JP2012246956A - 環状シール部材 - Google Patents

Abstract

【課題】逆止機能を有する環状シール部材を、寸法ばらつきがあっても、小さな開弁圧でリップがシール対象の面から離反して空間Ａから他方の空間Ｂへの圧力の解放がなされるようにすることを課題としている。
【解決手段】環状の基部１と環状リップ２と通路溝５を有する環状シール部材１０に、径方向締代のある第１の凸部３と、第２の凸部４と、通路溝５の溝幅よりも大きな凹部６を設け、第２の凸部４をシール相手面に押し付けることで凹部６をシール相手面から押し離して通路溝５経由で圧力解放が要求される空間に連通した圧力導入空間の閉塞を防止し、その圧力導入空間に開弁力を発生させる圧力が安定して導入されるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、液圧制御装置や液圧機器において、軸と軸穴間を逆止状態にシールするのに利用する環状シール部材に関する。ここで言う逆止状態とは、シール部で区画した空間の一方から他方への圧力や液体の流出を許容し、他方から一方の空間への流出を阻止する状態である。

首記の環状シール部材の従来例として、例えば、下記特許文献１に開示されたものがある。同文献に示された環状シール部材（パッキン）は、環状の基部と、その基部の一端側から軸方向に延びだすリップ部を有する。また、シール部によって区画された空間（蓄圧回避が要求される側の空間）の液圧をシール溝の溝底に対するリップの接触部に導く導圧路を基部の外周に有する。

この環状シール部材は、環状のシール溝に収容し、基部を軸方向に圧縮して軸と軸穴間に介在する。そして、リップ部の自由端近くのシールエッジをシール相手面（前記シール溝の溝底）に密着させる。

特開２００８−１４４７８４号公報

前掲の特許文献１に開示された環状シール部材は、寸法ばらつきなどによって締代が過大になったとき｛リップ部の基端（付け根）の径よりもシール溝の溝底の径が小さいとき｝に、弾性変形やクリープ変形により導圧路として設けたスリットがリップ部の基端付近において変形して盛り上がり、導圧路が閉塞する。これにより、リップ部をシール相手面から離反させる力（区画された空間Ａ，Ｂの圧力差。これをここでは開弁圧と言う）が変動し、安定した圧力解放機能が得られない。

また、導圧路の閉塞を回避するために導圧路の設置数を多くしたり、導圧路（スリット）の幅を広げたりすると、環状シール部材の内径側を軸の外周に均一かつ十分に押し付ける緊迫力（面圧）が得られず、シールの信頼性が低下して液漏れの可能性が高まる。

この発明は、逆止機能を有する環状シール部材を、寸法ばらつきがあっても、小さな開弁圧でリップがシール対象の面から離反して一方の空間（空間Ａ）から他方の空間（空間Ｂ）への圧力の解放が安定してなされるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、軸穴とその軸穴に挿入した軸との間をシールする環状シール部材として、下記ｉ）〜iv）のシール部材を提供する。

ｉ）径方向に圧縮して軸穴と軸との間に配置する環状の基部と、その基部の一端から軸方向に延びださせてシール相手面（前記軸穴の穴面と前記軸の外周面の一方。環状リップが密着する側の面をこの発明ではシール相手面と言う）にリップエッジを密着させる環状リップと、前記基部の前記シール相手面と向き合う面に径方向に突出させて設けて前記シール相手面に締代を持って接触させる第１の凸部と、前記第１の凸部と前記環状リップの基端との間において前記基部の前記シール相手面と向き合う面に設ける、径方向に突出した第２の凸部と、前記基部の前記シール相手面と向き合う面に、その基部の他端から前記環状リップの設置側に向って延び出させて設ける通路溝と、前記第２の凸部と前記環状リップの基端との間に形成される周方向寸法が前記通路溝の溝幅よりも大きな凹部とを有するもの。

