JP2018200080A

JP2018200080A - メカニカルシール装置

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Publication number: JP2018200080A
Application number: JP2017105438A
Authority: JP
Inventors: 平山葺; Taira Yamabuki; 勇人益田; Isato Masuda; 友彦岩波; Tomohiko Iwanami; 智大植木; Tomohiro Ueki
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-05-29
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-05-29
Also published as: KR20190108620A; KR102211034B1; WO2018221056A1; CN110382933A; JP6722135B2; CN110382933B

Abstract

【課題】フローティングシールのシール性を長期に亘って適正に保つ。
【解決手段】固定側ハウジング１３と回転側ハウジング１５との間の隙間２０をシールするフローティングシール２７は、固定体側鉄リング２８と、回転体側鉄リング２９と、固定体側Ｏリング３０と、回転体側Ｏリング３２とを含んで構成される。固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃは、固定側ハウジング１３の固定体側延長面１３Ｈ内に配置され、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇは、小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅよりも大径鍔部２８Ｂ側に寄った位置に配置される。回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃは、回転側ハウジング１５の回転体側延長面１５Ｈ内に配置され、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇは、小径鍔部２９Ｃの軸方向端面２９Ｅよりも大径鍔部２９Ｂ側に寄った位置に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば油圧ショベル、ホイールローダ、ダンプトラック等の建設機械に搭載された走行装置、履帯案内ローラ等に好適に用いられるメカニカルシール装置に関する。

建設機械の代表例である油圧ショベルには、下部走行体を走行させる走行装置、下部走行体の走行時に履帯を案内する履帯案内ローラ等が搭載されている。油圧ショベルの走行装置は、一般に、固定側ハウジングに収容された回転源となる油圧モータと、固定側ハウジングに対して回転可能に取付けられた回転側ハウジングと、回転側ハウジングに収容され、油圧モータの回転を減速して下部走行体の駆動輪に伝達する減速機構と、減速機構を潤滑する潤滑油を回転側ハウジング内に封止するメカニカルシール装置とを含んで構成されている。

ここで、メカニカルシール装置は、固定側ハウジングと、回転側ハウジングと、固定側ハウジングと回転側ハウジングとの間に形成された軸方向の隙間をシールするフローティングシールとを備えている。フローティングシールは、固定側ハウジングと回転側ハウジングの内部にそれぞれ配置された一対の円筒状の鉄リングと、固定側ハウジングおよび回転側ハウジングと各鉄リングとの間にそれぞれ設けられた一対のＯリングとを含んで構成されている。

一対の鉄リングは、Ｏリングが当接する傾斜面と、軸方向端面が互いに摺接するシール面となった大径鍔部と、傾斜面を挟んで大径鍔部とは反対側に設けられた小径鍔部とを有している。そして、各鉄リングの傾斜面に当接した各Ｏリングの弾性力によって各鉄リングのシール面が摺接することにより、固定側ハウジングと回転側ハウジングとの間の隙間をシールし、回転側ハウジング内に潤滑油を封止することができる（特許文献１）。

特開平１１−５１１９８号公報

しかし、長期に亘って油圧ショベルが稼働する間に、固定側ハウジングと回転側ハウジングとの間に形成された隙間には微細な土砂が侵入し、この土砂はフローティングシールの周囲に徐々に堆積する。さらに、寒冷地においては、フローティングシールの周囲に堆積した土砂が、雨水、雪解け水、泥濘地の水分等を吸収した状態で凍結することにより、フローティングシールの周囲に凍土が堆積する。フローティングシールの周囲に堆積した凍土は、油圧ショベルの走行時に回転側ハウジングが固定側ハウジングに対して回転するときに砕けて氷塊となり、回転側ハウジングの回転に伴って移動、凝集することにより、例えばフローティングシールのＯリングを軸方向に押圧する。

Ｏリングは、氷塊によって軸方向に押圧されることにより、各鉄リングの傾斜面に沿って小径鍔部側へと移動する。これにより、Ｏリングは、固定側ハウジングおよび回転側ハウジングの内周面と各鉄リングの小径鍔部との間の隙間にはみ出して小径鍔部に乗上げるようになり、各鉄リングの小径鍔部に径方向内向きの荷重を付与する。

これにより、Ｏリングによって一対の鉄リングに作用する径方向の荷重のバランスが崩れ、各鉄リングの軸中心が偏芯することにより、各鉄リングのシール面に適正な油膜が形成されなくなり、フローティングシールのシール性が低下してしまう。また、Ｏリングは、固定側ハウジングおよび回転側ハウジングの内周面と各鉄リングの小径鍔部との間の隙間にはみ出すことにより損傷し、Ｏリングの表面に亀裂が生じる。この亀裂が成長することにより油漏れを起こす。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、フローティングシールのシール性を長期に亘って適正に保つことができるようにしたメカニカルシール装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため本発明は、固定体側シール収容部を有する固定体と、回転体側シール収容部を有し前記固定体に対して回転可能に設けられた回転体と、前記固定体と前記回転体との間に形成された軸方向の隙間をシールするフローティングシールとを備え、前記フローティングシールは、前記固定体側シール収容部と前記回転体側シール収容部とにそれぞれ配置され互いに摺接するシール面を有する一対の円筒状の鉄リングと、前記一対の鉄リングのうち前記固定体側の鉄リングの外周面と前記固定体側シール収容部の内周面との間および前記回転体側の鉄リングの外周面と前記回転体側シール収容部の内周面との間にそれぞれ設けられた一対のＯリングとからなり、前記一対の鉄リングは、前記Ｏリングを挟んで前記固定体側シール収容部の内周面と対面する部位と前記回転体側シール収容部の内周面と対面する部位とにそれぞれ形成され軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜した傾斜面と、前記Ｏリングから軸方向に離間して前記傾斜面よりも前記隙間側に形成され軸方向端面が前記シール面となった大径鍔部と、前記傾斜面を挟んで前記大径鍔部とは反対側に形成された小径鍔部とを含んで構成されているメカニカルシール装置に適用される。

本発明の特徴は、前記固定体側シール収容部は、軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜し前記固定体側の鉄リングの前記傾斜面と対面した固定体側傾斜面と、前記固定体側傾斜面の奥部に配置され前記回転体の軸線と直交して内径側に延びた固定体側奥壁面と、前記固定体側奥壁面の内径側の端縁から軸方向に延長された固定体側延長面とを有し、前記回転体側シール収容部は、軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜し前記回転体側の鉄リングの前記傾斜面と対面した回転体側傾斜面と、前記回転体側傾斜面の奥部に配置され前記回転体の軸線と直交して内径側に延びた回転体側奥壁面と、前記回転体側奥壁面の内径側の端縁から軸方向に延長された回転体側延長面とを有し、前記一対の鉄リングの前記小径鍔部は、前記固定体側シール収容部の前記固定体側延長面および前記回転体側シール収容部の前記回転体側延長面の内周側にそれぞれ配置されており、前記固定体側シール収容部の前記固定体側奥壁面は、前記Ｏリングとの間に軸方向の空間を確保した状態で前記固定体側の鉄リングの前記小径鍔部の軸方向端面よりも前記大径鍔部側に寄った位置に配置され、前記回転体側シール収容部の前記回転体側奥壁面は、前記Ｏリングとの間に軸方向の空間を確保した状態で前記回転体側の鉄リングの前記小径鍔部の軸方向端面よりも前記大径鍔部側に寄った位置に配置されていることにある。

