JP2006057834A - Seal construction of sliding part - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摺動部のシール構造に関する。 The present invention relates to a seal structure for a sliding portion.
この種摺動部のシール構造にあっては、従来から、図3に示したものが知られており、この摺動部のシール構造は、たとえば、油圧シリンダの軸たるロッド2と筒たるシリンダ3との間をシールするために使用され、その構造は直列に配置される第1パッキン4と第2パッキン5とを備え、各パッキン4,5はシリンダ3の内周側に設けた環状溝3a,3b内に嵌挿されている。
Conventionally, the seal structure of this kind of sliding part is known as shown in FIG. 3, and the seal structure of this sliding part is, for example, a
さらに、シリンダ3内方に位置する第1パッキン4は、シール部材たるUパッキン6と、該Uパッキン6の内周側に設けた切欠内に嵌合するバックアップリング7とで構成され、他方、シリンダ3の外方に位置する第2パッキン5は、Uパッキンで構成されている。
Further, the
そして、この第1パッキン4をシリンダ3の環状溝3a内周およびロッド2外周とに当接させ、第2パッキン5をシリンダ3の環状溝3b内周およびロッド2外周とに当接させて、ロッド2とシリンダ3との間をシールしシリンダ3を油密状態に維持している。
Then, the
ここで、第1パッキン4は、シリンダ3内の高い圧力を第2パッキン5に直接作用させないために設けられるものであり、これにより第2パッキン5は、第1パッキン4を通過する作動油のみをシールすることになる。
Here, the
すなわち、第1パッキン4は第2パッキン5に作用する圧力を減圧する役割を果たすいわゆるバッファシールとして機能する。
That is, the
したがって、上述のような摺動部のシール構造は、特にシリンダ3内が非常に高い圧力になることが想定される機器、たとえば、建機用の油圧シリンダ等のシールをする場合に用いられる。
しかしながら、上記した従来の摺動部のシール構造においては以下の弊害があると指摘される恐れがある。 However, the above-described conventional sliding part seal structure may be pointed out to have the following adverse effects.
すなわち、従来構成ではバックアップリング7は、Uパッキン6の切欠内に嵌合することにより一体化されているが、Uパッキン6に対して完全に固定されているわけではないので、油圧シリンダ1が伸縮を長期間繰り返すと、Uパッキン6とバックアップリング7との間に作動油が入り込み蓄積され、Uパッキン6からバックアップリング7が遊離してしまう。
That is, in the conventional configuration, the
ここで、バックアップリング7は、Uパッキン6の内側リップの変形を阻止する目的で設けられるものであるが、バックアップリング7の遊離により、第1パッキン4と第2パッキン5との間の空間Sに作動油が蓄積される事態となる。
Here, the
すなわち、Uパッキン6とバックアップリング7との間に作動油が蓄積されると、Uパッキン6は、Uパッキン6とバックアップリング7との間に蓄積された作動油によって環状溝3a内で図3中右方に移動せしめられ環状溝3aの右方の側壁に押し付けられる一方、他方のバックアップリング7は、上記蓄積された作動油によって環状溝3a内で図3中左方に移動せしめられて環状溝3aの左方の側壁に押し付けられて、空間S内の作動油がシリンダ3内に戻ることを妨げてしまうこととなる。
That is, when hydraulic oil is accumulated between the
そして、この空間Sへの作動油の蓄積が油圧シリンダ1の伸縮のたびに繰り返されて、空間S内の油圧が徐々に高くなり、最終的には、この空間S内の油圧力により第2パッキン5は、ロッド2に強く押し付けられて、ロッド2の移動時に溶融し摩耗してしまい、ロッド2とシリンダ3との間を適切にシールすることができなくなってしまう恐れがある。
The accumulation of hydraulic oil in the space S is repeated every time the hydraulic cylinder 1 expands and contracts, and the hydraulic pressure in the space S gradually increases. Finally, the second oil pressure in the space S causes the second oil pressure. The
そこで、本発明は、上記した不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、軸と筒との間を適切にシールすることが可能な摺動部のシール構造を提供することである。 Therefore, the present invention was devised in order to improve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a seal structure for a sliding portion capable of appropriately sealing between a shaft and a cylinder. Is to provide.
