JP6012284B2 - 摺動シール及びそれを備えるシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、第１部材が第２部材に対して回動自在である２つの部材間の環状隙間を密封するためのものであり、例えば連続鋳造機の軸受部に適用される摺動シール及びそれを備えるシール構造に関する。

従来の密封装置の一例を、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する（例えば、特許文献１参照。）。この密封装置１は、環状の樹脂製シール部材２と、ゴム様弾性体製の弾性シール部材３とを組合せて構成され、固定側のハウジング４の内周に設けられた環状の装着溝５の奥側に弾性シール部材３を装着すると共に、この装着溝５の開口側に樹脂製シール部材２を装着し、弾性シール部材３の弾発力によって樹脂製シール部材２を、回転軸６の外周面である摺動面６ａに押圧して摺動自在に密封接触させた構成である。そして、装着溝５に装着された樹脂製シール部材２及び弾性シール部材３には、密封対象液体７（グリース）を大気側に排出するための通路８が形成されている。

この密封装置１によると、樹脂製シール部材２が摺動面６ａと摺動自在に密封接触して、密封対象液体７の大気側への漏洩、及び大気側からのダストや水等の進入を阻止することができる。そして、回転軸６の摺動面６ａと圧接する樹脂製シール部材２は、摺動抵抗及び摩耗を少なくしようとするものである。

実開平６−８０９５４号公報

しかし、図１４に示す従来の密封装置１では、弾性シール部材３の弾発力によって樹脂製シール部材２を、回転軸６の外周面である摺動面６ａに押圧して摺動自在に密封接触させた構成であるので、その押圧力によって、樹脂製シール部材２と回転軸６の摺動面６ａとの間で摺動摩擦抵抗が生じて、この両方の樹脂製シール部材２及び回転軸６の摺動面６ａが摩耗したり傷が付くことがある。その結果、これら樹脂製シール部材２と回転軸６との間の密封性能が低下するので、樹脂製シール部材２及び回転軸６の摺動面６ａを構成するスリーブ等を交換するための手間と費用が嵩むという問題がある。

そして、この密封装置１は、樹脂製シール部材２と、弾性シール部材３とを組合せて構成されているので、部品点数が多くなり、なおかつ、樹脂製シール部材２の摺動面の表面粗さを細かくして、その摺動面のシール性の向上を図る必要があるため、その費用が嵩むし、装着溝５に装着するための手間も多く掛る。また、樹脂製シール部材２は、弾性的性質が劣るため、装着時に破損するという問題もある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、摺動シールの被摺動面と摺動面との間の摺動摩擦抵抗を零又はそれに近い大きさにすることによって、摺動シール及び摺動面を構成する部材の長寿命化を図ることができ、適切な密封性能を長期間維持することができる摺動シール及びそれを備えるシール構造を提供することを目的としている。

本発明に係る摺動シールは、第１部材が第２部材に対して回動自在であり、この２つの部材間の環状隙間を密封するためのものであり、前記第２又は第１部材に設けられた環状の装着凹部に装着される摺動シールにおいて、前記摺動シールは、円環状でありその中心線を通る断面形状が矩形状に形成され、前記摺動シールが前記装着凹部に装着されていない状態で、前記摺動シールの前記装着凹部の底面に圧接する固定周面の径が、前記装着凹部の底面の径よりも大きく又は小さく形成され、かつ、前記摺動シールの前記第１又は第２部材の摺動面に向かう側の被摺動面の径が、前記摺動面の径よりも大きく又は小さく形成され、前記摺動シールが前記装着凹部に装着されたときに、前記摺動シールが弾性変形して、前記摺動シールの前記被摺動面の径が、前記摺動面の径と一致し又はそれに近い寸法となることを特徴とするものである。

この発明に係る摺動シールは、孔の内周面に形成した装着凹部に取り付けることができる孔用の摺動シール、及び軸の外周面に形成した装着凹部に取り付けることができる軸用の摺動シールに適用することができる。

孔用の摺動シールに適用するときは、摺動シールが装着凹部に装着されていない状態で、摺動シールの装着凹部の底面に圧接される固定周面の外径が、装着凹部の底面の内径よりも大きく形成され、かつ、摺動シールの第１又は第２部材の摺動面に向かう側の被摺動面の内径が、摺動面の外径よりも大きく形成される。

そして、軸用の摺動シールに適用するときは、摺動シールが装着凹部に装着されていない状態で、摺動シールの装着凹部の底面に圧接される固定周面の内径が、装着凹部の底面の外径よりも小さく形成され、かつ、摺動シールの第１又は第２部材の摺動面に向かう側の被摺動面の外径が、摺動面の内径よりも小さく形成される。

この摺動シールによると、第１及び第２部材間の環状隙間を密封することができる。そして、摺動シールが装着凹部に装着されたときに、摺動シールが弾性変形して、摺動シールの被摺動面の径が、摺動面の径と一致し又はそれに近い寸法となる。これによって、摺動シールの被摺動面と摺動面との間の接触圧を零又はそれに近い大きさに設定することができる。

しかも、摺動シールは、その中心線を通る断面形状が矩形状に形成されているので、摺動シールの被摺動面の、摺動面に対する接触面積を大きくして単位面積当たりの押圧力を小さくすることができる。

そして、摺動シールが装着凹部に装着されたときに、摺動シールが弾性変形して、摺動シールの固定周面が、装着凹部の底面に圧接することができる。これによって、摺動シールが装着凹部から外れた状態で回転することを防止できるので、摺動シールが移動したり変形せず、適切な密封性能を維持することができる。

