(57)【要約】      （修正有）【課題】高圧流体を受ける高速回転部の連続的な運転への適用に際して、回転接触面の摺動抵抗を低減してシール性の安定化を図り、耐久性を確保することができるロータリーシールを提供する。【解決手段】ロータリーシールは、回転接触面Ａを形成した樹脂リング２と、この樹脂リング２に周接して径方向に押圧力を作用するゴム等の弾性材によるエラストマーリング３とから構成され、上記樹脂リング２は、その回転接触面Ａに２以上の環状溝４を並列して備えるとともに、両側面からそれぞれ少なくとも直近の環状溝４に連通する連通溝５を形成したものである。【選択図】図３
2010084802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転接触面（Ａ）を形成した樹脂リング（２）と、この樹脂リング（２）に周接して径方向に押圧力を作用するゴム等の弾性材によるエラストマーリング（３）とからなるロータリーシールにおいて、
上記樹脂リング（２）は、その回転接触面（Ａ）に２以上の環状溝（４）を並列して備えるとともに、両側面（Ｂ）からそれぞれ少なくとも直近の環状溝（４）に連通する連通溝（５）を形成したことを特徴とするロータリーシール。
【請求項２】
前記樹脂リング（２）の環状溝（４）は、それぞれが略Ｖ字状または半円形より小さい略円弧状のいずれかの断面形状に形成してなることを特徴とする請求項１記載のロータリーシール。
【請求項３】
前記樹脂リング（２）の両側面（Ｂ）には、回転接触面（Ａ）側からエラストマーリング（３）に至る外側流体圧導入用の側面溝（６）を形成したことを特徴とする請求項１記載のロータリーシール。
【請求項４】
前記樹脂リング（２）は、四フッ化エチレン樹脂、三フッ化エチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルエラストマー、超高分子量ポリエチレン等の回転接触面を形成しうる樹脂材料によって形成してなることを特徴とする請求項１記載のロータリーシール。
【請求項５】
前記樹脂リング（２）は、エラストマーリング（３）と一体に形成してなることを特徴とする請求項１記載のロータリーシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂リングとエラストマーリングとから構成されるロータリーシールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のロータリーシールは、回転接触面を形成した樹脂リングに弾性材料によるエラストマーリングを周接することによって回転部における高圧流体のシールを可能とし、また、特許文献１に示されるように、樹脂リングの回転接触面に環状溝を形成（図４）することによって摩擦抵抗を下げ、高速で相対回転する回転部における高圧流体のシールを可能とする。
このようなシールは、工作機械や建設機械のスイベルジョイント用シールによく使用されるものである。
【特許文献１】特開２００２−２８５１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、回転接触面は高圧流体による大きな接触面圧を受け、その摩擦抵抗によって発熱を生じることから、高速回転による連続運転が必要なマシニングセンタ主軸等への適用については回転接触面の摩耗や溶解を招き、また、発熱によるマシニングセンタの加工寸法精度への影響やシールの変形等によってシール性能の低下が避けられず、耐久性の点で限界となっていた。
さらに、近年では、エアーを高速回転でシールする必要性が高くなっており、それにも対応が迫られていた。
【０００４】
解決しようとする問題点は、高圧流体を受ける高速回転部の連続的な運転への適用に際して、回転接触面の摩擦抵抗を低減してシール性の安定化を図るとともに、耐久性を確保することができるロータリーシールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、回転接触面を形成した樹脂リングと、この樹脂リングに周接して径方向に押圧力を作用するゴム等の弾性材によるエラストマーリングとからなるロータリーシールにおいて、上記樹脂リングは、その回転接触面に２以上の環状溝を並列して備えるとともに、両側面からそれぞれ少なくとも直近の環状溝に連通する連通溝を形成したことを特徴とする。
上記構成のロータリーシールは、樹脂リングにエラストマーリングの押圧力とともに外部の流体圧を受けることによって回転接触面が対向面との間をシールし、このとき、環状溝内の流体によって回転接触面に流体膜が確保されるとともに、連通溝から環状溝内に導入される流体圧が対向面と逆向きに作用して接触面圧が軽減される。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記樹脂リングの環状溝は、それぞれが略Ｖ字状または半円形より小さい略円弧状のいずれかの断面形状に形成してなることを特徴とする。
