专利名称：驱动轴的防水结构以及使用该防水结构的驱动轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如对驱动轴的外周围进行防水的结构，上述驱动轴用于传递驱动源的旋转力。特别地，本发明涉及长时间维持稳定的防水性能的对策。
背景技术：
一直以来，例如透视度传感器等的水中机械对壳体的水密性要求较高。特别是在具有从内部到外部贯通壳体的构件的情况下，必须具有用于确保该构件和壳体之间的较高的防水性的结构。如果具体地以透视度传感器为例进行说明，在具有用于净化透视度传感器的光学窗的摆动刮水器的情况下，在壳体内部收藏有刮水器用马达，在壳体的外部配置净化光学窗用的刮水片，用于向刮水片传递刮水器用马达的驱动力的驱动轴贯通壳体。因此在位于壳体上的驱动轴的贯通部分使用了用于确保防水性的防水结构。作为这种防水结构，目前为止，利用“油封(例如参照日本特开2003-126201号公报)”、“机械密封(例如参照日本特开平10-211348号公报)”、“带弹簧的树脂密封”等为众所周知。利用上述“带弹簧的树脂密封”的防水结构是对于实施了表面的研磨加工、或实施了用于提高硬度的表面处理的驱动轴，通过安装带弹簧的树脂密封(在内外的树脂制环构件之间夹有弹簧)来获得防水功能。
但是，上述现有的防水结构存在下述问题。
油封对于防止与水相比粘度较高的油的泄漏比较有效，但是不能有效地防止粘度较低的水的泄漏。即，短时间内失去防水性的可能性较高，缺乏作为防水结构的实用性。
机械密封由于构造比较复杂，本身体积较大，因此不适于小型零件。
对于使用了带有弹簧的树脂密封防水结构，对安装该带有弹簧的树脂密封的驱动轴，必须预先实施研磨加工和表面处理，需要较长的加工时间。并且，因为对驱动轴进行表面处理，可能会导致对于水的耐腐蚀性恶化。
发明内容
本发明鉴于上述课题而形成，其目的在于，提供对于用驱动轴外周围的防水结构，可以维持长时间的稳定的防水性能，容易适用于小型零件，并且驱动轴加工时间较短的驱动轴防水结构以及应用该防水结构的驱动轴。
为了实现上述目的所采取的本发明的解决方法如下，首先，以下述防水结构为前提，该防水结构利用环状密封构件对旋转轴支承体上所形成的贯通孔的内面和被插入该贯通孔的旋转轴的外面之间进行密封。对于该防水结构，在驱动轴的外面上的、上述密封构件所接触处的整个周围实施抛光加工，该抛光加工部分随着驱动轴的驱动而相对于密封构件进行滑动。
在现有的使用了密封构件(例如上述的带有弹簧的树脂密封等)的防水结构中，必须实施驱动轴的研磨加工和表面处理。例如如果是不锈钢制的驱动轴，为了提高轴的表面硬度而必须进行表面处理。因此就需要较长的加工时间。而如果利用本发明的解决方法，只要实施与上述研磨加工和表面处理相比简单的抛光加工即可，可以短时间内获得具有较高的防水性的防水结构。并且，利用抛光加工可以除去驱动轴外周面的微小突起而获得较高的光滑性(所谓实施镜面加工)，所以与密封构件之间的接触状态沿全周被均一化，抑制了由于与密封构件的滑动而产生的磨损。即，对于不锈钢等的硬度比较低的金属材料不必进行表面处理(用于提高硬度的处理)就可以使用。进一步地，与对驱动轴进行表面处理的情况不同，可以保持驱动轴对于水的耐腐蚀性。根据这些作用，利用本解决方法就可以长时间维持稳定的防水性能。另外，作为用于驱动轴的不锈钢的种类，具有耐水性的比较合适，例如选用奥氏体系的不锈钢，但不仅限于此。
如果进行更详细地说明，目前为止，上述带有弹簧的树脂密封件作为油封进行使用的情况较多。即，在树脂密封件的内周面与驱动轴的外周面之间特意形成规定尺寸的间隙，通过在该间隙中存有粘度比较高的油，而发挥密封的功能。相对于此，在本解决方法中，利用抛光加工提高驱动轴外周面的光滑性，并尽量减小与密封构件内表面之间的间隙，利用流入到该间隙中的水获得密封性和润滑性。即，在驱动轴的外表面上进行加工(抛光加工)，以获得如即使是粘度较低的水也可以保持在驱动轴的外周面和密封构件的内周面之间而发挥密封性和润滑性这样的间隙。即，本发明虽然是使用密封构件的构造，但利用与将上述树脂密封件作为油封进行使用的情况完全不同的机构发挥防的功能。这样，根据本发明，对于因为粘度低而难于防止泄露的水，可以获得良好的防水性。