本発明によれば、固定体側シール収容部および回転体側シール収容部に堆積した凍土が砕けて氷塊となり、この氷塊が回転体の回転によって移動、凝集してフローティングシールのＯリングを軸方向に押圧したとしても、固定体側のＯリングが固定体側奥壁面に当接することにより、このＯリングが固定体側の鉄リングの小径鍔部に乗上げるのを抑えることができる。また、回転体側のＯリングが回転体側奥壁面に当接することにより、このＯリングが回転体側の鉄リングの小径鍔部に乗上げるのを抑えることができる。これにより、各Ｏリングによって一対の鉄リングに作用する径方向の荷重のバランスを良好に保つことができ、フローティングシールのシール性を長期に亘って適正に保つことができる。

本発明の実施の形態によるメカニカルシール装置を備えた油圧ショベルを示す正面図である。下部走行体の油圧モータ、減速装置、駆動輪、メカニカルシール装置等を図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。図２中の固定側ハウジング、回転側ハウジング、鉄リング、Ｏリング等の要部を拡大して示す断面図である。図３中のIV部を拡大した拡大断面図である。固定側ハウジングおよび回転側ハウジングのシール収容部にフローティングシールを組付ける状態を示す一部破断の分解断面図である。Ｏリングが固定体側奥壁面および回転体側奥壁面に当接した状態を示す図３と同様位置の断面図である。Ｏリングが固定体側奥壁面および回転体側奥壁面に当接したときにＯリングから鉄リングに作用する荷重を示す一部破断の断面図である。比較例によるメカニカルシール装置を示す図３と同様位置の断面図である。比較例によるＯリングが固定体側奥壁面および回転体側奥壁面に当接した状態を示す断面図である。比較例によるメカニカルシール装置において各鉄リングが偏芯した状態を示す断面図である。

以下、本発明に係るメカニカルシール装置の実施の形態について、油圧ショベルの走行装置に適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

油圧ショベル１の車体は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３とにより構成されている。上部旋回体３の前部側には、フロント装置４が俯仰動可能に設けられている。油圧ショベル１は、上部旋回体３を旋回させつつフロント装置４を用いて土砂等の掘削作業を行う。

下部走行体２は、前，後方向に延びる左，右のサイドフレーム５Ａ（左側のみ図示）を備えたトラックフレーム５と、各サイドフレーム５Ａの長手方向の一端側に設けられた後述の走行装置９と、各サイドフレーム５Ａの長手方向の他端側に設けられた遊動輪６と、各サイドフレーム５Ａの下側に設けられた複数の下案内ローラ７と、遊動輪６、各下案内ローラ７、後述の駆動輪１９に巻回された履帯８とを含んで構成されている。

図２に示すように、走行装置９は、各サイドフレーム５Ａの長手方向の一端側に固定された走行装置ブラケット１０と、走行装置ブラケット１０に後述の固定側ハウジング１３を介して取付けられた油圧モータ１１と、油圧モータ１１の回転を減速する後述の減速装置１２とを含んで構成されている。走行装置９は、油圧モータ１１の回転を減速装置１２によって減速することにより駆動輪１９を大きなトルクをもって回転させ、駆動輪１９と遊動輪６とに巻装された履帯８を周回駆動させるものである。

減速装置１２は、油圧モータ１１の回転を減速して駆動輪１９に伝達するものである。この減速装置１２は、後述の固定側ハウジング１３、回転側ハウジング１５、遊星歯車減速機構２３，２４，２５等を含んで構成されている。

固定側ハウジング１３は、油圧モータ１１が取付けられた状態で走行装置ブラケット１０に固定して設けられている。固定側ハウジング１３は、回転側ハウジング１５の軸線（回転軸線）Ｏ−Ｏに沿って延びる段付円筒状に形成され、減速装置１２の一部を構成すると共に後述するメカニカルシール装置２６の固定体を構成している。

ここで、固定側ハウジング１３は大径なフランジ部１３Ａを有し、このフランジ部１３Ａは複数のボルト１４を用いて走行装置ブラケット１０に固定されている。走行装置ブラケット１０から突出した固定側ハウジング１３の先端側には、回転側ハウジング１５を支持するハウジング支持部１３Ｂと、後述する遊星歯車減速機構２５のキャリア２５Ｃが結合される雄スプライン部１３Ｃとが設けられている。フランジ部１３Ａとハウジング支持部１３Ｂとの間には、ハウジング支持部１３Ｂよりも大径な段付き円筒状をなし回転側ハウジング１５に向けて突出した円筒突出部１３Ｄが設けられている。

図３に示すように、円筒突出部１３Ｄの内周側には円筒状の固定体側シール収容部１３Ｅが設けられ、この固定体側シール収容部１３Ｅには後述の固定体側鉄リング２８および固定体側Ｏリング３０が収容されている。固定体側シール収容部１３Ｅは、回転側ハウジング１５との対向面から軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜した固定体側傾斜面１３Ｆと、固定体側傾斜面１３Ｆの奥部に配置され回転側ハウジング１５の軸線Ｏ−Ｏと直交して内径側に延びた固定体側奥壁面１３Ｇと、固定体側奥壁面１３Ｇの内径側の端縁からさらに軸方向に延長された固定体側延長面１３Ｈとを有している。

固定体側傾斜面１３Ｆは、固定体側シール収容部１３Ｅの全周に亘って形成され、円筒突出部１３Ｄ側から固定体側奥壁面１３Ｇに向けて内径寸法が徐々に小さくなるテーパ面として形成されている。固定体側奥壁面１３Ｇは、固定体側シール収容部１３Ｅの底部となるもので、回転側ハウジング１５の軸線Ｏ−Ｏに対して直交する壁面を形成している。固定体側延長面１３Ｈの内周側には、後述する固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃが配置されている。

回転側ハウジング１５は、固定側ハウジング１３との間に後述の隙間２０を形成した状態で固定側ハウジング１３に対して回転可能に設けられている。回転側ハウジング１５は、減速装置１２の一部を構成すると共に、後述するメカニカルシール装置２６の回転体を構成している。回転側ハウジング１５は、全体として有蓋円筒状に形成され、その内部に遊星歯車減速機構２３，２４，２５を収容するものである。ここで、回転側ハウジング１５は、後述の軸受１７を介して固定側ハウジング１３のハウジング支持部１３Ｂに支持され外周側にフランジ部１５Ａ１を有する段付き円筒状の支持筒体１５Ａと、支持筒体１５Ａにボルト１６を用いて固定され内周側に内歯１５Ｂ１，１５Ｂ２が形成された円筒状のリングギヤ１５Ｂと、リングギヤ１５Ｂを施蓋する円板状の蓋体１５Ｃとを含んで構成されている。

ここで、回転側ハウジング１５には、支持筒体１５Ａのフランジ部１５Ａ１から固定側ハウジング１３に向けて突出する段付き円筒状の円筒突出部１５Ｄが設けられている。円筒突出部１５Ｄは、固定側ハウジング１３に回転側ハウジング１５を取付けた状態で、固定側ハウジング１３の円筒突出部１３Ｄと僅かな隙間をもって対面するものである。

