JP7449733B2 - シール部材 - Google Patents

Description

本発明は、シール部材に関する。

空間をシールするためのシール部材が知られている。例えば、特許文献１には、装置の外側の外部空間と装置の内側の内部空間との間での流体の流通を防ぐシール体が記載されている。特許文献１に記載のシール体は、装置の表面に圧接されるシール部を有するシール部材と、内部空間で発生した異物がシール部へ侵入することを防止する防止部とを備える。防止部は、装置の表面に圧接されるリップ部を含み、リップ部は、シール部を内部空間から隔離する。

特開２０１８－４０４３６号公報

特許文献１に記載のシール体は、防止部が装置内周面に嵌め込まれており、防止部の装置内周面との当接幅が小さいため、防止部がつれ周りや移動などを生じやすく、適切な位置決めがなされず安定性に欠ける。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、安定性を改善可能なシール部材を提供することを目的の１つとする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のシール部材は、内側部材と外側部材との間に配置されるシール部材であって、第１シール体と、第１シール体と隣接して配置され第１シール体とは別体の第２シール体と、を有する。第１シール体は、外側部材に内嵌される第１リング部と、内側部材に当接する第１リップ部と、第１リング部と第１リップ部を接続する第１接続部と、を有する。第２シール体は、外側部材に内嵌される第２リング部と、内側部材に当接する第２リップ部と、第２リング部と第２リップ部を接続する第２接続部と、を有する。第２リング部は、径方向から見たときに、第１リップ部と重なる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、安定性を改善可能なシール部材を提供できる。

実施形態に係るシール部材を備えた回転装置の一例を概略的に示す側断面図である。 実施形態に係るシール部材の第１の例を示す側断面図である。 実施形態に係るシール部材の第２の例を示す側断面図である。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［実施形態］
以下、図面を参照して、実施形態に係るシール部材１００の構成を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るシール部材１００が適用された回転装置１を示す側断面図である。回転装置１は、内側部材３２と、外側部材３４と、軸受４０とを備える。一例として、回転装置１は、減速機であってもよいし、偏心揺動型減速機であってもよい。この場合、内側部材３２はキャリアに対応し、外側部材３４はキャリアの外周を覆う筒状のケーシングに対応し、軸受４０は主軸受に対応する。

以下、回転装置１の内側部材３２の中心軸線Ｌａに沿った方向を「軸方向」といい、その中心軸線Ｌａを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。この例における中心軸線Ｌａは内側部材３２の回転軸線に一致している。内側部材３２と外側部材３４との間には、軸受４０が設けられる。内側部材３２は、外側部材３４内に配置され外側部材３４に対して相対回転可能に支持される。

軸受４０は、外側部材３４と内側部材３２の軸方向の一方側と他方側とに配置されている。軸受４０は、周方向に間隔を空けて並ぶ複数の転動体４２を有している。図１の例では、軸受４０の内輪軌道面は内側部材３２の外周面に形成されており、外輪軌道面は外側部材３４の内周面に嵌め込まれた外輪４１に形成されている。つまり、軸受４０の外輪４１は、外側部材３４とは別体に形成されている。軸受４０には、潤滑剤が保持されている。なお、回転装置１が減速機の場合、軸受４０だけでなく、外側部材３４と内側部材３２で区画される内部空間（減速機構が配置される空間）にも潤滑剤が封入される。

内側部材３２と外側部材３４との間の空間において、潤滑剤を保持する軸受４０が配置されてシール部材１００によってシールされている領域を「潤滑剤保持空間Ｊ」という。また、潤滑剤保持空間Ｊから回転装置１の外部空間に至る通気路において、潤滑剤保持空間Ｊに接近する側を「内部側」といい、その反対側を「外部側」という。

