(57)【要約】【課題】  駆動軸の外周囲を防水するための構造に対し、安定した防水性能を長期間に亘って維持することができ、小型部品への適用が容易であって、しかも駆動軸の加工時間も短時間で済む駆動軸の防水構造及びその防水構造に使用される駆動軸を提供する。【解決手段】  透視度センサのケーシングの水密性を確保するためにスイングワイパ駆動シャフト５３の周囲をシールリング６によってシールする防水構造に対し、駆動シャフト５３の外面のうちシールリング６が接触する箇所の全周囲にバニッシング加工を施す。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸支持体に形成された貫通孔の内面とこの貫通孔に挿通された駆動軸の外面との間をリング状のシール部材によってシールする防水構造において、
上記駆動軸は、その外面のうち上記シール部材が接触する箇所の全周囲にバニッシング加工が施されており、駆動軸の駆動に伴って、このバニッシング加工部分がシール部材に対して摺動する構成となっていることを特徴とする駆動軸の防水構造。
【請求項２】
請求項１記載の防水構造に使用される駆動軸であって、オーステナイト系ステンレスで構成されており、外面のうちシール部材が接触する箇所の全周囲にバニッシング加工が施されていることを特徴とする駆動軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば駆動源からの回転力を伝達する駆動軸の外周囲を防水するための構造に係る。特に、本発明は、安定した防水性能を長期間に亘って維持するための対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば透視度センサ等の水中機械にあってはケーシングに高い水密性が要求される。特に、ケーシングをその内部から外部に向けて貫通する部材が存在する場合には、その部材とケーシングとの間に高い止水性を確保するための防水構造が必要である。具体的に透視度センサを例に掲げて説明すると、透視度センサの光学窓を浄化するためのスイングワイパを備えさせた場合、ケーシング内部にワイパ用モータが収容され、ケーシング外部に光学窓浄化用のワイパブレードが配置され、ワイパ用モータの駆動力をワイパブレードに伝達するための駆動軸がケーシングを貫通することになる。従って、ケーシングにおける駆動軸の貫通部分には止水性を確保するための防水構造が適用される。この種の防水構造としては、これまで、「オイルシール（例えば下記の特許文献１）」「メカニカルシール（例えば下記の特許文献２）」「スプリング入り樹脂シール」等を利用したものが知られている。上記「スプリング入り樹脂シール」を利用した防水構造とは、表面を研磨加工したり硬度を高めるための表面処理を行った駆動軸に対して、スプリング入り樹脂シール（内外の樹脂製リング部材の間にスプリングを介在させたもの）を装着することにより防水機能を得るようにしたものである。
【特許文献１】特開２００３−１２６２０１号公報
【特許文献２】特開平１０−２１１３８４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、上述したこれまでの防水構造にあっては以下に述べる課題があった。
【０００４】
オイルシールは、水に比べて粘度が高いオイルの漏洩を阻止するには有効であるが、粘度の低い水の漏洩を阻止するための性能を十分に得ることはできない。つまり、短期間のうちに防水性が失われてしまう可能性が高く止水構造としての実用性に乏しい。
【０００５】
メカニカルシールは、構造が複雑であるためそれ自体が大型である。従って小型の部品に適用するには不向きであった。
【０００６】
スプリング入り樹脂シールによる防水構造では、このスプリング入り樹脂シールを装着する駆動軸に研磨加工や表面処理を施しておく必要があり、その加工時間を長く要してしまう。また、駆動軸を表面処理することによって水に対する耐蝕性が悪化してしまう可能性もあった。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、駆動軸の外周囲を防水するための構造に対し、安定した防水性能を長期間に亘って維持することができ、小型部品への適用が容易であって、しかも駆動軸の加工時間も短時間で済む駆動軸の防水構造及びその防水構造に使用される駆動軸を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は以下のとおりである。先ず、回転軸支持体に形成された貫通孔の内面とこの貫通孔に挿通された駆動軸の外面との間をリング状のシール部材によってシールする防水構造を前提とする。この防水構造に対し、駆動軸の外面のうち上記シール部材が接触する箇所の全周囲にバニッシング加工を施し、駆動軸の駆動に伴って、このバニッシング加工部分がシール部材に対して摺動する構成としている。