円筒突出部１５Ｄの内周側には、後述の回転体側鉄リング２９および回転体側Ｏリング３２が収容される円筒状の回転体側シール収容部１５Ｅが設けられている。図３に示すように、回転体側シール収容部１５Ｅは、固定側ハウジング１３との対向面から軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜した回転体側傾斜面１５Ｆと、この回転体側傾斜面１５Ｆの奥部に配置され回転側ハウジング１５の軸線Ｏ−Ｏと直交して内径側に延びた回転体側奥壁面１５Ｇと、回転体側奥壁面１５Ｇの内径側の端縁からさらに軸方向に延長された回転体側延長面１５Ｈとを有している。

回転体側傾斜面１５Ｆは、回転体側シール収容部１５Ｅの全周に亘って形成され、円筒突出部１５Ｄ側から回転体側奥壁面１５Ｇに向けて内径寸法が徐々に小さくなるテーパ面として形成されている。回転体側奥壁面１５Ｇは、回転体側シール収容部１５Ｆの底部となるもので、回転側ハウジング１５の軸線Ｏ−Ｏに対して直交する壁面を形成している。回転体側延長面１５Ｈの内周側には、後述する回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃが配置されている。回転側ハウジング１５の支持筒体１５Ａの内周側は、固定側ハウジング１３のハウジング支持部１３Ｂに軸受１７を介して回転可能に取付けられている。支持筒体１５Ａのフランジ部１５Ａ１には、複数のボルト１８を用いて駆動輪（スプロケット）１９が固定されている。

軸方向の隙間２０は、固定側ハウジング１３の円筒突出部１３Ｄの軸方向端面１３Ｊと、回転側ハウジング１５の円筒突出部１５Ｄの軸方向端面１５Ｊとの間に、全周に亘って環状に形成されている。また、隙間２０よりも径方向の外側にはラビリンス２１が形成されている。ラビリンス２１は、隙間２０に連通するクランク状の迷路を形成し、土砂等が隙間２０内に侵入するのを抑制するものである。

回転軸２２は、回転側ハウジング１５内に設けられ、油圧モータ１１の回転出力を導出するものである。回転側ハウジング１５の軸線Ｏ−Ｏは、回転軸２２の軸中心と一致している。回転軸２２の基端側は油圧モータ１１の出力軸に連結され、回転軸２２の先端側はリングギヤ１５Ｂ内を軸方向に伸長している。蓋体１５Ｃの近傍に位置する回転軸２２の先端部には、後述の太陽歯車２３Ａが一体形成されている。

回転側ハウジング１５内には、３段の遊星歯車減速機構２３，２４，２５が設けられている。これら３段の遊星歯車減速機構２３，２４，２５は、油圧モータ１１の回転を３段減速し、回転側ハウジング１５のフランジ部１５Ａ１に取付けられた駆動輪１９を大きなトルクをもって回転させるものである。

ここで、１段目の遊星歯車減速機構２３は、回転軸２２の先端部に一体形成された太陽歯車２３Ａと、太陽歯車２３Ａとリングギヤ１５Ｂの内歯１５Ｂ１とに噛合し、太陽歯車２３Ａの周囲を自転しつつ公転する複数の遊星歯車２３Ｂ（１個のみ図示）と、各遊星歯車２３Ｂを回転可能に支持するキャリア２３Ｃとを含んで構成されている。そして、１段目の遊星歯車減速機構２３は、太陽歯車２３Ａの回転を減速し、各遊星歯車２３Ｂの公転をキャリア２３Ｃを介して２段目の太陽歯車２４Ａに伝達する。

２段目の遊星歯車減速機構２４は、回転軸２２に遊嵌された状態で１段目のキャリア２３Ｃにスプライン結合された円筒状の太陽歯車２４Ａと、太陽歯車２４Ａとリングギヤ１５Ｂの内歯１５Ｂ１とに噛合し、太陽歯車２４Ａの周囲を自転しつつ公転する複数の遊星歯車２４Ｂ（１個のみ図示）と、各遊星歯車２４Ｂを回転可能に支持するキャリア２４Ｃとを含んで構成されている。そして、２段目の遊星歯車減速機構２４は、太陽歯車２４Ａの回転を減速し、各遊星歯車２４Ｂの公転をキャリア２４Ｃを介して３段目の太陽歯車２５Ａに伝達する。

３段目の遊星歯車減速機構２５は、回転軸２２に遊嵌された状態で２段目のキャリア２４Ｃにスプライン結合された円筒状の太陽歯車２５Ａと、太陽歯車２５Ａとリングギヤ１５Ｂの内歯１５Ｂ２とに噛合し、太陽歯車２５Ａの周囲を自転しつつ公転する複数の遊星歯車２５Ｂ（１個のみ図示）と、各遊星歯車２５Ｂを回転可能に支持するキャリア２５Ｃとを含んで構成されている。

３段目のキャリア２５Ｃは、固定側ハウジング１３の雄スプライン部１３Ｃにスプライン結合されている。従って、キャリア２５Ｃに支持された各遊星歯車２５Ｂの公転は、リングギヤ１５Ｂの内歯１５Ｂ２を介して回転側ハウジング１５に伝達される。これにより、回転側ハウジング１５は、遊星歯車減速機構２３，２４，２５によって３段減速された状態で、固定側ハウジング１３に対して回転する構成となっている。これら各遊星歯車減速機構２３，２４，２５、軸受１７等は、回転側ハウジング１５内に充填された潤滑油Ｌによって潤滑される構成となっている。

次に、本実施の形態に用いられるメカニカルシール装置２６について説明する。

メカニカルシール装置２６は走行装置９に設けられ、各遊星歯車減速機構２３，２４，２５、軸受１７等を潤滑する潤滑油を、回転側ハウジング１５内に封止するものである。ここで、メカニカルシール装置２６は、固定体としての固定側ハウジング１３と、回転体としての回転側ハウジング１５と、フローティングシール２７とを備えている。フローティングシール２７は、固定側ハウジング１３と回転側ハウジング１５との間に形成された軸方向の隙間２０をシールするもので、後述の固定体側鉄リング２８、回転体側鉄リング２９、固定体側Ｏリング３０、回転体側Ｏリング３２を含んで構成されている。

固定体側鉄リング２８は、固定側ハウジング１３に設けられた固定体側シール収容部１３Ｅの内周側に配置されている。固定体側鉄リング２８は、回転体側鉄リング２９と対をなすもので、例えば耐摩耗性、耐食性に優れた鉄系金属材料を用いて円筒状に形成されている。図３に示すように、固定体側鉄リング２８は、固定体側Ｏリング３０を挟んで固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆと対面する外周面である傾斜面２８Ａと、後述する固定体側Ｏリング３０から軸方向に離間して傾斜面２８Ａから隙間２０寄り（回転側ハウジング１５側）の部位に形成された大径鍔部２８Ｂと、傾斜面２８Ａを挟んで大径鍔部２８Ｂとは反対側に形成された大径鍔部２８Ｂよりも小径な小径鍔部２８Ｃとを含んで構成されている。

