JPH1030085A - 機械装置の防塵構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磨耗による防塵機能の劣化や動力の損失が少
なく、また、相対運動をする部品の加工精度が多少ラフ
であっても面倒な組み立て作業を行わずに防塵に対処す
ることのできる機械装置の防塵構造を提供すること。 【解決手段】 ハウジング１の開口部４とシャフト６の
フランジ部５との間に間隙ｄを設け、この間隙に、多孔
性弗素樹脂からなるワッシャ状のシール材８を圧縮して
介装する。シール材８の柔軟性で加工誤差を吸収し、隙
間の発生を防止して防塵性能を確保する。多孔性弗素樹
脂は摩擦係数が小さいので動力損失が生じにくく、ま
た、耐磨耗性があるので防塵性能の劣化が生じにくい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械装置の防塵構
造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】公差零の真円加工や公差零の平面研削は
事実上不可能である。従って、摺動や回転等の相対運動
をする部品と部品との間には、その相対運動を許容する
ためにある程度の間隙が必ず必要となる。

【０００３】しかし、軸受けハウジングから駆動シャフ
トを突出させるような場合、その内部には減速機の歯車
やベアリング等の高精度部品が存在しているため、この
間隙から内部に塵や埃が侵入すると、塵や埃があたかも
研削剤のように作用し、歯車やベアリング等にカジリを
生じさせたり、その磨耗を早めたりするといった問題が
ある。

【０００４】従来、この種の問題に対処するためには、
相対運動する部品同志の加工公差をシビアなものにして
ハメアイ箇所からの塵や埃の侵入を防ぐとか、回転箇所
にオイルシールまたはゴムやスポンジ等を介装して塵や
埃の侵入を防ぐとか、または、低摩擦物質を部品間の間
隙に介装して塵や埃の侵入を防ぐとかいった方法が提案
されているが、それぞれに難があり、いずれの方法を用
いても、部品の相対運動を許容し、かつ、塵や埃の侵入
を完全に防止するといったことは、なかなか困難であっ
た。

【０００５】まず、部品同志のハメアイ公差をシビアな
ものにして塵や埃の侵入を防ぐといった方法は、前述し
た通り、公差零の真円加工や公差零の平面研削が事実上
不可能であることから明らかなように、あまり現実的で
はない。無論、零公差を狙って限りなく高精度の加工を
試みるといったこと自体は可能であるが、公差のオーダ
ーを上げるにつれて加工費用が著しく増大するため、費
用対実際的な効果の点で不経済である。いずれにせよ、
穴加工や円筒加工の組み合わせでは、部品の相対運動を
許容する必要上、穴加工の公差がプラスＸ，マイナス
零、また、これに内嵌される円筒外周面の公差がプラス
零，マイナスｙとなるので、摺動部または回転部が全周
に亘って完全に密着するということは有り得ず、防塵手
段としては不十分である。

【０００６】また、回転箇所にオイルシールを装着する
場合には、オイルシール自体が回転部に直に密着するの
で、大きな防塵効果を期待することができるが、この密
着作用と摩擦抵抗とによって動力のロスが生じるといっ
た欠点があり、また、オイルシール自体が磨耗して防塵
性能が劣化してゆくといった問題もある。オイルシール
自体の磨耗や劣化は、オイルシールとこれに摺接するシ
ャフトとの間に塵や埃が溜まれば溜まるほど促進され、
オイル漏れ防止機能自体にも悪影響を与える。更に、Ｊ
ＩＳで規定されるところのオイルシールを取り付けるた
めには、部品と部品との間に相当に大きな間隙を設けな
ければならず、装置の小形化の妨げともなる。

【０００７】特定の機械装置に合わせて設計されたゴム
またはスポンジ等の弾性体からなるシール材を用いて回
転部や摺動部に防塵を施すようにすれば、オイルシール
に合わせて回転部や摺動部を設計するといった必要がな
くなるので、装置の小形化の助けにはなるが、やはり、
素材と部品が弾性により強く押し付け合う上、素材の摩
擦係数が大きく、オイルシールの場合と同様、動力のロ
スや磨耗による防塵性の劣化は防ぎようがない。

