JP2002022026A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用初期のスティックスリップを防止する高
性能な密封装置を提供する。 【解決手段】 ダストシールＤのオイルリップ１３及び
ダストリップ１４のロッド１０４表面に摺動する摺動面
には、自己潤滑性を向上する表面処理１７が施されてい
る。このため、ロッドシーリングシステム１が使用初期
で、オイルリップ１３及びダストリップ１４の摺動面と
ロッド１０４表面との間に形成される油膜が不完全な場
合でも、表面処理１７によってオイルリップ１３及びダ
ストリップ１４はスティックスリップが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば建設機械や
運搬車輌等のアクチュエータとして用いられる油圧シリ
ンダ等に使用されるロッドシーリングシステム等のシー
リングシステムとして適用される密封装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の密封装置としてのロッドシーリン
グシステムが使用される代表的な油圧シリンダについて
図３を用いて説明する。図３は、油圧シリンダの概略断
面構成を説明する図である。

【０００３】この油圧シリンダ１０１は、シリンダ１０
２と、シリンダ１０２内部に摺動自在に挿嵌されるピス
トン１０３と、ピストン１０３に連結されるロッド１０
４と、を備えている。

【０００４】また、ピストン１０３の取付溝に装着され
てシリンダ１０２内周に対するピストン１０３の摺動面
をシールするピストンシーリングシステムと、シリンダ
１０２の端部の取付溝に装着されてシリンダ１０２内周
とロッド１０４との隙間をシールするロッドシーリング
システムと、が設けられている。

【０００５】そして、シリンダ１０２には、ピストン１
０３を挟む位置に２つの油圧導入孔１０５，１０６が設
けられており、この油圧導入孔１０５，１０６に選択的
に作動油の油圧をかけることでピストン１０３を軸方向
に移動させ、シリンダ１０２及びロッド１０４の取付部
１０２ａ，１０４ａの相対位置を変更する。

【０００６】ここで、ピストンシーリングシステムは、
先端側に加わる圧力を保持しロッド１０４を往復動させ
ると共にシリンダ１０２出力を維持するピストンパッキ
ンＰと、ピストン１０３の軸受でピストン１０３のカジ
リを防止するウェアリングＷと、作動油中の異物でピス
トンパッキンＰが損傷することを防止するために異物を
捕らえるコンタミシールＣと、を備えた構成である。

【０００７】また、ロッドシーリングシステムは、外部
への作動油の漏れを防止するロッドパッキンＲと、ロッ
ドパッキンＲの油圧側に装着されて高負荷時の衝撃圧や
変動圧を緩衝したり高温の作動油のロッドパッキンＲ側
への流入をカットしてロッドパッキンＲの耐久性を向上
させるバッファリングＢと、ロッドパッキンＲの外部側
で外部の泥水やダストの侵入を防止するダストシールＤ
と、を備えた構成である。

【０００８】このようなロッドシーリングシステムを用
いることで、極めて効果的なシールを行うことができ、
種々の使用条件や用途に応じたシールを行うことができ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のロッドシーリングシステムには、以下の問題が
あった。

【００１０】ロッドシーリングシステムでは、ロッドパ
ッキンＲで作動油の外部側への漏れが防止されるため、
摺動対象のロッド表面との間に形成される油膜となる作
動油の供給がロッドパッキンＲで絞られており、ロッド
パッキンＲの外部側のダストシールＤとロッド表面との
間の油膜は徐々に薄く形成される。

【００１１】このため、ロッドシーリングシステムの使
用初期においては、ロッドパッキンＲの外部側への作動
油の供給が不足してダストシールＤとロッド表面との間
に形成される油膜が不完全であるため、ダストシールＤ
はスティックスリップを生じてしまう。

【００１２】近年では、このロッドシーリングシステム
が使用される油圧シリンダを採用する油圧ショベル，ト
ラッククレーン等で、例えば荷吊り作業等のロッドを低
速で移動させる作業を行う場合があり、このような場合
には薄い油膜は破断してしまい易く、使用初期のロッド
シーリングシステムでスティックスリップが生じ易かっ
た。

【００１３】このようなスティックスリップは、例え
ば、工作機械では加工精度の低下や刃物の損傷、油圧シ
ョベル，トラッククレーンでは重量物を運搬しての位置
決めの時の揺れによる作業上の不具合、スティックスリ
ップによって発生する異常音では使用者の不快感，機器
の安全に対する不安感等を引き起こす。