なお、この発明では、複数の凸部を周方向に間隔をあけて点在させ、この状態で隣り合う凸部間に形成される谷も前記通路溝とみなす。

ii）前記ｉ）の環状シール部材の第２の凸部に代えて、周方向寸法が前記通路溝の溝幅よりも大きくて前記通路溝に連通している凹部を、前記基部の前記シール相手面と向き合う面を掘り下げる状態にして設けたもの。

iii）前記ｉ）の環状シール部材の第２の凸部に代えて、前記シール相手面に当接して自己の周囲に前記通路溝と前記凹部の連通空間を生じさせる突起を、前記通路溝と前記凹部の接続部に、径方向に突出して設けたもの。

iv）前記ｉ）の環状シール部材に、前記シール相手面に当接して自己の周囲に前記通路溝と前記凹部の連通空間を生じさせる突起を追設したもの。

なお、前記ｉ）の環状シール部材は、前記凹部の底から前記シール相手面までの距離を、前記第１の凸部と前記第２の凸部との間に形成される凸部間凹部よりも大きくしたものや、前記第２の凸部を前記通路溝の位置を除いて周方向に連続する突条で構成したものが好ましい。

前記iii）、iv）の環状シール部材は、前記突起を、前記通路溝の始端から前記通路溝と前記凹部の交差部に至らせて通路溝内に設ける形態や、前記通路溝と前記凹部の交差部に設ける形態が考えられる。

前記ｉ）〜iv）の環状シール部材の前記凹部は、周方向に連続する環状凹部が好ましいが、その凹部が周方向に分断されていても発明の目的は達成される。

前記ｉ）の環状シール部材は、前記第２の凸部がシール相手面に押しつけられることによって第２の凸部と環状リップとの間に形成された凹部がシール相手面から押し離されるように変形する。そのために、環状シール部材が自由状態にあるときに比べて凹部の底からシール相手面までの距離が大きくなる。これにより、寸法ばらつきが生じた製品についても、環状リップに対して開弁圧を作用させる圧力導入空間（隙間）がシール相手面との間に安定して確保され、その圧力導入空間に対する通路溝の連通状態も確保されて圧力解放機能の安定性が高まる。

また、第２の凸部によって凹部をシール相手面から押し離す方法で圧力導入空間の閉塞を防止するので、通路溝の数を増やしたり、その通路溝の溝幅を大きくしたりする必要がなく、環状シール部材の凸部形成側とは反対側の面に加える緊迫力の低下、それによるシールの信頼性低下を回避できる。その緊迫力は、第２の凸部を圧縮されることでむしろ増大する。

前記ii）の環状シール部材も、環状リップの基端近傍に形成される凹部を掘り下げたことで、前記ｉ）の環状シール部材において第２の凸部で凹部をシール相手面から押し離したときと同様の状態が作り出される。また、前記iii）の環状シール部材は、前記通路溝と前記凹部の接続部に設けた突起がシール相手面に当接して自己の周囲に前記通路溝と前記凹部の連通空間を生じさせる。従って、これ等の形態でも、シールの信頼性低下を招かずに圧力解放機能の安定性を高めることができる。

前記iv）の環状シール部材は、ｉ）の環状シール部材に前述の突起を追設しているので、前記圧力導入空間の確保と、その圧力導入空間に対する通路溝の連通状態の確保がより安定し、圧力解放機能の安定性がさらに高まる。

前記凹部の底からシール相手面までの距離を、前記第１の凸部と前記第２の凸部との間に形成される凸部間凹部よりも大きくしたものは、凸部間凹部がなくなるところまでシール部材が圧縮されても第２の凸部と環状リップとの間の凹部が残存し、前記圧力導入空間の確保がより確実になされる。

また、前記凹部を環状にしたものは、環状リップの周方向全域を弁として機能させることができ、開弁圧のばらつきの更なる抑制や環状リップのシール性能向上、耐久性向上に寄与する。

