉄リング、Ｏリング、バックアップリング等の要部を拡大して示す断面図である。図３中のIV部を拡大した拡大断面図である。固定側ハウジングおよび回転側ハウジングのシール収容部にフローティングシールを組付ける状態を示す一部破断の分解断面図である。Ｏリングがバックアップリングに当接した状態を示す図３と同様位置の断面図である。Ｏリングがバックアップリングに当接したときにＯリングから鉄リングに作用する荷重を示す一部破断の断面図である。比較例によるメカニカルシール装置を示す図３と同様位置の断面図である。比較例によるＯリングが固定体側奥壁面および回転体側奥壁面に当接した状態を示す断面図である。比較例によるメカニカルシール装置において各鉄リングが偏芯した状態を示す断面図である。変形例によるバックアップリングを示す図３と同様位置の断面図である。

以下、本発明に係るメカニカルシール装置の実施の形態について、油圧ショベルの走行装置に適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

油圧ショベル１の車体は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３とにより構成されている。上部旋回体３の前部側には、フロント装置４が俯仰動可能に設けられている。油圧ショベル１は、上部旋回体３を旋回させつつフロント装置４を用いて土砂等の掘削作業を行う。

下部走行体２は、前，後方向に延びる左，右のサイドフレーム５Ａ（左側のみ図示）を備えたトラックフレーム５と、各サイドフレーム５Ａの長手方向の一端側に設けられた後述の走行装置９と、各サイドフレーム５Ａの長手方向の他端側に設けられた遊動輪６と、各サイドフレーム５Ａの下側に設けられた複数の下案内ローラ７と、遊動輪６、各下案内ローラ７、後述の駆動輪１９に巻回された履帯８とを含んで構成されている。

図２に示すように、走行装置９は、各サイドフレーム５Ａの長手方向の一端側に固定された走行装置ブラケット１０と、走行装置ブラケット１０に後述の固定側ハウジング１３を介して取付けられた油圧モータ１１と、油圧モータ１１の回転を減速する後述の減速装置１２とを含んで構成されている。走行装置９は、油圧モータ１１の回転を減速装置１２によって減速することにより駆動輪１９を大きなトルクをもって回転させ、駆動輪１９と遊動輪６とに巻装された履帯８を周回駆動させるものである。

減速装置１２は、油圧モータ１１の回転を減速して駆動輪１９に伝達するものである。この減速装置１２は、後述の固定側ハウジング１３、回転側ハウジング１５、遊星歯車減速機構２３，２４，２５等を含んで構成されている。

固定側ハウジング１３は、油圧モータ１１が取付けられた状態で走行装置ブラケット１０に固定して設けられている。固定側ハウジング１３は、回転側ハウジング１５の軸中心に沿って延びる段付円筒状に形成され、減速装置１２の一部を構成すると共に後述するメカニカルシール装置２６の固定体を構成している。

ここで、固定側ハウジング１３は大径なフランジ部１３Ａを有し、このフランジ部１３Ａは複数のボルト１４を用いて走行装置ブラケット１０に固定されている。走行装置ブラケット１０から突出した固定側ハウジング１３の先端側には、回転側ハウジング１５を支持するハウジング支持部１３Ｂと、後述する遊星歯車減速機構２５のキャリア２５Ｃが結合される雄スプライン部１３Ｃとが設けられている。フランジ部１３Ａとハウジング支持部１３Ｂとの間には、ハウジング支持部１３Ｂよりも大径な段付き円筒状をなし回転側ハウジング１５に向けて突出した円筒突出部１３Ｄが設けられている。

図３に示すように、円筒突出部１３Ｄの内周側には円筒状の固定体側シール収容部１３Ｅが設けられ、この固定体側シール収容部１３Ｅには後述の固定体側鉄リング２８および固定体側Ｏリング３０が収容されている。固定体側シール収容部１３Ｅは、回転側ハウジング１５との対向面から軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜した固定体側傾斜面１３Ｆと、固定体側傾斜面１３Ｆの奥部に配置され回転側ハウジング１５の軸中心に対して直交した固定体側奥壁面１３Ｇとを有している。

固定体側傾斜面１３Ｆは、固定体側シール収容部１３Ｅの全周に亘って形成され、円筒突出部１３Ｄ側から固定体側奥壁面１３Ｇに向けて内径寸法が徐々に小さくなるテーパ面として形成されている。固定体側奥壁面１３Ｇは、固定体側シール収容部１３Ｅの底部となるもので、回転側ハウジング１５の軸中心に対して直交する壁面を形成している。また、固定体側奥壁面１３Ｇには、この固定体側奥壁面１３Ｇからさらに軸方向に凹陥した固定体側凹陥部１３Ｈが形成されている。

回転側ハウジング１５は、固定側ハウジング１３との間に後述の隙間２０を形成した状態で固定側ハウジング１３に対して回転可能に設けられている。回転側ハウジング１５は、減速装置１２の一部を構成後述すると共に、後述するメカニカルシール装置２６の回転体を構成している。回転側ハウジング１５は、全体として有蓋円筒状に形成され、その内部に遊星歯車減速機構２３，２４，２５を収容するものである。ここで、回転側ハウジング１５は、後述の軸受１７を介して固定側ハウジング１３のハウジング支持部１３Ｂに支持され外周側にフランジ部１５Ａ１を有する段付き円筒状の支持筒体１５Ａと、支持筒体１５Ａにボルト１６を用いて固定され内周側に内歯１５Ｂ１，１５Ｂ２が形成された円筒状のリングギヤ１５Ｂと、リングギヤ１５Ｂを施蓋する円板状の蓋体１５Ｃとを含んで構成されている。

ここで、回転側ハウジング１５には、支持筒体１５Ａのフランジ部１５Ａ１から固定側ハウジング１３に向けて突出する段付き円筒状の円筒突出部１５Ｄが設けられている。円筒突出部１５Ｄは、固定側ハウジング１３に回転側ハウジング１５を取付けた状態で、固定側ハウジング１３の円筒突出部１３Ｄと僅かな隙間をもって対面するものである。