【００１４】従来、スティックスリップ対策として、ス
ティックスリップを生じるシールのリップ先端にＲを付
ける（角を丸くする）ことで、シールの面圧分布を変化
させて油膜厚みを確保する方法が知られていたが、この
場合には十分な作動油が供給されていることが必要であ
る。そのため、この方法では上記の使用初期に発生する
スティックスリップを防止することはできなかった。

【００１５】本発明は、上記した従来技術の問題を解決
するものであり、その目的とするところは、使用初期の
スティックスリップを防止する高性能な密封装置を提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、往復動する２部材間の環状隙間
で、流体圧側から外部側へ少なくとも２つのシールを順
に配置して構成される密封装置において、前記少なくと
も２つのシールの内の外部側シールは、２部材の内一方
の部材に対する摺動面に、自己潤滑性を向上する表面処
理が施されたことを特徴とする。

【００１７】ここで、密封装置では、流体圧側シールで
流体の外部側への漏れが防止されるため、摺動対象面と
の間に形成される流体膜となる流体の供給が流体圧側シ
ールで絞られており、外部側シールと摺動対象面との間
の流体膜は徐々に薄く形成される。

【００１８】したがって、密封装置の使用初期において
は、流体圧側シールの外部側への流体の供給が不足して
外部側シールと摺動対象面との間に形成される流体膜が
不完全であるが、外部側シールの摺動面に自己潤滑性を
向上する表面処理が施されており、外部側シールで生じ
るスティクスリップが防止できる。

【００１９】また、表面処理を施すだけであるので、シ
ールの設計変更等が不要であり、金型製作費等の高いコ
ストを必要としない。密封性，流体かき出し性，ダスト
侵入防止性といった本来のシールの性能が変化せず、機
能上のリスクが少ない。シールの耐摩耗性の改善も同時
にでき、使用初期にシールが摩耗してシールの面圧分布
が崩れることが抑制できる。

【００２０】さらに、外部側シールの摺動面に施された
自己潤滑性を向上する表面処理は、徐々に摺動対象面に
転移するので、摺動対象面の自己潤滑性が向上し、流体
圧側シールの低摩擦化・低摩耗化・耐久性の向上をも図
ることができる。即ち、外部側シールのスティクスリッ
プ防止だけでなく、流体圧側シールを含む密封装置全体
の低摩擦化・低摩耗化・耐久性の向上を図ることができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。

【００２２】実施の形態に係る密封装置としてのロッド
シーリングシステムは、従来技術と同様に例えば建設機
械や運搬車輌等のアクチュエータとして用いられる油圧
シリンダ等に使用される。なお、ロッドシーリングシス
テムが使用される代表的な油圧シリンダについては従来
技術で説明したので、ここでは本発明の密封装置として
のシーリングシステムであるロッドシーリングシステム
構成について説明する。

【００２３】図１は実施の形態に係るロッドシーリング
システム１を示す半断面図である。図１のロッドシーリ
ングシステム１は、外部への作動油の漏れを防止するメ
インシールとしてのロッドパッキンＲと、ロッドパッキ
ンＲの油圧側Ｏに装着されて高負荷時の衝撃圧や変動圧
を緩衝したり高温の作動油のロッドパッキンＲ側への流
入をカットしてロッドパッキンＲの耐久性を向上させる
バッファリングＢと、ロッドパッキンＲの外部側Ａで外
部の泥水やダストの侵入を防止するダストシールＤと、
を備えた構成である。

【００２４】ロッドシーリングシステム１は、油圧側Ｏ
から外部側Ａに向かって、バッファリングＢ、ロッドパ
ッキンＲ、ダストシールＤが順に配置されて構成されて
いる。

【００２５】バッファリングＢは、Ｕパッキン２と、Ｕ
パッキン２の内周ヒール部５に嵌め込まれるバックアッ
プリング６と、を用いた構成である。

【００２６】バッファリングＢのＵパッキン２は、内周
リップ部３及び内周リップ部３よりも短い外周リップ部
４を備え、油圧側Ｏに内周リップ部３先端及び外周リッ
プ部４先端が向かう状態でシリンダ１０２内周の取付溝
７に装着されている。

【００２７】内周リップ部３先端には、内周リップ部３
と外周リップ部４間のＵ字状溝への油圧導入とＵ字状溝
に溜まった油圧を油圧側Ｏへ取り除く蓄圧回避のために
周まわり等配して切り欠き３ａを設けている。