図２は、本実施形態のシール部材１００の第１の例を示す断面図である。この図は、径方向（軸方向）に沿って切断された側断面を示している。シール部材１００は、内側部材３２と外側部材３４との間において、潤滑剤保持空間Ｊの外部側に配置される。シール部材１００は、内側部材３２と、内側部材３２と相対回転可能に配置される外側部材３４との間をシールする。内側部材３２と外側部材３４とが相対回転するとき、シール部材１００は、内側部材３２に対して外側部材３４と一体的に相対回転する。

シール部材１００は、第１シール体１０と、第１シール体１０と隣接して配置され第１シール体１０とは別体の第２シール体２０と、を有する。第１シール体１０および第２シール体２０は、内側部材３２を環囲する環状体である。第１シール体１０は、周方向にほぼ同じ断面を有する。第２シール体２０は、周方向にほぼ同じ断面を有する。第１シール体１０および第２シール体２０の配置に制限はないが、この例では、第１シール体１０は、第２シール体２０の外部側に配置されている。

第１シール体１０は、外側部材３４に内嵌される第１リング部１１と、内側部材３２に当接する第１リップ部１２と、第１リング部１１と第１リップ部１２を接続する第１接続部１４とを有する。第１シール体１０は、第１リップ部１２が内側部材３２に当接することにより、外側部材３４と内側部材３２との間の隙間をシールしている。第１リップ部１２は、潤滑剤保持空間Ｊの潤滑剤の外部への漏出を抑制可能なメインリップとして機能する。また、第１リップ部１２は、外部からの異物の侵入を抑制するダストリップを軸方向外側端に有している。

第２シール体２０は、外側部材３４に内嵌される第２リング部２１と、内側部材３２に当接する第２リップ部２２と、第２リング部２１と第２リップ部２２を接続する第２接続部２４とを有する。第２シール体２０は、第２リップ部２２が内側部材３２に当接することにより、内側部材３２と外側部材３４との間の隙間をシールしている。第２リップ部２２は、潤滑剤保持空間Ｊの潤滑剤の外部への漏出を抑制するとともに、潤滑剤保持空間Ｊに存在する異物が第１リップ部１２へ侵入するのを抑制可能なダストリップとして機能する。

第１シール体１０をさらに説明する。図２に示すように、第１シール体１０は、全体として角張ったＣ字状の断面を有する。第１シール体１０は、第１弾性部材１７と、第１金属環１８と、ばね部材１５とを有する。第１金属環１８は、第１弾性部材１７に固着される。

第１弾性部材１７は、第１金属環１８を覆う。第１弾性部材１７は、第１接続部弾性部１７ｐと、第１リング部弾性部１７ｓと、第１リップ部弾性部１７ｑとを含む。第１接続部弾性部１７ｐは、第１接続部１４に配置される中空円板状の部分であり、後述する第１接続部金属環１８ｐを覆う。第１リング部弾性部１７ｓは、第１リング部１１に配置される円筒状の部分であり、後述する第１リング部金属環１８ｓを覆う。第１リップ部弾性部１７ｑは、第１リップ部１２を構成する円筒状の部分である。つまり、第１弾性部材１７は、角張ったＣ字状の断面を有する。第１弾性部材１７は、ゴムなどの柔らかい樹脂材料で形成されており、第１金属環１８よりも弾性が大きい。

第１金属環１８は、それ自身では内側部材３２および外側部材３４に接触しない部分である。第１金属環１８は、第１弾性部材１７の形状を一定の範囲で維持する芯材として機能する。第１金属環１８は、第１弾性部材１７よりも剛性が大きく、特に第１リップ部１２よりも剛性が大きい。なお、本明細書において、「剛性」は外部からの力に対する変形のし難さであり、例えばヤング率で示すことができる。つまり、ヤング率が大きい場合は剛性も大きいといえる。

