JP2009085399A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動抵抗の低減を図りつつ、密封性に優れた密封装置を提供する。
【解決手段】環状溝２０１に装着され、環状溝２０１の溝底面２０１ａに密着するゴム状弾性体製の第１リング１０と、第１リング１０に設けられた切欠部１３に配置されて、シリンダ３００と切欠部１３との間の隙間を封止する樹脂製の第２リング２０と、を備え、第２リング２０は、油圧に関係なく、シリンダ３００及び切欠部１３にそれぞれ密着する寸法に設定されており、第１リング１０は、環状溝２０１の溝底側は油圧に関係なく溝底面２０１ａに密着する寸法に設定されており、シリンダ３００側は、油圧の増加により第１リング１０に作用する軸方向への圧縮力に伴う第１リング１０の径方向への伸び変形によって、シリンダ３００に対して密着していない状態から密着した状態となる寸法に設定されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、２部材間の環状隙間を封止する密封装置に関するものである。

従来、相対的に往復移動する２部材（例えば、油圧シリンダの場合には、ピストンとシリンダ）間の環状隙間を封止する密封装置が知られている。かかる密封装置としては、Ｕパッキンなど１つのゴム状弾性体製のシールリングにより構成されるものや、樹脂製のシールリングと該樹脂製のシールリングを押圧するゴム製リングから構成されるものがある。図７〜図９を参照して、これら一般的な密封装置について説明する。

図７は従来例１に係る密封装置の模式的断面図である。この密封装置は、ウレタンゴム製もしくはＮＢＲ製のＵパッキン６００である。このＵパッキン６００は、２部材のうちの一方の部材（油圧シリンダの場合にはシリンダ）の内周面に対して摺動する外周リップ６０１と、２部材のうちの他方の部材（油圧シリンダの場合にはピストン）の外周面に密着する内周リップ６０２とを備えている。

図８は従来例２に係る密封装置の模式的断面図である。この密封装置７００は、一方の部材の内周面に対して摺動する樹脂製のシールリング７０１と、他方の部材の外周面に密着し、かつ樹脂製のシールリング７０１を一方の部材の内周面に向かって押圧するＯリング７０２とを備えている。

図９は従来例３に係る密封装置の模式的断面図である。この密封装置８００は、一方の部材の内周面に対して摺動する樹脂製のシールリング８０１と、他方の部材の外周面に密着し、かつ樹脂製のシールリング８０１を一方の部材の内周面に向かって押圧する角リング８０２とを備えている。

そして、図７に示すＵパッキン６００は、密封性に優れるが、摺動特性及び耐摩耗性が図８及び図９に示す密封装置７００，８００に比べると劣ってしまうという特徴がある。これに対して、図８及び図９に示す密封装置７００，８００は、摺動特性及び耐摩耗性に優れるが、密封性（偏心追随性を含む）がＵパッキン６００に比べると劣ってしまうという特徴がある。

そのため、使用用途によって、いずれのタイプを適用するかを使い分けている。しかしながら、使用用途によっては、密封性と摺動特性及び耐摩耗性のいずれも高く要求される場合がある。例えば、自転車や自動二輪車用の油圧ブレーキやガソリンスタンドの給油ガンなど、人力によって、２部材のうちのいずれか少なくとも一方を動かす必要がある場合には、摺動抵抗（特に、起動時の摺動抵抗）を低く抑えつつ、高い密封性が要求される。

このように、密封性と摺動特性及び耐摩耗性のいずれも高く要求される場合の対策として、Ｕパッキンを改良したものが知られている。そのようなＵパッキンについて、図１０及び図１１を参照して説明する。

図１０は従来例４に係る密封装置の模式的断面図である。この密封装置は、ウレタンゴム製もしくはＮＢＲ製のＵパッキン６１０である。このＵパッキン６１０も、上記従来例１と同様に、２部材のうちの一方の部材の内周面に対して摺動する外周リップ６１１と、２部材のうちの他方の部材の外周面に密着する内周リップ６１２とを備えている。この従来例に係るＵパッキン６１０の場合には、外周リップ６１１の先端、及び内周リップ６１
２の先端の曲率半径が従来例１のものよりも大きくなるように設定されている。こうすることで、リップ先端に形成される油膜の膜厚をより厚くすることができ、摺動性を向上させることができる。

