JP2015017626A

JP2015017626A - 軸シール

Info

Publication number: JP2015017626A
Application number: JP2013143184A
Authority: JP
Inventors: 卯ノ田　和史; Kazufumi Unoda; 和史卯ノ田; 尚彦本井伝; Naohiko Motoiden; 敦細川; Atsushi Hosokawa
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: KR20160030070A; CN105008776B; JP6088374B2; CN105008776A; TW201502399A; TWI522555B; WO2015004963A1

Abstract

【課題】受圧状態下でのダストリップの浮き上がりを防止し得る軸シールを提供する。【解決手段】受圧側Ｒの第１側壁面１３と低圧側Ｌの第２側壁面１２と溝底面１４から成る環状溝２を有する挿入孔２０が貫設された雌ボディＢの環状溝２に装着され、挿入孔２０に往復動自在に挿通された軸部材１の外周面１Ａに摺接する軸シールであって、内周リップ３と外周リップ４から成る受圧側ＲのＵ字形シール部１０と、低圧側Ｌに突出するダストリップ７とを、備えた軸シールに於て、溝底面１４に当接する外周面部１５と、第２側壁面１２に対面する支持面部６により形成される低圧側外周角部８に、突起部を形成し、受圧状態で、溝底面１４と第２側壁面１２の隅部１６に押し付けられて突起部が弾性圧縮変形にて低圧側外周角部８に吸収されるように構成している。【選択図】図２

Description

本発明は、軸シールに関する。

従来、図１０に例示するように、シリンダやバルブ等の空気圧機器に使用され、Ｕ字形シール部４２とダストリップ４７とを一体に有する（単一形シールとしての）軸シールであって、シリンダヘッドやバルブボディの環状溝５０に装着され、往復動する（ロッドやスプール等の）軸部材４１に摺接する軸シールが公知である。
ところで、この図１０に示した従来の軸シールでは、内周リップ４３と外周リップ４４の（軸部材４１の）軸心方向位置が一致する形状（同図のＨ_４３＝０）であったため、図１０（Ｂ）に示すように内外周リップ４３，４４の間のＵ形凹溝部５５が環状溝５０の側壁部５１に吸着し、シール性を喪失して、高圧側Ｒからの流体が矢印Ｇのように吹き漏れ（ブローバイ）を生ずるという問題があった。
その対策として、図８，図９に示すように、内周リップ４３を短くして、内周リップ４３と外周リップ４４との間に寸法差Ｈ_４３を設けた横断面形状のものが知られている（特許文献１参照）。

実開昭６０−１４３５６号公報

特許文献１等の従来の軸シール４０は、図８，図９に示すように、矢印Ｒ方向（以下、受圧側Ｒ）に突出する内周リップ４３と外周リップ４４から成るＵ字形シール部４２と、矢印Ｌ方向（以下、低圧側Ｌ）に突出する摺動用ダストリップ４７とを、一体に有し、外周リップ４４の外面には、突出部４５が形成されている。この軸シール４０は、図９に示すように、軸部材４１が往復動自在に挿通される挿入孔が貫設された（シリンダヘッド等の）雌ボディＢの環状溝５０に装着され、軸部材４１の外周面４１Ａに摺接する。この環状溝５０は、受圧側Ｒの第１側壁面５１と低圧側Ｌの第２側壁面５２と溝底面５３を有している。軸シール４０を環状溝５０に装着した状態では、軸シール４０の外周面部４９が溝底面５３に当接し、軸シール４０の低圧側Ｌに形成された支持面部４６が、第２側壁面５２に対面する。