この発明に係る摺動シールにおいて、前記摺動シールが前記装着凹部に装着されていない状態で、前記中心線を通る断面形状が、半径方向に長い矩形状に形成されているものとするとよい。

このようにすると、摺動シールが装着凹部に装着されたときに、摺動シールが半径方向に弾性変形する変形量を大きくすることができる。これによって、摺動シールの被摺動面の径が、摺動面の径と一致し又はそれに近い寸法となるように精度よく設定することができる。

この発明に係る摺動シールにおいて、前記摺動シールで密封された密封対象流体を、大気側に流出させるための流体逃がし路を備えるものとするとよい。

このようにすると、密封対象流体を流体逃がし路に通して大気側に流出させることができる。また、流体逃がし路の幅、深さ、形状を設定することによって、密封対象流体の圧力を常に大気側の圧力よりも高く保持させることが可能である。これによって、例えば大気側の気体、液体又はダスト等が密封対象流体側に進入することを抑制することができる。

この発明に係る摺動シールにおいて、前記流体逃がし路の途中に設けられ、密封対象流体を大気側に流出させることができると共に、大気側の流体の吸い込みを防止することができる逆止弁リップを備えるものとするとよい。

このようにすると、密封対象流体を大気側に流出させることができるし、例えば大気側の気体、液体又はダスト等が流体逃がし路を通って密封対象流体側に進入することを、逆止弁リップによって積極的に防止することができる。

この発明に係る摺動シールにおいて、前記流体逃がし路は、前記摺動シールの前記固定周面に形成された溝、大気側の側面に形成された溝、及び密封対象流体側に形成された側面で構成され、前記逆止弁リップは、前記摺動シールの密封対象流体側の前記側面に設けられ、前記固定周面に向かう方向に突出する形状であるものとするとよい。

この摺動シールの固定周面及び大気側の側面が、装着凹部を形成する底面及び大気側の側面に当接した状態でも、これら固定周面及び大気側の側面に形成された溝は、閉塞されないので、密封対象流体を流体逃がし路に通して大気側に流出させることができる。そして、摺動シールの密封対象流体側の側面には、溝を設けずに、逆止弁リップを設けたので、当該側面で形成される流体逃がし路を、この逆止弁リップによって確実に開閉することができる。

そして、逆止弁リップは、摺動面ではなく摺動しない側面に設けたので、摩耗することが無い。また、例えば温度変化によって、摺動シールの密封対象流体側が負圧となった場合に、大気側の気体、液体又はダスト等を流体逃がし路に通して密封対象流体側に吸い込むことを、逆止弁リップによって防止することができる。

この発明に係る摺動シールにおいて、前記摺動シールの密封対象流体側の側面を保持するための密封側ケースを備えるものとするとよい。

このようにすると、摺動シールの密封対象流体側の側面を密封側ケースによって保持することができる。これによって、摺動シールが装着される装着凹部は、例えば摺動シールの大気側の側面を保持するための内側面を形成すればよく、摺動シールの密封対象流側の側面を保持するための内側面を省略することが可能なので、装着凹部の形状の簡単化を図ることができる。

この発明に係る摺動シールにおいて、前記摺動シールの大気側の側面を保持するための大気側ケースと、前記大気側ケースに設けられ、前記摺動面に圧接して大気側のダストが密封対象流体側に進入することを防止すると共に、密封対象流体側の当該流体を大気側に流出させることができるダストリップとを備えるものとするとよい。

このようにすると、摺動シールの大気側の側面を大気側ケースによって保持することができる。これによって、摺動シールの大気側の側面を保持するための装着凹部の内側面は、大気側ケースを介して摺動シールを保持することができる高さに形成すればよく、従って、装着凹部の形状の簡単化を図ることができる。そして、ダストリップにより、大気側のダストが密封対象流体側に進入することを防止すると共に、密封対象流体側の流体を大気側に流出させることができる。また、ダストリップを大気側ケースに設けることによって、大気側のダストが大気側ケースの内側を通って密封対象流体側に進入することを確実に防止することができる。

本発明に係るシール構造は、第１部材が第２部材に対して回動自在であり、この２つの部材間の環状隙間を密封するためのものであり、前記第２又は第１部材に設けられた環状の装着凹部と、この装着凹部に装着される摺動シールとを備えるシール構造において、前記摺動シールは、その中心線を通る断面形状が矩形状に形成され、前記摺動シールが前記装着凹部に装着されていない状態で、前記摺動シールの前記装着凹部の底面に圧接する固定周面の径が、前記装着凹部の底面の径よりも大きく又は小さく形成され、かつ、前記摺動シールの前記第１又は第２部材の摺動面に向かう側の被摺動面の径が、前記摺動面の径よりも大きく又は小さく形成され、前記摺動シールが前記装着凹部に装着された状態で、前記摺動シールの前記被摺動面の径が、前記摺動面の径と一致し又はそれに近い寸法となることを特徴とするものである。

本発明に係るシール構造によると、本発明に係る摺動シールを備えており、この摺動シールは、上記と同様に作用する。

この発明に係る摺動シール及びシール構造によると、摺動シールの被摺動面と摺動面との間の接触圧を零又はそれに近い大きさに設定することができるので、摺動シールの被摺動面と摺動面との間の摺動摩擦抵抗を零又はそれに近い大きさにすることができ、摺動シールが摺動面との接触によって永久変形することを抑制できる。これによって、摺動シール及び摺動面を構成する第１又は第２部材の長寿命化を図ることができ、適切な密封性能を長期間維持することができる。しかも、回転に要する動力のトルク損失を軽減することができる。