【０００８】また、これとは逆に、摩擦抵抗の小さな物
質は一般に堅いものが多いので、これをシール材として
使用する場合、オイルシールやゴムまたはスポンジ等の
弾性体の場合のようにそれ自体の圧縮変形によって真円
度の偏り等の加工誤差に対処することはできず、最初に
述べたハメアイ精度を利用する場合と同様、相対運動す
る各々の部品やシール材それ自体の加工公差を相当にシ
ビアに設定しなければならないという問題がある。

【０００９】但し、この場合は３つの部品の組み立て公
差となるので、最初に述べた２つの部品のハメアイ精度
を利用する場合とでは多少事情が異なる。つまり、この
場合は、第３の部品となるシール材として様々な厚みの
物を予め準備しておき、穴やシャフト等の仕上り寸法に
応じて、最適の厚みを有するシール材を選択的に取り付
けることができるのである。但し、シール材の最終的な
選択および取り付け作業は全て現物合わせとなるので、
部材の選択や組み立て作業が大変であり、また、２つの
部品の加工誤差に応じてシール材の厚みを選択する関係
上、厚みの異なる多数のシール材を予め準備しておかな
ければならず、在庫管理も面倒である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の欠点を解消し、磨耗による防塵機能の劣化や
動力の損失が少なく、また、相対運動をする部品の加工
精度が多少ラフであっても面倒な組み立て作業を行わず
に防塵に対処することのできる機械装置の防塵構造を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、相対運動をす
る部品と部品との間に間隙を設け、この間隙に、圧縮可
能で耐磨耗性に優れた低摩擦係数の素材からなるシール
材を圧縮して介装したことを特徴とする構成により前記
目的を達成した。

【００１２】相対運動をする部品と部品との間に間隙を
設けて圧縮可能なシール材を介装する構成であるため、
相対運動をする各々の部品の加工精度が必ずしも厳密で
なくても、シール材によってその加工誤差を吸収して防
塵機能を確保することができる。また、低摩擦係数の素
材からなるシール材を採用しているため、動力の損失が
なく、しかも、耐磨耗性に優れており、シール材と加工
面が強く接触しないのでシール材が磨耗して防塵性能が
劣化することもない。また、ＪＩＳで規定された市販の
オイルシールに合わせて各部を設計する必要もなくなる
ので、無駄なスペースをなくして機械装置の小形化を達
成することができる。

【００１３】多孔質の素材を採用する場合、防塵機能を
確保するためには、気泡の各々が独立して形成されてい
ることが望ましい。気泡が連続的に連絡されていると、
外部の塵や埃がこの経路を通って装置内部に侵入する可
能性があるからである。

【００１４】また、シール材と加工面との摩擦による動
力の損失やシール材の磨耗を防止するための最も理想的
な方法は、シール財と加工面との間に限りなく零に近い
間隙を形成することであり、これにより、実質的な動力
の損失やシール材の磨耗を皆無にし、同時に、外部から
の塵や埃の侵入を防止することが可能になる。

【００１５】多孔性弗素樹脂には、圧縮が可能であり、
しかも、圧縮力を取り除いても圧縮された時の形状をそ
のまま維持することができるといった特性がある。

【００１６】従って、多孔性弗素樹脂から成るシール材
を相対運動をする部品と部品との間に圧縮して介装する
ようにすれば、回転する部品と部品との間、または、摺
動する部品と部品との間の間隙の最小部分の大きさに倣
ってシール材が自動的に変形し、その状態が維持され
る。これは、シール財と加工面との間に限りなく零に近
い間隙が形成されるということを意味し、動力の損失や
シール材の磨耗の防止や外部からの塵や埃の侵入を防止
する上で最も効果的な方法である。無論、回転する部品
と部品との間、または、摺動する部品と部品との間の間
隙の最小部分の大きさに倣ってシール材が変形するので
あるから、部品と部品との相対位置によりその間隙が最
小となったときには部品とシール材とが接触する可能性
があるが、この際、押し付け力は殆ど働かず、しかも、
多孔性弗素樹脂は元々摩擦係数の小さな素材であるか
ら、部品とシール材とが接触しても動力の損失やシール
材の磨耗といった問題は発生しない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態の幾つかについて説明する。図１は本発明の防塵
構造を産業用ロボットの軸受けハウジングに適用した場
合の一例を示す概念図である。軸受けハウジングの本体
を構成するドラム状のハウジング１は、産業用ロボット
を床面に固定するためのベース（図示せず）上に一体的
に固定されており、その内部には、ハウジング１のボト
ム側に固設されたサーボモータＭにより駆動される減速
機２が設けられ、減速機２の出力軸３には、ハウジング
１の開口部４と嵌合するフランジ部５を備えたシャフト
６が固着されている。