固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａは、大径鍔部２８Ｂから小径鍔部２８Ｃに向けて外径寸法が徐々に小さくなるテーパ状に形成されている。この傾斜面２８Ａは、大径鍔部２８Ｂ側の始端部である大径側始端２８Ａ１と、小径鍔部２８Ｃ側の始端部である小径側始端２８Ａ２との間に形成されている。固定体側鉄リング２８の大径鍔部２８Ｂは、傾斜面２８Ａの回転側ハウジング１５側の端部から全周に亘って径方向外向きに張出している。この大径鍔部２８Ｂは、固定体側鉄リング２８と固定体側Ｏリング３０を固定体側シール収容部１３Ｅに収容した状態で固定体側Ｏリング３０から軸方向に離間し、固定体側Ｏリング３０に対して非接触となっている。大径鍔部２８Ｂの軸方向端面は、環状の平坦面からなるシール面２８Ｄとシール面２８Ｄから径方向内向きに傾斜するテーパ面２８Ｄ１とを有している（図４参照）。

固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃは、傾斜面２８Ａのうち大径鍔部２８Ｂとは反対側の端部から全周に亘って径方向外向きに張出している。図５に示すように、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外径寸法Ｄ１は、固定体側延長面１３Ｈの内径寸法Ｄ２よりも小さく（Ｄ１＜Ｄ２）設定されている。小径鍔部２８Ｃは、固定側ハウジング１３の固定体側延長面１３Ｈの内周側に配置され、小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１と固定体側延長面１３Ｈの内周面との間には微小な径方向隙間Ａが形成されている。また、傾斜面２８Ａの小径側始端２８Ａ２と小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１との間、即ち、図３中の寸法Ｃで示す範囲は、傾斜面２８Ａと小径鍔部２８Ｃとの間を滑らに連続させる円弧面２８Ｆとなっている。

ここで、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇは、固定体側Ｏリング３０との間に後述の空間３１を確保した状態で、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅよりも大径鍔部２８Ｂ側に寄った位置に配置されている。具体的には、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇは、小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１のうち傾斜面２８Ａ側に位置する傾斜面側始端２８Ｇと傾斜面２８Ａの小径側始端２８Ａ２との間の寸法Ｃの範囲に配置されている。従って、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃ側は、固定体側奥壁面１３Ｇと小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅとの間の軸方向長さＢの範囲で固定側ハウジング１３の固定体側延長面１３Ｈと重り合っている。

回転体側鉄リング２９は、回転側ハウジング１５に設けられた回転体側シール収容部１５Ｅの内周側に配置されている。回転体側鉄リング２９も、固定体側鉄リング２８と同じ鉄系金属材料を用いて円筒状に形成され、回転体側Ｏリング３２を挟んで回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆと対面する外周面である傾斜面２９Ａと、後述する回転体側Ｏリング３２から軸方向に離間して傾斜面２９Ａから隙間２０寄り（固定側ハウジング１３側）の部位に形成された大径鍔部２９Ｂと、傾斜面２９Ａを挟んで大径鍔部２９Ｂとは反対側に形成された小径鍔部２９Ｃとを含んで構成されている。

回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａは、大径鍔部２９Ｂから小径鍔部２９Ｃに向けて外径寸法が徐々に小さくなるテーパ状に形成されている。回転体側鉄リング２９の大径鍔部２９Ｂは、傾斜面２９Ａの固定側ハウジング１３側の端部から全周に亘って径方向外向きに張出している。この大径鍔部２９Ｂは、回転体側鉄リング２９と回転体側Ｏリング３２を回転体側シール収容部１５Ｅに収容した状態で回転体側Ｏリング３２から軸方向に離間し、回転体側Ｏリング３２に対して非接触となっている。大径鍔部２９Ｂの軸方向端面は、環状の平坦面からなるシール面２９Ｄとシール面２９Ｄから径方向内向きに徐々に傾斜するテーパ面２９Ｄ１とを有している（図４参照）。

回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃは、傾斜面２９Ａのうち大径鍔部２９Ｂとは反対側の端部から全周に亘って径方向外向きに張出している。図５に示すように、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外径寸法Ｄ１′は、回転体側延長面１５Ｈの内径寸法Ｄ２′よりも小さく（Ｄ１′＜Ｄ２′）設定されている。小径鍔部２９Ｃは、回転側ハウジング１５の回転体側延長面１５Ｈの内周側に配置され、小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１と回転体側延長面１５Ｈの内周面との間には微小な径方向隙間Ａ′が形成されている。また、傾斜面２９Ａの小径側始端２９Ａ２と小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１との間、即ち、図３中の寸法Ｃ′で示す範囲は、傾斜面２９Ａと小径鍔部２９Ｃとの間を滑らに連続させる円弧面２９Ｆとなっている。

ここで、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇは、回転体側Ｏリング３２との間に後述の空間３３を確保した状態で、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの軸方向端面２９Ｅよりも大径鍔部２９Ｂ側に寄った位置に配置されている。具体的には、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇは、小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１のうち傾斜面２９Ａ側に位置する傾斜面側始端２９Ｇと傾斜面２９Ａの小径側始端２９Ａ２との間の寸法Ｃ′の範囲に配置されている。従って、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃ側は、回転体側奥壁面１５Ｇと小径鍔部２９Ｃの軸方向端面２９Ｅとの間の軸方向長さＢ′の範囲で回転側ハウジング１５の回転体側延長面１５Ｈと重り合っている。

固定体側Ｏリング３０は、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆと固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａとの間に設けられている。固定体側Ｏリング３０は、回転体側Ｏリング３２と対をなすもので、例えばニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等の耐油性を有するゴム材料を用いて、線径（直径）が１０ｍｍ〜１３ｍｍの円形の断面形状を有する環状に形成されている。固定体側Ｏリング３０は、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆと固定体側鉄リング２８との間をシールすると共に、固定体側鉄リング２８を回転体側鉄リング２９に向けて軸方向に押圧する。

ここで、固定側ハウジング１３の固定体側シール収容部１３Ｅ内に氷塊等が堆積していない状態（固定体側Ｏリング３０が氷塊等によって押圧されない状態）では、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇと固定体側Ｏリング３０との間には、軸方向の空間３１が確保されている。従って、油圧ショベル１が長期に亘って稼働することにより固定体側シール収容部１３Ｅ内に氷塊等が堆積するまでの間は、固定体側Ｏリング３０は、固定体側奥壁面１３Ｇに対して非接触の状態を保持する。このため、固定体側Ｏリング３０の弾性力により固定体側鉄リング２８に対して横方向（回転体側鉄リング２９に向かう方向）の荷重が過大に付与されることがなく、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄを、回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄに対して適度な面圧で摺接させることができる。

そして、固定体側Ｏリング３０が、固定体側シール収容部１３Ｅ内に堆積した氷塊等によって軸方向に押圧され、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａに沿って小径鍔部２８Ｃ側に移動したときには、図６に示すように、固定体側Ｏリング３０は、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇに当接する。この場合、固定体側奥壁面１３Ｇは、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１の傾斜面側始端２８Ｇよりも大径鍔部２８Ｂ側に寄った位置に配置されている。これにより、固定体側Ｏリング３０の一部が固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１に乗上げるのを抑えることができる構成となっている。

回転体側Ｏリング３２は、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆと回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａとの間に設けられている。回転体側Ｏリング３２も、固定体側Ｏリング３０と同じゴム材料を用いて環状に形成されている。回転体側Ｏリング３２は、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆと回転体側鉄リング２９との間をシールすると共に、回転体側鉄リング２９を固定体側鉄リング２８に向けて軸方向に押圧する。

