JPH0886362A - 軸受部のシ−ル構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シールリング６を駆動軸１の凹溝１ｂの内側
面との間で摩擦係数の低い樹脂被膜５を介して摺動させ
ることにより、この摺動を円滑にし摩擦熱の発生を抑制
して、耐久性の高い軸受部のシール構造を提供する。 【構成】 ＰＰＳ製の駆動軸１における凹溝１ｂの内側
面にフッ素樹脂のコーティングによる樹脂被膜５を形成
した軸受部のシール構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、軸と軸受とが相対的
に回転するラジアル軸受部において、この軸受部を通っ
て流体が移動するのを封止するためのシール構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】各種機器の内部から回転力を取り出した
り、或いは機器内部の設けた回転装置部分を外部から回
転駆動する場合、これら機器のケ−シングに形成した円
孔に回転軸を挿通し、この回転軸によって回転力を取り
出したり内部の回転装置を駆動する必要がある。このよ
うな回転駆動機構を備えた機器においては内部が高圧と
なる場合が多く、前記ケ−シング内に存在する高圧の流
体が外部に漏出しないように回転軸の外表面と円孔の内
周面との間のシ−ル性を保持する為の軸受部のシ−ル装
置を設ける必要がある。

【０００３】図６は従来から用いられている軸受部のシ
−ル構造を示す概要図である。このシ−ル装置は、機器
を構成するハウジング２に形成した円孔２ｃに駆動軸１
を嵌挿し、該駆動軸１の外表面全周にわたって凹溝１ｂ
を形成すると共に該凹溝１ｂ内にシ−ルリング６を嵌め
入れて密封する構造となっている。このシ−ルリング６
はゴム等の弾性材を断面Ｘ字状の環体として形成され、
内周縁をその全周にわたって駆動軸１外周面に形成した
凹溝１ｂに嵌め入れて摺接させ僅かな隙間を介して対向
させた構造となっている。尚、この凹溝１ｂ内には、シ
ールリング６と隣合わせに平板リング状のバックアップ
リングを挿嵌することにより、このシールリング６が機
器内の圧力に付勢されて軸受部の間隙にかみ込むのを防
止する対策を施す場合もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記軸受シ−
ル構造における軸受部に着目すると、図７に示すよう
に、シールリング５の外周面がハウジング２の軸受２ａ
の内周面と接する面の周囲長さ（２πｒ₁ ）は、シール
リング６の内周面が駆動軸１のシール溝１ｂの底面と接
する面の周囲長さ（２πｒ₂ ）よりも長くなる。従っ
て、摩擦抵抗はシ−ルリング６の外周面側の方が大きい
ためこのシールリング６はシール溝１ｂの底面との間で
摺動し、ハウジング２側に従動することになる。また、
回転速度の差が大きくなり機器内部の圧力が高くなった
場合には、図７に示したように、シールリング６が高圧
側とは反対側（低圧側）に付勢されるので、シール溝１
ｂ内の低圧側の側面との間でも摺動が発生する。そし
て、このような摺動が起きると、シールリング６とシー
ル溝１ｂの底面や低圧側の側面との間のすべりによって
摩擦熱が発生する。

【０００５】ところで、従来の軸受のシ−ル装置は、駆
動軸１とハウジング２の双方を耐熱性が極めて高い鋼材
によって構成していたので、上記のようにシール溝１ｂ
内で摩擦熱が発生しても何ら問題は生じなかった。しか
しながら、最近、駆動装置で使用される前記駆動軸１側
を合成樹脂化して軽量化を図りたいという要請が生じて
来ている。そして、このような樹脂化を行う場合には、
駆動軸１が動力を伝達するものであるため、ＰＰＳ（ポ
リフェニレンサルファイド）等のように機械的強度の高
い樹脂材料が選択される。

【０００６】ところが、このように強度的基準を優先し
て材料選択されたＰＰＳ等の樹脂材料は、必ずしも十分
に高い耐熱性を得ることができないため、これを駆動軸
１として用いた場合に、上記のような摺動による摩擦熱
が発生すると、図８に示すように、シール溝１ｂの底部
や低圧側の側面の樹脂材料が摩耗や熱変形により凹凸形
状となってシール効果を低下させるおそれがあるという
問題があった。例えば、図６に示した軸受のシ−ル構造
において、常温の環境で駆動軸１とハウジング２の相対
的な回転速度を低速の５０ｒｐｍとして試験を行うと、
この場合には摩擦熱の発熱量が少ないために特に問題は
生じないが、回転速度を高速の１０００ｒｐｍに高めた
場合に、摺動部分が高温となって短時間でシール溝１ｂ
内に凹凸形状が発生するようになる。また、１００℃以
上の雰囲気中では、比較的低速でもシール溝１ｂ内に凹
凸形状が発生する場合がある。