【０００９】
これまでシール部材（例えば上述したスプリング入り樹脂シール等）を使用した防水構造では、駆動軸の研磨加工や表面処理を施しておく必要があった。例えばステンレス製の駆動軸であれば、軸の表面硬度を高めるための表面処理を行う必要があった。このため、その加工時間を長く要してしまっていた。これに対し、本解決手段によれば、上記研磨加工や表面処理に比べて簡素な加工であるバニッシング加工を施すのみでよく、高い止水性を有する止水構造を短時間で得ることができる。また、バニッシング加工によって駆動軸の外周面の微小突起が潰されて高い平滑性が得られている（所謂、鏡面仕上げが施されている）ため、シール部材との間の接触状態が全周囲に亘って均一化されており、シール部材との摺動による摩耗も抑制されることになる。つまり、ステンレス等の比較的低硬度の金属材料に対して表面処理（硬度向上のための処理）を必要とすることなく適用することが可能になる。更に、駆動軸を表面処理する場合とは異なり、駆動軸の水に対する耐蝕性を維持できる。これら作用により、本解決手段によれば安定した防水性能を長期間に亘って維持することが可能である。
【００１０】
更に詳しく説明すると、これまで、上記スプリング入り樹脂シールは、オイルシールとして使用する場合が多かった。つまり、樹脂シールの内周面と駆動軸の外周面との間に所定寸法の隙間を意図的に形成しておき、この隙間に比較的粘度の高いオイルを存在させることによってシール機能を発揮させるようになっていた。これに対し、本解決手段では、バニッシング加工によって駆動軸の外周面の平滑性を高めてシール部材の内周面との間の隙間をできるだけ小さくし、この隙間に流れ込んだ水によってシール性と潤滑性とが得られるようにしている。つまり、粘度の低い水であっても、駆動軸の外周面とシール部材の内周面との間に保持されてシール性と潤滑性とを発揮するような上記隙間が得られる加工（バニッシング加工）を駆動軸の外周面に施している。即ち、本発明は、シール部材を使用した構成でありながらも、上記樹脂シールをオイルシールとして使用する場合とは全く異なるメカニズムによって止水機能を発揮させるようにしたものである。このように、本発明によれば、粘度が低いために漏洩防止が困難であった水に対して良好な止水性を得ることができる。
【００１１】
更に、本解決手段は、従来のメカニカルシールとは異なり、シール構造が簡素であるためシール部分の小型化を図ることができ、小型の装置のシール構造として好適である。
【００１２】
尚、上述した防水構造に使用される駆動軸も本発明の技術的思想の範疇である。つまり、オーステナイト系ステンレスで構成されており、外面のうち樹脂シールが接触する箇所の全周囲にバニッシング加工を施した駆動軸である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、駆動軸の外周囲を防水するための構造として、駆動軸の外面に接してシール機能を発揮するシール部材を使用し、駆動軸の外面のうちこのシール部材が接触する箇所の全周囲にバニッシング加工を施している。このため、簡素な加工であるバニッシング加工を適用したことにより、高い止水性を有する止水構造を短時間で得ることができ、且つ駆動軸の外周面に高い平滑性が得られて駆動軸の摩耗が抑制され、更に、駆動軸の水に対する耐蝕性を維持できる。その結果、安定した防水性能を長期間に亘って維持することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、本発明に係る防水構造を、透視度センサ（生活用水、産業用水、海洋、河川、湖沼等の透視度や濁度を測定するためのセンサ）における光学窓浄化用スイングワイパの駆動軸外周囲に適用した場合について説明する。
【００１５】
−透視度センサの全体構造−
図１は、本形態に係る透視度センサ１の内部構造を示す一部を破断した側面図である。この図１に示すように、本透視度センサ１は、略円筒形の水密構造を有する中空のケーシング２と、このケーシング２の内部に収容された投光部３及び受光部４とを備えて構成されている。
