(57)【要約】【課題】機器を分解することなくＯリングを交換することを可能とするとともに、Ｏリングの接触幅を小さくすることでシール構造の小型化及び軽量化を図る。【解決手段】内部に気密空間６を有する固定部１と、前記固定部の中央部に挿通されたシャフト２と、前記シャフトの周面に設けられたＯリング溝５と、前記Ｏリング溝に嵌着されるＯリング４と、前記シャフトの両端部に設けられ、前記シャフトの径よりも大きい構造物７ａ、７ｂと、を有するシール構造において、前記Ｏリング溝は波形状に形成されている。【選択図】図１
2020003054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に気密空間を有する固定部と、前記固定部の中央部に挿通されたシャフトと、前記シャフトの周面に設けられた環状シール部材取付溝と、前記環状シール部材取付溝に嵌着される環状シール部材と、前記シャフトの両端部に設けられ、前記シャフトの径よりも大きい構造物と、を有するシール構造において、
前記環状シール部材取付溝は波形状に形成されているシール構造。
【請求項２】
前記環状シール部材の断面形状が楕円形である請求項１記載のシール構造。
【請求項３】
前記環状シール部材に曲面状の突起を設けた請求項２に記載のシール構造。
【請求項４】
内部に気密空間を有する固定部と、前記固定部の開放端面を封止するフランジと、前記固定部の中央部に挿通されたシャフトと、前記固定部の開放端面に設けられた環状シール部材取付溝と、前記環状シール部材取付溝に嵌着される環状シール部材と、前記シャフトの両端部に設けられ、前記シャフトの径よりも大きい構造物と、を有するシール構造において、
前記環状シール部材取付溝は波形状に形成されているシール構造。
【請求項５】
前記波形状に形成された環状シール部材取付溝の凸部状の各屈曲点の底面を、凸部方向へ傾斜させた請求項１乃至４のいずれかに記載のシール構造。
【請求項６】
１つの屈曲点から隣り合う屈曲点まで、前記環状シール部材取付溝の底面の傾斜を連続的に変化させた請求項５記載のシール構造。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のシール構造に用いられるシール方法において、環状シール部材取付溝が波形状に形成されているシール方法。
【請求項８】
軸回りに回転するシャフトと、
前記シャフトの両端に取り付けられ、前記シャフトの軸に垂直な断面積が前記シャフトの径よりも大きい構造物と、
前記シャフトの前記構造物同士の間の領域に設けられ、内部に気密空間を有する固定部と、
前記気密空間内に配置され、前記シャフトを回転させる動力源と、
を備え、
前記構造物の少なくとも一方は前記シャフトの回転に伴って回転する機器であり、
前記気密空間は、前記シャフトの周面に設けられるとともに波形状に形成された環状シール部材取付溝および前記環状シール部材取付溝に嵌着される環状シール部材を有するシール構造によって気密とされた、液中機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、シャフト等に用いられるシール構造、シール方法及び液中機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、回転シャフトを気密構造にする場合、通常、そのシャフト径と同じ径のＯリングを回転シャフトの一端又は両端に取り付ける。しかし、そのシャフトよりも径の大きな構造物がシャフトの両端に設けられている場合、メンテナンス等でＯリングを交換するためには、その構造物を含む機器を分解して構造物をシャフトから取り外し、Ｏリングを交換した後、構造物を再度組み立てる必要があった。
【０００３】
このような構造物を有する機器を分解せずにＯリングを交換する従来のシール構造として、切断したＯリングを、治具を用いて回転シャフトに巻き付け、Ｏリングの両端を接着する手段が知られている。
また、シャフトの外周に斜めのＯリング溝を形成し、シャフトの径よりも大きいＯリングをＯリング溝に嵌め込むシール構造も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−３６７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した切断したＯリングの両端を接着する従来のシール構造では、切断したＯリングの両端を保持するための治具や、切断、接着等の作業工程を必要とするとともに、接着剤の劣化や接着不良によってＯリングの密封機能が損なわれるという課題がある。
【０００６】
