JP7323890B2 - 密封構造 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 平成３０年７月２５日～令和元年４月５日に、本発明の密封構造が採用された製品を出荷

本発明は、例えば、回動機構及び潤滑剤を含み、軸受によって回動機構の回動体が回動自在に支持される機械運動機構部に適用される密封構造に関する。

特許文献１には、ケーシング内に、歯車機構の回転駆動力が伝達されて回動する回動体を、転動体を介し回動自在に支持する機械運動機構部が記載されている。そして、特許文献１には、ケーシングの内周と回動体の外周との間の間隙を屈曲させることによって、歯車機構の噛合部に充填された潤滑剤が転動体の回動部に浸入することを抑制するシール構造が開示されている。

特開２００６－２５０２６０号公報

ところで、特許文献１に開示されたシール構造は、ケーシングと回動体との間の間隙を屈曲させることによって、転動体に向かう潤滑剤の流動抵抗を大きくして潤滑剤が転動体の回動部に浸入することを抑制するものである。この間隙は、あくまでケーシングの内周と回動体の外周とは非接触であることを意味するから、潤滑剤が転動体の回動部に浸入することを完全に抑制することは難しいと考えられる。特許文献１では、万が一、潤滑剤が転動体の回動部を通過しても、歯車機構とは反対側から潤滑剤が流出しないように、歯車機構とは反対側のケーシング内周と回動体の外周との間に環状のシーリング部材が装着される例も示されている。しかし、この場合でも、転動体の回動部に、歯車機構に充填された潤滑剤が浸入する懸念は、なお残存すると考えられる。

本発明は、前記実情に鑑みなされたもので、回動機構及び潤滑剤を含む機械運動機構部から転動体に潤滑剤が浸入することを抑制することができる密封構造を提供することを目的としている。

本発明に係る密封構造は、転動体を介して相対回動可能な内輪及び外輪を有する軸受と、回動機構及び潤滑剤を収容するとともに前記外輪が取付けられる基体側ハウジングと、前記内輪に取付けられ、少なくとも前記基体側ハウジング及び前記内輪間に介在するよう配置される密封部材と、を備え、前記密封部材は、弾性材からなるとともに前記基体側ハウジング内の前記潤滑剤が前記内輪及び前記外輪の間に向かう経路を密封するシールリップと、前記シールリップよりも剛性が高く当該シールリップが一体に成型される芯体と、を有し、前記シールリップは、内径側に延出するリップ本体及び当該リップ本体から軸方向に延出して前記基体側ハウジングに接触する第１リップを備えており、前記リップ本体は、前記密封部材の前記内輪に対する取付部側から内径側に延びていることを特徴とする。

基体側ハウジング内の潤滑剤が機械運動機構部によってせん断作用を受けると潤滑剤のちょう度が下がり流動性が高くなる。そのためせん断作用を受けた潤滑剤は、基体側ハウジング内から軸受の内輪及び外輪の間に流れ込み、軸受の外部に漏出し易くなる。これに対し、本発明の密封構造によれば、基体側ハウジング内の潤滑剤が、密封部材のシールリップにより、軸受側に流れ込むことを抑制できる。したがって、密封部材によって、基体側ハウジング内の潤滑剤が内輪及び外輪の隙間を通過して、さらに軸受の外部に漏出することを抑制できる。また、シールリップが芯体と一体に形成されているため、シールリップ及びリップ本体の形状を容易に保持できるようになる。したがって、シールリップは所望の箇所に位置する状態で、密封部材が基体側ハウジング及び内輪間に介在するよう配置できる。さらに、リップ本体から軸方向に延出する第１リップが基体側ハウジングに接触するので、リップ本体が基体側ハウジングに非接触となり、密封部材の設計上の公差によって、基体側ハウジングに対して第１リップの締め代が変動しても、基体側ハウジングに対する第１リップの接触面積の変動を抑えることができる。したがって、シールリップのシール性能を安定的に発揮させることができる。

