技術 密封装置

0001

この発明は、回転輪と、前記回転輪と同心に径方向に分離して配置される固定輪とを備える軸受などの前記回転輪と前記固定輪との間に、砂などの異物の侵入を防止する密封装置に関するものである。

0002

砂などの異物の侵入を防止する密封装置、例えば、大量のレゴリス（粉塵）に直接曝される月面ローバーの足回りに使用される軸受の異物侵入防止用の密封装置としては、極低温でも使用できるように、ゴム素材や接着剤を使用しないものが好ましい場合がある。

0003

従来、温度による劣化の問題がなく極低温でも使用できる密封装置として、樹脂製のカラーを撓ませて軸受幅面に押し当てる構造が知られている（非特許文献１）。

0004

２０１７年１０月２５日〜２７日開催の第６１回宇宙科学技術連合講演会、「月面ローバー用耐粉塵カラーシールの実用性評価」

0005

ところで、非特許文献１に記載された密封装置は、図５及び図６に示すように、接触面に突起２０ａを有する樹脂製のカラー２０を、回転輪または固定輪の幅面に押し当てて回転輪と固定輪との間に密封空間を形成する構成である。

0006

図５は、内周面に軌道面を有する外輪２１、外周面に軌道面を有する内輪２２、前記外輪２１と内輪２２の両軌道面間に転動自在に複数の転動体２３を配置した軸受を示しており、前記樹脂製のカラー２０は、外輪２１の一側面に間座２４によって固定され、樹脂製のカラー２０の内径側の自由端を内輪２２の幅面に接触させる構造である。

0007

また、図６は、外周面に軌道面を有する内輪２２、内周面に軌道面を有する外輪２１、前記外輪２１と内輪２２の両軌道面間に転動自在に複数の転動体２３を配置した軸受を示しており、前記樹脂製のカラー２０は、内輪２２の一側面に間座２５によって固定され、樹脂製のカラー２０の外径側の自由端を外輪２１の幅面に接触させる構造である。

0008

この従来の密封装置は、カラー２０の内径側もしくは外径側に突起２０ａを設け、カラー２０を突起２０ａと径方向に重ならない位置で回転輪もしくは固定輪のどちらか一方の幅面に幅締めすることにより、突起の盛上り量の分だけ樹脂製のカラー２０に撓みが生じるようにして回転輪と固定輪との間の密封空間の密封を保っている。

0009

ところで、軸受は、その構成部品である外輪２１、内輪２２、転動体２３の間にすきまを有しているものが多く、また、力を受けた際に接触部に変形を生じることなどから、通常、外輪２１と内輪２２の間には相対変位が生じる。上記従来の密封装置を軸受の異物侵入防止シールとして適用した場合、ラジアル方向への相対変位はカラー２０と回転輪の幅面のとの間で摺動を生じるのみで、すきまは発生しない。また、軸方向への相対変位の場合、カラー２０の撓みのうち弾性変形分が、カラー２０が内外輪間の相対変位に追従し、密封が保たれる。

0010

しかしながら、上記従来の密封装置の場合、突起２０ａは接触している回転輪または固定輪の幅面との間で摺動し、カラー２０が摩耗すると、カラー２０の撓み量が減少し、シール性が低下する恐れがある。

0011

また、カラー２０を構成する樹脂は、長時間変形を加え続けることにより塑性変形する性質を有することから、撓みのうち弾性変形量が減少し、シール性が低下する恐れもある。

0012

そこで、この発明は、樹脂材の摩耗や塑性変形によるシール性の低下を抑制した密封装置を提供しようとするものである。

0013

前記の課題を解決するために、この発明は、回転輪と、前記回転輪と同心に径方向に分離して配置される固定輪と、前記回転輪または固定輪いずれか一方の軸方向の一側に設けられた樹脂製リングと、前記回転輪または固定輪いずれか他方の軸方向の一側に固定され、径方向の自由端が前記樹脂製リングの軸方向の一側に重なって摺動する環状鉄板とを備え、前記環状鉄板を、前記樹脂製リングに対して軸方向に撓み接触させて前記回転輪と前記固定輪との間に密封空間を形成することを特徴とする。