また、Ｏリングの径を大きくするために、Ｏリングをシャフトの周囲に斜めに装着する従来のシール構造では、装着のための特別な治具を必要とするとともに、Ｏリングの軸方向の接触幅が大きくなり、シール構造が大型化するという課題がある。
【０００７】
本発明の実施形態は、上記課題を解決するためになされたもので、機器を分解することなくＯリング（「環状シール部材」ともいう。）を交換することを可能とするとともに、Ｏリングの接触幅を小さくすることでシール構造の小型化及び軽量化を図ることができるシール構造、シール方法及び液中機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本実施形態に係るシール構造は、内部に気密空間を有する固定部と、前記固定部の中央部に挿通されたシャフトと、前記シャフトの周面に設けられた環状シール部材取付溝と、前記環状シール部材取付溝に嵌着される環状シール部材と、前記シャフトの両端部に設けられ、前記シャフトの径よりも大きい構造物と、を有するシール構造において、前記環状シール部材取付溝は波形状に形成されている。
【０００９】
また、本実施形態に係るシール構造は、内部に気密空間を有する固定部と、前記固定部の開放端面を封止するフランジと、前記固定部の中央部に挿通されたシャフトと、前記固定部の開放端面に設けられた環状シール部材取付溝と、前記環状シール部材取付溝に嵌着される環状シール部材と、前記シャフトの両端部に設けられ、前記シャフトの径よりも大きい構造物と、を有するシール構造において、前記環状シール部材取付溝は波形状に形成されている。
【００１０】
また、本実施形態に係るシール方法は、本発明の実施形態に係るシール構造に用いられるシール方法において、環状シール部材取付溝は波形状に形成されている。
また、本実施形態に係る液中機器は、軸回りに回転するシャフトと、前記シャフトの両端に取り付けられ、前記シャフトの軸に垂直な断面積が前記シャフトの径よりも大きい構造物と、前記シャフトの前記構造物同士の間の領域に設けられ、内部に気密空間を有する固定部と、前記気密空間内に配置され、前記シャフトを回転させる動力源と、を備え、前記構造物の少なくとも一方は前記シャフトの回転に伴って回転する機器であり、前記気密空間は、前記シャフトの周面に設けられるとともに波形状に形成された環状シール部材取付溝および前記環状シール部材取付溝に嵌着される環状シール部材を有するシール構造によって気密とされている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、機器を分解することなくＯリングを交換することを可能とするとともに、Ｏリングの接触幅を小さくすることでシール構造の小型化及び軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係るシール構造の断面図。
【図２】第２の実施形態に係るシール構造の断面図。
【図３】（ａ）は第３の実施形態に係るシール構造の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図４】第４の実施形態に係るＯリング溝の屈曲点における断面図で、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図５】（ａ）は第５の実施形態に係るシール構造の部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るシール構造、シール方法及び液中機器の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係るシール構造、シール方法及び液中機器について、図１を用いて説明する。
【００１４】
（構成）
第１の実施形態に係るシール構造は、内部に気密空間６を有する固定部１と、固定部１の中央部を貫通し、回転軸２ａを中心に回転する回転シャフト２（「シャフト」ともいう。）と、ボールベアリング等からなる軸受３と、軸受３の両外側で回転シャフト２の周面に設けられた環状シール部材取付溝としてのＯリング溝５と、環状シール部材としてのＯリング溝５に嵌着されたＯリング４と、から構成される。また、本実施形態では、回転シャフト２の両端に回転シャフト２の径よりも大きい構造物７ａ、７ｂが設けられている。
【００１５】
Ｏリング溝５は、図１に示すように、軸方向からみたＯリング溝５の接触幅Ｗが所定の値となるように、回転シャフト２の周面に波形状に形成されている。このＯリング溝５に嵌着されるＯリング４の径は、Ｏリング溝５が波形状に形成されているため、経路長が長くなり、Ｏリング４を取り外した際のＯリング４の径は回転シャフト２の径よりも大きく、Ｏリング４が構造物７ａ、７ｂを挿通可能な径となっている。    