本発明の密封構造において、前記リップ本体は、前記内輪に対して軸方向に漸次離間するように内径側に延びているものとしてもよい。
これによれば、第１リップが基体側ハウジングに接触するが、リップ本体と内輪との間に間隙が存在するから、リップ本体と内輪との間には、リップ本体が変形可能な空間が存在する。したがって、第１リップが基体側ハウジングに接触した際、リップ本体が内輪に干渉することを抑制でき、所望のシール性能を発揮することができる。

本発明の密封構造において、前記密封部材は、前記内輪の外周面に取付けられ、当該外周面に対する取付部には、前記外輪の内周面と対向する箇所に、外径側に突出して前記外輪の内周面に近接又は接触する突出部が設けられているものとしてもよい。
これによれば、突出部と外輪の内周面とのシール機能によっても、潤滑剤が内輪と外輪との間の隙間に流入することが抑制される。

本発明の密封構造において、前記シールリップは、前記リップ本体から軸方向に延出するとともに前記第１リップよりも前記リップ本体からの軸方向の延出量が小さくなるように形成された第２リップをさらに備えているものとしてもよい。
これによれば、第２リップにより、軸受の回動トルクの増加を抑えつつ、シール性を向上させることができる。

本発明の密封構造において、前記密封部材は、接着剤を介して前記内輪に取付けられているものとしてもよい。
これによれば、密封部材を内輪に確実に取付けることができる。

本発明に係る密封構造は、ロボットの関節部に適用される前記いずれかに記載の密封構造であって、前記軸受は、クロスローラベアリングであり、前記密封部材は、前記クロスローラベアリングにおける内輪の軸方向端面と、前記基体側ハウジングにおける当該軸方向端面に対向する面との間を密封するよう配置されているものとしてもよい。
本発明によれば、ロボットの関節部に設けられるクロスローラベアリングと基体側ハウジングとの間を好適に密封することができる。

本発明の密封構造によれば、回動機構及び潤滑剤を含む機械運動機構部から転動体に潤滑剤が浸入することを効果的に抑制することができる。

（ａ）は本発明の密封構造が適用されるロボットにおけるアームの関節部を概略的に示す部分破断側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ部の要部を模式的に示す縦断面図である。 図１（ｂ）におけるＹ部の拡大図であり、本発明に係る密封構造の第一の実施形態を示す図である。 同実施形態の第一の変形例を示す図２と同様図である。 同実施形態の第二の変形例を示す図２と同様図である。 同実施形態の第三の変形例を示す図２と同様図である。 同実施形態の第四の変形例を示す図２と同様図である。 同実施形態の第五の変形例を示す図２と同様図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。本発明に係る密封構造は、例えば、図１（ａ）（ｂ）に示すような産業用等のロボットにおけるアームの関節部に適用される。図１に示すロボットのアーム（以下、ロボットアームと言う）１は、１次側アーム１１と、２次側アーム１２とを有し、１次側アーム１１と２次側アーム１２とは、関節部１３を介して連接されている。２次側アーム１２は、１次側アーム１１に対して、軸Ｌ回りに相対回動可能な関係で連接されている。図１（ｂ）では、１次側アーム１１及び２次側アーム１２の外形状の図示を省略している。関節部１３は、図１（ｂ）に示すように、転動体２１を介して相対回動可能な内輪２２及び外輪２３を有する軸受２と、回動機構Ｋ及び潤滑剤（不図示）を収容するとともに外輪２３が取付けられる基体側ハウジング３とを含む。さらに、関節部１３は、少なくとも基体側ハウジング３及び内輪２２間に介在するよう配置される環状の密封部材４を含む。そして、軸受２と、基体側ハウジング３と、密封部材４とによって、密封構造が構成される。内輪２２は、基体側ハウジング３内に収容される回動機構の出力軸（不図示）に一体とされ、転動体２１を介して外輪２３に対して出力軸とともに軸Ｌ回りに相対回動可能に支持される。内輪２２及び外輪２３のそれぞれの対向面には、Ｖ溝状の軌道面２２０，２３０が形成され、転動体２１は、この軌道面２２０，２３０に互いに直交関係で周方向に交互に配置された複数の円筒状コロからなる。この転動体２１と内輪２２及び外輪２３とによりクロスローラベアリング（軸受）２が構成される。