0014

前記環状鉄板が接触する前記樹脂製リングの接触面は、Ｒ面に形成しておくことが好ましい。

0015

前記回転輪が外周面に軌道面を有する内輪、前記固定輪が内周面に軌道面を有する外輪であり、前記内輪と外輪の両軌道面間に転動自在に複数の転動体を配置した構成、あるいは、前記回転輪が内周面に軌道面を有する外輪、前記固定輪が外周面に軌道面を有する内輪であり、前記外輪と内輪の両軌道面間に転動自在に複数の転動体を配置した構成を採用することができる。

0016

前記樹脂製リングの材質は、四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を含有する複合樹脂、あるいは、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）を含有する複合樹脂を採用することができる。

0017

また、前記環状鉄板の材質としては、ステンレスを採用することができる。

0018

以上のように、この発明の密封装置は、回転輪または固定輪いずれか一方の軸方向の一側に設けられた樹脂製リングと、前記回転輪または固定輪いずれか他方の軸方向の一側に固定され、径方向の自由端が前記樹脂製リングの軸方向の一側に重なって摺動する環状鉄板とを備え、前記環状鉄板を、前記樹脂製リングに対して軸方向に撓み接触させて前記回転輪と前記固定輪との間に密封空間を形成するものであるから、従来技術のように、樹脂材料の摩耗や塑性変形の問題も発生せず、シール性が向上する。

0019

この発明の実施形態を示す断面図である。
この発明の図１の実施形態の変形例を示す断面図である。
この発明の他の実施形態を示す断面図である。
この発明の図３の実施形態の変形例を示す断面図である。
従来例を示す断面図である。
他の従来例を示す断面図である。

0020

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

0021

図１は、この発明の第１の実施形態に係る軸受１を示している。

0022

この軸受１は、軸２の外周に設けられ、外周面に軌道面を有する内輪３と、内周面に軌道面を有する外輪４と、前記内輪３と外輪４の間に複数組み込まれる球状の転動体５と、転動体５を等間隔に保持する保持器６とを有する玉軸受である。

0023

前記外輪４の内周面の両端には、内輪３の外周面の両端に向かって延びるシールリング７ａ、７ｂが装着されている。

0024

前記外輪４の軸方向の一側には、樹脂製リング８が配置され、この樹脂製リング８は間座９によって外輪４の一側に固定されている。

0025

一方、前記内輪３の軸方向の一側には、環状鉄板１０が配置され、この環状鉄板１０は間座１１によって内輪３の一側に固定されている。環状鉄板１０の径方向の外径側の自由端は、前記樹脂製リング８の軸方向の一側に重なる位置にある。

0026

また、前記樹脂製リング８の軸方向の一側の外方の固定位置Ａと、前記環状鉄板１０の軸方向の固定位置Ｂである内輪３の軸方向の側面とは、固定位置Ｂの方が固定位置Ａよりも軸受１側、即ち、固定位置Ａが固定位置Ｂよりも軸方向の外側位置にあり、前記環状鉄板１０の自由端が前記樹脂製リング８に接触した状態で撓むようになっている。

0027

前記固定位置Ａと固定位置Ｂとの軸方向の距離は、軸受１の軸方向の内部すきまの１/２以上とし、軸受１の内輪３と外輪４の軸方向位置に相対変位が生じても、環状鉄板１０が撓みが生じるように設定されている。

0028

前記環状鉄板１０の厚さは、撓みに対する環状鉄板１０の内部の発生応力やシール面での接触力が小さくなるよう、形状を維持できる範囲でなるべく薄く設けられ、例えば、０．０１ｍｍ以上で設定されている。

0029

前記環状鉄板１０に撓みを加えた際に発生する環状鉄板１０内部の発生応力は、環状鉄板１０の厚さＨ、環状鉄板１０の固定径ｂ（環状鉄板１０を固定する間座１１の外径）、シール面径ａ（軸２の中心から環状鉄板１０と樹脂製リング８との接触位置までの距離）、環状鉄板１０の撓み量ｗによって決まる。したがって、環状鉄板１０の固定径ｂとシール面径ａの値が近くなると環状鉄板１０内部の発生応力が大きくなるため、環状鉄板１０の材料強度を超えないようにシール面径ａをある一定以上とする必要がある。特に、固定径ｂ／シール面径ａの比の値が０．７より大きくなると接触力および発生応力が急激に増加するため、少なくとも０．７以下となるように設定する。同時に、シール面径ａはシールの摺動部で発生するトルクに影響するため、材料強度を満足する範囲でなるべく小さい径とする。

