WO2018105094A1 - Ｏリングを用いたシール構造 - Google Patents

Abstract

Ｏリング（５）を用いたシール構造（３）の装着溝（６）は、溝底面（１１）と、溝底面（１１）の内周縁に連続して鋭角で傾斜している鋭角側溝側面（１２）と、溝底面（１１）の外周縁に連続して鈍角で傾斜している鈍角側溝側面（１３）とによって規定される。Ｏリング（５）は、鋭角側溝側面（１２）に対して押し広げられた状態で装着される。Ｏリング（５）は、装着溝（６）内において溝底面（１１）と鋭角側溝側面（１２）との間に拘束される。装着溝（６）からＯリング（５）が脱落することが防止される。溝底面（１１）から溝開口（１４）に向かって、溝幅が一定、あるいは広がっている。Ｏリング（５）を装着溝（６）に装着する作業がし易く、装着溝（６）の加工もし易い。

Description

Ｏリングを用いたシール構造

　本発明は、２つの部材の間を、Ｏリングを用いてシールするシール構造に関し、特に、Ｏリングを装着するための装着溝の形状に関する。

　Ｏリングは合成ゴムなどの弾性素材からなる円形断面のシールリングであり、広く使用されている。Ｏリングは、対峙あるいは当接する２つの部材の間において、一方の部材に形成した装着溝に装着され、他方の部材によって所定量だけ押しつぶされた状態とされ、これによって、部材間をシールする。

　Ｏリングの装着溝は、一般に、部材表面に開口する一定幅で一定深さの長方形断面の溝である。長方形断面の溝は、そこに装着したＯリングが脱落することがある。特に、Ｏリングが張り状態（半径方向の外方に押し広げた状態）で装着溝に装着される場合には、Ｏリングが、張力によって装着溝から脱落しやすい。

　Ｏリングが装着溝から脱落することを防止するために、装着溝として、蟻溝が使用される場合がある。蟻溝は、溝幅が溝底面から溝開口に向かって徐々に狭くなる台形状の断面形状をしており、Ｏリングの脱落防止に有効である。特許文献１の図７、８には、蟻溝をＯリングの装着溝として用いる例が記載されている。

　なお、特許文献２には、断面が円形ではない複雑な断面形状の弾性シールを用いたシール構造が記載されている。ここに記載のシール構造の装着溝では、一方の溝側面が部材表面に直交する直交面となっており、他方の溝側面が溝底面に向かって溝幅が広がる方向に傾斜した傾斜面となっている。変形三角形断面の弾性シールに形成した平坦面を装着溝の直交面に押し付けている。これにより、弾性シールの装着溝からの脱落を防止している。

特開２００９－１４４７３５号公報 特開２００８－３２０３３号公報

　Ｏリング装着溝が蟻溝形状をしている場合には、Ｏリングの脱落防止には有利である。しかし、溝開口が狭いので、長方形断面の装着溝に比べて、Ｏリングの装着作業が困難である。特に、Ｏリングを張り状態で装着溝に装着する場合には、Ｏリングを大きく押し広げて狭い溝開口を通して装着する必要があるので、装着作業が困難である。また、溝幅が溝底面に向かって広がる蟻溝形状の装着溝を加工する作業も、長方形断面の装着溝を加工する場合に比べて、より困難であり、特殊な加工用チップを必要とする。

　ここで、特許文献２に開示の装着溝形状を、Ｏリング装着溝として用いることが考えられる。この場合においても、長方形断面の装着溝と同様に、Ｏリングが溝側面である直交面に沿って装着溝から脱落しやすいという問題が発生する。また、溝開口が狭く、溝幅が溝開口から溝底面に向かって徐々に広がっているので、装着溝の加工作業も長方形断面の一般的なＯリング装着溝に比べて困難である。

