JP2009058003A - 密封装置及び密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】製造性及び装着性が向上される密封装置及び密封構造を提供する。
【解決手段】軸孔を有するハウジングと軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されて、これら２部材間の環状隙間を密封する密封装置１であって、２部材のうちの他方の部材と摺動するシールリング２と、シールリング２と環状溝の溝底との間に装着される弾性リング３と、を備えた密封装置１において、シールリング２は、一箇所で分離されている有端状の形状を有するとともに、両端部２３、２４にそれぞれ周方向に突出するとともに先端側が軸方向に屈曲した鉤状凸部２５、２６を有し、鉤状凸部２５、２６の軸方向に屈曲した先端部同士が互いに引っかかることによって両端部２３、２４が周方向に離れるのを規制された状態で装着されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧シリンダ等の油圧機器に使用される密封装置及び密封構造、特に、一箇所で分離されている有端状のシールリングを備える密封装置及び密封構造に関するものである。

従来、油圧シリンダとピストンとの間には、図７に示すような密封装置が用いされている。図７は、従来技術に係る密封装置を説明する図であり、（ａ）は従来技術に係る密封装置の構成を示す図であって一部を断面で表した模式図であり、（ｂ）は従来技術に係る密封装置のシールリングの模式的斜視図であり、（ｃ）は従来技術に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。

密封装置１００は、シリンダ２００の内周面２０１とピストン３００の外周面３０１との間の環状隙間を密封するものであり、ピストン３００の外周面３０１に形成された環状溝３０２に装着される。密封装置１００は、シリンダ２００の内周面２０１に摺動接触する樹脂製のシールリング１０１と、シールリング１０１と環状溝３０２の溝底３０３との間に装着され、シールリング１０１に拡張力を付与する弾性リング１０２とから構成される。

このようなシールリング１０１は、装着性を向上するために、円周上の一箇所で分離されている有端状のものが一般的である。シールリング１０１の分離部の形状としては、図に示すような、ステップカットが知られている。

シールリング１０１の両端部は、それぞれ軸方向に段差のある形状（ステップカット形状）となっており、かかる段差部分が組み合わさることでシールリング１００は環状に構成され、周方向に途切れることのないシール面が形成される。
なお、関連する技術としては以下の文献に開示されたものがある。
実開昭６２−１３１１６２号公報 特開平６−２１３３２２号公報 特開平１０−２０５６２１号公報

密封装置１００の組み付けは、予めピストン３００の環状溝３０２に弾性リング１０２とシールリング１０１とを装着してから、ピストン３００をシリンダ２００内に挿入することで行われる。

このようなシールリング１０１の製造方法としては、環状に成形されたリング部材の円周上の一ヶ所を切削することでステップカット形状を形成する場合や、最初からステップカット状の分離部を備えた形状を金型によって成形する場合がある。

切削によって製造する場合には、図７（ｂ）に示すように、加工代Ｍを設けてステップカット形状を形成するため、分離部が開いた形状（両端部が周方向に離れた状態）で製造されることになる。したがって、分離部が閉じたときが装着時の径寸法となるため、製造された時点の自然な状態においては、径寸法が装着状態の径寸法よりも大きくなる。

また、金型成形においても、分離部が開いた状態の形状で製造されるため、自然な状態
における径寸法は装着状態のときよりも大きくなる。

したがって、図７（ｃ）に示すように、分離部が完全に閉じていないとシールリング１０１は環状溝３０２から大きくはみ出してしまい、このような状態でピストン３００がシリンダ２００に挿入されると、シールリング１０１がシリンダ２００の開口部と干渉してしまう（図７（ｃ）中の破線で囲った部分）。

そのため、シールリング１０１の製造においては、分離部が完全に閉じた状態が自然な状態となるように癖付けを行う必要がある。癖付けは、シールリングの成形後、分離部を完全に閉じた状態で内外周面を拘束してから高温の熱を与える等により行うことになる。したがって、シールリングの製造工程が増えることになり、製造コストも増加する。

