JP5624725B2 - オイルシール保護構造 - Google Patents

Description

本発明は、相対的に回転駆動されるシャフトに用いられるオイルシールを保護する構造に関する。

従来、産業用装置などに備えられる回転駆動装置には、回転駆動シャフトが軸受け等に挿入されて回転駆動可能に支持された構造、すなわちシャフト支持構造が採用されている。このようなシャフト支持構造では、内部からのオイル漏れを防止するために、シャフトの周面に弾性的に密着する環状のリップ部を有するオイルシールが設けられている。

実公昭６４−４５８５号公報

このようなシャフト支持構造にて用いられているオイルシールは、高いシール性が要求される。そのため、オイルシールのリップ部とシャフトの周面との接触領域を確実に確保する必要があり、リップ部は、高弾性材料、例えば、ゴム材料により形成されることが多い。さらに、シャフト周面にリップ部を確実に接触させて弾性変形させるように、組立前の状態において、オイルシールのリップ部の内縁端が、シャフトの周面よりも内向きに突出するように、オイルシールの形状および配置が設定されている。

このような従来のシャフト支持構造では、組立時において、軸受けとシャフトとのセンタリング（中心同士の位置合わせ）を行いながら、軸受けおよびオイルシールにシャフトを挿入させるような組立方法が採用されている。しかしながら、現実的には、軸受けとシャフトとのセンタリングを高精度に行うことは難しい場合も多く、このような場合にあっては、シャフトの先端とオイルシールのリップ部とが干渉してオイルシールが過度に変形されて、弾性材料により形成されているリップ部を損傷させるおそれがある。リップ部の損傷は、オイルシールのシール機能を阻害させ、このようなシャフト支持構造を備える回転駆動装置において、オイル漏れ等の問題が生じる場合がある。

そのため、従来のシャフト支持構造では、例えば、特許文献１に開示されているように、組立時において、オイルシールのリップ部とシャフトとの接触によるリップ部の変形量を抑制するように、挿入されるシャフトを案内するガイド部材を設けた構造、すなわち、オイルシール保護構造が提案されている。

近年、特に、例えば産業用ロボットの分野では、ロボットアームなどを高精度に動作制御することが求められており、このような産業用ロボットが備える回転駆動装置において、より高い製作精度が求められている。一方、このようなシャフト支持構造において、シャフトが挿入された後、オイルシールのリップ部に損傷が生じていないかどうかを判断することは構造的に難しい場合が多い。このようなシャフト支持構造を有する装置の信頼性を確保するためにも、組立時等におけるオイルシールへの損傷の発生を確実に抑制することが強く望まれている。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、相対的に回転駆動されるシャフトの支持構造において、シャフト組立時等におけるオイルシールの損傷の発生を防止できるオイルシール保護構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、相対的に回転駆動可能に支持されたシャフトと、シャフトの周面に弾性的に密着される環状のリップ部を有するオイルシールと、シャフトの周面に接する摺接面を有する環状のガイド部材とを備え、ガイド部材の摺接面に接するシャフトの周面と、リップ部が接触するシャフトの周面とが、同じ外径にて形成され、ガイド部材の摺接面とリップ部とがシャフトの周面に接していない状態において、ガイド部材の摺接面の内径がリップ部の内径よりも大きく形成され、ガイド部材の摺接面とシャフトの周面とが接することにより、オイルシールのリップ部とシャフト周面との密着位置が規定されており、オイルシール保護構造の組立時において、オイルシールよりも先にガイド部材にシャフトが挿入されるように、オイルシールおよびガイド部材が配置されていることを特徴とする、オイルシール保護構造を提供する。

本発明の第２態様によれば、オイルシールに隣接してガイド部材が配置されている、第１態様に記載のオイルシール保護構造を提供する。

本発明によれば、相対的に回転駆動可能に支持されたシャフトの周面に弾性的に密着される環状のリップ部を有するオイルシールが配置されたオイルシール保護構造において、シャフトの周面に接する摺接面を有する環状のガイド部材が備えられているため、ガイド部材の摺接面とシャフトの周面とが接することにより、オイルシールのリップ部とシャフト周面との密着位置を規定することができる。

したがって、例えば、オイルシール保護構造の組立時において、シャフトの先端をオイルシールに挿入させる際に、ガイド部材の摺接面がシャフトの周面と接して、オイルシールのリップ部とシャフト周面との密着位置を規定することができ、リップ部が必要以上に変形することを防止することできる。よって、オイルシール保護構造の組立時において、挿入されるシャフトとの接触により過度に変形されてオイルシールが損傷することを確実に防止することができる。また、組立後においても、ガイド部材の摺接面がシャフトの周面と接触した状態が保たれるため、回転駆動されるシャフトが振れることを抑制でき、シャフトの回転駆動によってオイルシールが損傷することも防止できる。

