JP2014098466A - 往復動用密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体積吸収性を向上させることにより内圧が上昇してもパッキンが全面接触しにくい形状を備え、もって優れたシール性を発揮することが可能な往復動用密封装置を提供する。
【解決手段】相対的に往復運動する二部材のうちの一方の部材に設けた装着溝５７にパッキン１１を装着し、パッキンが他方の部材５５に密接することにより二部材間をシールする密封装置であって、パッキンは環状基部１２、静止側リップ１３および摺動側リップ１４を備える密封装置において、環状基部と装着溝の溝側面５７ｂ，５７ｃの間にパッキンより低硬度のバックリング３１を介装する。バックリングは他方の部材との間に空間領域を形成する。環状基部はヒール部１２ｃの断面形状を円弧状またはテーパ状として当該環状基部が自由状態における摺動側リップの周面の延長線からはみ出さない形状を備える。環状基部の端面はバックリングと接触する範囲でフラット部１２ｄを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関し、更に詳しくは、往復動用密封装置に関する。本発明の密封装置は例えば、自動車用ダンパー機構に用いられ、またはその他のダンパー機構などに用いられる。

従来から図６に示すダンパー機構５１が知られており、このダンパー機構５１には、内部に封入したオイルＯをシールするため、密封装置６１が組み込まれている。

図示するダンパー機構５１は、先端にオリフィス５４付きのピストン５３を備えたダンパー軸５２と、ばね手段５６によって弾性的に支持されたダンパーケース５５とを組み合わせたものであって、ダンパーケース５５の内部に封入したオイルＯをシールすべくダンパー軸５２およびダンパーケース５５間に密封装置６１が組み込まれている。またダンパーケース５５の割り箇所には、この割り箇所をシールすべく別途、Ｏリングまたはガスケット等よりなるシール７１が装着されている。

上記ダンパー軸５２およびダンパーケース５５間に組み込まれる密封装置６１は、ダンパー軸５２の外周面に設けた環状の装着溝５７に装着されるパッキン６２を備え、図７に拡大して示すようにパッキン６２は、環状基部６３と、装着溝５７の溝底面に密接する静止側リップ６４と、ダンパーケース５５の筒状部内周面に摺動可能に密接する摺動側リップ６５とを一体に備えている。

しかしながら上記従来技術には、以下の問題が指摘される。
（１）オイル密封時（ダンパー組立時）にダンパーケース５５による上記シール７１のつぶし分、オイルの体積が小さくなろうとするが、オイルは非圧縮性流体であるため、パッキン６２の変形によって吸収する。
（２）パッキン６２の変形で吸収できない分は、内圧上昇となる。
（３）上記パッキン６２の構成として、環状基部６３はヒール部６３ａの断面形状が角端状に形成されて、環状基部６３が自由状態における摺動側リップ６５の外周面６５ｂの延長線６５ｃからダンパーケース５５のほう（外周側、図では左側）へはみ出した形状とされている。
（４）上記構成のパッキン６２によると、内圧上昇によりパッキン６２が全面接触の状態で摺動する。ここで全面接触とは、パッキン６２が摺動側リップ６５のリップ端６５ａから環状基部６３のヒール部６３ａまでの間で全面に亙ってダンパーケース５５に接触することを云う。また、往復動することにより、オイルの粘性抵抗で内圧がさらに上昇する。
（５）以上（１）〜（４）の事象および構成により、高周波振動が入力しかつ高粘度オイルが使用されるときに、オイルの大量漏れが発生することがある。