第１金属環１８は、第１接続部金属環１８ｐと、第１リング部金属環１８ｓとを含む。第１接続部金属環１８ｐは、第１接続部１４に配置される中空円板状の部分である。第１リング部金属環１８ｓは、第１リング部１１に配置される中空円筒状の部分である。第１リング部金属環１８ｓは、第１接続部金属環１８ｐの径方向外側端部から軸方向にて第２シール体２０側に曲折され軸方向に延びる。つまり、第１金属環１８はＬ字状の側断面を有する。第１金属環１８は、鉄系金属などの金属材料で構成できる。

ばね部材１５は、第１リップ部１２を内側部材３２に付勢する。換言すると、第１リップ部１２は、ばね部材１５によって内側部材３２の外周面に押しつけられる。第１リップ部１２が、内側部材３２に押しつけられることで、これらの間に良好なシール構造が形成される。ばね部材１５は、第１リップ部１２の外周面に形成された周状溝に嵌め込まれる。ばね部材１５は、鉄系金属などの金属材料で構成できる。

第２シール体２０をさらに説明する。図２に示すように、第２シール体２０は、全体としてＬ字状の側断面を有する。第２シール体２０は、第２弾性部材２７と、第２金属環２８とを有する。第２金属環２８は、第２弾性部材２７に固着される。

第２弾性部材２７は、第２金属環２８を覆う。第２弾性部材２７は、第２接続部弾性部２７ｐと、第２リング部弾性部２７ｓと、第２リップ部弾性部２７ｑとを含む。第２接続部弾性部２７ｐは、第２接続部２４に配置される中空円板状の部分であり、後述する第２接続部金属環２８ｐを覆う。第２リング部弾性部２７ｓは、第２リング部２１に配置される円筒状の部分であり、後述する第２リング部金属環２８ｓを覆う。第２リップ部弾性部２７ｑは、第２リップ部２２を構成する。第２弾性部材２７は、Ｌ字状の側断面を有する。第２弾性部材２７は、比較的柔らかい材料で形成されており、第２金属環２８よりも弾性が大きい。

第２金属環２８は、それ自身では内側部材３２および外側部材３４に接触しない部分である。第２金属環２８は、第２弾性部材２７の形状を一定の範囲で維持する芯材として機能する。第２金属環２８は、第２弾性部材２７よりも剛性が大きく、特に第２リップ部２２よりも剛性が大きい。

第２金属環２８は、第２接続部金属環２８ｐと、第２リング部金属環２８ｓとを含む。第２接続部金属環２８ｐは第２接続部２４に配置され、第２リング部金属環２８ｓは第２リング部２１に配置される。この例では、第２金属環２８は、第２接続部金属環２８ｐおよび第２リング部金属環２８ｓが一体化された中空円板状の部材であり、Ｉ字状の側断面を有する。第２金属環２８は、鉄系金属などの金属材料で構成できる。

この例では、第２金属環２８の第１シール体１０とは反対側の面が第２弾性部材２７に全面的に覆われ、第１シール体１０側の面は一部が覆われている。

図２の例では、第１リング部１１と第２リング部２１が軸方向に接しており、第１リップ部１２と第２リップ部２２とは、軸方向に離間して相互に変形可能になっている。なお、第１リング部１１と第２リング部２１は接していなくてもよいし、スペーサ等を介して接していてもよい。

さらに、本実施形態の構成を説明する。

ロボットの関節駆動用など一般的な減速機では、内部に封入された潤滑剤の漏洩を減らすためにリップを有するオイルシールが用いられる。このリップは、減速機の歯車や軸受の摩耗粉の影響により信頼性が低下することがある。そこで、本実施形態のシール部材１００は、第１シール体１０と、第１シール体１０と隣接して配置され第１シール体１０とは別体の第２シール体２０とを有する。第２シール体２０を有することにより、第１シール体１０への摩耗粉の到達量を低減できる。

