(57)【要約】  【課題】メカニカルシールリングのシール面での安定した接触圧力の確保、シール性能の向上を図れるメカニカルシール装置を提供する。  【解決手段】固定体23に対し、軸方向に隙間を介し回転体26を回転自在に配置する。固定体23および回転体26の各環状凹部28，29に、固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32をそれぞれ嵌合する。固定体23および回転体26の各環状凹部28，29に、メカニカルシールリング31，32の相互に対向するシール面33を押圧する固定側付勢部材35および回転側付勢部材36と、周面間の液密を保持する固定側シール部材43および回転側シール部材44とをそれぞれ嵌着する。  【選択図】図１
2005195133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の側面に環状凹部を有する固定体と、
この固定体に対し軸方向に隙間を介し回転自在に配置され固定体の環状凹部と対向する環状凹部を有する回転体と、
固定体および回転体の各環状凹部にそれぞれ嵌合され相互に対向するシール面を摺接する固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングと、
固定体および回転体の各環状凹部の軸方向に対向する内面に嵌着され固定側メカニカルシールリングと回転側メカニカルシールリングとをこれらの各シール面を押圧する方向に付勢するリング状の固定側付勢部材および回転側付勢部材と、
固定体および回転体の各環状凹部にて固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングの外周面と対向する内周面に嵌着されこれらの周面間の液密を保持する固定側シール部材および回転側シール部材と
を具備したことを特徴とするメカニカルシール装置。
【請求項２】
固定側付勢部材および回転側付勢部材は、弾力性を有する環状シール部材である
ことを特徴とする請求項１記載のメカニカルシール装置。
【請求項３】
固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングは、いずれか一方より他方が大径に形成された
ことを特徴とする請求項１または２記載のメカニカルシール装置。
【請求項４】
固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングのシール面、固定側付勢部材および回転側付勢部材は、回転中心に対し同径位置に配置された
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のメカニカルシール装置。
【請求項５】
固定体および回転体の各環状凹部およびこれらの各環状凹部にそれぞれ嵌合された固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングは、軸方向にストレート形状に形成された
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のメカニカルシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定体に対し軸方向に隙間を介し回転自在に配置された回転体を有するメカニカルシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に示される油圧ショベルの履帯式走行体１に使用される履帯２を巻き掛けたスプロケット３、アイドラ４、トラックローラ５およびキャリヤローラ６などのように、土砂が侵入しやすい環境で使われる回転部分には、土砂の侵入防止と、内部潤滑油の流出防止を目的としたメカニカルシール装置が使用されている。
【０００３】
例えば、図４に示されるように、シャフト11に金属製の固定側ハウジング12が固定され、金属製のローラなどの回転側ハウジング13が回転自在に嵌合され、これらの固定側ハウジング12および回転側ハウジング13にそれぞれ円錐状の内周面を有する環状凹部14，15が設けられ、これらの環状凹部14，15の内部に、円錐状の外周面を有する金属製の固定側メカニカルシールリング16および回転側メカニカルシールリング17がそれぞれ配置され、固定側ハウジング12および回転側ハウジング13の各円錐面と、固定側メカニカルシールリング16および回転側メカニカルシールリング17の各円錐面との間に、弾力性を有するＯリングシール18，19がそれぞれ挾着され、固定側ハウジング12と回転側ハウジング13とを組み立てた状態では、これらのＯリングシール18，19の反発力により、固定側メカニカルシールリング16と回転側メカニカルシールリング17とが摺接するシール面20に圧接力が作用し、このシール面20と各Ｏリングシール18，19とで各ハウジング12，13の外部から内部への土砂の進入を防止するとともに、各ハウジング12，13の内部から外部への油洩れを防止するフローティングシール構造のメカニカルシール装置が知られている。
【０００４】
この従来のフローティングシール構造のメカニカルシール装置は、次のような種々の改善すべき問題点を持っている。
【０００５】
(1) 固定側ハウジング12と回転側ハウジング13との隙間に侵入した土砂が堆積し、凍結などで膨張した場合に、各Ｏリングシール18，19を奥に押し込み、メカニカルシールへの押圧力変動を起こす。すなわち、Ｏリングシール18，19から固定側メカニカルシールリング16と回転側メカニカルシールリング17とのシール面に作用するスラスト方向接触圧力が変動する。
【０００６】
