(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1は、例えば油圧ショベル等のクローラ式車両に設けられる無限軌道駆動装置1のシール構造を示す断面図である。無限軌道駆動装置1は、固定ハウジング10に対して回転作動する回転ケーシング(ハブ)20を備え、この回転ケーシング20に図示しないスプロケット(クローラホイール)が連結される。回転ケーシング20が回転作動することにより、スプロケットに噛み合う図示しない無限軌道帯(クローラベルト)が循環して、車両が走行するようになっている。
【0014】
固定ハウジング10は、図示しない車両フレームに連結される。固定ハウジング10の内部には、油圧モータ2が設けられる。この油圧モータ2は、例えば斜板式ピストンモータが用いられ、図示しない油圧源から供給される作動油によって回転軸Oを中心として回転作動する。
【0015】
回転ケーシング20は、固定ハウジング10に対してベアリング3を介して回転可能に支持される。回転ケーシング20は、回転軸Oを中心として回転作動する。
【0016】
回転ケーシング20の内部には、図示しない減速ギア機構5が設けられる。この減速ギア機構5は、油圧モータ2の出力回転を減速して回転ケーシング20に伝達する。回転ケーシング20の内側には減速ギア機構5を収容するギア室9が画成される。
【0017】
円筒状の回転ケーシング20には、その外壁部22から環状に突出する回転フランジ部25が形成される。この回転フランジ部25は、回転軸Oと直交する半径方向に延びる回転フランジ端面26を有し、この回転フランジ端面26に開口する複数のネジ孔29が形成される。前記したスプロケット(クローラホイール)は、回転フランジ端面26に当接するように組み付けられ、ネジ孔29に螺合するボルト(図示せず)を介して回転フランジ部25に締結され、回転ケーシング20と共に回転作動する。
【0018】
固定ハウジング10と回転ケーシング20の間には、ラビリンスシール30が設けられる。このラビリンスシール30は、固定ハウジング10に形成される環状凹部13と、回転ケーシング20に形成される環状凸部23との間に画成される。これにより、ラビリンスシール30は、クランク状に曲折した断面形状を有し、泥等の異物がギア室9に侵入することを防止するようになっている。
【0019】
ラビリンスシール30は、その一端が無限軌道駆動装置1の外部に開口する半径方向シール間隙31と、この半径方向シール間隙31の他端にその一端が接続する軸方向シール間隙32と、この軸方向シール間隙32の他端にその一端が接続する半径方向シール間隙33とによって構成される。この半径方向シール間隙33の他端にその一端が接続する軸方向シール間隙34が設けられ、この軸方向シール間隙34の他端がギア室9のベアリング3のまわりに開口している。半径方向シール間隙31、33は、回転軸Oと直交する半径方向に延びる円盤状の空間を画成している。軸方向シール間隙32、34は、回転軸O方向に延びる円筒状の空間を画成している。
【0020】
ラビリンスシール30の半径方向シール間隙33を遮蔽するシールユニット40が設けられる。このシールユニット40は、この第一収容溝45に収容されるシールリング50と、このシールリング50を第一収容溝45から押し出す方向に付勢する第一Oリング42と、回転ケーシング20に形成される環状の第二収容溝44と、この第二収容溝44に収容されるスライドリング60と、このスライドリング60をシールリング50に押し付ける方向に付勢する第二Oリング41と、固定ハウジング10に形成される環状の第一収容溝45と、を備える。
【0021】
半径方向シール間隙33は、固定ハウジング10の環状凹部13の底面19と、回転ケーシング20の環状凸部23の端面28との間に画成される。
【0022】
環状凹部13の底面19に環状の第一収容溝45が開口する。一方、環状凸部23の端面28に環状の第二収容溝44が開口する。第一収容溝45及び第二収容溝44は、回転軸Oと直交する半径方向について同位置にて対向するように開口している。
【0023】
第一収容溝45は回転軸O方向に延びる溝側面45A、45Bと、回転軸Oと直交する半径方向に延びる溝底面45Cと、を有する。
【0024】
第一収容溝45の半径方向開口幅L45は、回転軸Oに直交する半径方向について溝側面45A、45B間に延びる長さ(間隔)であり、シールリング50の半径方向厚さT50に対して所定のハメアイスキマを持つように設定される。