【００２８】ここで、バッファリングＢのＵパッキン２
は、外周リップ部４が内周リップ部３よりも短いため、
バッファリングＢとロッドパッキンＲ間に油圧が溜まっ
た場合にシリンダ１０２内周に設けられた取付溝７内で
バッファリングＢが油圧側Ｏへ寄せられると、取付溝７
の油圧側Ｏ側面に内周リップ部３は当接するが外周リッ
プ部４は側面に当接せず、取付溝７を回り込む流路が形
成されるので、バッファリングＢとロッドパッキンＲ間
に溜まった油圧をＵパッキン２のＵ字状溝へ逃がすこと
ができる。そして、内周リップ部３先端の切り欠き３ａ
で油圧側Ｏへさらに逃がすことができる。

【００２９】また、バッファリングＢのバックアップリ
ング６は、高圧付与時にＵパッキン２の内周ヒール部５
のはみ出しが防止できればよく、その形状、材質は限定
されるものではないので、Ｕパッキン２の外部側Ａに隣
接して設けられる平板ワッシャ状のものでもよい。

【００３０】ロッドパッキンＲは、Ｕパッキン８と、Ｕ
パッキン８の外部側Ａに隣接して設けられる平板ワッシ
ャ状のバックアップリング１１と、を用いた構成であ
る。

【００３１】ロッドパッキンＲのＵパッキン８は、内周
リップ部９及び外周リップ部１０が等しい長さであり、
バッファリングＢのＵパッキン２と同様に、油圧側Ｏに
内周リップ部９先端及び外周リップ部１０先端が向かう
状態でシリンダ１０２内周の取付溝１２に装着される。

【００３２】このＵパッキン８の内周リップ部９先端及
び外周リップ部１０先端には、ロッドパッキンＲとダス
トシールＤ間に溜まった油圧を油圧側Ｏへ取り除く蓄圧
回避のための切り欠き９ａ，１０ａが周まわり等配して
設けられている。

【００３３】ここで、ロッドパッキンＲとダストシール
Ｄ間に油圧が溜まった場合にシリンダ１０２内周に設け
られた取付溝１２内でロッドパッキンＲが油圧側Ｏへ寄
せられると、取付溝１２の油圧側Ｏ側面に内周リップ部
９及び外周リップ部１０が当接してしまうが、切り欠き
９ａ，１０ａが流路を形成するので、ロッドパッキンＲ
とダストシールＤ間に溜まった油圧をロッドパッキンＲ
の油圧側Ｏへ逃がすことができる。

【００３４】また、バックアップリング１１は、Ｕパッ
キン８に高油圧が付与された場合でもＵパッキン８の内
周ヒール部のはみ出しを防止し、ロッドパッキンＲの耐
圧性能を向上している。

【００３５】ダストシールＤは、シリンダ１０２内周の
取付溝１６に装着されるもので、油圧側Ｏに設けられる
オイルリップ１３と外部側Ａに設けられるダストリップ
１４をロッド１０４表面に摺接し、取付溝１６に装着さ
れる外周の嵌め合い部に金属環１５を焼き付け固定した
構成である。金属環１５は外部側Ａに内径フランジ部１
５ａを有している。

【００３６】ダストシールＤのオイルリップ１３及びダ
ストリップ１４のロッド１０４表面に摺動する摺動面に
は、自己潤滑性を向上する表面処理１７が施されてい
る。このため、ロッドシーリングシステム１が使用初期
で、オイルリップ１３及びダストリップ１４の摺動面と
ロッド１０４表面との間に形成される油膜が不完全な場
合でも、表面処理１７によってオイルリップ１３及びダ
ストリップ１４はスティックスリップが防止される。

【００３７】また、使用が進むと表面処理１７は摺動面
からこすり落ちて消滅するが、その頃にはオイルリップ
１３及びダストリップ１４の摺動面とロッド１０４表面
との間に油膜が形成されてくるので、何の問題もない。

【００３８】オイルリップ１３及びダストリップ１４の
摺動面に施される表面処理１７としては、例えば、ＰＴ
ＦＥを潤滑剤に用いるグライトパンＪＦ１４８，クリュ
ーバートップ（いずれもＮＯＫクリューバー（株）製）
等のコーティング剤でコーティング皮膜を形成したり、
ミールーブＬ１０１ＷＲ（ＮＯＫクリューバー（株）
製）等のワックスを塗布したり、ポリルーブＧＬＹ８０
１（ＮＯＫクリューバー（株）製）等のグリスを塗布し
たりすることにより行われる（表面処理１７はこれらの
例に限られるものではない）。

