JP5573825B2 - 回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の周囲を囲むようにシール部材が備えられた回転機械に関するものである。

従来、特許文献１において、回転軸と回転軸の周囲を囲むケースとの間の隙間を通じて液体が流動することを防止するシール部材と回転軸を支持するベアリングとを有する回転機械の一例として、特許文献１に示される回転式ポンプ装置がある。この回転式ポンプ装置は、ブレーキ液圧制御用アクチュエータが構成される金属製のハウジング内に挿入されており、ケース内に収容された二つの回転式ポンプを１本の回転軸によって駆動する。また、この回転式ポンプ装置では、ケースの後端側においてベアリングによって回転軸を支持している。ベアリングよりもケース内側には、ベアリングよりもケース内側においてケースと回転軸との間の隙間を通じて回転式ポンプ側からのブレーキ液洩れが抑制できるように、回転軸の周囲を囲むオイルシールが備えられている。

特開２００８−４９７４３号公報

しかしながら、上記した特許文献１に示される回転式ポンプ装置のように、オイルシールを設けることによって回転軸とケースとの間を通じたブレーキ液洩れを抑制できるが、完全に抑制できるわけではない。このため、オイルシールを越えてベアリング側にブレーキ液洩れが発生し、このブレーキ液が更にベアリングよりも外部に流動し、ベアリング内に充填しておいたグリスが洗い流されてしまい、ベアリングの円滑な回転運動が阻害されるという問題が発生する。したがって、オイルシールを越えてブレーキ液洩れが生じても、ベアリングのグリスが洗い流されてしまわないようにすることが必要となる。

なお、ここでは回転機械の一例として、回転式ポンプ装置を例に挙げた。しかし、ケースの内側に液体が収容される液体収容室が備えられる回転機械であって、その液体収容室内に回転軸が挿通させられ、ケースと回転軸との間の隙間から液体収容室内の液体が洩れることを抑制するシール部材を備えたものにおいて、上記問題が発生し得る。

本発明は上記点に鑑みて、ケースと回転軸との間の隙間から液体収容室内の液体が洩れることをシール部材によって抑制しつつ、シール部材を越えてベアリング側に液体が洩れても、ベアリング内に充填しておいたグリスが洗い流されることが抑制できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回転機械のケース（４）における回転軸（３）中心よりも下方の位置に形成され、収容部（４ｃ）のうちシール部材（７）とベアリング（６）との間に構成される空間（８）と該ケース（４）の外部とを連通させ、シール部材（７）を越えて液体収容室（４ａ）から洩れてきた液体を排出するドレーン穴（４ｅ）と、空間（８）内に大気圧となる空気を導入する大気導入孔（４ｆ）とを形成したことを特徴としている。

このような構成により、シール部材（７）を越えて液体収容室（４ａ）内の液体が空間（８）内に洩れることがあったとしても、その液体をドレーン穴（４ｅ）から排出することが可能となる。そして、空間（８）に連通する大気導入孔（４ｆ）を備えてあることから、空間（８）内を大気圧に保つことができ、ドレーン穴（４ｅ）が液体によって塞がれたとしても、確実にドレーン穴（４ｅ）を通じて液体を排出することが可能となる。したがって、ケース（４）と回転軸（３）との間の隙間から液体収容室（４ａ）内の液体が洩れることをシール部材（７）によって抑制しつつ、シール部材（７）を越えてベアリング（６）側に液体が洩れても、ベアリング（６）内に充填しておいたグリスが洗い流されることが抑制できる。

ここで、仮に、アウターレース（６ｂ）のうちシール部材（７）側の端面が、ドレーン穴（４ｅ）におけるベアリング（６）側の端部よりも反シール部材（７）側（回転軸（３）の軸方向における外側）に配置された場合、アウターレース（６ｂ）の上記端面とドレーン穴（４ｅ）の上記端部との間には、両者が離間する分だけ収容部（４ｃ）の内壁が介在することになる。このとき、液体収容室（４ａ）から空間（８）に洩れ出た液体がベアリング（６）の端面に付着し、その端面を伝って下方に流れ落ちたときに、液体が収容部（４ｃ）の上記内壁における回転軸（３）の軸方向と平行な曲面のうち最下位置に付着し、これが表面張力により溜まり易くなる。