上記断面形状に形成した環状溝は、その側縁壁面が溝側に傾斜していることから、回転接触面の接触面圧に伴う側方への変形が生じにくく環状溝内へのはみ出しが抑制される。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１の構成において、前記樹脂リングの両側面には、回転接触面側からエラストマーリングに至る外側流体圧導入用の側面溝を形成したことを特徴とする。
上記構成のロータリーシールは、流体圧を受けた際に対応する側の側面溝によって流体圧がエラストマーリングまで及ぶことから、回転接触面の接触面圧が即時に確保される。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１の構成において、前記樹脂リングは、四フッ化エチレン樹脂、三フッ化エチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルエラストマー、超高分子量ポリエチレン等の回転接触面を形成しうる樹脂材料によって形成してなることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１の構成において、前記樹脂リングは、エラストマーリングと一体に形成してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の構成のロータリーシールは、樹脂リングにエラストマーリングの押圧力とともに外部の流体圧を受けることによって回転接触面がシールされ、このとき、環状溝内の流体によって回転接触面に流体膜が確保されるとともに、連通溝から環状溝内に導入される流体圧に応じてそれぞれの環状溝を中心とする回転接触面について接触面圧が軽減されることから、回転接触面における摩擦抵抗の低下によって発熱が抑えられ、その結果、回転接触面の摩耗や熱変形の抑制によってシール性が安定化され、耐久性を確保することができる。
【００１１】
請求項２の構成のロータリーシールは、請求項１の構成の効果に加え、上記断面形状に形成した環状溝は、その側縁壁面が溝側に傾斜していることから、回転接触面の接触面圧に伴う側方への変形が生じにくく、環状溝内へのはみ出しが抑制されるので、回転接触面における圧力の立ち上がりが確保されて安定したシール性が確保される。
【００１２】
請求項３の構成のロータリーシールは、請求項１の構成の効果に加え、流体圧を受けた際に対応する側の側面溝によって流体圧がエラストマーリングまで及ぶことから、回転接触面の接触面圧が即時に確保される。
【００１３】
請求項４の構成のロータリーシールは、請求項１の構成の効果に加え、特別な樹脂材を要することなく樹脂リングを構成することができる。
【００１４】
請求項５の構成のロータリーシールは、請求項１の構成の効果に加え、ロータリーシールを一体形成することにより、回転シール部の組み付けに際して簡易な取扱が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るロータリーシール（内周接触用）の部分破断による正面図（ａ）とその側面図（ｂ）である。なお、図のロータリーシールは、組付け前の単体状態を示す。
ロータリーシール１は、回転接触面Ａを形成した合成樹脂材による樹脂リング２と、この樹脂リング２に周接して径方向に弾性押圧するゴムやエラストマーによるＯリング状のエラストマーリング３とから構成される。
【００１６】
詳細に説明すると、樹脂リング２には、その拡大断面図を図２に示すように、エラストマーリング３を周接固定するための周接凹部Ｃを回転接触面Ａと背中合わせに形成し、この回転接触面Ａには、２列以上（図例は２列）の環状溝４，４を並列形成するとともに、回転接触面Ａについて回転軸線方向に沿う連通溝５，５と、両側面Ｂ，Ｂのそれぞれについて半径方向に沿う側面溝６，６とを形成する。
【００１７】
環状溝４，４は、断面形状が略Ｖ字状または、図８のＲ断面環状溝の例に示す半円形より小さい略円弧状に形成する。連通溝５は、樹脂リング２の両側面Ｂ，Ｂそれぞれから少なくとも直近の環状溝４，４に至る範囲に１本以上を連通形成する。また、側面溝６は、樹脂リング２の両側面Ｂ，Ｂにそれぞれ回転接触面Ａからエラストマーリング３に至る範囲に片側１本以上を形成し、必要により両側面Ｂ，Ｂについて交互に等分周配置する。
【００１８】
上記構成のロータリーシール１は、シール部に装着した状態の拡大断面図を図３に示すように、樹脂リング２の周接凹部Ｃにエラストマーリング３を周接固定し、これをハウジング側に形成した収容溝Ｄに装着し、相対回転する軸側の対向面Ｅに回転接触面Ａを接した状態で両外側からそれぞれの高圧流体を受ける。高圧流体は、片側交互であったり、また、同時に作用することがある。この場合において、樹脂リング２の周接凹部Ｃに取付けたエラストマーリング３は、樹脂リング２を押圧するとともに、樹脂リング２の側面Ｂ，Ｂおよび側面溝６，６から導入された外部の流体圧Ｐを受けることにより、その流体圧Ｐに応じて樹脂リング２を押圧する。
【００１９】
この押圧力を受ける樹脂リング２は、回転接触面Ａが対向面Ｅに押圧されることにより、流体圧Ｐに応じた接触面圧を生じ、この時、環状溝４，４内の流体によって回転接触面Ａに流体膜が確保されるとともに、連通溝５，５から導入される流体圧Ｐを受ける環状溝４，４からエラストマーリング３の方向に対抗力が作用することから、その溝幅寸法に応じて回転接触面Ａの接触面圧が低減される。