また、本発明に対する先行技術として、下記特許文献１に開示された発明があり、この先行発明は、「流体圧を受ける環状のシール溝部と、流体圧によって摺動部材に押し付けられる環状の摺動側リップと、取付溝の開口端側に対峙する環状のヒール部と、前記取付溝の隅部側に対峙する環状のショルダ部と、流体圧によって前記取付溝の底面に押し付けられる環状の固定側リップとを有する流体圧用パッキンにおいて、流体圧が作用しない自由状態で前記摺動側リップの先端から前記ヒール部にかけて前記摺動部材から次第に離れるように傾斜する環状の第一傾斜面を有し、前記ヒール部を前記第一傾斜面から連続して湾曲させたことを特徴とする流体圧用パッキン」に係る。

しかして、この先行発明と本発明との相違は、以下のとおりである。
（ａ）先行発明では、リップから変形し始めるので、クサビ形状の維持に不利である。これに対し本発明では、バックリングの潰し代があるので、初期内圧吸収後もリップ形状の維持ができる。
（ｂ）本発明では、バックリングにより摺動側リップのみで変形しやすくなるので、静止側リップの変形が起こりにくくなり、シールの安定性が良くなる。
（ｃ）本発明では、バックリングにより非密封領域の体積が増えるので、体積変化の許容量が増える。したがって使用時の内圧上昇（体積増加）にも耐えることができる。

特開２００２−１２２２４１号公報

本発明は以上の点に鑑みて、体積吸収性を向上させることにより内圧が上昇してもパッキンが全面接触しにくい形状ないし構造を備え、もって優れたシール性を発揮することが可能な往復動用密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による往復動用密封装置は、相対的に往復運動する二部材のうちの一方の部材に設けた装着溝にパッキンを装着し、前記パッキンが他方の部材に摺動可能に密接することにより前記二部材間をシールする往復動用密封装置であって、前記パッキンは、環状基部と、前記装着溝の溝底面に密接する静止側リップと、前記他方の部材に摺動可能に密接する摺動側リップとを一体に備える往復動用密封装置において、前記パッキンにおける環状基部の端面と前記装着溝の低圧側溝側面との間に前記パッキンより低硬度の材質よりなるバックリングを介装し、前記バックリングは前記他方の部材との間に空間領域を形成し、前記パッキンにおける環状基部は、前記他方の部材に対向する周面から端面へかけてのヒール部の断面形状を円弧状として当該環状基部が自由状態における前記摺動側リップの周面の延長線から前記他方の部材側へはみ出さない形状を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２による往復動用密封装置は、相対的に往復運動する二部材のうちの一方の部材に設けた装着溝にパッキンを装着し、前記パッキンが他方の部材に摺動可能に密接することにより前記二部材間をシールする往復動用密封装置であって、前記パッキンは、環状基部と、前記装着溝の溝底面に密接する静止側リップと、前記他方の部材に摺動可能に密接する摺動側リップとを一体に備える往復動用密封装置において、前記パッキンにおける環状基部の端面と前記装着溝の低圧側溝側面との間に前記パッキンより低硬度の材質よりなるバックリングを介装し、前記バックリングは前記他方の部材との間に空間領域を形成し、前記パッキンにおける環状基部は、前記他方の部材に対向する周面から端面へかけてのヒール部の断面形状をテーパ状として当該環状基部が自由状態における前記摺動側リップの周面の延長線から前記他方の部材側へはみ出さない形状を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項３による往復動用密封装置は、上記した請求項１または２記載の往復動用密封装置において、前記パッキンにおける環状基部の端面は、少なくとも前記バックリングと接触する範囲で、軸直角平面状のフラット部を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項４による往復動用密封装置は、上記した請求項１、２または３記載の往復動用密封装置において、前記バックリングは、Ｏリングよりなることを特徴とする。

上記構成を備える本発明の密封装置においては、パッキンのほかにパッキンより低硬度の材質よりなるバックリングが組み込まれるために、例えばダンパー組立時に発生する内圧に対してバックリングがパッキンより先に変形（軸方向）して内圧に対するパッキンの変形を低減するとともに、バックリングが変形する分、体積吸収性が大幅に向上する。