上述したように、第１シール体１０は、第１リング部１１、第１リップ部１２および第１接続部１４を有し、第２シール体２０は、第２リング部２１、第２リップ部２２および第２接続部２４を有する。第２リング部２１と外側部材３４との嵌合範囲を拡大することが考えられる。本実施形態の第２リング部２１は、径方向から見たときに、第１リップ部１２と重なる。図２に示すように、第２リング部２１は、第１リップ部１２と重複する重複部分２３を有することにより、第２リング部２１と外側部材３４との嵌合範囲を拡大できるので、外側部材３４に対する第２シール体２０の位置が安定する。

重複部分２３を広くすることが考えられる。本実施形態では、第１シール体１０は、第１リップ部１２を内側部材３２に付勢するばね部材１５を有し、第２リング部２１は、径方向から見たときに、ばね部材１５と重なる。この場合、重複部分２３を一層広くできる。図２に示すように、第２リング部２１は、軸方向にて、ばね部材１５の第２シール体２０側の端部１５ｊを超えてばね部材１５と重なる範囲まで延びている。

本実施形態では、第２リング部２１は、軸方向で、ばね部材１５の第２シール体２０から遠い側（反第２シール体２０側）の端部１５ｈには達しない。図２に示すように、第２リング部２１は、軸方向にて、端部１５ｈの手前まで延びている。この場合、第１リング部１１の外側部材３４との嵌合範囲を大きくできる。なお、第２リング部２１は、第１リップ部１２と内側部材の接触点（ばね部材１５の中央）まで達していてもよいし、ばね部材の端部１５ｈを超えてもよい。

第２シール体２０の軸方向位置を安定化することが考えられる。本実施形態では、第２シール体２０は、第２シール体２０の反第１シール体１０側（図中右側）に隣接する軸受４０の外輪４１によって、軸方向に位置決めされる。この場合、第２シール体２０が外輪４１によって軸方向に支持されるので、第２シール体２０の軸方向位置を安定化できる。図２に示すように、第２リング部２１は、外輪４１の端面に接することにより位置決めされ、第１リング部１１は、第２リング部２１の端面に接することにより位置決めされる。この場合、シール部材１００を組み込むときの位置決め作業が容易になる。第２シール体２０の径方向の中間部が外輪４１の端面に支持されるので、第２シール体２０の姿勢が安定する。

本実施形態では、第１シール体１０と第２シール体２０とは異なる素材により構成されている。例えば、第１シール体１０は、潤滑剤を遮るために油を通しにくい素材で形成できる。このような素材の一例としてゴムなどの樹脂が挙げられる。第２シール体２０は、油は通すが摩耗粉などの異物を通しにくい素材で形成できる。このような素材の一例としてフェルトが挙げられる。この場合、それぞれの機能に適した素材を選択できる。また、例えば、第１シール体１０は合成ゴムとし、第２シール体２０はＰＴＦＥやポリウレタンなどのプラスチック系樹脂としてもよい。

次に、図３を参照してシール部材１００の第２の例を説明する。図３は、本実施形態のシール部材１００の第２の例を示す側断面図であり、図２に対応する。第２の例は、第１の例に対して第２金属環２８の形状が相違し、他の構成は同様である。よって、重複する説明を省き、主に第２金属環２８を説明する。

第２の例では、第２金属環２８は、第２接続部２４に配置される第２接続部金属環２８ｐと、第２接続部金属環２８ｐの径方向外側端部から軸方向にて第１シール体１０側（図中左側）に曲折され第２リング部２１に配置される第２リング部金属環２８ｓとを有する。第２金属環２８は、第２リング部金属環２８ｓが円筒形であるため、全体としてＬ字状の側断面を有する点で、図２の第１の例と異なる。この場合、第２リング部２１の剛性を高めることができ、外側部材３４に対する第２シール体２０の位置がより安定する。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

実施形態の説明では、第２リング部２１が、径方向から見たときに、ばね部材１５と重なる例を示したが、これらが重なることは必須ではなく、第２リング部２１がばね部材１５と重ならない構成であってもよい。

