JP2010242874A

JP2010242874A - 往復動用密封装置

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Publication number: JP2010242874A
Application number: JP2009092840A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Matsumoto; 大介松本
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2029-04-07
Also published as: JP5447787B2

Abstract

【課題】摺動抵抗の低減と径方向への追随性による密封性の確保を両立させた往復動用密封装置を提供する。
【解決手段】ハウジング３の内周面に円周方向へ連続して形成された保持溝３１に、ハウジング３の内周に軸方向往復動可能に配置された往復動部品４の外周面に摺動可能に密接されるフッ素樹脂材料からなる摺動リング１が配置されると共に、この摺動リング１は、その外周側に配置されたゴム状弾性材料からなるパッキン２で保持され、摺動リング１は、パッキン２により径方向へ付勢される本体部１１と、この本体部１１の軸方向一端から延在され、往復動部品４の外周面に摺動可能に密接されるシールリップ１２と、保持溝３１内におけるパッキン２の反密封空間Ｓ２側の位置へ延びる鍔部１３を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、摺動抵抗を小さく抑えた往復動用密封装置に関するものである。

例えば油圧機器などの往復動部品（例えばピストンやピストンロッド）の外周隙間を密封するための密封装置としては、図６あるいは図７に示されるようなものがある。これらの図において、参照符号２０１は油圧シリンダ等の軸孔部のハウジング、参照符号２０２はこのハウジング２０１の内周に軸方向往復動可能に挿通されたピストンロッドである。

そしてこのうち図６に示される密封装置１００は、ハウジング２０１の内周面に形成された保持溝２０１ａにゴム状弾性材料からなるＸリング（断面が略Ｘ形をなすスクイーズパッキン）１０１を密接状態に保持し、保持溝２０１ａから突出したＸリング１０１の内径部をピストンロッド２０２の外周面に対して摺動可能に密接させたもので、比較的低圧条件で用いられることが多い。

また、図７に示される密封装置１００は、ハウジング２０１の内周面に形成された保持溝２０１ａに、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の低摩擦のフッ素樹脂からなる摺動リング１０２と、その外周側に位置するゴム状弾性材料からなるＯリング（断面が円形をなすスクイーズパッキン）１０３を保持し、Ｏリング１０３の径方向圧縮反力によって摺動リング１０２の内周面をピストンロッド２０２の外周面に対して摺動可能に密接させたもので、比較的高圧条件で用いられることが多い。なお、図７と近似する構成を備える往復動用密封装置としては、特許文献１に開示されたものがある。

特開平１０−２１３２３１号公報

しかしながら、図６に示される密封装置１００は、ゴム状弾性材料からなるＸリング１０１をピストンロッド２０２の外周面に接触させているため、ピストンロッド２０２の偏心動作などに対する追随性は良いが、摺動抵抗が大きいといった問題がある。特に、Ｘリング１０１のように、摺動面に互いに逆向きのシールリップ１０１ａ，１０１ｂを有するものは、ピストンロッド２０２の軸方向往復動作に伴って、いわゆる掻き出し漏れを生じる問題がある。

一方、図７に示される密封装置１００は、低摩擦の合成樹脂材料からなる摺動リング１０２をピストンロッド２０２の外周面に接触させているため、摺動抵抗を小さく抑えることができる反面、ピストンロッド２０２の偏心動作などに対する径方向追随性が低くなって密封性能が低下するといった問題があった。また、摺動抵抗を小さく抑えるには、特許文献１のようにピストンロッド２０２の外周面に密接される摺動リング１０２の内周面に円周方向へ連続した溝を形成して油溜まりとして機能させることも有用であるが、このような溝の形成も密封性能に悪影響を及ぼすおそれがあった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、摺動抵抗の低減と径方向への追随性による密封性の確保を両立させた往復動用密封装置を提供することにある。

