DE112007003017T5

DE112007003017T5 - Abdichtvorrichtung und Verfahren zum Herstellen dieser Vorrichtung

Info

Publication number: DE112007003017T5
Application number: DE112007003017T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Maeda; Yoshiyuki Abe
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2027-12-15
Also published as: CN101563559B; DE112007003017B4; KR101063111B1; JPWO2008072738A1; KR20090079983A; US20100084820A1; CN101563559A; WO2008072738A1; JP5157914B2; US8561999B2

Abstract

Abdichtvorrichtung,
die in einer ringartigen Nut sitzt, die in einem Gehäuse mit einem Wellenloch oder einer Welle ausgebildet ist, die in das Wellenloch eingeführt ist, und
die dazu dient, einen ringartigen Zwischenraum zwischen diesen beiden Elementen abzudichten, und
die einen Dichtring aufweist, der aus Kunststoff hergestellt ist und der in Gleitkontakt mit dem anderen der beiden Elemente steht, und
die einen elastischen Ring aufweist, der zwischen dem Dichtring und der ringartigen Nut sitzt, wobei
der Dichtring eine Vielzahl an konkaven Abschnitten aufweist, die an seiner Gleitfläche ausgebildet sind, die in Gleitkontakt mit dem anderen Element steht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtvorrichtung, die für einen hydraulischen Zylinder oder dergleichen verwendet wird, und auch auf ein Herstellverfahren dieser Abdichtvorrichtung.
HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
In Abdichtvorrichtungen, die für hydraulische Zylinder verwendet werden, die darin angepasst sind, dass sie als Antriebseinrichtung für den Maschinenbau verwendet werden, sind bislang eine Vielfalt an Arten an Abdichtvorrichtungen vorgeschlagen worden, um die Schmiereigenschaft der Gleitflächen zu verbessern (siehe die nachstehend erwähnten einzelnen Patentschriften).
Beispielsweise ist in einem Patentdokument 1 eine Abdichtvorrichtung vorgeschlagen worden, die aus einem Dichtring, der aus PTFE (Polytetrafluoroethylenharz bzw. -kunststoff) hergestellt ist, und einem Stützring aufgebaut ist, der aus einem elastischen Gummimaterial ausgebildet ist. Obwohl diese Abdichtvorrichtung dazu gedacht ist, den Gleitwiderstand durch die Verwendung von PTFE für den Dichtring, der im Hinblick auf ein Gegenelement gleitet, zu verringern, ist es im Hinblick auf das Druckwiderstandvermögen gegenüber einem hydraulischen Druck für jene Elemente von Nachteil, die aus Nylon (Harz bzw. Kunststoff der Polyamidart) hergestellt sind, wobei dieser mitunter bei Aufbringen eines hohen Drucks beschädigt wird oder reißt, während sich ein Phänomen eines Vorragens ergibt. Außerdem wirkt eine Spiralnut, die an einer Gleitfläche des Dichtrings ausgebildet ist, so, dass sie eine Druckseite und eine Nichtdruckseite in Kommunikation miteinander anordnet, wobei ein Ölleckagekanal ausgebildet wird, wobei als Folge davon sich ein Problem eines geringen Abdichtvermögens ergibt.
Außerdem ist in dem Patentdokument 2 eine Abdichtvorrichtung vorgeschlagen worden, die dazu gedacht ist, die Schmiereigenschaft zu verbessern, indem eine Vielzahl an ringartigen Vorsprüngen an einer Gleitfläche eines Dichtrings vorgesehen wird, die dazu dienen, das Schmiermittel zu halten. Jedoch ergibt sich dabei das folgende Problem. Das heißt, selbst wenn ein Fehler oder dergleichen in jedem ringartigen Vorsprung an einem Ort von diesem erzeugt wird, sind Schmiernuten zwischen benachbarten einzelnen ringartigen Vorsprüngen in Kommunikation zueinander angeordnet, so dass ein Leckagekanal, der von der Druckseite bis zur Nichtdruckseite (nicht mit Druck beaufschlagte Seite) führt, wahrscheinlich ausgebildet wird, womit mit Leichtigkeit das Abdichtvermögen verringert wird. Anders ausgedrückt kann gesagt werden, dass ein Sicherheitsfaktor in Bezug auf das Abdichtvermögen gering ist.
Darüber hinaus ist in dem Patentdokument 3 eine Abdichtvorrichtung vorgeschlagen worden, die dazu gedacht ist, die Schmiereigenschaft zu verbessern, indem eine Vielzahl an Löchern vorgesehen ist, die dazu dienen, zwischen einer Innenumfangsfläche und einer Außenumfangsfläche eines für eine geringe Reibung ausgelegten Rings zu verbinden, wobei jedoch dabei ein Problem dahingehend besteht, dass die Festigkeit des für die geringe Reibung ausgelegten Rings selbst aufgrund des Vorsehens der Löcher verringert wird. Außerdem besteht noch ein weiteres Problem dahingehend, dass bei Aufbringen eines hohen Drucks ein elastischer Dichtring (ein aus Gummi hergestellter Gegenring) dazu gebracht wird, dass er in die Löcher an der Innenumfangsfläche des für die geringe Reibung ausgelegten Rings hinein vorragt, was somit zu seiner Beschädigung führt.
Nachstehend wird auf eine Abdichtvorrichtung Bezug genommen, die in einer Patentdruckschrift 4 vorgeschlagen ist, wobei auf 12 verwiesen wird. 12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Abdichtvorrichtung gemäß diesem Stand der Technik.
Eine Abdichtvorrichtung 100 dient dazu, einen ringartigen Zwischenraum zwischen einer Innenumfangsfläche eines hydraulischen Zylinders 400 und einer Außenumfangsfläche eines Kolbens 500 abzudichten, und sie sitzt in einer ringartigen Nut 600, die an der Außenumfangsfläche des Kolbens 500 ausgebildet ist. Die Abdichtvorrichtung 100 weist einen Dichtring 200, der aus Nylon hergestellt ist und der in Gleitkontakt mit der Innenumfangsfläche des hydraulischen Zylinders 400 steht, und einen elastischen Ring 300 auf, der zwischen dem Dichtring 200 und einem Nutboden einer ringartigen Nut 600 sitzt, die dazu dient, den Dichtring 200 gegen die Innenumfangsfläche des hydraulischen Zylinders 400 zu drücken.
Diese Abdichtvorrichtung 100 hat eine ringartige Ölnut 700, die an einer Außenumfangsfläche des Dichtrings 200 ausgebildet ist, d. h. seine Gleitfläche steht in Gleitkontakt mit der Innenumfangsfläche des hydraulischen Zylinders 400 entlang seiner Umfangsrichtung. Diese Ölnut 700 wirkt als eine Druckkammer aufgrund des Erzeugens eines Speicherdrucks, der durch den Druck eines angespeicherten Fluids bewirkt wird, das abzudichten ist, wobei er dazu dient, die Gleitabschnitte zu schmieren und gleichzeitig eine Expandierkraft, die auf den Dichtring einwirkt, zu verringern, womit er ermöglicht, eine Verringerung des Gleitwiderstands des Dichtrings zu erzielen.
Wenn jedoch Fehler oder dergleichen jeweils in einem Paar an ringartigen Vorsprüngen erzeugt werden, die gegenüberstehende Seitenwände der Ölnut 700 ausbilden, kann es sein, dass ein Leckagekanal für das Fluid, das abzudichten ist, ausgebildet wird, wodurch sich eine Gefahr dahingehend ergibt, dass das Abdichtvermögen des Dichtrings 200 möglicherweise leicht verringert werden kann. Außerdem ist, damit die Ölnut 700 die Funktion der Druckkammer in ausreichendem Maße aufzeigt, ein vorgeschriebener Gleitabstand erforderlich, und folglich ergibt sich eine Möglichkeit dahingehend, dass ein erwarteter Effekt möglicherweise nicht in einer Anfangsstufe des Betriebs erreicht wird.
