JP2014190362A - シール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性の向上、シール性の向上、および、シールの長寿命化を可能とする、シール構造を提供する。
【解決手段】このシール構造は、バックリング２３０は、径方向に延び摺動リング２１０に当接する第１リング領域と、第１リング領域に対して直交する方向に延びるとともに、径方向に見て、バックアップリング２２０の外径方向側に位置する第２リング領域とを有し、摺動リング２１０は、硬質ウレタンゴムで形成され、バックアップリング２２０は、熱可塑性樹脂で形成され、バックリング２３０は、合成樹脂、天然ゴム、または、合成ゴムで形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シール構造に関し、特に、油空圧機器などにおけるロッド（ピストンロッド）とシリンダとの摺動隙間に用いられるシール構造に関する。

たとえば、油圧機器におけるシリンダとロッド（ピストンロッド）との摺動隙間には、油室に導入される作動油の漏れ（高圧側から低圧側への作動油の漏れ）を防止するとともに、ロッドの往復運動を円滑に実現するために、シリンダに設けられたシール溝にシール部材が嵌め入れられるシール構造が採用されている。このようなシール構造は、特開２００５−３３７４４０号公報（特許文献１）等に開示されている。

特開２００５−３３７４４０号公報

近年、シール構造によるシール性能を高めるため、メインシール部材である第１シール部材に加えて、バックアップ用の第２シール部材が設けられるようになってきている。第１シール部材には、メインシールとして、ウレタン樹脂等の合成樹脂、天然ゴム、または、合成ゴムが用いられている。第２シール部材には、ＰＴＦＥ(polytetrafluoroethylene：ポリテトラフルオロエチレン）が用いられている。

特に、第２シール部材には、さらなる耐摩耗性の向上、シール性の向上、および、シールの長寿命化が望まれるようになってきている。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、耐摩耗性の向上、シール性の向上、および、シールの長寿命化を可能とする、シール構造を提供することにある。

この発明に基づいたシール構造においては、油空圧機器におけるシリンダとロッドとの摺動隙間に設けられ、高圧側と低圧側と仕切るシール構造であって、上記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられたシール溝と、上記シール溝の内部に収容され、上記シリンダと上記ロッドとの摺動隙間を塞ぐシール部材とを備える。

上記シール部材は、上記ロッドの外周面に接する摺動リングと、上記摺動リングに対して、上記低圧側に配置され、径方向に見て、上記摺動リングよりも幅が広く設けられるバックアップリングと、径方向に見て、上記摺動リングおよび上記バックアップリングよりも外径方向側に位置し、上記摺動リングを上記ロッド側に押圧するバックリングとを含む。

上記バックリングは、径方向に延び上記摺動リングに当接する第１リング領域と、上記第１リング領域に対して直交する方向に延びるとともに、上記径方向に見て、上記バックアップリングの外径方向側に位置する第２リング領域とを有し、上記摺動リングは、硬質ウレタンゴムで形成され、上記バックアップリングは、熱可塑性樹脂で形成され、上記バックリングは、合成樹脂、天然ゴム、または、合成ゴムで形成されている。

他の形態においては、上記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられた第１シール溝と、上記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられ、上記第１シール溝よりも上記高圧側に位置する第２シール溝と、上記第１シール溝の内部に収容され、上記シリンダと上記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第１シール部材と、上記第２シール溝の内部に収容され、上記シリンダと上記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第２シール部材とを備え、上記シール溝は、上記第２シール溝を構成し、上記シール部材は、上記第２シール部材を構成する。

他の形態においては、上記第１シール溝を挟んで、上記第２シール溝とは反対側に、上記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられた第３シール溝と、上記第３シール溝の内部に収容され、上記シリンダと上記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第３シール部材と、をさらに備える。

本発明によれば、耐摩耗性の向上、シール性の向上、および、シールの長寿命化を可能とする、シール構造を提供することを可能とするシール構造を提供する。

実施の形態における油圧機器に採用されるシール構造を示す断面図である。 実施の形態における第２シール部材を構成する摺動リングの構造を示す斜視図である。 実施の形態における第２シール部材を構成するバックアップリングの構造を示す斜視図である。 実施の形態における第２シール部材を構成するバックリングの構造を示す斜視図である。 図４中Ｖ−Ｖ線矢視断面図である。

本発明に基づいた各実施の形態におけるシール構造について、以下、図を参照しながら説明する。以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。以下では、油空圧機器の一例として油圧シリンダを挙げているが、油圧シリンダに限定されず、広く油空圧機器に適用することが可能である。

（シール構造）
図１を参照して、本実施の形態におけるシール構造について説明する。図１は、実施の形態における油圧シリンダに採用されるシール構造を示す断面図である。図１中において、シリンダ１およびロッド（ピストンロッド）２は、説明の便宜上破線で図示している。図１に示すシール構造は、ロッド２との圧接およびロッド２の往復運動（図１中の上下方向）にともなって変形するが、シール構造を明確に理解するため、シール構造には圧力が加わっていない状態を図示している。