ここで、回転側ハウジング１５の回転体側シール収容部１５Ｅ内に氷塊等が堆積していない状態（回転体側Ｏリング３２が氷塊等によって押圧されない状態）では、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇと回転体側Ｏリング３２との間には、軸方向の空間３３が確保されている。従って、油圧ショベル１が長期に亘って稼働することにより回転体側シール収容部１５Ｅ内に氷塊等が堆積するまでの間は、回転体側Ｏリング３２は、回転体側奥壁面１５Ｇに対して非接触の状態を保持する。このため、回転体側Ｏリング３２の弾性力により回転体側鉄リング２９に対して横方向（固定体側鉄リング２８に向かう方向）の荷重が過大に付与されることがなく、回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄを、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄに対して適度な面圧で摺接させることができる。

そして、回転体側Ｏリング３２が、回転体側シール収容部１５Ｅ内に堆積した氷塊等によって軸方向に押圧され、回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａに沿って小径鍔部２９Ｃ側に移動したときには、図６に示すように、回転体側Ｏリング３２は、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇに当接する。この場合、回転体側奥壁面１５Ｇは、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１の傾斜面側始端２９Ｇよりも大径鍔部２９Ｂ側に寄った位置に配置されている。これにより、回転体側Ｏリング３２の一部が回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１に乗上げるのを抑えることができる構成となっている。

ここで、固定体側Ｏリング３０および回転体側Ｏリング３２は、メカニカルシール装置２６の組立初期には永久歪や劣化がないため押付力（弾性力）が大きいが、経時的に永久歪や劣化が進むことにより押付力は低下していく。固定体側Ｏリング３０および回転体側Ｏリング３２の永久歪や劣化が小さい組立初期において、固定体側Ｏリング３０が固定体側奥壁面１３Ｇに当接すると共に回転体側Ｏリング３２が回転体側奥壁面１５Ｇに当接した場合には、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとの間の摩擦力が増大する。これにより、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとが焼付いたり、固定体側Ｏリング３０および回転体側Ｏリング３２が熱劣化を生じる。

このため、固定体側奥壁面１３Ｇは、固定体側Ｏリング３０との間に軸方向の空間３１を確保した状態で、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１の傾斜面側始端２８Ｇよりも大径鍔部２８Ｂ側に寄った位置に配置されている。同様に、回転体側奥壁面１５Ｇは、回転体側Ｏリング３２との間に軸方向の空間３３を確保した状態で、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１の傾斜面側始端２９Ｇよりも大径鍔部２９Ｂ側に寄った位置に配置されている。

一方、固定側ハウジング１３の固定体側シール収容部１３Ｅ内に堆積した氷塊等によって固定体側Ｏリング３０が押圧され、回転側ハウジング１５の回転体側シール収容部１５Ｅ内に堆積した氷塊等によって回転体側Ｏリング３２が押圧されるまでには長い時間が経過するため、固定体側Ｏリング３０および回転体側Ｏリング３２は、永久歪や劣化が進むことにより押付力が低下する。従って、固定体側Ｏリング３０が、固定体側シール収容部１３Ｅに堆積した氷塊等に押圧されて固定体側奥壁面１３Ｇに当接し、回転体側Ｏリング３２が、回転体側シール収容部１５Ｅに堆積した氷塊等に押圧されて回転体側奥壁面１５Ｇに当接したとしても、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとの間の摩擦力が増大するのを抑えることができる。この結果、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとが焼付いたり、固定体側Ｏリング３０および回転体側Ｏリング３２が熱劣化を生じるのを抑えることができる構成となっている。

一方、本実施の形態では、固定体側Ｏリング３０および回転体側Ｏリング３２の線径を１０ｍｍ〜１３ｍｍとした場合に、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１と固定側ハウジング１３の固定体側延長面１３Ｈの内周面との間に形成される径方向隙間Ａと、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１と回転側ハウジング１５の回転体側延長面１５Ｈの内周面との間に形成される径方向隙間Ａ′とは、それぞれ０．５ｍｍ以上で１．５ｍｍ以下の範囲に設定されている。

ここで、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１と固定側ハウジング１３の固定体側延長面１３Ｈの内周面との間の径方向隙間Ａと、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１と回転側ハウジング１５の回転体側延長面１５Ｈの内周面との間の径方向隙間Ａ′を、０．５ｍｍ以上で１．５ｍｍ以下の範囲に設定した理由について説明する。

まず、メカニカルシール装置２６の組立て時に、固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９の中心が回転側ハウジング１５の軸線Ｏ−Ｏに対して偏心したときの偏芯量の許容値は０．５ｍｍである。このため、前記径方向隙間Ａと前記径方向隙間Ａ′の下限値は０．５ｍｍに設定されている。

一方、１０ｍｍ〜１３ｍｍの線径を有する固定体側Ｏリング３０が固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇに押付けられたときに、この固定体側Ｏリング３０が固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃ側にはみ出すことがない許容値は１．５ｍｍである。同様に、回転体側Ｏリング３２が回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇに押付けられたときに、この回転体側Ｏリング３２が回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃ側にはみ出すことがない許容値は１．５ｍｍである。このため、前記径方向隙間Ａと前記径方向隙間Ａ′の上限値は１．５ｍｍに設定されている。この上限値は、固定体側Ｏリング３０によって押圧される固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと、回転体側Ｏリング３２によって押圧される回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとの間に、図４に示す適正な摺接面３４を形成することができる許容値でもある。

また、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃが、固定側ハウジング１３の固定体側延長面１３Ｈの内周面に対して径方向で重り合う軸方向長さＢと、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃが、回転側ハウジング１５の回転体側延長面１５Ｈの内周面に対して径方向で重り合う軸方向長さＢ′とは、それぞれ２．５ｍｍ以上で３．５ｍｍ以下の範囲に設定されている。

ここで、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇと固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅとの間の軸方向長さＢと、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇと回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの軸方向端面２９Ｅとの間の軸方向長さＢ′とを、２．５ｍｍ以上で３．５ｍｍ以下の範囲に設定した理由について説明する。

まず、１０ｍｍ〜１３ｍｍの線径を有する固定体側Ｏリング３０および回転体側Ｏリング３２を備えたメカニカルシール装置２６の組立て時に、固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９が軸方向に片寄る量（片寄り量）は最大で約１．０ｍｍである。また、回転側ハウジング１５が回転するときに固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９が軸方向に揺動する量（揺動量）は最大で約０．５ｍｍである。さらに、氷塊等によって固定体側Ｏリング３０および回転体側Ｏリング３２が軸方向に押圧されることにより、固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９が軸方向に片寄る量の増加分（片寄り増加量）は最大で約０．５ｍｍである。そして、上述の片寄り量１．０ｍｍと、揺動量０．５ｍｍと、片寄り増加量０．５ｍｍとを合算した上で、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇと固定体側延長面１３Ｈとが交わる角部の面取り形状、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇと回転体側延長面１５Ｈとが交わる角部の面取り形状等を考慮することにより、前記軸方向長さＢと前記軸方向長さＢ′の下限値は２．５ｍｍに設定されている。一方、固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９の剛性を考慮することにより、前記軸方向長さＢと前記軸方向長さＢ′の上限値は３．５ｍｍに設定されている。