【００１６】
上記ケーシング２の内部は、図中下側の投光側ユニット空間２１と図中上側の受光側ユニット空間２２とに区画されている。つまり、上記投光部３が投光側ユニット空間２１に収容されている一方、上記受光部４が受光側ユニット空間２２に収容されている。
【００１７】
ケーシング２の外周面における投光側ユニット空間２１と受光側ユニット空間２２との区画部分は、断面コ字状に凹陥され、この凹陥部分２３に透視度測定空間Ｓを形成するようになっている。そして、投光部３と受光部４とは、この透視度測定空間Ｓを挟んで対向するように配置されている。つまり、投光部３から受光部４に向けて投光される構成となっている。更に、投光部３の投光側（図中上側）には投光窓を構成する投光用ガラス３２が、受光部４の受光側（図中下側）には受光窓を構成する受光用ガラス４２が、それぞれＯ−リング等のシール部材（図示省略）を介して水密状態でケーシング２に装着されている。
【００１８】
以上の構成により、本透視度センサ１を水中に浸漬した状態では、投光部３からの光が投光用ガラス３２、透視度測定空間Ｓの水（この水によって光が散乱及び吸収される）、および受光用ガラス４２を通過して受光部４に入射する。このため、受光部４への入射光量が透視度測定空間Ｓの水の透視度に応じて変化することになり、受光部４からの出力信号がケーシング２の浸漬位置における水の透視度を表す値となる。この出力信号はケーシング２から引き出されるケーブル１２を介して、例えば本透視度センサ１が接続された図示しないモニタ装置に送信され、このモニタ装置の液晶表示部等に表示されるようになっている。
【００１９】
尚、本透視度センサ１はコンパクトなポータブルタイプとして構成されており、例えばケーシング２の外径が３２ｍｍであって高さが１４０ｍｍとなっている。また、ケーシング２の材質としてはステンレスが使用され、各ガラス３２，４２の材質としてはサファイアガラスが使用されている。
【００２０】
ここで、上記各ガラス３２，４２の表面は、使用状態において常に被測定水（透視度測定空間Ｓ内の水）に接した状態となるが、この各ガラス３２，４２の表面に水中の懸濁物質等が付着すると、それによって受光部４への入射光量が減衰し、受光部４からの出力信号が正確な透視度を表さなくなる。従って、この各ガラス３２，４２の表面は、使用状態において連続的または周期的（例えば３０分毎）に浄化する必要があり、この各ガラス３２，４２の表面は、以下に示すスイングワイパ５によって浄化されるようになっている。
【００２１】
−スイングワイパ５の構造−
各ガラス３２，４２の表面を浄化するためのスイングワイパ５は、ゴム製のワイパブレード５５が各ガラス３２，４２の表面を拭き取ることにより浄化動作を行うようになっている。以下、その構成について詳述する。
【００２２】
図１に示すように、スイングワイパ５は、ワイパ用モータ５１、ギヤユニット５２、本発明でいう駆動軸としての駆動シャフト５３、ワイパ部材５４を備えて構成されている。
【００２３】
ワイパ用モータ５１は、上記ケーシング２の投光側ユニット空間２１の底部に収容されており、このモータ５１の駆動に伴い、その回転力が駆動軸５１ａ、ギヤユニット５２を経て駆動シャフト５３に伝達されるようになっている。そして、この駆動シャフト５３の先端部にはワイパ部材５４が装着されており（この装着のための構成については後述する）、駆動シャフト５３の回転駆動に伴ってワイパ部材５４が鉛直軸回り（本透視度センサ１を吊り下げた状態での鉛直軸回り）に回動するようになっている。そして、このワイパ部材５４には、ゴム製のワイパブレード５５が各ガラス３２，４２の表面（透視度測定空間Ｓの水に接する面）に当接するように備えられており、上記ワイパ用モータ５１の駆動方向を正逆駆動することによって駆動シャフト５３が正逆回転し、これに伴ってワイパ部材５４が揺動してワイパブレード５５が各ガラス３２，４２の表面を拭き取るようになっている。尚、図１における符号７は、後述するアーム５６ｂを位置決めするためのアームカバーである。
【００２４】
次に、上記駆動シャフト５３及びワイパ部材５４について詳述する。
【００２５】
図２は駆動シャフト５３の側面図（後述するシールリング６が装着された状態）である。この駆動シャフト５３は、ステンレス製であって、その下端部及び軸心方向の中央部それぞれが軸受けを介して鉛直軸回りに回転自在に支持されている（図１参照）。
