特許 7065037 密封装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-27

(45)【発行日】2022-05-11

(54)【発明の名称】密封装置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/3204 20160101AFI20220428BHJP

   F16J 15/3264 20160101ALI20220428BHJP

【ＦＩ】

F16J15/3204 201

F16J15/3264

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018558001

(86)(22)【出願日】2017-12-19

(86)【国際出願番号】 JP2017045530

(87)【国際公開番号】W WO2018117100

(87)【国際公開日】2018-06-28

【審査請求日】2020-10-20

(31)【優先権主張番号】P 2016247789

(32)【優先日】2016-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004385

【氏名又は名称】ＮＯＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】菊地 健一

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２０８６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５２１１４０６（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６９２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０３－１０５７６７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－２５７４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３０７２２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ１５／１６－１５／３２

Ｆ１６Ｊ１５／３２０４－１５／３２３６

Ｆ１６Ｊ１５／３２４－１５／３２９６

Ｆ１６Ｊ１５／４６－１５／５３

Ｆ１６Ｃ３３／７２－３３／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

相対回転する二部材のうちの内側の部材に固定される第１のシール部材と、
相対回転する二部材のうちの外側の部材の孔の内面に固定され、前記第１のシール部材が摺動可能に接触する第２のシール部材とを備え、
機器内部空間の潤滑剤を当該機器内部空間に密封する密封装置であって、
前記第２のシール部材は、
前記孔に固定される外側円筒体と、
前記第１のシール部材に摺動可能に接触するリップ部とを有しており、
前記第１のシール部材は、
前記内側の部材に固定されるスリーブと、
前記スリーブの大気側の端部に一体に連結されてその外側に放射状に広がるフランジとを有しており、
前記フランジの外端縁には、前記孔と同心の外側円筒部が形成されており、当該外側円筒部の外周面には、前記第２のシール部材の前記外側円筒体の内周面に摺動可能であって、前記外側円筒体の前記内周面に全周にわたって密封接触する、環状の突起が形成されており、
前記突起は、前記孔の軸線方向と平行な方向において、複数の突起を成すように形成されており、
前記第１のシール部材の前記外側円筒部は、前記フランジの前記外端縁から大気側に向けて延びており、
前記複数の突起は、大気側から機器内部空間側に向かうに連れて小さい直径を有し、
前記複数の突起のうち、最も大気側の突起を含む少なくとも１つは、前記外側円筒体の内周面に摺動し、他の突起は、前記外側円筒体の内周面に接触しておらず、
前記大気側の最も大きい直径を有する突起がまず前記外側円筒体に押し付けられ、そして当該最も大きい直径を有する突起が摩耗すると、機器内容空間側の次に大きい直径を有する突起が前記外側円筒体に押し付けられることを特徴とする密封装置。

【請求項2】

複数の別個の環状の前記突起が、前記第１のシール部材の前記外側円筒部に、前記孔の軸線方向と平行な方向において互いに間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、相対回転する二部材を有する機器に用いられる密封装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の密封装置として、例えば特許文献１に記載されているように、相対回転する二部材の一方、例えば回転軸に固定されるスリンガと呼ばれる回転シール部材と、相対回転する二部材の他方、例えばハウジングの軸孔内面に固定される固定シール部材とを有する密封構造が知られている。このような密封装置は、機器内部空間の潤滑剤、例えばグリースを密封するために使用される。回転シール部材にはフランジが設けられ、このフランジが大気側から機器内部空間への泥およびダストの侵入を防止または低減するので、例えば、鉄道車両の台車、焼結パレットの台車、建設機械、トラックのトラニオン式サスペンション、農業機械のような泥またはダストの多い環境で使用される機器に、このような密封装置が用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４９７８０７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種の密封装置を有する機器については、機器内部空間への泥、泥水またはダストといった異物の侵入を可能な限り低減できることが望ましい。

【0005】

そこで、本発明は、機器内部空間への異物の侵入をさらに低減することができる密封装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明に係る密封装置は、相対回転する二部材のうちの内側の部材に固定される第１のシール部材と、相対回転する二部材のうちの外側の部材の孔の内面に固定され、前記第１のシール部材が摺動可能に接触する第２のシール部材とを備え、機器内部空間の潤滑剤を当該機器内部空間に密封する密封装置であって、前記第２のシール部材は、前記孔に固定される外側円筒体と、前記第１のシール部材に摺動可能に接触するリップ部とを有しており、前記第１のシール部材は、前記内側の部材に固定されるスリーブと、前記スリーブの大気側の端部に一体に連結されてその外側に放射状に広がるフランジとを有しており、前記フランジの外端縁には、前記孔と同心の外側円筒部が形成されており、当該外側円筒部の外周面には、前記第２のシール部材の前記外側円筒体の内周面に摺動可能であって、前記外側円筒体の前記内周面に全周にわたって密封接触する、環状の突起が形成されていることを特徴とする。