円筒突出部１５Ｄの内周側には、後述の回転体側鉄リング２９および回転体側Ｏリング３１が収容される円筒状の回転体側シール収容部１５Ｅが設けられている。図３に示すように、回転体側シール収容部１５Ｅは、固定側ハウジング１３との対向面から軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜した回転体側傾斜面１５Ｆと、この回転体側傾斜面１５Ｆの奥部に配置され回転側ハウジング１５の軸中心に対して直交した回転体側奥壁面１５Ｇとを有している。

回転体側傾斜面１５Ｆは、回転体側シール収容部１５Ｅの全周に亘って形成され、円筒突出部１５Ｄ側から回転体側奥壁面１５Ｇに向けて内径寸法が徐々に小さくなるテーパ面として形成されている。回転体側奥壁面１５Ｇは、回転体側シール収容部１５Ｆの底部となるもので、回転側ハウジング１５の軸中心に対して直交する壁面を形成している。また、回転体側奥壁面１５Ｇには、この回転体側奥壁面１５Ｇからさらに軸方向に凹陥した回転体側凹陥部１５Ｈが形成されている。回転側ハウジング１５の支持筒体１５Ａの内周側は、固定側ハウジング１３のハウジング支持部１３Ｂに軸受１７を介して回転可能に取付けられている。支持筒体１５Ａのフランジ部１５Ａ１には、複数のボルト１８を用いて駆動輪（スプロケット）１９が固定されている。

軸方向の隙間２０は、固定側ハウジング１３の円筒突出部１３Ｄの軸方向端面１３Ｊと、回転側ハウジング１５の円筒突出部１５Ｄの軸方向端面１５Ｊとの間に、全周に亘って環状に形成されている。また、隙間２０よりも径方向の外側にはラビリンス２１が形成されている。ラビリンス２１は、隙間２０に連通するクランク状の迷路を形成し、土砂等が隙間２０内に侵入するのを抑制するものである。

回転軸２２は、回転側ハウジング１５内に設けられ、油圧モータ１１の回転出力を導出するものである。回転軸２２の基端側は油圧モータ１１の出力軸に連結され、回転軸２２の先端側はリングギヤ１５Ｂ内を軸方向に伸長している。蓋体１５Ｃの近傍に位置する回転軸２２の先端部には、後述の太陽歯車２３Ａが一体形成されている。

回転側ハウジング１５内には、３段の遊星歯車減速機構２３，２４，２５が設けられている。これら３段の遊星歯車減速機構２３，２４，２５は、油圧モータ１１の回転を３段減速し、回転側ハウジング１５のフランジ部１５Ａ１に取付けられた駆動輪１９を大きなトルクをもって回転させるものである。

ここで、１段目の遊星歯車減速機構２３は、回転軸２２の先端部に一体形成された太陽歯車２３Ａと、太陽歯車２３Ａとリングギヤ１５Ｂの内歯１５Ｂ１とに噛合し、太陽歯車２３Ａの周囲を自転しつつ公転する複数の遊星歯車２３Ｂ（１個のみ図示）と、各遊星歯車２３Ｂを回転可能に支持するキャリア２３Ｃとを含んで構成されている。そして、１段目の遊星歯車減速機構２３は、太陽歯車２３Ａの回転を減速し、各遊星歯車２３Ｂの公転をキャリア２３Ｃを介して２段目の太陽歯車２４Ａに伝達する。

２段目の遊星歯車減速機構２４は、回転軸２２に遊嵌された状態で１段目のキャリア２３Ｃにスプライン結合された円筒状の太陽歯車２４Ａと、太陽歯車２４Ａとリングギヤ１５Ｂの内歯１５Ｂ１とに噛合し、太陽歯車２４Ａの周囲を自転しつつ公転する複数の遊星歯車２４Ｂ（１個のみ図示）と、各遊星歯車２４Ｂを回転可能に支持するキャリア２４Ｃとを含んで構成されている。そして、２段目の遊星歯車減速機構２４は、太陽歯車２４Ａの回転を減速し、各遊星歯車２４Ｂの公転をキャリア２４Ｃを介して３段目の太陽歯車２５Ａに伝達する。

３段目の遊星歯車減速機構２５は、回転軸２２に遊嵌された状態で２段目のキャリア２４Ｃにスプライン結合された円筒状の太陽歯車２５Ａと、太陽歯車２５Ａとリングギヤ１５Ｂの内歯１５Ｂ２とに噛合し、太陽歯車２５Ａの周囲を自転しつつ公転する複数の遊星歯車２５Ｂ（１個のみ図示）と、各遊星歯車２５Ｂを回転可能に支持するキャリア２５Ｃとを含んで構成されている。

３段目のキャリア２５Ｃは、固定側ハウジング１３の雄スプライン部１３Ｃにスプライン結合されている。従って、キャリア２５Ｃに支持された各遊星歯車２５Ｂの公転は、リングギヤ１５Ｂの内歯１５Ｂ２を介して回転側ハウジング１５に伝達される。これにより、回転側ハウジング１５は、遊星歯車減速機構２３，２４，２５によって３段減速された状態で、固定側ハウジング１３に対して回転する構成となっている。これら各遊星歯車減速機構２３，２４，２５、軸受１７等は、回転側ハウジング１５内に充填された潤滑油Ｌによって潤滑される構成となっている。

次に、本実施の形態に用いられるメカニカルシール装置２６について説明する。

メカニカルシール装置２６は走行装置９に設けられ、各遊星歯車減速機構２３，２４，２５、軸受１７等を潤滑する潤滑油を、回転側ハウジング１５内に封止するものである。ここで、メカニカルシール装置２６は、固定体としての固定側ハウジング１３と、回転体としての回転側ハウジング１５と、フローティングシール２７とを備えている。フローティングシール２７は、固定側ハウジング１３と回転側ハウジング１５との間に形成された軸方向の隙間２０をシールするもので、後述の固定体側鉄リング２８、回転体側鉄リング２９、固定体側Ｏリング３０、回転体側Ｏリング３１、固定体側バックアップリング３２、回転体側バックアップリング３４を含んで構成されている。