図９に示す受圧状態に於て、軸シール４０は、Ｕ字形シール部４２に圧力を受けて、受圧側Ｒから低圧側Ｌに向けて押圧される。この際、支持面部４６が第２側壁面５２に押し付けられ、ダストリップ４７が雌ボディＢと軸部材４１の間のクリアランスに入り込むように軸シール４０の内部で体積移動し、角部Ｐ（の第２側壁面５２側）を支点とする回転モーメントＭが生じる。しかも、前記寸法差Ｈ_４３を有し、内周リップ４３が短い形状であることによって、上記回転モーメントＭが増加する。この回転モーメントＭによる歪み（弾性変形）に起因して、ダストリップ４７が軸部材４１から浮き上がる虞れがあった。ダストリップ４７の浮き上がりが生じると、軸部材４１との接触面圧がゼロになり（図９中のグラフ（ｉ）参照）、あるいは、ダストリップ４７が軸部材４１に隙間ｇを空けて離反してしまう。このように、受圧状態で、従来の軸シール４０は、ダストリップ４７はシール性を失って、グリース保持性の低下の問題が発生していた。
また、ダストリップ４７の浮き上がりによって、偏芯追随性が低下し、耐ダスト性が低下するという欠点があった。さらに、内周リップ４３の摺接抵抗が過大となり、あるいは、軸シール４０の腹面４８が軸部材４１に接触して摺接抵抗が過大となる問題が発生していた。

そこで、本発明は、（上述の吸着による吹き漏れを防止しつつ）受圧状態下でのダストリップの浮き上がりを防止し得る軸シールを提供することを目的とする。

本発明に係る軸シールは、受圧側の第１側壁面と低圧側の第２側壁面と溝底面から成る環状溝を有する挿入孔が貫設された雌ボディの上記環状溝に装着され、上記挿入孔に往復動自在に挿通された軸部材の外周面に摺接する軸シールであって、内周リップと外周リップから成る上記受圧側のＵ字形シール部と、上記低圧側に突出するダストリップとを、備えた軸シールに於て、上記溝底面に当接する外周面部と、上記第２側壁面に対面する支持面部により形成される低圧側外周角部に、突起部を形成し、受圧状態で、上記溝底面と上記第２側壁面の隅部に押し付けられて上記突起部が弾性圧縮変形にて上記低圧側外周角部に吸収されるように構成したものである。
また、上記受圧状態で、上記第２側壁面と挿入孔との角部を支点として、発生する回転モーメントによるダストリップの浮上りを、上記突起部の上記弾性圧縮変形によって生ずるラジアル内方向への弾発反付勢力にて、防ぐように構成したものである。

本発明の軸シールによれば、受圧状態で、突起部の弾性圧縮変形によって生ずる弾発反付勢力により、軸部材からのダストリップの浮き上がりを防止できる。この浮き上がりの防止に伴って、ダスト侵入防止性能（耐ダスト性ともいう）が向上し、かつ、グリース保持性を向上できる。しかも、環状溝からの抜け落ちを防止できる。さらに、環状溝の寸法精度、及び、軸部材の寸法精度が低く、孔部軸心と軸部材軸心とが偏芯する空圧機器等に於て、本発明のダストリップは、偏芯追随性に優れ、耐ダスト性と密封性能とグリース保持性を確保する。