その点、請求項１に記載するように、アウターレース（６ｂ）のうちシール部材（７）側の先端を、ドレーン穴（４ｅ）におけるベアリング（６）側の端部と一致、もしくは、当該ドレーン穴（４ｅ）の内側に入り込ませたため、アウターレース（６ｂ）の上記端面とドレーン穴（４ｅ）の上記端部との間に収容部（４ｃ）の上記内壁を極力介在させないようにすることができる。したがって、液体収容室（４ａ）から空間（８）に洩れ出た液体がドレーン穴（４ｅ）に達し易くなり、該ドレーン穴（４ｃ）を介して外部に排出され易くなる。

請求項２に記載の発明では、ベアリング（６）は、アウターレース（６ｂ）のうちシール部材（７）側の先端位置が面取り加工されており、当該面取り加工部分がドレーン穴（４ｅ）の内側に位置していることを特徴としている。

このように、面取り加工部分がドレーン穴（４ｅ）の内側に位置しているようにすることで、液体が入り込む窪みを無くすことができ、より液体が円滑にドレーン穴（４ｅ）内に流れ込むようにできる。

請求項３に記載の発明では、ベアリング（６）は、インナーレース（６ａ）とアウターレース（６ｂ）の間において、これらの間の空間をシール部材（７）と当該ベアリング（６）との間に構成された空間（８）から遮蔽するシールプレート（６ｄ）を備えていることを特徴としている。

このように、ドレーン穴（４ｅ）および大気導入孔（４ｆ）を備えつつシールプレート（６ｄ）を備えることにより、シール部材（７）を越えてベアリング（６）側に液体が洩れても、ベアリング（６）内に充填しておいたグリスが洗い流されることを更に抑制することが可能となる。

請求項４に記載の発明では、収容部（４ｃ）は、シール部材（７）が配置される部位においてベアリング（６）が配置される部位よりも縮径されており、この縮径された部位にシール部材（７）が嵌め込まれ、この縮径された部位とベアリング（６）が配置される部位との境界位置がテーパ面（４ｄ）とされていると共に、該テーパ面（４ｄ）がドレーン穴（４ｅ）と重なっていることを特徴としている。

このような構成とすることで、シール部材（７）を超えて洩れてきた液体が収容部（４ｃ）の内壁における回転軸（３）の軸方向と平行な曲面のうちの最下位置に至る前にドレーン穴（４ｅ）に流れ込むようにできる。したがって、より液体が円滑にドレーン穴（４ｅ）内に流れ込むようにできる。

請求項５に記載の発明では、ドレーン穴（４ｅ）と大気導入孔（４ｆ）とは同径の丸穴で構成されていることを特徴としている。

このように、ドレーン穴（４ｅ）と大気導入孔（４ｆ）の径を同じにしておけば、これらをドリル加工によって形成する際に、同じドリルで形成することが可能となり、製造工程の簡略化が図れる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかる回転機械の一部断面拡大図である。 図１のうち一点鎖線で囲んだ部分の部分拡大図である。 面取り加工部分とドレーン穴４ｅとの位置関係を変更した場合の例を挙げた断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる回転機械の一部断面拡大図である。また、図２は、図１のうち一点鎖線で囲んだ部分の部分拡大図である。図１中に示した天地方向および水平方向が回転機械の組み付け時の天地方向および水平方向に対応している。以下、これらの図を参照して本実施形態にかかる回転機械の詳細について説明する。

図１に示す回転機械１は、モータ２に備えられた図示しない駆動軸に連結される回転軸３と、液体が収容される液体収容室４ａ等に連通する中心孔４ｂが形成されたケース４などを有した構成とされている。

