JPH10281298A - フローティングシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転部材と固定部材との間に介在されて対向
するシール面を有する一対のシールリングが回転部材と
固定部材とに弾性シール部材によって挟圧保持されるフ
ローティングシールにおいて、シール面を挟圧するシー
ル荷重が適切にシール面に付与されるようにする。ま
た、回転部材と固定部材との回転軸線方向の相対変動に
対してシール荷重を変動の少ない安定したものにする。 【解決手段】 シールリングの弾性シール部材が圧着す
る傾斜外周面を弾性シール部材が圧着する部分を越える
とシール面に向かって漸次小径になるように形成し、シ
ール面を従来より半径方向内方に位置付ける。更に、シ
ール荷重として従来の変動の大きい弾性シール部材によ
る押圧力の他に、付勢手段による変動の少ない安定した
付勢力を付加し、押圧力の割合を少なくして、変動の小
さい安定したシール荷重を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フローティングシ
ール、更に詳しくは、シール面に加わるシール荷重及び
シール面の接触状態を安定させた改良されたフローティ
ングシールに関する。

【０００２】

【従来の技術】履帯式走行機械のトラックローラ、駆動
スプロケット、アイドラ、並びにコンベアのガイドリン
グ、水門のガイドローラ等、土砂等異物の多い環境の中
で回転する装置には、回転部分と固定部分との間を通し
て外部から異物が内部の回転摺動部分に侵入しないよう
に、また内部の潤滑油が外部に漏洩しないように、更に
回転部分と固定部分との間に発生する回転軸線方向の変
動に対応できるように、特別に開発されたシール手段で
あるフローティングシールが設けられている。このフロ
ーティングシールはメカニカルシールの一種で、一対の
環状の摺動シール面を例えば金属で形成し、シール面同
士を接触させて弾性部材で浮動挟圧保持し、前記異物と
変動とに対応できるようにしている。

【０００３】図６によって従来のフローティングシール
を説明すると、全体を符号５０で示すフローティングシ
ールは、回転部材５４と、回転部材５４の回転軸線５６
方向に対向して設けられた固定部材５８と、回転部材５
４と固定部材５８との対向する端部に形成された対向端
に向けて漸次大径となる一対の環状の傾斜内周面５４ａ
及び５８ａと、傾斜内周面５４ａ及び５８ａの間に位置
して回転軸線５６方向に対向して周方向に摺動自在に接
触する環状のシール面Ｓが形成された一対の環状のシー
ルリング６０及び６２と、シールリング６０及び６２の
外周面に形成された、シール面Ｓに向かって漸次大径と
なる環状の傾斜外周面６０ａ及び６２ａと、傾斜外周面
６０ａと傾斜内周面５４ａ、及び傾斜外周面６２ａと傾
斜内周面５８ａとの間にそれぞれ圧着された環状の弾性
シール部材６４及び６６とを具備し、弾性シール部材６
４及び６６の弾性力によってシール面Ｓが挟圧保持され
ている。

【０００４】シール面Ｓは、一対のシールリング６０及
び６２の半径方向外方に突出し回転軸線５６方向に対抗
して設けられた環状のフランジ６０ｂ及び６２ｂに形成
されている。シールリング６０及び６２に設けられた傾
斜外周面６０ａ及び６２ａは、回転軸線５６に対して勾
配角度βを有し、回転部材５４と固定部材５８とに設け
られた傾斜内周面５４ａ及び５８ａは回転軸線５６に対
して勾配角度βより小さい勾配角度αを有している。傾
斜外周面６０ａと傾斜内周面５４ａとの間に弾性シール
部材６４が、傾斜外周面６２ａと傾斜内周面５８ａとの
間に弾性シール部材６６が、それぞれ圧縮量δで圧縮さ
れて装着されており、その弾性反発力である圧縮荷重Ｗ
が傾斜外周面６０ａ及び６２ａに作用する。図６におい
て弾性シール部材６６によって代表して図示されている
ように、圧縮荷重Ｗの回転軸線５６方向の分力である押
圧力Ｆｏがシール面Ｓを押し付けるシール荷重Ｆとして
作用する。なお、弾性シール部材６４及び６６は実質上
同一のものが使用される。

