JP2010014202A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動抵抗の増大を抑制しつつ外部からの異物等のかみ込みを抑制することができる密封装置を提供する。
【解決手段】互いに相対的に軸方向の往復動をする軸３００と該軸３００が挿入される軸孔を有するハウジング２００のうちの一方の部材に設けられた環状溝２０１に装着されて、これら軸３００とハウジング２００に設けられた軸孔との間に形成される環状隙間を密封する密封装置１であって、他方の部材の表面に摺動自在に接触する第１シール部１１と、一方の部材と他方の部材との相対的な往復動の状態が、他方の部材が一方の部材に対して反密封対象領域側Ａから密封対象領域側Ｏに向かう方向に移動する状態にあるときには、該第１シール部１１よりも反密封対象領域側Ａにおいて他方の部材の表面に摺動自在に接触し、それ以外の状態にあるときには、他方の部材の表面と非接触となる第２シール部１５と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸とハウジングに設けられた軸孔との間の環状隙間を密封する密封装置に関するものである。

油圧シリンダ等の油圧機器においては、軸とハウジングに設けられた軸孔との間の環状隙間を密封する密封装置が用いられる。そのような密封装置の一例を、図４〜図６を参照して説明する。

図４は、油圧シリンダの模式的断面図であり、（ａ）はピストンの押し工程のときの様子、（ｂ）はピストンの引き工程のときの様子をそれぞれ示している。図５は、従来技術に係る密封装置の模式的半断面図である。図６は、従来技術に係る他の密封装置の模式図であり、（ａ）は該密封装置の半断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ部拡大図である。

図４に示すように、密封装置１００は、油圧シリンダのロッド用の密封装置として、油圧シリンダの内周摺動部、すなわち、シリンダ（ハウジング）２００の内周面に設けられた環状溝２０１に装着され、ロッド（軸）３００の外周面３０１と摺動自在に接触するように使用される。

図５に示すように、密封装置１００は、いわゆるリップパッキンと呼ばれるものであり、密封対象領域側Ｏに向かって延びるシールリップ１０１、１０２と、該シールリップ１０１、１０２を支える基部１０３と、から構成された環状部材である。密封装置１００は、内周側のシールリップ１０１がロッド３００の外周面３０１に摺動自在に接触し、外周側のシールリップ１０２が環状溝２０１の溝底面に密着する。これにより、作動油等の密封対象流体が密封対象領域側Ｏから大気（外部）側である反密封対象領域側Ａに漏れるのを防いでいる。

このようなロッド用の密封装置は、油漏れを生じると外部への直接的な漏れとなってしまうため、高いシール性が要求される。したがって、ロッド用の密封装置としては、密封性（相手摺動面への追随性）に優れるポリウレタンゴム等のゴム材料からなるＵパッキンが、従来から多く使用されている。

ロッド用の密封装置は、図４（ｂ）に示すような、ロッド３００が外部側からシリンダ２００内部に引き込まれるピストン４００の引き工程時において、ロッド３００の外周面３０１との摺動面に異物・ダスト等のかみ込みを生じ易い。ゴム製のＵパッキンは、シール性に優れるものの、リップ先端に異物・ダストをかみ込んだり、あるいは、異物かみ込みによりリップ先端に傷が発生すると、摺動面とＵパッキンとの間に隙間が生じて、シール性の低下（外部漏れ）となる場合がある。

そこで、耐ダスト性の向上を目的として、ダストシールの追加、あるいは、ダストシールの形状を工夫したり、パッキン組込み時の洗浄、コンタミシール（油中異物の除去）の追加などが提案されている。しかし、これらの技術は、パッキンの装着溝寸法やシリンダ構造の変更が必要となり、適用が困難な場合がある。

また、図６に示すように、基部１０３に副リップ１０４を追加したものも知られている。しかし、副リップ１０４が常にしめ代を有しているため、摺動抵抗が大きくなってしまい、低摺動抵抗が要求される用途に対しては適用することができない。また、加圧時に副
リップ１０４周辺部に応力が集中することによって、図６（ｂ）に示すような破損１０５を生じる可能性があるため、高圧用途では適用することができない場合がある。