ロッド２の外周面の周方向に沿って環状の第１シール溝１０Ａが設けられている。この第１シール溝１０Ａには、シリンダ１とロッド２との摺動隙間を塞ぐ第１シール部材１０が収容される。この第１シール部材１０は、メインシール部材１０を構成する。

ロッド２の外周面の周方向に沿って環状に設けられ、第１シール溝１０Ａよりも高圧側に、第２シール溝２０Ａが設けられている。図視において、上方側に高圧の油圧室が設けられている。第２シール溝２０Ａには、シリンダ１とロッド２との摺動隙間を塞ぐ第２シール部材２０が収容される。第２シール部材２０は、補助シール部材２０を構成する。

本実施の形態では、第１シール溝１０Ａを挟んで、第２シール溝２０Ａとは反対側に、ロッド２の外周面の周方向に沿って環状に設けられた第３シール溝３０Ａが設けられている。第３シール溝３０Ａには、シリンダ１とロッド２との摺動隙間を塞ぐ第３シール部材３０が収容される。この第３シール部材３０は、外部からのダストの侵入を防止するためのダストシール部材３０を構成する。

図視において、上方側の油圧室が設けられる側が高圧側となり、下方側が大気の低圧側となる。本実施の形態では、ダストシール部材を設ける構成を採用しているが、ダストシール部材は必要に応じて設ければよい。

（メインシール部材１０）
メインシール部材１０は、高圧側に開放側を有する断面形状が略Ｕ字形状のメインシール１１０と、メインバックアップリング１８０とを有する。メインシール１１０は高圧側に位置し、メインバックアップリング１８０は低圧側に位置している。

メインシール１１０は、全体として環状の形態を有し、ウレタン樹脂等の合成樹脂、天然ゴム、または、合成ゴムにより一体成型されている。メインバックアップリング１８０は、全体として環状の形態を有し、メインシール１１０よりも、剛性、強度および耐クリープ性に優れた熱可塑性樹脂等で成形されている。メインバックアップリング１８０は、圧力作用時におけるメインシール１１０の内周側への変形を規制する。

（ダストシール部材３０）
ダストシール部材３０は、ロッド２側に開放側を有する断面形状が略Ｕ字形状のメインダストシール３１０と、ダストバックアップリング３８０とを有する。径方向に見て、メインダストシール３１０は、ロッド２側に位置し、ダストバックアップリング３８０は、メインダストシール３１０よりも外周側に位置している。

メインダストシール３１０は、全体として環状の形態を有し、ウレタン樹脂等の合成樹脂、天然ゴム、または、合成ゴムにより一体成型されている。ダストバックアップリング３８０は、全体として環状の形態を有し、メインダストシール３１０よりも、剛性、強度および耐クリープ性に優れた熱可塑性樹脂等で成形されている。ダストバックアップリング３８０は、ロッド２の摺動時に、メインダストシール３１０をロッド２側に押圧する。

（補助シール部材２０）
図１から図５を参照して、補助シール部材２０について詳細に説明する。図２は、第２シール部材２０を構成する摺動リング２１０の構造を示す斜視図、図３は、第２シール部材２０を構成するバックアップリング２２０の構造を示す斜視図、図４は、第２シール部材２０を構成するバックリング２３０の構造を示す斜視図、図５は、図４中Ｖ−Ｖ線矢視断面図である。

図１に示すように、補助シール部材２０は、ロッド２の外周面に接する摺動リング２１０と、摺動リング２１０に対して、低圧側に配置され、径方向に見て、摺動リング２１０よりも幅が広く設けられるバックアップリング２２０と、径方向に見て、摺動リング２１０およびバックアップリング２２０よりも外径方向側に位置し、摺動リング２１０をロッド２側に押圧するバックリング２３０とを含む。

（摺動リング２１０）
図２に示すように、摺動リング２１０は、全体として環状の形態を有し、上面側（高圧側）には、４か所（９０°ピッチ）に切欠部２１２が設けられている。摺動リング２１０は、ＰＴＦＥよりも軟質の硬質ウレタンゴムで形成されている。硬質ウレタンゴムのショアー硬度は、約６０〜７５（ＨＤ)である。

切欠部２１２の位置および数量は、仕様に応じて適宜変更されるものである。摺動リング２１０は、ロッド２の外周面に接し、高圧使用下におけるメインシール１１０への負荷を軽減する。

摺動リング２１０に硬質ウレタンゴムを用いることで、ＰＴＦＥを用いる場合よりも第２シール溝２０Ａへの装着性能を向上させることができる。硬質ウレタンゴムの機械的強度特性により、シール性の向上、シールの長寿命化を図ることも可能となる。