更に、摺動シールの被摺動面の、摺動面に対する接触面積を大きくして単位面積当たりの押圧力を零又はそれに近い大きさにすることができるので、摺動シールの被摺動面が摺動面を摩耗させたり傷を付けることを抑制できる。これによっても、摺動シール及び摺動面を構成する第１又は第２部材の更なる長寿命化を図ることができ、適切な密封性能を長期間維持することができる。

また、摺動シールは、１つの部品で密封機能を果たすことができるので、安価に製作することができ、装着凹部に装着する手間も少なくて済む。

この発明の第１実施形態に係る摺動シールを第２部材の装着凹部に装着していない状態、及び装着した状態を示す断面図である。 同発明の第１〜第３実施形態に係る摺動シールの部分断面を示す図であり、（ａ）は、第１実施形態を示し、（ｂ）は、第２実施形態を示し、（ｃ）は、第３実施形態を示している。 同発明の第４〜第６実施形態に係る摺動シールの部分断面を示す図であり、（ａ）は、第４実施形態を示し、（ｂ）は、第５実施形態を示し、（ｃ）は、第６実施形態を示している。 同発明の第７〜第９実施形態に係る摺動シールの部分断面を示す図であり、（ａ）は、第７実施形態を示し、（ｂ）は、第８実施形態を示し、（ｃ）は、第９実施形態を示している。 同第２実施形態に係る摺動シールを示し、（ａ）は、部分斜視図、（ｂ）は、部分正面図、（ｃ）は、Ａ−Ａ断面図である。 同第２実施形態に係る摺動シールを第２部材の装着凹部に装着した状態を示す断面図である。 同第３実施形態に係る摺動シールを第２部材の装着凹部に装着した状態を示す断面図である。 同第１実施形態に係る摺動シールを連続鋳造機の軸受部に適用した例を示す部分縦断面図である。 同第２実施形態に係る摺動シールを連続鋳造機の軸受部に適用した例を示す部分縦断面図である。 同第５実施形態に係る摺動シールを連続鋳造機の軸受部に適用した例を示す部分縦断面図である。 同第７、９実施形態に係る摺動シールを連続鋳造機の軸受部に適用した例を示す部分縦断面図である。 同発明の第１０実施形態に係る摺動シールを第１部材の装着凹部に装着していない状態、及び装着した状態を示す断面図である。 同発明の他の実施形態に係る摺動シールを第１部材の装着凹部に装着していない状態、及び装着した状態を示す断面図である。 従来の密封装置の一例を示し、（ａ）は、部分斜視図、（ｂ）は、部分断面図、（ｃ）は、部分正面図である。

以下、本発明に係る摺動シールの第１実施形態を、図１及び図８を参照して説明する。この摺動シール１１が使用されているシール構造１２は、図８に示すように、例えば第１部材１３が軸受部１５（図８参照）を介して回動自在に第２部材１４に支持され、この第１部材１３と第２部材１４との間に形成されている環状隙間１６を摺動シール１１で密封するものであり、例えば連続鋳造機１７に適用することができるものである。そして、密封対象流体１８は、例えばグリース等の潤滑材である。

この図８に示す第１及び第２部材１３、１４を備えている連続鋳造機１７の回転側（摺動側）の第１部材１３は、ロールであり、図８に表れている部分は、ロール本体部１３ｂ及び軸部（スリーブ１３ｄを含む）１３ｃであり、ロールの一部を成している。固定側の第２部材１４は、ロールを軸受部１５を介して回動自在に支持するケーシングである。このケーシングを構成する金属製のシール取付部の内周面に円環状の装着凹部１９が形成されている。この円環状の装着凹部１９の断面形状は、矩形であり、この矩形断面の装着凹部１９に摺動シール１１が装着されている。図８に示す２６は、グリースシールである。

ただし、この実施形態では、摺動シール１１を連続鋳造機１７の軸受部１５のシール構造に適用したが、これ以外の第１部材１３が第２部材１４に対して回動自在である２つの部材間の環状隙間１６の密封性確保のためにこの摺動シール１１を使用することができる。

図１に示す摺動シール１１は、第２部材１４（ケーシング）の内周面に形成した装着凹部１９に取り付けることができる孔用の摺動シール１１に適用した例を示している。

図１の左側に示す摺動シール１１は、当該摺動シール１１を装着凹部１９に装着していない自由状態を示す部分断面図であり、図１の右側に示す摺動シール１１は、当該摺動シール１１を装着凹部１９に装着した状態を示す部分断面図である。

摺動シール１１は、ゴム様弾性体製であり円環状に形成され、図１に示すように、当該摺動シール１１を装着凹部１９に装着していない自由状態、及び当該摺動シール１１を装着凹部１９に装着した状態のいずれの状態においても、その中心線２０を通る断面形状が、半径方向に長い矩形状に形成されている。

そして、摺動シール１１は、図１の左側の図に示すように、当該摺動シール１１が装着凹部１９に装着されていない自由状態で、摺動シール１１の装着凹部１９の底面１９ａに圧接する固定周面１１ａの外径Ｄ１が、装着凹部１９の底面１９ａの内径Ｄ２（＜Ｄ１）よりも大きく形成され、かつ、摺動シール１１の第１部材１３の摺動面１３ａに向かう側の被摺動面１１ｂの内径Ｎ１が、摺動面１３ａの外径Ｎ２（＜Ｎ１）よりも大きく形成されている。そして、この装着されていない自由状態で、摺動シール１１の断面の半径方向の寸法は、Ｈ１であり、幅は、Ｗ１である。

