JP2017048871A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シールリップの緊迫力を補償する板ばねを設けた密封装置において、板ばねの傾斜変位を防止すると共に、リップ先端の密接面圧を有効に高める。
【解決手段】外周部材の内周面及び内周部材の外周面のうち一方に装着され、基部２１及びこの基部２１から延びてリップ先端２２ａが外周部材の内周面及び内周部材の外周面のうち他方に摺動可能に密接されるシールリップ２２を有するシール本体２０と、基部２１とシールリップ２２の間の環状溝２３内に抜け止めされた状態に配置されてリップ先端２２ａの密接面圧を補償する板ばね３０とを備え、板ばね３０が、屈曲端部３１を介して互いに連続した被支持ばね部３２及びばね本体部３３からなり、屈曲端部３１が環状溝２３の溝底に形成された嵌合部２４に嵌合状態で支持され、ばね本体部３３の先端部３３ａと屈曲端部３１の間がシールリップ２２と非接触である。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば油圧シリンダ装置の軸周のダストシール等として好適に用いられる密封装置に関するものである。

図６は、ダストシールとして従来の技術による密封装置を用いた油圧シリンダ装置のロッドシールシステムを示すものである。すなわち図６に示すロッドシールシステムは、油圧シリンダ装置のシリンダ端部材１００と、その内周に挿通され軸方向に往復動するロッド２００との間をシールするものであって、シリンダ内の作動油の漏れを防止するメインシール３００と、このメインシール３００の内側（油圧室Ａ側）に配置されて油圧室Ａからの油圧がメインシール３００に直接作用しないようにするバッファリング４００と、メインシール３００の外側に配置されて外部空間Ｂからの泥水やダストの浸入を防止するダストシール５００を備えている。そしてこれらメインシール３００、バッファリング４００、ダストシール５００はそれぞれシリンダ端部材１００の内周面に形成した環状のシール装着溝１０１〜１０３に保持されると共に、内周側に形成されたシールリップ３０１，４０１，５０１，５０２が、ロッド２００の外周面に摺動可能に密接されている。

ここで、ダストシール５００は、外部空間Ｂ側を向いたシールリップ５０２には油圧室Ａの油圧によるセルフシール作用が得られないため、ゴムやウレタンなどのゴム弾性体からなるこのシールリップ５０２は、温度や経時劣化によるへたりを生じると、ロッド２００の外周面に対する緊迫力が低下する。したがって、外部空間Ｂ側からシリンダ端部材１００の内周へのダストの浸入を許容してしまい、このダストがメインシール３００のシールリップ３０１の摺動部に介入することでシール性を低下させるおそれがある。

このため図７に示すように、ダストシール５００におけるシールリップ５０２の外周の環状溝５０３に、略Ｖ字形の断面形状に形成された金属製の環状の板ばね５１０を装着し、この板ばね５１０の径方向への弾性によって、シールリップ５０２の緊迫力を補償するようにしたものがある（例えば下記の特許文献１参照）。

特開２０１３−３２８４８号公報

しかしながら、板ばね５１０はばね性をもたせるために極めて薄肉に形成されており、したがって図８に示すように、何らかの原因で屈曲端部５１１が環状溝５０３内における外周側へ偏在するように板ばね５１０が傾斜変位した場合、内周側のばね本体部５１２の先端部が高面圧でシールリップ５０２の外周面に接触して突き刺さってしまい、シールリップ５０２に対して十分なばね荷重を付与することが困難になることが懸念される。

あるいは図９に示すように、板ばね５１０が図８とは逆に屈曲端部５１１が環状溝５０３内における内周側へ偏在するように傾斜変位した場合、外周側の被支持ばね部５１３の先端部が、高面圧で環状溝５０３の外周側の外周基部５０４に接触して突き刺さってしまうことが懸念されるほか、内周側のばね本体部５１２の内周面全面がシールリップ５０２の外周面に接触することによって、ばね荷重が分散されてしまい、図６に示すロッド２００の外周面に対するシールリップ５０２のリップ先端５０２ａの密接面圧を有効に高めることが困難になる。