また、バックリングおよび他方の部材間に空間領域が形成されるために、バックリングが軸方向に圧縮変形して径方向に大きくなってもバックリングは他方の部材に接触せず、よってバックリングによる往復動時のオイル掻き出し漏れを防止することが可能とされる。

バックリングとしては例えば、ゴム状弾性体よりなるＯリングを用いる。

また、パッキンについては、環状基部、静止側リップおよび摺動側リップを一体に備えると云う基本的構成のなかで、環状基部がそのヒール部において従来対比で体積を縮小した形状を備え、すなわち環状基部が他方の部材に対向する周面から端面へかけてのヒール部の断面形状を円弧状またはテーパ状として当該環状基部が自由状態における摺動側リップの周面の延長線から他方の部材側へはみ出さない形状を備えるために、環状基部の他方の部材側に位置して比較的大きな空間領域が形成され、ここにパッキンの変形を吸収する余地が生まれる。またこれに加えて本発明の密封装置においては、上記したようにバックリングおよび他方の部材間に空間領域が形成されるため、ここにもパッキンの変形を吸収する余地が生まれる。したがって装着溝にパッキンおよびバックリングを装着したときに装着溝内に形成される空間領域が大きく、これによりパッキンの変形を吸収しやすく体積吸収性が向上することから、パッキンが他方の部材に対し全面接触するのを抑制することが可能とされる。

また、パッキンにおける環状基部の端面に軸直角平面状のフラット部が設けられているために、バックリングとの接触状態が安定し、パッキンの初期形状を維持しやすくなる。フラット部の範囲は、例えばダンパー組立時に発生する内圧でバックリングとの接触部に局部変形が発生しない程度が好ましい。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明においては以上説明したように、パッキンより先に変形するＯリング等よりなるバックリングが組み込まれているため、パッキンの変形を低減させるとともに体積吸収性を大幅に向上させることができる。また、バックリングおよび他方の部材間に空間領域が形成されるため、往復動時のオイル掻き出し漏れを防止することできる。また、パッキンの環状基部がヒール部の断面形状を円弧状またはテーパ状として当該環状基部が自由状態における摺動側リップの周面の延長線から他方の部材側へはみ出さない形状を備えること、およびバックリングおよび他方の部材間に空間領域が形成されることにより、装着溝にパッキンおよびバックリングを装着したときに装着溝内に比較的大きな空間領域が形成される。したがってこの比較的大きな空間領域を利用してパッキンの変形を吸収しやすく体積吸収性が向上することから、パッキンに高圧が作用したときパッキンが他方の部材に対し全面接触するのを抑制することが可能とされる。したがってシール面圧の低下やパッキンによるオイルの掻き出しなどの不具合が発生するのを抑制し、パッキン延いては密封装置のシール性を向上させることができる。また、パッキンにおける環状基部の端面に軸直角平面状のフラット部が設けられているため、バックリングとの接触状態が安定し、パッキンの初期形状を維持しやすくなる。

本発明の実施例に係る密封装置に備えられるパッキンおよびバックリングの要部断面図 同パッキンの要部断面図 同密封装置の要部断面図 比較例および本発明の実施例に係る密封装置における圧力と体積変化量の関係の示す比較グラフ図 本発明の他の実施例に係る密封装置に備えられるパッキンの要部断面図 ダンパー機構の説明図 従来例に係る密封装置に備えられるパッキンの要部断面図 比較例に係る密封装置の要部断面図

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る密封装置に備えられるパッキン１１およびバックリング３１の要部断面を示しており、このパッキン１１およびバックリング３１が例えば上記図６のダンパー機構５１におけるダンパー軸５２の外周面に設けた環状の装着溝５７に装着されることにより往復動（軸方向往復動）用の密封装置が構成される。ダンパー機構５１は上記したように、先端にオリフィス５４付きのピストン５３を備えたダンパー軸（請求項１における一方の部材）５２と、ばね手段５６によって弾性的に支持されたダンパーケース（請求項１における他方の部材）５５との組み合わせよりなり、ダンパーケース５５の内部に封入したオイルＯをシールすべくダンパー軸５２およびダンパーケース５５間に密封装置が組み込まれる。装着溝５７は図１に示すように、円筒面状の溝底面５７ａ、軸直角平面状の高圧側（オイル側）溝側面５７ｂおよび同じく軸直角平面状の低圧側（大気側）溝側面５７ｃを備え、断面長方形に形成されている。