なお、関連する技術としては特許文献１に示すようなものがある。
特開平１１-１０１３４９号公報

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、摺動抵抗の増大を抑制しつつ外部からの異物等のかみ込みを抑制することができる密封装置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、
互いに相対的に軸方向の往復動をする軸と該軸が挿入される軸孔を有するハウジングのうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されて、これら軸とハウジングに設けられた軸孔との間に形成される環状隙間を密封する密封装置であって、
他方の部材の表面に摺動自在に接触する第１シール部と、
前記一方の部材と前記他方の部材との相対的な往復動の状態が、前記他方の部材が前記一方の部材に対して反密封対象領域側から密封対象領域側に向かう方向に移動する状態にあるときには、該第１シール部よりも反密封対象領域側において前記他方の部材の表面に摺動自在に接触し、それ以外の状態にあるときには、前記他方の部材の表面と非接触となる第２シール部と、
を備えることを特徴とする。

このように、一方の部材と他方の部材との相対的な往復動の状態が、他方の部材が一方の部材に対して反密封対象領域側から密封対象領域側に向かう方向に移動する状態にあるときに、第２シール部が他方の部材と摺動自在に接触することにより、他方の部材の移動に伴って異物等が反密封対象領域側から第１シール部のシール面に侵入することを抑制することができる。したがって、異物等のかみ込みによる第１シール部のシール性の低下や損傷等を抑制し、シール性の長期的な維持を図ることができる。

また、一方の部材と他方の部材との相対的な往復動の状態が、例えば、他方の部材が一方の部材に対して密封対象領域側から反密封対象領域側に向かう方向に移動する状態にあるときや、両部材が静止した状態にあるときには、異物等が反密封対象領域側から第１シール部のシール面に侵入することは生じにくい。したがって、このような状態にあるときは、第２シール部が他方の部材に対して非接触となることにより、他方の部材に対する摺動抵抗の増大を抑制することができる。これにより、低摺動抵抗が要求される用途への適用が可能となる。

前記第１シール部が密封対象領域側に設けられ、前記第２シール部が反密封対象領域側に設けられた弾性部材からなる基部を備え、
前記基部が、前記他方の部材が前記一方の部材に対して反密封対象領域側から密封対象領域側に向かう方向に移動する際に発生する密封対象領域側から作用する圧力によって、前記環状溝の反密封対象領域側の側面に押し付けられて軸方向に圧縮されることにより径方向の拡張変形を生じ、前記第２シール部が、前記他方の部材の表面に接触する状態となるようにするとよい。

このように、他方の部材が一方の部材に対して反密封対象領域側から密封対象領域側に向かう方向に移動する往復動状態において、圧力を受けた基部が弾性変形を生じることを
利用して、第２シール部を他方の部材と接触させることができる。また、それ以外の往復動状態においては、基部が圧力から解放されて元の状態に戻ることにより、第２シール部と他方の部材とを非接触の状態にすることができる。

前記第２シール部は、前記基部の反密封対象領域側の部分から前記他方の部材に向かって突出するように設けられた凸部であり、
前記基部は、前記環状溝の反密封対象領域側の側面に対向する側面に、内径側縁部及び外径側縁部に対して径方向の中央部が密封対象領域側に凹むように形成され、前記基部が前記環状溝の反密封対象領域側の側面に押し付けられたときに、該中央部がつぶれて内径側縁部及び外径側縁部がそれぞれ径方向に押し広げられるように弾性変形を生じるように設けられた凹部を有するとよい。

このように、弾性変形による基部の形状の変化により、第２シール部の突出量を大きくすることができる。これにより、第２シール部と他方の部材との好適な接触状態を形成することができる。

以上説明したように、本発明により、摺動抵抗の増大を抑制しつつ外部からの異物等のかみ込みを抑制することができる。

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３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。図１は、本発明の実施例に係る密封装置の模式的半断面図である。図２は、本発明の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）は無圧時の装着状態、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は加圧時の装着状態をそれぞれ示している。図３は、凹部と凸部の変形の様子を説明する模式的拡大図であり、（ａ）は無圧時の状態、（ｂ）は加圧時の状態をそれぞれ示している。

図１に示すように、本実施例に係る密封装置１は、いわゆるＵパッキンと呼ばれるリップパッキンであり、断面が概ね矩形状の環状部材である基部１０と、シール本体１０の軸方向一方側（油圧側（密封対象領域側）Ｏ）の側面における内外周両側からそれぞれ略軸方向に延びるように設けられた内周リップ１１及び外周リップ１２と、内周リップ１１と外周リップ１２との間で軸方向一方側に開口するように設けられた断面Ｕ字状の受圧溝（Ｕ溝）１３を備えている。密封装置１の材料としては、ニトリルゴムやポリウレタンゴム等を挙げることができる。