【００１８】シャフト６は、ハウジング１の内周面に取
り付けられたボールベアング７により、その小径部をハ
ウジング１に対して回転自在に軸支されており、減速機
２を介し、サーボモータＭによって回転駆動される。ま
た、フランジ部５には産業用ロボットの旋回胴（図示せ
ず）が固着され、産業用ロボット全体の揺動動作が行わ
れるようになっている。なお、実施形態においては産業
用ロボットの旋回胴を駆動する揺動軸に対して本発明を
適用したものについて開示しているが、その他の全ての
軸に対して同じ構成を適用することが可能である。

【００１９】この実施形態でいう相対運動する二つの部
品とは、ハウジング１とシャフト６のことであり、より
厳密に部位まで特定するならば、ハウジング１の開口部
４とシャフト６のフランジ部５のことである。この実施
形態の場合、ハウジング１の内部には塵や埃を嫌うボー
ルベアリング７や減速機２が配備されているので、開口
部４とフランジ部５との嵌合面からの塵や埃の侵入を防
止する必要がある。

【００２０】このような場合、従来であれば、ボールベ
アリング７をハウジング１のボトム側に寄せ、ハウジン
グ１の開口部側内周面とシャフト６の小径部との間にＪ
ＩＳで規定された既存のオイルシールを配備するか、ま
たは、開口部４とフランジ部５との嵌合面にゴムまたは
スポンジ等の弾性体からなるシール材を介装するか、も
しくは、開口部４とフランジ部５との嵌合面に低摩擦係
数の素材からなる堅いシール材を介装して塵や埃の侵入
を防止するところであるが、いずれの方法を採用したと
しても、従来の技術の項で述べた通りの不都合がある。

【００２１】つまり、既存のオイルシールやゴムまたは
スポンジ等のシール材を配備する場合では、摩擦抵抗に
よる駆動力の損失等の問題があり、また、低摩擦係数の
素材からなる堅いシール材を介装する場合では、著しく
厳しい加工公差を適用するか、または、加工誤差を吸収
するために様々な寸法のシール材を予め準備しておかな
ければならないという問題がある。

【００２２】そこで、本実施形態においては、これらの
問題を解消するため、ハウジング１の開口部４とシャフ
ト６のフランジ部５との間に間隙ｄを設け、この間隙
に、多孔性弗素樹脂からなるワッシャ状のシール材８を
介装するようにしている。無論、シール材８は、開口部
４もしくはフランジ部５のいずれか一方に適当な接着剤
で接着するか、または、開口部４もしくはフランジ部５
のいずれか一方もしくはその両方に周溝や周壁等を設け
て凹凸嵌合させ、径方向の位置ずれが生じないように構
成する。

【００２３】既に述べた通り、この多孔性弗素樹脂は、
圧縮可能性や耐磨耗性および低摩擦係数の点で優れてお
り、シール材として好適である。多孔性弗素樹脂の圧縮
可能性は、専ら、その内部にある多数の気泡によって確
保されているが、各々の気泡は相互に独立しているの
で、発泡ウレタン等のスポンジとは相違し、これらの気
泡を経由して塵や埃が侵入することはない。

【００２４】本実施形態においては、この圧縮可能性を
利用して防塵効果を高めるため、前記間隙ｄに比べてシ
ール材８の厚みを僅かに厚く構成し、シール材８の両端
面が開口部４とフランジ部５に圧接するようなかたちで
シール材８の最初の取り付け作業を行う。

【００２５】そして、取り付け作業が完了した後、サー
ボモータＭを駆動してシャフト６を回転させると、開口
部４とフランジ部５との間の間隙の最小部分の大きさ
ｄ′に倣ってシール材８が変形し、その状態が維持され
る。シール材８の厚みがｄからｄ′に縮むのは、フラン
ジ部５の加工誤差によってフランジ部５の表面にうねり
が生じており、その最も突出した部分でシール材８が押
し潰されたときの状態が多孔性弗素樹脂の特性によって
そのまま維持されるからである。図１ではｄとｄ′の寸
法をかなりデフォルメして記載しているが、実際にはそ
の差は加工誤差に匹敵する程度の僅かなものであり、シ
ール材８とフランジ部５との隙間から塵や埃が侵入する
といったことは実際にはない。