固定体側鉄リング２８は、固定側ハウジング１３に設けられた固定体側シール収容部１３Ｅの内周側に配置されている。固定体側鉄リング２８は、回転体側鉄リング２９と対をなすもので、例えば耐摩耗性、耐食性に優れた鉄系金属材料を用いて円筒状に形成されている。図３に示すように、固定体側鉄リング２８は、固定体側Ｏリング３０を挟んで固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆと対面する外周面である傾斜面２８Ａと、この傾斜面２８Ａから隙間２０寄り（回転側ハウジング１５側）の部位に形成された大径鍔部２８Ｂと、傾斜面２８Ａを挟んで大径鍔部２８Ｂとは反対側に形成された大径鍔部２８Ｂよりも小径な小径鍔部２８Ｃとを含んで構成されている。

固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａは、大径鍔部２８Ｂから小径鍔部２８Ｃに向けて外径寸法が徐々に小さくなるテーパ状に形成されている。固定体側鉄リング２８の大径鍔部２８Ｂは、傾斜面２８Ａの回転側ハウジング１５側の端部から全周に亘って径方向外向きに張出している。大径鍔部２８Ｂの軸方向端面は、環状の平坦面からなるシール面２８Ｄとシール面２８Ｄから径方向内向きに傾斜するテーパ面２８Ｄ１とを有している（図４参照）。一方、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃは、傾斜面２８Ａのうち大径鍔部２８Ｂとは反対側の端部から全周に亘って径方向外向きに張出している。小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅは、固定側ハウジング１３の固定体側凹陥部１３Ｈと間隔をもって対面している。傾斜面２８Ａのうち小径鍔部２８Ｃ側の傾斜始端と小径鍔部２８Ｃとの間、即ち、図３中の寸法Ａで示す範囲は、傾斜面２８Ａと小径鍔部２８Ｃとの間を滑らに連続させる円弧面２８Ｆとなっている。

回転体側鉄リング２９は、回転側ハウジング１５に設けられた回転体側シール収容部１５Ｅの内周側に配置されている。回転体側鉄リング２９も、固定体側鉄リング２８と同じ鉄系金属材料を用いて円筒状に形成され、回転体側Ｏリング３１を挟んで回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆと対面する外周面である傾斜面２９Ａと、この傾斜面２９Ａから隙間２０寄り（固定側ハウジング１３側）の部位に形成された大径鍔部２９Ｂと、傾斜面２９Ａを挟んで大径鍔部２９Ｂとは反対側に形成された小径鍔部２９Ｃとを含んで構成されている。

回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａは、大径鍔部２９Ｂから小径鍔部２９Ｃに向けて外径寸法が徐々に小さくなるテーパ状に形成されている。回転体側鉄リング２９の大径鍔部２９Ｂは、傾斜面２９Ａの固定側ハウジング１３側の端部から全周に亘って径方向外向きに張出している。大径鍔部２９Ｂの軸方向端面は、環状の平坦面からなるシール面２９Ｄとシール面２９Ｄから径方向内向きに徐々に傾斜するテーパ面２９Ｄ１とを有している（図４参照）。一方、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃは、傾斜面２９Ａのうち大径鍔部２９Ｂとは反対側の端部から全周に亘って径方向外向きに張出している。小径鍔部２９Ｃの軸方向端面２９Ｅは、回転側ハウジング１５の回転体側凹陥部１５Ｈと間隔をもって対面している。傾斜面２９Ａのうち小径鍔部２９Ｃ側の傾斜始端と小径鍔部２９Ｃとの間、即ち、図３中の寸法Ａ′で示す範囲は、傾斜面２９Ａと小径鍔部２９Ｃとの間を滑らに連続させる円弧面２９Ｆとなっている。

固定体側Ｏリング３０は、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆと固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａとの間に設けられている。固定体側Ｏリング３０は、回転体側Ｏリング３１と対をなすもので、例えばニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等の耐油性を有するゴム材料を用いて円形の断面形状を有する環状に形成されている。固定体側Ｏリング３０は、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆと固定体側鉄リング２８との間をシールすると共に、固定体側鉄リング２８を回転体側鉄リング２９に向けて軸方向に押圧する。

回転体側Ｏリング３１は、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆと回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａとの間に設けられている。回転体側Ｏリング３１も、固定体側Ｏリング３０と同じゴム材料を用いて環状に形成されている。回転体側Ｏリング３１は、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆと回転体側鉄リング２９との間をシールすると共に、回転体側鉄リング２９を固定体側鉄リング２８に向けて軸方向に押圧する。

固定体側バックアップリング３２は、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇに、固定体側Ｏリング３０との間に軸方向の間隔３３をもって設けられている。即ち、固定体側バックアップリング３２は、固定側ハウジング１３の固定体側シール収容部１３Ｅ内に土砂等が堆積していない状態では固定体側Ｏリング３０との間に軸方向の間隔３３を保ち、固定体側Ｏリング３０に対して非接触となっている。ここで、固定体側バックアップリング３２と固定体側Ｏリング３０との間には間隔３３が設けられているので、後述するように固定体側Ｏリング３０の周囲に凍土が堆積するまでの期間は、固定体側Ｏリング３０が固定体側バックアップリング３２に当接することがない。このため、固定体側Ｏリング３０の弾性力により固定体側鉄リング２８に対して横方向（回転体側鉄リング２９に向かう方向）の荷重が過大に付与されることがなく、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄを、回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄに対して適度な面圧で摺接させることができる。

固定体側バックアップリング３２は、例えばポリエチレン、ポリアミド等の固定体側Ｏリング３０よりも硬い工業用プラスチック材料を用いて環状に形成され、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆの奥部側（固定体側奥壁面１３Ｇ側）に当接（密着）する固定体側傾斜面当接部としての傾斜面当接部３２Ａと、固定体側奥壁面１３Ｇに当接（密着）する固定体側奥壁面当接部としての奥壁面当接部３２Ｂとを有している。