図１１は従来例５に係る密封装置の模式的断面図である。この密封装置は、ウレタンゴム製もしくはＮＢＲ製のＵパッキン６２０である。このＵパッキン６２０も、上記従来例１と同様に、２部材のうちの一方の部材の内周面に対して摺動する外周リップ６２１と、２部材のうちの他方の部材の外周面に密着する内周リップ６２２とを備えている。この従来例に係るＵパッキン６２０の場合には、外周リップ６２１のリップ表面に複数の環状溝６２１ａが設けられている。こうすることで、複数の環状溝６２１ａに油を保持させておくことができ、摺動性を向上させることができる。

これら従来例４に係るＵパッキン６１０や従来例５に係るＵパッキン６２０によって、密封性と摺動特性及び耐摩耗性の両立を図ってきた。しかしながら、上記の通り、人力によって、２部材のうちのいずれか少なくとも一方を動かす必要がある場合、人間の力には個人差があるため、より一層摺動抵抗（特に、起動時の摺動抵抗）を低減させることが求められることがある。しかし、上記のＵパッキン６１０，６２０では、密封性を維持しながら摺動抵抗を低減させるのには限界がある。

なお、関連する技術として、特許文献１に開示されたものがある。
特開平２−９７７７２号公報

本発明の目的は、摺動抵抗の低減を図りつつ、密封性に優れた密封装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の密封装置は、
２部材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封止する密封装置において、
前記環状溝に装着され、該環状溝の溝底面に密着するゴム状弾性体製の第１リングと、
第１リングに設けられた環状凹部に配置されて、前記２部材のうちの他方の部材と該環状凹部との間の隙間を封止する樹脂製の第２リングと、
を備え、
第２リングは、密封流体圧力に関係なく、前記他方の部材及び前記環状凹部にそれぞれ密着する寸法に設定されており、
第１リングは、
前記環状溝の溝底側は密封流体圧力に関係なく該溝底面に密着する寸法に設定されており、
前記他方の部材側は、密封流体圧力の増加により第１リングに作用する軸方向への圧縮力に伴う第１リングの径方向への伸び変形によって、該他方の部材に対して密着していない状態から密着した状態となる寸法に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、密封流体の圧力が低く、第１リングの径方向への伸び変形量が少ないうちは、第１リングは他方の部材に密着していない。つまり、樹脂製の第２リングだけが他方の部材に密着している。従って、他方の部材と密封装置との間の摺動抵抗を低くすることができる。そして、密封流体の圧力が高く、第１リングの径方向への伸び変形量が多
くなると、第１リングも他方の部材に対して密着する。このように、漏れが発生し難い密封流体圧力が低い状態では、樹脂製の第２リングだけが他方の部材に密着し、漏れが発生し易い密封流体圧力が高い状態では、ゴム状弾性体製の第１リングも他方の部材に密着する。これにより、摺動抵抗の低減を図りつつ、高い密封性を維持することが可能となる。

第２リングは、前記環状凹部に対して、該環状凹部及び第２リングそれぞれに形成されたテーパ面同士が摺動自在な状態で配置されており、密封流体圧力の増加に伴って前記他方の部材と環状凹部との間の隙間が狭くなる方向に摺動しながら移動するように構成されているとよい。

これにより、密封流体圧力の増加に伴って、第２リングと他方の部材との間の密着力および第２リングと第１リング（の環状凹部）との間の密着力を高めることができ、より一層、密封性を高めることができる。

前記環状凹部は、第１リングにおける前記他方の部材側の周面の一方の端部に形成された環状の切欠部であるとよい。

これにより、第２リングを第１リングに設けられた環状凹部（環状の切欠部）に簡単に配置させることができる。

第１リングにおける前記他方の部材に対向する面のうち前記環状凹部を除く面がテーパ面によって構成されているとよい。

これにより、第１リングが他方の部材に密着した際におけるピーク面圧を高めることができる。

前記環状溝に装着しておらず、かつ外力が作用していない状態における密封装置の軸方向の幅は、前記環状溝の溝幅よりも大きくなるように設定されているとよい。

これにより、環状溝に密封装置を装着した場合には、密封流体圧力の高低に関係なく密封装置は軸方向の圧縮力を受ける。従って、第１リングと第２リングとをより確実に密着させることができる。

第２リングにおける前記環状溝の側壁面に密着する面には、環状溝内に密封流体を導入する導入溝が複数形成されているとよい。

これにより、第２リングが受ける密封流体圧力を、より高くすることができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、摺動抵抗の低減を図りつつ、高い密封性を維持させることができる。

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）
図１〜図６を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。本実施例に係る密封装置は、各種油圧シリンダ（例えば、自転車や自動二輪車用の油圧ブレーキ用途など），ガソリンスタンドの給油ガンなど、往復移動する２部材間の隙間を封止する用途に好適に用いられる。本実施例では、その一例として、油圧シリンダに適用される場合を説明する。