进一步地，本解决方法与现有的机械密封不同，因为密封结构简单，所以可以实现密封部分的小型化，适于作为小型装置的密封结构进行使用。
另外，被用于上述防水结构的驱动轴也属于本发明的技术思想的范畴。即，该驱动轴是利用具有耐水性的不锈钢(例如奥氏体系)构成的，对外面的树脂密封的接触处的整个周围实施抛光加工。
图1所示为剖切实施例涉及的透视度传感器的内部结构的一部分的侧面图。
图2所示为摆动刮水器的驱动轴的侧面图。
图3所示为摆动刮水器的刮水器构件，(a)为正面图，(b)为底面图，(c)为侧面图。
图4所示为驱动轴与刮水器构件的连接状态的视图。
图5所示为用于对本发明效果进行确认的分析结果的视图。
具体实施例方式
以下根据附图对本发明的实施例进行说明。在本实施例中，对于将本发明涉及的防水结构，用于透视度传感器(用于测定生活用水、工业用水、海洋、河流、湖沼等处的透视度或清浊度的传感器的光学窗净化用的摆动刮水器的驱动轴的外周围的情况进行说明。透视度传感器的整体结构图1所示为剖切本实施例涉及的透视度传感器1内部构造的一部分的侧视图。如图1所示，本透视度传感器1具有大致呈圆筒形状的中空的壳体2和投光部3以及受光部4，上述壳体2具有水密结构；上述投光部30以及受光部4容纳在壳体2的内部。
上述壳体2的内部划分为图中下侧的投光侧组合件空间21和图中上侧的受光侧组合件空间22。即，上述投光部3被容纳在投光侧组合件空间21内，另一方面，上述受光部4被容纳在受光侧组合件空间22内。
壳体2的外周面上的、投光侧组合件空间21和受光侧组合件空间22的分界部分的截面凹陷成コ字形状，在该凹陷部分23上形成透视度检测空间S。并且，投光部3和受光部4隔着该透视度检测空间S相对着进行配置。即，成为从投光部3向受光部4进行投光的结构。进一步地，在投光部3的投光侧(图中上侧)构成投光窗的投光用玻璃32，和在受光部4的受光侧(图中下侧)构成受光窗的受光用玻璃42分别借助O型圆环等密封材料(省略图示)以水密状态安装在壳体2上。
根据上述构造，在将本透视度传感器1浸入到水中的状态下，从投光部3发射出的光透过投光用玻璃32、透视度检测空间S的水(利用该水，光被分散和吸收)、以及受光用玻璃42而射入到受光部4。因此，向受光部4射入的光量对应于透视度检测空间S中的水的透视度而变化，从受光部4输出的信号成为表示在壳体2浸入位置处水的透视度的值。该输出信号借助从壳体2引出的电缆12，向例如本透视度传感器所连接的图中未表示的监测器装置发送，在该监测器装置的液晶显示部等处被表示出来。
另外，本透视度传感器1被制作成小型便携的类型，例如壳体2的外径是32mm，高度是140mm。并且，作为壳体2的材料使用奥氏体系的不锈钢，作为投光用玻璃32以及受光用玻璃42的材料使用蔚蓝色玻璃。
在这里，上述各玻璃32、42的表面在使用状态时，经常处于接触被检测的水(透视度检测空间S内的水)的状态，但是在各玻璃32、42的表面上如果附着有水中的悬着物等，射入到受光部4的光量就会因此而衰减，从受光部4输出的信号就不能表示正确的透视度。因此，各玻璃32、42的表面在使用状态下必须连续地或者周期地(例如每30分钟)进行净化。各玻璃32、42的表面利用以下所示的摆动刮水器5进行净化。
摆动刮水器5的结构用于净化各玻璃32、42的表面的摆动到水器5通过橡胶制的刮水片55擦拭各玻璃32、42的表面而进行净化作业，以下，对其结构进行详述。
如图1所示，摆动刮水器55具有刮水器用马达51、齿轮组合件52、作为本发明所述驱动轴的驱动轴53、刮水器构件54。
