JP2021143675A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】密封性を高めつつ、耐久寿命の向上を図ることのできる密封装置を提供する。【解決手段】相対的に回転する軸５００とハウジング６００との間の環状隙間を封止する密封装置１０であって、軸５００に対して摺動するメインリップ２２０と、メインリップ２２０における密封対象側（Ｏ）の先端から更に密封対象側（Ｏ）に向かって伸びる補助リップ２３０とを有する弾性体製のシールリップを備えると共に、補助リップ２３０は、メインリップ２２０と一体に設けられるゴム状弾性体製の補助リップ本体２３１と、メインリップ２２０よりも摺動抵抗の低い樹脂材により構成されると共に、補助リップ本体２３１の内周面側に設けられ、かつ軸５００に対して摺動する膜状部２３２と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置に関する。

相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するために、軸に対して摺動するメインリップと、このメインリップにおける密封対象側の先端から更に密封対象側に向かって伸びる補助リップとを有するシールリップを備える密封装置が知られている。補助リップは、メインリップの耐久寿命を延ばすために、異物がメインリップ側に侵入することを抑制する役割を担っている。

一般的に、密封性を高めたり、異物の侵入抑制効果を高めたりするために、メインリップの表面や補助リップの表面にポンプ効果を発揮するネジ突起やネジ溝を設ける技術が知られている。しかしながら、産業用ロボットなどに備えられる減速機に、密封装置が適用される場合には、軸の回転速度が遅いために、ネジ突起やネジ溝を設けても、ポンプ効果を発揮させることができない。そのため、このような用途の場合において、密封性を高めるためには、メインリップによる軸への面圧を高めるために、メインリップによる軸への締め付け力を高める必要がある。このような構成を採用した場合には、メインリップと軸との間に異物が入り込んでしまうと、メインリップの摺動摩耗が促進されてしまうため、より一層、補助リップによって、異物の侵入を抑制する効果を高めることが求められる。そこで、補助リップによる軸への締め付け力を高めることも考えられ得るが、その場合には、補助リップの摺動摩耗が促進され、むしろ耐久寿命が短くなってしまうことが懸念される。

実開平５−３０６３８号公報

本発明の目的は、密封性を高めつつ、耐久寿命の向上を図ることのできる密封装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の密封装置は、
相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、
前記軸に対して摺動するメインリップと、該メインリップにおける密封対象側の先端から更に密封対象側に向かって伸びる補助リップとを有する弾性体製のシールリップを備えると共に、
前記補助リップは、
前記メインリップと一体に設けられるゴム状弾性体製の補助リップ本体と、
前記メインリップよりも摺動抵抗の低い樹脂材により構成されると共に、前記補助リップ本体の内周面側に設けられ、かつ前記軸に対して摺動する膜状部と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、補助リップにおいては、摺動抵抗の低い樹脂材により構成される膜状部が軸に対して摺動する。そのため、補助リップによる軸への締め付け力を高めて、異物の侵入抑制効果を高めても、摺動抵抗の増加を抑制することができ、かつ摺動摩耗を抑制することができる。また、異物の侵入抑制効果を高められるため、メインリップによる軸への締め付け力を高めることに対して支障が少なくなり、密封性を高めることが可能となる。

前記メインリップの外周面には環状溝が設けられており、該環状溝には前記メインリップを径方向内側に向かって押圧する押圧リングが装着されているとよい。

前記メインリップの内周面は、密封対象側からその反対側に向かって縮径する第１傾斜面と、第１傾斜面よりも前記反対側に設けられ、かつ前記反対側に向かって拡径する第２傾斜面とを有する共に、
前記補助リップは、第１傾斜面における密封対象側の先端から更に密封対象側に向かって伸びるように設けられているとよい。

前記補助リップの内周面は、密封対象側からその反対側に向かって拡径すると共に、第２傾斜面の勾配よりも緩やかな勾配で傾斜する傾斜面により構成されているとよい。

円筒状部と、該円筒状部の先端から径方向内側に伸びる内向きフランジ部とを有する補強環と、
前記内向きフランジ部の先端から径方向内側かつ密封対象側に向かって伸びる前記シールリップを有し、かつ前記補強環に一体的に設けられる密封装置本体部と、
を備えるとよい。

また、本発明の産業用ロボットは、
相対的に回転する軸及びハウジングと、
前記軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する上記のいずれか一つに記載の密封装置と、
を備えることを特徴とする。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、密封性を高めつつ、耐久寿命の向上を図ることができる。

図１は本発明の実施例に係る密封装置の一部破断断面図である。 図２は本発明の実施例に係る密封装置が適用された密封構造の模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係る密封装置を適用可能な産業用ロボットの一例を示す斜視図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１及び図２を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。図１は本発明の実施例に係る密封装置の一部破断断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、略回転対称形状であり、図１においては、密封装置の中心軸線を含む面で、密封装置の一部を切断した図を示している。図２は本発明の実施例に係る密封装置が適用された密封構造の模式的断面図である。図２においては、密封装置の中心軸線を含む面で、各種部材を切断した断面を示している。

