JP2000081148A

JP2000081148A - リップシールの構造

Info

Publication number: JP2000081148A
Application number: JP10270566A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Kashima; 光博加島; Masahide Kanda; 政秀神田
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】シール部１の寸法のバラ付き、温度による弾
性変化およびクリープ現象等があっても、シール機能を
損なわないとともに、ヒステリシスも小さくすることを
目的にする。【解決手段】シール部１の外径Ｄ₁に対してリング６
の内径Ｄ₃を小さくするとともに、シール部１の内径Ｄ₂
をピストンロッド２の外径Ｄ₄よりもわずかに大きくし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばショック
アブソーバのピストンロッドをシールするのに適したリ
ップシールの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は複筒型のショックアブソーバを示
したもので、このショックアブソーバの構造は、次の通
りである。すなわち、このショックアブソーバは、外筒
５０と内筒５１とからなり、内筒５１にはピストン５２
を摺動自在に組み込んでいる。そして、このピストン５
２に設けたピストンロッド２は、ベアリング５４で摺動
自在に支持されるとともに、このベアリング５４よりも
外方をシール部材Ｓでシールされている。また、外筒５
０内は油室５５として、そこにオイルを封入している。
しかも、この外筒５０内であって、ベアリング５４とオ
イルシールＳとの間にガス室５６を形成し、このガス室
５６にガスを充満させている。ただし、このガス室５６
は、ベアリング５４に形成した連通路５７を介して油室
５５に連通させている。したがって、このガス室５６に
充満したガスは、上記連通路５７を通って油室５５に流
入し、この油室５５内のオイルにガス圧を作用させる。

【０００３】上記のようにしたショックアブソーバは、
ピストン５２が上昇するとき、そのロッド側室５８のオ
イルが、ピストン５２に形成したオリフィス５９を経由
してボトム側室６０に流入する。このようにオイルがオ
リフィス５９を通過するときに、圧力降下が生じて、そ
のエネルギーを吸収する。なお、上記のようにピストン
５２が上昇して、ロッド側室５８のオイルがボトム側室
６０に流入するとき、ボトム側室６０の体積の増加分に
対して、ロッド側室５８の体積の減少分の方が、ピスト
ンロッド２の体積分だけ少なくなる。言い換えれば、ロ
ッド側室５８からボトム側室６０へ流れるオイルの流量
が、ピストンロッド２の体積分だけ不足することにな
る。そこで、上記油室５５内のオイルを、ベースバルブ
６１を経由してボトム側室６０に補給する。

【０００４】このときに、油室５５内のオイルがボトム
側室６０に十分に補給されるようにするために、油室５
５内のオイルに上記したガス室５６のガス圧を作用させ
ている。もし、このガス圧を作用させておかないと、ボ
トム側室６０に補給されるオイルが不足して、その中に
キャビテーションなどを発生させてしまう。つまり、こ
のようなキャビテーションを防止するために、油室５５
のオイルにガス圧を作用させている。なお、ピストン５
２が下降するときには、ボトム側室６０のオイルがロッ
ド側室５８に流入する。しかし、ロッド側室５８の体積
がボトム側室６０の体積よりも小さいので、今度は、余
剰流量が発生する。この余剰流量は、ベースバルブ６１
を介して油室５５に戻される。

【０００５】このようにしたショックアブソーバに用い
られるシール部材Ｓの構造は次のようにしている。すな
わち、このシール部材Ｓは、メインのリップシールLS
と、サブリップ２３と、ダストシール２４とからなる。
そして、上記リップシールLSの構造は次の通りである。
すなわち、このリップシールLSは、そのリップ１の内径
寸法を、ピストンロッド２の外径寸法よりも小さくして
いる。そして、このリップ１をピストンロッド２にはめ
ることによって、リップ１が拡径するとともに、この拡
径したときのリップ１の締め付け力で締め代を確保する
ようにしている。

【０００６】上記のようにしたリップ１には、その外周
にコイル状のガータスプリング３をはめて、その締め付
け力を補っているが、このガータスプリング３の機能は
次の通りである。すなわち、シール部材Ｓは、ゴム製の
ために、温度によってその弾力性が変化してしまう。そ
のために、高温あるいは極低温下でこのゴム製のシール
部材Ｓを使用すると、リップ１の拡径による締め付け力
が低下して、そのシール機能が損なわれてしまう。この
ように、ゴム製のシール部材Ｓだけで、すべての条件に
対し、締め付け力を適正に確保することは不可能なの
で、上記したようにガータスプリング３を用いて、その
締め付け力すなわち緊縛力を補うようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにした従来
のリップシールでは、次のような問題点があった。ま
ず、この従来のシール部材Ｓは、リップ１を拡径してそ
の緊縛力を確保しているが、もともとリップ１のリップ
部１ａの内径寸法がシャープエッジになっているので、
その寸法管理が非常に難しいという問題があった。