【０００５】図６を参照して説明を続けると、回転部材
５４と固定部材５８の端部との間の回転軸線５６方向に
は環状の隙間Ｌが形成されている。この環状の隙間Ｌに
よって、フローティングシール５０が装着される装置の
構成部品の回転軸線５６方向の寸法のバラツキ、及び回
転軸線５６方向の荷重を受けるスラスト軸受（図示して
いない）の摩耗による回転軸線５６方向の寸法変化が許
容できるようになっている。したがってこの隙間Ｌは、
回転部材５４あるいは固定部材５８に回転軸線５６方向
の力（スラスト力）が加わると変動し拡大あるいは縮小
する。この隙間Ｌの変動に対してフローティングシール
５０は、弾性シール部材６４及び６６の弾性変形及び弾
性力によって追従し、シール面Ｓの接触を保持する。弾
性シール部材６４及び６６はまた、傾斜外周面６０ａと
傾斜内周面５４ａとの間、並びに傾斜外周面６２ａと傾
斜内周面５８ａとの間に圧着されて、回転部材５４に対
してシールリング６０を回転しないように保持し傾斜外
周面６０ａと傾斜内周面５４ａとの間をシールし、固定
部材５８に対してシールリング６２を回転しないように
保持し傾斜外周面６２ａと傾斜内周面５８ａとの間をシ
ールしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおりの形態
の従来のフローティングシール５０には、次のとおりの
解決すべき問題があった。 （１）シール面Ｓに焼付きが発生しやすい。図６に示す
ように、シールリング６０及び６２の半径方向外方に設
けられたフランジ６０ｂ及び６２ｂにシール面Ｓが形成
されているので、弾性シール部材６４及び６６による押
圧力Ｆｏの回転軸線５６方向の作用線Ｒｏとシール面Ｓ
でのシール荷重Ｆの作用線Ｒｓとが半径方向でオフセッ
トして異なっているために、フランジ６０ｂ及び６２ｂ
に曲げ力が加わりシール面Ｓが変形し片当たりする。更
にシール面Ｓの面圧が増加してシール面Ｓに焼付きが発
生する。 （２）シール面Ｓを押圧するシール荷重Ｆが隙間Ｌの変
動によって変わる。図７に示すように、隙間Ｌに対する
シール荷重Ｆの変化Ｋ= ΔＦ／ΔＬが一定でなくまたそ
の値が大きい。したがって隙間Ｌの変動に対してシール
荷重Ｆが敏感に変動する。フローティングシールが回転
軸線方向のスラスト荷重を受ける隙間Ｌの変動の大きい
ところに使われると特にシール性能が影響されやすい。

【０００７】本発明は上記事実に鑑みてなされたもの
で、その技術的課題は、（１）シール荷重Ｆを付与する
弾性シール部材の押圧力Ｆｏの作用線とシール面Ｓとを
近づけ、更に、（２）隙間Ｌの変動に対してシール荷重
Ｆの変動を小さくしそして安定させた、フローティング
シールを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
技術的課題を解決するために、（１）シールリングのシ
ール面Ｓを、従来の半径方向外方のフランジより半径方
向で内方に位置付け、（２）隙間Ｌの変動に対するシー
ル荷重Ｆの変動を小さくするために、弾性シール部材に
よる押圧力Ｆｏの他に付勢手段による変動の少ない安定
した付勢力Ｆｓをシールリングに付加し、シール荷重Ｆ
を弾性シール部材による押圧力Ｆｏと付勢手段による付
勢力Ｆｓとで付与し、押圧力Ｆｏの割合を小さくする、
ように構成する。

【０００９】すなわち、本発明によれば、上記技術的課
題を解決するフローティングシールとして、該シールリ
ングの該シール面に向かう該傾斜外周面は、該弾性シー
ル部材の圧着する部分を越えると該シール面に向けて漸
次小径に形成され、該一対のシールリングの少なくとも
一方は付勢手段によって該シール面を押圧する方向に付
勢されている、ことを特徴とするフローティングシール
が提供される。