【0025】
第二収容溝44は回転軸O方向に延びる溝側面44A、44Bと、回転軸Oと直交する半径方向に延びる溝底面44Cと、を有する。
【0026】
第二収容溝44の半径方向開口幅L44は、回転軸Oに直交する半径方向について溝側面44A、44B間に延びる長さ(間隔)であり、スライドリング60の厚さT60に対して所定のハメアイスキマを持つように設定される。
【0027】
第一収容溝45の半径方向開口幅L45と第二収容溝44の半径方向開口幅L44とは、同等に形成される。第一収容溝45及び第二収容溝44は、半径方向シール間隙33を挟んで互いに対峙し、断面矩形の環状空間を画成する。
【0028】
スライドリング60の厚さT60とシールリング50の半径方向厚さT50とは、同等に形成される。
【0029】
スライドリング60は、シールリング50に対峙するスライド面61と、第二収容溝44の矩形の断面形状に沿うリング端面62及び両リング側面(外周面、内周面)63、64と、を有する。スライドリング60の外径(リング側面63の外径)は、シールリング50の外径より大きく形成される。
【0030】
シールリング50が摺接するスライド面61は、回転軸Oに対して傾斜するテーパ状(円錐台状)に形成される。
【0031】
スライドリング60は、金属により形成され、後述するシールリング50より高い剛性を有する。なお、スライドリング60は、上述した構成に限らず、例えばポリアミド等の樹脂材によって形成してもよい。
【0032】
スライドリング60は、合い口を持たないリング状に形成され、その全周が第二収容溝44及び第一収容溝45に渡って嵌合される。スライドリング60と第二収容溝44と第一収容溝45は、共に回転軸O方向に延びる環状に形成されているため、スライドリング60に合い口を持たせる必要がなく、スライドリング60を第一収容溝45及び第二収容溝44に嵌合させることができる。
【0033】
第二Oリング41は、スライドリング60を第二収容溝44から押し出す第二弾性部材として設けられる。第二Oリング41は、自由状態で円形状もしくは長円形状の断面を有し、ゴム材によってリング状に形成される。第二Oリング41は、スライドリング60の内側(背後側)にて第二収容溝44に圧縮して介装され、スライドリング60のリング端面62を押圧する。
【0034】
スライドリング60は、スライド面61が半径方向について内側(
図2において下方)を向くように第一収容溝45及び第二収容溝44に介装される。後述するように、スライドリング60は、スライド面61に受けるシールリング50からの反力によって半径方向について外側(
図2において上方)に移動する。これにより、一方のリング側面63が第二収容溝44の溝側面44A及び第一収容溝45の溝側面45Aに当接して押し付けられ、他方のリング側面64と第二収容溝44の溝側面44Bの間に間隙が空くようになっている。
【0035】
シールリング50は、スライド面61に対峙するシール部51と、第一収容溝45の略矩形の断面形状に沿うリング端面52及び両リング側面(外周面、内周面)53、54と、を有する。
【0036】
スライド面61に摺接するシール部51は、回転軸Oに対して傾斜するテーパ状(円錐台状)に形成される。なお、シール部51は、上述した構成に限らず、スライド面61に対して環状に隆起するリップ部を有する構成としてもよい。
【0037】
シールリング50は、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)の樹脂材によって形成されるが、これに限らず、他の低摩擦樹脂材を用いてもよい。
【0038】
シールリング50が低摩擦樹脂材によって形成されることにより、金属によって形成されるスライド面61に対するシールリング50の摩擦係数は、従来のフローティングシールにおける金属どうしの摺接部に比べて小さく抑えられる。
【0039】
なお、上述した構成に限らず、シールリング50は樹脂材によって形成されるとともに、スライドリング60はシールリング50を形成する樹脂材よりも低摩擦である低摩擦樹脂材によって形成してもよい。これにより、シールリング50の摩擦係数は、さらに小さく抑えられる。
【0040】
シールリング50は、合い口を持たないリング状に形成され、その全周が第一収容溝45及び第二収容溝44に渡って嵌合される。シールリング50と第一収容溝45及び第二収容溝44は、共に回転軸O方向に延びる環状に形成されているため、シールリング50に合い口を持たせる必要がなく、シールリング50を第一収容溝45及び第二収容溝44に嵌合させることができる。
