JPH0886363A - 軸受部のシ−ル構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シールリング５を合成樹脂製の駆動軸１に従
動させてシール溝１ｂ内が摩耗や熱変形により凹凸形状
となるのを防止することができる軸受部のシール構造を
提供する。 【構成】 駆動軸１のシール溝１ｂに凹部１ｃを設ける
と共に、シールリング５にこの凹部１ｃに嵌まり込む凸
部５ａを設け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８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５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５
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の外周面に形成し
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５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５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９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５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５の外周面側の方が大きい
ためこのシールリング５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９に示したように、シールリング５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５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１０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８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、駆動軸のシ
ール溝に凹部を設けると共にシールリングの側部にこの
凹部に嵌まり込む凸部を設けることにより、このシール
リングを合成樹脂製の駆動軸に従動させてシール溝内が
摩耗や熱変形により凹凸形状となるのを防止することが
でき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、シール溝内の少
なくとも一方の側面に、円周方向の一部にわたって軸方
向に切り欠いた凹部が１箇所以上設けられると共に、シ
ールリングにおけるこのシール溝内の一方の側面と接す
る側の側部に、このシール溝の凹部に嵌まり込む形状の
凸部が１箇所以上設けられたことを特徴とする。

【０００９】更に、前記凸部がシールリングにおける
シール溝内の他方の側面と接する側の側部にも１箇所以
上設けられたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】の手段において、シール溝の溝幅がシールリ
ングの軸方向の幅に凸部の突出長さを加えたものよりも
狭い場合には、このシールリングをシール溝内に挿嵌す
る際に、凸部を凹部に嵌め込んでおく。すると、これら
の凸部と凹部とが常にかみ合っているので、軸部材と軸
受部材とが相対的に回転した場合には、シールリングが
シール溝内で軸部材に従動して回転する。従って、この
シールリングは、軸受部材の内周面との間でのみ摺動す
ることになるので、ここで摩擦熱が発生したとしても、
これによって金属材料からなる軸受部材の内周面が熱変
形を起こすようなおそれは生じない。この結果、この発
明の軸受部のシール構造は、軸部材を合成樹脂化して
も、シールリングがシール溝内で摺動しないので、この
シール溝内が摩耗や摩擦熱により凹凸形状になるような
おそれがなくなる。

【００１１】なお、凹部がシール溝の双方の側面に設け
られている場合には、シールリングの凸部の向きにかか
わらず挿嵌が可能となるので、組み立て作業が容易にな
る。

【００１２】軸受部における軸方向の両側で圧力差が生
じる場合には、シール溝の溝幅をシールリングの軸方向
の幅に凸部の突出長さを加えたものよりも広くすること
ができる。この場合には、凸部を凹部に予め嵌め込むこ
となくシールリングをシール溝内に挿嵌しても、シール
リングがシール溝内で少し回転すれば、凸部と凹部の位
置が一致して自動的に嵌まり込む。ただし、この凸部が
凹部に嵌まり込むためには、シールリングがその方向に
付勢される必要があるので、これらの凸部と凹部は少な
くとも低圧側の側面と側部にそれぞれ設けられていなけ
ればならない。

【００１３】次に、シールリングの双方の側部に凸部が
設けられるの手段においては、シールリングをどちら
向きにしても、シール溝の一方又は双方の側面の凹部に
凸部を嵌め込み又は向かい合わせて挿嵌が可能となるの
で、組み立て作業が容易となる。ただし、シール溝の溝
幅がシールリングの軸方向の幅に双方の凸部の突出長さ
を加えたものよりも狭い場合であって、シールリングの
双方の凸部をシール溝の双方の凹部に嵌め込むようにな
っているときには、これらの位置関係が対称的に配置さ
れている場合に限り、シールリングをどちら向きにして
も挿嵌可能にすることができる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例について図面
を参照して説明する。図１乃至図７はこの発明の一実施
例を示すものであって、図１は駆動装置の軸受シ−ル構
造の部分縦断面図、図２は駆動軸の部分斜視図、図３は
駆動軸とシールリングを示す部分断面斜視図、図４はシ
ールリングの部分拡大斜視図、図５はシールリングの斜
視図、図６はシールリングの凸部の他の形状を示す部分
拡大斜視図、図７はシールリングの凸部のさらに他の形
状を示す部分拡大斜視図である。なお、図８〜図１０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。

