JP2005249033A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 摺動部分における潤滑性の向上を図った密封装置を提供する。
【解決手段】 第１シールリング２の摺動面側には、軸方向の一方の端部から他方の端部に向けて途中の位置まで伸びる第１溝２１と、軸方向の他方の端部から一方の端部に向けて途中の位置まで伸びる第２溝２２が設けられており、これら第１溝２１と第２溝２２は繋がらないように独立に設けられており、かつ、第１溝２１が設けられた軸方向の範囲と第２溝２２が設けられ軸方向の範囲には、重なる部分Ｓが含まれている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２部材間の環状隙間を密封する密封装置に関するものである。

従来、建設機械や工作機械におけるスイベルジョイント部分等において、相対的に回転する軸とハウジング間の環状隙間を密封する密封装置が用いられている。従来例に係る密封装置の一例について、図４を参照して説明する。図４は従来例に係る密封装置の一部破断断面図である。図示のように、密封装置１００は、第１シールリング２００と第２シールリング３００とから構成される。第１シールリング１００は、その内周面が不図示の回転軸に対して摺動する。第２シールリング３００は、その内周面が第１シールリング２００の外周面に密着し、その外周面が不図示のハウジングの軸孔内周面に密着する。

当該密封装置１００に対しては、軸方向の一方側から、あるいは両方側から密封流体（油）の圧力が作用する条件下において、密封性能を維持することが要求される。また、安定した密封性能を維持しつつ密封装置１００の耐久性を高めるために、第１シールリング２００の内周面と回転軸の外周面との間に、絶えず油膜を形成させることが必要である。当該油膜を形成するために、従来例に係る密封装置１００においては、第１シールリング２００の内周面に、回転方向に伸びる環状の溝２０１を設けている。

このように構成された密封装置１００においても、溝２０１を設けた部分（あるいはその付近）には油膜が常時形成されるものの、溝２０１を設けていない部分は油膜切れが生じ易い。特に油圧が高く、連続加圧運転時には油膜切れが生じ易い。油膜切れの状態で運転が続くと、摺動部における温度上昇や回転トルクの上昇を招いてしまう。また、これらは、第１シールリング２００の磨耗を促進し、密封性能の低下を招くことにもなる。

その他、関連する公知技術として、特許文献１〜５に開示されたものがある。
特開２００２−２９５６８９号公報 特開平１０−２１３２３１号公報 特開平９−１３３２１５号公報 特開２０００−８１１４６号公報 特開２００３−４１４３号公報

本発明の目的の１つとしては、摺動部分における潤滑性の向上を図ることが挙げられる。

また、本発明の他の目的の１つとしては、耐久性の向上を図ることが挙げられる。

また、本発明の他の目的の１つとしては、密封性能の向上を図ることが挙げられる。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明は、樹脂製のシールリングの摺動面に、摺動面全体に油膜を形成することができるように、複数の独立する溝を形成する構成を採用した。ここで、これら複数の溝は、次の条件を満たすように形成した。（１）摺動面における、軸方向の一方の端部
から他方の端部まで至る溝はない。（２）各溝の軸方向の領域を組み合わせると、摺動面における、軸方向の一方の端部から他方の端部までの全領域に至る。（３）複数の溝は、ある溝が設けられた軸方向の範囲の一部と、他の溝が設けられた軸方向の範囲の一部が重なるように、それぞれ設けられている。

本発明の構成を採用すれば、少なくとも１つの溝にオイルが入り込めば、油膜形成しながら、他の溝へとオイルが伝わっていくので、摺動面全体に油膜を形成することができる。これにより、摺動部分の潤滑性が向上する。

より具体的な本発明の密封装置としては、
相対的に回転する２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
２部材のうちの一方の部材に対して摺動する樹脂製の第１シールリングと、
２部材のうちの他方の部材及び第１シールリングに対して密着し、かつ、自己の弾性反発力によりそれぞれを押圧する第２シールリングと、を備える密封装置において、
第１シールリングの前記一方の部材に対する摺動面側には、
軸方向の一方の端部から他方の端部に向けて途中の位置まで伸びる第１溝と、
軸方向の他方の端部から一方の端部に向けて途中の位置まで伸びる第２溝が設けられており、
これら第１溝と第２溝は繋がらないように独立に設けられており、かつ、第１溝が設けられた軸方向の範囲と第２溝が設けられた軸方向の範囲には、重なる部分が含まれていることを特徴とするものが挙げられる。

本発明の構成によれば、第１溝と第２溝は、いずれも軸方向の一方の端部から他方の端部に至るものではなく、かつ、両者は繋がっていないので、密封性能を低下させるものではない。そして、仮に、密封装置を介して一方側にのみオイルが存在する場合であっても、オイルは、一方の溝に入り込んで油膜を形成し、前記「重なる部分」によって、他方の溝に伝わる。従って、摺動面全体に油膜が形成される。これにより、摺動部分の潤滑性が向上する。