図２は、本発明に係る密封構造の第一の実施形態を示す。本実施形態と本実施形態の変形例（図３～図７に示す例）とは、密封部材４が内輪２２に取付けられることで共通する。本実施形態の密封構造における密封部材４は、金属材からなる芯体（以下、芯金と言う）５と、芯金５に一体とされたゴム等の弾性体からなるシール体６とから構成される。芯金５は、円筒部５１と、円筒部５１における基体側ハウジング３側の一端部から内径側に延びる円板部５２とからなる。シール体６は、芯金５における、円筒部５１の内周面５１ａ、端面５１ｂ及び外周面５１ｃからこれに連続する円板部５２の片面５２ａを覆い、さらに円板部５２の内径側端面５２ｂを回り込んで他面５２ｃの一部に至るように形成されている。密封部材４は、芯金５の円筒部５１を、シール体６の一部を介して内輪２２の外周面２２ａに嵌合することにより、内輪２２に取付けられる。したがって、この嵌合部分が密封部材４の内輪２２に対する取付部４０とされる。この密封部材４の内輪２２に対する取付状態では、密封部材４の一部が内輪２２及び外輪２３間に介在する。また、芯金５の円板部５２は、シール体６の一部を介して、内輪２２における基体側ハウジング３側に向く軸方向端面２２ｂに沿うように位置付けられる。

密封部材４は、基体側ハウジング３内の前記潤滑剤が内輪２２及び外輪２３の間に向かう経路ａを密封するシールリップ７を有する。シールリップ７は、弾性体からなるシール体６の一部として構成される。さらに、シールリップ７は、密封部材４の内輪２２に対する取付部４０側（本実施形態では、円板部５２の内径側端面５２ｂ）から内径側に延びるリップ本体７０と、リップ本体７０から軸Ｌ方向に延出して基体側ハウジング３に接触する第１リップ７１とを備えている。本実施形態では、リップ本体７０の先端に第１リップ７１が設けられ、第１リップ７１は、基体側ハウジング３における内輪２２の軸方向端面２２ｂに対向する面（以下、対向面と言う）３ａに接触するよう構成される。また、リップ本体７０は、内輪２２の軸方向端面２２ｂから軸Ｌ方向に漸次離間するように内径側に延びた形状とされている。第１リップ７１は、基体側ハウジング３における対向面３ａに対して、単に当接するのみでもよいし、締め代をもって弾接してもよい。

前記のように構成される密封構造が適用されたロボットアーム１の関節部１３において、基体側ハウジング３内の回動機構の機械運動により出力軸が軸Ｌ回りに回動すると、内輪２２も軸Ｌ回りに回動する。内輪２２は外輪２３に対して転動体２１を介して支持されているから、内輪２２は円滑に回動する。また、基体側ハウジング３内には潤滑剤も収容されているから、回動機構も円滑に回動する。そして、回動機構の回動に伴い、基体側ハウジング３内の潤滑剤が、基体側ハウジング３と内輪２２との間の経路ａを経て内輪２２と外輪２３との間に向かおうとする。内輪２２には、前記のように密封部材４が取付けられているから、密封部材４は内輪２２とともに軸Ｌ回りに回動する。そして、密封部材４の軸Ｌ回りの回動に伴い、シールリップ７を構成する第１リップ７１が基体側ハウジング３の対向面３ａに摺接する。したがって、シールリップ７により、基体側ハウジング３の対向面３ａと内輪２２の軸方向端面２２ｂとの間の前記経路ａが密封され、基体側ハウジング３内の潤滑剤がクロスローラベアリング２の転動体２１に浸入することを効果的に抑制することができる。さらに、基体側ハウジング３内の潤滑剤が内輪２２及び外輪２３の隙間を通過して、クロスローラベアリング２の外部に漏出することも抑制できる。