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用密封装置は、ハウジングの内周面に円周方向へ連続して形成された保持溝内に、前記ハウジングの内周に軸方向往復動可能に配置された往復動部品の外周面に摺動可能に密接されるフッ素樹脂材料からなる摺動リングが配置されると共に、この摺動リングは、その外周側に配置されたゴム状弾性材料からなるパッキンで保持され、前記摺動リングは、前記パッキンにより付勢される本体部と、この本体部の軸方向一端から延在され、前記往復動部品の外周面に摺動可能に密接されるシールリップを有するものである。

また、請求項２の発明に係る往復動用密封装置は、請求項１に記載の構成において、摺動リングが、ハウジングの保持溝内におけるパッキンの反密封空間側の位置へ延びる鍔部を有するものである。なお、ここでいう「反密封空間」とは当該密封装置による密封空間と反対側の空間のことである。

また、請求項３の発明に係る往復動用密封装置は、請求項２に記載の構成において、摺動リングのシールリップが反密封空間側へ延び、摺動リングの鍔部が反密封空間へ倒れるように傾斜又は湾曲した形状をなすものである。

請求項１の発明に係る往復動用密封装置によれば、摺動リングが摩擦係数の低いフッ素樹脂材料からなることによって摺動抵抗が低く抑えられ、往復動部品の偏心等に対する径方向追随性が本体部から延在されたシールリップによって補償されるので、優れた密封性が確保される。

請求項２の発明に係る往復動用密封装置によれば、請求項１の発明による効果に加え、摺動リングからハウジングの保持溝内に延びる鍔部と、この鍔部を密封空間側から押えるパッキンによって、摺動リングが軸方向に固定されるので、シールリップがハウジングと往復動部品との隙間へ咬みこまれて破損するのを防止することができる。

請求項３の発明に係る往復動用密封装置によれば、請求項２の発明による効果に加え、摺動リングが密封空間の非加圧時には鍔部の付勢力によって密封空間側へ後退するため、摺動リングの本体部から反密封空間側へ延びるシールリップが、ハウジングと往復動部品との間における反密封空間側の隙間へ咬みこまれて破損するのを防止することができる。

本発明に係る往復動用密封装置の第一の形態を示す未装着状態の半断面図である。本発明に係る往復動用密封装置の第一の形態を示す装着状態かつ密封空間の非加圧状態の半断面図である。本発明に係る往復動用密封装置の第一の形態を示す装着状態かつ密封空間の加圧状態の半断面図である。本発明に係る往復動用密封装置の他の形態を示す装着状態かつ密封空間の加圧状態の半断面図である。本発明に係る往復動用密封装置の他の形態を示す装着状態かつ密封空間の加圧状態の半断面図である。従来の技術による往復動用密封装置の一例を、その軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。従来の技術による往復動用密封装置の他の例を、その軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。

以下、本発明に係る往復動用密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、第一の形態を示す未装着状態の半断面図、図２は、同じく第一の形態を示す装着状態かつ密封空間の非加圧状態の半断面図、図３は、同じく第一の形態を示す装着状態かつ密封空間の加圧状態の半断面図である。

すなわちこの密封装置は、図１に示されるように、フッ素樹脂材料、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる摺動リング１と、その外周側に配置されるゴム状弾性材料からなるパッキン２とで構成され、図２又は図３に示される油圧シリンダ等の軸孔部のハウジング３と、このハウジング３の内周に軸方向往復動可能に挿通されたピストンロッド４との間の隙間を密封するものである。なお、ピストンロッド４は請求項１に記載された往復動部品に相当する。

ハウジング３の内周面には、円周方向へ連続した保持溝３１と、この保持溝３１の内径部から反密封空間Ｓ２側へ延びると共に円周方向へ連続したリップ収容部３２が形成されている。

摺動リング１は、図２又は図３に示される装着状態において、ハウジング３の保持溝３１の内径部に位置すると共に内周面がピストンロッド４の外周面に摺動可能に密接される本体部１１と、この本体部１１における反密封空間Ｓ２側となる軸方向一端から延在され、ハウジング３のリップ収容部３２内に位置すると共にピストンロッド４の外周面に摺動可能に密接されるシールリップ１２と、本体部１１におけるシールリップ１２との間の部分の外径から展開し、ハウジング３の保持溝３１内に保持される鍔部１３を有する。