また、板ばね５１０の断面形状を環状溝５０３の断面形状と同じ略Ｕ字形にすれば、ばね本体部５１２又は被支持ばね部５１３の先端がシールリップ５０２の外周面又は外周基部５０４の内周面に突き刺さるのを防止できるが、図９と同様、ばね本体部５１２の内周面全面がシールリップ５０２の外周面に接触することによって、ばね荷重が分散されてしまい、図６に示すロッド２００の外周面に対するシールリップ５０２のリップ先端５０２ａの密接面圧を有効に高めることが困難になる。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、シールリップの緊迫力を補償する板ばねを設けた密封装置において、板ばねの挙動に起因するゴム弾性体部分の損傷を防止すると共に、シールリップのリップ先端の密接面圧を有効に高めることにある。

本発明は、上述した技術的課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち請求項１の発明に係る密封装置は、外周部材の内周面及びこの外周部材の内周に同心的に配置された内周部材の外周面のうち一方に装着され、基部及びこの基部から延びてリップ先端が前記外周部材の内周面及び前記内周部材の外周面のうち他方に摺動可能に密接されるシールリップを有するシール本体と、前記基部と前記シールリップの間の環状溝内に抜け止めされた状態に配置されて前記リップ先端の密接面圧を補償する板ばねとを備え、前記板ばねが、屈曲端部を介して互いに連続した被支持ばね部及びばね本体部からなり、前記屈曲端部が、前記環状溝の溝底に形成された嵌合部に嵌合状態で支持され、前記ばね本体部の先端部と前記屈曲端部の間が前記シールリップと非接触であることを特徴とする。

また、本発明は上記技術的課題を解決するためさらに以下の手段を採用してもよい。
すなわち請求項２の発明に係る密封装置は、請求項１に記載の構成において、被支持ばね部がシール本体の基部に密接されたことを特徴とする。

本発明に係る密封装置によれば、シール本体の基部とシールリップの間の環状溝に配置された板ばねは、その屈曲端部がシール本体の環状溝の溝底に形成された嵌合部に嵌合状態で支持されることによって、傾斜変位が抑制されるため、ゴム弾性体からなるシール本体が、板ばねの被支持ばね部及びばね本体部の挙動によって損傷を受けることがなく、しかもばね本体部は先端部のみがシールリップの先端の背面と圧接されることによって、ばね荷重がばね本体部の先端からシールリップの先端へ与えられるため、内周部材の外周面又は外周部材の内周面に対するシールリップの先端部の密接面圧を局部的に高め、優れたシール性を奏することができる。

本発明に係る密封装置の第一の実施の形態を、油圧シリンダ装置のロッドシールシステムにおけるダストシールとして装着した状態を示す半断面図である。 本発明に係る密封装置の第一の実施の形態を示す半断面図である。 本発明に係る密封装置の第一の実施の形態をシール本体と板ばねに分離した状態を示す半断面図である。 本発明に係る密封装置の第二の実施の形態を示す半断面図である。 本発明に係る密封装置の第三の実施の形態を示す半断面図である。 油圧シリンダ装置のロッドシールシステムにおけるダストシールとして用いられる従来の密封装置の一例を示す装着状態の半断面図である。 従来の密封装置の他の例を示す半断面図である。 従来の密封装置の他の例において、板ばねが傾斜挙動した状態を示す半断面図である。 従来の密封装置の他の例において、板ばねが傾斜挙動した状態を示す半断面図である。