また、第１リップ７１が基体側ハウジングの対向面３ａに接触するので、弾性体からなるリップ本体７０は、基体側ハウジング３の対向面３ａに非接触となる。これにより、密封部材４の設計上の公差によって、第１リップ７１の締め代が変動しても、第１リップ７１の基体側ハウジング３の対向面３ａに対する接触面積の変動を抑えることができる。したがって、シールリップ７のシール性能を安定的に発揮させることができる。さらに、リップ本体７０は、内輪２２の軸方向端面２２ｂから軸Ｌ方向に漸次離間するように内径側に延びた構造に形成されている。そのため、第１リップ７１は基体側ハウジング３の対向面３ａに接触するが、リップ本体７０と内輪２２の軸方向端面２２ｂとの間に間隙が存在するから、リップ本体７０と内輪２２の軸方向端面２２ｂとの間には、リップ本体７０が弾性変形可能な空間が存在する。したがって、第１リップ７１が基体側ハウジング３の対向面３ａに接触した際、リップ本体７０が内輪２２に干渉することを抑制でき、シールリップ７が所望のシール性能を発揮することができる。また、第１リップ７１が、リップ本体７０の先端に設けられているから、第１リップ７１が締め代をもって基体側ハウジングの対向面３ａに接触する際、リップ本体７０が内輪２２側に弾性変形し易くなる。これによって、第１リップ７１を、基体側ハウジング３の対向面３ａに対してより所望の締め代で接触させ易くなり、より容易に所望のシール性能に設定することができる。

図３は、第一の実施形態の第一の変形例を示す。この例では、リップ本体７０及び第１リップ７１を含むシールリップ７の形状が、図２の例と異なる。即ち、この例のシールリップ７は、リップ本体７０が内径方向に向け厚みが増大する形状とされ、リップ本体７０の先側部に、断面角度が図２の例より大きな第１リップ７１が、基体側ハウジング３の対向面３ａに接触するように形成されている。加えて、リップ本体７０の第１リップ７１とは反対側（内輪２２側）には、内輪２２の軸方向端面２２ｂに近接するサブリップ７１ａが形成されている。

図３に示す密封構造では、リップ本体７０の厚みが大きいので、図２に示す例に比べてリップ本体７０の弾性変形は生じ難いが、基体側ハウジング３内から経路ａを経た潤滑剤の流動圧に対して変位し難く、第１リップ７１が基体側ハウジング３の対向面３ａに対して安定した状態で接触する。また、サブリップ７１ａが、内輪２２の軸方向端面２２ｂに近接するよう形成されているから、内輪２２の軸方向端面２２ｂとの間にラビリンスが構成される。これによって、基体側ハウジング３から、芯金５の他面５２ｃと内輪２２の軸方向端面２２ｂとの間及び取付部４０の嵌合部分に、潤滑剤が浸入することが抑制される。
その他の構成は、図２に示す例と同様であるから、共通部分に同一の符号を付しその作用・効果等の説明は割愛する。

図４は、第一の実施形態の第二の変形例を示す。この例では、密封部材４を構成する芯金５が、前記のような円筒部５１を有さず円板部５２のみからなる。密封部材４を構成するシール体６は、円板部５２の片面５２ａの全面と内径側端面５２ｂの全面を覆うように形成されている。円板部５２の他面５２ｃは、接着剤８によって内輪２２の軸方向端面２２ｂに接着されている。これによって、密封部材４は、接着剤８を介して内輪（軸受）２２に取付けられ、この接着剤８による芯金５の接着部分が密封部材４の内輪２２に対する取付部４０とされる。本例においても、シールリップ７を構成するリップ本体７０は、密封部材４の内輪２２に対する取付部（前記接着部分）４０側から内径側に延びるように形成され、リップ本体７０の先端に第１リップ７１が設けられている。したがって、本例における密封部材４は、基体側ハウジング３と内輪２２との間のみに介在することになる。リップ本体７０及び第１リップ７１は、図２に示す例と同様に構成されている。