【0041】
第一Oリング42は、シールリング50をスライド面61に押し付ける第一弾性部材として設けられ、ゴム材によってリング状に形成される。第一Oリング42は、自由状態で円形状もしくは長円形状の断面を有する。第一Oリング42は、シールリング50の外側(背後側)にて第一収容溝45に圧縮して介装され、シールリング50のリング端面52を押圧する。
【0042】
シールリング50がスライドリング60に押し付けられる力は、第二Oリング41及び第一Oリング42の弾性復元力とシールリング50自体の弾性復元力とによって得られ、これらの材質、形状を任意に設定することにより、シールリング50とスライド面61との間に生じる摩擦力が小さく抑えられる。
【0043】
シールリング50は、テーパ状のシール部51が半径方向について外側(
図2において上方)を向くように第一収容溝45及び第二収容溝44に介装される。シールリング50は、スライド面61からシール部51に受ける反力によって半径方向について内側(
図2において下方)に移動する。これにより、一方のリング側面54が第一収容溝45の溝側面45B及び第二収容溝44の溝側面44Bに当接して押し付けられ、他方のリング側面53と第一収容溝45の溝側面45Aの間に間隙が空くようになっている。
【0044】
以下、無限軌道駆動装置1の動作について説明する。
【0045】
車両の走行時に、無限軌道駆動装置1は油圧モータ2が回転ケーシング20を回転作動させ、回転ケーシング20と共に回転するスプロケットに噛み合う図示しない無限軌道帯(クローラベルト)を循環させる。例えば土木工事現場等で車両がぬかるんだ泥の上を走行するような場合に、無限軌道帯が泥にめり込みながら循環し、無限軌道駆動装置1も泥にまみれて作動する。
【0046】
上記の作動時に、無限軌道駆動装置1はラビリンスシール30によって泥等の異物が侵入することが防止されるとともに、ラビリンスシール30の半径方向シール間隙33がシールユニット40によって密封されることによって、ギア室9の潤滑油が外部に洩れ出さないように封止される。
【0047】
環状凸部23の端面28に第二収容溝44が開口するため、環状凸部23内のスライドリング60及び第二Oリング41等を囲むようにしてラビリンスシール30の軸方向シール間隙32が延びているため、シールユニット40の介装スペースを利用してラビリンスシール30の長さが十分に確保される。これにより、ラビリンスシール30によって泥等の異物がシールユニット40のまわりに侵入することを有効に抑えられることと、固定ハウジング10及び回転ケーシング20が大型化することを抑えられること、とを両立できる。
【0048】
無限軌道駆動装置1が上記のように土砂や泥水等が存在する環境で使用される場合に、固定ハウジング10の外壁部12と回転ケーシング20に付着した泥等がラビリンスシール30に押し込まれることがある。
【0049】
ラビリンスシール30に入った泥等の異物が半径方向シール間隙33に侵入しても、スライドリング60が第一収容溝45及び第二収容溝44に渡って嵌合してラビリンスシール30の半径方向シール間隙33を遮蔽するため、異物がギア室9に侵入することが防止される。スライドリング60は、シールリング50より高い剛性を有するため、ラビリンスシール30に入った泥等によって変形したり損傷することが抑えられ、十分な耐久性が得られる。
【0050】
一方、第一Oリング42及び第二Oリング41の弾性復元力によってシールリング50のシール部51がスライド面61に摺接し、この摺接部によって回転ケーシング20と固定ハウジング10の間を密封する。これにより、ギア室9の潤滑油が外部に洩れ出さないように封止される。
【0051】
さらに、シールリング50が第一収容溝45及び第二収容溝44に渡って嵌合し、シールリング50のリング側面54が第一収容溝45の溝側面45Bと第二収容溝44の溝側面
44Bに渡って摺接して、回転ケーシング20と固定ハウジング10の間を密封するため、ギア室9の潤滑油が外部に洩れ出さないように封止される。
【0052】