摺動リング１の本体部１１の内周面には、円周方向へ連続した複数の溝１１ａが形成されており、したがって、本体部１１は前記溝１１ａによる相対的な複数の突条部１１ｂにおいて、ピストンロッド４の外周面に密接されるようになっている。

シールリップ１２は、軸方向に延びる頚部１２ａと、その先端部の内径に形成されたリップエッジ１２ｂとを有し、このリップエッジ１２ｂにおいてピストンロッド４の外周面に密接されるようになっている。また、シールリップ１２の先端部の外周面には、リップエッジ１２ｂの外径側に位置して円周方向へ連続した溝１２ｃが形成され、この溝１２ｃにはガータスプリング１４が嵌着されている。ガータスプリング１４は、金属製の細長いコイルスプリングを環状につなげたものであって、シールリップ１２の先端部に適当な緊迫力を付与するものである。

また、摺動リング１の鍔部１３は、図１に示される未装着状態では、シールリップ１２側へ倒れるように傾斜又は湾曲した形状をなす。

パッキン２は、摺動リング１の本体部１１に外挿されると共にハウジング３の保持溝３１内に収容可能な大きさであって、第一の形態では、内径側及び外径側に密封空間Ｓ１側及び反密封空間Ｓ２側を向いて突出したシール突条２１〜２４を有し、すなわち軸心を通る平面で切断した断面形状（図示の断面形状）が略Ｘ字形を呈する、いわゆるＸリングが採用されている。

図２又は図３に示される装着状態では、パッキン２は、内径側のシール突条２１，２２が摺動リング１の本体部１１の外周面に僅かなつぶし代をもって密接され、外径側のシール突条２３，２４がハウジング３の保持溝３１の底面３１ａに僅かなつぶし代をもって密接され、また、摺動リング１の鍔部１３は、前記保持溝３１内におけるパッキン２の反密封空間Ｓ２側の位置から外周側へ延びている。

なお、ハウジング３は互いに密封的に結合された複数の部品３Ａ，３Ｂからなり、保持溝３１がハウジング部品３Ａ，３Ｂによって分割形成される構成とすれば、摺動リング１が弾性に乏しいフッ素樹脂からなるものであっても、保持溝３１（及びリップ収容部３２）へ容易に組み込むことができる。なお、この場合ハウジング部品３Ａ，３Ｂの結合部には不図示のガスケット等を介在させる。

以上のように構成された第一の形態の往復動用密封装置は、図２又は図３に示される装着状態において、密封空間Ｓ１内の密封対象流体（例えば油）がピストンロッド４の軸周から反密封空間Ｓ２へ漏洩するのを防止するものである。

摺動リング１は、軸方向往復動するピストンロッド４の外周面に摺接されるが、この摺動リング１は低摩擦であるフッ素樹脂からなるものであって、しかもパッキン２の径方向つぶし代が小さく抑えられており、言い換えれば摺動リング１の本体部１１に対するパッキン２の径方向付勢力が小さなものとなっており、さらには本体部１１の内周面に形成された溝１１ａ内に侵入して保持された密封空間Ｓ１内の密封対象流体の一部によってピストンロッド４の外周面との間が潤滑されるので、摺動抵抗が低く抑えられる。

ここで、パッキン２による径方向付勢力が抑えられることによって、密封空間Ｓ１内の密封対象流体は摺動リング１の本体部１１とピストンロッド４との摺動部から漏れやすくなるが、この摺動部を通過した密封対象流体は、シールリップ１２のリップエッジ１２ｂとピストンロッド４との摺動部において反密封空間Ｓ２への漏洩を阻止されるので、所要の密封性が維持される。

ここで、図示の例のように、シールリップ１２のリップエッジ１２ｂを構成する一対の斜面のうち、密封空間Ｓ１側を向いた斜面１２ｄの角度（ピストンロッド４の外周面に対する角度）を相対的に急勾配、反密封空間Ｓ２側を向いた斜面１２ｅの角度を相対的に緩勾配とすることによって、リップエッジ１２ｂの摺動部における掻き出し漏れも有効に防止することができる。