＜密封構造＞
図２を参照して、本実施例に係る密封装置が適用された密封構造について説明する。本実施例に係る密封構造は、相対的に回転する軸５００及びハウジング６００と、これら軸５００とハウジング６００との間の環状隙間を封止する密封装置１０とから構成される。密封装置１０はハウジング６００に対して固定され、軸５００に対しては相対的に回転するように設けられている。図中、密封装置１０よりも右側が、オイルなどの密封対象流体が密封された密封対象側（Ｏ）である。本実施例においては、図中、密封装置１０を介して、密封対象側（Ｏ）とは反対側は大気に曝されている。以下、密封装置１０を介して密封対象流体が密封されている側を密封対象側（Ｏ）と称し、その反対側を、単に反対側（Ａ）と称する。

本実施例に係る密封装置１０は、産業用ロボットなどに備えられる減速機に好適に利用することができる。このような用途においては、上記の軸５００が、ハウジング６００に対して、所定の回転範囲内で正逆回転するように構成されるのが一般的である。すなわち、産業用ロボットに設定した動作に従って、軸５００は、予め設定された動作を行うように、ハウジング６００に対して正回転及び逆回転を繰り返すのが一般的である。また、軸５００の回転速度は、自動車用途等の場合に比べて遅いのが一般的である。そのため、背景技術でも説明したように、シールリップの摺動面にネジ突起やネジ溝を有する密封装置を用いたとしても、ネジポンプ効果を発揮させることはできない。

＜密封装置＞
本実施例に係る密封装置１０について、より詳細に説明する。本実施例に係る密封装置１０は、金属などにより構成される補強環１００と、補強環１００に一体的に設けられる密封装置本体部２００とを備えている。補強環１００は、円筒状部１１０と、円筒状部１１０の先端から径方向内側に伸びる内向きフランジ部１２０とを有している。

密封装置本体部２００は、補強環１００の円筒状部１１０の外周面側に設けられる外周シール部２１０と、補強環１００の内向きフランジ部１２０の先端から径方向内側に向かって伸び、軸５００に対して摺動する複数のシールリップとを備えている。ハウジング６００の軸孔（軸５００を挿通させる孔）に対して密封装置１０を装着させると、外周シール部２１０が軸孔内周面に密着することにより、密封性が発揮される。

また、本実施例においては、複数のシールリップとして、メインリップ２２０と、補助リップ２３０と、ダストリップ２４０とを備えている。メインリップ２２０と補助リップ２３０は、内向きフランジ部１２０の先端から径方向内側かつ密封対象側（Ｏ）に向かって伸びるように構成されている。また、ダストリップ２４０は、内向きフランジ部１２０の先端から径方向内側かつ反対側（Ａ）に向かって伸びるように構成されている。

メインリップ２２０は、密封対象流体が密封対象側（Ｏ）から反対側（Ａ）に漏れることを抑制する役割を担っている。このメインリップ２２０の内周面は、密封対象側（Ｏ）から反対側（Ａ）に向かって縮径する第１傾斜面２２１と、第１傾斜面２２１よりも反対側（Ａ）に設けられ、かつ反対側（Ａ）に向かって拡径する第２傾斜面２２２とを有して
いる。また、メインリップ２２０の外周面には環状溝２２３が設けられている。この環状溝２２３にはメインリップ２２０を径方向内側に向かって押圧する押圧リング３００（本実施例においては、ガータスプリング）が装着されている。これにより、メインリップ２２０のリップ先端の軸５００に対する締め付け力（面圧）が高められている。

補助リップ２３０は、密封対象流体に混入する異物（金属粉など）がメインリップ２２０側に侵入してしまうことを抑制する役割を担っている。この補助リップ２３０は、メインリップ２２０における密封対象側（Ｏ）の先端から更に密封対象側（Ｏ）に向かって伸びるように構成されている。より具体的には、補助リップ２３０は、メインリップ２２０の第１傾斜面２２１における密封対象側（Ｏ）の先端から更に密封対象側（Ｏ）に向かって伸びるように設けられている。この補助リップ２３０は、メインリップ２２０と一体に設けられるゴム状弾性体製の補助リップ本体２３１と、補助リップ本体２３１の内周面側に設けられる膜状部２３２とから構成される。膜状部２３２は、メインリップ２２０よりも摺動抵抗の低い樹脂材により構成される。膜状部２３２に用いられる材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を好適に適用することができる。なお、補助リップ２３０のうち膜状部２３２が軸５００に対して摺動するように構成される（図２参照）。

また、補助リップ２３０の内周面（膜状部２３２の内周面）は、密封対象側（Ｏ）から反対側（Ａ）に向かって拡径する傾斜面により構成される。この傾斜面は、メインリップ２２０における第２傾斜面２２２の勾配よりも緩やかな勾配で傾斜するように構成されている。なお、本実施例においては、補助リップ２３０の内周面と第２傾斜面２２２は、いずれもテーパ面により構成されている。図１に示すように、第２傾斜面２２２のテーパ角度の半分をαとし、補助リップ２３０の内周面のテーパ角度の半分をβとすると、α＞βを満たす。