上記目的を達成するため、本発明における課題解決手段は、筒と該筒内に移動自在に挿入される軸との間に直列に配置される第1パッキンおよび第2パッキンで、軸と筒との間とシールする摺動部のシール構造において、内側に設けられる第1パッキンは、筒内方に面するシール部材と摺動部に面するバックアップリングとを備え、該シール部材とバックアップリングとが分離不能に一体化されてなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the problem solving means in the present invention is a first packing and a second packing arranged in series between a cylinder and a shaft movably inserted into the cylinder. In the seal structure of the sliding portion that seals between the first packing, the first packing provided inside includes a seal member facing the inside of the cylinder and a backup ring facing the sliding portion, and the seal member and the backup ring Are integrated inseparably.
本発明によれば、軸の筒に対する相対移動が長期間繰り返されても、第1パッキンを構成するシール部材とバックアップリングとが分離不能に一体化されているので、該シール部材とバックアップリングとの間へ作動油等の液体が侵入、蓄積されることはない。 According to the present invention, even if the relative movement of the shaft with respect to the cylinder is repeated for a long time, the seal member and the backup ring constituting the first packing are integrated so as not to be separated. Liquid such as hydraulic oil does not enter and accumulate in between.
したがって、シール部材からバックアップリングが遊離してしまうことが無いので、そのシール性能の機能を維持することができ、軸と筒との間を適切にシールすることが可能である。 Therefore, since the backup ring is not separated from the seal member, the function of the sealing performance can be maintained, and the shaft and the tube can be appropriately sealed.
すなわち、シール部材とバックアップリングとの間へ作動油等の液体が侵入、蓄積されることはないので、第1パッキンと第2パッキンとの間の空間内の液体における筒内方側への戻りを阻害することを防止できる。 That is, since liquid such as hydraulic oil does not enter and accumulate between the seal member and the backup ring, the liquid in the space between the first packing and the second packing returns to the inward side of the cylinder. Can be prevented.
このため、第1パッキンを通過する作動油等の液体が第1パッキンと第2パッキンとの間の空間内に蓄積されて空間内の圧力が異常に高まることはなく、第2パッキンが溶融摩耗することが回避されるので、第2パッキンのシール性を阻害することがない。 Therefore, liquid such as hydraulic oil that passes through the first packing is not accumulated in the space between the first packing and the second packing, and the pressure in the space does not increase abnormally, and the second packing is melted and worn. Therefore, the sealing performance of the second packing is not hindered.
また、この摺動部のシール構造にあっては、第1パッキンおよび第2パッキンのシール性の劣化を防止できるので、軸の移動が長期間繰り返されても筒内を密封状態に維持することができる。 In addition, the seal structure of the sliding portion can prevent deterioration of the sealing performance of the first packing and the second packing, so that the cylinder is kept sealed even if the shaft is repeatedly moved for a long period of time. Can do.
また、第1パッキンのバッファシールとしての機能が長期間に亙り劣化せず維持されるので、第2パッキン自体のシール性も長期間に亙り維持され、結果的に両パッキンの耐久性も向上し長寿命化をはかることができる。 In addition, since the function of the first packing as a buffer seal is maintained without deterioration over a long period of time, the sealing performance of the second packing itself is also maintained over a long period of time, resulting in improved durability of both packings. Longer life can be achieved.