実施形態の説明では、第１シール体１０と第２シール体２０とが異なる素材により構成される例を示したが、第１シール体１０と第２シール体２０とは同じ素材により構成されてもよい。

実施形態の説明では、シール部材１００が、第１シール体１０と第２シール体２０の２つのシール体を含む例を示したが、シール部材は、３以上のシール体を含んでもよい。

実施形態の説明では、第２リング部２１が外輪４１の端面に接する例を示したが、第２リング部２１が外輪４１に接することは必須ではなく、これらは非接触であってもよい。例えば、第２リング部は、外側部材に設けられた段部に接することにより位置決めされてもよい。

実施形態の説明では、第１シール体１０および第２シール体２０は、弾性部材と金属環を有する構成とされていたが、これに限定されるものではなく、金属環を有さず弾性部材により構成されてもよい。一般的にこの場合には、リング部の径方向厚みが実施形態よりも大きくなり、接続部の径方向厚みが相対的に小さくなる。

上述の各変形例は実施形態と同様の作用、効果を奏する。

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１ 回転装置、 １０ 第１シール体、 １１ 第１リング部、 １２ 第１リップ部、 １４ 第１接続部、 １５ ばね部材、１７ 第１弾性部材、 １８ 第１金属環、 ２０ 第２シール体、 ２１ 第２リング部、 ２２ 第２リップ部、 ２４ 第２接続部、 ２７ 第２弾性部材、 ２８ 第２金属環、 ２８ｐ 第２接続部金属環、 ２８ｓ 第２リング部金属環、 ３２ 内側部材、 ３４ 外側部材、 ４０ 軸受、 ４１ 外輪、 １００ シール部材。

Claims (6)

1. 内側部材と外側部材との間に配置されるシール部材であって、
   第１シール体と、前記第１シール体と隣接して配置され前記第１シール体とは別体の第２シール体と、を有し、
   前記第１シール体は、前記外側部材に内嵌される第１リング部と、前記内側部材に当接する第１リップ部と、前記第１リング部と前記第１リップ部を接続する第１接続部と、を有し、
   前記第２シール体は、前記外側部材に内嵌される第２リング部と、前記内側部材に当接する第２リップ部と、前記第２リング部と前記第２リップ部を接続する第２接続部と、を有し、
   前記第１リング部と前記第２リング部は径方向からみて重ならず、
   前記第２シール体は、第２弾性部材と、前記第２弾性部材に固着された第２金属環と、を有し、
   前記第２弾性部材は、前記第２リング部を構成し、前記第２金属環を覆う第２リング部弾性部を有し、
   前記第２リング部の前記第２リング部弾性部は、径方向から見たときに、前記第１リップ部と重なることを特徴とするシール部材。
2. 前記第１シール体は、前記第１リップ部を前記内側部材に付勢するばね部材を有し、前記第２リング部は、径方向から見たときに、前記ばね部材と重なることを特徴とする請求項１に記載のシール部材。
3. 前記第１リング部を軸方向から覆う第１弾性部材を有し、
   前記第１弾性部材は、前記第２弾性部材の前記第２リング部を軸方向から覆う部分に軸方向に接することを特徴とする請求項２に記載のシール部材。
4. 前記第２シール体の前記第２リップ部および前記第２接続部は、前記第２シール体の反前記第１シール体側に隣接する軸受の外輪によって、軸方向に位置決めされることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシール部材。
5. 前記第２金属環は、前記第２接続部に配置される第２接続部金属環と、前記第２接続部金属環の径方向外側端部から軸方向にて前記第１シール体側に曲折され前記第２リング部に配置される第２リング部金属環と、を有し、
   前記第２リング部は、前記第２リング部金属環を軸方向に覆うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシール部材。
6. 前記第１シール体と前記第２シール体は異なる素材により構成され、
   前記第１シール体に用いられる素材は、前記第２シール体に用いられる素材より油を通しにくい素材で構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のシール部材。

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