また、より具体的な本発明の密封装置としては、他にも、相対的に回転する２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
２部材のうちの一方の部材に対して摺動する樹脂製の第１シールリングと、
２部材のうちの他方の部材及び第１シールリングに対して密着し、かつ、自己の弾性反発力によりそれぞれを押圧する第２シールリングと、を備える密封装置において、
第１シールリングの前記一方の部材に対する摺動面側には、
軸方向の一方の端部から他方の端部に向けて途中の位置まで伸びる第１溝と、
軸方向の他方の端部から一方の端部に向けて途中の位置まで伸びる第２溝と、
軸方向の一方及び他方のいずれの端部にも至らない第３溝が設けられており、
これら第１溝，第２溝及び第３溝はそれぞれ繋がらないように独立に設けられており、かつ、第１溝が設けられた軸方向の範囲と第３溝が設けられた軸方向の範囲、及び第２溝が設けられた軸方向の範囲と第３溝が設けられた軸方向の範囲には、重なる部分が含まれていることを特徴とするものが挙げられる。

本発明の構成によれば、第１溝，第２溝及び第３溝は、いずれも軸方向の一方の端部から他方の端部に至るものではなく、かつ、これらは繋がっていないため、密封性能を低下させるものではない。そして、仮に密封装置を介して一方側にのみオイルが存在する場合であっても、オイルは、第１溝あるいは第２溝の一方に入り込んで油膜を形成し、「重なる部分」によって、第３溝に伝わる。そして、更に、「重なる部分」によって、第３溝から第１溝あるいは第２溝のうちの他方に伝わる。従って、摺動面全体に油膜が形成される。これにより、摺動部分の潤滑性が向上する。

なお、第３溝は、単数であっても良いし、複数から構成されても良い。ただし、複数から構成される場合においては、次の条件を満たす必要がある。（１）第１溝，第２溝及び第３溝の軸方向の領域を組み合わせると、摺動面における、軸方向の一方の端部から他方の端部までの全領域に至る。（２）第３溝を構成する複数の溝のうち、ある溝が設けられた軸方向の範囲の一部と、他の溝が設けられた軸方向の範囲の一部が重なるようにする。

以上説明したように、本発明によれば、摺動部分における潤滑性が向上する。また、これに伴い、密封装置の磨耗が抑制され、耐久性が向上する。これらにより、密封性能が向上する。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１及び図２を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置について説明する。図１は本発明の実施例１に係る密封装置の一部破断断面図である。図２は密封装置を構成する樹脂製のシールリングに設けられる溝の各種変形例を示す外観図である。

＜密封装置の全体構成＞
図１を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置の全体構成を説明する。本発明の実施例１に係る密封装置１は、第１シールリング２と第２シールリング３とから構成される。第１シールリング２は、その内周面が不図示の回転軸に対して摺動する。この第１シールリング２の素材は、ナイロン（登録商標）やポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂材料である。第２シールリング３は、その内周面が第１シールリング２の外周面に密着し、その外周面が不図示のハウジングの軸孔内周面に密着する。この第２シールリング３の素材は、ウレタンやゴムなどの弾性機能を発揮する材料である。そして、この第２シールリング３は、自己の弾性反発力によって、第１シールリング２の外周面、及びハウジングの軸孔内周面をそれぞれ押圧する。従って、第１シールリング２の摺動面が、磨耗により経時的に磨り減っても、第１シールリング２の内周面を、回転軸に対して、長期にわたり安定して摺動させることができる。なお、第１シールリング２と第２シールリング３はそれぞれ固定させなくても良いし、両者を焼き付け等により固定させても良い。また、図１において、第２シールリング３は角リングの例を示したが、Ｏリングなどのその他のシールリングでも構わない。

＜密封装置の使用例＞
本実施例１に係る密封装置１は、建設機械や工作機械におけるスイベルジョイント部分等において、回転軸の外周面とハウジングに設けられた軸孔の内周面との間の環状隙間を密封するための装置として、好適に用いることができる。この場合、一般的に、回転軸の回転数は、１２〜１０００ｒｐｍである。また、本実施例１に係る密封装置１は、軸方向の一方側から密封流体（オイル）の圧力が作用する場合、軸方向の両側から密封流体（オイル）の圧力が作用する場合のいずれであっても好適に用いることができる。

