JP2013096503A - 密封装置及びこの密封装置を備える緩衝器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 密封装置の改良に関し、口開きが起きてオイルシールリップとダストシールリップとの間に形成される空間に作動流体が溜まっても、ダストシールリップで作動流体の流出を防ぐ。
【解決手段】 作動流体を収容するシリンダ1内に移動可能に挿入されるピストンロッド2の外周をシールする密封装置であって、シリンダ1の外部側に配置されて異物の侵入を防ぐダストシールリップ3と、シリンダ1の内部側に配置されて作動流体の流出を防ぐオイルシールリップ4とを備えるとともに、ダストシールリップ3とオイルシールリップ4の間に空間8が形成される密封装置Aにおいて、ダストシールリップ3は、メインリップ部30と、このメインリップ部30よりもオイルシールリップ側に形成されたサブリップ部31とを備え、サブリップ部30の内部側の面圧勾配絶対値の最大値は、サブリップ部30の外部側の面圧勾配絶対値の最大値よりも大きく設定されている。
【選択図】 図2
【解決手段】 作動流体を収容するシリンダ1内に移動可能に挿入されるピストンロッド2の外周をシールする密封装置であって、シリンダ1の外部側に配置されて異物の侵入を防ぐダストシールリップ3と、シリンダ1の内部側に配置されて作動流体の流出を防ぐオイルシールリップ4とを備えるとともに、ダストシールリップ3とオイルシールリップ4の間に空間8が形成される密封装置Aにおいて、ダストシールリップ3は、メインリップ部30と、このメインリップ部30よりもオイルシールリップ側に形成されたサブリップ部31とを備え、サブリップ部30の内部側の面圧勾配絶対値の最大値は、サブリップ部30の外部側の面圧勾配絶対値の最大値よりも大きく設定されている。
【選択図】 図2
Description
この発明は、密封装置及びこの密封装置を備える緩衝器の改良に関する。
一般的に、密封装置は、輸送機器や建築物において振動を抑制する緩衝器や、油圧駆動用のシリンダ装置等に用いられ、緩衝器やシリンダ装置等に収容される作動流体を密封する。
例えば、特許文献1に開示の密封装置は、自動車の車体と車輪の間に介装されて路面凹凸による振動が車体に伝わることを抑制するサスペンション用の緩衝器に利用されている。
そして、図4に示すように、上記密封装置S1は、緩衝器Dにおけるシリンダ(筒部材)1内に移動可能に挿入されたピストンロッド(軸部材)2の外周をシールするものであり、ピストンロッド2を軸支するベアリング21が内周に環状に嵌合する環状のロッドガイド20の外部側(大気側)に積層されている。
さらに、密封装置S1は、外部側(大気側)に配置されたダストシールリップ300と、内部側(作動流体側)に配置されたオイルシールリップ4とを備えている。そして、密封装置S1は、上記ダストシールリップ300でピストンロッド2の外周面に付着した異物を掻き落とし、上記オイルシールリップ4でピストンロッド2の外周面に付着した作動流体を掻き落とすため、緩衝器Dの外部側(大気側)の異物がシリンダ1内に入ることを防ぐとともに、シリンダ1内の作動流体が外部に流出することを防いでいる。
他方、上記密封装置S1を有する緩衝器Dは、周知のように、作動流体を収容するシリンダ1と、このシリンダ1内に移動可能に挿入されるピストンロッド2と、このピストンロッド2に保持されて上記シリンダ1内を作動流体で満たされる二つの部屋に区画するピストン(図示せず)と、これら二つの部屋を連通する流路(図示せず)と、この流路を通過する作動流体に所定の抵抗を与える減衰力発生手段(図示せず)とを備えている。
上記構成を備えることにより、ピストンロッド2がシリンダ1に対して移動する緩衝器Dの伸縮時に、一方の部屋の作動流体が上記流路を通過して他方の部屋に移動し、緩衝器Dは、上記流路を通過する際の減衰力発生手段の抵抗に起因する減衰力を発生することができる。
尚、減衰力発生手段として、積層リーフバルブやオリフィス等が利用されるが、緩衝器Dには、図示しないピストンとシリンダ1、ピストンロッド2とベアリング21等の摺動部が必要であるため、機能上隙間を設けなければならない。しかし、隙間がある以上、作動流体漏れは避けられず、上記減衰力発生手段で微低速、微振幅時の充分な減衰力を得ることが難しい。
そこで、近年、上記したようなサスペンション用の緩衝器Dにおいては、オイルシールリップ4で発生する摩擦力を意図的に高くした高摩擦オイルシールを採用し、不足している微低速、微振幅時の減衰力を補っている。