固定体側バックアップリング３２のうち固定体側Ｏリング３０と対向するＯリング側端面３２Ｃは、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅよりも大径鍔部２８Ｂ側に寄った位置に配置されている。具体的には、固定体側バックアップリング３２のＯリング側端面３２Ｃは、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａの小径側の傾斜始端と小径鍔部２８Ｃとの間に形成された円弧面２８Ｆの範囲（図３中の寸法Ａの範囲）内に配置されている。

固定体側バックアップリング３２の奥壁面当接部３２Ｂには、固定体側バックアップリング３２の内周縁から軸方向に突出する円筒状の軸方向突起３２Ｄが一体的に設けられている。固定体側バックアップリング３２は、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆの奥部側に傾斜面当接部３２Ａを密着させると共に固定体側奥壁面１３Ｇに奥壁面当接部３２Ｂを密着させ、固定側ハウジング１３の固定体側凹陥部１３Ｈに軸方向突起３２Ｄを挿入させた状態で固定側ハウジング１３に取付けられる。図５に示すように、固定体側バックアップリング３２の内径寸法Ｄ１は、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外径寸法Ｄ２よりも大きく（Ｄ１＞Ｄ２）設定されている。これにより、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃは、固定体側バックアップリング３２の軸方向突起３２Ｄの内周側に配置される。この場合、固定体側バックアップリング３２に軸方向突起３２Ｄを設けることにより、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃと軸方向突起３２Ｄとが対面する範囲を可及的に大きくすることができる。

そして、固定体側Ｏリング３０が、固定体側シール収容部１３Ｅ内に堆積した土砂等によって軸方向に押圧され、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａに沿って小径鍔部２８Ｃ側に移動したときには、図６に示すように、固定体側Ｏリング３０は、固定体側バックアップリング３２のＯリング側端面３２Ｃに当接する。これにより、固定体側Ｏリング３０の移動が固定体側バックアップリング３２によって制限され、固定体側Ｏリング３０の一部が固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃに乗上げるのを抑えることができる構成となっている。

回転体側バックアップリング３４は、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇに、回転体側Ｏリング３１との間に軸方向の間隔３５をもって設けられている。即ち、回転体側バックアップリング３４は、回転側ハウジング１５の回転体側シール収容部１５Ｅ内に土砂等が堆積していない状態では回転体側Ｏリング３１との間に軸方向の間隔３５を保ち、回転体側Ｏリング３１に対して非接触となっている。ここで、回転体側バックアップリング３４と回転体側Ｏリング３１との間には間隔３５が設けられているので、後述するように回転体側Ｏリング３１の周囲に凍土が堆積するまでの期間は、回転体側Ｏリング３１が回転体側バックアップリング３４に当接することがない。このため、回転体側Ｏリング３１の弾性力により回転体側鉄リング２９に対して横方向（固定体側鉄リング２８に向かう方向）の荷重が過大に付与されることがなく、回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄを、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄに対して適度な面圧で摺接させることができる。

回転体側バックアップリング３４も、固定体側バックアップリング３２と同じ工業用プラスチック材料を用いて環状に形成され、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆの奥部側（回転体側奥壁面１５Ｇ側）に当接（密着）する回転体側傾斜面当接部としての傾斜面当接部３４Ａと、回転体側奥壁面１５Ｇに当接（密着）する回転体側奥壁面当接部としての奥壁面当接部３４Ｂとを有している。

回転体側バックアップリング３４のうち回転体側Ｏリング３１と対向するＯリング側端面３４Ｃは、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの軸方向端面２９Ｅよりも大径鍔部２９Ｂ側に寄った位置に配置されている。具体的には、回転体側バックアップリング３４のＯリング側端面３４Ｃは、回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａの小径側の傾斜始端と小径鍔部２９Ｃとの間に形成された円弧面２９Ｆの範囲（図３中の寸法Ａ′の範囲）内に配置されている。

回転体側バックアップリング３４の奥壁面当接部３４Ｂには、回転体側バックアップリング３４の内周縁から軸方向に突出する円筒状の軸方向突起３４Ｄが一体的に設けられている。回転体側バックアップリング３４は、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆの奥部側に傾斜面当接部３４Ａを密着させると共に回転体側奥壁面１５Ｇに奥壁面当接部３４Ｂを密着させ、回転側ハウジング１５の回転体側凹陥部１５Ｈに軸方向突起３４Ｄを挿入させた状態で回転側ハウジング１５に取付けられる。回転体側バックアップリング３４の内径寸法Ｄ１′は、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外径寸法Ｄ２′よりも大きく（Ｄ１′＞Ｄ２′）設定されている（図５参照）。これにより、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃは、回転体側バックアップリング３４の軸方向突起３４Ｄの内周側に配置される。この場合、回転体側バックアップリング３４に軸方向突起３４Ｄを設けることにより、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃと軸方向突起３４Ｄとが対面する範囲を可及的に大きくすることができる。

そして、回転体側Ｏリング３１が、回転体側シール収容部１５Ｅ内に堆積した土砂等によって軸方向に押圧され、回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａに沿って小径鍔部２９Ｃ側に移動したときには、回転体側Ｏリング３１は、回転体側バックアップリング３４のＯリング側端面３４Ｃに当接する。これにより、回転体側Ｏリング３１の移動が回転体側バックアップリング３４によって制限され、回転体側Ｏリング３１の一部が回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃに乗上げるのを抑えることができる構成となっている。