硬質ウレタンゴムは、ショアーＤ硬度は、約６０〜７５（ＨＤ)、引張強さ（ＭＰａ）は、約５４〜５６（ＭＰａ）、伸び（％）は、３５０〜４００（％）である。一方、ＰＴＦＥは、ショアーＤ硬度は、約６０〜７３（ＨＤ)、引張強さ（ＭＰａ）は、約１９〜２８（ＭＰａ）、伸び（％）は、２４０〜３５０（％）である。

（バックアップリング２２０）
図３に示すように、バックアップリング２２０は、断面が略矩形であり、全体として環状の形態を有し、摺動リング２１０よりも幅が広く設けられている。

バックアップリング２２０は、摺動リング２１０よりも、剛性、強度および耐クリープ性に優れた熱可塑性樹脂等で成形されている。バックアップリング２２０は、ロッド２の摺動時に、摺動リング２１０の内周側へのはみ出しを規制する。

（バックリング２３０）
図４および図５に示すように、バックリング２３０は、全体として環状の形態を有し、径方向に延び摺動リング２１０に当接する第１リング領域２３１と、第１リング領域２３１に対して直交する方向に延びるとともに、径方向に見て、バックアップリング２２０の外径方向側に位置する第２リング領域２３２とを有する。

バックリング２３０は、ウレタン樹脂等の合成樹脂、天然ゴム、または、合成ゴムにより一体成型されている。バックリング２３０は、ロッド２の摺動時に、摺動リング２１０をロッド２に押圧する。上記したように、バックリング２３０の第１リング領域２３１が、摺動リング２１０の当接することで、ロッド２を押圧するのに十分な接触面積を確保する。

以上、本実施の形態におけるシール構造によれば、摺動リング２１０に硬質ウレタンゴムを用いることで、ＰＴＦＥを用いる場合よりも第２シール溝２０Ａへの装着性能（取扱性能）を向上させることができる。硬質ウレタンゴムの耐摩耗性により、シール性の向上、シールの長寿命化を図ることも可能となる。

さらに、バックリング２３０に動リング２１０をロッド２に押圧する第１リング領域２３１を設けることで、ロッド２を押圧するのに十分な接触面積を確保することが可能となる。

上記実施の形態では、補助シール部材２０に本発明を適用した場合について説明しているが、メインシール部材１０およびダストシール部材３０に、本発明の構造を適用するこが可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ シリンダ、２ ロッド、１０ メインシール部材（第１シール部材）、１０Ａ 第１シール溝、２０ 補助シール部材（第２シール部材）、２０Ａ 第２シール溝、３０ ダストシール部材（第３シール部材）、３０Ａ 第３シール溝、１１０ メインシール、１８０ メインバックアップリング、２１０ 摺動リング、２１２ 切欠部、２２０ 補助バックアップリング、２３０ バックリング、２３１ 第１リング領域、２３２ 第２リング領域、３１０ メインダストシール、３８０ ダストバックアップリング。

Claims (3)

1. 油空圧機器におけるシリンダとロッドとの摺動隙間に設けられ、高圧側と低圧側と仕切るシール構造であって、
   前記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられたシール溝と、
   前記シール溝の内部に収容され、前記シリンダと前記ロッドとの摺動隙間を塞ぐシール部材と、を備え、
   前記シール部材は、
   前記ロッドの外周面に接する摺動リングと、
   前記摺動リングに対して、前記低圧側に配置され、径方向に見て、前記摺動リングよりも幅が広く設けられるバックアップリングと、
   径方向に見て、前記摺動リングおよび前記バックアップリングよりも外径方向側に位置し、前記摺動リングを前記ロッド側に押圧するバックリングと、を含み、
   前記バックリングは、径方向に延び前記摺動リングに当接する第１リング領域と、前記第１リング領域に対して直交する方向に延びるとともに、前記径方向に見て、前記バックアップリングの外径方向側に位置する第２リング領域とを有し、
   前記摺動リングは、硬質ウレタンゴムで形成され、
   前記バックアップリングは、熱可塑性樹脂で形成され、
   前記バックリングは、合成樹脂、天然ゴム、または、合成ゴムで形成されている、シール構造。
2. 前記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられた第１シール溝と、
   前記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられ、前記第１シール溝よりも前記高圧側に位置する第２シール溝と、
   前記第１シール溝の内部に収容され、前記シリンダと前記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第１シール部材と、
   前記第２シール溝の内部に収容され、前記シリンダと前記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第２シール部材と、を備え、
   前記シール溝は、前記第２シール溝を構成し、
   前記シール部材は、前記第２シール部材を構成する、請求項１に記載のシール構造。
3. 前記第１シール溝を挟んで、前記第２シール溝とは反対側に、前記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられた第３シール溝と、
   前記第３シール溝の内部に収容され、前記シリンダと前記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第３シール部材と、をさらに備える請求項２に記載のシール構造。

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