(57)【要約】【課題】供廻りが抑制される密封装置を提供すること【解決手段】本発明の密封装置１は、相対回転する軸５０とハウジング５１との間に形成される環状隙間を密封するために、ハウジング５１の内周面又は軸５１の外周面に形成された取付溝５２に装着される密封装置であって、取付溝５２の対向周面に摺動可能に密封接触する樹脂リング２と、取付溝５２の樹脂リング２の背面側に設けられるゴムリング３とを備え、ゴムリング３の一側面又は両側面に複数の突起４１、４２が設けられ、突起４１、４２は、該突起の突出高さを徐々に変化させる傾斜面を有することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転する軸とハウジングとの間に形成される環状隙間を密封するために、前記ハウジングの内周面又は前記軸の外周面に形成された取付溝に装着される密封装置であって、
前記取付溝の対向周面に摺動可能に密封接触する樹脂リングと、
前記取付溝の前記樹脂リングの背面側に設けられるゴムリングとを備え、
前記ゴムリングの一側面又は両側面に複数の突起が設けられ、
前記突起は、該突起の突出高さを徐々に変化させる傾斜面を有することを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記突起は、該突起の突出高さを急激に増す立ち上り面と、該突起の突出高さを徐々に減じる傾斜面とを有することを特徴とする請求項１記載の密封装置。
【請求項３】
前記突起は、前記立ち上り面と前記傾斜面との間に該突起の先端部を成す稜線部を備えることを特徴とする請求項２記載の密封装置。
【請求項４】
前記複数の突起として、前記立ち上り面及び前記傾斜面を前記ゴムリングの周方向に対して互いに逆向きに配置してなる突起を、前記ゴムリングの周方向に１ずつ交互に配設してなることを特徴とする請求項２又は３記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密封装置に関し、より詳しくは、供廻りが抑制される密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、一般産業機械の工作機械ロータリージョイントや回転継手、あるいは、パワーショベル、クレーン等の建設機械のセンタースイベル（センタージョイント）部等には、密封装置として回転用シールが使用されている。
【０００３】
特許文献１には、回転用シールとして、回転軸に摺動可能に密封接触する樹脂リングと、該樹脂リングの背面に設けられるゴムリングとからなる密封装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９５６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の密封装置には、回転軸の回転に伴って密封装置も回転してしまう供廻りを抑制する観点で更なる改善の余地が見出された。供廻りを抑制することは、密封装置の寿命を延長させることにもつながる。
【０００６】
そこで本発明の課題は、供廻りが抑制される密封装置を提供することにある。
【０００７】
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【０００９】
１．
相対回転する軸とハウジングとの間に形成される環状隙間を密封するために、前記ハウジングの内周面又は前記軸の外周面に形成された取付溝に装着される密封装置であって、
前記取付溝の対向周面に摺動可能に密封接触する樹脂リングと、
前記取付溝の前記樹脂リングの背面側に設けられるゴムリングとを備え、
前記ゴムリングの一側面又は両側面に複数の突起が設けられ、
前記突起は、該突起の突出高さを徐々に変化させる傾斜面を有することを特徴とする密封装置。
２．
前記突起は、該突起の突出高さを急激に増す立ち上り面と、該突起の突出高さを徐々に減じる傾斜面とを有することを特徴とする前記１記載の密封装置。
３．
前記突起は、前記立ち上り面と前記傾斜面との間に該突起の先端部を成す稜線部を備えることを特徴とする前記２記載の密封装置。