【0007】

この密封装置においては、第１のシール部材のフランジの外端縁に形成された外側円筒部の外周面に、第２のシール部材の外側円筒体の内周面に摺動可能な環状の突起が形成されており、突起が外側円筒体の内周面に全周にわたって密封接触する。したがって、密封装置の大気側において、第１のシール部材と第２のシール部材との隙間が閉塞される。

【0008】

本発明の一態様における密封装置においては、前記突起は、前記孔の軸線方向と平行な方向において、複数の隆起を成すように形成されている。このように、孔の軸線方向と平行な方向において複数の隆起が存在することによって、複数段階で大気側からの異物の侵入が阻止される。

【0009】

本発明の一態様における密封装置においては、前記第１のシール部材の前記外側円筒部は、前記フランジの前記外端縁から大気側に向けて延びており、前記複数の隆起は、大気側から機器内部空間側に向かうに連れて小さい直径を有する。この構成では、大気側の大きい直径を有する隆起がまず、第２のシール部材の外側円筒体の内周面に強い力で押し付けられる。その隆起が摩耗すると、機器内部空間側の小さい直径を有する別の隆起が強い力で押し付けられる。したがって、局部的な摩耗があっても、この密封装置は長い寿命を有する。

【0010】

本発明の一態様における密封装置においては、複数の別個の環状の前記突起が、前記第１のシール部材の前記外側円筒部に、前記孔の軸線方向と平行な方向において互いに間隔をおいて配置されている。この構成では、一つの突起を螺旋状に形成する場合よりも、孔の軸線方向と平行な方向において複数の隆起を容易に設けることが可能である。

【発明の効果】

【0011】

本発明においては、第１のシール部材のフランジの外端縁に形成された外側円筒部の外周面に、第２のシール部材の外側円筒体の内周面に摺動可能な突起が形成されており、突起が外側円筒体の内周面に全周にわたって密封接触する。したがって、密封装置の大気側において、第１のシール部材と第２のシール部材との隙間が閉塞され、大気側から機器内部空間への異物の侵入をさらに低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る密封装置の断面図である。

【図2】図１の密封装置の回転シール部材の断面図である。

【図3】図１の密封装置の固定シール部材の断面図である。

【図4】回転シール部材の一部を拡大した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る図であり、相対回転する二部材を有する機器に用いられる密封装置を示す。本明細書において、「回転」とは３６０°以上回る運動だけでなく、３６０°未満の範囲内で回る運動も含み、さらには３６０°未満の範囲内で一方向および逆方向に回る運動も含む。

【0014】

この密封装置１は、回転軸（半径方向内側の部材）４と、この回転軸４が挿入されたハウジング（半径方向外側の部材）５の軸孔６の内面との間を封止して、機器内部空間Ｓから大気Ａ側へ流体が漏出するのを防止または低減させるものである。回転軸４は円柱状であり、軸孔６は断面円形であり、密封装置１はほぼ環状であるが、図１においては、軸孔６および密封装置１の左側部分のみが示されている。

【0015】

密封装置１は、回転軸４に固定されて回転軸４と一体的に回転するスリンガと呼ばれる回転シール部材８と、軸孔６に固定される固定シール部材１０との組み合わせであるアセンブリである。回転シール部材８と固定シール部材１０は協働して潤滑剤を機器内部空間Ｓに密封する。回転シール部材８は、固定シール部材１０に嵌め合わせられており、密封装置１の軸線方向に沿って大きな力を与えると、その嵌め合わせが解除されて取り外されうる。

【0016】

回転シール部材８は、回転軸４に固定されるスリーブ１２と、スリーブ１２の大気Ａ側の端部に一体に連結されてその外側に放射状に広がるフランジ１４とを有する。回転軸４とスリーブ１２の固定の方式は、限定されないが、例えば締まり嵌めであってよい。回転シール部材８は二重構造であって、弾性体、例えばエラストマーで形成された弾性環１６と、弾性環１６に密着し弾性環１６を補強する剛体、例えば金属製の補強環１８とを有する。