本発明の一の実施形態にかかるオイルシール保護構造の模式断面図 図１のオイルシール保護構造におけるシャフト挿入状態の模式断面図

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の一の実施形態にかかるオイルシール保護構造１０の模式断面図を図１に示す。図１のオイルシール保護構造は、例えば、産業用ロボット等が有する回転駆動装置に備えられた相対的に回転駆動されるシャフトに用いられるオイルシールを保護する構造である。また、図１のオイルシール保護構造１０において、組立時にシャフトが挿入されている状態の模式断面図を図２に示す。

図１に示すように、オイルシール保護構造１０は、その図示下部において、固定フレーム７に固定された円筒状のシャフト１と、図示しない回転駆動手段により回転駆動可能にこのシャフト１の周囲に支持されたフレーム５と、シャフト１の端部付近周面に配置された２個の環状のオイルシール３とを備えている。

また、オイルシール３は、シャフト１の周面に弾性的に密着されるリップ部３ａを有している。それぞれのオイルシール３は、回転駆動されるフレーム５の孔部５ａの内壁に形成された凹部５ｂに嵌め合いされた状態にて支持されており、この支持状態にて、環状のリップ部３ａの内縁端が、シャフト１の周面に環状に密着されている。なお、オイルシール３は、弾性変形により、リップ部３ａとシャフト１の周面との確実な密着が実現されるように、高い弾性率を有する材料（高弾性材料）により形成されることが好ましい。このようにそれぞれのオイルシール３のリップ部３ａがシャフト１の周面に環状に密着していることにより、フレーム５の回転駆動、すなわちフレーム５に対するシャフト１の相対的な回転駆動を阻害することなく、シャフト１の周面沿いにオイル等が漏れ出すことが防止されている。

さらに、図１に示すように、それぞれのオイルシール３の図示下方側には、環状のガイド部材６が配置されている。ガイド部材６は、シャフト１の周面に環状に接する摺接面６ａを有しており、摺接面６ａとシャフト１の周面との接触摩擦抵抗が、シャフト１の回転駆動を阻害することがないように、摺接面６ａの表面粗さやガイド部材６の材質が選定されている。このようなガイド部材６の材質としては、摩擦抵抗が小さく、耐摩耗性が高い材質として、例えば、ポリアセタール樹脂が用いられる。なお、このガイド部材６は、フレーム５の孔部５ａの内壁に固定されている。

ここで、オイルシール保護構造１０の組立状態の模式断面図である図２を用いて、さらに詳細に説明する。

図２に示すように、シャフト１が挿入されていない状態において、それぞれのオイルシール３は、その内径（リップ部３ａの内縁端の径）Ｄ２が、シャフト１の外径（周面の径）Ｄ１よりも僅かに小さくなるように形成されている。すなわち、シャフト１の周面とオイルシール３のリップ部３ａとが接触した状態にて、リップ部３ａが弾性的に変形されることで、両者の密着性が確保されるように、シャフト１の外径Ｄ１とオイルシール３の内径Ｄ２との寸法差が設定されている。

さらに、図２に示すように、ガイド部材６の内径（摺接面６ａの径）Ｄ３は、シャフト１の外径Ｄ１と略同じに形成されており、シャフト１が挿入された状態にて、ガイド部材６の摺接面６ａとシャフト１の周面とが隙間なく接するように、両者の寸法公差が設定されている。そのため、ガイド部材６の摺接面６ａは、それぞれのオイルシール３のリップ部３ａの内縁端よりも、シャフト１の軸芯に対して外側に位置されている。なお、例えば、シャフト１の外径Ｄ１が５０ｍｍ、オイルシール３の内径Ｄ２が４９．５ｍｍ、ガイド部材６の内径Ｄ３が５０ｍｍにて形成されている。また、ガイド部材６は、そのガイド幅（シャフト１の軸方向沿いの長さ）が大きく設定される程、シャフト１をより高い精度にて案内することができるが、このようなガイド幅は、摩擦抵抗や部品サイズなどの観点から決定することが好ましい。

このような構造を有するオイルシール保護構造１０において、それぞれのオイルシール３にシャフト１を挿入する方法について、図２を用いて説明する。

まず、シャフト１の軸芯と、ガイド部材６の中心との位置合わせ（センタリング）を行う。その後、シャフト１の先端（図示上端）をガイド部材６に近づけて、ガイド部材６の摺接面６ａにシャフト１の先端を当接させる。この当接により、例えば、挿入状態におけるシャフト１の僅かな傾きやセンタリング位置ずれなどを機械的に補正して、適正な挿入姿勢を保つことができる。

その後、それぞれのオイルシール３にシャフト１を挿入させることにより、オイルシール３のリップ部３ａがシャフト１の周面と接触して弾性的に変形され、それぞれのリップ部３ａとシャフト１の周面との密着による封止が行われる。このとき、ガイド部材６により適正な挿入姿勢が保たれた状態にてシャフト１がそれぞれのオイルシール３に挿入されるため、シャフト１の先端（図示上端）等によりリップ部３ａが過度に変形されることを防止でき、オイルシール３が損傷することを確実に防止できる。