この回転機械１は、金属製のハウジング５に形成された挿入穴５ａ内に挿入された状態でハウジング５に固定されている（以下、回転機械１の挿入穴５ａへの挿入方向を単に挿入方向という）。回転機械１としては、例えば回転式ポンプ装置などを挙げることができる。回転機械１が回転式ポンプ装置とされる場合には、例えばブレーキ液圧制御用アクチュエータに備えられ、２つの回転式ポンプが備えられる部屋を液体収容室４ａとして、ブレーキ配管を通じてホイールシリンダに供給されるブレーキ液圧の制御に用いられる。

回転機械１の回転軸３は、ケース４のうちモータ２側である後端側、具体的にはケース４における液体収容室４ａよりも挿入方向後方において、ベアリング６によって支持されている。ケース４は、その内径が挿入方向後方において回転軸３の径よりも拡大された収容部４ｃとされており、この収容部４ｃにベアリング６が配置されている。つまり、ケース４のうち液体収容室４ａよりも回転軸３の軸方向外側に形成された収容部４ｃにベアリング６が嵌め込まれている。

ベアリング６には、どのような構造のものが適用されていても良いが、本実施形態では、幅狭なボールベアリングが適用されている。具体的には、ベアリング６は、インナーレース６ａ、アウターレース６ｂおよびこれらの間に配置される複数の転動体６ｃを備えた構成とされており、インナーレース６ａとアウターレース６ｂとの間には、図示しないグリスが充填されている。このベアリング６は、アウターレース６ｂがケース４の収容部４ｃ内に挿入されて固定され、インナーレース６ａの穴内に回転軸３が嵌め込まれることで、回転軸３が軸支されている。

また、ベアリング６には、シールプレート６ｄも備えられている。シールプレート６ｄは、インナーレース６ａとアウターレース６ｂそれぞれの軸方向両側に配置されており、インナーレース６ａとアウターレース６ｂの間の空間と空間８との間やベアリング６の外部との間を遮蔽している。ベアリング６を挿入方向後方に配置してあるため、シールプレート６ｄを備えることにより、液体収容室４ａ内の液体が洩れてきたときに、さらにベアリング６を通じて外部に洩れることを抑制することが可能となる。

さらに、ケース４のうちベアリング６よりも挿入方向先端側、つまり液体収容室４ａ側には、回転軸３を一周囲む環状のシール部材７が配置されている。このシール部材７も、ケース４の収容部４ｃに配置されるもので、シール部材７とベアリング６とが順に収容部４ｃに嵌め込まれている。

シール部材７は、金属板７ａと弾性部材７ｂとコイルバネ７ｃによって構成されている。金属板７ａは、リング状で構成され、一体成形などにより弾性部材７ｂと一体化されている。弾性部材７ｂは、ベアリング６側に広がる断面Ｖ字型のリング部材からなり、少なくともケース４の内壁面と回転軸３の外周面とに接している。コイルバネ７ｃは、弾性部材７ｂを回転軸３に圧接する弾性力を発生させている。このように構成されたシール部材７により、ケース４と回転軸３との間の隙間がシールされ、基本的には液体収容室４ａ内の液体がケース４と回転軸３との間の隙間を通じてベアリング６側に流動することが抑制されている。

なお、ケース４の収容部４ｃは、シール部材７が配置される部位においてベアリング６が配置される部位よりも縮径されており、この縮径された部位にシール部材７が嵌め込まれている。この縮径された部位とベアリング６が配置される部位との境界位置はテーパ面４ｄとされており、テーパ面４ｄの傾斜によりシール部材７を挿入し易い構造になっている。

このように、ベアリング６と液体収容室４ａとの間にシール部材７が備えられていることから、シール部材７とベアリング６との間に構成される空間８に液体収容室４ａ内の液体が洩れることが抑制されている。しかしながら、シール部材７によるシール機能によって液体洩れを完全に防止できないため、空間８に液体収容室４ａ内の液体が洩れることがある。この洩れてきた液体を回転機械１の外部に排出するために、ケース４には、空間８と連通するドレーン穴４ｅと大気導入孔４ｆが形成されている。