本発明の実施の一形態を自由状態で示した断面図である。受圧状態の横断面形状と面圧分布を示す図であって、グラフ（ｉ）は軸部材とダストリップの面圧分布を示す図であり、グラフ（ii）は支持面部と第２側壁面の面圧分布を示す図であり、グラフ(iii）は外周面部と溝底面の面圧分布を示す図である。一部破断して示す斜視図である。本発明の他の実施形態を自由状態で示した断面図である。受圧状態の横断面形状と面圧分布を示す図であって、グラフ（ｉ）は軸部材とダストリップの面圧分布を示す図であり、グラフ（ii）は支持面部と第２側壁面の面圧分布を示す図であり、グラフ(iii）は外周面部と溝底面の面圧分布を示す図である。本発明の別の実施形態を自由状態で示した断面図である。突起部の実施例を示した断面図であり、（ａ）は他の実施例の断面図であり、（ｂ）は別の実施例の断面図であり、（ｃ）はさらに別の実施例の断面図である。従来の軸シールの自由状態を示した断面図である。従来の軸シールの受圧状態の横断面形状と面圧分布を示す図であって、グラフ（ｉ）は軸部材とダストリップの面圧分布を示す図であり、グラフ（ii）は支持面部と第２側壁面の面圧分布を示す図であり、グラフ(iii）は外周面部と溝底面の面圧分布を示す図である。従来の軸シールの断面図である。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
本発明の軸シールは、空気圧機器のシリンダ又はバルブ等の往復動部に使用される。図１〜図３に示すように、受圧側（高圧側）Ｒの第１側壁面１３と、低圧側Ｌの第２側壁面１２と、溝底面１４、から成る環状溝２を有する挿入孔２０が、貫設された雌ボディＢの環状溝２に装着され、挿入孔２０に往復動自在に挿通された軸部材１の外周面１Ａに摺接する軸シールである。本発明に於て、雌ボディＢとは、シリンダヘッド又はバルブボディ等であって、軸部材１とは、ロッド又はスプールのことを指す。雌ボディＢの挿入孔２０に於て、環状溝２の受圧側ＲのクリアランスＣ_１に比べて、環状溝２の低圧側ＬのクリアランスＣ_２が、大きく設定されている。これは、環状溝２の低圧側Ｌでは、雌ボディＢと軸部材１の外周面１Ａとの間に、ダストリップ７が差込まれて軸部材１の外周面１Ａに摺接させる為である。なお、本発明の軸シールは、低圧用であれば、空気圧機器に限らず、油圧機器にも使用できる。軸シールの材質は、ゴム系材料が用いられている。

本発明の軸シールは、受圧側Ｒに突出する内周リップ３と外周リップ４から成るＵ字形シール部１０と、低圧側Ｌに突出するダストリップ７とを、備えている。
Ｕ字形シール部１０は、図２に示す受圧状態で、内周リップ３と外周リップ４に圧力を受けて、内周リップ３を軸部材１の外周面１Ａに摺接させ、かつ、外周リップ４（及び外周面部１５）を溝底面１４に密着させている。自由状態の外周リップ４の外面には、突出部５が設けられている。内周リップ３とダストリップ７の間の内周面には、凹状の内周腹部１１が形成され、内周リップ３とダストリップ７と内周腹部１１によって軸部材１との間にグリース封入室１７が形成可能である。

また、図１と図３に示すように、本発明の軸シールは、溝底面１４に当接する外周面部１５と、第２側壁面１２に対面する支持面部６により形成される低圧側外周角部８に、突起部９を形成している。突起部９は、断面円弧状に形成され、低圧側外周角部８の外周面部１５側に突出（膨出）している。
図２に示す受圧状態で、低圧側外周角部８が溝底面１４と第２側壁面１２の隅部１６に押し付けられて、突起部９が弾性圧縮変形にて低圧側外周角部８に吸収される。言い換えると、突起部９が低圧側外周角部８と隅部１６の間で圧縮（弾性変形）され、低圧側外周角部８と隅部１６が密着している。
受圧状態に於て、Ｕ字形シール部１０が圧力を受け、受圧側Ｒから低圧側Ｌに向けて押圧され、支持面部６が第２側壁面１２に押し付けられる。この際、環状溝２の低圧側ＬのクリアランスＣ_２が比較的大きい為、低圧側第２側壁面１２の深さ寸法Ｄ_１２が（受圧側第１側壁面１３の深さ寸法Ｄ_１３よりも）小さく、従って、大きな深さ寸法Ｄの範囲のＵ字形シール部１０の受圧によって、角部Ｐを支点として、回転モーメントＭが発生する。
言い換えれば、ダストリップ７のために大き目のクリアランスＣ_２が設定され、流体圧力は、深さ寸法Ｄ全体から図２の左方向へ作用する。この流体圧力に対して、第２側壁面１２は（上記クリアランスＣ_２の存在によって）ラジアル外方向に偏在し、この偏在した第２側壁面１２にて受圧する。故に、軸シール全体が回転モーメントＭを受ける。
（図９に示した従来のシールのように、）上述した回転モーメントＭの発生によって、ダストリップ７が矢印Ｍ_７のように浮き上がろうとする。
しかしながら、図１の突起部９が、図２に示した受圧状態では、環状溝２の溝底面１４の形状に一致するまで弾性圧縮変形し、図２中の矢印Ｆにて示したラジアル内方向への弾発反付勢力を発生する。この弾発反付勢力Ｆによって、軸部材１からのダストリップ７の浮上りＭ_７を防止する。即ち、弾発反付勢力Ｆはダストリップ７が浮き上がろうとする矢印Ｍ_７方向の力を打ち消すのみならず、さらにラジアル内方向へ押付けて、図２にグラフ（ｉ）にて示した面圧にて接触を保つ。