そして、高摩擦オイルシールとするためには、シール材料の摩擦係数を高くしたり、オイルシールリップ4がピストンロッド2を締め付ける力(緊迫力)を高くしたり、摺動部の滑りを抑える処方となっている作動流体を使用したりすれば良い。
しかしながら、上記高摩擦オイルシールを採用した場合、長期間に亘り車両を駐車したままにする等、緩衝器Dが長期間作動しない状態で放置されると、オイルシールリップ4とピストンロッド2との摺動面にある作動流体が押し出されて油膜切れを起こし、オイルシールリップ4とピストンロッド2とが固着することがある。
そして、この状態から緩衝器Dを作動(伸縮)させると、オイルシールリップ4とピストンロッド2との接触面の円周上の一部で隙間(以下、口開きという)が発生する場合があり、作動流体が漏れ出すことがある。
このオイルシールリップ4から漏れ出した作動流体は、オイルシールリップ4とダストシールリップ300との間に形成された空間8に一旦留まる。
しかし、ダストシールリップ300のリップ形状は、シリンダ1からピストンロッド2が退出する伸工程の作動流体膜厚よりも、シリンダ1内にピストンロッド2が進入する圧工程の作動流体膜厚が薄くなるよう設定されており、空間8内の作動流体が徐々に外部側(大気側)に掻き出され、使用者に作動流体漏れと評価されてしまう。
尚、この場合の作動流体漏れは、車両を長期間放置したあとに急に動かした場合にのみ発生し、漏れ出す作動流体も僅かであるので、ピストンロッド2の外周に疵がついて漏れる進行性のある作動流体漏れとは異なるが、使用者に不快感を与えるため改善が求められていた。
そこで、本発明の目的は、高摩擦オイルシールを採用して口開きが起きたとしても、オイルシールリップから漏れ出た作動流体が外部側に掻き出されることを抑制することのできる密封装置を提供することである。
上記課題を解決するための手段は、作動流体を収容する筒部材内に移動可能に挿入された軸部材の外周をシールする密封装置であって、上記筒部材の外部側に配置されて異物の侵入を防ぐダストシールリップと、上記筒部材の内部側に配置されて作動流体の流出を防ぐオイルシールリップとを備えるとともに、これらダストシールリップとオイルシールリップとの間には、上記作動流体が留まる空間が形成された密封装置において、上記ダストシールリップは、メインリップ部と、このメインリップ部よりも上記オイルシールリップ側に形成されたサブリップ部とを備え、上記サブリップ部における内部側の面圧勾配絶対値の最大値は、上記サブリップ部における外部側の面圧勾配絶対値の最大値よりも大きく設定されていることである。
本発明によれば、高摩擦オイルシールを採用して口開きが起きたとしても、オイルシールリップから漏れ出た作動流体が外部側に掻き出されることを抑制することができる。
以下に本発明の一実施の形態に係る密封装置について、図面を参照しながら説明する。いくつかの図面を通して付された同じ符号は、同じ部品か対応する部品を示す。
図1に示すように、本実施の形態に係る密封装置Sは、作動流体を収容するシリンダ(筒部材)1内に移動可能に挿入されたピストンロッド(軸部材)2の外周をシールするものであり、シリンダ1の外部側(大気側)に配置されて異物の侵入を防ぐダストシールリップ3と、シリンダ1の内部側(作動流体側)に配置されて作動流体の流出を防ぐオイルシールリップ4とを備えるとともに、これらダストシールリップ3とオイルシールリップ4との間には、上記作動流体が留まる空間が形成されている。
そして、図2に示すように、上記ダストシールリップ3がメインリップ部30と、このメインリップ部30よりもオイルシールリップ側(作動流体側)に形成されたサブリップ部31とを備え、上記サブリップ部30における内部側(作動流体側)の面圧勾配絶対値の最大値は、上記サブリップ部30における外部側(大気側)の面圧勾配絶対値の最大値よりも大きく設定されている。
また、本実施の形態に係る密封装置Sは、自動車のサスペンション用の緩衝器Dに利用されており、この緩衝器Dは、図1に示すように、作動流体を収容するシリンダ1と、このシリンダ1内に移動可能に挿入されたピストンロッド2とを備え、このピストンロッド2がシリンダ1内を軸方向に移動するとき、所定の減衰力を発生する。
尚、この緩衝器Dは、如何なる周知の構成を採用するとしても良いが、本実施の形態において、シリンダ1の外側に同心に設けられた外筒10と、この外筒10とシリンダ1との間に形成されるリザーバRとを備えている。このリザーバRには、作動流体と気体が収容されており、このリザーバRでシリンダ1内に出没するピストンロッド体積分のシリンダ内容積変化を補償したり、温度変化により膨縮する作動流体の体積変化を補償したりする。
