JP2004251413A

JP2004251413A - 往復動軸用密封装置

Info

Publication number: JP2004251413A
Application number: JP2003044380A
Authority: JP
Inventors: Masaru Watanabe; 渡辺　　勝
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-21
Also published as: JP4332703B2

Abstract

【課題】密封空間Ｓ１の圧力による主リップ１２への負荷を軽減すると共に、摩擦力による振動減衰特性を適切に設定可能とする。
【解決手段】筒体１０１とその内周に挿入された往復動軸１０２との間に、密封空間Ｓ１側を向いた主リップ１２の内周端が往復動軸１０２の外周面と密接されたオイルシール１と、このオイルシール１の密封空間Ｓ１側に位置してロッドガイド２に形成された支持部２ｃに配置された弾性リング３及びバックアップリング４とを備える。弾性リング３は、その内周面３ａが往復動軸１０２の外周面と摺動可能であることによって、振動減衰特性及び減圧特性を奏する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばモノチューブ式ショックアブソーバのピストンロッド等、往復動軸の軸周をシールする往復動軸用密封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の懸架装置等に使用され、走行中の衝撃を吸収して振動を速やかに減衰するショックアブソーバには、モノチューブ式のものがある。図５は、モノチューブ式ショックアブソーバの概略構造を示す断面図で、すなわち、モノチューブ式ショックアブソーバ１００は、シリンダ（チューブ）１０１と、その内周に軸方向（上下）移動可能に挿入されたピストンロッド１０２と、シリンダ１０１の内周面に対して密接摺動可能に配置されピストンロッド１０２の先端に結合されたピストン１０３と、このピストン１０３に対してピストンロッド１０２と反対側でシリンダ１０１の内周面と密接摺動可能に配置されたフリーピストン１０４と、シリンダ１０１の一端に設けられてピストンロッド１０２の軸周をシールする密封装置１０５とからなる。
【０００３】
シリンダ１０１の内周における密封装置１０５とピストン１０３との間の油室Ｓ１、及びフリーピストン１０４とピストン１０３との間の油室Ｓ２にはオイルＯが封入されており、シリンダ１０１における密封装置１０５と反対側の端部とフリーピストン１０４との間の気室Ｓ３には、フリーピストン１０４を介してオイルＯを加圧する高圧ガスＧが封入されている。ピストン１０３には、車両の走行中の衝撃によって、ピストンロッド１０２を介して軸方向の移動力が入力された時に、油室Ｓ１，Ｓ２間で、制限された流量のオイルＯの流通を許容することにより、振動減衰力を発生するオリフィス１０３ａが開設されている。
【０００４】
複筒式のショックアブソーバのピストンロッド等に使用される往復動軸用密封装置としては、例えば下記の特許文献１の第４図に記載されているように、ロッドガイドの外側にオイルシールを配置するが、この場合、オイルシールに作用する油圧が０〜４０ｋｇ／ｃｍ^２程度であるのに対し、上述の図５のような構造を備えるモノチューブ式ショックアブソーバ１００では、気室Ｓ３に封入されたガスＧの圧力によって、油室Ｓ１が２０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２の高圧になるため、特許文献１のようなオイルシールでは対応できない。すなわち、オイルシールのリップ部に作用する油室Ｓ１の油圧が気室Ｓ３のガス圧によって高圧になるため、ピストンロッド１０２との面圧が大きくなり、その結果、耐圧性に問題を生じ、かつピストンロッド１０２との摺動による負荷が大きくなるといった問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１７３７９７（第４図）
【０００６】