＜油圧シリンダ＞
図１は油圧シリンダの一部破断斜視図である。油圧シリンダ５００は、２部材のうちの一方の部材としてのピストン２００と、２部材のうちの他方の部材としてのシリンダ３００とを備えている。そして、これらピストン２００とシリンダ３００との間の環状隙間を封止するシーリングシステムＳ１，Ｓ２が、油圧シリンダ５００の軸方向の２箇所にそれぞれ設けられている。これにより、ピストン２００とシリンダ３００との間には、２つの密封空間Ｋ１，Ｋ２が形成される。なお、シーリングシステムＳ１はピストン２００側に固定され、シーリングシステムＳ２はシリンダ３００側に固定される。

このような構成により、シリンダ３００に設けられた開口部３０１，３０２から、それぞれ密封空間Ｋ１，Ｋ２に送り込む油の油圧Ｐ１，Ｐ２を制御することによって、ピストン２００をシリンダ３００に対して往復移動させることができる。

ここで、シーリングシステムは、一般的に、主として油圧を緩衝する機能を有するものや、主として油漏れを防止する機能を有するものなど、それぞれ異なる役割を備えた複数の密封装置によって構成される。

本実施例に係る密封装置１００は、軸方向の両側が密封空間Ｋ１，Ｋ２となるシーリングシステムＳ１において、主として油漏れを防止する機能を有する密封装置として、好適に用いられる。

＜密封装置の構成＞
図２を参照して、本発明の実施例に係る密封装置の構成について説明する。図２は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。

本実施例に係る密封装置１００は、ゴム状弾性体製の第１リング１０と、樹脂製の第２リング２０とから構成される。第２リング２０の素材の好適例としては、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）を挙げることができる。

第１リング１０は、内周面１１が円柱面によって構成され、外周面１２がテーパ面によって構成される環状の部材である。そして、外周側における一端部には、環状凹部としての環状の切欠部１３が形成されている。外周面１２は、この切欠部１３とは反対側の端部に向かって縮径するテーパ面によって構成されている。また、この切欠部１３は、テーパ面１３ａと軸に垂直な側面１３ｂによって形成されている。このテーパ面１３ａは側面１３ｂから端部に向かって縮径するように構成されている。

第２リング２０は、第１リング１０に設けられた切欠部１３に配置される。この第２リング２０は、外周面２２が円柱面によって構成され、内周面２１がテーパ面によって構成される。この内周面２１のテーパ角度は、第１リング１０における切欠部１３のテーパ面１３ａのテーパ角度と略同一となるように設定されており、これらのテーパ面同士が摺動自在な状態で、第２リング２０は切欠部１３に配置される。また、この第２リング２０における第１リング１０とは軸方向反対側の端面には、内径端部から外径端部に連通する溝２３が複数形成されている。

＜密封装置の機能＞
特に、図３〜図６を参照して、本発明の実施例に係る密封装置の機能について説明する。図３は本発明の実施例に係る密封装置が装着される環状溝の模式的断面図である。図４は本発明の実施例に係る密封装置における、環状溝に装着しておらず、かつ外力が作用していない状態を示す模式的断面図である。図５は本発明の実施例に係る密封装置を環状溝に装着した状態であって油圧が低い状態を示す模式的断面図である。図６は本発明の実施例に係る密封装置を環状溝に装着した状態であって油圧が高い状態を示す模式的断面図である。

本実施例に係る密封装置１００は、ピストン２００に設けられた環状溝２０１に装着されて、ピストン２００とシリンダ３００との間の環状隙間を封止するものである。そして、本実施例に係る密封装置１００は、環状溝２０１に装着しておらず、かつ外力が作用していない状態における軸方向の幅（軸方向の距離）Ｗ２が、環状溝２０１の溝幅Ｗ１よりも大きくなるように設定されている。従って、密封装置１００を環状溝２０１に装着した状態においては、油圧（密封流体圧力）の高低に関係なく密封装置１００は軸方向の圧縮力を受ける。

図５は密封装置１００を環状溝２０１に装着した状態であって油圧が低い状態を示している。この図に示すように、第２リング２０の寸法（外径寸法及び内径寸法）は、油圧が低い状態であっても、シリンダ３００（の軸孔内周面）及び第１リング１０における切欠部１３にそれぞれ密着するように設定されている。なお、ここでいう「油圧が低い状態」には、油圧ゼロの場合（密封空間Ｋ１内の圧力と密封空間Ｋ２内の圧力が等しい場合）も含まれる。以下、同様である。