また、本実施の形態において、シリンダ1やリザーバRに収容される作動流体は、水、水溶液、鉱物油等の液体からなり、リザーバRに収容される気体は、窒素等の不活性ガスからなる。
以下、本実施の形態に係る密封装置Sについて詳細に説明する。この密封装置Sは、ピストンロッド2を軸支するロッドガイド20に積層された環状のインサートメタル5と、このインサートメタル5の内周外部側(大気側)に取り付けられたダストシールリップ3と、上記インサートメタル5の内周内部側(作動流体側)に取り付けられたオイルシールリップ4と、上記インサートメタル5の外周に取り付けられた外周シール6と、上記インサートメタル5の図1中下側となる内部側面におけるオイルシールリップ4と外周シール5との間に取り付けられたチェックリップ7とを備えている。そして、上記オイルシールリップ4と上記ダストシールリップ3との間に空間8が形成されている。
上記チェックリップ7は、環状に形成されて、上記ロッドガイド20の大気側端面に離着座可能となっており、ロッドガイド20と密封装置Sとの間に形成された隙間を内周側の部屋である内周側部屋70と外周側の部屋である外周側部屋71とに区画している。そして外周側部屋71は、ロッドガイド20に形成される通路20aを介してリザーバRに連通している。他方、内周側部屋70には、オイルシールリップ4で掻き落とされた作動流体が溜まる。
そして、チェックリップ7は、内周側部屋70に溜まった作動流体が外周側部屋71に移動することを許容するが、リザーバR内の作動流体や気体が外周側部屋71を介して内周側部屋70に移動することを阻止する。これにより、オイルシールリップ4で掻き落とした作動流体を外周側部屋71及びリザーバRを介してシリンダ1内に戻すことができ、逆流を阻止することができる。
つづいて、上記外周シール6は、環状に形成されており、外筒10の内周面とロッドガイド20の外周面との隙間を塞ぐ。このため、ロッドガイド20と外筒10との隙間から作動流体や気体が外部側(大気側)に漏れることを抑制することができ、ロッドガイド20の外周(外筒の内周)をシールすることができる。
また、上記オイルシールリップ4は、環状に形成されて基部4aがインサートメタル5の内周に連設されるとともに、先端4b側が内周内部側(作動流体側)に傾斜しており、このオイルシールリップ4の先端にあたる環状のリップ部(符示せず)がピストンロッド2の外周面にガータスプリング40で圧接される。
以下、ピストンロッド2が密封装置Sに対して図1中上側となる外部側(大気側)に移動する工程を伸工程、ピストンロッド2が密封装置Sに対して図1中下側となる内部側(作動流体側)に移動する工程を圧工程と記載する。本実施の形態では、上記オイルシールリップ4によって伸工程で生じる作動流体の膜厚は圧工程で生じる作動流体の膜厚よりも薄くなるよう設定されている。これにより、オイルシールリップ4は、シリンダ1内の作動流体が外部側(大気側)に流出することを防ぐ。
さらに、本実施の形態におけるオイルシールリップ4は、高摩擦オイルシールとされており、オイルシールリップ4を形成する材料の摩擦係数を高くしたり、オイルシールリップ4がピストンロッド2を締め付ける力(緊迫力)を高くしたり、摺動部の滑りを抑える処方となっている作動流体を使用する等、周知の方法により、オイルシールリップ4で発生する摩擦力が高く設定されており、緩衝器Dにおける微低速、微振幅時の減衰力を補っている。
つづいて、上記ダストシールリップ3は、環状に形成されて基部3aがインサートメタル5の内周に連設されるとともに、先端3b側が内周外部側(大気側)に傾斜する。そして、図2に示すように、このダストシールリップ3の先端には、環状のメインリップ部30と、このメインリップ部30よりもオイルシールリップ側(作動流体側)に形成された環状のサブリップ部31とが直列に形成されている。
上記メインリップ部30の内周は、その先端30aから外部側(大気側)に傾斜する外部側傾斜面30bと、上記先端30aから内部側(作動流体側)に傾斜する内部側傾斜面30cとを有して断面略三角状に形成されている。
そして、自由状態(ピストンロッド2に圧接されていない状態)のメインリップ部30における外部側傾斜面30bとピストンロッド2の外周面の内角を傾斜角度a1、内部側傾斜面30cとピストンロッド2の外周面の内角を傾斜角度a2とすると、傾斜角度a1>傾斜角度a2となるよう設定されている。