刮水器用马达51收藏在上述壳体2的投光侧组合件空间21的底部，伴随着该刮水器用马达51的驱动，其旋转力经过马达旋转轴51a、齿轮组合件52传递到驱动轴53。并且，在该驱动轴53的前端安装刮水器构件54(用于该安装的构造后述)，伴随着驱动轴53的旋转驱动，刮水器构件54绕着垂直轴(绕着在吊挂本透视度传感器1的状态下的垂直轴)进行转动。并且，在该刮水器构件54上，橡胶制的刮水片55以接触各玻璃32、42的表面(与透视度检测空间S的水相接的面)的方式进行安装。通过将上述刮水器用马达51的驱动方向进行正反向驱动，而使驱动轴53正反向旋转，伴随于此，刮水器构件54摆动而使刮水片55擦拭各玻璃32、42的表面。图1中的符号7是用于对后述的臂56b进行定位的臂罩。
下面，对上述驱动轴53以及刮水器构件54进行详细说明。
图2是驱动轴的53的侧面图(处于安装了下述的密封圈6的状态)。该驱动轴53是奥氏体系不锈钢制，其下端以及轴心方向的中央部分分别借助轴承被支承着可以绕着垂直轴自由转动(参照图1)。
并且，在该驱动轴53的轴心方向的中央部分具有利用抛光加工(利用滚压加工工具等进行的表面精加工)形成为光滑面(例如表面粗糙度Ra＝0.015)的抛光加工部53e。另外，在该抛光加工部53e上安装密封构件6，可以很好地确保投光侧组合件空间21的水密性。
被安装在驱动轴53和壳体2之间的密封圈6的构造如图2所示，在内侧环61和外侧环62之间夹有弹簧63。内侧环61以及外侧环62都是形成为环状的树脂成型品，内侧环61的内径尺寸与上述抛光加工部53e的外径尺寸大致相同。并且，外侧环62的外径尺寸与形成在上述壳体2(本发明中所述的旋转轴支承体)上的驱动轴插入孔25(本发明中所述的贯通孔)的内径尺寸大致相同。并且，利用弹簧63的弹压力，内侧环61被按压向抛光加工部53e(朝向内侧)，外侧环62被按压向壳体2的驱动轴插入孔25(朝向外侧)，据此可以获得防水性能。在这种状态下，驱动轴53对于内侧环61可以相对自由转动，并且，与上述抛光加工部53e相接的内侧环61的内周面以及与驱动轴插入孔25相接的外侧环62的外周面都形成光滑的面。
另外，在驱动轴53的前端部具有形成为较小直径(例如外径为2.7mm)的连接部53c，并且，在该连接部53c的基部(图2中下侧端部)形成用于与后述的刮水器构件54相结合的平的滚花53g。具体地说，形成齿数为20个的平的滚花53g。该平的滚花53g通过滚压成形加工形成。通过这种滚压成形加工可以廉价地获得高强度。
下面，对刮水器构件54进行说明，图3所示为刮水器构件54，图3(a)为正面图，图3(b)为底面图，图3(c)为侧面图。并且，图4所示为上述驱动轴53与刮水器构件54连接的状态的视图。
如这些图所示，刮水器构件54具有金属制(例如奥氏体系不锈钢制)刮水器基座56、平板状的刮水片支柱57以及橡胶制的刮水片55，上述刮水器基座56利用金属粉末注射模塑成型法(MIM法金属注射模塑)形成；上述橡胶制的刮水片55被夹在上述刮水器基座56以及刮水片支柱57之间。
刮水器基座56具有作为刮水片55的安装部的大致呈平板状的板部56a和连接该板部56a的一端边缘(图3(a)的左下部分)而形成的、并且具有被上述驱动轴53的连接部53c插入的连接孔56c的臂56b。另外，刮水片55的高度尺寸设定为比刮水器基座56以及刮水片支柱57稍大，在该刮水片55的安装状态下，刮水片55的上端边缘部分以及下端边缘部分成为从刮水器基座56以及刮水片支柱57在上下方向突出的状态，该突出部分分别接触投光用玻璃32以及受光用玻璃42。并且，刮水器基座56、刮水片55以及刮水片支柱57的组装利用螺旋夹形成。
并且，上述臂56b被加工成连接孔56c的内周面与上述驱动轴53的平的滚花53g的形成部分的形状大致配合的带槽的孔状。具体地说，沿全周形成齿数为20的带槽的孔的形状。
并且，如果将驱动轴53插入刮水器基座56中，平的滚花53g的加工部分就间隙配合在带槽的孔状加工部分56d上，连接孔56c的轴心位置与连接部53c的轴心位置就成为可以相对移动的状态，上述驱动轴53在连接部53c处具有上述平的滚花53g；上述刮水器基座56在上述连接孔56c处具有上述形状的带槽的孔状加工部分56d。也就是说，即使在没有高精度地获得带槽的孔状加工部分56d以及平的滚花53g的形状、连接孔56c的轴心位置以及连接部53c的轴心位置不一致的情况下，通过滚花加工部分间隙配合在带槽的孔状加工部分上，虽然容许两者的轴心位置错位、轴向错位、旋转轴的偏心，也可以可靠地进行动力传递。