ドレーン穴４ｅは、ケース４における回転軸３中心よりも下方の位置に形成されている。ドレーン穴４ｅは、例えば丸穴にて形成され、ドリル加工などにより回転軸３の径方向に沿って形成されている。ドレーン穴４ｅは、基本的には、空間８と連通しつつ、かつ、シール部材７におけるケース４の内壁面とのシール部位よりもベアリング６側に形成されていれば良い。しかし、本実施形態では、図２に示すように、ベアリング６のうちシール部材７側の先端がドレーン穴４ｅにおけるベアリング６側の端部（図２中の点Ｐ）よりも挿入方向前方側、つまりドレーン穴４ｅの内側に突き出し、かつ、テーパ面４ｄと重なるようにドレーン穴４ｅを形成している。

大気導入孔４ｆは、空間８と連通させられ、空間８に対して空気を導入することで空間８を大気圧にする役割を果たす。この大気導入孔４ｆについては、ケース４における空気の導入可能な部位、すなわちシール部材７を通じて洩れてきた液体によって塞がれ難い位置であればどの位置に形成されていても良く、例えば回転軸３よりも上方に形成されていれば良いが、本実施形態ではケース４の上方位置に形成してある。この大気導入孔４ｆも、例えば丸穴にて形成され、ドリル加工などにより回転軸３の径方向に沿って形成されている。

これらドレーン穴４ｅや大気導入孔４ｆの寸法については任意であるが、例えばこれらを同径にしておけば、これらをドリル加工によって形成する際に、同じドリルで形成することが可能となり、製造工程の簡略化が図れる。例えば、これらが回転軸３を挟んで対向する位置（回転軸３を中心として１８０°ずらした位置）に形成される場合には、一度のドリル加工によって両方の穴４ｅ、４ｆを形成することができる。また、これらを回転軸３を挟んで対向する位置に形成せず、回転軸３の中心軸を中心としてケース４を回転させて順に形成することもできる。ただし、これらを必ずしも同じ寸法にする必要はなく、少なくともドレーン穴４ｅについては液体の膜、例えばブレーキ液の油膜によってドレーン穴４ｅが塞がってしまわない寸法であれば良く、大気導入孔４ｆについては空気が導入できる寸法であれば良い。

以上説明したように、本実施形態の回転機械１では、ケース４のうちベアリング６とシール部材７との間に構成される空間８と連通するドレーン穴４ｅを形成するようにしている。このため、シール部材７を越えて液体収容室４ａ内の液体が空間８内に洩れることがあったとしても、その液体をドレーン穴４ｅから排出することが可能となる。そして、空間８に連通する大気導入孔４ｆを備えてあることから、空間８内を大気圧に保つことができ、ドレーン穴４ｅが液体によって塞がれたとしても、確実にドレーン穴４ｅを通じて液体を排出することが可能となる。

また、大気導入孔４ｆを備えることは、回転機械１の小型化にも寄与する。すなわち、仮に大気導入孔４ｆを備えない場合、ドレーン穴４ｅがブレーキ液の油膜によって塞がれてしまわないようにドレーン穴４ｅの内径を或る程度大きく確保せねばならないが、本実施形態のように、大気導入孔４ｆを備えることで、ドレーン穴４ｅの内径を上記のそれより小さく設定しても油膜が生じ難くなる。したがって、ドレーン穴４ｅの内径縮小に伴う回転機械１の小型化が期待できる。

したがって、ケース４と回転軸３との間の隙間から液体収容室４ａ内の液体が洩れることをシール部材７によって抑制しつつ、シール部材７を越えてベアリング６側に液体が洩れても、ベアリング６内に充填しておいたグリスが洗い流されることを抑制できる。また、ベアリング６を通過した液体およびこの液体によって洗い流されたグリスがモータ２内に入り込むことも抑制できる。