これにより、第２リング２０は、油圧が低い状態であっても、シリンダ３００と切欠部１３との間の環状隙間を封止する。また、第２リング２０は、油圧が低い状態の場合には、環状溝２０１における密封空間Ｋ１側の側壁面２０１ｃに対して密着するが、第２リング２０に設けられた複数の溝２３によって、油は環状溝２０１内に導かれる。

また、第１リング１０における環状溝２０１の溝底側の寸法（内径）は、油圧が低い状態であっても、溝底面２０１ａに密着するように設定されている。一方、第１リング１０におけるシリンダ３００側の寸法（外径（最大径））は、油圧が低い状態においては、シリンダ３００に対して密着しない状態となるように設定されている。

このように、油圧が低い状態では、第２リング２０だけが、シリンダ３００に密着し、第１リング１０はシリンダ３００には密着していない。

図６は密封装置１００を環状溝２０１に装着した状態であって油圧が高い状態を示している。この図に示すように、油圧が高くなると（密封空間Ｋ１内の圧力Ｐ１０，密封空間Ｋ２内の圧力Ｐ２０とした場合、Ｐ１０＞Ｐ２０）、第２リング２０は、密封空間Ｋ２側に、摺動しながら移動する。これに伴い、第１リング１０における切欠部１３のテーパ面１３ａが、第２リング２０の内周面２１から力を受けて、環状溝２０１の溝底面２０１ａに対する面圧が増加する。

また、油圧及び第２リング２０の押圧力によって、第１リング１０は密封空間Ｋ２側への力を受ける。なお、第２リング２０の押圧力については、第２リング２０が切欠部１３の側面１３ｂに接触する前は、テーパ面１３ａが受ける力の分力であり、第２リング２０が切欠部１３の側面１３ｂに接触した後は、この分力に、更に側面１３ｂが受ける力も加わる。これにより、第１リング１０は、環状溝２０１における密封空間Ｋ２側の側壁面２
０１ｂから反力を受ける。これら油圧及び第２リング２０による密封空間Ｋ２側への力と、側壁面２０１ｂから受ける密封空間Ｋ１側への反力によって、第１リング１０は軸方向に圧縮されることになる。これに伴い、第１リング１０は径方向に伸びるように変形する。そして、この変形量が所定量を超えると、図６に示すように、第１リング１０の外周面１２がシリンダ３００に密着する。

このように、第１リング１０は、環状溝２０１の溝底側は油圧の高低に関係なく溝底面２０１ａに密着する寸法に設定されており、シリンダ３００側は、油圧の増加により第１リング１０に作用する軸方向への圧縮力に伴う第１リング１０の径方向への伸び変形によって、シリンダ３００に対して密着していない状態から密着した状態となる寸法に設定されている。なお、一般的に、ゴム材料は、３ＭＰａ程度の圧力が作用すると、摺動面に対して全面接触する。従って、第１リング１０に作用する圧力が３ＭＰａに至るまでの間に、シリンダ３００に密着するように寸法を設定すると良い。

＜本実施例の優れた点＞
本実施例に係る密封装置１００によれば、油圧が低く、第１リング１０の径方向への伸び変形量が少ないうちは、第１リング１０はシリンダ３００に密着していない。つまり、樹脂製の第２リング２０だけがシリンダ３００に密着している。従って、シリンダ３００と密封装置１００との間の摺動抵抗を低くすることができる。そして、油圧が高く、第１リング１０の径方向への伸び変形量が多くなると、第１リング１０もシリンダ３００に対して密着する。

このように、漏れが発生し難い油圧が低い状態では、樹脂製の第２リング２０だけがシリンダ３００に密着し、漏れが発生し易い油圧が高い状態では、ゴム状弾性体製の第１リング１０もシリンダ３００に密着する。これにより、摺動抵抗の低減を図りつつ、高い密封性を維持することが可能となる。特に、起動時の摺動抵抗を低減させることができる。

また、本実施例では、第２リング２０は、環状凹部としての環状の切欠部１３に対して、切欠部１３のテーパ面１３ａ及び第２リング２０におけるテーパ面で構成された内周面２１同士が摺動自在な状態で配置されている。そして、第２リング２０は、油圧の増加に伴ってシリンダ３００（の軸孔内周面）と切欠部１３との間の隙間が狭くなる方向に摺動しながら移動するように構成されている。

これにより、油圧の増加に伴って、第２リング２０とシリンダ３００との間の密着力および第２リング２０と第１リング１０における切欠部１３との間の密着力（第２リング２０の内周面２１と切欠部１３のテーパ面１３ａとの間の密着力）を高めることができ、より一層、密封性を高めることができる。