本実施の形態によるメカニカルシール装置２６は上述の如き構成を有するもので、このメカニカルシール装置２６を備えた走行装置９を組立てるときには、例えば図５に示すように、固定体側Ｏリング３０を、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃ側の傾斜面２８Ａに取付け、これら固定体側鉄リング２８と固定体側Ｏリング３０を、固定側ハウジング１３の固定体側シール収容部１３Ｅ内に挿入する。一方、回転体側Ｏリング３２を、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃ側の傾斜面２９Ａに取付け、これら回転体側鉄リング２９と回転体側Ｏリング３２を、回転側ハウジング１５の回転体側シール収容部１５Ｅ内に挿入する。

この状態で、回転側ハウジング１５を、固定側ハウジング１３のハウジング支持部１３Ｂに軸受１７を介して組付けることにより、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとが当接し、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９とは互いに軸方向に押圧される。これにより、固定体側Ｏリング３０は、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆと固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａとの間で押圧されて変形し、徐々に固定体側奥壁面１３Ｇ側へと移動する。一方、回転体側Ｏリング３２は、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆと回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａとの間で押圧されて変形し、徐々に回転体側奥壁面１５Ｇ側へと移動する。

走行装置９の組立てが終了すると、固定側ハウジング１３の円筒突出部１３Ｄと回転側ハウジング１５の円筒突出部１５Ｄとの間には、所定の隙間２０とラビリンス２１とが形成される。このとき、図３に示すように、固定体側Ｏリング３０は、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇとの間に軸方向の空間３１を保った状態で、固定側ハウジング１３の固定体側傾斜面１３Ｆと固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａとの間に配置される。一方、回転体側Ｏリング３２は、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇとの間に軸方向の空間３３を保った状態で、回転側ハウジング１５の回転体側傾斜面１５Ｆと回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａとの間に配置される。

走行装置９を組立てた状態で油圧モータ１１を回転させると、油圧モータ１１の回転が減速装置１２の遊星歯車減速機構２３，２４，２５によって３段減速され、回転側ハウジング１５に伝達される。これにより、回転側ハウジング１５が大きなトルクをもって回転し、この回転側ハウジング１５に固定した駆動輪１９と遊動輪６とに巻回された履帯８が駆動され、油圧ショベル１を走行させることができる。

油圧ショベル１の走行時において、メカニカルシール装置２６の回転体側鉄リング２９は回転側ハウジング１５と一体に回転し、この回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄが、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄに摺接することにより、回転側ハウジング１５と固定側ハウジング１３との間を液密にシールすることができる。これにより、回転側ハウジング１５内に潤滑油Ｌを封止し、この潤滑油Ｌによって軸受１７、遊星歯車減速機構２３，２４，２５等を適正に潤滑することができ、回転側ハウジング１５を円滑に回転させることができる。

図３に示すように、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇと固定体側Ｏリング３０との間に空間３１が保たれている状態では、固定体側Ｏリング３０の弾性力により、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａに対して垂直方向に荷重Ｆが作用する。一方、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇと回転体側Ｏリング３２との間に空間３３が保たれている状態では、回転体側Ｏリング３２の弾性力により、回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａに対して垂直方向に荷重Ｆ′が作用する。

固定体側鉄リング２８に作用する荷重Ｆは、水平分力Ｆ１と鉛直分力Ｆ２とに分けられ、回転体側鉄リング２９に作用する荷重Ｆ′は、水平分力Ｆ１′と鉛直分力Ｆ２′とに分けられる。このため、荷重Ｆの水平分力Ｆ１と荷重Ｆ′の水平分力Ｆ１′とにより、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとが適度な面圧をもって摺接する。

一方、固定体側鉄リング２８に対して荷重Ｆの鉛直分力Ｆ２が作用することにより、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃは内周側に変形する。また、回転体側鉄リング２９に対して荷重Ｆ′の鉛直分力Ｆ２′が作用することにより、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃは内周側に変形する。このため、図４に示すように、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄとテーパ面２８Ｄ１とが交わる稜線部分と、回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとテーパ面２９Ｄ１とが交わる稜線部分とは大きな面圧をもって互いに摺接し、平滑な摺接面３４が形成される。従って、回転側ハウジング１５が回転することにより、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとに形成された摺接面３４に潤滑油Ｌが浸入し、油膜が形成される。

この場合、摺接面３４を挟んで固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとがなす角度と、摺接面３４を挟んで固定体側鉄リング２８のテーパ面２８Ｄ１と回転体側鉄リング２９のテーパ面２９Ｄ１とがなす角度には差があるため、摺接面３４に形成される油膜には圧力勾配が形成される。この結果、固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９の外側が負圧となり、回転側ハウジング１５内の潤滑油Ｌを外部に漏らさないように封止することができる。

ここで、長期に亘って油圧ショベル１が稼働する間に、固定側ハウジング１３の固定体側シール収容部１３Ｅ、および回転側ハウジング１５の回転体側シール収容部１５Ｅには土砂が浸入し、この土砂はフローティングシール２７の周囲に徐々に堆積する。さらに、寒冷地においては、フローティングシール２７の周囲に堆積した土砂が凍結することにより、フローティングシール２７の周囲に凍土が堆積する。フローティングシール２７の周囲に堆積した凍土は、回転側ハウジング１５が固定側ハウジング１３に対して回転するときに砕けて氷塊となり、回転側ハウジング１５の回転に伴って移動、凝集することにより固定体側Ｏリング３０および回転体側Ｏリング３２を軸方向に押圧する。これにより、固定体側Ｏリング３０は、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａに沿って小径鍔部２８Ｃ側へと移動し、回転体側Ｏリング３２は、回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａに沿って小径鍔部２９Ｃ側へと移動する。

このとき、図６に示すように、固定体側Ｏリング３０は、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇに当接することによりそれ以上の小径鍔部２８Ｃ側への移動が制限される。また、回転体側Ｏリング３２は、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇに当接することによりそれ以上の小径鍔部２９Ｃ側への移動が制限される。従って、固定体側Ｏリング３０が、固定側ハウジング１３の固定体側延長面１３Ｈと固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃとの間の隙間内にはみ出すように変形したとしても、小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１に乗上げるのを抑えることができる。同様に、回転体側Ｏリング３２が、回転側ハウジング１５の回転体側延長面１５Ｈと回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃとの間の隙間内にはみ出すように変形したとしても、小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１に乗上げるのを抑えることができる。

この結果、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃに対し、固定体側Ｏリング３０の弾性力によって径方向内向きの荷重が付与されるのを抑えることができる。また、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃに対し、回転体側Ｏリング３２の弾性力によって径方向内向きの荷重が付与されるのを抑えることができる。この結果、固定体側Ｏリング３０から固定体側鉄リング２８に作用する径方向の荷重と、回転体側Ｏリング３２から回転体側鉄リング２９に作用する径方向の荷重とのバランスを良好に保つことができ、フローティングシール２７のシール性を長期に亘って適正に保つことができる。