さらに、第2パッキンに作用する作動油の圧力は高まることが無いから、第2パッキンがシールに必要とされる以上の力で軸もしくは筒に押し付けられることが防止され、結果的に軸もしくは筒と第2パッキンとの間に過大な摩擦力が発生することが防止されて、軸もしくは筒の円滑な移動が保障される。 Furthermore, since the pressure of the hydraulic oil acting on the second packing does not increase, the second packing is prevented from being pressed against the shaft or the cylinder with a force more than that required for sealing, and as a result, the shaft or the cylinder is prevented. Generation of excessive frictional force between the second packing and the second packing is prevented, and smooth movement of the shaft or cylinder is ensured.
本実施の形態の説明上、この発明が油圧シリンダに具現化された場合として、以下、この発明について説明する。図1は、本発明の摺動部のシール構造が具現化した油圧シリンダのシール部の拡大縦断面図である。図2は、油圧シリンダの概略縦断面図である。 In the following description of the present embodiment, the present invention will be described as a case where the present invention is embodied in a hydraulic cylinder. FIG. 1 is an enlarged longitudinal sectional view of a seal portion of a hydraulic cylinder in which the sliding portion seal structure of the present invention is embodied. FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the hydraulic cylinder.
本実施の形態における摺動部のシール構造は、図1に示すように、筒たるシリンダ10と該シリンダ10内に移動自在に挿入される軸たるピストンロッド11とを備えた油圧シリンダCに具現化され、該油圧シリンダCのシリンダ10とピストンロッド11との間に直列に配置される第1パッキンP1および第2パッキンP2で構成され、さらに、シリンダ10内側に設けられる第1パッキンP1は、シリンダ10内方に面するシール部材20と摺動部に面するバックアップリング25とで構成されている。
As shown in FIG. 1, the seal structure of the sliding portion in the present embodiment is embodied in a hydraulic cylinder C including a
以下、各部について詳細に説明すると、油圧シリンダCは、図2に示すように、筒たるシリンダ10と、シリンダ10内にピストン12を介して移動自在に挿入される軸たるピストンロッド11と、シリンダ10内に上記ピストン12により区画された2つの油室R1,R2と、各油室R1,R2内に作動油を供給および排出するポート13,14とで構成され、各ポート13,14は、図示しない油圧ポンプに接続されている。
Hereinafter, each part will be described in detail. As shown in FIG. 2, the hydraulic cylinder C includes a
また、シリンダ10は、図2中左端が開口する有底筒状に形成されており、この左端の開口11aには、ピストンロッド11を摺動自在に支持する筒状の軸受15が嵌挿されており、また、開口11aの軸受15より図1中左方内周には、環状溝16,17が直列に設けられ、さらに、開口11aの左端には、環状の切欠18が設けられ、上記環状溝16内には第1パッキンP1が、環状溝17内には第2パッキンP2が、切欠18内にはダストシール19がそれぞれ嵌挿されている。
Further, the
そして、たとえば、ポート13を介して作動油を油室R1に供給するとともにポート14を介して油室R2から作動油を排出すると、この油圧シリンダSは収縮し、逆に、油室R2へ作動油を供給し油室R1から作動油を排出すると、油圧シリンダCは伸長することができ、これによりシリンダとしての機能を発揮するものである。
For example, when hydraulic oil is supplied to the oil chamber R1 via the
したがって、ピストンロッド11と開口11aとの間の隙間に設けた第1パッキンP1と第2パッキンP2には、ピストンロッド11の移動方向によって高圧と低圧が作用することになる。
Accordingly, high pressure and low pressure act on the first packing P1 and the second packing P2 provided in the gap between the
つづいて、第1パッキンP1は、上述のように、シール部材20とバックアップリング25とで構成されており、さらに、シール部材20は、ピストンロッド11に摺接する環状の内側リップ21とシリンダ10に形成の環状溝16内周に当接する環状の外側リップ22とを備えており、他方、バックアップリング25は、環状に形成されるとともに、シール部材20の内側リップ21の外周側端部(シール部材20全体として捕らえた場合には内周側となる)に分離不能に一体化されている。
Subsequently, as described above, the first packing P1 is composed of the
なお、ここで言う「分離不能に一体化」とは、シール部材20とバックアップリング25との間に隙間が生じさせないように一体化するという主旨であり、油圧力の作用によりシール部材20とバックアップリング25との間に隙間が生じるような単なる嵌め合いや圧入等による一体化を除く主旨である。
The term “integrated so as not to be separated” as used herein means that the
また、「分離不能」とは、過大な力や化学的な作用を及ぼしても分離されないという主旨ではなく、おおよそシール用途で使用される状況下で分離されないという主旨である。 The term “inseparable” does not mean that separation is not caused even if an excessive force or chemical action is applied, but it does not mean that separation is not possible under the circumstances where the seal is used.