【０００８】なお、このリップ１の緊縛力のバラ付き
は、シールの密封性能を決定するだけでなく、ピストン
ロッド２の摺動抵抗に影響を与える重要なファクターで
もある。例えば、ショックアブソーバなどでは、シール
部材Ｓの緊縛力のバラ付きが、直接ピストンロッド２に
対するフリクションのバラ付きとなる。このようにフリ
クションにバラ付きが生じると、ショックアブソーバと
しての低速走行域の作動性や、ショックの吸収性などに
影響を及ぼす。そのために、自動車などでは、シール部
材Ｓの緊縛力を厳密に管理することが求められている。

【０００９】また、シール部材Ｓを広い温度範囲で使用
する場合には、たとえガータスプリングを用いたとして
も、その広い温度範囲においてすべて適正な緊縛力を得
ることはできない。例えば、緊縛力が弱くなる高温およ
び極低温時の状況に合わせて、ガータスプリングのバネ
力を強くすると、常温時の緊縛力が強くなりすぎて、必
要以上のフリクションが発生してしまう。一方、コイル
状のガータスプリングでは、その寸法上の制約から、バ
ネ力をそれほど大きくできないという制限もあった。

【００１０】さらに、リップ１のリップ部１ａを拡径し
たまま長年使用していると、いわゆるクリープ現象が発
生するので、その緊縛力が低下する。このように緊縛力
が低下したまま、リップ１を使い続けると、それが油漏
れの原因にもなるという問題があった。さらにまた、リ
ップ１を上記のように拡径した状態で使用したとき、こ
のリップ１のリップ部１ａの先端部分層ｂに注目する
と、この層ｂには２軸応力が作用する。図６はこの２軸
応力が作用している状況を示したもので、リップ部１ａ
の層ｂには、方向Xに沿った引っ張り応力４が作用す
る。また、この引っ張り応力４とは別に、方向Yの圧縮
応力５も作用している。この状況をテストピースで示し
たのが、図７である。

【００１１】そして、このように粘弾性材であるゴム部
材に２軸の方向に応力が作用している場合の荷重ヒステ
リシスを示したのが図８である。この図８は、図７のテ
ストピースにおいて、垂直荷重Ｎに対する歪み（％）の
関係を示したもので、１軸応力のみの場合のヒステリシ
スに対して、横歪み４を作用させた２軸応力の方が、ヒ
ステリシスが大きいことを示している。このことは、拡
径して緊縛力を保持している従来のリップ部１ａについ
ても全く同様のことがいえる。すなわち、このリップ部
１ａの先端部分層ｂにも、２軸応力が作用しているこ
と、先に説明した通りであるが、このように２軸応力が
作用しているために、このリップ部１ａには大きなヒス
テリシスが生じ、ショックアブソーバなどのピストンロ
ッド２の横振動に対するリップ部１ａの追従性が悪化す
るという問題があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ピストン
ロッド等の摺動体にはめるリップを有するシール部材
と、このシール部材のリップ外周部にはめるガータリン
グとを備え、このガータリングをリップの外周部にはめ
たとき、その外周部の外径寸法が、自由時の外径寸法と
同一または縮径される構成にし、かつ、このガータリン
グを摺動体に組み付けたとき、摺動体に対する締め代が
リップ部に確保される構成にした点に特徴を有する。第
２の発明は、リップ部の内径寸法を、摺動体の外径寸法
と同一またはそれよりも大きくした点に特徴を有する。
第３の発明は、リップ部の内径寸法を、摺動体の外径寸
法よりも小さくし、ガータリングによるリップの縮径量
が、摺動体によるリップ部の拡径量よりも大きくなるよ
うにガータリングの内径寸法を特定した点に特徴を有す
る。