【０００７】この発明は、上記事情に鑑み、合成樹脂製
の駆動軸におけるシールリングとの摺動面にフッ素樹脂
等による樹脂コーティングを行うことにより、シールリ
ングとの摺動に耐え得る軸受部のシール構造を提供する
ことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、軸受部のシ−ル構造が、樹脂材料からなる軸部材
と、この軸部材を嵌合させて相対的に回転自在となる金
属材料からなる軸受部材とによって構成される軸受部で
あって、軸部材の外周面の嵌合部分に円周方向の全周に
わたってシール溝が穿設されると共に、弾性体からなる
リング状のシールリングがこのシール溝内に挿嵌され、
その内外周をシール溝の底面と軸受部材の内周面とにそ
れぞれ圧接させたシール構造において、軸部材における
少なくともシール溝の内側面のシールリングとの摺動面
が、軸部材の樹脂材料よりも摩擦係数の低い及び／又は
耐熱性の高い保護用樹脂材料によってコーティングされ
たことを特徴とする。

【０００９】また、軸受部のシ−ル構造が、樹脂材料
からなる軸部材と、この軸部材を嵌合させて相対的に回
転自在となる金属材料からなる軸受部材とによって構成
される軸受部であって、軸受部材の内周面の嵌合部分に
円周方向の全周にわたってシール溝が穿設されると共
に、弾性体からなるリング状のシールリングがこのシー
ル溝内に挿嵌され、その内外周を軸部材の外周面とシー
ル溝の底面とにそれぞれ圧接させたシール構造におい
て、軸部材の外周面における少なくとも軸受部材のシー
ル溝との対向面が、軸部材の樹脂材料よりも摩擦係数の
低い及び／又は耐熱性の高い保護用樹脂材料によってコ
ーティングされたことを特徴とする。

【００１０】更に、前記軸部材がポリフェニレンサル
ファイドからなると共に、上記保護用樹脂材料がポリテ
トラフルオロエチレンであることを特徴とする。

【００１１】

【作用】軸部材と軸受部材とが相対的に回転する場合、
シール溝内のシールリングは、その内外周の半径の相違
により、軸受部材に従動して回転し、軸部材に対して摺
動する。しかし、の手段では、このシールリングが摺
動する軸部材のシール溝の内側面が保護用樹脂材料によ
ってコーティングされ、の手段では、シールリングが
摺動する軸部材の外周面が保護用樹脂材料によってコー
ティングされている。ここで、保護用樹脂材料が摩擦係
数の低いものである場合には、シールリングの摩擦抵抗
が軸部材の本来の樹脂材料上で摺動する場合よりも小さ
くなるので、摺動が円滑になると共に摩擦熱の発生が抑
制され、この軸部材の摺動部が摩耗したり熱変形を起こ
すのを防止することができる。また、保護用樹脂材料が
耐熱性の高いものである場合には、シールリングの摺動
によって発生する摩擦熱に抗して軸部材の本来の樹脂材
料を保護することができる。

【００１２】更にの手段では、軸部材の樹脂材料とし
て機械的強度が高く比較的耐熱性も有するＰＰＳを用い
ると共に、コーティングを行う保護用樹脂材料として、
このＰＰＳよりも摩擦係数が十分に低く、かつ耐熱性も
高いフッ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン樹
脂）を用いるので、高速回転でも摩擦抵抗が小さく且つ
高温雰囲気でもシ−ルリングとの摺動に耐える樹脂製軸
受シ−ルとすることが出来る。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例について図面
を参照しながら説明する。図１乃至図３はこの発明の第
１実施例を示すものであって、図１はこの発明の軸受部
のシ−ル構造の部分縦断面図、図２は軸受部のシール構
造を示す部分拡大縦断面図、図３は駆動軸とシールリン
グを示す部分断面斜視図である。なお、図６乃至図８に
示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番
号を付記する。