また、本実施例に係る密封装置１においては、基部１０の軸方向他方側（大気側（反密封対象領域側）Ａ）の側面に、軸方向一方側にへこむ凹部１４が設けられている。さらに、基部１０の内周面の軸方向他方側に、内径方向に突出する凸部１５が設けられている。

以上のように構成された密封装置１は、図４に示すような油圧シリンダのロッド用の密封装置として、油圧シリンダの内周摺動部、すなわち、シリンダ（ハウジング）２００の内周面に設けられた環状溝２０１に装着され、シリンダ２００の内周面とロッド（軸）３００の外周面３０１との間の環状隙間を密封するものである。

図２（ａ）に示すように、環状溝２０１に装着された密封装置１は、外周リップ１２及び基部１０の外周面が、環状溝２０１の溝底面２０２に密着し、第１シール部としての内周リップ１１が、シリンダ２００内を軸方向に往復動するロッド３００の外周面３０１に摺動自在に接触する。

密封装置１は、内周リップ１１及び外周リップ１２が装着状態において確実に相手部材に接触した状態となるように、各リップの先端にしめ代が設けられている。すなわち、内周リップ１１におけるリップ先端側（内径側）の領域における径寸法が、ロッド３００の外周面３０１の径寸法よりも小さく設定され、外周リップ１２におけるリップ先端側（外径側）の領域における径寸法が、シリンダ２００の環状溝２０１の溝底面２０２の径寸法よりも大きく設定されている。

一方、第２シール部としての凸部１５は、設計寸法上、ロッド３００に対してしめ代を有さないように設けられている。すなわち、凸部１５の先端の径寸法は、ロッド３００の外周面３０１の径寸法よりも大きく設定されている。したがって、図２（ｂ）に示すように、密封装置１に圧力が加わっていない無圧状態において、凸部１５は、ロッド３００の外周面３０１に接触しない構成となっている。

図４（ａ）に示すように、ピストン４００の押し工程時においては、シリンダ２００内の圧力がポート２０３を介してシリンダ外部に逃がされるため、密封装置１に大きな圧力は作用しない。したがって、密封装置１の装着状態は、図２（ａ）に示すような状態となる。

一方、図４（ｂ）に示すように、ピストン４００の引き工程時においては、ポート２０３からシリンダ２００内に圧力Ｐが導入されるため、密封装置１に油圧側Ｏから大きな圧力Ｐが作用することになる。圧力Ｐが作用すると、密封装置１は図２（ｃ）に示すような装着状態となる。すなわち、密封装置１全体が環状溝２０１の大気側Ａ（低圧側）に押し込められて、基部１０の大気側Ａの側面が環状溝２０１の大気側Ａの側壁面２０４に押し付けられた状態となる。

図２（ｃ）に示すように、ゴム材料で構成された密封装置１は、圧力Ｐにより軸方向に圧縮されることで凹部１４がつぶれるとともに径方向に拡張する弾性変形を生じる。これにより、凸部１５がロッド３００に対してしめ代を有するようになる。すなわち、凸部１５は、先端の径寸法がロッド３００の外周面３０１の径寸法よりも小さくなり、ロッド３００の外周面３０１に摺動自在に接触する状態となる。

図に示すように、凹部１４は、基部１０の大気側Ａの側面の径方向両端縁部（内外周側の両縁部）付近から径方向中央部に向かって徐々に深くなっていき、その中央部分が最も深くなるように凹んでいる。したがって、基部１０の大気側Ａの側面は、無圧状態においては、内外周側の縁部のみが環状溝２０１の大気側Ａの側壁面２０４と接触するような構成となる。また、凹部１４は、径方向の幅の大きさに対して深さの浅い湾曲面となっており、基部１０が溝側壁面２０４に押し付けられることによって容易につぶれるような構成となっている。なお、凹部の具体的な寸法形状は密封装置の仕様等に合わせて適宜設定しうるものである。

基部１０は、圧力Ｐを受けて溝側壁面２０４に押し付けられると、凹部１４が径方向に開くようにつぶれて大気側Ａ側面の内外周の両縁部が径方向に広がるような弾性変形を生じる。このとき、本実施例に係る密封装置１においては、無圧状態において基部１０の外周面が環状溝２０１の溝底面２０２に接触する構成になっており、外径方向への拡張変形
は環状溝２０１の溝底面２０２によって規制されることになる。これにより、基部１０は、凹部１４がつぶれた分だけ内径方向に拡張（縮径）することになり、その内径方向への変形量ｂは凹部１４の凹み量ａと略同じとなる（図３（ａ）→図３（ｂ））。したがって、凹部１４の凹み量ａを適宜設定することによって凸部１５の変形後の突出量をある程度調整することができる。

