JPWO2006009181A1 - シール装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、被密封流体が高圧であっても密封環のシール面の発熱を防止すると共に、シール面の摩耗を防止することにある。そして、シール装置は、端面に第１シール面（５Ａ）を有すると共に、第１シール面（５Ａ）と反対側に傾斜面に形成された第１押圧面（５Ｂ）を有する第１密封環（５）と、第１押圧面（５Ｂ）と対向する第１内周固定面（５１Ａ）を有する第１シールリテーナ（５１）と、第１押圧面（５Ｂ）と第１内周固定面（５１Ａ）との間に密封に圧着された弾発力により第１押圧面（５Ｂ）を軸方向へ押圧する第１弾性シールリング（２）と、第１密封環（５）の第１シール面（５Ａ）に密接すると共に、相対摺動可能な第２シール面（１５Ａ）を有する第２密封環（１５）と、第２密封環（１５）が密封に保持される第２シールリテーナ（６１）とを具備し、第１押圧面（５Ｂ）は径方向の幅（Ｈ）に対して軸方向の長さ（Ｌ）の比Ｈ／Ｌが０．５を越えない範囲の傾斜面に形成されているものである。

Description

本発明は、例えば、履帯用ローラ、トラックローラ、減速装置、油圧モータ等の相対回動する部品間をシールするシール装置に関する。特に、車両の減速装置、各種機械の油圧モータ等の相対部品間に不純物と共に作用して圧力を高める被密封流体や、高圧な被密封流体をシールするシール装置に係わるものである。

本発明に関連する第１関連技術として図１３に示すシール装置が存在する（例えば、実開平１−９８３６８号公報又は米国特許第4,844,483号明細書を参照）。このシール装置１００は、鉱山用ダンプトラックの駆動輪装置に適用される。

このシール装置１００は、図１３に示すような構成である。図１３のシール装置は、駆動装置に取り付けた片側の部分断面図である。図１３に於いて、図示省略の軸は、固定側リテーナ１３０の貫通孔内に配置されている。そして、軸と固定側リテーナ１３０との間の空間部１２０にシール装置１００が配置されている。このシール装置１００は、軸と固定側リテーナ１３０との空間部１２０に外部Ａから砂利等の微粉末を含む水や泥水等の被密封流体Ｍが浸入するのを阻止する。

シール装置１００は、シール面１０５Ｓを設けた第１シールリング１０５と、対向シール面１１５Ｓを設けた第２シールリング１１５とを対向させると共に、シール面１０５Ｓと対向シール面１１５Ｓとを密接させて軸の廻りに配置している。この第１シールリング１０５のシール面１０５Ｓと第２シールリング１１５の対向シール面１１５Ｓとを密接させるために、第１シールリング１０５の外周は、第１傾斜面１０５Ａと第１円弧面１０５Ｂと第１垂直面１０５Ｃとにより形成している。又、第２シールリング１１５の外周は、第２傾斜面１１５Ａと第２円弧面１１５Ｂと第２垂直面１１５Ｃとにより形成している。

次に、空間部１２０の一面を形成する固定側リテーナ１３０の第１支持面１３０Ａは、段付面に形成されている。又、回転側リテーナ１４０の第２支持面１４０Ａも段付面に形成されている。そして、この第１シールリング１０５と第２シールリング１１５及び固定側リテーナ１３０と回転側リテーナ１４０との間が空間部１２０に形成されている。

この空間部１２０側の第１傾斜面１０５Ａと第１支持面１３０Ａとの間には、第１Ｏリング１０２が配置されている。又、第２傾斜面１１５Ａと第２支持面１４０Ａとの間にも第２Ｏリング１０３が配置されている。そして、第１Ｏリング１０２は、断面が楕円形に弾性変形し、第１接合面１０２Ｂが第１傾斜面１０５Ａに接合すると共に、第２接合面１０２Ｃが第１支持面１３０Ａと圧接している。更に、第２Ｏリング１０３も第１接合面１０３Ｂが第２傾斜面１１５Ａに接合すると共に、第２接合面１０３Ｃが第２支持面１４０Ａと圧接して楕円形に弾性変形している。

上述のように構成されたシール装置１００は、第１シールリング１０５が第１Ｏリング１０２の弾性変形力で軸方向へ押圧されていると共に、第２シールリング１１５も、第１シールリング１０５に対向する方向へ、第２Ｏリング１０３の同様な作用力で押圧される。そして、シール面１０５Ａと対向シール面１１５Ａとは密接しながら摺動する。このとき、外部Ａから空間部１２０へ不純物を含む被密封流体Ｍが浸入すると、被密封流体Ｍの圧力により、第１Ｏリング１０２及び第２Ｏリング１０３と、第１シールリング１０５及び第２シールリング１１５とは、図３に示すような被密封流体Ｍの作用力を受ける。そして、被密封流体Ｍの圧力は、第１垂直面１０５Ｃと第２垂直面１１５Ｃとに作用し、互いのシール面１０５Ａと対向シール面１１５Ａとを設定値以上の圧力で圧接される。このために、シール面１０５Ａと対向シール面１１５Ａとは、強く圧接されながら摺動するので、摺動摩擦により高温になる。