【００２６】フランジ部５の表面のうねりの頂点とシー
ル材８との間には実質的な隙間はなく、常に両者が摺接
することになるが、実際に両者が接触するのはうねりの
頂点部分のみであり、しかも、多孔性弗素樹脂には、外
力が取り除かれたからといって変形前の状態に復帰しよ
うとする弾性復帰能力はないので、両者間に押し付け力
は殆ど働かず、しかも、多孔性弗素樹脂は元々摩擦係数
の小さな素材であるから、フランジ部５の一部とシール
材８とが接触したとしても動力の損失やシール材８の磨
耗といった問題は発生しない。

【００２７】また、シール材８の最初の取り付け作業
は、シール材８の両端面が開口部４とフランジ部５に圧
接するようなかたちで行うようにしているから、開口部
４の側にマイナスの加工誤差があった場合でも、密閉能
力が損なわれるようなことはない。

【００２８】このような構成によれば、シール材８によ
って開口部４とフランジ部５の加工誤差を吸収すること
ができ、加工面にある程度の寸法誤差や形状誤差がある
場合でも、ハウジング１とシャフト６との相対的な回転
位置の変化に応じ、開口部４やフランジ部５の表面に倣
ってシール材８が形を変えながら埃や塵の侵入を阻止す
ることができる。また、この圧縮可能性によって加工誤
差を大幅に吸収することができるので、開口部４やフラ
ンジ部５の仕上り寸法に応じて様々な寸法のシール材８
を準備するといった必要もない。

【００２９】ゴムまたはスポンジ等を開口部４やフラン
ジ部５に圧接してこれと同じことを行おうとすれば、強
い圧接力と摩擦抵抗とによって動力の損失が大きくなっ
てしまうが、多孔性弗素樹脂の場合には素材自体の摩擦
係数が小さいうえ、シール材８が間隙の大きさに応じて
なじむため、接触による摩擦は小さい。また、耐磨耗性
にも優れているので、開口部４やフランジ部５との摺接
作用によってシール材８自体が急速に劣化するというこ
ともない。

【００３０】また、開口部４やフランジ部５の形状精度
が悪く表面にうねりが生じているような場合、堅くて摩
擦係数の小さな素材、例えば、中実の弗素樹脂等で形成
されたシール材等を用いると、ハウジング１とシャフト
６との相対的な回転位置の変化により双方のうねりの隆
起同志が対向したような場合に実質的な間隙ｄが狭小化
してシール材が圧壊したり、または、サーボモータＭに
過大な負荷が作用したりする恐れがあるが、多孔性弗素
樹脂の場合にはそれ自体が容易に圧縮されるので、シー
ル材の圧壊といった問題はなく、また、開口部４とフラ
ンジ部５のうねりの隆起の間にシール材が挟み込まれて
強い圧接力が作用した場合であっても、その表面の摩擦
係数が小さく、接触による押し付け力が極めて小さいの
で、摩擦抵抗によってサーボモータＭに過負荷が生じる
といった問題も発生しない。

【００３１】図２は本発明の防塵構造を産業用ロボット
の軸受けハウジングに適用した場合の他の一例を示す概
念図である。ハウジング１，減速機２，シャフト６の構
成に関しては図１に示した実施形態と同様であるが、こ
の実施形態では、ボールベアリング７や減速機２を潤滑
するオイル９を封入するためのオイルシール１０がハウ
ジング１内に取り付けられており、この点で、図１に示
した実施形態とは相違する。

【００３２】オイルシール１０は、図２に示す通り、ハ
ウジング１の開口部側内周面とシャフト６の小径部との
間に配備されているので、ハウジング１内のオイル９が
外部に漏れるのを防止することかでき、当然、外部の塵
や埃がハウジング１内に侵入するのを防止することもで
きる。しかし、従来の技術の項でも述べた通り、オイル
シール１０とこれに摺接するシャフト６との間に塵や埃
が溜まれば溜まるほどオイルシール１０の磨耗や劣化が
促進され、そのオイル漏れ防止機能自体に悪影響を与え
たり、シャフト６に傷を付けたりすることにもなり兼ね
ない。