Des Weiteren wurde, um diese Probleme zu lösen, ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Gleitfläche eines Dichtrings mittels Sandstrahlen oder dergleichen so bearbeitet wird, dass die Oberfläche aufgeraut wird, wodurch die Oberfläche mit kleinen Unregelmäßigkeiten versehen wird. Jedoch ergibt sich dabei das folgende Problem. Das heißt, wie dies in 13 dargestellt ist, werden jene Abschnitte, die zwischen benachbarten konkaven Abschnitten liegen, zu mit Spitzen versehenen Vorsprüngen, so dass ein hoher Oberflächendruck an diesen Vorsprüngen erzeugt wird, wodurch die kleinen Unregelmäßigkeiten in relativ schneller Zeit verschleißen. Hierbei ist zu beachten, dass 13 eine schematische Querschnittsansicht der Unregelmäßigkeiten zeigt, die mittels des Sandstrahlens ausgebildet werden.
Außerdem ist in dem Fall, bei dem Nylon als ein Material für die Kolbendichtung verwendet wird, die Fähigkeit des Druckwiderstandsvermögens viel besser, jedoch wird der Gleitwiderstand höher im Vergleich zu dem Fall der Anwendung von PTFE, so dass sich ein Problem dahingehend ergibt, dass dann, wenn ein hydraulischer Zylinder betätigt wird, ein sogenanntes Haftrutschphänomen auftritt, was somit die Erzeugung von Schwingungen erleichtert.
Darüber hinaus ist als eine Hochdruckkolbendichtung außerdem eine Abdichtvorrichtung bekannt, die einen Dichtring, der aus PTFE hergestellt ist, Gegendichtringe, die aus Nylon hergestellt sind und die an den gegenüberliegenden Seiten des Dichtrings angeordnet sind, und einen Vorspannring zum Vorspannen dieser Ringe aufweist (siehe beispielsweise das Patentdokument 8). Jedoch besteht diese Abdichtvorrichtung aus den vier Elementen, und folglich ergab sich ein Problem dahingehend, dass diese Abdichtvorrichtung aus dem Gesichtspunkt der Kosten ungünstig war.

Patentdokument 1: Japanische Gebrauchsmusteranmeldung mit der Offenlegungsnummer S60-101 265
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H09-250 640
Patentdokument 3: Japanische Gebrauchsmusteranmeldung mit der Offenlegungsnummer S58-16 459
Patentdokument 4: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H10-213 231
Patentdokument 5: Japanisches Patent Nr. 3 114 874
Patentdokument 6: Japanische Gebrauchsmusteranmeldung mit der Offenlegungsnummer H04-136 364
Patentdokument 7: Japanische Gebrauchsmusteranmeldung mit der Offenlegungsnummer H04-129 969
Patentdokument 8: Japanische Gebrauchsmusteranmeldung mit der Offenlegungsnummer S59-180 056

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung soll die vorstehend erläuterten Probleme des Standes der Technik lasen und ihre Aufgabe ist es, eine Abdichtvorrichtung zu schaffen, die dazu gedacht ist, dass sie ihren Gleitwiderstand verringern kann. Außerdem ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Abdichtvorrichtung zu schaffen, die unter geringen Kosten hergestellt werden kann, während die Funktion einer herkömmlichen Abdichtvorrichtung aufrechterhalten bleibt.
LÖSUNG DER AUFGABE
Um die vorstehend dargelegte Aufgabe zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Abdichtvorrichtung geschaffen worden, die in einer ringartigen Nut sitzt, die in einem Gehäuse mit einem Wellenloch oder einer Welle ausgebildet ist, die in das Wellenloch eingeführt ist, und die dazu dient, einen ringartigen Zwischenraum zwischen diesen beiden Elementen abzudichten, und die einen Dichtring aufweist, der aus Kunststoff hergestellt ist und der in Gleitkontakt mit dem anderen der beiden Elemente steht, und die einen elastischen Ring aufweist, der zwischen dem Dichtring und der ringartigen Nut sitzt, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Dichtring eine Vielzahl an konkaven Abschnitten aufweist, die an seiner Gleitfläche ausgebildet sind, die in Gleitkontakt mit dem anderen Element steht.
Durch diesen Aufbau wird ein Teil des abzudichtenden Fluids, das aus dem Bereich, der gegenüber der Gleitfläche abzudichten ist, ausgetreten ist, in der Vielzahl an konkaven Abschnitten gehalten, die jeweils an der Gleitfläche ausgebildet sind, wodurch der Schmierzustand der Gleitfläche an dem Dichtring aufgrund eines Schmierfilms, der aus dem abzudichtenden Fluid ausgebildet wird, ausgezeichnet wird. Außerdem fungiert eine Kammer, die durch die konkaven Abschnitte und eine Oberfläche des anderen Elements definiert ist, als eine Druckkammer, so dass der Kontaktdruck des Dichtrings in Bezug auf das andere Element durch den Druck des abzudichtenden Fluids verringert wird, der in der Kammer gespeichert wird, womit ermöglicht wird, den Gleitwiderstand von diesem zu verringern.
Der Dichtring kann vorzugsweise konvexe Abschnitte haben, die jeweils so ausgebildet sind, dass sie die konkaven Abschnitte umschließen, und wobei sie von der Gleitfläche aus vorragen und gleichzeitig jeweils Anfangsgleitflächen haben.
Durch einen derartigen Aufbau gelangen zum Anfangszeitpunkt des Betriebs, bis das abzudichtende Fluid sich in den konkaven Abschnitten angesammelt hat, lediglich die Anfangsgleitflächen der konvexen Abschnitte, die sich um die konkaven Abschnitte herum erheben, jeweils in einen Gleitkontakt mit dem anderen Element, so dass die Kontaktbereiche des Dichtrings mit dem anderen Element gering werden, womit es möglich wird, den Gleitwiderstand zu verringern. Demgemäß kann der Gleitwiderstand bis zum Ausbilden eines stabilen Schmierfilms verringert werden, und die Erzeugung eines Haftrutschens kann unterdrückt werden.
Des Weiteren gelangt das abzudichtende Fluid in Zwischenräume, die zwischen den benachbarten einzelnen konvexen Abschnitten ausgebildet sind, wodurch das abzudichtende Fluid in sicherer Weise in die Gleitfläche eingeleitet werden kann, und das Ansammeln des abzudichtenden Fluids in den konkaven Abschnitten kann schneller ausgeführt werden, und gleichzeitig kann der Schmierzustand der Gleitfläche zum Zeitpunkt des Systemstarts (Anfangsbetriebsstufe) ausgezeichnet gestaltet werden.
Außerdem wird zu dem Zeitpunkt, bei dem die konvexen Abschnitte aufgrund ihres Gleitkontakts mit dem anderen Element Verschleiß erfahren haben, eine ausreichende Menge an abzudichtendem Fluid in den konkaven Abschnitten angesammelt, und gleichzeitig ist ein ausreichender Schmierfilm an der Gleitfläche ausgebildet worden, wodurch es möglich ist, einen ausgezeichneten Schmierzustand aufrechtzuerhalten.
Die konkaven Abschnitte können vorzugsweise ausgebildet werden, in dem Laser zu der Gleitfläche gestrahlt wird, und die konvexen Abschnitte können ausgebildet werden, indem sich das Material um die Öffnungsabschnitte der konkaven Abschnitte herum jeweils anhebt, das durch das Bestrahlen mit Laser geschmolzen ist.