４．
前記複数の突起として、前記立ち上り面及び前記傾斜面を前記ゴムリングの周方向に対して互いに逆向きに配置してなる突起を、前記ゴムリングの周方向に１ずつ交互に配設してなることを特徴とする前記２又は３記載の密封装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、供廻りが抑制される密封装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る密封装置の平面図
【図２】図１に示す密封装置の断面図であり、（ａ）はａ−ａ線断面図、（ｂ）はｂ−ｂ線断面図、（ｃ）はｃ−ｃ線断面図
【図３】図１に示す密封装置の斜視図
【図４】第１実施形態に係る密封装置の装着状態（密封構造）を説明する断面図
【図５】第２実施形態に係る密封装置の平面図
【図６】第２実施形態に係る密封装置の装着状態（密封構造）を説明する断面図
【図７】突起の態様を概念的に説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の密封装置は、相対回転する軸とハウジングとの間に形成される環状隙間を密封（シール）するために用いられる。以下に説明する第１実施形態に係る密封装置は、ハウジングの内周面に形成された取付溝に装着され、該密封装置の内周面を軸の外周面に対して摺動可能に密封接触させてシールする。第２実施形態に係る密封装置は、軸の外周面に形成された取付溝に装着され、該密封装置の外周面をハウジングの内周面に対して摺動可能に密封接触させてシールする。
【００１３】
まず、図１〜図４を参照して第１実施形態に係る密封装置について説明し、次に、図５及び図６を参照して第２実施形態に係る密封装置について説明する。
【００１４】
〔第１実施形態〕
図１は第１実施形態に係る密封装置の平面図である。図２は図１に示す密封装置の断面図であり、（ａ）はａ−ａ線断面図、（ｂ）はｂ−ｂ線断面図、（ｃ）はｃ−ｃ線断面図である。図３は図１に示す密封装置の斜視図である。また、図４は第１実施形態に係る密封装置による密封構造を説明する図である。
【００１５】
図１〜図４に示すように、密封装置１は、軸５０の外周面に摺動可能に密封接触するための摺動面２１を有する樹脂リング２と、この樹脂リング２の背面側に設けられるゴムリング３とにより構成されている。なお、背面側とは、密封装置１における摺動面２１の反対側のことであり、ハウジング５１に設けられた取付溝５２の溝底５３側のことである。従って、第１実施形態において背面側は外周側に相当し、後述する第２実施形態において背面側は内周側に相当する。
【００１６】
樹脂リング２は、角形状のリングであり、摺動抵抗が小さく耐摩耗性に優れた樹脂材料が選択される。樹脂材料として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（略称ＰＴＦＥ）やナイロン材料等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００１７】
一方、ゴムリング３は、樹脂リング２と幅が等しい、断面が角形状のリングである。ゴムリング３には、例えば、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）やウレタンゴム等のようなゴム状弾性材料を用いることができる。
【００１８】
ゴムリング３は、樹脂リング２の背面側に接合されている。接合には、例えば焼付け等種々の方法を用いることができる。
【００１９】
ゴムリング３の弾性によって、樹脂リング２を背面側から摺動面２１側に向けて押圧する力が生じる。これにより、軸５０の外周面に接触する摺動面２１の面圧が向上し、良好なシール性が発揮される。
【００２０】
かかる面圧の向上は、良好なシール性の発揮に寄与すると同時に、従来技術における供廻りの一因になり得るおそれがある。これに対して、本発明によれば、ゴムリング３が複数の突起４１、４２を有することによって、良好なシール性を発揮しながら、供廻りを抑制することができる。これについて、以下に詳述する。