他方、上記サブリップ部31の内周は、その先端31aから外部側(大気側)に傾斜し上記メインリップ部30の内部側傾斜面30cに連なる外部側傾斜面31bと、上記先端31aから内部側(作動流体側)に傾斜する内部側傾斜面31cとを有して断面略三角形状に形成されている。
また、自由状態(ピストンロッド2に圧接されていない状態)のサブリップ部31において、内部側傾斜面31cの終端から外部側傾斜面31bの終端にかけて仮想線32を引いたとき、この仮想線32と外部傾斜面31bの内角を勾配角度b1、仮想線32と内部側傾斜面31cの内角を勾配角度b2とすると、勾配角度b1<勾配角度b2となるよう設定されている。
また、サブリップ部31の外部側傾斜面31bと内部側傾斜面31cとの内角は110度程度に、サブリップ部31の先端31aの曲率半径は、0.2mm未満に設定されている。
さらに、図3(a)中、破線で示すように、メインリップ部30及びサブリップ部31の内径は、ピストンロッド2の外径よりも小径に形成されて締代を有していることから、メインリップ部30及びサブリップ部31は、図3(a)中、実線で示すように、ピストンロッド2の外周面に当接したとき所定の接触面圧をもって弾性変形する。
そして、このとき、メインリップ部30及びサブリップ部31が上記形状を備えることにより、ダストシールリップ3におけるリップ位置と面圧との関係は図3(b)に示すようになっており、メインリップ部30及びサブリップ部31がピストンロッド2に圧接される部分にそれぞれ面圧のピークが表れる。図3(b)中、右側のピークP1はメインリップ部31の面圧のピークであり、同左側のピークP2はサブリップ部31の面圧のピークである。また、メインリップ部30とサブリップ部31との間にはピストンロッド2に当接せず、面圧が0となる部分があり、メインリップ部30からサブリップ部31にかけて全面がピストンロッド2に当接しないようになっている。
また、ダストシールリップ3におけるリップ位置と面圧勾配との関係は、図3(b)を微分することにより求められ、図3(c)に示すようになっている。
そして、図3(c)中A1はメインリップ部30における最大面圧勾配値であり、この絶対値はメインリップ部30における内部側(作動流体側)の面圧勾配絶対値の最大値である。また、同A2はメインリップ部30における最小面圧勾配値であり、この絶対値はメインリップ部30における外部側(大気側)の面圧勾配絶対値の最大値である。そして、メインリップ部30において、外部側の面圧勾配絶対値の最大値が内部側の面圧勾配絶対値の最大値よりも大きくなるよう設定される。
これにより、メインリップ部30によって圧工程で生じる作動流体の膜厚が伸工程で生じる作動流体の膜厚よりも薄くなり、メインリップ部30は、ピストンロッド2の外周面に付着した異物がシリンダ1内に入ることを防ぐ。
他方、図3(c)中B1は、サブリップ部31における最大面圧勾配値であり、この絶対値はサブリップ部31における内部側(作動流体側)の面圧勾配絶対値の最大値である。また、同B2は、サブリップ部31における最小面圧勾配値であり、この絶対値はサブリップ部31における外部側(大気側)の面圧勾配絶対値の最大値である。そして、サブリップ部31において、内部側の面圧勾配絶対値の最大値は外部側の面圧勾配絶対値の最大値よりも大きくなるよう設定されている。
これにより、サブリップ部31によって伸工程で生じる作動流体の膜厚が圧工程で生じる作動流体の膜厚よりも薄くなり、サブリップ部31は、空間8内の作動流体が外部側(大気側)に流出することを防ぐ。
以下、本実施の形態に係る密封装置の作用効果について説明する。本実施の形態に係る密封装置Sにおいて、ダストシールリップ4が、メインリップ部30とサブリップ部31とを備え、サブリップ部31における内部側(作動流体側)の面圧勾配絶対値の最大値が外部側(大気側)の面圧勾配絶対値の最大値よりも大きくなるよう設定されるため、緩衝器Dの伸工程で生じる作動流体の膜厚を圧工程で生じる作動流体の膜厚よりも薄くして、空間8内の作動流体が外部側(大気側)に流出することを防ぐことができる。したがって、本実施の形態のように、高摩擦オイルシールを採用して口開きが発生したとしても、サブリップ部31で空間8に溜まった作動流体が外部側(大気側)に掻き出されることを抑制することができる。