Somit können die konkaven Abschnitte und die konvexen Abschnitte in einfacher und leichter Weise ausgebildet werden.
Der Dichtring kann vorzugsweise aus einem Harzmaterial (Kunststoffmaterial) ausgebildet sein, von dem ein Basispolymer ein thermoplastischer Kunststoff ist.
Somit kann die Fähigkeit oder Eigenschaft, dem Druck Widerstand entgegenzubringen, erhöht werden, wobei somit ein stabiles Abdichtvermögen aufgezeigt werden kann. Außerdem können in dem Fall, bei dem konkave Abschnitte mittels der Laserbearbeitung ausgebildet sind, die konvexen Abschnitte mit Leichtigkeit aus einem Teil des Materials ausgebildet werden, das aufgrund der Wärme des Lasers geschmolzen ist.
Darüber hinaus ist zur Lösung der vorstehend erläuterten Aufgabe ein Herstellverfahren einer Abdichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der vorstehend erwähnten Abdichtvorrichtung, welches gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte: Ausbilden der konkaven Abschnitte durch ein Bestrahlen von Laser zu der Gleitfläche, und Ausbilden der konvexen Abschnitte durch Erheben eines Materials jeweils um die Öffnungsabschnitte der konkaven Abschnitte herum, die durch das Bestrahlen mit Laser geschmolzen worden sind.
Durch dieses Verfahren können die konkaven Abschnitte und die konvexen Abschnitte in einfacher und leichter Weise ausgebildet werden.
Der Dichtring kann vorzugsweise aus einem Harzmaterial (Kunststoffmaterial) hergestellt werden, dessen Basispolymer ein thermoplastisches Harz (Kunststoff) ist.
Somit kann die Fähigkeit oder Eigenschaft, dem Druck Widerstand entgegenzubringen, verbessert werden, wobei somit ein stabiles Abdichtvermögen aufgezeigt werden kann. Außerdem ist es in dem Fall, bei dem die konkaven Abschnitte mittels Laserbearbeiten ausgebildet werden, möglich, die konvexen Abschnitte durch einen Teil des Materials, das aufgrund des Lasers geschmolzen worden ist, in einer leichten Weise auszubilden.
EFFEKTE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Verringerung des Gleitwiderstands zu erzielen. Außerdem kann ein Allzweckharz (Allzweckkunststoff) für eine Hochdruckkolbendichtung, die vier Elemente aufweist, aufgrund der Verbesserung der Gleiteigenschaft des Dichtrings verwendet werden, und folglich können die Materialkosten verringert werden, was ein Herstellen der Kolbendichtung unter geringen Kosten ermöglicht. Des Weiteren kann in einer Abdichtvorrichtung, die zwei Elemente eines Dichtrings, das aus einem Harz hergestellt ist, und einen elastischen Ring aufweist, falls PTFE angewendet wird, das allgemein und weitgehend als ein Gleitmaterial verwendet wird, die Gleiteigenschaft der Abdichtvorrichtung weiter verbessert werden, und wenn ein Allzweckharz angewendet wird, können die Materialkosten verringert werden, so dass eine Herstellung der Abdichtvorrichtung unter geringen Kosten möglich wird. Anders ausgedrückt ist die vorliegende Erfindung nicht auf derartige kombinierte Abdichtvorrichtungen beschränkt, sondern kann eine Verringerung des Gleitwiderstands in Bezug auf die aus Harz hergestellten Gleitelemente (beispielsweise Dichtringe, Verschleißringe, etc.) in einer einfachen Weise erzielen.
Genauer gesagt ist die vorliegende Erfindung dazu in der Lage, in einer mit einer Gleitfläche versehenen Abdichtvorrichtung eine Verbesserung der Gleiteigenschaft der Abdichtvorrichtung zu erzielen, indem die Form der Gleitfläche ohne Rücksicht auf die Eigenschaft der angewendeten Materialien entwickelt wird. Demgemäß kann der Auswahlbereich für die Materialien erweitert werden (d. h. es wird möglich, kostengünstige Materialien aufzugreifen, die keine so hohen Gleiteigenschaften haben), wodurch eine Kostenverringerung der Materialien vorgenommen werden kann. Außerdem ist es möglich, eine Anforderung an ausgezeichnete Gleiteigenschaft durch die Anwendung eines einzelnen Elementes zu erfüllen, obgleich in der Vergangenheit eine Vielzahl an Elementarten so kombiniert wurde, dass eine Verbesserung der Gleiteigenschaft erzielt wurde, während ihre individuellen Eigenschaften einander ergänzten. Demgemäß kann eine Kostenverringerung der Materialien aufgrund einer Verringerung der Anzahl an erforderlichen Bauelementen erreicht werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Abdichtvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Montagezustands der Abdichtvorrichtung.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer Außenumfangsfläche des Dichtrings in einem vergrößerten Maßstab.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht von konkaven Abschnitten.
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Abdichtvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
6 zeigt eine schematische Darstellung des schematischen Aufbaus einer Versuchsvorrichtung.
7 zeigt einen Vergleich zwischen durchschnittlichen Werten der Gleitwiderstände der Dichtringe.
8 zeigt ein Diagramm eines Vergleichs zwischen Endpunkttemperaturen.
9 zeigt ein Diagramm eines Vergleichs zwischen Leckagemengen.
10 zeigt ein Diagramm eines Vergleichs zwischen Beträgen der erzeugten Gleitwärme und Gleitwiderständen.
11 zeigt ein Diagramm eines Vergleichs zwischen den Gleitwiderständen.
12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Abdichtvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
13 zeigt eine schematische Querschnittsansicht von Unregelmäßigkeiten, die mittels Sandbestrahlen ausgebildet worden sind.
BESTE MODI ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachstehend ist der beste Modus zum Ausführen der vorliegenden Erfindung detailliert in beispielartiger Weise auf der Grundlage der folgenden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Jedoch sollte verständlich sein, dass die Maße, Materialien, Formen, Relativanordnungen und dergleichen der Bauteile, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben sind, nicht so aufgefasst werden sollen, dass sie den Umfang der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einschränken, es sei denn, dass dies anderweitig speziell so dargelegt ist.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Eine Abdichtvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus der Abdichtvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wobei
1A ihr äußeres Erscheinungsbild unter Betrachtung in einer axialen Richtung zeigt, und 1B eine Seitenansicht unter Betrachtung aus der Richtung des Pfeils A in 1A zeigt, wobei ein ausschnittartiger Querschnitt von dieser dargestellt ist. 2 zeigt einen schematischen halben Querschnitt eines montierten Zustands (Montagezustand) der Abdichtvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wobei 2A einen Zustand zeigt, bei dem kein Druck angewendet wird, und 2B einen Zustand zeigt, bei dem Druck angewendet wird.
Die Abdichtvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise als eine Abdichtvorrichtung für einen Kolben in einem hydraulischen Zylinder verwendet, d. h. eine sogenannte Kolbendichtung, die in einer ringartigen Nut sitzt, die an einer Außenumfangsfläche des Kolbens ausgebildet ist, um einen ringartigen Zwischenraum oder Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder abzudichten.
Die Abdichtvorrichtung 1 weist einen Dichtring 2 und einen elastischen Ring 3 auf und sitzt in einer ringartigen Nut 50, die an einer Außenumfangsfläche einer Welle 5 ausgebildet ist, in derartiger Weise, dass ein ringartiger Zwischenraum oder Spalt 6 zwischen einem Gehäuse (Zylinder) 4 mit einem Wellenloch und einer Welle (ein Kolben, eine Stange (Stab) oder dergleichen) 5, die in das Wellenloch eingeführt ist, abgedichtet wird.