在本实施例中，如上所述，作为用于对驱动轴53的外周围进行防水的结构，使用与驱动轴53的外面相接的面利用树脂形成的密封环6，在驱动轴53的外面上的密封环6所接触处的整个周围施加抛光加工。因此，通过使用简单的抛光加工，可以短时间获得具有高防水性的防水构造，并且，在驱动轴53的外周面上获得高的光滑性而抑制驱动轴的磨损，进一步地，可以维持驱动轴53对水的耐腐蚀性。其结果，可以长时间维持稳定的防水性能。
分析结果下面对用于确认本发明的效果的分析结果进行说明。在这里，对于使用上述密封环6作为驱动轴53外周围的防水结构，分别对本实施例所涉及的本发明的产品(在奥氏体系不锈钢制的驱动轴53的密封环安装部分施加抛光加工)、作为比较例1的在除奥氏体系的不锈钢制的驱动轴的密封环安装部分上施加淬火以及研磨处理的产品、作为比较例2的在钛制驱动轴的密封环安装部分上进行研磨处理的产品、以及作为比较例3的在镍合金制的驱动轴的密封环的安装部分上施加镀铬处理的产品进行分析，将其结果表示在图5中。
由图5可知，本发明的产品在耐压性方面比比较例1以及比较例3好，在寿命(到失去防水性的时间)方面也比比较例1以及比较例3好，在加工性方面比比较例2以及比较例3好。
并且，作为密封性指标的表面粗糙度Ra(密封环安装部分的表面粗糙度)，在最大突起高度Rp、初期磨损高度Rpk方面，本发明的产品比各比较例的都低，证明可以很好地确保密封性。并且，对于作为与密封环6的内表面之间的摩擦大小的指标的负荷长度率tp，本发明产品比各比较例的低，证明与密封环的内周面之间的摩擦较小。并且，对于作为与密封环6的内周面之间的润滑性的指标的负荷长度率2Mr2，本发明的产品与各比较例相比非常高，证明密封环6的存在不会给驱动轴53的转动带来障碍。
其他实施例以上说明的实施例是对将本发明涉及的防水结构用于透视度传感器1的光学窗净化用的摆动刮水器5的驱动轴上的情况进行说明。本发明不仅限于此，还可以用于要求防水性的各种场合。
并且，作为本发明涉及的防水结构所使用的密封构件，也不限于加弹簧的树脂密封，O型环之外的其他密封构件也可以使用。
更进一步地，本发明不限于对于“水”的防水结构，也可以用于防止黏度较低的液体等侵入的结构。
本发明只要不脱离其宗旨以及主要特征，可以以其他的各种形态进行实施。因此，上述实施例在所有点上只不过是例示，并非限定的解释。本发明的范围利用权利要求的范围表示，在说明书中不做任何约束。更进一步地，属于权利要求范围等同的范围的变型和变更，全都属于本发明的范围内。
本申请要求于2004年2月2日在日本申请的特愿2004-025895号专利申请优先权，其所有的内容都引入本申请中。
权利要求
1.一种驱动轴的防水结构，利用环状的密封构件对旋转轴支承体上形成的贯通孔的内面和插入该贯通孔的驱动轴的外面之间进行密封，其特征在于，上述驱动轴在其外面中的、上述密封构件所接触处的整个周围进行抛光加工，伴随上述驱动轴的驱动，上述抛光加工部分相对于上述密封构件进行滑动。
2.权利要求1所述的驱动轴的防水结构，其特征在于，上述驱动轴由不锈钢制成。
3.权利要求1或者2所述的驱动轴的防水结构，其特征在于，上述密封构件是带弹簧的树脂密封件。
4.一种使用了权利要求1所述的防水结构的驱动轴，其中，由不锈钢构成，在其外面的、上述密封构件所接触处的整个周围施加抛光加工。
5.权利要求4所述的驱动轴，其特征在于，由奥氏体系不锈钢制成。
全文摘要
为了确保透视度传感器等的水中机械的壳体的水密性，对于利用密封环(6)对摆动刮水器驱动轴(53)周围进行密封的防水结构，在驱动轴(53)的外面上的密封环(6)的接触处的整个周围施加抛光加工。
文档编号F16J15/16GK1651809SQ20051000594
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月1日 优先权日2004年2月2日
发明者濑尾笃 申请人:欧宝士株式会社