【００３３】つまり、視点を変えれば、このオイルシー
ル１０自体も、ボールベアリング７や減速機２と同様、
塵や埃を嫌う機械要素の一つに過ぎないのである。

【００３４】そこで、本実施形態においては、このオイ
ルシール１０とシャフト６との間に塵や埃が侵入するの
を防止するための手段として、図１で示した実施形態の
場合と同様にして、ハウジング１の開口部４とシャフト
６のフランジ部５との間にシール材８を配備するように
している。このシール材８は飽くまで塵や埃の侵入を防
止するための手段であって、オイル洩れを防止するため
の手段ではない。

【００３５】このように、シール材８によって外部の塵
や埃の侵入を防止すれば、オイルシール１０自体にオイ
ル洩れ防止手段および防塵手段を兼ねさせた場合に比
べ、オイルシール１０の寿命を遥かに引き延ばすことが
でき、また、シャフト６の小径部に傷が付くのを防止す
ることもでき、特に、溶接のスパッタや除去加工による
切粉等に晒される場所で使用される産業用ロボットや工
作機械の回転部または摺動部に取り付けられた駆動機構
や動力伝達機構の保護に役立つ。

【００３６】オイルシールを２つ重ねて配備することで
ベアリング７寄りのオイルシール１０、つまり、内側の
オイルシール１０を保護することも可能であるが、その
分ハウジング１の全長が長くなるといった問題があり、
また、防塵手段として設けた外側のオイルシールの摩擦
力によって動力が余計に損なわれるといった問題があ
る。また、ゴムまたはスポンジ等の弾性体からなるシー
ル材を介装したとしても、これと同じ問題が生じるが、
多孔性弗素樹脂からなるシール材８を用いた本実施形態
においては、そのような問題は発生しない。

【００３７】以上、相対的な回転運動を行う２つの部材
の対向面の間にワッシャ状のシール材を介装して塵や埃
の侵入を防止する場合を例にとって説明したが、一方の
部材に他方の部材が内嵌された状態で回転運動を行うよ
うな場合、または、軸方向の摺動運動を行うような場合
には、一方の部材の内周面と他方の部材の外周面との間
に、例えば、Ｏリングのようにして多孔性弗素樹脂のシ
ール材を介装するようにする。無論、軸方向の摺動運動
の場合に関しては、矩形穴と角柱といった内嵌関係も可
能である。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、相対運動をする部品と部品と
の間に間隙を設けて圧縮したシール材を介装する構成で
あるため、相対運動をする各々の部品の加工精度が厳密
でなくても、シール材によってその加工誤差を吸収して
防塵機能を確保することができ、また、部品の仕上り寸
法に対処するために様々な厚みのシール材を予め準備し
ておくといった必要もない。また、低摩擦係数の素材か
らなるシール材を採用している上、部品との接触力が極
めて小さいので、動力の損失が少なく、しかも、耐磨耗
性に優れているのでシール材が磨耗して防塵性能が劣化
することもない。更に、市販のオイルシールに合わせて
各部を設計する必要もなくなるので、無駄なスペースを
なくして機械装置の小形化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の防塵構造を産業用ロボットの軸受けハ
ウジングに適用した場合の一例を示す概念図である。

【図２】本発明の防塵構造を産業用ロボットの軸受けハ
ウジングに適用した場合の他の一例を示す概念図であ
る。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 減速機 ３ 出力軸 ４ 開口部 ５ フランジ部 ６ シャフト ７ ボールベアリング ８ シール材 ９ オイル １０ オイルシール Ｍ サーボモータ ｄ 間隙

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対運動をする部品と部品との間に間隙
   を設け、この間隙に、圧縮可能で耐磨耗性に優れた低摩
   擦係数の素材からなるシール材を圧縮して介装したこと
   を特徴とする機械装置の防塵構造。
2. 【請求項２】 前記シール材が、相互に連絡しない多数
   の気泡を有する多孔質素材により形成されていることを
   特徴とする請求項１記載の機械装置の防塵構造。
3. 【請求項３】 前記シール材が多孔性弗素樹脂であるこ
   とを特徴とする請求項２記載の機械装置の防塵構造。