(2) Ｏリングシール18，19の手前に堆積した土砂の逃げ場が無いので、土砂がＯリングシール18，19の内側に入り込み、シール性能の低下を招く。
【０００７】
(3) Ｏリングシール18，19からメカニカルシールリング16，17への押圧力作用点とメカニカルシールリング16，17間のシール面20とがずれているので、シール漏れが生じやすい。
【０００８】
(4) メカニカルシールリング16，17の円周方向支持力とスラスト方向接触圧力とを、１対のＯリングシール18，19から得ているため、その比率はシール受け円錐面の角度によって決まる。メカニカルシールリング16，17同士がシール面20で固着し、Ｏリングシール18，19で滑ることを防ぐには、円周方向支持力を高める方が良いが、そうするとスラスト方向接触圧力も増加し、シール面20でメカニカルシールリング16，17の焼付きを招くおそれがある。
【０００９】
(5) Ｏリングシール18，19の組付けでは、各ハウジング12，13の円錐面とメカニカルシールリング16，17の円錐面とでＯリングシール18，19を圧縮しながら装着するため、Ｏリングシール18，19のセット位置が安定しない。
【００１０】
(6) 耐磨耗性の良い高硬度のメカニカルシールリング16，17を複雑な形状に加工する必要があり、製造コストが高くなり、精度も出しにくい。
【００１１】
一方、上記のようなフローティングシール構造のメカニカルシール装置において、固定側ハウジングと回転側ハウジングの内周面に、Ｏリングシール位置決め用の、少なくとも２つ以上のテーパ面を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
この特許文献１に記載されたものは、Ｏリングシールの初期セット位置を規制できるものの、回転側ハウジングがスラスト方向に移動したときのＯリングシールの変形が大きく、メカニカルシールリングに作用するスラスト方向接触圧力も変動しやすい問題がある。
【００１３】
また、フローティングシール構造のメカニカルシール装置において、固定側ハウジングと回転側ハウジングの内周面に、Ｏリングシール位置決め用の２列の突起部を設けて、組立初期から組立完了時のＯリングシールセット位置を安定化させるものがある（例えば、特許文献２参照）。
【００１４】
この特許文献２に記載されたものは、各ハウジング内に侵入した土砂が上記突起部によりＯリングシールの手前に溜り易く、さらに稼働中のＯリングシール移動に対しては何ら考慮されていないので、メカニカルシールリングに作用するスラスト方向接触圧力が変動し易いとともに、シール性能の低下を招く問題がある。
【００１５】
さらに、フローティングシール構造のメカニカルシール装置において、固定側および回転側のＯリングシールの外周部にリング状突起部を形成するとともに、固定側ハウジングと回転側ハウジングの内周面に段付部を設けて、この段付部にＯリングシールの突起部を係合するようにして、くびれのない間口の広い隙間を構成したものがある（例えば、特許文献３参照）。
【００１６】
この特許文献３のメカニカルシール装置は、メカニカルシールリングなどの組付け時に段付部と突起部との正常な係合を維持することが構造上容易でなく、Ｏリングシールの突起部のセット位置が安定しないため、メカニカルシールリングのスラスト方向接触圧力も安定しない問題がある。
【００１７】
また、フローティングシール構造のメカニカルシール装置において、各メカニカルシールリングのつば部とＯリングシールと固定側ハウジングおよび回転側ハウジングとにより限定された２つの環状空間にリング状の軟質弾性体を周設して、環状空間を充填封止するものがある（例えば、特許文献４参照）。
【００１８】
この特許文献４のメカニカルシール装置は、前記環状空間に所定の形状で収まった場合は、前記環状空間への土砂、泥水などの流入が軟質弾性体の存在により排除され、前記環状空間内で土砂、泥水のなどが凍結することがなくなるが、軟質弾性体は、Ｏリングシールと共に押し潰されながら組付けられるので、環状空間に収まったときに一定の形状が確保される保証がないとともに、回転側ハウジングのスラスト方向移動によりＯリングシールのセット位置がずれると、軟質弾性体は、その位置ずれに対応できず、役目を果せない問題がある。
【特許文献１】特開平１１−５１１９８号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開平１１−５１１９９号公報（第４頁、図１）
【特許文献３】実開平５−１０８６５号公報（第６−７頁、図１）
【特許文献４】特開平５−３３８７０号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
このように、従来のメカニカルシール装置には、Ｏリングシールのセット位置が移動するためメカニカルシールリングのシール面での安定した接触圧力が得られない問題、シール性能が低下する問題、メカニカルシールリングの形状および加工が複雑である問題などがある。
【００２０】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、メカニカルシールリングのシール面での安定した接触圧力の確保、シール性能の向上、メカニカルシールリング形状の単純化およびその加工の容易化を図れるメカニカルシール装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