【００１６】
上記のシール構造を適用した装置の例としては、例えば構造物７ａを指向性があり回転シャフト２の軸回りに回動させる光学、音響等のセンサや出力機器（例えばライト、光学センサ、スピーカー、マイクロフォン等）、構造物７ｂをケーブルや固定構造物とのコネクタとし、気密空間６に動力源としてのモータを配置し、モータの出力軸と回転シャフト２をギア等によって連結して回転シャフト２を回転させるよう構成され、水や油等の液体環境化で使用される液中機器が考えられる。
【００１７】
（作用）
この波形状のＯリング溝５に嵌着されたＯリング４を交換する際は、回転シャフト２を軸方向に移動させ、Ｏリング溝５を露出させ新規なＯリング４に交換する。その際、Ｏリング４の径は、回転シャフト２の径よりも大きく、構造物７ａ、７ｂを挿通可能な径となっているため、構造物７ａ、７ｂを含む機器を分解することなく、容易にＯリング４の取外し、交換を行うことができる。
【００１８】
（効果）
従来のシール構造では、Ｏリング４と回転シャフト２が略同一径であるため、構造物７ａ、７ｂの大きさによってはＯリング４を交換する際に機器を分解する必要があったが、本実施形態によれば、Ｏリング溝５を波形状に形成することで、機器を分解することなくＯリング４を交換することができる。
また、Ｏリング溝５を波形状に形成したことで、Ｏリング４の接触幅Ｗを小さくすることができるため、シール構造の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００１９】
なお、Ｏリング溝５の屈曲数は、機器のサイズや構造物７ａ、７ｂの大きさ等に応じて適宜変更可能であり、これによりＯリング４の径や接触幅Ｗを適宜調整することが可能となる。
また、本実施形態では通常の円形のＯリングを用いているが、波形状に成形したＯリングを用いてもよい。
【００２０】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係るシール構造、シール方法及び液中機器について、図２を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複説明を省略する。
【００２１】
本実施形態では、Ｏリング１４の断面形状が、Ｏリング溝５の溝幅方向を長手方向とする楕円状になっている。なお、この楕円状のＯリング１４は、波形状のＯリング溝５の型を用いて成型する。
【００２２】
断面が円形状のＯリング４では、回転軸２ａに対して斜めとなる部分に捻りトルク１３が作用し、Ｏリング４が捻れて変形しシール性能が低下する恐れがあるが、本実施形態のように、Ｏリング１４の断面を楕円状とすることで、捻れに対する剛性を高め、捻れによる変形を防ぐことができる。
【００２３】
また、Ｏリング１４の断面を楕円状とすることで、固定部１との接触面積が増加して摺動摩擦が増加する恐れがあるが、この摩擦増加を低減するため、Ｏリング１４の先端に突起１４ａを設けて接触面積を小さくしてもよい。
【００２４】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係るシール構造、シール方法及び液中機器について、図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複説明を省略する。
【００２５】
第３の実施形態に係るシール構造は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、内部に環状の気密空間６を有する固定部１と、固定部１の開放端面に設けられ、気密空間６を形成するように固定部１を封止する環状のフランジ１０と、固定部１の内壁１ａの開放端面に設けられた波形状のＯリング溝１２と、Ｏリング溝１２に嵌着されたＯリング１１と、固定部１の中央部を貫通するシャフト９と、から構成される。なお、シャフト９は、回転シャフト又は軸方向に摺動するシャフトであってもよい。
【００２６】
また、本実施形態では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、シャフト９の両端にシャフト９の径よりも大きい構造物７ａ、７ｂが設けられている。
なお、図３（ａ）の例では、固定部１の外壁１ｂの開放端面に通常の円形状のＯリング１５及びＯリング溝１６が設けられているが、内壁１ａと同様に波形状のＯリング溝を形成してもよい。
【００２７】