また、本実施形態の回転機械１では、ベアリング６にシールプレート６ｄを備えた構造としている。シールプレート６ｄを備えた場合、液体がベアリング６に入り込むことをより抑制でき、ベアリング６内のグリスが洗い流されることを更に抑制できるが、単にシールプレート６ｄを備えたとしても、それを完全に抑制できる訳ではない。特に、ドレーン穴４ｅおよび大気導入孔４ｆが備えられていないと、シール部材７を超えて空間８内に流動してきた液体の逃げ場がないため、シールプレート６ｄを超えてベアリング６内に液体が入り込むことがある。このため、ドレーン穴４ｅおよび大気導入孔４ｆを備えつつシールプレート６ｄを備えることにより、シール部材７を越えてベアリング６側に液体が洩れても、ベアリング６内に充填しておいたグリスが洗い流されることを更に抑制することが可能となる。

さらに、図２に示したように、ベアリング６のアウターレース６ｂのうちシール部材７側の先端をドレーン穴４ｅの内側に突き出すようにしている。仮に、アウターレース６ｂのうちシール部材７側の端面が、ドレーン穴４ｅにおけるベアリング６側の端部よりも反シール部材７側（回転軸３の軸方向における外側）に配置された場合、アウターレース６ｂの上記端面とドレーン穴４ｅの上記端部との間には、両者が離間する分だけ収容部４ｃの内壁が介在することになる。このとき、液体収容室４ａから空間８に洩れ出た液体がベアリング６の端面に付着し、その端面を伝って下方に流れ落ちたときに、液体が収容部４ｃの上記内壁における回転軸３の軸方向と平行な曲面のうち最下位置に付着し、これが表面張力により溜まり易くなる。このため、本実施形態のような構造とすることで、アウターレース６ｂの上記端面とドレーン穴４ｅの上記端部との間に収容部４ｃの上記内壁を極力介在させないようにすることができる。したがって、液体収容室４ａから空間８に洩れ出た液体がドレーン穴４ｅに達し易くなり、ドレーン穴４ｃを介して外部に排出され易くなる。

なお、上記効果については、ベアリング６のうちシール部材７側の先端がドレーン穴４ｅにおけるベアリング６側の端部（図２中の点Ｐ）と一致しているか、それよりもドレーン穴４ｅの内側に位置していれば得られる。ただし、同先端位置において、ベアリング６におけるアウターレース４ｂの外縁が面取り加工されることがある。この場合には、例えば図３（ａ）に示すように面取り加工部分がドレーン穴４ｅの内側に位置するようにすると好ましい。すなわち、図３（ｂ）に示すようにベアリング６のうちシール部材７側の先端がドレーン穴４ｅにおけるベアリング６側の端部と一致している場合、面取り加工部分と収容部４ｃの内壁との間に窪みが形成され、この窪みに液体が入り込んで液体の流れを阻害する可能性がある。このため、面取り加工部分がドレーン穴４ｅの内側に位置するようにすることで、液体が入り込む窪みを無くすことができ、より液体が円滑にドレーン穴４ｅ内に流れ込むようにできる。

また、本実施形態では、テーパ面４ｄと重なるようにドレーン穴４ｅを形成している。このため、シール部材７を超えて洩れてきた液体が収容部４ｃの内壁における回転軸３の軸方向と平行な曲面のうちの最下位置に至る前にドレーン穴４ｅに流れ込むようにできる。したがって、より液体が円滑にドレーン穴４ｅ内に流れ込むようにできる。

なお、排出された液体は、ケース４の外部に存在する液体流動経路を通じて図示しない液体溜まりに蓄えられる。液体流動経路は、例えば、ハウジング５とケース４との間やハウジング５とモータ２との間に隙間を形成しておくことなどによって構成可能であるし、ハウジング５に対して穴空け加工しても良い。

（他の実施形態）
上記実施形態では、回転機械１の一例を示したが、回転機械１の構成要素について適宜変更することもできる。例えば、シール部材７の構造として、金属板７ａと弾性部材７ｂとコイルバネ７ｃを有した構造としたが、回転軸３とケース４との間のシールが行える環状のシール部材であれば良い。また、回転機械１として回転式ポンプ装置を例に挙げたが、回転軸と回転軸の周囲を囲むケースとの間の隙間を通じて液体が流動することを抑制する環状のシール部材と回転軸を支持するベアリングとを有する他の回転機械であっても構わない。