上記無限軌道駆動装置1の作動時に、ベアリング3のガタ等によって固定ハウジング10に対して回転ケーシング20が偏心し、半径方向シール間隙33の間隙幅(回転軸O方向について環状凹部13の底面19と環状凸部23の端面28との距離)が回転周方向について例えば数ミリ程度増減する。このように固定ハウジング10に対して回転ケーシング20が偏心することに対応して、第一Oリング42の弾性復元力によって押されるシールリング50が第一収容溝45の溝側面45Bに沿って回転軸O方向に移動するとともに、第二Oリング41の弾性復元力によって押されるスライドリング60が第二収容溝44の溝側面44Aに沿って回転軸O方向に移動する。これにより、シールリング50のシール部51がスライドリング60がスライド面61から離れないように摺接し、泥等の異物がギア室9に侵入することを防止するとともに、ギア室9の潤滑油が外部に洩れ出さないように封止する。
【0053】
さらに、上記ラビリンスシール30に入ってシールリング50に遮蔽された泥等がシールリング50と第一収容溝45の溝側面45Aの隙間を通って第一収容溝45に入っても、この泥等は第一Oリング42を介して第一収容溝45内に閉じ込められ、泥等がギア室9に侵入することが防止される。第一収容溝45内に入り込んだ泥等は、第一Oリング42を圧縮し、第一Oリング42によって押されるシールリング50のシール部51がスライドリング60のスライド面61に押し付けられ、シールリング50とスライドリング60間の密封性が高まる。
【0054】
以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
【0055】
〔1〕固定ハウジング10に設けられる環状の第一収容溝45と、回転ケーシング20に設けられ第一収容溝45に対向して開口する環状の第二収容溝44と、第一収容溝45に収容されるシールリング50と、第一収容溝45に収容されシールリング50を第一収容溝45から押し出す方向に付勢する第一Oリング42(第一弾性部材)と、第二収容溝44に収容されるシールリング50より高い剛性を有するスライドリング60と、第二収容溝44に収容されスライドリング60をシールリング50に押し付ける方向に付勢する第二Oリング41(第二弾性部材)と、を備えるため、ベアリング3のガタ等によって固定ハウジング10に対して回転ケーシング20が偏心して回転作動するときに、第一Oリング42及び第二Oリング41の弾性復元力によって押されるシールリング50及びスライドリング60が互いに離れないように摺接して回転ケーシング20と固定ハウジング10との間を遮蔽し、泥等の異物の侵入を防止する。
【0056】
シールリング50は、第一収容溝45に収容され、相対的に剛性が高いスライドリング60に摺接するため、要求される剛性が低く抑えられ、低摩擦樹脂材を用いることが可能となる。さらに、第二Oリング41及び第一Oリング42の材質形状を任意に設定してシールリング50をスライドリング60に押し付ける力を適度に調節することが可能なる。これにより、シールリング50とスライドリング60との摺接部に生じる摩擦損失を低減して車両の燃費低減がはかれるとともに、摩擦熱によって無限軌道駆動装置1内の潤滑油やシール材が過熱されることを防止し、これらの寿命延長がはかれる。
【0057】
なお、上述した構成に限らず、回転ケーシングにシールリングを収容する第一収容溝が設けられ、固定ハウジングにスライドリングを収容する第二収容溝が設けられる構成としてもよい。この場合に、スライドリングが回転せず、シールリングが回転ケーシングと共に回転する。
【0058】
〔2〕第一収容溝45は回転ケーシング20の回転軸O方向に延びる溝側面45A、45Bを有し、第二収容溝44は回転ケーシング20の回転軸O方向に延びる溝側面44A、44Bを有するため、回転ケーシング20がベアリング3のガタ等によって回転軸Oに対して偏心すると、スライドリング60が第二収容溝44の側面44Aに摺接して回転軸O方向に移動するとともに、シールリング50が第一収容溝45の溝側面
45Bに摺接して回転軸O方向に移動することにより、シールリング50のシール部51がスライドリング60のスライド面61から離れないように摺接し、回転ケーシング20と固定ハウジング10との間を遮蔽する。
【0059】
なお、上述した構成に限らず、回転軸O方向に延びる軸方向シール間隙34を遮蔽するシールユニットを備え、このシールユニットの第一、第二収容溝は回転軸Oと直交する半径方向に延びる溝側面を有する構成としてもよい。
【0060】