また、シールリング１０１は、ピストン３００の環状溝３０２への装着時には一旦分離部を開かなければならないため、癖付けが不十分な場合には、環状溝３０２に装着されたときに分離部が閉じた状態に戻らないことがある。

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、製造性及び装着性が向上される密封装置及び密封構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における密封装置は、
軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されて、これら２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
前記２部材のうちの他方の部材と摺動するシールリングと、
前記シールリングと前記環状溝の溝底との間に装着される弾性リングと、
を備えた密封装置において、
前記シールリングは、一箇所で分離されている有端状の形状を有するとともに、前記シールリングの両端部は、周方向に突出するとともに先端側が軸方向に屈曲した鉤状凸部をそれぞれ有し、
前記シールリングは、前記鉤状凸部の軸方向に屈曲した先端部同士が互いに引っかかることによって両端部が周方向に離れるのを規制された状態で装着されていることを特徴とする。

これにより、シールリングの装着時に両端部が開いてしまうことが防止されるので、シールリングが環状溝から大きくはみ出すことがなくなり、軸をハウジングの軸孔に挿入するときに、シールリングがハウジングの軸孔開口部と干渉を生じるのが抑制される。

また、シールリングを両端部が開いた状態で製造する場合でも、両端部が閉じた状態となるように癖付けする必要がなくなり、製造工程及び製造コストの削減を図ることができる。

さらに、両端部が周方向に離れるのが規制されることで、両端部間の隙間が周方向に大きくなるのが抑制される。したがって、両端部間の周方向の隙間の変動によって弾性リングが両端部に挟まれて破損を生じたり、リーク量が変化するのが抑制される。

前記シールリングの前記鉤状凸部の前記先端部が互いに引っかかる面の軸方向の幅は、前記環状溝の軸方向の幅と前記シールリングの軸方向の幅との差よりも大きくてもよい。

シールリングの両端部が互いに軸方向に離れた状態となっても、シールリングの両端部が、環状溝の軸方向幅とシールリングの軸方向幅との差よりも大きく離れることはない。
したがって、鉤状凸部の先端部同士の引っかかり面の軸方向幅を係る差よりも大きくすれば、シールリングの装着状態にかかわらず鉤状凸部の先端部の引っかかり状態が維持され、シールリングの両端部が開いてしまうのが防止される。

また、上記目的を達成するために、本発明における密封構造は、
軸孔を有するハウジングと、
前記軸孔に挿入される軸と、
前記ハウジング又は前記軸のうち一方の部材に設けられた環状溝に装着されて前記ハウジングと前記軸との間の環状隙間を密封する密封装置と、
を備えた密封構造であって、
前記密封装置が、前記ハウジング又は前記軸のうち他方の部材と摺動するシールリングと、前記シールリングと前記環状溝の溝底との間に装着される弾性リングと、を備える密封構造において、
前記シールリングは、一箇所で分離されている有端状の形状を有するとともに、前記シールリングの両端部は、周方向に突出するとともに先端側が軸方向に屈曲した鉤状凸部をそれぞれ有し、
前記シールリングは、前記鉤状凸部の軸方向に屈曲した先端部同士が互いに引っかかることによって両端部が周方向に離れるのを規制された状態で装着されており、
前記シールリングの前記鉤状凸部の前記先端部が互いに引っかかる面の軸方向の幅は、前記環状溝の軸方向の幅と前記シールリングの軸方向の幅との差よりも大きいことを特徴とする。

以上説明したように、本発明により、製造性及び装着性が向上される。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例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。