【００２１】
ゴムリング３の一側面３２及び他側面３３には、それぞれ複数の突起４１、４２が形成されている。以下、主にゴムリング３の一側面３２について説明するが、この説明は、ゴムリング３の他側面３３にも援用することができる。
【００２２】
複数の突起４１、４２は、ゴムリング３と同様の弾性材料によって構成することができる。複数の突起４１、４２は、ゴムリング３に対して接着されたものであってもよいが、ゴムリング３と共に一体成形されたものであることが好ましい。
【００２３】
複数の突起４１、４２は、ゴムリング３の周方向に、所定の間隔で１ずつ交互に配設された、第１の突起４１と、第２の突起４２とによって構成されている。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、第１の突起４１は、該突起の突出高さを急激に増す立ち上り面４１１と、該突起の突出高さを徐々に減じる傾斜面４１２とを備えている。ここで、「急激に」及び「徐々に」というのは、あくまでも両者の対比に基づくものであり、勾配の大きさを絶対的に規定するものではない。立ち上り面４１１の勾配が、傾斜面４１２の勾配よりも大きければよい。
【００２５】
本実施形態において、第１の突起４１の立ち上り面４１１は、ゴムリング３の一側面３２に対して直交するように設けられている。第１の突起４１の傾斜面４１２は、ゴムリング３の一側面３２に対して例えば３０°以下、好ましくは２０°以下、より好ましくは１０°以下の角度でゆるやかに傾斜するように設けられる。立ち上り面４１１と傾斜面４１２との間には稜線部４１３が形成される。稜線部４１３は、第１の突起４１の先端部を構成している。
【００２６】
一方、図２（ｃ）に示すように、第２の突起４２も、第１の突起４１と同様に、該突起の突出高さを急激に増す立ち上り面４２１と、該突起の突出高さを徐々に減じる傾斜面４２２と、立ち上り面４２１と傾斜面４２２との間に形成される稜線部４２３とを備えている。
【００２７】
図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、第１の突起４１と第２の突起４２とで、立ち上り面４１１、４２１及び傾斜面４１２、４２２は、ゴムリング３の周方向に対して互いに逆向きに配置されている。即ち、第１の突起４１と第２の突起４２とは、ゴムリング３の周方向に対して互いに逆向きの形状を有している。
【００２８】
そのため、第１の突起４１の傾斜面４１２は、該突起の突出高さをゴムリング３の周方向の一端側から他端側に向かうにつれて徐々に減じるように設けられている。一方、第２の突起４２の傾斜面４２２は、該突起の突出高さをゴムリング３の周方向の他端側から一端側に向かうにつれて徐々に減じるように設けられている。
【００２９】
第１の突起４１及び第２の突起４２は、ゴムリング３の一側面３２に、該ゴムリング３の内周側から外周側にわたって形成されている。第１の突起４１及び第２の突起４２の突出高さは、ゴムリング３の径方向に略均等である。
【００３０】
以上に説明した密封装置１は、図４に示すように、回転する軸５０の外周面と、軸５０と同心的に軸５０を取り囲むハウジング５１の内周面との間の環状隙間を密封するため、ハウジング５１内周面に形成された環状の取付溝５２に装着され、密封構造を形成する。
【００３１】
未装着時の密封装置１における径方向の厚さは、取付溝５２の溝底５３から軸５０の外周面までの幅よりも大きく設計され、即ち締め代を有している。そのため、装着時の密封装置１において、樹脂リング２の摺動面２１は、軸５０の外周面に対して摺動可能に当接する。また、ゴムリング３の背面３１は、取付溝５２の溝底５３に当接する。密封装置１は、これら摺動面２１及び背面３１がシール面として機能することで、環状隙間を密封することができる。
【００３２】