実験によれば、泥水を空間部１２０へ浸入させると、泥水に含む土砂等の不純物が空間部１２０に蓄積し、この蓄積した圧力により第１シールリング１０５の第１垂直面１０５Ｃと、第２シールリング１１５の第２垂直面１１５Ｃとを互いに向かい合うように押圧し、シール面１０５Ａと対向シール面１１５Ａとが摺動するときの摩擦熱により各シールリング１０５，１１５の温度が３００°Ｃ以上に達することもある。このように摺動時に発生する熱により各第１シールリング１０５と第２シールリング１１５とが高温になると、ゴム材製の第１Ｏリング１０２と第２Ｏリング１０３とは高温度により軟化して弾性的に復元しない状態が進行する。このために、各第１Ｏリング１０２と第２Ｏリング１０３とは、各第１シールリング１０５と第２シールリング１１５とを押圧する弾性力の機能が低下する。更に、第１シール面１０５Ａと第２シール面１１５Ａとは、この高温度により劣化して摩耗を促進することになる。

更に、図１４に示すフローティングシール装置１５０は、本発明に関連する第２関連技術である｛例えば、実開昭６２−４６６５号全文明細書（第１−４頁、第５図）又は特開２００２−９８２３６号公報等を参照｝。

このフローティングシール装置１５０は、第１シールリング１５２と第２シー
ルリング１５３と、が図示省略の軸の廻りで、図示するように径方向へ長く傾斜した形で互いに対向に配置されている。そして、第１シールリング１５２のシール面１５２Ａと第２シールリング１５３のシール面１５３Ａとは密接している。この第１シールリング１５２のシール面１５２Ａと第２シールリング１５３のシール面１５３Ａとの密接は、ゴム材製の第１Ｏリング１５５と第２Ｏリング１５６の断面楕円形に弾性変形した圧縮力により押圧されている。このために、第１Ｏリング１５５と第２Ｏリング１５６とは、互いに径方向へ斜めに向き合った状態で、それぞれ第１ケーシング１６０と第１シールリング１５２及び第２ケーシング１７０と第２シールリング１５３との間に配置される。そして、各々第１密封面１５５Ａが第１支持面１６０Ａに圧接すると共に、第２密封面１５６Ａが第２支持面１７０Ａに圧接する。更に、各々第１密接面１５５Ｂが第１シールリング１５２に圧接すると共に、第２密接面１５６Ｂが第２シールリング１５３に圧接している。

このフローティングシール装置１５０は、スラリを含む高圧の被密封流体Ｍをシールするものである。又、粉体を含む被密封流体Ｍをシールする。このため、外部Ａから浸入する被密封流体Ｍの圧力により対称に配置された各第１Ｏリング１５５及び第２Ｏリング１５６のゴム材が圧縮されて第１シールリング１５２と第２シールリング１５３の各シール面１５２Ａ、１５３Ａが互いに密接する。そして、各シール面１５２Ａ、１５３Ａが第１Ｏリング１５５及び第２Ｏリング１５６の強い弾性圧縮力により圧接されているために、各シール面１５２Ａ、１５３Ａの摩耗を早めることになる。

又、外部Ａより被密封流体Ｍが空間部１６０へ浸入して、第１Ｏリング１５５と第１シールリング１５２及び第２Ｏリング１５６と第２シールリング１５３とを押圧すると、第１Ｏリング１５５及び第２Ｏリング１５６はゴム材であるために、各第１Ｏリング１５５と第１シールリング１５２及び第２Ｏリング１５６と第２シールリング１５３との間に入り込んだスラリは、各第１Ｏリング１５５及び第２Ｏリング１５６を内径方向へ押圧し、各シール面１５２Ａ、１５３Ａの平行度を変位させるように作用する。そして、各シール面１５２Ａ、１５３Ａの平行度の変化は、各シール面１５２Ａ、１５３Ａを偏芯した状態に摩耗させることになる。同時に、第１シールリング１５２の傾斜面１５２Ｂ及び第２シールリング１５３の傾斜面１５３Ｂの外径側の各受圧面積は、第１Ｏリング１５５及び第２Ｏリング１５６の移動で拡大するから、スラリによる圧力は各傾斜面１５２Ｂ、１５３Ｂの受圧面を押圧し、各シール面１５２Ａ、１５３Ａを摺動時に圧接して摩耗させることになる。更に、第１シールリング１５２と第２シールリング１５３の摺動時の摩擦熱は、第１Ｏリング１５５及び第２Ｏリング１５６を加熱により軟化させて応力緩和を促進し、第１Ｏリング１５５及び第２Ｏリング１５６の押圧弾性力を低下させることになる。

本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものである。そして、その解決しようとする課題は、高圧力又は不純物を含む被密封流体の圧力が各シールリングに作用して各シール面が摺動時に摩耗するのを防止することにある。更に、各シール面の摺動時の発熱により各弾性シールリングが応力緩和するのを防止し、弾性シールリングによりシールリングを押圧する弾性能力が発揮できる。