以下、本発明に係る密封装置をダストシールとして適用した好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る密封装置の第一の実施の形態を、油圧シリンダ装置のロッドシールシステムにおけるダストシールとして装着した状態を示すもので、すなわち図１に示すロッドシールシステムは、油圧シリンダ装置のシリンダ端部材１００と、その内周に挿通され軸方向に往復動するロッド２００との間をシールするものであって、シリンダ内の作動油の漏れを防止するメインシール３００と、このメインシール３００の内側（油圧室Ａ側）に配置されて油圧室Ａからの油圧がメインシール３００に直接作用しないようにするバッファリング４００と、メインシール３００の外側に配置されて外部空間Ｂからの泥水やダストの浸入を防止するダストシール１を備えている。そしてメインシール３００、バッファリング４００及びダストシール１は、それぞれシリンダ端部材１００の内周面に形成した環状のシール装着溝１０１〜１０３に保持されると共に、シールリップ３０１，４０１，２２が、ロッド２００の外周面に摺動可能に密接されている。なお、シリンダ端部材１００は請求項１に記載された外周部材に相当するものであり、ロッド２００は請求項１に記載された内周部材に相当するものである。

本発明の密封装置であるダストシール１は、補強環１０と、この補強環１０に一体に設けられたシール本体２０と、シール本体２０の環状溝内に抜け止めされた状態で配置された板ばね３０からなる。

補強環１０は、金属等の高剛性材料からなるものであって、図２及び図３にも示すように、圧入筒部１１と、この圧入筒部１１の軸方向一端から内径側へ延びるフランジ部１２を有し、すなわち軸心Ｏを通る平面で切断した形状（図示の断面形状）が略Ｌ字形をなしている。圧入筒部１１の外径は、図１に示すシリンダ端部材１００のシール装着溝１０３の内周面よりも僅かに大径で、すなわち圧入筒部１１は、シール装着溝１０３の内周面に適当な締め代をもって圧入可能となっている。

シール本体２０は、ウレタンゴムなどのゴム弾性体からなるものであって、補強環１０に一体に成形されており、図２及び図３に示すように、補強環１０における圧入筒部１１の内周面及びフランジ部１２の内側面に加硫接着等によって一体に接合された外周基部２１と、この外周基部２１における補強環１０のフランジ部１２との接合部の内径部から、軸心Ｏを通る平面で切断した形状（図示の断面形状）が基部２１と共に略Ｕ字形をなすように、軸方向外側の端部（図２及び図３における上端）が小径となる円錐筒状に延びるシールリップ２２からなる。そしてシールリップ２２は、軸心Ｏを通る平面で切断した形状（図示の断面形状）が略Ｖ字形をなす内径のリップ先端２２ａにおいて、図１に示すロッド２００の外周面に摺動可能に密接されるものである。なお、外周基部２１は請求項１に記載された基部に相当するものである。

シール本体２０の外周基部２１とシールリップ２２の間は、軸方向外側（図２及び図３における上側）へ向けて開放された断面略Ｕ字形の環状溝２３となっており、その溝底における径方向中間位置には、環状溝２３より溝幅が小さい嵌合溝２４が環状に連続して形成され、外周基部２１の内周面には、シールリップ２２のリップ先端２２ａ近傍の外周側に位置して、抜け止め用段差部２５が環状に連続して形成されている。なお、嵌合溝２４は請求項１に記載された嵌合部に相当するものである。

板ばね３０は、金属の薄板からなるものであって、環状に形成されており、シール本体２０における嵌合溝２４と対応する環状に延びる屈曲端部３１と、この屈曲端部３１を介して互いに連続した外周側の被支持ばね部３２及び内周側のばね本体部３３からなり、すなわち軸心Ｏを通る平面で切断した形状（図示の断面形状）が略Ｖ字形をなす。また、この板ばね３０は、被支持ばね部３２の先端部３２ａから屈曲端部３１を経由してばね本体部３３側へ達するスリット（不図示）と、ばね本体部３３の先端部３３ａから屈曲端部３１を経由して被支持ばね部３２側へ達するスリット（不図示）が円周方向交互に形成されており、これによって径方向への弾性的な曲げ変形が可能となっている。