Der Dichtring 2 ist ein ringartiges Element mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, und er ist an einer Öffnungsseite der ringartigen Nut 50 angeordnet. Eine Außenumfangsfläche 20 des Dichtrings 2 ist in einem Gleitkontakt mit einer Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 angeordnet, um eine Dichtfläche in Bezug auf das Gehäuse 4 auszubilden. Außerdem wird bei Aufbringen eines Ölhydraulikdrucks OP der Dichtring 2 zu einer Seite, die zu einem abzudichtenden Fluid entgegengesetzt ist (Nicht-Hydraulikdruckseite) (A) der ringartigen Nut 50 gedrückt, wodurch eine Seitenfläche (Endseite) 21 des Dichtrings 2 an der Seite, die zu dem abzudichtenden Fluid (A) entgegengesetzt ist, in einen engen Kontakt mit einer Seitenfläche 51 der ringartigen Nut 50 gebracht wird, wodurch eine Dichtfläche in Bezug auf die Welle 5 ausgebildet wird.
Als Materialien für den Dichtring 2 können Polytetrafluoroethylen (PTFE), das im Allgemeinen weit verbreitet als ein Gleitmaterial verwendet wird, und zusätzlich dazu gänzlich einem allgemeinen Zweck dienende thermoplastische Harze (Kunststoffe) verwendet werden, wie beispielsweise Polyamid (PA), Polyether-Ether-Keton (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyacetal (POM) und dergleichen können ebenfalls angewendet werden. Insbesondere kann Polyamid, das eine ausgezeichnete Druckwiderstandsfähigkeit hat und dennoch kostengünstig ist, den Dichtring mit einer Funktion eines Gegenrings versehen, wenn dieser für eine Hochdruckkolbendichtung verwendet wird, die vier Bauelemente aufweist, wobei somit die Anzahl an erforderlichen Bauteilen aufgrund des Weglassens des Gegenrings verringert werden kann, womit eine weitere Kostenverringerung erzielbar wird. Außerdem kann beispielsweise ein Polyamidharz (Polyamidkunststoff) mit darin vermischtem Glasfaser angewendet werden, und in diesem Fall beträgt die Menge an vermischtem oder eingefülltem Glasfaser 20 bis 40 Gew.-% und vorzugsweise 25 bis 35 Gew.-%. Außerdem können andere Additive wie beispielsweise Molybdändisulfid angewendet werden, sofern dies erforderlich ist.
Der elastische Ring 3 ist ein ringartiges Element mit einem im Wesentlichen kreisartigen Querschnitt, das aus einem Gummimaterial wie beispielsweise Nitrilgummi (NBR), Polyurethan (PU), etc. hergestellt ist und unter Zusammendrücken zwischen den Dichtring 2 und den Nutboden 52 der ringartigen Nut 50 eingesetzt worden ist. Der elastische Ring 3 dient dazu, den Dichtring 2 zu der Seite des Gehäuses 4 unter der Wirkung seiner elastischen Widerherstellkraft zu drängen, so dass der Kontakt zwischen dem Dichtring 2 und dem Gehäuse 4 verstärkt werden kann. Hierbei sollte beachtet werden, dass die Querschnittsform des elastischen Rings 3 nicht auf einen Kreis beschränkt ist, sondern stattdessen eine Vielfalt an Formarten wie beispielsweise ein rechteckiger Querschnitt etc. aufgegriffen werden kann, sofern dies erforderlich ist.
Der Dichtring 2 hat eine Vielzahl an konkaven Abschnitten 22, die an seiner Außenumfangsfläche 20 ausgebildet sind, die seine Gleitfläche in Bezug auf die Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 ist. Die konkaven Abschnitte 22 sind Vertiefungen (Löcher), die relativ zur Fläche der Außenumfangsfläche 20 klein sind, und sie sind gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Außenumfangsfläche 20 ausgebildet.
In einer Abdichtvorrichtung mit einer Gleitdichtfläche wie beispielsweise die Abdichtvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Gestaltung beispielsweise derart, dass ein Teil des abzudichtenden Fluids wie beispielsweise ein Hydraulikbetriebsöl oder dergleichen in den Hydraulikzylinder zu einem Ort zwischen der Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 und der Außenumfangsfläche 20 des Dichtrings 2 innerhalb eines Bereichs, in dem im Wesentlichen kein Einfluss auf den Betrieb, das Abdichtvermögen und dergleichen der zugehörigen Ausstattung ausgeübt wird, austreten kann (Leckage), wodurch der Aufbau derart ist, dass Schmierfilme (Ölfilme) des abzudichtenden Fluids an den Gleitflächen so ausgebildet werden, dass der Verschleiß und der Gleitwiderstand der Gleitflächen und dergleichen verringert werden.
Es kann sein, dass die Schmierfilme, die aus dem abzudichtenden Fluid ausgebildet werden, das sich zwischen den Gleitflächen des Gehäuses 4 und des Dichtrings 2 befindet, ungleichmäßig werden oder sie können so ausgebildet sein, dass sie keine ausreichende Dicke haben und zwar an der Anfangsstufe der Anwendung, da das abzudichtende Fluid sich nicht über die gesamten Gleitflächen verteilt, oder die Schmierfilme können selbst dann, wenn sie einmal gleichmäßig oder in ausreichender Weise ausgebildet worden sind, ihre Dicke verringern oder können verschwinden (einen Ölfilmmangel bewirken), weil das abzudichtende Fluid nicht an den Gleitflächen verbleibt, sondern sich durch die wiederholten Gleitbewegungen allmählich bis zu der nicht abzudichtendes Fluid enthaltende Seite (A) bewegt (heraustritt). Wenn sich ein derartiger Zustand ergibt, kann es sein, dass Verschleiß an der Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 oder an der Außenumfangsfläche 20 des Dichtrings 2 bewirkt wird, und der Gleitwiderstand der Gleitflächen kann groß werden, wobei als ein Ergebnis davon ein ungewöhnliches Geräusch, ein Haftrutschen, eine Wärmeerzeugung etc. bewirkt werden können.
Dieses Ausführungsbeispiel ist derart aufgebaut, dass die konkaven Abschnitte 22, die an der Außenumfangsfläche 20 des Dichtrings 2 ausgebildet sind, als Ölsumpflöcher wirken, und folglich ist es wahrscheinlich, dass sich Schmierfilme ausbilden, und gleichzeitig bleibt die Dicke der Schmierfilme in stabiler Weise eine lange Zeitspanne lang aufrechterhalten. Das heißt, das abzudichtende Fluid, das von der abzudichtendes Fluid enthaltenden Seite (O) zu den Gleitflächen ausgetreten ist, sammelt sich in den konkaven Abschnitten 22 an, so dass die Dicke der Schmierfilme durch das abzudichtende Fluid, das sich somit in den konkaven Abschnitten 22 angesammelt hat, beibehalten wird, wodurch die Erzeugung eines Ölfilmmangels unterdrückt wird.