（実施例１）
まず、図１〜図５を参照して、本発明の実施例に係る密封装置の概略構成について説明する。図１は、本実施例に係る密封装置の構成を示す模式図であり、（ａ）は軸方向からみた様子を示しており、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図であり一部断面を示している。図２は、本実施例に係る密封装置の装着状態を示す模式的半断面図であり、（ａ）は無圧時の状態を示し、（ｂ）は加圧時の状態を示す。図３は、本実施例に係る密封装置のシールリングの分離部の構成を示す模式的斜視図である。図４は、シールリングの分離部の様子を示す模式図であり、（ａ）は油圧の作用によって両端部が軸方向一方側に押し込められている状態を示し、（ｂ）は両端部が軸方向の離れた状態を示し、（ｃ）は無圧時の装着状態を示している。図５は、本実施例に係る密封構造の各部の寸法関係を説明するための図であり、（ａ）は環状溝、（ｂ）は密封装置、（ｃ）はシールリングの分離部をそれぞれ示している。

＜密封装置の構成及び概要＞
本実施例に係る密封装置１は、例えば、油圧シリンダにおけるピストン用の密封装置として用いられるものであり、シールリング２と弾性リング３とから構成されている。密封装置１は、軸穴を有するハウジング（シリンダ）４と該軸穴に挿入される軸（ピストンやロッド等）５との間の環状隙間６を密封すべく、軸５の外周面に設けられた環状溝５０に装着される。

シールリング２は、断面略矩形の環状部材であり、環状溝５０の開口部側に配置される。そして、シールリング２の外周面２０がハウジング４の内周面４０と摺動接触することでハウジング４に対するシール面が形成される。また、油圧ＯＰがかかると、シールリング２が環状溝５０の反油圧側に押し込められることにより、シールリング２の反油圧側の側面（端面）２１が環状溝５０の側面５１に密着して、軸５に対するシール面が形成される。

シールリング２の材料としては、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）等の樹脂材料が挙げられる。特に、高圧用途においては強度の高いポリアミド樹脂材が使用される。

弾性リング３は、二トリルゴム（ＮＢＲ）、ポリウレタン（ＰＵ）等のゴム材料からなる断面略円形の環状部材であり、シールリング２と環状溝５０の溝底５２との間に圧縮して装着される。そして、弾性復元力によってシールリング２をハウジング４側に付勢し、シールリング２とハウジング４との間の密着性を高めている。なお、弾性リング３の断面形状は円形に限定されるものではなく、例えば矩形断面等、種々の形状を適宜採用し得る。

シールリング２は、円周上の一箇所に分離部２２が設けられており、一方の端部２３と他方の端部２４とを備えた有端状の形状に構成されている。

＜分離部の構成＞
各端部２３、２４には、それぞれ周方向に突出する鉤状凸部２５、２６が設けられている。

鉤状凸部２５、２６は、先端側が軸方向に屈曲した鉤状に形成されるとともに、鉤状に屈曲したそれぞれの先端が互いに向き合う対称的な構成となっており、互いに組み合わさって嵌合可能な形状を有している。シールリング２は、鉤状凸部２５、２６の嵌合によって分離部２２がつながって環状に構成される。

＜鉤状凸部の構成＞
ここで、鉤状凸部２５、２６の構成について詳しく説明する。なお、鉤状凸部２５、２６は両者対称的な同一の形状に構成されているため、以下の説明は、鉤状凸部２５の構成についての説明のみとし、鉤状凸部２６の説明は省略する。

シールリング２の一方の端部２３は、端面２３ａと、端面２３ａよりも周方向に突出する鉤状凸部２５とが軸方向に並んだ構成となっている。鉤状凸部２５は、端面２３ａの軸方向一方側に設けられており、周方向に突出する周方向突出部２５１と、周方向突出部２５１の先端部から軸方向他方側に向って突出する軸方向突出部２５２と、から構成されている。鉤状凸部２５は、これら周方向突出部２５１及び軸方向突出部２５２により略Ｌ字の鉤状形状を呈している。

周方向突出部２５１の先端面２５１ａと、軸方向突出部２５２の鉤状凸部２５先端側の側面２５２ａとは、それぞれ軸に平行かつ径方向に延びる面であり、同一平面上に形成されている。これらの面２５１ａ、２５２ａにより鉤状凸部２５の先端面２５ａが形成される。また、軸方向突出部２５２の先端面（軸方向に面した面）２５２ｂと、周方向突出部２５１の軸方向他方側の側面２５１ｂとは、互いに平行な面であり、軸に垂直的に延びている。