ダストリップ２４０は、大気中のダストなどの異物が密封対象側（Ｏ）に侵入することを抑制する役割を担っている。なお、密封装置本体部２００の構成部のうち、膜状部２３２を除く部分は、ゴム材料により一体に構成されている。例えば、補強環１００をインサート部品として、インサート成形を行うことで、膜状部２３２を除く密封装置本体部２００を補強環１００に一体的に設けることができる。膜状部２３２については、インサート成形後に、補助リップ本体２３１の内周面にＰＴＦＥなどの樹脂材料を焼き付けることにより得ることができる。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
本実施例に係る密封装置１０によれば、補助リップ２３０においては、摺動抵抗の低い樹脂材により構成される膜状部２３２が軸５００に対して摺動する。そのため、補助リップ２３０による軸５００への締め付け力を高めて、異物の侵入抑制効果を高めても、摺動抵抗の増加を抑制することができ、かつ摺動摩耗を抑制することができる。また、異物の侵入抑制効果を高められるため、メインリップ２２０による軸への締め付け力を高めることに対して支障が少なくなり、密封性を高めることが可能となる。従って、密封性を高めつつ、耐久寿命の向上を図ることができる。

（その他）
図３を参照して、本実施例に係る密封装置１０を適用可能な産業用ロボットの一例を説明する。図３は本発明の実施例に係る密封装置を適用可能な産業用ロボットの一例を示す斜視図である。図３に示すように、水平面に平行で、かつ互いに直交する方向をＸ軸方向，Ｙ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とする。図示の産業用ロボットは、支柱７１０と、支柱７１０に対してＺ軸まわりに正逆回転可能な第１回転体７２０と、第１回転体７２０に対してＸ軸まわりに正逆回転可能な第２回転体７３０と、第２回転体７３０に対して固
定されたロボットアーム７４０とを備えている。なお、ロボットアーム７４０の先端には、例えば、部品を掴んだり離したりすることが可能なロボットハンドなどが設けられる。

以上のように構成される産業用ロボットによれば、第１回転体７２０と第２回転体７３０の正逆回転を制御することによって、ロボットアーム７４０の動作を制御することが可能となる。そして、支柱７１０に対する第１回転体７２０の回転機構、及び、第１回転体７２０に対する第２回転体７３０の回転機構に、それぞれ、上記本実施例に係る密封装置１０が適用された密封構造を好適に適用することができる。なお、第２回転体７３０に対してロボットアーム７４０を正逆回転可能に構成することもできる。この場合にも、第２回転体７３０に対するロボットアーム７４０の回転機構に上記本実施例に係る密封装置１０が適用された密封構造を好適に適用することができる。

１０ 密封装置
１００ 補強環
１１０ 円筒状部
１２０ 内向きフランジ部
２００ 密封装置本体部
２１０ 外周シール部
２２０ メインリップ
２２１ 第１傾斜面
２２２ 第２傾斜面
２２３ 環状溝
２３０ 補助リップ
２３１ 補助リップ本体
２３２ 膜状部
２４０ ダストリップ
３００ 押圧リング
５００ 軸
６００ ハウジング
７１０ 支柱
７２０ 第１回転体
７３０ 第２回転体
７４０ ロボットアーム

Claims (6)

1. 相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、
   前記軸に対して摺動するメインリップと、該メインリップにおける密封対象側の先端から更に密封対象側に向かって伸びる補助リップとを有する弾性体製のシールリップを備えると共に、
   前記補助リップは、
   前記メインリップと一体に設けられるゴム状弾性体製の補助リップ本体と、
   前記メインリップよりも摺動抵抗の低い樹脂材により構成されると共に、前記補助リップ本体の内周面側に設けられ、かつ前記軸に対して摺動する膜状部と、
   を備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記メインリップの外周面には環状溝が設けられており、該環状溝には前記メインリップを径方向内側に向かって押圧する押圧リングが装着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。
3. 前記メインリップの内周面は、密封対象側からその反対側に向かって縮径する第１傾斜面と、第１傾斜面よりも前記反対側に設けられ、かつ前記反対側に向かって拡径する第２傾斜面とを有する共に、
   前記補助リップは、第１傾斜面における密封対象側の先端から更に密封対象側に向かって伸びるように設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
4. 前記補助リップの内周面は、密封対象側からその反対側に向かって拡径すると共に、第２傾斜面の勾配よりも緩やかな勾配で傾斜する傾斜面により構成されていることを特徴とする請求項３に記載の密封装置。
5. 円筒状部と、該円筒状部の先端から径方向内側に伸びる内向きフランジ部とを有する補強環と、
   前記内向きフランジ部の先端から径方向内側かつ密封対象側に向かって伸びる前記シールリップを有し、かつ前記補強環に一体的に設けられる密封装置本体部と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の密封装置。
6. 相対的に回転する軸及びハウジングと、
   前記軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する請求項１〜５のいずれか一つに記載の密封装置と、
   を備えることを特徴とする産業用ロボット。

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