【００１３】第４の発明は、ガータリング装着径が自由
時のガータリング径より縮径された状態で組み付けた点
に特徴を有する。第５の発明は、ピストンロッド等の摺
動体に装着するとともに外周にリップを有するシール部
材と、このリップの内周部にはめるガータリングとを備
え、このガータリングをリップの内周部にはめたとき、
その内周部の内径寸法が、自由時の内径寸法と同一また
は拡径される構成にし、かつ、このガータリングを摺動
体に組み付けたとき、摺動体に対する締め代がリップ部
に確保される構成にした点に特徴を有する。第６の発明
は、金属または硬質樹脂等の非伸縮性材からなるガータ
リングを用いた点に特徴を有する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１〜図３は第１実施例を示すも
ので、特に図２〜図３は、リップ１の外周溝部の寸法と
リップ部１ａの内径寸法、およびガータリング６の内径
寸法とピストンロッド２の外径寸法の関係を説明するた
めに、図１に示したシール部材Ｓの要部Ｍのみを抜き出
してモデル化したものである。上記ガータリングは、金
属または硬質合成樹脂等からなる非伸縮性の材質を用い
ている。なお、ここでいう非伸縮性の材質とは、従来の
コイルスプリングのように伸縮するもの以外のものを指
すものである。また、ガータリング６の寸法とリップ１
との関係は次のようにしている。すなわち、リップ１の
自由時の外周溝部の寸法Ｄ₀をガータリング６の内径寸
法ｄ₁よりも大きくしている。したがって、リップ１に
ガータリング６をはめたときには、リップ１が縮径され
ることになる。同じく、リップ１の自由時のリップ部１
ａの内径寸法ｄ₀は、ピストンロッド２の外径寸法Ｄ_Rと
同一またはそれよりも大きくしている。したがって、こ
のリップ１をそのままピストンロッド２に組み付けたの
では、リップ部１ａに緊縛力が生じない。

【００１５】しかし、ガータリング６をはめたときに
は、リップ１ａの内径寸法ｄ_Rも縮径されるので、リッ
プ１をピストンロッド２に組み付けたとき、図２（ｃ）
に示す締め代δが確保され、緊縛力が発揮される。上記
のようにこの実施例では、自由時のリップ部１ａの内径
寸法ｄ₀をピストンロッド２の外径寸法Ｄ_Rと同じか少し
大きめにし、そのシール１を縮めて使っているので、リ
ップ１をピストンロッド２に組み付けた状態でも、リッ
プ部１ａには拡径による引っ張り応力が発生しない。し
たがって、この場合に、リップ部１ａには圧縮応力のみ
が作用することになる。つまり、この実施例のリップ部
１ａには、１軸応力しか作用しないので、それだけ荷重
ヒステリシスも小さくなる。

【００１６】また、ガータリング６の内径寸法Ｄ_Dを、
リップ部１ａの内径寸法ｄ₀のバラツキを勘案して、締
め代δを一定にすべく選択管理すれば、ピストンロッド
２に対するリップ１の緊縛力を一定に保つことができ
る。そして、ガータリング６は、金属やプラスチック等
の剛性の高いリング体で製造可能なので、その寸法管理
もかなり楽なものになる。

【００１７】さらに、この実施例は、クリープ対策にも
なるが、その理由は次の通りである。まず、このクリー
プとは、長時間一定の荷重を作用させると、その歪みを
増していく現象をいう。そして、従来例では、リップ部
１ａの拡径力がクリープによって低減し、その緊縛力が
低下することをすでに説明した。しかし、この実施例で
は、従来例と全く逆になる。すなわち、リップ１はガー
タリング６により縮径されて、リップ１の縮径反力とガ
ータリング６の縮径力が釣合って締め代を発生している
ので、たとえ材料にクリープが発生して縮径反力が減少
しても、ガータリング６の縮径力が上廻り、その分だけ
緊縛力が増加することになり、リップ部１ａの摺動摩耗
とゴム厚みの圧縮バネのクリープの合計とが相殺され、
緊縛力の変化は少ない。

【００１８】さらにまた、この緊縛力は、ガータリング
６の内径寸法Ｄ_Dで決まるので、ガータリング６の材質
を選定することによって、リップ１の温度による弾性変
化を最小限にとどめることができる。例えば、極低温下
で使用するときには、ガータリング６を膨張率が大きい
アルミ製あるいは樹脂製等にすることによって対応でき
る。なぜなら、アルミ製あるいは樹脂製のガータリング
６を用いれば、その極低温時にリップ１の弾性がなくな
っても、ガータリング６が収縮するので、その緊縛力を
補うことができるからである。