【００２０】
このように、回転接触面Ａにおける流体膜の確保と接触面圧の低減により、回転接触面Ａに作用する摩擦抵抗が緩和されて発熱が抑えられ、その結果、回転接触面Ａの摩耗や熱変形の抑制によってシール性が安定化されることから、シール流体が気体の場合のドライ運転を含む連続高速回転において、ロータリーシール１の耐久性を確保することができる。
【００２１】
また、樹脂リング２の環状溝４，４のそれぞれを略Ｖ字状または半円形より小さい略円弧状の断面形状とすることにより、環状溝４の側壁面Ｆがテーパー状に溝側に傾斜することから、回転接触面Ａの接触面圧に伴う側方への変形が生じにくく環状溝４内へのはみ出し変形が抑制されるので、回転接触面Ａにおける面圧が確保されてシール性の安定化を図ることができる。
【００２２】
樹脂リング２の材質は、四フッ化エチレン樹脂、三フッ化エチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルエラストマー、超高分子量ポリエチレン等の回転接触面を形成しうる一般的な樹脂材料を適用することができる。例えば、シール流体が作動油等の場合は、耐圧性に優れるポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、超高分子量ポリエチレン等が好ましく、圧力レベルにより四フッ化エチレン樹脂等が適用され、ドライ運転には摺動抵抗が小さい四フッ化エチレン樹脂が好適である。
【００２３】
次に、多数の環状溝４…を形成したロータリーシール１１については、図４のロータリーシールの断面図に示すように、少なくとも両外側端の環状溝４について連通溝５，５を形成し、両側連通しない範囲で必要に応じて内方の環状溝４まで連通溝５によって流体圧を導入することにより、大径回転部について必要な回転接触面Ａの幅寸法Ｇと対応する摩擦抵抗を低減して耐久性を確保することができる。
【００２４】
次に、ロータリーシール１２を一体形成した例を図５の断面図に示すように、樹脂リング２とエラストマーリング３を一体に形成することにより、回転シール部の組み付けに際して取扱の簡易化を図ることができる。
【００２５】
次に、外周接触用のロータリーシール２１については、その部分破断による正面図（ａ）とその側面図（ｂ）を図６に示すように、回転接触面Ａを外周側に形成した合成樹脂材による樹脂リング２と、この樹脂リング２の内周側にエラストマーリング３を周接して前述の内周接触の場合と逆転構成し、このロータリーシール２１を図７の装着構成例の拡大断面図に示すように、軸側に形成した収容溝Ｄに装着し、相対回転するハウジング側の対向面Ｅに回転接触面Ａを接した逆転状態で両外側からそれぞれの高圧流体を受ける。
【００２６】
このロータリーシール２１は、その樹脂リング２の回転接触面Ａおよび両側面Ｂ，Ｂについて、環状溝４，４、連通溝５，５、側面溝６，６を前記同様に形成することにより、連続高速回転において、前記同様の耐久性を確保することができる。
【００２７】
以上に述べたロータリーシールは、具体的には、周速が１〜３ｍ／ｓに及ぶ高速回転部における１０〜１５ＭＰａの高圧流体のシールについて、ドライ運転の場合は０．７ＭＰａを含む連続回転に対して十分な耐久性能が実証された。したがって、工作機械（マシニングセンター）、ショベルカーにおいて、作動油、切削液、冷却液、エアーをシール流体とするロータリースイベルジョイントへの適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のロータリーシール（内周接触例）の部分破断による正面図（ａ）とその側面図（ｂ）
【図２】樹脂リングの拡大断面図
【図３】図１のロータリーシールの装着構成例の拡大断面図
【図４】３列の環状溝を形成したロータリーシールの断面図
【図５】一体形成したロータリーシールの断面図
【図６】外周接触構成のロータリーシールの部分破断による正面図（ａ）とその側面図（ｂ）
【図７】図６のロータリーシールの装着構成例の拡大断面図
【図８】Ｒ断面環状溝を形成したロータリーシールの断面図
【符号の説明】
【００２９】
１      ロータリーシール
２      樹脂リング
３      エラストマーリング
４      環状溝
５      連通溝
６      側面溝
１１    ロータリーシール
１２    ロータリーシール
２１    ロータリーシール
Ａ      回転接触面
Ｂ      側面
Ｃ      周接凹部
Ｄ      収容溝
Ｅ      対向面
Ｆ      側壁面
Ｇ      幅寸法
Ｐ      流体圧
【図１】
2010084802.tif 000003
【図２】
2010084802.tif 000004
【図３】
2010084802.tif 000005
【図４】
2010084802.tif 000006
【図５】
2010084802.tif 000007
【図６】
2010084802.tif 000008
【図７】
2010084802.tif 000009
【図８】
2010084802.tif 000010