　本発明の目的は、Ｏリングを容易に装着でき、装着したＯリングが脱落し難く、かつ、加工し易いシール構造を提供することにある。

　本発明による、Ｏリングを用いたシール構造は、第１部材の側の第１端面と第２部材の側の第２端面の間をシールするためのＯリングと、Ｏリングを装着するために、第１部材に形成され、第１端面に開口している装着溝とから構成される。Ｏリングの中心軸線を含む平面で切断した場合における装着溝の溝断面形状は、第１端面に平行な溝底面と、溝底面における内周縁端および外周縁端のうちの一方に連続して、溝底面に対して鋭角をなす方向に延びている鋭角側溝側面と、溝底面における内周縁端および外周縁端のうちの他方に連続して、溝底面に対して鈍角をなす方向に延びている鈍角側溝側面とによって規定されている。さらに、Ｏリングは、鋭角側溝側面に対してＯリング半径方向から押し付けられた状態で、装着溝に装着されていることを特徴としている。

　Ｏリングは、装着溝内に装着された状態では、鋭角側溝側面に押し付けられて、溝底面と鋭角側溝側面との間に拘束される。これにより、装着溝からＯリングが脱落することが効果的に防止される。

　また、装着溝における鈍角側溝側面の面形状および傾斜角度は、Ｏリング装着作業の容易性、装着溝の加工性を考慮して設定することができる。よって、従来の装着溝に比べて、Ｏリングを装着溝に装着する作業がし易く、また、装着溝の加工もし易い装着溝を実現できるというメリットがある。

　Ｏリングが鋭角側溝側面に押し付けられた状態を、Ｏリングによってシールされる部分の圧力差を利用して形成することができる。すなわち、Ｏリング半径方向に沿って見た場合に、装着溝における圧力が相対的に高くなる側に、鈍角側溝側面を形成し、圧力が相対的に低くなる側に、鋭角側溝側面を形成する。使用状態においては、装着溝に装着したＯリングが、圧力差によって、鋭角側溝側面に押し付けられた状態になる。

　合成ゴムなどの弾性素材から形成されるＯリングの弾性力を利用して、Ｏリングが鋭角側溝側面に押し付けられた状態を形成できる。すなわち、Ｏリング半径方向に沿って見た場合に、装着溝の内周側溝側面を鋭角側溝側面とし、当該内周側溝側面の最大周長をＯリングの内周長よりも長くする。Ｏリングは、押し広げられた状態で装着溝に装着されて、弾性復帰力によって、内周側溝側面に押し付けられた状態になる。

　装着溝の断面形状を全体として平行四辺形にすることができる。すなわち、装着溝の鈍角側溝側面を、鋭角側溝側面と平行な傾斜面にして、装着溝の溝幅を、溝底面から溝開口まで一定にする。溝加工がし易いように、溝幅が溝底面から溝開口に向かって漸増するように、鋭角側溝側面の傾斜角度および鈍角側溝側面の傾斜角度を設定することも可能である。

本発明を適用したシール構造の一例を示す概略断面図である。 図１Ａのシール構造の装着溝の形状を示す説明図である。 本発明のシール構造を備えた波動歯車装置の一例を示す縦断面図である。 図２のクロスローラベアリングの外輪と外歯歯車を示す縦断面図である。 図３Ａの装着溝の形状を示す説明図である。

　以下に、図面を参照して、本発明を適用したシール構造の実施の形態を説明する。図１Ａは、本発明を適用したシール構造の実施の形態を示す概略断面図である。第１部材１と第２部材２の間をシールするためのシール構造４は、Ｏリング５と、Ｏリング５を装着するための装着溝６とから構成される。Ｏリング５は、合成ゴムなどの弾性素材から形成される円形断面の弾性リングである。装着溝６は、本例では、リング状の溝であり、ほぼ平行四辺形の断面形状をしている。

　装着溝６は、第１部材１の側に形成されており、その第１端面１ａに開口している。第１部材１の第１端面１ａは、第２部材２の側の第２端面２ａに対峙あるいは当接している。Ｏリング５は、第１部材１および第２部材２によって押しつぶされた状態で、装着溝６に装着されている。押しつぶされた状態で装着溝６に装着されたＯリング５によって、第１端面１ａと第２端面２ａの間がシールされている。