〔3〕スライドリング60は回転ケーシング20の回転軸Oに対して傾斜するテーパ状のスライド面61を有し、シールリング50はスライド面61に摺接するシール部51を有するため、シールリング50のシール部51がテーパ状のスライド面61に摺接することにより、シールリング50がスライドリング60と同心上に来るように移動する調心機能が得られ、回転ケーシング20と固定ハウジング10との間を遮蔽する。
【0061】
〔4〕スライドリング60は第一収容溝45の外部側(ラビリンスシール30を介して外部に連通する側)に位置する溝側面45Aに当接するように介装されるため、相対的に剛性が高いスライドリング60によって泥等の侵入を防止するとともに、相対的に剛性の低いシールリング50によって回転ケーシング20と固定ハウジング10の間を密封し、ギア室9の潤滑油が外部に洩れ出さないように封止される。
【0062】
(第2実施形態)
次に
図3に示す本発明の第2実施形態を説明する。
図3は、シールユニット49を備えるシール構造の断面図である。この構成は第1実施形態と基本的に同じであるため、以下では、第1実施形態と相違する点のみについて説明する。なお、第1実施形態と同一の構成には同一の符号を付す。
【0063】
シールユニット49は、第一弾性部材として第一Xリング47を備え、第二弾性部材として第二Xリング46を備える。
【0064】
第一Xリング47は、4つの凸部47A〜47DからなるX字状の断面を有し、ゴム材によってリング状に形成される。第一Xリング47は、シールリング50の外側(背後側)にて第一収容溝45に圧縮して介装され、その弾性復元力によってシールリング50のリング端面52(
図2参照)を押圧し、シールリング50をスライドリング60に押し付ける。
【0065】
第一収容溝45内には断面矩形の収容空間が画成され、この収容空間を画成する部位は第一収容溝45の溝側面45Aと溝底面45Cと第一収容溝45の溝側面45Bとシールリング50のリング端面52によって4つの環状角部を有する。第一Xリング47の凸部47A〜47Dは、上記収容空間を画成する4つの環状角部に当接し、シールリング50と第一収容溝45の間を密封する。第一収容溝45内の圧力が高まるのに伴って、第一Xリング47の凸部47A〜47Dが当接部に押圧され、シールリング50と第一収容溝45間の密封性が高まるとともに、シールリング50がスライドリング60に押し付けられる力が高まり、シールリング50とスライドリング60間の密封性が高まる。
【0066】
第二Xリング46は、4つの凸部46A〜46DからなるX字状の断面を有し、ゴム材によってリング状に形成される。第二Xリング46は、スライドリング60の内側(背後側)にて第二収容溝44に圧縮して介装され、その弾性復元力によってスライドリング60のリング端面62(
図2参照)を押圧し、スライドリング60をシールリング50に押し付ける。
【0067】
第二収容溝44内には断面矩形の収容空間が画成され、この収容空間を画成する部位は第二収容溝44の溝側面44Aと溝底面44Cと溝側面44Bとスライドリング60のリング端面62によって4つの環状角部を有する。第二Xリング46の凸部46A〜46Dは、上記収容空間を画成する4つの環状角部に当接し、スライドリング60と第二収容溝44の間を密封する。第二収容溝44内の圧力が高まるのに伴って、第二Xリング46の凸部46A〜46Dが当接部に押圧され、スライドリング60と第二収容溝44間の密封性が高まるとともに、スライドリング60がシールリング50に押し付けられる力が高まり、スライドリング60とシールリング50間の密封性が高まる。
【0068】
以上の第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に前記〔1〕〜〔4〕の作用効果を奏するとともに、以下に示す作用効果を奏する。
【0069】
〔5〕第一、第二弾性部材として断面がX字形の第一、第二Xリング47、46が設けられるため、第一、第二Xリング47、46が第一、第二収容溝45、44内の圧力によって弾性変形することにより、シールリング50と第一収容溝45間、スライドリング60と第二収容溝44間の密封性が高まるとともに、シールリング50とスライドリング60間の密封性が高まる。
【0070】
なお、第1実施形態及び第2実施形態では、第一弾性部材及び第二弾性部材として、双方ともOリングとする、あるいは双方ともXリングとしていたが、この構成に限らない。第一弾性部材及び第二弾性部材の一方をOリングとすると共に他方をXリングとしてもよい。
【0071】
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。