上記板ばね３０は、図２に示すように、シール本体２０の環状溝２３内に挿入状態に装着され、屈曲端部３１が、環状溝２３の溝底に形成された嵌合溝２４に嵌合状態で支持され、外周側の被支持ばね部３２の先端部３２ａが、シール本体２０の外周基部２１の内周面に圧接されると共にこの外周基部２１に形成された抜け止め用段差部２５に係止され、この抜け止め用段差部２５によって抜け止めされた状態となっている。内周側のばね本体部３３は、その先端部３３ａのみがシールリップ２２のリップ先端２２ａの背面（外周面）と圧接され、先端部３３ａと屈曲端部３１の間の部分はシールリップ２２の外周面と非接触となっている。

また、板ばね３０は、シール本体２０への組み込み前の状態すなわち自由状態では、図３に示すように、被支持ばね部３２の先端部３２ａとばね本体部３３の先端部３３ａの間の径方向距離Ｌ２は、シール本体２０の外周基部２１のうち嵌合段差部２５側の端部とシールリップ２２の間の径方向距離Ｌ１より大きく、したがって図２に示すシール本体２０への組み込み状態では、板ばね３０は径方向に適宜変形を受けた状態にあり、その反力によって、ばね本体部３３の先端部３３ａがシールリップ２２のリップ先端２２ａの背面を内径方向へ弾性的に押圧するものである。

そして板ばね３０をシール本体２０に装着する際には、図３に示すように、屈曲端部３１がシール本体２０の環状溝２３を向くようにして、この環状溝２３内へ押し込んでいくだけで、屈曲端部３１が嵌合溝２４に挿入され嵌合されると共に、被支持ばね部３２の先端部３２ａが抜け止め用段差部２５に弾性的に嵌まり込むので、これによって図２に示すように、環状溝２３内に抜け止めされた状態で組み込まれる。

以上のような構成を備える密封装置の第一の実施の形態としてのダストシール１は、図１に示すように、補強環１０の圧入筒部１１が、シリンダ端部材１００のシール装着溝１０３の内周面に圧入固定されると共に、外部空間Ｂ側を向いたシールリップ２２のリップ先端２２ａがロッド２００の外周面に摺動可能に密接されることによって、外部空間Ｂからの泥水やダストが、メインシール３００側へ浸入するのを防止するものである。

そしてダストシール１は、外部空間Ｂ側を向いたシールリップ２２に温度や経時劣化によるへたりを生じても、ロッド２００の外周面に対するシールリップ２２の緊迫力が板ばね３０によって補償されているので、シールリップ２２のリップ先端２２ａとロッド２００との所要の面圧が維持され、長期にわたって外部空間Ｂの泥水やダストに対する良好なシール性を奏することができる。

また、上記構成によれば、何らかの原因で板ばね３０に傾斜変位方向の荷重が作用しても、板ばね３０は、その屈曲端部３１が、シール本体２０の環状溝２３の溝底に形成された嵌合溝２４に嵌合状態で支持されていることから、板ばね３０は環状溝２３内で傾斜変位することはない。このため、板ばね３０の傾斜変位によって、内周側のばね本体部３３の先端部３３ａがシールリップ２２の外周面に突き刺さったり、外周側の被支持ばね部３２の先端部３２ａがシール本体２０の外周基部２１の内周面に突き刺さったりするのを防止することができる。

しかも、板ばね３０のばね本体部３３は、先端部３３ａのみがシールリップ２２のリップ先端２２ａの背面（外周面）と圧接され、先端部３３ａと屈曲端部３１の間の部分はシールリップ２２の外周面と非接触であるため、ばね本体部３３からのばね荷重がシールリップ２２のリップ先端２２ａに集中して作用し、板ばね３０の傾斜変位が規制されていることによってこの状態が保持される。このため、図１に示すロッド２００の外周面に対するリップ先端２２ａの面圧が高まり、泥水やダストに対するシール性を向上することができる。