【００３９】この構成によるロッドシーリングシステム
１では、ロッドパッキンＲで作動油の外部側Ａへの漏れ
が防止されるため、ロッド１０４表面との間に形成され
る油膜となる作動油の供給がロッドパッキンＲで絞られ
ており、ダストシールＤとロッド１０４表面との間の油
膜は徐々に薄く形成される。

【００４０】したがって、ロッドシーリングシステム１
の使用初期においては、ロッドパッキンＲの外部側Ａへ
の作動油の供給が不足してダストシールＤとロッド１０
４表面との間に形成される油膜が不完全であるが、ダス
トシールＤのオイルリップ１３及びダストリップ１４の
摺動面に自己潤滑性を向上する表面処理１７が施されて
おり、オイルリップ１３及びダストリップ１４で生じる
スティックスリップが防止できる。

【００４１】また、オイルリップ１３及びダストリップ
１４の摺動面に表面処理１７を施すだけであるので、使
用初期のスティックスリップを防止するためだけにダス
トシールＤの設計変更等を行うことが不要であり、金型
製作費等の高いコストを必要としない。密封性，流体か
き出し性，ダスト侵入防止性といった本来のダストシー
ルＤの性能が変化せず、機能上のリスクが少ない。ダス
トシールＤの耐摩耗性の改善も同時にでき、使用初期に
ダストシールＤのオイルリップ１３及びダストリップ１
４が摩耗してダストシールＤの面圧分布が崩れることが
抑制できる。

【００４２】さらに、ダストシールＤのオイルリップ１
３及びダストリップ１４の摺動面に施された自己潤滑性
を向上する表面処理１７は、徐々にロッド１０４表面に
転移するので、ロッド１０４表面の自己潤滑性が向上
し、バッファリングＢやロッドパッキンＲの低摩擦化・
低摩耗化・耐久性の向上をも図ることができる。即ち、
ダストシールＤのスティクスリップ防止だけでなく、バ
ッファリングＢやロッドパッキンＲを含むロッドシーリ
ングシステム１全体の低摩擦化・低摩耗化・耐久性の向
上を図ることができる。

【００４３】（検証試験）図２に実施の形態のロッドシ
ーリングシステム１のダストシールＤのスティックスリ
ップ特性の評価を検証した（なお、参考として従来のダ
ストシールＤの評価も併記する）。

【００４４】ここで、この試験は、図２（ｂ）に示すよ
うな試験装置を用いて行った。図２（ｂ）に示す試験装
置は、シリンダ内に挿入されるロッドの先端のヘッドに
試料としてダストシールＤを摺動させるようにし、試料
の一方側に１０ＭＰａの油圧Ｐ１が導入され、他方側か
ら０ＭＰａの油圧Ｐ２が排出されるようになっている。

【００４５】そして、移動するロッドの振動加速度をロ
ッドの取付部に設置した加速度センサで検知し、ＦＦＴ
アナライザを経てプリンタで出力し、スティックスリッ
プ特性を評価した。なお、検知した振動加速度が大きい
程、スティックスリップが生じ易いという評価である。

【００４６】ここで、各種条件として、作動油には鉱物
系作動油を用い、環境温度は室温で、ロッドの移動速度
を０．０３ｍ／ｓｅｃとした。

【００４７】試料であるダストシールＤは、グライトパ
ンＪＦ１４８（ＮＯＫクリューバー（株）製）でコーテ
ィング皮膜を形成した「表面処理Ａ」と、ミールーブＬ
１０１ＷＲ（ＮＯＫクリューバー（株）製）のワックス
を塗布した「表面処理Ｂ」と、従来のダストシールＤで
ある「表面処理無し」と、を用意した。

【００４８】この試験結果は、図２（ａ）に示すように
なった。図２（ａ）から「表面処理Ａ」及び「表面処理
Ｂ」が「表面処理無し」に比して振動加速度が半分以下
に抑えられ、スティックスリップが防止できる効果が確
認できた。