また、ダストシールリップ4がピストンロッド2の外周面に摺接して異物の侵入を防ぐメインリップ部30の他に、ピストンロッド2の外周面に摺接するサブリップ部31を備えることから、潤滑状況の変化によって発生するダストシールリップ4の先端の首振り挙動を防止することができる。
また、本実施の形態において、メインリップ部30における外部側(大気側)の面圧勾配絶対値の最大値が内部側(作動流体側)の面圧勾配絶対値の最大値よりも大きくなるよう設定されるため、緩衝器の圧工程で生じる作動流体の膜厚を伸工程で生じる作動流体の膜厚よりも薄くして、ピストンロッド2の外周面に付着した異物がシリンダ1内に入ることを防ぐことができる。
また、上記実施の形態において、サブリップ部31の先端31aの曲率半径を0.2mm未満とすることで、サブリップ部31における面圧のピークを立てることが可能となる。
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱することなく改造、変形及び変更を行うことができることは理解すべきである。
例えば、上記実施の形態において、密封装置が自動車のサスペンション用の緩衝器に利用されるとしたが、同様の解決課題を有する他の緩衝器や、シリンダ装置に利用されるとしても良い。
また、密封装置Sの形状は、上記の限りではなく、メインリップ部30とサブリップ部31との間隔や、サブリップ部31の外部側傾斜面31bと内部側傾斜面31cの内角や、サブリップ部31の先端31aの曲率半径等も、ダストシールリップ4の撓み量や、素材により適宜変更することが可能である。
a1,a2 傾斜角度
b1,b2 勾配角度
A1,A2,B1,B2 最大面圧勾配
D 緩衝器
S,S1 密封装置
R リザーバ
1 筒部材たるシリンダ
2 軸部材たるピストンロッド
3,300 ダストシールリップ
4 オイルシールリップ
5 インサートメタル
6 外周シール
7 チェックリップ
8 空間
10 外筒
20 ロッドガイド
21 ベアリング
30 メインリップ部
30a,31b 先端
30b,31b 外部側傾斜面
30c,31c 内部側傾斜面
31 サブリップ部
40 ガータスプリング
b1,b2 勾配角度
A1,A2,B1,B2 最大面圧勾配
D 緩衝器
S,S1 密封装置
R リザーバ
1 筒部材たるシリンダ
2 軸部材たるピストンロッド
3,300 ダストシールリップ
4 オイルシールリップ
5 インサートメタル
6 外周シール
7 チェックリップ
8 空間
10 外筒
20 ロッドガイド
21 ベアリング
30 メインリップ部
30a,31b 先端
30b,31b 外部側傾斜面
30c,31c 内部側傾斜面
31 サブリップ部
40 ガータスプリング
Claims (4)
- 作動流体を収容する筒部材内に移動可能に挿入された軸部材の外周をシールする密封装置であって、上記筒部材の外部側に配置されて異物の侵入を防ぐダストシールリップと、上記筒部材の内部側に配置されて作動流体の流出を防ぐオイルシールリップとを備えるとともに、これらダストシールリップとオイルシールリップとの間には、上記作動流体が留まる空間が形成された密封装置において、
上記ダストシールリップは、メインリップ部と、このメインリップ部よりも上記オイルシールリップ側に形成されたサブリップ部とを備え、
上記サブリップ部における内部側の面圧勾配絶対値の最大値は、上記サブリップ部における外部側の面圧勾配絶対値の最大値よりも大きく設定されていることを特徴とする密封装置。 - 上記サブリップ部は、環状に形成されて、このサブリップ部の内周の先端から外部側に傾斜する外部側傾斜面と、上記サブリップ部の内周の先端から内部側に傾斜する内部側傾斜面とを備えており、
上記外部側傾斜面の勾配角度が上記内部側傾斜面の勾配角度よりも小さく設定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。 - 上記サブリップ部は、環状に形成されて、このサブリップ部の内周の先端の曲率半径が0.2mm未満であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の密封装置。
- 作動流体を収容するシリンダと、このシリンダ内に移動可能に挿入されるピストンロッドとを備える緩衝器において、
上記シリンダ及び上記ピストンロッドが上記筒部材及び上記軸部材であり、
上記シリンダと上記ピストンロッドとの間を請求項1から請求項3の何れか一項に記載の密封装置で塞ぐことを特徴とする緩衝器。
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