また、上述のような点を考慮して、オイルシールの耐圧性を向上させるには、図６のような構造とすることが考えられる。すなわち、図６に示されるオイルシール１１０は、耐油性や耐摩耗性に優れたフッ素ゴム等からなる主リップ１１１の油室Ｓ１側の面を覆うように、ゴム１１２を配置して、ロッドガイド１１３に主リップ１１１と一体に焼き付けたものである。しかしながら、このような構造ではシール形状が限定されてしまい、ピストンロッド１０２に対する締め代や摺動部の形状等によって、要求される摩擦力による振動減衰特性に対応することが困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、密封空間の圧力による主リップへの負荷を軽減すると共に、摩擦力による振動減衰特性を適切に設定可能とすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る往復動軸用密封装置は、筒体とその内周に挿入された往復動軸との間に、前記筒体の内周の密封空間側を向いた主リップの内周端が前記往復動軸の外周面と密接されたオイルシールと、このオイルシールの密封空間側に配置されたゴム状弾性材料からなる弾性リングとを備え、この弾性リングは、前記オイルシール側の面及び外周面が前記筒体の内周に設けた支持部に支持されると共に、内周面が前記往復動軸の外周面と摺動可能となっている。
【０００９】
請求項２の発明に係る往復動軸用密封装置は、請求項１に記載の構成において、弾性リングのオイルシール側の面と支持部との間にバックアップリングが介在されたものである。
【００１０】
請求項３の発明に係る往復動軸用密封装置は、請求項１に記載の構成において、弾性リングの内周面に溝又は梨地等の多数の凹凸を形成したものである。
【００１１】
請求項４の発明に係る往復動軸用密封装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、支持部が、往復動軸を軸方向移動可能に支持するロッドガイドに形成されたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る往復動軸用密封装置の第一の形態を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図で、この図１における参照符号１０１は、車両の懸架装置等に使用されるモノチューブ式ショックアブソーバのシリンダ、１０２はこのシリンダ１０１の内周に挿入されたピストンロッド、Ｓ１はオイルＯが充填された油室である。シリンダ１０１は、請求項１に記載された筒体に相当し、ピストンロッド１０２は、請求項１に記載された往復動軸に相当し、油室Ｓ１は請求項１に記載された密封空間に相当する。
【００１３】
シリンダ１０１の開口端部の内周とピストンロッド１０２との間には、オイルシール１と、その軸方向内側（油室Ｓ１側）に位置するロッドガイド２と、このロッドガイド２における油室Ｓ１側に保持された弾性リング３及びバックアップリング４が配置されている。
【００１４】
オイルシール１は、円板状の金属製補強環１１と、その内周部に設けられて油室Ｓ１側を向いた主リップ１２及び外部空間側を向いたダストリップ１３と、補強環１１の外周部に設けられて油室Ｓ１側を向いたガスケット１４と、主リップ１２の外周に嵌着されたエキステンションスプリング（ガータスプリングともいう）１５からなる。主リップ１２、ダストリップ１３及びガスケット１４は、インサート成形によって、フッ素ゴム等のゴム状弾性材料で加硫成形されると共に補強環１１に一体的に加硫接着されたものである。
【００１５】
主リップ１２は、その内周端がピストンロッド１０２の外周面に摺動可能に密接されることによって、シリンダ１０１内から外部へのオイルＯの漏れを阻止し、ダストリップ１３は、その内周端がピストンロッド１０２の外周面に摺動可能に密接されることによって、外部からの塵埃や泥水等の侵入を阻止する。また、ガスケット１４は、シリンダ１０１の内周面及びロッドガイド２の外端面に密接されることによって、シリンダ１０１内から外部へのオイルＯの漏れを阻止するものであり、補強環１１の外周部は、シリンダ１０１の開口端部を内周側へ屈曲したカシメ部１０１ａに当接し、抜け止めされている。
【００１６】