図４は、本発明に係る密封装置の第二の実施の形態を示すものである。この実施の形態としてのダストシール１において、上述した第一の実施の形態と異なるところは、板ばね３０の屈曲端部３１をシール本体２０の環状溝２３の溝底に嵌合状態で支持する嵌合部が、シールリップ２２の根元の外周面に形成された嵌合突起２６、言い換えれば環状溝２３の溝底におけるシールリップ２２の根元側に形成された嵌合突起２６からなることにある。そして板ばね３０の屈曲端部３１は、嵌合突起２６の外周面と環状溝２３の溝底に当接状態で支持されるようになっている。その他の構成は、第一の実施の形態と同様である。

上記構成によれば、板ばね３０は、屈曲端部３１が嵌合突起２６の外周面及び環状溝２３の溝底に当接した状態で支持されると共に、被支持ばね部３２の先端部３２ａが抜け止め用段差部２５に係止されることによって、環状溝２３内に、傾斜変位が規制された状態で固定され、かつ嵌合突起２６によって、ばね本体部３３は先端部３３ａのみがシールリップ２２のリップ先端２２ａの背面（外周面）と圧接され、先端部３３ａと屈曲端部３１の間の部分はシールリップ２２の外周面と非接触状態に保持される。このため、第一の実施の形態と同様の効果を実現することができる。

また、図５は、本発明に係る密封装置の第三の実施の形態を示すものである。この実施の形態としてのダストシール１において、上述した第二の実施の形態の構成に加え、シール本体２０の外周基部２１の内周面２１ａが板ばね３０の組み込み状態における被支持ばね部３２の外周面の形状と対応して環状溝２３の溝底側で小径となる傾斜面をなし、板ばね３０の被支持ばね部３２の外周面が、この傾斜面状の内周面２１ａに密接された構成を備えるものである。

上記構成によれば、板ばね３０は、屈曲端部３１が嵌合突起２６の外周面と、シール本体２０の外周基部２１の内周面２１ａにおける溝底側の端部とで構成される実質的な嵌合溝２４’に嵌合状態で支持されているので、第一の実施の形態と同様の効果を実現することができ、しかも被支持ばね部３２の外周面が、シール本体２０の外周基部２１の傾斜面状の内周面２１ａに密接されているので、環状溝２３内に、板ばね３０の被支持ばね部３２をしっかりと支持してばね荷重をバックアップすることができる。

なお、上述した各実施の形態では、密封装置がダストシールであり、外周部材であるシリンダ端部材１００側に装着されて、シールリップ２２が、シリンダ端部材１００の内周に同心的に配置された内周部材であるロッド２００の外周面に摺動可能に密接されるものとして説明したが、これとは逆に、内周部材側に装着されて、外径側のシールリップが外周部材の内周面に摺動可能に密接されるものについても、本発明を適用することができ、すなわち図示の断面形状とは径方向対称の断面形状に構成することができる。

１ ダストシール（密封装置）
１０ 補強環
２０ シール本体
２１ 外周基部（基部）
２２ シールリップ
２２ａ リップ先端
２３ 環状溝
２４ 嵌合溝（嵌合部）
２５ 抜け止め用段差部
２６ 嵌合突起（嵌合部）
３０ 板ばね
３１ 屈曲端部
３２ 被支持ばね部
３３ ばね本体部
１００ シリンダ端部材（外周部材）
２００ ロッド（内周部材）

Claims (2)

1. 外周部材の内周面及びこの外周部材の内周に同心的に配置された内周部材の外周面のうち一方に装着され、基部及びこの基部から延びてリップ先端が前記外周部材の内周面及び前記内周部材の外周面のうち他方に摺動可能に密接されるシールリップを有するシール本体と、前記基部と前記シールリップの間の環状溝内に抜け止めされた状態に配置されて前記リップ先端の密接面圧を補償する板ばねとを備え、前記板ばねが、屈曲端部を介して互いに連続した被支持ばね部及びばね本体部からなり、前記屈曲端部が、前記環状溝の溝底に形成された嵌合部に嵌合状態で支持され、前記ばね本体部の先端部と前記屈曲端部の間が前記シールリップと非接触であることを特徴とする密封装置。
2. 被支持ばね部がシール本体の基部に密接されたことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。

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