【0017】

図２に示すように、スリーブ１２は、弾性環１６の一部であって回転軸４に密着させられる内側円筒部１６ａと、補強環１８の一部であって内側円筒部１６ａの外周に固着された外側円筒部１８ａとを有する。フランジ１４は、弾性環１６の一部であって大気Ａ側に配置される弾性フランジ部１６ｂと、補強環１８の一部であって機器内部空間Ｓ側に配置され弾性フランジ部１６ｂに固着された剛性フランジ部１８ｂとを有する。

【0018】

図３に示すように、固定シール部材１０も二重構造であって、弾性体、例えばエラストマーで形成された弾性環２０と、弾性環２０を補強する剛体、例えば金属製の補強環２２とを有する。補強環２２は、その大部分が弾性環２０に埋設されており、弾性環２０に密着している。

【0019】

図１に示すように、固定シール部材１０の補強環２２は、軸孔６に同心に配置される円筒部分２２ａと、円筒部分２２ａよりも半径方向内側に配置されるＬ字形の屈曲部分２２ｂと、円筒部分２２ａおよび屈曲部分２２ｂを連結する円板形の連結部分２２ｃとを有する。固定シール部材１０の補強環２２は、さらに、軸孔６に同心に配置され円筒部分２２ａよりも大きな直径を有する大径円筒部分２２ｄと、円筒部分２２ａおよび大径円筒部分２２ｄを連結する円錐台状の輪郭を有する連結部分２２ｅとを有する。大径円筒部分２２ｄは、円筒部分２２ａよりも大気Ａ側に配置されている。

【0020】

固定シール部材１０の弾性環２０は、円筒部分２２ａの外側に配置される外側円筒部２０ａを有する。外側円筒部２０ａは、軸孔６に固定される外側シール部である。固定の方式は、限定されないが、例えば締まり嵌めであってよい。補強環２２は、弾性環２０の外側円筒部２０ａに半径方向外側に向かう力を与え、外側円筒部２０ａを軸孔６に強固に押圧する。

【0021】

弾性環２０の外側円筒部２０ａ、ならびに補強環２２の円筒部分２２ａ、連結部分２２ｅおよび大径円筒部分２２ｄは、軸孔６に固定される外側円筒体２６を構成する。

【0022】

また、固定シール部材１０の弾性環２０は、外側円筒部２０ａと同心の内側円筒部２０ｂを有する。内側円筒部２０ｂの周囲には、内側円筒部２０ｂを半径方向内側に圧縮するためのガータースプリング３０が巻かれている。内側円筒部２０ｂにはガータースプリング３０を受け入れる受け溝３２（図３参照）が形成されている。

【0023】

固定シール部材１０の弾性環２０の内側円筒部２０ｂは、シールリップ部３６、ダストリップ部３８、およびダストリップ部４０を有する。シールリップ部３６は、内側円筒部２０ｂから内側に突出し、周方向に連続している環状の突起である。シールリップ部３６は、回転シール部材８のスリーブ１２の外周面に密封接触し、機器内部空間Ｓから大気Ａ側への流体の漏れを防止または低減する。回転シール部材８が回転軸４とともに回転する時、スリーブ１２の外周面はシールリップ部３６に対して摺動する。上記のガータースプリング３０は、シールリップ部３６を回転軸４に押し付ける力をシールリップ部３６に与える。図１は、シールリップ部３６およびその他のリップ部が回転シール部材８に押し付けられて変形した状態を示し、図３はこれらのリップ部が弾性変形させられていない状態を示す。

【0024】

ダストリップ部３８，４０は、内側円筒部２０ｂから大気Ａ側かつ半径方向内側に斜めに延びている。ダストリップ部３８，４０の先端は、回転シール部材８のスリーブ１２の外周面に密封接触し、回転シール部材８が回転軸４とともに回転する時、スリーブ１２の外周面はダストリップ部３８，４０に対して摺動する。

【0025】

さらに、固定シール部材１０の弾性環２０は、ダストリップ部４２を有する。ダストリップ部４２は、内側円筒部２０ｂの近傍から大気Ａ側に延びており、屈曲してさらに半径方向外側かつ大気Ａ側に斜めに延びる。ダストリップ部４２の先端は、回転シール部材８のフランジ１４の剛性フランジ部１８ｂに接触し、回転シール部材８が回転軸４とともに回転する時、剛性フランジ部１８ｂはダストリップ部４２に対して摺動する。