図４に示す密封構造では、密封部材４が内輪２２に対して接着剤８を介して取付けられるから、密封部材４を所定の部位に容易且つ確実に組付けることができる。
その他の構成は、図２に示す例と同様であるから、共通部分に同一の符号を付しその作用・効果等の説明は割愛する。

図５は、第一の実施形態の第三の変形例を示す。この例では、図２に示す例と同様に、リップ本体７０の先端に第１リップ７１が設けられている。これに加えて、リップ本体７０は、その径方向の略中間部分に、リップ本体７０から軸Ｌ方向に延出するとともに第１リップ７１よりもリップ本体７０からの軸Ｌ方向の延出量が小さくなるように形成された第２リップ７２を備えている。この第２リップ７２は、基体側ハウジング３の対向面３ａに近接し、対向面３ａとラビリンスを構成するように設定される。また、当該密封部材４は、図２に示す例と同様に、内輪２２の外周面２２ａに取付けられ、外周面２２ａに対する取付部４０には、外輪２３の内周面２３ａと対向する箇所に、外径側に突出して外輪の内周面２３ａに接触する突出部６１が設けられている。具体的には、シール体６における芯金５の円筒部５１を覆う部分に、シール体６の一部として断面略直角三角形状の突出部６１が形成されている。突出部６１は、前記経路ａ方向におけるリップ本体７０側に近い程、突出量が大きくなるように形成されている。

図５に示す密封構造では、第２リップ７２により、クロスローラベアリング２の回動トルクの増加を抑えつつ、基体側ハウジング３の対向面３ａとのラビリンス構造によってシール性を向上させることができる。また、突出部６１と外輪２３の内周面２３ａとのシール機能によっても、基体側ハウジング３内の潤滑剤が内輪２２と外輪２３との間の隙間に流入することが抑制される。
その他の構成は、図２に示す例と同様であるから、共通部分に同一の符号を付しその作用・効果等の説明は割愛する。

図６は、第一の実施形態の第四の変形例を示す。この例では、図５に示す例に加えて、リップ本体７０が第１リップ７１の形成部位よりさらに内径側に延び、その先端に第３リップ７３が設けられている。この第３リップは、リップ本体７０から軸Ｌ方向に延出するとともに第１リップ７１よりもリップ本体７０からの軸Ｌ方向の延出量が小さくなるように形成されている。さらに、第３リップ７３も、基体側ハウジング３の対向面３ａに近接し、対向面３ａとラビリンスを構成するように設定される。

図６に示す密封構造では、基体側ハウジング３の対向面３ａとラビリンスを構成する第３リップ７３をさらに備えていることにより、シール機能がさらに増大する。また、リップ本体７０が図５に示す例よりさらに内径側に延びていることにより、第１リップ７１を基体側ハウジング３の対向面３ａに接触させ易くなる。
その他の構成は、図５に示す例と同様であるから、共通部分に同一の符号を付しその作用・効果等の説明は割愛する。

図７は、第一の実施形態の第五の変形例を示す。この例は、図５に示す例における第１リップ７１と第２リップ７２の位置を逆転させたものである。即ち、本例における第１リップ７１は、リップ本体７０の径方向の略中間部分に形成されている。第２リップ７２は、第１リップ７１よりもリップ本体７０の先端側、具体的にはリップ本体７０の先端に形成されている。第１リップ７１はリップ本体７０から軸Ｌ方向に延出して基体側ハウジング３の対向面３ａに接触するよう形成されている。第２リップ７２はリップ本体７０から軸Ｌ方向に延出して基体側ハウジング３の対向面３ａに近接するよう形成されている。

図７に示す密封構造では、第１リップ７１は、リップ本体７０の径方向の略中間部分に形成されているので、第１リップ７１が基体側ハウジング３の対向面３ａに接触することによるリップ本体７０の弾性変形が大きくなる。したがって、第１リップ７１の基体側ハウジング３の対向面３ａに対する締め代が設定し易くなる。また、第２リップ７２は、リップ本体７０の先端に形成されているので、基体側ハウジング３の対向面３ａとの間にラビリンスを設けることができ、密封部材４のシール機能が増大する。
その他の構成は、図５に示す例と同様であるから、共通部分に同一の符号を付しその作用・効果等の説明は割愛する。