本発明は、上述した技術的課題を解決するために成されたものであって、その課題を解決するための技術的手段は以下のように構成する。

本発明のシール装置は、相対回動する一方の部品と他方の部品との間をシールするフローテング型のシール装置である。このシール装置は、端面に第１シール面を有すると共に、第１シール面と反対側に押圧力で軸方向へ押圧できる傾斜面に形成された第１押圧面を有する第１密封環が設けられている。又、第１押圧面との間に空間が形成されて対向する第１内周固定面を有する第１シールリテーナが設けられている。更に、第１押圧面と第１内周固定面との間に密封に圧着されて弾発力により第１押圧面を軸方向へ押圧する第１弾性シールリングが設けられている。更にまた、第１密封環の第１シール面に密接して相対摺動可能な第２シール面を有するとともに第２シール面を支持する支持面を有する第２密封環が設けられている。また、第２密封環の支持面が保持される固定面を有する第２シールリテーナが設けられている。更に、第２シールリテーナの固定面と第２密封環の支持面との間をシールするシール環状体が設けられている。そして、第１押圧面は径方向の幅に対して軸方向の長さの寸法比Ｈ／Ｌが０．５を越えない範囲の傾斜面に形成されているものである。

この本発明のシール装置では、第１密封環に於ける第１押圧面の軸方向の長さＬに対して径方向の幅Ｈの寸法比が０．５を超えない範囲に形成されているものである。このために、空間部に土砂等の粉末を含む被密封流体が浸入しても、この被密封流体の粉末の圧力は、第１弾性シールリングを空間部内へ押し込むように作用すると共に、第１密封環に対しては第１押圧面に作用して第１シール面を第２シール面方向へ押圧する。しかし、被密封流体の圧力が作用する第１弾性シールリングは第１密封環の第１シール面に対して背面方向へ移動しようとするので、この力は第１シール面を押圧する力として作用しない。同時に、被密封流体の圧力は第１押圧面に作用することになるが、第１押圧面の形状は、幅Ｈと長さＬのＨ／Ｌの寸法比が０．５を超えない範囲に形成されているから、第１押圧面の受圧面積は小さくなる。このために、この小さくした受圧面積の第１押圧面に被密封流体の圧力が作用しても、第１シール面に作用する力は大きくならないから、摺動時に第１シール面に発生する摩擦熱の温度は上昇するのが防止できる。

その結果、第１シール面は、温度の上昇につれて摩耗すると共にクラックが発生するのを効果的に防止できる。更に、第１シール面の摺動に伴う発熱の上昇により、この温度が第１弾性シールリングに伝熱して第１弾性シールリングを軟化させるのを防止すると共に、第１弾性シールリングが第１密封環を弾発に押圧する能力の低下が効果的に防止できる。そして、空間部に土砂等を含む被密封流体が浸入して蓄積しても、シール面の面圧を異常に上昇させて摩耗が促進すると共に、シール能力が低下するのを効果的に防止できる。

次に、本発明に係わる実施態様の発明について述べる。

本発明の第１実施態様のシール装置は、第１密封環の第１シール面の径方向面を基準にして第２密封環は支持面が第１密封環の第１押圧面と軸方向に対称な形に形成されているとともに、第２シールリテーナの固定面は第１シールリテーナの第１内周固定面と対称な形に形成され、且つシール環状体は第１弾性シールリングと対称な形に形成されて第２密封環を支持しているものである。

この本発明に係わる第１実施態様のシール装置によれば、第１密封環及び第１弾性シールリングに対して第２密封環及び第２弾性シールリングを対称に配置している。このため、空間部に浸入した高圧の被密封流体は、第１弾性シール部と第２弾性シールリングに作用する。同時に、第１密封環と第２密封環の各押圧面に作用する。しかし、上述の本発明の作用効果に記載したように、押圧面は受圧面積が小さくなるように形成されているから、第１シール面と第２シール面は、被密封流体の圧力を受けても互いに押し合う力は上昇するのが防止される。その結果、各シール面の摺動摩擦による摩耗が防止されると共に、摺動熱による第１弾性シールリングと第２弾性シールリングが軟化し、シール能力と押圧能力が低下するのを防止する。そして、第１弾性シールリングと第２弾性シールリングが互いに各第１及び第２密封環を均等に押圧してシール能力を発揮させる。

また、本発明の第２実施態様のシール装置は、第１押圧面又は／及び第２押圧面が環状面の両端側を円弧状面に形成すると共に、円弧状面が弾性シールリングの外周面と略同一の曲率に形成されているものである。

この本発明に係わる第２実施態様のシール装置によれば、各第１密封環の第１押圧面及び第２密封環の第２押圧面の両端側を円弧状面に形成しているので、各円弧状面と各弾性シールリングの外周面を接合させることが可能になる。このため、各押圧面と各弾性シールリングの外周面の間に被密封流体が浸入するのを防止して被密封流体の圧力が押圧面に作用するのを防止する。その結果、各弾性シールリングの弾性力のみの設定圧力により各密封環を押圧することが可能になる。そして、シール装置の耐久能力が向上する。

さらに、本発明の第３実施態様のシール装置は、第１弾性シールリング又は／および第２弾性シールリング又はシール環状体が水素化ニトリルゴム材で形成されているものである。

この本発明に係わる第３実施態様のシール装置によれば、第１弾性シールリング及び第２弾性シールリング又はシール環状体が水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）材製であるために、各密封環の発熱温度に耐えることができるので、発熱温度により軟化することなくシール能力を発揮すると共に、密封環を押圧する弾性押圧力を発揮する。つまり、各押圧面がＨ／Ｌ＝０．５を越えない形状に限定された各密封環が被密封流体の高圧力により押圧されて各シール面が摺動発熱しても、第１弾性シールリング及び第２弾性シールリングは、この低い発熱温度に耐えることができるので、弾性押圧力及びシール能力を発揮する効果を奏する。