本実施形態において、密封装置１は、該密封装置１の両側に密封対象流体として油を密封するように構成されており、図４に２つの矢印として示される油圧Ｐ、Ｐ’が交互に負荷され得る。ここでは、図４中、下側の環状隙間から油圧Ｐが負荷された時の様子を示している。
【００３３】
油圧Ｐ負荷時において、密封装置１は取付溝５２内で上方に押圧され、ゴムリング３の一側面３２側は取付溝５２の一側壁５４に圧接される。
【００３４】
図４の例では、この圧接によって、一側面３２に設けられた複数の突起４１、４２が弾性変形（圧縮変形）し、突出高さが実質的にゼロになった状態を示している。このとき、元の突出高さに応じた面圧が、取付溝５２の一側壁５４に作用する。この面圧は、特に稜線部４１３において大きく作用する。
【００３５】
ゴムリング３の一側面３２に複数の突起４１、４２が形成されていることによって、密封装置１が軸５０に追従して回転する供廻りが抑制される効果が得られる。また、これにより、密封装置１の摩耗等による劣化が抑制され、密封装置１の寿命を延長できる効果も得られる。
【００３６】
即ち、複数の突起４１、４２の存在によって一側面３２が取付溝５２の一側壁５４に接触する接触面積が減少し、接触面圧が向上する。かかる面圧の向上によって、供廻りが抑制される。
【００３７】
良好なシール性を発揮するためにゴムリング３によって樹脂リング２の摺動面２１を軸５０に高い面圧で押圧していても、複数の突起４１、４２が取付溝５２の一側壁５４を押圧する高い面圧によって、供廻りを抑制するブレーキ作用が強く働く。これにより、良好なシール性を発揮しながら、供回りを抑制することができる。更に、供廻りが生じそうになっても、複数の突起４１、４２が、ゴムリング３の一側面３２と、取付溝５２の一側壁５４との間の油膜を切断して油膜破断させ、摩擦係数が向上して、供廻りが抑制される。特に、突起４１、４２が立ち上り面４１１、４２１を有することによって、油膜切りの作用が良好に発揮される。これらの相乗的な作用によって、供廻り抑制効果が良好に発揮される。
【００３８】
更に、複数の突起４１、４２が、ゴムリング３の周方向に対して互いに逆向きの形状を有する第１の突起４１及び第２の突起４２を備えることによって、軸５０の回転方向に依拠せず、供廻りが好適に抑制される。軸５０が第１の突起４１の立ち上り面４１１から傾斜面４１２に向かう方向（便宜的に正方向とする）に回転する場合は、特に第１の突起４１によって良好な供廻り抑制効果が発揮される。一方、軸５０が第２の突起４２の立ち上り面４２１から傾斜面４２２に向かう方向（便宜的に逆方向とする）に回転する場合は、特に第２の突起４２によって良好な供廻り抑制効果が発揮される。
【００３９】
樹脂リングとゴムリングとからなる従来の密封装置において、樹脂リングの摺動面に摩擦係数の小さいＰＴＦＥ等を適用することで、摺動面を背面側（ゴムリングと密封装置の取付溝の溝底との接触）よりも低摩擦にすることができる。これにより供廻りをある程度抑制できると考えられたが、特に下記（１）、（２）のような場合に供廻りの抑制が十分でないことがわかった。
【００４０】
（１）密封装置の摺動面に潤滑油が常時供給されず（即ち、密封対象である油が常時加圧されず）、摺動面の潤滑が得られにくく、摺動面と軸との間の油膜がスクィーズアウトし、摺動面の摩擦係数が増大する場合。
【００４１】
（２）密封装置の背面側に油が介在し、背面の摩擦係数が低下する場合。
【００４２】
これに対して、本発明は、密封装置と取付溝の側壁との間の面圧向上及び摩擦係数向上を利用するため、上記（１）、（２）のような場合においても供廻り抑制効果が良好に発揮され、従来技術との対比でも顕著な効果を奏する。
【００４３】
本実施形態では、ゴムリング３の他側面３３にも複数の突起４１、４２が設けられている。そのため、油圧Ｐに代わって油圧Ｐ’が高圧となる場合においても、供廻り抑制効果が良好に発揮される。この場合、複数の突起４１、４２が設けられた他側面３３が、取付溝５２の他側壁５５と作用して、上記効果が発揮される。
【００４４】