この場合、図７に示すように、固定体側奥壁面１３Ｇに当接した固定体側Ｏリング３０は、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃには乗上げないものの、小径鍔部２８Ｃと傾斜面２８Ａとの間の円弧面２８Ｆには乗上げる。このため、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａに対して荷重Ｆが作用すると共に、円弧面２８Ｆに対し径方向内向きの荷重Ｆ３が作用する。同様に、回転体側Ｏリング３２は、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃと傾斜面２９Ａとの間の円弧面２９Ｆに乗上げる。このため、回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａに対して荷重Ｆ′が作用すると共に、円弧面２９Ｆに対し径方向内向きの荷重Ｆ３′が作用する。このため、互いに摺接する固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９の軸線は、回転側ハウジング１５の軸線Ｏ−Ｏに対して偏芯するようになる。

しかし、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃは、固定側ハウジング１３の固定体側延長面１３Ｈの内周側に配置され、固定体側延長面１３Ｈに対し軸方向長さＢの範囲で重り合っている。また、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃは、回転側ハウジング１５の回転体側延長面１５Ｈの内周側に配置され、回転体側延長面１５Ｈに対し軸方向長さＢ′の範囲で重り合っている。このため、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９の軸線が、回転側ハウジング１５の軸線Ｏ−Ｏに対して偏芯したとしても、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１が、固定体側延長面１３Ｈの内周面に当接し、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１が、回転体側延長面１５Ｈの内周面に当接することにより、偏芯量を制限することができる。

このように、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃが、固定体側延長面１３Ｈの内周面に当接し、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃが、回転体側延長面１５Ｈの内周面に当接することにより、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９の軸線が、回転側ハウジング１５の軸線Ｏ−Ｏに対して大きく偏芯するのを抑えることができる。この結果、図４に示すように、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとに平滑な摺接面３４を形成することができ、この摺接面３４に油膜が形成されることにより、フローティングシール２７のシール性を確保することができる。

次に、本実施の形態によるメカニカルシール装置２６と、図８ないし図１０に示す比較例によるメカニカルシール装置１０１との相違について説明する。

比較例によるメカニカルシール装置１０１は、本実施の形態によるメカニカルシール装置２６と同様に、固定側ハウジング１３′と、回転側ハウジング１５′と、固定体側鉄リング２８と、回転体側鉄リング２９と、固定体側Ｏリング３０と、回転体側Ｏリング３２とを含んで構成されている。しかし、比較例によるメカニカルシール装置１０１は、固定側ハウジング１３′の固定体側奥壁面１３Ｇ′が固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅとほぼ同一平面上に配置され、固定体側延長面１３Ｈ′の内周側に小径鍔部２８Ｃが配置されていない点、および回転側ハウジング１５′の回転体側奥壁面１５Ｇ′が回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの軸方向端面２９Ｅとほぼ同一平面上に配置され、回転体側延長面１５Ｈ′の内周側に小径鍔部２９Ｃが配置されていない点で、本実施の形態によるメカニカルシール装置２６とは相違している。

図９に示すように、比較例によるメカニカルシール装置１０１においては、固定体側Ｏリング３０が、固定体側シール収容部１３Ｅ内に堆積した氷塊等によって押圧されることにより、固定側ハウジング１３′の固定体側奥壁面１３Ｇ′に当接する。同様に、回転体側Ｏリング３２が、回転体側シール収容部１５Ｅ内に堆積した氷塊等によって押圧されることにより、回転側ハウジング１５′の回転体側奥壁面１５Ｇ′に当接する。

この場合、固定側ハウジング１３′の固定体側奥壁面１３Ｇ′は、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅとほぼ同一平面上に配置されている。このため、例えば図１０に示すように、固定体側Ｏリング３０は、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃと固定側ハウジング１３の固定体側延長面１３Ｈ′との間に形成された隙間内にはみ出すように変形し、小径鍔部２８Ｃの外周面に乗上げるようになる。従って、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａに対して荷重Ｆが作用し、円弧面２８Ｆに対して荷重Ｆ３が作用すると共に、小径鍔部２８Ｃに対し径方向内向きの荷重Ｆ４が作用する。この結果、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９との径方向の荷重バランスが崩れ、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９とが偏芯することにより、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとの間に油膜を形成することができず、良好なシール性を保つことができなくなる。

これに対し、本実施の形態によるメカニカルシール装置２６は、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃが固定側ハウジング１３の固定体側延長面１３Ｈの内周側に配置され、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇは、小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１の傾斜面側始端２８Ｇよりも大径鍔部２８Ｂ側に寄った位置、具体的には、小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１の傾斜面側始端２８Ｇと傾斜面２８Ａの小径側始端２８Ａ２との間の範囲に配置されている。同様に、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃが回転側ハウジング１５の回転体側延長面１５Ｈの内周側に配置され、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇは、小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１の傾斜面側始端２９Ｇよりも大径鍔部２９Ｂ側に寄った位置、具体的には、小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１の傾斜面側始端２９Ｇと傾斜面２９Ａの小径側始端２９Ａ２との間の範囲に配置されている。

このため、固定側ハウジング１３の固定体側シール収容部１３Ｅ内に堆積した氷塊等が固定体側Ｏリング３０を軸方向に押圧することにより、固定体側Ｏリング３０が固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃ側に移動したとしても、固定体側Ｏリング３０が固定体側奥壁面１３Ｇに当接することにより、固定体側Ｏリング３０の小径鍔部２８Ｃ側への移動を制限することができる。同様に、回転側ハウジング１５の回転体側シール収容部１５Ｅ内に堆積した氷塊等が回転体側Ｏリング３２を軸方向に押圧することにより、回転体側Ｏリング３２が回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃ側に移動したとしても、回転体側Ｏリング３２が回転体側奥壁面１５Ｇに当接することにより、回転体側Ｏリング３２の小径鍔部２９Ｃ側への移動を制限することができる。

従って、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１に固定体側Ｏリング３０が乗上げるのを抑え、小径鍔部２８Ｃに径方向内向きの荷重が付与されるのを抑えることができる。同様に、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１に回転体側Ｏリング３２が乗上げるのを抑え、小径鍔部２９Ｃに径方向内向きの荷重が付与されるのを抑えることができる。この結果、固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９に作用する径方向の荷重のバランスを良好に保つことができ、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとのシール性を長期に亘って適正に保つことができる。

また、固定体側鉄リング２８の傾斜面２８Ａは、大径鍔部２８Ｂ側に位置する大径側始端２８Ａ１と小径鍔部２８Ｃ側に位置する小径側始端２８Ａ２との間に形成され、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇが、小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１の傾斜面側始端２８Ｇと傾斜面２８Ａの小径側始端２８Ａ２との間の範囲に配置されることにより、小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅは、固定体側奥壁面１３Ｇの奥部に設けられた固定体側延長面１３Ｈ内に配置されている。同様に、回転体側鉄リング２９の傾斜面２９Ａは、大径鍔部２９Ｂ側に位置する大径側始端２９Ａ１と小径鍔部２９Ｃ側に位置する小径側始端２９Ａ２との間に形成され、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇが、小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１の傾斜面側始端２９Ｇと傾斜面２９Ａの小径側始端２９Ａ２との間の範囲に配置されることにより、小径鍔部２９Ｃの軸方向端面２９Ｅは、回転体側奥壁面１５Ｇの奥部に設けられた回転体側延長面１５Ｈ内に配置されている。