ロッドガイド２は、金属材料等からなるものであって、内周フランジ部２１と、外端部に形成された環状突部２２を有し、環状突部２２の先端がオイルシール１における補強環１１の内側面に当接されることによって、この補強環１１を介してシリンダ１０１のカシメ部１０１ａで抜け止めされている。ロッドガイド２の内周フランジ部２１の内周面には、ＰＴＦＥ等の耐摩耗性に優れた低摩擦係数の合成樹脂材料からなりピストンロッド１０２の外周面と摺動可能なガイドリング２３が保持されている。そして、オイルシール１における主リップ１２は、内周フランジ部２１と環状突部２２との間に形成された環状の内周凹部２ａ内に収容され、オイルシール１におけるガスケット１４は、環状突部２２の外周に形成された環状の外周凹部２ｂ内に挿入された状態にある。
【００１７】
図２は、弾性リング３及びバックアップリング４を分離してその軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。この図２にも示されるように、弾性リング３はゴム状弾性材料で加硫成形されたものであって、軸心を通る平面で切断した断面が略長方形を呈し、バックアップリング４はＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ、ＥＴＦＥ、ナイロン等の合成樹脂で成形されたものであって、内径及び外径が弾性リング３と略同等の扁平な環状を呈する。
【００１８】
ロッドガイド２には、その内周フランジ部２１の油室Ｓ１側に、請求項１に記載された支持部に相当する環状の支持凹部２ｃが形成されており、弾性リング３及びバックアップリング４は、この支持凹部２ｃ内に収容されている。詳しくは、弾性リング３は支持凹部２ｃ内における油室Ｓ１側に配置され、バックアップリング４は、弾性リング３とロッドガイド２の内周フランジ部２１との間に介在している。また、弾性リング３の内周面３ａは、ピストンロッド１０２の外周面と摺動可能に接触されており、弾性リング３及びバックアップリング４の外周面３ｂ，４ｂは、支持凹部２ｃの内周面に密接嵌合状態に支持されており、弾性リング３のオイルシール１側の背面３ｃは、バックアップリング４を介して、支持凹部２ｃを構成する内周フランジ部２１の内側面２１ａに支持されている。
【００１９】
なお、ロッドガイド２の外周部は、シリンダ１０１に対して、図示されていない凹凸嵌合等の手段を有し、ピストンロッド１０２がシリンダ１０１への挿入方向（図１における下方）へ移動した時に、摩擦で引きずられることによる油室Ｓ１側への移動が阻止されている。
【００２０】
弾性リング３は、ピストンロッド１０２の外周面との摺接によって所要の摩擦力を発生し、シリンダ１０１とピストンロッド１０２の軸方向相対運動（振動）を減衰させると共に、油室Ｓ１からロッドガイド２の内周凹部２ａ内へ導入されたオイルによってオイルシール１に作用する油圧を減圧するものである。一方、バックアップリング４は油室Ｓ１の圧力、あるいはピストンロッド１０２がシリンダ１０１からの抜き出し方向（図１における上方）へ移動した時に、摩擦で引きずられることによって、弾性リング３の内周部がロッドガイド２の内周フランジ部２１の内周へはみ出すのを防止するものであり、使用条件によっては、必ずしも設ける必要はない。
【００２１】
以上の構成において、車両の走行中の衝撃によって、シリンダ１０１とピストンロッド１０２の軸方向相対運動が入力されると、これに伴って、先に説明した図５に示されるピストン１０３がシリンダ１０１内を軸方向相対移動することによって、その両側の油室Ｓ１，Ｓ２間で、ピストン１０３のオリフィス１０３ａ内を、制限された流量でオイルＯが流通することにより、振動が減衰される。
【００２２】
弾性リング３、ガイドリング２３及びオイルシール１の主リップ１２とピストンロッド１０２との摺動面には、油室Ｓ１からのオイルＯの一部が潤滑液膜として導入されている。そして、図５に示されるピストン１０３の移動に伴って油室Ｓ１の油圧が上昇すると、この油圧を受けて軸方向へ圧縮される弾性リング３が径方向へ伸長し、ピストンロッド１０２との面圧を増大するので、衝撃入力による大振幅の低周波振動に対して、ゴム状弾性材料からなる弾性リング３の粘弾性による有効な振動減衰力を発生する。
【００２３】