また、ハウジング３とピストンロッド４の相対的な偏心等に対する径方向追随性が、シールリップ１２の頚部１２ａの柔軟な変形性及びこのシールリップ１２の先端部外周に装着されたガータスプリング１４の緊迫力によって補償され、すなわち偏心したピストンロッド４の外周面に対するシールリップ１２のリップエッジ１２ｂの良好な密接状態が維持されるので、優れた密封性が確保される。

そして、機器の動作によって密封空間Ｓ１の流体圧力が上昇した場合は、ハウジング３とピストンロッド４との間の隙間Ｇ１を介して保持溝３１内へ導入される密封空間Ｓ１の流体圧力を受けるパッキン２によって、図３に示されるように、摺動リング１の鍔部１３が、保持溝３１における反密封空間Ｓ２側の内側面３１ｂに平面的に押し付けられた状態で固定され、この鍔部１３によって摺動リング１が軸方向に対して拘束される。しかも上述のように、摺動リング１とピストンロッド４との間の摩擦係数が低く維持されるため、ピストンロッド４の軸方向作動によって摺動リング１のシールリップ１２が反密封空間Ｓ２側へ引きずられてリップ収容部３２からその反密封空間Ｓ２側におけるハウジング３とピストンロッド４との間の隙間Ｇ２へ咬みこまれるのを防止することができる。

また、密封空間Ｓ１の流体圧力が低下した状態では、摺動リング１の鍔部１３に対するパッキン２の押し付け力が減少するので、図２に示されるように、摺動リング１は鍔部１３の復元力によって密封空間Ｓ１側へ変位し、シールリップ１２がリップ収容部３２の反密封空間Ｓ２側の端部から後退した位置に保持される。このため、ピストンロッド４の軸方向作動によって摺動リング１のシールリップ１２が反密封空間Ｓ２側へ引きずられて、リップ収容部３２からその反密封空間Ｓ２側におけるハウジング３とピストンロッド４との間の隙間Ｇ２へ咬みこまれるのを一層確実に防止することができる。

次に、図４及び図５は、それぞれ本発明に係る往復動用密封装置の他の形態を示す装着状態かつ密封空間の加圧状態の半断面図である。

このうち、図４に示される実施の形態は、パッキン２としてゴム状弾性材料からなり断面が円形をなすＯリングを用いたものである。その他の部分は、先に説明した第一の形態と同様に構成されている。

また、図５に示される実施の形態は、パッキン２としてゴム状弾性材料からなり断面が略正方形又は略長方形をなす角リングを用いたものである。その他の部分は、先に説明した第一の形態と同様に構成されている。

１摺動リング
１１本体部
１１ａ溝
１１ｂ突条部
１２シールリップ
１２ａ頚部
１２ｂリップエッジ
１３鍔部
１４ガータスプリング
２パッキン
３ハウジング
３Ａ，３Ｂハウジング部品
３１保持溝
３２リップ収容部
４ピストンロッド（往復動部品）
Ｓ１密封空間
Ｓ２反密封空間

Claims

ハウジングの内周面に円周方向へ連続して形成された保持溝に、前記ハウジングの内周に軸方向往復動可能に配置された往復動部品の外周面に摺動可能に密接されるフッ素樹脂材料からなる摺動リングが配置されると共に、この摺動リングは、その外周側に配置されたゴム状弾性材料からなるパッキンで保持され、前記摺動リングは、前記パッキンにより付勢される本体部と、この本体部の軸方向一端から延在され、前記往復動部品の外周面に摺動可能に密接されるシールリップを有することを特徴とする往復動用密封装置。
摺動リングが、ハウジングの保持溝内におけるパッキンの反密封空間側の位置へ延びる鍔部を有することを特徴とする請求項１に記載の往復動用密封装置。
摺動リングのシールリップが反密封空間側へ延び、摺動リングの鍔部が反密封空間へ倒れるように傾斜又は湾曲した形状をなすことを特徴とする請求項２に記載の往復動用密封装置。