第１図は、本発明に係る第１実施の形態のシール装置の片側断面図である。

第２図は、図１に示す第１密封環の片側断面図である。

第３図は、本発明に係るシール装置の第１弾性シールリングに被密封流体が作用した状態の部分片側断面図である。

第４図は、図１のシール装置を減速装置に取り付けた状態の片側の部分断面図である。

第５図は、本発明に係る第２実施の形態のシール装置の片側断面図である。

第６図は、本発明に係る第１実施の形態のシール装置を摺動試験した状態の片側断面図である。

第７図は、本発明に係わるシール装置のシール面を実施例１として摺動試験した発熱温度及び他の関連温度のチャートである。

第８図は、図７に係わるシール装置のシール面を摺動試験した後に、シール面側の断面を顕微鏡で見てスケッチした拡大図である。

第９図は、本発明に係わるシール装置のシール面を実施例２として摺動試験した発熱温度及び他の関連温度のチャートである。

第１０図は、図９に係わるシール装置のシール面を摺動試験した後に、シール面側の断面を顕微鏡で見てスケッチした拡大図である。

第１１図は、本発明に係わるシール装置のシール面を比較例１として摺動試験した発熱温度及び他の関連温度のチャートである。

第１２図は、図１１に係わるシール装置のシール面を摺動試験した後に、シール面側の断面を顕微鏡で見てスケッチした拡大図である。

第１３図は、本発明に係わる第１関連技術のシール装置の片側断面図である。

第１４図は、 本発明に係わる第２関連技術のシール装置の片側断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳述する。以下の図面は本発明の正確な設計図を基にしたものである。

図１は、本発明に係わる第１実施の形態を示すシール装置１の片側の裁断面図である。又、図２は図１に示すシール装置１の第１密封環の断面図である。更に、図４はシール装置１を取り付けた減速装置の要部を示す断面図である。

以下の第１実施の形態は、図１と図２と図４を参照して説明する。図４に示すように、シール装置１はローラ５０と軸に嵌着したリテーナ６０との間に形成されたシール室７０内に設けられている。このシール室７０は、ローラ５０の端部側にＯリング３０を介して設けられた第１シールリテーナ５１の第１内周固定面５１Ａと、リテーナ６０と、リテーナ６０に一体の第２シールリテーナ６１の第２内周固定面６１Ａとに囲まれた内部に形成されている（尚、第２シールリテーナ６１はリテーナ６０と別体にする場合もある）。このリテーナ６０は軸受５２を介してローラ５０と相対回転する。又、シール室７０は、シール装置１が装着されていないときは、外部Ａと連通している。

このような構成の減速装置において、シール室７０内には一対を成す第１密封環５と第２密封環１５とを互いに対称に配置する。図１に示すように、この第１密封環５の端面には第１シール面５Ａを形成する。第１シール面５Ａと反対側は第１背面５Ｆである。又、第２密封環１５の端面にも第２シール面１５Ａを形成する。又、第２シール面１５Ａと反対側は、第２背面１５Ｆである。そして、第１密封環５と第２密封環１５は、第１シール面５Ａと第２シール面１５Ａとを対向にして配置したとき対称の形状になるように全体形状を形成する。

更に詳しく各第１密封環５及び第２密封環１５について述べる。第１密封環５の外周の第１押圧面５Ｂは、円周面に形成すると共に、その第１押圧面５Ｂが第１シール面５Ａに向かって大径になるような第１傾斜面５Ｂ１に形成する（図２を参照）。この第１押圧面５Ｂは、第１傾斜面５Ｂ１の両端側がほぼ同形状の円弧状面に形成する。この両円弧状面のうち、第１シール面５Ａ側の第１円弧状面５Ｂ２は、後述する第１弾性シールリング２の外周面と略接合する曲率半径に形成する。更に、第１押圧面５Ｂの第１背面５Ｆ側は基準円弧状面である。又、第１密封環５の内周は、第１内周面５Ｅに形成すると共に、軸と間隙を設けた遊嵌状態に形成する。この第１押圧面５Ｂは、他の実施例として図２に示す破線の第１押圧面５Ｂ’のように傾斜面に形成することもできる。この第１押圧面５Ｂは、幅Ｈと長さＬのＨ／Ｌの寸法比が０．５を越えなければ、図２を参照して種々の形状に形成できる。

図２を参照する。図２に於いて、第１密封環５は、実線で示す押圧面５Ｂに形成されている。この第１押圧面５Ｂは基準円弧状面の曲率半径ＱのＤ点を通る中心線からθの角度の線と交わる点Ｐから第１傾斜面５Ｂ１を形成する。このときの第１傾斜面５Ｂ１の軸芯に対する角度は、θとなるように設定されている。第１押圧面５Ｂの軸方向の長さＬは、点Ｐから第１円弧状面５Ｂ２の外径の終端点Ｐ`までの距離である。又、第１押圧面５Ｂの径方向の幅Ｈは、点Ｐから第１密封環５の外径面までの距離である。第１シール面５Ａの径方向の面幅はＣであり、径方向の面幅Ｃは、第１押圧面５Ｂの径方向の幅Ｈより小さい。尚、第１シール面５Ａを形成する端部の厚さはＬ１である。この厚さＬ１は、第１密封環５の材質の強度及びシール面５Ａからの摺動時の発熱が第１弾性シールリング２に伝熱することを考慮して決める。