本実施の形態によるメカニカルシール装置２６は上述の如き構成を有するもので、このメカニカルシール装置２６を備えた走行装置９を組立てるときには、例えば図５に示すように、固定体側バックアップリング３２の軸方向突起３２Ｄを、固定側ハウジング１３の固定体側凹陥部１３Ｈに挿入した状態で、固定体側バックアップリング３２を固定側ハウジング１３に組付ける。これにより、固定体側バックアップリング３２の傾斜面当接部３２Ａ、奥壁面当接部３２Ｂを、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆ、固定体側奥壁面１３Ｇにそれぞれ密着させる。また、回転体側バックアップリング３４の軸方向突起３４Ｄを、回転側ハウジング１５の回転体側凹陥部１５Ｈに嵌合させた状態で、回転体側バックアップリング３４を回転側ハウジング１５に組付ける。これにより、回転体側バックアップリング３４の傾斜面当接部３４Ａ、奥壁面当接部３４Ｂを、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆ、回転体側奥壁面１５Ｇにそれぞれ密着させる。

次に、固定体側Ｏリング３０を、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃ側の傾斜面２８Ａに取付け、これら固定体側鉄リング２８と固定体側Ｏリング３０を、固定側ハウジング１３の固定体側シール収容部１３Ｅ内に挿入する。一方、回転体側Ｏリング３１を、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃ側の傾斜面２９Ａに取付け、これら回転体側鉄リング２９と回転体側Ｏリング３１を、回転側ハウジング１５の回転体側シール収容部１５Ｅ内に挿入する。

この状態で、回転側ハウジング１５を、固定側ハウジング１３のハウジング支持部１３Ｂに軸受１７を介して組付けることにより、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとが当接し、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９とは互いに軸方向に押圧される。これにより、固定体側Ｏリング３０は、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆと固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａとの間で押圧されて変形し、徐々に固定体側奥壁面１３Ｇ側へと移動する。一方、回転体側Ｏリング３１は、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆと回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａとの間で押圧されて変形し、徐々に回転体側奥壁面１５Ｇ側へと移動する。

走行装置９の組立てが終了すると、固定側ハウジング１３の円筒突出部１３Ｄと回転側ハウジング１５の円筒突出部１５Ｄとの間には、所定の隙間２０とラビリンス２１とが形成される。このとき、図３に示すように、固定体側Ｏリング３０は、固定体側バックアップリング３２との間に間隔３３を保った状態で、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆと固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａとの間に配置される。一方、回転体側Ｏリング３１は、回転体側バックアップリング３４との間に間隔３５を保った状態で、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆと回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａとの間に配置される。

走行装置９を組立てた状態で油圧モータ１１を回転させると、油圧モータ１１の回転が減速装置１２の遊星歯車減速機構２３，２４，２５によって３段減速され、回転側ハウジング１５に伝達される。これにより、回転側ハウジング１５が大きなトルクをもって回転し、この回転側ハウジング１５に固定した駆動輪１９と遊動輪６とに巻回された履帯８が駆動され、油圧ショベル１を走行させることができる。

油圧ショベル１の走行時において、メカニカルシール装置２６の回転体側鉄リング２９は回転側ハウジング１５と一体に回転し、この回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄが、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄに摺接することにより、回転側ハウジング１５と固定側ハウジング１３との間を液密にシールすることができる。これにより、回転側ハウジング１５内に潤滑油Ｌを封止し、この潤滑油Ｌによって軸受１７、遊星歯車減速機構２３，２４，２５等を適正に潤滑することができ、回転側ハウジング１５を円滑に回転させることができる。

図３に示すように、固定体側Ｏリング３０と固定体側バックアップリング３２との間に間隔３３が保たれている状態では、固定体側Ｏリング３０の弾性力により、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａに対して垂直方向に荷重Ｆが作用する。一方、回転体側Ｏリング３１と回転体側バックアップリング３４との間に間隔３５が保たれている状態では、回転体側Ｏリング３１の弾性力により、回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａに対して垂直方向に荷重Ｆ′が作用する。

固定体側鉄リング２８に作用する荷重Ｆは、水平分力Ｆ１と鉛直分力Ｆ２とに分けられ、回転体側鉄リング２９に作用する荷重Ｆ′は、水平分力Ｆ１′と鉛直分力Ｆ２′とに分けられる。このため、荷重Ｆの水平分力Ｆ１と荷重Ｆ′の水平分力Ｆ１′とにより、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとが適度な面圧をもって摺接する。

一方、固定体側鉄リング２８に対して荷重Ｆの鉛直分力Ｆ２が作用することにより、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃは内周側に変形する。また、回転体側鉄リング２９に対して荷重Ｆ′の鉛直分力Ｆ２′が作用することにより、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃは内周側に変形する。このため、図４に示すように、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄとテーパ面２８Ｄ１とが交わる稜線部分と、回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとテーパ面２９Ｄ１とが交わる稜線部分とは大きな面圧をもって互いに摺接し、平滑な摺接面３６が形成される。従って、回転側ハウジング１５が回転することにより、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとに形成された摺接面３６に潤滑油Ｌが浸入し、油膜が形成される。

この場合、摺接面３６を挟んで固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとがなす角度と、摺接面３６を挟んで固定体側鉄リング２８のテーパ面２８Ｄ１と回転体側鉄リング２９のテーパ面２９Ｄ１とがなす角度には差があるため、摺接面３６に形成される油膜には圧力勾配が形成される。この結果、固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９の外側が負圧となり、回転側ハウジング１５内の潤滑油Ｌを外部に漏らさないように封止することができる。

ここで、長期に亘って油圧ショベル１が稼働する間に、固定側ハウジング１３の固定体側シール収容部１３Ｅ、および回転側ハウジング１５の回転体側シール収容部１５Ｅには土砂等が浸入し、この土砂はフローティングシール２７の周囲に徐々に堆積する。さらに、寒冷地においては、フローティングシール２７の周囲に堆積した土砂が凍結することにより、フローティングシール２７の周囲に凍土が堆積する。フローティングシール２７の周囲に堆積した凍土は、回転側ハウジング１５が固定側ハウジング１３に対して回転するときに砕けて氷塊となり、回転側ハウジング１５の回転に伴って移動、凝集することにより固定体側Ｏリング３０および回転体側Ｏリング３１を軸方向に押圧する。これにより、固定体側Ｏリング３０は、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａに沿って固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇ側へと移動し、回転体側Ｏリング３１は、回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａに沿って回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇ側へと移動する。