パッキン１１は、所定の軸方向長さＬを有する環状基部１２を備え、この環状基部１２に、装着溝５７の溝底面５７ａに密接する環状の静止側リップ１３およびダンパーケース５５の筒状部内周面に摺動可能に密接する環状の摺動側リップ１４が一体成形されている。静止側リップ１３は、環状基部１２から軸方向一方（高圧側）であってかつ径方向内方（溝底面側）へ向けて斜めに成形され、その内周面１３ａにおける軸方向一箇所にシール面圧を局部的に高めるための環状凸状のリップ端１３ｂが設けられている。一方、摺動側リップ１４は、環状基部１２から軸方向一方（高圧側）であってかつ径方向外方（ケース側）へ向けて斜めに成形され、その外周面１４ａにおける軸方向一箇所にシール面圧を局部的に高めるための環状凸状のリップ端１４ｂが設けられている。両リップ１３，１４間は環状の受圧溝１５とされている。

また、パッキン１１は、以下の特徴的構成を備えている。

すなわち図２に示すように、当該パッキン１１における環状基部１２が、その外周面１２ａから軸方向他方（低圧側）の端面１２ｂへかけてのヒール部１２ｃの断面形状を円弧状に形成することにより、環状基部１２が自由状態における摺動側リップ１４の外周面１４ａの延長線１４ｃからダンパーケース５５のほう（外周側、図１では左側）へはみ出さない形状を備えており、換言すると、環状基部１２が自由状態における摺動側リップ１４の外周面１４ａの延長線１４ｃからダンパーケース５５のほうへはみ出さないように、環状基部１２の外周面１２ａから端面１２ｂへかけてのヒール部１２ｃの断面形状が円弧状に形成されている。環状基部１２の外周面１２ａは所定の径方向間隙を介してダンパーケース５５の内周面と対向している。自由状態における摺動側リップ１４の外周面１４ａはテーパ（円錐面）状をなし断面直線状をなしているので、その延長線１４ｃもテーパ状をなし断面直線状をなしているが、摺動側リップ１４の外周面１４ａは断面円弧状ないし曲線状をなすものであっても良く、この場合には延長線１４ｃも円弧状ないし曲線状をなす。

また、環状基部１２の軸方向他方の端面１２ｂに、バックリング３１と接触する範囲で、環状を呈する軸直角平面状のフラット部１２ｄが設けられている。

一方、バックリング３１は、ゴム状弾性体製のＯリングよりなり、図１に示すようにパッキン１１における環状基部１２の端面１２ｂに設けたフラット部１２ｄと装着溝５７の低圧側溝側面５７ｃの間に介装されるものとされている。バックリング３１はその硬度がパッキン１１より低く設定されている。またバックリング３１はその外径寸法がダンパーケース５５の内径寸法ないしダンパー軸５７の外径寸法より小さく設定され、よってこのバックリング３１が装着溝５７に装着されると図３に示すように、ダンパーケース５５との間に環状の空間領域３２が形成されるものとされている。またバックリング３１の内径寸法は装着溝５７の溝底面５７ａの径寸法と同等ないし略同等に設定されているが、溝底面５７ａの径寸法より大きく設定されても良く、この場合にはバックリング３１と溝底面５７ａとの間にも環状の空間領域が形成される。