　図１Ｂは装着溝６の断面形状を示す説明図である。装着溝６の断面形状、すなわち、Ｏリング５の中心軸線５ａを含む平面で切断した場合の断面形状について説明する。装着溝６の溝断面形状は、溝底面１１、溝底面１１におけるＯリング半径方向の内周側の縁端に連続している鋭角側溝側面１２（内周側溝側面）、および、溝底面１１の外周側の縁端に連続している鈍角側溝側面１３（外周側溝側面）によって規定されている。鋭角側溝側面１２の溝開口側の先端部と鈍角側溝側面１３の溝開口側の先端部との間が一定幅の溝開口１４となっている。

　溝開口１４はリング状の溝であり、溝開口１４によって、第１部材１の第１端面１ａは、内周側端面部分１ｂと外周側端面部分１ｃに分かれている。鋭角側溝側面１２の溝開口側の先端部は、内周側端面部分１ｂの外周縁に連続しており、鈍角側溝側面１３の溝開口側の先端部は、外周側端面部分１ｃの内周縁に連続している。

　溝底面１１は、第１端面１ａに平行な一定幅の平坦面である。鋭角側溝側面１２は、溝底面１１の内周縁に連続して、溝底面１１に対して鋭角をなす方向に延びている傾斜面である。鈍角側溝側面１３は、溝底面１１における外周縁に連続して、溝底面１１に対して鈍角をなす方向に延びている傾斜面である。溝底面１１と鋭角側溝側面１２との間の入り隅部分は凹曲面によって滑らかに繋がっており、溝底面１１と鈍角側溝側面１３との間の入り隅部分も凹曲面によって滑らかに繋がっている。また、鋭角側溝側面１２と内周側端面部分１ｂとの間の出隅部分は凸曲面によって滑らかに繋がっており、鈍角側溝側面１３と外周側端面部分１ｃとの間の出隅部分も凸曲面によって滑らかに繋がっている。

　本例では、鋭角側溝側面１２と鈍角側溝側面１３とは平行な傾斜面となっている。鋭角側溝側面１２の溝底面１１に対する傾斜角度は、６０～７０°程度の鋭角である。図示の例では７０°としてある。鈍角側溝側面１３の溝底面１１に対する傾斜角度は、鋭角側溝側面１２の側の傾斜角度と補角の関係をなす角度、あるいは、それよりも大きな角度に設定することができる。

　鋭角側溝側面１２は、装着溝６に装着したＯリング５の脱落防止機能が発揮されるように、適切な面形状、傾斜角度に設定される。また、押しつぶされる前の円形断面のＯリング５を装着溝６に装着した状態において、Ｏリング５の最小周長の部位５ｂに対して、鋭角側溝側面１２の最大周長の部位１２ａが、溝開口１４の側に位置するように、鋭角側溝側面１２が形成されている。他方の鈍角側溝側面１３の面形状および傾斜角度は、自由度が高く、Ｏリング５の装着のし易さ、装着溝６の加工のし易さを考慮して設定することができる。これらの観点からは、装着溝の溝幅Ｗが、溝底面１１から溝開口１４に向かって一定、あるいは、徐々に広くなるように、鈍角側溝側面１３の面形状および傾斜角度を設定すればよい。なお、鋭角側溝側面１２および鈍角側溝側面１３は、それらの両端部分を除き、平面によって規定されている。鋭角側溝側面１２、鈍角側溝側面１３を、曲面によって規定することも可能である。

　Ｏリング５のＯリング線径ｄは、公知のように、溝底面１１から第２端面２ａまでの間隔Ｄ（溝深さ）に、Ｏリングつぶし代を加算した寸法とされる。装着溝６の溝幅Ｗは、Ｏリング線径ｄよりも大きい寸法とされる。したがって、装着溝６の鈍角側溝側面１３の最小周長は、Ｏリングの外周長よりも長い。また、Ｏリング５のつぶし率は、第１、第２部材１、２が相対運動しない固定用のシール構造（静的シール）の場合には、例えば、最大で３０％程度の値とされる。第１、第２部材１、２が相対運動する摺動用、回転用のシール構造（運動用シール）の場合には、固定用のシール構造に比べて、低い値とされる。