このとき、図６に示すように、固定体側Ｏリング３０は、固定体側バックアップリング３２に当接することによりそれ以上の固定体側奥壁面１３Ｇ側への移動が制限される。また、回転体側Ｏリング３１は、回転体側バックアップリング３４に当接することによりそれ以上の回転体側奥壁面１５Ｇ側への移動が制限される。従って、固定体側奥壁面１３Ｇ側に移動した固定体側Ｏリング３０が、固定側ハウジング１３の固定体側凹陥部１３Ｈと固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃとの間の隙間内にはみ出すように変形し、小径鍔部２８Ｃに乗上げるのを抑えることができる。同様に、回転体側奥壁面１５Ｇ側に移動した回転体側Ｏリング３１が、回転側ハウジング１５の回転体側凹陥部１５Ｈと回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃとの間の隙間内にはみ出すように変形し、小径鍔部２９Ｃに乗上げるのを抑えることができる。

この結果、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃに対し、固定体側Ｏリング３０の弾性力によって径方向内向きの荷重が付与されるのを抑えることができる。また、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃに対し、回転体側Ｏリング３１の弾性力によって径方向内向きの荷重が付与されるのを抑えることができる。この結果、固定体側Ｏリング３０から固定体側鉄リング２８に作用する径方向の荷重と、回転体側Ｏリング３１から回転体側鉄リング２９に作用する径方向の荷重とのバランスを良好に保つことができ、フローティングシール２７のシール性を長期に亘って適正に保つことができる。

この場合、図７に示すように、固定体側バックアップリング３２のＯリング側端面３２Ｃに当接した固定体側Ｏリング３０は、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃには乗上げないものの、小径鍔部２８Ｃと傾斜面２８Ａとの間の円弧面２８Ｆには乗上げる。このため、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａに対して荷重Ｆが作用すると共に、円弧面２８Ｆに対し径方向内向きの荷重Ｆ３が作用する。同様に、回転体側Ｏリング３１は、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃと傾斜面２９Ａとの間の円弧面２９Ｆに乗上げる。このため、回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａに対して荷重Ｆ′が作用すると共に、円弧面２９Ｆに対し径方向内向きの荷重Ｆ３′が作用する。このため、互いに摺接する固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９の軸中心は、回転側ハウジング１５の軸中心に対して偏芯するようになる。

しかし、固定体側バックアップリング３２のＯリング側端面３２Ｃは、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅよりも大径鍔部２８Ｂ側に寄った位置に配置されている。また、回転体側バックアップリング３４のＯリング側端面３４Ｃは、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの軸方向端面２９Ｅよりも大径鍔部２９Ｂ側に寄った位置に配置されている。このため、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９の軸中心が、回転側ハウジング１５の軸中心に対して偏芯したとしても、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外周面は固定体側バックアップリング３２の内周面に当接し、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外周面は回転体側バックアップリング３４の内周面に当接することにより、偏芯量を制限することができる。この場合、固定体側バックアップリング３２の内周縁には軸方向突起３２Ｄが設けられているので、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃは軸方向突起３２Ｄの内周面に確実に当接することができる。同様に、回転体側バックアップリング３４の内周縁には軸方向突起３４Ｄが設けられているので、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃは軸方向突起３４Ｄの内周面に確実に当接することができる。

このように、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃが、固定体側バックアップリング３２の軸方向突起３２Ｄの内周面に当接し、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃが、回転体側バックアップリング３４の軸方向突起３４Ｄの内周面に当接することにより、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９の軸中心が、回転側ハウジング１５の軸中心に対して大きく偏芯するのを抑えることができる。この結果、図４に示すように、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとに平滑な摺接面３６を形成することができ、この摺接面３６に油膜が形成されることにより、フローティングシール２７のシール性を確保することができる。

次に、本実施の形態によるメカニカルシール装置２６と、図８ないし図１０に示す比較例によるメカニカルシール装置１０１との相違について説明する。

比較例によるメカニカルシール装置１０１は、本実施の形態によるメカニカルシール装置２６と同様に、固定側ハウジング１３と、回転側ハウジング１５と、固定体側鉄リング２８と、回転体側鉄リング２９と、固定体側Ｏリング３０と、回転体側Ｏリング３１とを含んで構成されている。しかし、比較例によるメカニカルシール装置１０１は、固定体側バックアップリング３２および回転体側バックアップリング３４を備えていない点で、本実施の形態によるメカニカルシール装置２６とは相違している。

図９に示すように、比較例によるメカニカルシール装置１０１においては、固定体側Ｏリング３０が、固定体側シール収容部１３Ｅ内に堆積した凍土（氷塊）等によって押圧されることにより、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇに直接的に当接する。同様に、回転体側Ｏリング３１が、回転体側シール収容部１５Ｅ内に堆積した凍土（氷塊）等によって押圧されることにより、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇに直接的に当接する。

これにより、例えば図１０に示すように、固定体側Ｏリング３０は、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃと固定側ハウジング１３の固定体側凹陥部１３Ｈとの間に形成された隙間内にはみ出すように変形し、小径鍔部２８Ｃの外周面に乗上げるようになる。このため、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａに対して荷重Ｆが作用し、円弧面２８Ｆに対して荷重Ｆ３が作用すると共に、小径鍔部２８Ｃに対し径方向内向きの荷重Ｆ４が作用する。この結果、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９との径方向の荷重バランスが崩れ、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９とが偏芯することにより、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとの間に油膜を形成することができず、良好なシール性を保つことができなくなる。

これに対し、本実施の形態によるメカニカルシール装置２６は、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇに固定体側Ｏリング３０との間に間隔３３をもって設けられた固定体側バックアップリング３２と、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇに回転体側Ｏリング３１との間に間隔３５をもって設けられた回転体側バックアップリング３４とを備えている。固定体側バックアップリング３２は、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆの奥部側に当接する傾斜面当接部３２Ａと固定体側奥壁面１３Ｇに当接する奥壁面当接部３２Ｂとを含んで構成され、回転体側バックアップリング３４は、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆの奥部側に当接する傾斜面当接部３４Ａと回転体側奥壁面１５Ｇに当接する奥壁面当接部３４Ｂとを含んで構成されている。