また、図１に示すように、シャフト１が挿入されて組み立てられた状態のオイルシール保護構造１０において、ガイド部材６の摺接面６ａが、シャフト１の周面に隙間なく接した状態とされていることにより、例えば、フレーム５が回転駆動されることによりフレーム５に対して相対的に回転駆動されるシャフト１の周面の位置を規制することができる。その結果、回転駆動された際に、シャフト１が振れることを抑制することができ、シャフト１の振れにより生じるオイルシール３の変形を抑制して、シャフト１の回転駆動に起因したオイルシール３の損傷の発生を防止できる。なお、特許文献１の従来のシャフト支持構造では、ガイド部材とシャフトとの間に隙間が存在しており、ガイド部材によりシャフトの振れ止めを行うという考え方は、特許文献１には開示されていない。

したがって、以上に述べた構成が、本実施形態のオイルシール保護構造１０に採用されていることにより、組立時および使用時（回転駆動時）において、ガイド部材６の摺接面６ａとシャフト１の周面とが接することで、オイルシール３のリップ部３ａとシャフト１の周面との密着位置を規定することができる。よって、組立時および使用時において、オイルシール３が損傷することを防止して、高精度かつ信頼性の高いオイルシール保護構造を提供することができる。

なお、オイルシール保護構造１０の組立前の状態におけるオイルシール３の内径Ｄ２とシャフト１の外径Ｄ１との寸法差は、リップ部３ａにて許容される弾性変形量やオイルシール３に求められる封止の程度などに基づいて決定することができる。また、ガイド部材６が弾性材料により形成されているような場合にあっては、ガイド部材６の内径Ｄ３が、シャフト１の外径Ｄ１よりも僅かに小さく設定されるような場合であってもよい。ただし、このような場合であっても、ガイド部材６の内径Ｄ３は、オイルシール３の内径Ｄ２以上であることが好ましく、内径Ｄ２より僅かに大きく設定されていることがより好ましい。

また、図１および図２に示すように、オイルシール３の図示下方側に隣接してガイド部材６が配置されているような場合を例として説明したが、オイルシール３からガイド部材６が離間して配置されているような場合であっても良い。このような場合であっても、オイルシール３の近傍にガイド部材６が配置されていれば、シャフト１の挿入時にガイド部材６によりオイルシール３の保護を行うことができる。ただし、シャフト１の挿入時におけるオイルシール３の確実な保護という観点からは、オイルシール３に実質的に隣接するようにガイド部材６が配置されていることが好ましい。また、シャフト１が挿入される際に、オイルシール３よりも先にガイド部材６にシャフト１が挿入されるように、ガイド部材６が配置されることがさらに好ましい。すなわち、図２に示すように、図示下方側からシャフト１が挿入されるような場合には、それぞれのオイルシール３の下方側の位置にガイド部材６が配置されていることで、組立時にオイルシール３を確実に保護できる。

また、ガイド部材６が複数設けられるような構成も採用することができる。フレーム５の回転駆動時におけるシャフト１の振れ止めを行うという観点からは、複数のガイド部材６は、２箇所以上に離間して配置されていることが好ましく、より一層の振れ止めの効果が期待できる。

なお、上述の説明では、固定フレーム７に固定されたシャフト１の周囲に配置されたフレーム５が回転駆動されるような構造を例として説明したが、このような場合に代えて、フレーム５が固定されて、シャフト１自体が回転駆動されるような構造を採用することもできる。すなわち、本実施形態のオイルシール保護構造１０は、フレーム５に対してシャフト１が相対的に回転駆動される構造に適用することができる。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

１ シャフト
３ オイルシール
３ａ リップ部
５ フレーム
６ ガイド部材
６ａ 摺接面
７ 固定フレーム
１０ オイルシール保護構造
Ｄ１ シャフトの外径
Ｄ２ オイルシールの内径
Ｄ３ ガイド部材の内径

Claims (2)

1. 相対的に回転駆動可能に支持されたシャフトと、
   シャフトの周面に弾性的に密着される環状のリップ部を有するオイルシールと、
   シャフトの周面に接する摺接面を有する環状のガイド部材とを備え、
   ガイド部材の摺接面に接するシャフトの周面と、リップ部が接触するシャフトの周面とが、同じ外径にて形成され、
   ガイド部材の摺接面とリップ部とがシャフトの周面に接していない状態において、ガイド部材の摺接面の内径がリップ部の内径よりも大きく形成され、
   ガイド部材の摺接面とシャフトの周面とが接することにより、オイルシールのリップ部とシャフト周面との密着位置が規定されており、
   オイルシール保護構造の組立時において、オイルシールよりも先にガイド部材にシャフトが挿入されるように、オイルシールおよびガイド部材が配置されていることを特徴とする、オイルシール保護構造。
2. オイルシールに隣接してガイド部材が配置されている、請求項１に記載のオイルシール保護構造。

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