また、本実施例では、環状凹部が、第１リング１０における外周側の一端部に形成された環状の切欠部１３で構成されるので、第２リング２０を第１リング１０に設けられた環状凹部（切欠部１３）に簡単に配置させることができる。

また、本実施例では、第１リング１０におけるシリンダ３００に対向する面のうち環状凹部（切欠部１３）を除く面（外周面１２）がテーパ面によって構成されている。

従って、第１リング１０がシリンダ３００に密着した際におけるピーク面圧を高めることができる。これにより、摺動抵抗を低く保ちつつ、密封性を高めることができる。

また、本実施例においては、環状溝２０１に装着しておらず、かつ外力が作用していない状態における密封装置１００の軸方向の幅Ｗ２は、環状溝２０１の溝幅Ｗ１よりも大き
くなるように設定されている。

従って、環状溝２０１に密封装置１００を装着した場合には、油圧の高低に関係なく密封装置１００は軸方向の圧縮力を受ける。従って、第１リング１０と第２リング２０をより確実に密着させることができる。

また、本実施例においては、第２リング２０における環状溝２０１の側壁面２０１ｃに密着する面には、環状溝２０１内に油を導入する溝２３が複数形成されている。

これにより、第２リング２０が受ける油圧を、より高くすることができる。従って、第２リング２０を第１リング１０に対して、より確実に、摺動しながら移動させることができる。

図１は油圧シリンダの一部破断斜視図である。 図２は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係る密封装置が装着される環状溝の模式的断面図である。 図４は本発明の実施例に係る密封装置における、環状溝に装着しておらず、かつ外力が作用していない状態を示す模式的断面図である。 図５は本発明の実施例に係る密封装置を環状溝に装着した状態であって油圧が低い状態を示す模式的断面図である。 図６は本発明の実施例に係る密封装置を環状溝に装着した状態であって油圧が高い状態を示す模式的断面図である。 図７は従来例１に係る密封装置の模式的断面図である。 図８は従来例２に係る密封装置の模式的断面図である。 図９は従来例３に係る密封装置の模式的断面図である。 図１０は従来例４に係る密封装置の模式的断面図である。 図１１は従来例５に係る密封装置の模式的断面図である。

符号の説明

１０ 第１リング
１１ 内周面
１２ 外周面
１３ 切欠部
１３ａ テーパ面
１３ｂ 側面
２０ 第２リング
２１ 内周面
２２ 外周面
２３ 溝
１００ 密封装置
２００ ピストン
２０１ 環状溝
２０１ａ 溝底面
２０１ｃ 側壁面
２０１ｂ 側壁面
３００ シリンダ
３０１，３０２ 開口部
５００ 油圧シリンダ
Ｋ１，Ｋ２ 密封空間
Ｓ１，Ｓ２ シーリングシステム

Claims (6)

1. ２部材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封止する密封装置において、
   前記環状溝に装着され、該環状溝の溝底面に密着するゴム状弾性体製の第１リングと、
   第１リングに設けられた環状凹部に配置されて、前記２部材のうちの他方の部材と該環状凹部との間の隙間を封止する樹脂製の第２リングと、
   を備え、
   第２リングは、密封流体圧力に関係なく、前記他方の部材及び前記環状凹部にそれぞれ密着する寸法に設定されており、
   第１リングは、
   前記環状溝の溝底側は密封流体圧力に関係なく該溝底面に密着する寸法に設定されており、
   前記他方の部材側は、密封流体圧力の増加により第１リングに作用する軸方向への圧縮力に伴う第１リングの径方向への伸び変形によって、該他方の部材に対して密着していない状態から密着した状態となる寸法に設定されていることを特徴とする密封装置。
2. 第２リングは、前記環状凹部に対して、該環状凹部及び第２リングそれぞれに形成されたテーパ面同士が摺動自在な状態で配置されており、密封流体圧力の増加に伴って前記他方の部材と環状凹部との間の隙間が狭くなる方向に摺動しながら移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記環状凹部は、第１リングにおける前記他方の部材側の周面の一方の端部に形成された環状の切欠部であることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
4. 第１リングにおける前記他方の部材に対向する面のうち前記環状凹部を除く面がテーパ面によって構成されていることを特徴とする請求項１，２または３に記載の密封装置。
5. 前記環状溝に装着しておらず、かつ外力が作用していない状態における密封装置の軸方向の幅は、前記環状溝の溝幅よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の密封装置。
6. 第２リングにおける前記環状溝の側壁面に密着する面には、環状溝内に密封流体を導入する導入溝が複数形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の密封装置。

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