【００１５】この実施例は、駆動装置の軸受部のシール
構造について説明する。この軸受部のシ−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、この圧力室２ｂ内には動力伝達時高圧と
なるオイルが充填されている。

【００１６】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
の他の樹脂材料を用いてもよい。

【００１７】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、図２に示すように、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。また、このシール溝１ｂ内の側面の一部には、凹部
１ｃが設けられている。凹部１ｃは、円周方向のほぼ４
５°の角度範囲で、シール溝１ｂ内の側面における周縁
側の一部を軸方向に切り欠いた窪みであり、双方の側面
に向かい合わせに１箇所ずつ設けられると共に、図２で
は見えないが１８０°間隔の駆動軸１の裏側にも同様に
１箇所ずつ向かい合わせに設けられている。

【００１８】なお、シール溝１ｂの凹部１ｃは、シール
溝１ｂ内の一方の側面にのみ設けるようにしてもよい。
ただし、前記圧力室２ｂ内が高圧となるので、凹部１ｃ
を設けるのは、シール溝１ｂ内におけるこの圧力室２ｂ
とは反対側（低圧側）の側面に限る。また、この凹部１
ｃは、シール溝１ｂ内の側面に１箇所だけ設けてもよ
く、３箇所以上設けることも可能である。

【００１９】上記シール溝１ｂ内には、図３に示すよう
に、ゴム等の弾性材料をリング状に成型したシールリン
グ５がそれぞれ挿嵌されている。このシールリング５
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内に充填されたオイルは、このシールリング５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。

【００２０】また、このシールリング５は、図４に示す
ように、断面がほぼＸ字形状を成すと共に、その外周側
の側部の一部が軸方向に突出して凸部５ａが形成されて
いる。該凸部５ａは、図５に示すように、円周方向の４
５°よりも少し小さい角度範囲で、シールリング５の側
部から突出した突起である。従って、シールリング５を
シール溝１ｂに挿嵌した際に、この凸部５ａが凹部１ｃ
内に嵌まり込むことができる。この凸部５ａは、一方の
側部に１８０°間隔で２箇所設けられ、図５では見えな
いが、シールリング５の裏面側の側部にも同様に１８０
°間隔で２箇所設けられている。これら双方の側部の凸
部５ａは、互いに背中合わせの同じ位置に配置してもよ
いし、図３に示すように、互いにねじれ位置に配置する
こともできる。上記シール溝１ｂの溝幅は、このシール
リング５の断面Ｘ字形状の軸方向の幅に凸部５ａの突出
長さを加えたものよりも広く形成されている。

【００２１】この実施例のようにシールリング５の凸部
５ａを双方の側部に設けておけば、このシールリング５
の向きがいずれの場合にもシール溝１ｂに挿嵌すること
が可能となるので、組み立て作業が容易なる。ただし、
このシールリング５の凸部５ａを一方の側部にのみ設け
るようにしてもよい。この場合には、シールリング５を
凸部５ａがシール溝１ｂ内の低圧側の側面に設けられた
凹部１ｃと向かい合うように向きを定めて挿嵌する必要
がある。なお、この凸部５ａは、シールリング５の側部
に１箇所又は３箇所以上設けてもよく、シール溝１ｂの
凹部１ｃに応じて適宜定めることができる。

【００２２】ところで、上記シール溝１ｂ内には、シー
ルリング５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５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。ただし、この場合には、シールリン
グ５の凸部５ａがシール溝１ｂの凹部１ｃに嵌まり込む
ことができるように、バックアップリングの周縁部に切
り欠きを設ける等の工夫が必要となる。

【００２３】なお、上記シールリング５は、凸部５ａを
除いた断面が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５の形状に応じ
て適宜な凹形状とすることができる。

【００２４】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とが相対的に低速で回転した場合に
は、シール溝１ｂ内のシールリング５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。しか
しながら、駆動軸１とハウジング２の相対回転速度が高
くなると、熱膨張によって圧力室２ｂ内が高圧になるた
め、シールリング５がシール溝１ｂ内を低圧側に付勢さ
れ、図１や図３に示したように、凸部５ａがシール溝１
ｂの凹部１ｃに嵌まり込む。すると、シールリング５
は、かみあいクラッチのように駆動軸１に従動して回転
し、ハウジング２の軸受２ａの内周面との間でのみ摺動
するようになる。このハウジング２の軸受２ａは、鋼等
の金属を用いているので、シールリング５との摺動によ
り摩擦熱が発生したとしても、これによって軸受２ａの
内周面が熱変形を起こすようなおそれは生じない。