軸方向突出部２５２の側面２５２ａとは反対側の側面２５２ｃと、端部２３の端面２３ａとは、それぞれ軸に平行かつ径方向の延びる面であり、周方向に互いに対向している。これらの対向面と周方向突出部２５１の側面２５１ｂとにより、略コ字状に軸方向に凹んだ窪み部２７が形成される。

鉤状凸部２５、２６の嵌合状態においては、鉤状凸部２５の軸方向突出部２５２が、鉤状凸部２６の軸方向突出部２６２と端面２４ａとの間に形成される窪み部２８に嵌り込んだ状態になる。同様に、鉤状凸部２６の軸方向突出部２６２も、鉤状凸部２５の軸方向突出部２５２と端面２３ａとの間に形成される窪み部２７に嵌り込んだ状態となる。

そして、鉤状凸部２５の先端面２５ａと端部２４の端面２４ａ、鉤状凸部２６の先端面２６ａと端部２３の端面２３ａ、軸方向突出部２５２の側面２５２ｃと軸方向突出部２６２の側面２６２ｃ、がそれぞれ当接することにより、端部２３、２４の周方向の移動が規制される。

端部２３、２４は、図４（ｃ）に示す油圧が作用していない無圧時の装着状態においては、軸方向突出部２５２の先端面２５２ｂと窪み部２８の底面である周方向突出部２６１の側面２６１ｂとの間に隙間が形成された状態となる場合がある。この場合、軸方向突出部２６２の先端面２６２ｂと窪み部２７の底面である周方向突出部２５１の側面２５１ｂとの間にも隙間が形成される。しかし、これらの隙間は、図４（ａ）に示すように、油圧によってシールリング２が低圧側に押し込まれて各面が互いに当接する状態となることで消滅する。

一方、鉤状凸部２５の先端面２５ａと端部２４の端面２４ａとの間及び鉤状凸部２６の先端面２６ａと端部２３の端面２３ａとの間には、油圧が作用していない無圧時の装着状態であっても、隙間が形成されないように各部の寸法が設定される。

本実施例に係るシールリング２は、両端部２３、２４が開いた状態で製造される。そのため、シールリング２の装着時において鉤状凸部２５、２６が嵌合した状態、すなわち、両端部２３、２４が閉じた状態においては、両端部２３、２４には常に周方向に互いに離れる向きの力が弾性的に作用している。しかし、両端部２３、２４が互いに離れる向きの移動は、軸方向突出部２５２の側面２５２ｃと軸方向突出部２６２の側面２６２ｃとの引っかかりによって規制される。一方、両端部２３、２４が互いに近付く向きの移動は、鉤状凸部２５の先端面２５ａと端部２４の端面２４ａ及び鉤状凸部２６の先端面２６ａと端部２３の端面２３ａの当接によって抑制される。これにより、シールリング２の分離部２２に周方向に開く隙間を生じるのが抑制され、弾性リング３の一部が係る隙間に挟まれることによる破損が抑制される。また、隙間の発生が抑制されることにより分離部２２におけるリーク量の変化が抑制され、シール性が向上される。

なお、本実施例に係るシールリング２の製造方法としては、従来のように、環状に成形されたリング部材の円周上の一ヶ所を切削することで、鉤状凸部を備えた両端部を形成してよいし、金型によって初めから分離部を備えた形状に成形してもよい。

＜密封構造の寸法関係＞
軸方向突出部２５２の側面２５２ｃと軸方向突出部２６２の側面２６２ｃは、端部２３、２４が互いに離間する方向の移動を規制する規制面（引っかかり面）である。したがって、側面２５２ｃと側面２６２ｃの当接状態が維持されることにより、鉤状凸部２５、２６の引っかかり状態が維持され、分離部２２が開いてしまうのが防止される。