なお、前記各実施形態では、軸受としてクロスローラベアリングを例に採って説明したが、他の構造の転がり軸受であってもよい。また、実施形態では、内輪が回動側、外輪が固定側としたが、これらが逆の関係の機構にも本発明の密封構造の適用が可能である。さらに、図５～図７に示す例では、突出部６１が外輪２３の内周面２３ａに接触するものとしたが、突出部６１が外輪２３の内周面２３ａに近接して、当該内周面２３ａとラビリンスを構成するものとしてもよい。また、図１～図７に示す例では、芯体５として芯金を例示したが、金属材からなるものに限らず、樹脂材からなる芯体でもよい。また、シールリップ７を構成するリップ本体７０の形状や、各リップの形成態様は図示のものに限らず他の形状等のものに変更することも可能であり、或いは、例示のものを適宜組み合わせて構成することも可能である。加えて、本発明の密封構造は、ロボットアームの関節部に限らず、減速機構や遊星歯車機構等の回動体が回動自在に支持される他の機械運動機構部にも適用可能である。また、軸受２における転動体２１の外部側（基体側ハウジング３とは反対側）部分の内輪２２と外輪２３との間には、特に言及しなかったが、公知のオイルシール等の密封部材を介在させることはもとより可能である。

１ ロボットアーム（ロボット）
１３ 関節部
２ クロスローラベアリング（軸受）
２１ 転動体
２２ 内輪
２２ａ 外周面
２２ｂ 軸方向端面
２３ 外輪
２３ａ 内周面
３ 基体側ハウジング
３ａ 対向面（対向する面）
４ 密封部材
５ 芯金（芯体）
４０ 取付部
６１ 突出部
７ シールリップ
７０ リップ本体
７１ 第１リップ
７２ 第２リップ
８ 接着剤
Ｌ 軸
ａ 経路

Claims (6)

1. 転動体を介して相対回動可能な内輪及び外輪を有する軸受と、
   回動機構及び潤滑剤を収容するとともに前記外輪が取付けられる基体側ハウジングと、
   前記内輪に取付けられ、少なくとも前記基体側ハウジング及び前記内輪間に介在するよう配置される密封部材と、を備え、
   前記密封部材は、弾性材からなるとともに前記基体側ハウジング内の前記潤滑剤が前記内輪及び前記外輪の間に向かう経路を密封するシールリップと、前記シールリップよりも剛性が高く当該シールリップが一体に成型される芯体と、を有し、
   前記シールリップは、内径側に延出するリップ本体及び当該リップ本体から軸方向に延出して前記基体側ハウジングに接触する第１リップを備えており、
   前記リップ本体は、前記密封部材の前記内輪に対する取付部側から内径側に延びていることを特徴とする密封構造。
2. 請求項１に記載の密封構造において、
   前記リップ本体は、前記内輪に対して軸方向に漸次離間するように内径側に延びていることを特徴とする密封構造。
3. 請求項１又は２に記載の密封構造において、
   前記密封部材は、前記内輪の外周面に取付けられ、当該外周面に対する取付部には、前記外輪の内周面と対向する箇所に、外径側に突出して前記外輪の内周面に近接又は接触する突出部が設けられていることを特徴とする密封構造。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の密封構造において、
   前記シールリップは、前記リップ本体から軸方向に延出するとともに前記第１リップよりも前記リップ本体からの軸方向の延出量が小さくなるように形成された第２リップをさらに備えていることを特徴とする密封構造。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の密封構造において、
   前記密封部材は、接着剤を介して前記内輪に取付けられていることを特徴とする密封構造。
6. ロボットの関節部に適用される請求項１～５のいずれか一項に記載の密封構造であって、
   前記軸受は、クロスローラベアリングであり、
   前記密封部材は、前記クロスローラベアリングにおける内輪の軸方向端面と、前記基体側ハウジングにおける当該軸方向端面に対向する面との間を密封するよう配置されていることを特徴とする密封構造。

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