本実施形態において、樹脂リング２には、摺動面２１にリング形状に掘られた環状溝２０が形成されている。これにより、樹脂リング２の摺動面２１において、軸５０の外周面に接触する接触面積が減少し、接触面圧が向上する。また、密封装置１の側面隣接領域から流れ込んだ油を摺動面２１の環状溝２０に保持して摺動抵抗を減少することができる。なお、環状溝２０の形状、大きさ、数は適宜設定でき、特に限定されるものではない。また、摺動面２１には必ずしも環状溝２０が設けられなくてもよい。
【００４５】
本実施形態において、樹脂リング２の摺動面２１の一端部及び他端部には、それぞれテーパ部２２が設けられている。これにより、摺動面２１の摺動抵抗を減少することができる。なお、テーパ部２２の形状、大きさは適宜設定でき、特に限定されるものではない。なお、内周側端部及び外周側端部のうちの一方にのみテーパ部２２を設けてもよい。また、摺動面２１には必ずしもテーパ部２２が設けられなくてもよい。
【００４６】
本実施形態において、ゴムリング３には、背面３１にリング形状に掘られた環状溝３０が形成されている。これにより、ゴムリング３の背面３１において、取付溝５２の溝底５３に接触する接触面積が減少し、接触面圧が向上する。なお、環状溝３０の形状、大きさ、数は適宜設定でき、特に限定されるものではない。また、背面３１には必ずしも環状溝３０が設けられなくてもよい。
【００４７】
〔第２実施形態〕
次に、図５及び図６を参照して、第２実施形態に係る密封装置について説明する。図５は第２実施形態に係る密封装置の平面図である。また、図６は第２実施形態に係る密封装置による密封構造を説明する断面図である。
【００４８】
上述したように、第２実施形態に係る密封装置１は、軸５０の外周面に形成された環状の取付溝５２に装着され、該密封装置１の外周面をハウジング５１の内周面に対して摺動可能に密封接触させてシールする。
【００４９】
密封装置１は、ハウジング５１の内周面に摺動可能に密封接触する樹脂リング２と、樹脂リング２の背面側（内周側）に設けられるゴムリング３とを備える。
【００５０】
ゴムリング３の一側面３２及び他側面３３には、上述した第１実施形態と同様に、該ゴムリング３の周方向に対して互いに逆向きに形成された第１の突起４１と、第２の突起４２とが、該ゴムリング３の周方向に交互に配設される。
【００５１】
これにより、第２実施形態においても、供廻りが抑制される効果が得られる。特に第２実施形態では、軸５０から見て相対回転するハウジング５１の内周面と共に密封装置１が回転してしまう供廻りが抑制される効果が得られる。
【００５２】
第２実施形態に係る密封装置１の各構成については、上述した第１実施形態に係る密封装置１についてした説明が適宜援用される。
【００５３】
〔突起の態様等〕
次に、図７を参照して、突起の態様について説明する。なお、図７では、説明の便宜上、ゴムリング３を直線的に引き伸ばした様子を示している。
【００５４】
上述した第１実施形態及び第２の実施形態では、図７（ａ）に示すように、突起４１、４２の稜線部４１３、４２３がゴムリング３の径方向に沿うように形成される場合について示した。これに対して、図７（ｂ）〜（ｄ）に示す他の実施形態では、突起４１、４２の稜線部４１３、４２３は径方向に対して傾斜するように形成される。
【００５５】
稜線部４１３、４２３が傾斜していることによって、突起４１、４２による上述した油膜切りの作用が良好に発揮される。即ち、ゴムリング３の一側面３２と、取付溝の一側壁との間の油膜が、傾斜した稜線部４１３、４２３に沿って好適に除去される。これにより、ゴムリング３の一側面３２と、取付溝の一側壁との間の摩擦係数を向上させて、供廻り抑制効果を良好に発揮することができる。
【００５６】
図７（ｂ）の例では、第１の突起４１の立ち上り面４１１が径方向に対して傾斜している。これにより、立ち上り面４１１と傾斜面４１２の間に形成される稜線部４１３が径方向に対して傾斜している。同様に、第２の突起４２の立ち上り面４２１が径方向に対して傾斜しており、これにより稜線部４２３が径方向に対して傾斜している。図７（ｂ）の例では、第１の突起４１と第２の突起４２の傾斜方向は同方向である。