１…回転機械、２…モータ、３…回転軸、４…ケース、４ａ…液体収容室、４ｂ…中心孔、４ｃ…収容部、４ｄ…テーパ面、４ｅ…ドレーン穴、４ｆ…大気導入孔、５…ハウジング、５ａ…挿入穴、６…ベアリング、６ａ…インナーレース、６ｂ…アウターレース、６ｃ…転動体、６ｄ…シールプレート、７…シール部材、７ａ…金属板、７ｂ…弾性部材７ｂ、７ｃ…コイルバネ、８…空間。

Claims (5)

1. 回転軸（３）と、
   前記回転軸（３）の周囲を囲み、液体が収容される液体収容室（４ａ）が備えられていると共に、前記回転軸（３）の軸方向において前記液体収容室（４ａ）よりも外側に収容部（４ｃ）が形成されたケース（４）と、
   前記ケース（４）における前記収容部（４ｃ）に配置され、インナーレース（６ａ）およびアウターレース（６ｂ）とこれらインナーレース（６ａ）およびアウターレース（６ｂ）との間に複数の転動体（６ｃ）が備えられると共にグリスが充填されており、前記回転軸を支持するベアリング（６）と、
   前記収容部（４ｃ）に配置されると共に、前記液体収容室（４ａ）と前記ベアリング（６）との間に配置され、前記回転軸（３）と前記ケース（４）との間の隙間を通じて液体が流動することを抑制する環状のシール部材（７）とを有した回転機械であって、
   前記ケース（４）における前記回転軸（３）中心よりも下方の位置に形成され、前記収容部（４ｃ）のうち前記シール部材（７）と前記ベアリング（６）との間に構成される空間（８）と該ケース（４）の外部とを連通させ、前記シール部材（７）を越えて前記液体収容室（４ａ）から洩れてきた液体を排出するドレーン穴（４ｅ）と、前記空間（８）内に大気圧となる空気を導入する大気導入孔（４ｆ）と、が形成されており、
   前記ベアリング（６）のアウターレース（６ｂ）のうち前記シール部材（７）側の先端は、前記ドレーン穴（４ｅ）における前記ベアリング（６）側の端部と一致、もしくは、当該ドレーン穴（４ｅ）よりも内側に入り込んでいることを特徴とする回転機械。
2. 前記ベアリング（６）は、前記アウターレース（６ｂ）のうち前記シール部材（７）側の先端位置が面取り加工されており、当該面取り加工部分が前記ドレーン穴（４ｅ）の内側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
3. 前記ベアリング（６）は、前記インナーレース（６ａ）と前記アウターレース（６ｂ）の間ににおいて、これらの間の空間を前記シール部材（７）と当該ベアリング（６）との間に構成された前記空間（８）から遮蔽するシールプレート（６ｄ）を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転機械。
4. 前記収容部（４ｃ）は、前記ケース（４）のうち前記液体収容部（４ａ）よりも前記回転軸（３）の軸方向外側において前記回転軸（３）の径よりも拡大されることで構成され、当該収容部（４ｃ）に前記シール部材（７）および前記ベアリング（６）が順に嵌め込まれており、
   前記収容部（４ｃ）は、前記シール部材（７）が配置される部位において前記ベアリング（６）が配置される部位よりも縮径されており、この縮径された部位に前記シール部材（７）が嵌め込まれ、この縮径された部位と前記ベアリング（６）が配置される部位との境界位置がテーパ面（４ｄ）とされていると共に、該テーパ面（４ｄ）が前記ドレーン穴（４ｅ）と重なっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の回転機械。
5. 前記ドレーン穴（４ｅ）と前記大気導入孔（４ｆ）とは同寸法の丸穴で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の回転機械。

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