図２のグラフ（ii）に示すように、第２側壁面１２と支持面部６の間では、角部Ｐの位置に面圧のピーク（頂点）が生じている。一方、グラフ(iii）に示すように、溝底面１４と外周面部１５では、突起部９の反発力によって、隅部１６近傍で高い面圧Ｐ_９を発生する。この高い面圧Ｐ_９が前述の弾発反付勢力Ｆを発生させていることとなる。このようにして、受圧状態で、角部Ｐを中心とする回転モーメントＭによって生ずる浮上りＭ_７を、弾発反付勢力Ｆにて防止できる。結果として、受圧状態に於て、軸部材１とダストリップ７は、グラフ（ｉ）に示すような適正な山型の面圧分布をもって摺接していることがわかる。

軸部材１から溝底面１４までの環状溝２の深さ寸法Ｄに対し、自由状態での内周腹部１１から突起部９の先端までの高さ寸法Ｈが僅かに小さく設定され、環状溝２の低圧側Ｌから抜け落ちることがないように構成されている。受圧状態では、突起部９が弾性圧縮変形にて低圧側外周角部８に吸収される為、深さ寸法Ｄに対する高さ寸法Ｈの差異が僅かであっても、内周腹部１１が軸部材１に接触することを回避でき、低摩擦で摺動が可能である。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図４に示すように、低圧側外周角部８に形成された突起部９が、低圧側外周角部８の支持面部６側に突出（膨出）している。その他の構成は、上述の実施形態と同様である為、説明を省略する。
図５に示すように、受圧状態に於て、Ｕ字形シール部１０が圧力を受け、突起部９が第２側壁面１２に押し付けられ、突起部９が弾性圧縮変形にて低圧側外周角部８に（断面形状に於て）吸収される。グラフ（ii）に示すように、突起部９の反発力によって、隅部１６近傍で面圧が増加してピークＰmaxを示す。低圧側外周角部８は、溝底面１４と第２側壁面１２の隅部１６に押し付けられ、突起部９の弾性圧縮変形による体積移動によって、グラフ(iii）に示すように、隅部１６近傍にて低圧側外周角部８が溝底面１４に強く接して、面圧Ｐ_９を示し、矢印にて示したラジアル内方向への弾発反付勢力Ｆによって、ダストリップ７の浮上りＭ_７を防止し、適正な面圧を、グラフ（ｉ）に示すように保つ。このようにして、受圧状態での角部Ｐを中心とする回転モーメントＭによって生ずる軸部材１からのダストリップ７の浮上りＭ_７を防止する。結果として、受圧状態に於て、軸部材１とダストリップ７は、グラフ（ｉ）に示すような適正な山型の面圧分布をもって摺接している。

図６に、本発明の別の実施形態を示している。
図６に示すように、低圧側外周角部８に、外周面部１５側及び支持面部６側に突出（膨出）する斜め方向の突起部９を形成するも望ましい。受圧状態で、図２と同様に、溝底面１４と第２側壁面１２の隅部１６に押し付けられて突起部９が弾性圧縮変形にて低圧側外周角部８に吸収される。その他の構成は、上述の実施形態と同様である。

なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、図７（ａ）に示すように、突起部９は、その端面形状を四角形状としても良い。又は、図７（ｂ）の台形状としても良く、あるいは、図７（ｃ）の三角形状とするも好ましい。
また、図３では、突起部９は、円周上連続状に形成されているが、この実施形態に限定されることなく、例えば、断続的に形成するも好ましい（図示省略）。

以上のように、本発明に係る軸シールは、受圧側Ｒの第１側壁面１３と低圧側Ｌの第２側壁面１２と溝底面１４から成る環状溝２を有する挿入孔２０が貫設された雌ボディＢの環状溝２に装着され、挿入孔２０に往復動自在に挿通された軸部材１の外周面１Ａに摺接する軸シールであって、内周リップ３と外周リップ４から成る受圧側ＲのＵ字形シール部１０と、低圧側Ｌに突出するダストリップ７とを、備えた軸シールに於て、溝底面１４に当接する外周面部１５と、第２側壁面１２に対面する支持面部６により形成される低圧側外周角部８に、突起部９を形成し、受圧状態で、溝底面１４と第２側壁面１２の隅部１６に押し付けられて突起部９が弾性圧縮変形にて低圧側外周角部８に吸収されるように構成したので、受圧状態で、突起部９の弾性圧縮変形によって、ラジアル内方向の弾発反付勢力Ｆを発生させて、その反付勢力Ｆにて、軸部材１からのダストリップ７の浮き上がりを防止できる。これによってグリース保持性が向上して、摺接抵抗を低減できる。また、ダストリップ７の偏芯追随性を保ち、耐ダスト性及びグリース保持性を向上できる。さらに、環状溝２からの抜け落ちを防止できる。

また、受圧状態で、第２側壁面１２と挿入孔２０との角部Ｐを支点として、発生する回転モーメントＭによるダストリップ７の浮上りＭ_７を、突起部９の弾性圧縮変形によって生ずるラジアル内方向への弾発反付勢力Ｆにて、防ぐように構成したので、簡易な構成にて、所期目的を達成して、ダストリップ浮上りを防ぎ、偏芯追随性も優れ、グリース保持性にも優れている。

１軸部材
１Ａ外周面
２環状溝
３内周リップ
４外周リップ
６支持面部
７ダストリップ
８低圧側外周角部
９突起部
１０Ｕ字形シール部
１２第２側壁面
１３第１側壁面
１４溝底面
１５外周面部
１６隅部
２０挿入孔
Ｆ弾発反付勢力
Ｒ受圧側
Ｌ低圧側
Ｂ雌ボディ
Ｐ角部
Ｍ回転モーメント
Ｍ_７浮上り

Claims

受圧側（Ｒ）の第１側壁面（１３）と低圧側（Ｌ）の第２側壁面（１２）と溝底面（１４）から成る環状溝（２）を有する挿入孔（２０）が貫設された雌ボディ（Ｂ）の上記環状溝（２）に装着され、上記挿入孔（２０）に往復動自在に挿通された軸部材（１）の外周面（１Ａ）に摺接する軸シールであって、内周リップ（３）と外周リップ（４）から成る上記受圧側（Ｒ）のＵ字形シール部（１０）と、上記低圧側（Ｌ）に突出するダストリップ（７）とを、備えた軸シールに於て、
上記溝底面（１４）に当接する外周面部（１５）と、上記第２側壁面（１２）に対面する支持面部（６）により形成される低圧側外周角部（８）に、突起部（９）を形成し、
受圧状態で、上記溝底面（１４）と上記第２側壁面（１２）の隅部（１６）に押し付けられて上記突起部（９）が弾性圧縮変形にて上記低圧側外周角部（８）に吸収されるように構成したことを特徴とする軸シール。
上記受圧状態で、上記第２側壁面（１２）と挿入孔（２０）との角部（Ｐ）を支点として、発生する回転モーメント（Ｍ）によるダストリップ（７）の浮上り（Ｍ_７）を、上記突起部（９）の上記弾性圧縮変形によって生ずるラジアル内方向への弾発反付勢力（Ｆ）にて、防ぐように構成した請求項１記載の軸シール。