この第１押圧面５Ｂの他の例として、前述したように破線で示すような略直線状の第１押圧面５Ｂ’に形成することもできる。この構成に於いても、前述したようにして幅Ｈと長さＬのＨ／Ｌの寸法比は０．５を越えないようにする。更に、第１シール面５Ａの径方向の面幅Ｃと第１押圧面５Ｂの径方向の幅Ｈとの寸法関係を考慮し、第１シール面５Ａを設けた端面の内周は、対向端面と接触しないようにテーパ面５Ａ１に形成する。尚、第１密封環５は径方向の厚さがＷ寸法のリング体である。この径方向の厚さＷは、フローティングシールとして第１密封環５及び第２密封環１５の各シール面５Ａ、１５Ａの平面度を保てる強度の点から考慮して設計する。この第１密封環５は、直径が３８ｍｍから１０００ｍｍの範囲のものが適している。

第２密封環１５は、図１から明らかなように、第１密封環５と対称の形状となる。その形状は、上述した第１密封環５と同形状であるので詳細な説明は省略する。尚、第２密封環１５の端面には、第２シール面１５Ａを設けると共に、反対側には第２背面１５Ｆを設ける。又、第２密封環１５の外周には、第２押圧面１５Ｂを設ける。この第２押圧面１５Ｂは、第２傾斜面（第１傾斜面５Ｂ１と同じ形状）と第２円弧状面１５Ｂ２から構成する（図１を参照）。尚、第２密封環１５は内周に内周面１５Ｅを形成する。又、第２シール面１５Ａの内周は第２テーパ面１５Ａ１に形成する。又は、テーパ面１５Ａ１の代わりに段付形状にしても良い。

この第１密封環５及び第２密封環１５は、鋳鉄製である。鋳鉄としてはＣｒ−Ｍｏ鋳鉄、Ｎｉ−Ｃｒ鋳鉄が好ましい材料である。この他の材料としては、銅合金、炭素鋼、ＳｉＣ、超硬合金、アルミナセラミック等の材料で製作することもできる。第１密封環５及び第２密封環１５を鋳鉄製にすると熱伝導が良好であると共に、摺動性も良い。更に、材料費が安く且つ加工費が安価である。又、第１密封環５と第２密封環１５のうちの一方を鋳鉄材にすることもできる。各第１密封環５及び第２密封環１５は、これらの材料を機械加工又は粉末成形により製作する。

第１シールリテーナ５１はローラ５０にＯリング３０を介して嵌着している（図４を参照）。第１シールリテーナ５１の内周には第１内周固定面５１Ａが段付面で環状に形成する。この第１内周固定面５１Ａは、第１押圧面５Ｂに対向した傾斜面に形成する。この第１内周固定面５１Ａの先端面は円弧状に内周へ突出しているが、第１内周固定面５１Ａを延長して傾斜した第１先端面５１Ａ１に形成することもできる。第１内周固定面５１Ａの内部側の支持面５１Ｂは第１弾性シールリング２が被密封流体の圧力により押し込まれたときに支持する。この支持面５１Ｂは、被密封流体の圧力が第１弾性シールリング２に作用したとき、第１押圧面５Ｂの第１傾斜面５Ｂ２に被密封流体の圧力が作用する面積を小さくすることができる。このため、第１支持面５１Ｂは破線で示す突出支持面５１Ｂ１のように第１弾性シールリング２へ突出させて近接させると良い。

第２シールリテーナ６１は、リテーナ６０に一体に形成しているが（図４参照）、第２密封環１５を挿入する関係から、別体に形成することもできる。尚、第２シールリテーナ６１の第２内周固定面６１Ａ、第２先端面６１Ａ１、第２支持面６１Ｂ、第２突出支持面６１Ｂ１も第１シールリテーナ５１の第１内周固定面５１Ａ、第１先端面５１Ａ１、第１支持面５１Ｂ、第１突出支持面５１Ｂ１と対称を成して略同一形状に形成されている。第１シールリテーナ５１及び第２シールリテーナ６１は鋳鉄、鋳鋼、特殊鋼にすると良い。

シール装置１には、Ｏリング型の第１弾性シールリング２が第１密封環５の第１押圧面５Ｂと第１シールリテーナ５１の内周固定面５１Ａとの間に楕円形状に弾性変形した形に圧縮して嵌合する。そして、第１弾性シールリング２の内周の第１接合面２Ｃ１を第１押圧面５Ｂに密接させると共に、外周面の第２接合面２Ｃ２を第１シールリテーナ５１の第１内周固定面５１Ａに密接する。この第１弾性シールリング２の弾発力により第１密封環５の第１押圧面５Ｂを軸方向へ押圧すると共に、第１シール面５Ａを第２シール面１５Ａへ押圧して密接させる。同時に、第１弾性シールリング２は第１密封環５と第１シールリテーナ５１との空間部２０の被密封流体がシール室７０側へ漏洩するのをシールする。