Außerdem wirken die konkaven Abschnitte 22 auch als Druckkammern zwischen ihnen selbst und der Innenumfangsfläche 20 des Gehäuses 4. Das heißt der Druck in den Kammern, die durch die konkaven Abschnitte 22 und die Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 definiert werden, steigt allmählich an aufgrund des allmählichen Ansammelns des abzudichtenden Fluids in den konkaven Abschnitten 22, wodurch eine Kraft erzeugt wird, die in einer Richtung wirkt, in der die Außenumfangsfläche 20 des Dichtrings 2 und die Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 voneinander weg getrennt werden. Als ein Ergebnis können eine Expansionskraft, die an dem Dichtring 2 einwirkt, und ein Kontaktdruck, der gegen die Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 wirkt, verringert werden, womit es möglich wird, den Gleitwiderstand des Dichtrings 2 zu verringern. Außerdem ist in einer ringartigen Ölnut, wie sie in dem vorstehend erwähnten vierten technischen Dokument (12) gezeigt ist, das Volumen oder die Speicherkapazität der Ölnut hoch, und eine entsprechend lange Ansammelzeit ist erforderlich, so dass es nicht möglich ist, den Druck in ihr frühzeitig zu erhöhen, und folglich kann ein Ansammeln an Druck (ein Druckspeichern) nicht frühzeitig aufgebaut werden, wobei aber im Gegensatz dazu die konkaven Abschnitte in der vorliegenden Erfindung mit einem derart kleinen Volumen ausgebildet sind, dass das Ansammeln von Druck (Druckspeichern) frühzeitig erreicht werden kann.
Darüber hinaus sind die Vielzahl an konkaven Abschnitten 22, die im Vergleich zu der Fläche der Außenumfangsfläche 20 des Dichtrings 2 klein sind, in gleichförmiger Weise über die gesamte Oberfläche der Außenumfangsfläche 20 ausgebildet, so dass selbst dann, wenn ein Kratzer oder ein Fehler oder dergleichen, wodurch benachbarte konkave Abschnitte 22 in Kommunikation zueinander gelangen, an der Außenumfangsfläche 20 gebildet wird, eine Situation kaum auftritt, bei der die mit dem abzudichtenden Fluid versehene Seite (O) und die nicht mit dem abzudichtenden Fluid versehene Seite (A) in Kommunikation miteinander gelangen.
Des Weiteren wird es, indem die Vielzahl an konkaven Abschnitten 22 vorgesehen wird, möglich, die Ölfilme in effizienter Weise selbst dann auszubilden, wenn der Hub der relativen Axialbewegung des Gehäuses 4 und der Welle 5 kurz ist. Das heißt das abzudichtende Fluid, das die Schmierfilme ausbildet, wird zunächst erst einmal in einem der konkaven Abschnitte 22 in der Nähe der Seite (O) des abzudichtenden Bereichs bei einem ersten Hub der Welle oder des Kolbens gehalten, und wird dann zu im nächsten konkaven Abschnitt der konkaven Abschnitte 22, der sich benachbart zu dem gegenüberliegenden Bereich an der abzudichtenden Seite (A) befindet, mit einem zweiten Hub der Welle bewegt. Durch eine Wiederholung dieser Vorgänge können die Schmierfilme auf dem gesamten Bereich der Außenumfangsfläche 20 verteilt werden.
Außerdem wird bevorzugt, die konkaven Abschnitte 22 mittels Laserbestrahlung auszubilden. Dies ist nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils der Außenumfangsfläche des Dichtrings 2 in einem vergrößerten Maßstab, wobei 3A einen Zustand zeigt, bei dem konvexe Abschnitte 23 ausgebildet sind, und 3B einen Zustand zeigt, bei dem konvexe Abschnitte 23 verschlissen sind. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Querschnitts der konkaven Abschnitte 22, wobei 4A einen Schnitt AA aus 3A zeigt, wobei insbesondere ein Zustand dargestellt ist, bei dem die konvexen Abschnitte 23 ausgebildet sind, und 4B zeigt einen Schnitt BB von 3B, wobei ein Zustand abgebildet ist, bei dem die konvexen Abschnitte 23 verschlissen sind.
Wie dies in den 3A und 4A dargestellt ist, werden durch Laserbestrahlung auf die Außenumfangsfläche 20 des Dichtrings 2, der aus thermoplastischem Harz (thermoplastischer Kunststoff) hergestellt ist, die konkaven Abschnitte 22 ausgebildet, und gleichzeitig erhebt sich das Material, das durch die Bestrahlung aufgrund der Wärme des Lasers geschmolzen ist, um die Öffnungsränder der einzelnen konkaven Abschnitte 22 herum, um die konvexen Abschnitte 23 in derartiger Weise auszubilden, dass die Umgebungen der Öffnungsabschnitte der einzelnen konkaven Abschnitte 22 umschlossen werden.
Wie dies in 4A gezeigt ist, sind derartige konkave und konvexe Formen, die durch Laserbestrahlung ausgebildet sind, nicht scharfkantig ausgebildete Formen wie konkave und konvexe Formen, die mittels Sandstrahlen ausgebildet sind, sondern stattdessen haben die konvexen Abschnitte 23 jeweils eine Außenumfangsfläche 20, die so ausgebildet ist, dass sie sanft ansteigt, wobei ihr Endstückende zu einer flachen Seite (Fläche) ausgebildet ist. Diese flache Fläche wirkt als eine Anfangsgleitfläche 23a. Das heißt zum Zeitpunkt des Beginns (Start) der Vorrichtung wie beispielsweise der hydraulische Zylinder oder dergleichen (Betriebsanfangszustand) werden hauptsächlich die Anfangsgleitflächen 23a der konvexen Abschnitte 23 in einen Gleitkontakt mit der Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 gelangen.
Zu diesem Zeitpunkt ist in den Räumen 23b, die sich zwischen einzelnen konvexen Abschnitten 23 befinden, die Außenumfangsfläche 20 in einem Zustand, in dem sie im Grunde nicht in Kontakt mit der Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 steht, so dass ein Zwischenraum oder Spalt zwischen der Außenumfangsfläche und der Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 ausgebildet ist. Der Zwischenraum oder Spalt, der zwischen der Außenumfangsfläche des Dichtrings 2 und der Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 in den Räumen 23b zwischen diesen einzelnen konvexen Abschnitten 23 ausgebildet ist, dient als Führungskanal zum Führen des abzudichtenden Fluids zu den Gleitflächen, so dass das abzudichtende Fluid dazu gebracht wird, dass es sich mit Leichtigkeit über die gesamten Gleitflächen verteilt.
Außerdem sind die einzelnen konvexen Abschnitte 23 zu im Wesentlichen kollabierfähigen Formen gestaltet, indem sie zum Zeitpunkt eines auf sie aufgebrachten Drucks komprimiert werden (zusammengedrückt werden) oder in der Anfangsstufe verschleißen, und folglich gelangen die Zwischenräume, die zwischen den einzelnen konvexen Abschnitten 23 ausgebildet sind, in einem Zustand, bei dem sie im Wesentlichen verschwunden sind. Außerdem ist der Aufbau derart, dass zum Zeitpunkt vor dem Verschleißen die einzelnen konvexen Abschnitte 23 in ihren ursprünglichen Zustand durch das elastische Wiederherstellen zurückkehren, wenn der auf sie aufgebrachte Druck freigegeben wird (entspannt wird), so dass Zwischenräume erneut zwischen den einzelnen konvexen Abschnitten 23 ausgebildet werden. Dieser Vorgang funktioniert in einer derartigen Weise, dass das abzudichtende Fluid in die Zwischenräume zwischen den einzelnen konvexen Abschnitten 23 so eingeatmet wird, als wenn dieser Aufbau atmen würde (Pumpvorgang), und dieser Vorgang wiederholt sich, bis die konvexen Abschnitte 23 verschlissen sind.