【００１９】上記のようにした実施例では、リップ部１
ａの内径寸法ｄ₀ ピストンロッド２の外径寸法Ｄ_Rより
も少し大きいかあるいはそれと同一にして、それを縮径
するようにしたが、リップ部１ａの内径寸法ｄ₀をピス
トンロッド２の外径寸法と同じにするかあるいはそれよ
りも少し小さくしてもよい。ただし、このようにリップ
部１ａの内径寸法ｄ₀の寸法を決めたとしても、その自
由時のリップ１の外周溝部寸法Ｄ₀は、ガータリング６
の内径寸法Ｄ_Dよりも大きくすることが必要である。つ
まり、リップ１そのものは、ガータリング６で縮径しな
がらピストンロッド２にはめるようにする。

【００２０】そして、リップ部１ａの内径寸法ｄ₀が、
ピストンロッド２の外径寸法Ｄ_Rよりも小さい場合に、
見かけ上は従来と同じようになる。しかし、次の点で従
来と異なる。例えば、上記のようにリップ部１ａの内径
寸法ｄ₀を、ピストンロッド２の外径寸法Ｄ_Rよりも小さ
くし、それを拡径してピストンロッド２にはめても、こ
のリップ部１ａは、ガータリング６で縮径される。した
がって、リップ部１ａを拡径以上に縮径して、縮径量を
拡径量よりも大きくしておけば、このリップ部１ａに
は、拡径によって発生する引っ張り応力がキャンセルさ
れることになる。このように引っ張り応力がキャンセル
されるので、リップ部１ａには、半径方向だけの１軸応
力しか作用しないことになる。したがって、この場合に
も、ヒステリシス特性を小さく抑えることができる。ま
た、この場合のリップ部１ａの拡径量は、その締め代δ
以下にすることが望ましい。

【００２１】いずれにしても、この実施例では、リップ
１にガータリング６の緊縛力を作用させて、このリップ
部１ａに発生する引っ張り応力をキャンセルするように
したので、リップ部１ａには１軸応力しか作用しない。
また、ガータリング６の緊縛力はその内径寸法Ｄ_Dで決
まるので、柔軟性を有するゴムのシャープエッジ形状か
らなるリップ部１ａの内径寸法を直接管理するよりも、
寸法管理が簡単になる。しかも、リップ部１ａの内径寸
法ｄ₀のバラツキを勘案して、ガータリング６の内径寸
法Ｄ_Dを選択することによって、摺動摩擦の大きさを自
由に決めることができる。したがって、自動車のショッ
クアブソーバに用いる場合には、その車種・用途に応じ
て、減衰力特性におけるフリクション値を調整すること
ができる。なお、上記実施例はリップシールについて説
明したが、いわゆるリップシールであれば、ダストシー
ルであってもよい。したがって、シールする対象は、必
ずしもピストンロッドでなくてもよく、いわゆる摺動体
であればどのようなものでもよい。

【００２２】また、図２からも明らかなように、リップ
部１ａの自由時の装着径Ｄ₀はｄ₀＋２Ｈ₀＝Ｄ₀・・・・
・・（１）式となる。さらに、このガータリングをピス
トンロッドに装着したときの装着径Ｄ_DはＤ_R＋２Ｈ_R＝
Ｄ_D・・・・・・（２）式となる。このときの潰し代δ
をδ＝Ｈ０−ＨＲ・・・・・・（３）式とすれば、
（２）式はＤ_R＋２（Ｈ₀−δ）＝Ｄ_D・・（２′）式と
なる。また、図からＤ_R＝ｄ_R＋２δ・・・・・・
（４）式とすれば、上記（２′）式はｄ_R＋２δ＋２Ｈ₀−２δ＝Ｄ_D 故にＤ_R＋２Ｈ₀＝Ｄ_D・・・・・・（５）式となる。こ
れら（１）（５）式よりＤ₀とＤ_Dの差はＤ₀−Ｄ_D＝ｄ₀
＋２Ｈ₀−ｄ_R−２Ｈ₀＝ｄ₀−ｄ_Rとなる。そして、この
実施例では、ｄ₀−ｄ_Rがｄ₀−ｄ_R≧０となるようにして
いる。

【００２３】図４に示した第２実施例は、この発明のリ
ップシールの構造を、シリンダのピストン側に用いたも
ので、その構造は次の通りである。シリンダＣにピスト
ンＰを摺動自在に組み込むが、このピストンＰは、ピス
トンロッド７に設けたカラー８およびナット９で挟まれ
て固定されている。そして、上記カラー８の外周に、金
属環１０を固定するとともに、この金属環１０にシール
部材Ｓを装着している。このシール部材Ｓは、断面Ｕ字
状の溝部１１を形成するとともに、この溝１１を境にし
た外側には、メインリップ１２とサブリップ１３とを形
成している。そして、このメインリップ１２の内側に
は、それを外側に張り出す力を付与するガータリング１
４を装着している。