【0026】

ダストリップ部３８，４０，４２は、主に大気Ａ側から機器内部空間Ｓ側への異物（泥、泥水およびダスト）の侵入を防止する役割を担う。但し、ダストリップ部３８，４０，４２は、機器内部空間Ｓ側から大気Ａ側への潤滑剤の流出を防止してもよい。

【0027】

この実施形態において、回転シール部材８のフランジ１４の剛性フランジ部１８ｂの外端縁には、軸孔６と同心の外側円筒部４４が形成されている。外側円筒部４４は、フランジ１４の外端縁から大気Ａ側に向けて延びる。

【0028】

外側円筒部４４の外周面には、複数の（この実施形態では５つの）突起４６が形成されている。これらの突起４６は、外側円筒部４４に軸孔６の軸線方向と平行な方向において互いに間隔をおいて配置されている。これらの突起４６は、外側円筒部４４の外周面から半径方向外側に向けて突出し、各突起４６は周方向に連続する環状である。図２に示すように、各突起４６は、弾性変形させられていない状態では、ほぼ半円状の輪郭を有するが、突起４６の輪郭は図示に限定されず、様々な輪郭を有していてもよい。

【0029】

図１に示すように、これらの突起４６の少なくとも１つは、固定シール部材１０の外側円筒体２６の大径円筒部分２２ｄの内周面に摺動可能であって、大径円筒部分２２ｄの内周面に全周にわたって密封接触する。他の突起４６は、大径円筒部分２２ｄの内周面に接触していなくてもよい。

【0030】

この密封装置１においては、回転シール部材８のフランジ１４の外端縁に形成された外側円筒部４４の外周面に、固定シール部材１０の外側円筒体２６の大径円筒部分２２ｄの内周面に摺動可能な環状の突起４６が形成されており、突起４６が外側円筒体２６の大径円筒部分２２ｄの内周面に全周にわたって密封接触する。したがって、密封装置１の大気Ａ側において、回転シール部材８と固定シール部材１０との隙間が閉塞され、大気Ａ側から機器内部空間Ｓへの異物の侵入を低減することができる。

【0031】

大気Ａ側から機器内部空間Ｓへの異物の侵入を低減するため、この密封装置１よりもさらに大気Ａ側に保護カバーを設けてもよい。しかし、この密封装置１によれば、異物の侵入を阻止する特性が高いので、このような保護カバーを設けなくてもよい。

【0032】

突起４６は、軸孔６の軸線方向と平行な方向において（すなわち図１および図２に示す断面において）、複数の隆起を成すように形成されている。この実施形態では、各突起４６が隆起に対応する。この実施形態では、複数の隆起が波形を呈する。軸孔６の軸線方向と平行な方向において複数の隆起が存在することによって、複数段階で大気Ａ側からの異物の侵入が阻止される。

【0033】

図４は、図１の密封装置１の回転シール部材８の一部を拡大した断面図である。図４ではハッチングを省略する。図４に示すように、回転シール部材８の外側円筒部４４は、フランジ１４の外端縁から大気Ａ側に向けて延びており、複数の環状の突起４６（図４では４６ａ～４６ｅで示す）は、大気Ａ側から機器内部空間Ｓ側に向かうに連れて小さい直径を有する。すなわち、最も大気Ａ側にある突起４６ａは、固定シール部材１０の外側円筒体２６の大径円筒部分２２ｄの内周面に接触させられた状態であっても、最も大きい直径Ｄａを有する。２番目に大気Ａ側にある突起４６ｂは、２番目に大きい直径Ｄｂを有する。３番目に大気Ａ側にある突起４６ｃは、３番目に大きい直径Ｄｃを有する。４番目に大気Ａ側にある突起４６ｄは、４番目に大きい直径Ｄｄを有する。最も機器内部空間Ｓ側にある突起４６ｅは、最も小さい直径Ｄｅを有する。

【0034】

この構成では、大気Ａ側の最も大きい直径Ｄａを有する突起４６ａがまず、固定シール部材１０の外側円筒体２６の大径円筒部分２２ｄの内周面に強い力で押し付けられる。その突起４６ａが摩耗すると、機器内部空間Ｓ側の次に大きい直径Ｄｂを有する別の突起４６ｂが大径円筒部分２２ｄの内周面に強い力で押し付けられる。その突起４６ｂが摩耗すると、機器内部空間Ｓ側の次に大きい直径Ｄｃを有する別の突起４６ｃが大径円筒部分２２ｄの内周面に強い力で押し付けられる。その突起４６ｃが摩耗すると、機器内部空間Ｓ側の次に大きい直径Ｄｄを有する別の突起４６ｄが大径円筒部分２２ｄの内周面に強い力で押し付けられる。その突起４６ｄが摩耗すると、機器内部空間Ｓ側の次に大きい直径Ｄｅを有する別の突起４６ｅが大径円筒部分２２ｄの内周面に強い力で押し付けられる。したがって、局部的な摩耗があっても、この密封装置１は長い寿命を有する。すなわち、長期にわたって異物の侵入を阻止することができる。