【００５７】
図７（ｂ）の変形例として、図７（ｃ）に例示するように、第１の突起４１と第２の突起４２の傾斜方向を互いに逆方向にしてもよい。
【００５８】
また、図７（ｄ）の例では、第１の突起４１の立ち上り面４１１は、先端を周方向に突出させるように折曲されている。これにより稜線部４１３も、先端を周方向に突出させるように折曲されている。第２の突起４２についても同様である。このように、径方向に対して互いに異なる角度で傾斜する稜線を組み合わせて稜線部４１３を形成してもよい。
【００５９】
以上に説明したように、突起４１、４２には、種々の形状を付与することができ、異なる形状を組み合わせて用いてもよい。
【００６０】
突起４１、４２の傾斜面４１２、４２２は、必ずしも平面である必要はない。く、例えば湾曲面等であってもよい。傾斜面４１２、４２２は、突起４１、４２の突出高さをゴムリング３の周方向で徐々に変化させるものであることが好ましい。
【００６１】
以上の説明では、突起４１、４２の先端部を稜線部４１３、４２３によって構成する場合について示したが、これに限定されない。突起の先端部は、例えば丸みを帯びていてもよい。
【００６２】
複数の突起４１、４２の寸法（周方向の幅、突出高さ等）、数、配置間隔等は、密封装置１の寸法や用途等に応じて適宜設定することができる。
【００６３】
以上の説明では、複数の突起４１、４２として、第１の突起４１と、第２の突起４２とを、交互に１ずつ配置する場合について示したが、これに限定されない。例えば、第１の突起４１と、第２の突起４２とは、交互に２以上の所定数ずつ配置されてもよい。
【００６４】
以上の説明では、ゴムリング３の一側面３２と他側面３３とに対して、周方向の同じ位置に、複数の突起４１、４２を設ける場合について示したが、これに限定されない。例えば、ゴムリング３の一側面３２と他側面３３とで、複数の突起４１、４２の形成位置を周方向に所定ピッチ（例えば半ピッチ）ずらして千鳥状に配置してもよい。
【００６５】
以上の説明では、ゴムリング３の両面に複数の突起４１、４２を設ける場合について示したが、これに限定されない。例えば、密封装置１の両側に交互に導入される油圧Ｐ，Ｐ’が存在する場合などにおいては、ゴムリング３の両側面３２、３３に複数の突起４１、４２を設けることが好ましく、密封装置１の一方側のみに油圧が存在する場合などにおいては、ゴムリング３の一側面３２と他側面３３とのうちの一方に複数の突起４１、４２が設けられていればよい。
【００６６】
以上の説明では、軸５０とハウジング５１のうち、軸５０が回転する場合について主に説明したが、これに限定されない。軸５０とハウジング５１のうち少なくとも一方が回転可能であればよく、即ち、軸５０とハウジング５１が相対回転可能であればよい。
【００６７】
以上に説明した密封装置の用途は格別限定されず、例えば、一般産業機械の工作機械ロータリージョイントや回転継手、あるいは、パワーショベル、クレーン等の建設機械のセンタースイベル（センタージョイント）部等における回転用シール等として種々の分野に用いることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１：密封装置
２：樹脂リング
２０：環状溝
２１：摺動面
２２：テーパ部
３：ゴムリング
３０：環状溝
３１：背面
３２：一側面
３３：他側面
４１：第１の突起
４１１：立ち上り面
４１２：傾斜面
４１３：稜線部
４２：第２の突起
４２１：立ち上り面
４２２：傾斜面
４２３：稜線部
５０：軸
５１：ハウジング
５２：取付溝
５３：溝底
５４：一側壁
５５：他側壁
【図１】
2018112242.tif 000003
【図２】
2018112242.tif 000004
【図３】
2018112242.tif 000005
【図４】
2018112242.tif 000006
【図５】
2018112242.tif 000007
【図６】
2018112242.tif 000008
【図７】
2018112242.tif 000009