このように、ロッド３００の移動とともに異物等がシリンダ２００内部に引き込まれやすいピストン４００の引き工程時において、凸部１５がロッド３００の外周面に摺動自在に接触することで、基部１０の大気側Ａの領域にシール面が形成され、大気側Ａからの異物の侵入を抑制することができる。したがって、内周リップ１１とロッド３００の外周面３０１との間への異物の噛み込みを抑制することができる。

また、ピストン４００の押し工程時には、密封装置１は、圧力Ｐから解放されることで図２（ａ）に示す装着状態に戻る。したがって、凸部１５は、ロッド３００に対してしめ代を有さない状態、すなわち、ロッド３００の外周面３０１に接触しない状態となる。ピストン４００の押し工程時には、ロッド３００は、シリンダ２００の内部から外部に引き出される方向に動くため、ロッド３００とシリンダ２００との間の隙間からシリンダ２００内に異物が侵入することは通常生じにくい。したがって、このように外部からの異物の侵入の可能性の低い押し工程時には、凸部１５が接触しない状態となることにより、密封装置１のロッド３００との摺動面積が必要以上に大きくならないようになっている。

したがって、本実施例に係る密封装置１によれば、ピストン４００とシリンダ２００との間の摺動抵抗の増大を抑制しつつ、外部からシール面への異物等のかみ込みを抑制してシール性の長期的な維持を図ることができる。

また、本実施例においては、密封装置１が装着される環状溝をハウジング２の軸孔２０の内周面に設けた構成について説明したが、この構成に限られるものではなく、密封装置１が軸３の外周面３０に設けられた環状溝に装着される構成であってもよい。

本発明の実施例に係る密封装置の模式的半断面図である。 本発明の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る。 凹部と凸部の変形の様子を説明する模式的拡大図である。 油圧シリンダの模式的断面図である。 従来技術に係る密封装置の模式的半断面図である。 従来技術に係る他の密封装置の模式図である。

符号の説明

１ 密封装置
１０ 基部
１１ 内周リップ
１２ 外周リップ
１３ Ｕ字溝
１４ 凹部
１５ 凸部
２００ シリンダ（ハウジング）
２０１ 環状溝
２０２ 溝底面
２０３ ポート
２０４ 側壁面
３００ ロッド（軸）
３０１ 外周面
４００ ピストン

Claims (3)

1. 互いに相対的に軸方向の往復動をする軸と該軸が挿入される軸孔を有するハウジングのうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されて、これら軸とハウジングに設けられた軸孔との間に形成される環状隙間を密封する密封装置であって、
   他方の部材の表面に摺動自在に接触する第１シール部と、
   前記一方の部材と前記他方の部材との相対的な往復動の状態が、前記他方の部材が前記一方の部材に対して反密封対象領域側から密封対象領域側に向かう方向に移動する状態にあるときには、該第１シール部よりも反密封対象領域側において前記他方の部材の表面に摺動自在に接触し、それ以外の状態にあるときには、前記他方の部材の表面と非接触となる第２シール部と、
   を備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記第１シール部が密封対象領域側に設けられ、前記第２シール部が反密封対象領域側に設けられた弾性部材からなる基部を備え、
   前記基部が、前記他方の部材が前記一方の部材に対して反密封対象領域側から密封対象領域側に向かう方向に移動する際に発生する密封対象領域側から作用する圧力によって、前記環状溝の反密封対象領域側の側面に押し付けられて軸方向に圧縮されることにより径方向の拡張変形を生じ、前記第２シール部が、前記他方の部材の表面に接触する状態となることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記第２シール部は、前記基部の反密封対象領域側の部分から前記他方の部材に向かって突出するように設けられた凸部であり、
   前記基部は、前記環状溝の反密封対象領域側の側面に対向する側面に、内径側縁部及び外径側縁部に対して径方向の中央部が密封対象領域側に凹むように形成され、前記基部が前記環状溝の反密封対象領域側の側面に押し付けられたときに、該中央部がつぶれて内径側縁部及び外径側縁部がそれぞれ径方向に押し広げられるように弾性変形を生じるように設けられた凹部を有することを特徴とする請求項２に記載の密封装置。

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