【００１０】好適実施形態においては、該一対の傾斜内
周面の各々と、該傾斜内周面の各々に該弾性シール部材
を介して係合された該傾斜外周面の各々とは、実質上平
行に形成されている。そして、該付勢手段は、該固定部
材及び／又は該回転部材と該シールリングとの間に設け
られたばね部材によって形成されている。

【００１１】本発明によるフローティングシールにおい
ては、一対のシールリングの対抗するシール面Ｓが、従
来のフランジに設けられたシール面Ｓより内方のシール
リングの、傾斜外周面が大径の部分から漸次小径に傾斜
された小径端に位置付けられるから、弾性シール部材に
よる押圧力Ｆｏの作用線とシール面Ｓとが半径方向で近
づけられる。また、シール荷重Ｆとして、従来の弾性シ
ール部材による変動の大きいシール押圧力Ｆｏの他に付
勢手段による変動の少ない安定した付勢力Ｆｓを与える
ことにより、シール押圧力Ｆｏの割合も少なくなり、シ
ール荷重Ｆの変動が小さくなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された
フローティングシールの好適実施形態を図示している添
付図面を参照して、更に詳細に説明する。

【００１３】図１を参照して説明すると、全体を符号２
で示すフローティングシールは、回転部材４と、回転部
材４の回転軸線６方向に対向して設けられた固定部材８
と、回転部材４と固定部材８との対向する端部に形成さ
れた対向端に向けて漸次大径となる一対の環状の傾斜内
周面４ａ及び８ａと、一対の傾斜内周面４ａ及び８ａの
間に位置して回転軸線６方向に対向して周方向に摺動自
在に接触する環状のシール面Ｓが形成された一対の環状
のシールリング１０及び１２と、一対のシールリング１
０及び１２の各々の外周面に形成された、シール面Ｓに
向かって漸次大径となる環状の傾斜外周面１０ａ及び１
２ａと、傾斜外周面１０ａと傾斜内周面４ａ、及び傾斜
外周面１２ａと傾斜内周面８ａとの間に圧着された環状
の弾性シール部材１４及び１６とを具備している。フロ
ーティングシール２は更に、シールリング１０と回転部
材４、及びシールリング１２と固定部材８との間に設け
られた付勢手段１８を備え、付勢手段１８はシール面Ｓ
を押圧する方向に付勢している。かくしてシール面Ｓは
弾性シール部材１４及び１６の弾性力による押圧力と付
勢手段１８による付勢力によって挟圧保持されている。

【００１４】回転部材４及び固定部材８は、例えば、強
度を有するダクタイル鋳鉄で製作されている。回転部材
４及び固定部材８はフローティングシール２が適用され
る装置機器の一部として通常形成される。回転部材４と
固定部材８との対向する端部の一対の環状の傾斜内周面
４ａ及び８ａは、回転軸線６に対して勾配角度γで形成
されている。傾斜内周面４ａ及び８ａの小径端側には、
回転軸線６に鉛直に壁面４ｂ及び８ｂが設けられてい
る。