また、摺動シール１１は、図１の右側の図に示すように、当該摺動シール１１が装着凹部１９に装着されたときに、摺動シール１１が縮径方向に弾性変形して、摺動シール１１の被摺動面１１ｂの内径が小さくなって、摺動面１３ａの外径Ｎ２と一致し又はそれに近い寸法となるように形成されている。そして、この装着された状態で、例えば摺動シール１１の断面の半径方向の寸法は、Ｈ２（＞Ｈ１）であり、幅は、Ｗ２（＞Ｗ１）である。

次に、上記のように構成された摺動シール１１及びそれを使用したシール構造１２の作用について説明する。この摺動シール１１によると、図１に示すように、第１及び第２部材１３、１４間の環状隙間１６を密封することができる。そして、摺動シール１１が、装着凹部１９に装着されたときに、摺動シール１１が縮径する方向に弾性変形して、摺動シール１１の被摺動面１１ｂの内径Ｎ１が、摺動面１３ａの外径Ｎ２と一致し又はそれに近い寸法となる。これによって、摺動シール１１の被摺動面１１ｂと摺動面１３ａとの間の接触圧を零又はそれに近い大きさに設定することができ、摺動シール１１が摺動面１３ａとの接触によって永久変形することを抑制できる。その結果、摺動シール１１及び摺動面１３ａを構成する第１部材１３の長寿命化を図ることができ、適切な密封性能を長期間維持することができる。しかも、回転に要する動力のトルク損失を軽減することができる。

しかも、摺動シール１１は、その中心線２０を通る断面形状が矩形状に形成されているので、摺動シール１１の被摺動面１１ｂの、摺動面１３ａに対する接触面積を大きくして単位面積当たりの押圧力を精度よく零又はそれに近い大きさにすることができるので、摺動シール１１の被摺動面１１ｂが摺動面１３ａを摩耗させたり傷を付けることを抑制できる。これによっても、摺動シール１１及び摺動面１３ａを構成する第１部材１３の更なる長寿命化を図ることができ、適切な密封性能を長期間維持することができる。

そして、摺動シール１１が装着凹部１９に装着されたときに、摺動シール１１が縮径方向に弾性変形して、摺動シール１１の固定周面１１ａが、装着凹部１９の底面１９ａに圧接することができる。これによって、摺動シール１１が装着凹部１９から外れた状態で回転することを防止できるので、摺動シール１１が移動したり変形せず、適切な密封性能を維持することができる。

また、摺動シール１１は、１つの部品で密封機能を果たすことができるので、安価に製作することができ、装着凹部１９に装着する手間も少なくて済む。

更に、図１の左側の図に示すように、摺動シール１１は、当該摺動シール１１を装着凹部１９に装着していない自由状態で、その中心線２０を通る断面形状が、半径方向に長い矩形状に形成されているので、摺動シール１１が装着凹部１９に装着されたときに、摺動シール１１が半径方向に縮径する弾性変形量を大きくすることができる。これによって、摺動シール１１の被摺動面１１ｂの内径Ｎ１が、摺動面１３ａの外径Ｎ２と一致し又はそれに近い寸法となるように精度よく設定することができる。

ここで、図１の右図において、摺動シール１１の右側が軸受部１５側（密封対象流体側）であり、第１部材１３と第２部材１４との間の環状隙間１６にグリース等の潤滑材（密封対象流体１８）が所定の圧力で供給されるようになっており充填されている。そして、この密封対象流体１８は、摺動シール１１の被摺動面１１ｂと摺動面１３ａとの間を通って大気側に適切な流量で流出することが可能なようになっている。つまり、摺動シール１１の被摺動面１１ｂと摺動面１３ａとの間の接触圧が、零又はそれに近い大きさに設定されているからである。これによって、大気側から気体、液体及びダストがこの隙間１６を通って軸受部１５側に流入することを防止することができる。

ただし、図１に示す摺動シール１１の固定周面１１ａ（外周面）及び左の側面１１ｃは、装着凹部１９の底面１９ａ及び左の内側面１９ｂに密着しているので、大気側の気体、液体及びダスト、並びに軸受部１５側の潤滑材は、これらの接触面間を通って流入及び流出することはない。

次に、図２〜図４を参照して、本発明の第１〜第９実施形態に係る摺動シールを説明する。図２（ａ）は、第１実施形態の摺動シール１１を示しており、図２（ｂ）は、第２実施形態の摺動シール２２を示している。

この図２（ｂ）に示す第２実施形態の摺動シール２２は、図２（ａ）に示す第１実施形態の摺動シール１１において、摺動シールで密封された軸受部１５側の密封対象流体１８（グリース等の潤滑材）を、大気側に流出させるための流体逃がし路２３を設けたものである。この流体逃がし路２３は、図２（ｂ）、図５、図６、及び図９に示すように、摺動シール２２の固定周面１１ａに中心線２０と平行して形成された溝２３ａと、この溝２３ａと接続するように、大気側の側面１１ｃに半径方向に形成された溝２３ｂと、密封対象流体側に形成された側面１１ｄとで構成されている。

図５は、第２実施形態の摺動シール２２を示し、図５（ａ）は、その部分斜視図、図５（ｂ）は、その部分正面図、図５（ｃ）は、そのＡ−Ａ断面図である。そして、図６は、第２実施形態に係る摺動シール２２を第２部材１４の装着凹部１９に装着した状態の断面図を示している。

図６から分かるように、第２実施形態のシール構造２４では、装着凹部１９の横幅は、摺動シール２２の横幅よりも大きく形成してあり、摺動シール２２は、装着凹部１９の大気側の内側面１９ｂに寄せてその内側面１９ｂに当接させた状態でこの装着凹部１９に装着してある。これによって、密封対象流体側に形成された摺動シール２２の側面１１ｄと装着凹部１９の内側面１９ｃとの間の隙間２５が、流体逃がし路２３の一部として形成される。