そして、上述のごとく、シール部材20は、この場合、Uパッキン形状に形成されており、その開口部23はシリンダ10内方に面しており、シリンダ10の油室R1内の圧力を開口部23で受けて、この圧力により内側リップ21と外側リップ22はそれぞれピストンロッド11および環状溝16に押し付けられて、シリンダ10とピストンロッド11との間をシールする。
As described above, in this case, the
そして、バックアップリング25は、この場合、摺動部たるピストンロッド11の外周に面するように配置され、内側リップ21が上記圧力により必要以上変形してピストンロッド11と開口11aとの間の隙間に食い込んでしまうことを防止し、ピストンロッド11と内側リップ21との間に必要以上の摩擦抵抗の発生を防止してシール部材20の摩耗によるシール性能の劣化を防止している。
In this case, the
ここで、上記シール部材20は、熱可塑性ポリウレタン系樹脂で構成され、他方、バックアップリング25は、ポリアミド系樹脂、たとえば、ナイロン12等で構成されるが、具体的には、アミド基を含有するものが好ましい。なお、樹脂には樹脂組成物が含まれる。
Here, the
そして、シール部材20をUパッキン形状に成形後、ポリアミド系樹脂を射出成形してシール部材20にバックアップリング25を融着、この場合特に熱融着して一体化してある。
Then, after the
具体的には、たとえば、シール部材20の内側リップ21の図1中外周側左端部におけるバックアップリング25が融着される部位に環状の切欠を設け、さらに、第1パッキンP1を形作る型内にシール部材20を挿入しておき、丁度上記切欠にバックアップリング25が一体化されるように、上記型内に、バックアップリング25の材料であるポリアミド系樹脂を200度から300度程度まで加熱して射出成形する。
Specifically, for example, an annular notch is provided in a portion where the
すると、上記シール部材20の材料である熱可塑性ポリウレタン系樹脂と、バックアップリング25の材料であるポリアミド系樹脂とが、融着して分離不能に一体化されるが、このとき、バックアップリング25の材料であるポリアミド系樹脂がアミド基を含有している場合には、このアミド基が熱可塑性ポリウレタン系樹脂に化学的に作用して通常の融着に比較して接合強度を高めることができ、シール部材20とバックアップリング25とを強固の接合して一体化することが可能である。
Then, the thermoplastic polyurethane resin that is the material of the
逆に、バックアップリング25を先にポリアミド系樹脂で環状に成形しておき、後からシール部材20の材料である熱可塑性ポリウレタン系樹脂を200度から230度程度まで加熱して射出成形してシール部材20とバックアップリング25とを一体化させてもよい。
On the contrary, the
なお、第1パッキンP1の剥離試験をJIS K6250に従って行ったところでは、上記熱可塑性ポリウレタン系樹脂に200度まで加熱したアミノ基を含有するナイロン12を射出成形して熱融着した場合には、熱可塑性ポリウレタン系樹脂およびナイロン12の短冊状試験片(幅13〜14mm)は引張力450Nでも剥離せず(試験回数5回,誤差30N,平均450Nで試験片が破断し、剥離は認められなかった)、これに対して同じ材料を接着して同様の剥離試験を行ったことろ、およそ引張力60Nで剥離(試験回数5回,誤差30N,平均60N)したことからしても、通常の接着や溶着等に比較して接合強度が非常に高く、このことから、上記融着方法によりシール部材20とバックアップリング25とを一体化することで、過大な油圧力が作用しても剥離の心配が無いという利点がある。
In addition, when the peel test of the first packing P1 was performed according to JIS K6250, when the
また、上記したところでは、シール部材20の材料を熱可塑性ポリウレタン系樹脂とし、バックアップリング25の材料をポリアミド系樹脂としているが、他の実施の形態として、シール部材20の硬度よりバックアップリング25の硬度を硬く設定するうえで、シール部材20およびバックアップリング25の材料を同系の樹脂材料とする様にしてもよい。
Further, in the above description, the material of the
他の実施の形態におけるシール部材20およびバックアップリング25の材料としては、具体的にたとえば、熱可塑性ポリウレタン系樹脂とするとよく、また、シール部材20の硬度をA93(規準規格JIS K6253 デュロメータA硬さ)とし、バックアップリング25の硬度をA98(規準規格JIS K6253 デュロメータA硬さ)とするとよい。