＜第１シールリング２の詳細説明＞
第１シールリング２について詳細に説明する。第１シールリング２の内周面には、第１溝２１及び第２溝２２が、両者が繋がらないようにそれぞれ独立に設けられている。第１
溝２１は軸方向の一方の端部から他方の端部に向けて途中の位置まで伸びる構成である。また、第２溝２２は軸方向の他方の端部から一方の端部に向けて途中の位置まで伸びる構成である。そして、第１溝２１が設けられた軸方向の範囲と第２溝２２が設けられた軸方向の範囲には、重なる部分（図１中、Ｓで示した範囲）が含まれている。

次に、第１溝２１及び第２溝２２に要求される条件について、もう少し詳細に説明する。これらの溝の形状は特に限定されるものではない。溝の形状の例をいくつか図２に示している。なお、図２は図１におけるＰで示す部分に相当する部分の拡大図である。すなわち、第１シールリング２の中心から内周面方向に見た形状は、三角形、四角形、半円形、あるいはこの組み合わせ等のほか、適当な形状を採用することができる。また、第１シールリング２の軸方向の端面側を見た形状についても、三角形、四角形、半円形、あるいはこの組み合わせ等のほか、適当な形状を採用することができる。また、両者について、適宜組み合わせることができる。

また、これらの溝の最大深さＴは、第１シールリング２の厚みＴ１とすると、Ｔ＜Ｔ１を満たす。また、第１溝２１と第２溝２２の間隔Ｌは、これらの溝の形状が特殊な形状（周方向に屈折した部分を有するような形状）でない限り、Ｌ＞０ｍｍを満たす。第１溝２１、及び第２溝２２の個数は、それぞれ１以上である。上記重なる部分Ｓは、第１シールリング２の軸方向長さＨとした場合に、Ｈ＞Ｓ＞０ｍｍを満たす。

＜第１溝２１及び第２溝２２により得られる効果＞
（１）密封装置１の軸方向両側に、それぞれオイルが存在して、相互の漏れを防止する場合。

この場合には、第１溝２１及び第２溝２２に対して、それぞれの端部側からオイルが溝内に入り込む。従って、個々の位置で油膜を形成するため、第１シールリング２の回転軸に対する摺動面全体に油膜が形成されることは言うまでもない。

（２）密封装置１の軸方向の一方側にのみ、オイルが存在しており、他方側へのオイル漏れを防止する場合。なお、どちら側にオイルが存在していても同様の作用効果が発揮されるので、ここでは、第１溝２１側にオイルが存在する場合を例にして説明する。

この場合、第１溝２１内にオイルが入り込んでいく。そして、第１シールリング２と回転軸との摺動により、少なくとも、第１溝２１が設けられた軸方向の範囲においては、周方向全体に油膜が形成される。そして、上記の通り「重なる部分Ｓ」が設けられていることから、第２溝２２の一部は必ず油膜が形成された部分（重なる部分Ｓ）を通過する。このとき、第２溝２２の摺動面側の開口端部（のエッジ）が、油膜の一部を掻き取るため、第２溝２２内にもオイルが入り込んでいく。これにより、第２溝２２が設けられた軸方向の範囲においても、周方向全体に油膜が形成される。結局、第１シールリング２と回転軸との摺動面全体に油膜が形成される。

ここで、第１溝２１から第２溝２２へのオイルの移動は油膜の掻き取りにより行われるため、少量のオイルを適量のみ第２溝２２に供給することができる。従って、必要以上にオイルが漏れてしまうことは抑制できる。また、常時、適量のオイルを送り込むことができるので、安定的に油膜を形成することが可能である。なお、第１溝２１から第２溝２２へのオイルの送り込み量は、各溝の側壁面と、第１シールリング２の内周表面（すなわち摺動面（溝が設けられていない面））とのなす角度により調整可能である。すなわち、これらの角度によって、形成する油膜の厚みや、油膜の掻き取り量を調整することができる。

以上のように、本実施例１に係る密封装置１によれば、第１シールリング２と回転軸との摺動面全体に油膜を安定的に形成させることができる。例えば、連続加圧運転が長時間続いた場合（更に、高圧力下の条件が加わる場合）であっても、少量のオイルを持続的に送り込むことが可能なため、常時、油膜を形成させることができる。従って、摺動部分の潤滑性が向上する。これにより、摺動部分の温度上昇や回転トルクの上昇を抑制することができる。また、これらに伴い、第１シールリング２の磨耗を抑制することができる。従って、第１シールリング２、ひいては密封装置１の耐久性が向上する。また、これらに伴い、安定した密封性能を維持することができ、密封性能が向上する。なお、第１シールリング２に形成する溝は、上述の通り、簡易な形状で良いので、製造も容易である。

＜具体的な評価の一例＞
図１に示す本実施例１に係る密封装置と、当該密封装置に対して溝（第１溝２１及び第２溝２２）をなくしたものとの間で比較評価を行った。評価条件は、（１）２５ＭＰａの油圧で連続加圧運転（２）回転軸の回転数は１５ｒｐｍ（３）環境温度の調整なし（自然上昇）（４）オイルはダフニー４６（商品名）、である。