これにより、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９の軸線が、回転側ハウジング１５の軸線Ｏ−Ｏに対して偏芯したとしても、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１は、固定体側延長面１３Ｈの内周面に当接し、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１は、回転体側延長面１５Ｈの内周面に当接する。この結果、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９が大きく偏芯するのを抑え、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとに平滑な摺接面３４を形成することがでるので、固定体側鉄リング２８のシール面２８Ｄと回転体側鉄リング２９のシール面２９Ｄとのシール性を良好に保つことができる。

また、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの外周面２８Ｃ１と固定側ハウジング１３の固定体側延長面１３Ｈの内周面との間の径方向隙間Ａと、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの外周面２９Ｃ１と回転側ハウジング１５の回転体側延長面１５Ｈの内周面との間の径方向隙間Ａ′を、０．５ｍｍ以上で１．５ｍｍ以下の範囲に設定している。

これにより、メカニカルシール装置２６の組立て時における固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９の偏心を許容しつつ、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇに押付けられた固定体側Ｏリング３０が固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃ側にはみ出すのを抑制し、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇに押付けられた回転体側Ｏリング３２が回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃ側にはみ出すのを抑制することができる。

さらに、固定側ハウジング１３の固定体側奥壁面１３Ｇと固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃの軸方向端面２８Ｅとの間の軸方向長さＢと、回転側ハウジング１５の回転体側奥壁面１５Ｇと回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃの軸方向端面２９Ｅとの間の軸方向長さＢ′とを、２．５ｍｍ以上で３．５ｍｍ以下の範囲に設定している。

これにより、上述したメカニカルシール装置２６の組立て時における固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９の片寄り量、回転側ハウジング１５の回転時における固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９の揺動量、固定体側Ｏリング３０および回転体側Ｏリング３２が軸方向に押圧されたときの片寄り増加量等を許容しつつ、固定体側鉄リング２８および回転体側鉄リング２９が偏芯した場合には、固定体側鉄リング２８の小径鍔部２８Ｃを固定体側延長面１３Ｈの内周面に当接させ、回転体側鉄リング２９の小径鍔部２９Ｃを回転体側延長面１５Ｈの内周面に当接させることができ、固定体側鉄リング２８と回転体側鉄リング２９が大きく偏芯するのを抑えることができる。

なお、実施の形態では、油圧ショベル１の走行装置９に搭載されたメカニカルシール装置２６に適用した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば油圧ショベル１の遊動輪６、下案内ローラ７等の回転機構に搭載されるシール装置に広く適用することができる。

１３固定側ハウジング（固定体）
１３Ｅ固定体側シール収容部
１３Ｆ固定体側傾斜面
１３Ｇ固定体側奥壁面
１３Ｈ固定体側延長面
１５回転側ハウジング（回転体）
１５Ｅ回転体側シール収容部
１５Ｆ回転体側傾斜面
１５Ｇ回転体側奥壁面
１５Ｈ回転体側延長面
２０隙間
２６メカニカルシール装置
２７フローティングシール
２８固定体側鉄リング
２８Ａ，２９Ａ傾斜面
２８Ａ１，２９Ａ１大径側始端
２８Ａ２，２９Ａ２小径側始端
２８Ｂ，２９Ｂ大径鍔部
２８Ｃ，２９Ｃ小径鍔部
２８Ｃ１，２９Ｃ１外周面
２８Ｄ，２９Ｄシール面
２８Ｅ，２９Ｅ軸方向端面
２８Ｇ，２９Ｇ傾斜面側始端
２９回転体側鉄リング
３０固定体側Ｏリング
３１，３３空間
３２回転体側Ｏリング

Claims

固定体側シール収容部を有する固定体と、回転体側シール収容部を有し前記固定体に対して回転可能に設けられた回転体と、前記固定体と前記回転体との間に形成された軸方向の隙間をシールするフローティングシールとを備え、
前記フローティングシールは、前記固定体側シール収容部と前記回転体側シール収容部とにそれぞれ配置され互いに摺接するシール面を有する一対の円筒状の鉄リングと、前記一対の鉄リングのうち前記固定体側の鉄リングの外周面と前記固定体側シール収容部の内周面との間および前記回転体側の鉄リングの外周面と前記回転体側シール収容部の内周面との間にそれぞれ設けられた一対のＯリングとからなり、
前記一対の鉄リングは、前記Ｏリングを挟んで前記固定体側シール収容部の内周面と対面する部位と前記回転体側シール収容部の内周面と対面する部位とにそれぞれ形成され軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜した傾斜面と、前記Ｏリングから軸方向に離間して前記傾斜面よりも前記隙間側に形成され軸方向端面が前記シール面となった大径鍔部と、前記傾斜面を挟んで前記大径鍔部とは反対側に形成された小径鍔部とを含んで構成されているメカニカルシール装置において、
前記固定体側シール収容部は、軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜し前記固定体側の鉄リングの前記傾斜面と対面した固定体側傾斜面と、前記固定体側傾斜面の奥部に配置され前記回転体の軸線と直交して内径側に延びた固定体側奥壁面と、前記固定体側奥壁面の内径側の端縁から軸方向に延長された固定体側延長面とを有し、
前記回転体側シール収容部は、軸方向に伸長しつつ径方向内向きに傾斜し前記回転体側の鉄リングの前記傾斜面と対面した回転体側傾斜面と、前記回転体側傾斜面の奥部に配置され前記回転体の軸線と直交して内径側に延びた回転体側奥壁面と、前記回転体側奥壁面の内径側の端縁から軸方向に延長された回転体側延長面とを有し、
前記一対の鉄リングの前記小径鍔部は、前記固定体側シール収容部の前記固定体側延長面および前記回転体側シール収容部の前記回転体側延長面の内周側にそれぞれ配置されており、
前記固定体側シール収容部の前記固定体側奥壁面は、前記Ｏリングとの間に軸方向の空間を確保した状態で前記固定体側の鉄リングの前記小径鍔部の軸方向端面よりも前記大径鍔部側に寄った位置に配置され、
前記回転体側シール収容部の前記回転体側奥壁面は、前記Ｏリングとの間に軸方向の空間を確保した状態で前記回転体側の鉄リングの前記小径鍔部の軸方向端面よりも前記大径鍔部側に寄った位置に配置されていることを特徴とするメカニカルシール装置。
前記一対の鉄リングの前記傾斜面は、前記大径鍔部側に位置する大径側始端と前記小径鍔部側に位置する小径側始端との間にそれぞれ形成され、
前記固定体側シール収容部の前記固定体側奥壁面および前記回転体側シール収容部の前記回転体側奥壁面は、前記小径鍔部の外周面のうち前記傾斜面側に位置する傾斜面側始端と前記傾斜面の前記小径側始端との間の範囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
前記固定体側の鉄リングの前記小径鍔部の外周面と前記固定体側延長面の内周面との間の径方向隙間、および前記回転体側の鉄リングの前記小径鍔部の外周面と前記回転体側延長面の内周面との間の径方向隙間は、０．５ｍｍ以上で１．５ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
前記固定体側シール収容部の前記固定体側奥壁面および前記回転体側シール収容部の前記回転体側奥壁面と前記一対の鉄リングの前記小径鍔部の軸方向端面との間の軸方向長さは、２．５ｍｍ以上で３．５ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。