As a material of the
なお、この他の実施の形態におけるシール部材20とバックアップリング25の形状については、上記した実施の形態と同様とされ、また、シール部材20とバックアップリング25の一体化に際しても、上記した実施の形態と同様の製造方法を採用すればよい。
The shapes of the
そして、このように同系樹脂材料とされたシール部材20とバックアップリング25にあっては、同系樹脂材料であるがゆえに、互いの融着接合強度が高まり、シール部材20とバックアップリング25の剥離の可能性をより低くすることができる。
Since the
さらに、バックアップリング25が熱可塑性ポリウレタン系樹脂とされる場合には、一般にポリアミド系樹脂より柔らかいので、第1パッキンP1の環状溝16内への嵌挿が容易となる利点がある。つまり、環状溝16内に第1パッキンP1を収める際には、第1パッキンP1を第1パッキンP1の外径より小さい内径を持つ開口11aを通過させる必要があるので、第1パッキンP1を曲げて変形させる必要があるが、上記したように、柔らかい熱可塑性ポリウレタン系樹脂で形成されたバックアップリング25の方が変形しやすいため、第1パッキンP1の環状溝16内への嵌挿が容易となるのである。
Further, when the
転じて、第2パッキンP2は、ピストンロッド11に摺接する環状の内側リップ31とシリンダ10に形成の環状溝17内周に当接する環状の外側リップ32とを備えたUパッキンであり、また、この第2パッキンP2の背面側となるシリンダ10外方側に環板状のバックアップリング35が環状溝17内に嵌挿されている。
In turn, the second packing P2 is a U-packing provided with an annular
この第2パッキンP2については、特に、ピストンロッド11とシリンダ10との間をシールするのに不都合がない範囲で種々の材料を選定して形成すればよい。
About this 2nd packing P2, what is necessary is just to select and select various materials in the range which is not inconvenient in sealing between the
さらに、切欠18内には、シリンダ10内に埃や水等の侵入を防ぐダストシール19が嵌挿されている。
Further, a
さてこのように構成された摺動部のシール構造にあっては、ピストンロッド11のシリンダ10に対する相対移動、すなわち、油圧シリンダCの伸縮が長期間繰り返されても、第1パッキンP1を構成するシール部材20とバックアップリング25とが分離不能に一体化されているので、該シール部材20とバックアップリング25との間へ作動油が侵入、蓄積されることはない。
Now, in the seal structure of the sliding portion configured as described above, even if the relative movement of the
したがって、シール部材20からバックアップリング25が遊離してしまうことが無いので、そのシール性能の機能を維持することができ、軸たるピストンロッド11と筒たるシリンダ10との間を適切にシールすることが可能である。
Therefore, since the
すなわち、シール部材20とバックアップリング25との間へ作動油が侵入、蓄積されることはないので、シール部材20が環状溝16の図1中右側壁に押し付けられバックアップリング25が環状溝16の図1中左側壁に押し付けられることがなく、空間40内の作動油のシリンダ10内への戻りを阻害することを防止でき、さらに、第1パッキンP1と環状溝16との間のピストンロッド軸方向の隙間が常に確保されることによって、シリンダ10の油室R1内の圧力を常に開口部23で受け得ることになり、内側リップ21と外側リップ22をそれぞれピストンロッド11および環状溝16にしっかり押し付けて、シリンダ10とピストンロッド11との間のシール性を向上させることができる。
That is, since the hydraulic oil does not enter and accumulate between the
このため、第1パッキンP1を通過する作動油が第1パッキンP1と第2パッキンP2との間の空間40内に蓄積されて空間40内の圧力が異常に高まることはなく、第2パッキンP2が溶融摩耗することが回避されるので、第2パッキンP2のシール性を阻害することがない。