【００１４】この実施例は、駆動装置における軸受部の
シール構造について説明する。この軸受部のシール構造
は、軸部材である駆動軸１と、この駆動軸１を嵌合させ
て相対的に回転自在となる軸受部材であるハウジング２
とからなる。ハウジング２は、鋼製のほぼ筒状の軸受部
材であって、両端部に形成された嵌合孔をそれぞれ軸受
２ａとすると共に、これらの軸受２ａの間に内径の大き
く広がった圧力室２ｂが形成されている。一方、駆動軸
１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）からなる
軸部材であり、両側部がハウジング２の両軸受２ａに隙
間嵌めで嵌合され、ハウジング２との間で相対的に回転
自在となる。そして、図６で説明したと同様に、この圧
力室２ｂ内には、ハウジング２の内周面及び駆動軸１の
外周面にそれぞれスプライン２ｃとスプライン１ａが形
成され、アウタープレート３とインナープレート４が係
合されると共に、シリコンオイルが少量の空気と共に充
填されている。

【００１５】なお、ハウジング２は、鋼以外の金属材料
を用いることもできる。また、駆動軸１は、ＰＰＳ以外
の他の機械的強度の高い樹脂材料を用いてもよい。

【００１６】上記ハウジング２の両軸受２ａに対向する
駆動軸１の外周面には、それぞれ円周方向の全周にわた
ってシール溝１ｂが穿設されている。そして、図２に詳
細に示すように、このシール溝１ｂの内側面には、フッ
素樹脂であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）
がコーティングされ樹脂被膜５が形成されている。ＰＴ
ＦＥは、駆動軸１に用いられるＰＰＳよりも摩擦係数が
十分に低く、かつ耐熱性も高い樹脂材料である。このＰ
ＴＦＥのコーティングは、フッ素樹脂系塗料を塗布し硬
化させることにより行うが、ＰＴＦＥのシートの貼り付
け等によってコーティングすることも可能である。この
コーティングによる樹脂被膜５は、少なくともシール溝
１ｂの内側面における底面と、圧力室２ｂとは反対側
（低圧側）の側面とに形成される必要があるが、図示で
は圧力室２ｂ側（高圧側）の側面にも形成されている。
また、この樹脂被膜５は、シール溝１ｂの内側面のみな
らず、その周囲の駆動軸１の外周面に形成されていても
よい。

【００１７】上記シール溝１ｂ内には、図３に示すよう
なゴム等の弾性材料を断面Ｘ字形のリング状に成型した
シールリング６がそれぞれ挿嵌されている。このシール
リング６は、内外周の間の幅がシール溝１ｂの深さより
も少し太くなっているので、駆動軸１がハウジング２の
軸受２ａに嵌合した際に、その内外周がシール溝１ｂの
底面と軸受２ａの内周面とにそれぞれ圧接される。従っ
て、圧力室２ｂ内に充填されたシリコンオイルは、この
シールリング６によって封止され、これによって軸受部
のシール構造が形成される。また、シールリング６は、
図２に示したように、圧力室２ｂ内が高圧となった場合
に低圧側に付勢される。従って、このシールリング６
は、シール溝１ｂの内側面における底面と低圧側の側面
に圧接されるので、必ず上記樹脂被膜５を介してこれら
の面と接するようになる。

【００１８】ところで、上記シール溝１ｂ内には、シー
ルリング６が低圧側に付勢された場合に軸受２ａとの間
隙にかみ込まれるのを防止するために、このシールリン
グ６の低圧側に平板リング状のバックアップリングを挿
嵌する場合がある。そして、この場合には、シールリン
グ６がシール溝１ｂの低圧側の側面にバックアップリン
グを介して圧接されるので、樹脂被膜５をこの低圧側の
側面に形成する必要は必ずしもなくなる。ただし、この
際には、バックアップリングを樹脂被膜５と同様の樹脂
材料で構成することが好ましい。

【００１９】なお、上記シールリング６は、断面Ｘ字形
状のＸリングに限らず、断面コの字形状のリップシール
やＤ字形状のＤリング等を用いることもできる。また、
シール溝１ｂの断面形状は、図示のような矩形に限ら
ず、このシールリング６の形状に応じて適宜な凹形状と
することができる。

【００２０】上記構成の軸受部のシール構造は、駆動軸
１とハウジング２とが相対的に回転した場合に、シール
溝１ｂ内のシールリング６がその内外周の半径の相違に
よりハウジング２に従動して回転する。従って、このシ
ールリング６は、駆動軸１におけるシール溝１ｂの底面
と低圧側の側面とに樹脂被膜５を介して圧接された状態
で摺動することになる。しかしながら、この樹脂被膜５
に用いられるＰＴＦＥは、駆動軸１の樹脂材料であるＰ
ＰＳよりも摩擦係数が極めて低いために、シールリング
６が非常に滑らかに摺動し摩擦熱の発生も十分に少なく
なる。