次に、第１弾性シールリング２と対称に配置された第２弾性シールリング３は、第１弾性シールリング２と対称形に形成されている。この第２弾性シールリング３も第２密封環１５の第１押圧面１５Ｂと第２シールリテーナ６１の第２内周固定面６１Ａとの間に楕円形状に弾性変形した形に圧縮されて嵌合している。そして、第２弾性シールリング３の内周の第１接合面３Ｃ１を第２押圧面１５Ｂに密接させると共に、外周面の第２接合面３Ｃ２を第２シールリテーナ６１の第２内周固定面６１Ａに密接させる。この第２弾性シールリング３の弾発力により第２密封環１５の第２押圧面１５Ｂを押圧すると共に、第２シール面１５Ａを第１シール面５Ａへ弾発に押圧して密接させる。同時に、第２弾性シールリング３は第２密封環１５と第２シールリテーナ６１との間の空間部２０の被密封流体がシール室７０側へ漏洩するのをシールする。この空間部２０の被密封流体は、シール装置１をダンプトラック、トラクター等に取り付けたとき、走行中に外部Ａから浸入する。

この第１弾性シールリング２及び第２弾性シールリング３は、ゴム材製である。このゴム材は、例えば、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、パーフロロエラストマー、ニトリルゴム（ＮＢＲ）の硬度ＤｕｒｏＡ６０から７０、ウレタンゴム（Ｕ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、弾性力を有する樹脂（例えば、四弗化エチレンーパーフロオロメチルビニルエーテルゴム）、シリコン等が用いられる。又、第１弾性シールリング２及び第２弾性シールリング３は、Ｏリングに形成されているが、この実施例では、Ｏリングの線径は直径が５ｍｍから１８ｍｍの範囲にすると良い。

このように構成された第１弾性シールリング２と第２弾性シールリング３は、通常の被密封流体の圧力では、第１弾性シールリング２の第１接合面２Ｃ１が第１密封環５の第１押圧面５Ｂに密接すると共に、第２弾性シールリング３の第１接合面３Ｃ１が第２密封環１５の第２押圧面１５Ｂに密接する。又、第１弾性シールリング２の第２接合面２Ｃ２が第１シールリテーナ５１の第１内周固定面５１Ａに接合すると共に、第２弾性シールリング３の第２接合面３Ｃ２が第２シールリテーナ６１の第２内周固定面６１Ａに密接する。このとき、第１弾性シールリング２の第１接合面２Ｃ１及び第２弾性シールリング３の第１接合面３Ｃ１は、互いに第１密封環５の第１押圧面５Ｂ及び第２密封環１５の第２押圧面１５Ｂを弾性的に押圧して第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａが互いに密接するように作用する。

そして、高圧力の被密封流体が外部Ａからシール装置１の空間部２０に作用すると、図３に示すような圧力状態になる。この被密封流体Ｍに含まれる土砂等の粉末が空間部２０内に圧力として蓄積する。このとき、図１３に示すような先行技術では、図３の仮想線で示すような第１円弧状面５Ｂ２から外径方向へ第１垂直面１０５Ｃが形成されている。尚、反対側は第１シール面１０５Ａとテーパ面１０５Ａ１とに形成されている。このとき、被密封流体Ｍの圧力が、第１円弧状面５Ｂ２に作用する力Ｆ２と、第１垂直面１０５Ｃに作用する力Ｆ３との合力として第１密封環５に作用する。そして、第１垂直面１０５Ｃに作用した力Ｆ３が第１シール面１０５Ａを強力に押圧し、第１シール面１０５Ａの摺動時に第１シール面１０５Ａの摺動熱で第１シール面１０５Ａを発熱させると共に、第１シール面１０５Ａを摩耗させることになる。同時に、被密封流体Ｍは、第１弾性シールリング２及び第２弾性シールリング３に対してＦ５の力が作用して図３に示すように押圧する。尚、第２密封環１５と第２弾性シールリング３に対しても同様に作用する。

しかし、本発明のように、第１押圧面５Ｂ及び第２押圧面１５Ｂの各受圧面積を設定する幅Ｈと長さＬの寸法比がＨ／Ｌ＝０．５を越えない値によって、第１押圧面５Ｂの第１受圧面積と第２押圧面１５Ｂの第２受圧面積とを小さくできるから、第１受圧面積に作用する力Ｆ２の合力及び第２受圧面積に作用する力Ｆ２の合力も小さくなる（第２密封環１５の図は、対称であるため省略）。その結果、各シール面５Ａ、１５Ａに作用する力Ｆ１は小さくすることができる。そして、互いに密接する第１シール面５Ａと第２シール面１５Ａの摺動時の摩耗が防止できると共に、摺動時の発熱が防止できる。更に、発熱に伴う高温度により第１弾性シールリング２及び第２弾性シールリング３が永久変形する応力緩和を防止し、第１弾性シールリング２により第１密封環５を押圧する弾発能力を向上させると共に、第２弾性シールリング３により第２密封環１５を押圧する弾発能力を向上させる。

図５は本発明の他の実施の形態に係わるシール装置１の片側の断面図である。図５に於いて、図の右側の構成は、上述した第１密封環５と第１弾性シールリング２と第１シールリテーナ５１と同一形状である。この図５の左側の構成は、第２シールリテーナ６１に段部状の固定面６１Ａを形成する。この固定面６１ＡにＯリングであるシール環状体１３を介して第２密封環２５を接合状態に嵌着する。このシール環状体１３により第２シールリテーナ６１と第２密封環２５との間をシールする。この第２密封環２５には、端部に第２シール面２５Ａを設ける。又、第２密封環２５の内周は、軸と遊合する第２内周面２５Ｅに形成されている。このように、シール装置１の第１密封環５のみを本発明のように構成して第２密封環２５を他の構成にすることもできる。また、このシール環状体１３は、第２シールリテーナ６１と第２密封環２５の間に介在し、図５に示すように、第２シールリテーナ６１と第２密封環２５との接合面間をシールする形状にしたものも存する。或いは、図１に示すように、接合面間をシールするとともに、第２密封環２５を弾性的に支持して押圧するものも存する。従って、第２シールリテーナ６１と第２密封環２５との組み合わせの形状に応じてシール環状体１３を種々の形状に応用できる。