For this reason, the hydraulic oil passing through the first packing P1 is not accumulated in the
すなわち、この摺動部のシール構造にあっては、第1パッキンP1および第2パッキンP2のシール性の劣化を防止できるので、ピストンロッド11の移動が長期間繰り返されてもシリンダ10内を密封状態に維持することができる。
That is, in the seal structure of the sliding portion, since the deterioration of the sealing performance of the first packing P1 and the second packing P2 can be prevented, the inside of the
また、第1パッキンP1のバッファシールとしての機能が長期間に亙り劣化せず維持されるので、第2パッキンP2自体のシール性も長期間に亙り維持され、結果的に両パッキンP1,P2の耐久性も向上し長寿命化をはかることができる。 In addition, since the function of the first packing P1 as a buffer seal is maintained without deterioration over a long period of time, the sealing performance of the second packing P2 itself is also maintained over a long period of time, and as a result, both the packings P1 and P2 are maintained. The durability can be improved and the life can be extended.
さらに、第2パッキンP2の内側リップ31に作用する作動油の圧力は高まることが無いから、該内側リップ31がシールに必要とされる以上の力でピストンロッド11に押し付けられることが防止され、結果的にピストンロッド11と第2パッキンP2との間に過大な摩擦力が発生することが防止されて、ピストンロッド11の円滑な移動が保障される。
Further, since the pressure of the hydraulic oil acting on the
すなわち、油圧シリンダCの円滑な伸縮動作が保障され、油圧シリンダCを駆動するエネルギにロスを生じさせない。 That is, the smooth expansion / contraction operation of the hydraulic cylinder C is ensured, and no energy is lost in driving the hydraulic cylinder C.
なお、シール部材20とバックアップリング25を一体化する上では、上述した融着することで接合強度が高くなりシール部材20とバックアップリング25との剥離の心配がなく、第1パッキンP1におけるシール性の劣化防止および耐久性の向上の点で好ましいが、必要な強度を確保することができる限りにおいて、その一体化が、接着や溶着によって行われるとしてもよい。
When the
また、本実施の形態においては、摺動部のシール構造が油圧シリンダCに具現化されているので、シリンダ10側に環状溝16,17を設けて第1パッキンP1,P2をそれぞれ嵌挿しているが、軸側に環状溝を設ける場合には、摺動部が筒内周側になるので、第1パッキンP1の外側リップ22外周の図1中左端にバックアップリングを設けるようにすればよい。
In this embodiment, since the seal structure of the sliding portion is embodied in the hydraulic cylinder C,
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。 This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is of course not limited to the details shown or described.
10 筒たるシリンダ
11 軸たるピストンロッド
11a 開口
12 ピストン
13,14 ポート
15 軸受
16,17 環状溝
18 切欠
19 ダストシール
20 シール部材
21,31 内側リップ
22,32 外側リップ
23 開口部
25,35 バックアップリング
40 空間
C 油圧シリンダ
P1 第1パッキン
P2 第2パッキン
R1,R2 油室
10
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