【００２４】そして、上記メインリップ１２は、その外
径寸法がシリンダＣの内径寸法よりも小さいかあるいは
それと同じにしている。その上で、ガータリング１４が
このメインリップ１２に外側に張り出す力を作用させ、
その作用力でメインリップ１２がシリンダＣの内面に接
触し、前記第１実施例と同様の締め代δを確保するよう
にしている。したがって、この第２実施例においても、
第１実施例と全く同様の作用・効果を期待できる。

【００２５】

【発明の効果】第１の発明のリップシールの構造によれ
ば、ガータリングの内径寸法でシール部材の緊縛力が決
まるので、その寸法管理が簡単になる。また、温度によ
るシール部材の弾性変化があっても、その緊縛力に与え
る影響を少なくできる。しかも、シール部材がクリープ
現象を起こしても、そのシール部材の緊縛力もそれほど
弱くならない。

【００２６】第２、４の発明によれば、シール部材に
は、１軸応力しか作用しないので、その荷重ヒステリシ
スを最小限に抑えることができる。しかも、ガータリン
グの内径寸法を変えることによって、摺動摩擦の大きさ
を自由に調整できる。第３の発明によれば、シール部材
の緊縛力を十分に維持しながらも、このシール部材には
１軸応力だけが作用する。したがって、その荷重ヒステ
リシス特性を最小限に抑えることができるとともに、リ
ップの横振動追従性を向上させ、密封性を高めることが
できる。第５の発明によれば、ピストンをシールするた
めにも使用できる。第６の発明によれば、ガータリング
の内径寸法さえ正確に決めれば、シャープエッジのリッ
プ部の内径寸法をある程度厳密に管理することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のリップシールのリップをピストン
ロッドに組み付けた状態のモデル化断面図である。

【図２】第１実施例のリップの要部Ｐの断面図で、
（ａ）は自由時のリップの断面図、（ｂ）はガータリン
グを装着した状態の断面図、（ｃ）はピストンロッドの
装着した状態の断面図である。

【図３】第１実施例のガータリングの断面図である。

【図４】第２実施例の断面図である。

【図５】従来のリップシールをショックアブソーバに組
み付けた状態の概略断面図である。

【図６】従来のリップの正面図である。

【図７】２軸応力の作用状況を示すゴム材のテストピー
スの斜視図である。

【図８】ゴム材のテストピースの作用荷重を示す説明図
である。

【符号の説明】

Ｓシール部材１リップ１ａリップ部２ピストンロッドＰピストン６ガータリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストンロッド等の摺動体にはめるリッ
プを有するシール部材と、このシール部材のリップ外周
部にはめるガータリングとを備え、このガータリングを
リップの外周部にはめたとき、その外周部の外径寸法
が、自由時の外径寸法と同一または縮径される構成に
し、かつ、このガータリングを摺動体に組み付けたと
き、摺動体に対する締め代がリップ部に確保される構成
にしたリップシールの構造
【請求項２】リップ部の内径寸法を、摺動体の外径寸
法と同一またはそれよりも大きくした請求項１記載のリ
ップシールの構造。
【請求項３】リップ部の内径寸法を、摺動体の外径寸
法よりも小さくするとともに、ガータリングによるリッ
プの縮径量が、摺動体によるリップ部の拡径量よりも大
きくなるようにガータリングの内径寸法を特定した請求
項１記載のリップシールの構造。
【請求項４】ガータリング装着径が自由時のガータリ
ング径より縮径された状態で組み付けられる請求項１記
載のリップシールの構造。
【請求項５】ピストンロッド等の摺動体に装着すると
ともに外周にリップを有するシール部材と、このリップ
の内周部にはめるガータリングとを備え、このガータリ
ングをリップの内周部にはめたとき、その内周部の内径
寸法が、自由時の内径寸法と同一または拡径される構成
にし、かつ、このガータリングを摺動体に組み付けたと
き、摺動体に対する締め代がリップ部に確保される構成
にしたリップシールの構造。
【請求項６】金属または硬質樹脂等の高剛性材からな
る非伸縮型ガータリングを用いた請求項１〜４のいずれ
かに記載のリップシールの構造。