また、路面の細かい凹凸やベルジャン路等での走行に起因する微小振幅の高周波振動が入力された場合は、図５に示されるピストン１０３のオリフィス１０３ａ内でのオイルＯの流通による減衰が行われなくなるが、このような振動の入力による油圧の小刻みな変動に対応して弾性リング３が径方向へ反復変形されるので、このような高周波振動に対しても、弾性リング３の粘弾性による有効な振動減衰力を発生する。
【００２４】
一方、シリンダ１０１内に封入されたオイルＯの圧力（油圧）は、オイルシール１の主リップ１２にピストンロッド１０２に対する緊迫力として作用する。そしてこの油圧は、図５に示される気室Ｓ３に封入された高圧ガスＧで加圧されているので、ピストン１０３の移動に伴って、最大で１００ｋｇ／ｃｍ^２程度の高圧になることがあるが、この油圧は、弾性リング３とピストンロッド１０２との隙間において有効に減圧される。そして、油圧の上昇によって軸方向へ圧縮される弾性リング３は、径方向に対しては伸長して前記隙間を縮小し、減圧作用を高めるので、ピストンロッド１０２に対する主リップ１２の緊迫力の増大が抑制される。
【００２５】
上述のように、弾性リング３の粘弾性によって有効な振動減衰力を得ているので、オイルシール１の主リップ１２にはピストンロッド１０２との摩擦による大きな減衰機能を与える必要はなく、また、弾性リング３の減圧作用によって、ピストンロッド１０２に対する主リップ１２の摺動負荷が軽減されるので、主リップ１２の摩耗を著しく低減できる。またこのため、オイルシール１としては、例えば複筒式ショックアブソーバの密封装置として使用されるものと同様の、安価な汎用オイルシールを使用することができる。
【００２６】
なお、弾性リング３の内周面３ａは、要求される振動減衰特性や、減圧特性に応じて、平滑な円筒面に形成されるか、あるいは微小凹凸（不図示）が形成される。そして、微小凹凸を形成する場合は、更にその形状（互いに平行な多数の軸方向溝、円周方向溝又は梨地等）や、凹凸の密度、深さ等によって、振動減衰特性や、減圧特性を任意に設定することができる。
【００２７】
図３は、本発明に係る往復動軸用密封装置の第二の形態を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。この形態において、上述した図１の形態と異なるところは、弾性リング３及びバックアップリング４を収容する環状の支持凹部２ｃが、ロッドガイド２に、その内周フランジ部２１よりもオイルシール１側に形成されており、バックアップリング４の背面が、ロッドガイド２の内周凹部２ａに嵌着された金属環５のフランジ部５１に支持された点にある。金属環５は、ロッドガイド２の支持凹部２ｃと共に、請求項１に記載された支持部を構成するものである。
【００２８】
すなわち、図３の形態においては、ロッドガイド２におけるガイドリング２３が、弾性リング３及びバックアップリング４の油室Ｓ１側に位置しており、その他の部分は、図１と略同様である。このため、弾性リング３の振動減衰特性及び減圧特性によって、図１の形態と同様の作用・効果を奏することができる。
【００２９】
図４は、本発明に係る往復動軸用密封装置の第三の形態を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。この形態において、上述した図１の形態と異なるところは、バックアップリング４の背面４ａが、油室Ｓ１と反対側へ向けて小径になる円錐面をなしており、支持凹部２ｃにおけるバックアップリング４の支持面、すなわちロッドガイド２における内周フランジ部２１の内側面２１ａ及びガイドリング２３の内側端面が、バックアップリング４の背面４ａと対応して、連続した円錐面をなしている。その他の部分は、図１と略同様である。
【００３０】