上記構成のパッキン１１およびバックリング３１を装着溝５７に装着すると図３に示すようになり、当該密封装置によれば以下の作用効果が発揮される。

すなわち上記構成を備える密封装置においては、パッキン１１のほかにパッキン１１より低硬度のゴム状弾性体製Ｏリングよりなるバックリング３１が組み込まれているために、ダンパー組立時に発生する内圧に対してバックリング３１がパッキン１１よりも先に弾性変形する。したがって内圧に対するパッキン１１の弾性変形量を低減するとともに、バックリング３１が弾性変形する分、密封装置における体積吸収性（体積（パッキン１１の体積および空間領域１７の体積の和）の縮小による圧力吸収性）を大幅に向上することができる。

図４は、比較例および上記実施例に係る密封装置における圧力と体積変化量の関係の示す比較グラフ図であって、●プロットがパッキン１１のみよりなる比較例、□プロットがパッキン１１およびバックリング３１の組み合わせよりなる上記実施例を示している。しかしてこのグラフ図に示されるとおり上記構成を備える密封装置によれば、体積吸収性能を大幅に向上することができる。

また上記構成を備える密封装置においては、バックリング３１およびダンパーケース５５間に環状の空間領域３２が形成されているため、バックリング３１が軸方向に圧縮変形して径方向に大きくなってもバックリング３１はダンパーケース５５に接触しない。したがってバックリング３１がダンパーケース５５に接触することによる往復動時のオイル掻き出し漏れを防止することができる。

また、パッキン１１の環状基部１２がそのヒール部１２ｃの断面形状を円弧状として当該環状基部１２が自由状態における摺動側リップ１４の外周面１４ａの延長線１４ｃからダンパーケース５５のほうへはみ出さない形状を備えているため、環状基部１２のダンパーケース５５側（外周側）に位置して比較的大きな空間領域３３が形成され、ここにパッキン１１の弾性変形を吸収する余地が生まれる。またこれに加えて上記したようにバックリング３１およびダンパーケース５５間に空間領域３２が形成されるため、ここにもパッキン１１の弾性変形を吸収する余地が生まれる。したがって装着溝５７にパッキン１１を装着したときに装着溝５７内に形成される空間領域３２，３３が大きく、これによりパッキン１１の弾性変形を吸収しやすく体積吸収性が向上することから、パッキン１１がダンパーケース５５に対し全面接触するのを抑制することが可能とされる。したがってシール面圧の低下やパッキン１１によるオイルの掻き出しなどの不具合が発生するのを抑制し、パッキン１１延いては密封装置のシール性を向上させることができる。

比較例として、図８は、上記図７に示したパッキン６２およびバックリング３１の組み合わせよりなる密封装置を示しており、この密封装置では図示するようにパッキン１１がイビツに変形してダンパーケース５５に対し全面接触してしまい、これでは十分なシール性を発揮することができない。

また上記構成を備える密封装置においては、パッキン１１における環状基部１２の端面１２ｂに軸直角平面状のフラット部１２ｄが設けられているため、バックリング３１との接触状態を安定させることができ、パッキン１１の初期形状を維持しやすくなる。