請求項１記載の発明は、軸方向の側面に環状凹部を有する固定体と、この固定体に対し軸方向に隙間を介し回転自在に配置され固定体の環状凹部と対向する環状凹部を有する回転体と、固定体および回転体の各環状凹部にそれぞれ嵌合され相互に対向するシール面を摺接する固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングと、固定体および回転体の各環状凹部の軸方向に対向する内面に嵌着され固定側メカニカルシールリングと回転側メカニカルシールリングとをこれらの各シール面を押圧する方向に付勢するリング状の固定側付勢部材および回転側付勢部材と、固定体および回転体の各環状凹部にて固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングの外周面と対向する内周面に嵌着されこれらの周面間の液密を保持する固定側シール部材および回転側シール部材とを具備したメカニカルシール装置であり、固定側付勢部材および回転側付勢部材により固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングのシール面に一定の接触圧力を付与する機能と、固定側シール部材および回転側シール部材により外部からの土砂侵入や内部からの油漏れを防止する機能とを分離させたので、外部から侵入した土砂が凍結などで膨張しても、固定側付勢部材および回転側付勢部材には作用せず、メカニカルシールリングのシール面での安定した接触圧力が得られるとともに、固定側シール部材および回転側シール部材のシール性能も向上し、さらに、固定体および回転体の各環状凹部の軸方向に対向する内面に嵌着された固定側付勢部材および回転側付勢部材、固定体および回転体の各環状凹部にて固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングの外周面と対向する内周面に嵌着された固定側シール部材および回転側シール部材は、それらの位置が必然的に決まるので、組立も容易になる。
【００２２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のメカニカルシール装置において、固定側付勢部材および回転側付勢部材を、弾力性を有する環状シール部材としたものであり、固定側付勢部材および回転側付勢部材がシール部材としても機能することで、固定側シール部材および回転側シール部材と共に、２重シール構造を構成して、内部からの油洩れを確実に防止することが可能となる。
【００２３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のメカニカルシール装置において、固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングは、いずれか一方より他方が大径に形成されたものであり、回転体の径方向ガタにより回転側メカニカルシールリングが径方向に変位しても、いずれか一方より他方が大径に形成された回転側メカニカルシールリングと固定側メカニカルシールリングとの間で所定の接触面積を確保でき、メカニカルシールリングのシールラインが切れることがない。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか記載のメカニカルシール装置において、固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングのシール面、固定側付勢部材および回転側付勢部材を、回転中心に対し同径位置に配置したものであり、メカニカルシールリングのシール面が、固定側付勢部材および回転側付勢部材と同径位置にあるので、このシール面にて適正で安定したスラスト方向接触圧力を得ることが可能となる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか記載のメカニカルシール装置において、固定体および回転体の各環状凹部およびこれらの各環状凹部にそれぞれ嵌合された固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングを、軸方向にストレート形状に形成したものであり、軸方向にストレート形状の固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングは、円錐面より形状が単純で加工しやすく、また、固定体および回転体の内面加工も容易になるため、製作コストを安くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１記載の発明によれば、固定側付勢部材および回転側付勢部材により固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングのシール面に一定の接触圧力を付与する機能と、固定側シール部材および回転側シール部材により外部からの土砂侵入や内部からの油漏れを防止する機能とを分離させたので、外部から侵入した土砂が凍結などで膨張しても、固定側付勢部材および回転側付勢部材には作用せず、メカニカルシールリングのシール面での安定した接触圧力を確保できるとともに、固定側シール部材および回転側シール部材のシール性能を向上でき、さらに、固定体および回転体の各環状凹部の軸方向に対向する内面に嵌着された固定側付勢部材および回転側付勢部材、固定体および回転体の各環状凹部にて固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングの外周面と対向する内周面に嵌着された固定側シール部材および回転側シール部材は、それらの位置が必然的に決まるので、組立も容易にできる。
【００２７】
請求項２記載の発明によれば、固定側付勢部材および回転側付勢部材がシール部材としても機能することで、固定側シール部材および回転側シール部材と共に、２重シール構造を構成して、内部からの油洩れを確実に防止できる。
【００２８】