前記第２の凸部を通路溝の位置を除いて周方向に連続する突条で構成したものは、前記凹部（圧力導入空間）の形状の周方向の各部における変動が抑制されるため、シール相手面に対する環状リップの接触圧（面圧）が周方向の各部で平均化され、シールの安定化につながる。

このほか、前記iii）、iv）の環状シール部材で、前記突起を前記通路溝の始端から前記通路溝と前記凹部の交差部に至らせて通路溝内に設けたものは、通路溝が閉塞されることを突起によって確実に防止することができる。

また、前記iii）、iv）の環状シール部材で、前記突起を前記通路溝と前記凹部の交差部に設けたものは、突起によって通路溝が狭められることがない。そのために、通路溝の幅を狭くして基部の周方向各部における締代の変動領域（すなわち圧縮反力の変動領域）を小さくすることができ、これによる開弁圧の安定化などを期待できる。

この発明の環状シール部材の一例を示す断面図 図１の環状シール部材の使用の一例を示す断面図 この発明の環状シール部材の他の例を示す断面図 この発明の環状シール部材のさらに他の例を示す断面図 この発明の環状シール部材のさらに他の例を示す平面図 図５の環状シール部材の要部の拡大斜視図 この発明の環状シール部材のさらに他の例を示す平面図 図７の環状シール部材の要部の拡大斜視図 通路溝と凹部の接続部に設ける突起を通路溝の片側に偏らせた状態を示す平面図 通路溝と凹部の接続部に設ける突起の変形例を示す要部の拡大斜視図

以下、この発明の環状シール部材の実施の形態を、添付図面の図１〜図１０に基づいて説明する。図１に示した第１形態の環状シール部材１０は、環状をなす基部１と、その基部の一端から軸方向に延びだす環状リップ２と、第１の凸部３と、第２の凸部４と、複数の通路溝５と、凹部６を設けて構成されている。材料は、硬度７０〜８０ＩＲＨＤ程度のゴムが用いられている。

この環状シール部材の基部１は、後述する軸穴と、その軸穴に挿入される軸のどちらか一方に形成されるシール溝に挿入されて軸穴の穴面と軸の外周面間に配置される。

図示の環状リップ２は、外周リップと称されるものであって、基部１の一端の外周部から軸方向、かつ径方向外側に向って斜めに延びだしており、自由端近くにシール相手面（図示のシール部材の場合、軸穴の穴面）に密着させるリップエッジ２ａを有している。なお、シールの目的によっては、基部１の一端の内周側にも内周リップと称される環状リップ７を設けることがある。

第１の凸部３は、基部１の、シール相手面と向き合う面（図のそれは基部１の外周面）に径方向に突出させて設けている。この第１の凸部３の自由状態での外径は軸穴の穴径よりも大きい。その設定により、穴径をオーバした領域を締代として働かせて基部１を径方向に圧縮し、その基部の内周面を軸の外周に緊迫力を持って押し付けて軸の外周のシールを行う。

第２の凸部４も、径方向に突出して基部１のシール相手面と向き合う面に設けられている。この第２の凸部４は、第１の凸部３と環状リップ２の基端との間に配置される。その第２の凸部４の高さ（凹部６の底からの高さ）は、直径がφ７ｍｍの軸の外周シール用シール部材の場合、０．２ｍｍ程度で足りた。

第１の凸部３、第２の凸部４は、いずれも、通路溝５の位置を除いて周方向に連続する突条で構成している。この形状の凸部は、凹部６の形状の安定化、基部１の軸に対する周方向各部での接触面圧の均一化、シール相手面に対する環状リップの周方向の各部での接触面圧の均一化が図れて好ましいが、周方向に間隔をあけて点在する任意形状（例えば、半球状、角錐状、切頭円錐状など）の凸部であっても発明の目的は達成される。

また、第１の凸部３、第２の凸部４は、突端側が凸形曲面の図示したような凸部が成形し易いが、断面において突端側が角ばった形状となる凸部であっても差し支えない。

通路溝５は、環状リップ２が存在する側（図は基部の外径側）において基部１に、その基部の他端（図中右端）から環状リップ２の設置側に向って延びださせて設けられている。この通路溝５は、図示のように、周方向に等間隔で複数条設置すると、溝幅を狭くして基部１の周方向各部における締代の変動領域を小さくすることができる。