この波形状のＯリング溝１２に嵌着されたＯリング１１を交換する際は、フランジ１０を取り外した後、Ｏリング溝１２を露出させ新規なＯリング１１に交換する。その際、Ｏリング１１の径は、構造物７ａ、７ｂよりも大きく、構造物７ａ、７ｂを挿通可能な径となっているため、機器を分解することなく、容易にＯリング１１の取外し、交換を行うことができる。
【００２８】
本第３の実施形態によれば、波形状のＯリング溝１２を用いたことで、機器の分解、Ｏリング１１の切断と接着作業、内壁１ａの大径化等を伴うことなくＯリング１１の取外し、交換を行うことができる。特に、固定部１の内壁１ａの径を小さくすることができるため、気密空間６を大きくしたり、機器全体を小型化、軽量化することが可能となる。
【００２９】
なお、上記実施形態と同様に、通常の円形のＯリング４の代わりに、波形状に成形したＯリングを用いてもよく、さらに、波形状のＯリング溝１２の屈曲数を適宜増やすことで、固定部１の内壁１ａの厚みをさらに薄くすることも可能である。
【００３０】
［第４の実施形態］
第４の実施形態に係るシール構造、シール方法及び液中機器について、図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複説明を省略する。
本実施形態は、波形状のＯリング溝５の底面の形状に関する。
【００３１】
第１の実施形態に係るシール構造を用いて具体的に説明すると、通常の矩形状のＯリング溝は、その底面は表面と平行であるが、本実施形態では、波形状のＯリング溝５の凸部状の各屈曲点５ａ、５ｂにおいて凸部方向へＯリング溝５の底面を傾斜させる構成とする。
【００３２】
また、１つの屈曲点（例えば５ａ）と隣り合う屈曲点（例えば５ｂ）とは、凸部方向がそれぞれ異なるが、１つの屈曲点（例えば５ａ）から隣り合う屈曲点（例えば５ｂ）まで、Ｏリング溝５の底面の傾斜を連続的に変化させるようにしてもよい。
【００３３】
上記のように構成された本実施形態において、Ｏリング４をＯリング溝５に嵌着する際に、Ｏリング４はＯリング４自体の張力により屈曲点５ａ、５ｂの凸部方向の内側へ引き寄せられるが、Ｏリング溝５の底面を傾斜させたことで、Ｏリング溝５の壁面からＯリング４が脱落するのを防止することが可能となり、組み付け作業が容易になるとともに、機器の運転中におけるＯリング４の脱落も防止することができる。
また、Ｏリング溝５の底面を傾斜させるための作業は、通常の工具を斜めに当接させて加工するだけでよく、容易に傾斜面を形成することができる。
【００３４】
［第５の実施形態］
第５の実施形態に係るシール構造、シール方法及び液中機器について、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複説明を省略する。
【００３５】
本第５の実施形態に係るシールは、上記第４の実施形態で説明したシール構造を第３の実施形態に適用した例である。
本実施形態でも、波形状のＯリング溝１２の凸部状の各屈曲点１２ａ、１２ｂにおいて、凸部方向へＯリング溝１２の底面を傾斜させる構成とする。
【００３６】
また、１つの屈曲点（例えば１２ａ）と隣り合う屈曲点（例えば１２ｂ）とは、凸部方向が異なるが、１つの屈曲点（例えば１２ａ）から隣り合う屈曲点（例えば１２ｂ）まで、Ｏリング溝１２の底面の傾斜を連続的に変化させるようにしてもよい。
なお、本第５の実施形態の作用効果は上記第４の実施形態と同様なので、重複説明を省略する。
【００３７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００３８】
例えば、各実施形態ではＯリングとＯリング溝を用いるものとして説明した。各実施形態においてはＯリングを用いるほうが安定したシール性能が得られるものの、Ｏリング以外の環状シール部材でも各実施形態の作用効果を奏するものであり、いわゆる角リング、甲丸リング等を用いるものであってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…固定部、１ａ…外壁、１ｂ…内壁、２…回転シャフト（シャフト）、２ａ…回転軸、３…軸受、４…Ｏリング、５…Ｏリング溝、６…気密空間、７ａ、７ｂ…構造物、９…シャフト、１０…フランジ、１１…Ｏリング、１２…Ｏリング溝、１３…捻りトルク、１４…Ｏリング、１４ａ…突起、１５…Ｏリング、１６…Ｏリング溝
【図１】
2020003054.tif 000003
【図２】
2020003054.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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