Wie dies in 3B und 4B gezeigt ist, sind, wenn die konvexen Abschnitte 23 so verschlissen sind, dass sie gemäß ihrer Gleitbewegung in Bezug auf die Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 verschwinden, die Umgebungen der Öffnungsränder der konkaven Abschnitte 22, in denen die konvexen Abschnitte 23 ausgebildet sind, schließlich mit der Außenumfangsfläche 20 fluchtend gestaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Schmierfilm mit einer ausreichenden Dicke über der gesamten Außenumfangsfläche 20 mittels des Führungskanals ausgebildet, der zwischen den einzelnen konvexen Abschnitten 23 ausgebildet ist, und gleichzeitig wird das abzudichtende Fluid in den einzelnen konkaven Abschnitten 22 in einer ausreichenden Menge (in einem ausreichenden Ausmaß) angesammelt bzw. gespeichert.
Somit gleiten zum Zeitpunkt des Startens im Grunde genommen lediglich die Anfangsgleitflächen 23a der konvexen Abschnitte 23 relativ zur Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4, so dass der Gleitbereich klein wird, wobei als ein Ergebnis davon der Gleitwiderstand in der Anfangsstufe, bei der der Schmierfilm noch nicht über der gesamten Gleitfläche in ausreichender Weise (in zufriedenstellendem Ausmaß) ausgebildet worden ist, verringert werden kann. Demgemäß kann die Erzeugung eines Haftrutschens, das im Allgemeinen wahrscheinlich im Betrieb auftritt, bei dem ein stabiler Schmierfilm sich noch nicht an der Gleitoberfläche ausgebildet hat, unterdrückt werden.
Darüber hinaus ist es, da der Aufbau derart ist, dass das abzudichtende Fluid mit Leichtigkeit in die Gleitflächen in einer sicheren Weise in der Anfangsstufe eingeleitet werden kann, möglich, eine zufriedenstellende Gleiteigenschaft (Schmiereigenschaft) in einer relativ frühzeitigen Zeitstufe zu erlangen. Das heißt das abzudichtende Fluid kann in die konkaven Abschnitte 22 frühzeitig eingefüllt werden, und gleichzeitig können stabile und gute Schmierfilme frühzeitig ausgebildet werden.
Hierbei ist zu beachten, dass auch, wenn eine Laserbearbeitung als ein Verfahren zum Ausbilden der konkaven Abschnitte 22 angewendet wird, diese mit Leichtigkeit durch andere Verfahren ausgebildet werden können, so kann beispielsweise die Anwendung von Formwerkzeugen, Sandstrahlen etc., angewendet werden, solange konkave und konvexe Formen, wie sie vorzugsweise vorstehend dargelegt sind, ausgebildet werden können.
Wenn die Größe oder Abmessung der konvexen Abschnitte 23 zu groß ist, können sie möglicherweise einen Strömungskanal ausbilden, der so wirkt, dass er die mit dem abzudichtenden Fluid versehene Seite (O) und die nicht mit dem abzudichtenden Fluid versehene Seite (A) in Kommunikation miteinander versetzen, was somit zu einer Leckage führt, so dass es erforderlich ist, die Größe in einer derartigen Weise zu gestalten, dass die konvexen Abschnitte im Wesentlichen kollabieren, wenn sie gegen die Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 unter Anwendung eines Drucks gedrückt werden.
Hierbei ist zu beachten, dass derartige konkave Abschnitte und konvexe Abschnitte mit Leichtigkeit ausgebildet werden können, da das Basispolymer des Dichtrings, der aus einem Harzmaterial (Kunststoffmaterial) hergestellt ist, thermoplastisches Harz ist. Jedoch wird in dem Fall, bei dem das Basispolymer ein thermisch aushärtendes Harz ist, wie beispielsweise Phenol oder dergleichen, ein Material, dass das Basispolymer enthält, aufgrund der Wärme des Lasers verdampfen, ohne dass es schmilzt, wobei als Folge davon die konkaven Abschnitte ausgebildet werden können, jedoch aber die konvexen Abschnitte um die konkaven Abschnitte herum nicht ausgebildet werden, so dass es nicht möglich ist, den Verbesserungseffekt der Schmiereigenschaften, der sich in der frühzeitigen Stufe ergibt, zu erlangen.
Des Weiteren werden die einzelnen konkaven Abschnitte 22 gleichförmig als kleine Ölsumpflöcher auf der gesamten Oberfläche der Außenumfangsfläche 20 des Dichtrings 2 ausgebildet, und als spezifische Maßformen für sie wird bevorzugt, dass sie beispielsweise in Bezug auf den Dichtring 2 einen Außendurchmesser D von 100 mm haben und eine axiale Breite W von 6,96 mm haben, wobei jeder der konkaven Abschnitte 22 eine im Wesentlichen konische Form einnimmt, die eine Umfangsbreite L1 und eine axiale Breite L2 jeweils in dem Bereich von 100 bis 1000 μm und eine Tiefe in dem Bereich von 50 bis 200 μm hat. Außerdem wird ebenfalls bevorzugt, dass die einzelnen benachbarten konkaven Abschnitte 22 entfernt voneinander bei einem Umfangsintervall I1 (Umfangsabstand) und bei einem axialen Intervall (axialer Abstand) I2 jeweils in dem Bereich von 100 bis 300 μm angeordnet werden.
Als ein spezifisches Verfahren zum Herstellen der konkaven Abschnitte 22 wird der gesamte Umfang des Dichtrings bearbeitet, indem Laser innerhalb eines Umfangsbereichs von ungefähr 20 mm in einer impulsartigen Weise gestrahlt wird, während der Dichtring mit den vorstehend erwähnten Abmessungen in einer drehbaren Weise gestützt wird, und indem der Dichtring bei konstantem Winkel pro Bestrahlung in einer wiederholten Weise gedreht wird. Es wird verifiziert, dass, indem ein Punktsystem (sog. Spotsystem) für Abtastlinien auf ungefähr 300 μm festgelegt wird, hierbei konkave Abschnitte ausgebildet werden, die jeweils eine Umfangsbreite L1 von 346 μm, eine axiale Breite L2 von 497 μm und eine Tiefe von 116 μm haben. Außerdem betragen das Umfangsintervall I1 und die axialen Intervalle I2 von jedem konkaven Abschnitt zu diesem Zeitpunkt 200 μm bzw. 135 μm, und die Höhe jedes konvexen Abschnitts beträgt ungefähr 10 bis 20 μm.
Hierbei ist zu beachten, dass in der vorstehend erläuternden Darlegung ein Anwendungsbeispiel beschrieben ist, bei dem Gegenelemente (Gehäuse und Welle), an denen eine Abdichtvorrichtung montiert ist, sich relativ in einer axialen Richtung bewegen, und ein Dichtring in einer axialen Richtung gleitet, wobei jedoch der Anwendungszustand, bei dem dieses Ausführungsbeispiel angewendet werden kann, nicht darauf beschränkt ist. Das heißt dieses Ausführungsbeispiel kann sogar in einem Anwendungszustand angewendet werden, bei dem die Gegenelemente sich relativ in Bezug aufeinander drehen und ein Dichtring in eine Umfangsrichtung gleitet, und in diesem Fall können die gleichen Effekte wie vorstehend erzielt werden.