この通路溝５は、直径がφ７ｍｍの軸の外周シール用シール部材の場合、溝幅が０．２〜０．３ｍｍ程度、深さが０．５ｍｍ程度でよかった。

凹部６は、第２の凸部４と環状リップ２の基端との間に形成されている。この凹部６は、周方向寸法を通路溝５の溝幅よりも大きくしており、その凹部６を環状シール部材１０の使用状態において確実に残存させることで、環状リップ２に対して開弁圧を作用させる圧力導入空間（図２の１４）をシール相手面との間に生じさせる。

なお、この凹部６は、図示の環状凹部が環状リップ２の周方向の全域を弁として機能させることができて好ましいが、周方向に連続していない形状であっても構わない。また、この凹部６の底からシール相手面までの距離は、図のように、第１の凸部３と第２の凸部４との間に形成される凸部間凹部８よりも大きくすると好ましく、そのようにしたものは、凹部６がより一層閉塞し難くなる。

このように構成した第１形態の環状シール部材１０は、図２に示すように、逆止機能のあるシール部を構成する目的で、液圧機器などに設けられた軸穴１１とその軸穴に挿入される軸１２との間に組み込まれる。

図２のシール部の場合、軸１２の外周に環状シール溝１３が設けられており、環状シール部材１０は、その環状シール溝１３に収容して軸穴１１と軸１２との間に介在される。このとき、第１の凸部３が締代を有するため、基部１が径方向に圧縮され、その基部の内径側が軸１２の外周に緊迫力をもって押し付けられて軸１２の外周面１２ａとの間の界面が液漏れのないようにシールされる。

また、このときに同時に第２の凸部４も径方向に圧縮され、これにより、凹部６の底部近辺が径方向内側に押し下げられて軸穴１１の穴面（この発明で言うシール相手面）１１ａとの間に、環状リップ２に対して開弁圧を作用させる圧力導入空間１４を生じさせる。

その圧力導入空間１４は、通路溝５を介して空間Ａに連通しており、これにより、空間Ａの圧力が規定値を超えたときに空間Ｂとの圧力差で環状リップ２がシール相手面から押し離され、その環状リップ２による弁が開いて空間Ａの過剰圧力が空間Ｂ側に放出される。

なお、空間Ａ，Ｂ間の圧力差が開弁圧未満のときには、環状リップ２のリップエッジ２ａがシール相手面に密着する。この状態で、空間Ｂの圧力が空間Ａの圧力を上回ると、リップエッジ２ａはシール相手面により強く押し付けられ、従って、空間Ｂから空間Ａへの圧力や液体の漏れは起こらない。

図３に、第２形態の環状シール部材１０を示す。この第２形態は、環状リップ２と、第１の凸部３と、第２の凸部４と、複数の通路溝５と、凹部６を、環状をなす基部１の内径側に設けて環状リップのリップエッジ２ａを軸の外周面に密着させるようにしており、この点が第１形態と異なる。作用、効果は第１形態とほぼ同じになる。図示の第２形態は、軸穴の穴面に環状シール溝を設け、その溝に収容して使用するとよい。

図４は、この発明の第３形態の環状シール部材１０である。この第３形態は、第１形態の第２の凸部４に代えて、周方向寸法が通路溝５の溝幅よりも大きくて通路溝５に連通している凹部６を、基部１のシール相手面と向き合う面（図は外周面）を掘り下げる状態にして設けている。