尚、上記本発明の実施例については、以下の事項を追加で説明することができる。
（ａ）上記実施例では、ヒール部１２ｃの断面形状を曲線よりなる円弧状としたが、これに代えて図５に示すように、直線よりなるテーパ（円錐面）状としても良い。図５の例では、ヒール部１２ｃの断面線が自由状態における摺動側リップ１４の外周面１４ａの延長線１４ｃ上に配置されている（パッキン中心軸線に対するヒール部１２ｃの傾斜角度が摺動側リップ１４の外周面１４ａの傾斜角度と同じとされている）が、ヒール部１２ｃの傾斜角度は摺動側リップ１４の外周面１４ａの傾斜角度より大きくても良い（小さいのは延長線１４ｃからはみ出してしまうため不可）。
（ｂ）パッキン１１の材質は、ゴムのほか、ウレタン等のシール材であっても良い。
（ｃ）上記実施例では、バックリング３１をＯリングよりなるものとしてその断面形状を円形としたが、バックリング３１の断面形状はこれに限定されず、例えば矩形、菱形、三角形などとしても良い。但しＯリングには、適度な弾性特性を得られやすく、形状安定性が良く、入手しやすいなどの利点がある。
（ｄ）上記実施例では、パッキン１１およびバックリング３１をダンパー軸５２の外周面に設けた装着溝５７に装着したが、これに代えて、ダンパーケース５５の内周面に設けた装着溝５７に装着するようにしても良い。この場合、装着溝５７は径方向内方へ向け開口し、パッキン１１の構成において、静止側リップ１３が外周側に配置されるとともに摺動側リップ１４が内周側に配置される。またダンパーケース５５が請求項１における一方の部材に相当するとともにダンパー軸５２が他方の部材に相当することになる。

１１ パッキン
１２ 環状基部
１２ａ，１４ａ 外周面
１２ｂ 端面
１２ｃ ヒール部
１２ｄ フラット部
１３ 静止側リップ
１３ａ 内周面
１３ｂ，１４ｂ リップ端
１４ 摺動側リップ
１４ｃ 延長線
１５ 受圧溝
３１ バックリング
３２，３３ 空間領域
５１ ダンパー機構
５２ ダンパー軸（一方の部材）
５３ ピストン
５４ オリフィス
５５ ダンパーケース（他方の部材）
５６ ばね手段
５７ 装着溝
５７ａ 溝底面
５７ｂ，５７ｃ 溝側面

Claims (4)

1. 相対的に往復運動する二部材のうちの一方の部材に設けた装着溝にパッキンを装着し、前記パッキンが他方の部材に摺動可能に密接することにより前記二部材間をシールする往復動用密封装置であって、前記パッキンは、環状基部と、前記装着溝の溝底面に密接する静止側リップと、前記他方の部材に摺動可能に密接する摺動側リップとを一体に備える往復動用密封装置において、
   前記パッキンにおける環状基部の端面と前記装着溝の低圧側溝側面との間に前記パッキンより低硬度の材質よりなるバックリングを介装し、前記バックリングは前記他方の部材との間に空間領域を形成し、
   前記パッキンにおける環状基部は、前記他方の部材に対向する周面から端面へかけてのヒール部の断面形状を円弧状として当該環状基部が自由状態における前記摺動側リップの周面の延長線から前記他方の部材側へはみ出さない形状を備えることを特徴とする往復動用密封装置。
2. 相対的に往復運動する二部材のうちの一方の部材に設けた装着溝にパッキンを装着し、前記パッキンが他方の部材に摺動可能に密接することにより前記二部材間をシールする往復動用密封装置であって、前記パッキンは、環状基部と、前記装着溝の溝底面に密接する静止側リップと、前記他方の部材に摺動可能に密接する摺動側リップとを一体に備える往復動用密封装置において、
   前記パッキンにおける環状基部の端面と前記装着溝の低圧側溝側面との間に前記パッキンより低硬度の材質よりなるバックリングを介装し、前記バックリングは前記他方の部材との間に空間領域を形成し、
   前記パッキンにおける環状基部は、前記他方の部材に対向する周面から端面へかけてのヒール部の断面形状をテーパ状として当該環状基部が自由状態における前記摺動側リップの周面の延長線から前記他方の部材側へはみ出さない形状を備えることを特徴とする往復動用密封装置。
3. 請求項１または２記載の往復動用密封装置において、
   前記パッキンにおける環状基部の端面は、少なくとも前記バックリングと接触する範囲で、軸直角平面状のフラット部を備えることを特徴とする往復動用密封装置。
4. 請求項１、２または３記載の往復動用密封装置において、
   前記バックリングは、Ｏリングよりなることを特徴とする往復動用密封装置。

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