Obwohl in der vorstehend erläuterten Darlegung auf einen Fall Bezug genommen wurde, bei dem eine Abdichtvorrichtung in einer ringartigen Nut sitzt, die an einer Außenumfangsfläche einer Welle ausgebildet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann auch derart aufgebaut sein, dass eine Abdichtvorrichtung in einer ringartigen Nut sitzt, die an einer Innenumfangsfläche eines Wellenlochs in einem Gehäuse ausgebildet ist, und wobei eine Innenumfangsfläche eines Dichtrings in einem Gleitkontakt mit einer Außenumfangsfläche der Welle steht.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Eine Dichtvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Dichtvorrichtung 1' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist zu beachten, dass die Aufbauaspekte, die mit jenem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels gleich sind, anhand gleicher Symbole und Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei deren Erläuterung hierbei unterbleibt. Die Aufbauarten, ihre Betriebswirkungen und dergleichen, die hierbei nicht besonders beschrieben sind, sind ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Außenumfangsfläche 20 des Dichtrings 2 hat axial entgegengesetzte Seiten, die jeweils zu Schrägungsflächen (sich verjüngende oder geneigte Flächen) 24 ausgebildet sind. Dadurch wird der Gleitbereich in Bezug auf die Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 klein, und ihr Gleitwiderstand kann verringert werden. Außerdem kann der Kontaktdruck der Außenumfangsfläche 20 in Bezug auf die Innenumfangsfläche 40 des Gehäuses 4 durch einen Keileffekt verringert werden, der durch das abzudichtende Fluid erzeugt wird, das in einen Zwischenraum oder Spalt mit einem Querschnitt in der Form im Wesentlichen eines Keils hinein gelangt, der zwischen den schräggestellten Flächen 24 und der Innenumfangsfläche 40 ausgebildet ist, und gleichzeitig kann ein Effekt dahingehend erzielt werden, dass das abzudichtende Fluid in sicherer Weise in die Gleitflächen hinein gelangt.
(VERIFIKATION DES SCHMIERVERBESSERUNGSEFFEKTS)
Nachstehend wird der Verbesserungseffekt im Hinblick auf die Schmiereigenschaft mittels der konkaven Abschnitte 22 auf der Grundlage von Versuchsergebnissen verifiziert, die anhand eines Vergleichs mit einem Gegenstand des Stands der Technik erlangt werden, wobei auf 6 bis 11 Bezug genommen wird. 6 zeigt eine schematische Darstellung des schematischen Aufbaus einer Versuchsvorrichtung. 7 zeigt ein Diagramm für einen Vergleich zwischen durchschnittlichen Werten der Gleitwiderstände der Dichtringe mit und ohne konkave Abschnitte. 8 zeigt ein Diagramm eines Vergleichs zwischen Endpunkttemperaturen in Abhängigkeit von dem Fehlen oder Vorhandensein der konkaven Abschnitte. 9 zeigt ein Diagramm, bei dem ein Vergleich zwischen Leckagemengen unter Berücksichtigung eines Vorhandenseins oder Fehlens der konkaven Abschnitte vorgenommen wird, wobei 9A eine Leckagemenge des Gegenstands des Stands der Technik zeigt und 9B eine Leckagemenge eines Gegenstands eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei diese Figuren jeweils Messergebnisse mit einer größeren Anzahl an Proben zeigen. 10 zeigt ein Diagramm eines Vergleichs zwischen der Erzeugung von Gleitwärme und dem Gleitwiderstand bei einem Fehlen oder Vorhandensein der konkaven Abschnitte, wobei 10A die Endpunkttemperaturen zeigt und 10B die Gleitwiderstände zeigt. 11 zeigt ein Diagramm eines Vergleichs zwischen den Gleitwiderständen in Abhängigkeit von dem Unterschied in der Querschnittsform.
Wie dies in 6 dargestellt ist, ist die Versuchsvorrichtung mit einem Zylinder 4a und einem Kolben 5a versehen, der mit einem nicht dargestellten Antriebszylinder verbunden ist und der so aufgebaut ist, dass er eine Hubbewegung im Inneren des Zylinders 4a in einer axialen Richtung ausführt, wobei die Abdichtvorrichtungen 2a und 2b in der Form von Auswertungsproben in ringartige Nuten gesetzt sind, die an einer Außenumfangsfläche des Kolbens 5a an ihren jeweiligen entgegengesetzten Enden ausgebildet sind. Außerdem ist diese des Weiteren derart aufgebaut, dass ein Verschleißring 7 an dem Kolben zwischen den beiden Proben sitzt und ein Druck zwischen den beiden Proben aufgebracht wird, während durch das Innere des Kolbens 5a dieser mittels eines Schlauchs 8 tritt. Mit dem Bezugszeichen 9 ist eine Lastzelle bezeichnet und mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Wandtemperaturmessabschnitt bezeichnet, der die Wandtemperatur des Zylinders 4a misst.
Ein konstanter Druck von 10 MPa wird zwischen den beiden Proben aufgebracht, und der Kolben 5a wird dazu gebracht, dass er mittels des Antriebszylinders eine Hubbewegung ausführt, wobei die Abdichtvorrichtungen 2a und 2b durch den Druck betätigt werden, wodurch die Abdichtvorrichtungen 2a und 2b so angetrieben werden, dass sie in Bezug auf die Innenumfangsfläche des Zylinders 4a gleiten. Die Hubgeschwindigkeit ist auf 50 mm je Sekunde eingestellt, und die Länge der Hubbewegung ist auf 100 mm eingestellt.
Es wird die Wandtemperatur des Zylinders 4a dazu gebracht, dass sie ansteigt aufgrund des Erzeugens der Wärme durch die Hubbewegung des Kolbens 5a, und die Temperatur zu diesem Zeitpunkt, bei dem das Ansteigen der Wandtemperatur einen Sättigungszustand erreicht hat, wird als Endpunkttemperatur angenommen. Außerdem wird die Last, die für den Hub erforderlich ist, wenn die Endpunktemperatur erreicht worden ist, durch die Lastzelle 9 gemessen, und der Anfangswiderstand oder Betätigungswiderstand und der Gleitwiderstand werden aus der Wellenform der somit gemessenen Last entnommen.
Eine Abdichtvorrichtung gemäß dem vorstehend erwähnten ersten Ausführungsbeispiel, d. h. eine Abdichtvorrichtung, die eine Vielzahl an konkaven Abschnitten hat, die an einer Außenumfangsfläche (Gleitfläche) eines Dichtrings ausgebildet ist, wurde als ein Ausführungsbeispiel oder ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung verwendet, und ein Dichtring, der keinen an ihm ausgebildeten konkaven Abschnitt hat, gemäß dem Stand der Technik wurde als ein Gegenstand des Stands der Technik verwendet, wobei Vergleiche unter einer Vielzahl an Arten an Werten vorgenommen wurden, wie beispielsweise die Endpunkttemperaturen, die Gleitwiderstände, etc.
Wie dies in 7 gezeigt ist, hat in Bezug auf den durchschnittlichen Wert der Gleitwiderstände der Gegenstand des Stands der Technik, der keine konkaven Abschnitte hat, Werte, die sich bei einem Wert von ungefähr 750 kgf oder weniger ändern, wohingegen der Gegenstand der vorliegenden Erfindung mit den konkaven Abschnitten Werte hat, die sich in einem Bereich von ungefähr 400 bis 450 kgf ändern. Das heißt es wurde herausgefunden, dass in Bezug auf den durchschnittlichen Wert der Gleitwiderstände der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ungefähr um 40% geringere Werte als der Gegenstand des Stands der Technik hat.
Wie dies in 8 dargestellt ist, beträgt die Endpunkttemperatur des Gegenstands des Stands der Technik, der keine konkaven Abschnitte hat, 90°C, wohingegen bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung, der die konkaven Abschnitte hat, diese 80°C beträgt. Somit ist die Endpunkttemperatur des Gegenstands der vorliegenden Erfindung um 10°C geringer als bei dem Gegenstand des Stands der Technik. Das heißt es wurde herausgefunden, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung weniger anfällig für Einflüsse aufgrund der Erzeugung von Wärme durch die Gleitbewegungen im Vergleich zu dem Gegenstand des Stands der Technik ist.