【００２５】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５がハウジング２の軸受２ａ
の内周面との間でのみ摺動するようになるので、合成樹
脂製の駆動軸１を用いた場合にも、この駆動軸１のシー
ル溝１ｂがシールリング５との摺動によって摩耗や熱変
形を起こすようなことがなくなり、軸受部のシール装置
の耐久性を高めることができるようになる。

【００２６】この実施例の軸受部のシール構造と駆動軸
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、常温又は１００℃の雰囲気中で駆動軸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５
０ｒｐｍ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、１００℃の雰囲気中であっても、相対回
転速度を中速の１００ｒｐｍや高速の１０００ｒｐｍに
すると、従来例では双方の場合にシール溝１ｂの内側面
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。また、
高温の１５０℃の雰囲気中で低速の５０ｒｐｍと高速の
１０００ｒｐｍの各相対回転速度の試験を行った場合に
も、従来例では双方とも凹凸形状が発生したのに対し
て、本実施例ではいずれも凹凸形状はほとんど発生しな
かった。さらに、１００℃の雰囲気中で相対回転速度を
中速の１００ｒｐｍとした場合には、１０００時間以上
の試験を行っても本実施例では凹凸形状はほとんど発生
せず、十分な耐久性を有することが確認された。

【００２７】なお、上記シールリング５の凸部５ａやシ
ール溝１ｂの凹部１ｃは、ほぼ矩形の単なる突起や窪み
ではなく適宜の形状に形成することができる。例えば、
凸部５ａを図６に示すようなコの字形状に形成し、凹部
１ｃもこの形状に沿って形成すれば、これら凸部５ａと
凹部１ｃの接触面積が大きくなるので、シールリング５
をより確実に駆動軸１に従動させることができる。ま
た、この凸部５ａを、図７に示すように、２箇所の突起
に分割して形成することもできる。この場合、各突起
は、５ｍｍ以下の比較的狭い幅に形成するのが望まし
い。

【００２８】また、上記シール溝１ｂの溝幅は、シール
リング５の断面Ｘ字形状の軸方向の幅よりも広く、これ
に凸部５ａの突出長さを加えたものよりも狭く形成する
こともできる。この場合には、シールリング５の挿嵌時
に凸部５ａを凹部１ｃに嵌め込んでおく。

【００２９】さらに、上記実施例では、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。

【００３０】

【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、シールリングの凸部
がシール溝の凹部に嵌まり込んで確実に軸部材に従動す
るので、合成樹脂化した軸部材のシール溝がシールリン
グとの摺動により摩耗したり熱変形を生じてシール効果
が低下するようなことがなくなり、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】この発明の一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】この発明の一実施例を示すものであって、駆動
軸の部分斜視図である。

【図３】この発明の一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】この発明の一実施例を示すものであって、シー
ルリングの部分拡大斜視図である。

【図５】この発明の一実施例を示すものであって、シー
ルリングの斜視図である。

【図６】この発明の一実施例を示すものであって、シー
ルリングの凸部の他の形状を示す部分拡大斜視図であ
る。

【図７】この発明の一実施例を示すものであって、シー
ルリングの凸部のさらに他の形状を示す部分拡大斜視図
である。

【図８】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９】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１０】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 １ｃ 凹部 ２ ハウジング ５ シールリング ５ａ 凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二上 正弘 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 大堀 篤 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 (2)

【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、シール溝内の少なくとも一方の
   側面に、円周方向の一部にわたって軸方向に切り欠いた
   凹部が１箇所以上設けられると共に、シールリングにお
   けるこのシール溝内の一方の側面と接する側の側部に、
   このシール溝の凹部に嵌まり込む形状の凸部が１箇所以
   上設けられたことを特徴とする軸受部のシール構造。
2. 【請求項２】 上記凸部がシールリングにおけるシール
   溝内の他方の側面と接する側の側部にも１箇所以上設け
   られたことを特徴とする請求項１に記載の軸受部のシー
   ル構造。