第１の形態において第２の凸部４が凹部６をシール相手面から押し離した状態と似た状態が予め作り出されたこの構造でも、従来品に比べれば凹部６の閉塞が起こり難くなる。

なお、この第３形態は、寸法ばらつきによって基部１の径方向圧縮量が増大しても凹部のシール相手面からの離反量はさほど変化しない。これに対し、第１の形態では、第２の凸部４の径方向圧縮量が大きくなるほど凹部６のシール相手面からの離反量が大きくなる。従って、圧力導入空間のより安定した確保を考えると、第３形態よりも第１形態が好ましい。

図５は、この発明の第４形態の環状シール部材１０を示している。この第４形態は、第１形態の第２の凸部４に代えて、シール相手面に当接して自己の周囲に通路溝５と凹部６の連通空間を生じさせる突起９を、通路溝５と凹部６の接続部に径方向に突出させて設けており、この点が第１形態と異なる。突起９の形状は特に問わない。細長い条や図１０のごとき小突起のどちらであってもよい。

突起９は、図５、図６に示すように、通路溝５の始端から通路溝５と凹部６の交差部に至らせて通路溝５内に設けてもよいし、図７〜図１０のように、通路溝５と凹部６の交差部に設けてもよい。突起９を通路溝５と凹部６の交差部に設ける場合は、突起９の全体が交差部内に収まりきるように設けられてもよく、また、突起９の大半は交差部内に収まるが、残りの部分が収まりきらない状態であってもよい。

突起９を通路溝５の始端から通路溝５と凹部６の交差部に至らせて通路溝５内に設けるものは、突起９が支えになって通路溝５が閉塞されることが防止される。この形態の場合、直径がφ７ｍｍの軸の外周シール用シール部材において通路溝５の溝幅を０．５〜１．０ｍｍ程度まで広げても特に問題は生じなかった。

通路溝５と凹部６の交差部に設ける突起９は、図９に示すように、通路溝の幅方向中央ではなく、通路溝５の片側に偏らせて配置してもよい。要は、通路溝５と凹部６の接続を妨げないように配置すればよい。突起９を通路溝５と凹部６の交差部に設けたものは、通路溝５が突起９によって狭められることがない。そのために、通路溝５の幅を狭くして基部の周方向各部における締代を平均化することができる。

なお、図を省略したが、この発明の環状シール部材は、第２の凸部４を有する第１形態に第４形態の突起９を追設したものにしてもよく、これは、通路溝や凹部の閉塞防止の効果がより安定する。

１ 基部
２ 環状リップ
２ａ リップエッジ
３ 第１の凸部
４ 第２の凸部
５ 通路溝
６ 凹部
７ 環状リップ
８ 凸部間凹部
９ 突起
１０ 環状シール部材
１１ 軸穴
１１ａ 穴面
１２ 軸
１２ａ 外周面
１３ 環状シール溝
１４ 圧力導入空間
Ａ，Ｂ 空間

Claims (9)