請求項３記載の発明によれば、回転体の径方向ガタにより回転側メカニカルシールリングが径方向に変位しても、いずれか一方より他方が大径に形成された回転側メカニカルシールリングと固定側メカニカルシールリングとの間で所定の接触面積を確保でき、メカニカルシールリングのシールラインが切れることを防止できる。
【００２９】
請求項４記載の発明によれば、メカニカルシールリングのシール面が、固定側付勢部材および回転側付勢部材と同径位置にあるので、このシール面にて適正で安定したスラスト方向接触圧力を確保できる。
【００３０】
請求項５記載の発明によれば、軸方向にストレート形状の固定側メカニカルシールリングおよび回転側メカニカルシールリングは、円錐面より形状が単純で加工しやすく、また、固定体および回転体の内面加工も容易になるため、製作コストを安くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を、図１および図２に示される一実施の形態を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１に示されるように、シャフト21にシャフトシール22を介してカラーなどの固定体23が嵌着され、ピン24により固定されている。また、シャフト21には、固定体23に対し軸方向に隙間を介し配置されたローラなどの回転体26が、ブッシュ27を介し回転自在に嵌合されている。
【００３３】
図２に示されるように、固定体23と回転体26との間の、土砂が侵入し堆積するスラスト方向の隙間Ａは、固定体23と、ブッシュ27との間のスラスト方向のガタすなわち隙間Ｂよりわずかに広くなるように設定すると良い。
【００３４】
固定体23の軸方向の側面には環状凹部28が設けられ、また、回転体26には、固定体23の環状凹部28と対向する環状凹部29が設けられている。
【００３５】
そして、これらの固定体23および回転体26の各環状凹部28，29には、固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32が、それぞれ嵌合されている。これらの固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32には、相互に対向して摺接するシール面33が設けられている。
【００３６】
固定体23および回転体26の各環状凹部28，29およびこれらの各環状凹部28，29にそれぞれ嵌合された固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32は、それぞれ軸方向にストレート形状に形成されている。
【００３７】
回転側メカニカルシールリング32は矩形断面であり、それに対向する固定側メカニカルシールリング31は同様な矩形断面であるが、図２に示されるようにシール面33の下側に１辺の傾斜面34を有している。この傾斜面34は、固定体23および回転体26の内部に封入された潤滑油を固定側メカニカルシールリング31と回転側メカニカルシールリング32との間のシール面33に導くための形状である。
【００３８】
固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32のそれぞれの背面には、リング状の固定側付勢部材35および回転側付勢部材36が配置され当接されている。
【００３９】
すなわち、固定体23および回転体26の各環状凹部28，29の軸方向に対向する内面には、環状凹溝37，38がそれぞれ設けられ、これらの環状凹溝37，38内に固定側付勢部材35および回転側付勢部材36が嵌着されている。
【００４０】
これらの固定側付勢部材35および回転側付勢部材36は、合成ゴムで成形されたＯリングシールなどの弾力性を有する環状シール部材であり、固定側メカニカルシールリング31と回転側メカニカルシールリング32とをこれらの各シール面33を押圧する方向に付勢する。
【００４１】
また、固定体23および回転体26の各環状凹部28，29にて固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32の外周面と対向するシール取付内周面には、環状凹溝41，42がそれぞれ設けられ、これらの環状凹溝41，42内に、対向する周面間の液密を保持する固定側シール部材43および回転側シール部材44が嵌着されている。これらの固定側シール部材43および回転側シール部材44は、合成ゴムで成形されたＯリングシールなどを用いる。
【００４２】
固定側メカニカルシールリング31の外周面と固定体23のシール取付内周面との隙間、および回転側メカニカルシールリング32の外周面と回転体26のシール取付内周面との隙間は、加工精度上の最小隙間とすることが望ましい。
【００４３】
さらに、図２に示される例では、回転側メカニカルシールリング32は、固定側メカニカルシールリング31より大径に形成されているが、固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32間のシール面33、固定側付勢部材35および回転側付勢部材36は、回転中心に対し同径位置に配置されている。
【００４４】
すなわち、固定側メカニカルシールリング31の外周面に対し回転側メカニカルシールリング32の外周面は段差Ｃを有しているが、固定側付勢部材35および回転側付勢部材36の押圧力中心が、メカニカルシールリングのシール面33の中心とほぼ同軸上に位置するように、シール面33の断面中心が、固定側付勢部材35および回転側付勢部材36の断面中心と同軸上に配置構成されている。
【００４５】
なお、固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32は、いずれか一方より他方が大径に形成されていれば良く、すなわち、回転側メカニカルシールリング32より固定側メカニカルシールリング31が大径に形成されていても良い。