【００２６】
また、この駆動シャフト５３の軸心方向の中央部には、バニッシング仕上げ（ローラバニッシングツール等による表面仕上げ加工）によって平滑面（例えば表面粗さ：Ｒａ＝０．０１５）に形成されたバニッシング加工部５３ｅが備えられている。尚、このバニッシング加工部５３ｅにはシール部材６が装着され、投光側ユニット空間２１の水密性が良好に確保できるようにしている。
【００２７】
駆動シャフト５３とケーシング２との間に介在されるシールリング６は、図２に示すように、内側リング６１と外側リング６２との間にスプリング６３が介在された構成となっている。内側リング６１及び外側リング６２は共にリング形状に形成された樹脂成形品であって、内側リング６１の内径寸法は上記バニッシング加工部５３ｅの外径寸法に略一致している。また、外側リング６２の外径寸法は上記ケーシング２（本発明でいう回転軸支持体）に形成された駆動シャフト挿通孔（本発明でいう貫通孔）２５の内径寸法に略一致している。また、スプリング６３の付勢力により、内側リング６１はバニッシング加工部５３ｅに向けて（内側に向けて）押圧され、外側リング６２はケーシング２の駆動シャフト挿通孔２５に向けて（外側に向けて）押圧されており、これによって止水性が得られるようになっている。尚、この状態で、駆動シャフト５３は内側リング６１に対して相対回転自在となっている。また、上記バニッシング加工部５３ｅに接する内側リング６１の内周面及び駆動シャフト挿通孔２５に接する外側リング６２の外周面は共に滑らかな面で形成されている。
【００２８】
尚、駆動シャフト５３の先端部には、比較的小径（例えば外径２．７ｍｍ）に形成された連結部５３ｃが備えられている。そして、この連結部５３ｃの基端部（図２における下側端部）には、後述するワイパ部材５４に係合するための平目ローレット５３ｇが形成されている。具体的には、歯数２０枚の平目ローレット５３ｇが形成されている。この平目ローレット５３ｇは転造加工により形成されている。この転造加工によれば、安価で高い強度が得られる。
【００２９】
次に、ワイパ部材５４について説明する。図３はワイパ部材５４を示しており、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は底面図、図３（ｃ）は側面図である。また、図４は、上記駆動シャフト５３とワイパ部材５４とが連結された状態を示す図である。
【００３０】
これらの図に示すように、ワイパ部材５４は、金属粉末射出成形法（ＭＩＭ法：メタルインジェクションモールド）法により成形された金属製（例えばステンレス製）のワイパベース５６と、平板状のブレードステイ５７と、このワイパベース５６及びブレードステイ５７の間に挟持されたゴム製のワイパブレード５５とを備えている。
【００３１】
ワイパベース５６は、ワイパブレード５５の取付部となる略平板状のプレート部５６ａと、このプレート部５６ａの一端縁（図３（ａ）における左下部分）に連続成形され且つ上記駆動シャフト５３の連結部５３ｃが挿通される連結孔５６ｃを有するアーム５６ｂとを備えている。尚、ワイパブレード５５の高さ寸法はワイパベース５６及びブレードステイ５７の高さ寸法よりも僅かに大きく設定されており、このワイパブレード５５の取り付け状態では、ワイパブレード５５の上端縁部分及び下端縁部分がワイパベース５６及びブレードステイ５７よりも上下に突出した状態となり、この突出部分がそれぞれガラス３２，４２に接触するようになっている。また、ワイパベース５６とワイパブレード５５とブレードステイ５７との組み付けはネジ止めにより成されている。
【００３２】
そして、上記アーム５６ｂは、連結孔５６ｃの内周面が、上記駆動シャフト５３の平目ローレット５３ｇ形成部分の形状に略合致する溝付き孔形状に加工されている。具体的には、歯数２０枚の溝付き孔形状が全周囲に亘って形成されている。
【００３３】
そして、上述した平目ローレット５３ｇを連結部５３ｃに有する駆動シャフト５３を、上記形状の溝付き孔形状加工部分５６ｄを連結孔５６ｃに有するワイパベース５６に挿入すると、溝付き孔形状加工部分５６ｄにローレット５３ｇの加工部分が遊嵌されて連結孔５６ｃの軸心位置と連結部５３ｃの軸心位置とが相対移動可能な状態となる。つまり、溝付き孔形状加工部分５６ｄ及びローレット５３ｇの形状が高精度で得られておらず連結孔５６ｃの軸心位置と連結部５３ｃの軸心位置とが一致していない場合であっても、溝付き孔形状加工部分にローレット加工部分が遊嵌することで、この両者の軸心位置のズレ、軸方向のズレ、回転軸の偏心を許容しながらも動力伝達を確実に行うことができるようになっている。