0030

前記樹脂製リング８の内径が外輪４の内径に比べて小さい場合には、樹脂製リング８に撓みが発生することを防ぐために、図２に示すように、樹脂製リング８と同一内径を有する間座１３を外輪４と樹脂製リング８の間に挟むようにすることが好ましい。

0031

前記樹脂製リング８の先端は前記環状鉄板１０とのエッジ当たりを防止するために、Ｒ面にすることが好ましい。

0032

前記樹脂製リング８の材質は、摺動部でのトルクが小さく摩耗しにくい特性が求められるため、四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、あるいはポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）を含有する複合樹脂が望ましい。

0033

前記環状鉄板１０の材質としては、ステンレス、例えば、ＳＵＳ３０４を用いることができる。

0034

この第１の実施形態に係る軸受１は、回転輪が外輪４、固定輪が内輪３の場合と、回転輪が内輪３、固定輪が外輪４の場合とがある。

0035

この第１の実施形態に係る軸受１において、軸方向には、内輪３・外輪４とも幅締めして拘束されているため、外輪４、樹脂製リング８、間座９は、互いに相対回転しない配置となり、内輪３、環状鉄板１０、間座１１は、互いに相対回転しない配置となる。

0036

そして、回転輪が外輪４、固定輪が内輪３の場合には、外輪４、樹脂製リング８、間座９は、回転し、樹脂製リング８と環状鉄板１０の間で摺接する。

0037

一方、回転輪が内輪３、固定輪が外輪４の場合には、内輪３、環状鉄板１０、間座１１は、回転し、環状鉄板１０と樹脂リング８との間で摺接する。

0038

次に、図３に示すこの発明の第２の実施形態に係る軸受１について説明する。

0039

この図２の実施形態では、前記内輪３の軸方向の一側には、樹脂製リング８が配置され、この樹脂製リング８は間座１２によって内輪３の一側に固定されている。

0040

一方、前記外輪４の軸方向の一側には、環状鉄板１０が間座１４によって外輪４の一側に固定されている。環状鉄板１０の径方向の内径側の自由端は、前記樹脂製リング８の軸方向の一側に重なる位置で樹脂製リング８に対して撓み接触している。

0041

この第２の実施形態に係る軸受１も、回転輪が外輪４、固定輪が内輪３の場合と、回転輪が内輪３、固定輪が外輪４の場合とがある。

0042

この第２の実施形態において、軸方向は内輪３・外輪４ともに幅締めして拘束されているため、外輪４、間座１４、環状鉄板１０は、互いに相対回転しない配置となり、内輪３、樹脂製リング８と、間座１２は、互いに相対回転しない配置となる。

0043

そして、回転輪が外輪４、固定輪が内輪３の場合には、外輪４、間座１４、環状鉄板１０は、回転し、環状鉄板１０と樹脂製リング８の間で摺接する。

0044

一方、回転輪が内輪３、固定輪が外輪４の場合には、内輪３、樹脂製リング８と、間座１２は、回転し、環状鉄板１０は、樹脂リング８と摺接する。

0045

前記樹脂製リング８に撓みが発生することを防ぐために、図４に示すように、樹脂製リング８と同一内径を有する間座１５を内輪４と樹脂製リング８の間に挟むようにしてもよい。

0046

以上の実施形態では、この発明を軸受に適用した例について説明したが、軸受の内輪、外輪に代わるような、相互に運動する２つの円筒形状の装置に対しても適用することができる。また、前記の実施形態では、樹脂製リング８や環状鉄板１０の固定は間座で幅締めする固定方法を適用した例を示したが、工数や精度、部品点数、重量などの目標値に従い、接着、ボルト固定、溶接、圧入などその他手法の選択も可能である。

0047

この発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全ての変更を含む。

0048

１ ：軸受
２ ：軸
３ ：内輪
４ ：外輪
５ ：転動体
６ ：保持器
７ａ、７ｂ ：シールリング
８ ：樹脂製リング
９ ：間座
１０ ：環状鉄板
１１、１２、１３、１４、１５ ：間座