例えば、図４（ａ）に示すように、通常の使用状態においては油圧によってシールリン
グ２は低圧側に押し込められている（両端部２３、２４が一方側に押し込められている）ため、側面２５２ｃと側面２６２ｃが当接して鉤状凸部２５、２６は引っかかった状態となっている。

しかしながら、軸５の往復動方向が変わるときのようにシールリング２に作用する油圧に変化が生じたときには、図４（ｂ）に示すように、シールリング２の端部２３、２４の位置が軸方向にずれた（両端部２３、２４が軸方向に離れた）状態となる場合がある。このような場合には、側面２５２ｃと側面２６２ｃの当接状態が維持されずに鉤状凸部２５、２６の引っかかりが解除され、分離部２２が開いてしまうおそれがある。

したがって、このようにシールリング２の端部２３、２４が軸方向に離れた状態となっても、側面２５２ｃ、２６２ｃの当接状態が維持されるように密封構造の各部の寸法を決定する必要がある。

本実施例においては、図５に示すように、軸５の環状溝５０の軸方向の幅をＷ１、シールリング２の軸方向の幅をＷ２、側面２５２ｃ、２６２ｃの当接面の軸方向の幅をＷ３とした場合に、次の関係が成り立つように密封構造の各部の寸法を決定する。

Ｗ３の最小値＝Ｗ１の最大値−Ｗ２の最小値＋かかり止め量

ここで、かかり止め量とは、図４（ｂ）に示すように端部２３、２４が軸方向に離れた状態となった場合でも最低限確保される側面２５２ｃ、２６２ｃの当接面幅であり、シール面の大きさや、弾性リングの付勢力等を考慮して任意に決定される量である。

また、Ｗ１の最大値とは、寸法公差を考慮した場合のＷ１の最大値であり、例えば、Ｗ１を７．２ｍｍ、寸法公差を＋０．２ｍｍとした場合には、Ｗ１の最大値は、７．２＋０．２＝７．４ｍｍとなる。

また、Ｗ２の最小値とは、寸法公差を考慮した場合のＷ２の最小値であり、例えば、Ｗ２を６．９６ｍｍ、寸法公差を±０．０５ｍｍとした場合には、Ｗ２の最小値は、６．９６−０．０５＝６．９１ｍｍとなる。

そして、Ｗ３の最小値とは、寸法公差を考慮した場合のＷ３の最小値であり、上述の例においてかかり止め量を０．５ｍｍとした場合には、Ｗ１の最大値（７．４ｍｍ）−Ｗ２の最小値（６．９１ｍｍ）＋かかり止め量（０．５ｍｍ）＝０．９９ｍｍがＷ３の最小値となる。したがって実際の設計ではこの値に交差を加えた値にＷ３を設定することになる。例えば、交差を±０．０５ｍｍとした場合には、Ｗ３を１．０４ｍｍとして加工することになる。

＜本実施例の優れた点＞
本実施例によれば、シールリングの装着時に両端部が開いてしまうことが防止されるので、シールリングが環状溝から大きくはみ出すことがなくなり、軸をハウジングの軸孔に挿入するときに、シールリングがハウジングの軸孔開口部と干渉を生じるのが抑制される。

また、シールリングを両端部が開いた状態で製造する場合でも、両端部が閉じた状態となるように癖付けする必要がなくなり、製造工程及び製造コストの削減を図ることができる。

さらに、両端部が周方向に離れるのが規制されることで、両端部間に周方向に隙間が生
じるのが抑制される。したがって、両端部間に周方向に隙間を生じることによって弾性リングが両端部に挟まれて破損を生じるのが抑制される。また、両端部の周方向の移動が抑制されることにより、分離部におけるリーク量の変化が抑制されシール性が向上される。

また、密封構造の各部の寸法は、両端部が軸方向に離れても鉤状凸部の先端部の引っかかり状態が維持されるように決定されるので、シールリングの装着状態にかかわらず、シールリングの両端部が開いてしまうのが防止される。