【0035】

この実施形態では、回転シール部材８と固定シール部材１０が組み合せられた状態（図１）で、複数の突起４６が、大気Ａ側から機器内部空間Ｓ側に向かうに連れて小さい直径を有する。このことを確実にするため、回転シール部材８が固定シール部材１０に組み合わせられない状態(図２）では、外側円筒部４４、特にその外周面は、フランジ１４の外端縁から大気Ａ側かつ半径方向外側に向けて斜めに延びている。回転シール部材８と固定シール部材１０が組み合せられた状態（図１）では、大気Ａ側の最も大きい直径を有する突起４６が固定シール部材１０の大径円筒部分２２ｄに規制されて、外側円筒部４４、特にその外周面の軸孔６の軸線に対する傾き角が小さくなるが、元々、外側円筒部４４は斜めであったので、弾性変形した後も複数の突起４６が大気Ａ側から機器内部空間Ｓ側に向かうに連れて小さい直径を有することが維持される。

【0036】

変形例として、一つの突起を螺旋状に形成した場合でも、局部的な摩耗に伴って、大径円筒部分２２ｄの内周面に接触する隆起部分が変化してゆくようにすることができる。しかし、この実施形態では、複数の別個の環状の突起４６が、回転シール部材８の外側円筒部４４に、軸孔６の軸線方向と平行な方向において互いに間隔をおいて配置されているため、一つの突起４６を螺旋状に形成する場合よりも、軸孔６の軸線方向と平行な方向において複数の隆起を容易に設けることが可能である。

【0037】

以上のように、密封装置１では、大気Ａ側から機器内部空間Ｓへの異物の侵入を防止または低減するための各種の方策が施されている。したがって、密封装置１は、例えば、鉄道車両の台車、焼結パレットの台車、建設機械、トラックのトラニオン式サスペンション、農業機械（耕耘機、トラクタ、田植機など）のような泥またはダストの多い環境で利用される機器でも、好適に密封機能を発揮する。但し、密封装置１の用途は、そのような機器に限定されず、他の機器であってもよい。

【0038】

シールリップ部３６とダストリップ部３８の間の空間５０（図１参照）、ダストリップ部３８，４０の間の空間５２、およびダストリップ部４０，４２の間の空間５４に潤滑剤を配置してもよい。この場合には、これらのリップ部の耐摩耗性が向上する。

【0039】

他の変形
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。
例えば、固定シール部材１０のリップ部の形状および数は、上記のものに限定されない。

【0040】

また、突起４６の数は実施形態に限定されない。
上記実施形態では、軸４が回転軸であり、軸孔６を有するハウジングが静止部材である。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、互いに相対回転する二部材の間の密封に適用されうる。例えば軸４（およびシール部材８）が静止し、ハウジング（およびシール部材１０）がその周囲を回転してもよいし、軸４もハウジングも回転してもよい。

【符号の説明】

【0041】

Ａ 大気
Ｓ 機器内部空間
１ 密封装置
４ 回転軸（内側の部材）
５ ハウジング（外側の部材）
６ 軸孔（孔）
８ 回転シール部材（第１のシール部材）
１０ 固定シール部材（第２のシール部材）
１２ スリーブ
１４ フランジ
１６ 弾性環
１６ａ 内側円筒部
１６ｂ 弾性フランジ部
１８ 補強環
１８ａ 外側円筒部
１８ｂ 剛性フランジ部
２０ 弾性環
２０ａ 外側円筒部
２０ｂ 内側円筒部
２２ 補強環
２２ａ 円筒部分
２２ｂ 屈曲部分
２２ｃ 連結部分
２２ｄ 大径円筒部分
２２ｅ 連結部分
２６ 外側円筒体
３０ ガータースプリング
３２ 受け溝
３６ シールリップ部
３８，４０，４２ ダストリップ部
４４ 外側円筒部
４６ 突起
５０，５２，５４ 空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】