この摺動シール２２によると、図６に示すように、当該摺動シール２２の固定周面１１ａ及び大気側の側面１１ｃが、装着凹部１９の底面１９ａ及び大気側の側面１９ｂに当接した状態でも、これら固定周面１１ａ及び大気側の側面１１ｃに形成された溝２３ａ、２３ｂは、閉塞されないので、密封対象流体１８を流体逃がし路２３に通して大気側に流出させることができる。また、流体逃がし路２３の幅、深さ、形状を設定することによって、密封対象流体１８の圧力を常に大気側の圧力よりも高く保持させることが可能である。これによって、例えば大気側の気体、液体又はダスト等が密封対象流体側に進入することを抑制することができる。

次に、図２（ｃ）及び図７を参照して、第３実施形態の摺動シールを説明する。図７は、第３実施形態の摺動シール２８を第２部材１４の装着凹部１９に装着した状態の断面図を示している。図２（ｃ）に示す第３実施形態の摺動シール２８は、図２（ｂ）に示す第２実施形態の摺動シール２２において、ゴム様弾性体製の逆止弁リップ２９を設けたものである。

この逆止弁リップ２９は、図７に示すように、流体逃がし路２３の途中に設けられ、密封対象流体１８を大気側に流出させることができると共に、大気側の気体、液体、及びダストの吸い込みを防止することができるものである。そして、逆止弁リップ２９は、摺動シール２８の密封対象流体側の側面１１ｄに沿って円環状に形成され、固定周面１１ａに向かう方向に突出する形状である。

図７に示す逆止弁リップ２９によると、密封対象流体１８が逆止弁リップ２９に流入すると、逆止弁リップ２９が装着凹部１９の内側面１９ｃから離れる方向に弾性変形して、流体逃がし路２３の隙間２５を開放する状態となる。よって、密封対象流体１８が逆止弁リップ２９及び流体逃がし路２３を通って大気側に流出することができる。

そして、大気側の気体、液体、及びダスト等が逆止弁リップ２９に流入すると、逆止弁リップ２９が装着凹部１９の内側面１９ｃに押し付けられる方向に弾性変形して、流体逃がし路２３の隙間２５を閉じている状態を維持する。よって、大気側の気体、液体、及びダスト等が逆止弁リップ２９及び流体逃がし路２３を通って軸受部側に流入することを積極的に阻止することができる。

そして、図７に示す摺動シール２８によると、当該摺動シール２８の密封対象流体側の側面１１ｄには、溝を設けずに、逆止弁リップ２９を設けたので、当該側面１１ｄで形成される流体逃がし路２３の隙間２５を、この逆止弁リップ２９によって確実に開閉することができる。

次に、図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照して、第４〜第６実施形態の摺動シールを説明する。この図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す第４〜第６実施形態の各摺動シール３２、３３、３４は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す第１〜第３実施形態の各摺動シール１１、２２、２８に対して、それぞれの密封対象流体側の側面１１ｄを保持するための密封側ケース３５を設けたものである。この密封側ケース３５は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す各摺動シール１１、２２、２８を装着凹部１９に装着したときに、装着凹部１９の密封対象流体側の内側面１９ｃが果たす機能を備えている。

これら図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す第４〜第６実施形態の各摺動シール３２、３３、３４は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す第１〜第３実施形態の各摺動シール１１、２２、２８に相当するシール本体部１１、２２、２８と、密封側ケース３５とを備えている。この密封側ケース３５は、シール本体部１１、２２、２８に着脱自在に嵌合されている。

この密封側ケース３５は、例えば金属製であり円環状に形成され、当該密封側ケース３５の中心線２０を通る断面形状が略Ｌ字形状であり、短円筒部３５ｂと円環状部３５ａとを有している。この短円筒部３５ｂは、各シール本体部１１、２２、２８の固定周面１１ａを密着した状態で覆うように形成されている。そして、この短円筒部３５ｂの内径は、装着凹部１９の底面１９ａの内径と等しい寸法Ｄ２に形成されている。そして、この密封側ケース３５に装着されたシール本体部１１、２２、２８の被摺動面１１ｂの内径は、図１に示す摺動面１３ａの外径Ｎ２又はそれに近い寸法である。

そして、密封側ケース３５の円環状部３５ａは、円板状に形成され、各シール本体部１１、２２、２８の密封対象流体側の側面１１ｄに対向するように形成されている。つまり、密封側ケース３５の円環状部３５ａは、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す各シール本体部１１、２２、２８に対して、密封対象流体側の側面１１ｄと隙間２５を隔てて設けられている。図３（ｂ）、（ｃ）に示す摺動シール３３、３４では、この隙間２５が流体逃がし路２３である。この円環状部３５ａの内径は、シール本体部２２、２８の内径Ｎ２よりも大きい寸法に形成されている。

これら図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す第４〜第６実施形態の各摺動シール３２、３３、３４によると、シール本体部１１、２２、２８の密封対象流体側の側面１１ｄを密封側ケース３５によって保持することができる。これによって、摺動シール３２、３３、３４が装着される装着凹部１９は、例えばシール本体部１１、２２、２８の大気側の側面１１ｃを保持するための内側面１９ｂを形成すればよく、シール本体部１１、２２、２８の密封対象流側の側面１１ｄを保持するための内側面１９ｃを省略することが可能なので、装着凹部１９の形状の簡単化を図ることができる。