このため、固定側ハウジング１３の固定体側シール収容部１３Ｅや回転側ハウジング１５の回転体側シール収容部１５Ｅ内に堆積した氷塊が、固定体側Ｏリング３０、回転体側Ｏリング３１を軸方向に押圧したとしても、固定体側Ｏリング３０が固定体側バックアップリング３２に当接することにより、固定体側Ｏリング３０の固定体側奥壁面１３Ｇへの移動を制限することができる。また、回転体側Ｏリング３１が回転体側バックアップリング３４に当接することにより、回転体側Ｏリング３１の回転体側奥壁面１５Ｇへの移動を制限することができる。従って、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃに固定体側Ｏリング３０が乗上げるのを抑え、小径鍔部２８Ｃに径方向内向きの荷重が付与されるのを抑えることができる。同様に、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃに回転体側Ｏリング３１が乗上げるのを抑え、小径鍔部２９Ｃに径方向内向きの荷重が付与されるのを抑えることができる。この結果、固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９に作用する径方向の荷重のバランスを良好に保つことができ、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとのシール性を長期に亘って適正に保つことができる。

また、固定体側鉄リング２８は、固定体側傾斜面１３Ｆと対面した傾斜面２８Ａと、軸方向端面がシール面２８Ｄとなった大径鍔部２８Ｂと、傾斜面２８Ａを挟んで大径鍔部２８Ｂとは反対側に形成された小径鍔部２８Ｃとを含んで構成され、回転体側鉄リング２９は、回転体側傾斜面１５Ｆと対面した傾斜面２９Ａと、軸方向端面がシール面２９Ｄとなった大径鍔部２９Ｂと、傾斜面２９Ａを挟んで大径鍔部２９Ｂとは反対側に形成された小径鍔部２９Ｃとを含んで構成されている。そして、固定体側バックアップリング３２のＯリング側端面３２Ｃは、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅよりも大径鍔部２８Ｂ側に寄った位置に配置され、回転体側バックアップリング３４のＯリング側端面３４Ｃは、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの軸方向端面２９Ｅよりも大径鍔部２９Ｂ側に寄った位置に配置されている。

これにより、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９の軸中心が、回転側ハウジング１５の軸中心に対して偏芯したとしても、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃは固定体側バックアップリング３２の内周面に当接し、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃは回転体側バックアップリング３４の内周面に当接する。この結果、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９が大きく偏芯するのを抑え、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとに平滑な摺接面３６を形成することができるので、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとのシール性を良好に保つことができる。

さらに、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇおよび回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇには、固定体側凹陥部１３Ｈおよび回転体側凹陥部１５Ｈがそれぞれ設けられている。そして、固定体側バックアップリング３２の内径寸法は、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外径寸法よりも大きく設定され、回転体側バックアップリング３４の内径寸法は、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外径寸法よりも大きく設定されている。また、固定体側バックアップリング３２の奥壁面当接部３２Ｂには、固定体側凹陥部１３Ｈに挿入される軸方向突起３２Ｄが一体的に設けられ、回転体側バックアップリング３４の奥壁面当接部３４Ｂには、回転体側凹陥部１５Ｈに挿入される軸方向突起３４Ｄが一体的に設けられている。

従って、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃを固定体側バックアップリング３２の軸方向突起３２Ｄの内周側に配置することができ、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃを回転体側バックアップリング３４の軸方向突起３４Ｄの内周側に配置することができる。このため、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９の軸中心が偏芯した場合に、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃを、固定体側バックアップリング３２の軸方向突起３２Ｄの内周面に確実に当接させることができる。また、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃを、回転体側バックアップリング３４の軸方向突起３４Ｄの内周面に確実に当接させることができる。この結果、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９が、回転側ハウジング１５の軸中心に対して大きく偏芯するのを抑えることができる。

なお、実施の形態では、固定体側バックアップリング３２の奥壁面当接部３２Ｂに、固定側ハウジング１３の固定体側凹陥部１３Ｈに挿入される円筒状の軸方向突起３２Ｄを設け、回転体側バックアップリング３４の奥壁面当接部３４Ｂに、回転側ハウジング１５の回転体側凹陥部１５Ｈに挿入される円筒状の軸方向突起３４Ｄを設けた場合を例示している。

しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図１１に示す変形例のような固定体側バックアップリング３７、回転体側バックアップリング３８を用いてもよい。即ち、固定体側傾斜面当接部としての傾斜面当接部３７Ａと、固定体側奥壁面当接部としての奥壁面当接部３７Ｂと、軸方向突起３７Ｃとを有し、軸方向突起３７Ｃの外周側にフランジ部３７Ｄが設けられた固定体側バックアップリング３７と、回転体側傾斜面当接部としての傾斜面当接部３８Ａと、回転体側奥壁面当接部としての奥壁面当接部３８Ｂと、軸方向突起３８Ｃとを有し、軸方向突起３８Ｃの外周側にフランジ部３８Ｄが設けられた回転体側バックアップリング３８を用いてもよい。この場合、固定体側バックアップリング３７のフランジ部３７Ｄを、固定側ハウジング１３の固定体側凹陥部１３Ｈの内周面に設けられた円周溝１３Ｋに係合させることにより、固定側ハウジング１３に固定体側バックアップリング３７を保持することができ、固定体側バックアップリング３７の組付け性を高めることができる。一方、回転体側バックアップリング３８のフランジ部３８Ｄを、回転側ハウジング１５の回転体側凹陥部１５Ｈの内周面に設けられた円周溝１５Ｋに係合させることにより、回転側ハウジング１５に回転体側バックアップリング３８を保持することができ、回転体側バックアップリング３８の組付け性を高めることができる。