　ここで、Ｏリング５は、鋭角側溝側面１２に押し付けられた状態で、装着溝６に装着される。本例では、装着溝６の内周側溝側面である鋭角側溝側面１２の最大周長が、Ｏリング５の内周長よりも長くなるように設定されている。したがって、Ｏリング５を装着溝６に装着するために、Ｏリング５を押し広げて、鋭角側溝側面１２と溝底面１１との間に装着される。Ｏリング５が鋭角側溝側面１２に押し付けられた状態で装着溝６に装着されるので、Ｏリング５が装着溝６から脱落することを防止できる。

　また、本例では、装着溝６内において、Ｏリング５の内周側は、Ｏリング５の外周側部分比べて、相対的に圧力が高くなる。この圧力差によって、Ｏリング５が鋭角側溝側面１２に押し付けられた状態が形成あるいは維持される。

　図２は、上記構成のシール構造の適用例である波動歯車装置を示す概略縦断面図である。この図に示す波動歯車装置２０は、ユニット型の波動歯車装置であり、中空入力軸２１と、中空入力軸２１の外周面に組み付けられた波動発生器２２と、波動発生器２２によって楕円状に撓められるシルクハット形状の可撓性の外歯歯車２３と、外歯歯車２３を取り囲む剛性の内歯歯車２４と、外歯歯車２３および内歯歯車２４を相対回転自在の状態で支持しているクロスローラベアリング２５とを備えている。

　クロスローラベアリング２５の外輪２６は、外歯歯車２３のリング状の剛性のボス２７を挟み、中空入力軸２１の一方の軸端側に配置されている円盤状のユニット端板２８に固定されている。クロスローラベアリング２５の内輪２９には、内歯歯車２４が固定されている。内歯歯車２４には、中空入力軸２１の他方の軸端側に位置する円盤状のユニット端板部分３０が一体形成されている。中空入力軸２１の両側の軸端部は、それぞれ、ボールベアリング３１、３２を介して、ユニット端板２８およびユニット端板部分３０によって、回転自在の状態で支持されている。

　ここで、クロスローラベアリング２５の外輪２６と、外歯歯車２３のボス２７との間は、Ｏリングを用いたシール構造３３によってシールされている。同様に、ボス２７とユニット端板２８との間も、Ｏリングを用いたシール構造３４によってシールされている。これらのシール構造３３、３４には、図１Ａ、図１Ｂに示すシール構造４が用いられている。

　図３Ａは外輪２６および外歯歯車２３を示す断面図であり、図３Ｂは、シール構造３３の装着溝の断面形状を示す説明図である。シール構造３３の装着溝４６は、外輪２６（第１部材）に形成されており、その端面２６ａ（第１端面）に開口している。外輪２６の端面２６ａは、ボス２７（第２部材）の側の端面２７ａ（第２端面）に当接している。Ｏリング４５は、外輪２６とボス２７によって押しつぶされた状態で、装着溝４６に装着されている。図においては押しつぶされる前の円形断面状態を示してある。

　装着溝４６の断面形状は、ほぼ平行四辺形であり、溝底面５１、溝底面５１の内周縁端に連続している鋭角側溝側面５２（内周側溝側面）、および、溝底面５１の外周縁端に連続している鈍角側溝側面５３（外周側溝側面）によって規定されている。鋭角側溝側面５２の先端部と鈍角側溝側面５３の先端部との間が一定幅の溝開口５４となっている。装着溝４６の各部分の形状は、図１Ａ、図１Ｂに示すシール構造の装着溝６と同一であるので、それらの説明を省略する。