図１０は、図３（ｂ）に示す摺動シール３３を断面Ｌ字形状の内面を有する装着凹部１９に装着した状態を示している。この摺動シール３３は、第１部材１３と第２部材１４との間に形成されている環状隙間１６において、軸受部１５を基準にして、ロール本体部１３ｂ側の環状隙間１６と、軸部１３ｃの端部側の環状隙間１６とに設けられ、この２つの摺動シール３３、３２によって軸受部１５を収容している空間３６を密封している。

次に、図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照して、第７〜第９実施形態の摺動シール３９、４０、４１を説明する。この図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す第７〜第９実施形態の各摺動シール３９、４０、４１は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す第４〜第６実施形態の各摺動シール３２、３３、３４に対して、それぞれの大気側の側面１１ｃを保持するための大気側ケース４２を設け、この大気側ケース４２にダストシール４３を設けたものである。

この大気側ケース４２は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す各摺動シール１１、２２、２８を装着凹部１９に装着したときに、装着凹部１９の大気側の内側面１９ｂが果たす機能を備えている。この大気側ケース４２は、密封側ケース３５の外面に接着されていてもよいし、着脱自在に嵌合されていてもよい。また、大気側ケース４２及び密封側ケース３５を一体物として形成してもよい。

この大気側ケース４２は、例えば金属製であり円環状に形成され、当該大気側ケース４２の中心線２０を通る断面形状が略Ｌ字形状であり、短円筒部４２ｂと円環状部４２ａとを有している。この短円筒部４２ｂは、各密封側ケース３５の短円筒部３５ｂを密着した状態で覆うように形成されている。そして、円環状部４２ａは、円板状に形成され、各シール本体部１１、２２、２８の大気側の側面１１ｃに対向するように形成されている。

この大気側ケース４２の円環状部４２ａは、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、シール本体部１１、２２、２８の大気側の側面１１ｃに対して、隙間を隔てて設けてもよいし密着して設けてもよい。この円環状部４２ａの内径は、シール本体部１１、２２、２８の内径Ｎ２よりも大きい寸法に形成されている。

ダストシール４３は、大気側ケース４２の外表面に接着され、これが有しているダストリップ４３ａが摺動面１３ａに圧接して大気側の気体、液体、及びダスト等が密封対象流体側に進入することを防止すると共に、密封対象流体側の当該流体を大気側に流出させることができるものである。

このダストシール４３は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、係着部４３ｂとこれに結合するダストリップ４３ａとを有している。この係着部４３ｂは、大気側ケース４２の外表面の全体を覆うように形成されている。ダストリップ４３ａは、円環状であり、大気側の摺動面１３ａに向かって突出し、この摺動面１３ａに圧接するように形成されている。

これら図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す第７〜第９実施形態の各摺動シール３９、４０、４１によると、シール本体部１１、２２、２８の大気側の側面１１ｃを大気側ケース４２によって保持することができる。これによって、シール本体部１１、２２、２８の大気側の側面１１ｃを保持するための装着凹部１９の内側面１９ｂは、大気側ケース４２を介して摺動シール３９、４０、４１を保持することができる高さに形成すればよく、従って、装着凹部１９の形状の簡単化を図ることができる。そして、ダストリップ４３ａにより、大気側の気体、液体、及びダストが密封対象流体側に進入することを防止すると共に、密封対象流体側の流体（例えば潤滑材）を大気側に流出させることができる。また、ダストリップ４３ａを大気側ケース４２に設けることによって、大気側の気体、液体、及びダストが大気側ケース４２の内側を通って密封対象流体側に進入することを確実に防止することができる。

図１１は、摺動シール４１、３９を断面Ｌ字形状の内面を有する装着凹部１９に装着した状態を示している。この図４（ｃ）に示す摺動シール４１は、軸受部１５を基準にしてロール本体部１３ｂ側の環状隙間１６に設けてあり、図４（ａ）に示す摺動シール３９は、軸受部１５を基準にして軸部１３ｃの端部側の環状隙間１６に設けてある。この２つの摺動シール４１、３９によって軸受部１５を収容している空間３６を密封している。

次に、本発明に係る摺動シールの第１０実施形態を、図１２を参照して説明する。この摺動シール４６は、例えば第１部材（ローラ）の軸部１３ｃに装着されたスリーブの外周面に形成した装着凹部１９に取り付けることができる軸用の摺動シールに適用した例を示している。この摺動シール４６が使用されているシール構造４７は、第１実施形態と同様に、第１部材１３（ローラ）が軸受部１５を介して回動自在に第２部材１４（ケーシング）に支持され、この第１部材１３と第２部材１４との間に形成されている環状隙間１６を摺動シール４６で密封するものであり、例えば連続鋳造機１７に適用することができるものである。そして、密封対象流体１８は、例えばグリース等の潤滑材である。

図１２の左側に示す摺動シール４６は、当該摺動シール４６を装着凹部１９に装着していない自由状態を示す断面図であり、図１の右側に示す摺動シール４６は、当該摺動シール４６を装着凹部１９に装着した状態を示す断面図である。

摺動シール４６は、ゴム様弾性体製であり円環状に形成され、図１２に示すように、当該摺動シール４６を装着凹部１９に装着していない自由状態、及び当該摺動シール４６を装着凹部１９に装着した自由状態のいずれの状態においても、その中心線２０を通る断面形状が、半径方向に長い矩形状に形成されている。