以上の実施の形態に示すように、シール装置１は、ローラ５０の回動とともに、外部Ａから浸入して徐々に蓄積された圧力の被密封流体及び泥水等をシールすることができる。又、シール室７０の一方には、ローラ５０と軸との間にベアリング５２が設けられているので、潤滑油が介在されている。しかし、第１弾性シールリング２及び第２弾性シールリング３は、この潤滑油の圧力を受けても被密封流体が高圧であるから、潤滑油をシールする（図４を参照）。そして、被密封流体の圧力が高圧であっても、各シール面５Ａ、１５Ａは、第１密封環５の第１押圧面５Ｂと第２密封環１５の第２押圧面１５Ｂとの傾斜する径方向の幅Ｈと軸方向の長さＬの寸法比がＨ／Ｌ＝０．５を越えない値により、強く圧接されない構成になる。そして、第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａは、摩耗が防止されると共に、摺動時の発熱を防止して第１弾性シールリング２及び第２弾性シールリング３の耐久能力を発揮させ、そのシール能力を向上させる。尚、その他の符号の説明は図１と同じである。

図６のシール装置１は、図１のシール装置１と略同一の構成である。第１密封環５及び第２密封環１５は軸方向の長さＬの寸法を２１ｍｍに形成すると共に、最大外径を２６０ｍｍに形成した。又、第１弾性シールリング２及び弾性シールリング３は、Ｏリングであって、外径の直径寸法が２７４．６ｍｍであり、線径の直径寸法が１３．１ｍｍである。更に、外部Ａから空間部２０に被密封流体を導入する通路幅は４ｍｍにした。このシール装置１により、本発明の各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａに於ける摺動時の摩耗状態と発熱温度状態を試験した。尚、図６のシール装置１の構成は、図１のシール装置１と同一符号で示す通り同一である。そして、図６に示すように、空間部２０に泥を高圧で押し込んで、第１弾性シールリング２と第２弾性シールリング３を図３に示すような押圧状態にした。このとき、第１弾性シールリング２と第１押圧面５Ｂとの間及び第２弾性シールリング３と第２押圧面１５Ｂとの間に泥水は圧入される。

本発明の実施例１

図７は、第１試験の下記の条件で各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａ近傍の摺動時の発熱温度をチャートにしたものである。この第１試験の条件は以下の通りである。

１）第１密封環５の第１押圧面５Ｂと第２密封環１５の第２押圧面１５Ｂは、 図２の形状に於いて、Ｈ／Ｌ＝０．３５の寸法関係に形成した。

２）シール室７０内の潤滑油は、ギヤオイル＃９０で、オイルヒータにより加 熱する。

３）第１シール面５Ａの周速度は、０．６ｍ／ｓである。

４）試験時間は、５０時間で連続運転した。

そして、各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａを相対摺動させ、図６に示す第１円弧状面５Ｂ２又は第２円弧状面１５Ｂ２の外周近傍の測定位置Ｕと、この測定位置Ｕから図示省略する周方向へ１８０°廻った第１円弧状面５Ｂ２又は第２円弧状面１５Ｂ２の対称の測定位置とに於ける少なくとも二個所の摺動時の発熱温度を測定した。その結果は、図７のチャートに示す通りである。

図７のチャートに於いて、ＵＴは、図示上部の測定位置Ｕを温度測定した値である。又、ＤＴは、測定位置Ｕに対し軸芯の対称の測定位置（Ｕの位置から周方向へ１８０°廻った位置）を温度測定した値である（図６に示す下部には潤滑油が存在する）。又、Ｔは、オイルヒータによる油温の温度である。Ｒは、試験機の周囲の室温である。比較例の密封環（図１３に示す各密封環と類似な形状）では、図２の形状とは異なるが符号を参照して各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａが摺動してから３時間から５時間の間に焼き付きが生じるが、第１実施例では各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａに焼き付きが認められない。又、各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａ付近の温度は、約１５０°Ｃで進行した。このため、第１弾性シールリング２及び第２弾性シールリング３は軟化することなく耐久能力を発揮する。

図８は、実施例１の第１試験後に各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａを断面にして拡大した摩耗状態である。この各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａは、摺動から５０時間後でも、ほとんど摩耗が進行していないことが認められる。
本発明の実施例２

図９は、実施例１の試験と同じ条件で実施し、各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａ近傍の摺動時の発熱温度をチャートにしたものである。但し、
１）第１密封環５の第１押圧面５Ｂと第２密封環１５の第２押圧面１５Ｂは、図２の形状に於いて、Ｈ／Ｌ＝０．５０の寸法関係に形成した。

又、測定した位置は、図６に示す第１密封環５の第１円弧状面５Ｂ２と第２密封環１５の第２円弧状面１５Ｂ２の測定位置Ｕと、測定位置Ｕに対して周方向へ１８０°廻った対称の測定位置とである。