以上の構成によれば、油室Ｓ１の油圧が上昇すると、この油圧を受けて軸方向へ圧縮される弾性リング３が径方向へ伸長して、ピストンロッド１０２との隙間を減少（面圧を増大）するのに加え、前記油圧は、弾性リング３を介してバックアップリング４に作用し、その円錐面状の背面４ａが、同じく円錐面状を呈する内周フランジ部２１の内側面２１ａ及びガイドリング２３の内側端面に押し付けられることによって縮径変形を受けるので、このバックアップリング４の内周面とピストンロッド１０２の外周面との隙間も減少する。このため、オイルシール１の主リップ１２への油圧に対する減圧作用及びピストンロッド１０２との摩擦による減衰機能を一層向上することができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１の発明に係る往復動軸用密封装置によれば、オイルシールの密封空間側に配置されたゴム状弾性材料からなる弾性リングが、オイルシールの主リップに作用する密封対象流体の圧力を軽減する減圧機能を発揮するため、オイルシールの摺動負荷を軽減してその寿命を長久化することができ、しかもオイルシール自体を、耐圧性向上のための複雑な構造とする必要がないので、安価な汎用のオイルシールを用いることができる。また、往復動軸と摺動する際の弾性リングの粘弾性によって振動減衰機能を発揮するため、要求される振動減衰特性を、弾性リングの形状等によって容易に設定可能であり、振動減衰をオイルシールと往復動軸との摺動に依存する場合に比較して、優れた振動減衰を得ることができる。
【００３２】
請求項２の発明に係る往復動軸用密封装置によれば、バックアップリングによって、密封空間の圧力又は往復動軸との摺動負荷による支持部内周からの弾性リングのはみ出しを防止することができる。
【００３３】
請求項３の発明に係る往復動軸用密封装置によれば、弾性リングの内周面に形成する溝又は梨地等の凹凸の大きさや形状によって、振動減衰特性や減圧特性を任意に設定することができる。
【００３４】
請求項４の発明に係る往復動軸用密封装置によれば、弾性リングを支持する支持部が、往復動軸を軸方向移動可能に支持するロッドガイドに形成されたため、別部材として支持部を設ける必要がなく、安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る往復動軸用密封装置の第一の形態を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。
【図２】図１における弾性リング及びバックアップリングを分離してその軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【図３】本発明に係る往復動軸用密封装置の第二の形態を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。
【図４】本発明に係る往復動軸用密封装置の第三の形態を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。
【図５】モノチューブ式ショックアブソーバの概略構造を示す断面図である。
【図６】従来の往復動軸用密封装置の第一の形態を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。
【符号の説明】
１オイルシール
１１補強環
１２主リップ
１３ダストリップ
２ロッドガイド
２ｃ支持凹部（支持部）
３弾性リング
３ａ内周面
４バックアップリング
５金属環（支持部）
１０１シリンダ（筒体）
１０２ピストンロッド（往復動軸）
Ｓ１油室（密封空間）

Claims

筒体（１０１）とその内周に挿入された往復動軸（１０２）との間に、前記筒体（１０１）の内周の密封空間（Ｓ１）側を向いた主リップ（１２）の内周端が前記往復動軸（１０２）の外周面と密接されたオイルシール（１）と、このオイルシール（１）の密封空間（Ｓ１）側に配置されたゴム状弾性材料からなる弾性リング（３）とを備え、この弾性リング（３）は、前記オイルシール（１）側の面及び外周面が前記筒体（１０１）の内周に設けた支持部（２ｃ）に支持されると共に、内周面（３ａ）が前記往復動軸（１０２）の外周面と摺動可能であることを特徴とする往復動軸用密封装置。
弾性リング（３）のオイルシール（１）側の支持面にバックアップリング（４）が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の往復動軸用密封装置。
弾性リング（３）の内周面（３ａ）に溝又は梨地等の多数の凹凸を形成したことを特徴とする請求項１に記載の往復動軸用密封装置。
支持部（２ｃ）が、往復動軸（１０２）を軸方向移動可能に支持するロッドガイド（２）に形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の往復動軸用密封装置。