【００４９】なお、「表面処理Ｂ」は、ロッドの往復移
動が１００回程度で消滅して効果が無くなった。また、
「表面処理Ａ」は、「表面処理Ｂ」よりも長期にわたり
効果が持続するが、コストは「表面処理Ｂ」の方が安
い。実際の表面処理は、ダストシールＤの摺動面と摺動
対称面との間の油膜形成速度によって適宜選択する。

【００５０】なお、本実施の形態のダストシールＤは、
オイルリップ及びダストリップを備えたダブルリップタ
イプのものであったが、これに限られず、ダストリップ
だけのシングルタイプでもよく、また、ダストシールＤ
の材質は、例えばゴム状弾性体，樹脂等の各種材料を用
いることができ、形状や材質が限定されるものではな
い。

【００５１】また、使用初期においては、バッファリン
グＢでも作動油の外部側への流入をカットしてバッファ
リングＢの外部側への作動油の供給が不足しており、ロ
ッドパッキンＲもダストシールＤと同様にスティックス
リップを生じるおそれがあるので、ロッドパッキンＲの
摺動面に表面処理を施すこともできる。

【００５２】この場合には、使用初期においては、バッ
ファリングＢの外部側Ａへの作動油の供給が不足してロ
ッドパッキンＲとロッド表面との間に形成される油膜が
不完全であるが、ロッドパッキンＲの摺動面に自己潤滑
性を向上する表面処理が施されており、ロッドパッキン
Ｒで生じるスティックスリップが防止できる。

【００５３】さらに、密封対象を油として説明したが、
これに限られず、流体等の流体圧が付与される部位に用
いることができる。また、ロッドシーリングシステムに
限られず、例えば軸に設けられた環状の取付溝に配置さ
れ、この軸周りのハウジング内周に摺動して軸とハウジ
ング間の環状隙間をシールするような場合のシーリング
システムにも適用することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、密封装
置の使用初期においては、流体圧側シールの外部側への
流体の供給が不足して外部側シールと摺動対象面との間
に形成される流体膜が不完全であるが、外部側シールの
摺動面に自己潤滑性を向上する表面処理が施されてお
り、外部側シールで生じるスティクスリップが防止でき
る。

【００５５】また、表面処理を施すだけであるので、シ
ールの設計変更等が不要であり、金型製作費等の高いコ
ストを必要としない。密封性，流体かき出し性，ダスト
侵入防止性といった本来のシールの性能が変化せず、機
能上のリスクが少ない。シールの耐摩耗性の改善も同時
にでき、使用初期にシールが摩耗してシールの面圧分布
が崩れることが抑制できる。

【００５６】さらに、外部側シールの摺動面に施された
自己潤滑性を向上する表面処理は、徐々に摺動対象面に
転移するので、摺動対象面の自己潤滑性が向上し、流体
圧側シールの低摩擦化・低摩耗化・耐久性の向上をも図
ることができる。即ち、外部側シールのスティクスリッ
プ防止だけでなく、流体圧側シールを含む密封装置全体
の低摩擦化・低摩耗化・耐久性の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係るロッドシーリングシステムを
示す半断面図である。

【図２】実施の形態に係るロッドシーリングシステムの
ダストシールの検証試験結果と試験装置を示す図であ
る。

【図３】油圧シリンダを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ロッドシーリングシステム ２ Ｕパッキン ３ 内周リップ部 ４ 外周リップ部 ５ 内周ヒール部 ６ バックアップリング ７ 取付溝 ８ Ｕパッキン ９ 内周リップ部 １０ 外周リップ部 １１ バックアップリング １２ 取付溝 １３ オイルリップ １４ ダストリップ １５ 金属環 １５ａ 内径フランジ部 １６ 取付溝 １７ 表面処理 １０１ 油圧シリンダ １０２ シリンダ １０２ａ，１０４ａ 取付部 １０３ ピストン １０４ ロッド １０５，１０６ 油圧導入孔 Ｏ 油圧側 Ａ 外部側 Ｂ バッファリング Ｒ ロッドパッキン Ｄ ダストシール Ｗ ウェアリング Ｐ ピストンパッキン Ｃ コンタミシール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】往復動する２部材間の環状隙間で、流体圧
   側から外部側へ少なくとも２つのシールを順に配置して
   構成される密封装置において、 前記少なくとも２つのシールの内の外部側シールは、２
   部材の内一方の部材に対する摺動面に、自己潤滑性を向
   上する表面処理が施されたことを特徴とする密封装置。