したがって、有端状シールリングと弾性リングとを備えた密封装置及び密封構造の製造性及び装着性が向上される。

（変形例）
図６を参照して、本実施例の変形例に係る密封装置について説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、本実施例の各種変形例に係る密封装置のシールリングの分離部の様子を示す模式図である。

本実施例にシールリングの分離部の構成は、シールリングの装着時において分離部に周方向の隙間が生じず、かつ、両端部が周方向に離れるのを規制された状態となるものであれば、上記実施例で示したような構成に限られるものではない。

すなわち、両端部２３、２４が互いに隙間なく組み合わさる形状であって、周方向に離れるのを規制する引っかかり面２５２ｃ、２６２ｃを備える形状であれば、図６（ａ）に示すように、鉤状凸部の側面の一部が傾斜面となっていてもよいし、図６（ｂ）に示すように、両端部の当接面の数が少ない構成であってもよい。

なお、以上の説明においては、密封装置が軸の外周に設けられた装着溝に装着されて使用される場合を例として説明したが、これに限られるものではなく、ハウジングの軸孔に設けられた装着溝に装着されて、軸の外周面に摺動接触するものであってもよい。

実施例に係る密封装置の構成を示す模式図である。 密封装置の装着状態を示す模式的半断面図である。 シールリングの分離部の模式的斜視図である。 シールリングの分離部の様子を示す模式図である。 シールリングの寸法関係を説明する図である。 変形例に係るシールリングの模式図である。 従来技術に係る密封装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 密封装置
２ シールリング
２０ 外周面
２１ 側面
２２ 分離部
２３、２４ 端部
２５、２６ 鉤状凸部
２５１、２６１ 周方向突出部
２５２、２６２ 軸方向突出部
２５２ｃ、２６２ｃ 引っかかり面
３ 弾性リング
４ ハウジング
４０ 内周面
５ 軸
５０ 環状溝
５１ 側面
５２ 溝底
６ 環状隙間

Claims (3)

1. 軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されて、これら２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
   前記２部材のうちの他方の部材と摺動するシールリングと、
   前記シールリングと前記環状溝の溝底との間に装着される弾性リングと、
   を備えた密封装置において、
   前記シールリングは、一箇所で分離されている有端状の形状を有するとともに、前記シールリングの両端部は、周方向に突出するとともに先端側が軸方向に屈曲した鉤状凸部をそれぞれ有し、
   前記シールリングは、前記鉤状凸部の軸方向に屈曲した先端部同士が互いに引っかかることによって両端部が周方向に離れるのを規制された状態で装着されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記シールリングの前記鉤状凸部の前記先端部が互いに引っかかる面の軸方向の幅は、前記環状溝の軸方向の幅と前記シールリングの軸方向の幅との差よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 軸孔を有するハウジングと、
   前記軸孔に挿入される軸と、
   前記ハウジング又は前記軸のうち一方の部材に設けられた環状溝に装着されて前記ハウジングと前記軸との間の環状隙間を密封する密封装置と、
   を備えた密封構造であって、
   前記密封装置が、前記ハウジング又は前記軸のうち他方の部材と摺動するシールリングと、前記シールリングと前記環状溝の溝底との間に装着される弾性リングと、を備える密封構造において、
   前記シールリングは、一箇所で分離されている有端状の形状を有するとともに、前記シールリングの両端部は、周方向に突出するとともに先端側が軸方向に屈曲した鉤状凸部をそれぞれ有し、
   前記シールリングは、前記鉤状凸部の軸方向に屈曲した先端部同士が互いに引っかかることによって両端部が周方向に離れるのを規制された状態で装着されており、
   前記シールリングの前記鉤状凸部の前記先端部が互いに引っかかる面の軸方向の幅は、前記環状溝の軸方向の幅と前記シールリングの軸方向の幅との差よりも大きいことを特徴とする密封構造。

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