【００１５】シールリング１０及び１２は、対抗するシ
ール面Ｓに関して対象に形成された実質上同一のもので
ある。そこで、シールリング１０及び１２についての説
明はシールリング１２によって行う（シールリング１０
については該当する符号を括弧を付して適宜記載す
る）。シールリング１２（１０）は、例えば耐摩耗高強
度の特殊合金鋳鉄で成形されている。セラミックで成形
することもできる。シール面Ｓは回転軸線６との直交面
に環状に鏡面に仕上げられている。シールリング１２
（１０）の環状の傾斜外周面１２ａ（１０ａ）は回転軸
線６に対して勾配角度γで形成されている。傾斜外周面
１２ａと固定部材８に形成された傾斜内周面８ａとは、
そして傾斜外周面１０ａと回転部材４に形成された傾斜
内周面４ａとは、勾配角度γで実質上平行に形成されて
いる。傾斜外周面１２ａ（１０ａ）は弾性シール部材１
６（１４）の圧着する部分１２ｄ（１４ｄ）を越えると
シール面Ｓに向けて漸次小径となる回転軸線６に対して
勾配角度θを有する傾斜面１２ｂ（１０ｂ）となってい
る。シール面Ｓの回転軸線６方向反対側には、付勢手段
１８（付勢手段１８については後に詳述する）が取り付
けられる凹部１２ｃ（１０ｃ）が回転軸線６を中心とし
た円周上に複数個設けられている。更にシール面Ｓの回
転軸線６方向反対側の傾斜外周面１２ａ（１０ａ）の小
径端には、半径方向で外方に突出する環状のストッパ１
２ｅ（１０ｅ）が設けられている。このストッパ１２ｅ
（１０ｅ）によって弾性シール部材１６（１４）の傾斜
外周面１２ａ（１０ａ）からの脱落が防止される。

【００１６】弾性シール部材１４及び１６は周知のもの
で、耐油性合成ゴムのような弾性材料によって断面Ｏ形
で環状に成形されている。弾性シール部材１４と弾性シ
ール部材１６とは実質上同一のものが使われる。

【００１７】付勢手段１８は、圧縮コイルばね部材１９
によって形成され、固定部材８の壁面８ｂとシールリン
グ１２の凹部１２ｃとの間、及び回転部材４の壁面４ｂ
とシールリング１０の凹部１０ｃとの間に設けられてい
る。ばね部材１９は付勢力Ｆｓが回転軸線６方向に円周
上で均等に働くように円周上に複数個設けられている。
ばね部材１９としては、ばね定数が小さくばね定数が一
定のものが使われている。

【００１８】図１及び図５を参照して本発明に従って構
成されたフローティングシール２の作用を説明すると、 （１）図１に示すように、シールリング１０及び１２の
シール面Ｓは、シール面Ｓに向けて漸次小径となる傾斜
面１０ｂ及び１２ｂの端部に形成されることにより、従
来の半径方向外方に突出したフランジ６０ｂ及び６２ｂ
（図６参照）に形成されたシール面Ｓより半径方向で内
方に位置付けられる。 （２）シール荷重Ｆは、弾性シール部材によるシール押
圧力Ｆｏと付勢手段による付勢力Ｆｓとによって付与さ
れる。弾性シール部材による押圧力Ｆｏは、勾配角度α
と勾配角度βとを同じにして実質上平行の勾配角度γと
することにより押圧力Ｆｏは小さく設定される。付勢手
段１８の付勢力Ｆｓをばね定数が小さく一定であるばね
部材１９で構成したので、ばね部材１９の収縮あるいは
伸張による付勢力Ｆｓの変動が少ない。図２に示すよう
に、シール荷重Ｆは、弾性シール部材の押圧力Ｆｏと付
勢手段１８の付勢力Ｆｓとによって付与され、隙間Ｌの
変動に対してシール荷重Ｆの変動は小さくなる。 （３）図１に示すように、押圧力Ｆｏと付勢力Ｆｓとの
合力であるシール荷重Ｆの半径方向における作用線はＲ
ｓはシール面Ｓの範囲にあり安定したシール面Ｓが確保
される。

【００１９】図３は付勢手段１８の他の実施の形態であ
る付勢手段２８を示している。付勢手段２８において
は、シールリング２６の内周面２６ａに嵌合してシール
リング２６の端面２６ｂに当接する環状のばね収容部材
２９が設けられている。ばね収容部材２９には複数個の
圧縮コイルばね３０を収容する複数個の凹部２９ｂが形
成され、半径方向外方にはフランジ２９ａが形成されて
いる。複数個の圧縮コイルばね３０による付勢力Ｆｓは
シールリング２６の端面２６ｂに作用する。

【００２０】図４は付勢手段１８の更に他の実施の形態
である付勢手段３８を示している。付勢手段３８におい
ては、シールリング３６の内周面３６ａにばね収容部３
６ｂが環状に形成され、フローティングシールの回転中
心軸線６を中心とした圧縮コイルばね３７が装着されて
いる。ばね収容部３６ｂの肩部３６ｃに付勢力Ｆｓが作
用する。