そして、摺動シール４６は、図１２の左側の図に示すように、当該摺動シール４６を装着凹部１９に装着していない自由状態で、摺動シール４６の装着凹部１９の底面１９ａに圧接する固定周面１１ａの内径Ｄ３が、装着凹部１９の底面１９ａの内径Ｄ４（＞Ｄ３）よりも小さく形成され、かつ、摺動シール４６の第２部材１４の摺動面１３ａに向かう側の被摺動面１１ｂの外径Ｎ３が、摺動面１３ａの内径Ｎ４（＞Ｎ３）よりも小さく形成されている。そして、この装着されていない自由状態で、摺動シール４６の断面の半径方向の寸法は、Ｈ３であり、幅は、Ｗ３である。

また、摺動シール４６は、図１２の右側の図に示すように、当該摺動シール４６を装着凹部１９に装着したときに、摺動シール４６が拡径方向に弾性変形して、摺動シール４６の被摺動面１１ｂの外径Ｎ３が大きくなって、摺動面１３ａの内径Ｎ４と一致し又はそれに近い寸法となるように形成されている。そして、この装着された状態で、例えば摺動シール４６の断面の半径方向の寸法は、Ｈ４（≒Ｈ３）であり、幅は、Ｗ４（＜Ｗ３）である。

次に、上記のように構成された摺動シール４６及びそれを使用したシール構造４７の作用について説明する。この摺動シール４６によると、図１２に示すように、第１及び第２部材１３、１４間の環状隙間１６を密封することができる。そして、摺動シール４６が、装着凹部１９に装着されたときに、摺動シール４６が拡径する方向に弾性変形して、摺動シール４６の被摺動面１１ｂの外径Ｎ３が、摺動面１３ａの内径Ｎ４と一致し又はそれに近い寸法となる。これによって、摺動シール４６の被摺動面１１ｂと摺動面１３ａとの間の接触圧を零又はそれに近い大きさに設定することができ、摺動シール４６が摺動面１３ａとの接触によって永久変形することを抑制できる。その結果、摺動シール４６及び摺動面１３ａを構成する第２部材１４の長寿命化を図ることができ、適切な密封性能を長期間維持することができる。しかも、回転に要する動力のトルク損失を軽減することができる。

更に、摺動シール４６は、その中心線２０を通る断面形状が矩形状に形成されているので、摺動シール４６の被摺動面１１ｂの、摺動面１３ａに対する接触面積を大きくして単位面積当たりの押圧力を精度よく零又はそれに近い大きさにすることができるので、摺動シール４６の被摺動面１１ｂが摺動面１３ａを摩耗させたり傷を付けることを抑制でき、これによっても、摺動シール４６及び摺動面１３ａを構成する第２部材１４の更なる長寿命化を図ることができ、適切な密封性能を長期間維持することができる。

そして、摺動シール４６が装着凹部１９に装着されたときに、摺動シール４６が拡径方向に弾性変形して、摺動シール４６の固定周面１１ａが、装着凹部１９の底面１９ａに圧接することができる。これによって、摺動シール４６が装着凹部１９から外れた状態で回転することを防止できるので、摺動シール４６が移動したり変形せず、適切な密封性能を維持することができる。

ただし、図１２に示す第１０実施形態では、図１に示す第１実施形態の孔用の摺動シール１１を、軸用の摺動シール４６に適用した例を示したが、これと同様に、図２（ａ）、（ｃ）、図３（ａ）〜図３（ｃ）、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す第２〜第９の各実施形態の孔用の摺動シールを軸用の摺動シールに適用することができる。

そして、上記各実施形態では、摺動シールを単体で装着凹部１９に装着して使用した例を挙げて説明したが、これに代えて、摺動シールを他の形式のシールと組み合わせて装着凹部１９に装着して使用してもよい。

また、上記各実施形態では、例えば図１２に示すように、軸用の摺動シール４６の外周面に形成されている被摺動面１１ｂを平坦面としたが、これに代えて、図１３に示すように、この被摺動面１１ｂに溝部４８を形成してもよい。この溝部４８は、円筒形の被摺動面１１ｂの全周に亘って円環状に形成してもよいし、円周の一部に１又は２以上形成してもよい。

更に、上記と同様に、例えば図１に示すように、孔用の摺動シール１１等の内周面に形成されている被摺動面１１ｂを平坦面としたが、これに代えて、図には示さないが、この被摺動面１１ｂに溝部４８を形成してもよい。この溝部４８は、円筒形の被摺動面１１ｂの全周に亘って円環状に形成してもよいし、円周の一部に１又は２以上形成してもよい。

このように、被摺動面１１ｂに溝部４８を形成すると、図１３に示すようにＷ３＞Ｗ５+Ｗ６の関係から、被摺動面１１ｂと摺動面１３ａとの間の摩擦抵抗を低減することができ、摺動シール４６等が回転側の部材に伴って回転することを防止することができる。なお、溝部４８の幅及び長さは、摺動シール４６等が回転側の部材に伴って回転することを防止することができると共に、適切なシール性を確保できるように設定することが必要である。

以上のように、本発明に係る摺動シール及びそれを備えるシール構造は、摺動シールの被摺動面と摺動面との間の摺動摩擦抵抗を零又はそれに近い大きさにすることによって、摺動シール及び摺動面を構成する部材の長寿命化を図ることができ、適切な密封性能を長期間維持することができる優れた効果を有し、このような摺動シール及びそれを備えるシール構造に適用するのに適している。