　上記のシール構造４、３３では、Ｏリング５、４５の装着溝６、４６の内周側溝側面が、溝底面１１、５１に対する傾斜角度が鋭角の鋭角側溝側面１２、５２である。その外周側溝側面が、溝底面１１、５１に対する傾斜角度が鈍角の鈍角側溝側面１３、５３である。Ｏリング５、４５を装着溝６、４６に装着した状態では、Ｏリング５、４５が鋭角側溝側面１２、５２に押し付けられた状態になる。よって、Ｏリング５、４５が装着溝６、４６から脱落することが防止される。また、装着溝６、４６の溝幅は溝底面１１、５１から溝開口１４、５４に向かって一定、あるいは、徐々に広がっているので、装着溝６、４６の加工作業がし易く、装着溝６、４６に対するＯリング５、４５の装着作業もし易い。さらに、鈍角側溝側面１３、５３の面形状、傾斜角度の自由度が高いので、この点からも、溝加工がし易いというメリットがある。

　なお、上記の実施の形態は、本発明のシール構造を波動歯車装置に適用した例である。本発明は、波動歯車装置以外の装置、部品のシール部分に適用可能なことは勿論である。
 

Claims (5)

1. 　第１部材の側の第１端面と第２部材の側の第２端面の間をシールするためのＯリングと、当該Ｏリングを装着するために、前記第１部材に形成した装着溝とを有し、
   　前記Ｏリングの中心軸線を含む平面で切断した場合における前記装着溝の溝断面形状は、
   　前記第１端面に平行な溝底面と、
   　前記溝底面におけるＯリング半径方向の内周側の縁端および外周側の縁端のうちの一方に連続して、前記溝底面に対して鋭角をなす方向に延びている鋭角側溝側面と、
   　前記溝底面における前記内周側の縁端および前記外周側の縁端のうちの他方に連続して、前記溝底面に対して鈍角をなす方向に延びている鈍角側溝側面と
   によって規定されており、
   　前記Ｏリングは、前記鋭角側溝側面に対してＯリング半径方向から押し付けられた状態で、前記装着溝に装着されているシール構造。
2. 　請求項１において、
   　前記装着溝における前記Ｏリングの前記鋭角側溝側面の側の部分に比べて、前記装着溝における前記Ｏリングの前記鈍角側溝側面の側の部分は、相対的に圧力が高く、
   　前記Ｏリングは、前記装着溝内の圧力差によって、前記鋭角側溝側面に押し付けられた状態となっているシール構造。
3. 　請求項１において、
   　前記鋭角側溝側面は、前記装着溝の内周側溝縁端であり、
   　前記装着溝の前記鋭角側溝側面の最大周長は、前記Ｏリングの内周長よりも長く、
   　前記装着溝の前記鈍角側溝側面の最小周長は、前記Ｏリングの外周長よりも長く、
   　前記Ｏリングは、弾性復帰力によって、前記鋭角側溝側面に押し付けられた状態となっているシール構造。
4. 　請求項１において、
   　前記装着溝の溝幅は、前記第１端面に開口している溝開口から前記溝底面まで一定であるか、あるいは、前記溝開口から前記溝底面まで漸減しているシール構造。
5. 　請求項１において、
   　前記鋭角側溝側面は、前記溝底面の前記内周側の縁端に連続して延びる内周側溝側面であり、
   　前記鈍角側溝側面は、前記溝底面の前記外周側の縁端に連続して延びる外周側溝側面であり、
   　前記鋭角側溝側面と前記鈍角側溝側面とは平行に延びており、
   　前記装着溝における前記Ｏリングの前記鋭角側溝側面の側の部分に比べて、前記装着溝における前記Ｏリングの前記鈍角側溝側面の側の部分は、相対的に圧力が高く、
   　前記装着溝の前記鋭角側溝側面の最大周長は、前記Ｏリングの内周長よりも長く、
   　前記装着溝の前記鈍角側溝側面の最小周長は、前記Ｏリングの外周長よりも長く、
   　前記Ｏリングは、弾性復帰力および前記装着溝内の圧力差によって、前記鋭角側溝側面に押し付けられた状態となっているシール構造。
    

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