【００２１】図５に示すシールリング４６は、前述のシ
ールリング１２（１０）のシール面Ｓに向けて漸次小径
となる勾配角度θを有する傾斜面１２ｂ（１０ｂ）に弾
性シール部材１６（１４）の抜け止め用のフランジ４６
ａを一体的に設けたものである。

【００２２】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細
に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の範囲内においてさまざまな変形
あるいは修正ができるものである。例えば、 （１）実施の形態においては、付勢手段は固定部材とシ
ールリングとの間、並びに回転部材とシールリングとの
間の一対のシールリングの各々に設けられているが、フ
ローティングシールのサイズ、フローティングシールが
装着される装置の種類等によっていずれか一方にのみ設
けてもよい。 （２）また、実施の形態においては、フローティングシ
ールは回転部材と固定部材との間に設けられているとし
て説明したが、固定部材は必ずしも固定である必要はな
く、本発明によるフローティングシールは回転部材と固
定部材とが相対回転するものであればよいことは多言を
要しない。

【００２３】

【発明の効果】本発明に従って構成されたフローティン
グシールによれば、安定したシール荷重が、適切に位置
付けられたシール面に作用するシール性能の改良された
フローティングシールが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成されたフローティングシー
ルの断面図。

【図２】本発明によるフローティングシールにおける回
転軸線方向の隙間とシール荷重との関係を示すグラフ。

【図３】シール荷重の付勢手段の他の実施の形態を示す
フローティングシールの要部断面図。

【図４】シール荷重の付勢手段の更に他の実施の形態を
示すフローティングシールの要部断面図。

【図５】シールリングの他の実施の形態を示すフローテ
ィングシールの要部断面図。

【図６】従来のフローティングシールの断面図。

【図７】従来のフローティングシールにおける回転軸線
方向の隙間とシール荷重との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

２、５０：フローティングシール ４、５４：回転部材 ４ａ、５４ａ：傾斜内周面 ８ａ、５８ａ：傾斜内周面 ６、５６：回転軸線 ８、５８：固定部材 １０、６０：シールリング １２、６２：シールリング １０ａ、６０ａ：傾斜外周面 １２ａ、６２ａ：傾斜外周面 １４、６４：弾性シール部材 １６、６６：弾性シール部材 １８：付勢手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 進 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転部材と、該回転部材の回転軸線方向
   に対向して設けられた固定部材と、該回転部材と該固定
   部材との対向する端部に形成された該対向端に向けて漸
   次大径となる一対の環状の傾斜内周面と、該一対の傾斜
   内周面の間に位置して該回転軸線方向に対向して周方向
   に摺動自在に接触する環状のシール面が形成された一対
   の環状のシールリングと、該一対のシールリングの各々
   の外周面に形成されて該シール面に向かって漸次大径と
   なる環状の傾斜外周面と、該傾斜外周面の各々と該傾斜
   内周面の各々との間に圧着された環状の弾性シール部材
   と、を具備し、該弾性シール部材の弾性力によって該シ
   ール面が挟圧保持されるフローティングシールにおい
   て、 該シールリングの該シール面に向かう該傾斜外周面は、
   該弾性シール部材の圧着する部分を越えると該シール面
   に向けて漸次小径に形成され、該一対のシールリングの
   少なくとも一方は付勢手段によって該シール面を押圧す
   る方向に付勢されている、ことを特徴とするフローティ
   ングシール。
2. 【請求項２】 該一対の傾斜内周面の各々と、該傾斜内
   周面の各々に該弾性シール部材を介して係合された該傾
   斜外周面の各々とは、実質上平行に形成されている、請
   求項１記載のフローティングシール。
3. 【請求項３】 該付勢手段は、該固定部材及び／又は該
   回転部材と該シールリングとの間に設けられたばね部材
   によって形成されている、請求項１記載のフローティン
   グシール。