【００２１】この結果、この実施例の軸受部のシール構
造によれば、シールリング６が樹脂被膜５を介して円滑
に摺動するので、この摺動によるシール溝１ｂの内側面
の摩耗が減少すると共に、摩擦熱の発生が抑制されるこ
とにより熱変形の発生も防止することができる。従っ
て、これら摩耗や熱変形によってシール溝１ｂの内側面
に凹凸形状が生じシール効果が低減するというおそれが
なくなり、駆動軸１に樹脂材料を用いた場合にも軸受部
のシ−ル構造の耐久性を高めることができるようにな
る。

【００２２】この実施例の軸受部のシ−ル構造と、駆動
軸１にＰＰＳを用いた従来のシール構造との比較実験を
行った結果、常温の環境で駆動軸１とハウジング２のい
ずれかを回転させて相対速度を低速の５０ｒｐｍとした
場合には、いずれもシール溝１ｂの内側面に摩耗や熱変
形による凹凸形状はほとんど発生しなかった。しかし、
高温の１５０℃の雰囲気中で低速の５０ｒｐｍ，中速の
１００ｒｐｍ及び高速の１０００ｒｐｍの各相対回転速
度の試験を３秒間ずつ行うと、従来例では全ての場合に
凹凸形状が発生したのに対して、本実施例ではいずれの
場合にも凹凸形状はほとんど発生しなかった。従って、
本実施例の軸受部のシ−ル構造は、１５０℃の雰囲気中
で１０００ｒｐｍという過酷な条件であっても、短時間
であれば十分に使用可能となる。

【００２３】図４及び図５はこの発明の第２実施例を示
すものであって、図４は駆動装置の軸受部のシ−ル構造
の部分縦断面図、図５は軸受部のシール構造を示す部分
拡大縦断面図である。なお、図１及び図２に示した第１
実施例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付
記して説明を省略する。

【００２４】この実施例は、第１実施例と同様の軸受部
のシ−ル構造における軸受部のシール構造について説明
する。ただし、ここでは、第１実施例で示したシール溝
をハウジング２の軸受２ａ側に形成した場合を示す。

【００２５】図４に示すように、ハウジング２の両軸受
２ａの内周面には、それぞれ全周にわたってシール溝２
ｄが形成されている。これらのシール溝２ｄ内には、第
１実施例と同様のシールリング６がそれぞれ挿嵌され、
その内外周がシール溝２ｄの底面と駆動軸１の外周面に
圧接されてシール構造を形成している。また、これらの
シール溝２ｄ内には、シールリング６の低圧側にバック
アップリングを挿嵌する場合もある。

【００２６】駆動軸１の外周面におけるハウジング２の
シール溝２ｄとの対向面には、図５に詳細に示すよう
に、第１実施例におけるシール溝１ｂの内側面と同様
に、ＰＴＦＥがコーティングされて樹脂被膜５が形成さ
れている。なお、この樹脂被膜５は、駆動軸１の外周面
の他の部分にも形成されていてもよい。

【００２７】上記構成の軸受部のシール構造は、駆動軸
１とハウジング２とが相対的に回転した場合に、シール
リング６がハウジング２に従動して回転し、駆動軸１の
外周面の樹脂被膜５に圧接された状態で摺動することに
なる。しかしながら、この樹脂被膜５に用いられるＰＴ
ＦＥは、駆動軸１の樹脂材料であるＰＰＳよりも摩擦係
数が極めて低いために、シールリング６は非常に滑らか
に摺動し摩擦熱の発生も十分に小さくなる。

【００２８】この結果、この実施例の軸受部のシール構
造の場合にも、シールリング６が樹脂被膜５を介して円
滑に摺動し摩擦熱の発生を抑制するので、摩耗や熱変形
によって駆動軸１の外周面に凹凸形状が生じシール効果
が低減するというおそれがなくなり、駆動軸１に樹脂材
料を用いた場合にも軸受部のシール構造の耐久性を高め
ることができるようになる。