1. 軸穴（１１）とその軸穴に挿入した軸（１２）との間をシールする環状シール部材であって、
   径方向に圧縮して前記軸穴（１１）と前記軸（１２）との間に配置する環状の基部（１）と、
   その基部の一端から軸方向に延びださせてシール相手面である前記軸穴の穴面（１１ａ）と前記軸の外周面（１２ａ）の一方にリップエッジを密着させる環状リップ（２）と、
   前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に径方向に突出させて設けて前記シール相手面に締代を持って接触させる第１の凸部（３）と、
   前記第１の凸部（３）と前記環状リップ（２）の基端との間において前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に設ける、径方向に突出した第２の凸部（４）と、
   前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に、その基部の他端から前記環状リップ（２）の設置側に向って延び出させて設ける通路溝（５）と、
   前記第２の凸部（４）と環状リップ（２）の基端との間に形成される周方向寸法が前記通路溝（５）の溝幅よりも大きな凹部（６）とを有する環状シール部材。
2. 前記凹部（６）を、前記第１の凸部（３）と前記第２の凸部（４）との間に形成される凸部間凹部（８）よりも凹部の底から前記シール相手面までの距離が大きい凹部となした請求項１に記載の環状シール部材。
3. 前記第２の凸部（４）を、前記通路溝（５）の位置を除いて周方向に連続する突条で構成した請求項１又は２に記載の環状シール部材。
4. 軸穴（１１）とその軸穴に挿入した軸（１２）との間をシールする環状シール部材であって、
   径方向に圧縮して前記軸穴（１１）と前記軸（１２）との間に配置する環状の基部（１）と、
   その基部の一端から軸方向に延びださせてシール相手面である前記軸穴の穴面（１１ａ）と前記軸の外周面（１２ａ）の一方にリップエッジを密着させる環状リップ（２）と、
   前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に径方向に突出させて設けて前記シール相手面に締代を持って接触させる凸部（３）と、
   前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に、その基部の他端から前記環状リップ（２）の設置側に向って延び出させて設ける通路溝（５）と、
   前記環状リップ（２）の基端に隣接して前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に設ける、周方向寸法が前記通路溝（５）の溝幅よりも大きくて前記通路溝（５）に連通している凹部（６）とを有し、前記凹部（６）を、前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面にそのシール相手面と向き合う面を掘り下げる状態にして設けた環状シール部材。
5. 軸穴（１１）とその軸穴に挿入した軸（１２）との間をシールする環状シール部材であって、
   径方向に圧縮して前記軸穴（１１）と前記軸（１２）との間に配置する環状の基部（１）と、
   その基部の一端から軸方向に延びださせてシール相手面である前記軸穴の穴面（１１ａ）と前記軸の外周面（１２ａ）の一方にリップエッジを密着させる環状リップ（２）と、
   前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に径方向に突出させて設けて前記シール相手面に締代を持って接触させる凸部（３）と、
   前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に、その基部の他端から前記環状リップ（２）の設置側に向って延び出させて設ける通路溝（５）と、
   前記環状リップ（２）の基端に隣接して前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に設ける、周方向寸法が前記通路溝（５）の溝幅よりも大きくて前記通路溝（５）に連通している凹部（６）と、
   前記通路溝（５）と前記凹部（６）の接続部に径方向に突出して設けられ、前記シール相手面に当接して自己の周囲に前記通路溝（５）と前記凹部（６）の連通空間を生じさせる突起（９）とを有する環状シール部材。
6. 軸穴（１１）とその軸穴に挿入した軸（１２）との間をシールする環状シール部材であって、
   径方向に圧縮して前記軸穴（１１）と前記軸（１２）との間に配置する環状の基部（１）と、
   その基部の一端から軸方向に延びださせてシール相手面である前記軸穴の穴面（１１ａ）と前記軸の外周面（１２ａ）の一方にリップエッジを密着させる環状リップ（２）と、
   前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に径方向に突出させて設けて前記シール相手面に締代を持って接触させる第１の凸部（３）と、
   前記第１の凸部（３）と前記環状リップ（２）の基端との間において前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に設ける、径方向に突出した第２の凸部（４）と、
   前記基部（１）の前記シール相手面と向き合う面に、その基部の他端から前記環状リップ（２）の設置側に向って延び出させて設ける通路溝（５）と、
   前記第２の凸部（４）と環状リップ（２）の基端との間に形成される周方向寸法が前記通路溝（５）の溝幅よりも大きな凹部（６）と、
   前記通路溝（５）と前記凹部（６）との接続部に径方向に突出して設けられ、前記シール相手面に当接して自己の周囲に前記通路溝（５）と前記凹部（６）の連通空間を生じさせる突起（９）とを有する環状シール部材。
7. 前記突起（９）を、前記通路溝（５）の始端から前記通路溝（５）と前記凹部（６）の交差部に至らせて前記通路溝（５）内に設けた請求項５又は６に記載の環状シール部材。
8. 前記突起（９）を、前記通路溝（５）と前記凹部（６）の交差部に設けた請求項５又は６に記載の環状シール部材。
9. 前記凹部（６）を、周方向に連続する環状凹部にした請求項１〜８のいずれかに記載の環状シール部材。

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