また、実施の形態では、固定体側バックアップリング３２の軸方向突起３２Ｄおよび回転体側バックアップリング３４の軸方向突起３４Ｄを、それぞれ円筒状に形成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば円錐状に形成してもよい。

さらに、実施の形態では、油圧ショベル１の走行装置９に搭載されたメカニカルシール装置２６に適用した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば油圧ショベル１の遊動輪６、下案内ローラ７等の回転機構に搭載されるシール装置に広く適用することができる。

１３固定側ハウジング（固定体）
１３Ｅ固定体側シール収容部
１３Ｆ固定体側傾斜面
１３Ｇ固定体側奥壁面
１３Ｈ固定体側凹陥部
１５回転側ハウジング（回転体）
１５Ｅ回転体側シール収容部
１５Ｆ回転体側傾斜面
１５Ｇ回転体側奥壁面
１５Ｈ回転体側凹陥部
２０隙間
２６メカニカルシール装置
２７フローティングシール
２８固定体側鉄リング
２８Ａ，２９Ａ傾斜面
２８Ｂ，２９Ｂ大径鍔部
２８Ｃ，２９Ｃ小径鍔部
２８Ｄ，２９Ｄシール面
２８Ｅ，２９Ｅ軸方向端面
２９回転体側鉄リング
３０固定体側Ｏリング
３１回転体側Ｏリング
３２，３７固定体側バックアップリング
３２Ａ，３７Ａ傾斜面当接部（固定体側傾斜面当接部）
３２Ｂ，３７Ｂ奥壁面当接部（固定体側奥壁面当接部）
３４Ａ，３８Ａ傾斜面当接部（回転体側傾斜面当接部）
３４Ｂ，３８Ｂ奥壁面当接部（回転体側奥壁面当接部）
３２Ｄ，３４Ｄ，３７Ｃ，３８Ｃ軸方向突起
３３，３５間隔
３４，３８回転体側バックアップリング

Claims

固定体側シール収容部を有する固定体と、回転体側シール収容部を有し前記固定体に対して回転可能に設けられた回転体と、前記固定体と前記回転体との間に形成された軸方向の隙間をシールするフローティングシールとを備え、
前記固定体側シール収容部は、軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜した固定体側傾斜面と、前記固定体側傾斜面の奥部に配置され前記回転体の軸中心に対して直交した固定体側奥壁面とを有し、
前記回転体側シール収容部は、軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜した回転体側傾斜面と、前記回転体側傾斜面の奥部に配置され前記回転体の軸中心に対して直交した回転体側奥壁面とを有し、
前記フローティングシールは、前記固定体側シール収容部と前記回転体側シール収容部とにそれぞれ配置され互いに摺接するシール面を有する一対の円筒状の鉄リングと、前記一対の鉄リングのうち前記固定体側の鉄リングの外周面と前記固定体側傾斜面との間および前記回転体側の鉄リングの外周面と前記回転体側傾斜面との間にそれぞれ設けられた一対のＯリングとからなるメカニカルシール装置において、
弾性体を用いて環状に形成され前記固定体側奥壁面に前記固定体側のＯリングとの間に間隔をもって設けられた固定体側バックアップリングと、
弾性体を用いて環状に形成され前記回転体側奥壁面に前記回転体側のＯリングとの間に間隔をもって設けられた回転体側バックアップリングとを備え、
前記固定体側バックアップリングは、前記固定体側傾斜面の奥部側に当接する固定体側傾斜面当接部と前記固定体側奥壁面に当接する固定体側奥壁面当接部とを含んで構成され、
前記回転体側バックアップリングは、前記回転体側傾斜面の奥部側に当接する回転体側傾斜面当接部と前記回転体側奥壁面に当接する回転体側奥壁面当接部とを含んで構成され、
前記一対の鉄リングのうち前記固定体側の鉄リングは、前記固定体側のＯリングを挟んで前記固定体側傾斜面と対面した傾斜面と、前記傾斜面から前記隙間寄りの部位に形成され軸方向端面が前記シール面となった大径鍔部と、傾斜面を挟んで前記大径鍔部とは反対側に形成された小径鍔部とを含んで構成され、
前記一対の鉄リングのうち前記回転体側の鉄リングは、前記回転体側のＯリングを挟んで前記回転体側傾斜面と対面した傾斜面と、前記傾斜面から前記隙間寄りの部位に形成され軸方向端面が前記シール面となった大径鍔部と、傾斜面を挟んで前記大径鍔部とは反対側に形成された小径鍔部とを含んで構成され、
前記固定体側バックアップリングのうち前記固定体側のＯリングと対向するＯリング側端面は、前記固定体側の鉄リングの前記小径鍔部の軸方向端面よりも前記大径鍔部側に寄った位置に配置され、
前記回転体側バックアップリングのうち前記回転体側のＯリングと対向するＯリング側端面は、前記回転体側の鉄リングの前記小径鍔部の軸方向端面よりも前記大径鍔部側に寄った位置に配置され、
前記固定体側奥壁面および前記回転体側奥壁面には軸方向に凹陥する凹陥部がそれぞれ設けられ、
前記固定体側バックアップリングおよび前記回転体側バックアップリングの内径寸法は、前記各鉄リングの前記小径鍔部の外径寸法よりも大きく設定され、
前記固定体側バックアップリングの前記固定体側奥壁面当接部および前記回転体側バックアップリングの前記回転体側奥壁面当接部には、前記各凹陥部に挿入される円筒状の軸方向突起がそれぞれ一体的に設けられ、
前記固定体側バックアップリングの前記固定体側奥壁面当接部および前記回転体側バックアップリングの前記回転体側奥壁面当接部に、前記各凹陥部に挿入される軸方向突起がそれぞれ一体的に設けられていることにより、前記各軸方向突起の内周側に前記各鉄リングの前記小径鍔部が配置され、前記各軸方向突起に前記各鉄リングの前記小径鍔部の外周面が当接可能な内周面が設けられ、かつ前記各軸方向突起における前記各鉄リングの前記小径鍔部と対面する範囲が大きくなるように構成されていることを特徴とするメカニカルシール装置。