【００３４】
本形態では、上述したように、駆動シャフト５３の外周囲を防水するための構造として、駆動シャフト５３の外面に接する面が樹脂により形成されたシールリング６を使用し、駆動シャフト５３の外面のうちシールリング６が接触する箇所の全周囲にバニッシング加工を施している。このため、簡素な加工であるバニッシング加工を適用したことにより、高い止水性を有する止水構造を短時間で得ることができ、且つ駆動シャフト５３の外周面に高い平滑性が得られて駆動軸の摩耗が抑制され、更に、駆動シャフト５３の水に対する耐蝕性を維持できる。その結果、安定した防水性能を長期間に亘って維持することが可能である。
【００３５】
＜解析結果＞
次に、本発明の効果を確認するために行った解析結果について説明する。ここでは、駆動シャフト５３の外周囲を防水するための構造として上記シールリング６を使用したものに対して、上記実施形態に係る本発明品（ステンレス製の駆動シャフト５３のシールリング装着部分にバニッシング加工を施したもの）、比較例１としてステンレス製の駆動シャフトのシールリング装着部分に焼き入れ及び研磨処理を施したもの、比較例２としてチタン製の駆動シャフトのシールリング装着部分に研磨処理を施したもの、比較例３としてニッケル合金製の駆動シャフトのシールリング装着部分にクロムメッキ処理を施したものそれぞれについての解析を行った。その結果を図５に示す。
【００３６】
この図５から解るように、本発明品にあっては、耐圧性については比較例１及び比較例３よりも優れており、寿命（防水性が失われるまでの期間）についても比較例１及び比較例３よりも優れており、加工性については比較例２及び比較例３よりも優れていた。
【００３７】
また、シール性の指標となる表面粗さＲａ（シールリング装着部分の表面粗さ）、最大山高さＲｐ、初期摩耗高さＲｐｋについては、本発明品のものは各比較例のものよりも低く、シール性が良好に確保できることが確認される。また、シールリング６の内周面との間の摩擦の大きさの指標となる負荷長さ率ｔｐについては、本発明品のものは各比較例のものよりも低く、シールリングの内周面との間の摩擦は小さいことが確認される。また、シールリング６の内周面との間の潤滑性の指標となる負荷長さ率２Ｍｒ２については、本発明品のものは各比較例のものに比べて極めて高く、シールリング６の存在が駆動シャフト５３の回転に支障を来すことはないことが確認された。
【００３８】
−その他の実施形態−
以上説明した実施形態は、本発明に係る防水構造を、透視度センサ１における光学窓浄化用スイングワイパ５の駆動軸に適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、止水性が要求される種々の箇所に適用することが可能である。
【００３９】
また、本発明に係る防水構造に適用されるシール部材としては、スプリング入り樹脂シールに限らず、Ｏ−リングその他のシール部材が適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施形態に係る透視度センサの内部構造を示す一部を破断した側面図である。
【図２】スイングワイパの駆動シャフトを示す側面図である。
【図３】スイングワイパのワイパ部材を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】駆動シャフトとワイパ部材とが連結された状態を示す図である。
【図５】本発明の効果を確認するために行った解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
２          ケーシング（回転軸支持体）
２５        駆動シャフト挿通孔（貫通孔）
５３        駆動シャフト（駆動軸）
５３ｅ      バニッシング加工部分
６          シールリング（シール部材）
【図１】
2005214398.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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