図９のチャートに於いて、ＵＴは、図６に示す測定位置Ｕを温度測定した値である。又、ＤＴは、測定位置Ｕに対し軸芯と対称の測定位置を温度測定した値である。更に、Ｔは、オイルヒータによる油温の状態である。又、Ｒは、試験機の周囲の室温である。試験の結果は、図９のチャートに示す通りである。この各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａ近傍の発熱温度は、１６０°Ｃ前後で進行した。この温度でも、第１弾性シールリング２及び第２弾性シールリング３は軟化することなく、耐久能力を発揮する。先行技術では、各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａが摺動してから３時間から５時間経つと焼き付きが生じるが、第２試験でも各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａに焼き付きが認められなかった。

図１０は、実施例２の試験後に各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａを断面にして拡大した摩耗状態である。この各第１シール面５Ａ及び第１シール面１５Ａは、摺動から５０時間後でも、摩耗があまり進行していないことが認められる。
比較例１

図１１は、実施例１の試験条件と同じ条件で各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａ近傍の摺動時の発熱温度を連続に調べ、チャートにしたものである。但し、
１）第１密封環５の第１押圧面５Ｂと第２密封環１５の第２押圧面１５Ｂは、図２の形状に於いて、Ｈ／Ｌ＝０．６７の寸法関係に形成した（図１３の各密封環と類似の形状）。

又、各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａを相対摺動させ、図６に示す外周近傍の測定位置Ｕとこの測定位置Ｕから周方向へ１８０°廻った対称の測定位置との発熱温度を測定した。その結果は、図１１のチャートに示す通りである。

図１１のチャートに於いて、ＵＴは、図６に於ける測定位置Ｕを温度測定した値である。又、ＤＴは、測定位置Ｕに対して軸芯と対称の測定位置Ｕの位置から１８０°廻った位置）を温度測定した値である。又、Ｔは、オイルヒータによる油温の状態である。Ｒは、試験機の周囲の室温である。この比較例１の試験に於いて、各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａは摺動すると直ぐに２３０°Ｃから２４０°Ｃの温度に上昇し、その２時間後に相対摺動する各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａは焼き付きが生じて試験機が停止した。その後も無理に運転すると、相対摺動する各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａは、数時間ごとに焼き付きを繰り返しながら、摺動した。各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａの焼き付き時は、発熱温度が２２０°Ｃ位まで高まることが認められる。このときの各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａの発熱温度は、１７０°Ｃから２７０°Ｃの範囲に振れた。

図１２は、比較例１の試験に於ける各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａを断面にした摩耗状態である。この各第１シール面５Ａ及び第２シール面１５Ａの摩耗状態は、実施例１及び実施例２に比較して異常な摩耗が認められる。又、長時間使用すると、第１弾性シールリング２及び第２弾性シールリング３が軟化する恐れがある。

以上は、本発明の特定の実施例について記載したが、これらの実施の態様の説明は、発明の全部を網羅するものではなく、或いは、開示された形態に本発明を限定するものでもない。この実施例から種々の変更や修正ができることは、記載例から明らかである。本発明の技術的範囲は請求項によって規定されている。

以上のように、本発明のシール装置は、履帯用ローラ、トラックローラ、減速装置、油圧モータ等の相対回動する部品間をシールするシール装置として有用である。特に、車両の減速装置、各種機械の油圧モータ等の相対部品間に不純物が蓄積して圧力を高める被密封流体や、高圧な被密封流体をシールするシール装置として有用である。

Claims (4)

1. 相対回動する一方の部品と他方の部品との間をシールするフローテング型のシール装置であって、
   端面に第１シール面を有すると共に、前記第１シール面と反対側に押圧力で軸方向へ押圧できる第１押圧面を有する第１密封環と、
   前記第１押圧面と対向する第１内周固定面を有する第１シールリテーナと、
   前記第１押圧面と前記第１内周固定面との間の両面に密接して弾発力により前記第１押圧面を軸方向へ押圧する第１弾性シールリングと、
   前記第１密封環の前記第１シール面に密接して相対摺動可能な第２シール面を有するとともに前記第２シール面を支持する支持面を有する第２密封環と、
   前記第２密封環の前記支持面がシール環状体を挟んで保持される固定面を有する第２シールリテーナと、を具備し、
   前記第１押圧面は径方向の幅（Ｈ）に対して軸方向の長さ（Ｌ）の寸法比Ｈ／Ｌが０．５を越えない範囲の傾斜状面に形成されていることを特徴とするシール装置。
2. 前記第１密封環の前記第１シール面の径方向面を基準にして前記第２密封環は前記支持面が前記第１密封環の第１押圧面と軸方向に対称な形に形成されているとともに、前記第２シールリテーナの前記固定面は前記第１シールリテーナの前記第１内周固定面と対称な形に形成され、且つ前記シール環状体は前記第１弾性シールリングと対称な形に形成されて前記第２密封環と密接して支持していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のシール装置。
3. 前記第１押圧面又は／及び前記第２押圧面が環状面の両端側を円弧状面に形成すると共に、前記円弧状面が弾性シールリングの外周面と略同一の曲率に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のシール装置。
4. 前記第１弾性シールリング又は／及び前記第２弾性シールリング又はシール環状体が水素化ニトリルゴム材製であることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項又は第３項に記載のシール装置。
   
   

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