この評価の結果、比較例（溝なし）に係る密封装置の場合には、回転トルクが初期値３０Ｎ・ｍから２０分経過後には２倍の６０Ｎ・ｍを越えてしまった。これに対して、実施例１に係る密封装置１の場合には、回転トルクは約３２Ｎ・ｍで安定し、それ以上上昇しなかった。また、摺動部分の温度についても、比較例の場合には温度上昇率が高く、１００℃を超えてもなお温度上昇が進行した。これに対して、実施例１に係る密封装置１の場合には、温度上昇率が低く、１００℃程度で温度が上昇しなくなった。

図３を参照して、本発明の実施例２に係る密封装置について説明する。図３は本発明の実施例２に係る密封装置の一部破断断面図である。本実施例では、上記実施例１の構成に対して、第１シールリングの内周面に設ける溝の構成のみが異なっている。その他の基本的な構成は、上記実施例１と同一であるので、適宜、その説明は省略する。

本実施例に係る密封装置１ａも、第１シールリング２ａと第２シールリング３とから構成される。そして、第１シールリング２ａの内周面には、第１溝２１ａ，第２溝２２ａ及び第３溝２３ａが、それぞれ繋がらないように独立に設けられている。第１溝２１ａは軸方向の一方の端部から他方の端部に向けて途中の位置まで伸びる構成である。また、第２溝２２ａは軸方向の他方の端部から一方の端部に向けて途中の位置まで伸びる構成である。そして、第３溝２３ａは軸方向の両端部のいずれにも至らないように、中央に設けられた構成である。

ここで、第１溝２１ａが設けられた軸方向の範囲と第２溝２２ａが設けられた軸方向の範囲には、上記実施例１とは異なり重なる部分はない。しかし、第１溝２１ａが設けられた軸方向の範囲と第３溝２３ａが設けられた軸方向の範囲、及び第２溝２２ａが設けられた軸方向の範囲と第３溝２３ａが設けられた軸方向の範囲には、それぞれ重なる部分（図１中、Ｔで示した範囲）が含まれている。従って、第１シールリング２ａと回転軸との摺動面全体に油膜が形成される。その理由は、上記実施例１で説明したのと同様であるので、その説明は省略する。これにより、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。

図１は本発明の実施例１に係る密封装置の一部破断断面図である。 図２は密封装置を構成する樹脂製のシールリングに設けられる溝の各種変形例を示す外観図である。 図３は本発明の実施例２に係る密封装置の一部破断断面図である。 図４は従来例に係る密封装置の一部破断断面図である。

符号の説明

１，１ａ 密封装置
２，２ａ 第１シールリング
２１，２１ａ 第１溝
２２，２２ａ 第２溝
２３ａ 第３溝
３ 第２シールリング

Claims (2)

1. 相対的に回転する２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
   ２部材のうちの一方の部材に対して摺動する樹脂製の第１シールリングと、
   ２部材のうちの他方の部材及び第１シールリングに対して密着し、かつ、自己の弾性反発力によりそれぞれを押圧する第２シールリングと、を備える密封装置において、
   第１シールリングの前記一方の部材に対する摺動面側には、
   軸方向の一方の端部から他方の端部に向けて途中の位置まで伸びる第１溝と、
   軸方向の他方の端部から一方の端部に向けて途中の位置まで伸びる第２溝が設けられており、
   これら第１溝と第２溝は繋がらないように独立に設けられており、かつ、第１溝が設けられた軸方向の範囲と第２溝が設けられた軸方向の範囲には、重なる部分が含まれていることを特徴とする密封装置。
2. 相対的に回転する２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
   ２部材のうちの一方の部材に対して摺動する樹脂製の第１シールリングと、
   ２部材のうちの他方の部材及び第１シールリングに対して密着し、かつ、自己の弾性反発力によりそれぞれを押圧する第２シールリングと、を備える密封装置において、
   第１シールリングの前記一方の部材に対する摺動面側には、
   軸方向の一方の端部から他方の端部に向けて途中の位置まで伸びる第１溝と、
   軸方向の他方の端部から一方の端部に向けて途中の位置まで伸びる第２溝と、
   軸方向の一方及び他方のいずれの端部にも至らない第３溝が設けられており、
   これら第１溝，第２溝及び第３溝はそれぞれ繋がらないように独立に設けられており、かつ、第１溝が設けられた軸方向の範囲と第３溝が設けられた軸方向の範囲、及び第２溝が設けられた軸方向の範囲と第３溝が設けられた軸方向の範囲には、重なる部分が含まれていることを特徴とする密封装置。

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