１１ 摺動シール（シール本体部）
１１ａ 固定周面
１１ｂ 被摺動面
１１ｃ 大気側の側面
１１ｄ 軸受側の側面
１２ シール構造
１３ 第１部材
１３ａ 摺動面
１３ｂ ロール本体部
１３ｃ 軸部
１３ｄ スリーブ
１４ 第２部材
１５ 軸受部
１６ 環状隙間
１７ 連続鋳造機
１８ 密封対象流体
１９ 装着凹部
１９ａ 底面
１９ｂ 大気側の内側面
１９ｃ 軸受部側の内側面
２０ 中心線
２２ 摺動シール（シール本体部）
２３ 流体逃がし路
２３ａ、２３ｂ 溝
２４ シール構造
２５ 隙間
２６ グリースシール
２８ 摺動シール（シール本体部）
２９ 逆止弁リップ
３２、３３、３４ 摺動シール
３５ 密封側ケース
３５ａ 円環状部
３５ｂ 短円筒部
３６ 空間
３９、４０、４１ 摺動シール
４２ 大気側ケース
４２ａ 円環状部
４２ｂ 短円筒部
４３ ダストシール
４３ａ ダストリップ
４３ｂ 係着部
４６ 摺動シール
４７ シール構造
４８ 溝部

Claims (8)

1. 第１部材が第２部材に対して回動自在であり、この２つの部材間の環状隙間を密封するためのものであり、前記第２又は第１部材に設けられた環状の装着凹部に装着される摺動シールにおいて、
   前記摺動シールは、円環状でありその中心線を通る断面形状が矩形状に形成され、
   前記摺動シールが前記第１部材および前記第２部材の一方の部材の内周面に形成された装着凹部に装着されていない状態で、前記摺動シールの前記装着凹部の底面に圧接する固定周面の径が、前記装着凹部の底面の径よりも大きく形成され、かつ、前記摺動シールの前記第１部材および前記第２部材の他方の部材の摺動面に向かう側の被摺動面の径が、前記摺動面の径よりも大きく形成され、
   前記固定周面の径が前記装着凹部の底面の径に一致したときに、前記摺動シールが縮径する方向に弾性変形して、前記摺動シールの前記被摺動面の径が、前記摺動面の径と一致し又はそれに近い寸法となる、または、
   前記摺動シールが前記第１部材および前記第２部材の一方の部材の外周面に形成された装着凹部に装着されていない状態で、前記摺動シールの前記装着凹部の底面に圧接する固定周面の径が、前記装着凹部の底面の径よりも小さく形成され、かつ、前記摺動シールの前記第１部材および前記第２部材の他方の部材の摺動面に向かう側の被摺動面の径が、前記摺動面の径よりも小さく形成され、
   前記固定周面の径が前記装着凹部の底面の径に一致したときに、前記摺動シールが拡径する方向に弾性変形して、前記摺動シールの前記被摺動面の径が、前記摺動面の径と一致し又はそれに近い寸法となることを特徴とする摺動シール。
2. 前記摺動シールが前記装着凹部に装着されていない状態で、前記中心線を通る断面形状が、半径方向に長い矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の摺動シール。
3. 前記摺動シールで密封された密封対象流体を、大気側に流出させるための流体逃がし路を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動シール。
4. 前記流体逃がし路の途中に設けられ、密封対象流体を大気側に流出させることができると共に、大気側の流体の吸い込みを防止することができる逆止弁リップを備えることを特徴とする請求項３記載の摺動シール。
5. 前記流体逃がし路は、前記摺動シールの前記固定周面に形成された溝、大気側の側面に形成された溝、及び密封対象流体側に形成された側面で構成され、
   前記逆止弁リップは、前記摺動シールの密封対象流体側の前記側面に設けられ、前記固定周面に向かう方向に突出する形状であることを特徴とする請求項４記載の摺動シール。
6. 前記摺動シールの密封対象流体側の側面を保持するための密封側ケースを備える請求項１乃至５のいずれかに記載の摺動シール。
7. 前記摺動シールの大気側の側面を保持するための大気側ケースと、
   前記大気側ケースに設けられ、前記摺動面に圧接して大気側のダストが密封対象流体側に進入することを防止すると共に、密封対象流体側の当該流体を大気側に流出させることができるダストリップとを備えることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の摺動シール。
8. 第１部材が第２部材に対して回動自在であり、この２つの部材間の環状隙間を密封するためのものであり、前記第２又は第１部材に設けられた環状の装着凹部と、この装着凹部に装着される摺動シールとを備えるシール構造において、
   前記摺動シールは、円環状でありその中心線を通る断面形状が矩形状に形成され、
   前記摺動シールが前記第１部材および前記第２部材の一方の部材の内周面に形成された装着凹部に装着されていない状態で、前記摺動シールの前記装着凹部の底面に圧接する固定周面の径が、前記装着凹部の底面の径よりも大きく形成され、かつ、前記摺動シールの前記第１部材および前記第２部材の他方の部材の摺動面に向かう側の被摺動面の径が、前記摺動面の径よりも大きく形成され、
   前記固定周面の径が前記装着凹部の底面の径に一致したときに、前記摺動シールが縮径する方向に弾性変形して、前記摺動シールの前記被摺動面の径が、前記摺動面の径と一致し又はそれに近い寸法となる、または、
   前記摺動シールが前記第１部材および前記第２部材の一方の部材の外周面に形成された装着凹部に装着されていない状態で、前記摺動シールの前記装着凹部の底面に圧接する固定周面の径が、前記装着凹部の底面の径よりも小さく形成され、かつ、前記摺動シールの前記第１部材および前記第２部材の他方の部材の摺動面に向かう側の被摺動面の径が、前記摺動面の径よりも小さく形成され、
   前記固定周面の径が前記装着凹部の底面の径に一致したときに、前記摺動シールが拡径する方向に弾性変形して、前記摺動シールの前記被摺動面の径が、前記摺動面の径と一致し又はそれに近い寸法となることを特徴とするシール構造。
   

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