【００４６】
次に、上記実施の形態の作用効果を説明する。
【００４７】
シャフト21および固定体23に対してローラなどの回転体26が回転するときは、ブッシュ27の内周面や、固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32との間のシール面33が摺動面となり、内部に充填されているグリースなどの潤滑油がこれらの摺動面に供給される。
【００４８】
固定側付勢部材35および回転側付勢部材36により固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32を押圧して、それらのシール面33に一定の接触圧力を付与する機能と、固定側シール部材43および回転側シール部材44により外部からの土砂侵入や内部からの油漏れを防止する機能とを分離させたので、外部から隙間Ａに侵入した土砂が凍結などで膨張しても、固定側付勢部材35および回転側付勢部材36には作用せず、メカニカルシールリングのシール面33での安定した接触圧力を確保できるとともに、固定側シール部材43および回転側シール部材44のシール性能を向上できる。
【００４９】
特に、固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32の外周面と、固定体23および回転体26の環状凹溝28，29のシール取付内周面との隙間を最小とすることができ、土砂が堆積する隙間Ａも最小とすることができるので、凍結などで膨張した土砂などが固定側シール部材43および回転側シール部材44に影響することがない。
【００５０】
また、固定側付勢部材35および回転側付勢部材36がシール部材としても機能することで、固定側シール部材43および回転側シール部材44と共に、２重シール構造を構成して、内部からの油洩れを確実に防止できる。特に、回転側シール部材44および回転側付勢部材36の２重シール構造により、回転側でも潤滑油の流出を確実に防止できる効果は大きい。
【００５１】
さらに、回転体26の径方向ガタにより回転側メカニカルシールリング32が径方向に変位しても、大径に形成された回転側メカニカルシールリング32と固定側メカニカルシールリング31との間で所定の接触面積を確保でき、メカニカルシールリングのシールラインが切れることを防止できる。
【００５２】
すなわち、回転側メカニカルシールリング32は、固定側メカニカルシールリング31に対し段差Ｃを有しているので、ブッシュ27とシャフト21との間に隙間Ｄ（または磨耗により生じたガタ）があっても、メカニカルシールリングのシールラインが切れることはない。
【００５３】
また、メカニカルシールリングのシール面33が、固定側付勢部材35および回転側付勢部材36と同径位置にあるので、このシール面33にて適正で安定したスラスト方向接触圧力を確保できる。
【００５４】
言い換えると、固定側メカニカルシールリング31と回転側メカニカルシールリング32との間のシール面33の断面中心が、固定側付勢部材35および回転側付勢部材36の断面中心と同軸上に有るので、安定した接触圧力が得られ、さらに円周保持の固定側シール部材43および回転側シール部材44とは別の固定側付勢部材35および回転側付勢部材36を有するので適正な接触圧力を設定できる。
【００５５】
また、軸方向にストレート形状の固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32は、円錐面より形状が単純で加工しやすく、また、固定体23および回転体26の環状凹部28，29の内面加工においても、円錐面などがないため容易になり、製作コストを安くできる。
【００５６】
さらに、各Ｏリングシールの位置も必然的に決まるので組立が容易になる。すなわち、固定体23および回転体26の各環状凹部28，29の軸方向に対向する内面に嵌着された固定側付勢部材35および回転側付勢部材36、固定体23および回転体26の各環状凹部28，29にて固定側メカニカルシールリング31および回転側メカニカルシールリング32の外周面と対向するシール取付内周面に嵌着された固定側シール部材43および回転側シール部材44は、それらの位置が必然的に決まるので、組立も容易にできる。
【００５７】
なお、本発明は、図３に示された油圧ショベルなど作業機械の履帯式走行体１に使用されるスプロケット３、アイドラ４、トラックローラ５およびキャリヤローラ６などに用いると良いが、土工用ベルトコンベアのガイドローラなどにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係るメカニカルシール装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】同上メカニカルシール装置の拡大断面図である。
【図３】油圧ショベルの側面図である。
【図４】従来のメカニカルシール装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
23    固定体
26    回転体
28    環状凹部
29    環状凹部
31    固定側メカニカルシールリング
32    回転側メカニカルシールリング
33    シール面
35    固定側付勢部材
36    回転側付勢部材
43    固定側シール部材
44    回転側シール部材
【図１】
2005195133.tif 000003
【図２】
2005195133.tif 000004
【図３】
2005195133.tif 000005
【図４】
2005195133.tif 000006