【００２９】上記樹脂被膜５は、駆動軸１の樹脂材料よ
りも摩擦係数が低くかつ耐熱性が高いものを用いるのが
好ましく、第１と第２の実施例で示した駆動軸１にＰＰ
Ｓを用い樹脂被膜５にＰＴＦＥを用いる組み合わせが最
適なものとなる。しかし、この樹脂被膜５は、駆動軸１
の樹脂材料よりも少なくとも摩擦係数の低いものであれ
ば他の樹脂材料を使用することもできる。また、駆動軸
１に用いる樹脂材料よりも耐熱性が高いポリアミド（Ｐ
Ａ）系やポリイミド（ＰＩ）系等の樹脂材料を用いるこ
とも可能である。この場合、摩擦熱の発生の抑制効果は
あまり期待できないが、この摩擦熱による熱変形の発生
を防止できるので、これによって駆動軸１に凹凸形状が
生じるのを防ぐことができる。また、駆動軸１の樹脂材
料によっては、この樹脂被膜５にウレタン（ＰＵＲ）系
の樹脂材料を用いることも可能となる。

【００３０】なお、上記第１と第２の実施例では、駆動
装置の軸受部のシール構造について示したが、回転する
軸受部で流体を封止するシール構造であれば、他のどの
ような軸受部のシール構造にも実施することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明の軸受部のシール構造によれば、軸部材にコーティン
グされた保護用樹脂材料によってシールリングの摺動時
の摩擦抵抗が低減され、又は摺動によって発生した摩擦
熱から軸部材の樹脂材料が保護されるので、軸部材の摺
動部が摩耗したり熱変形を生じてシール効果が低下する
のを防止でき、シール構造の耐久性を高めることができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示すものであって、軸
受部のシ−ル構造の部分縦断面図である。

【図２】この発明の第１実施例を示すものであって、軸
受部のシール構造を示す部分拡大縦断面図である。

【図３】この発明の第１実施例を示すものであって、駆
動軸とシールリングを示す部分断面斜視図である。

【図４】この発明の第２実施例を示すものであって、軸
受部のシ−ル構造の部分縦断面図である。

【図５】この発明の第２実施例を示すものであって、軸
受部のシール構造を示す部分拡大縦断面図である。

【図６】従来例を示すものであって、軸受部のシ−ル構
造の縦断面図である。

【図７】従来例を示すものであって、軸受部のシール構
造を示す部分拡大縦断面図である。

【図８】従来例を示すものであって、図７におけるシー
ル溝の内側面に凹凸形状が発生した場合を示す部分拡大
縦断面図である。

【符号の説明】

１ 駆動軸 １ｂ シール溝 ２ ハウジング ２ｄ シール溝 ５ 樹脂被膜 ６ シールリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 吉夫 和歌山県有田市箕島663番地 三菱電線工 業株式会社箕島製作所内 (72)発明者 松井 大明 和歌山県有田市箕島663番地 三菱電線工 業株式会社箕島製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂材料からなる軸部材と、この軸部材
   を嵌合させて相対的に回転自在となる金属材料からなる
   軸受部材とによって構成される軸受部であって、軸部材
   の外周面の嵌合部分に円周方向の全周にわたってシール
   溝が穿設されると共に、弾性体からなるリング状のシー
   ルリングがこのシール溝内に挿嵌され、その内外周をシ
   ール溝の底面と軸受部材の内周面とにそれぞれ圧接させ
   たシール構造において、 軸部材における少なくともシ
   ール溝の内側面のシールリングとの摺動面が、軸部材の
   樹脂材料よりも摩擦係数の低い及び／又は耐熱性の高い
   保護用樹脂材料によってコーティングされたことを特徴
   とする軸受部のシール構造。
2. 【請求項２】 樹脂材料からなる軸部材と、この軸部材
   を嵌合させて相対的に回転自在となる金属材料からなる
   軸受部材とによって構成される軸受部であって、軸受部
   材の内周面の嵌合部分に円周方向の全周にわたってシー
   ル溝が穿設されると共に、弾性体からなるリング状のシ
   ールリングがこのシール溝内に挿嵌され、その内外周を
   軸部材の外周面とシール溝の底面とにそれぞれ圧接させ
   たシール構造において、 軸部材の外周面における少な
   くとも軸受部材のシール溝との対向面が、軸部材の樹脂
   材料よりも摩擦係数の低い及び／又は耐熱性の高い保護
   用樹脂材料によってコーティングされたことを特徴とす
   る軸受部のシール構造。
3. 【請求項３】 上記軸部材がポリフェニレンサルファイ
   ドからなると共に、上記保護用樹脂材料がポリテトラフ
   ルオロエチレンであることを特徴とする請求項１又は請
   求項２に記載の軸受部のシール構造。