Wie dies in 9 dargestellt ist, trat im Wesentlichen keine Leckage weder in dem Gegenstand des Stands der Technik noch in dem Gegenstand der Erfindung auf, und folglich führte das Vorsehen der konkaven Abschnitte nicht zu einer Zunahme der Leckagemenge. Das heißt es wurde herausgefunden, dass das Vorhandensein oder Fehlen der konkaven Abschnitte die Abdichteigenschaft oder das Abdichtvermögen des Dichtrings nicht beeinflusst.
Wie dies in 10 dargestellt ist, ist die Erzeugung von Gleitwärme bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung bei 10 MPa um 16°C geringer und bei 30 MPa um 28°C geringer als bei dem Gegenstand des Stands der Technik. Außerdem ist der Anfangswiderstand oder Betätigungswiderstand (der maximale Wert des Gleitwiderstands zu dem Zeitpunkt, bei dem der Gleitring zu gleiten beginnt) um 100 kgf geringer, und die Differenz zwischen dem Anfangswiderstand und dem Gleitwiderstand (der Gleitwiderstand während der Gleitbewegung nach der Betätigung) und die Änderung des Gleitwiderstands sind ebenfalls jeweils geringer. Das heißt es wurde herausgefunden, dass die Gleiteigenschaft zum Zeitpunkt des Betätigens (Start) verbessert worden ist, und gleichzeitig ist die Gleiteigenschaft danach (nachdem die Startzeitspanne verstrichen ist) ebenfalls verbessert worden. Außerdem wurde herausgefunden, dass der Wärmeerzeugungsverringerungseffekt in Übereinstimmung mit dem zunehmenden Druck bei der Anwendung größer wird.
In 11 sind die Änderungen des Gleitwiderstandes (Fr) in Übereinstimmung mit dem Unterschied in der Form der Gleitfläche (die Außenumfangsfläche des Dichtrings) gezeigt. Hierbei ist ein Dichtring, der keinen an seiner Gleichfläche ausgebildeten konkaven Abschnitt hat, als ein Gegenstand 1 des Stands der Technik verwendet worden, und ein anderer Gleitring, der eine an seiner Gleitfläche ausgebildete ringartige Nut hat, wie beispielsweise das in 12 gezeigte Beispiel des Stands der Technik, ist als Gegenstand 2 des Stands der Technik verwendet worden, wohingegen ein weiterer Gleitring, der eine Vielzahl an kleinen konkaven Abschnitten hat, die gleichförmig über seine gesamte Gleitfläche ausgebildet sind, wie dies bei dem vorstehend erwähnten ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist, als ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung angewendet worden ist, und diese Gegenstände wurden jeweils miteinander verglichen.
Wie dies in 11 dargestellt ist, hatte der Gegenstand 2 des Stands der Technik, der eine an seiner Gleitfläche ausgebildete ringartige Nut hat, sowohl einen geringeren Betätigungswiderstand als auch eine geringere Differenz zwischen dem Anfangswiderstand und dem Gleitwiderstand, und auch eine geringere Änderung des Gleitwiderstands in Bezug auf den Gegenstand 1 des Stands der Technik, der die flache Gleitfläche hat. Jedoch hatte der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, der kleine konkave Abschnitte hat, die in Vielzahl und gleichförmig über die gesamte Gleitfläche ausgebildet sind, einen noch kleineren Wert dieser jeweiligen Werte in Bezug auf den Gegenstand 2 des Stands der Technik. Das heißt es wurde herausgefunden, dass der Verbesserungseffekt der Gleiteigenschaft im Fall einer gleichförmigen Ausbildung einer Vielzahl an kleinen konkaven Abschnitten an der gesamten Gleitfläche, wie dies bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung der Fall ist, größer ist als in dem Fall des Ausbildens des einzelnen nutartigen Bereichs oder einer geringen Anzahl an relativ großen nutartigen Bereichen, wie dies bei dem in 12 gezeigten Beispiel des Stands der Technik der Fall ist.
Zusammenfassung
Eine Abdichtvorrichtung ist geschaffen worden, die zu einer Verringerung ihres Gleitwiderstands in der Lage ist. In einer Abdichtvorrichtung 1, die in einer ringartigen Nut sitzt, die in einem Gehäuse mit einem Wellenloch oder einer Welle, die in das Wellenloch eingeführt ist, ausgebildet ist und dazu dient, einen ringartigen Zwischenraum zwischen diesen beiden Elementen abzudichten, und die einen Dichtring 2 aufweist, der aus einem Kunststoff hergestellt ist und in Gleitkontakt mit dem anderen der beiden Elemente steht, und einen elastischen Ring 3 hat, der zwischen dem Dichtring 2 und der ringartigen Nut eingesetzt ist, hat der Dichtring eine Vielzahl an konkaven Abschnitten 22, die an seiner Gleitfläche 20 ausgebildet sind, die in Gleitkontakt mit dem anderen Element steht.

1: Abdichtvorrichtung
2: Dichtring
20: Außenumfangsfläche
21: Seitenfläche
22: konkave Abschnitte
23: konvexe Abschnitte
23a: Anfangsgleitfläche (Startgleitfläche)
3: elastischer Ring
4: Gehäuse
40: Innenumfangsfläche
5: Welle
50: ringartige Nut
51: Seitenfläche
52: Nutboden
6: ringartiger Zwischenraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 60-101265 [0012]
- JP 09-250640 [0012]
- JP 58-16459 [0012]
- JP 10-213231 [0012]
- JP 3114874 [0012]
- JP 04-136364 [0012]
- JP 04-129969 [0012]
- JP 59-180056 [0012]

Claims

Abdichtvorrichtung, die in einer ringartigen Nut sitzt, die in einem Gehäuse mit einem Wellenloch oder einer Welle ausgebildet ist, die in das Wellenloch eingeführt ist, und die dazu dient, einen ringartigen Zwischenraum zwischen diesen beiden Elementen abzudichten, und die einen Dichtring aufweist, der aus Kunststoff hergestellt ist und der in Gleitkontakt mit dem anderen der beiden Elemente steht, und die einen elastischen Ring aufweist, der zwischen dem Dichtring und der ringartigen Nut sitzt, wobei der Dichtring eine Vielzahl an konkaven Abschnitten aufweist, die an seiner Gleitfläche ausgebildet sind, die in Gleitkontakt mit dem anderen Element steht.
Abdichtvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Dichtring konvexe Abschnitte hat, die so ausgebildet sind, dass sie die konkaven Abschnitte jeweils umschließen, und von der Gleitfläche aus ansteigen und gleichzeitig jeweilige Anfangsgleitflächen haben.
Abdichtvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die konkaven Abschnitte ausgebildet sind, indem Laser zu der Gleitfläche gestrahlt worden ist, und wobei die konvexen Abschnitte durch das Material ausgebildet sind, das durch das Bestrahlen von Laser geschmolzen ist, und sich um die Öffnungsabschnitte der jeweiligen konkaven Abschnitte erheben.
Abdichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Dichtring aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist, dessen Basispolymer thermoplastischer Kunststoff ist.
Verfahren zum Herstellen der Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 mit den folgenden Schritten: Ausbilden der konkaven Abschnitte durch ein Bestrahlen von Laser zu der Gleitfläche; und Ausbilden der konvexen Abschnitte, indem sich das Material um die Öffnungsabschnitte der konkaven Abschnitte herum jeweils erhebt, das durch das Bestrahlen mit Laser geschmolzen worden ist.
Verfahren zum Herstellen der Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Dichtring aus einem Kunststoffmaterial hergestellt wird, dessen Basispolymer thermoplastischer Kunststoff ist.